KR101853989B1 - 링 광 조명기, 빔 성형기 및 조명 방법 - Google Patents

Abstract

환형으로 배치된 광원을 구비하는 링 광 조명기가 개시되어 있다. 각각의 광원에는, 집광기, 광원으로부터 나온 광을 위한 균질화 수단, 및 균질화 수단의 출력을 피조명 영역으로 영상화하는 아나모픽 시스템이 대응한다. 아나모픽 시스템은 표면 상으로의 광빔의 입사 사각으로 인한 피조명 표면에서의 광빔 단면 영역의 변형을 보상한다. 실시예에서 균질화 수단은 로드이며, 집광기로부터 로드로 광이 지향된다. 집광기의 반대쪽에 있는 로드의 단부는 아나모픽 시스템에 의해 표면 상의 피조명 영역으로 영상화된다. 조명 방법도 또한 개시되어 있다.

Description

링 광 조명기, 빔 성형기 및 조명 방법{RING LIGHT ILLUMINATOR, BEAM SHAPER AND METHOD FOR ILLUMINATION}

관련 출원의 상호참조

본 출원은 2010년 7월 30일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/369,632호의 우선권을 주장하며, 상기 미국 출원은 참고에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 링 광 조명기(ring light illuminator)에 관한 것이다.

본 발명은 또한 빔 성형기(beam shaper)에 관한 것이다.

본 발명은 또한 조명 방법에 관한 것이다.

많은 광학 검사나 영상화(imaging) 작업에서, 검사되거나 영상화될 영역의 명료한(well-defined) 조명이 요구된다. 이러한 많은 조명 목적을 위해 링 광(ring light)이 이용되며, 예를 들어, 현미경 관찰에서, 링 광은 암시야 조명(dark field illumination)을 제공하는 일반적인 수단이다. 이러한 응용에서는, 피조명 영역을 관심대상 영역으로 제한하고, 관심대상 영역 내에서 광의 균질 분포를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가능한 광원으로서, 아크 램프, LED(발광 다이오드), 레이저 다이오드, 및 할로겐 전구가 있다. 아크 램프가 통상 LED가 보다 높은 광 강도를 제공하지만, 또한 LED보다 더 강한 강도 변동 및 더 짧은 수명을 나타낸다; 따라서, 일반적으로 LED가 선호되는 광원 선택이 된다. 통상적인 LED로부터의 광은, LED 주변의 반구(hemisphere) 내로 방출되기 때문에, 광학 소자들은 하나 또는 복수의 LED로부터의 방출광을 관심대상 영역, 즉 피조명 영역 내로 가능한 많이 지향시킬 것이 요구된다.

유럽 특허 출원 EP 1 919 001 A1호는, LED가 광원으로서 사용되는 제품 검사용 점광 장치(spot light device)에 관한 것이다. 소정 영역에 걸친 광의 분포를 균질화하기 위하여, LED로부터의 광은 로드 렌즈(rod lens)를 통과한다. LED로부터의 광은 집광 렌즈(condensing lens)에 의해 로드 렌즈 내로 도입된다. 로드 렌즈와 집광 렌즈의 적절한 정렬을 보장하기 위하여, 또한 광학 시스템의 조립 동안에 처리되어야 하는 개별 부품수를 줄이기 위하여, 로드 렌즈와 집광 렌즈는 광학 유닛의 구획으로서 제공되는데, 여기서 로드 렌즈는 광투과 구획을 구성하고, 집광 렌즈는 광 집약 구획을 구성한다. 집광 구획은 광원으로부터의 광을 투과 구획 내로 지향시키기 위하여 굴절과 반사를 결합한다.

유럽 특허 출원 EP 2 177 816 A2호는, 로드 형상의 광 집약기 내로 광이 지향되는 광원 어레이, 특히 LED를 개시하고 있다. 광 집약기는 집약기 내의 광의 반사에 기초하여 광을 균질화하고 속박한다. 광 집약기는 반사 내면을 갖춘 공동형 튜브(hollow tube) 또는 광학적 투명 재료의 고체 로드일 수 있으며, 여기서 광 집약기 내의 광의 반사는 내부 전반사(total internal reflection)로 인한 것이다. 광 집약기의 단면은 원형, 다각형, 또는 불규칙일 수 있다. 추가의 광학 소자가 광 집약기의 아래쪽에 제공될 수도 있다. 광원들 각각에 대해, 광원으로부터의 광을 제어하고 지향시키기 위한 광학 소자가 대응할 수도 있다. 광 집약기는, 광 집약기로부터 나오는 광의 발산에 영향을 미치기 위하여, 테이퍼링될(tapered) 수도 있다.

유럽 특허 출원 EP 1 150 154 A1호는 특히 현미경 관찰용의 조명 시스템을 개시하고 있는데, 여기서 복수의 광원, 우선적으로는 LED들이 링모양 캐리어(annular carrier) 내에 배열된다. LED들은 개별적으로 또는 집단적으로 제어될 수 있으며, 작은 방출각을 나타낸다.

독일 특허 출원 DE 28 52 203호는 현미경 관찰용 조명 셋업을 개시하고 있으며, 여기서 광원으로부터의 광은 광 섬유를 따라 인도되어, 광 섬유들의 각 단부에서 광 섬유를 벗어나며, 이들 각각의 단부는 링모양으로 배열되어 있다. 예를 들어, 독일 특허 출원 DE 40 16 264호에는, 광 섬유에 기초한 추가의 링 조명 시스템이 개시되어 있다.

광 섬유에 기초한 링 조명 시스템의 문제는, 광 섬유를 벗어난 광의 큰 발산이다. 마찬가지로, LED의 링모양 배열은 다소 불균질의 조명계(illumination fields)를 생성하는 경향이 있고, 이러한 LED들이 최신의 집광 렌즈(collector lense)와 조합하여 사용되더라도, 몇 가지 응용에 요구되는 조명계의 균질도는 달성되지 않는다.

최대 광 강도는 링 광에 대한 매우 중요한 설계 파라미터인데, 이것은 링 광들이 고유하게, 산란광이 종종 관찰대상 물체에 해당하는 "암 시야" 조명이기 때문이다. 아크 램프(통상의 현미경 관찰을 위한 명 조명(bright illumination)용의 표준)에 대한 LED의 주요 단점은, LED는 통상 디머(dimmer)라는 것이다. 종종, LED 기반의 시스템은 관찰대상 물체에서의 충분한 광 강도를 제공하지 않으며, 영상에서의 가능한 광을 최대화하기 위해 설계시 극도의 주의가 이루어져 한다. 광을 최대화하는 것은, 양호하게 노출된 영상을 생성하도록 이용가능한 광 에너지를 증가시키기 위해 집약 시간이 임의적으로 연장될 수 없는 기기 영상/검사(machine vision/inspection)에서 특히 중요하다. 기기 영상 시스템에서 집약 시간의 증가는 영상의 주파수를 감소시키고 총 검사 시간(영상 시간)을 증가시킨다. 검사 기기의 가치는 고정된 시간에 얼마나 많은 필드가 촬상될 수 있는지에 달려 있기 때문에, 물체에서의 광을 최대화하는 것은 매우 중요한 특징이다.

