KR100608041B1 - 조명장치 - Google Patents

Abstract

램프의 아크 갭에 기인한 평행광 조명 장애를 해결하여 광효율을 높일 수 있도록 구조가 개선된 조명장치가 개시되어 있다.

이 개시된 장치는 제1 및 제2전극 사이의 방전에 의해 광을 조사하는 램프와; 램프의 일측에 설치되며, 램프 쪽에서 입사된 광을 집속반사시키는 제1반사부재와; 램프를 사이에 두고 제1반사부재에 대향되게 배치되는 것으로, 램프에서 직접 조명된 광과 제1반사부재에서 반사되어 진행하는 광을 집속 반사시키는 오목반사면과, 이 오목반사면의 광축 주변에 관통 형성되어 입사광을 투과시키는 투과공을 가지는 제2반사부재와; 램프 주변에 제2반사부재에 대향되게 배치되며, 오목반사면에서 반사되어 입사된 광이 투과공 쪽으로 향하도록 재차 반사시키는 제3반사부재와; 제3반사부재에서 반사된 광이 일 점에 맺히도록 하는 광 집속수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명장치{Lighting apparatus}

도 1은 종래의 조명장치의 광학적 배치를 개략적으로 보인 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 광학적 배치를 개략적으로 보인 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 램프에서 조명되어 제1반사부재에서 반사되는 광의 경로를 설명하기 위하여 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21...램프 25...제1반사부재

26...굴절투과면 27...반사면

31...제2반사부재 32...오목반사경

33...제3반사부재 35...발산렌즈

37...깔때기형 반사집속관

본 발명은 램프와 반사경을 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 상세하게는 램프의 아크 갭에 기인한 평행광 조명 장애를 해결하여 광효율을 높일 수 있도록 구조가 개선된 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로, 디스플레이용 프로젝터의 광원으로는 조도가 높고, 광량이 균일한 평행광 또는 일 초점을 통과하여 진행하는 집속/발산광을 조사하는 조명장치가 요구된다.

도 1을 참조하면, 종래의 조명장치는 아크갭 만큼 이격 배치된 두 전극(11a, 11b) 사이의 방전에 의해 광을 조사하는 램프(11)와, 이 램프(11)에서 조사된 광이 일 방향으로 향하도록 하는 반사경(13) 및, 광의 진행 경로 상에 마련되어 입사광을 집속시키는 집속렌즈(15)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 반사경(13)으로 도시된 바와 같은 포물경을 채용한 경우, 그 초점에서 조사된 광은 반사되어 광축에 대해 평행하게 진행한다. 이 평행광은 집속렌즈(15)에 의해 집속시, 집속렌즈(15)의 초점에 맺히게 된다.

한편, 상기 램프(11)는 그 방전 구조상 아크캡(arc gap)이 필요하므로, 발광부분이 일 점이 되지 못하고, 두 전극(11a, 11b) 사이에서 소정 면적을 이루게 된다. 즉, 점광원이 아니라 면광원이 된다. 이에 따라, 일 전극(11a)을 상기 반사경(13)의 초점위치로 하는 경우, 아크 갭 내 및 다른 전극(11b)에서 조사된 광은 상기 반사경(13)에서 반사되어 진행하는 경우, 광축에 평행하지 않게 진행한다. 따라서, 상기 집속렌즈(15)에 의해 집속시, 일 전극(11a)에서 조사된 광은 광로 L_a를 따라 초점 f₁에 맺히고, 다른 전극(11b)에서 조사된 광은 광로 L_b를 따라 초점 f₁에 대해 소정 간격 이격된 위치의 초점 f₂에 맺히게 된다. 또한, 상기한 조명장치 는 상기 램프(11)에서 조사된 후, 반사경(13)을 경유하지 않고 광로 L_c를 따라 집속렌즈(13)에 입사되는 광을 유효광으로 이용할 수 없다.

