KR102085955B1 - Led를 이용한 조명 장치 - Google Patents

Led를 이용한 조명 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102085955B1
KR102085955B1 KR1020180112856A KR20180112856A KR102085955B1 KR 102085955 B1 KR102085955 B1 KR 102085955B1 KR 1020180112856 A KR1020180112856 A KR 1020180112856A KR 20180112856 A KR20180112856 A KR 20180112856A KR 102085955 B1 KR102085955 B1 KR 102085955B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
collimating
led
optical axis
concave mirror
Prior art date
Application number
KR1020180112856A
Other languages
English (en)
Inventor
박순섭
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020180112856A priority Critical patent/KR102085955B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102085955B1 publication Critical patent/KR102085955B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F21S2/005—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
    • F21V29/67—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따른 조명 장치는, 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 LED로 구성되는 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 어레이; 상기 LED 어레이에 대향하여 배치되며, 상기 적어도 하나의 LED에서 방출되는 적어도 하나의 광을 반사시키는 오목거울; 및 상기 오목거울에서 반사된 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 포함할 수 있다. 이 밖의 다양한 실시예가 가능하다.

Description

LED를 이용한 조명 장치{A LIGHTING DEVICE USING A LED}
본 문서에 개시된 다양한 실시예들은, LED(light emitting diode)를 이용한 조명 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수의 단일 파장 LED를 사용하는 조명 장치에 관한 것이다.
할로겐등(halogen lamp), 수은등(Hg arc lamp), 제논등(Xe arg lamp), 메탈할라이드등(metal halide lamp) 등을 광원으로 이용하는 조명 장치의 경우, 광원에서 발생한 빛이 모든 파장을 갖는 백색 광원이고 사방으로 퍼지는 특성이 있어서, 에너지 손실이 크게 발생할 수 있고 많은 열이 발생할 수 있으며 여기광(excitation light)을 만들기 위해서는 추가적인 필터가 필요할 수 있다.
단 파장 LED를 광원으로 이용하는 조명 장치의 경우, 에너지 손실이 적고 별도의 필터를 필요로 하지 않는다. 복수의 여기광을 얻기 위해서는 복수의 단파장 LED를 사용해야 하는데, 복수의 여기광의 진행 방향을 하나의 광축 상에 일치시키기 위해서는 LED 개수에 비례한 광학 부품을 필요로 할 수 있다.
도 1a는 종래의 복수의 단파장 LED를 이용한 조명 장치를 도시한 도면이다. 도 1a를 참조하면, 각각의 LED 모듈(111,113,115,117)에서 나온 여기광의 이동 경로를 광축(150)에 일치시키기 위하여 LED 모듈 개수에 비례하는 다이크로익 미러(dichroic mirror: 131,133,135)와 콜리메이팅 렌즈(121,123,125,127)를 필요로 한다. 복수의 LED를 하나의 광축 상에 배치하면 뒤에 배치된 LED가 방출한 빛을 가리게 되기 때문이다.
도 1b는 또 다른 종래의 조명 장치를 포함한 형광현미경을 도시한 도면이다. 도 1b를 참조하면, LED 광원모듈(160)에서 발생된 여기광을 빔 스플리터(190)를 이용하여 시료 방향으로 반사시키고, 반사된 여기광을 빛을 집광시키는 광학기구(192)에 통해 집광시키고 집광된 여기광을 시료에 조사할 수 있다. 시료에서 발생한 빛은 빔 스플리터(190) 및 광필터(181)를 통과하여 검출부에 입사할 수 있다. 도 1b를 참조하면, 특히 서로 다른 파장의 여기광을 사용하기 위하여 LED 광원모듈(160) 및 광필터(180)를 회전시키는 내용을 개시하고 있다.
특허문헌 1: 미국특허 제9,720,219호 특허문헌 2: 대한민국 특허 제10-1821637호
종래 기술에서는, 백색 광원을 이용한 조명 장치의 경우, 에너지 손실이 커질 수 있고, 열 발생이 증가할 수 있고, 여기광을 만들기 위한 추가적인 필터를 필요로 할 수 있다.
종래의 복수의 단파장 LED를 이용한 조명 장치의 경우, 복수의 LED에서 방출된 복수의 여기광의 이동 경로를 일치시키기 위하여, LED 개수에 비례한 광학 부품을 필요로 할 수 있어서 제작 비용 및 유지 비용이 증가할 수 있다.
또한, 종래의 복수의 단일 파장 LED를 이용한 조명 장치의 경우, LED 개수에 비례하여 광학 부품을 많이 사용하게 되어 조명 장치의 크기가 커질 수 있고, 구성요소를 배치함에 있어서 많은 제약이 있을 수 있다.
종래의 복수의 단일 파장 LED를 이용한 조명 장치의 경우, 서로 다른 파장의 여기광을 이용하기 위하여 LED 모듈을 회전시켜야 되므로 별도의 회전 장치를 필요로 할 수 있고, 그에 따라 서로 다른 파장의 여기광을 한 번에 획득할 수 없다는 문제점이 발생할 수 있다.
본 문서에 개시된 제 1 실시예에 따른 조명 장치는 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 LED로 구성되는 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 어레이; 상기 LED 어레이에 대향하여 배치되며, 상기 적어도 하나의 LED에서 방출되는 적어도 하나의 광을 반사시키는 오목거울; 및 상기 오목거울에서 반사된 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 포함하고, 상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준된 적어도 하나의 광은 하나의 광축을 따라 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 문서에 개시된 제 2 실시예에 따른 조명 장치는 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 LED로 구성되는 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 어레이; 상기 LED 어레이에 대향하여 배치되며, 상기 적어도 하나의 LED에서 방출되는 적어도 하나의 광을 반사시키는 오목거울; 상기 오목거울에서 반사된 상기 적어도 하나의 광을 집광하는 집광렌즈(collecting lens); 상기 집광렌즈에 의해 집광된 상기 적어도 하나의 광을 가이드 하는 광도파관(light guide); 및 상기 광도파관에서 출력되는 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광은 상기 광도파관에 의해 가이드 된 후 상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준되어 하나의 광축을 따라 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 문서에 개시된 제 3 실시예에 따른 조명 장치의 조명 방법은 a) LED 어레이 상에 배치되며 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 LED로부터 적어도 하나의 광을 방출시키는 단계; b) 상기 LED 어레이에 대향하여 배치되는 오목거울을 이용하여 상기 적어도 하나의 광을 반사시키는 단계; 및 c) 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 상기 오목거울에 의해 반사된 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 단계를 포함하고, 상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준된 상기 적어도 하나의 광은 하나의 광축을 따라 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 문서에 개시된 제 4 실시예에 따른 조명 장치의 조명 방법은 a) LED 어레이 상에 배치되며 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 LED로부터 적어도 하나의 광을 방출시키는 단계; b) 상기 LED 어레이에 대향하여 배치되는 오목거울을 이용하여 상기 적어도 하나의 광을 반사시키는 단계; c) 집광렌즈를 이용하여 상기 오목거울에서 반사된 상기 적어도 하나의 광을 집광하는 단계; d) 상기 집광렌즈에 의해 집광된 상기 적어도 하나의 광을 광도파관을 따라 가이드하는 단계; 및 e) 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 상기 광도파관으로부터 출력되는 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 단계를 포함하고, 상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준된 상기 적어도 하나의 광은 하나의 광축을 따라 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 단일 파장의 광을 방출하는 LED를 사용하므로, 에너지 손실을 줄일 수 있고 단일 파장의 광을 발생시키기 위한 별도의 필터를 필요로 하지 않을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 하나의 오목 거울을 이용하여 적어도 하나의 단일 파장의 광의 이동 경로를 일치시킬 수 있어서, 제작 비용 및 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 오목 거울을 사용하므로, 적어도 하나의 LED를 하나의 광축에 평행하게 배치할 수 있어서, LED 개수에 비례하여 많은 광학 부품을 필요로 하지 않고 구성 요소 배치에 있어서 보다 자유로울 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 오목 거울을 사용하므로, LED 모듈을 회전시킬 필요성이 없어서, 동일 또는 상이한 단일 파장의 광의 생성이 가능하여 조명 대상물 또는 시료에 사용 가능한 파장 범위가 넓을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 형광 현미경, 일반 현미경, 내시경, 및 정밀 계측기 등의 조명으로 사용될 수 있으며, 복수의 단일 파장을 R, G, B로 사용할 경우 색 온도(color temperature )를 자유로이 조절할 수 있는 백색광 조명으로 사용될 수 있다.
