KR101920411B1 - 광원, 합광 장치 및 상기 광원을 구비하는 투영 장치 - Google Patents

Abstract

광원에 있어서, 서로 다른 입사 방향으로부터의 상기 제1 발광원(310) 및 제2 발광원(340)의 입사광을 유도하여 두 경로의 입사광을 한 경로의 제1 광 경로가 출사하는 출사광으로 병합시키는 합광 장치가 포함되며; 합광 장치에는 유도 부품(330)이 포함되어 제2 발광원(340)의 광으로 하여금 제1 광 경로로 집중되도록 함과 아울러, 제1 발광원(310)의 일부 광을 가로막아 제1 광 경로로 진입하지 못하도록 하며, 또한 가로막힌 일부 광의 광속이 제1 발광원(310)의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적다. 이러한 광원을 이용하면 원가를 효과적으로 낮출 수 있고 비교적 훌륭한 방열 효과를 얻을 수 있으며, 투영 장치에 특히 적합하다.

Description

광원, 합광 장치 및 상기 광원을 구비하는 투영 장치{Light Source, Light Combining Device, and Projection Device with the Light Source}

본 발명은 광원에 관한 것으로서, 특히 다중 광원의 빔을 조합시킬 수 있는 구조 및 장치에 관한 것이다.

광원 기술의 발전에 따라 광원은 단일한 발광원을 사용하는데 만족하지 못하고 있다. 특히 고체 광원이 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)와 레이저 다이오드(LD, Laser Diode)로 발전되고 점차적으로 조명 및 디스플레이 시장에 진입한 후, 대형 전력 광원은 일반적으로 어레이 배열되는 여러 개의 발광원을 사용하는바, 예를 들면 LED 어레이 또는 LD 어레이를 사용하며, 이러한 발광원으로부터의 광원은 합광 처리를 거친 후 다시 해당 광원의 대형 전력 출력 광으로 사용한다. 하지만, 일부 응용 장소에는 높은 밝기의 광원이 필요한바, 예를 들면 투영 디스플레이 등이다. 만일 단순히 발광 다이오드 어레이를 사용하면 원가가 낮기는 하지만, 그 밝기는 주류 투영 디스플레이의 요구를 만족시킬 수 없다. 단순히 레이저 다이오드 어레이를 사용하면, 이의 밝기는 충분하지만 원가가 지나치게 높다. 만일 광원이 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 함께 사용할 수 있다면 밝기가 요구에 도달하게 할 수 있을 뿐 아니라 원가도 단순하게 레이저 다이오드 어레이를 사용하는 것보다 싸며, 이러한 광원은 응용성에 있어 양호한 전망을 가지게 될 것이다.

광확장량, 즉 에텐듀(Etendue)는 광의 공간에서의 분포 면적과 각도를 기술하게 된다. 광원의 평균 밝기는 광원이 발생시키는 광속에 광원이 발광하는 광확장량을 나눈 것과 같다. 만일 두 발광원의 발광 광속이 동일하다면 발광의 광확장량도 동일하며(예를 들면 두 개의 동일한 LED 광원), 기하학적인 방식으로 이 두 광원의 발광을 합하면, 합광 결과는 총 광속이 단일 광원보다 배가되며, 총 발광의 광확장량도 단일 광원 발광의 광확장량보다 배가 되므로, 결과적으로 합광의 평균 밝기는 단일 광원에 비하여 변화가 없다.

만일 두 발광원의 밝기에 차이가 존재한다면, 예를 들면 발광 다이오드와 레이저 다이오드라면, 상기 광확장량을 이용하여 이 두 발광원을 합병한 상황을 분석할 수 있다. 발광 다이오드의 발광 광속을 Φ, 발광의 광확장량을 E, 평균 밝기를 Φ/E라고 가정하면, 레이저 다이오드의 발광 광속도 Φ이고, 발광의 광확장량은 0.01E이며, 평균 밝기는 100Φ/E이다. 그렇다면, 이러한 하나의 발광 다이오드와 하나의 레이저 다이오드를 합광 시킨 후, 총 광속은 2Φ이고, 총 광확장량은 1.01E이며, 평균 밝기는 1.98Φ/E이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 이용하여 광속을 합병시키면 합병 광의 평균 밝기를 향상시킬 수 있다. 다수의 발광원을 동일한 방향으로 동일한 공간에 조합시키면 빔 병합을 구현할 수 있는바, 예를 들면 출원번호가 200810065453.7인 중국 특허에서 제시하는 혼합 패키징 광원은 다수의 LED와 다수의 LD를 혼합하여 어레이 배열을 진행하여 투영 디스플레이에 쓰기 적합한 높은 밝기의 광원을 제공한다.

만일 두 발광원의 파장이 다르다면 다른 방식, 즉 파장 커플링 방식을 이용하여, 다이크로익 필터를 통하여 서로 다른 방향으로부터의 발광원의 광을 합병시킬 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 이러한 합광 방식을 이용한 광원의 발광원은 두 가지 서로 다른 발광 파장의 광을 구비하며, 상기 두 가지 서로 다른 발광 파장의 광은 각각 다이크로익 필터에 의하여 반사 및 투과되기 때문에, 도시된 바와 같이, 피크 파장이 420 나노미터인 LED 어레이(2)와 피크 파장이 465 나노미터인 LED 어레이(1)를 각각 다이크로익 필터의 두 쪽에 배치하여 합광 처리를 완성한다. 종래 기술에서는 일반적으로 상기 방식을 이용하여 혼합된 백색 광 또는 색광을 생성시킨다. 피크 파장이 420 나노미터인 LED 어레이의 발광 광속을 Φ, 발광의 광확장량을 E, 평균 밝기를 Φ/E 라고 가정하고, 아울러 피크 파장이 465 나노미터인 LED 어레이의 발광 광속을 Φ, 발광의 광확장량을 E, 평균 밝기를 Φ/E라고 가정하면, 이 두 가지 발광 다이오드를 이용하여 합광시킨 후, 총 광속은 2Φ, 총 광확장량은 E이고, 평균 밝기는 2Φ/E이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 다이크로익 필터를 이용하면 스펙트럼이 중첩되지 않는 두 가지 광을 합할 수 있고, 합광된 광확장량과 한 가지 광의 광확장량은 동일하다. 합광의 평균 밝기는 한 가지 광의 평균 밝기의 2배이다.

상기 첫 번째 방식은 동일한 컬러의 광을 혼합시킬 수도 있고, 서로 다른 컬러의 광도 혼합시킬 수 있지만, 하나의 선명한 단점이 존재한다. 상기 방식은 발광 다이오드와 레이저 다이오드가 함께 병렬되게 패키징 될 것이 요구되고, 또한 발광원의 어레이가 긴밀하게 배열되어야만 높은 밝기를 확보할 수 있다. 레이저 다이오드는 고온 하에서 수명과 신뢰성이 급격하게 감쇄되기 때문에, 레이저 다이오드는 일반적으로 반도체 냉각기를 구비하여 히트싱크 온도를 제어한다. 레이저 다이오드와 발광 다이오드를 병렬되게 패키징 시키면 레이저 다이오드의 온도가 비교적 높기 때문에, 전반 광원에 반도체 냉각기를 구비하여 하며, 그렇지 않으면 레이저 다이오드의 수명과 신뢰성을 확보할 수 없다. 이렇게 되면 원가와 전력 소모가 크게 향상되기 때문에 이러한 합광 방식은 경제적이지 못하고 에너지 절감을 할 수 없다. 두 번째 방식은 첫 번째 방식의 단점을 해결하기는 하였지만, 서로 다른 컬러의 합광 처리에만 적합하고, 다이크로익 필터의 사용은 광원의 원가를 증가시킨다.

