KR20100048125A - 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조명 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 광원에서 출사되는 광을 수광하여 가우스(Gauss)형 휘도 형상을 일차원 방향에서 평탄화(flat-top)하고 평탄화된 광을 평행광으로 생성하여 출사하는 조명 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 가우스형 휘도 분포를 갖는 광을 생성하여 출사하는 광원; 광의 입사면과 출사면이 회전 대칭적인 구조를 가지고 있으며 가우스형 휘도 분포를 갖는 광을 상기 광원에서 입력받아 평탄화하여 평탄광을 형성하는 균질 렌즈; 및 상기 균질 렌즈에서 출사되는 평탄광을 조명면에 포커싱하여 조명하는 초점 렌즈를 포함하여 이루어진 조명 장치가 제공된다.

회절형, 광변조기, 가우스, 평탄화, flat-top

Description

조명 장치{illumination apparatus}

본 발명은 조명 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 광원에서 출사되는 광을 수광하여 가우스(Gauss)형 휘도 형상을 일차원 방향에서 평탄화(flat-top)하고 평탄화된 광을 평행광으로 생성하기 위한 조명 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광신호처리는 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 광변조기 등의 연구가 진행되고 있다. 여기에서, 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 그리고 홀로그램 등의 분야에 사용된다.

그리고, 종래 기술에 따른 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치는 광원계, 집광부, 조명계, 회절형 광변조기, 푸리에 필터계, 투사계, 스크린을 포함하고 있다.

여기에서, 광원계는 복수의 광원으로 이루어져 있으며, 하나의 응용에서 복 수의 광원은 순차적으로 점등되도록 할 수 있다. 그리고, 집광부는 미러와 복수의 색선별 미러로 이루어져 있으며, 복수의 광원에서 출사되는 광을 합성하여 하나의 광경로를 가지도록 만든다.

조명계는 집광부를 통과한 광을 선형(line shape)의 평행광으로 변화시켜 회절형 광변조기로 입사시킨다. 그리고, 회절형 광변조기는 입사되는 선형의 평행광을 변조하여 다수의 회절 차수를 가지는 선형의 회절광을 생성하여 출사하게 되는데, 이때 다수의 회절 차수중에서 응용에 사용하기를 원하는 회절차수의 회절광은 스크린에 영상을 생성할 수 있도록 그 광세기가 선형의 각 지점에서 동일하지 않도록 할 수 있다. 즉, 회절형 광변조기에서 생성된 회절광은 선형이며 선형의 회절광은 각 지점에서 서로 다른 광세기를 가질 수 있기 때문에 스크린에 스캐닝될 때 2차원 영상을 생성할 수 있다.

그리고, 회절형 광변조기에서 생성된 회절광은 푸리에 필터계로 입사되는데, 푸리에 필터계는 푸리에 렌즈와 색선별 필터로 구성되어, 회절광을 차수별로 분리하고 분리된 차수의 회절광에서 원하는 차수의 회절광만을 통과시킨다.

투사계는 프로젝션 렌즈, 스캐너로 이루어져 있으며 프로젝션 렌즈는 입사된 회절광을 확대하고 스캐너는 입사된 회절광을 스크린에 투사하여 영상을 생성한다.

한편, 이러한 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 시스템은 레이저 광원을 사용하는데, 레이저 광원은 가우스형 휘도분포를 하고 있기 때문에 주사의 중심으로부터 에지를 향하여 광량의 저하가 생기고 이 저하를 보정할 필요가 있다.

