KR101995543B1 - 광원 시스템 및 투영 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원 시스템 및 투영 장치에 관한 것으로, 광원 시스템은, 여기 광(3011)을 생성하기 위한 여기 광 광원(301)과, 여기 광(exciting light)의 파장을 여기된 광(excited light)(3012)으로 변환시키기 위한 파장변환 장치(306)와, 제 1 보충 광(3021)을 생성하기 위한 제 1 보충 광원(302)과, 제 1 보충 광원에서 생성된 제 1 보충 광을 파장변환 장치로 가이드 하여 파장변환 장치로 하여금 제 1 보충 광을 산란 및 일부 반사하도록 하는 제 1 광 가이드 장치와, 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 제 1 보충 광을 수집하기 위한 제 1 광 수집 장치;를 포함한다. 파장변환 장치가 산란 및 반사한 제 1 보충 광이 제 1 광 가이드 장치를 거쳐서 이탈하는 광속이 제 1 광 수집 장치를 거쳐서 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같게 되도록 제 1 광 가이드 장치와 제 1 광 수집 장치의 사이즈를 설정하여 파장변환 장치가 반사한 제 1 보충 광을 효과적으로 수집함으로써 광원 시스템의 출광 효율을 높인다.

Description

광원 시스템 및 투영 장치{Light Source System and Projection Device}
본 발명은 광학 기술분야에 관한 것으로, 특히 광원 시스템 및 투영 장치에 관한 것이다.
현재, 많은 장소에서 높은 밝기의 컬러 광원을 필요로 하는데, 예를 들면 무대 조명, 투영모니터 및 RGB(레드. 그린 및 블루 3원색) 백라이트 등이다. 이 중에서, 가스 방전램프(예를 들면, 초고압 수은등)는 특수 조명 및 디스플레이에 응용되는 종래의 높은 밝기의 광원이다. 그러나, 수은이 환경오염을 일으키기 쉽기에 업계에서는 초고압 수은등을 대체할 친환경 광원을 모색하고 있다.
도 1을 참조하면, 도 1은 종래 기술에 따른 광원 시스템의 구조 설명도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 광원 시스템은 여기 광 광원(101), 렌즈(102), 컬러 휠(103) 및 구동 장치(104)를 포함한다. 여기 광 광원(101)은 여기 광(106)을 생성한다. 렌즈(102)는 상기 여기 광(106)을 수집하고 컬러 휠(103)에 중계한다. 컬러 휠(103)의 서로 다른 구간에는 서로 다른 형광 분말을 설치한다. 따라서, 컬러 휠(103)이 구동 장치(104)의 구동 하에 회전축(105)을 중심으로 해서 회전하는 과정에서 여기 광(106)은 이러한 형광 분말을 순차적으로 여기하여 컬러 광 시퀀스(107)를 생성한다. 예를 들면, 형광 분말은 레드 라이트 형광 분말, 그린 라이트 형광 분말 및 옐로우 라이트 형광 분말을 포함할 수 있다. 컬러 휠(103)의 레드 라이트 형광 분말 구역이 여기 광(106)의 전송 경로까지 회전될 때 레드 라이트 형광 분말은 여기 광(106)에 의해 여기되어 높은 밝기의 레드 라이트를 생성한다. 그린 라이트와 옐로우 라이트의 생성과정은 레드 라이트의 생성과정과 동일하다.
그러나, 종래의 형광 분말에서 레드 라이트 형광 분말의 변환 효율이 다른 형광 분말보다 훨씬 낮기 때문에 통상적으로는 외부에서 가하는 광원을 통해 레드 라이트의 밝기를 보충해주어야 한다.
도 2를 참조하면, 도 2는 종래 기술에 따른 광원 시스템의 구조 설명도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 광원 시스템은 여기 광 광원(201), 보충 광원(202), 레드 라이트 변환 장치(203) 및 분광 필터(204)를 포함한다. 보충 광원(202)에서 생성된 레드 라이트(207)와 여기 광 광원(201)에서 생성된 여기 광(205)(예를 들면, 블루 라이트)은 분광 필터(204)를 거쳐 광 병합된 후 레드 라이트 변환 장치(203)에 입사되고, 또한 레드 라이트 변환 장치(203)를 거쳐서 투과됨으로써 여기 광(205)이 레드 라이트 변환 장치(203)에서 파장변환하여 생성된 레드 라이트(206)를 보충한다. 그러나, 레드 라이트 변환 장치(203)는 레드 라이트(207)에 대해 통상적으로 50% 정도라는 비교적 큰 반사율을 지니고 레드 라이트 변환 장치(203)에 의해 반사된 레드 라이트(207)는 원래 경로를 따라 보충 광원(202)에 복귀하기 때문에 출광 효율이 낮아지게 된다. 이 외에도, 레드 라이트 변환 장치(203)가 파장변환 방식으로 생성한 레드 라이트(206)는 일부분이 순방향으로 출력되는 외에 나머지 부분은 역방향으로 분광 필터(204)에 입사되어 분광 필터(204)에 의해 여기 광 광원(201)에 투과되거나 보충 광원(202)에 반사되어 출광 효율이 낮아지게 된다.
상술한 내용을 종합해 보면, 종래 기술에 따른 광원 시스템에서 보편적으로 존재하는 상기 기술적 문제점을 해결하기 위한 광원 시스템 및 투영 장치를 제공할 필요가 있다.