도 1a는 종래의 조명 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 1b는 또 다른 종래의 조명 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 단면도이다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 몸체를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5e는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 설치 과정을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 설치 과정을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 설치 과정을 도시한 도면이다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, LED 어레이의 설치 과정을 도시한 도면이다. 도 7b 내지 7c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, LED 어레이의 배열을 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 8b는 히트 싱크 및 냉각 팬의 설치 과정을 도시한 도면이다. 도 8c는 히트 싱크의 평면도이다.
이하, 본 발명의 상술한 목적, 기술적 특징들 및 효과는 하기의 상세한 설명과 첨부된 도면을 통해 명확해질 것이다. 다만, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수도 있다. 이는 본 발명의 요지와 관련이 없는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 명확히 설명하기 위함이다. '제 1' 또는 '제 2' 등의 표현들은 해당 구성요소들을 중요한 순서대로 수식한 것이 아니고, 각각의 구성요소끼리 구별하기 위해 사용하는 것에 불과할 뿐 한정하기 위해 사용된 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 단면도이다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는, LED 어레이(210), 오목 거울(220), 및 하나 이상의 콜리메이팅 렌즈(collimating lens: 231,233)를 포함할 수 있으며, 도시된 구성 중 적어도 일부가 생략 또는 치환될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 LED 어레이(210)에 포함되는 적어도 하나의 LED가 방출하는 적어도 하나의 단일 파장의 광을 오목 거울(220)을 통해 반사시키고, 반사된 빛을 콜리메이팅 렌즈(231)를 통하여 하나의 광축(240)을 따라 진행하도록 시준할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, LED 어레이(210)는 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있다. 각각의 LED는 파장 분포가 작은 단일 파장의 광을 방출할 수 있다. LED 어레이(210)는, 예를 들어, 플라스틱 PCB 또는 메탈 PCB 위에 복수의 LED를 실장 시켜서 구현할 수 있다. 실장 시키는 방법은, 예를 들어, 표면 실장 소자(Surface-Mount Device, SMD)형태의 LED를 회로에 연결하여 고정시키는 방법일 수 있다. LED 어레이(210) 상에는, 예를 들어, 각각이 서로 동일한 단일 파장의 빛을 방출하는 복수의 LED를 그룹 지어 배열할 수도 있고, 각각이 서로 상이한 단일 파장의 빛을 방출하는 복수의 LED를 그룹 지어 배열할 수도 있다. LED 어레이(210)는, 예를 들어, 금속판에 밀착 고정시켜서 오목 거울(220)과 대향하게 배치할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 LED 어레이(210)를 금속판에 고정시켜 배치하는 경우, LED에서 발생한 열이 금속판으로 잘 전달되어 발생한 열을 배출시키는 것이 용이해질 수 있고, LED 어레이(210)가 휘거나 구부러지지 않게 하여 광축(240)과 평행한 단일 파장의 광을 만들기 용이해질 수 있으며, 광축(240)이 흔들리지 않도록 할 수 있다. 적어도 하나의 LED는, 예를 들어, 램프 타입 LED 또는 표면 실장형 LED(surface mounting technology LED)를 포함할 수 있다. 램프 타입 LED은 빛 퍼짐이 약 30도 이하로 작은 특징이 있다. 표면 실장형 LED의 경우, 예를 들어, 적어도 하나의 LED의 빛 발생 부위에 콜리메이팅 렌즈(미도시)를 장착하여 광축(240)에 평행하게 빛이 방출되도록 할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 오목 거울(220)은 LED 어레이(210)에 포함되는 적어도 하나의 LED가 방출하는 적어도 하나의 단일 파장의 광이 반사되어 광축(240) 상에 위치된 오목 거울(220)의 초점(F) 상에 모이도록 배치할 수 있다. 즉, 오목 거울(220)은 광축(240)(오목 거울(220)의 거울 축)과 평행하게 입사된 모든 광선을 반사시켜 초점(F)에 모으는 특성이 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 LED가 광축(240)과 평행하도록 오목 거울(220)에 적어도 하나의 광을 방출시키는 경우, 적어도 하나의 광은 모두 초점(F)에 모이게 된다.