링 광에 있어서, 피조명 영역은 통상적으로 기울어진 각도로 조명된다. 링 광 형태의 개별 광원으로부터의 광빔은, 표면 법선과 각각의 광빔의 중심축 사이의 각도가 0도 및 90도가 되지 않도록 하는 방식으로 피조명 표면에 충돌한다. 피조명 표면 상의 각각의 빔의 단면은 표면 법선을 따라 표면을 조명하는 경우의 각각의 빔의 단면보다 크다. 따라서, 링 광에서의 광빔에 있어서, 빔의 강도는 표면 법선을 따른 조명의 경우보다 넓은 표면적에 걸쳐 분배된다. 이에 따라, 표면 상의 유효한 광빔의 강도가 효율적으로 저감된다. 상기한 최대 광 강도의 목적으로 보아, 이는 단점이다.

본 발명의 목적은 표면 상의 피조명 영역에 명료하고 균질한 조명계를 형성할 수 있는 링 광 조명기를 제공하고자 하는 것이다. 추가로, 조명의 사각(斜角)에도 불구하고, 링 광 조명기의 광원으로부터 나온 광은 피조명 영역으로 효율적으로 집광되고 지향되어야만 한다.

이러한 목적은,

- 환형으로 배치된 복수 개의 광원;

- 각각의 광원에 할당되고 각각의 광원의 발광면을 포위하는 집광기; 및

- 광을 피조명 영역으로 지향시키도록 구성되고 각각의 집광기의 광축에 배치된 아나모픽 시스템(anamorphic system)

을 포함하는 표면 상의 영역을 조명하는 링 광 조명기에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은, 광원으로부터의 광을 효율적으로 모으고, 입사 사각으로 인해 표면에서의 유효 광 강도의 저감을 발생시키는 일 없이 광을 사각으로 피조명 표면으로 지향하도록 하는 빔 성형기를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적은,

- 광원의 발광면을 포위하도록 구성된 집광기;

- 집광기로부터 수용된 광을 균질화하도록 구성된 균질화 로드; 및

- 집광기 반대쪽의 균질화 로드의 단부를 피조명 영역으로 영상화하는 아나모픽 시스템

을 포함하는 빔 성형기에 의해 달성된다.

본 발명의 또 다른 목적은, 광원으로부터의 광을 효율적으로 모으고, 입사 사각으로 인해 표면에서의 유효 광 강도의 저감을 발생시키는 일 없이 광을 사각으로 피조명 표면으로 지향하도록 하는 빔 성형기를 제공하고자 하는 것이다. 빔 성형기는 또한 컴팩트한 구성의 것이어야만 한다.

이러한 목적은,

- 광원의 발광면을 포위하도록 구성된 집광기; 및

- 광원으로부터 광을 받고, 광을 피조명 영역으로 지향시키도록 구성되고 집광기의 광축에 배치되는 아나모픽 광학계

를 포함하는 빔 성형기에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 링 광 조명기는 링모양으로 배열된 복수의 광원을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 광원은 발광 다이오드(LED)이거나 LED 어레이이다. 본 발명에 따르면, 집광기는 각각의 광원에 할당된다. 집광기는 각각의 광원의 발광면을 포위하도록 하는 방식으로 구성된다. 이러한 구성으로 인해, 광원의 발광면으로부터 방출되는 광은 집광기에 도달하여 집광기에 의해 모아진다. 또한 본 발명에 따르면, 집광기의 광축에 아나모픽 시스템이 마련된다. 집광기에 의해 모인 광은 아나모픽 시스템에 도달하고, 이 아나모픽 시스템은 광을 빔으로서 표면 상의 피조명 영역으로 지향시킨다. 광빔은 이 표면에 사각으로 충돌한다. 아나모픽 시스템은 표면 상의 빔의 결과적인 단면이 표면 상의 피조명 영역 내에 있도록 하는 방식으로 빔을 성형한다.

아나모픽 시스템에 의한 비의 아나모픽 성형뿐만 아니라, 실시예의 아나모픽 시스템은 추가의 집광 또는 렌즈(lensing) 기능을 수행할 수 있다. 특정 실시예에서, 이것은 순수한 아나모픽 기능뿐만 아니라 토로이달 렌즈나 실린더 렌즈를 각각 통과하는 광빔의 추가의 집광이 달성되도록 하는 방식으로 성형되는 토로이달 렌즈나 실린더 렌즈인 아나모픽 시스템에 의해 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 아나모픽 시스템은 집광 기능을 갖는 제1 광학 소자와 아나모픽 빔 성형을 수행하는 제2 광학 소자를 구비한다. 특정 실시예에서, 제2 광학 소자는, 각각 제2 광학 소자를 통과하는 광빔이 추가의 집광을 겪지 않도록 하는 방식으로 성형된 토로이달 렌즈나 실린더 렌즈일 수 있다. 아나모픽 시스템이 복수 개의 광학 소자를 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 예컨대, 단일 토로이달 렌즈 또는 실린더 렌즈 대신에, 아나모픽 시스템은 복수 개의 렌즈로 이루어진 조립체를 포함할 수 있으며, 상기 복수 개의 렌즈는 함께 아나모픽 빔 성형 및 광빔의 선택적인 추가의 집광을 수행한다.

아나모픽 빔 성형은 일반적으로, 빔의 광축에 수직한 제1 방향으로의 빔 단면의 직경 또는 폭이 감소 또는 확대되는 반면, 빔의 광축에 수직한 제2 방향으로의 빔의 폭이나 직경이 변하지 않고 유지되도록 하는 방식의 빔의 단면의 변형을 일컫는다. 링 광 조명기에 관하여, 특히 제1 방향으로의 빔의 폭 또는 직경의 감소가 유의미하다. 링 광 조명기의 경우와 마찬가지로 표면 상에 광빔이 입사하는 사각으로 인해, 빔의 광축과 표면 법선을 포함하는 평면과 표면의 교차에 의해 형성되는 표면에서의 방향을 따른 표면 상의 빔의 단면의 직경은 확대된다. 아나모픽 시스템은, 빔의 광축과 수직한 제1 방향으로의 빔의 직경 또는 폭의 감소가 표면 상의 빔의 단면 직경의 확대를 완전히 또는 적어도 부분적으로 보상하도록 하는 방식으로 정렬된다. 표면 상의 빔의 단면은 또한 빔의 확산에 좌우되고, 빔의 확산은 아나모픽 시스템 구성에 우선적으로 고려되어, 표면 상의 빔의 단면 직경의 확대에 관하여 요구되는 보상이 달성될 수 있다. 집중과 확산 모두를 나타내지 않는 평행 빔, 즉 평행 광선을 갖는 빔의 경우, 광축에 수직한 제1 방향을 따른 빔의 직경은 표면 상의 소망하는 직경과 빔의 광축과 표면 법선 사이의 각도의 코사인의 곱으로 감소되어야만 한다.