본 발명에서 주로 해결하고자 하는 기술적 과제는 광원 시스템의 효율을 높이는 광원 시스템 및 투영 장치를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서 사용하는 기술 방안은 아래와 같이 광원 시스템을 제공하는 것이다. 상기 광원 시스템은 여기 광을 생성하기 위한 여기 광 광원과, 여기 광의 파장을 여기된 광으로 변환 시키기 위한 파장변환 장치와, 스펙트럼 범위가 여기된 광의 스펙트럼 범위와 겹치는 제 1 보충 광을 생성하기 위한 제 1 보충 광원과, 제 1 보충 광원에서 생성된 제 1 보충 광을, 제 1 보충 광을 산란시키고 또한 일부 반사하는 파장변환 장치로 가이드하기 위한 제 1 광 가이드 장치와, 파장변환 장치가 산란 및 반사한 제 1 보충 광을 수집하는 제 1 광 수집 장치를 포함한다. 이 중에서, 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 제 1 보충 광이 제 1 광 가이드 장치를 거쳐서 이탈하는 광속이 제 1 광 수집 장치에 의해 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같도록, 제 1 광 가이드 장치와 제 1 광 수집 장치의 사이즈를 설정한다.
이 중에서, 여기 광 광원에서 생성된 여기 광과 제 1 보충 광원에서 생성된 제 1 보충 광이 파장변환 장치 상에 형성한 입사 위치가 적어도 일부 중첩된다.
이 중에서, 여기된 광과 제 1 보충 광의 메인 파장의 차이가 20 나노미터보다 적다.
이 중에서, 제 1 보충 광의 스펙트럼 범위가 여기된 광의 스펙트럼 범위보다 좁아서 여기된 광과 제 1 보충 광의 혼합 광의 색상 포화도를 높인다.
이 중에서, 제 1 광 가이드 장치는 여기 광 광원에서 생성된 여기 광을 파장변환 장치에 추가로 가이드하고, 제 1 광 수집 장치는 파장변환 장치가 파장변환을 진행해서 생성한 여기된 광을 추가로 수집한다.
이 중에서, 제 1 보충 광의 스펙트럼 범위가 여기 광과 다르고, 광원 시스템은, 제 1 보충 광과 여기 광이 제 1 광 가이드 장치에 입사되기 전에 제 1 보충 광과 여기 광에 대해 광 병합을 하는 광 병합 장치를 추가로 포함한다.
이 중에서, 광원 시스템은 파장변환 장치에서 제 1 보충 광원로부터 멀리 떨어진측에 설치되는 반사 서브스트레이트(substrate)를 추가로 포함하고, 해당 반사 서브스트레이트는 제 1 보충 광을 반사한다.
이 중에서, 반사 서브스트레이트는 분광 필터이고, 여기 광 광원에서 생성된 여기 광은 파장변환 장치와 멀리 떨어진 일측에서 분광 필터에 입사하여, 본 분광 필터를 거쳐서 파장변환 장치에 투과된다.
이 중에서, 파장변환 장치는 제 1 보충 광을 일부 투과시키며, 광원 시스템은 파장변환 장치를 거쳐서 투과된 제 1 보충 광을 수집하는 제2 광 수집 장치를 추가로 포함하고, 제 1 광 수집 장치는 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 제 1 보충 광을 수집하고 파장변환 장치에 다시 반사시킨다.
이 중에서, 제 1 광 수집 장치에 반사면이 설치되고 제 1 광 가이드 장치는 반사면에 구비된 개구부이며, 개구부는 제 1 보충 광원에서 생성된 제 1 보충 광이 투과하도록 설치되고, 반사면은 파장변환 장치가 산란 및 반사한 제 1 보충 광을 반사하도록 설정되고, 개구부의 면적은 반사면의 면적의 1/4보다 작거나 같다.
이 중에서, 반사면은 평면 반사면이나 곡면 반사면이다.
이 중에서, 곡면 반사면은 구형(球形) 반사면이나 타원 볼 모양 반사면이다.
이 중에서, 개구부는 반사면에 설정된 관통홀(hole)이나 투과 구역이다.
이 중에서, 제 1 광 가이드 장치는 반사 장치로서, 반사 장치를 제 1 보충 광원에서 생성된 제 1 보충 광을 파장변환 장치에다 반사시키도록 설정하고, 반사 장치의 제 1 광 수집 장치에서의 투영면적이 제 1 광 수집 장치의 면적의 1/4보다 작도록 설정한다.
이 중에서, 제 1 광 수집 장치는 렌즈나 반사면이다.
이 중에서, 광원 시스템은 제2 보충 광을 생성하기 위한 제2 보충 광원을 추가로 포함하고, 제 1 광 가이드 장치는 제2 보충 광을 파장변환 장치에 가이드하고, 제 1 광 수집 장치는 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 제2 보충 광을 추가로 수집한다.
이 중에서, 광원 시스템은 제2 보충 광을 생성하기 위한 제2 보충 광원과 제2 보충 광을 상기 파장변환 장치에 가이드하기 위한 제2 광 가이드 장치를 추가로 포함하고, 제 1 광 수집 장치는 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 제2 보충 광을 추가로 수집하고. 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 제2 보충 광이 제2 광 가이드 장치를 거쳐서 이탈하는 광속이 제 1 광 수집 장치를 거쳐서 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같도록 제2 광 가이드 장치와 제 1 광 수집 장치의 사이즈를 설정한다.
이 중에서, 제2 보충 광의 스펙트럼 범위가 제 1 보충 광의 스펙트럼 범위와 다르고, 또한 여기된 광의 스펙트럼 범위와 중첩된다.