다양한 실시예에 따르면, 콜리메이팅 렌즈(231,233)는 입사한 빛이 렌즈를 통과하여 평행하게 진행하도록 시준하는 렌즈일 수 있다. 다양한 실시예에 따른 조명 장치는, 오목 거울(220)을 통해 초점으로 반사된 적어도 하나의 광을 콜리메이팅 렌즈(231)에 입사시켜서 하나의 광축(240)을 따라 진행하도록 평행광으로 만들 수 있다. 또한, 본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따른 조명 장치에 사용되는 콜리메이팅 렌즈는 하나의 콜리메이팅 렌즈(231) 또는 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈(231,233)가 사용될 수도 있다. 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈(231,233)를 사용하는 경우, 빛의 파장에 따라 렌즈를 통과할 때 발생할 수 있는 색수차 현상을 보정할 수 있고, 조사 영역(exposure area)의 크기도 조절할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 조명 장치는 히트 싱크(heat sink: 250) 및 냉각 팬(267)(cooling fan) 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다. 히트 싱크(250)는, 예를 들어, 온도 상승을 방지하기 위하여 소자로부터 열을 흡수하여 방산시키기 위한 구성일 수 있다. 히트 싱크(250)는, 예를 들어, 알루미늄 등의 열전도성이 뛰어난 재료로 이루어 질 수 있다. 냉각 팬(267)은, 예를 들어, 히트 싱크(250)가 방산한 열을 외부로 배출시키기 위한 팬(fan)일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, LED 어레이(210)가 금속판의 일면에 고정된 경우, 히트 싱크(250)는 LED 어레이(210)가 고정된 면의 반대쪽 면에 고정될 수 있다. 이 경우, LED에서 발생한 열이 금속판을 통해 히트 싱크(250)로 전달되고, 히트 싱크(250)를 통해 방산된 열은, 냉각 팬(267)을 통해 조명 장치 외부로 배출될 수 있다. 히트 싱크(250)는, 예를 들어, 열전도율이 뛰어난 에폭시 또는 열전도 패드(thermal pad) 등을 이용하여 금속판에 부착할 수 있다. 히트 싱크(250)는, 예를 들어, 냉각 팬(267)에 의해 발생한 유체(예: 공기) 흐름을 방해하지 않는 한도 내에서 냉각 핀의 수가 많은 것이 바람직하다. 히트 싱크(250) 및 냉각 팬(267)을 이용하여 적어도 하나의 LED가 생성한 열을 외부로 배출시켜서 LED가 과열되지 않도록 할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따르면, LED 어레이(210), 오목 거울(220), 콜리메이팅 렌즈(231)는 하나의 몸체(body: 400) 내에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, LED 어레이(210), 오목 거울(220) 및 콜리메이팅 렌즈(231)가 배치된 제1 공간(S1)과 히트 싱크(250) 및 냉각 팬(267)이 배치된 제2 공간(S2)은 서로 분리될 수 있다. 이 경우, 제1 공간(S1)은 열 등의 외부 영향으로부터 차단되어 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치를 구성하는 광학 부품의 수명 단축을 방지할 수 있다.
도 2를 참조할 때, 다양한 실시예에 따르면, LED 어레이(210)에서 광축(240)과 평행하게 방출된 적어도 하나의 단일 파장의 광은 오목 거울(220)을 통해 초점(F)으로 반사될 수 있다. 오목 거울(220)의 초점(F) 가까이 배치된 콜리메이팅 렌즈(231)는 반사된 적어도 하나의 단일 파장의 광을 시준하여 하나의 광축(240)을 따라 진행하도록 할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 오목 거울(220) 및 콜리메이팅 렌즈(231,233)는 몸체(400) 내에서 하나의 광축(240) 상에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, LED 어레이(210)에 포함된 적어도 하나의 LED는 광축(240)과 평행하게 빛을 방출하여 오목 거울(220)에 입사시킬 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 단면도이다.
도 3a를 참조할 때, 다양한 실시예에 따른 조명 장치는, LED 어레이(310), 오목 거울(320), 집광렌즈(collecting lens: 330), 광도파관(light guide or optical waveguide: 350) 및 콜리메이팅 렌즈(collimating lens: 341,343)를 포함할 수 있으며, 도시된 구성 중 적어도 일부가 생략 또는 치환될 수 있다. 앞서 도 2에서 설명한 내용과 중복되는 부분의 설명은 생략한다.
다양한 실시예에 따르면, 광도파관(350)은 광신호를 일정 영역에 가두어 효율적으로 전송하는 관을 의미할 수 있다. 광도파관(350)은 예를 들어, 광섬유 또는 액상 광도체(liquid light guide)일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 광도파관(350)은 집광렌즈(330)와 인접하여 제공될 수 있다. 집광렌즈(330)를 통해 집광된 적어도 하나의 단일 파장의 광은 광도파관(350) 내에서 전반사를 통해 광도파관(350)을 따라서 가이드(guide) 될 수 있다. 광도파관(350)을 따라서 가이드 된 적어도 하나의 광은 콜리메이팅 렌즈(341,343)로 입사하여 광축(340)을 따라 진행하도록 시준될 수 있다. 광도파관(350)을 사용하여 매우 적은 손실(약 1dB/km)로 단일 파장의 광을 전송할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 광도파관(350)은, 예를 들어, 조명 장치의 몸체(400) 외부로 연장되어 제공될 수도 있다. 좀 더 구체적으로, 조명장치가 단일 파장의 광을 이격된 위치에 위치한 대상물 또는 시료에 전송해야 하는 경우, 광도파관(350)을 필요한 길이만큼 몸체(400)의 외부로 길게 연장하여 제공할 수 있다.
상술한 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예에서는, 2개의 콜리메이팅 렌즈(341, 343)가 사용되는 것으로 예시되어 있지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 하나의 콜리메이팅 렌즈 또는 3개 이상의 콜리메이팅 렌즈가 사용될 수 있다는 점을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 몸체를 간략하게 도시한 도면이다. 도 4a 내지 4c에 도시된 조명 장치의 몸체(400)는 필수적인 형상이나 배치를 나타내는 것은 아니며, 각 구성요소를 효율적으로 배치한 다양한 실시예 중 하나를 설명하는 것이다.
도 4a는 조명 장치의 몸체의 단면도를 간략하게 도시한 도면이다.
다양한 실시예에 따르면, 조명 장치의 몸체(400)는 도 2에 도시된 LED 어레이(210), 오목 거울(220), 및 콜리메이팅 렌즈(231)가 제공되는 제1 공간(S1)과 히트 싱크(250) 및 냉각 팬(267)이 제공되는 제2 공간(S2)으로 구분될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 조명 장치의 몸체(400)는, 오목 거울(220)이 고정되는 제1 구조(410), LED 어레이(210)가 고정되는 금속판으로 이루어지는 제2 구조(420), 히트 싱크(250) 및 냉각 팬(267)을 감싸는 제3 구조(430) 및 상기 제1 구조(410), 제2 구조(420) 및 제3 구조(430)와 연결되는 제4 구조(440)로 이루어질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 구조(410)에 오목 거울(220)이 고정될 수 있다. 오목 거울(220)은 초점(F)이 도 2에 도시된 광축(240) 상에 위치하도록 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제2 구조(420)는 금속판 또는 열전도도가 높은 세라믹기판으로 이루어질 수 있고, 금속판의 일면에는 LED 어레이(210)가 고정되고, 반대면에는 히트 싱크(250)가 부착될 수 있다. 제2 구조(420)는, 예를 들어, 광축(240,340)과 교차하는 부분에 제1 구멍(422)이 형성될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 것처럼, 콜리메이팅 렌즈(231,233)가 조립 고정된 부품을 상기 제1 구멍(422)에 끼워 고정할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도 3a 및 3b에 도시된 것처럼, 집광렌즈(330), 광도파관(350), 및 콜리메이팅 렌즈(341,343)가 조립 고정된 부품을 상기 제1 구멍(422)에 끼워 고정할 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제3 구조(430)는 히트 싱크(250) 및 냉각 팬(267)을 감싸고 있는 구조일 수 있다. 제3 구조(430)에는, 예를 들어, 냉각 팬(267)이 설치된 제1 홈(432)과 대향하는 위치에 제2 홈(434)을 형성하여 냉각 팬(267)에 의해 만들어진 냉각 기류가 외부로 배출될 수 있도록 할 수 있다. 제3 구조(430)에는, 예를 들어, 광축(240,340)과 교차하는 부분에 제2 구멍(436)이 형성될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 것처럼, 콜리메이팅 렌즈(231,233)가 조립 고정된 부품을 상기 제2 구멍(436)에 끼워 고정할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도 3a 및 3b에 도시된 것처럼, 집광렌즈(330), 광도파관(350) 및 콜리메이팅 렌즈(341,343)가 조립 고정된 부품을 상기 제2 구멍(436)에 끼워 고정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 제4 구조(440)는 제1 구조(410) 내지 제3 구조(430)와 연결되어 전체적인 몸체(400)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 구조(410) 내지 제3 구조(430)는 나사(screw thread)를 이용하여 제4 구조(440)에 결합될 수도 있고, 미리 가공한 홈에 맞춰 끼워서 결합될 수도 있다. 나사를 이용하여 결합하는 경우, 나사의 회전 수에 따라 각 구조의 위치를 조정할 수 있다. 예를 들어 제1 구조(410)가 제3 구조(430)에 나사를 이용하여 결합된 경우, 나사의 회전 수를 조절하여 제1 구조(410)의 위치를 광축(240,340)을 따라 전/후로(즉, 도 4a에 도시된 수평 화살표 방향) 움직일 수 있다. 이 경우, 오목 거울(220,320)의 초점(F) 역시 광축(240,340)을 따라 전/후로 이동하게 되는 바 초점(F)의 위치를 조정할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제4 구조(440)는 개폐식 문(442)을 포함할 수 있다. 개폐식 문(442)은, 예를 들어, 광도파관(350)의 위치를 조정할 때 사용할 수 있다. 광도파관(350)은, 예를 들어, 광축(340)을 따라 전/후로 이동할 수 있다.
