KR101753958B1 - Wavelength tunable light source apparatus combined with led narrow band filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 출사되는 빛의 파장을 조절하기 위한 광원 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 상기 LED 어레이는 개별적으로 온/오프가 가능하고 출사 파장이 다른 복수 개의 협대역 LED를 포함하는 LED 어레이 및 투과 스펙트럼은 조절하고자 하는 파장 영역대에서 복수 개의 투과 피크(peak)를 갖는 필터 모듈을 포함할 수 있다.The present invention discloses a light source device for adjusting the wavelength of emitted light. The apparatus is characterized in that the LED array includes an LED array including a plurality of narrow band LEDs capable of on / off individually and having different emission wavelengths, and a transmission spectrum having a plurality of transmission peaks Modules.
Description
본 발명은 협대역 파장 조절 광원에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가시광선 영역이나 혹은 자외선과 적외선을 포함하는 광대역에서 파장을 선택적으로 출사시킬 수 있는 광원에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a light source capable of selectively emitting a wavelength in a visible light region or a wide band including ultraviolet light and infrared light.
기존의 파장 조절 필터를 포함하는 광원은 조절가능한 복굴절 광소자(Tunable birefringence)를 포함하는 필터를 이용하는 방법(복굴절 조절방식)과, 복수의 회전필터를 이용하는 방법(회전필터 방식)이 있다. The light source including the conventional wavelength tuning filter includes a method using a filter including an adjustable birefringent optical element (birefringence adjustment method) and a method using a plurality of rotating filters (a rotating filter method).
첫째, 복굴절 조절방식은 라이엇-오만 필터(Lyot-Ohman filter)를 기반으로 하고 있다(미국 등록 특허 US 4,394,069 참고). First, the birefringence control method is based on a Lyot-Ohman filter (see U.S. Pat. No. 4,394,069).
도 1은 상기 라이엇-오만 필터를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the Riot-Oman filter.
도 1을 참조하면, 두 장의 편광판이 평행 또는 수직으로 배치되어 있고, 그 사이에 복굴절 재료가 편광축에 45도 방향으로 구성되어 있을 경우에 복굴절 재료가 가지는 광지연(optical retardation)의 크기에 따라 투과되는 빛의 파장 특성의 주기가 달라진다. 이를 이용하여 복굴절 층의 광지연 값이 조절 가능하면 투과되는 빛의 파장 영역대도 변조 가능하다. 지연 크기가 다른 필터를 대략 4개 이상(통상 5개) 겹쳐 사용함으로써 가시광 영역 전체에 걸쳐 원하는 파장대를 선택하여 빛을 투과시키는 것이 가능하다. 복굴절 층의 광지연을 조절하는 방법 중에 가장 널리 알려진 방법 중의 하나는 액정셀을 이용하는 것이다. 액정셀에 전압을 인가하면 광지연을 조절할 수 있다. 이와 같은 방법으로 광학 필터를 제작하는 기술은 1983년 미국 등록 특허 US 4,394,069에 개시되었고, 이 후에 여러 세부 기술들이 개시되었다. 이 방법은 온도에 따라 특성이 쉬프트(shift)하는 문제점을 가진다. 이는 액정의 일반적인 온도 의존 특성 때문에 발생한다.Referring to FIG. 1, when two polarizing plates are arranged in parallel or vertically, and a birefringent material is arranged in the direction of 45 degrees to the polarization axis, the optical retardation of the birefringent material depends on the magnitude of optical retardation. The period of the wavelength characteristic of the light is changed. If the optical retardation value of the birefringent layer is adjustable, the wavelength region of the transmitted light can be modulated. It is possible to transmit a light by selecting a desired wavelength band over the entire visible light region by using approximately four or more (usually five) filters having different delay sizes. One of the most widely known methods for controlling the optical delay of a birefringent layer is to use a liquid crystal cell. When a voltage is applied to the liquid crystal cell, the optical delay can be controlled. A technique for fabricating an optical filter in this manner was disclosed in U.S. Patent No. 4,394,069 in 1983, and various detailed techniques thereafter were disclosed. This method has a problem that the characteristic shifts depending on the temperature. This is caused by the general temperature dependent nature of liquid crystals.
둘째, 회전필터를 사용하는 방식이 있다. 이는, 복굴절 조절방식과 달리 광지연의 크기가 변조되지 않고 광지연 축을 회전시키는 방법을 사용한다. 특히 필터를 통과하는 빛의 편광을 조절하는 원리가 복굴절 조절방식과 차별된다. 하지만, 회전필터의 방법에서도 대략 4개 이상의 필터 세트(통상 5개)가 필요하게 되고, 각각의 회전 방향을 잘 조절하여야 원하는 파장의 스펙트럼을 얻을 수 있다는 문제점이 있다.Second, there is a method of using a rotating filter. Unlike the birefringence control method, the optical delay axis is rotated without modulating the magnitude of the optical delay. In particular, the principle of controlling the polarization of light passing through the filter is different from the birefringence control method. However, in the method of the rotating filter, more than four filter sets (usually five) are required, and the spectrum of the desired wavelength can be obtained by adjusting the rotation direction of each filter set.
상기 두 가지 방법은 각각 4개 이상의 필터 세트를 포함하게 되는데, 이를 개별적으로 조절하여 파장을 선택하게 된다. 즉, 복굴절조절방식에서는 각 액정셀의 복굴절 값을 전기적으로 변조하여야 하고, 회전필터 방식에서는 각 필터의 방향을 정밀하게 조절하여야 한다. 이러한 조절 방법이 가지는 문제점들은 다음과 같다. The two methods each include four or more filter sets, which are individually adjusted to select wavelengths. That is, in the birefringence control method, the birefringence value of each liquid crystal cell should be electrically modulated, and in the rotating filter method, the direction of each filter must be precisely controlled. The problems of this adjustment method are as follows.
1. 필터의 개수가 많을수록 각각의 필터에서 발생하는 에러(error)가 누적되어 투과 파장스펙트럼에 반영되므로, 최종적으로 얻어지는 스펙트럼의 피크(peak) 파장이 가지는 에러(error)가 커진다.1. The larger the number of filters is, the more the errors generated in each filter are accumulated and reflected in the transmission wavelength spectrum, so that the error of the peak wavelength of the finally obtained spectrum becomes larger.
2. 각 필터간의 간섭에 의해 선택 파장 이외의 다른 영역에서 리크(leak) 광이 증가한다. 2. Leakage light increases in areas other than the selected wavelength due to interference between the filters.
3. 필터를 조절하기 위한 구동 방법 및 조절 방법이 복잡해진다. 3. The driving method and the adjusting method for adjusting the filter become complicated.
4. 필터 및 파장 조절 광원을 제작하기 위한 원가가 상승한다.4. Costs for fabricating filters and wavelength tuning light sources increase.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 손쉽게 연속적으로 파장조절이 가능한 광원을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light source capable of easily and continuously controlling wavelengths.
