KR101347785B1 - 타원체 거울 집속 광 가이드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타원체 거울 집속 광 가이드에 관한 것으로, 본 발명에 따른 타원체 집속 광 가이드는, 외부로부터의 입사광을 타원체의 내부를 통과시켜 일측 초점을 향하게 하고, 이어서 타원체면에서 반사시켜 집속한 후에 출사시키는 배열로 형성된 단위 타원체 광학 모듈; 상기 단위 타원체 광학 모듈을 안착내지 부착 및 지지시키는 광가이드 몸체; 및 상기 단위 타원체 광학 모듈에 광을 입사하는 입사광학수단;로 이루어지는바, 광 에너지 이용효율을 극대화할 수 있고, 구조가 간단하여 제작과 설치가 용이하며, 제조비용도 저렴한 효과를 얻을 수 있다.

Description

타원체 거울 집속 광 가이드{An elliptical mirror optic condensing guide}
본 발명은 타원체 거울을 사용하는 집속 광 가이드에 관한 것이다.
일반적으로, 광의 일 형태인 태양에너지를 이용하는 방법으로는 태양전지를 통해 전기를 생산하는 태양광 발전, 태양열 집열관 또는 집열판을 이용하여 태양열을 흡수하고 이를 온수 생산이나 난방에 활용하는 태양열 집열, 태양광 자연채광 모듈 또는 반사판을 이용하여 조명이나 식물생장 또는 광촉매에 활용하거나 자연 채광하는 태양광 자연채광 등이 있다.
주지하다시피, 광의 일 형태인 태양에너지를 최대로 활용하기 위해서는 태양광을 효율적으로 집광하여야 하며 이를 위해 다양한 태양광 집광장치가 사용되는데, 집광장치의 광 집적도는 태양광발전, 태양열 집열, 태양광 자연채광 등 이용방법이 무엇이든지 간에 태양 에너지의 효율과 직결된다.
태양광 집광장치는, 포인트 집중 디쉬 타입(point-focus dish type), 포인트 집중 프레넬 렌즈 타입(point-focus Fresnel lens type), 선형 집중 프레넬 렌즈 타입(linear-focus Fresnel lens type), 그리고 헬리오스테트 타입(heliostat type), 그레고리안 / 카세그레인 집광계, 홀로그래픽 프리즘시트를 이용한 집광 등으로 구분되며, 여타 무수히 다양한 방법이 공지되어 있나 궁극적으로는 집광렌즈와 집광거울을 조합한 다양한 광학계를 이용하며, 이러한 광학계는 통상적으로 태양광이 평행하게 입사하는 것을 전제로 하기 때문에 태양의 고도각 및 방위각의 변화에 따라( 더 정확하게는 지구의 공전과 자전에 따라) 시시각각 변하는 각도를 추적하고 광학계를 태양추미장치에 탑재하도록 한다.
전술한 종래 태양광 집광장치 및 태양추적/추미장치는 통상적으로 태양광 발전설비의 발전량/ 태양열 집열/태양광 자연채광 양의 증가를 위해서 태양광 집광장치 및 추미장치의 대형화가 불가피한데, 대형으로 제조함에 있어 비용이나 구조적인 면에서 많은 제약이 발생되므로 투자대비 경제성을 기대하기가 매우 곤란하다.
따라서 광학계가 집광을 통하여 태양 에너지 효율을 높이고, 중요한 투자 대비 경제성을 확보함은 물론 박형(薄形)이어서 건축물의 외피에 통합이 용이하도록 평판 집광(平板 集光)하는 기술적인 대안(平板 集光 광학계 : Planar Condensing Optic)과 궁극적으로는 광학계가 태양추미장치에 의해 회동하지 않도록 하는 기술적 대안(太陽 無追尾 광학계: Non-tracking Optic)이 매우 필요하다고 할 수 있다.
그러나 인공광 혹은 자연광 여부를 떠나서 집광을 효율적으로 수행하는 광가이드가 다수 공지되어 있지만, 평판 집광(平板 集光)하거나, 태양추미장치의 정밀도를 완화시켜 제작비용을 줄이도록, 소정 각도까지는 태양추미장치에 의해 회동하지 않더라도 효율적으로 집광하는 데에는 많은 문제점이 있어 왔으며 다양한 각도에서 입사되는 광을 추미하지 않고 집광하기 위해 개선된 구조로 광 손실을 줄일 필요가 있는 상태이다.
본 출원인은 이와 같은 몇몇 핵심적인 문제 중에서 우선 평판집광에 대한 기술적인 대안으로 프리즘 광가이드 및 이를 사용하는 방법(10- 2010- 0033054, 선출원 1), 프리즘 웨이브 가이드 및 이를 사용하는 방법(10- 2010- 0038215, 선출원 2), 렌즈 통합형 프리즘 광가이드 및 이를 사용하는 방법(10- 2010- 0042311, 선출원 3), 채널 프리즘 광가이드(10- 2010- 0043240, 선출원 4), 하이브리드 채광 및 전송장치(10- 2010- 0077534, 선출원 5), 측면 태양광 집광기(10- 2010- 0004153, 선출원 6), 프리즘 하이브리드 태양광 집광기(10- 2010- 0006250, 선출원 7), 프리즘 태양광 집광기(10- 2010- 0006756, 선출원 8), 양면 프리즘 집광기 및 이를 사용하는 방법(10- 2010- 0035035, 선출원 9), 다수 채널을 갖는 광가이드 장치(등록특허 10- 2010- 0115051, 선출원 10)를 개시한 바 있으며, 태양추미장치의 정밀도를 완화시켜 제작비용을 줄이도록, 소정 각도까지는 태양추미장치에 의해 회동하지 않더라도 효율적으로 집광이 가능한 새로운 구조의 채광렌즈인 상이한 굴절율 층을 가진 반구체 형상 채광렌즈(선출원 11)를 출원한 바 있다 (일부 출원은 공개되지 않음).
그러나 비록 평판 집광과 무추미 집광에 대한 기술적 구조 대안이 제시된다 하더라도 이를 제작비용 대비 내구성 이슈가 큰 문제로 대두되고 있는 현실이며, 태양의 거친 환경에서 20년 내구성을 확보할 수 있도록 제작 방법과 제작소재가 한정되어 있는 관계로 광 가이드에 채용하고자 하는 단위 광학계의 조합과 그 제조방법에 대하여도 더욱 개선할 필요가 있었다.