도 4b 및 4c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 몸체를 일측면에서 바라본 모습을 간략하게 도시한 도면이다.
도 4b 및 4c를 참조하면, 조명 장치의 몸체(400)를 도 4a에 표시된 X방향에서 바라본 형상이다. 일측면에서 본 몸체(400)의 형상은 도 4b와 같이 원통형일 수도 있고, 도 4c와 같이 사각형일 수도 있지만, 이에 제한되는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다. 몸체(400)를 구성하는 제3 구조(430)의 중앙에 형성된 제2 구멍(436)은, 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이 집광렌즈(330), 광도파관(350) 및 콜리메이팅 렌즈(341,343)가 조립 고정된 부품을 끼워 고정하는 구멍이거나, 단순히 도 2에 도시된 콜리메이팅 렌즈(231,233)를 통과한 시준된 적어도 하나의 단일 파장의 광이 통과하여 진행하기 위한 구멍일 수 있다. 즉, 상기 제2 구멍(436)을 통해 적어도 하나의 단일 파장의 광이 진행할 수 있다.
도 5a 내지 5e는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 설치 과정을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5c에 도시된 조명 장치의 설치 과정은, 필수적인 형상이나 배치에 따른 설치 과정을 나타내는 것은 아니며, 각 구성요소를 효율적으로 배치하여 설치하는 다양한 실시예 중 하나를 설명하는 것이다.
도 5a 및 5b는 도 4a에 도시된 조명 장치의 몸체(400)를 형성하는 제1 구조(410)에 오목 거울(320)을 설치하는 과정을 도시한 단면도이다. 아래는 다양한 실시예에 따른 조명 장치가 원통형인 경우를 예로 들어 설명하겠다.
도 5a를 참조하면, 오목 거울(320)을 오목 거울(320)의 직경보다 약간 큰 원통(520)에 끼워 넣을 수 있다. 상기 원통(520)이 오목 거울(320)의 지지대가 될 수 있다. 오목 거울(320)을 원통(520)에 끼워 넣는 방법은, 예를 들어, 에폭시를 이용하여 오목 거울(320)을 원통(520)에 결합시키는 방법일 수 있다. 에폭시를 이용하여 결합하는 경우, 원통(520)의 일측 단면과 오목 거울(320)의 뒷면이 일치하도록 고정시킬 수 있다. 그 후 오목 거울(320)을 끼운 원통(520)을 제1 구조(410)에 고정시킬 수 있다. 제1 구조(410)에 고정시키는 방법은, 예를 들어, 제 1 구조(530)에 상기 원통(520)의 크기에 맞도록 미리 홈(532)을 가공하여, 가공된 홈(532)에 오목 거울(320)이 끼워진 원통(520)을 끼워 넣는 방법일 수 있다. 도 5b는 제1 구조(410)에 오목 거울(320)이 끼워진 원통(520)을 고정시킨 상태를 도시한 단면도이다.
도 5c 및 5d는 오목 거울이 결합된 제1 구조를 제4 구조에 결합하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 5c를 참조하면, 오목 거울(320)이 결합된 제1 구조(410)를 제4 구조(440)에 결합할 수 있다. 결합 방법은, 예를 들어, 나사를 이용하여 제1 구조(410)를 제4 구조(440)에 결합할 수도 있고, 크기에 맞게 미리 홈을 가공하여 끼워 넣을 수도 있다. 나사로 결합하는 경우, 나사의 회전 수에 따라 오목 거울(320)의 위치를 조정할 수 있다. 제4 구조(440)는, 예를 들어, 그 내측에 돌기(542)를 포함할 수 있다. 상기 돌기(542)는 제1 구조(410)를 제4 구조(440)에 결합할 때 기준위치로 사용될 수 있으며 이러한 돌기(542)를 기준으로 제1 구조(410)의 위치를 도면상의 오른쪽으로 조정할 수 있다.
도 5d는 제1 구조(410)가 제4 구조(440)에 결합된 예시를 도시한 단면도이다. 도 5d를 참조하면, 예를 들어, 제1 구조(410)의 위치를 제4 구조(440)의 돌기(542)와 맞닿을 때까지 A 위치에서부터 B 위치까지 조정할 수 있으며, 이 경우 오목 거울(320)의 초점은 조정용 갭(G)의 길이만큼 왼쪽으로 이동할 수 있다. 반대로 예를 들면, 제1 구조(410)의 위치를 B 위치에서 A 위치로 오른쪽으로 이동하여 오목 거울(320)의 초점을 조정용 갭(G)의 길이만큼 오른쪽으로 이동시킬 수도 있다. 제1 구조(410)와 제4 구조(440)의 위치를 조정하는 방법은, 예를 들어, 나사의 회전 수를 조정하는 방법일 수 있다.
도 5e는, 도 5d의 결합체를 X 방향에서 바라본 형상을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 조명 장치의 설치 과정을 도시한 도면이다.
도 6a는 집광렌즈(330)와 광도파관(350)을 서로 연결하고 이를 지지대에 조립하는 과정을 구성 요소 별로 분해하여 도시한 도면이다. 아래는 다양한 실시예에 따른 조명 장치가 원통형인 경우를 예로 들어 설명하겠다.