이러한 저하는 일차원 방향, 즉 주사방향에서의 조사량의 저하이다. 이 저하 에 대하여 광의 휘도 형상을 평탄화, 또는 원만히 재형성하는 것에 의해 가우스 형의 휘도 분포 형상을 보정하고, 광량의 저하의 그 밖의 원인을 보정하는 것이 바람직하다. 광의 손실을 최소한으로 하는 일차원의 보정이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같은 필요를 만족시키기 위하여 안출된 것으로서, 광원에서 출사되는 광을 수광하여 가우스(Gauss)형 휘도 형상을 일차원 방향에서 평탄화(flat-top)하고 평탄화된 광을 평행광으로 생성하기 위한 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가우스형 휘도 분포를 갖는 광을 생성하여 출사하는 광원; 광의 입사면과 출사면이 회전 대칭적인 구조를 가지고 있으며 가우스형 휘도 분포를 갖는 광을 상기 광원에서 입력받아 평탄화하여 평탄광을 형성하는 균질 렌즈; 및 상기 균질 렌즈에서 출사되는 평탄광을 조명면에 포커싱하여 조명하는 초점 렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 광원은 가우스형 휘도 분포를 갖는 확대광을 출사하며,상기 광원에서 출사되는 확대광을 평행광으로 변환하여 상기 균질 렌즈에 입사시키는 콜리메이터 렌즈를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 광원은 상기 균질 렌즈의 앞에 위치하며 평행광을 출사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 균질 렌즈의 앞에 위치하며 상기 광원에서 출사되는 평행광을 확대하여 평행광으로 변환하여 출사하는 콜리메이터 렌즈를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 콜리메이터 렌즈는, 양면이 오목하고 부의 굴절력을 가지고 있어 광원에서 출사되는 광을 확대하는 오목렌즈; 및 일면 또는 양면이 볼록하여 정의 굴절력을 가지고 있으며 상기 오목 렌즈에 의해 확대된 광을 평행광으로 변화시켜 출사하는 볼록렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 균질 렌즈에서 출사되는 평탄광을 확대하고 평행광으로 변환시켜 출사하는 확대 렌즈를 더 포함하며, 상기 확대 렌즈는, 광원에 대향하는 면이 일축 방향에 대하여 오목하고 다른축 방향에 대하여 볼록하며, 광원을 향하는 면이 평면이며 일축 방향에 대해서만 입사광을 확대되도록 하는 실린더 형 렌즈; 및 광원에 대향하는 면이 오목하고 광원을 향하는 면이 평면인 오목렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 균질 렌즈는, 광원측을 향하는 면이 회전 대칭적으로 오목하고, 광원측에 대향하는 면이 회전 대칭적으로 볼록하며, 부의 굴절력을 가지고 있어 입사광을 평탄광으로 변환하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 균질 렌즈는, 광원측을 향하는 면이 회전 대칭적으로 오목하고 광원측에 대향하는 면이 평평한 오목렌즈; 및 오목렌즈의 뒤에 위치하며 광원측을 향하는 면이 회전 대칭적으로 볼록하고 광원측에 대향하는 면이 평평한 볼록렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광원에서 출사되는 광을 평탄 화하여 출사하기 때문에 회절형 광변조기를 이용하여 영상을 변조하여 디스플레이하는 경우에 밝기 등에서 차이가 없는 높은 화질을 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광원에서 출사되는 광을 저비용으로 제작이 가능한 회전 대칭적인 균질 렌즈를 사용하여 평탄화하기 때문에 저비용으로 원하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 광원에서 출사되는 광을 회전 대칭적인 균질렌즈를 사용하여 평탄화하기 때문에 추가적인 렌즈 등이 불필요하여 소형화가 가능하도록 하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 Y 축 단면도이고, 도 1 b는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 X축 단면도로서, 광원(10), 광원으로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈(11), 콜리메이터 렌즈(11)를 통과한 평행광으로 변환된 가우스형 광을 평탄화하여 평탄광을 출사하는 균질 렌즈(12), 콜리메이터 렌즈(11)에 의해 평행광으로 변환되고 균질 렌즈(12)에 의해 평탄광으로 변환된 조명광을 조명면(14)에 포커싱하는 초점 렌즈(13)를 포함하고 있다.

