KR20160040610A - 광 방출기를 제조하는 방법 - Google Patents

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므디 느씨리
에릭 크리스티앙 벨라브레
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아르치메주 테크놀로지
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Abstract

본 발명은 수 개의 소스들(S1 내지 S15) 및 지지부(2)를 포함하는 광 방출기를 제조하는 방법에 관한 것이다. 각각의 소스(S1 내지 S15)는 작업 파장에서 광 빔을 방출하도록 배치된다. 각각의 소스에 대하여, 고정 방향(3)을 따르는 이 소스의 위치(X1 내지 X15)는, 멀티플렉서에 대한 방출기의 장소 및 이 소스의 작업 파장, 및 이 방출기와 연관되도록 제공되는 스펙트럼 멀티플렉서의 광학 특성들의 함수로서, 결정된다. 이 위치들(X1 내지 X15)은, 방출기가 멀티플렉서와 연관될 때, 멀티플렉서(4)가 광 빔들을 공간적으로 중첩시키도록 결정된다. 다음으로, 각각의 소스(S1 내지 S15)가 고정 방향(3)을 따라, 이전에 결정된 그 위치(X1 내지 X15)에 지지부(2) 상에, 고정되어, 소스들이 스펙트럼 멀티플렉서의 크로마틱 분산 특성 또는 규칙에 따라 분포된다. 유리하게도, 고정 방향(3)을 따라 연장되는 수개의 평행 고정 축들(13, 14, 15) 상에 소스들(S1 내지 S1)을 고정하는 것이 가능하다.

Description

광 방출기를 제조하는 방법{METHOD OF FABRICATING A LIGHT EMITTER}
본 발명은 광 방출기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이것은 또한 이러한 방법에 의해 획득되는 방출기에 관한 것이다.
본 발명의 기술 분야는 보다 상세하게는 광학 분광학(optical spectroscopy) 또는 다중분광 조명(multispectral lighting)과 같은 응용 분야들에 있어서, 측미법의 발광 다이오드들을 가지는 "멀티-칩" 방출기와 같은 소형화된 광 방출기들에 관한 것이지만 이에 한정되지는 않는다.
"멀티-칩" LED와 같은 광 방출기의 컨셉은 2000년대부터 존재했으나, 조명 산업에 의해 배타적으로 사용되어졌다.
조명 산업이 직면한 문제들은 비색법(colorimetry) 및 광도측정법(photometry)을 수반하고, 이들의 목적은 종종 루먼(lumen)으로 표현되는, 최대 플럭스를 획득하고 또한 비색법의 렌더링 인덱스(Colorimetric Rendering Index)에 기초하여, 최상의 가능한 품질의 백색광을 획득하기 위해 비색법의 렌더링을 최적화하는 데 있다.
조명 시장은 루먼으로 주어지는 최대 플럭스를 필요로 한다. 그러므로 시장에 존재하는 "멀티-칩" 방출기들은 더 큰 광 세기를 가지기 위해 램프 안의 소스들(또는 "칩들", 통상으로 마이크로 LED들)의 밀도를 최대화하고, 또한 특수한 수집기 광학들(collector optics)이 디자인된다. 이것은 특히 2011년에 Cree에 의해 출원되는 특허 US 20120068198 경우이다. 이 특허의 키 포인트들은 소스들의 밀도를 최대화하기 위해 소스들의 포지셔닝의 디자인에 관한 것이다. 이 디자인은 성능을 최적화하고 좋은 비색법의 렌더링을 획득하도록 생성된다.
조명시, 고전력 소스들이 보통 사용되고, 이로 인해 해결해야 할 많은 열 문제들이 있다. 지지들의 디자인 또는 이 방법은 종종 열 소실의 최적화에 기초한다. 특허 US 20110198628은 최적 열 소실을 위한 금속 베이스에 직접 결합된 각각의 소스를 보여주는데, 이 디자인은 신중하게 디자인된 PCB(인쇄 회로 기판)를 이용해 내부 반사들 이로써 최종 플럭스를 최적화하도록 생성된다. 소스들 사이에 더 좋은 커버를 가지도록 하기 위해 소스들 사이의 거리의 최소화 또한 언급된다.