상술한 기술적 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서 사용하는 기술 방안은 상기 임의 한 가지 광원 시스템을 포함하는 투영 장치를 제공한다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다: 종래 기술에 비교하여, 본 발명에 따른 광원 시스템 및 투영 장치는 상술한 방식을 통해 광 가이드 장치를 이용하여 보충 광을 파장변환 장치에 가이드하고, 파장변환 장치가 산란 및 반사한 보충 광에 대해 광 수집 장치를 이용하여 수집하고, 또한 보충 광이 광 가이드 장치를 거쳐서 이탈하는 광속이 광 수집 장치에 의해 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같도록 광 가이드 장치와 광 수집 장치의 사이즈를 적절하게 설정함으로써 파장변환 장치의 반사에 의해 야기되는 보충 광 손실을 방지하게 되고 광원 시스템의 효율을 높인다.
도 1은 종래 기술에 따른 광원 시스템의 구조 설명도이다;
도 2는 종래 기술에 따른 다른 광원 시스템의 구조 설명도이다;
도 3은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 1 실시예의 구조 설명도이다;
도 4는 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 2 실시예의 구조 설명도이다;
도 5는 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 3 실시예의 구조 설명도이다;
도 6은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 4 실시예의 구조 설명도이다;
도 7은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 5 실시예의 구조 설명도이다;
도 8은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 6 실시예의 구조 설명도이다;
도 9는 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 7 실시예의 구조 설명도이다.
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제 1 실시예의 구조 설명도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 시스템은 주로 여기 광 광원(301), 보충 광원(302), 광 병합 장치(303), 광 수집 장치(304), 반사 장치(305), 파장변환 장치(306), 반사 서브스트레이트(307) 및 광 균일화 장치(308)를 포함한다. 이 중에서, 반사 장치(305)는 곡면 반사면(3051)(예를 들면, 구형 반사면이나 타원 볼 모양 반사면) 및 곡면 반사면(3051)에 구비되는 개구부(3052)를 포함한다. 개구부(3052)는 관통홀이나 투과 구역일 수 있다.
여기 광 광원(301)은 여기 광(3011)을 생성하고 보충 광원(302)은 보충 광(3021)을 생성한다. 여기 광 광원(301)에서 생성된 여기 광(3011)과 보충 광원(302)에서 생성된 보충 광(3021)은 광 병합 장치(303)를 통해 광 병합을 한 후 광 수집 장치(304)에 입사되고, 다시 광 수집 장치(304)에 의해 수집 및 중계를 거친 후 개구부(3052)를 거쳐서 파장변환 장치(306)에 입사된다. 파장변환 장치(306)는 입사된 여기 광(3011)을 흡수하고 여기된 광(3012)으로 파장변환을 시킨다. 이 중에서, 파장변환 장치(306)에서 생성된 여기된 광(3012)은 등방성인 바, 이 중에서 일부 여기된 광(3012)은 여기 광(3011)의 입사 방향에 대해 역방향으로 출력되고 나머지 부분은 여기 광(3011)의 입사 방향에 대해 순방향으로 출력된다. 순방향으로 출력되는 부분의 여기 광(3011)은 파장변환 장치(306)의 여기 광 광원(301)과 보충 광원(302)으로부터 멀리 떨어진측에 설치되는 반사 서브스트레이트(307)에 의해 파장변환 장치(306)로 다시 반사되고, 또한 파장변환 장치(306)의 투과를 거친 후 역방향으로 출력된다. 파장변환 장치(306)는 입사된 보충 광(3021)을 추가로 산란되도록 하는데, 이 중에서 산란된 일부 보충 광(3021)은 파장변환 장치(306)에 의해 반사되고 또한 보충 광(3021)의 입사 방향에 대해 역방향으로 출력되며, 산란된 나머지 보충 광(3021)은 파장변환 장치(306)를 거쳐서 투과된다. 투과된 일부 보충 광(3021)은 반사 서브스트레이트(307)에 의해 파장변환 장치(306)로 반사되고 또한, 파장변환 장치(306)를 거쳐서 투과된 후 역방향으로 출력된다. 곡면 반사면(3051)은 파장변환 장치(306)에서 역방향 출력한 여기된 광(3012) 및 보충 광(3021) 중의 대부분을 광 균일화 장치(308)에다 수집하고 광 균일화 처리를 한다.
본 실시예에서, 곡면 반사면(3051)이 타원형 구체 모양일 때 곡면 반사면(3051)은 하나의 초점 부근으로부터의 광선을 다른 초점 부근에 반사시킬 수 있으며, 이때에는 여기 광 광원(301)에서 생성된 여기 광(3011)과 보충 광원(302)에서 생성된 보충 광(3021)의 파장변환 장치(306)에서의 입사 위치를 상술한 한 초점 부근에 설정해야 하고, 광 균일화 장치(308)의 광 입구를 상술한 다른 초점 부근에 설정해야 한다. 곡면 반사면(3051)이 구형일 때 구심에 근접한 위치에다 상기 구심에 대해 대칭되는 두 개의 대칭점을 설정해야 하고 곡면 반사면(3051)은 이 중의 한 대칭점으로부터의 광선을 다른 대칭점에 반사 시킬 수 있으며, 이때에는 여기 광 광원(301)에서 생성된 여기 광(3011)과 보충 광원(302)에서 생성된 보충 광(3021)의 파장변환 장치(306)에서의 입사 위치를 상술한 한 대칭점 부근에 설정해야 하고 광 균일화 장치(308)의 광 입구를 상술한 다른 대칭점 부근에 설정해야 한다.