유리한 실시예에서, 균질화 수단은 각각의 집광기에 대응한다. 균질화 수단의 용도는 광빔 전반에 걸친 광 강도의 불균질성을 감소시켜, 궁극적으로 각각의 광빔의 직경에 전반에 걸친 광 강도를 충분히 높은 정도로 균질화하는 것이다. 본 명세서에서 "충분한"이라는 용어의 정확한 의미는, 링 광 조명기가 사용되는 각각의 조명 용도에 관한 특정 요건에 의해 규정된다.

바람직한 일실시예에서, 균질화 수단은 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 팔각형 또는 다른 단면의 로드이며, 여기서 단면은 집광기의 광축과 정렬된 로드의 축에 수직한다. 로드는 집광기로부터 광을 받는 제1 단부와, 광축을 따라 제1 단부의 반대쪽에 있고 광이 로드를 빠져나가는 제2 단부를 갖는다. 로드의 제2 단부로부터, 광은 아나모픽 시스템에 도달하고, 이 아나모픽 시스템에 의해 피조명 영역으로 지향된다. 로드의 균질화 기능은 광축과 평행한 로드의 측부로부터의 광의 반사, 통상적으로는 다중 반사로 인한 것이다. 우선적으로, 로드는 적어도 조명을 위해 사용되는 광의 파장에 대하여 투명한 물질로 이루어진 고체편이고, 반사는 내부 전반사이다. 대안으로서, 로드의 측부에는 반사 코팅이 마련될 수도 있고, 로드는 반사 내벽을 지닌 중공형 튜브일 수도 있다.

유리하게는, 로드와 집광기는 일체형 유닛을 형성하며, 구체적으로는 원피스(one piece)로서 제조될 수 있다. 이것은 조립 중의 취급과 링 광 조명기의 유지 보수를 필요로 하는 개별 부품의 개수를 줄이고, 또한 조립 또는 유지 보수 동안에 집광기와 로드를 적절하게 정렬시킬 필요가 없게 한다. 보다 더 유리하게는, 집광기, 로드 및 아나모픽 시스템은 일체형 유닛을 형성하고, 원피스로서 제작될 수 있다.

변형예에서, 균질화 수단은 집광기 상에 마련되는 구조(texture)일 수 있다.

광원의 작동이 열을 생성하기 때문에, 링 광 조명기용 냉각 기구를 마련하는 것이 유리하다. 실시예에서, 이러한 냉각 기구는 링 광 조명기의 외면 상에 마련되는 냉각 핀을 포함하여, 링 광 조명기의 주변과의 열교환을 위한 표면이 증대된다. 대안의 또는 추가의 냉각 방법은 액체를 이용하는 냉각이다.

특정 실시예에서, 표면 상의 영역을 조명하기 위한 본 발명에 따른 링 광 조명기는 환형으로 배치된 복수 개의 광원을 포함한다. 각각의 광원에는 빔 성형기가 마련되는데, 이 빔 성형기는 플라스틱 재료로부터 원피스로서 사출 성형된다. 빔 성형기는 내부에, 하나의 광원의 발광면을 포위하는 집광기부가 마련되며, 집광기부의 기능은 내부 전반사와 굴절을 기초로 한다. 빔 성형기는 또한 로드로서 성형되고, 로드의 제1 단부를 통해 집광기로부터 광을 받도록 배치 및 구성된 광 균질화부를 나타낸다. 광은 로드의 제2 단부를 통해 로드를 빠져나가고, 빔 성형기의 아나모픽부에 도달한다. 아나모픽부는 렌즈 기능(또는 집광 기능)과 아나모픽 빔 성형 기능을 수행하며, 아나모픽 빔 성형 기능에 의해 아나모픽부는 로드의 제2 단부를 표면 상의 피조명 영역으로 영상화한다. 로드의 제2 단부의 영상은, 표면상으로의 광의 입사 사각으로 인한 광의 왜곡이 완전히 또는 부분적으로 보상되도록 하는 방식으로 아나모픽 변형된다.

빔 성형기를 사출 성형하는 것은 제작을 매우 단순화한다. 빔 성형기를 원피스로 제작하는 것은 빔 성형기의 취급을 용이하게 하는데, 그 이유는 빔 섬형기가 링 광 조명기에에 배치될 때 개별 부품들을 조립할 필요가 없기 때문이다.

빔 성형기를 위한 몰딩 재료의 한 가능성은 아크릴이며, 또 다른 예는 폴리카보네이트이다. 아크릴은 폴리카보네이트보다 더 양호한 투과성(transmission)을 갖지만, 내열성이 더 작다. 아크릴은 조명원이 많은 과잉 열을 생성하지 않는 용례에 대해서는 좋을 것이다. 아크릴의 투과 손실은 mm당 대략 0.25%이어서, 결과적으로 빔 성형기가 전체 길이 67 mm를 갖는 경우 15% 손실로 이어진다.

전술한 바와 같은 빔 성형기는 링 광 조명기로만 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 빔 성형기는 광원의 발광면을 포위하도록 구성된 집광기, 집광기로부터 받은 광을 균질화하도록 구성된 균질화 로드, 및 집광기 반대쪽의 균질화 로드의 단부를 피조명 영역으로 영상화하는 아나모픽 시스템을 포함한다.

로드는 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 8각형 또는 다른 단면의 것일 수 있으며, 여기서 단면은 집광기의 광축과 정렬되는 로드의 축에 수직한다. 로드는 집광기로 모은 광을 받도록 구성되는 제1 단부와, 광축을 따라 제1 단부의 반대쪽에 있고 제1 단부를 통해 받은 광이 로드를 빠져나가는 제2 단부를 갖는다. 광은 로드의 제2 단부로부터 아나모픽 시스템에 도달하며, 이 아나모픽 시스템에 의해 피조명 영역으로 지향된다. 로드의 균질화 기능은 광축과 평행한 로드의 측부로부터의 광의 반사, 통상적으로는 다중 반사로 인한 것이다. 우선적으로, 로드는 적어도 조명을 위해 사용되는 광의 파장에 대해 투과성인 물질로 이루어진 고체편이며, 반사는 내부 전반사이다. 대안으로서, 로드의 측부에는 반사 코팅이 마련될 수도 있고, 로드는 반사 내벽을 지닌 중공형 관일 수도 있다.

실시예에서, 빔 성형기는 플라스틱 재료 또는 유리로 형성될 수 있으며, 특히 빔 성형기는, 예컨대 사출 성형에 의해 원피스로서 제작될 수 있다. 아크릴 또는 폴리카보네이트도 또한 가능한 몰딩재의 선택이다.