도 6a를 참조하면, 집광렌즈(330)를 집광렌즈(330)의 직경보다 약간 큰 집광렌즈 지지대(612)에 끼워서 고정시킬 수 있다. 고정시키는 방법은, 예를 들면, 에폭시 등을 이용하여 집광렌즈(330)를 집광렌즈 지지대(612)에 끼워 결합시키는 방법일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 집광렌즈 지지대(612)는 한 쪽 입구를 다른 쪽 입구에 비해 작게 만들어 집광렌즈(330)가 빠지지 않게 할 수 있다. 광도파관(350) 역시 광도파관(350)의 직경보다 약간 큰 광도파관 지지대(622)와 결합시킬 수 있다. 집광렌즈(330)가 고정된 집광렌즈 지지대(612)와 광도파관(350)이 고정된 광도파관 지지대(622)를 제1 지지대(630)에 끼워서 결합할 수 있다. 예를 들어, 에폭시 등을 이용하여 상기 집광렌즈 지지대(612)와 상기 광도파관 지지대(622)를 상기 제1 지지대(630)에 고정시킬 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제1 지지대(630)에는 제1 스토퍼(stopper: 632)를 포함할 수 있다. 제1 지지대(630)가 제1 스토퍼(632)를 포함하는 경우, 제1 스토퍼(632) 양쪽으로 각각 집광렌즈 지지대(612)와 광도파관 지지대(622)를 결합할 수 있다. 예를 들어, 제1 스토퍼(632)의 오른쪽에는 집광렌즈 지지대(612)를 결합하고, 제1 스토퍼(632)의 왼쪽에는 광도파관 지지대(622)를 결합할 수 있다.
도 6b는 집광렌즈(330) 및 광도파관(350)이 제1 지지대(630)에 고정된 모습을 도시한 도면이다. 도 6b를 후술하는 도 6d와 함께 참조하면, 집광렌즈(330)와 광도파관(350)이 같은 광축(optical axis: 340) 상에 위치하고 있음을 보여준다.
도 6c는 집광렌즈(330) 및 광도파관(350)이 결합된 제1 지지대(630)를 제2 지지대(641)에 결합한 상태를 도시한 단면도이다.
제2 지지대(641)는, 예를 들어, 광도파관(350)의 위치를 조정할 수 있는 적어도 하나의 제1 조정 나사(647)를 포함할 수 있다. 제1 조정 나사(647)는 집광렌즈(330)가 연결된 광도파관(350)의 위치를 광축(340) 방향을 따라 조정할 수 있다. 제1 조정 나사(647)는, 예를 들어, 광도파관(350)의 위치를 광축(340) 방향을 따라 조정하는 위치 조정 나사일 수 있다. 또한, 제2 지지대(641)는 제1 조정 나사(647)에 의해 광도파관(350)의 위치가 조정된 상태에서 광도파관(350)을 고정시키는 제1 고정 나사(645)를 포함할 수 있다. 도 6c를 참조하면, 제1 조정 나사(647)를 통해 광도파관(350)이 결합된 제1 지지대(630)를 좌/우로 이동시켜 광도파관(350)의 위치를 조정할 수 있고, 광도파관(350)의 위치 조정이 완료된 후 제1 고정 나사(645)를 통해 제1 지지대(630)를 고정함으로써 광도파관(350)의 위치를 고정할 수 있다. 이를 위해, 제2 지지대(641)는, 예를 들어, 제3 지지대(643)에 결합될 수 있다. 제1 조정 나사(647) 및 제1 고정 나사(645)를 이용하여 제1 지지대(630)를 좌/우로 이동시켜서 고정하는 경우, 후술할 도 6d를 참조하면, 광도파관(350) 및 콜리메이팅 렌즈(650) 사이의 간격인 D2를 조절할 수 있게 된다.
도 6d는 집광렌즈(330), 광도파관(350) 및 콜리메이팅 렌즈(650,660)가 지지대에 결합된 모습을 도시한 도면이다. 도 6d에 도시된 콜리메이팅 렌즈(650,660)는 각각 도 3a에 도시된 콜리메이팅 렌즈(341,343)에 대응될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 집광렌즈(330)를 통해 집광된 적어도 하나의 단일 파장의 광은 광도파관(350)을 통해 하나의 광축(340)을 따라 진행할 수 있다. 광도파관(350)을 통과한 적어도 하나의 광은, 광도파관(350)을 나오면서 콜리메이팅 렌즈(650)에 진입할 수 있다. 콜리메이팅 렌즈(650,660)는, 예를 들면, 광도파관(350)을 진행하면서 퍼짐 현상이 발생한 적어도 하나의 광을 하나의 광축(340)과 평행하게 진행하도록 시준(collimate)할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 조명 장치는 적어도 하나 이상의 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면 둘 이상의 콜리메이팅 렌즈를 사용하는 경우, 빛의 파장에 따라 콜리메이팅 렌즈를 통과할 때 발생할 수 있는 색수차 현상을 보정할 수 있고, 조사 영역(exposure area)의 크기도 조절할 수 있다. 도 6d의 경우, 제1 콜리메이팅 렌즈(650)를 통과한 적어도 하나의 광은 제2 콜리메이팅 렌즈(660)로 진입할 수 있고, 제2 콜리메이팅 렌즈(660)를 통과한 적어도 하나의 광은 대상물 또는 시료를 조사하는데 사용될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 제1 콜리메이팅 렌즈(650)는 제1 콜리메이팅 렌즈 지지대(652) 내에 결합될 수 있다. 제1 콜리메이팅 렌즈(650)가 결합된 제1 콜리메이팅 렌즈 지지대(652)는 상기 제2 지지대(641) 내에 결합될 수 있으며, 그에 따라, 집광렌즈(330), 광도파관(350) 및 제1 콜리메이팅 렌즈(650)가 제2 지지대(641) 내에 결합될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면 제2 콜리메이팅 렌즈(660)는 제2 콜리메이팅 렌즈 지지대(662)에 결합될 수 있다. 제2 콜리메이팅 렌즈(660)가 결합된 제2 콜리메이팅 렌즈 지지대(662)는 제3 지지대(643) 내에 결합될 수 있고, 그에 따라, 제2 지지대(641)와 제2 콜리메이팅 렌즈(660)가 결합된 제2 콜리메이팅 렌즈 지지대(662)는 각각 제3 지지대(643) 내에 결합될 수 있다.
제2 지지대(641)는, 예를 들면, 제2 스토퍼(stopper: 657)를 포함할 수 있다. 제2 지지대(641)가 제2 스토퍼(657)를 포함하는 경우, 제2 스토퍼(657)는 제1 콜리메이팅 렌즈(650)가 결합된 제1 콜리메이팅 렌즈 지지대(652)가 제2 지지대(641) 내에 결합될 때, 제1 콜리메이팅 렌즈(650)의 위치를 정해주는 역할을 수행할 수 있다.