여기에서, 콜리메이터 렌즈(11)는 정의 굴절력을 가지고 있으며 양면이 볼록한 볼록 렌즈로서, 한 면 또는 양면을 비구면으로 형성할 수 있으며, 한면이 비구면인 경우에 광원(10)측으로부터 반대면을 비구면으로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 균질 렌즈(12)는 부의 굴절력을 가지고 있으며 광원(10)을 향하는 면은 오목하고 광원(10)에 대향하는 면은 볼록하게 형성되어 있다. 이와 같은 균질 렌즈(12)의 양면은 회전 대칭적(roationally- symmetric)인 구조를 가지고 있다.

여기에서, 회전 대칭적이란 광축에 대하여 대칭적이며 광축으로부터 동일한 반경에 있는 모든 지점이 같은 깊이를 가지고 있는 경우를 말한다.

이처럼, 균질 렌즈(12)가 회전 대칭적인 구조를 가지게 되면 광원(10)에서 출사되는 광의 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성할 수 있다.

즉, 균질 렌즈(12)는 축 대칭형의 광량의 분포를 다른 축 대칭형의 광량으로 재분포하여 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성하게 되는데, 본 발명에서는 축 대칭형의 가우스형 분포를 갖는 광을 방사선 방향으로 재분포하여 광을 평탄화시켜 평탄화된 광을 출사하게 된다.

이와 같은 회전 대칭적인 구조를 갖는 균질 렌즈(12)는 그 제작에 있어 비회전 대칭적인 구조를 갖는 렌즈에 비하여 저렴하게 제작할 수 있는 이점이 있다.

한편, 초점 렌즈(13)는 콜리메이터 렌즈(11)에 의해 평행광으로 변환되고 균질 렌즈(12)에 의해 평탄광으로 변환된 조명광을 조명면(14)에 포커싱하는데 X축 방향에 대해서만 조명면(14)에 포커싱이 되도록 한다.

이와 같이 조명광을 조명면(14)에 포커싱하기 위해서 초점 렌즈(13)는 광 원(10)을 향하는 면이 Y축 방향에 대하여 오목하고 X축 방향에 대하여 볼록하며, 광원(10)에 대향하는 면이 평면인 실린더 형 렌즈일 수 있다.

이처럼 초점 렌즈(13)가 실린더 평 렌즈이면 Y 축 방향에 대해서는 포커싱이 되지 않고 X축 방향에 대해서만 포커싱이 되도록 할 수 있다.

도 2a는 도 1의 균질 렌즈의 입사광의 광량을 나타내는 그래프이고, 도 2b는 도 1의 균질 렌즈의 출사광의 광량을 나타내는 그래프로서 X 축은 조명 장치의 Y 광축에 따른 좌표값이고 Y 축은 광량을 나타낸다.

도면을 참조하면, 균질 렌즈의 입사광의 광량은 중앙이 크고 가장자리로 갈 수록 작아지는 가우시안 분포를 하고 있는데 반하여 균질 렌즈의 출사광의 광량은 중앙이나 가장자리나 그 크기가 거의 유사한 평탄광을 형성하고 있음을 알 수 있다.

도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명 장치의 Y 축 단면도이고, 도 3 b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명 장치의 X축 단면도로서, 광원(20), 광원으로부터 출사되는 광을 확대하여 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈(21), 콜리메이터 렌즈(21)를 통과한 평행광으로 변환된 가우스형 광을 평탄화하여 평탄광을 출사하는 균질 렌즈(22)를 포함하고 있다. 이때, 균질 렌즈(22)의 뒤에, 콜리메이터 렌즈(21)에 의해 평행광으로 변환되고 균질 렌즈(22)에 의해 평탄광으로 변환된 조명광을 조명면(24)에 포커싱하는 초점 렌즈(미도시)를 더 포함할 수 있다.

여기에서, 광원(20)은 출사되는 광이 광축에 대하여 확대되는 확대광이 아니라 광축에 대하여 평행한 평행광을 출사한다.