그러므로 "멀티-칩" 방출기의 표면 상의 소스들의 밀도의 최대화는 이러한 "멀티-칩" 방출기들의 서로 다른 예들에 있어서 당업자들에게는 필수적인 특성이다.
본 발명의 목적은 조명과는 다른 시장들, 특히 흡수 분광법(absorption spectroscopy) 또는 형광 분광법(fluorescence spectroscopy), 측미법(microscopy) 또는 내시경술(endoscopy)를 위한 조명, 또는 가시광(LiFi)을 통한 통신과 같은 과학적인 시장들에서 어필할 수 있는 광 방출기를 제조하기 위한 방법을 제안하는 데 있다.
이 목적은 수 개의 분리된 광 소스들 및 상기 모든 소스들에 공통되는 지지부을 포함하는 광 방출기를 제조하기 위한 방법에 있어서, 각각의 소스는 작업 파장이라 칭해지는 파장에서 광 빔을 방출하기 위해 배치되고,
- 각각에 소스에 있어서, 이 방출기에 연관되게 계획된 스펙트럼 멀티플렉서의 광학 특성들(통상적으로 크로마틱 분산 또는 바람직하게 크로마틱 수차), 이 소스의 상기 작업 파장, 및 상기 멀티플렉서에 대하여 상기 방출기의 장소의 함수로서, 고정 방향을 따라 이 소스의 위치를 결정하고, 상기 스펙트럼 멀티플렉서는 크로마틱 분산 특성들(바람직하게는 크로마틱 수차, 통상적으로 렌즈들 및/또는 프리즘의 크로마틱 수차, 바람직하게는 측면 크로마틱 수차)을 가지는 광학 조립체를 포함하고; 이 소스들의 위치들은 상기 방출기의 장소에 대하여 또한 상기 소스들의 이 위치들에 대하여, 상기 광학 조립체는 (이 크로마틱 분산 특성들 또는 바람직하게는 크로마틱 분산을 이용해) 상기 소스들의 광 빔들을 함께 공간적으로 더 가까이 가져다 놓도록 배치되어 상기 멀티플렉서는 공간적으로 상기 광 빔들에 중첩되고,
- 상기 고정 방향을 따라, 상기 지지부 상에 이전에 결정된 위치에 각각의 소스를 고정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기를 제조하기 위한 방법으로 달성된다.
각각의 소스는 상기 지지부 상에 이전에 결정된 위치에 고정될 수 있어 상기 소스들은 증가되는 작업 파장 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포된다. 상기 고정 단계에 있어서, 각각의 소스는 상기 지지부 상에 이전에 결정된 위치에 상기 고정 방향을 따라 고정될 수 있어, 전체로서 고려되는 상기 모든 소스들은 증가되는 작업 파장 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포된다.
상기 고정하는 것은 상기 고정 방향을 따라 연장되는 적어도 2개의 평행한 고정 축들 상에 소스들을 고정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 모든 소스들 중에서, 상기 고정 방향을 따라 인접하는 위치들을 가지는 2개의 소스들은 바람직하게 동일한 고정 축 상에 고정되지 않는다. 수 개의 고정 축들의 경우에 있어서:
- 각각의 소스는 사변형 형태, 바람직하게는 사각형 또는 마름모를 가질 수 있고; 상기 고정 방향을 따라 하나씩 차례로 상기 소스들의 적어도 일 부분에 대하여, 각각의 소스는 바람직하게 상기 고정 축들 중 하나에 정렬되는 그 사변형 형태의 대각선들 중 하나를 가지고; 및/또는
- 상기 소스들은 상기 서로 다른 고정 축들 상에 분포될 수 있어 각각의 고정 축은 이 축 상에 분포된 상기 소스들의 작업 파장 범위에 대응하고, 이로써 상기 서로 다른 고정 축들의 작업 파장 범위들 사이의 교차는 없고; 및/또는
- 개별적으로 고려되는 각각의 고정 축에 대하여, 이 축의 각각의 소스는 상기 고정 방향을 따라 상기 지지부 상에 이전에 결정된 위치에 고정되는 것이 가능하여, 이 축의 상기 소스들은 증가하는 작업 파장의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포된다. 이 경우에 있어서, 전체로서 취해지는 상기 모든 소스들은 증가하는 작업 파장의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포되지 않는 것이 가능하다.
상기 광학 조립체는 측면 크로마틱 수차를 가지는 광학 시스템을 포함할 수 있고, 상기 소스들의 위치들은 상기 광학 시스템의 오프-축 사용(off-axis use)에 대응한다. 또는, 상기 광학 조립체는 회절 격자를 포함할 수 있다.
각각의 소스를 고정하는 것은 석션 팁을 가지고 상기 소스를 고정하는 것을 포함할 수 있고, 또한 상기 석션 팁에 의해 상기 지지부 상에 상기 소스를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 상기 지지부는 각각의 소스를 배치하기 전에 글루로 커버되고, 또한 각각의 소스는 상기 글루 위에 배치될 수 있다.
상기 방출기는 상기 다른 소스들에 독립적으로 각각의 소스를 제어하기 위해 배치되는, 상기 소스들의 전자 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 고정 후, 상기 방출기를 상기 소스들의 위치들의 결정 동안 고려되는 그 장소에 상기 멀티플렉서와 연관시키는 것을 포함할 수 있다.
각각의 소스는 바람직하게 준-단색이다.
각각의 소스는 (바람직하게) 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 지지부는 전자 회로 기판 상에 칩을 고정하기 위해 배치되는 연결 핀들이 구비된 전자 칩과 통합될 수 있다.
상기 광학 조립체는 렌즈 및/또는 프리즘 및/또는 회절 격자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 획득되는 방출기, 또는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 획득되는 방출기와 멀티플렉서 조립체가 제안된다.
그러므로 본 발명에 따른 광 방출기가 제안되는데 (크로마틱 분산 특성들을 가지는 광학 조립체를 포함하는 이 방출기와 멀티플렉서의 조립체가 바람직하게 제안되는데), 상기 방출기는 수 개의 분리된 광 소스들 및 상기 모든 소스들에 공통되는 지지부를 포함하는데, 각각의 소스는 작업 파장으로 지칭되는 파장에서 광 빔을 방출하기 위해 배치되고, 각각의 소스는 (상기 방출기 + 멀티플렉서 조립체의 경우에 있어서 상기 멀티플렉서에 대하여 상기 방출기의 배치 및 이 소스의 작업 파장의, 스펙트럼 멀티플렉서의 광학 특성들의 함수로서 정의되는) 고정 방향을 따라 상기 지지부 상에 소정의 위치를 가지고, 이로써, 상기 광학 조립체는 그 크로마틱 분산 특성들을 이용해 상기 소스들의 광 빔들을 공간적으로 더 가까이 가져오기 위해 배치되고 이로써 상기 멀티플렉서는 공간적으로 상기 광 빔들과 중첩한다.
상기 소스들은 바람직하게 증가하는 작업 파장의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포된다. 전체적으로 취해지는 상기 모든 소스들은 바람직하게 증가하는 작업 파장의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포된다.