제3 지지대(643)는, 예를 들면, 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치를 조정할 수 있는 적어도 하나의 제2 조정 나사(667)를 포함할 수 있다. 제2 조정 나사(667)는, 예를 들어, 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치를 광축(340) 방향을 따라 조정할 수 있다. 제2 조정 나사(667)는, 예를 들어, 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치를 광축(340)을 따라 조정하는 위치 조정 나사일 수 있다. 또한, 제3 지지대(643)는 제2 조정 나사(667)에 의해 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치가 조정된 상태에서 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치를 고정시키는 제2 고정 나사(665)를 포함할 수 있다.
도 6d를 참조하면, 제2 조정 나사(667)를 통해 제2 콜리메이팅 렌즈(660)를 좌/우로 이동시켜 위치를 조정할 수 있고, 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치 조정이 완료된 후 제2 고정 나사(665)를 통해 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치를 고정할 수 있다. 예를 들어, 제2 콜리메이팅 렌즈(660)의 위치를 조정하여 제1 콜리메이팅 렌즈(650)와 제2 콜리메이팅 렌즈(660) 사이의 간격인 D1을 조정할 수 있다.
적어도 2개의 콜리메이팅 렌즈(650,660)를 서로 다른 지지대(즉, 제2 지지대(641) 및 제3 지지대(643))에 결합시키는 경우, 적어도 2개의 콜리메이팅 렌즈(650,660)가 하나의 광축(340) 상에 위치하더라도 각각의 위치를 별개로 조정할 수 있다.
콜리메이팅 렌즈를 결합하는 방법을 살펴보면, 제2 지지대(641)의 제2 스토퍼(657)를 기준으로 하여 양쪽으로 제1 지지대(630), 및 제1 콜리메이팅 렌즈(650)가 결합된 제1 콜리메이팅 렌즈 지지대(652)를 각각 끼워 넣을 수 있다. 예를 들어, 제2 지지대(641)의 제2 스토퍼(657)의 오른쪽에는 집광렌즈(330) 및 광도파관(350)이 각각 결합된 제1 지지대(630)를 끼워 넣을 수 있고, 제2 지지대(641)의 제2 스토퍼(657)의 왼쪽에는 제1 콜리메이팅 렌즈(650)가 결합된 제1 콜리메이팅 렌즈 지지대(652)를 끼워 넣을 수 있다. 끼워 넣는 방법은, 에폭시를 이용하여 고정시키는 방법일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 제2 지지대(641) 내에 제1 지지대(630) 및 제1 콜리메이팅 렌즈(650)가 결합된 제1 콜리메이팅 렌즈 지지대(652)가 예를 들어 에폭시에 의해 결합 고정된 경우, 제2 지지대(641)의 제2 스토퍼(657)를 제거할 수 있다. 제2 스토퍼(657)를 제거하는 경우, 광도파관(350)과 제1 콜리메이팅 렌즈(650) 사이에 일정 간격(D2)이 생기게 되어, 광도파관(350)의 좌/우 위치를 조정할 수 있다. 광도파관(350)의 위치는, 예를 들어, 제1 지지대(630)의 제1 조정 나사(645)를 통해 조정할 수 있다. 그에 따라, 광도파관(350)과 제1 콜리메이팅 렌즈(650) 사이의 간격(D2)이 조정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 집광렌즈(330), 광도파관(350) 및 적어도 하나의 콜리메이팅 렌즈(650,660)가 제3 지지대(643) 내에 결합된 후, 결합체는 LED 어레이(210,310)가 부착된 제2 구조(420)의 제1 구멍(422)에 결합될 수 있다. 제2 구조(420)는, 예를 들어, 광축(640)과 교차하는 부분에 제1 구멍(422)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 구멍(422)에 집광렌즈(330), 광도파관(350) 및 적어도 하나의 콜리메이팅 렌즈(650,660)가 제3 지지대(643) 내에 결합된 결합체를 끼워 넣을 수 있다. 다양한 실시예에 따른 조명 장치는, 집광렌즈(330)를 오목 거울(510)의 초점 가까이 위치하도록 위치를 조정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 결합체가 제2 구조(420)의 제1 구멍(422)에 결합된 후, 상기 결합체는 제3 구조(430)의 제2 구멍(436)에 결합될 수 있다. 제3 구조(430)에는, 예를 들어, 광축(340)과 교차하는 부분에 제2 구멍(436)이 형성될 수 있으며, 상기 제2 구멍(436)에 상기 결합체를 끼워 넣을 수 있다. 이 단계까지 완료하면 도 3a에 도시된 조명 장치의 조립이 완료된다.
다양한 실시예에 따르면, 조명 장치는 광도파관(350)을 포함하지 않을 수 있다. 광도파관(350)을 포함하지 않는 경우, 도 2에 도시된 콜리메이팅 렌즈(231)에 의해 집광 및 시준된 빛이 바로 콜리메이팅 렌즈(650,660)로 들어갈 수 있다. 도 2에 도시된 조명 장치는 광도파관(350)을 포함하지 않는 조명 장치이다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, LED 어레이의 설치 과정을 도시한 도면이다.
도 7a를 참조하면, LED 어레이(310)를 제2 구조(420)에 고정시킬 수 있다. LED 어레이(310)는, 예를 들어, 플라스틱 PCB 또는 메탈 PCB 위에 복수의 LED를 실장시켜서 구현할 수 있다. 실장시키는 방법은, 예를 들어, 표면 실장 소자(Surface-Mount Device, SMD)형태의 LED를 회로에 연결하여 고정시키는 방법일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제2 구조(420)는 금속판 또는 열전도도가 좋은 세라믹기판으로 이루어질 수 있다. 제2 구조(420)가 금속판 또는 열전도도가 좋은 세라믹기판으로 이루어진 경우, LED에서 발생한 열이 금속판 또는 열전도도가 좋은 세라믹기판으로 잘 전달되어 용이하게 제거될 수 있고, 일정 두께 이상의 금속판 또는 열전도도가 좋은 세라믹기판인 경우 균일한 두께 및 균일한 표면으로 가공하기 용이하며, LED 어레이(310)가 휘거나 구부러지지 않은 상태로 부착될 수 있으므로, 광축(240,340)과 평행한 단일 파장의 광을 만들기 용이해질 수 있으며, 광축(240,340)이 흔들리지 않도록 할 수 있다. LED 어레이(310)는, 예를 들어, 제2 구조(420)에 밀착 고정시켜서 도 2에 도시된 오목 거울(220)과 대향하게 배치할 수 있다.
LED 어레이(310)가 고정된 제2 구조(420)는, 예를 들어, 제4 구조(440)와 결합될 수 있다.
도 7b 내지 7c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, LED 어레이(310)의 배열을 나타낸 도면이다.