예컨대, 유리소재의 광학요소는 매우 높음 정밀도를 가진 성형성과 높은 열적 내구성 그리고 태양의 자외선에 아주 강한 소재로서 최적의 광학용 소재이지만, 정밀유리금형의 비용이 높아 그 제작에 현실적인 제약이 있다는 것은 주지의 사실이다. 이에 대한 대안으로 등장하였던 아크릴 및 폴리카보네이트 등 투명한 소재가 태양광 이용영역까지 광학요소의 제작재료로 이용되었지만, 최근 플래스틱 계열의 광학소재들이 거친 태양의 UV에 대한 20년 내구성 보증이 불가한 관계로 규소계 폴리머인 실리콘(Silicone)으로 대체되고 있으며, 그 이유는 1 Sun 환경(통상적인 하루 태양의 직달 일사량을 1 Sun이라 하며, 그 두 배의 태양광세기를 2 Sun이라함. 따라서 광학요소를 이용하여 집속하는 태양광 밀집도를 표현하는 용어임 )에서는 실리콘을 이용한 1차 집속렌즈의 경우 20년 내구성이 검증되고 있기 때문이고, 소재자체가 유리보다 용이한 플래스틱의 장점인 성형성을 동시에 가지고 있으며, 열에 매우 강하고, 금형의 수명이 길기 때문이다.
그러나 실리콘이라고 하더라도 1차적으로 1 Sun을 받아서 단지 특정방향으로 굴절시키는 1차 집속 용도로만 20년 내구성이 검증된 것이지, 집속된 광을 2 차로 콜리메이팅 한다든가 집속된 광을 다시 유도하는 즉, 1 Sun 이상의 광을 입사 받는 광학계는 현실적으로 유리소재나 거울 외에는 실리콘 소재의 적용이 사실상 불가한 실정이다.
이에 따라, 실리콘 소재를 이용하면서도 집속된 광을 처리할 수 있는 카세그레인/그레고리안 등 거울을 이용한 집광 광학계를 이용하는 것이지만, 광의 입사면 측에 제2 거울을 배치하면 그 면적만큼 집속손실이 원천적으로 발생하는 것이고, 1차 집속을 렌즈광학계를 사용할 경우에는 제2 거울부위에 시준기로 가능한 카세그레인/그레고리안 및 파라볼릭 거울, 프뢰넬 미러 등 다양한 미러 광학계를 거꾸로 적용할 경우에는, 평행하게 시준된 집속광의 집속비를 다시 펼쳐 평행광을 생성하게 하는 관계로 생성된 평행광 집속비가 다시 떨어지는데다가 제작이 용이하지 않은 문제점이 있었다.
보다 구체적으로 도 12 및 도 13을 참조하여 종래기술의 문제점을 설명하면 다음과 같다. 도 12 및 13은 각각, 상기 선출원 7의 도 2 및 도 7로서, 도 12는 종래기술의 태양광 집광기로서 프리즘 광 가이드를 사용하는 집광기의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 13은 종래기술의 태양광 집광기로서 그레고리안 집광모듈을 사용하는 집광기의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1 종래기술에 따른 프리즘 집광기(1a)는 집광부(20a)와, 상기 집광부(20a)의 상ㆍ하단에 각각 위치하고 상기 집광부(20a)로부터 광을 전달받아 집광하는 투명한 소재로 제작된 상ㆍ하단 프리즘 시트(30a)(30b)로 구성된다.
이때, 상기 집광부(20a)의 상면에는 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 볼록 집광 렌즈(21a)가 복수 개 배열되고, 하면에는 볼록 집광 렌즈(21a)에 대응되게 선형 배면 광 안내부(22)가 형성된다.
또한, 선형 배면 광 안내부(22)는 내부 또는 배면 하부에 볼록 집광 렌즈(21a)의 광학적 초점이 위치하도록 형성되며, 볼록 집광 렌즈(21a)에 입사된 태양광은 길이방향으로 형성된 선형 배면 광 안내부(22) 내부에 길이방향으로 하나의 기다란 선형 초점선을 형성한다.
따라서 넓은 면적의 집광부(20a)로 입사된 태양광은 각각의 볼록 집광 렌즈(21a)에 의해 분할되어 각각 집광되며 볼록 집광 렌즈(21a) 하나당 대응 형성된 초점선에 1차로 집속된다.
그리고 하단 프리즘 시트(30b)에 형성되는 수평 반사부(41h)는 볼록 집광 렌즈(21a)의 선형 배면 광 안내부(22)와 일대일 대응되도록 형성되고 입사되는 1차 집속 태양광(11b)을 좌/우 측면으로 전반사시킨다.
한편, 상단 프리즘 시트(30a)에 형성되는 수평 반사부(41h‘)는 하단 프리즘 시트(30b)에 형성된 수직 반사부(41v)에 의해 하단 프리즘 시트(30b)에서 상단 프리즘 시트(30a)쪽으로 반사되는 위치 즉, 볼록 집광 렌즈(21a)의 경계(23a)에 형성되며, 입사되는 1차 집속 태양광(11b)을 좌/우 측면으로 반사시킨다.
또한, 하단 프리즘 시트(30b)에는 인접한 볼록 집광 렌즈(21a)의 경계(23a) 부위에 대응되는 위치에 ‘∧’형상의 수직 반사부(41v)가 형성되는데, ‘∧’형상의 요홈에 의해 양단이 직각이등변 삼각형을 형성하게 되면서, 밀한 매질(하단 프리즘 시트)과 소한 매질(공기)의 경계면이 형성되는 것이며, 양쪽의 수평 반사부(41h)로부터 각각 전달된 1차 집속 태양광은 전반사 원리에 의해 모두 상단으로 90° 방향 전환하게 되고, 상단으로 90° 방향 전환된 1차 집광된 태양광(11b)은 그 폭(t)이 하단 프리즘 시트(30b) 두께(t)의 두 배가 되는 것이며, 상기 볼록 집광 렌즈(21a)의 경계(23a) 부위를 통해 상단 프리즘 시트(30a)에 형성된 수평 반사부(41h')로 전반사하게 된다.