또한, 본 발명의 다른 목적은 LED 어레이(array)와 3개 이하의 필터세트를 가지는 필터 모듈을 조합하여 고성능, 저가, 조절이 간편한 파장조절 광원을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high-performance, low-cost, and easy-to-adjust wavelength-tunable light source by combining an LED array and a filter module having three or less filter sets.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 광대역 광원(예: 할로겐 램프(Halogen lamp))를 사용할 때보다, 필터의 개수를 절반 이하로 줄일 수 있고, 또한 리크(leak) 광을 줄여 협대역 광원의 품질을 높이는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for reducing the number of filters to less than half the number of conventional light sources (for example, a halogen lamp) .
더욱이, 본 발명의 또 다른 목적은 파장을 조절하기 위한 방법이 단순화 되어 사용이 편리한 파장 조절 광원을 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a wavelength-tunable light source that is simple to use and has a simple method for adjusting the wavelength.
본 발명의 또 다른 목적은 원가가 저렴한 파장 조절 광원을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a wavelength tunable light source which is inexpensive.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 출사되는 빛의 파장을 조절하기 위한 광원 장치는 상기 LED 어레이는 개별적으로 온/오프가 가능하고 출사 파장이 다른 복수 개의 협대역 LED를 포함하는 LED 어레이 및 투과 스펙트럼은 조절하고자 하는 파장 영역대에서 복수 개의 투과 피크(peak)를 갖는 필터 모듈을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light source device for controlling a wavelength of emitted light, the LED array including an LED array including a plurality of narrow band LEDs capable of on / off individually and having different emission wavelengths, The spectrum may include a filter module having a plurality of transmission peaks in the wavelength region band to be adjusted.
상기 필터 모듈은 2개 또는 3개의 복굴절 조절 방식의 필터를 포함할 수 있다.The filter module may comprise two or three birefringence controlled filters.
상기 필터 모듈은 2개 또는 3개의 회전필터 방식의 필터를 포함할 수 있다.The filter module may include two or three rotating filter type filters.
상기 LED 어레이에 포함된 각각의 LED는 100nm 이하의 반치폭을 가질 수 있다.Each LED included in the LED array may have a half-width of 100 nm or less.
상기 LED 어레이에 포함된 LED들 중 상기 조절하고자 하는 파장 영역대에 대응되는 LED가 턴온되도록 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.And a controller for controlling the LEDs corresponding to the wavelength band to be adjusted to be turned on among the LEDs included in the LED array.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 출사되는 빛의 파장을 조절하기 위한 광원 장치는 출사파장의 반치폭이 80nm 이하이고 중심 피크가 균일하게 다르게 분포하는 5개 이상의 LED를 포함하는 LED 어레이 및 2개 또는 3개의 필터 유닛들로 구성된 필터 모듈을 포함할 수 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a light source device for adjusting the wavelength of emitted light, comprising: an LED array including five or more LEDs having a full width at half maximum of emission wavelength of 80 nm or less and uniformly distributed center peaks; Or a filter module composed of three filter units.
상기 LED 어레이는 반치폭이 50nm 이하인 6개 이상의 LED를 포함하고, 상기 필터 모듈은 2개의 필터 유닛들을 포함할 수 있다.The LED array includes six or more LEDs having a half-width of 50 nm or less, and the filter module may include two filter units.
상기 필터 유닛은 복굴절 조절 방식의 필터 또는 회전 방식의 필터를 포함할 수 있다.The filter unit may include a birefringence-controlled filter or a rotating filter.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 출사되는 빛의 파장을 조절하기 위한 광원 장치는 출사 파장이 다른 복수 개의 협대역 LED를 포함하는 LED 어레이, 상기 LED 어레이로부터 출사되는 칩의 파장을 필터링하는 필터 유닛을 포함하되, 상기 필터 유닛은, 편광자, 복굴절 필름 및 QWP(Quarter-Wave Plate)를 포함하고, 상기 편광자와 상기 복굴절 필름은 45도 각도를 가지고, 상기 복굴절 필름과 상기 QWP은 45도 각도를 가지며, 상기 세 개의 광학 부품을 통과한 후, 빛은 파장에 따라 편광축이 다른 선편광을 가지도록 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light source device for controlling wavelength of emitted light, including: an LED array including a plurality of narrow band LEDs having different emission wavelengths; a filter for filtering wavelengths of chips emitted from the LED array; Wherein the birefringent film and the birefringent film have a 45 degree angle and the birefringent film and the QWP have a 45 degree angle. And after passing through the three optical components, the light may be configured so that the polarization axis has different linear polarization depending on the wavelength.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 출사되는 빛의 파장을 조절하기 위한 광원 장치는 출사 파장이 다른 복수 개의 협대역 LED를 포함하는 LED 어레이, 상기 LED 어레이로부터 출사되는 칩의 파장을 필터링하는 필터 유닛을 포함하되, 상기 필터 유닛은, 제 1 편광자, 복굴절 필름, QWP(Quarter-Wave Plate), 및 회전가능한 제 2 편광자를 포함하되, 상기 편광자와 복굴절 필름은 45도 각도를 가지고, 상기 복굴절 필름과 QWP 필름은 45도 각도를 가지며, 상기 제 1 편광자, 복굴절 필름 및 QWP, 세 개의 광학 부품을 통과한 후에 빛은 파장에 따라 편광축이 다른 선편광을 가지고, 상기 제 2 편광자를 회전함으로써 투과되는 빛의 파장을 변조할 수 있도록 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light source device for controlling wavelength of emitted light, including: an LED array including a plurality of narrow band LEDs having different emission wavelengths; a filter for filtering wavelengths of chips emitted from the LED array; Unit, wherein the filter unit comprises a first polarizer, a birefringent film, a quarter-wave plate (QWP), and a rotatable second polarizer, wherein the polarizer and the birefringent film have a 45 degree angle, And the QWP film have a 45 degree angle. After passing through the first polarizer, the birefringent film, and the QWP and the three optical components, the light has a linearly polarized light beam having a different polarization axis according to the wavelength, So that the wavelength of the light can be modulated.
본 발명의 LED 협대역 광학 필터를 조합한 파장조절 광원 장치에 따르면, 손쉽게 연속적으로 파장조절이 가능한 효과가 있다. According to the wavelength-tunable light source device in which the LED narrow-band optical filter of the present invention is combined, the wavelength can be easily and continuously adjusted.
또한, LED 어레이(array)와 3개 이하의 필터세트를 가지는 필터 모듈을 조합하여 고성능, 저가, 조절이 간편하고, 종래의 광대역 광원(예: 할로겐 램프(Halogen lamp))를 사용할 때보다, 필터의 개수를 절반 이하로 줄일 수 있고, 또한 리크(leak) 광을 줄여 협대역 광원의 품질을 높이는 효과가 있다.In addition, a combination of an LED array and a filter module having three or less filter sets is superior in performance, cost, and ease of adjustment, and is superior to the conventional filter using a broadband light source (such as a halogen lamp) Can be reduced to less than half, and leakage light can be reduced to improve the quality of the narrowband light source.