본 발명은 상기 문제를 해결하고 광원 및 합광 장치를 제공하여 새로운 합광 방식으로 서로 다른 소스의 동일하거나 서로 다른 컬러 광의 높은 밝기의 합광을 구현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 사상을 구현하는 기술방안으로서, 일종의 광원을 제공하는바, 제1 발광원과 제2 발광원을 포함하고, 또한 상기 제1 및 제2 발광원으로부터의 광을 제1 광 경로로부터 출사되는 한 줄기의 출사광으로 합병시키는 합광 장치를 포함하는 광원에 있어서, 특히 상기 합광 장치에는 하나의 유도 부품이 포함되고, 제2 발광원의 광은 상기 유도 부품을 통하여 상기 제1 광 경로로 집중되며; 상기 유도 부품은 또한 제1 발광원의 일부 광이 제1 광 경로로 진입되는 것을 가로막고, 또한 상기 제1 발광원의 일부 광의 광속은 상기 제1 발광원의 광이 합광 장치를 통하여 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적다.

구체적으로 말하면, 상기 방안에 있어서, 상기 제1 발광원의 일부 광의 광속은 상기 제1 발광원의 광이 합광 장치를 통하여 제1 광 경로로 진입하는 광속의 1/5보다 적다. 제1 발광원의 광확장량은 제2 발광의 광확장량보다 큰바, 특히 상기 제1 발광원에는 발광 다이오드가 포함되고, 제2 발광원에는 반도체 레이저가 포함된다.

상기 합광 장치에는 광 투과 장치 및 상기 광 투과 장치 상에 부설되는 적어도 하나의 광 반사 장치가 포함되고, 제1 발광원의 광은 상기 광 투과 장치의 제1 측으로부터 입사되어 상기 광 투과 장치 상의 상기 광 반사 장치를 제외한 부분을 투과하여 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품에는 상기 광 반사 장치가 포함되고, 상기 제1 발광원의 일부 광은 상기 광 반사 장치에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 제2 발광원의 광은 상기 광 투과 장치의 제2 측으로부터 상기 광 반사 장치로 입사되고 또한 상기 광 반사 장치에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 집중된다. 그 중에서, 상기 광 투과 장치에는 광 투과판이 포함되고, 또한 상기 광 투과 장치 상에 부설되는 상기 광 반사 장치에는 광 반사판, 반사편, 반사 렌즈 또는 프리즘이 포함되거나; 또는 상기 광 투과 장치에는 경사면이 상호 접착되는 두 개의 프리즘이 포함되고, 또한 상기 광 투과 장치 상에 부설되는 상기 광 반사 장치는 상기 두 프리즘의 접착되지 않은 일부 경사면이다.

또는 상기 합광 장치에는 광 반사 장치 및 상기 광 반사 장치 상에 구비되는 적어도 하나의 광 투과 장치가 포함되고, 제1 발광원의 광은 상기 광 반사 장치의 제1 측으로부터 입사되어 상기 광 반사 장치 상의 상기 광 투과 장치를 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품에는 상기 광 투과 장치가 포함되고, 상기 제1 발광원의 일부 광은 상기 광 투과 장치를 투과하여 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 제2 발광원의 광은 상기 광 반사 장치의 제2 측으로부터 상기 광 투과 장치로 입사되고 또한 제1 광 경로로 집중된다. 그 중에서, 상기 광 반사 장치에는 광 반사판, 반사편, 반사 렌즈가 포함되고, 또한 상기 광 투과 장치에는 상기 광 반사 장치 상의 통공 또는 광투과 홀(스루 홀; through hole)이 포함되거나; 또는 상기 광 반사 장치에는 제1 프리즘이 포함되고, 또한 상기 광 투과 장치에는 경사면이 제1 프리즘의 일부 경사면 상에 접착되는 제2 프리즘이 포함되며, 제2 프리즘이 제2 프리즘보다 작다.

또는 상기 합광 장치에는 곡면 형상의 반사 커버와 상기 반사 커버 상에 형성되는 적어도 하나의 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 제1 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제1 측으로부터 입사되어 상기 반사 커버 상의 상기 통공 또는 광 투과 홀 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품에는 상기 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 상기 제1 발광원의 일부 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과하여 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 제2 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제2 측으로부터 상기 통공 또는 광 투과 홀로 입사되어 제1 광 경로로 집중된다. 그 중에서, 제2 발광원의 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과한 후 제1 발광면으로 입사되고 또한 상기 발광면에 의하여 산란되어 제1 광 경로로 집중된다. 광원에 또한 광 수집 부품이 포함될 때, 상기 반사 커버는 반타원형 구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 서로 다른 초점 위치에 구비되거나; 또는 상기 반사 커버는 반구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상가 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 구심에 인접되는 두 대칭점 위치에 구비된다. 또는 광원에 또한 광 수집 부품이 포함될 때, 상기 광원에는 광 수집 부품이 포함되고, 제1 발광원의 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과한 후 상기 광 수집 부품의 입구로 입사되며; 상기 반사 커버는 반타원형 구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 서로 다른 초점 위치에 구비되거나; 또는 상기 반사 커버는 반구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상가 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 구심에 인접되는 두 대칭점 위치에 구비된다.

또는 상기 합광 장치에는 속이 비어 있고 또한 측벽이 광을 반사시킬 수 있는 광 유도 장치 및 상기 측벽 상에 형성되는 적어도 하나의 통공 또는 광 투과홀이 포함되며, 제1 발광원의 광은 상기 광 유도 장치의 제1단으로부터 입사되고 또한 상기 측벽 상의 상기 통공 또는 광 투과홀을 제외한 부분에 의하여 광 유도 장치의 제2단으로 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품은 상기 통공 또는 광 투과 홀이고, 제1 발광원의 일부 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀에 의하여 투과되어 제1 광 경로로 진입할 수 없으며, 제2 발광원의 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과하여 상기 광 유도 장치의 측벽으로 입사되고 또한 상기 측벽에 의하여 반사된 후 상기 광 유도 장치의 제2단으로 전파되어 제1 광 경로로 집중된다.

또는, 상기 합광 장치에는 측벽이 광을 반사시킬 수 있는 광 유도 장치 및 상기 측벽 상에 형성되는 적어도 하나의 웨지형(wedge 形) 반사 부품이 포함되며, 제1 발광원의 광은 상기 광 유도 장치의 제1단으로부터 입사되고 또한 상기 측벽 상의 상기 웨지형 반사 부품을 제외한 부분에 의하여 광 유도 장치의 제2단으로 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품은 상기 웨지형 반사 부품이고, 제1 발광원의 일부 광은 상기 웨지형 반사 부품에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입할 수 없으며, 제2 발광원의 광은 상기 웨지형 반사 부품으로 입사되고 또한 상기 웨지형 반사 부품에 의하여 상기 광 유도 장치 내부로 반사된 후 상기 광 유도 장치의 제2단으로 전파되어 제1 광 경로로 집중된다. 그 중에서, 상기 광 유도 장치는 속이 비어있는 형상이고, 또한 상기 웨지형 반사 부품은 하나의 속이 찬 웨지형 반사체이거나; 또는 상기 광 유도 장치는 속이 찬 형상이고, 또한 상기 웨지형 반사 부품은 웨지형 반사홈이다.

상기 방안에 있어서, 상기 광 유도 장치는 도징(균광; dodging) 바이다.