그리고, 콜리메이터 렌즈(21)는 부의 굴절력을 가지고 있으며 양면이 오목한 오목렌즈(21a)와, 정의 굴절력을 가지고 있으며 한면 또는 양면이 볼록한 볼록렌즈(21b)로 구성되어 있으며, 오목렌즈(21a) 또는 볼록 렌즈(21b)는 한 면 또는 양면을 비구면으로 형성할 수 있으며, 한면이 비구면인 경우에 광원(20)측으로부터 반대면을 비구면으로 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 콜리메이터 렌즈(21)의 오목 렌즈(21a)는 양면이 오목하고 부의 굴절력을 가지고 있어 광원(20)에서 출사되는 광을 확대하며, 볼록렌즈(21b)는 일면 또는 양면이 볼록하여 오목 렌즈(21a)에 의해 확대된 광을 평행광으로 변화시켜 출사한다.

그리고, 균질 렌즈(22)는 부의 굴절력을 가지고 있으며 광원(20)을 향하는 면은 오목하고 광원(20)에 대향하는 면은 볼록하게 형성되어 있다. 이와 같은 균질 렌즈(22)의 양면은 회전 대칭적(roationally- symmetric)인 구조를 가지고 있다.

이처럼, 균질 렌즈(22)가 회전 대칭적인 구조를 가지게 되면 광원(20)에서 출사되는 광의 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성할 수 있다.

즉, 균질 렌즈(22)는 축 대칭형의 광량의 분포를 다른 축 대칭형의 광량으로 재분포하여 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성하게 되는데, 본 발명에서는 축 대칭형의 가우스형 분포를 갖는 광을 방사선 방향으로 재분포하여 광을 평탄화시켜 평탄화된 광을 출사하게 된다.

특히, 본 발명의 제2 실시예와 관련된 균질 렌즈(22)는 콜리메이터 렌즈(21)에서 입사되는 입사광을 확대하여 평탄화시켜 평탄화된 광을 출사하는 점에 특징이 있다.

도 4a는 도 3의 균질 렌즈의 입사광의 광량을 나타내는 그래프이고, 도 4b는 도 3의 균질 렌즈의 출사광의 광량을 나타내는 그래프로서 X 축은 조명 장치의 Y 광축에 따른 좌표값이고 Y 축은 광량을 나타낸다.

도면을 참조하면, 균질 렌즈의 입사광의 광량은 중앙이 크고 가장자리로 갈 수록 작아지는 가우시안 분포를 하고 있는데 반하여 균질 렌즈의 출사광의 광량은 중앙이나 가장자리나 그 크기가 거의 유사한 평탄광을 형성하고 있음을 알 수 있다.

도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 장치의 Y 축 단면도이고, 도 5 b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 장치의 X축 단면도로서, 광원(30), 광원으로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈(31), 콜리메이터 렌즈(31)를 통과한 평행광으로 변환된 가우스형 광을 평탄화하여 평탄광을 출사하는 균질 렌즈(32), 콜리메이터 렌즈(31)에 의해 평행광으로 변환되고 균질 렌즈(32)에 의해 평탄광으로 변환된 조명광을 조명면(34)에 포커싱하는 초점 렌즈(33), 균질 렌즈(32)를 통과한 평탄광을 Y 광축 방향에 대하여 확대하고 확대된 광을 평행광으로 변환하는 확대 렌즈(35)를 포함하고 있다.

여기에서, 콜리메이터 렌즈(31)는 정의 굴절력을 가지고 있으며 양면이 볼록한 볼록 렌즈로서, 한 면 또는 양면을 비구면으로 형성할 수 있으며, 한면이 비구면인 경우에 광원(30)측으로부터 반대면을 비구면으로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 균질 렌즈(32)는 부의 굴절력을 가지고 있으며 광원(30)을 향하는 면은 볼록하고 광원(30)에 대향하는 면은 오목하게 형성되어 있다. 이와 같은 균질 렌즈(32)의 양면은 회전 대칭적(roationally- symmetric)인 구조를 가지고 있다.

여기에서, 회전 대칭적이란 광축에 대하여 대칭적이며 광축으로부터 동일한 반경에 있는 모든 지점이 같은 깊이를 가지고 있는 경우를 말한다.

이처럼, 균질 렌즈(32)가 회전 대칭적인 구조를 가지게 되면 광원(30)에서 출사되는 광의 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성할 수 있다.

즉, 균질 렌즈(32)는 축 대칭형의 광량의 분포를 다른 축 대칭형의 광량으로 재분포하여 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성하게 되는데, 본 발명에서는 축 대칭형의 가우스형 분포를 갖는 광을 방사선 방향으로 재분포하여 광을 평탄화시켜 평탄화된 광을 출사하게 된다.

이와 같은 회전 대칭적인 구조를 갖는 균질 렌즈(32)는 그 제작에 있어 비회전 대칭적인 구조를 갖는 렌즈에 비하여 저렴하게 제작할 수 있는 이점이 있다.

한편, 초점 렌즈(33)는 콜리메이터 렌즈(31)에 의해 평행광으로 변환되고 균질 렌즈(32)에 의해 평탄광으로 변환된 조명광을 조명면(34)에 포커싱하는데 X축 방향에 대해서만 조명면(34)에 포커싱이 되도록 한다.

이와 같이 조명광을 조명면(34)에 포커싱하기 위해서 초점 렌즈(33)은 광원(30)을 향하는 면이 Y축 방향에 대하여 오목하고 X축 방향에 대하여 볼록하며, 광원(30)에 대향하는 면이 평면인 실린더 형 렌즈일 수 있다.

이처럼 초점 렌즈(33)가 실린더 형 렌즈이면 Y 축 방향에 대해서는 포커싱이 되지 않고 X축 방향에 대해서만 포커싱이 되도록 할 수 있다.

그리고, 확대 렌즈(35)는 Y광축 방향에 조명광을 확대하고 확대된 광을 평행광으로 변환하기 위한 것으로Y 광축 방향에 대하여 부의 굴절력을 가지고 있다.

이러한 확대 렌즈(35)는 광원(30)에 대향하는 면이 Y축 방향에 대하여 오목하고 X축 방향에 대하여 볼록하며, 광원(30)을 향하는 면이 평면인 실린더 형 렌즈(35a)와, 광원(30)에 대향하는 면이 오목하고 광원(30)을 향하는 면이 평면인 오목렌즈(35b)를 구비하고 있다.

여기에서, 실린더 렌즈(35a)는 Y 축 방향에 대해서만 확대되도록 하며, 오목렌즈(35b)는 Y 축 방향에 대하여 평행광으로 변환되도록 한다.

이때, 실린더 렌즈(35a)는 초점 렌즈(33)의 앞에 위치하고, 오목 렌즈(35b)는 초점 렌즈(33)의 뒤에 위치하도록 설계되어 있다.

도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 조명 장치의 단면도로서, 평행광을 출사하는 광원(40), 광원(40)에서 출사되는 가우스형 평행광을 평탄화하여 평탄광을 출사하는 균질 렌즈(41), 균질 렌즈(41)를 통과한 평탄광을 Y 광축 방향에 대하여 확대하고 확대된 광을 평행광으로 변환하는 확대 렌즈(42), .균질 렌즈(41)에 의해 평탄광으로 변환된 조명광을 조명면(44)에 포커싱하는 초점 렌즈(43)를 포함하고 있다.

여기에서, 광원(40)은 평행광을 출사하며, 균질 렌즈(41)는 부의 굴절력을 가지고 있으며 광원(40)을 향하는 면은 볼록하고 광원(40)에 대향하는 면은 오목하게 형성되어 있다. 이와 같은 균질 렌즈(41)의 양면은 회전 대칭적(roationally- symmetric)인 구조를 가지고 있다.

여기에서, 회전 대칭적이란 광축에 대하여 대칭적이며 광축으로부터 동일한 반경에 있는 모든 지점이 같은 깊이를 가지고 있는 경우를 말한다.

이처럼, 균질 렌즈(41)가 회전 대칭적인 구조를 가지게 되면 광원(40)에서 출사되는 광의 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성할 수 있다.

즉, 균질 렌즈(41)는 축 대칭형의 광량의 분포를 다른 축 대칭형의 광량으로 재분포하여 광량을 평탄화시켜 평탄광을 형성하게 되는데, 본 발명에서는 축 대칭형의 가우스형 분포를 갖는 광을 방사선 방향으로 재분포하여 광을 평탄화시켜 평탄화된 광을 출사하게 된다.

이와 같은 회전 대칭적인 구조를 갖는 균질 렌즈(41)는 그 제작에 있어 비회전 대칭적인 구조를 갖는 렌즈에 비하여 저렴하게 제작할 수 있는 이점이 있다.

한편, 확대 렌즈(42)는 Y광축 방향에 조명광을 확대하고 확대된 광을 평행광으로 변환하기 위한 것으로Y 광축 방향에 대하여 부의 굴절력을 가지고 있다.

이러한 확대 렌즈(42)는 광원(40)에 대향하는 면이 Y축 방향에 대하여 오목하고 X축 방향에 대하여 볼록하며, 광원(40)을 향하는 면이 평면인 실린더 형 렌즈(42a)와, 광원(40)에 대향하는 면이 오목하고 광원(40)을 향하는 면이 평면인 오목렌즈(42b)를 구비하고 있다.

여기에서, 실린더 렌즈(42a)는 Y 축 방향에 대해서만 확대되도록 하며, 오목렌즈(42b)는 Y 축 방향에 대하여 평행광으로 변환되도록 한다.

이때, 실린더 렌즈(42a)와 오목 렌즈(42b)는 초점 렌즈(43)의 앞에 위치하도록 설계되어 있다.

한편, 초점 렌즈(43)는 균질 렌즈(41)에 의해 평탄광으로 변환되고 확대 렌즈계(42)에 의해 확대되고 평행광으로 변환된 조명광을 조명면(44)에 포커싱하는데 X축 방향에 대해서만 조명면(44)에 포커싱이 되도록 한다.

이와 같이 조명광을 조명면(44)에 포커싱하기 위해서 초점 렌즈(43)은 광원(40)을 향하는 면이 Y축 방향에 대하여 오목하고 X축 방향에 대하여 볼록하며, 광원(40)에 대향하는 면이 평면인 실린더 형 렌즈일 수 있다.

이처럼 초점 렌즈(43)가 실린더 형 렌즈이면 Y 축 방향에 대해서는 포커싱이 되지 않고 X축 방향에 대해서만 포커싱이 되도록 할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈를 하나의 렌즈를 사용하여 구현한 실시예들이다. 그리고, 도 8a는 도 7a 내지 도 7c의 균질렌즈의 입사광의 광량 분포를 보여주는 도면이고, 도 8b는 도 7a 내지 도 7c의 균질 렌즈의 출사광의 광량 분포를 보여주는 도면이다.

도 7a를 참조하면, 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈는 하나의 렌즈(70a)로 구성되며 광원측을 향하는 면이 일부가 오목하고, 광원측을 대향하는 면이 볼록하며, 부의 굴절력을 가지고 있다.

이러한 균질 렌즈(70a)에 있어서 광원측을 향하는 면의 곡률반경이 광원측에 대향하는 면의 곡률반경보다 크기 때문에 확대도가 4배가 된다.

이와 같은 균질 렌즈(70a)를 사용하면 도 8a 와 도 8b에서 볼 수 있는 바와 같이 가우시안 분포의 평행광이 입사되는 경우에 광을 확대하여 평탄화할 수 있다.

다음으로, 도 7b를 참조하면, 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈는 하나 의 렌즈(70b)로 구성되며 광원측을 향하는 면이 오목하고, 광원측을 대향하는 면이 볼록하며, 부의 굴절력을 가지고 있다.

이러한 균질렌즈(70b)에 있어서 광원측을 향하는 면의 곡률반경과 광원측에 대향하는 면의 곡률반경이 비슷하기 때문에 확대도가 1배가 된다.

이와 같은 균질 렌즈(70b)를 사용하면 도 8a 와 도 8b에서 볼 수 있는 바와 같이 가우시안 분포의 평행광을 평탄화할 수 있다.

그리고, 도 7c를 참조하면, 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈는 하나의 렌즈(70c)로 구성되며 광원측을 향하는 면의 전체가 오목하고, 광원측을 대향하는 면이 볼록하며, 부의 굴절력을 가지고 있다.

이러한 균질렌즈(70c)에 있어서 광원측을 향하는 면의 곡률반경이 광원측에 대향하는 면의 곡률반경보다 크기 때문에 확대도가 2배가 된다.

이와 같은 균질 렌즈(70c)를 사용하면 도 8a 와 도 8b에서 볼 수 있는 바와 같이 가우시안 분포의 평행광이 입사되는 경우에 광을 확대하여 평탄화할 수 있다.

도 9a와 도 9b는 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈를 두개의 렌즈를 사용하여 구현한 실시예들이다. 그리고, 도 10a는 도 9a와 도 9b의 균질렌즈의 입사광의 광량 분포를 보여주는 도면이고, 도 10b는 도 9a와 도 9b의 균질 렌즈의 출사광의 광량 분포를 보여주는 도면이다.

도 9a를 참조하면, 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈(90a)는 광원측에 위치하며 광원측을 향하는 면이 오목하고 광원측에 대향하는 면이 평평한 오목렌즈(90aa)와, 오목렌즈(90aa)의 뒤에 위치하며 광원측을 향하는 면이 볼록하고 광원 측에 대향하는 면이 평평한 볼록렌즈(90ab)로 이루어져 있다.

여기에서, 오목렌즈(90aa)와 볼록렌즈(90ab)는 회전 대칭적인 구조를 가지고 있으며 입사광을 평탄광으로 변환하여 출사한다.

그리고, 오목렌즈(90aa)의 오목면과 볼록렌즈(90ab)의 볼록면의 곡률반경이 유사하기 때문에 확대도는 1대가 된다.

이와 같은 균질 렌즈(90aa)를 사용하면 도 10a 와 도 10b에서 볼 수 있는 바와 같이 가우시안 분포의 평행광이 입사되는 경우에 광을 확대하여 평탄화할 수 있다.

다음으로, 도 9b를 참조하면, 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈(90b)는 광원측에 위치하며 광원측을 향하는 면이 오목하고 광원측에 대향하는 면이 평평한 오목렌즈(90ba)와, 오목렌즈(90ba)의 뒤에 위치하며 광원측을 향하는 면이 볼록하고 광원측에 대향하는 면이 평평한 볼록렌즈(90bb)로 이루어져 있다.

여기에서, 오목렌즈(90ba)와 볼록렌즈(90bb)는 회전 대칭적인 구조를 가지고 있으며 입사광을 평탄광으로 변환하여 출사한다.

그리고, 오목렌즈(90ba)의 오목면의 곡률변경이 볼록렌즈(90bb)의 볼록면의 곡률반경 보다 크기 때문에 확대도는 4배가 된다.

이와 같은 균질 렌즈(90b)를 사용하면 도 10a 와 도 10b에서 볼 수 있는 바와 같이 가우시안 분포의 평행광이 입사되는 경우에 광을 확대하여 평탄화할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 Y 축 단면도이고, 도 1 b는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 장치의 X축 단면도.

도 2a는 도 1의 균질 렌즈의 입사광의 광량을 나타내는 그래프이고, 도 2b는 도 1의 균질 렌즈의 출사광의 광량을 나타내는 그래프.

도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명 장치의 Y 축 단면도이고, 도 3 b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명 장치의 X축 단면도.

도 4a는 도 3의 균질 렌즈의 입사광의 광량을 나타내는 그래프이고, 도 4b는 도 3의 균질 렌즈의 출사광의 광량을 나타내는 그래프.

도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 장치의 Y 축 단면도이고, 도 5 b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 장치의 X축 단면도.

도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 조명 장치의 단면도.

도 7a 내지 도 7c는 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈를 하나의 렌즈를 사용하여 구현한 실시예.

도 8a는 도 7a 내지 도 7c의 균질렌즈의 입사광의 광량 분포를 보여주는 도면이고, 도 8b는 도 7a 내지 도 7c의 균질 렌즈의 출사광의 광량 분포를 보여주는 도면.

도 9a와 도 9b는 도 1a 내지 도 6에 사용되는 균질 렌즈를 두개의 렌즈를 사용하여 구현한 실시예. 도 10a는 도 9a와 도 9b의 균질렌즈의 입사광의 광량 분포를 보여주는 도면이고, 도 10b는 도 9a와 도 9b의 균질 렌즈의 출사광의 광량 분포 를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20, 30, 40 : 광원 11, 21, 31: 콜리메이터 렌즈

12, 22, 32, 41, 70a, 70b, 80a, 80b : 균질 렌즈

13, 33, 43 : 초점 렌즈 14, 24, 34, 44 : 조명면

35, 42 : 확대 렌즈

Claims (9)

1. 가우스형 휘도 분포를 갖는 광을 생성하여 출사하는 광원;

   광의 입사면과 출사면이 회전 대칭적인 구조를 가지고 있으며 가우스형 휘도 분포를 갖는 광을 상기 광원에서 입력받아 평탄화하여 평탄광을 형성하는 균질 렌즈; 및

   상기 균질 렌즈에서 출사되는 평탄광을 조명면에 포커싱하여 조명하는 초점 렌즈를 포함하여 이루어진 조명 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원은 가우스형 휘도 분포를 갖는 확대광을 출사하며,

   상기 광원에서 출사되는 확대광을 평행광으로 변환하여 상기 균질 렌즈에 입사시키는 콜리메이터 렌즈를 더 포함하여 이루어진 조명 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원은 상기 균질 렌즈의 앞에 위치하며 평행광을 출사하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 균질 렌즈의 앞에 위치하며 상기 광원에서 출사되는 평행광을 확대하여 평행광으로 변환하여 출사하는 콜리메이터 렌즈를 더 포함하여 이루어진 조명 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 콜리메이터 렌즈는,

   양면이 오목하고 부의 굴절력을 가지고 있어 광원에서 출사되는 광을 확대하는 오목렌즈; 및

   일면 또는 양면이 볼록하여 정의 굴절력을 가지고 있으며 상기 오목 렌즈에 의해 확대된 광을 평행광으로 변화시켜 출사하는 볼록렌즈를 포함하여 이루어진 조명 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 균질 렌즈에서 출사되는 평탄광을 확대하고 평행광으로 변환시켜 출사하는 확대 렌즈를 더 포함하여 이루어진 조명 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 확대 렌즈는,

   광원에 대향하는 면이 일축 방향에 대하여 오목하고 다른축 방향에 대하여 볼록하며, 광원을 향하는 면이 평면이며 일축 방향에 대해서만 입사광을 확대되도록 하는 실린더 형 렌즈; 및

   광원에 대향하는 면이 오목하고 광원을 향하는 면이 평면인 오목렌즈를 포함하여 이루어진 조명 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 균질 렌즈는,

   광원측을 향하는 면이 회전 대칭적으로 오목하고, 광원측에 대향하는 면이 회전 대칭적으로 볼록하며, 부의 굴절력을 가지고 있어 입사광을 평탄광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 균질 렌즈는,

   광원측을 향하는 면이 회전 대칭적으로 오목하고 광원측에 대향하는 면이 평평한 오목렌즈; 및

   오목렌즈의 뒤에 위치하며 광원측을 향하는 면이 회전 대칭적으로 볼록하고 광원측에 대향하는 면이 평평한 볼록렌즈를 포함하여 이루어진 조명 장치.

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