빔 성형기의 실시예에서, 아나모픽 시스템은 아나모픽 빔 성형 기능뿐만 아니라 집광 기능을 수행한다. 특정 실시예에서, 이것은, 순수한 아나모픽 기능뿐만 아니라 토로이달 렌즈 또는 실린더 렌즈를 각각 통과하는 광빔의 추가의 집광이 달성되도록 하는 방식으로 성형된 토로이달 렌즈 또는 실린더 렌즈인 아나모픽 시스템에 의해 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 아나모픽 시스템은 집광 기능을 갖는 제1 광학 요소와 아나모픽 빔 성형을 수행하는 제2 광학 요소를 갖는다. 특정 실시예에서, 제2 광학 요소는, 제2 광학 요소를 통과하는 광빔이 추가의 집광을 겪지 않도록 하는 방식으로 각각 성형된 토로이달 렌즈 또는 실린더 렌즈일 수 있다.

특정 실시예에서, 빔 성형기는 플라스틱 재료로부터 원피스로서 사출 성형되고, 집광기부, 광 균일화부 및 아나모픽부를 포함한다. 집광기부는 광원의 발광면을 포위하도록 구성된다. 집광기부의 기능은 내부 전반사와 굴절을 기초로 한다. 광 균질화부는 로드로서 성형된다. 로드는 로드의 제1 단부를 통해 집광기부로부터 광을 받도록 배치 및 구성된다. 로드의 광 균질화 기능은 로드 내의 광의 내부 전반사를 기초로 한다. 아나모픽부는 로드의 제1 단부 반대쪽에 있는 로드의 제2 단부를 피조명 영역으로 영상화하도록 구성되며, 이 아나모픽부에서 렌즈 기능과 아나모픽 빔 성형 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 다른 빔 성형기는 집광기와 아나모픽 시스템을 포함한다. 집광기는 광원의 발광면을 포위하도록 구성된다. 아나모픽 시스템은 집광기의 광축 상에 배치되고, 집광기로부터 광을 받아 피조명 영역으로 광을 지향시키도록 구성된다. 이러한 빔 성형기는 원피스로서 제작될 수 있다.

실시예에서, 아나모픽 시스템은 집광 기능을 나타낸다.

우선적으로, 집광기는 내부 전반사와 굴절의 조합을 이용하여 그 집광 기능을 수행한다.

특정 실시예에서, 빔 성형기는 플라스틱 재료로부터 원피스로서 사출 성형되고 집광기부와 아나모픽부를 포함한다. 집광기부는 광원의 발광면을 포위하도록 구성된다. 이러한 실시예에서 집광기부의 집광 기능은 내부 전반사와 굴절을 기초로 한다. 아나모픽부는 광을 집광기로부터 피조명 영역으로 지향시키도록 구성되며, 내부에서 렌즈 기능과 아나모픽 빔 성형 기능을 수행한다.

표면 상의 영역을 균질하게 조명하기 위한 본 발명에 따른 방법에서는, 복수 개의 광원이 피조명 영역 둘레에 환형 형태로 표면으로부터 거리를 두고 배치된다. 각각의 광원으로부터 방출되는 광은 빔 성형기에 의해 미리 정해진 단면의 각각의 빔으로 모아진다. 여기에서, 빔 성형기의 광축은 표면과의 사각을 이루어 표면을 향해 지향된다. 빔은 빔 성형기의 광축을 따라, 이에 의해 표면과 사각을 이루어 피조명 영역으로 지향된다. 그러한 입사 사각은 빔의 단면에 대한 표면 상의 빔의 단면의 변형을 유발한다. 이에 따라, 각각의 빔이 피조명 영역으로 지향되기 전에, 빔의 단면은, 그 표면 상의 단면의 변형이 보상되도록 하는 방식으로 아나모픽 변형되거나, 또는 입사 사각으로 인한 표면 상의 빔의 단면의 변형이 빔의 단면의 아나모픽 변형을 상쇄시키도록 하는 방식으로 상이하게 놓인다.

본 발명에 따르면, 표면 상의 피조명 영역에 명료하고 균질한 조명계를 형성할 수 있는 링 광 조명기가 제공되고, 추가로 조명의 사각에도 불구하고, 링 광 조명기의 광원으로부터 나온 광을 피조명 영역으로 효율적으로 집광하고 지향시킬 수 있다.

이제, 첨부된 도면과 함께 취해지는 이하의 본 발명의 상세한 설명에서 본 발명의 특성과 동작 모드가 더 완전하게 설명될 것이다.
도 1a는 광 섬유의 환형으로 배열된 단부들을 갖는 종래 기술의 링 광 조명기를 도시한다.
도 1b는 환형으로 배열된 광원들을 갖는 종래 기술의 링 광 조명기를 도시한다.
도 2는 도 1b에 도시된 종래 기술의 링 광 조명기로 달성할 수 있는 강도 분포를 도시한다.
도 3은 TIR 렌즈와 TIR 렌즈에 의해 표면 상에 생성된 광선뿐만 아니라 강도 분포를 도시한다.
도 4는 피조명 표면 위에 배치된 링 광 조명기의 개략도이다.
도 5는 조명의 사각으로 인한 표면 상의 빔 단면의 변형을 예시한다.
도 6a는 사각으로 광원뿔에 의해 표면을 조명하는 경우에 일반적인 기하 형태를 예시한다.
도 6b는 단면이 광원뿔의 광축에 수직한, 도 6a의 광원뿔의 단면을 보여준다.
도 6c는 도 6a의 표면 상의 광원뿔의 단면 영역을 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 빔 성형기와 광선을 보여준다.
도 8a는 도 7의 빔 성형기에 의해 생성되는 광빔의 단면 - 빔 성형기의 광축에 수직함 - 을 개략적으로 보여준다.
도 8b는 광빔이 사각으로 충돌하는 표면 상의, 도 8a와 연관지어 설명한 바와 같은 광빔의 단면 영역을 개략적으로 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 빔 성형기의 사시도이다.
도 10a는 집광기 및 균질화 로드의 사시도이다.
도 10b는 도 10a의 집광기와 균질화 로드의 또 다른 사시도이다.
도 11은 균질화 로드를 갖춘 집광기 내의 공동 내에 도입된 광원을 도시한다.
도 12는 집광기 내의 공동의 상부면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 링 조명기를 구성하는 환형으로 배열된 복수의 빔 성형기의 가능한 구현의 실시예이다.
도 14는 본 발명에 따른 다른 빔 성형기의 실시예의 개략도이다.

다양한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 가리킨다. 또한, 도면들에서는 각 도면의 설명에 필요한 참조 번호만이 도시되어 있다. 도시된 실시예들은 본 발명이 어떻게 실행될 수 있는지의 예를 나타내고 있을 뿐이다. 이것은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.

도 1a는 종래 기술의 링 광 조명기(10)를 위한 셋업을 도시한다. 아크 램프(12)는 광원으로서 이용된다; 아크 램프(12)로부터의 광은 적절한 광학 소자(13)(도면에서는 하나의 이러한 소자만 도시)에 의해 복수의 광 섬유(11) 내에 결합된다. 광 섬유(11)의 단부(14)는, 아크 램프(12)로부터의 광을, 캐리어(17)에 의해 둘레선이 그어진 피조명 영역(15) 내로 방출하도록 하는 방식으로, 링 광 조명기(10)의 링모양 캐리어(17)에서 링모양으로 배열된다. 원뿔(16)로 표시된 바와 같이, 광은 상당한 발산을 동반하며 단부(14)로부터 방출되는데, 이것은 많은 정밀 응용에 대해서는 발산이 너무 크다는 것을 의미한다.

