KR101800634B1 - 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치 - Google Patents

청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 빔의 점 광원 특성과 형광체를 이용한 백색광으로 변환, 광학계를 이용한 빔 손실의 최소화 등을 구현하여 원거리 조사가 가능하고, 장치 내의 미동 나사를 조정하여 조사범위를 가변할 수 있으며 기존 조명 전력소모량보다 약 3배 이상 밝은 조명장치로서 작업장의 천정이 높은 공장, 스테이지조명, 운동장 조명에 특히 효율적인 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치는, 청색 레이저빔을 전방으로 조사하는 다수개의 청색 레이저다이오드가 방사형으로 배치되는 청색 레이저 발생부; 상기 청색 레이저다이오드의 전방에 각각 설치되며, 상기 청색 레이저다이오드에서 조사되는 레이저빔들을 평행광으로 집속하는 광 집속부; 상기 광 집속부의 전방에 설치되며, 상기 광 집속부에 의하여 평행광으로 집속된 다수개의 청색 레이저빔들을 전방의 특정 지점으로 모으는 광 경로 변환부; 상기 광 경로 변화부에 전방 특정 지점에 설치되며, 상기 광 경로 변환부에 의하여 집광된 청색 레이저를 백색광으로 변환하는 형광체부; 상기 형광체부의 후방에 포물경으로 설치되며, 상기 형광체부에서 변환된 백색광을 상기 형광체부 전방 방향으로 조사시키는 백색광 확산부;를 포함한다.

Description

청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치{A DEVICE FOR LIGHTING INDOOR SPACE}
본 발명은 산업용 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 빔의 점 광원 특성과 형광체를 이용한 백색광으로 변환, 광학계를 이용한 빔 손실의 최소화 등을 구현하여 원거리 조사가 가능하고, 장치 내의 미동 나사를 조정하여 조사범위를 가변할 수 있으며 기존 조명 전력소모량보다 약 3배 이상 밝은 조명장치로서 작업장의 천정이 높은 공장, 스테이지조명, 운동장 조명에 특히 효율적인 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치에 관한 것이다.
조명에 관한 모든 적용분야를 막론하고 기존의 조명장치가 아직 해결하지 못하고 있는 문제들은 조명 분야 약간의 차이점이 있지만, 일반적으로 첫째는 소비전력의 최소화, 둘째는 램프에서 발산하는 총 광량을 효율적으로 사용하지 못하여 광 손실이 큰 것, 셋째 고 휘도 조명장치의 경우 중량과 휴대가 가능한 전원 공급체계를 해결하지 못하고 있는 것이다.
기존에 사용되는 공장 조명장치는 일반적으로 메탈 할라이드 램프를 사용하는 있는데, 이는 전력 소모가 크고 조명기구 길이가 길이 공장 천정 높이를 충분히 활용하지 못하며, 소등 후 재 점등은 약 30분 경과 후 점등이 가능한 점 등 치명적인 불편함이 있다
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 레이저 빔의 점 광원 특성과 형광체를 이용한 백색광으로 변환, 광학계를 이용한 빔 손실의 최소화 등을 구현하여 원거리 조사가 가능하고, 장치 내의 미동 나사를 조정하여 조사범위를 가변할 수 있으며 기존 조명 전력소모량보다 약 3배 이상 밝은 조명장치로서 작업장의 천정이 높은 공장, 스테이지조명, 운동장 조명에 특히 효율적인 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치는, 청색 레이저빔을 전방으로 조사하는 다수개의 청색 레이저다이오드가 방사형으로 배치되는 청색 레이저 발생부; 상기 청색 레이저다이오드의 전방에 각각 설치되며, 상기 청색 레이저다이오드에서 조사되는 레이저빔들을 평행광으로 집속하는 광 집속부; 상기 광 집속부의 전방에 설치되며, 상기 광 집속부에 의하여 평행광으로 집속된 다수개의 청색 레이저빔들을 전방의 특정 지점으로 모으는 광 경로 변환부; 상기 광 경로 변화부에 전방 특정 지점에 설치되며, 상기 광 경로 변환부에 의하여 집광된 청색 레이저를 백색광으로 변환하는 형광체부; 상기 형광체부의 후방에 포물경으로 설치되며, 상기 형광체부에서 변환된 백색광을 상기 형광체부 전방 방향으로 조사시키는 백색광 확산부;를 포함한다.