파장변환 장치(306)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(3012) 및 보충 광(3021)의 광학 에텐듀(Etendue)가 개구부(3052)를 거쳐서 입력되는 여기 광(3011)과 보충 광(3021)의 광학 에텐듀보다 훨씬 크기 때문에, 예를 들면 4배나 4배 이상이기 때문에, 본 실시예에서는, 파장변환 장치(306)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(3012) 및 보충 광(3021)이 개구부(3052)를 거쳐서 이탈하는 광속을 곡면 반사면(3051)에 의해 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같도록 개구부(3052)와 곡면 반사면(3051)의 사이즈를 적절하게 설정하여, 파장변환 장치(306)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(3012) 및 보충 광(3021)을 효과적으로 수집할 수 있게 되어 해당 광이 개구부(3052)를 거쳐서 과도하게 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로 말하자면, 본 실시예에서 개구부(3052)의 면적은 곡면 반사면(3051)의 면적의 1/4보다 작거나 같도록 설정될 수 있다.
본 실시예에서, 여기 광 광원(301)과 보충 광원(302)은 LED나 레이저 다이오드일 수 있다. 보충 광(3021)의 스펙트럼 범위는 여기 광(3011)의 스펙트럼 범위와 다르고, 여기된 광(3012)의 스펙트럼 범위와는 적어도 일부 중첩됨으로써 여기된 광(3012)에 대해 밝기를 보충할 수 있다. 이 중에서, 여기된 광(3012)과 보충 광(3021)의 메인 파장의 차이는 20 나노미터보다 작은 것이 바람직하다. 더 나아가서, 보충 광(3021)의 스펙트럼 범위가 여기된 광(3012)의 스펙트럼 범위보다 협소함으로써 여기된 광(3012)과 보충 광(3021)의 혼합 광의 색상 포화도를 높이는 것이 바람직하다. 이 외에도, 여기 광 광원(301)에서 생성된 여기 광(3011)과 보충 광원(302)에서 생성된 보충 광(3021)이 파장변환 장치(306) 상에서 형성한 입사 위치가 적어도 일부 중첩됨으로써 보충 광(3021)과 여기된 광(3012)이 충분히 혼합되도록 한다.
여기서 쉽게 이해할 수 있는 것은, 보충 광과 여기된 광의 스펙트럼 범위는 중첩되지 않아도 된다는 점이다. 예를 들면 파장변환 장치가 여기되어 그린 색상의 여기된 광을 생성하고 보충 광원은 레드 색상 LED일 때 그린 색상의 여기된 광과 레드 색상의 보충 광은 광 수집 장치(304)에 의해 동시에 수집될 수 있다.
본 실시예에서, 파장변환 장치(306)는 투명기판 및 투명기판 내부에 도핑(doping)된 파장변환 재료 또는 반사 서브스트레이트(307) 상에 직접 코팅되는 파장변환 재료층을 포함할 수 있다. 파장변환 재료는 당 업계에서 공지된 형광 분말이나 양자 점 재료를 사용할 수 있다. 더 나아가서, 투명기판이나 파장변환 재료층 내부나 표면에 산란 입자나 산란구조를 추가로 설치함으로써 파장변환 장치(306)의 산란 효과를 높일 수 있다. 광 병합 장치(303)는 당 업계에서 공지된 분광 필터나 편광 빔 스플리터를 사용할 수 있다. 광 수집 장치(304)는 당 업계에서 공지된 렌즈나 렌즈군을 사용할 수 있다. 광 균일화 장치(308)는 당 업계에서 공지된 집적기 로드(Integrator Rod)를 사용할 수 있다. 그러나 당 업계의 기술자가 이해하고 있는 바와 같이, 광 병합 장치(303), 광 수집 장치(304), 반사 서브스트레이트(307) 및 광 균일화 장치(308)는 본 발명의 목적을 구현할 때의 필수 구성요소가 아니기 때문에 실제 상황에 따라 생략될 수 있다. 예를 들면, 여기 광 광원(301)에서 생성된 여기 광(3011)과 보충 광원(302)에서 생성된 보충 광(3021)이 나란히 배열되거나 다른 각도로 개구부(3052)를 거쳐서 입사할 때 광 병합 장치(303)를 생략할 수 있다.
상술한 방식을 통해 개구부(3052)를 이용하여 여기 광 광원(301)에서 생성된 여기 광(3011)과 보충 광원(302)에서 생성된 보충 광(3021)을 파장변환 장치(306)에 가이드하고, 곡면 반사면(3051)을 이용하여 파장변환 장치(306)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(3012) 및 보충 광(3021)의 대부분을 수집하고, 또한 여기 된 광(3012) 및 보충 광(3021)이 개구부(3052)를 거쳐서 이탈하는 광속을 곡면 반사면(3051)에 의해 수집되는 광속의 1/4 보다 작거나 같도록 개구부(3052)와 곡면 반사면(3051)의 사이즈를 적절하게 설정함으로써, 여기된 광(3012)과 보충 광(3021)의 손실을 방지하여 광원 시스템의 효율을 높인다.