본 발명의 사상을 구현하는 기술방안으로서, 또한 일종의 광원을 제공하는바, 제1 발광원과 제2 발광원이 포함되고, 제1 및 제2 발광원의 광이 제1 광 경로로부터 출사되는 한 줄기의 출사광으로 합병되는 광원에 있어서, 특히 제1 발광원에는 복수개의 어레이로 배열된 발광 소자로 구성된 발광 모듈이 포함되고, 상기 모듈에는 적어도 하나의 통공이 포함되며; 제2 발광원의 광은 상기 발과 모듈의 발광면의 상대측으로부터 상기 통공으로 입사되어 제1 광 경로로 집중되며; 상기 통공의 면적은 상기 발광 모듈의 발광면의 면적보다 작다. 구체적으로 말하면, 상기 통공의 면적이 상기 발광 모듈의 발광면을 차지하는 면적의 비례는 1/5 이하이다. 제1 발광원의 발광 소자에는 발광 다이오드가 포함되고, 제2 발광원에는 반도체 레이저 또는 반도체 레이저 어레이가 포함된다.

본 발명의 사상을 구현하는 기술방안으로서, 또한 일종의 광원을 제공하는 바, 특히 제1 발광원의 발광면에는 표면 거친 구조가 포함되고, 제2 발광원의 광은 상기 표면 거친 구조로 입사되고 또한 상기 표면 거친 구조에 의하여 산란되어 제1 발광원의 광 경로로 집중됨으로써 상기 광원의 출사광의 제1 광 경로를 형성하며; 제1 발광원의 일부 광은 제2 발광원의 입사 광 경로에 의하여 가로막혀 상기 제1 광 경로로 진입할 수 없고, 또한 상기 일부 광의 광속이 상기 제1 발광원의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적다. 구체적으로 말하면, 제2 발광원의 광확장량은 제1 발광원의 광확장량의 1/5보다 작다. 제1 발광원에는 발광 다이오드가 포함되고, 제2 발광원에는 반도체 레이저가 포함된다. 더욱 나아가, 상기 제2 발광원의 입사 광 경로 중에는 하나의 반사 장치가 존재하고, 제2 발광원의 광은 상기 반사 장치에 의하여 상기 제1 발광원의 표면 거친 구조로 반사되며; 제1 발광원의 일부 광은 상기 반사 장치에 의해 반사되어 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 또한 상기 일부 광의 광속이 상기 제1 발광원의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속의 1/5보다 적다. 상기 광원에 또한 광 수집 부품이 포함될 때, 제1 발광원의 발광면이 상기 광 수집 부품의 입구에 위치한다.

상기 방안에 있어서, 제1 발광원과 제2 발광원은 동일한 컬러의 광을 갖는다.

나아가, 본 발명의 사상을 구현하는 기술방안으로서, 또한 일종의 합광 장치를 제공하는 바, 서로 다른 입사 방향으로의 두 경로의 입사광을 하나의 출사광으로 합병시키는바, 특히 하나의 유도 부품이 포함되어 제2 경로의 입사광을 제1 광 경로로 집중시킴과 아울러, 제1 경로의 일부 광이 제1 광 경로로 진입하는 것을 가로막으며, 또한 상기 일부 광의 광속이 상기 제1 경로의 입사광이 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적다. 구체적으로 말하면, 상기 일부 광의 광속은 상기 제1 경로 입사광이 제1 광 경로로 진입하는 광속의 1/5보다 적다.

구체적으로 말하면, 상기 합광 장치에는 광 투과 장치 및 상기 광 투과 장치 상에 부설되는 상기 유도 부품으로서의 적어도 하나의 광 반사 장치가 포함되고, 제1 경로 입사광은 상기 광 투과 장치의 제1 측으로부터 입사되어 상기 광 투과 장치 상의 상기 광 반사 장치를 제외한 부분을 투과하여 제1 광 경로로 진입한다. 또는, 제2 경로 입사광은 상기 광 투과 장치의 제2 측으로부터 상기 광 반사 장치로 입사되고 또한 상기 광 반사 장치에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입한다. 또는, 상기 합광 장치에는 곡면 형상의 반사 커버와 상기 반사 커버 상에 형성되는 상기 유도 부품으로서의 적어도 하나의 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 제1 경로 입사광은 상기 반사 커버의 제1 측으로부터 입사되어 상기 반사 커버 상의 상기 통공 또는 광 투과 홀 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입한다. 또는, 상기 합광 장치에는 속이 비어있고 또한 측벽이 광을 반사시킬 수 있는 광 유도 장치 및 상기 측벽 상에 형성되는 상기 유도 부품으로서의 적어도 하나의 통공 또는 광 투과홀이 포함되고, 제1 경로 입사광은 상기 광 유도 장치의 제1단으로부터 입사되고 또한 상기 측벽 상의 상기 통공 또는 광 투과홀을 제외한 부분에 의하여 광 유도 장치의 제2단으로 반사된다. 또는, 상기 합광 장치에는 측벽이 광을 반사시킬 수 있는 광 유도 장치 및 상기 측벽 상에 형성되는 상기 유도 부품으로서의 적어도 하나의 웨지형 반사 부품이 포함되고, 제1 경로 입사광은 상기 광 유도 장치의 제1단으로부터 입사되고 또한 상기 측벽 상의 상기 웨지형 반사 부품을 제외한 부분에 의하여 광 유도 장치의 제2단으로 반사되어 제1 광 경로로 진입한다.

본 발명의 사상을 구현하는 기술방안으로서, 또한 일종의 투영 장치를 제공하는바, 특히 상기 투영 장치에는 상기 광원 중 임의의 것이 포함된다.

상기 각 기술방안을 이용하여 기하학적인 방식으로 합광을 구현하는바, 다이크로익 필터를 사용하는 것에 비하여 광 경로가 간단하고 광학 부품을 쉽게 가공하고 구현할 수 있는 장점이 있다. 특히 동일한 종류의 컬러 광을 합병하여 높은 밝기를 구현할 수 있고, 또한 높은 밝기를 확보함과 아울러 원가를 낮출 수 있으며; 또한 서로 다른 컬러의 광을 합병하거나 또는 주파장은 서로 다르나 동일한 종류의 컬러(유색광)를 합할 때, 각 광의 밝기를 제어하는 것을 통하여 합광된 광의 색 조절이 더욱 큰 자유도를 갖게 하도록 할 수 있다. 그리고 상기 기술방안을 이용하면 또한 광원의 방열 효과를 확보할 수 있다.

도1은 종래의 광원 합광 처리의 광 파장 커플링 방식의 구조도.
도2는 본 발명 중의 광원의 일 실시예 구조도.
도3은 도2 중의 합광 빔의 단면도.
도4는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도5는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도6은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도7은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도8은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도9는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도10은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도11은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도12는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도13은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도14는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.
도15는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도.

아래, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세한 설명을 진행하도록 한다.