그리고 본 발명에서 상기 광 집속부는, 비구면 렌즈로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 광 경로 변환부는, 상기 광 집속부 전방에 다수개의 평면 반사경으로 설치되며, 상기 다수개의 광 집속부에 의하여 조사되는 다수개의 평행 레이저빔들을 중앙 방향으로 반사하는 평면 반사경부; 상기 평면 반사경부 내부에 다각 반사경으로 설치되며, 상기 평면 반사경부에 의하여 반사되는 레이저빔들을 특정 지점 방향으로 반사하는 다삭 반사경부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 형광체부는 결정형 형광체인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 레이저와 형광체를 이용한 산업용 조명장치에는, 상기 형광체부의 후단에 결합되어 설치되며, 상기 형광체부를 전후진 구동하는 형광체 구동부; 상기 형광체 구동부가 결합되어 설치되며, 상기 형광체부와 형광체 구동부를 상기 백색광 변환부에 체결하는 형광체 설치부;가 더 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 형광체 설치부는, 상기 백색광 변환부의 개구부를 차단하는 원형의 보호 유리; 상기 보호 유리의 내면 외주면을 따라 형성되는 금속띠; 상기 금속띠의 일단에 결합되어 설치되며, 상기 레이저다이오드에 공급되는 전원선의 양극과 연결되는 양극단자; 상기 금속띠의 타단에 결합되어 설치되며, 상기 레이저다이오드에 공급되는 전원선의 음극과 연결되는 음극단자;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 레이저와 형광체를 이용한 산업용 조명장치에는 상기 보호 유리를 상기 백색광 변환부의 설치홈에 개재한 상태로 체결되는 외부 커버; 상기 외부 커버와 상기 백색광 변환부 사이에 설치되어, 상기 백색광 변환부 내부 공간을 밀폐하는 밀폐 가스켓;이 더 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 레이저 빔의 점 광원 특성과 형광체를 이용한 백색광으로 변환, 광학계를 이용한 빔 손실의 최소화 등을 구현하여 원거리 조사가 가능하고, 장치 내의 미동 나사를 조정하여 조사범위를 가변할 수 있으며 기존 조명 전력소모량보다 약 3배 이상 밝은 조명장치로서 작업장의 천정이 높은 공장, 스테이지조명, 운동장 조명에 특히 효율적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산업용 조명장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산업용 조명장치의 광 경로를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 유리의 구조를 도시하는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 청색 레이저 발생부(110), 광 집속부(120), 광 경로 변환부(130), 형광체부(140) 및 백색광 확산부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 청색 레이저 발생부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 청색 레이저빔을 전방으로 조사하는 다수개의 청색 레이저다이오드가 방사형으로 배치되는 구성요소이다. 즉, 상기 다수개의 청색 레이저다이오드들(110)은 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 레이저빔을 조사하되 각 레이저빔들이 도 2에 도시된 바와 같이, 평행하게 조사되도록 설치되며, 각 레이저다이오드는 일반적으로 알려진 레이저다이오드를 그대로 사용할 수 있다.
다음으로 상기 광 집속부(120)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 청색 레이저다이오드(110)의 전방에 설치되며, 상기 레이저다이오드에서 조사되는 레이저빔을 평행광으로 집속하는 구성요소이다.
상기 레이저다이오드(110)의 출력 빔은 일정각도로 확산되어 출력된다. 이를 그대로 사용하는 것은 직진성이 강한 면광원 조사에 불리하므로 광 집속부를 이용하여 레이저빔이 평행광이 되도록 할 필요가 있다. 따라서 상기 광 집속부(120)를 비구면렌즈로 구성될 수 있다.