도 1b는 종래 기술의 링 광 조명기(20)를 위한 또 다른 셋업을 도시한다. 링모양 캐리어(27)에서, 복수의 광원(22)이 링모양으로 배열되어 있다. 광원(22)은 피조명 영역(15)을 향하여 광을 방출한다. 광원은 LED로서, LED로부터 방출된 광을 미리정의된 방향으로 집중하기 위해 성형 광학 소자(미도시)를 통상 갖추고 있다. 원뿔(26)로 표시된 바와 같이, 성형 광학소자에도 불구하고, 단일 광원으로부터의 광은 많은 정밀 응용에 대해서 너무 큰 발산을 나타낸다.

도 2는, TIR 렌즈(도 3 참조)를 갖춘 8개의 광원을 성형 광학소자로서 포함하는, 도 1b의 정황에서 설명된 링 조명기(20)에 의해 달성가능한 강도 분포(1)를 도시한다. 조명 패턴은 다소 분산되어 있다. 도시된 영상의 중앙 영역은 원뿔(26) 중 하나에 의해 조명된 영역보다 적당히 더 밝을 뿐이며, 이것은 상당한 양의 강도가 피조명 중앙 영역(15)을 향하는 것이 아니라 영상에 도시된 영역의 중앙외 영역으로 향한다는 것을 의미한다. 도 1a의 정황에서 설명된 링 조명기(10)에 의해 달성가능한 강도 분포도 유사하다.

도 3은 TIR(total internal reflection; 내부 전반사) 렌즈(23)를 도시한다. 여기서는 LED인 광원(22)으로부터의 광선(100)들로 표시된 광은, TIR 렌즈(23)에 의해 포획되어 스폿(110) 쪽으로 지향된다. 광을 지향시키는 것은 2개 원리에 의해 달성된다: TIR 렌즈(23)의 중앙부를 점유하는 굴절 렌즈부(24)가 굴절에 의해 스폿(110) 쪽으로 광선(100)을 지향시킨다. 굴절 렌즈부(24)에 입사하지 않고 TIR 렌즈(23)에 의해 포획된 광선(100)은, TIR 렌즈(23)의 측면(25)으로부터의 내부 전반사에 의해 스폿(110) 쪽으로 지향된다. 또한 도 3에는, TIR 렌즈(23)의 광축(19)에 수직한 표면 상의 스폿(110)의 강도 분포(2)가 도시되어 있다. TIR 렌즈(23)에 의해 생성된 강도 분포(2)는 대략적으로 가우시안(Gaussian)이므로, 스폿(110)의 중앙에서 최대 강도가 존재하지만, 강도가 약해지는 중앙 부근의 넓은 영역도 역시 존재하는데, 즉 스폿(110)은 명확히 정의된 가장자리가 없다. 여기서 설명되는 TIR 렌즈(23)는 도 1b의 정황에서 설명된 종래 기술의 링 조명기(20)에 대한 성형 광학소자로서 이용될 수 있다. 명확히 정의된 가장자리가 없는 스폿(110)의 강도 분포(2)는, 8개의 이러한 조합의 광원(22)과 TIR 렌즈(23)의 협력에 의해 생성된 강도 분포(1)가, 도 2로부터 명백한 바와 같이, 무엇때문에 다소 확산되어 있는지에 대한 한가지 이유가 된다.

도 4는 피조명 표면(31) 상부의 링 광 조명기(30)의 전형적인 배치를 보여준다. 링 광 조명기(30)는 복수 개의 광원뿔(36)을 방출한다. 도면에는, 2개의 광원뿔(36)이 도시되어 있으며, 보다 양호한 구별을 위해, 이들 광원뿔(36) 중 하나는 실선으로 도시하였고, 나머지 하나는 점선으로 도시하였다. 광원뿔(36)은 직경(38)을 나타내는 단면 영역(32)에서 표면(31)과 교차한다. 직경(38)은 표면(31)의 법선(39)과 광원뿔(36)의 광축(35)에 의해 한정되는 평면에 포함된다. 피조명 영역(15)은 단면 영역(32)의 직경(38)보다 통상적으로 작은 직경(37)을 나타낸다. 피조명 영역(15)은 통상적으로 단면 영역(32)에 포함된다.

도 5는 도 4의 단면 영역(32)의 상부면도를 보여준다. 피조명 영역(15)도 또한 도시되어 있다. 피조명 영역(15)은 단면 영역의 직경(38)보다 작은 직경(37)을 갖는다. 피조명 영역(15)은 단면 영역(32)에 포함된다. 단면 영역(32)은, 표면(31)(도 4) 상의 광원뿔(36)(도 4)의 입사 사각으로 인해, 피조명 영역(15)에 비해 직경(38)을 따라 긴 형태이다. 이에 따라, 광원뿔(36)의 광 플럭스는 피조명 영역(15)보다 큰 단면 영역(32)에 걸쳐 분배된다. 피조명 영역(15)에서의 광 강도는 이에 따라 표면의 법선(39)을 따른 피조명 영역(15)의 조명의 경우에 비해 감소된다. 일반적으로, 이러한 강도의 감소는 바람직하지 않다.

도 6a는 사각(33)을 이루는 광원뿔(36)로 표면(31)을 조명하는 일반적인 기하 형태를 예시한다. 조명각(33)은 여기에서는 표면(31)의 법선(39)과 광원뿔(36)의 광축(35)으로 에워싸이는 각으로서 정의된다. 조명각(33)은 0을 제외한 각도이며, 이에 따라 표면(31)의 조명은 표면(31)의 법선(39)을 따라서는 발생하지 않는다. 광원뿔(36)은 단면 영역(32)에서 표면(31)과 교차한다. 광원뿔(36)의 단면(34)은 광원뿔(36)의 광축(35)과도 또한 수직한 것으로 도시되어 있다. 단면(34)의 상부면도가 도 6b에 도시되어 있으며, 단면 영역(32)의 상부면도가 도 6c에 도시되어 있다. 도시한 경우에, 단면(34)은 원형이고 직경(D)을 갖는다. 단면 영역(32)은 제1 직경(38) 및 이 제1 직경(38)과 수직한 제2 직경(Q)을 나타낸다. 광축(35)에 수직한 단면(34)은 표면(31)과 교차한다. 따라서, 이 경우에 직경(Q)은 직경(D)과 동일하다. 다른 한편으로, 광축(35)과 표면 법선(39)에 의해 규정되는 평면에 있는 직경(38)은 단면(34)의 직경(D)에 대해서 긴 형태이다. 직경(38)과 직경(D)의 상대적인 사이즈는 도시한 예에서 조명각(33)과 광원뿔(36)의 확산에 의해 결정된다. 단면(34)에 대한 단면 영역(32) 직경(38)의 긴 형태가 광원뿔, 즉 확산 광빔의 경우에 발생할 뿐만 아니라, 집중 광빔 및 평행 광선의 광빔의 경우에도 발생한다는 점이 당업자에게 명백하다. 긴 형태는 또한 광빔의 광축(35)과 수직한 광빔의 단면(34)이 원형 이외의 형상, 예컨대 타원형, 직사각형, 정사각형, 다각형 또는 임의의 다른 형상을 갖는 경우에도 발생한다.

