KR200485222Y1 - Led 어레이로부터 광의 각도 확산을 감소시키기 위한 선형 프레스넬 옵틱 - Google Patents

Led 어레이로부터 광의 각도 확산을 감소시키기 위한 선형 프레스넬 옵틱 Download PDF

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Abstract

광원은 실린더형 렌즈, 예를 들어 실린더형 프레스넬 렌즈, 발광 소자들의 선형 어레이로서 실린더형 프레스넬 렌즈와 정렬되고 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 광을 방사하는 선형 어레이를 포함할 수 있고, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈는 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시키고, 선형 어레이는 렌즈 길이에 걸쳐 있다.

Description

LED 어레이로부터 광의 각도 확산을 감소시키기 위한 선형 프레스넬 옵틱{LINEAR FRESNEL OPTIC FOR REDUCING ANGULAR SPREAD OF LIGHT FROM LED ARRAY}
본 출원은 2012년 4월 16일에 출원된 미국 가출원 제61/624,974호에 대해 우선권을 주장하는, 2013년 4월 10일에 출원된 미국 정규출원 제13/860,440호에 대해 우선권을 주장하는 바이며, 양 출원의 전체가 모든 목적들을 위해 본원에 참조로서 통합되어 있다.
수은 아크(arc) 램프들 및 발광 다이오드(LED)들의 어레이(array)를 포함하는 고체 UV 광원들과 같은 자외선 광원들은 이미지화(imaging), 프린팅(printing) 및 전기통신 산업들에서 코팅들, 잉크들 및 접착제들에서의 경화에 흔히 사용된다. LED 기술은 종래의 수은 아크 램프들을 대체하고 있는데, 그 이유는 LED들이 무엇보다도, 더 에너지 효율적이고, 더 오래 지속되고, 더 낮은 동작 온도들을 가지고, 사용하는 데 더 안전하며 더 환경 친화적이고, 더 조밀하게 제작될 수 있기 때문이다.
LED들 및 다른 유형들의 광원들은 램버시안(Lambertian) 또는 근-램버시안(near-Lambertian) 방사 패턴을 나타내는 것으로 특징될 수 있다. 따라서, UV 경화에 있어서의 하나의 난제는 전체 목표 물체 또는 면에 걸쳐서 광의 균일한 방사조도(irradiance)를 제공하는 것이다. 특히, 큰 2차원 면들을 경화하는 것은 비용이 많이 들고 둔중한 큰 광원들의 제조를 요구할 수 있거나 필요한 목표면에 걸쳐 방사조도를 제공하기 위하여 다수의 광원들을 결합할 것을 요구할 수 있다. 본원의 고안자는 상기 방법들에서의 잠재적인 문제를 인식하였다. 즉, 방사조도 균일도(irradiance uniformity)는 개별 광원들의 방사 패턴들의 에지(edge)들 가까이에서 그리고 다수의 광원들 사이의 접합점(junction)들에서 불량하다.
상술한 문제를 처리하는 하나의 방법은 실린더형 렌즈(cylindrical lens), 예를 들어 실린더형 프레스넬 렌즈(cylindrical Fresnel lens)를 포함하는 광원, 및 실린더형 프레스넬 렌즈와 정렬되고 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 광을 방사하는 발광 소자들의 선형 어레이를 포함하며, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈는 선형 어레이의 폭방향(widthwise) 축에서 광의 각도 확산을 감소시키고, 선형 어레이는 렌즈 길이에 걸쳐 있다. 더욱이, 광원은 하우징(housing)을 포함할 수 있으며, 여기서 하우징의 전방 평면(front plane)에는 윈도우(window)가 장착될 수 있고, 윈도우 길이는 전방 평면 길이에 걸쳐 있고, 선형 어레이의 처음 및 마지막 발광 소자들은 윈도우의 폭방향 에지들에 인접하게 위치되고, 폭방향 에지들에서 윈도우 측벽들은 하우징 측벽들과 동일 높이로 정렬된다. 이 방식에서, 광원의 방사 패턴 균일도는 개별 광원에 대해 및 다수의 광원들에 걸쳐 종래의 광원들에 비해 향상될 수 있다.
상기 요약은 상세한 설명에서 더 기술되는 다양한 개념들을 간소화된 형태로 소개하기 위하여 제공되는 것으로 이해될 것이다. 이는 청구되는 실용신안 대상의 핵심 또는 본질적인 특징들을 식별하는 것으로 의도되지 않으며, 청구되는 실용신안 대상의 범위는 상세한 설명을 따르는 청구항들에 의해 고유하게 규정된다. 더욱이, 청구되는 실용신안 대상은 상술한 또는 본 명세서의 임의의 부분에 있는 임의의 단점들을 해결하도록 구현되는 것으로 제한되지 않는다.
도 1은 근-램버시안(near-Lambertian) 방사 패턴의 하나의 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 규칙적으로 이격되는 발광 소자들의 선형 어레이의 하나의 예에 대한 개략도이다.
도 3은 도 2의 규칙적으로 이격되는 발광 소자들의 선형 어레이에 대한 방사조도 패턴(irradiance pattern)을 도시하는 개략도이다.
도 4는 도 3의 방사조도 패턴의 단면을 도시하는 플롯(plot)이다.
도 5는 에지 가중 간격(edge weighted spacing)을 가지는 발광 소자들의 선형 어레이의 하나의 예에 대한 개략도이다.
도 6은 도 5의 에지 가중된 발광 소자들의 선형 어레이에 대한 방사조도 패턴을 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 6의 방사조도 패턴의 단면을 도시하는 플롯이다.
도 8은 도 4 및 도 7의 방사조도 프로파일(irradiance profile)들의 플롯이다.
도 9는 도 4 및 도 7의 방사조도 프로파일들의 플롯 및 내부 렌즈식 LED(lensed LED)들을 구비하는 에지 가중 선형 어레이의 방사조도 프로파일의 플롯이다.
도 10은 하나의 예시 광원의 정면도이다.
도 11은 나란히 위치되는 도 10의 예시 광원들 중 2개의 부분 정면도이다.
도 12는 도 10의 예시 광원의 부분 측 사시도이다.
도 13은 도 10의 예시 광원의 전방 사시도이다.
도 14는 조명 시스템의 하나의 예를 도시하는 개략도이다.
도 15는 광원을 사용하는 방법에 대한 하나의 예시 흐름도이다.
도 16a 및 도 16c는 예시 실린더형 프레스넬 렌즈들의 사시도이다.
도 16b 및 도 16d는 각각 도 16a 및 도 16c의 예시 실린더형 프레스넬 렌즈들의 단면도이다.
도 17은 실린더형 프레스넬 렌즈들을 가지는 예시 광원의 부분 측 사시도이다.
도 18은 예시 이중 실린더형 프레스넬 렌즈의 단면도이다.
본 설명은 광원, 광원을 사용하는 방법, 및 코팅들, 잉크들, 접착제들 및 다른 경화 가능 워크피스들의 제조 시에 사용하기 위한 조명 시스템에 관한 것이다. 도 1은 LED 발광 소자에 대한 근-램버시안 방사 패턴(emission pattern)의 하나의 예를 도시한다. 도 2는 규칙적으로 이격되는 방식으로 배열되는 발광 소자들의 선형 어레이의 하나의 예에 대한 개략도를 도시한다. 도 3 및 도 4는 도 2에서 규칙적으로 이격되는 발광 소자들의 선형 어레이에 대한 방사조도 패턴의 하나의 예 및 이 방사조도 패턴의 단면 플롯을 도시한다. 도 5는 발광 소자들의 선형 어레이의 하나의 예를 도시하는 개략도를 나타내며, 여기서 발광 소자들은 에지 가중 간격으로 분배된다. 도 6 및 도 7은 도 5에서의 에지 가중된 발광 소자들의 선형 어레이에 대한 방사조도 패턴의 예들 및 이 방사조도 패턴의 단면 플롯을 도시한다. 도 8 및 도 9는 도 4 및 도 7의 예시 방사조도 프로파일을 비교하고 도 4 및 도 7의 예시 방사조도 프로파일 및 내부 렌즈식 LED들을 구비하는 에지 가중 어레이의 방사조도 프로파일을 비교하는 플롯들이다. 도 10은 에지 가중된 발광 소자들의 선형 어레이를 포함하는 예시 광원의 전면도이고, 반면에 도 11은 나란히 배열되는 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이들을 포함하는 2개의 광원들의 부분 정면도의 하나의 예를 도시한다. 도 12 및 도 13은 도 10의 예시 광원의 부분 측 사시도 및 전방 사시도이다. 도 14는 광원에 대한 구성의 하나의 예의 개략도이고, 도 15는 광원을 사용하는 방법에 대한 하나의 예시 흐름도이다. 다중 홈(multi-groove) 및 단일 홈(single-groove) 실린더형 프레스넬 렌즈들의 예시가 도 16a, 16b, 16c 및 16d에 도시되어 있다. 도 17은 단일 홈 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함하는 광원의 예시를 도시한다. 이중 실린더형 프레스넬 렌즈들은 도 18에 도시되어 있다.
이제 도 1로 전환하여, 이 도 1은 LED 형 발광 소자와 같은 근-램버시안 광원에 대한 방사 패턴(100)을 도시한다. 그 방사 패턴은 근-램버시안 광원으로부터 발생하는 광의 각도 확산이 폭이 넓고 흩어져 있음을 도시하며, 광원으로부터의 방사각(emission angle)이 -90°부터 +90°까지 변함에 따라 방사 강도 프로파일(110)이 변하는 것을 예시한다. 따라서, 근-램버시안 광원에 의해 조명되는 면은 광에 의해 균일하게 조사될 수 없다.
도 2는 36mm로 규칙적으로 이격된 10개의 발광 소자들(220)의 선형 어레이(200)의 하나의 예에 대한 간단한 개략도를 도시한다. 규칙적으로 이격된 각각의 발광 소자 사이의 간격(240)이 동일할 수 있음을 의미한다. 발광 소자들은 기판(210), 예를 들어, 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB) 상에 장착될 수 있다.
도 3은 도 2의 규칙적으로 이격된 LED들의 선형 어레이로부터 6mm 떨어져 위치되는 고정 평면에서의 방사조도 패턴의 플롯(300)을 도시한다. 플롯(300)의 방사조도 패턴은 Zemax와 같은 광학 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 생성될 수 있다. 곡선들(310, 320, 330, 340, 350 및 360)은 1.80, 1.65, 1.30, 0.90, 0.40 및 0.20W/㎠의 90° 방사각에 각각 수직으로 지향되는 광원으로부터 6mm 떨어진 면에서 일정한 방사조도의 라인들에 근접한다. 도 3은 폭방향(widthwise) 축 및 길이방향(lengthwise) 축에서 선형의 규칙적으로 이격된 어레이로부터 방사되는 광의 각도 확산을 도시한다. 규칙적으로 이격된 어레이로부터의 방사조도는 강도가 2차원 패턴에 걸쳐 패턴의 중심으로부터 주변 쪽으로 감소하면서 변한다.
도 4는 플롯(300)의 방사조도 패턴의 주 대칭축을 따라 또는 선형 어레이에 대응하는 중심선을 따라 취해지는 그 방사조도 패턴의 단면의 플롯(400)을 도시한다. 방사조도 프로파일(410)은 방사조도가 면의 중심 부분에서는 다소 균일할 수 있으나 에지들 쪽으로 현저하게 감소할 수 있음을 예시한다. UV 경화의 경우, 목표면에 균일한 방사조도를 제공하는 광원은 목표면에 걸쳐 균일한 경화율을 제공할 수 있다. 균일한 경화율을 달성하기 위해서, 면은 방사조도가 목표면에 걸쳐 최소 임계값 위 및 최대 임계값 아래에 있는 방사 패턴을 제공하는 광원을 사용하여 조사될 수 있다. 예를 들어, 방사조도가 최소 임계값 아래에 있을 때, 경화율은 느리고 목표면의 경화는 달성되지 않을 수 있다. 한편, 방사조도가 최대 임계값 위에 있을 때, 경화가 아주 빨리 진행되어 목표면을 손상시킬 수 있는 과경화(overcuring)가 일어날 수 있다. 일반적으로, 최대 임계값 및 최소 임계값 사이의 차가 작을 때 더 균일한 경화율들이 달성된다. 예를 들어, 균일도를 구하기 위한 메트릭(metric)은 식 (1)을 사용하여 규정될 수 있다:
균일도 = (최대 - 최소)/평균(최대, 최소) (1),
여기서 균일한 경화율들을 제공하는 것에 대응하여 최대는 최대 임계값을 나타내고 최소는 최소 임계 방사조도를 나타낸다. 그 후에 식 (1)은 균일도 및 최대 임계 방사조도를 제공하여 최소 방사조도에 대하여 구해질 수 있다:
최소 = 최대 * (1 - 균일도/2)/(1 + 균일도/2) (2)
예를 들어, 최소 임계 방사조도가 최대 임계 방사조도와 동일한 경우는 완전하게 균일한 방사조도에 대응한다. 추가 예로서, 식 (2)를 사용하여, 20%의 균일도 및 1.83W/㎠의 최대 방사조도에 대해, 최소 방사조도는 1.497W/㎠인 것으로 계산된다. 이 방식에서, 도 2의 LED들의 고르게 이격된 선형 어레이로부터 6mm에 있는 평면의 면에서의 광 출력의 사용 가능한 길이(length)는 도 4로부터 32.3mm인 것으로 결정될 수 있다. 이 사용 가능한 길이는 박스(420) 내에 있는 방사조도 프로파일(410)의 X-좌표 영역의 길이에 대응하고, 여기서 박스(420)는 방사되는 방사조도가 최소 및 최대 임계값들 사이에 있는 X-좌표값들을 나타낸다. 그러므로, 이 계산된 사용 가능한 길이에 대해, 방사조도 균일도는 식 (2)에 따라서 20% 이하일 수 있다.
이제 도 5로 전환해서, 이 도 5는 PCB와 같은 기판(510) 상에서 지지되고 에지 가중 간격을 가지는 10개의 발광 소자들(예를 들어, LED들)의 36mm 선형 어레이(500)의 하나의 예를 도시한다. 선형 어레이는 그 안에서 제 1 간격(540)으로 고르게 분포되는 6개의 LED들(520)을 포함하는 중간부(middle portion)(516) 및 그 안에서 제 2 간격(536)으로 분포되는 2개의 LED들(530)을 각각 포함하는 2개의 단부(end portion)들을 포함할 수 있다. 추가로, 중간부(516) 및 단부들(518) 사이에 제 3 간격(560)이 제공될 수 있다. 중간부(516)에 있는 발광 소자들 사이의 제 1 간격(524)은 단부들(518)에 있는 발광 소자들 사이의 제 2 간격(536)보다 더 클 수 있고, 제 3 간격(560)은 제 1 간격(524)보다 더 작을 수 있으나, 제 2 간격(536)보다 더 클 수 있다. 하나의 예로서, 에지 가중 선형 어레이(500)는 동일한 물리적 치수들로 제작될 수 있고, 동일한 양의 전력을 공급받을 수 있으며, 고르게 이격되는 선형 어레이(200)와 동일한 수 및 유형의 발광 소자들(예를 들어, LED들)을 사용할 수 있다. 즉, 발광 소자들의 선형 어레이들(500 및 200)은 단지 자신들의 발광 소자들의 자체의 간격 분포에서만 상이할 수 있어서, 선형 어레이(200)는 모두 10개의 발광 소자들 사이의 고른 간격을 이용하고 선형 어레이(500)는 상술한 에지 가중 간격을 이용한다.
도 5에 도시되는 에지 가중 간격은 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이의 하나의 예이고, 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이들은 도 2 및 도 5에 도시되는 10개의 LED들보다 더 적거나 더 많은 LED들을 소유할 수 있다. 더욱이, 에지 가중 선형 어레이들의 중간부는 더 많거나 더 적은 수의 LED들을 포함할 수 있고 단부들은 더 적거나 더 많은 수의 LED들을 포함할 수 있다. 더 게다가, 중간부에 있는 발광 소자들 사이의 제 1 간격은 제 1 간격(524)보다 더 크거나 작을 수 있고, 단부들에 있는 발광 소자들 사이의 제 2 간격은 제 2 간격(536)보다 더 크거나 작을 수 있고, 중간부 및 단부들 사이의 제 3 간격은 제 3 간격(560)보다 더 크거나 더 작을 수 있다. 그러나, 에지 가중 간격은 단부들에 있는 발광 소자들 사이의 제 2 간격이 중간부에 있는 발광 소자들 사이의 제 1 간격보다 더 작은 것을 함축한다.
도 6은 도 5에서의 LED들의 에지 가중 선형 어레이로부터 6mm 떨어져 위치되는 고정 평면에서의 방사조도 패턴의 플롯(600)을 도시한다. 플롯(600)의 방사조도 패턴은 Zemax와 같은 광학 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 생성될 수 있다. 곡선들(610, 620, 630, 640, 650, 660 및 670)은 1.80, 1.65, 1.45, 1.30, 0.90, 0.40 및 0.20W/㎠의 90°방사각에 각각 수직으로 지향되는 광원으로부터 6mm 떨어진 면으로의 일정한 방사조도의 라인들에 근접한다. 에지 가중 선형 어레이로부터의 방사조도는 2차원 패턴에 걸쳐서 변하여, 강도가 이 패턴의 중심에서 곡선들(620)에 의해 포함되는 영역들로부터 외측으로 주변부 쪽으로 감소한다.
이제 도 7로 전환해서, 이 도 7은 플롯(600)의 방사조도 패턴의 주 대칭축을 따라 또는 에지 가중 선형 어레이에 대응하는 중심선을 따라 취해지는 이 방사조도 패턴의 단면의 플롯(700)을 도시한다. 방사조도 프로파일(710)은 방사조도가 고르게 이격된 선형 어레이의 방사조도 프로파일(410)에 비해 면의 중심부에서 어느 정도 더 균일할 수 있으나 프로파일의 에지들 쪽으로 또한 현저하게 감소할 수 있음을 예시한다. 20%의 균일도 및 1.83W/㎠의 최대 방사조도에 대해 위와 같이 식 (2)를 사용하면, 최소 방사조도는 1.497W/㎠인 것으로 계산된다. 이 방식에서, 도 5의 LED들의 에지 가중 선형 어레이로부터 6mm에 있는 고정 평면에서 광 출력의 사용 가능한 길이는 도 7로부터 37.8mm인 것으로 결정될 수 있다. 사용 가능한 길이는 박스(720) 내에 있는 방사조도 프로파일(710)의 X-좌표 영역의 길이에 대응하고, 여기서 박스(720)는 방사되는 방사조도가 최소 및 최대 임계값들 사이에 있는 X-좌표 값들을 나타낸다.
이제 도 8로 전환해서, 이 도 8은 각각 고르게 이격되고 에지 가중되는 선형 어레이들의 도 4 및 도 7로부터의 방사조도 프로파일들(810 및 820)을 비교하는 플롯(800)을 도시한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 예를 들어, 도 5의 선형 어레이에서와 같이 에지를 가중한 발광 소자들은 광원으로부터 6mm에 있는 고정 평면에서 각각 1.83W/㎠ 및 1.497W/㎠의 최대 및 최소 임계 방사조도들에 대응하는 20% 균일도의 상태들 하에서 고르게 이격된 선형 어레이에 비해 광 출력의 사용 가능한 길이의 5.5mm의 증가를 제공할 수 있다. 최소 및 최대 임계 방사조도들 사이의 방사조도의 값들에 대응하는 박스(830)는 방사조도 프로파일(810)에 비해 더 긴 사용 가능 길이 위에서 방사조도 프로파일(820)과 교차한다. 그러므로, 고르게 이격된 선형 어레이 내의 발광 소자들을 에지 가중 선형 어레이로 재분포시킴으로써, 선형 어레이의 치수들(예를 들어, 전체 길이) 및 광원에 공급되는 전력을 유지하면서도 광원의 균일도가 증가될 수 있다.
상이한 강도의 LED들을 사용함으로써 방사조도 프로파일에 대한 추가 개선이 행해진다. 예를 들어, 선형 어레이의 중간부(예를 들어, 도 5에서의 중간부(516))에서는 보다 고강도의 LED들이 사용될 수 있고, 반면에 단부들에서는 보다 저강도의 LED들이 사용될 수 있다. 개별 발광 소자들로부터의 광의 강도를 증가시키거나 감소시키는 것은 상이한 빈(bin)들로부터의 LED들을 사용하여 달성될 수 있고, 여기서 상이한 빈들로부터의 LED들은 렌즈들과 같은 광학 소자들을 사용하여 개별 발광 소자들로부터 조사되는 광을 굴절, 반사 및/또는 회절시켜서, 상이한 강도들을 가지는 광을 방사한다. 예를 들어, 광학 소자들은 광을 시준시키고 상기 소자들로부터의 광의 방사조도를 증가시키기 위하여 선형 어레이의 중간부에 있는 발광 소자들과 결합될 수 있다. 다른 예로서, 산광기(diffuser)는 상기 소자들로부터 조사되는 광의 방사조도를 낮추기 위해 선형 어레이의 단부들에 있는 발광 소자들에 결합될 수 있다. 더욱이, 광학 소자들의 결합체들은 개별 발광 소자들로부터 조사되는 광의 강도를 높이거나 낮추기 위해 중간 및/또는 단부들에 있는 발광 소자들에 결합될 수 있다. 상술한 방식들에서, 발광 소자들의 선형 어레이들의 에지 가중은 따라서 이전에 기술되고 도 5에서 도시되는 에지 가중 간격 외에도 렌즈화(lenging)하는 것을 통해, 차동 전력을 인가하여, 그리고 상이한 강도의 LED들을 가지는 어레이를 구성하는 것에 의해 달성될 수 있다.
이제 도 9로 전환해서, 이 도 9는 각각 고르게 이격되고 에지 가중된 선형 어레이들의 도 4 및 도 7로부터의 방사조도 프로파일들(810 및 820)을 비교하는 플롯(900)을 도시한다. 게다가, 자체의 방사조도가 20% 증가하도록 네 개의 정중앙의 LED 소자들이 렌즈화되는 것을 특징으로 어레이(500)와 유사한 LED들의 에지 가중 선형 어레이의 방사조도 프로파일(940)이 플롯팅된다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 광학 렌즈 소자들을 정중앙의 LED 소자들에 결합하는 것은, 추가 전력을 공급하지 않거나 선형 어레이 광원의 길이를 증가시키지 않고 발광 소자들의 선형 어레이의 균일도를 더욱 향상시킨다.
도 10은 하우징(1010) 내에 포함되는 27개의 발광 소자들(예를 들어, LED들)의 에지 가중 선형 어레이를 포함하는 광원(1000)의 정면도이다. 광원(1000)은 하우징(1010)의 전방 평면에 있는 전방 커버(front cover)(1016), 윈도우(1020) 및 전방 커버를 하우징(1010)에 고정하기 위한 복수의 체결부재들(fasteners)(1030)을 더 포함한다. 하우징(1010) 및 전방 커버(1016)는 금속, 금속 합금, 플라스틱 또는 다른 재료와 같은 경질(rigid) 재료로 제조될 수 있다. 발광 소자들은 PCB와 같은 기판(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있고, 기판의 전면(front surface)은 반사 코팅 또는 면을 가짐으로써, 발광 소자들로부터 기판 전면 상으로 조사되는 광이 윈도우 쪽으로 반사될 수 있도록 한다.
윈도우(1020)는 가시광선 및/또는 UV 광과 같은 광에 투명할 수 있다. 윈도우(1020)는 그러므로 글래스, 플라스틱 또는 다른 투명 재료로부터 구성될 수 있다. 윈도우(1020)는 전방 커버의 폭방향의 크기에 관하여 대략 중앙에 위치될 수 있고, 윈도우(1020)의 길이는 전방 평면(front plane)의 길이 및 하우징(1010)의 전방 커버(1016)에 걸쳐 있을 수 있다. 더욱이, 윈도우(1020)는 자체의 정면(front face)(도 12에서의 1028)이 하우징(1010)의 전방 커버와 동일 높이가 되도록, 그리고 윈도우 측벽들(도 12에서의 1086)이 하우징 측벽들(도 13에서의 1018) 및 전방 커버 측벽들(도시되지 않음)과 동일 높이가 되도록 장착될 수 있다. 즉, 윈도우 측벽들, 하우징 측벽들 및 전방 커버 측벽들을 동일한 평면에 정렬된다. 윈도우(1020)는 하우징 내에 포함되는 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이에 대한 투명 커버 역할을 할 수 있고, 여기서 선형 어레이로부터 조사되는 광은 윈도우(1020)를 통해 예를 들어, 경화 반응이 추진될 수 있는 목표면에 전달된다.
발광 소자들의 선형 어레이는 윈도우의 길이방향 및 폭방향 치수들에 관하여 윈도우(1020) 아래에서 리세스(recess)되거나 윈도우(1020) 아래에서 대략 중앙에 위치될 수 있다. 발광 소자들의 선형 어레이를 윈도우(1020) 아래에서 중앙에 배치하는 것은 윈도우와 전방 커버가 만나는 윈도우의 길이방향 에지들에 의해서 조사되는 광이 차단되는 것을 방지하는 데 도움을 줄 수 있다.
에지 가중 선형 어레이는 2개의 단부들(1062) 사이에 중간부(1052)를 포함한다. 중간부(1052)는 제 1 간격(1054)으로 분포되는 21개의 고르게 이격되는 발광 소자들(1050)을 포함하고, 반면에 단부들(1062)은 각각 2개의 발광 소자들(1060)을 제 2 간격(1064)으로 포함한다.
더욱이, 광원(1000)은 단부들(1062) 및 중간부(1052) 사이에 제 3 간격(1068)을 포함할 수 있고, 여기서 제 3 간격(1068)은 제 1 간격(1054)보다 더 작고 제 2 간격(1064)보다 더 크다. 더 게다가, 광원(1000)은 단부들(1062) 및 중간부들(1052) 사이에 제 4 간격(1074)을 포함할 수 있다.
도 10에 도시되는 에지 가중 간격은 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이의 하나의 예이고 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이들은 도 10에 도시되는 27개의 LED들보다 더 적거나 더 많은 LED들을 소유할 수 있다. 더욱이, 에지 가중 선형 어레이들의 중간부는 더 많거나 더 적은 수의 LED들을 포함할 수 있고 단부들은 더 적거나 더 많은 수의 LED들을 포함할 수 있다. 더 게다가, 중간부에 있는 발광 소자들의 사이의 제 1 간격은 제 1 간격(1054)보다 더 크거나 더 작을 수 있고, 단부들에 있는 발광 소자들 사이의 제 2 간격은 제 2 간격(1064)보다 더 크거나 더 작을 수 있고, 중간 및 단부들 사이의 제 3 간격은 제 3 간격(1068)보다 더 크거나 더 작을 수 있다. 그러나, 에지 가중 간격은 단부들에 있는 발광 소자들 사이의 제 2 간격이 중간부에 있는 발광 소자들 사이의 제 1 간격보다 더 작다는 것을 함축한다.
에지 가중 선형 어레이에서의 처음 및 마지막 발광 소자들은 윈도우(1020)의 윈도우 측벽들(1086)에 직접적으로 인접하게 위치될 수 있다. 이 방식에서, 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이는 하우징(1010)의 전방 커버(1016) 및 윈도우(1020)의 길이에 걸쳐 있을 수 있다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 윈도우 측벽들(1086)은 선형 어레이의 처음 또는 마지막 발광 소자로부터 대응하는 윈도우 측벽의 외면까지의 거리가 중간부의 발광 소자들 사이의 제 1 간격의 절반 이하일 수 있는 두께를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 윈도우 측벽들 및 선형 어레이에서의 처음 및 마지막 발광 소자들 사이에 갭(gap)(1082)이 존재할 수 있다. 갭(1082)은 광원들의 조립 및 공차 누적(tolerance stackup)을 가능하게 할 수 있다.
광원(1000)은 발광 소자들의 선형 어레이와 윈도우 사이에 위치되는 결합 옵틱스(coupling optics) 또는 렌즈식 소자(lensing element)들(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 결합 옵틱스는 선형 어레이로부터 조사되는 광을 적어도 반사, 굴절, 시준 및/또는 회절시키는 역할을 할 수 있다. 결합 옵틱스는 또한 윈도우(1020)와 통합될 수 있다. 예를 들어, 산광기 또는 회절 층은 선형 어레이와 대면하는 윈도우(1020)의 후면 상에 식각(etching)되거나 라미레이팅(laminating)될 수 있다. 더 게다가, 결합 옵틱스는 또한 목표면에 대면하는 윈도우(1020)의 전면 내에 통합될 수 있다. 일부 예들에서, 결합 옵틱스는 실린더형 렌즈, 예를 들어 실린더형 프레스넬 렌즈(도 17 참조)를 더 포함할 수 있으며, 여기서 발광 소자들의 선형 어레이는 실린더형 렌즈와 정렬되고 실린더형 렌즈를 통해 광을 방사할 수 있다. 이 방식에서, 실린더형 렌즈는 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시킬 수 있고, 그에 의해 폭방향 축에 걸쳐 방사되는 광의 균일도를 향상시킬 수 있다. 일부 예들에서 실린더형 렌즈는 실린더형 프레스넬 렌즈일 수 있다. 따라서, 폭방향 축(예를 들어, 도 5에서 축(580) 및 도 6에서 축(680))에서 방사되는 광의 균일도는 윈도우를 통해 광을 방사하는 발광 소자들의 선형 어레이들에 대하여 도 4 및 도 6에 도시된 방사조도 패턴들에 비해, 폭방향 축에서 방사되는 광의 균일도에 비해 향상될 수 있다. 더 게다가, 결합 옵틱스는 이중 실린더형 프레스넬 렌즈(도 18 참조)를 더 포함할 수 있으며, 여기서 2개의 실린더형 프레스넬 렌즈들은 차곡히 오버레이(overlay)되어, 폭방향 축에서 광의 각도 확산를 감소시키기 위한 향상된 시준력 및 초점력이 단일 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함하는 결합 옵틱스에 비해 더 큰 규모로 달성되도록 한다.
이제 도 11로 전환해서, 이 도 11은 나란히 배열되는 두 광원들(1110, 1120)의 부분 전면도를 도시한다. 광원들(1110 및 1120)은 각각 광원(1000)과 동일할 수 있다. 그러므로, 광원들(1110, 1120)은 각각 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 선형 어레이는 중간부에서 제 1 간격(1054)으로 분포되는 발광 소자들(1050)을, 그리고 단부들에서 제 2 간격(1064)으로 분포되는 발광 소자들(1060)을 포함한다. 더욱이, 광원들(1110 및 1120)은 중간부 및 단부들의 발광 소자들(1050, 1060) 사이에 각각 제 3 간격(1068) 및 제 4 간격(1074)을 포함한다. 제 3 간격(1068)은 제 2 간격(1064)보다 더 크고 제 1 간격(1054)보다 더 작을 수 있다. 상술한 바와 같이, 에지를 가중한 발광 소자들의 선형 어레이는 각각의 광원으로부터의 광 출력의 사용 가능한 길이를 증가시킨다.
더욱이, 광원들(1120 및 1110)의 단부들에 있는 처음 및 마지막 발광 소자들은 각각 윈도우 측벽들(1086)에 인접하게 위치되고, 여기서 윈도우 측벽들(1086)은 각각의 광원 하우징의 전방 평면의 길이에 걸쳐 있다. 선형 어레이들에서의 처음 및 마지막 발광 소자들을 윈도우 측벽들(1086)에 인접하게 위치시키는 것은 광원들(1120 및 1110)이 윈도우의 전체 길이에 걸쳐 광을 조사하는 것을 가능하게 할 수 있다. 선형 어레이들에 있는 처음 및 마지막 발광 소자들을 윈도우 측벽들(1086)에 인접하게 위치시키는 것은 윈도우 측벽들과 처음 및 마지막 발광 소자들 사이에 각각 작은 갭(1082)이 존재할 수 있게 처음 및 마지막 발광 소자들을 위치시키는 것을 포함할 수 있다.
더 게다가, 윈도우 측벽들(1086)은 광원들(1120 및 1110)의 하우징들의 측벽들과 높이가 같고, 이 윈도우 및 하우징 측벽들은 하우징의 전방 평면으로부터 후방으로 수직하게 연장된다. 윈도우 측벽들을 하우징 측벽들과 높이가 같도록 정렬시키는 것은 나란히 배열되는 다수의 광원들 사이의 간격을 감소시킬 수 있고 이 광원들에 걸쳐 조사되는 광의 연속성을 유지할 수 있다.
이 방식에서, 나란히 위치될 때 광원(1120)의 선형 어레이의 마지막 발광 소자들로부터 광원(1110)의 처음 발광 소자까지의 총 거리는 중간부 발광 소자들 사이의 제 1 간격과 동일하거나 더 작을 수 있다. 따라서, 단일 광원의 경우, 선형 어레이의 마지막 발광 소자로부터 그와 대응하는 윈도우 측벽의 외면까지의 거리는 중간부 발광 소자들 사이의 제 1 간격의 절반 이하일 수 있다. 그러므로, 나란히 배열되는 광원들(1120 및 1110)로부터 조사되는 광은 나란히 배열되는 종래의 광원들로부터 조사되는 광에 비해 더 균일할 수 있다.
도 12는 전방 커버(1016), 윈도우(1020), 체결부재들(1030) 및 발광 소자들의 선형 어레이(1090)를 포함하는, 도 10의 광원(1000)의 부분 측면 사시도를 도시한다. 윈도우(1020)는 정면(1028) 및 윈도우 측벽들(1086)을 포함한다. 윈도우 정면(1028) 및 윈도우 측벽들(1086) 이 둘 모두는 투명하다. 따라서, 윈도우 측벽들(1086)에 인접한 및 그 가까이에 있는 단부 발광 소자들로부터 조사되는 광의 일부는 윈도우 측벽들(1086)을 통하여 조사될 수 있다. 광원들의 윈도우 측벽들(1086)을 통한 광의 조사는 이로 인해 나란히 인접하게 배열되는 다수의 광원들에 걸쳐 조사되는 광에서의 비균일도를 나란히 배열되는 종래의 광원들에 비해 감소시킬 수 있다. 광원들이 동일 높이의 배열에서 나란히 배치되어서 나란한 광원들 사이의 갭이 감소될 수 있도록 윈도우 측벽들(1086)은 전방 커버(1016)의 측들 및 하우징 측벽들(1018)과 높이가 같다. 이를 위해, 하우징 측벽들(1018)에 장착되는 체결부재들(1030)은 또한 완전히 고정될 때 하우징 측벽들(1018)의 평면으로부터 리세스(recess)될 수 있다. 상술한 바와 같이, 윈도우 측벽들을 하우징 측벽들과 높이가 같도록 정렬하는 것은 나란히 배열되는 다수의 광원들 사이의 간격들을 감소시킬 수 있고 이 광원들에 걸쳐 조사되는 광의 연속성을 유지할 수 있다.
이제 도 13으로 전환해서, 이 도 13은 도 10의 예시 광원(1000)의 사시도를 도시한다. 광원은 발광 소자들의 선형 어레이를 포함하는 하우징(1010), 하우징(1010)의 전방 평면에 있는 윈도우 및 전방 커버(1016), 측벽들(1018) 및 체결부재들(1030)을 포함한다. 도시되는 바와 같이, 광원(1000)은 정사각형이거나 둥근 직사각형의 박스로서 형성되는 하우징(1010)을 가질 수 있다. 측벽들이 하우징의 전방 평면으로부터 후방으로 수직하게 연장되고 광원들이 나란히 있을 때 동일 높이로 위치될 수 있는 다른 하우징 형상들이 사용될 수 있다.
이제 도 16a 및 도 16b로 전환해서, 이 도 16a 및 도 16b는 다중 홈 실린더형 프레스넬 렌즈(1600)의 하나의 예의 사시도 및 단면도를 도시한다. 도 16a 및 도 16b에서 다중 홈 실린더형 프레스넬 렌즈는 16개의 홈들(1620)을 가지지만, 다른 예들에서 다중 홈 실린더형 프레스넬 렌즈는 그보다 더 적거나 더 많은 홈들을 가질 수 있다. 일 예로서, 다중 홈 실린더형 프레스넬 렌즈는 50개의 홈들을 포함할 수 있다. 추가 예로서, 실린더형 프레스넬 렌즈는 도 16c 및 도 16d의 사시도 및 단면도에 도시된 바와 같이, 단일 홈(1650)(예를 들어, 단일 프리즘)을 가지는 단일 홈 실린더형 프레스넬 렌즈(1602)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 실린더형 프레스넬 렌즈에서 홈들의 수가 증가함에 따라 렌즈의 두께는 감소할 수 있다. 일부 예들에서, 선형 실린더형 프레스넬 렌즈들은 글래스 몰딩(glass molding) 공정에 의해 글래스로부터, 또는 광학적으로 투명한 플라스틱으로부터 제조될 수 있다. 플라스틱에 비해 글래스 렌즈들은 더 높은 열 부하들에서 또는 120°C 이상 더 높은 온도에서 크기적으로 열 안정성이 더 클 수 있다. 그러나, 다수의 홈들을 포함하는 글래스 실린더형 프레스넬 렌즈들은 플라스틱 실린더형 프레스넬 렌즈들에 비해 정확하게 제조하는 것이 더 어려울 수 있는데, 이는 글래스 몰딩에 의해서는 미세하고 예리한 에지들 및 포인트(point)들을 정확하게 달성하는 것이 어려울 수 있기 때문이다. 예를 들어, 글래스 몰딩된 렌즈들은 둥근 에지들을 가지는 경향이 있을 수 있으며, 다수의 홈들을 가지는 렌즈들에 미세한 피치(pitch)의 다수 홈들을 달성하는 것이 더 어려울 수 있다. 플라스틱을 사용하여 프레스넬 렌즈들을 제조하는 것은 다수의 홈들을 가지는 프레스넬 렌즈들에 대해 더 예리한 프리즘 리지(ridge)들 및 더 미세한 프리즘 피치 면들을 달성할 수 있도록 할 수 있다.
폭방향 축(1604)에서 방사되는 광의 각도 확산을 시준 및 감소시키기 위하여, 하나 이상의 실린더형 프레스넬 홈들은 광원의 길이방향 축(1608)과 평행하게 지향될 수 있다. 더욱이, 실린더형 프레스넬 렌즈는 홈-인(groove-in) 방향으로 지향될 수 있고, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈의 홈형성 면(grooved surface)(1630)은 광원 쪽으로 대면하고 평면 렌즈 면(1640)은 광원으로부터 떨어져 대면하며, 또는 실린더형 프레스넬 렌즈는 홈-아웃(groove-out) 방향으로 지향될 수 있고, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈의 홈형성 면(1630)은 광원으로부터 떨어져 대면하고, 평면 렌즈 면(1640)은 광원 쪽으로 대면한다. 실린더형 프레스넬 렌즈의 홈-인 및 홈-아웃 방향은 실린더형 프레스넬 렌즈를 통한 광의 전송 효율에 영향을 줄 수 있다. 도 16a, 16b, 16c, 16d에 도시된 실린더형 프레스넬 렌즈들의 홈들의 기하학적 구조 및 형상들은 설명의 목적을 위한 것이며, 축적대로 도시되지 않을 수 있다. 실린더형 프레스넬 렌즈는 투명한 길이방향 에지들(1610)을 더 포함할 수 있다. 일 예로서, 실린더형 프레스넬 렌즈는 길이방향 에지들(1610)에 있는 광원에 장착할 수 있다.
이제 도 18로 전환해서, 도 18은 이중 실린더형 프레스넬 렌즈(1800)의 예시 단면도를 도시하며, 여기서 2개의 실린더형 프레스넬 렌즈들(1820 및 1840)은 차곡히 오버레이되어 있다. 도 18에서, 2개의 실린더형 프레스넬 렌즈들(1820 및 1840) 각각은 동일하고, 동일한 수와 형상의 홈들을 가지지만, 다른 예시적인 이중 실린더형 프레스넬 렌즈들에서 상기 렌즈들(1820 및 1840) 각각의 홈들의 수와 형상들은 다를 수도 있다. 더욱이, 도 18에서 2개의 실린더형 프레스넬 렌즈들 각각은 홈-인 방향으로 지향되고, 여기서 입사광(1850)은 홈형성 면들(1842 및 1822)로 들어와서, 실린더형 프레스넬 렌즈들(1840 및 1820)의 평면들(1844 및 1824)로 각각 나간다. 다른 예시적인 이중 실린더형 프레스넬 렌즈 구성들에서, 하나의 프레스넬 렌즈 또는 양 프레스넬 렌즈들의 방향은 입사광(1850)에 대하여 홈-아웃 방향으로 지향될 수 있다. 이 방식에서, 이중 실린더형 프레스넬 렌즈는 이중 실린더형 프레스넬 렌즈 구성으로부터 향상된 시준력 및 초점력을 달성할 수 있고, 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 단일의 실린더형 프레스넬 렌즈에 비해 훨씬 더 감소 및 시준시킬 수 있다. 추가적인 예로서, 2개 이상의 실린더형 프레스넬 렌즈들이 단일의 실린더형 프레스넬 렌즈들에 비해 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 훨씬 더 감소 및 시준시키기 위한 향상된 시준력 및 초점력을 달성하기 위해 스택(stack)되거나 오버레이될 수 있다.
이제 도 17로 전환해서, 도 17은 또 다른 예시 광원(1700)의 부분 측 사시도를 도시한다. 광원(1700)은 상술한 광원(1000, 1110 및 1120)과 유사할 수 있고, 결합 옵틱스를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(1700)의 결합 옵틱스는 실린더형 렌즈, 예를 들어 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)를 포함할 수 있다. 광원들(1000, 1110 및 1120)과 유사하게, 도 17은 또한 전방 커버(1016), 체결부재들(1030), 하우징 측벽들(1018) 및 발광 소자들의 선형 어레이(1090)를 포함하는 광원(1700)을 도시한다. 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)는 단일 홈 또는 다중 홈 실린더형 프레스넬 렌즈(예를 들어, 실린더형 프레스넬 렌즈들(16c 및 16a) 각각)를 포함할 수 있으며, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)는 홈형성 면(1724)에 하나 이상의 홈들(1722)을 포함할 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)는 홈-인 방향을 가질 수 있으며, 여기서 홈형성 면(1724)은 발광 소자들(1090) 쪽으로 대면할 수 있고, 평면(1728)은 발광 소자들(1090)로부터 떨어져 대면할 수 있다. 교대로, 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)는 홈-아웃 방향을 가질 수 있고, 여기서 홈형성 면(1724)은 발광 소자들(1090)로부터 떨어져 대면할 수 있고, 실린더형 프레스넬 렌즈의 평면(1728)은 발광 소자들(1090) 쪽으로 대면할 수 있다. 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)는 또한 이중의 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함할 수 있다. 실린더형 프레스넬 렌즈의 평면(1728) 및 측벽들(1786)은 모두 투명하다. 따라서, 렌즈 측벽들(1786)에 인접한 및 그 가까이에 있는 단부 발광 소자들로부터 조사되는 광의 일부는 렌즈 측벽들(1786)을 통하여 조사될 수 있다. 광원들의 렌즈 측벽들(1786)을 통한 광의 조사는 이로 인해 나란히 인접하게 배열되는 다수의 광원들에 걸쳐 조사되는 광에서의 비균일도를 나란히 배열되는 종래의 광원들에 비해 감소시킬 수 있다. 광원들이 동일 높이의 배열에서 나란히 배치되어서 나란한 광원들 사이의 갭이 감소될 수 있도록 렌즈 측벽들(1786)은 전방 커버(1016)의 측들 및 하우징 측벽들(1018)과 높이가 같을 수 있다. 이를 위해, 하우징 측벽들(1018)에 장착되는 체결부재들(1030)은 또한 완전히 고정될 때 하우징 측벽들(1018)의 평면으로부터 리세스될 수 있다. 상술한 바와 같이, 렌즈 측벽들(1786)을 하우징 측벽들과 높이가 같도록 정렬하는 것은 나란히 배열되는 다수의 광원들 사이의 간격을 감소시킬 수 있고, 이 광원들에 걸쳐 조사되는 광의 연속성을 유지할 수 있다. 더욱이 렌즈 측벽들(1786)은 전방 평면으로부터 후방으로 수직하게 연장할 수 있다. 이 방식에서, 다수의 광원들은 나란히 동일 높이로 정렬될 수 있으며, 여기서 나란한 광원들(예를 들어, 도 11에서 광원들(1120 및 1110) 각각의 배열과 유사)의 단부들에서 처음 및 마지막 발광 소자들은 렌즈 측벽들(1786)에 인접하게 위치되고, 여기서 렌즈 측벽들(1786)은 각 광원 하우징의 전방 평면의 길이에 걸쳐 있다. 선형 어레이들에 있는 처음 및 마지막 발광 소자들을 렌즈 측벽들(1786)에 인접하게 위치시키는 것은 나란한 광원들이 렌즈의 전체 길이에 걸쳐 광을 조사하는 것을 가능하게 할 수 있다. 선형 어레이들에 있는 처음 및 마지막 발광 소자들을 렌즈 측벽들(1786)에 인접하게 위치시키는 것은 윈도우 측벽들과 처음 및 마지막 발광 소자들 사이에 각각 작은 갭(예를 들어, 갭(1082))이 존재할 수 있게 처음 및 마지막 발광 소자들을 위치시키는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 광원(1700)은 하우징의 전방 평면에 장착되어 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)의 정면을 덮는 투명한 윈도우(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있고, 여기서 윈도우의 정면은 하우징의 전방 평면과 대략 동일 높이로 정렬되고, 윈도우 측벽들은 하우징 측벽들(1018)과 동일 높이로 정렬된다. 렌즈 측벽들(1786) 및 윈도우 측벽들을 하우징 측벽들과 동일 높이가 되도록 정렬하는 것은 나란히 배열된 다수 광원들 사이의 간격을 감소시킬 수 있고 이 광원들에 걸쳐 조사되는 광의 연속성을 유지할 수 있다.
더욱이, 발광 소자들(1090)의 선형 어레이는 광원들(1000, 1110 및 1120)에 대해 상술한 바와 같이 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이를 포함할 수 있다. 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이들 및 그로부터 방사되는 광 조사 패턴들은 도 5 내지 도 9에 도시되어 있다. 따라서, 선형 어레이는 중간부에서 제 1 간격을 가지고 분포되는 발광 소자들을 포함할 수 있고, 단부들에서 제 2 간격을 가지고 분포되는 발광 소자들을 포함할 수 있다. 더욱이, 선형 어레이는 중간부 및 단부들 각각의 발광 소자들 사이에 제 3 간격 및 제 4 간격을 포함할 수 있다. 제 3 간격은 제 2 간격보다 더 크고 제 1 간격보다 더 작을 수 있다. 상술한 바와 같이, 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이는 길이방향에서 방사되는 광의 균일도를 향상시킬 수 있고, 이에 의해 선형 어레이의 크기들(예를 들어, 전체 길이) 및 광원에 공급되는 전력을 유지하면서 각각의 광원으로부터의 광 출력의 사용 가능한 길이를 고르게 이격된 선형 어레이에 비해 증가시킬 수 있다. 더욱이, 실린더형 프레스넬 렌즈(1720)는 폭방향 축에서 방사되는 광의 균일도를 향상시킬 수 있고, 이에 의해 선형 어레이의 크기들(예를 들어, 전체 폭) 및 광원에 공급되는 전력을 유지하면서 각각의 광원으로부터의 광 출력의 사용 가능한 길이를 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 방사하는 광을 포함할 수 없는 종래 광원에 비해 증가시킬 수 있다.
이 방식에서, 선형 어레이 광원(1700)의 마지막 발광 소자로부터 나란히 위치된 또 다른 광원(1700)의 처음 발광 소자까지의 총 거리는 중간부 발광 소자들 사이의 처음 간격과 같거나 그보다 작을 수 있다. 따라서, 단일 광원에 있어서, 선형 어레이의 마지막 발광 소자로부터 이와 대응하는 윈도우 측벽의 외부 면까지의 거리는 중간부 발광 소자들 사이의 처음 간격의 반 또는 그보다 작을 수 있다. 그러므로, 나란히 배열된 다수의 광원들(1700)로부터 조사된 광은 나란히 배열된 발광 소자들의 고르게 이격된 선형 어레이들을 가지는 종래 광원들로부터 조사된 광에 비해 더 균일할 수 있다.
이 방식에서, 광원은 실린더형 프레스넬 렌즈, 발광 소자들의 선형 어레이를 포함할 수 있고, 그 선형 어레이는 실린더형 프레스넬 렌즈와 정렬되고 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 광을 방사하며, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈는 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시킨다. 광원은 하우징을 더 포함할 수 있으며, 하우징의 전방 평면에는 윈도우가 장착될 수 있고, 윈도우 길이는 전방 평면의 길이에 걸쳐 있으며, 발광 소자들의 선형 어레이는 하우징 내에 있다. 더욱이, 선형 어레이는 윈도우 길이에 걸쳐 있을 수 있고, 여기서 선형 어레이의 처음 및 마지막 발광 소자들은 윈도우의 폭방향 에지들에 인접하게 위치되고, 폭방향 에지들에서의 윈도우 측벽들은 하우징 측벽들과 동일 높이로 정렬된다. 윈도우는 정면 및 윈도우 측벽들을 포함할 수 있고, 그 정면은 전방 평면과 높이가 동일하고, 윈도우 측벽들은 전방 평면으로부터 후방으로 수직하게 연장된다.
발광 소자들의 선형 어레이는 2개의 단부들 사이에 중간부를 더 포함할 수 있고, 이 선형 어레이는 단지 단일 열(row)의 소자들만을 가진다. 중간부는 중간부 위에서 중간부 전체에 걸쳐 제 1 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있고, 단부들 각각은 단부 위에서 각각의 단부 전체에 걸쳐 제 2 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있다. 제 1 간격은 제 2 간격보다 더 클 수 있다.
발광 소자들의 선형 어레이는 중간부 및 단부들의 각 단부 사이에 제 3 간격을 더 포함할 수 있고, 여기서 제 3 간격은 제 2 간격보다 더 크고 제 1 간격보다 더 작을 수 있다. 중간부에 있는 복수의 발광 소자들은 제 1 방사조도를 가질 수 있고 각각의 단부에 있는 복수의 발광 소자들은 제 2 방사조도를 가질 수 있다. 중간부에 있는 복수의 발광 소자들 각각은 단부들에 있는 복수의 발광 소자들 각각보다 더 고강도의 발광 소자를 가질 수 있고, 제 1 방사조도는 제 2 방사조도보다 더 클 수 있다.
더 게다가, 중간부에 있는 복수의 발광 소자들은 각각 광학 소자들을 포함할 수 있고, 각각의 광학 소자는 자신의 대응하는 발광 소자의 제 1 방사조도를 증가시키고, 여기서 제 1 방사조도는 제 2 방사조도보다 더 크다. 더 게다가, 단부들에 있는 복수의 발광 소자들은 각각 광학 소자들을 포함할 수 있고, 여기서 광학 소자들은 자신의 대응하는 발광 소자의 제 2 방사조도를 감소시키고, 여기서 제 1 방사조도는 제 2 방사조도보다 더 크다.
더 게다가, 중간부에 있는 복수의 발광 소자들에는 제 1 구동 전류가 공급될 수 있고, 단부들에 있는 복수의 발광 소자들에는 제 2 구동 전류가 공급될 수 있고, 여기서 제 1 구동 전류는 제 2 구동 전류보다 더 클 수 있다.
이제 도 14를 참조하면, 이 도 14는 조명 시스템(1400)의 예시 구성에 대한 블록도를 도시한다. 하나의 예에서, 조명 시스템(1400)은 발광 서브시스템(subsystem)(1412), 제어기(1414), 전력원(1416) 및 냉각 서브시스템(1418)을 포함할 수 있다. 발광 서브시스템(1412)은 복수의 반도체 디바이스들(1419)을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 디바이스들(1419)은 예를 들어, LED 디바이스들의 선형 어레이와 같은 발광 소자들의 선형 어레이(1420)일 수 있다. 반도체 디바이스들은 복사 출력(1424)을 제공할 수 있다. 복사 출력(1424)은 조명 시스템(1400)으로부터 고정되는 평면에 위치되는 워크피스(1426)로 지향될 수 있다. 더욱이, 발광 소자들의 선형 어레이는 발광 소자들의 에지 가중 선형 어레이일 수 있고, 여기서 워크피스(1426)에서의 광 출력의 사용 가능한 길이를 증가시키는 데에 하나 이상의 방법들이 사용된다. 예를 들어, 에지 가중 간격, 개별 발광 소자들의 렌즈화(예를 들어, 결합 옵틱스를 제공하는 것), 상이한 강도의 개별 발광 소자들의 제공, 개별 LED들로의 차동 전류의 공급 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
복사 출력(1424)은 결합 옵틱스(1430)를 통해 워크피스(1426)로 지향될 수 있다. 결합 옵틱스(1430)는, 사용될 경우, 다양하게 구현될 수 있다. 하나의 예로서, 결합 옵틱스는 반도체 디바이스들(1419) 및 윈도우(1464) 사이에 개재되는 하나 이상의 층들, 재료들 또는 다른 구조들을 포함하고, 그리고 워크피스(1426)의 면들에 복사 출력(1424)을 제공할 수 있다. 하나의 예로서, 결합 옵틱스(1430)는 수집(collection), 집광(condensing), 시준 또는 이와 달리 복사 출력(1424)의 질 또는 유효량을 향상시키기 위하여 마이크로-렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 결합 옵틱스(1430)는 마이크로-반사기 어레이를 포함할 수 있다. 그와 같은 마이크로-반사기 어레이를 사용할 때, 복사 출력(1424)을 제공하는 각각의 반도체 디바이스는 일-대-일에 기초하여 각각의 마이크로-반사기 내에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 복사 출력(24 및 25)을 제공하는 반도체 디바이스들의 선형 어레이는 다-대-일에 기초하여 매크로-반사기들 내에 배치될 수 있다. 이 방식에서, 결합 옵틱스(1430)는 각각의 반도체 디바이스가 일-대-일에 기초하여 각각의 마이크로-반사기 내에 배치되는 마이크로-반사기 어레이들 및 반도체 디바이스들로부터의 복사 출력(1424)의 양 및/또는 질이 매크로-반사기들에 의해 더 향상되는 매크로-반사기들 모두를 포함할 수 있다.
결합 옵틱스(1430)의 층들, 재료들 또는 다른 구조의 각각은 선택되는 굴절 지수(index of refraction)를 가질 수 있다. 각각의 굴절 지수를 적절하게 선택함으로써, 복사 출력(1424)의 경로 내의 층들, 재료들 또는 다른 구조들 사이의 계면(interface)들에서의 반사가 선택적으로 제어될 수 있다. 하나의 예로서, 선택되는 계면, 예를 들어, 반도체 디바이스들 사이에 배치되는 윈도우(1464) 대 워크피스(1426)의 그와 같은 굴절 지수들의 차들을 제어함으로써, 상기 계면에서의 반사는 워크피스(1426)로의 궁극적인 전달을 위하여 상기 계면에서의 복사 출력의 전파를 향상시키도록 감소되거나 증가될 수 있다. 예를 들어, 결합 옵틱스는 특정한 파장들의 입사 광이 흡수되지만 다른 광은 반사되고 워크피스(1426)의 면에 집중되는 이색성 반사기(dichroic reflector)를 포함할 수 있다.
결합 옵틱스(1430)는 다양한 목적들을 위해 사용될 수 있다. 예시 목적들은 무엇보다도, 반도체 디바이스들(1419)을 보호하고, 냉각 서브시스템(1418)과 연관되는 냉각 유체를 보관하고, 복사 출력(1424)을 수집, 집광 및/또는 시준하는 것을 포함하거나, 다른 목적들을 위해, 단독으로 또는 결합하여 포함한다. 추가 예로서, 조명 시스템(1400)은 특히 워크피스(1426)로 전달되는 바대로, 복사 출력(1424)의 유효 품질, 균일도 또는 양을 향상시키기 위해 결합 옵틱스(1430)를 사용할 수 있다.
추가 예로서, 결합 옵틱스(1430)는 반도체 디바이스들(1419)의 선형 어레이(1420)로부터 방사되는 광을 시준 및/또는 집중시키기 위하여 선형 실린더형 프레스넬 렌즈와 같은 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함할 수 있다. 특히, 실린더형 프레스넬 렌즈는 선형 어레이(1420)와 정렬될 수 있으며, 선형 어레이(1420)로부터 방사되는 광은 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 방사되고, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈는 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시키고, 선형 어레이는 렌즈 길이에 걸쳐있다. 일부 예들에서, 실린더형 프레스넬 렌즈는 도 17에 도시된 윈도우(1020) 대신에 사용될 수 있다.실린더형 프레스넬 렌즈는 단일 홈 렌즈 또는 다중 홈 렌즈일 수 있으며, 단일 실린더형 프레스넬 렌즈에 비해 폭방향 축에서 방사되는 광의 각도 확산을 더 감소시키기 위하여 이중 실린더형 프레스넬 렌즈(도 18 참조)를 또한 포함할 수 있다.
선택된 복수의 반도체 디바이스들(1419)은 데이터를 제어기(1414)에 제공하도록, 결합 일렉트로닉스(coupling electronics)(1422)를 통해 제어기(1414)에 결합될 수 있다. 더 후술되는 바와 같이, 제어기(1414)는 또한 예를 들어, 결합 일렉트로닉스(1422)를 통해, 그와 같은 데이터 제공 반도체 디바이스들을 제어하도록 구현될 수 있다. 제어기(1414)는 전력원(1416) 및 냉각 서브시스템(1418)을 제어하도록 접속될 수 있고 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 워크피스(1426)에 조사되는 광의 사용 가능한 길이를 증가시키기 위하여, 선형 어레이(1420)의 중간부에 분포되어 있는 발광 소자들에 더 큰 구동 전류를 그리고 선형 어레이(1420)의 단부들에 분포되어 있는 발광 소자들에 더 작은 구동 전류를 공급할 수 있다. 게다가, 제어기(1414)는 전력원(1416) 및 냉각 서브시스템(1418)으로부터 데이터를 수신할 수 있다. 하나의 예에서, 워크피스(1426)에서의 하나 이상의 장소들로의 방사조도는 센서들에 의해 검출되고 피드백 제어 방식으로 제어기(1414)에 전달될 수 있다. 추가 예에서, 제어기(1414)는 다른 조명 시스템(도 14에 도시되지 않음)의 제어기와 통신하여 양 조명 시스템들 모두의 제어를 조정할 수 있다. 예를 들어, 다수의 조명 시스템들의 제어기들(1414)은 마스터-슬레이브 캐스케이딩(master-slave cascading) 제어 알고리즘으로 동작할 수 있고, 여기서 제어기들 중 하나의 설정점은 다른 제어기의 출력에 의해 설정된다. 조명 시스템(10)을 다른 조명 시스템과 함께 동작하기 위한 다른 제어 전략들 또한 사용될 수 있다. 다른 예로서, 나란히 배열되는 다수의 조명 시스템들에 대한 제어기들(1414)은 다수의 조명 시스템들에 걸쳐 조사되는 광의 균일도를 증가시키기 위한 방식과 동일한 방식으로 조명 시스템들을 제어할 수 있다.
전력원(1416), 냉각 서브시스템(1418) 및 발광 서브시스템(1412) 외에, 제어기(1414)는 또한 내부 소자(1432) 및 외부 소자(1434)를 제어하도록 접속 및 구현될 수 있다. 도시되는 바와 같은 소자(1432)는 조명 시스템(1410)의 내부에 있고, 반면에 도시되는 바와 같은 소자(1434)는 조명 시스템(1410) 외부에 있으나, 워크피스(1426)와 연관될 수 있고(예를 들어, 처리, 냉각 또는 다른 외부 장비) 또는 다른 방식으로 조명 시스템(1410)이 지원하는 광화학 반응(예를 들어, 경화)과 관련될 수 있다.
제어기(1414)에 의해 전력원(1416), 냉각 서브시스템(1418), 발광 서브시스템(1412) 및/또는 소자들(1432 및 1434) 중 하나 이상으로부터 수신되는 데이터는 다양한 유형들로 이루어질 수 있다. 하나의 예로서 데이터는 결합된 반도체 디바이스들(1419)과 연관되는 하나 이상의 특성들을 나타낼 수 있다. 다른 예로서, 데이터는 데이터를 제공하는 각각의 발광 서브시스템(1412), 전력원(1416), 냉각 서브시스템(1418), 내부 소자(1432) 및 외부 소자(1434)와 연관되는 하나 이상의 특성들을 나타낼 수 있다. 또 다른 예로서, 데이터는 워크피스(1426)와 연관되는 하나 이상의 특성들을 나타낼(예를 들어, 워크피스로 지향되는 복사 출력 에너지 또는 스펙트럼 성분(들)을 나타낼) 수 있다. 더욱이, 데이터는 이 특성들의 어떤 결합을 나타낼 수 있다.
제어기(1414)는 임의의 그와 같은 데이터의 수신 시에, 상기 데이터에 응답하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 임의의 그와 같은 구성요소로부터의 그와 같은 데이터에 응답하여, 제어기(1414)는 전력원(1416), 냉각 서브시스템(1418), 발광 서브시스템(1412)(하나 이상의 그와 같이 결합되는 반도체 디바이스들을 포함한다) 및/또는 소자들(32 및 34) 중 하나 이상을 제어하도록 구현될 수 있다. 하나의 예로서, 광 에너지가 워크피스와 연관되는 하나 이상의 지점들에서 충분하지 않음을 나타내는 발광 서브시스템으로부터의 데이터에 응답하여, 제어기(1414)는 (a) 전력원이 반도체 디바이스들 중 하나 이상에 전력을 공급하는 것을 증가시키거나, (b) 냉각 서브시스템(1418)을 통해 발광 서브시스템의 냉각을 증가시키거나(예를 들어, 특정한 발광 디바이스는 냉각되는 경우 더 큰 복사 출력을 제공한다), (c) 전력이 그와 같은 디바이스들에 공급되는 시간을 증가시키거나, 또는 (d) 위의 것들을 결합하여 구현될 수 있다.
발광 서브시스템(1412)의 개별 반도체 디바이스들(1419)(예를 들어, LED 디바이스들)은 제어기(1414)에 의해 독자적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어기(1414)는 상이한 강도, 파장 등의 광을 방사하기 위해 하나 이상의 개별 LED 디바이스들의 제 2 그룹을 제어하면서도 제 1 강도, 파장 등의 광을 방사하기 위해 하나 이상의 개별 LED 디바이스들의 제 1 그룹을 제어할 수 있다. 하나 이상의 개별 LED 디바이스들의 제 1 그룹은 반도체 디바이스들의 동일한 선형 어레이(1420) 내에 있을 수 있거나 다수의 조명 시스템들(1400)로부터의 반도체 디바이스들(1420)의 하나 이상의 선형 어레이로부터 기원할 수 있다. 반도체 디바이스의 선형 어레이(1420)는 또한 제어기(1414)에 의해 다른 조명 시스템들에 있는 다른 반도체 디바이스들의 선형 어레이들과는 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제 1 선형 어레이의 반도체 디바이스들은 제 1 강도, 파장 등의 광을 방사하도록 제어될 수 있고, 반면에 다른 조명 시스템에서의 제 2 선형 어레이의 반도체 디바이스들은 제 2 강도, 파장 등의 광을 방사하도록 제어될 수 있다.
추가 예로서, 여건들의 제 1 세트 하에서(예를 들어, 특정한 워크피스, 광화학 반응 및/또는 동작 여건들의 세트에 대한), 제어기(1414)는 제 1 제어 전략을 구현하기 위해 조명 시스템(1410)을 동작할 수 있고, 반면에 여건들의 제 2 세트 하에서(예를 들어, 특정한 워크피스, 광화학 반응 및/또는 동작 여건들의 세트에 대한), 제어기(1414)는 제 2 제어 전략을 구현하기 위해 조명 시스템(1410)을 동작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 제어 전략은 제 1 강도, 파장 등의 광을 방사하기 위해 하나 이상의 개별 반도체 디바이스들(예를 들어, LED 디바이스들)의 제 1 그룹을 동작하는 것을 포함할 수 있고, 반면에 제 2 제어 전략은 제 2 강도, 파장 등의 광을 방사하기 위해 하나 이상의 개별 LED 디바이스들의 제 2 그룹을 동작하는 것을 포함할 수 있다. LED 디바이스들의 제 1 그룹은 제 2 그룹과 동일한 LED 디바이스들의 그룹일 수 있고, LED 디바이스들의 하나 이상의 어레이들에 걸쳐 있을 수 있거나 제 2 그룹과 상이한 LED 디바이스들의 그룹일 수 있으나, 상이한 LED들의 그룹은 제 2 그룹으로부터의 하나 이상의 LED 디바이스들의 서브세트를 포함할 수 있다.
냉각 서브시스템(1418)은 발광 서브시스템(1412)의 열적 거동(thermal behavior)을 관리하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각 서브시스템(1418)은 발광 서브시스템(1412), 더 구체적으로, 반도체 디바이스들(1419)의 냉각을 제공할 수 있다. 냉각 서브시스템(1418)은 또한 워크피스(1426) 및 조명 시스템(1410)(예를 들어, 발광 서브시스템(1412)) 사이의 간격 및/또는 워크피스(1426)를 냉각하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각 서브시스템(1418)은 공기 또는 다른 유체(예를 들어, 물) 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템(1418)은 또한 반도체 디바이스들(1419), 또는 이의 선형 어레이(1420)에, 또는 결합 옵틱스(1430)에 부착되는 냉각 핀(fin)들과 같은 냉각 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 서브시스템은 결합 옵틱스(1430)에 걸쳐 냉각 공기를 송풍하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 결합 옵틱스(1430)에는 열 전달을 향상시키기 위해 외부 핀들이 설비된다.
조명 시스템(1410)은 다양한 적용예들에 대해 사용될 수 있다. 예들은 제한 없이, 잉크 프린팅(ink printing)부터 DVD들의 제작 및 리소그래피(lithography)에 이르는 경화 적용예들을 포함한다. 조명 시스템(1410)이 사용될 수 있는 적용예들은 연관되는 동작 파라미터(operating parameter)들을 가질 수 있다. 즉, 적용예는 다음과 같이 연관되는 동작 파라미터들을 가질 수 있다: 하나 이상의 시간 기간들에 걸쳐 하나 이상의 파장들로 가해지는 하나 이상의 레벨들의 복사 전력의 제공. 적용예와 연관되는 광화학 반응을 적절하게 달성하기 위해, 광전력(optical power)은 워크피스(1426)에 또는 그 근처에 하나 또는 복수의 이 파라미터들의 하나 이상의 미리 결정된 레벨들로 또는 그 이상으로 (그리고/또는 특정한 시간, 시간들 또는 시간들의 범위 동안) 전달될 수 있다.
의도되는 적용예의 파라미터들을 따르기 위해, 복사 출력(1424)을 제공하는 반도체 디바이스들(1419)은 적용예의 파라미터들, 예를 들어, 온도, 스펙트럼 분포 및 복사 전력과 연관되는 다양한 특성들에 따라 동작될 수 있다. 동시에, 반도체 디바이스들(1419)은 반도체 디바이스의 제작과 연관될 수 있고, 무엇보다도, 이 디바이스들의 파손을 방지하고/하거나 열화(degradation)를 미연에 방지하기 위해 따를 수 있는 특정한 동작 사양들을 가질 수 있다. 조명 시스템(1410)의 다른 구성요소들은 또한 연관되는 동작 사양들을 가질 수 있다. 이 사양들은 다른 파라미터 사양들 중에서, 동작 온도들 및 인가되는 전력에 대한 범위들(예를 들어, 최대 및 최소)을 포함할 수 있다.
따라서, 조명 시스템(1410)은 적용예의 파라미터들의 모니터링을 지원할 수 있다. 게다가, 조명 시스템(1410)은 반도체 디바이스들(1419)의 각각의 특성들 및 사양들을 포함하는, 상기 반도체 디바이스들(1419)의 모니터링을 제공할 수 있다. 더욱이, 조명 시스템(1410)은 또한 자체의 특성들 및 사양들을 포함하여, 조명 시스템(1410)의 선택되는 다른 구성요소들의 모니터링을 제공할 수 있다.
그와 같은 모니터링을 제공하는 것은 조명 시스템(1410)의 동작이 신뢰성 있게 평가될 수 있도록 시스템의 적절한 동작을 검증할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 조명 시스템(1410)은 적용예의 파라미터들(예를 들어, 온도, 스펙트럼 분포, 복사 전력 등), 그와 같은 파라미터들과 연관되는 임의의 구성요소의 특성들 및/또는 임의의 구성요소의 각각의 동작 사양들 중 하나 이상에 관하여 적절하게 동작할 수 있을 것이다. 모니터링의 제공은 제어기(1414)에 의해 시스템의 구성요소들 중 하나 이상으로부터 수신되는 데이터에 따라 응답하거나 수행될 수 있다.
모니터링은 또한 시스템의 동작의 제어를 지원할 수 있다. 예를 들어, 제어 전략은 제어기(1414)를 통해 구현될 수 있고, 제어기(1414)는 하나 이상의 시스템 구성요소들로부터 데이터를 수신하고 이 데이터에 응답한다. 상술한 바와 같이, 이 제어 전략은 직접적으로(예를 들어, 구성요소의 동작을 고려하는 데이터에 기초하여 상기 구성요소로 지향되는 제어 신호들을 통해 이 구성요소를 제어함으로써) 또는 간접적으로(예를 들어, 다른 구성요소들의 동작을 조정하도록 지향되는 제어 신호들을 통해 구성요소의 동작을 제어함으로써) 구현될 수 있다. 하나의 예로서, 반도체 디바이스의 복사 출력은 발광 서브시스템(1412)에 가해지는 전력을 조정하는 전력원(1416)으로 지향되는 제어 신호들을 통해 그리고/또는 발광 서브시스템(1412)에 적용되는 냉각을 조정하는 냉각 서브시스템(1418)에 지향되는 제어 신호들을 통해 간접적으로 조정될 수 있다.
제어 전략들은 시스템의 적용예의 적절한 동작 및/또는 성능을 가능하게 하고/하거나 향상시키는 데 사용될 수 있다. 더 특정한 예에서, 또한 예를 들어, 적용예의 광화학 반응을 수행하기 위해 충분한 복사 에너지를 워크피스(1426)에 지향시키면서도, 예를 들어, 반도체 디바이스들(1419)을 자체의 사양들을 넘어서 가열하는 것을 방지하도록 선형 어레이의 복사 출력 및 이의 동작 온도 사이의 균형을 가능하게 하고/하거나 향상시키는 데 제어가 사용될 수 있다.
일부 적용예들에서, 워크피스(1426)에 고 복사 전력이 전달될 수 있다. 따라서, 발광 서브시스템(1412)은 발광 반도체 디바이스들(1420)의 선형 어레이를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 발광 서브시스템(1412)은 고밀도의 발광 다이오드(LED) 어레이를 사용하여 구현될 수 있다. LED 어레이들이 사용되고 본원에서 상세하게 설명될 수 있을지라도, 반도체 디바이스들(1419) 및 이의 선형 어레이들(1420)은 본 고안의 원리들로부터 벗어나지 않으면서 다른 발광 기술들을 사용하여 구현될 수 있고; 다른 발광 기술들의 예들은 제한 없이, 유기 LED들, 레이저 다이오드들, 다른 반도체 레이저들을 포함한다.
이 방식에서, 조명 시스템은 전력원, 냉각 서브시스템 및 발광 서브시스템을 포함할 수 있다. 발광 서브시스템은 하우징, 하우징의 전방 평면에 장착되고 그 길이가 전방 평면 길이에 걸쳐 있는 윈도우 및 하우징 내에 포함되는 발광 소자들의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 발광 서브시스템은 결합 옵틱스를 더 포함할 수 있으며, 여기서 결합 옵틱스는 하우징의 전방 평면에 장착되는 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함한다. 선형 어레이는 실린더형 프레스넬 렌즈와 정렬되고 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 광을 방사할 수 있으며, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈는 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시키고, 선형 어레이는 렌즈 길이에 걸쳐 있다. 더욱이, 선형 어레이는 윈도우 길이에 걸쳐있고, 여기서 선형 어레이의 처음 및 마지막 발광 소자들은 윈도우의 폭방향의 에지들에 인접하게 위치될 수 있다. 폭방향의 에지들에서의 윈도우 측벽들은 하우징 측벽들과 동일 높이로 정렬될 수 있고, 윈도우 측벽들은 전방 평면으로부터 후방으로 수직하게 연장된다.
더 게다가, 발광 소자들의 선형 어레이는 2개의 단부들 사이에 중간부를 포함할 수 있고, 선형 어레이는 단지 단일 열의 소자들만을 가진다. 중간부는 중간부 위에서 중간부 전체에 걸쳐 제 1 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있고; 단부들 각각은 단부 위에서 각각의 단부 전체에 걸쳐 제 2 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있고, 제 1 간격은 제 2 간격보다 더 크다.
조명 시스템은 제 1 방사조도를 가지는 중간부 위에 분포되는 발광 소자들로부터 광을 조사하고, 제 2 방사조도를 가지는 단부들 위에 분포되는 발광 소자들로부터 광을 조사하는 데 수행 가능한 명령들을 포함하는 제어기를 더 포함하고, 제 1 방사조도는 제 2 방사조도보다 더 크다. 더욱이, 결합 옵틱스는 중간부에 있는 복수의 발광 소자들 각각에 제 1 광학 소자들 및 단부들에 있는 복수의 발광 소자들 각각에 제 2 광학 소자들을 더 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템은 발광 소자들의 선형 어레이의 후면에 전도성으로(conductively) 부착되는 냉각 핀들을 구비하는 히트 싱크(heat sink) 및 냉각 팬(fan)을 포함할 수 있다.
이제 도 15로 전환해서, 이 도 15는 목표면을 조사하는 예시 방법(1500)에 대한 흐름도를 도시한다. 방법(1500)은 1510에서 시작하고, 여기서 조사되는 목표면의 치수들이 결정된다. 목표면은 면의 일부 또는 전체면을 포함할 수 있다. 목표면은 균일하게 조사되는 면의 일부 또는 대상을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 목표면의 제 1 부분은 향상된 방사조도 균일도(예를 들어, 식 (1) 및 식 (2)를 사용하여 결정되는 균일도)로 경화될 수 있고, 목표면의 제 2 부분은 향상되지 않은 방사조도 균일도로 경화될 수 있다. 하나의 예로서, 제 1 부분은 중심부일 수 있고 제 2 부분은 주변부일 수 있다. 다른 예들에서 제 1 및 제 2 부분들은 좌 및 우 측부일 수 있고 조사되는 목표면에 적절한 것으로 다른 분배 방식들이 사용될 수 있다.
1520에서 계속해서, 에지 가중 선형 어레이 광원들의 수가 결정된다. 예를 들어, 목표면을 조사하는 데 하나 또는 나란히 배열되는 복수의 에지 가중 선형 어레이 광원들이 사용될 수 있다. 광원들의 수는 다른 요인들 중에서, 조사되는 목표면의 치수들, 하나 또는 복수의 광원들의 방사조도 패턴, 광원들의 치수, 광원들에 공급되는 전력 및 목표면 노출 시간을 포함하는 하나 이상의 요인들에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 목표면의 길이가 매우 길면, 목표면의 전체 길이를 조사하기 위하여 나란히 배열되는 다수의 광원들이 사용될 수 있다. 게다가, 하나 또는 다수의 광원들 각각은 결합 옵틱스를 포함할 수 있고, 여기서 결합 옵틱스는 실린더형 프레스넬 렌즈와 정렬되고 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 광을 방사하는 발광 소자들의 선형 어레이를 포함한다. 더 게다가, 결합 옵틱스는 이중 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함할 수 있다.
다음, 방법(1500)은 1530에서 계속되고, 여기서 방사조도 균일도 계산들이 수행될 수 있다. 균일도 계산들은 식 (1) 및 (2)뿐만 아니라 광원들의 방사조도 패턴들 및 방사조도 프로파일들에 대한 지식을 사용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 방사조도 패턴들 및 방사조도 프로파일들은 센서 측정들 및/또는 광학 시뮬레이션들에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 더욱이, 식 (2)를 이용하여, 하나 이상의 광원들로부터 특정한 거리에 위치되는 고정 평면에서의 목표면의 방사조도에 대한 최대 방사조도 및 미리 결정되는 균일도 레벨, 최소 방사조도 강도가 계산될 수 있다. 더 게다가, 균일도 계산들을 수행하는 것은 광원에 공급되는 전력, 광원으로부터 방사되는 최대 방사조도, 광원으로부터 목표면의 거리, 방사조도 노출 시간 및 다른 요인들 중 하나 이상을 토글링(toggling)하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 목표면을 하나 이상의 광원들에 더 가까운 고정 평면에 위치시키는 것은 특정한 방사조도 균일도를 만족시키는 목표면의 영역을 증가시킬 수 있으나, 더 가까운 고정 평면에서의 최대 방사조도 레벨들은 최대 방사조도 임계값을 초과할 수 있다. 결과적으로, 하나 이상의 광원들에 공급되는 전력은 동일한 방사조도 균일도를 유지하면서도 최대 방사조도 임계값을 낮추도록 감소될 수 있다.
방법(1500)은 1540에서 계속되고 여기서 방사조도 균일도가 향상되어야 하는지가 결정된다. 예를 들어, 1520 및 1530에 기초하여, 미리 결정된 방사조도 노출 시간 내에서 미리 결정된 방사조도 균일도로 목표면을 조사하기 위하여 방사조도 균일도가 개선되어야 하는지가 결정될 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 방사조도 노출 시간은 조사되는 광에 의해 추진될 수 있는 목표면에서의 경화 반응의 특정한 경화율 또는 경화 시간에 대응할 수 있다. 다른 예로서, 방사조도 균일도는 최소 방사조도 임계값 이상의 균일한 방사조도를 제공하도록 향상될 수 있다.
방사조도 균일도가 향상되어야 한다고 결정되면, 방법(1500)은 1550에서 계속되고, 여기서 하나 이상의 에지 가중 선형 어레이 광원들의 중간부 발광 소자들의 방사조도가 증가될 수 있다. 예를 들어, 증가시키는 것은 에지 가중 선형 어레이 광원들의 중간부에서 보다 고강도의 발광 소자들(예를 들어, LED들)을 사용하거나, 에지 가중 선형 어레이 광원들의 단부들에서 보다 저강도의 발광 소자들을 사용하거나, 렌즈 소자들 또는 다른 광학 소자들을 선형 어레이 발광 소자들과 통합하거나, 발광 소자들에 개별적으로 상이한 구동 전류들을 공급하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간부 발광 소자들의 방사조도를 증가시키는 것은 중간부 발광 소자들에 추가 구동 전류를 공급하거나, 단부 발광 소자들에 더 낮은 구동 전류를 공급하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 중간부 발광 소자들의 방사조도를 증가시키는 것은 이로부터 조사되는 광을 시준시키기 위해 중간부 발광 소자들을 렌즈화하고/하거나 중간부 발광 소자들에 추가 구동 전류를 공급하는 것을 포함할 수 있다. 방사조도 균일도를 향상시키기 위해 중간부 발광 소자들의 방사조도를 증가시키는 다른 방법들 및 결합들이 사용될 수 있다.
다음, 방법(1500)은 1560에서 계속되고, 여기서 하나 또는 복수의 에지 가중 선형 어레이 광원들은 고정 평면에서의 목표면에 대향하여 나란히 배열된다. 하나 이상의 광원들로부터의 고정 평면의 거리는 1520, 1530, 1540 및 1550 중 하나 이상에 기초하여 결정될 수 있고, 여기서 고정 평면에서의 목표면을 하나 이상의 광원들에 대향하여 배열하는 것은 목표면의 균일한 방사조도를 달성할 수 있다.
방법(1500)은 1570에서 계속되고, 여기서 전력은 목표면을 조사하기 위해 하나 또는 복수의 에지 가중 선형 어레이 광원들에 공급된다. 전력을 하나 또는 복수의 에지 가중 선형 어레이 광원들에 공급하는 것은 추가 구동 전류를 중간부 발광 소자들에 공급하거나, 1540 및 1550에서와 같이 방사조도 균일도를 향상시키기 위해 더 낮은 구동 전류를 단부 발광 소자들에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 전력을 하나 또는 복수의 에지 가중 선형 어레이 광원들에 공급하는 것은 미리 결정된 시간 기간 동안 또는 제어기 제어 방식에 의해 규정되는 바와 같이 전력을 공급하는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 제어기들(예를 들어, 1414)은 피드백 제어 방식에 따라 목표면을 조사하기 위해 전력을 하나 또는 복수의 에지 가중 선형 어레이 광원들에 공급할 수 있다. 제어 방식들의 다른 예들은 도 14를 참조하여 기술된다. 1570 이후에, 방법(1500)이 종료된다.
이 방식에서, 광을 조사하는 방법은 발광 소자들의 선형 어레이로부터 광을 조사하는 것을 포함할 수 있고, 발광 소자들의 선형 어레이는 실린더형 프레스넬 렌즈와 정렬되고 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 광을 방사하며, 여기서 실린더형 프레스넬 렌즈는 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시킨다. 발광 소자들의 선형 어레이는 2개의 단부들 사이에 중간부를 포함할 수 있고, 선형 어레이는 단지 단일 열의 소자들만을 가진다. 중간부는 중간부 위에 중간부들 전체에 걸쳐 제 1 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있고, 단부들 각각은 단부 위에 각각의 단부 전체에 걸쳐 제 2 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있고, 여기서 제 1 간격은 제 2 간격보다 더 크다. 중간부 및 단부들의 각 단부 사이의 제 3 간격은 제 2 간격보다 크고 제 1 간격보다 작을 수 있다.
더욱이, 중간부에 있는 복수의 발광 소자들은 제 1 방사조도를 가질 수 있고, 각 단부에 있는 복수의 발광 소자들은 제 2 방사조도를 가질 수 있다. 중간부 위에 분포되는 복수의 발광 소자들로부터 조사되는 광은 제 1 강도를 가질 수 있고, 단부들 위에 분포되는 발광 소자들로부터 조사되는 광은 제 2 강도를 가질 수 있고, 여기서 제 1 강도는 제 2 강도보다 더 크다.
더 게다가, 제 1 구동 전류는 중간부에 있는 복수의 발광소자들 각각에 공급될 수 있고, 제 2 구동 전류는 단부들에 있는 복수의 발광소자들 각각에 공급될 수 있고, 여기서 제 1 구동 전류는 제 2 구동 전류보다 더 크고, 제 1 방사조도는 제 2 방사조도보다 더 크다.
더 게다가, 방법은 광학 소자들을 통해 중간부에 있는 복수의 발광 소자들의 각각으로부터의 광을 반사, 굴절 및 회절시키는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 여기서 중간부에 있는 복수의 발광 소자들의 각각은 광학 소자들 중 하나를 포함하고, 제 1 방사조도는 제 2 방사조도보다 더 크다. 상기 방법은 광학 소자들을 통해 단부들에 있는 복수의 발광 소자들의 각각으로부터의 광을 반사, 굴절 및 회절시키는 것 중 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 여기서 단부들에 있는 복수의 발광 소자들의 각각은 광학 소자들 중 하나를 포함하고, 제 1 방사조도는 제 2 방사조도보다 더 크다.
본원에서 개시되는 구성들은 사실상 예시이며 이 특정한 실시예들은 수많은 변형들이 가능하기 때문에 제한하는 의미로 간주되지 않을 수 있음이 인정될 것이다. 예를 들어, 상기 실시예들은 잉크들, 코팅면들, 접착제들, 광 섬유들, 케이블들 리본(ribbon)들과 같은 워크피스들에 적용될 수 있다. 더욱이, 상술한 광원들 및 조명 시스템들은 기존의 제조 장비에 통합될 수 있고 특정한 유형의 광 엔진(light engine)을 위해 설계되지 않는다. 상술한 바와 같이, 마이크로파 전력 램프, LED들, LED 어레이들 및 수은 아크 램프들과 같은 임의의 적절한 광 엔진이 사용될 수 있다. 본 실용신안의 실용신안 대상은 본원에서 개시되는 다양한 구성들 및 다른 특징들, 기능들 및/또는 속성들의 모든 신규하고 진보적인 결합들 및 하위결합들을 포함한다.
본원에서 기술되는 예시 프로세스 플로우들은 다양한 광원들 및 조명 시스템 구성들과 함께 사용되는 점이 유의된다. 본원에서 기술되는 프로세스 플로우들은 연속, 배치(batch), 반-배치 및 반-연속 프로세싱과 같은 임의의 수의 프로세싱 전략들 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 그러한 바에 따라, 예시되는 다양한 행위들, 동작들 또는 기능들은 예시되는 순서로, 동시에 수행될 수 있거나 일부 경우들에서 생략될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱의 순서는 본원에서 기술되는 예시 실시예들의 특징들 및 장점들을 달성하기 위해 반드시 요구되는 것은 아니고, 예시 및 설명의 편의를 위해 제공된다. 예시되는 행위들 또는 기능들 중 하나 이상은 사용되고 있는 특정한 전략에 따라 반복해서 수행될 수 있다. 수많은 변형들이 가능하기 때문에 본원에서 개시되는 구성들 및 루틴들은 사실상 예시이고 이 특정한 실시예들은 제한하는 의미로 고려되지 않아야 하는 것이 인정될 것이다. 본 고안의 실용신안 대상은 본원에서 개시되는 다양한 시스템들 및 구성들 및 다른 특징들, 기능들 및/또는 속성들의 모든 신규하고 진보적인 결합들 또는 하위 결합들을 포함한다.
다음의 청구항들은 특히 신규하고 진보적으로 간주되는 특정한 결합들 및 하위 결합들을 지시한다. 이 청구항들은 “하나의” 요소 또는 “제 1” 요소 또는 이의 등가를 칭할 수 있다. 그와 같은 청구항들은 하나 이상의 그와 같은 요소들을 통합하는 것을 포함하므로, 둘 이상의 그와 같은 요소들을 요구하지도 않고 배제하지도 않는 것으로 이해될 수 있다. 개시되는 특징들, 기능들, 요소들 및/또는 속성들의 다른 결합들 및 하위 결합들은 본 청구항들의 수정을 통해 또는 본 또는 관련 출원에서의 새로운 청구항들의 제시를 통해 청구될 수 있다. 그와 같은 청구항들은, 범위에 있어서 원래의 청구항들에 대하여 더 넓거나, 더 협소거나, 동일하거나 또는 상이할지라도, 본 고안의 실용신안 대상 내에 포함되는 것으로 또한 간주된다.

Claims (20)

  1. 실린더형 렌즈; 및
    발광 소자들의 선형 어레이로서, 상기 선형 어레이는 상기 실린더형 렌즈와 정렬되고 상기 실린더형 렌즈를 통해 광을 방사하며, 상기 실린더형 렌즈는 상기 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시키고, 상기 선형 어레이는 렌즈 길이에 걸쳐 있는, 상기 발광 소자들의 선형 어레이를 포함하는 광원으로서,
    상기 발광 소자들의 선형 어레이는 2개의 단부들 사이에 중간부를 더 포함하고, 상기 선형 어레이는 단지 단일 열(row)의 소자들만을 가지며:
    상기 중간부는 상기 중간부 위에 상기 중간부 전체에 걸쳐 제 1 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함하고;
    상기 단부들 각각은 상기 단부 위에 각각의 단부 전체에 걸쳐 제 2 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함하고, 상기 제 1 간격은 상기 제 2 간격보다 더 크며,
    상기 중간부에 있는 복수의 발광 소자들은 제 1 방사조도를 가지고;
    각각의 단부에 있는 복수의 발광 소자들은 제 2 방사조도를 가지며,
    상기 제 1 방사조도는 상기 제 2 방사조도보다 더 큰 광원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더형 렌즈는 단지 단일 홈만을 가지는 실린더형 프레스넬 렌즈인 광원.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더형 렌즈는 이중 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함하는 실린더형 프레스넬 렌즈인 광원.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 하우징을 더 포함하고,
    상기 하우징의 전방 평면에 윈도우가 장착되고, 상기 윈도우 길이는 전방 평면 길이에 걸쳐 있으며,
    상기 선형 어레이의 처음 및 마지막 발광 소자들은 상기 윈도우의 폭방향 에지들에 인접하게 위치되고, 상기 폭방향 에지들에서 윈도우 측벽들은 상기 하우징 측벽들과 동일 높이로 정렬되는 광원.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간부 및 상기 단부들의 각 단부 사이에 제 3 간격은 상기 제 2 간격보다 더 크고 상기 제 1 간격보다 더 작은 광원.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간부에 있는 복수의 발광 소자들 각각은 상기 단부들에 있는 복수의 발광 소자들 각각보다 더 고강도의 발광 소자를 포함하는 광원.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간부에 있는 복수의 발광 소자들은 각각 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 소자는 자신의 발광 소자의 제 1 방사조도를 증가시키고, 상기 제 1 방사조도는 상기 제 2 방사조도보다 더 큰 광원.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단부들에 있는 복수의 발광 소자들은 각각 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 소자는 자신의 발광 소자의 제 2 방사조도를 감소시키고, 상기 제 1 방사조도는 상기 제 2 방사조도보다 더 큰 광원.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간부에 있는 복수의 발광 소자들에는 제 1 구동 전류가 공급되고;
    상기 단부들에 있는 복수의 발광 소자들에는 제 2 구동 전류가 공급되며;
    상기 제 1 구동 전류는 상기 제 2 구동 전류보다 더 큰 광원.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 윈도우는 정면(front face) 및 윈도우 측벽들을 포함하고, 상기 정면은 상기 전방 평면과 동일 높이이고, 상기 윈도우 측벽들은 상기 전방 평면으로부터 후방으로 수직하게 연장되는 광원.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 조명 시스템으로서
    전력원;
    냉각 서브시스템;
    발광 서브시스템으로서,
    하우징;
    실린더형 프레스넬 렌즈를 포함하는 결합 옵틱스;
    상기 하우징의 전방 평면에 장착되는 윈도우; 및
    상기 하우징 내에 포함되는 발광 소자들의 선형 어레이를 포함하며, 상기 선형 어레이는 상기 실린더형 프레스넬 렌즈와 정렬되고, 상기 실린더형 프레스넬 렌즈를 통해 광을 방사하며, 상기 실린더형 프레스넬 렌즈는 상기 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시키고, 상기 선형 어레이는 렌즈 길이에 걸쳐 있으며, 여기서:
    상기 선형 어레이의 처음 및 마지막 발광 소자들은 상기 윈도우의 폭방향 에지들에 인접하게 위치되고,
    상기 폭방향 에지들에 있는 윈도우 측벽들은 하우징 측벽들과 동일 높이로 정렬되고, 상기 윈도우 측벽들은 상기 전방 평면으로부터 후방으로 수직하게 연장되고,
    상기 발광 소자들의 선형 어레이는 2개의 단부들 사이에 중간부를 포함하고, 상기 선형 어레이는 단지 단일 열의 소자들만을 가지고, 여기서:
    상기 중간부는 상기 중간부 위에 상기 중간부 전체에 걸쳐 상기 제 1 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함하고;
    상기 단부들 각각은 상기 단부 위에 각각의 단부 전체에 걸쳐 제 2 간격으로 분포되는 복수의 발광 소자들을 포함하고, 상기 제 1 간격은 상기 제 2 간격보다 더 큰, 상기 발광 서브시스템; 및
    상기 중간부 위에 분포되고 제 1 방사조도를 가지는 상기 발광 소자들로부터 광을 조사하고, 상기 단부들 위에 분포되고 제 2 방사조도를 가지는 발광 소자들로부터 광을 조사하도록 실행 가능한 명령들을 포함하는 제어기로서, 상기 제 1 방사조도는 상기 제 2 방사조도보다 더 큰, 상기 제어기를 포함하는 조명 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 실린더형 프레스넬 렌즈는 단지 단일 홈만을 가지는 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함하는 조명 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 실린더형 프레스넬 렌즈는 이중 실린더형 프레스넬 렌즈를 포함하는 조명 시스템.
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