한편 본 실시예에 따른 백색광 조사장치(100)에는 다수개의 청색 레이저다이오드들(110)이 각각 청색 레이저빔을 나란하게 조사하도록 설치되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 광 경로 변환부(130)가 더 구비된다. 이 광 경로 변환부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 비구면 렌즈(120)와 형광체부(140) 사이에 설치되며, 다수개의 청색 레이저빔을 상기 형광체부(140) 방향으로 집광하는 구성요소이다.
구체적으로 본 실시예에서 상기 광 경로 변환부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 평면 반사경부(132)와 다각 반사경부(134)를 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 평면 반사경부(132)는 상기 광 집속부(120) 전방에 다수개의 평면 반사경으로 설치되며, 상기 다수개의 광 집속부(120)에 의하여 조사되는 다수개의 평행 레이저빔들을 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙 방향으로 반사한다.
그리고 상기 다각 반사경부(134)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 평면 반사경부(132) 내부에 다각 반사경으로 설치되며, 상기 평면 반사경부(132)에 의하여 반사되는 레이저빔들을 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 지점 즉, 형광체부(140) 방향으로 반사하는 구성요소이다.
다음으로 상기 형광체부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광 집속부(120)의 전방 특정 지점에 설치되며, 상기 청색 레이저빔을 백색광으로 변환하는 구성요소이다. 본 실시예에서 사용하는 레이저 빔은 초점이 형성되어 형광체(140)에 조사되므로 형광체의 내열성능이 보증되지 않는 유기성 형광체는 수 초 이내에 타버린다. 따라서 본 실시예에서는 내열성이 우수한 결정형 형광체로 구성하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 백색광 확산부(150)는 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 상기 형광체부(140)의 후방에 포물경으로 설치되며, 상기 형광체부(140)에서 변환된 백색광을 상기 형광체부 전방 방향으로 조사시키는 구성요소이다. 이때 상기 백색광 확산부(150)의 포물경과 형광체부 사이의 거리를 조정하여 조사 범위를 조정할 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 산업용 조명장치(100)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 형광체 구동부(170)와 형광체 설치부(180)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 백색광 확산부(150) 초점과 형광체가 동일 위치에 있으면 형광체(140)에서 백색광은 평행광으로 발산되어 그 조사 범위가 좁을 수 있다. 따라서 초점 길이를 변경할 수 있거나 형광체 위치를 가변할 수 있는 기계구조가 구비되어야 하는 것이다.
이를 위해 상기 형광체 구동부(170)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 형광체부(140)의 후단에 결합되어 설치되며, 상기 형광체부(140)를 전후진 구동하는 구조를 가진다. 예를 들어 상기 형광체 구동부(170)는 상기 형광체(140) 후단에 결합되어 설치되며, 상기 형광체 설치부(180)에 대하여 나사 구조를 따라서 회전하면서 상기 형광체부(140)를 전후 구동시키는 구조를 가질 수 있다.
다음으로 상기 형광체 설치부(180)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 형광체 구동부(170)가 결합되어 설치되며, 상기 형광체부(140)와 형광체 구동부(170)를 상기 백색광 변환부(150) 또는 설치 본체(160)에 체결하는 구성요소이다. 따라서 상기 형광체 설치부(180)는 상기 설치 본체(160)의 전단과 체결될 수 있는 나선 구조 등을 가지며, 백색광이 투과할 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 상기 형광체 설치부(180)는 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 보호 유리(181), 금속띠(182), 양극 단자(183) 및 음극단자(184)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 보호 유리(181)는 백색광 확산부(150)의 개구부를 차단하는 구성요소이며, 다양한 형상을 가질 수 있고 예를 들어 원형의 보호 유리로 구성될 수 있다. 그리고 상기 금속띠(182)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보호 유리(182)의 내면 외주면을 따라 형성되되, 양 말단은 서로 이격된 상태로 설치된다.