도 7은, 집광기부(60), 로드(70)로서 성형되는 균질화부(70), 원뿔 섹션(52) 및 아나모픽부(80) - 여기에서는 아나모픽 빔 성형 기능 및 광 집속 기능(light focusing function) 모두를 수행하는 실린더 렌즈임 - 를 포함하는, 바람직한 실시예에 따른 빔 성형기(50)를 보여준다. 광원(도시하지 않음)은 집광기부(60)에 삽입되어 광선(100)으로 나타내는 광을 방출한다. 집광기부(60)는 광원으로부터의 광을 모아, 이 광을 균질화 로드(70)의 제1 단부(71)를 통해 균질화 로드(70)로 지향시킨다. 균질화 로드(70)는 빔 성형기(50)의 광축(19)을 따라 정렬된다. 빔 성형기의 광축(19)은 집광기부(60)의 광축과 일치한다. 균질화 로드(70)에서 광은 균질화 로드(70)의 측면(73)으로부터의 반사, 통상적으로는 다중 반사에 의해 균질화된다. 빔 성형기(50)는, 빔 성형기가 사용하도록 의도되는 광의 파장에 대해 투과성인 재료, 예컨대 플라스틱이나 유리 등으로부터, 예컨대 사출 성형에 의해 원피스로서 제작되며, 측면(73)으로부터의 반사는 내부 전반사이다. 광은 균질화 로드(70)의 제2 단부(72)를 통해 균질화 로드(70)를 빠져나가 원뿔 섹션(52)에 진입한다. 광은 원뿔 섹션으로부터 아나모픽부(80)에 도달하며, 아나모픽부는 광을 스팟(110)으로 지향시킨다. 스팟(110)의 강도 분포는, 아나모픽부(80)의 아나모픽 빔 성형 기능으로 인해 아나모픽 변형이 추가된 균질화 로드(70)의 제2 단부(72)의 영상이다. 도면에 도시한 스팟(110)은 빔 성형기(50)의 광축(19)과 수직한 표면에 있다. 원뿔 섹션(52)의 용도는 균질화 로드(70)의 제2 단부(72)와 아나모픽부(80) 사이의 고정 거리를 확립하는 것이다. 빔 성형기(50)가 원피스로 제작되는 경우에, 광학계의 조립 동안에 개별 구성요소, 즉 집광기부(60), 균질화 로드(70) 및 아나모픽부(80)의 정렬이 반드시 필요한 것은 아니다. 이것은 빔 성형기(50)의 취급과 예컨대 링 광 조명기(20)와 같은 도 1b에 도시한 유형의 광학계의 조립을 단순화하지만, 종래 기술과는 대조적으로 TIR 렌즈보다는 방금 설명한 빔 성형기(50)가 본 발명에 따른 링 광 조명기의 실시에에서 성형 광학계로서 사용된다. 빔 성형기(50)는 다른 조명 용례에 대해서 사용될 수 있음은 물론이며, 링 광 조명기로만 제한되지 않는다.

도 8a는 도 7의 빔 성형기(50)에 의해 생성되는 광빔의 단면(34) - 빔 성형기(50)의 광축(19)에 수직함(도 7 참고) - 을 개략적으로 보여준다. 이 단면(34)은, 표면 법선(39)(도 6a 참고)을 따른 조명의 경우, 즉 빔 성형기(50)의 광축(19)이 표면 법선(39)에 평행한 경우에 표면(31)(도 6a 참조)에 생성되는 스팟(110)(도 7 참고)의 형상에 대응한다. 이때, 단면(34)은 팔각형인데, 그 이유는 도 7에 도시한 빔 성형기(50)의 실시예에서 균질화 로드(70)가 정팔각형으로서 성형되는 단면을 갖기 때문이다. 광빔의 단면(34) 형상은 팔각형이며, 정팔각형으로 성형되지는 않는다. 단면의 제1 직경(D1)은 제1 직경(D1) 방향에 수직한 방향을 따른 제2 직경(D2)보다 작다. 빔 단면(34)의 이러한 변형은 아나모픽부(80)로 인한 아나모픽 빔 성형에 의해 유발된다(도 7 참고).

도 8b는, 광원뿔(36)의 경우에 대해서 도 6으로 설명한 바와 같이 광빔이 사각(33)을 이루어 충돌하는 표면(31) 상의, 도 8a와 연관지어 설명한 바와 같은 광빔의 단면 영역(32)을 개략적으로 보여준다. 직경(38) 방향은 광빔의 광축과 표면 법선(39)을 포함하는 평면과 표면(31) 사이의 교차부를 따른다. 도 8a 및 도 8b의 경우에는, 단면(34)의 제1 직경(D1)의 방향이 이 평면 내에 있도록 하는 구성이다. 아나모픽부(80)는 아나모픽 빔 성형으로 인해 빔의 단면(34)의 제1 직경(D1)의 감소가 표면(31) 상의 광빔의 입사 사각(33)에 의해 야기되는 직경(38)의 방향을 따른 단면 영역(32)의 긴 형태를 보상한다. 도시한 케이스에서, 직경(38)과 수직한 단면 영역(32)의 직경(Q)은 아나모픽 빔 성형과 입사 사각에 모두에 의해 영향을 받지 않는다. 도시한 구성에 있어서, 단면 영역(32)의 직경(Q)은 광빔의 단면(34)의 제2 직경(D2)과 동일하다.

도 9는, 도 7에서 이미 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 빔 성형기(50)의 사시도를 도시한다. 여기서 아나모픽부(80)를 벗어나는 광선(100)이 도시되어 있다. 이와 같은 빔 성형기(50)의 구성은 도 7의 정황에서 이미 논의되었다. 집광기부(60)는 광원(도시하지 않음)이 도입되는 공동(61)을 드러내고 있다. 집광기부(60)의 일반적인 구성은 도 3에 도시된 바와 같은 TIR 렌즈(23)의 구성에 대응한다. 아나모픽부(80)의 직경(82)은 링-조명기(20)에 배열될 수 있는 빔 성형기(50)의 개수를 조절한다.

도 10a 및 도 10b는 각각, 수 개의 부품으로 구성될 수도 있는 본 발명에 따른 링 광 조명기용의 성형 광학 소자 뿐만 아니라, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 빔 성형기(50)에 이용되는 집광기(60) 또는 집광기부(60)의 사시도이다. 집광기(60)에 부착된 균질화 로드(70)의 일부만이 도시되어 있다. 로드(70)는 여기서 육각형 단면을 가지며, 집광기(60)의 형상은, 로드(70)의 제1 단부(71)에 인접한 구획에서 육각형 단면을 보이는 로드(70)의 단면에 맞게 적응된다. 도 10b는, 광원(도시하지 않음), 통상적으로는 LED가 삽입되는 집광기(60)의 공동(61)을 명확히 도시하고 있다.

도 11은 집광기(60) 및 균질화 로드(70)의 일부의 단면도이다. LED(62)가 집광기(60)의 공동(61) 내에 도입된다. 도 3의 TIR 렌즈(23)와 유사하게, 집광기(60)는, 집광기(60)의 광축(66) 주변의 중앙 영역 내로 방출된 광을 모으는 굴절 렌즈부(64)를 드러내고 있다. 이 영역의 단면은 굴절 렌즈부(64)의 형상과 크기에 의해 결정된다. LED에 의해 중앙 영역 바깥의 영역 내로 방출되는 광은 집광기(60)의 측면(65)로부터의 내부 전반사에 의해 균질화 로드(70) 내로 지향된다.

도 12는, 도 11의 LED(62)와 같은 광원이 삽입되는 집광기(60) 내의 공동(61)의 상부면도이다. 본 도면에서, 공동(61) 및 굴절 렌즈부(64)는 6각형 단면을 가진다.

도 13은 본 발명에 따른 링-조명기(20)를 형성하는 링모양으로 배열된 복수의 빔 성형기(50)의 가능한 구현의 실시예이다. 링-조명기(20)에 배열된 복수의 빔 성형기(50)는 균질 조명을 피조명 영역(15)에 제공한다. 아나모픽부(80)(도 9 참조)의 직경(82)은 링-조명기(20)에 배열된 빔 성형기(50)의 갯수를 조절한다. 여기서 도시된 실시예에서, 아나모픽부(80)의 직경(82)은 30 mm로서, 결과적으로, 링-조명기(20)에 배열된 빔 성형기(50)는 대략 24개가 된다.

도 14는 본 발명에 따른 다른 빔 성형기(90)의 실시예를 보여준다. 도 3과 연관지어 설명한 TIR 렌즈(23)가 집광기로서 기능한다. 본 실시예에서, TIR 렌즈(23)는 집광기 또는 TIR 렌즈(23)의 공동(61)에 삽입되고, 이에 따라 집광기로 에워싸이는 광원(22)으로부터의 광을 모아, 이 광을 아나모픽 시스템(80)을 향해 지향시키도록 구성된다. 아나모픽 시스템(80)은 아나모픽 빔 성형 기능을 수행하고, 특정 실시예에서는 추가로 광 집속 기능을 수행할 수 있다. 도시한 실시예에서, 아나모픽 시스템(80)은 실린더 렌즈이다. 도시한 바와 같은 빔 성형기(90)는 본 발명에 따른 링 광 조명기에서 사용될 수 있지만, 이러한 특정 용도로 제한되는 것은 아니다. 임의의 경우에, 아나모픽 시스템(80)에 의해 수행되는 아나모픽 빔 성형은 유리하게는, 빔 성형기(90)로부터의 광빔이 사각을 이루어 표면으로 지향되는 경우에 도 4, 도 5, 도 6a, 도 6b 및 도 6c와 연관지어 설명한 바와 같이 표면에 대한 빔 성형기(90)로부터의 광빔의 단면 영역의 긴 형태를 보상하기 위해 채용될 수 있다. 광빔의 추가의 균질화는, 빔 성형기(9)의 광학면들 중 적어도 하나, 즉 광원(22)으로부터의 광선(100)이 통과하는 표면들 중 적어도 하나의 표면 상에 구조를 마련함으로써 달성될 수 있다. 광빔의 균질화를 위한 구조가 마련될 수 있는 하나의 가능한 표면은 표면(91)이다. 도면에는 명확성을 기하기 위해, 광원(22)으로부터의 단지 2개의 광선만이 도시되어 있는데, 하나의 광선은 TIR 렌즈(23)의 굴절 렌즈부(24)를 통과하고, 이에 따라 굴절에 의해 아나모픽 소자(80)로 지향되며, 나머지 광선(100)은 TIR 렌즈(23)의 측면에 충돌하여, 이 측면(25)으로부터의 내부 전반사에 의해 아나모픽 소자(80)로 지향된다. 본 실시예의 빔 성형기(90)는 도 7의 빔 성형기(50)와 같이 균질화 로드(70)를 마련하지 않기 때문에, 후자에 비해 훨씬 콤팩트한 구성의 것이다.

특정한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 그러나, 후속하는 청구항들의 범위와 사상을 벗어나지 않고 변형과 수정이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.

1, 6 : 강도 분포
2, 3, 4, 5 : 강도 분포
10, 20, 30 : 링 광 조명기
11 : 광섬유
12 : 아크 램프
13 : 광학 요소
14 : 광섬유의 단부
15 : 피조명 영역
16, 26 : 광원뿔
17, 27 : 캐리어
19, 66 : 광축
22 : 광원
23 : TIR 렌즈
24, 64 : 굴절 렌즈부
25, 65 : 측면
31 : 표면
32 : 단면 영역
33 : 조명각
34 : 단면
35 : 광원뿔의 광축
36 : 광원뿔
37 : 피조명 영역의 직경
38 : 단면 영역의 직경
39 : 표면 법선
50 : 빔 성형기
52 : 원뿔 섹션
60 : 집광기, 집광기부
61 : 공동
62 : LED
70 : 균질화 로드, 로드로서 성형된 균질화부
71 : 균질화 로드의 제1 단부
72 : 균질화 로드의 제2 단부
73 : 균질화 로드의 측면
80 : 아나모픽 시스템, 아나모픽부
82 : 아나모픽 시스템/아나모픽부의 직경
90 : 빔 성형기
91 : 구조용 표면
100 : 광선
110 : 스팟
D : 단면의 직경
Dl : 단면의 제1 직경
D2 : 단면의 제2 직경
Q : 단면 영역의 직경

Claims (29)

1. 표면 상의 영역을 조명하기 위한 링 광 조명기(ring light illuminator)로서,
   환형으로 배치된 복수 개의 광원;
   각각의 광원에 할당되고, 개별 광원의 발광면을 포위하는 집광기(light collector); 및
   각각의 집광기의 광축에 배치되고, 피조명 영역으로 광을 지향시키도록 구성된 아나모픽 시스템(anamorphic system)
   을 포함하고,
   상기 아나모픽 시스템은 광 집속 기능을 갖는 제1 광학 소자와, 아나모픽 빔 성형을 수행하는 제2 광학 소자를 구비하는 것인 링 광 조명기.
2. 제1항에 있어서, 상기 아나모픽 시스템은 광 집속 기능(light focusing function)을 추가로 수행하는 것인 링 광 조명기.
3. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 아나모픽 시스템이 토로이달 렌즈(toroidal lens) 또는 실린더 렌즈인 것인 링 광 조명기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 광학 요소는 토로이달 렌즈 또는 실린더 렌즈인 것인 링 광 조명기.
6. 제1항에 있어서, 각각의 집광기에, 집광기로부터 나온 광을 균질화하는 균질화 수단이 대응하는 것인 링 광 조명기.
7. 제6항에 있어서, 상기 균질화 수단은 로드인 것인 링 광 조명기.
8. 제7항에 있어서, 상기 로드의 균질화 기능은 로드 내부에서의 광의 내부 전반사(total internal reflection)를 기초로 하는 것인 링 광 조명기.
9. 제7항에 있어서, 집광기와 대응하는 로드가 원피스(one-piece) 유닛을 형성하는 것인 링 광 조명기.
10. 표면 상의 영역을 조명하기 위한 링 광 조명기(ring light illuminator)로서,
    환형으로 배치된 복수 개의 광원;
    각각의 광원에 할당되고, 개별 광원의 발광면을 포위하는 집광기(light collector); 및
    각각의 집광기의 광축에 배치되고, 피조명 영역으로 광을 지향시키도록 구성된 아나모픽 시스템(anamorphic system)
    을 포함하고,
    각각의 집광기에, 집광기로부터 나온 광을 균질화하는 균질화 수단이 대응하며,
    상기 균질화 수단은 로드이고,
    집광기, 대응하는 로드 및 대응하는 아나모픽 시스템이 원피스 유닛을 형성하는 것인 링 광 조명기.
11. 제6항에 있어서, 상기 균질화 수단은 집광기 상에 마련되는 표면 구조(texture)인 것인 링 광 조명기.
12. 제1항에 있어서, 각각의 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 포함하는 것인 링 광 조명기.
13. 제1항에 있어서, 상기 링 광 조명기에는 복수 개의 냉각 핀이 마련되는 것인 링 광 조명기.
14. 표면 상의 영역을 조명하기 위한 링 광 조명기로서,
    환형으로 배치된 복수 개의 광원; 및
    각각의 광원에 할당되는 빔 성형기로서, 플라스틱재로부터 원피스로서 사출 성형되는 빔 성형기
    를 포함하고, 각각의 빔 성형기는
    하나의 광원의 발광면을 포위하는 집광기부로서, 이 집광기부의 기능은 내부 전반사와 굴절을 기초로 하는 것인 집광기부;
    집광기로부터의 광을 받도록 배치 및 구성되고, 로드로서 성형된 광 균질화부로서, 상기 로드의 광 균질화 기능은 로드 내에서의 광의 내부 전반사를 기초로 하는 것인 광 균질화부; 및
    렌즈(lensing) 기능 및 아나모픽 빔 성형 기능을 수행하는 아나모픽부
    를 포함하는 것인 링 광 조명기.
15. 빔 성형기로서,
    광원의 발광면을 포위하도록 구성된 집광기;
    집광기로부터 받은 광을 균질화하도록 구성된 균질화 로드; 및
    집광기의 반대쪽에 있는 균질화 로드의 단부를 피조명 영역으로 영상화하는 아나모픽 시스템
    을 포함하는 빔 성형기.
16. 제15항에 있어서, 상기 빔 성형기는 플라스틱재로 몰딩되는 것인 빔 성형기.
17. 제15항에 있어서, 상기 빔 성형기는 유리로 형성되는 것인 빔 성형기.
18. 제15항에 있어서, 상기 아나모픽 시스템은 광 집속 기능을 수행하는 것인 빔 성형기.
19. 제18항에 있어서, 상기 아나모픽 시스템은 토로이달 렌즈 또는 실린더 렌즈인 것인 빔 성형기.
20. 제15항에 있어서, 상기 아나모픽 시스템은 광 집속 기능을 갖는 제1 광학 소자와 아나모픽 빔 성형을 수행하는 제2 광학 소자를 구비하는 것인 빔 성형기.
21. 제20항에 있어서, 상기 제2 광학 소자는 토로이달 렌즈 또는 실린더 렌즈인 것인 빔 성형기.
22. 제15항에 있어서, 상기 빔 성형기는 원피스로 제작되는 것인 빔 성형기.
23. 플라스틱재로부터 원피스로서 사출 성형되는 빔 성형기로서,
    광원의 발광면을 포위하도록 구성되는 집광기부로서, 이 집광기부의 기능은 내부 전반사와 굴절을 기초로 하는 것인 집광기부;
    상기 집광기부로부터의 광을 받도록 배치 및 구성되고, 로드로서 성형되는 광 균질화부로서, 상기 로드의 광 균질화 기능은 로드 내에서의 광의 내부 전반사를 기초로 하는 것인 광 균질화부; 및
    집광기부의 반대쪽에 있는 광 균질화부의 단부를 피조명 영역으로 영상화하도록 구성된 아나모픽부로서, 내부에서 렌즈 기능 및 아나모픽 빔 성형 기능을 수행하는 아나모픽부
    를 포함하는 빔 성형기.
24. 빔 성형기로서,
    광원의 발광면을 포위하도록 구성된 집광기; 및
    집광기로부터 광을 받아, 이 광을 피조명 영역으로 지향시키도록 구성되고, 집광기의 광축에 배치되는 아나모픽 시스템
    을 포함하고,
    상기 빔 성형기는 원피스로서 제작되는 것인 빔 성형기.
25. 삭제
26. 제24항에 있어서, 상기 아나모픽 시스템은 광 집속 기능을 나타내는 것인 빔 성형기.
27. 빔 성형기로서,
    광원의 발광면을 포위하도록 구성된 집광기; 및
    집광기로부터 광을 받아, 이 광을 피조명 영역으로 지향시키도록 구성되고, 집광기의 광축에 배치되는 아나모픽 시스템
    을 포함하고,
    상기 집광기는 내부 전반사와 굴절의 조합에 의해 그 집광 기능을 수행하는 것인 빔 성형기.
28. 플라스틱재로부터 원피스로서 사출 성형되는 빔 성형기로서,
    하나의 광원의 발광면을 포위하도록 구성된 집광기부로서, 이 집광기부의 기능은 내부 전반사 및 굴절을 기초로 하는 것인 집광기부; 및
    집광기부의 광축에 배치되고, 집광기부로부터의 광을 피조명 영역으로 지향시키며, 내부에서 렌즈 기능과 아나모픽 빔 성형 기능을 수행하는 아나모픽부
    를 포함하는 빔 성형기.
29. 복수 개의 광원을 이용하여, 표면 상의 영역을 균질하게 조명하는 조명 방법으로서,
    피조명 영역 둘레에 표면으로부터 거리를 두고 환형 형태로 복수 개의 광원을 배치하는 단계;
    빔 성형기를 이용하여 각각의 광원으로부터 방출된 광을 미리 정해진 단면의 각각의 빔으로 모으는 단계로서, 상기 빔 성형기의 광축은 표면에 대해 사각(斜角)을 이루어 표면을 향해 지향되는 것인 단계;
    각각의 빔의 단면을 아나모픽 변형시켜, 이 빔을 사각으로 피조명 영역으로 지향시키는 단계로서, 상기 빔 단면의 아나모픽 변형은 입사 사각으로 인한 표면 상의 빔의 단면 영역의 변형이 보상되도록 하는 것인 단계
    를 포함하는 조명 방법.

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