LED 어레이(310)는, 예를 들어, 서로 동일한 단일 파장의 빛을 방출하는 LED를 그룹 지어 배열할 수도 있고, 또한 서로 상이한 단일 파장의 빛을 방출하는 LED끼리 그룹지어 배열할 수도 있다. 예를 들어, 도 7b에 도시된 LED 어레이(310)에서는, 각각이 4개의 LED(711,712,713,714)로 구성된 4개의 LED 그룹(G1,G2,G3,G4)이 제2 구조(420) 상에 상하좌우로 배열되어 있으며, 각각의 LED 그룹 내에 포함된 4개의 LED(711,712,713,714)는 각각 서로 다른 제1 내지 제4 단일 파장(λ1,λ2,λ3,λ4)의 빛을 방출하는 LED로 구성되고, 도 7c에 도시된 LED 어레이(310)에서는, 4개의 LED 그룹(G5,G6,G7,G8)을 제2 구조(420) 상에 상하좌우로 배열하되, LED 그룹(G5)은 제1 단일 파장(λ1)의 빛을 방출하는 6개의 LED(711)로 구성되고, LED 그룹(G6)은 제2 단일 파장(λ2)의 빛을 방출하는 6개의 LED(712)로 구성되며, LED 그룹(G7)은 제3 단일 파장(λ3)의 빛을 방출하는 6개의 LED(713)로 구성되고, LED 그룹(G8)은 제4 단일 파장(λ4)의 빛을 방출하는 6개의 LED(714)로 구성되는 것을 도시한 도면이다. 즉, 도 6b 및 도 6c의 도면에서 같은 색이나 같은 문양으로 표시된 LED는 같은 단일 파장의 빛을 방출하는 LED를 의미할 수 있다.
상술한 도 7b 및 도 7c에 도시된 실시예에서, 예를 들어 복수개의 LED가 제1 단일 파장(λ1)의 빛을 각각 방출하는 경우는 하나의 LED가 제1 단일 파장(λ1)의 빛을 방출하는 경우에 비해, 제1 단일 파장(λ1)의 광량이 LED의 개수에 비례하여 증가한다. 이는 제1 단일 파장(λ1)과 상이한 단일 파장(예를 들어, 제2 단일 파장(λ2), 제3 단일 파장(λ3), 및 제4 단일 파장(λ4))의 경우에도 동일하게 적용된다. 또한, 예를 들어, 제1 내지 제 3 단일 파장(λ1,λ2,λ3)이 각각 R, G, B에 대응되고, 복수개의 LED가 제1 내지 제 3 단일 파장(λ1,λ2,λ3)을 동시에 방출하는 경우, 백색광(white light)이 얻어질 수 있다. 이 경우, 사용되는 LED의 수가 증가함에 따라 백색광의 밝기가 증가할 수 있으며, 또한 제1 내지 제 3 단일 파장(λ1,λ2,λ3)의 빛을 방출하는 LED의 수를 상이하게 제어함으로써, 다양한 색의 광을 방출하는 광원을 구현할 수 있다.
도 8a 내지 8b는 히트 싱크 및 냉각 팬의 설치 과정을 도시한 도면이다.
도 8a를 참조하면, 히트 싱크(250)는 제2 구조(420)에 부착될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, LED 어레이가 제2 구조(420)의 일면에 고정된 경우, 히트 싱크(250)는 LED 어레이가 고정된 면의 반대쪽 면에 부착될 수 있다. 이 경우, LED에서 발생한 열이 제2 구조(420)를 통해 히트 싱크(250)로 전달되고, 히트 싱크(250)가 방산한 열은, 냉각 팬(267)에 의해 제2 홈(434)을 통해 조명 장치 외부로 배출될 수 있다. 히트 싱크(250)는, 예를 들어, 열전도율이 뛰어난 에폭시 또는 열전도 패드(thermal pad) 등을 이용하여 제2 구조(420)에 부착될 수 있다.
히트 싱크(250)를 제2 구조(420)에 부착한 후, 제2 구조(420)를 제4 구조(440)에 결합할 수 있다. 결합하는 방법은, 예를 들어, 나사를 이용하여 결합하는 방법일 수 있다. 제2 구조(420)가 제4 구조(440)에 결합한 후, 제3 구조(430)를 제4 구조(440)에 결합할 수 있다. 제3 구조(430)는 냉각 팬(267)이 설치되는 제1 홈(432), 냉각 팬(267)에 의해서 발생한 유체가 빠져나갈 수 있는 제2 홈(434) 및 광도파관(350)이 결합될 수 있는 광축(340) 상의 제2 구멍(436)을 포함할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 제1 구조(410), 제2 구조(420) 및 제4 구조(440)로 이루어진 제1 공간(S1)과, 제2 구조(420) 및 제3 구조(430)로 이루어진 제2 공간(S2)은 서로 분리될 수 있고, 히트 싱크(250)는 LED 어레이(310)로부터 흡수한 열을, 제2 공간(S2)으로 방산할 수 있으며, 방산된 열을 냉각 팬(267)에 의해서 외부로 배출될 수 있다. 이 경우, 제1 공간(S1)은 외부 영향으로부터 차단될 수 있으며, LED 어레이(310)에 의해 발생된 열은 제2 공간(S2)에 형성된 제2 홈(434)을 통해 배출되므로 제1 공간(S1) 내에 위치한 광학 부품들이 열 및 먼지 등에 의해 받는 피해를 효과적으로 줄일 수 있다.
도 8c는 히트 싱크(250)의 평면도이다.
도 8c를 참조하면, 히트 싱크(250)는 복수개의 냉각 핀(812)을 포함할 수 있다. 히트 싱크(250)는, 예를 들어, 냉각 팬(267)에 의해 발생한 유체 흐름을 방해하지 않는 한도 내에서 냉각 핀(812)의 수가 많은 것이 바람직하다. 히트 싱크(250) 및 냉각 팬(267)을 이용하여 LED 어레이(310)를 구성하는 복수의 LED가 생성한 열을 외부로 배출시켜서 LED가 과열되지 않도록 할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 조명 장치는 다양한 용도의 장치가 될 수 있다. 조명 장치는, 예를 들면, 현미경용 조명 장치, 형광현미경용 조명 장치, PDP/LCD/OLED 제조용 조명 장치 열처리용 광원 장치 또는 건조용 광원 장치로 사용될 수 있으며, 전술한 용도 이외에도 조명 장치가 필요한 상황에서 다양하게 사용될 수 있음은 자명하다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면에서 한정하지 않는다.

Claims (12)

  1. 조명 장치에 있어서,
    각각이 단일 파장의 광을 방출하는 LED로 구성되는 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 어레이;
    상기 LED 어레이에 대향하여 배치되며, 상기 적어도 하나의 LED에서 방출되는 적어도 하나의 광을 반사시키는 오목거울;
    상기 오목거울에서 반사된 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 광은 상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준되어 하나의 광축을 따라 진행하고,
    상기 콜리메이팅 렌즈는 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈를 포함하며,
    상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈는 상기 광축 상에 배치되고, 상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈 각각은 상기 광축을 따라 움직여 위치가 조정될 수 있는, 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 각각은 서로 동일한 단일 파장의 광을 방출하거나 또는 서로 상이한 단일 파장의 광을 방출하는 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED 어레이에서 발생한 열을 상기 조명 장치의 외부로 배출하기 위해, 히트 싱크(heat sink) 및 냉각 팬(cooling fan) 중 적어도 하나를 더 포함하는 조명 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오목거울은 상기 광축을 따라 상대적으로 움직여 위치가 조정될 수 있는 조명 장치.