다음으로 상기 양극 단자(183)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 금속띠(182)의 일단에 결합되어 설치되며, 상기 레이저다이오드(110)에 공급되는 전원선의 양극과 연결된다. 그리고 상기 음극단자(184)는 상기 금속띠(182)의 타단에 결합되어 설치되며, 상기 레이저다이오드(110)에 공급되는 전원선의 음극과 연결된다.
본 실시예에 따른 백색광 조사장치(110) 내부는 고도의 정밀 광학계가 장착되어 있게 되므로 외부에서 오염원이 침습하여 성능을 잃게 하는 사고를 방지하기 위해 보호 유리(181)를 설치하여 두는 것이다. 아울러 이 보호유리(181) 파손 여부를 감지할 수 있도록 보호유리 표면에 회로를 구성하고 이 회로를 경유하여 레이저 다이오드에 전원이 흐르도록 하여 밀폐성이 저하되거나 유리 파손 시, 제어부를 통하여 즉시 레이저 전원이 자동 차단되도록 구비한다.
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치
110 : 청색 레이저 발생부 120 : 광 집속부
130 : 광 경로 변환부 140 : 형광체부
150 : 백색광 확산부

Claims (7)

  1. 청색 레이저빔을 전방으로 조사하는 다수개의 청색 레이저다이오드가 방사형으로 배치되는 청색 레이저 발생부;
    상기 청색 레이저다이오드의 전방에 각각 설치되며, 상기 청색 레이저다이오드에서 조사되는 레이저빔들을 평행광으로 집속하는 광 집속부;
    상기 광 집속부의 전방에 설치되며, 상기 광 집속부에 의하여 평행광으로 집속된 다수개의 청색 레이저빔들을 전방의 특정 지점으로 모으는 광 경로 변환부;
    상기 광 경로 변화부에 전방 특정 지점에 설치되며, 상기 광 경로 변환부에 의하여 집광된 청색 레이저를 백색광으로 변환하는 형광체부;
    상기 형광체부의 후방에 포물경으로 설치되며, 상기 형광체부에서 변환된 백색광을 상기 형광체부 전방 방향으로 조사시키는 백색광 확산부;
    상기 형광체부의 후단에 결합되어 설치되며, 상기 형광체부를 전후진 구동하는 형광체 구동부;
    상기 형광체 구동부가 결합되어 설치되며, 상기 형광체부와 형광체 구동부를 상기 백색광 확산부에 체결하는 형광체 설치부;를 포함하며,
    상기 형광체 설치부는,
    상기 백색광 확산부의 개구부를 차단하는 원형의 보호 유리;
    상기 보호 유리의 내면 외주면을 따라 형성되는 금속띠;
    상기 금속띠의 일단에 결합되어 설치되며, 상기 레이저다이오드에 공급되는 전원선의 양극과 연결되는 양극단자;
    상기 금속띠의 타단에 결합되어 설치되며, 상기 레이저다이오드에 공급되는 전원선의 음극과 연결되는 음극단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저와 형광체를 이용한 산업용 조명장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 집속부는,
    비구면 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 경로 변환부는,
    상기 광 집속부 전방에 다수개의 평면 반사경으로 설치되며, 상기 다수개의 광 집속부에 의하여 조사되는 다수개의 평행 레이저빔들을 중앙 방향으로 반사하는 평면 반사경부;
    상기 평면 반사경부 내부에 다각 반사경으로 설치되며, 상기 평면 반사경부에 의하여 반사되는 레이저빔들을 특정 지점 방향으로 반사하는 다각 반사경부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청색 레이저다이오드와 형광체를 이용한 산업용 조명장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 형광체부는,
    결정형 형광체인 것을 특징으로 하는 레이저와 형광체를 이용한 산업용 조명장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호 유리를 상기 백색광 확산부의 설치홈에 개재한 상태로 체결되는 외부 커버;
    상기 외부 커버와 상기 백색광 확산부 사이에 설치되어, 상기 백색광 확산부 내부 공간을 밀폐하는 밀폐 가스켓;이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저와 형광체를 이용한 산업용 조명장치.
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