따라서, 상기한 조명장치는 점광원을 요구하는 디스플레이용 프로젝터의 광원으로 이용시, 광효율이 크게 저하된다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 램프에서 조사된 광 모두를 유효광을 이용함과 아울러, 조명된 광이 일 초점에 맺히도록 구조가 개선된 조명장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명장치는, 제1 및 제2전극 사이의 방전에 의해 광을 조사하는 램프와; 상기 램프의 일측에 설치되며, 상기 램프 쪽에서 입사된 광을 집속반사시키는 제1반사부재와; 상기 램프를 사이에 두고 상기 제1반사부재에 대향되게 배치되는 것으로, 상기 램프에서 직접 조명된 광과 상기 제1반사부재에서 반사되어 진행하는 광을 집속 반사시키는 오목반사면과, 이 오목반사면의 광축 주변에 관통 형성되어 입사광을 투과시키는 투과공을 가지는 제2반사부재와; 상기 램프 주변에 상기 제2반사부재에 대향되게 배치되며, 상기 오목반사면에서 반사되어 입사된 광이 상기 투과공 쪽으로 향하도록 재차 반사시키는 제3반사부재와; 상기 제3반사부재에서 반사된 광이 일 점에 맺히도록 하는 광 집속수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명장 치를 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 램프(21)와, 제1 내지 제3반사부재(25, 31, 33)와, 입사광이 한 점에 집속되도록 하는 광 집속수단을 포함하여 구성된다.

상기 램프(21)는 아크갭만큼 이격 배치된 제1 및 제2전극(21a, 21b) 사이의 방전에 의해 광을 조사한다. 상기 제1반사부재(25)는 상기 램프(21)의 일측에 설치되며, 상기 램프(21)에서 조사된 광 중 조명하고자 하는 방향의 후방으로 조사된 광을 집속반사시킨다. 이 제1반사부재(25)는 공기보다는 높은 굴절률 n 및, 소정 두께

를 갖는 투명한 재질로 된 것으로, 굴절투과면(26) 및 반사면(27)을 가진다. 상기 굴절투과면(26)은 상기 램프(21)와 대향되는 일 면에 형성된 것으로, 공기와의 굴절률 차이에 의해 입사광을 굴절투과시킨다. 상기 반사면(27)은 상기 램프(21)쪽으로부터 조사되고 상기 굴절투과면(26)을 통해 입사된 광을 집속반사시켜 상기 램프(21) 쪽으로 향하도록 한다. 여기서, 상기 굴절투과면(26)과 반사면(27) 각각은 상기 램프(21)의 제1전극(21a)을 원점으로 하는 구면인 것이 바람직하다.

도 3을 참조하여, 아크 갭 g_arc 만큼 이격된 제1 및 제2전극(21a, 21b)의 두 시작점 P₁, P₂ 각각에서 시작하여 상기 제1반사부재의 반사면(26)의 일 지점 P₃에서 반사된 광의 경로를 살펴보면 다음과 같다.

시작점 P₁에서 출발한 광은 굴절투과면(26)에 수직하게 입사되므로, 굴절없이 투과한다. 이 투과된 광은 반사면(27)의 점 P₃에서 반사된 후, 입사 경로와 동일 한 경로로하여 점 P₁에 입사된다. 시작점 P₂에서 출발한 광은 상기 굴절투과면(26)에 대하여 수직 방향에 대해 각 θ로 입사된다. 이 입사광은 굴절투과면(26)에 대하여 수직한 방향에 대해 각 θ보다 작은 각 φ로 굴절 투과한다. 이 광은 점 P₃에서 입사각 θ와 동일 각으로 반사된 후, 굴절투과면(26)을 굴절투과하여 광축과 만나는 점 P₄를 지나 진행한다. 여기서, 선분

과 선분

이 이루는 각이 예각이므로, 점 P₁과 점 P₂ 사이의 거리인 아크갭 g_arc 보다, 점 P₁과 점 P₄ 사이의 거리 d₁₄가 짧아진다. 이에 따라, 점 P₂에서 조사되고, 제1반사부재(25)에서 반사된 광이 아크갭 g_arc 보다 짧은 간격으로 점 P₁ 부근을 통과하도록 함으로써, 면광원의 분포를 줄일 수 있다.

상기 제2반사부재(31)는 상기 램프(21)를 사이에 두고 상기 제1반사부재(25)에 대향되게 배치된다. 이 제2반사부재(31)는 상기 램프(21)에서 직접 조명된 광과 상기 제1반사부재(25)에서 반사되어 진행하는 광을 집속반사시키는 오목반사면(32)과, 이 오목반사면(32)의 광축 주변에 관통 형성되어 상기 제3반사부재(33)에서 반사된 광이 투과디는 투과공(31a)를 포함한다.

상기 제3반사부재(33)는 상기 램프(21) 주변에 상기 제2반사부재(31)에 대향되게 배치된다. 이 제3반사부재(33)는 상기 오목반사면(32)에서 반사되어 입사된 광이 상기 투과공(31a) 쪽으로 향하도록 재차 반사시킨다.

상기 광 집속수단은 상기 제3반사부재(33)에서 반사된 광이 일 점에 맺히도 록 하기 위한 것으로, 발산렌즈(35)와 깔때기형 반사집속관(37)을 포함하여 구성된다. 상기 발산렌즈(35)는 상기 투과공(31a)에 배치되며, 상기 제3반사부재(33) 쪽에서 입사된 집속광을 발산투과시킨다. 상기 깔때기형 반사집속관(37)은 출사공의 직경이 입사광의 직경보다 작도록 배치된다. 즉, 반사집속관의 내경이 점점 좁아지도록 테이퍼진 형상을 가진다.

따라서, 발산렌즈(35)에 의해 발산 된 후, 상기 반사집속관(37)에 입사된 광은 반사집속관(47)의 내측 경면에서 반사되면서 통과하여 일 점을 통과하는 점광원이 된다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 제1 내지 제3반사부재를 통하여, 램프에서 조사된 전방향 광을 유효광으로 이용할 수 있도록 함과 아울러, 발산렌즈와 깔때기형 반사집속관을 이용하여 입사광들이 어느 한 점을 통과하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 조명장치는 점 광원 및 높은 광효율을 요구하는 디스플레이용 프로젝터 등의 광학장치에 널리 이용될 수 있다.

Claims (3)

1. 제1 및 제2전극 사이의 방전에 의해 광을 조사하는 램프와;

   상기 램프의 일측에 설치되며, 상기 램프 쪽에서 입사된 광을 집속반사시키는 제1반사부재와;

   상기 램프를 사이에 두고 상기 제1반사부재에 대향되게 배치되는 것으로, 상 기 램프에서 직접 조명된 광과 상기 제1반사부재에서 반사되어 진행하는 광을 집속반사시키는 오목반사면과, 이 오목반사면의 광축 주변에 관통 형성되어 입사광을 투과시키는 투과공을 가지는 제2반사부재와;

   상기 램프 주변에 상기 제2반사부재에 대향되게 배치되며, 상기 오목반사면에서 반사되어 입사된 광이 상기 투과공 쪽으로 향하도록 재차 반사시키는 제3반사부재와;

   상기 제3반사부재에서 반사된 광이 일 점에 맺히도록 하는 광 집속수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1반사부재는,

   입사광을 굴절 투과시키는 오목한 굴절투과면과, 상기 램프쪽으로부터 조사되고 상기 굴절투과면을 통해 입사된 광을 집속반사시키는 반사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 집속수단은,

   상기 투과공에 배치되며, 상기 제3반사부재 쪽에서 입사된 집속광을 발산투과시키는 발산렌즈와;

   출사공이 입사공 보다 상대적을 작은 직경을 갖도록 배치되며, 상기 발산렌즈를 투과한 광을 집속하는 깔때기형 반사집속관을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.

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