  6. 조명 장치에 있어서,
    각각이 단일 파장의 광을 방출하는 LED로 구성되는 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 어레이;
    상기 LED 어레이에 대향하여 배치되며, 상기 적어도 하나의 LED에서 방출되는 적어도 하나의 광을 반사시키는 오목거울;
    상기 오목거울에서 반사된 상기 적어도 하나의 광을 집광하는 집광렌즈(collecting lens);
    상기 집광렌즈에 의해 집광된 상기 적어도 하나의 광을 가이드하는 광도파관(light guide); 및
    상기 광도파관에서 출력되는 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 광은 상기 광도파관에 의해 가이드된 후 상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준되어 하나의 광축을 따라 진행하고,
    상기 콜리메이팅 렌즈는 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈를 포함하며,
    상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈는 상기 광축 상에 배치되고, 상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈 각각은 상기 광축을 따라 움직여 위치가 조정될 수 있는, 조명 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광도파관은 광섬유 또는 액상 광도파관인 조명 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 LED 어레이에서 발생한 열을 상기 조명 장치의 외부로 배출하기 위해, 히트 싱크(heat sink) 및 냉각 팬(cooling fan) 중 적어도 하나를 더 포함하는 조명 장치.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 집광렌즈와 상기 광도파관은 상기 광축을 따라 움직여 위치가 조정될 수 있는, 조명 장치.
  11. 조명 장치의 조명 방법에 있어서,
    a) LED 어레이 상에 배치되며 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 LED로부터 적어도 하나의 광을 방출시키는 단계;
    b) 상기 LED 어레이에 대향하여 배치되는 오목거울을 이용하여 상기 적어도 하나의 광을 반사시키는 단계; 및
    c) 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 상기 오목거울에 의해 반사된 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 단계를 포함하고,
    상기 조명 방법은
    상기 적어도 하나의 광은 상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준되어 하나의 광축을 따라 진행하고,
    상기 콜리메이팅 렌즈는 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈를 포함하며,
    상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈는 상기 광축 상에 배치되고, 상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈 각각은 상기 광축을 따라 움직여 위치가 조정될 수 있는, 조명 방법.
  12. 조명 장치의 조명 방법에 있어서,
    a) LED 어레이 상에 배치되며 각각이 단일 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 LED로부터 적어도 하나의 광을 방출시키는 단계;
    b) 상기 LED 어레이에 대향하여 배치되는 오목거울을 이용하여 상기 적어도 하나의 광을 반사시키는 단계;
    c) 집광렌즈를 이용하여 상기 오목거울에서 반사된 상기 적어도 하나의 광을 집광하는 단계;
    d) 상기 집광렌즈에 의해 집광된 상기 적어도 하나의 광을 광도파관을 따라 가이드하는 단계; 및
    e) 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 상기 광도파관에서 출력되는 상기 적어도 하나의 광을 시준하는 단계를 포함하고,
    상기 콜리메이팅 렌즈에 의해 시준된 상기 적어도 하나의 광은 하나의 광축을 따라 진행하며,
    상기 콜리메이팅 렌즈는 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈를 포함하고,
    상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈는 상기 광축 상에 배치되고, 상기 2개 이상의 콜리메이팅 렌즈 각각은 상기 광축을 따라 움직여 위치가 조정될 수 있는, 조명 방법.
KR1020180112856A 2018-09-20 2018-09-20 Led를 이용한 조명 장치 KR102085955B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180112856A KR102085955B1 (ko) 2018-09-20 2018-09-20 Led를 이용한 조명 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180112856A KR102085955B1 (ko) 2018-09-20 2018-09-20 Led를 이용한 조명 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102085955B1 true KR102085955B1 (ko) 2020-03-06

Family

ID=69802317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180112856A KR102085955B1 (ko) 2018-09-20 2018-09-20 Led를 이용한 조명 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102085955B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102160059B1 (ko) * 2020-06-19 2020-09-25 주식회사 마이크로시스템즈 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치
KR20220058307A (ko) * 2020-10-30 2022-05-09 김영한 광에너지 전달을 위한 카테터 내관

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002365488A (ja) * 2001-06-04 2002-12-18 Kyoto Denkiki Kk 光源装置
KR20060070159A (ko) * 2004-12-20 2006-06-23 삼성전자주식회사 백라이트 시스템 및 이를 채용한 액정표시장치
JP2016146284A (ja) * 2015-02-09 2016-08-12 ウシオ電機株式会社 照明装置
US9720219B2 (en) 2013-01-15 2017-08-01 Coolled Limited LED illumination
JP2017207354A (ja) * 2016-05-18 2017-11-24 株式会社島津製作所 光源装置
KR101821637B1 (ko) 2016-07-19 2018-03-09 한국광기술원 발광 현미경

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002365488A (ja) * 2001-06-04 2002-12-18 Kyoto Denkiki Kk 光源装置
KR20060070159A (ko) * 2004-12-20 2006-06-23 삼성전자주식회사 백라이트 시스템 및 이를 채용한 액정표시장치
US9720219B2 (en) 2013-01-15 2017-08-01 Coolled Limited LED illumination
JP2016146284A (ja) * 2015-02-09 2016-08-12 ウシオ電機株式会社 照明装置
JP2017207354A (ja) * 2016-05-18 2017-11-24 株式会社島津製作所 光源装置
KR101821637B1 (ko) 2016-07-19 2018-03-09 한국광기술원 발광 현미경

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102160059B1 (ko) * 2020-06-19 2020-09-25 주식회사 마이크로시스템즈 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치
KR20220058307A (ko) * 2020-10-30 2022-05-09 김영한 광에너지 전달을 위한 카테터 내관
KR102572940B1 (ko) 2020-10-30 2023-09-01 김영한 광에너지 전달을 위한 카테터 내관

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10288255B2 (en) Lens array, vehicle-lamp lens group using lens array, and vehicle-lamp assembly using vehicle-lamp lens group
JP5869027B2 (ja) 発光ダイオード光エンジン
US8403527B2 (en) Light emitting diode projector
EP3343092B1 (en) A lighting device, corresponding lamp and method
KR20110118815A (ko) 발광 다이오드 조명 장치
JP2013130835A (ja) ホモジナイザ、ホモジナイザ装置および照明装置
US11619365B2 (en) Light source unit, illumination device, processing equipment, and deflection element
US10253941B2 (en) Lighting device, corresponding lamp and method
JP5000266B2 (ja) 発光アレイ及び集光光学部を有する光源
US10775606B2 (en) Light source module, optical device, and method for producing light source module
KR102085955B1 (ko) Led를 이용한 조명 장치
JP5711246B2 (ja) 照明装置
KR102389883B1 (ko) 발광 장치
JP2020095965A (ja) 照明装置
JP7372522B2 (ja) 発光装置
JP6939854B2 (ja) 照明装置
JP2020520541A (ja) 高い放射照度の照明アセンブリ
JP6753244B2 (ja) 照明装置
KR20140036808A (ko) 집광모듈, 엘이디광원장치 및 비전검사장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant