KR20080067101A - Laser light source assembly - Google Patents

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Abstract

A laser light source assembly is provided to secure a stable operation and a life span of a laser light source assembly by adjusting an optical device to maintain an operation temperature when an external temperature is changed by a heat generated from a laser light source. A laser light source assembly includes a light source(10), an optical system(20), a thermal device(30), an absorbing member(40), a power supply unit(50), a sensor(60), a control unit(70). The light source emits a laser light. The optical system amplifies and filters the light emitted from the light source. The thermal device heats or cools the optical system. The absorbing member is attached to the thermal device, and absorbs a heat generated from the thermal device. The power supply unit supplies a power to the thermal device. The sensor detects a temperature change of the optical system. The control unit is coupled to the sensor and the power supply unit, and controls the power supply unit in response to the temperature information detected in the sensor.

Description

레이저 광원 조립체{LASER LIGHT SOURCE ASSEMBLY}LASER LIGHT SOURCE ASSEMBLY}

도 1은 일반적인 레이저 광원 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도, 그리고,1 is a perspective view schematically showing a general laser light source assembly, and

도 2는 본 발명에 의한 레이저 광원 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing a laser light source assembly according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 레이저 광원 20 : 광학계 10: laser light source 20: optical system

21 : PPLN 22 : 필터 21: PPLN 22: filter

30 : 열전소자 40 : 흡열부재 30: thermoelectric element 40: heat absorbing member

50 : 전원공급부 60 : 센서 50: power supply 60: sensor

70 : 제어부 80 : 단열부재70: control unit 80: heat insulating member

본 발명은 레이저 광원 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a laser light source assembly.

레이저는 장시간의 수명 보장이 가능하고, 유해물질 발생 가능성이 없으며, 색좌표의 자유로운 형성이 가능한 장점 등이 있어, 최근 광학투사장치, 예를 들어 프로젝터, 프로젝션 디스플레이장치 등의 조명광학계용 광원으로 각광받고 있다.The laser has a long lifespan guarantee, no possibility of harmful substances and free formation of color coordinates. Recently, the laser has been spotlighted as a light source for illumination optical system such as an optical projection device such as a projector and a projection display device. have.

도 1은 일반적인 레이저 광원 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a general laser light source assembly.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 레이저 광원 조립체는 베이스(1)에 고정된 레이저 광원(10)과, 광학계 고정부(2)에 고정된 광학계(20) 등을 구비한다. 광학계(20)는 광원(10)에서 출사된 광을 증폭시키는 PPLN( Periodically Poled LiNbO3)(21)과, PPLN(21)에 의해 증폭된 광 중에서 단파장 영역의 광만을 투과시키는 필터(Filter)(22) 등을 구비한다. As shown in FIG. 1, the general laser light source assembly includes a laser light source 10 fixed to the base 1, an optical system 20 fixed to the optical system fixing part 2, and the like. The optical system 20 includes a PPLN (Periodically Poled LiNbO 3) 21 for amplifying the light emitted from the light source 10 and a filter 22 for transmitting only light in a short wavelength region among the light amplified by the PPLN 21. ) And the like.

상기와 같이 구성된 일반적인 레이저 광원 조립체는 레이저 광원(10)에서 출사된 광을 PPLN(21) 및 필터(22)에서 증폭시키고 필터링한다. The general laser light source assembly configured as described above amplifies and filters the light emitted from the laser light source 10 in the PPLN 21 and the filter 22.

그러나, 일반적인 레이저 광원 조립체는 레이저 광원(10)의 높은 발열 특성으로 인해 광학부품의 동작온도를 유지하기 어려우며, 특히, PPLN(21)의 경우 온도 변화에 따라 출력특성이 극심하게 변화하므로 색의 변형뿐만 아니라 제품의 수명이 단축되는 단점이 있다. However, the general laser light source assembly is difficult to maintain the operating temperature of the optical component due to the high heat generation characteristics of the laser light source 10, in particular, in the case of the PPLN (21) the output characteristics are changed drastically due to temperature changes In addition, there is a disadvantage that the life of the product is shortened.