도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 광원 시스템의 제2 실시예의 구조 설명도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 시스템은 주로 여기 광 광원(401), 제 1 보충 광원(402), 광 병합 장치(403), 광 수집 장치(404), 반사 장치(405), 파장변환 장치(406), 반사 서브스트레이트(407), 광 균일화 장치(408) 및 제2 보충 광원(409)을 포함한다. 이 중에서, 반사 장치(405)는 곡면 반사면(4051) 및 곡면 반사면(4051) 상에 설치되는 제 1 개구부(4052)와 제2 개구부(4053)를 포함한다. 여기 광 광원(401)에서 생성된 여기 광(4011)과 제 1 보충 광원(402)에서 생성된 제 1 보충 광(4021)은 도 3에 나타낸 광원 시스템과 동일한 방식을 사용하여 제 1 개구부(4052)를 거쳐서 파장변환 장치(406)에 입사되고 또한 파장변환 장치(406)에 의해 여기된 광과 제 1 보충 광(미도시)을 역방향 출력한다. 곡면 반사면(4051)은 파장변환 장치(406)에 의해 역방향 출력된 여기된 광과 제 1 보충 광의 대부분을 광 균일화 장치(408)에 수집한다. 본 실시예에 따른 광원 시스템과 도 3에 나타낸 광원 시스템과의 차이점은 다음과 같다: 본 실시예에 따른 광원 시스템은 제2 보충 광원(409)을 추가로 포함하고, 또한 곡면 반사면(4051)에는 제2 개구부(4053)를 추가로 설치한다. 제2 보충 광원(409)에서 생성된 제2 보충 광(4091)은 제2 개구부(4053)를 거쳐서 파장변환 장치(406)에 입사된다. 파장변환 장치(406)는 입사된 제2 보충 광(4091)을 산란시키고, 이 중에서 산란된 일부 제2 보충 광(4091)은 파장변환 장치(406)에 의해 반사되고 또한 제2 보충 광(4091)의 입사 방향에 대해 역방향 출력을 하고, 산란된 나머지 제2 보충 광(4091)은 파장변환 장치(406)를 거쳐서 투과된다. 투과된 일부 제2 보충 광(4091)은 반사 서브스트레이트(407)에 의해 파장변환 장치(406)로 다시 반사되고, 또한 파장변환 장치(406)에 의해 투과된 후 역방향 출력된다. 곡면 반사면(4051)은 파장변환 장치(406)가 역방향 출력한 제2 보충 광(4091)의 대부분을 광 균일화 장치(408)에다 수집하여 여기된 광과 제 1 보충 광에 대해 광 균일화 처리를 한다.
본 실시예에서, 제2 개구부(4053)와 곡면 반사면(4051)의 사이즈를 적절하게 설정함으로써 파장변환 장치(406)에 의해 산란 및 반사된 제2 보충 광(4091)이 제2 개구부(4053)를 거쳐서 이탈하는 광속이 곡면 반사면(4051)에 의해 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같도록 할 수 있다. 구체적으로, 제2 개구부(4053)의 면적은 곡면 반사면(4051)의 면적의 1/4보다 작거나 같도록 설정할 수 있다. 더 나아가서, 제2 보충 광(4091)의 스펙트럼 범위와 제 1 보충 광(4021)의 스펙트럼 범위는 동일할 수 있고, 또는 다르지만 모두 여기된 광의 스펙트럼 범위와 적어도 일부 중첩될 수 있다. 예를 들면, 여기된 광은 옐로우 라이트 형광일 수 있고, 제 1 보충 광(4021)은 레드 라이트 레이저나 레드 라이트 LED광일 수 있고, 제2 보충 광(4091)은 그린 라이트 레이저나 그린 라이트 LED광일 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 보충 광원(409)에서 생성된 제2 보충 광(4091)은 제 1 개구부(4052)를 거쳐서 파장변환 장치(406)에 입사되도록 하거나 또는 기타 보충 광원 및 개구부의 크기를 이에 비례하여 증가시킴으로써, 파장변환 장치(406)에서 생성된 여기된 광에 대해 밝기를 추가로 보충한다.
상술한 방식을 통해 제 1 보충 광원(402)과 제2 보충 광원(409)을 이용하여 파장변환 장치(406)에서 생성된 여기된 광에 대해 동시에 밝기를 보충하고, 또한 곡면 반사면(4051)을 통해 파장변환 장치(406)에 의해 역방향 출력된 여기된 광, 제 1 보충 광(4021)과 제2 보충 광(4091)을 효과적으로 수집하여 광원 시스템의 출광 효율을 높인다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 광원 시스템의 제3 실시예의 구조 설명도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 시스템은 주로 여기 광 광원(501), 보충 광원(502), 광 병합 장치(503), 광 수집 장치(504), 반사 장치(505), 파장변환 장치(506) 및 광 수집 장치(507)를 포함한다. 이 중에서, 반사 장치(505)는 곡면 반사면(5051) 및 곡면 반사면(5051) 상에 구비되는 개구부(5052)를 포함한다. 여기 광 광원(501)에서 생성된 여기 광(5011)과 보충 광원(502)에서 생성된 보충 광(5021)은 도 3에 나타낸 광원 시스템과 동일한 방식을 사용하여 개구부(5052)를 거쳐서 파장변환 장치(506)에 입사되고, 또한 여기된 광(5012)과 보충 광(5021)을 파장변환 장치(506)에 의해 역방향으로 출력한다.
본 실시예에 따른 광원 시스템과 도 3에 나타낸 광원 시스템과의 차이점은 다음과 같다: 본 실시예의 파장변환 장치(506)에서는 여기 광 광원(501) 및 보충 광원(502)과 멀리 떨어진 일측에다 반사 서브스트레이트를 설치하지 않았다. 이 때, 파장변환 장치(506)가 여기 광(5011)에 대해 파장변환을 진행해서 생성된 순방향 전송되는 여기된 광(5012) 및 파장변환 장치(506)에 의해 산란 및 투과되는 여기된 광(5021)은 광 수집 장치(507)(예를 들면, 렌즈)에 직접 입사되고, 또한 광 수집 장치(507)에 의해 수집된다. 파장변환 장치(506)가 여기 광(5011)에 대해 파장변환을 진행해서 생성된 역방향 전송되는 여기된 광(5012) 및 파장변환 장치(506)에 의해 산란 및 반사되는 여기된 광(5021)의 대부분은 곡면 반사면(5051)에 입사되고, 또한 곡면 반사면(5051)에 의해 수집된 후 파장변환 장치(506)에 다시 반사되고, 다시 파장변환 장치(506)의 투과를 거친 후 광 수집 장치(507)에 의해 수집된다. 본 실시예에서, 곡면 반사면(5051)이 구형일 때 여기 광(5011)과 보충 광(5021)의 파장변환 장치(506)에서의 입사 위치는 곡면 반사면(5051)의 구심 부근에 설정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제4 실시예의 구조 설명도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 시스템은 주로 여기 광 광원(601), 보충 광원(602), 반사 장치(605), 파장변환 장치(606), 반사 서브스트레이트(607) 및 광 균일화 장치(608)를 포함한다. 이 중에서, 반사 장치(605)는 곡면 반사면(6051) 및 곡면 반사면(6051) 상에 구비되는 개구부(6052)를 포함한다.
본 실시예에 따른 광원 시스템과 도 3에 나타낸 광원 시스템과의 차이점은 다음과 같다: 본 실시예에서의 여기 광 광원(601)과 보충 광원(602)은 각각 파장변환 장치(606)와 반사 서브스트레이트(607)의 양측에 위치하고, 또한 반사 서브스트레이트(607)가 파장변환 장치(606)에서 보충 광원(602)과 멀리 떨어진 일측에 위치한다. 반사 서브스트레이트(607)는 분광 필터이며, 여기 광 광원(601)에서 생성된 여기 광(6011)을 투과시키며, 또한 보충 광원(602)에서 생성된 보충 광(6021)과 파장변환 장치(606)가 여기 광(6011)에 대해 파장변환을 한 여기된 광(6012)을 반사한다. 이 때, 여기 광 광원(601)에서 생성된 여기 광(6011)은 분광 필터(607)에서 파장변환 장치(606)와 멀리 떨어진 일측에서 분광 필터(607)에 입사되고 또한 분광 필터(607)의 투과를 거친 후 파장변환 장치(606)에 입사된다. 파장변환 장치(606)가 여기 광(6011)에 대해 파장변환을 진행해서 생성된 순방향 전송되는 여기된 광(6012)의 대부분은 곡면 반사면(6051)에 직접 입사되고, 파장변환 장치(606)가 여기 광(6011)에 대해 파장변환을 진행해서 생성된 역방향 전송되는 여기된 광(6012)은 분광 필터(607)의 반사를 거친 후 다시 파장변환 장치(606)의 투과를 거친 후 대부분이 곡면 반사면(6051)에 입사되며, 양자는 곡면 반사면(6051)에 의해 광 균일화 장치(608)에 수집된다. 보충 광원(602)에서 생성된 보충 광(6021)은 개구부(6052)를 거쳐서 파장변환 장치에 입사된다. 파장변환 장치(606)에 의해 산란 및 반사되는 보충 광(6021)의 대부분은 곡면 반사면(6051)에 직접 입사되고, 파장변환 장치(606)에 의해 산란 및 투과된 보충 광(6021)은 분광 필터(607)의 반사를 거친 후 다시 파장변환 장치(606)의 투과를 거친 후 대부분이 곡면 반사면(6051)에 입사되며, 양자는 곡면 반사면(6051)에 의해 광 균일화 장치(608)에 수집된다.
다른 실시예에서, 분광 필터(607)는 개구부가 설치된 반사 서브스트레이트에 의해 대체될 수 있다. 이 때, 여기 광 광원(601)에서 생성된 여기 광(6011)은 개구부를 거쳐서 파장변환 장치(606)에 입사되고, 파장변환 장치(606)가 투과한 보충 광(6021) 및 역방향 전송되는 여기된 광(6012)의 대부분은 반사 서브스트레이트에 의해 반사된다.
분광 필터(607)는 또한 파장변환 장치와 분리되고 개구부가 설치된 구형 반사 장치로 대체될 수 있다. 이 때, 여기 광 광원(601)에서 생성된 여기 광(6011)은 반사 장치의 개구부를 거쳐서 파장변환 장치에 입사되고, 또한 파장변환 장치(606)에서 생성된 여기된 광(6012)의 일부는 파장변환 장치(606)를 투과하고, 일부는 반사 장치에 출사되어 반사 장치에 의해 파장변환 장치(606)에 다시 반사된다.
도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제5 실시예의 구조 설명도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 시스템은 주로 여기 광 광원(701), 보충 광원(702), 광 병합 장치(703), 광 수집 장치(704), 반사 장치(705), 파장변환 장치(706) 및 반사 서브스트레이트(707)를 포함한다. 본 실시예에 따른 광원 시스템과 도 3에 나타낸 광원 시스템과의 차이점은 다음과 같다: 반사 장치(705)를 이용하여 반사 장치(305)를 대체하고, 반사 장치(705)는 평면 반사면(7051) 및 평면 반사면(7051) 상에 구비된 개구부(7052)를 포함한다. 이 때, 여기 광 광원(701)에서 생성된 여기 광7011과 보충 광원(702)에서 생성된 보충 광(7021)은 개구부(7052)를 거쳐서 광 수집 장치(704)에 입사되고, 이어서 광 수집 장치(704)(예를 들면, 렌즈)를 거쳐서 파장변환 장치(706)에 중계되고, 도 3에 나타낸 광원 시스템과 동일한 방식을 통해 역방향 출력되는 여기된 광(7012)과 보충 광(7021)을 형성한다. 파장변환 장치(706)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(7012)과 보충 광(7021)의 대부분은 광 수집 장치(704)에 의해 수집되어 평면 반사면(7051)에 중계되고, 또한 평면 반사면(7051)에 의해 수집된다. 본 실시예에서, 개구부(7052)와 평면 반사면(7051)의 사이즈를 적절하게 설정함으로써 파장변환 장치(706)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(7012)과 보충 광(7021)이 개구부(7052)를 거쳐서 이탈하는 광속이 평면 반사면(7051)에 의해 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같도록 할 수 있다. 구체적으로, 개구부(7052)의 면적이 평면 반사면(7051)의 면적의 1/4보다 적거나 같도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 평면 반사면(7051)의 면적이 충분히 커서 파장변환 장치(706)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(7012)과 보충 광(7021)을 충분히 수집할 수 있을 때 광 수집 장치(704)를 생략할 수 있다.
도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명에 따른 광원 시스템의 제6 실시예의 구조 설명도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 시스템은 주로 여기 광 광원(801), 보충 광원(802), 광 병합 장치(803), 반사 장치(804), 광 수집 장치(805), 파장변환 장치(806) 및 반사 서브스트레이트(807)를 포함한다.
본 실시예에 따른 광원 시스템과 도 3에 나타낸 광원 시스템과의 차이점은 다음과 같다: 본 실시예는 반사 장치(804)와 광 수집 장치(805)를 이용하여 도 3의 반사 장치(305)를 대체한다. 이 때, 여기 광 광원(801)에서 생성된 여기 광(801)1과 보충 광원(802)에서 생성된 보충 광(8021)은 광 병합 장치(803)를 거쳐서 광 병합을 한 후 반사 장치(804)에 의해 반사되어 광 수집 장치(805)(예를 들면, 렌즈)에 가이드 되고, 또한 광 수집 장치(805)의 중계를 거친 후 파장변환 장치(806)에 입사되어 도 3에 나타낸 광원 시스템과 동일한 방식을 통해 여기된 광(8012)과 보충 광(8021)을 역방향으로 출력한다. 파장변환 장치(806)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(8012)과 보충 광(8021)은 광 수집 장치(805)에 의해 수집되고 또한 대부분이 반사 장치(804)의 외측에서 출력된다.
본 실시예에서, 파장변환 장치(806)에 의해 역방향 출력된 여기된 광(8012)과 보충 광(8021)이 반사 장치(804)를 거쳐서 이탈하는 광속이 광 수집 장치(805)를 거치는 광속의 1/4보다 적거나 같게 되도록, 반사 장치(804)와 광 수집 장치(805)의 사이즈를 설정할 수 있다. 구체적으로, 반사 장치(804)의 광 수집 장치(805)에서의 투영면적이 광 수집 장치(805)의 면적의 1/4보다 작다. 다른 실시예에서, 광 수집 장치(805)는 반사 장치(804)에서 파장변환 장치와 반대되는 방향의 일측에 설치되는 반사면(예를 들어서 평면 반사면이나 아크면 반사면)일 수도 있다. 이 때, 반사 장치(804)의 반사면에서의 투영면적은 반사면의 면적의 1/4보다 작다. 이 외에도, 반사 서브스트레이트(807)는 생략될 수 있으며, 또한 도 5에 제시된 방식을 이용하여 파장변환 장치(806)가 투과 및 반사한 보충 광을 수집할 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명에 따른 광원 시스템의 제7 실시예의 구조 설명도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 시스템은 주로 여기 광 광원(901), 보충 광원(902), 광 병합 장치(903), 광 수집 장치(904), 반사 장치(905), 파장변환 장치(906), 반사 서브스트레이트(907) 및 광 균일화 장치(908)를 포함한다. 본 실시예에 따른 광원 시스템과 도 3에 나타낸 광원 시스템과의 차이점은 다음과 같다: 동심 설치되나 지름이 다른 두 세트의 구형 반사면(9051, 9052)이 일체로 조합되어 반사 장치(905)의 반사면을 형성하고, 반사 장치(905)의 작용은 상기 실시예의 구형 반사면의 작용과 같다. 다른 실시예에서, 반사 장치(905)는 기타 수량의 다수개의 세트의 구형 반사면이나 적어도 두 세트의 타원 볼 모양 반사면이 일체로 조합하여 형성한 것이다.
상기 실시예에서, 파장변환 장치는 배경기술에서 설명한 컬러 휠이나 기타 종래의 컬러 벨트나 컬러 통 등의 부품에 설치될 수 있고 또한 적절한 구동 장치에 의해 구동될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 따른 광원 시스템 중의 임의 한 가지를 포함하는 투영 장치를 추가로 제공한다.
본 발명에 따른 광원 시스템 및 투영 장치는 광 가이드 장치를 이용하여 보충 광을 파장변환 장치에 가이드하고, 광 수집 장치를 이용하여 파장변환 장치가 산란 및 반사한 보충 광에 대해 수집하고, 또한 보충 광이 광 가이드 장치를 거쳐서 이탈하는 광속이 광 수집 장치에 의해 수집되는 광속의 1/4보다 적거나 같도록 광 가이드 장치와 광 수집 장치의 사이즈를 적절하게 설정하여, 파장변환 장치의 반사로 인한 제 1 보충 광의 손실을 방지하여 광원 시스템의 효율을 높인다. 이 외에도, 광 가이드 장치는 또한 여기 광을 파장변환 장치에 가이드 할 수 있고, 또한, 파장변환 장치가 역방향 전송하는 여기된 광을 광 수집 장치로 수집함으로써, 여기된 광의 손실을 방지하여 광원 시스템의 효율을 추가로 높일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 실시예일 뿐이고 이로 인해 본 발명의 특허 범위를 한정할 수 없다. 본 발명의 명세서 및 첨부도면에 의하여 실시한 다양한 동등한 구조 및 동등한 흐름 변경 또는 기타 관련된 기술분야에 직접 또는 간접적으로 응용되는 것은 모두 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 광원 시스템에 있어서,
    여기 광을 생성하기 위한 여기 광 광원과,
    상기 여기 광 파장을 여기된 광으로 변환시키기 위한 파장변환 장치와,
    제 1 보충 광을 생성하기 위한 제 1 보충 광원과,
    상기 제 1 보충 광을 산란시키고 일부 반사하는 파장변환 장치에, 상기 제 1 보충 광원에서 생성된 상기 제 1 보충 광을 가이드하기 위한 제 1 광 가이드 장치와,
    상기 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 상기 제 1 보충 광 및 상기 파장변환 장치가 파장변환을 하여 생성한 상기 여기된 광을 수집하는 제 1 광 수집 장치 및
    제 2 보충 광을 생성하기 위한 제 2 보충 광원과, 상기 제 2 보충 광을 상기 파장변환 장치에 가이드하기 위한 제 2 광 가이드 장치를 포함하며,
    상기 제 1 광 가이드 장치를 거쳐서 이탈하는 상기 제 1 보충 광의 광속이, 상기 제 1 광 수집 장치에 의해 수집되는 상기 제 1 보충 광의 광속의 1/4보다 적거나 같도록, 상기 제 1 광 가이드 장치와 상기 제 1 광 수집 장치의 사이즈를 설정하며,
    상기 제 1 보충 광 및 제 2 보충 광의 스펙트럼 범위와 상기 여기된 광의 스펙트럼 범위가 적어도 일부 중첩되며,
    상기 제 1 광 수집 장치는 상기 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 상기 제 2 보충 광을 추가로 수집하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 가이드 장치는 반사 장치이며,
    상기 반사 장치는 복수 개의 세트의 구형 반사면 또는 적어도 두 세트의 타원 볼 모양 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 여기 광 광원에서 생성된 상기 여기 광과; 상기 제 1 보충 광원에서 생성된 상기 제 1 보충 광이; 상기 파장변환 장치 상에 형성한 입사 위치가 적어도 일부 중첩되는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 여기된 광과 상기 제 1 보충 광의 메인 파장의 차이가 20 나노미터보다 작은 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 보충 광의 스펙트럼 범위가 상기 여기된 광의 스펙트럼 범위보다 좁아 상기 여기된 광과 상기 제 1 보충 광의 혼합 광의 색상 포화도를 높이는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 광 가이드 장치는 상기 여기 광 광원에서 생성된 상기 여기 광을 상기 파장변환 장치에 추가로 가이드하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 1 보충 광의 스펙트럼 범위가 상기 여기 광과 다르고, 상기 광원 시스템은 상기 제 1 보충 광과 상기 여기 광이 상기 제 1 광 가이드 장치 사이에 입사되기 전에 상기 제 1 보충 광과 상기 여기 광에 대해 광 병합을 진행하는 광 병합 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광원 시스템은 상기 파장변환 장치에서 상기 제 1 보충 광원로부터 멀리 떨어진 일측에 설치되는 반사 서브스트레이트를 추가로 포함하고. 상기 반사 서브스트레이트는 상기 제 1 보충 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사 서브스트레이트(substrate)는 분광 필터이고, 상기 여기 광 광원에서 생성된 상기 여기 광은 상기 파장변환 장치와 멀리 떨어진 측에서 상기 분광 필터에 입사되고; 또한 상기 분광 필터를 거쳐서 상기 파장변환 장치에 투과되는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 파장변환 장치는 상기 제 1 보충 광을 일부 투과시키고, 상기 광원 시스템은 상기 파장변환 장치를 거쳐서 투과된 상기 제 1 보충 광을 수집하는 제2 광 수집 장치를 추가로 포함하는 것; 상기 제 1 광 수집 장치는 상기 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 상기 제 1 보충 광을 수집하고 또한 상기 파장변환 장치에 다시 반사시키는 것을 각 특징으로 하는 광원 시스템.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 임의 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광 수집 장치에 반사면이 설치되고 상기 제 1 광 가이드 장치는 상기 반사면에 구비된 개구부인데, 상기 개구부는 상기 제 1 보충 광원에서 생성된 상기 제 1 보충 광이 투과하도록 설정되고, 상기 반사면은 상기 파장변환 장치에 의해 산란 및 반사된 상기 제 1 보충 광을 반사하도록 설정되어, 상기 개구부의 면적은 상기 반사면의 면적의 1/4보다 적거나 같은 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 반사면이 평면 반사면이나 곡면 반사면인 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 곡면 반사면이 구형 반사면이나 타원 볼 모양 반사면인 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 개구부가 상기 반사면에 설정된 관통홀이나 투과 구역인 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  15. 제 1항 및 제 3항 내지 제 10항 중 임의 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광 가이드 장치는 반사 장치이고, 상기 반사 장치를 상기 제 1 보충 광원에서 생성된 상기 제 1 보충 광을 상기 파장변환 장치에다 반사시키도록 설정하고, 상기 반사 장치의 상기 제 1 광 수집 장치에서의 투영면적이 상기 제 1 광 수집 장치의 면적의 1/4보다 작도록 설정하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 광 수집 장치는 렌즈나 반사면인 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  17. 삭제
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 광 가이드 장치를 거쳐서 이탈하는 상기 제 2 보충 광의 광속이, 상기 제 1 광 수집 장치에 의해 수집되는 상기 제 2 보충 광의 광속의 1/4보다 적거나 같도록, 상기 제 2 광 가이드 장치와 상기 제 1 광 수집 장치의 사이즈를 설정하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제2 보충 광의 스펙트럼 범위가 상기 제 1 보충 광의 스펙트럼 범위와 다르고 또한 상기 여기된 광의 스펙트럼 범위와 중첩되는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
  20. 투영 장치에 있어서,
    제 1항 내지 제 10항 중 임의 한 항의 상기 광원 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 장치.
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