그리하면, 집합된 1차 집속 태양광은 하단 프리즘 시트(30b)를 통과하여, 하단에 놓이게 되는 태양전지(미도시) 또는 도시하지 않은 태양에너지 이용기기에 도달하게 된다.
그러나, 상기 수평 반사부(41h) 및 수직 반사부(41v)는 예컨데 상부의 볼록렌즈나 프레넬 렌즈 등의 집광부(21a)에 비해 동일한 광량을 100배가량 축소된 면적으로 집속하여 반사시키기 때문에, 태양광 밀도가 100배 가량이 되므로, 상기 프리즘을 실리콘으로 구성할 경우, 황변현상이 심각하게 조속히 진행될 수 있다는 문제점이 있다.
물론, 상기 프레즘 대신 반사 거울을 사용하는 것도 가능하기는 하나, 이는 반사거울을 일일이 부착하여야 하거나, 아니면 반사면에만 부분적으로 경면 코팅을 하여야 한다는 추가적인 문제점이 발생하게 된다. 부분적인 경면 코팅은 코팅 방식이 복잡하여 많은 많은 비용을 필요로 한다.
더욱이, 도 13에 도시한 바와 같이, 제2 종래기술에 따른 프리즘 집광기(1e)는 그레고리안 집광모듈(21e)이 일직선상에 다수 배열된 집광부(20e)와, 그레고리안 집광모듈(21e)에 의해 1차 집속된 태양광을 전달받아 집광하는 투명한 소재로 제작된 상ㆍ하단 프리즘 시트(30a)(30b)로 구성된다.
상기 그레고리안 집광모듈(21e)은 선형 그레고리안 주 반사거울(21e2)과 선형 그레고리안 부 반사거울(21e1)로 이루어지고, 선형 그레고리안 주 반사거울(21e2)에 평행하게 입사된 태양광이 선형 그레고리안 주 반사거울(21e2) 초점 후단에 구비된 선형 그레고리안 부 반사거울(21e1)로 집속하여 반사시키고, 선형 그레고리안 부 반사거울(21e1)은 선형 그레고리안 주 반사거울(21e2)의 중앙에 형성된 선형 배면 슬릿(21e3)로 다시 반사시키며, 선형 카세그레인 주 반사거울(21d2)의 외주면에는 반사층이 형성된다. 이후 태양광의 진행과 집속은 앞서 설명한 제4 실시예와 같다.
다수의 그레고리안 집광모듈(21e)의 배열로 형성되는 집광부(20e)는 투명한 소재로 제작하고 내주면 또는 외주면에 반사층을 구비하여 오목 거울을 형성하거나, 알루미늄 사출성형 혹은 표면을 거울과 같이 폴리싱 처리한 스테인레스 박판을 금형 프레싱하여 형성할 수 있으며, 그레고리안 집광모듈(21e)의 경계는 절단되어 광이 투과할 수 있도록 광안내구(미도시)가 형성된다.
그러나, 상기 제2 종래기술의 경우에는 추가적으로, 선형 그레고리안 주 반사거울(21e2)과 선형 그레고리안 부 반사거울(21e1)을 경면 코팅하여야 하는바, 따라서, 2군데의 코팅이 필요하고 더욱이 선형 그레고리안 부 반사거울(21e1)의 경우에는, 그 부분만을 코팅하여야 하므로 코팅 방식이 복잡하게 되면 많은 비용을 필요로 하게 된다. 추가적으로 선형 그레고리안 부 반사거울(21e1)의 부분에서 약 5%의 광손실이 발생하는 점도 문제점이다.
대한민국 등록특허 10-2010-6250
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 한번의 전체적인 간편한 경면 코팅을 하면 되는 타원체 거울을 사용한 집속 광 가이드 장치를 제공하는데 그 주된 목적이 있다.
본 발명에 따른 타원체 집속 광 가이드는, 외부로부터의 입사광을 타원체의 내부를 통과시키되 상기 타원체의 초점 중의 일 측 초점을 향하게 하고, 이어서 타원체면에서 반사시켜 집속한 후에 상기 타원체의 장축 부근의 출사부를 통해 출사시키는 배열로 형성된 단위 타원체 광학 모듈; 상기 단위 타원체 광학 모듈을 안착 내지 부착, 및 지지시키는 광가이드 몸체; 및 상기 단위 타원체 광학 모듈의 내부로 광을 입사시키는 입사광학수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로는, 상기 단위 타원체 광학 모듈은, 타원체의 일부로 형성된 적어도 하나의 광학 타원체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하기로는, 상기 단위 타원체 광학 모듈은, 2 이상의 제1 및 제2 광학 타원체(E1, E2)를 포함하여 이루어지되, 상기 제1 및 제2 광학 타원체(E1, E2)는 각각의 초점 중에서 어느 일측 초점의 위치가 일치하는 위치로 배치되도록 하는 것을 특징으로 한다.
가장 바람직하기로는, 상기 광학 타원체의 내부에는 입사광이 반사되는 부위에만 경면 코팅 처리되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하기로는, 상기 단위 타원체 광학 모듈은, 외부로부터 광이 타원체 내부로 입사하도록 타원체의 선택된 일부에 하나 또는 다수가 개구가 형성되거나 광이 들어가도록 개방되어 형성된 입사부; 및 집속 광을 출사시키도록 타원체의 양측 초점을 연결한 직선의 연장선상에 그 중심이 위치하며 초점의 일측 또는 양측 후단 타원체면에서 선택된 일부가 개구되거나 광이 들어가도록 개방되어 형성된 출사부; 를 더 포함하여 이루어져, 각각의 단위 타원체 광학 모듈은 입사부를 통하여 외부로부터 광이 입사될 때 그 광이 광학 타원체의 초점을 지나갈 경우 내부로 진입한 광을 집속하여 출사부를 통해 외부로 내보내는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하기로는, 상기 입사부에는 입사되는 평행광을 집광하여 상기 광학 타원체의 초점 위치로 보내기 위한 프리즘시트나 미러시트 혹은 렌즈와 같은 집광수단(31)을 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 출사부에는 볼렌즈와 같은 시준 장치가 구비되는 것을 좋다.
또한 바람직하게로는, 상기 광가이드 몸체는, 상기 단위 타원체 광학 모듈과 일대일 대응되는 관통된 홀이거나 또는 특정깊이로 파여진 홈이 형성된 몸체 개구부가 선택적으로 구비되고, 상기 단위 타원체 광학 모듈과 입사광학수단을 선택적으로 안착 내지 부착, 및 지지시키는 2 이상의 지지몸체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하기로는, 상기 광가이드 몸체는, 다수 개의 입사부가 형성되어 있는 제3의 지지몸체(21c)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하기로는, 상기 입사광학수단은, 입사된 광을 단위 타원체 광학 모듈의 입사부를 통해 광학타원체의 초점 위치 또는 그 내부로 광을 입사시키는 입사수단; 및 상기 입사수단을 지지하는 지지수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하기로는, 상기 단위 타원체 광학 모듈은, 상기 광가이드 몸체에 일체로 형성될 수 있으며, 상기 입사광학수단은, 단위 타원체 광학 모듈 또는 상기 광가이드 몸체에 선택적으로 일체 형성될 수 있고 상기 광학 타원체의 내부에 위치할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하기로는, 상기 광학 타원체 및 입사광학수단이 길이방향으로 연속적으로 연장되어 상기 단위 타원체 광학 모듈은 전체적으로 로드 또는 바 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광 에너지 이용효율을 극대화할 수 있고, 구조가 간단하여 제작과 설치가 용이하며, 제조비용도 저렴한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 타원체의 특성상 정확한 촛점 위치의 광 뿐만 아니라, 촛점 근처의 광도 집속할 수 있다는 추가적인 장점이 있다.
도 1은 타원체 거울(elliptical mirror)의 기본 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 타원체 집속 광 가이드의 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 타원체광학 모듈에 대한 사시도, 분해사시도, 정 단면도 및 측 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 3개 층 광가이드 몸체로 구비되는 타원체 집속 광 가이드의 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에 따른 입사광을 두 초점 방향으로 직접 굴절시키는 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 제3 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 각각 구성하는 입사수단의 초점과 광학 타원체의 초점을 일치시킨 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 도시한 단면도.
도 8 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타원체 집속 광 가이드를 구성하는 단위 타원체 광학 모듈의 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈의 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈의 단면도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예의 제3 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈의 단면도.
도 12는 종래기술의 태양광 집광기로서 프리즘 광 가이드를 사용하는 집광기의 구조를 나타내는 단면도.
도 13은 종래기술의 태양광 집광기로서 그레고리안 집광모듈을 사용하는 집광기의 구조를 나타내는 단면도.
이하 본 발명에 따른 타원체 집속 광 가이드에 대한 다양한 실시예 및 해당 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
먼저, 도 1은 타원체 거울의 기본 개념을 설명하기 위한 도면인바, 도 1을 참조하여 타원체 거울에 대하여 간단히 살펴본다.
도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 타원의 각 지점은 두 초점(f1,f2)으로부터의 거리의 합이 일정하다. 또한 한 초점에서 나온 모든 빛이 타원의 경계를 경유해서 반드시 다른 초점으로 가는 것이므로 페르마원리에 의해 모든 경로로 빛이 진행할 수 있다. 이 상황은 두 초점이 지나는 축을 중심으로 타원을 회전시킨 회전체일 때에도 동일하게 적용할 수 있으며 이러한 타원체의 내부 표면을 빛이 반사되도록 거울 면으로 만든 것이 타원체 거울이고, 이 타원체 거울은 럭비공 모양의 기다란 타원체로 타원체 거울의 한 거울 초점에 점광원이 있으면 이 점광원에서 구면으로 향하는 모든 광선은 맞은편의 거울초점으로 모두 모여들게 되고, 만일 그곳에 빛을 흡수하는 물질이 없다면 다시 되돌아오므로 이를 광 펌핑에 이용하였으며, 집광에 이용할 경우 광 손실을 개선할 수 있는 잠재력이 있으며, 도 1의 (b)는 통상적인 타원체 거울의 내부 단면 사진이다.
또한, 도 1의 (c), (d)는 반사 거울면의 구조에 채용되는 타원의 반사특성도로서, 내주면에 경면 코팅한 타원체 거울이 아니더라도 타원을 360도 회전하여 형성된 투명 타원체의 경우 투명한 타원체의 굴절률이 그 외부의 굴절율보다 큰 경우 투명한 타원체 표면에서 전반사 조건을 만족하는 영역이 존재하게 되며, 많은 광학계가 타원체의 표면 일부를 취부 하여 응용하고 있으며, 타원체 거울이란 투명 타원체의 내.외주면에 경면이 코팅된 것도 포함됨을 누구라도 쉽게 알 수 있으며, 그 일부의 경우 “타원체 거울의 부분”또는 “부분 타원체 거울”이 정확한 표현이겠으나, 이하 본 명세서에서는, "타원체 거울"(elliptical mirror)이란 적어도 그 일부 면이 경면을 포함할 경우, 즉“부분 타원체 거울”까지를 포함하여 통칭하고, 또 "타원체"라 함은 이러한 타원체 거울과 거울 경면이 하나도 포함되어 있지 않은 투명한 “투명 타원체” 및 그 일부까지를 포함하는 의미로 통칭하고 있음에 주목하여야 한다.
(제1 실시예)
이제, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 대하여 상술한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 타원체 집속 광 가이드의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 타원체광학 모듈에 대한 사시도, 분해사시도, 정 단면도 및 측 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 3개 층 광가이드 몸체로 구비되는 타원체 집속 광 가이드의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에 따른 입사광을 두 초점 방향으로 직접 굴절시키는 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예의 제3 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 각각 구성하는 입사수단의 초점과 광학 타원체의 초점을 일치시킨 단위 타원체 광학 모듈 및 입사광학수단을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 타원체 집속 광 가이드(1)는 도 2, 3 에 도시한 바와 같이, 외부로부터의 입사광을 타원체의 내부를 통과시켜 초점을 향하게 하고, 이어서 타원체면에서 반사시켜 집속한 후에 출사시키는 배열로 형성된 단위 타원체 광학 모듈(10); 상기 단위 타원체 광학 모듈(10)을 안착내지 부착 및 지지시키는 광가이드 몸체(20); 및 상기 단위 타원체 광학 모듈(10)에 광을 입사하는 입사광학수단(30);으로 이루어진다.
또한, 본 발명의 제1 실시예의 상기 단위 타원체 광학 모듈(10)은 도 3 에 자세하게 도시한 바와 같이, 외부로부터 광이 타원체 내부로 입사하도록 타원체의 선택된 일부 면에 광이 들어가도록 개방되어 형성된 입사부(101); 집속 광을 출사시키도록 타원체의 양측 초점을 연결한 직선의 연장선상에 그 중심이 위치하도록 초점 일 측 또는 양측 후단의 타원체면에서 선택된 일부가 개구되어 형성된 출사부(102); 및 상기 입사부(101) 및 출사부(102) 부분이 제외된 나머지는 타원체의 일부로 형성된 광학 타원체(103);로 이루어지되, 본 제1 실시예에서는 광학 타원체(103)로 입사부(101)와 출사부(102)가 제외된 타원체거울이 구비되며, 각각의 단위 타원체 광학 모듈(10)은 입사부(101)를 통하여 외부로부터 광이 입사될 때 그 광이 거울 면으로 형성된 광학 타원체(103)의 양측 초점을 지나갈 경우 내부로 진입한 광을 집속하여 출사부(102)를 통해 외부로 내보내도록 구비된다.
또한, 상기 입사 광학수단(30)은 입사된 광을 단위 타원체 광학 모듈(10)의 입사부(101)를 통해 광학 타원체(103)의 초점 또는 그 내부로 광을 출사하는 입사수단(31); 상기 입사수단(31)을 지지하는 지지수단(32);으로 이루어진다.
그리고 상기 광가이드 몸체(20)는, 상기 단위 타원체 광학 모듈(10)과 일대일 대응되는 관통된 홀이거나 또는 특정깊이로 파여진 홈이 형성된 몸체 개구부(미도시)가 선택적으로 구비될 수 있으며, 상기 단위 타원체 광학 모듈(10)을 안착 내지 부착 및 지지시키는 지지몸체(21)로 이루어진다.
이때, 상기 단위 타원체 광학 모듈(10)의 각 구성은 상기 광 가이드 몸체(20)에 선택적으로 일체 형성될 수 있으며, 본 제1 실시예에서는 도 2 에 도시한 바와 같이, 단위 타원체 광학 모듈(10)은 광가이드 몸체(20)를 구성하는 2개의 지지몸체(21a,21b)에 일체로 형성하고, 입사 광학수단(30)은 그 중 하나의 지지몸체(21a)에 일체 형성하여 구비하며, 단위 타원체 광학 모듈(10)에 일대일 대응되도록 구비하여 몸체 상단에 위치시키며, 지지몸체(21a,21b)를 2개 구비하되, 평편한 상.하 기판에 각각 광학 타원체(103) 및 출사부(102)의 형상이 이등분되어 지지몸체(21)를 구성하는 상판(21a)과 하판(21b)에 반반씩 형성되도록 구비하고, 입사부(101)는 지지몸체(21) 상판(21a)의 상단을 개구하여 구비한다. 이러한 평편한 상.하 기판으로는 알루미늄 기판을 사용하고, 타원체 내부면 및 출사부의 광이 이동하는 면은 조도가 20 nm 이하가 되도록 정밀 연마한 후 경면 코팅 처리하여 구비한다. 이러한 표면 폴리싱이나 경면코팅 방법은 다수가 공개되어 있고 당업자라면 쉽게 이해할 수 있어, 이하 이에 대하여는 자세한 설명은 생략하기로 하며, 이때 단위 타원체 광학 모듈(10)은 측면으로 집속된 광이 방해 없이 출사되도록 각각의 출사부(102)가 다른 단위 타원체 광학 모듈(10)에 의한 방해 없이 측면에 연장되도록, 도 2에 도시한 바와 같이 지지몸체(21)에 단차지도록 형성한다. 경우에 따라서, 출사부의 단면적을 크게 함으로써, 촛점을 정확히 지나지 않는 광이라도 출사되도록 할 수 있는바, 이 경우에는, 출사광이 평행광이 아닌 경우가 대부분이므로, 출사부에 볼록렌즈와 같은 시준장치를 별도록 구비하도록 하는 것이 바람직하다.
(제1 실시예의 제1 변형예)
한편, 상기 입사 광학수단(30)을 지지몸체(21)에 구비하는 제1 변형예로서, 도 4 에 도시한 바와 같이, 단위 타원체 광학 모듈(10)의 입사부(101)에 일대일 대응되도록 제3 의 별도로 준비된 지지몸체(21c)에 다수의 입사 광학수단(30)을 일괄하여 일체로 구비할 수 있으며,그 방법으로는 입사 광학수단(30)의 형성이 용이하도록 사전에 투명한 기판 또는 홀이 다수 형성된 투명 내지 불투명한 기판을 지지몸체(21c)로 준비하고, 사전에 준비하여 마련된 입사 광학수단(30)의 금형을 이용하여 지지몸체(21c)에 입사 광학수단(30)을 일괄 성형하는 방식으로 제작할 수 있으며, 이러한 금형을 트랜스퍼 금형이라 하고, 투명한 광학용 실리콘 소재를 이용한 LED 및 LED 렌즈의 일괄 봉지제작에 광범위하게 적용되는 제작방식이다. 이때 입사 광학수단(30)의 입사수단(31)을 지지하는 지지수단(32)은 금형을 이용하여 성형시 지지몸체(21c)에 부착되게 되는 것이므로 지지몸체(21c)에 일체로 형성된다.
그리고 동일한 방법으로 별도의 지지몸체(21a,21b)를 준비한 후에 사전에 준비하여 마련된 해당 금형을 이용하여 그 각각에 광학 타원체(103) 및 출사부(102)의 형상이 반절씩 형성되도록 구비한 후 지지몸체(21a,21b) 전체에 대하여 일괄 경면 코팅하면 일괄 제작에 따라 제작비용을 절감할 수 있으며, 최종적으로 준비된 3개의 지지몸체(21a,21b,21c)를 정렬 조립하면 일괄적으로 다수의 단위 타원체 광학 모듈(10)이 형성된 타원체 집속 광 가이드(1)를 제작하는 것으로, 이는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 것이어서, 이하 단위 타원체 광학 모듈(10) 및 입사 광학수단(30)에 대한 상세한 제작방법에 대한 자세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
그리고 본 제1 실시예 및 제1 변형예에서의 입사 광학수단(30)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 두 개의 입사수단(31a,31b)이 투명한 소재인 실리콘으로 구비되는 지지수단(32)에, 입사수단(31a,31b)으로는 입사된 광이 좌측 초점(f1)을 통과하도록 소정 각도를 가진 프리즘(미도시)을 형성하여 구비하되, 우측 입사수단(31b)으로는 하단에 2개의 서로 다른 각도의 면을 가진 프리즘(미도시)이 형성되되, 입사광의 정중앙에 두면이 만나는 모서리를 위치하도록 형성되어 입사광을 분할하고, 그 각각을 초점 f1과 f2에 통과하도록 구비한다.
이하, 본 실시예 및 변형예의 타원체 집속 광 가이드(1)의 작동과정을 설명하기로 한다.
먼저, 본 제1 실시예 및 변형예의 타원체 집속 광 가이드(1)를 구성하는 하나의 단위 타원체 광학 모듈(10)에서의 작동과정을 살펴보면, 레이저와 같은 직선광원(미도시)로부터 좌측 입사수단(31a)에 도달한 광은 프리즘에 의해 광이 초점 f1을 통과하도록 광학 타원체(103)에 입사되고, 이어서 초점을 통과한 광이 광학 타원체(103)의 거울표면에서 반사된 광은 반드시 타측 초점(f2)에 입사되고, 그 후단의 거울표면에서 다시 반사된 광은 다시 좌측 초점(f1)을 반드시 지나게 되며, 이 과정을 통해 두 초점을 연결한 가상 직선으로 광로가 수렴되게 되는 것이고, 출사부(102)가 위치한 좌측 초점을 지난 광이 출사부(102)로 궁극적으로 출사하게 되는 것이며, 도 5의 입사수단(31a)과 같이 최초 입사위치가 두 초점 f1,f2 과 거울표면의 한 점을 이은 두 선분의 각도가 큰 위치에서 광이 입사될 경우, 이어지는 두 초점과 거울 표면에서 반사가 진행될수록 두 초점과 반사면의 점을 연결한 두 선분의 각도가 점점 작아지는 것이므로 다시 최초 입사지점에 광이 돌아오지 않게 된다.
따라서 최종적으로는 초점 f1을 통과하도록 최초 입사된 광 중, 광학 타원체(103)의 표면에서 (광감쇄, 산란감소 등으로) 흡수되지 않은 대부분의 광은, 출사부(102)에 도달하게 되어 밖으로 출사되며, 임의의 직선광원(미도시)로부터 우측 입사수단(31b)에 도달한 광은 마찬가지의 원리로 분할된 광이 하나의 출사부(102)로 도달하게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 제1 실시예는 거울을 이용하지만 종래의 기술과 같이 출사 평행광 집속비를 다시 넓히지 않고도 매우 효율적으로 입사광을 집속되게 되는 것이다.
그리고 본 제1 실시예의 타원체 집속 광 가이드(1)를 구성하는 다수의 단위 타원체 광학 모듈(10)이 동시에 작동하고, 각각이 도 2 및 도 4 에 도시한 바와 같이 단차지어 형성되어 있으므로 서로 다른 단위 타원체 광학 모듈(10)에 의해 광 진행에 방해를 받지 않고 효율적으로 측면으로 광을 집광할 수 있게 된다.
(제1 실시예의 제2 변형예)
한편, 단위 타원체 광학 모듈(10)과 입사 광학수단(30)을 구성하는 입사수단(31b)으로는, 본 제1 실시예와 달리 매우 다양한 변형 구성이 가능하며, 도 6 에 도시한 바와 같이, 입사하는 광을 두 초점 방향으로 직접 굴절시키는 상면 프리즘 시트(도 6 의 (a) 참조) 또는 미러 시트(도 6의 (b) 참조), '프레넬 렌즈/미러'나 '파리 눈 렌즈/미러'일 수 있으며, 이외에도 입사 평행광의 입사각도가 상이하더라도 이에 상관없이 선택된 초점에 집속하는 '돔 형상 프레넬 렌즈', '돔 형상 파리 눈 렌즈', 상이한 굴절율 층을 가진 '반구체 형상 채광렌즈'(선출원 11)가 구비될 수 있고, 입사수단(31b) 또는 지지수단(32)과 광학 타원체(103)의 일부 위치에 일체로 형성할 수 있으며, 일체로 형성하되, 형상도 파라볼릭 곡률(도 6의 (a) 참조)일 수 있으며 광학 타원체(103)의 일부에는 광을 단순하게 통과시키는 상면창(도 6의 (b) 참조)이 더 구비될 수 있다.
(제1 실시예의 제3 변형예)
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 입사수단(31b)의 초점과 광학 타원체(103)의 두 초점에 선택적으로 일치시킬 수 있는 볼 렌즈일 수 있고, 이때는 입사수단(31b)에 광이 평행하게 입사되도록 하여야 하며, 이외에도 입사각도가 변하더라도 언제나 초점이 중심에 위치하도록 프리즘이 표면에 더 형성된 볼 렌즈, 돔 형상 프레넬 렌즈, 돔 형상 파리눈 렌즈, 상이한 굴절율 층을 가진 반구체 형상 채광렌즈(선출원 11) 또는 도 7의 (a),(b),(c),(d) 단면 형상을 두 초점을 연결하는 초점 연결선(상하 회전) 또는 초점 연결선과 중심에서 직교한 선(좌우 회전)을 회전축으로 상하좌우 각각 180도로 회전된 형상이거나, 또는 상면은 도 7의 (a),(b),(c),(d) 단면의 입사수단(31b) 형상만을 두 초점을 연결하는 초점연결선(상하 회전) 또는 초점연결선과 중심에서 직교한 선(좌우 회전)을 기준으로 상하좌우 최대 180도까지 소정 각도로 회전시킨 형상과 그 나머지가 광학 타원체(103) 형상일 수 있으며, 이 때 광학 타원체(103)의 상단과 하단에는 광이 통과하는 상면창과 하면창을 선택적으로 구비할 수 있고, 형성된 반구체 렌즈, 도넛형 반구체 렌즈에는 초점이 광학 타원체(103)의 초점에 위치하도록 표면에 소정 프리즘 또는 상이한 굴절율 층을 가진 반구체 형상 채광렌즈(선출원 11)와 같이 단계적으로 굴절율이 다른 층이 다수 더 포함될 수 있다.
아울러 도시하지는 않았지만, 입사 광학수단(30)을 구성하는 입사수단(31b)으로 프레넬 렌즈, 프뢰넬 미러, 비구면 렌즈, 그린렌즈, 오목거울, 볼록거울, 회전체 거울, 파라볼릭 거울, 케플러 및 갈릴레이 광학계, 그레고리안 및 카세그레인 광학계, 뉴튼 광학계, 광섬유, 돔 형상 프레넬 렌즈, 돔 형상 파리눈 렌즈, LED를 포함하여 다양한 광원 및 광학계(Optic elements) 및 그 배열과 조합되되 두 초점에 선택적으로 반사내지 굴절 시키는 제 3의 광학수단(미도시)을 사용할 수 있고, 입사 광학수단(30)을 구성하는 지지수단(32)은 특정 파장을 통과시키고 내부로부터의 특정파장은 반사시키는 파장 선택 투과 층이 하부에 더 포함될 수 있고 그 상부 역시 특정 파장을 반사시키는 파장 선택 투과 층이 더 포함될 수 있으며, 이는 당업자가 쉽게 이해할 수 있으므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 지지수단(32)의 형상도 전체적으로는 단위 타원체 광학 모듈(10)을 구성하는 광학 타원체(103)와 일체로 형성되어 단위 타원체 광학 모듈(10)의 개구부(101) 부분의 분리된 원래 타원체 형상일 수 있으며, 입사 광학수단(30)이 광학 타원체(103)의 내부 하단을 포함한 내부에 위치할 수 있고 개구부를 통하여 단위 타원체 광학 모듈(10)로부터 이격된 거리에 위치할 수 있음도 당업자에게 자명하며, 이는 더 이상의 자세한 설명 없이도 당업자가 용이하게 실시 가능한 것이므로 이 또한 생략하기로 한다.
한편, 단위 타원체 광학 모듈(10)을 구성하는 출사부(102)에도 특정 파장을 통과시키고 내부로부터의 특정파장은 반사시키는 파장 선택 투과 층이 형성된 배면창과 출사광을 시준시키는 시준기(Collimator), 태양전지를 더 포함될 수 있고, 특정 파장에 대하여 반사함과 동시에 통과시키는 하프미러 역시 선택적으로 더 포함될 수 있다. 또한 단위 타원체 광학 모듈(10)을 구성하는 광학 타원체(103)의 내부 소정 위치에 입사되는 특정파장에 의해 여기 되는 레이저 색소(dye)나 인광체를 더 포함할 수 있다.
(제2 실시예)
이제, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 상술한다.
도 8 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타원체 집속 광 가이드를 구성하는 단위 타원체 광학 모듈의 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈의 단면도이며, 도 11은 본 발명의 제2 실시예의 제3 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈의 단면도이다.
이하, 설명의 편의상, 본 발명의 제1 실시예와 동일한 구성은 동일한 부재번호를 붙이고 추가적인 설명을 생략하며, 제1 실시예로 설명한 도 2,3,4,5,6,7의 타원체 집속 광 가이드(1)와 유사한 기능을 하는 구성에 대해서는 유사한 부재번호를 붙이고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 8 에 도시한 바와 같이, 본 제2 실시예에 따른 단위 타원체 광학 모듈(10a)의 광학 타원체(103a)는 두 개의 광학 타원체(E1,E2)가 하나의 초점(ef2)을 공유하는 형상으로 구비 된다.
이에 따라, 광학 타원체(E1)의 초점을 통과하여 입사되는 광은 광학 타원체(E1)에서 반사되어 광학 타원체(E2)의 초점(ef2)으로 입사되고, 이하 작동 관계는 본 발명의 제1 실시예의 광학 타원체(103)와 동일하다.
한편, 전단의 광학 타원체(E1)로부터 광을 입사 받아 집속하는 광학 타원체(E2)의 형상은 하나의 초점(ef2)을 공유하는 한, 다양한 각도로 뉘거나 회전시켜 형성될 수 있는데, 이에 따라 출사부(102)의 방향이 결정되며, 이는 집속된 광을 다양한 방향으로 출사할 수 있으므로, 집속된 광을 원하는 방향으로 스타어링(Steering)하는데 큰 자유도를 제공하는 효과가 있으며, 본 발명의 제1 실시예에서 상술한 바와 같이 전단의 광학 타원체(E1) 대신에 다양한 광학요소를 채택할 수 있는 것과 함께 입사광의 집속 및 광 스타어링에 큰 효과가 있다.
(제2 실시예의 제1 변형예)
또한, 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예로서 2개 이상의 광학 타원체(E1,E2,E3,E4)를 이용한 광학 타원체(103a)와 입사 광학수단(30)으로 구성되는 단위 타원체 광학 모듈(10a‘)을 구비할 수 있다. 이때 도 9의 (a)는 변형예에 대한 당업자의 이해를 돕기 위해 광학 타원체(103a)와 입사 광학수단(30)이 볼 렌즈인 단위 타원체 광학 모듈(10a‘)의 사시도이고, 도 9의 (b)는 도 9(a)에 도시한 단위 타원체 광학 모듈(10a’)을 하방에서 위쪽으로 도시한 것이다.
이에 따라 도 9를 참조하면, 다양한 각도에서 입사되는 평행광을 입사 광학수단(30)인 볼 렌즈가 집속할 때 방향에 따라 입사 받아 광학 타원체(E1,E2,E3,E4)로 구성된 광학 타원체(103a)가 광을 출사하는 것으로, 광학 타원체(E1,E2,E3,E4) 각각은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 타원체 광학 모듈(10)과 동일하며, 이하 작동 관계는 본 발명의 제1 실시예의 광학 타원체(103)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하며, 본 제2 실시예의 제1 변형예에 따른 단위 타원체 광학 모듈(10a‘)은 하단에 출사되는 집속광을 콜리메이팅하는 시준기 또는 태양전지를 더 포함할 수 있으며, 이때 광학 타원체(E1,E2,E3,E4)의 표면은 입사광을 반사하여 시준기 또는 태양전지에 조사될 수 있게 하거나, 광학 타원체(E1,E2,E3,E4) 내부로 굴절되게 입사 광학수단(30)의 입사수단(31b)을 혼성하여 선택적으로 구비할 수 있다.
(제2 실시예의 제2 변형예)
뿐만 아니라, 도 10에 도시한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예로서, 두 개의 광학 타원체(E1,E2)를 투명한 소재를 사용하여 일체로 형성하고 소정 부위에만 경면처리한 광학 타원체(103a)가 구비될 수 있으며, 이때 경면부위를 제외한 회전체의 외주면이 투명하더라도 입사광에 대하여 전반사하는 것으로 그 외주면에 굳이 경면을 처리할 필요가 없음을, 당업자라면 쉽게 이해할 것이다.
(제2 실시예의 제3 변형예)
아울러, 도 11과 같이 본 발명의 제2 실시예의 제3 변형예로서, 두 개의 광학 타원체(E1,미도시) 사이에 볼 렌즈를 성형(도 11의 (a) 참조)하거나, 또는 외부에서 제작된 볼렌즈(유리, 도 11의 (b) 참조)를 더 포함하여 위치시키거나, 또는 프리즘을 더 포함하여 시준하거나 집속한 후에, 다른 하나의 광학 타원체(미도시)로 광을 중계할 수 있다.
이 경우, 광학 타원체(E1)에서 출사되는 광이 평행광이 아니더라도, 볼렌즈를 통과하면서 평행광으로 시준되므로, 추후 평행한 광을 가이드하거나 이용하는데 유리하며, 광이 퍼지지 않으므로 보다 바람직하다.
(기타 변형예)
그리고, 도시하지는 않았으나, 도 5 내지 도 8의 단면 형상을 갖되, 광학 타원체(103) 및 입사 광학수단(30)이 길이방향으로 연속적으로 연장되는, 즉 단면 형상이 소정 길이로 연장된 로드 또는 바 형태로, 가이드 수단이 구비될 수 있다.
그리고, 이 경우에는 출사되는 광이, 점광원이 아니고 사실상 선광원이 된다.
이처럼, 앞에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1 : 타원체 집속 광가이드 10 : 단위 타원체 광학모듈
20 : 광가이드 몸체 30 : 입사 광학수단

Claims (12)

  1. 외부로부터의 입사광을 타원체의 내부를 통과시키되 상기 타원체의 초점 중의 일 측 초점을 향하게 하고, 이어서 타원체면에서 반사시켜 집속한 후에 상기 타원체의 장축 부근의 출사부를 통해 출사시키는 배열로 형성된 단위 타원체 광학 모듈;
    상기 단위 타원체 광학 모듈을 안착 내지 부착, 및 지지시키는 광가이드 몸체; 및
    상기 단위 타원체 광학 모듈의 내부로 광을 입사시키는 입사광학수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 타원체 광학 모듈은,
    타원체의 일부로 형성된 적어도 하나의 광학 타원체를 포함하는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 타원체 광학 모듈은, 2 이상의 제1 및 제2 광학 타원체(E1, E2)를 포함하여 이루어지되, 상기 제1 및 제2 광학 타원체(E1, E2)는 각각의 초점 중에서 어느 일측 초점의 위치가 일치하는 위치로 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 광학 타원체의 내부에는 입사광이 반사되는 부위에만 경면 코팅 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 타원체 광학 모듈은,
    외부로부터 광이 타원체 내부로 입사하도록 타원체의 선택된 일부에 하나 또는 다수가 개구가 형성되거나 광이 들어가도록 개방되어 형성된 입사부; 및
    집속 광을 출사시키도록 타원체의 양측 초점을 연결한 직선의 연장선상에 그 중심이 위치하며 초점의 일측 또는 양측 후단 타원체면에서 선택된 일부가 개구되거나 광이 들어가도록 개방되어 형성된 출사부;
    를 더 포함하여 이루어져,
    각각의 단위 타원체 광학 모듈은 입사부를 통하여 외부로부터 광이 입사될 때 그 광이 광학 타원체의 초점을 지나갈 경우 내부로 진입한 광을 집속하여 출사부를 통해 외부로 내보내는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 입사부에는 입사되는 평행광을 집광하여 상기 광학 타원체의 초점 위치로 보내기 위한 집광수단(31)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  7. 외부로부터의 입사광을 타원체의 내부를 통과시키되 상기 타원체의 초점 중의 일 측 초점을 향하게 하고, 이어서 타원체면에서 반사시켜 1차 집속한 후에 출사부를 통해 출사시키는 배열로 형성된 단위 타원체 광학 모듈;
    상기 단위 타원체 광학 모듈을 안착 내지 부착, 및 지지시키는 광가이드 몸체; 및
    상기 단위 타원체 광학 모듈의 내부로 광을 입사시키는 입사광학수단;
    을 포함하며,
    상기 출사부에는 상기 단위 타원체 광학 모듈에서 1차 집속된 출사광을 평행광으로 바꿔주는 출사측의 시준 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광가이드 몸체는, 상기 단위 타원체 광학 모듈과 일대일 대응되는 관통된 홀이거나 또는 특정깊이로 파여진 홈이 형성된 몸체 개구부가 선택적으로 구비되고, 상기 단위 타원체 광학 모듈과 입사광학수단을 선택적으로 안착 내지 부착, 및 지지시키는 2 이상의 지지몸체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광가이드 몸체는, 다수 개의 입사부가 형성되어 있는 제3의 지지몸체(21c)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사광학수단은,
    입사된 광을 단위 타원체 광학 모듈의 입사부를 통해 광학타원체의 초점 위치 또는 그 내부로 광을 입사시키는 입사수단; 및
    상기 입사수단을 지지하는 지지수단;
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 타원체 광학 모듈은, 상기 광가이드 몸체에 일체로 형성될 수 있으며, 상기 입사광학수단은, 단위 타원체 광학 모듈 또는 상기 광가이드 몸체에 선택적으로 일체 형성될 수 있고 상기 광학 타원체의 내부에 위치할 수도 있는 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 타원체 및 입사광학수단이 길이방향으로 연속적으로 연장되어 상기 단위 타원체 광학 모듈은 전체적으로 로드 또는 바 형태인 것을 특징으로 하는 타원체 집속 광 가이드.
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