한편, 레이저 광원 조립체의 광학부품의 적절한 동작온도 조절을 위하여 히터를 이용하는 방식이 공지된 바 있으나, 히터를 가열시켜 짧은 시간 내에 PPLN(21)가 정상적으로 동작하는 온도로 조절하고, 히터의 전원을 차단하여 냉각시키는 방식으로는 레이저 광원 조립체의 광학부품의 적절한 동작온도 조절에 한계가 있다.On the other hand, there has been known a method using a heater to control the proper operating temperature of the optical component of the laser light source assembly, the heater is heated to adjust the temperature to the normal operation of the PPLN (21) within a short time, and the power of the heater is cut off The cooling is limited by the proper operating temperature of the optical component of the laser light source assembly.

또한, 레이저 광원 조립체에서 발생한 열을 효과적으로 방출시키기 위해서는 방열팬, 방열파이프 등과 같은 방열장치를 별도로 구비하여야 하는 문제가 있다.In addition, in order to effectively discharge the heat generated in the laser light source assembly there is a problem that must be provided with a heat dissipation device, such as a heat dissipation fan, a heat dissipation pipe.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 레이저 광원에서 발생하는 열에 의해 외부 온도변화시 광학부품의 동작온도가 유지되도록 조절함으로써 레이저 광원 조립체의 안정적인 동작 및 수명 보장이 가능한 레이저 광원 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by adjusting the operating temperature of the optical component to be maintained when the external temperature changes by the heat generated from the laser light source assembly to ensure a stable operation and lifetime of the laser light source assembly The purpose is to provide.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 광원 조립체는, 레이저 광을 출사하는 광원; 상기 광원에서 출사된 광을 증폭시키고 필터링하는 광학계; 및 상기 광학계를 가열 또는 냉각시키는 열전소자;를 포함한다.Laser light source assembly according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the light source for emitting a laser light; An optical system for amplifying and filtering the light emitted from the light source; And a thermoelectric element for heating or cooling the optical system.

상기 광학계는, 상기 광원에서 출사된 광을 증폭시키는 PPLN; 및 상기 PPLN에 의해 증폭된 광 중에서 단파장 영역의 광만을 투과시키는 필터;를 포함한다.The optical system includes a PPLN for amplifying the light emitted from the light source; And a filter that transmits only light in a short wavelength region among the light amplified by the PPLN.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 레이저 광원 조립체는 상기 열전소자에 부착되며, 상기 열전소자에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the laser light source assembly is preferably attached to the thermoelectric element, it further comprises a heat absorbing member for absorbing heat generated in the thermoelectric element.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 레이저 광원 조립체는 상기 열전소자에 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 광학계의 온도변화를 감지하기 위한 센서; 및 상기 전원공급부 및 상기 센서와 신호통신 가능하게 연결되며, 상기 센서로부터 감지된 온도정보에 따라 상기 전원공급부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, a laser light source assembly includes a power supply unit for supplying power to the thermoelectric element; A sensor for detecting a temperature change of the optical system; And a control unit connected in signal communication with the power supply unit and the sensor and controlling the power supply unit according to temperature information detected from the sensor.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 레이저 광원 조립체는 상기 광원이 고정되는 베이스; 상기 베이스의 상부에 설치되며, 상기 광학계가 고정되는 광학계 고정부; 및 상기 베이스와 상기 광학계 고정부 사이에 개재된 단열부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the invention, the laser light source assembly comprises a base to which the light source is fixed; An optical system fixing part installed on the base and fixing the optical system; And a heat insulating member interposed between the base and the optical system fixing part.

본 발명의 상기와 같은 목적 및 다른 특징들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The above objects and other features of the present invention will become more apparent by describing the preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. For reference, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명에 의한 레이저 광원 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 참고로 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 종래와 그 구성 및 작용이 동일한 부분 및 부재에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하여 인용한다.2 is a perspective view schematically showing a laser light source assembly according to the present invention. For reference, in describing the embodiments of the present invention, the same reference numerals refer to the same parts and members as those in the related art.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 광원 조립체는, 광원(10), 광학계(20), 열전소자(30), 흡열부재(40), 전원공급부(50), 센서(60), 제어부(70) 및 단열부재(80) 등을 구비한다.As shown in FIG. 2, the laser light source assembly according to the present invention includes a light source 10, an optical system 20, a thermoelectric element 30, a heat absorbing member 40, a power supply unit 50, a sensor 60, The control part 70, the heat insulation member 80, etc. are provided.

상기 광원(10)은 베이스(1)에 고정되며, 레이저 광을 출사한다.The light source 10 is fixed to the base 1 and emits laser light.

상기 광학계(20)는 베이스(1)의 상부에 설치된 광학계 고정부(2)에 고정되며, 광원에서 출사된 광을 증폭시키고 필터링한다. 광학계(20)는 광원(10)에서 출사된 광을 증폭시키는 PPLN( Periodically Poled LiNbO3)(21)과, PPLN(21)에 의해 증폭된 광 중에서 단파장 영역의 광만을 투과시키는 필터(Filter)(22) 등을 포함한다. 상기 PPLN(21) 및 필터(22)는 이미 공지된 기술로서 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.The optical system 20 is fixed to the optical system fixing part 2 installed on the base 1, and amplifies and filters the light emitted from the light source. The optical system 20 includes a PPLN (Periodically Poled LiNbO 3) 21 for amplifying the light emitted from the light source 10 and a filter 22 for transmitting only light in a short wavelength region among the light amplified by the PPLN 21. ), And the like. Since the PPLN 21 and the filter 22 can be understood as a known technique, a detailed description thereof will be omitted.

상기 열전소자(30)는 PPLN(21) 및 필터(22) 등과 같은 광학계(20)의 일측면 에 접착제 등의 고정수단(미도시)에 의해 고정되며, 광학계(20)를 가열 또는 냉각시킨다. 도면에는 도시된 바 없지만, 열전소자(30)는 광학계 고정부(2)와 대향으로 위치하는 광학계(20)의 일측면과 접촉하는 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트와 마주하는 제 2 플레이트와, 상기 제 1 및 제 2 플레이트 사이에 개재되는 반도체층 등을 포함한다. 상기 반도체층에는 상기 전원공급부(50)가 연결되어 전류가 공급되며, 공급된 전류의 방향에 따라 펠티어 효과(Peltier effect)가 발생하여 상기 제 1 및 제 2 플레이트를 선택적으로 가열 또는 냉각시킨다. 상기 열전소자(30)는 이미 공지된 기술로서 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.The thermoelectric element 30 is fixed to one side of the optical system 20 such as the PPLN 21 and the filter 22 by fixing means such as an adhesive (not shown), and heats or cools the optical system 20. Although not shown in the drawing, the thermoelectric element 30 may include a first plate in contact with one side of the optical system 20 positioned opposite to the optical system fixing part 2, and a second plate facing the first plate. And a semiconductor layer interposed between the first and second plates. The power supply unit 50 is connected to the semiconductor layer to supply a current, and a Peltier effect occurs according to the direction of the supplied current to selectively heat or cool the first and second plates. Since the thermoelectric element 30 can be understood as a known technique, a detailed description thereof will be omitted.

상기 흡열부재(40)는 열전소자(30)에 부착되며, 열전소자(30)에서 발생하는 열을 흡수한다. 본 실시예에서는 흡열부재(40)를 예시하였으나, 열전소자(30)의 일측면에 상변화 물질(미도시)을 도포하여 구현할 수도 있다.The heat absorbing member 40 is attached to the thermoelectric element 30 and absorbs heat generated from the thermoelectric element 30. Although the heat absorbing member 40 is illustrated in the present embodiment, a phase change material (not shown) may be applied to one side of the thermoelectric element 30.

상기 전원공급부(50)는 열전소자(30)에 전원을 공급한다.The power supply unit 50 supplies power to the thermoelectric element 30.

상기 센서(60)는 광학계(20)의 온도변화를 감지하기 위해 광학계(20)에 설치되며, 바람직하게는 PPLN(21)의 일측에 설치된다. 그러나 본 실시예와는 달리, 센서(60)는 광학계 고정부(2)에 설치될 수도 있다.The sensor 60 is installed in the optical system 20 to detect the temperature change of the optical system 20, preferably is installed on one side of the PPLN (21). However, unlike the present embodiment, the sensor 60 may be installed in the optical system fixing part 2.

상기 제어부(70)는 전원공급부(50) 및 센서(60)와 신호통신 가능하게 연결되며, 센서(60)로부터 감지된 온도정보에 따라 전원공급부(50)를 제어한다. 예컨대, 제어부(70)는 센서(60)에서 광학계(20)의 온도가 상승하는 것으로 감지된 경우, 열전소자(30)에 역방향 전압을 인가하도록 전원공급부(50)를 제어하며, 센서(60)에서 광학계(20)의 온도가 하강하는 것으로 감지된 경우, 열전소자(30)에 정방향 전압을 인가하도록 전원공급부(50)를 제어한다. The controller 70 is connected in signal communication with the power supply unit 50 and the sensor 60, and controls the power supply unit 50 according to the temperature information detected by the sensor 60. For example, the controller 70 controls the power supply unit 50 to apply a reverse voltage to the thermoelectric element 30 when the sensor 60 detects that the temperature of the optical system 20 rises, and the sensor 60 In the case where the temperature of the optical system 20 is detected to be lowered, the power supply unit 50 is controlled to apply a forward voltage to the thermoelectric element 30.

상기 단열부재(80)는 레이저 광원(10)이 고정된 베이스(1)와, PPLN(21) 및 필터(22)가 고정된 광학계 고정부(2)의 사이에 개재되어, 레이저 광원(10)에서 발생한 열이 PPLN(21) 및 필터(22)로 전달되는 것을 최소화한다.The heat insulating member 80 is interposed between the base 1 to which the laser light source 10 is fixed, and the optical system fixing part 2 to which the PPLN 21 and the filter 22 are fixed. Minimize the heat generated in the transfer to the PPLN (21) and filter (22).

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 레이저 광원 조립체는, 초기 가동시 제어부(70)는 전원공급부(50)를 통해 열전소자(30)에 정방향 전압을 공급하면 광학계(20)와 접촉한 부분의 열전소자(30)에 열이 발생하게 되고, 광학계(20)는 최대한 짧은 시간 내에 성능이 최적상태가 되는 온도에 이르게 된다. 레이저 광원(10)에서 발생하는 열에 의해 광학계(20), 특히 PPLN(21)의 온도가 상승하게 되고, 센서(60)에서 PPLN(21)의 온도변화를 감지하여 소정 온도 이상일 경우, 제어부(70)는 전압공급부(50)를 통해 열전소자(30)에 역방향 전압을 인가한다. 이에 의해, 광학계(20)와 접촉한 부분의 열전소자(30)에 냉각 효과가 발생하여 PPLN(21)의 온도를 낮추게 된다. 반대로, PPLN(21)의 온도가 하강하여 소정 온도 이하일 경우, 제어부(70)는 전압공급부(50)를 통해 열전소자(30)에 정방향 전압을 인가한다. 이에 의해, 광학계(200와 접촉한 부분의 열전소자(30)에 가열 효과가 발생하여 PPLN(21)의 온도를 높이게 된다. 즉, 광학계(20)의 일측면에 접촉하는 열전소자(30)를 구비함으로써, 열전소자(30)의 가열 또는 냉각에 의해 광학계(20)의 정상적인 동작온도를 유지하도록 조절할 수 있다. In the laser light source assembly according to the present invention configured as described above, when the controller 70 initially supplies the forward voltage to the thermoelectric element 30 through the power supply unit 50, the thermoelectric element in contact with the optical system 20 is provided. Heat is generated at 30, and the optical system 20 reaches a temperature at which the performance is optimal in the shortest possible time. When the temperature of the optical system 20, in particular, the PPLN 21 rises due to the heat generated by the laser light source 10, and the sensor 60 detects a temperature change of the PPLN 21, the controller 70 detects a temperature change. ) Applies a reverse voltage to the thermoelectric element 30 through the voltage supply unit (50). As a result, a cooling effect occurs in the thermoelectric element 30 in contact with the optical system 20 to lower the temperature of the PPLN 21. On the contrary, when the temperature of the PPLN 21 falls below a predetermined temperature, the controller 70 applies a forward voltage to the thermoelectric element 30 through the voltage supply unit 50. As a result, a heating effect occurs in the thermoelectric element 30 in contact with the optical system 200 to increase the temperature of the PPLN 21. That is, the thermoelectric element 30 in contact with one side of the optical system 20 is removed. By providing, it is possible to adjust to maintain the normal operating temperature of the optical system 20 by heating or cooling the thermoelectric element 30.

또한 열전소자(30)에서 발생하는 열은 흡열부재(40) 또는 상변화 물질에 의해 흡수된다. 따라서, 종래의 냉각파이프 또는 냉각팬과 같은 별도의 방열장치를 구비할 필요가 없다. In addition, heat generated in the thermoelectric element 30 is absorbed by the heat absorbing member 40 or the phase change material. Therefore, it is not necessary to provide a separate heat dissipation device such as a conventional cooling pipe or cooling fan.

또한, 레이저 광원(10)이 고정된 베이스(1)와, 광학계(20)가 고정된 광학계 고정부(2) 사이에 개재된 통상의 단열부재(80)에 의해 레이저 광원(10)에서 발생하는 열이 베이스(1) 및 광학계 고정부(2)를 통해 광학계(20)로 유입되지 않도록 함으로써, 광학계(20)의 정상적인 동작온도를 유지할 수 있다. In addition, the laser light source 10 may be generated by the normal heat insulating member 80 interposed between the base 1 to which the laser light source 10 is fixed and the optical system fixing part 2 to which the optical system 20 is fixed. By preventing heat from entering the optical system 20 through the base 1 and the optical system fixing part 2, the normal operating temperature of the optical system 20 can be maintained.

또한, 본 발명은 레이저 광원 조립체를 이용하는 디스플레이 장치, 예컨대 프로젝션 TV, 프로젝터에서 레이저 광원(10)에서 발생하는 열을 조절하여 최적 성능을 얻을 수 있다.In addition, the present invention can obtain optimal performance by adjusting the heat generated from the laser light source 10 in a display device, such as a projection TV, a projector using a laser light source assembly.

본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.The present invention has been described in an exemplary manner. The terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting. Many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Accordingly, the invention may be freely practiced within the scope of the claims unless otherwise stated.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 레이저 광원에서 발생하는 열에 의해 외부 온도변화시 광학부품의 동작온도가 유지되도록 조절함으로써 레이저 광원 조립체의 안정적인 동작 및 수명 보장이 가능하다.According to the present invention as described above, it is possible to ensure a stable operation and lifetime of the laser light source assembly by adjusting the operating temperature of the optical component is maintained when the external temperature changes by the heat generated from the laser light source.

Claims (5)

레이저 광을 출사하는 광원;A light source for emitting laser light; 상기 광원에서 출사된 광을 증폭시키고 필터링하는 광학계; 및An optical system for amplifying and filtering the light emitted from the light source; And 상기 광학계를 가열 또는 냉각시키는 열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원 조립체.And a thermoelectric element for heating or cooling the optical system. 제 1 항에 있어서, 상기 광학계는,The method of claim 1, wherein the optical system, 상기 광원에서 출사된 광을 증폭시키는 PPLN; 및PPLN for amplifying the light emitted from the light source; And 상기 PPLN에 의해 증폭된 광 중에서 단파장 영역의 광만을 투과시키는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원 조립체.And a filter for transmitting only light in a short wavelength region among the light amplified by the PPLN. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열전소자에 부착되며, 상기 열전소자에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원 조립체.And a heat absorbing member attached to the thermoelectric element and absorbing heat generated from the thermoelectric element. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 열전소자에 전원을 공급하는 전원공급부;A power supply unit supplying power to the thermoelectric element; 상기 광학계의 온도변화를 감지하기 위한 센서; 및A sensor for detecting a temperature change of the optical system; And 상기 전원공급부 및 상기 센서와 신호통신 가능하게 연결되며, 상기 센서로 부터 감지된 온도정보에 따라 상기 전원공급부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원 조립체.And a control unit connected in signal communication with the power supply unit and the sensor and controlling the power supply unit according to temperature information sensed by the sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원이 고정되는 베이스;A base to which the light source is fixed; 상기 베이스의 상부에 설치되며, 상기 광학계가 고정되는 광학계 고정부; 및An optical system fixing part installed on the base and fixing the optical system; And 상기 베이스와 상기 광학계 고정부 사이에 개재된 단열부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원 조립체.And a heat insulating member interposed between the base and the optical system fixing part.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220041438A (en) * 2020-09-25 2022-04-01 국방과학연구소 Holder for temperature stability and method for holding optical parts using the same

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