더욱이, 본 발명의 또 다른 목적은 파장을 조절하기 위한 방법이 단순화 되어 사용이 편리하며, 원가가 저렴한 파장 조절 광원을 제공할 수 있다.Yet another object of the present invention is to provide a wavelength tunable light source that is simple in use and simple and easy to use and has a low cost.
도 1은 상기 라이엇-오만 필터를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED를 이용한 협대역 파장 조절 광원 장치를 나타낸 도면,
도 3은 LED를 이용한 협대역 파장 조절 광원 장치의 LED 어레이를 구체적으로 나타낸 상세도면,
도 4는 복굴절 조절 방식의 필터를 나타낸 도면,
도 5는 회전 필터 방식의 단위 필터 세트를 나타낸 도면,
도 6은 도 5에 도시된 단위 필터 세트의 회전 필터를 회전시키기 위한 구성요소를 도시한 도면,
도 7은 도 5에 도시된 단위 필터 세트를 통과할 때 빛의 편광 상태를 나타낸 도면,
도 8은 두 개의 회전 필터 세트를 연결하기 위한 QWP 필터의 장착 방법을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 6에 도시된 필터 세트를 복수 개 연결하여 제조되는 필터 모듈을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단위 필터 세트를 복수 개 연결하여 제조되는 필터 모듈을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 여러 필터 세트를 연결하여 만든 필터 모듈을 도시한 도면,
도 12는 필터의 개수에 따른 투과 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 13은 약 반치폭(중간 휘도대역의 파장폭)이 약 80nm 수준의 LED 6개를 사용한 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 14는 3개 필터와 80nm 수준의 LED를 사용하였을 때 및 2개 필터와 80nm 수준의 LED를 사용한 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 15는 450nm의 광원을 얻기 위해 80nm 반치폭 LED와 3개 및 2개의 필터세트를 합친 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 16은 각 필터 세트의 복굴절 값을 조절하여 작은 피크 값을 소멸시킨 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 17은 반치폭이 약 50nm이 LED 7개를 선택적으로 사용한 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.1 shows the Riot-Oman filter,
FIG. 2 illustrates a narrow-band wavelength-tunable light source device using LEDs according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a detailed view showing an LED array of a narrow-band wavelength-tunable light source device using LEDs,
4 shows a birefringence-controlled filter,
5 is a view showing a unit filter set of a rotating filter type,
FIG. 6 shows the components for rotating the rotating filter of the unit filter set shown in FIG. 5,
FIG. 7 is a diagram showing a polarization state of light when passing through the unit filter set shown in FIG. 5;
8 is a view for explaining a mounting method of a QWP filter for connecting two sets of rotation filters,
FIG. 9 illustrates a filter module fabricated by connecting a plurality of filter sets shown in FIG. 6 according to another embodiment of the present invention. FIG.
10 is a view showing a filter module manufactured by connecting a plurality of unit filter sets according to another embodiment of the present invention;
11 is a view showing a filter module formed by connecting various filter sets according to another embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing a transmission spectrum according to the number of filters,
13 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment using six LEDs having a half-width (wavelength width in the middle luminance band) of about 80 nm,
FIG. 14 is a graph showing transmission spectra in the case of using three filters and 80 nm LEDs and two filters and 80 nm LEDs,
Fig. 15 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment in which an 80 nm full width LED and three and two filter sets are combined to obtain a light source of 450 nm,
16 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment in which a small peak value is canceled by adjusting the birefringence value of each filter set,
FIG. 17 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment in which seven LEDs having a half width of about 50 nm are selectively used.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED를 이용한 협대역 파장 조절 광원 장치를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 협대역 파장 조절 광원 장치는 광원 램프(210)(LED 어레이라고 부를 수 있음), 광학 콘덴서(220), 조절가능한 필터 유닛(230: Tunable Filter) 및 컨트롤러(250)를 포함할 수 있다. 파장 조절 광원 장치를 통해 출사된 광원은 파이버(240) 등을 통해 원하는 목적을 사용가능하다.2 is a view illustrating a narrow-band wavelength-tunable light source device using LEDs according to an embodiment of the present invention. 2, the narrow-band wavelength-tunable light source device includes a light source lamp 210 (which may be referred to as an LED array), an
도 2를 참조하면, LED 어레이(210)와 조절가능한 필터(230)가 파장 조절 광원 장치의 가장 핵심 부분이다. LED 어레이(21)는 다른 파장대의 빛을 출사하는 복수의 LED 램프 군으로 구성될 수 있다. 이는 도 3을 통해 보다 상세히 설명한다. Referring to FIG. 2, the
도 3은 LED를 이용한 협대역 파장 조절 광원 장치의 LED 어레이를 구체적으로 나타낸 상세도면이다.3 is a detailed view showing an LED array of a narrow-band wavelength-tunable light source device using LEDs.
도 3을 참조하면, LED 어레이(300)는 복수 개의 LED 램프(310-1~310-N)를 포함할 수 있다. 각각의 LED 어레이(300)는 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수 개의 LED 램프 군(310-1, 310-2, 310-3)으로 구성될 수 있다. 각 LED 램프 군(310-1~310-N)은 서로 다른 파장의 광을 출사하기 위해, 출사되는 빛의 세기와 빛의 파장대 역시 컨트롤러(350)를 통해 조절될 수 있다. 예컨대, LED 램프 군(310-1)은 300~500nm의 파장을 갖고, LED 램프 군(310-2)은 500nm~700nm의 파장을 갖도록 하는 등 서로 다른 대역의 파장을 갖도록 조절할 수 있다. 이에 따라 복수 개의 LED 램프 군(310-1~310-N)이 모여 LED 어레이(300)에서 출사되는 빛의 세기와 빛의 파장대가 조절될 수 있다. Referring to FIG. 3, the
각 LED 램프 군(310-1~310-N)은 적어도 하나의 램프 소자(320)를 포함할 수 있다. LED 램프 군(310-1~310-N)의 파장대 조절에 대응하여, 그에 포함된 램프 소자(320)빛의 파장대도 조절될 수 있다. LED 소자(320)는 각각 스위치(SW: Switch)와 연결되어 개별적으로 온/오프 동작을 수행할 수 있다. 각 LED 소자(320)에 대한 온/오프 동작을 위한 스위치의 제어는 컨트롤러(350)에서 수행될 수 있다. 컨트롤러(350)는 자동 모드로, 인코딩되어 있는 바에 따라 사용자가 원하는 파장의 광을 자동으로 방사하도록 LED 소자(320)에 대한 제어 방식이 설정되어 있을 수도 있고, 수동 모드로 사용자에 의해 직접 컨트롤될 수도 있다. Each of the LED lamp groups 310-1 to 310-N may include at least one
LED 어레이(300)에서 백색광원을 출사하거나 비교적 넓은 대역폭의 파장 빛을 선택적으로 출사할 수 있다. LED 어레이(300)에서 사용되는 LED 소자들(320)은 대략 100nm 이내의 대역폭을 가지고 가시광선 또는 더 넓은 영역대에서 선택적으로 개별 온/오프 가능하다. 따라서, LED를 선택적으로 원부에서는 100nm 수준의 대역폭의 빛이 선택될 수 있다. 다만, 이 정도의 빛의 대역 조절 능력으로는 일반적인 파장 조절 광원으로 기능하기 어려우므로, 파장조절용 조절가능한 필터가 필요할 수 있다.The
다시 도 2로 돌아가서, 광학 콘덴서(220)는 집광 렌즈를 사용하여 LED 어레이(210)에서 출사되는 광을 집광할 수 있다. 광학 콘덴서(220)는 출사되는 광의 형태를 고려하여 서로 다른 복수 개의 광학 렌즈를 포함할 수 있다. 2, the
조절가능한 필터 유닛(230)은 복굴절 조절 방식 또는 회전 필터 방식을 통해 광학 콘덴서(220)를 통과한 광의 파장을 2차적으로 조절할 수 있다. 상기 필터 유닛(230)은 컨트롤러(215)의 제어 신호를 받아 동작할 수 있다.The
파이버(240)는 필터 유닛(230)을 통과하면서 최종적으로 파장 대역이 조절된 광을 수신하여 전송한다. 파이버(240)는 광케이블, 광섬유 또는 다른 광을 전달하는 광학 부품을 포함할 수 있다. The
도 4는 복굴절 조절 방식의 필터를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복굴절 조절 방식의 필터는 복수 개의 편광판(410), 필터(420-1~420-3)를 포함할 수 있다. 4 is a view showing a birefringence-controlled filter. As shown in FIG. 4, the birefringence-controlled filter according to an exemplary embodiment of the present invention may include a plurality of
도 4의 실시예에 따르면, 필터(420-1~420-3)의 개수를 3개로 가정한 실시예의 복굴절 조절 방식의 필터를 나타낸다. 하나의 필터는 복수 개의 기판을 포함할 수 있고, 기판 사이에 액정 셀을 포함할 수 있다. 각각의 액정 셀은 전기장을 인가할 수 있는 전극을 포함하고 있다. 전극은 컨트롤러(450)에 연결되어 각 필터(420-1~420-3)의 동작 여부를 선택할 수 있다. 액정층의 두께는 각각 다르게 설계되어 복굴절의 최대 크기가 액정 셀마다 다를 수 있다. 예컨대, 각각 필터 1(420-1)은 1300nm, 필터 2(420-2)는 2600nm로, 필터 3(420-3)은 5200nm의 복굴절 값을 가질 수 있다. 각 필터의 복굴절 값은 반드시 위의 값만으로 한정되는 것은 아니다.According to the embodiment of FIG. 4, the birefringence adjustment type filter of the embodiment assumes that the number of the filters 420-1 to 420-3 is three. One filter may include a plurality of substrates, and may include a liquid crystal cell between the substrates. Each liquid crystal cell includes an electrode capable of applying an electric field. The electrodes may be connected to the
이하 도 5 내지 도 10은 도 3의 조절가능한 필터의 여러 다양한 실시예를 나타낸다. 특히, 도 5 내지 도 11은 회전 필터 방식의 조절가능한 필터를 나타낸다. 5 to 10 show various different embodiments of the adjustable filter of Fig. In particular, Figures 5-11 illustrate an adjustable filter of the rotating filter type.
도 5는 회전 필터 방식의 단위 필터 세트를 나타낸 도면이다. 5 is a view showing a unit filter set of a rotating filter type.
도 5를 참조하면, 단위 필터 세트(또는 유니트(unit))는 편광자 1(P1), 복굴절 필름(B1) 및 QWP(Q1)을 포함하는 고정필터(PF1)와 편광자 2(P2)(편광자 2(P2)는 회전 필터(RF1)일 수 있음)로 구성될 수 있다. 먼저, 빛은 편광자 1(P1)을 통과하면서 선편광된 빛이 된다. 그 이후에 편광자의 편광 방향과 45도(또는 -45도) 방향으로 광축이 형성된 복굴절 필름(B1)을 통과한다. 이때, 반드시 45도만으로 한정되는 것을 아니고, 40도 내지 50도의 방향으로 광축이 형성되어도 무방하다. 5, a unit filter set (or unit) includes a fixed filter PF1 including a polarizer 1 (P1), a birefringent film B1 and a QWP (Q1) and a polarizer 2 (P2 (P2) may be a rotary filter (RF1)). First, the light passes through the polarizer 1 (P1) and becomes linearly polarized light. And thereafter passes through the birefringent film B1 in which the optical axis is formed in the direction of 45 degrees (or -45 degrees) with the polarization direction of the polarizer. At this time, the optical axis is not necessarily limited to 45 degrees but may be formed in the direction of 40 degrees to 50 degrees.
이때, 복굴절 필름(B1)이 가지는 광 지연(optical retardation) 값은 필터 유니트마다 다른 값을 가질 수 있다. 복굴절 필름(B1)을 지난 빛은 빛의 파장에 따라 선편광, 타원편광, 원편광 등 다양한 편광상태를 가진다. 그 다음 QWP 필름(Q1)이 편광자의 편광축과 평행한 방향으로 광축을 가지도록 구성되어 있다. At this time, the optical retardation value of the birefringent film B1 may have a different value from one filter unit to another. The light passing through the birefringent film (B1) has various polarization states such as linearly polarized light, elliptically polarized light and circularly polarized light depending on the wavelength of light. Then, the QWP film (Q1) is configured to have an optical axis in a direction parallel to the polarization axis of the polarizer.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 QWP 필름(Q1)은 편광자의 편광축과 수직인 방향으로 광축을 가지도록 구성될 수 있다. 이때, QWP 필름(Q1)은 광대역에서 파장의 1/4만큼의 광지연 효과를 가지는 필름을 의미한다. QWP 필름(Q1)을 통과하면 빛은 모두 선편광으로 바뀐다. 다만 파장에 따라 선편광의 편광축은 다른 방향을 가지게 된다. According to another embodiment of the present invention, the QWP film Q1 may be configured to have an optical axis in a direction perpendicular to the polarization axis of the polarizer. At this time, the QWP film (Q1) means a film having a light delay effect by a quarter of a wavelength in a wide band. When passing through the QWP film (Q1), all of the light is converted into linearly polarized light. However, the polarization axis of the linearly polarized light has a different direction depending on the wavelength.
도 6은 도 5에 도시된 단위 필터 세트의 회전 필터를 회전시키기 위한 구성요소를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 필터를 회전시키기 위해, 단위 필터 세트 a(FS_a)는 자동 회전부(610-1, 610-2) 및 구동부(620)를 더 포함할 수 있다.FIG. 6 is a view showing components for rotating the rotating filter of the unit filter set shown in FIG. 6, the unit filter set a (FS_a) may further include automatic rotation units 610-1 and 610-2 and a
자동 회전부(610-1, 610-2)는 회전 필터(RF1)의 양단에 배치되어 자력을 통해 회전 필터(RF1)를 회전시킬 수 있다. 자동 회전부(610-1, 610-2)는 전자석 코일일 수 있다. 구동부(620)는 자동 회전부(610-1, 610-2)로 전류를 보내어 자동 회전부(610-1, 610-2)를 N극 또는 S극으로 각각 변하게 할 수 있다. 회전 필터(RF1)는 N극 및 S극을 띄는 자동 회전부(610-1, 610-2)에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전 운동을 할 수 있다. 회전 필터(RF1)의 회전에 따라 파장에 따른 투과도가 달라지기 때문에, 자동 회전부(610-1, 610-2)를 구동하는 구동부(620)로부터 구동 신호를 조절하여 회전 필터(RF1)의 회전 정도를 조절할 수 있다.The automatic rotation units 610-1 and 610-2 are disposed at both ends of the rotation filter RF1 and can rotate the rotation filter RF1 through a magnetic force. The automatic rotation units 610-1 and 610-2 may be electromagnet coils. The driving
도 7은 도 5에 도시된 단위 필터 세트를 통과할 때 빛의 편광 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a view showing a polarization state of light when passing through the unit filter set shown in FIG. 5. FIG.
도 7을 참조하면, 편광자 1(P1) 통과 후 편광 방향은 파장에 따라 모두 동일하다. 하지만 복굴절 필름(B1)을 통과한 후에는 편광 방향이 파장에 따라 모두 달라진다. 이 단계까지는 종래 Lyot-Ohman filter와 기능이 동일하다. 하지만, QWP(Q1)를 통과하게 되면, 모든 편광은 선편광으로 변환되고 편광 방향은 달라지게 된다. Referring to FIG. 7, the polarization direction after passing through the polarizer 1 (P1) is all the same according to the wavelength. However, after passing through the birefringent film (B1), the polarization direction is all different depending on the wavelength. Up to this stage, the function is the same as that of the conventional Lyot-Ohman filter. However, when passing through the QWP (Q1), all the polarized light is converted into linearly polarized light and the polarization direction is changed.
도 8은 두 개의 회전 필터 세트를 연결하기 위한 QWP 필터의 장착 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 여러 필터 세트를 연결하기 위한 단위 필터 세트 a(FS_a)는 도 5에서 설명한 고정필터(PF1) 및 회전 필터(RF1)에 QWP 2(Q2) 및 QWP 3(Q3)를 더 부가하여 구성될 수 있다.8 is a view for explaining a mounting method of a QWP filter for connecting two sets of rotating filters. 8, a unit filter set a (FS_a) for connecting various filter sets according to another embodiment of the present invention includes QWP 2 ( Q2 and QWP3 (Q3).
도 8을 참조하면, 고정필터(PF1) 및 회전 필터(RF1)는 도 5의 고정필터(PF1) 및 회전 필터(RF1)와 동일하다. 이때, 고정필터(PF1) 전면에 QWP 2(Q2)를 고정필터(PF1)의 편광축으로부터 45도 방향으로 부착시키고, 또 다른 QWP 3(Q3)를 고정필터(RF1) 후면에 고정필터(RF1)의 편광축으로부터 -45도 방향으로 부착시킨다. 이때 QWP 2(Q2)를 -45도 방향으로, QWP 3(Q3)를 45도 방향으로 부착하여도 무방하다. 다만 하나는 45도 다른 하나는 -45도로 부착하여야 한다. 두 장의 QWP(Q2, Q3)가 부착된 단위 필터 유니트 a(FS_a)는 도 8의 우측 도면과 같이 간단히 표시할 수 있다. 즉, Q2+고정필터 결합체(QPF1)와 회전필터+Q3 결합체(QRF1)로 표시할 수 있다. 이와 같이 도 8에 도시한 바와 같이 방법에 의하여 만들어진 단위 필터 유니트 a(FS_a)는 두 장의 선편광자, 세 장의 QWP 필름, 그리고 한 장의 복굴절 필름으로 구성된다. 각각의 필름은 복수의 필름의 합으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 광대역 QWP를 구성하기 위하여 두 장의 복굴절 필름을 서로 직교하게 부착하여 그 특성을 낼 수 있다. 하지만 광학적 기능은 도 8과 같다. 도 8에서 회전필터+Q3 결합체(QRF1)은 함께 회전이 가능하다. QWP 2(Q2)와 QWP 3(Q3)의 기능은 두 개 이상의 단위 필터 유니트를 연결하였을 때 회전필터+Q3 결합체(QRF1)이 회전하더라도 다음 필터와의 편광축 회전에 의한 투과율 감소를 방지하고 독립적으로 필터를 회전시키기 위함이다. Referring to FIG. 8, the fixed filter PF1 and the rotating filter RF1 are the same as the fixed filter PF1 and the rotating filter RF1 in FIG. At this time, QWP2 (Q2) is attached to the front face of the fixed filter PF1 in the direction of 45 degrees from the polarization axis of the fixed filter PF1 and another QWP3 (Q3) is fixed to the fixed filter RF1 on the rear face of the fixed filter RF1. In the direction of -45 degrees from the polarization axis. At this time, QWP 2 (Q2) may be attached in the direction of -45 degrees, and QWP 3 (Q3) may be attached in the direction of 45 degrees. One should be 45 degrees and the other 45 degrees. The unit filter unit a (FS_a) to which the two QWPs (Q2, Q3) are attached can be simply displayed as shown in the right side of Fig. That is, it can be expressed as Q2 + fixed filter combination (QPF1) and rotating filter + Q3 combination (QRF1). Thus, as shown in Fig. 8, the unit filter unit a (FS_a) made by the method is composed of two linear polarizers, three QWP films, and one birefringent film. Each film may be composed of a sum of a plurality of films. For example, two birefringent films can be attached perpendicularly to each other to form a broadband QWP. However, the optical function is as shown in FIG. In Fig. 8, the rotating filter + Q3 combined body QRF1 is rotatable together. The function of QWP 2 (Q 2) and QWP 3 (Q 3) is to prevent the decrease of the transmittance by rotation of the polarization axis with the next filter even when the rotating filter + Q 3 combination unit (QRF 1) rotates when two or more unit filter units are connected. This is to rotate the filter.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 8에 도시된 필터 세트를 복수 개 연결하여 제조되는 필터 모듈을 도시한 도면이다. FIG. 9 is a view showing a filter module manufactured by connecting a plurality of filter sets shown in FIG. 8 according to another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 필터 모듈 A(900)는 복수 개의 단위 필터 세트(FS_a1, FS_a2, FS_a3, ...)를 포함할 수 있다. 도 9의 실시예는 3개의 필터 유니트 (FS_a1, FS_a2, FS_a3)를 연속적으로 결합한 구조를 보여주고 있다. 이때, 각 필터 유니트는 복굴절 필름(B1, B2, B3)이 서로 다른 광지연(optical retardation)을 가진다. 이와 같이 4개 이상 복수 개의 필터 유니트를 연결할 수 있고, 각각의 필터는 독립적으로 회전시킬 수 있다. 이때, 각 필터에서 투과되는 파장을 일치시킴으로써 협대역의 투과광을 얻을 수 있다. Referring to FIG. 9, the filter module A 900 may include a plurality of unit filter sets FS_a1, FS_a2, FS_a3,... The embodiment of FIG. 9 shows a structure in which three filter units FS_a1, FS_a2, and FS_a3 are continuously connected. At this time, the birefringent films B1, B2, and B3 of the respective filter units have different optical retardations. In this way, a plurality of filter units of four or more can be connected, and each filter can be rotated independently. At this time, narrow band transmitted light can be obtained by matching the wavelengths transmitted by the respective filters.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단위 필터 세트를 복수 개 연결하여 제조되는 필터 모듈을 도시한 도면이다. 10 is a view illustrating a filter module manufactured by connecting a plurality of unit filter sets according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 앞서 설명한 필터 모듈 A(900)와 달리 이번 방법에서, 필터 모듈 B(1000)는 QWP 2(Q2) 및 QWP 3(Q3)을 사용하지 않는다. 단위 필터 유니트 b1(FS_b1)의 회전필터 부분은 제거하고 회전필터의 역할을 단위 필터 유니트 b1(FS_b1)의 고정필터(PF2)가 담당한다. 즉 고정필터(PF2)를 고정필터(PF1)을 기준으로 회전시킴으로써 필터 유니트 b1(FS_b1)의 투과 파장을 선택하는 역할을 한다. 이와 마찬가지로, 두 번째 필터 유니트 b2(FS_b2)의 회전 필터 역할은 고정필터(PF3)이 담당을 한다. 따라서, 마지막 필터유니트만이 회전필터를 독립적으로 가지게 구성될 수 있다. 이와 같이 함으로써 기능은 동일하게 만들고 필터 모듈을 단순화시킬 수 있다. 각 필터 유니트는 한 장의 편광자와 한 장의 복굴절 필름 그리고 한 장의 QWP 필름을 포함하고, 마지막 필터 유니트 b3(FS_b3)는 회전 편광자를 하나 더 가진다. 하지만 필터 모듈 B(1000)의 경우에는 회전 각도가 독립적이지 않고, 바로 이전의 필터의 각도를 기준으로 회전 각도를 설정하여야 한다. Referring to FIG. 10, unlike the filter module A 900 described above, in this method, the filter module B 1000 does not use QWP 2 (Q 2) and QWP 3 (Q 3). The rotary filter portion of the unit filter unit b1 (FS_b1) is removed and the fixed filter PF2 of the unit filter unit b1 (FS_b1) takes charge of the rotary filter. That is, it rotates the fixed filter PF2 with respect to the fixed filter PF1, thereby selecting the transmission wavelength of the filter unit b1 (FS_b1). Likewise, the fixed filter PF3 takes charge of the rotation filter of the second filter unit b2 (FS_b2). Thus, only the last filter unit can be configured to have the rotating filter independently. By doing this, the functions can be made the same and the filter module can be simplified. Each filter unit contains one polarizer, one birefringent film and one QWP film, and the last filter unit b3 (FS_b3) has one more polarizer. However, in the case of the filter module B (1000), the rotation angle is not independent and the rotation angle should be set based on the angle of the immediately preceding filter.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 여러 필터 세트를 연결하여 만든 필터 모듈을 도시한 도면이다.11 is a view showing a filter module formed by connecting various filter sets according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 필터 모듈 C에서, 각 단위 필터 유니트는 앞서 설명한 고정필터(PF1: 편광자 + 복굴절필름 + QWP)와 또 한장의 회전 가능한 HWF(Half-wave plate: 반파장 광지연 필름)으로 구성될 수 있다. 이때, HWF는 전 파장 영역에선 HWP(Half-wave plate) 기능을 가지도록 구성되며, 회전가능하다. 이를 HRF로 지칭할 수 있다. HRF의 회전에 따라 PF1을 통과한 선편광 빛의 편광 방향이 달라진다. 이를 이용하여 다음 단위 필터 세트의 편광자에 의해 특정 파장의 빛이 투과하게 된다. 여러 필터 세트를 이용하여 선택적으로 투과 광의 파장 영역을 선택할 수 있다. 마지막 단위 필터 세트는 HRF 대신 회전 편광판(RF)를 이용하여 투과광의 편광을 조절한다. Referring to FIG. 11, in the filter module C, each unit filter unit is composed of a fixed filter (PF1: polarizer + birefringent film + QWP) and a rotatable half wave plate (HWF) Lt; / RTI > At this time, the HWF is configured to have a HWP (Half-wave plate) function in the entire wavelength region and is rotatable. This can be referred to as HRF. The direction of polarization of linearly polarized light passing through PF1 changes with the rotation of HRF. The light of a specific wavelength is transmitted by the polarizer of the next unit filter set. The wavelength region of the transmitted light can be selectively selected using various filter sets. The final unit filter set controls the polarization of transmitted light using a rotating polarizer (RF) instead of HRF.
여기서, 상기 QWP및 HWP는 광대역의 파장 영역에서 1/4파장 혹은 1/2파장의 광 지연 효과를 가지는 필름을 의미한다. 이러한 광 지연 효과를 나타내기 위해서는 광지연값인 Δn×d (Δn: birefringence, d : 필름 두께) 값이 파장에 선형적으로 증가하여야 한다. 즉 Δn×d/λ= 1/4 or 1/2 임을 의미한다 (λ: 빛의 파장). 보통 투명한 재질의 필름은 Δn 값이 파장에 따라 감소하는 경향이 있어, 앞서 설명한 QWP와 HWP의 광학특성을 확보하는 것은 쉽지 않은 일이다. 이러한 광학 특성을 구현하기 위하여 QWP와 HWP는 복수 개의 광학 필름을 겹치도록 구성하여 이러한 특성을 구현할 수 있다. 또는 QWP와 HWP 재료를 역파장 분산의 성능을 가진 재료를 이용하여 구성할 수 있다. Here, the QWP and HWP are films having a light retardation effect of a quarter wavelength or a half wavelength in a wide wavelength region. In order to exhibit such a light delay effect, the optical delay value Δn × d (Δn: birefringence, d: film thickness) value has to be linearly increased in wavelength. That is,? N x d /? = 1/4 or 1/2 (?: Wavelength of light). It is not easy to obtain the optical characteristics of the QWP and the HWP described above because the Δn value tends to decrease with the wavelength in a transparent film. In order to realize such optical characteristics, QWP and HWP may be configured to overlap a plurality of optical films to realize such characteristics. Alternatively, QWP and HWP materials can be constructed using materials with reverse wavelength dispersion capabilities.
도 12는 필터의 개수에 따른 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 12 is a diagram showing a transmission spectrum according to the number of filters.
첫 번째 실시예에서는, 가시광 영역에서 평균 10nm 수준의 반치값(peak 의 중앙값에서 band 폭)을 얻기 위해서는 대략 5개의 필터를 사용한다. 이때 얻어지는 스펙트럼은 도 12의 (a)에 도시되어 있다. 이때 각 필터의 복굴절 최대 값은 대략 325nm, 650nm, 1300nm, 2600nm, 5200nm를 사용하였다. In the first embodiment, approximately five filters are used to obtain a half value (band width at the middle value of the peak) of the average 10 nm level in the visible light region. The spectrum obtained at this time is shown in Fig. 12 (a). The birefringence maximum of each filter was approximately 325 nm, 650 nm, 1300 nm, 2600 nm, and 5200 nm.
이때 복굴절이 작은 두개의 필터를 제거하였을 때 도 12의 (b)와 같은 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이때 가시광 영역에서 3개의 피크(peak)가 나타난다. 따라서, 단일파장의 빛을 얻을 수 없다. When the two filters having a small birefringence are removed, the spectrum shown in FIG. 12 (b) can be obtained. At this time, three peaks appear in the visible region. Therefore, light of a single wavelength can not be obtained.
필터를 3개를 제거하고 2600nm와 5200 nm만을 사용하여 도 12의 (c)와 같은 스펙트럼을 얻을 수 있다. 도 12의 (c)와 같이 가시광 영역에서 5개의 피크(peak)를 얻을 수 있다. The spectrum shown in FIG. 12 (c) can be obtained by removing three filters and using only 2600 nm and 5200 nm. Five peaks can be obtained in the visible light region as shown in FIG. 12 (c).
이와 같이 복굴절 값이 낮은 필터의 수를 감소시키면 일정 영역에서 나타나는 피크의 개수가 증가하므로, 단일파장의 광원을 얻을 수 없다. 따라서, 협대역 파장의 광원을 얻기 위하여 많은 개수의 필터 세트가 사용하게 된다. 하지만 필터 개수가 증가하면 파장을 변조하기 위해서 필요한 조절 변수가 복잡해지고 에러율이 높아진다. 뿐만 아니라 리크(leak) 광이 증가하여 출력 광의 파장 특성이 나빠지는 문제가 발생하게 된다. If the number of filters having low birefringence values is reduced, the number of peaks appearing in a certain region increases, so that a single wavelength light source can not be obtained. Therefore, a large number of filter sets are used to obtain a light source of a narrow wavelength. However, as the number of filters increases, the control parameters required to modulate the wavelength become complicated and the error rate increases. In addition, leakage light increases and the wavelength characteristic of the output light is deteriorated.
본 발명에서는 필터 개수를 줄이면서 높은 품질의 협대역 파장 광을 얻기 위하여 LED 어레이를 이용한다. 즉 도 2의 광원부에 광대역의 할로겐 램프(halogen lamp) 대신 복수의 다른 파장을 가지는 LED를 사용하여 필요에 따라 맞는 파장의 LED를 선택적으로 켜준다. In the present invention, an LED array is used in order to obtain a high-quality narrow-band wavelength light while reducing the number of filters. That is, instead of a halogen lamp of a wide band, a plurality of LEDs having different wavelengths are used in the light source of FIG.
도 13은 약 반치폭(중간 휘도대역의 파장폭)이 약 80nm 수준의 LED 6개를 사용한 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 13을 참조하면, LED 1에서 LED 6은 피크(peak) 값 420nm, 470nm, 520nm, 570nm, 620nm, 670nm를 가지고 반치폭 약 80nm의 LED의 발광 스펙트럼이다. 13 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment using six LEDs having a half-width (wavelength width in the middle luminance band) of about 80 nm. Referring to FIG. 13, LED 6 in
도 14는 3개 필터와 80nm 수준의 LED를 사용하였을 때 및 2개 필터와 80nm 수준의 LED를 사용한 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 3개의 필터만을 사용하는 경우에도 단파장영역의 피크가 나타나지 않으므로 협대역 광원을 얻을 수 있다. 또한, 도 14의 (b)와 같이, 2개의 필터만을 사용하여도 가능하다.Fig. 14 is a diagram showing transmission spectra in the case of using three filters and LEDs of 80 nm level, and in an embodiment using two filters and LEDs of 80 nm level. As shown in Fig. 14 (a), even when only three filters are used, a peak of a short wavelength region is not displayed, and a narrowband light source can be obtained. 14 (b), it is also possible to use only two filters.
도 15는 450nm의 광원을 얻기 위해 80nm 반치폭 LED와 3개 및 2개의 필터세트를 합친 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 3개의 필터를 사용하면 협대역 파장의 광원을 얻을 수 있다. 그러나, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 2개의 필터를 사용하면 또 다른 피크가 약 520nm 근처에 발생하여 협대역 파장을 얻을 수 없음을 알 수 있다. 이는 단파장영역에서 두 피크의 거리가 좁아지기 때문이다. 따라서 80nm 반치폭의 LED를 사용하여 전 가시광 영역에서 협대역 파장의 광원을 얻기 위해서는 3개의 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 반면, 2개의 필터만을 사용하기 위해서는 복굴절 값을 조절하여 사용할 수 있다. 15 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment including an 80 nm full width LED and three and two filter sets to obtain a light source of 450 nm. As shown in Fig. 15 (a), when three filters are used, a light source with a narrowband wavelength can be obtained. However, as shown in Fig. 15 (b), when two filters are used, another peak occurs near about 520 nm, and it can be seen that a narrow wavelength can not be obtained. This is because the distance between two peaks in a short wavelength region becomes narrow. Therefore, it is preferable to use three filters in order to obtain a narrow-band light source in the entire visible light region by using an LED having a full width at half maximum of 80 nm. On the other hand, in order to use only two filters, the birefringence value can be adjusted.
도 16은 각 필터 세트의 복굴절 값을 조절하여 작은 피크 값을 소멸시킨 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 복굴절 조절방식을 사용할 경우 이러한 조정이 용이하다. 도 15의 (b)와 비교해보면 출사광의 반치값이 조금 상승한 것을 알 수 있다. 16 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment in which a small peak value is canceled by adjusting the birefringence value of each filter set. This adjustment is easy when the birefringence control method is used. 15 (b), it can be seen that the half value of the outgoing light is slightly increased.
또 다른 방법은 LED의 발광 반치폭이 약 50nm 수준으로 작은 협대역 LED를 사용하는 것이다. 도 17은 반치폭이 약 50nm이 LED 7개를 선택적으로 사용한 실시예에서의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 17에 도시된 바와 같이, LED 7개를 선택적으로 사용한 경우, 2개의 필터 사용만으로도 협대역의 광원을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
Another method is to use a narrow-band LED whose emission half-width is about 50 nm. FIG. 17 is a diagram showing a transmission spectrum in an embodiment in which seven LEDs having a half width of about 50 nm are selectively used. As shown in FIG. 17, when seven LEDs are selectively used, it can be seen that a narrow-band light source can be obtained by using only two filters.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions as defined by the following claims It will be understood that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.
Claims (10)
개별적으로 온/오프가 가능하고 출사 파장이 다른 복수 개의 협대역 LED를 포함하는 LED 어레이; 및
투과 스펙트럼과 관련하여, 조절하고자 하는 파장 영역대에서 복수 개의 투과 피크(peak)를 갖는 필터 모듈; 및
상기 LED 어레이에 포함된 LED들 중 상기 조절하고자 하는 파장 영역대에 대응되는 LED가 턴온되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
상기 필터 모듈의 복수 개의 투과 피크 중 적어도 둘은 상기 턴온된 LED의 파장 영역에 대응되는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.A light source device for adjusting a wavelength of emitted light,
An LED array including a plurality of narrow band LEDs capable of on / off individually and having different emission wavelengths; And
With respect to the transmission spectrum, a filter module having a plurality of transmission peaks in a wavelength region band to be adjusted; And
And a controller for controlling the LEDs corresponding to the wavelength band to be adjusted to be turned on among the LEDs included in the LED array,
Wherein at least two of the plurality of transmission peaks of the filter module correspond to a wavelength range of the turned-on LED.
상기 필터 모듈은 2개 또는 3개의 복굴절 조절 방식의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.The method according to claim 1,
Wherein the filter module comprises two or three birefringence-controlled filters.
상기 필터 모듈은 2개 또는 3개의 회전필터 방식의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.The method according to claim 1,
Wherein the filter module comprises two or three filters of a rotating filter type.
상기 LED 어레이에 포함된 각각의 LED는 100nm 이하의 반치폭을 갖는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.The method according to claim 1,
Wherein each LED included in the LED array has a half-width of 100 nm or less.
출사파장의 반치폭이 80nm 이하이고 중심 피크의 세기가 균일하면서 서로 다른 파장 대역에 분포하는 5개 이상의 LED를 포함하는 LED 어레이;
2개 또는 3개의 필터 유닛들로 구성된 필터 모듈; 및
상기 LED 어레이에 포함된 LED들 중 조절하고자 하는 파장 영역대에 대응되는 LED가 턴온되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
상기 필터 모듈은 복수 개의 필터 유닛들을 포함하여 상기 턴온된 LED의 파장 영역에 대응되는 적어도 두 개의 투과 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.A light source device for adjusting a wavelength of emitted light,
An LED array including five or more LEDs having a half width of an emission wavelength of 80 nm or less and a central peak intensity uniformly distributed in different wavelength bands;
A filter module composed of two or three filter units; And
And a controller for controlling the LEDs corresponding to the wavelength band to be adjusted to be turned on among the LEDs included in the LED array,
Wherein the filter module includes a plurality of filter units and has at least two transmission peaks corresponding to the wavelength range of the turned-on LED.
상기 LED 어레이는 반치폭이 50nm 이하인 6개 이상의 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.The method according to claim 6,
Wherein the LED array includes at least six LEDs having a half-width of 50 nm or less.
상기 필터 유닛은 복굴절 조절 방식의 필터 또는 회전 방식의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.8. The method according to claim 6 or 7,
Wherein the filter unit comprises a birefringence-controlled filter or a rotating filter.
출사 파장이 다른 복수 개의 협대역 LED를 포함하는 LED 어레이;
상기 LED 어레이로부터 출사되는 빛의 파장을 필터링하는 필터 유닛; 및
상기 LED 어레이에 포함된 LED들 중 조절하고자 하는 파장 영역대에 대응되는 LED가 턴온되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 필터 유닛은,
편광자, 복굴절 필름 및 QWP(Quarter-Wave Plate)를 포함하고,
상기 편광자와 상기 복굴절 필름은 45도 각도를 가지고, 상기 복굴절 필름과 상기 QWP은 45도 각도를 가지며, 상기 편광자, 상기 복굴절 필름 및 상기 QWP를 통과한 후, 빛은 파장에 따라 편광축이 다른 선편광을 가지도록 구성되며,
상기 필터 유닛은 복수 개 구성되어, 상기 턴온된 LED의 파장 영역에 대응되는 적어도 두 개의 투과 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.A light source device for adjusting a wavelength of emitted light,
An LED array including a plurality of narrow band LEDs having different emission wavelengths;
A filter unit for filtering a wavelength of light emitted from the LED array; And
And a controller for controlling the LEDs corresponding to the wavelength band to be adjusted to be turned on among the LEDs included in the LED array,
A polarizer, a birefringent film, and a quarter-wave plate (QWP)
The polarizer and the birefringent film have an angle of 45 degrees. The birefringent film and the QWP have an angle of 45 degrees. After passing through the polarizer, the birefringent film, and the QWP, light has linear polarization different in polarization axis Respectively,
Wherein the filter unit has a plurality of filter units and has at least two transmission peaks corresponding to the wavelength regions of the turned-on LEDs.
출사 파장이 다른 복수 개의 협대역 LED를 포함하는 LED 어레이;
상기 LED 어레이로부터 출사되는 빛의 파장을 필터링하는 필터 유닛; 및
상기 LED 어레이에 포함된 LED들 중 조절하고자 하는 파장 영역대에 대응되는 LED가 턴온되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 필터 유닛은,
제 1 편광자, 복굴절 필름, QWP(Quarter-Wave Plate), 및 회전가능한 제 2 편광자를 포함하되,
상기 제 1 편광자와 복굴절 필름은 45도 각도를 가지고, 상기 복굴절 필름과 QWP 필름은 45도 각도를 가지며,
상기 제 1 편광자, 복굴절 필름 및 QWP를 통과한 후에 빛은 파장에 따라 편광축이 다른 선편광을 가지고,
상기 제 2 편광자를 회전함으로써 투과되는 빛의 파장을 변조할 수 있도록 구성되되,
상기 필터 유닛은 복수 개 구성되어, 상기 턴온된 LED의 파장 영역에 대응되는 적어도 두 개의 투과 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 파장 조절 광원 장치.
A light source device for adjusting a wavelength of emitted light,
An LED array including a plurality of narrow band LEDs having different emission wavelengths;
A filter unit for filtering a wavelength of light emitted from the LED array; And
And a controller for controlling the LEDs corresponding to the wavelength band to be adjusted to be turned on among the LEDs included in the LED array,
A first polarizer, a birefringent film, a quarter-wave plate (QWP), and a rotatable second polarizer,
The first polarizer and the birefringent film have an angle of 45 degrees, the birefringent film and the QWP film have an angle of 45 degrees,
After passing through the first polarizer, the birefringent film, and the QWP, the light has linear polarization different in polarization axis depending on the wavelength,
The second polarizer is configured to be able to modulate the wavelength of light transmitted therethrough,
Wherein the filter unit has a plurality of filter units and has at least two transmission peaks corresponding to the wavelength regions of the turned-on LEDs.
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KR20210053543A (en) | 2019-11-04 | 2021-05-12 | 한국전기연구원 | Apparatus for modulating wavelength of light source |
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JP2006510935A (en) * | 2002-12-20 | 2006-03-30 | イー、チャン | Apparatus and method for optically tunable polarization interference filter |
JP2008047482A (en) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Epson Imaging Devices Corp | Luminaire, liquid crystal device, and electronic apparatus |
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