상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 기본 사상으로는 분립된 두 가지 광원을 이용하고, 이 두 가지 광원의 밝기가 서로 다르고, 이들은 각각 독립적인 패키징, 전력 공급과 방열 시스템을 구비하며; 광학적인 방식으로 두 가지 광원으로부터의 빔을 합병하여 광의 병합 출력을 구현하는바, 병합 출력되는 빔의 밝기가 원래의 두 가지 광원 중의 밝기가 비교적 낮은 한 가지보다 높도록 하는 것을 목적으로 한다. 이 두 가지 광원의 스펙트럼이 중첩되지 않을 것이 요구되지 않고, 아울러 합광 처리의 원가를 낮추는 것을 고려하여야 하기 때문에, 다이크로익 필터를 사용하지 않는다. 서로 다른 광원 사이에 서로 다른 광원에 대하여 서로 다른 광학 특성을 갖는 하나의 합광 장치를 추가하면 본 발명의 목적을 구현할 수 있다. 명백한 것은 가장 간단한 상기 합광 장치는 특정한 역 처리를 거친 투광편 또는 반광편인 바, 즉 기하학적으로 구분하는 방식으로 투광편 상에서 국부 반광을 구현하거나, 또는 반광편 상에서 국부 투광을 구현하는 것이다. 이론적으로 말하면, 두 가지 광원의 빔은 완벽하게 병합될 수 있고, 병합 빔의 광속(光速)은 두 가지 발광의 광속의 합이고, 병합 빔의 광확장량은 두 가지 발광원의 광확장량의 합이다. 하지만, 실제상에 있어서, 두 가지 발광으로부터의 두 줄기의 광은 완벽하게 조합될 수 없는 바, 왜냐하면 빔(beam)의 변두리가 아주 예리하게 되기 어렵기 때문이다. 아울러, 두 가지 발광원의 빔은 일반적으로 원형 또는 타원형이며, 원형 또는 타원형 빔은 완벽하게 조합될 수 없다. 본 발명에서는 광원 빔의 형상과 균일도가 후속의 응용에서 아주 중요한 점을 고려하여, 두 가지 광원의 광확장량 차이를 이용하여 합광 장치를 통하여 큰 광확장량을 가지는 광원의 대부분 광을 병합시킴과 아울러, 작은 광확장량을 가지는 광원의 모든 광을 병합시킨다. 합광 장치는 큰 광확장량을 가지는 광원으로부터의 소량의 광을 손실시키나, 작은 광확장량을 가지는 광원(높은 밝기 광원)으로부터의 발광을 확보하기 때문에, 합광 빔의 총 광속은 두 가지 발광원의 발광 광속의 합보다 작기는 하지만 이에 근접한다. 합광 빔의 형상은 큰 광확장량을 가지는 광원의 빔과 일치하며, 도2에 도시된 바와 같이, 작은 광확장량을 가지는 광원(높은 밝기 광원, 예를 들면 레이저 다이오드)이 발생시키는 빔은 큰 광확장량을 가지는 광원이 발생시키는 빔에 합류된다. 그러므로 합광 빔의 광확장량은 큰 광확장량을 가지는 광원의 광확장량과 비슷하다.

상기 내용 중의 광확장량의 개념으로 계산한다면, 두 가지 광원이 하나의 발광 다이오드와 하나의 레이저 다이오드라 가정하고, 발광 다이오드의 광속(光速)을 Φ, 발광의 광확장량을 E, 평균 밝기를 Φ/E라고 가정하면, 레이저 다이오드의 발광 광속도 Φ이고, 발광의 광확장량은 0.01E이며, 평균 밝기는 100Φ/E이다. 그렇다면, 본 발명의 합광 장치를 사용한 후, 만일 발광 다이오드의 빔 밝기가 균일하다고 가정하면, 발광 다이오드의 빔은 단지 1%만 손실을 보지만, 레이저 다이오드의 광속 Φ는 확보된다. 이로써 합광 빔의 총 광속은 1.99Φ이고, 총 광확장량은 E이며, 평균 밝기는 1.99Φ/E이다.

본 발명에 의한 광원의 중점은 광의 서로 다른 분포 공간을 이용하여 합광 장치를 통하여 합광을 구현하는 것으로서, 사용되는 광원에는 두 발광원(310, 340)이 포함된다. 상기 두 발광원에는 발광 소자가 포함될 수 있는바, 예를 들면 현재 디스플레이 및 조명 분야에서 넓은 전망을 갖는 레이저 다이오드(LD) 또는 발광 다이오드(LED)일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 두 발광원에는 또한 복수개의 어레이로 배열된 발광 소자로 구성된 발광 모듈이 포함될 수 있다. 소위 말하는 합광 장치는 서로 다른 입사 방향으로부터의 두 경로의 입사광을 유도 하여 상기 두 경로의 입사광을 제1 광 경로를 통하여 출사되는 출사광으로 병합시키기 위한 것이다. 본 발명의 합광 장치에는 또한 하나의 유도 부품이 포함되고, 제2 경로 입사광(예를 들면 제2 발광원의 광)은 상기 유도 부품을 통하여 상기 제1 광 경로로 집중되며; 아울러, 상기 유도 부품은 또한 제1 발광원의 일부 광이 제1 광 경로로 진입되는 것을 가로막고, 또한 상기 제1 발광원의 일부 광의 광속은 상기 제1 발광원의 광이 합광 장치를 통하여 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적다.

도2에 도시된 바와 같이, 도2는 본 발명 중의 광원의 일 실시예 구조도이다. 본 실시예에 있어서, 광원에는 제1 발광원(310), 제2 발광원(340), 광 투과 장치(320) 및 상기 광 투과 장치(320)에 부설되는 상기 유도 부품으로서의 하나의 광 반사 장치(330)가 포함되고, 제1 발광원(310)의 광은 광 투과 장치(320)의 제1 측으로부터 입사되어 상기 광 투과 장치(320) 상의 상기 광 반사 장치(330)를 제외한 부분(광을 투과시킬 수 있는 유효 광 투과 구역)을 투과하여 제1 광 경로로 진입하며, 제2 발광원(340)의 광은 상기 광 투과 장치(320)의 제2 측으로부터 광 반사 장치(330)로 입사되고 또한 상기 광 반사 장치(330)에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 집중된다. 상기 실시예에 있어서, 제1 발광원(310)의 일부 광은 상기 광 반사 장치(330)에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입할 수 없다. 이의 요점은 상기 유도 부품이 상기 일부 광을 가로막는 면적과 제1 경로 입사광이 막힘 없이 제1 광 경로로 진입하는 면적의 비율이 적을수록, 다시 말하면 광 투과 장치(320)의 상기 유효 광 투과 구역의 면적과 광 반사 장치(330)의 면적 비례가 클수록, 제1 발광원(310)으로부터의 광이 광 반사 장치(330)에 의하여 반사되어 손실되는 광의 비례가 작기 때문에 합광 효과가 더욱 좋다는 것이다. 테스트에 의하면 상기 가로막는 면적은 상기 막힘이 없는 면적의 1/5보다 작은 것이 바람직하며, 구체적으로는 제2 발광원의 광확장량에 의하여 결정할 수 있다. 상응하게, 제1 발광원(310)의 광 반사 장치(330)에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입할 수 없는 광의 광속은 제1 발광원(310)의 제1 광 경로에 진입하는 광의 광속의 1/5이다. 일반적으로 LED의 광확장량이 크고 LD의 광확장량이 작아, 제1 발광원의 광확장량이 제2 발광원의 광확장량보다 크며, 만일 본 실시예에서 제1 발광원(310)이 LED 광원이고, 제2 발광원(340)이 LD 광원이면, 광 반광 장치(330)의 면적으로 최대로 줄일 수 있다. 그리고, 도2에 도시된 광원에는 또한 광학 소자(350)가 포함되어 LD 발광의 확산각을 LED 발광의 확산각에 근접하도록 조절하는 바, 이로써 광 반사 장치(330)의 면적을 최대한으로 줄어 합광 효과가 더욱 좋아 지도록 한다.

도2에 도시된 실시예의 합광 장치에는 광 투과 장치(320) 및 상기 광 투과 장치 상에 부설되는 유도 부품으로서의 광 반사 장치(330)가 포함되고, 제1 발광원(310)이 발생시키는 광(제1 경로 입사광)은 상기 광 투과 장치(320)의 제1 측으로부터 입사되어 상기 광 투과 장치 상의 상기 광 반사 장치(330)를 제외한 부분을 투과하여 제1 광 경로로 진입하며; 제2 발광원(340)이 발생시키는 광(제2 경로 입사광)은 상기 광 투과 장치(320)의 제2 측으로부터 광 반사 장치(330)로 입사되고 또한 상기 광 반사 장치에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 집중된다.

구체적으로 말하면, 광 투과 장치(320)는 광 투과판일 수 있으며, 예를 들면 양면에 반사 방지막이 도금(도료(塗料))된 유리판 또는 플라스틱 판일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 광 반사 장치(330)에는 반사판, 반사편 또는 반사 렌즈가 포함되며, 예를 들면 고반사막이 도금된 유리편 또는 플라스틱 편일 수 있다. LD 발광의 상호 간섭성을 제거하기 위하여, 광 반사 장치(330)의 반사면 표면은 거친(rough) 구조를 가질 수 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 도3은 도2 중의 합광 빔의 단면도이다. 광점(321)은 제1 발광원(310)이 광 투과 장치(320)를 통하여 생성하는 것이고, 광점(331)은 제2 발광원(340)이 광 반사 장치(330)를 통하여 생성하는 것이다. 광점(321)의 면적과 광점(331)의 면적 비례는 클수록 좋으며, 이와 상응하게 광 투과 장치(320)의 면적과 광 반사 장치(330)의 면적 비례도 클수록 좋다. 실제에 있어서, 제1 발광원(310)은 다수의 LED를 포함하는 LED 모듈일 수 있고, 제2 발광원(340)은 다수의 LD를 포함하는 LD 모듈일 수 있으며, 상응하게, 광 투과 장치(320) 상에 LD와 대응되는 복수개 광 반사 장치(330)를 부설하여야 한다.

도4에 도시된 바와 같이, 도4는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 본 실시예와 도2에 도시된 실시예의 구별점이라면 광 반사 장치가 프리즘(430)인 것이다. 프리즘(430)은 전반사를 이용하여 광을 반사시킬 수 있어, 광의 반사 효율이 더욱 높다. 프리즘(430)의 경사면은 광 투과 장치(320) 상에 설치되고, 상기 경사면과 광 투과 장치(320) 사이에 공극(air gap)이 구비되어 프리즘(430)의 광에 대한 전반사 조건을 파괴하지 않을 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 임의 프리즘(430)의 직각면 상에는 거친 구조가 구비되어 더욱 효과적으로 LD 발광의 상호 간섭을 제거할 수 있다. 나아가, 프리즘(430)의 경사면에 반사막을 도금하여 제2 발광원(340)에 대한 광 반사를 확보할 수 있다.

도5에 도시된 바와 같이, 도5는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 본 실시예와 도4에 도시된 실시예의 구별점이라면, 상기 광 투과 장치에 경사면이 상호 접착되는 두 개의 프리즘(510, 520)이 포함되고, 광 반사 장치는 상기 두 프리즘의 접착되지 않은 일부 경사면(반사 구역(530))이며, 상기 반사 구역(530)은 상기 유도 부품 역할을 한다. 구체적으로 말하면, 접착제를 이용하여 상기 두 프리즘(510, 520)으로 하여금 반사 구역(530) 외의 부분에서 접착되고(이로써 해당 부분의 전반사 조건을 무효화하며), 반사 구역(530) 부분에 공극을 남겨 두거나 또는 고반사막을 도금한다. 이로써, 제1 발광원(310)의 광은 대부분이 상기 두 프리즘(510, 520)을 투과할 수 있고, 제2 발광원(340)의 광은 반사 구역(530)에 의하여 반사된다. 마찬가지 원리로, 제2 발광원(340)의 프리즘(510)과 마주하는 직각면 표면에는 거친 구조를 구비할 수 있으며, 특히 제2 발광원(340)이 LD 발광원일 때 더욱 그러하다.

상기 각 실시예에 있어서, 작은 광확장량을 가진 LD 광원으로부터의 광이 거의 손실 없이 이용되고, 큰 광확장량을 가진 LED 광원으로부터의 광의 유도 부품에 의한 손실이 고려되지 않는다면, 광원의 합광 밝기는 향상될 수 있다. 현재 LED의 밝기가 LD의 밝기보다 훨씬 낮으나, 가격도 동일한 컬러의 LD의 가격보다 훨씬 낮기 때문에, 본 발명은 동일한 컬러의 광을 갖는 두 발광원에 대하여 합광을 실행하는데 특히 적합하며, 또한 본 발명의 혼합 광원의 밝기는 단순하게 LED 광원을 이용한 광원이 제공할 수 있는 밝기보다 높으며, 아울러 가격은 단순하게 LD를 이용한 광원의 가격보다 낮다. 상기 광 혼합 특징(제1 발광원과 제2 발광원의 동일한 컬러 광에 대하여 합광을 진행)은 특별한 설명이 없다면, 마찬가지로 본 발명의 기타 여러 가지 광원 실시예에 적용된다.

도6에 도시된 바와 같이, 도6은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 본 실시예에 있어서, 광원에는 제1 발광원(310), 제2 발광원(340), 광 반사 장치(610) 및 상기 광 반사 장치(610)에 부설되는 상기 유도 부품으로서의 하나의 광 투과 장치(630)가 포함되고, 제1 발광원의 광(제1 경로 입사광)은 상기 광 반사 장치의 제1 측으로부터 입사되어 상기 광 반사 장치 상의 상기 광 투과 장치를 제외한 부분(광을 반사시킬 수 있는 유효 광 반사 구역)에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입한다.

상기 제1 발광원(310)의 일부 광은 상기 광 투과 장치(630)를 투과하여 제1 광 경로로 진입할 수 없으며, 제2 발광원(340)의 광은 상기 광 반사 장치(610)의 제2 측으로부터 광 투과 장치(630)로 입사되고 또한 제1 광 경로로 집중된다. 도2에 도시된 실시예와 마찬가지로, 상기 실시예의 요점은 상기 유도 부품이 제1 경로 입사광을 가로막는 면적과 제1 경로 입사광이 막힘이 없이 제1 광 경로로 진입하는 면적의 비례가 작을 수록, 다시 말하면 광 반사 장치(610)의 유효 광 반사 구역의 면적과 광 투과 장치(630)의 광 투과 면적 비례가 클수록, 제1 발광원(310)으로부터의 광의 손실되는 비례가 작기 때문에 합광 효과가 더욱 좋다는 것이다. 마찬가지로, 상기 가로막는 면적은 상기 막힘이 없는 면적의 1/5보다 작은 것이 바람직하고, 구체적인 크기는 제2 발광원의 광확장량에 의하여 결정되며; 광학 소자(350)는 제2 발광원(340)의 확산각을 제1 발광원(310)의 확산각에 근접하도록 조절하여 광 투과 장치(630)의 광 투과 면적을 최대한으로 줄인다.

구체적으로 말하면, 광 반사 장치(610)에는 반사판, 반사편 또는 반사 렌즈가 포함되며, 예를 들면 고반사막이 도금된 유리편 또는 플라스틱 편 내지는 금속판일 수 있다. 광 투과 장치(630)에는 광 반사 장치(610) 상의 통공 또는 광 반사 장치(610) 상의 광 투과홀이 포함되고, 내지는 또한 광 반사 장치(610) 상의 통공 내에 설치되는 투과형 산란편(620)이 포함되며, 상기 투과형 산란편(620)은 고정식 또는 가동식으로 설치되어 제2 발광원(340)(예를 들면 LD 광원) 발광의 상호 간섭성을 제거한다.

제2 발광원(340)이 다수의 LD를 포함하는 LD 모듈일 때, 마찬가지 원리에 의해 광 반사 장치(610) 상에 LD에 대응되는 복수개의 광 투과 장치를 부설할 수 있다.

도6에 도시된 실시예 중의 합광 장치에는 광 반사 장치(610) 및 상기 광 반사 장치 상에 형성되는 상기 유도 부품으로서의 적어도 하나의 광 투과 장치(630)가 포함되고, 제1 경로 입사광은 상기 광 반사 장치(610)의 제1 측으로부터 입사되어 상기 광 반사 장치 상의 상기 광 투과 장치(630)를 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입하며, 제2 경로 입사광은 상기 광 반사 장치(610)의 제2 측으로부터 상기 광 투과 장치(630)로 입사되고 또한 제1 광 경로로 집중된다.

도7에 도시된 바와 같이, 도7은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 본 실시예와 도6에 도시된 실시예의 구별점이라면, 광 반사 장치가 제1 프리즘(710)이고, 광 투과 장치에는 경사면이 제1 프리즘(710)의 일부 경사면 상에 접착되는 제2 프리즘(720)이 포함되며, 제2 프리즘(720)이 제1 프리즘(710)보다 작은 것이다. 제1 프리즘(710)의 경사면의 전반사 현상을 이용하여 광 반사를 진행함으로써 광 반사 효율이 더욱 높아지게 한다. 두 프리즘(720, 710)의 경사면은 긴밀하게 접착되어 상기 접착 위치의 광 전반사 조건을 파괴시켜 제2 발광원(340)으로부터의 광으로 하여금 상기 접착 위치를 투과하도록 한다. 마찬가지로, 프리즘(720)의 입사광을 향한 직각면 상에 거친 구조를 구비하여 입사광의 상호 간섭을 제거할 수 있다. 제1 프리즘(710)의 접착 위치를 제외한 기타 경사면에 고반사막을 도금한다면, 광 반사 작용을 확보하는데 더욱 유리하다.

도8에 도시된 바와 같이, 도8은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 제1 발광원(310)에는 복수개의 어레이로 배열된 발광 소자로 구성된 발광 모듈이 포함되며; 상기 모듈 상에는 또한 적어도 하나의(하나 외의 기타 부분은 도시되지 않음) 통공(스루 홀(through hole); 810)이 포함된다. 제2 발광원(340)의 광은 상기 발광 모듈의 발광면의 상대측으로부터 상기 통공(810)으로 입사되어 제1 발광원의 광 경로로 집중되며; 상기 통공(810)의 면적은 상기 발광 모듈의 발광면의 면적보다 작다. 상기 통공의 면적이 상기 발광 모듈의 발광면을 차지하는 면적의 비례가 1/5 이하인 것이 바람직하다. 유사하게, 광학 소자(350)는 제2 발광원(340)의 확산각을 제1 발광원(310)의 확산각에 근접하도록 조절하여 통공(810)의 직경을 최대한으로 줄인다. 상기 실시예 중의 제1 발광원의 발광 소자에는 발광 다이오드가 포함될 수 있고, 제2 발광원에는 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 어레이가 포함되며, 상기 실시예와 출원번호가 200810065453.7인 중국 특허 출원에 공개된 종래 기술을 비하면, 이의 장점이라면 제1 발광원의 발광 모듈과 제2 발광원의 제2 모듈 사이의 방열 및 상호 분리된다는 점이고, 또한 합광이 광확장량이 제어된다는 것이다.

도9에 도시된 바와 같이, 도9는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 합광 장치에는 곡면 형상의 반사 커버(920)와 상기 반사 커버(920) 상에 형성되는 상기 유도 부품으로서의 하나 또는 하나 이상의 통공(930)(미도시)이 포함된다. 제1 발광원(310)의 광(제1 경로 입사광)은 상기 반사 커버(920)의 제1 측으로부터 입사되어 상기 반사 커버(920) 상의 상기 통공(930)을 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입한다. 상기 제1 발광원(310)의 일부 광은 상기 통공(810)을 투과하여 제1 광 경로로 진입할 수 없으며, 제2 발광원(340)의 광은 상기 반사 커버(920)의 제2 측으로부터 상기 통공(930)으로 입사되어 다시 제1 발광원(310)의 표면으로 투사된다. 제1 발광원(310)의 표면에는 거친 구조가 구비되어 제2 발광원(340)으로부터의 발광을 산란시킬 수 있다. 산란된 발광은 일부 반사되어 반사 커버(920)를 통하여 제1 광 경로로 집중된다. 산란된 발광 부분은 제1 발광원(310)으로 진입하고 광자 순환을 통하여 다시 출사되어 반사 커버(920)에 의하여 수집되어 제1 광 경로로 집중된다. 상기 통공(930)은 또한 반사 커버(920) 상의 고반사막을 제거한 후 형성되는 광 투과 홀 등에 의하여 등가 대체될 수 있는 바, 여기에서는 상세한 설명을 생략하도록 한다. 도2 또는 도6에 도시된 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 광원 또는 합광 장치의 요점은 상기 유도 부품이 제1 경로 입사광을 가로막는 면적과 제1 경로 입사광이 막힘이 없이 제1 광 경로로 진입하는 면적의 비례가 작을 수록, 다시 말하면 반사 커버(920)의 유효 광 반사 구역의 면적과 통공 또는 광 투광구(930)의 면적 비례가 클수록 합광의 효율이 더욱 높다. 그러므로 가로막는 면적은 마찬가지로 막힘이 없는 면적의 1/5보다 작아 상기 일부 광의 광속이 제1 발광원(310)의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속의 1/5보다 작도록 하는 것이 바람직 하다. 유사하게, 광학 소자(350)는 제2 발광원(340)의 확산각을 제어하여 통공(930)의 직경을 최대한으로 줄인다.

도10에 도시된 바와 같이, 도10은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 도10은 도9의 대체 실시예를 보여주고 있다. 상기 실시예에 있어서, 제2 발광원(340)의 광은 상기 통공(930)을 투과한 후 직접 광 수집구로 입사되어, 반사 커버(920)에 의하여 반사 및 유도되는 제1 광 경로 중의 제1 발광원(310)의 광과 합쳐진다. 마찬가지로, 또한 통공(930) 내에 설치되는 투과형 산란편(620)을 이용하여 제2 발광원(340)(예를 들면 LD) 발광의 상호 간섭성을 파괴할 수 있는 바, 투과형 산란편(620)은 통공(930)에 대하여 고정될 수도 있고, 통공(930)에 대하여 가동적일 수도 있다. 그리고 상기 실시예와 도9에 도시된 실시예를 비교하면, 제2 발광원(340)의 광이 제1 발광원(310)의 발광면으로 유도 되지 않는다는 것은 물론, 통공(930)의 위치도 반사 커버(920)의 주변부로 치우쳐진 위치에 형성된다는 점이 지적될 수 있다.

도11에 도시된 바와 같이, 도11은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 도10은 도9의 하나의 개선된 광원의 실시예를 보여주고 있다. 도11의 실시예에서는 하나의 광 수집 부품(1130)을 추가하였고, 곡면 형상의 반사 커버는 구체적으로 반구 형상 또는 반타원형 구형 반사기(1110)로 구체화될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 유도 부품은 상기 반사기(1110) 상에 형성된 통공(1120)에 의하여 대체된다. 상기 반사 커버가 반타원형 구형 형상일 때, 제1 발광원(310)의 발광면과 상기 광 수집 부품(1130)의 입구는 각각 상기 반사 커버의 서로 다른 초점 위치에 구비된다. 상기 반사 커버가 반구형 형상일 때, 제1 발광원(310)의 발광면과 상가 광 수집 부품(1130)의 입구는 각각 상기 반사 커버의 구심에 인접되는 두 대칭점 위치에 구비된다. 제1 발광원(310)의 광은 상기 반구형 또는 반타원형 구형 반사기(1110)에 의하여 상기 광 수집 부품(1130)의 입구로 유도 되고, 제1 발광원(310)의 일부 광은 통공(1120)을 투과함으로 인하여 손실된다. 상기 광원 실시예의 기타 부분은 도9의 실시예에서와 동일하기 때문에 여기에서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

도12에 도시된 바와 같이, 도12는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 도12는 도10에 대하여 진행한 도11에서와 유사한 개선된 광원의 실시예를 보여주고 있다. 마찬가지로 상기 광 수집 부품(1130)을 추가하였고, 곡면 형상의 반사 커버는 구체적으로 반구 형상 또는 반타원형 구형 반사기(1110)로 구체화될 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 상기 유도 부품은 상기 반사기(1110) 상에 형성된 통공(1120)에 의하여 대체된다. 본 실시예와 도11의 개선된 실시예의 구별점이라면, 본 실시예에 있어서, 제2 발광원(340)의 광은 상기 통공(1120) 또는 광 투과홀을 투과한 후, 직접 상기 광 수집 부품(1130)의 입구로 입사되고, 제1 발광원(310)의 발광면으로 입사되지 않는 것이다. 그리고 본 실시예에는 또한 도시된 상기 광 수집 부품(1130)의 입구에 설치된 하나의 고정 또는 가동 투과형 산란편(620)이 포함되어 광(특히 LD 발광)의 상호 간섭성을 제거한다. 기타는 도11의 실시예와 동일하기 때문에 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

도13에 도시된 바와 같이, 도13은 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 상기 실시예에 있어서, 상기 합광 장치에는 측벽이 광을 반사시킬 수 있는 광 유도 장치(1310) 및 상기 측벽 상에 형성되는 상기 유도 부품으로서의 적어도 하나의 웨지형 반사 부품(1320)이 포함되고, 제1 발광원(310)의 광(제1 경로 입사광)은 상기 광 유도 장치(1310)의 제1단으로부터 입사되고 또한 상기 측벽 상의 상기 웨지형 반사 부품(1320)을 제외한 부분에 의하여 광 유도 장치의 제2단으로 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 그 중에서, 제1 발광원(310)의 일부 광은 상기 웨지형 반사 부품(1320)에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입할 수 없다. 제2 발광원(340)의 광은 상기 웨지형 반사 부품(1320)으로 입사되고 또한 상기 웨지형 반사 부품(1320)에 의하여 상기 유도 장치(1310) 내부로 반사된 후 광 유도 장치(1310)의 제2단으로 전파되어 제1 광 경로로 집중된다. 제2 발광원(340)에 설치된 광은 웨지형 반사 부품(1320)의 광 경로 상의 고정 또는 가동 산란편(620) 및 광학 소자(350)로 입사되는바, 이의 작용은 상기 각 실시예에서 이미 설명하였기 때문에 여기에서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

도2, 도6 또는 도9에 도시된 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 광원 또는 합광 장치의 요점은 상기 유도 부품이 상기 일부 광을 가로막는 면적과 제1 경로 입사광이 막힘이 없이 제1 광 경로로 진입하는 면적의 비례가 작을 수록, 또는 웨지형 반사 부품(1320)가 광 유도 장치(1310)에 삽입되는 광을 가로막는 면적과 광 유도 장치(1310)의 해당 삽입 위치에서의 단면 면적 비례가 작을 수록 합광의 효과가 더욱 좋다. 마찬가지로, 상기 가로막는 면적은 상기 막힘이 없는 면적의 1/5보다 작은 것이 바람직하며, 구체적으로는 제2 발광원의 광확장량에 의하여 결정될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 광 유도 장치(1310)는 속이 비어있는 형상이고, 또한 상기 웨지형 반사 부품(1320)은 하나의 속이 찬 웨지형 반사체일 수 있다. 상기 광 유도 장치(1310)는 또한 속이 찬 형상일 수 있고, 또한 상기 웨지형 반사 부품(1320)은 웨지형 반사홈, 예를 들면 홈 경사면에 고반사막을 도금할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 더욱 구체적으로 말하면, 상기 광 유도 장치는 예를 들면 도징(균광; dodging) 바일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

도14에 도시된 바와 같이, 도14는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 도14는 도13의 대체 실시예를 보여주고 있다. 합광 장치는 속이 비어 있고 측벽이 광을 반사하는 광 유도 장치(1410)로 대체될 수 있고, 속이 비어 있는 도징(dogging) 바 또는 내벽에 높은 확산 반사막이 구비된 광 수집 챔버일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 측벽 상에 형성되는 적어도 하나의 통공 또는 광 투과홀(1420)이 상기 유도 부품으로 이용되며, 제1 발광원(310)의 광(제1 경로 입사광)은 상기 광 유도 장치(1410)의 제1단으로부터 입사되고 또한 상기 측벽 상의 상기 통공 또는 광 투과홀(1420)을 제외한 부분에 의하여 광 유도 장치(1410)의 제2단으로 반사되어 제1 광 경로로 진입한다. 제1 발광원(310)의 일부 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀에 의하여 투과되어 제1 광 경로로 진입할 수 없으며, 제2 발광원(340)의 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀(1420)을 투과하여 상기 광 유도 장치(1410)의 측벽으로 입사되고 또한 상기 측벽에 의하여 반사된 후 상기 광 유도 장치(1410)의 제2단으로 전파되어 제1 광 경로로 집중된다. 마찬가지로, 상기 유도 부품이 상기 일부 광을 가로막는 면적과 제1 경로 입사광이 막힘이 없이 제1 광 경로로 진입하는 면적의 비례가 작을 수록, 또는 상기 통공 또는 광 투과홀(1420)의 면적과 상기 측벽의 면적 비례가 작을 수록 합광의 효율이 더욱 높다. 제1 발광원(310)의 발광면 상기 제1단에 긴밀하게 인접할 수 있다. 또한, 광 유도 장치(1410) 내에 통공 또는 광 투과홀(1420)과 대응하는 광 반사 장치(미도시)를 설치하여 제2 광 경로의 광에 대한 반사 작용을 향상시킬 수 있다. 제2 발광원(340)에 설치된 광은 상기 통공 또는 광 투과홀(1420)의 광 경로 상의 광학 소자(350)로 입사되는바, 이의 작용은 상기 각 실시예에서 이미 설명하였기 때문에 여기에서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

도15에 도시된 바와 같이, 도15는 본 발명 중의 광원의 다른 일 실시예 구조도이다. 상기 실시예에 있어서, 제2 발광원(340)에는 레이저 다이오드 LD가 포함되고, 제1 발광원(310)에는 발광 다이오드 LED가 포함된다. 제1 발광원의 발광면에는 표면 거친 구조(러프 표면 구조)가 포함되고, 제2 발광원(340)의 광은 상기 표면 거친 구조로 입사되고 또한 상기 표면 거친 구조에 의하여 산란되어 제1 발광원(310)의 광 경로로 집중되어 본 발명의 광원의 출사광의 제1 광 경로를 형성한다. 제1 발광원(310)의 일부 광은 제2 발광원(340)의 입사광 경로에 가로막혀 상기 제1 광 경로로 진입할 수 없으며, 또한 상기 일부 광의 광속은 상기 제1 발광원(310)의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적다. 마찬가지로, 광학 소자(350)는 제2 발광원(340)의 광의 확산각을 조절하며, 제2 발광원으로부터의 광을 수집하여 상기 표면 거친 구조로 투사할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

도15의 구체적인 실시예에 있어서, 상기 제2 발광원(340)의 입사 광 경로 중에는 하나의 반사 장치(1520)가 존재하고, 제2 발광원(340)의 광은 상기 반사 장치(1520)에 의하여 상기 제1 발광원(310)의 표면 거친 구조로 반사되며; 아울러 제1 발광원(310)의 일부 광은 상기 반사 장치(1520)에 의해 반사되어 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 또한 상기 일부 광의 광속이 상기 제1 발광원(310)의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속의 1/5보다 적다. 합광 효과를 더욱 좋게 하기 위하여, 제2 발광원(340)의 광확장량은 제1 발광원의 광확장량의 1/5보다 작다. 또한, 도15에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광원에는 광 수집 부품(1510)이 추가되어 제1 발광원(310)의 발광면이 상기 광 수집 부품(1510)의 입구에 위치하도록 하여 제1 발광원(310)의 광이 제1 광 경로로 진입하는 비례를 최대한 향상시킨다.

본 발명의 상기 각 실시예의 광원을 이용하는 투영 장치도 본 발명의 보호 범위에 속하며, 특히 두 발광원 중의 하나에 발광 다이오드 어레이가 포함되고, 다른 하나에 레이저 다이오드 어레이가 포함되는 투영 장치가 더욱 그러하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

Claims (40)

1. 제1 발광원과 제2 발광원을 포함하고, 또한 상기 제1 및 제2 발광원으로부터의 광을 제1 광 경로로부터 출사되는 한 줄기의 출사광으로 병합시키는 합광 장치를 포함하는 광원에 있어서,
   상기 합광 장치에는 하나의 유도 부품이 포함되고, 제2 발광원의 광은 상기 유도 부품을 통하여 상기 제1 광 경로로 집중되며; 상기 유도 부품은 또한 제1 발광원의 일부 광이 제1 광 경로로 진입되는 것을 가로막고, 또한 상기 제1 발광원의 일부 광의 광속은 상기 제1 발광원의 광이 합광 장치를 통하여 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적으며,
   상기 합광 장치에는 곡면 형상의 반사 커버와 상기 반사 커버 상에 형성되는 적어도 하나의 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 상기 제1 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제1 측으로부터 입사되어 상기 반사 커버 상의 상기 통공 또는 광 투과 홀 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품에는 상기 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 상기 제1 발광원의 일부 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과하여 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 제2 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제2 측으로부터 상기 통공 또는 광 투과 홀로 입사되어 제1 광 경로로 집중되며,
   상기 제2 발광원의 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀(through hole)을 투과한 후 제1 발광원의 발광면으로 입사되고 또한 상기 발광면에 의하여 산란되어 제1 광 경로로 집중되며,
   상기 광원에는 또한 광 수집 부품이 포함되며,
   상기 반사 커버는 반타원형 구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 초점 위치에 구별 설치되거나; 또는 상기 반사 커버는 반구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 구심에 인접되는 두 대칭점 위치에 구비되며,
   상기 제2 발광원의 광확장량은 상기 제1 발광원의 광확장량의 1/5보다 작은 것을 특징으로 하는 광원.
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5. 제1 발광원과 제2 발광원을 포함하고, 또한 상기 제1 및 제2 발광원으로부터의 광을 제1 광 경로로부터 출사되는 한 줄기의 출사광으로 병합시키는 합광 장치를 포함하는 광원에 있어서,
   상기 합광 장치에는 하나의 유도 부품이 포함되고, 제2 발광원의 광은 상기 유도 부품을 통하여 상기 제1 광 경로로 집중되며; 상기 유도 부품은 또한 제1 발광원의 일부 광이 제1 광 경로로 진입되는 것을 가로막고, 또한 상기 제1 발광원의 일부 광의 광속은 상기 제1 발광원의 광이 합광 장치를 통하여 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적으며,
   상기 합광 장치에는 곡면 형상의 반사 커버와 상기 반사 커버 상에 형성되는 적어도 하나의 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 상기 제1 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제1 측으로부터 입사되어 상기 반사 커버 상의 상기 통공 또는 광 투과 홀 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품에는 상기 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 상기 제1 발광원의 일부 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과하여 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 제2 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제2 측으로부터 상기 통공 또는 광 투과 홀로 입사되어 제1 광 경로로 집중되며,
   상기 광원에는 광 수집 부품이 포함되고, 제2 발광원의 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과한 후 상기 광 수집 부품의 입구로 입사되며,
   상기 반사 커버는 반타원형 구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 서로 다른 초점 위치에 구비되거나; 또는 상기 반사 커버는 반구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 구심에 인접되는 두 대칭점 위치에 구비되는, 것을 특징으로 하는 광원.
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10. 제1 발광원; 제2 발광원; 및 상기 제1 및 제2 발광원으로부터의 광을 한 줄기의 출사광으로 병합시키며, 유도 부품을 포함하는 합광 장치;를 포함하는 광원에 있어서, 제1 발광원의 발광면에는 표면 거친 구조가 포함되고, 제2 발광원의 광은 상기 표면 거친 구조로 입사되고 또한 상기 표면 거친 구조에 의하여 산란되어 제1 발광원의 광 경로로 집중됨으로써 상기 광원의 출사광의 제1 광 경로를 형성하며; 제1 발광원의 일부 광은 제2 발광원의 입사 광 경로에 의하여 가로막혀 상기 제1 광 경로로 진입할 수 없고, 또한 상기 일부 광의 광속이 상기 제1 발광원의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속보다 적으며,
    상기 합광 장치에는 곡면 형상의 반사 커버와 상기 반사 커버 상에 형성되는 적어도 하나의 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 제1 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제1 측으로부터 입사되어 상기 반사 커버 상의 상기 통공 또는 광 투과 홀 제외한 부분에 의하여 반사되어 제1 광 경로로 진입하며; 상기 유도 부품에는 상기 통공 또는 광 투과 홀이 포함되고, 상기 제1 발광원의 일부 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀을 투과하여 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 제2 발광원의 광은 상기 반사 커버의 제2 측으로부터 상기 통공 또는 광 투과 홀로 입사되어 제1 광 경로로 집중되며,
    제2 발광원의 광은 상기 통공 또는 광 투과 홀(through hole)을 투과한 후 제1 발광원의 발광면으로 입사되고 또한 상기 발광면에 의하여 산란되어 제1 광 경로로 집중되며,
    상기 광원에는 또한 광 수집 부품이 포함되며,
    상기 반사 커버는 반타원형 구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 초점 위치에 구별 설치되거나; 또는 상기 반사 커버는 반구형 형상이고, 제1 발광원의 발광면과 상기 광 수집 부품의 입구는 각각 상기 반사 커버의 구심에 인접되는 두 대칭점 위치에 구비되는, 것을 특징으로 하는 광원.
11. 제10항에 있어서,
    제2 발광원의 광확장량은 제1 발광원의 광확장량의 1/5보다 작은 것을 특징으로 하는 광원.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    제1 발광원에는 발광 다이오드가 포함되고, 제2 발광원에는 반도체 레이저가 포함되는 것을 특징으로 하는 광원.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 발광원의 입사 광 경로 중에는 하나의 반사 장치가 존재하고, 제2 발광원의 광은 상기 반사 장치에 의하여 상기 제1 발광원의 표면 거친 구조로 반사되며; 제1 발광원의 일부 광은 상기 반사 장치에 의해 반사되어 제1 광 경로로 진입하지 못하며, 또한 상기 일부 광의 광속이 상기 제1 발광원의 광이 제1 광 경로로 진입하는 광속의 1/5보다 적은; 것을 특징으로 하는 광원.
14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    또한 광 수집 부품이 포함되고, 제1 발광원의 발광면이 상기 광 수집 부품의 입구에 위치하는 것을 특징으로 하는 광원.
15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    제1 발광원과 제2 발광원은 동일한 컬러의 광을 갖는 것을 특징으로 하는 광원.
16. 제1항, 제5항 및 제10항 중 어느 한 항에 따르는 광원에 이용되는 합광 장치.
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23. 제1항, 제5항 및 제10항 중 어느 한 항의 광원을 포함하는 투영 장치.
    
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