상기 소스들은 상기 고정 방향을 따라 연장되는 적어도 2개의 평행한 고정 축들 상에 분포될 수 있다. 상기 모든 소스들 중에서, 상기 고정 방향을 따라 인접하는 위치들을 가지는 2개의 소스들은 바람직하게 동일한 고정 축 상에 고정되지 않는다. 수 개의 고정 축들의 경우에 있어서:
- 각각의 소스는 사변형 형태, 바람직하게는 사각형 또는 마름모를 가질 수 있고; 상기 고정 방향을 따라 하나씩 차례로 상기 소스들의 적어도 일 부분에 대하여, 각각의 소스는 바람직하게 상기 고정 축들 중 하나에 정렬되는 그 사변형 형태의 대각선들 중 하나를 가지고; 및/또는
- 상기 소스들은 상기 서로 다른 고정 축들 상에 분포될 수 있어 각각의 고정 축은 이 축 상에 분포된 상기 소스들의 작업 파장 범위에 대응하고, 이로써 상기 서로 다른 고정 축들의 작업 파장 범위들 사이의 교차는 없고; 및/또는
- 개별적으로 고려되는 각각의 고정 축에 대하여, 이 축의 각각의 소스는 상기 고정 방향을 따라 상기 지지부 상에 이전에 결정된 위치에 고정되는 것이 가능하여, 이 축의 상기 소스들은 증가하는 작업 파장의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포된다. 이 경우에 있어서, 전체로서 취해지는 상기 모든 소스들은 증가하는 작업 파장의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포되지 않는 것이 가능하다.
상기 방출기는 상기 다른 소스들에 독립적으로 각각의 소스를 제어하기 위해 배치되는, 상기 소스들의 전자 컨트롤러를 포함할 수 있다.
각각의 소스는 바람직하게 준-단색이다.
각각의 소스는 (바람직하게) 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 지지부는 전자 회로 기판 상에 칩을 고정하기 위해 배치되는 연결 핀들이 구비된 전자 칩에 단단히 고정될 수 있다.
상기 방출기 + 멀티플렉서 조립체의 경우에 있어서:
- 상기 광학 조립체는 측면 크로마틱 수차를 가지는 광학 시스템을 포함하고, 상기 소스들의 위치들은 상기 광학 시스템의 오프-축 사용(off-axis use)에 대응하고, 및/또는
- 상기 광학 조립체는 렌즈 및/또는 프리즘 및/또는 회절 격자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은, 이하의 첨부된 도면들로부터, 및 한정하는 것이 아닌 실시예들의 상세한 설명을 읽는 것으로 명백해질 것이다.
도 1은 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 방출기들의 실시예들에 이용되는 2개의 광 소스들의 방출 스펙트럼을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 방출기의 제1 실시예를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법의 제1 실시예를 위한 조립체를 보여준다.
도 3은 도 2에 도시된 방법에 의해 획득되는 본 발명에 따른 방출기의 제1 실시예의 대략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 방출기의 제2 실시예를 대략적으로 보여준다.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 방출기의 제2 실시예를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법의 제2 실시예를 위해 고려되는 요소들을 보여준다.
도 10은 본 발명에 따른 방출기(1)의 보다 일반적인 도면이다.
도 11은 이 지지부(2)에 고정되는 소스들 및, 본 발명에 따른 방출기(1)의 지지부(2)를 보여준다.
도 12는 이 지지부(2)에 고정되는 소스들 및, 본 발명에 따른 방출기(1)의 지지부(2)를 위한 변형을 보여준다.
도 13은 이 지지부(2)에 고정되는 소스들 및, 본 발명에 따른 방출기(1)의 지지부(2)를 위한 다른 변형을 보여준다.
도 14는 양각들이 마련된, 본 발명에 따른 방출기(1)의 지지부(2)의 변형의 사시도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 방출기(1)의 지지부(2)가 경사지어진 변형의 측면도들이다.
도 17은 크로마틱 분산 특성들이 애퍼크로마틱 대물 렌즈(apochromatic objective lens)의 이미지에 지지부(2)의 평면 상에 크로마틱 폴딩을 포함하는 경우에 있어서 이 지지부(2)에 고정된 소스들의, 본 발명에 따른 방출기(1)의 지지부(2)의 바닥도이다.
이 실시예들은 한정하고자 하는 것이 아니기 때문에, 본 발명의 변형들은, 이 특성들의 선택이 기술적인 장점을 부여하고 또한 기술의 상태에 대하여 본 발명과 차별화하기에 충분하다면, (이 선택이 이 다른 특성들을 포함하는 구절 안에서 격리되더라도) 설명되는 다른 특성들로부터 분리되는, 특히 이하에서 설명되는 특성들의 선택만을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 이 선택은 적어도 하나의, 구조적인 상세사항들 없이, 또는 이 부분만으로 기술적인 장점을 부여하거나 또는 기술의 상태에 대하여 본 발명과 차별화하기에 충분하다면 구조적인 상세사항들의 일 부분만을 가지고, 바람직하게 기능적인, 특성을 포함한다.
이하에서 설명되는 것과 같은 본 발명에 따른 방출기(1)는 N 개의 다른 광 소스들을 포함하고, N은 2와 동일하거나 또는 이보다 큰 자연수이다 (바람직하게 3과 동일하거나 또는 이보다 크고, 바람직하게 10과 동일하거나 또는 이보다 크다).
각각의 광 소스 (Si, (i는 정수, i=1 내지 N))는 작업 파장으로 지칭되는 파장(λi)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 파장들을 포함하는 광 빔을 방출하기 위해 배치된다.
각각의 광 소스는 가시 스펙트럼 (340 nm와 800 nm 사이) 안의 그 작업 파장을 방출한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 방출기의 소스들(S1 내지 SN) 중에서, (i는 정수, i=1 내지 N) 본 발명에 따른 방출기(1)에 사용된 각각의 광 소스(Si)의 방출 스펙트럼이 설명될 것이다.
파장들(λi, λi+1) 각각을 가지는 2개의 준-단색 광 소스들의 광 세기(Ii( λ), Ii+1(λ))을 참조할 것이다. 각각의 스펙트럼(Ii( λ), Ii+1(λ))은 각각의 작업 파장(λi, λi+1)으로 지칭되는 파장에서 피크를 가지는 종-형태의 커브(예를 들어, 가우시안)의 형태를 가진다. 이 피크는 작업 파장에 대하여 최대치의 반에서 상대적으로 작은 전체 폭을 가진다.
그러므로, 제1 광 소스(Si)는
- 높이(Ii), 최대치(광 세기(Ii(λ)의 최대치)의 피크를 가지는, 즉, 작업 파장(λi, 예를 들어 λ1=380 nm)에 있어서 max(λi)의 피크를 가지는, 및
- λi, 여기서는 10 nm와 같은 파장의 피크 주위에서 최대치 반 Δλi에서 전체 폭을 가지는, 종-형태의 방출 스펙트럼을 가진다.
유사하게, 제2 광 소스(Si+1)는
- 높이(Ii+1), 최대치(광 세기(Ii+1(λ)의 최대치)의 피크를 가지는, 즉, 작업 파장(λi+1, 예를 들어 λ2=410 nm)에 있어서 max(λi+1)의 피크를 가지는, 및
- λi+1, 여기서는 10 nm와 같은 파장의 피크 주위에서 최대치 반 Δλi+1에서 전체 폭을 가지는, 종-형태의 방출 스펙트럼을 가진다.
그러므로, 광 소스들(Si 및 Si+1)은
- Δλi/λi << 1, 바람직하게는 Δλi/λi < 10, 바람직하게 Δλi/λi < 100 이므로 파장 λi에 대하여 광 소스(Si)의 최대치의 반 Δλi에서 전체 폭이 작기 때문에,
- Δλi+1/λi+1 << 1, 바람직하게는 Δλi+1/λi+1 < 10, 바람직하게 Δλi+1/λi+1 < 100 이므로 파장 λi+1에 대하여 광 소스(Si+1)의 최대치의 반 Δλi+1에서 전체 폭이 작기 때문에, 준-단색으로 간주될 수 있다.
각각의 소스는 다른 소스들의 작업 파장과 다른 작업 파장을 갖는다.
각각의 소스(Si)는 다른 소스들에 비하여 적어도 10 배(바람직하게 100 배) 더 큰 광 세기(I i (λ i )), 즉
I i (λ i ) ≥ 10 I k (λ i ), i 는 i=1 내지 N인 정수; k는 k=1 내지 N, k≠i인 정수(바람직하게 I i (λ i ) ≥ 100 I k (λ i ))에서 그 작업 파장(λi)을 방출한다.
바람직하게, 각각의 소스의 작업 파장은 다른 소스들에 의해 방출되지 않는다.
다른 형태들의 스펙트럼을 가지는 다른 다색(polychromatic) 소스들의 사용을 위해 규정이 만들어질 수 있다. 본 발명에 따르면, 광 소스의 위치의 함수로서, 작업 또는 방출 파장으로 지칭되는 파장에 중심을 가지는 그 스펙트럼의 일 부분만이 사용될 것이다. 그러므로 그 스펙트럼이 이 작업 파장에서 높은 세기를 가진다면 다색 소스가 사용될 수 있다.
각각의 광 소스는 발광 다이어드(LED)를 포함한다(바람직하게 구성된다). LED들은 백열 또는 방전 소스들처럼, 분광계와 같은 장치들에 보통 사용되는 광 소스들보다 더 긴 서비스 수명을 가지는 광 소스들이기 때문에, 발광 다이오드들의 사용은 실패의 위험을 감소시킬 수 있게 해 준다. 게다가, LED들은 작고 저비용이라는 장점을 가진다.
각각의 소스는 캡슐화된 형태의 발광 다이오드이거나 이를 포함한다. 이것은 각각의 개별 소스는 이 경우에 광을 방출하고 또한 한편으로는 방출할 때 각각의 칩에 의해 발산되는 열을 분산시키고 (이로써 관례적으로 행해지는 예를 들어 펠티에 모듈(Pelletier module)을 이용하여 일정한 온도를 보장하고) 또한 다른 한편으로는 작동을 위해 각각의 칩에 전력(electrical power)(특히 전류)를 공급하는 것을 가능하게 해주는, 하우징 안에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드 또는 "LED 칩"을 포함한다는 것을 의미한다. 따라서 이 하우징은 일반적으로 예를 들어 에폭시 수지와 같은 에폭시드 폴리머(epoxide polymer), 또는 세라믹과 같은, 열-저항(heat-resistant) 및 전기적 절연 물질로 구성된다.
그러므로, 각각의 소스는 주어진 전류에서, 또한 주어진 온도에서 작동하도록 디자인된다.
본 발명에 따라 각각의 위치를 결정하는 것은 주어진 전류 및 주어진 온도의 가설 하에서 수행되는데, 이로써 이것은 최적 작동 점에 대응한다. 하지만, 파장의 1 또는 2 나노미터의 변화량들은 10 나노미터들 근처의 최대치 반의 전체 폭을 가지는 스펙트럼을 포함하는 LED의 경우에 있어서는, 특히 프리즘(51) 또는 오프-축이 사용되고 이 광학 조립체(6)를 관통하고 각각의 소스에 의해 방출되는 각각의 광 빔의 전체 스펙트럼을 전송하지만 이 스펙트럼의 감소된 일 부분을 선택하지 않는 측면 크로마틱 수차(이하에서 설명되는 제1 실시예)를 가지는 광학 시스템(25)을 포함하는 광학 조립체(6)가 사용될 때, 크게 중요하지 않음에 주목해야 한다.
이 하우징은 일반적으로 양극(anode) 및 음극(cathode)에서 지지부(2)에 연결되는 2개의 금속 핀들을 포함한다. 이것은
- 하우징마다 하나의 발광 다이오드 또는 "LED 칩"("단일 칩" 경우). 이 경우에 있어서, 지지부(2) 상에 소스 각각을 고정하는 것은 통상적으로 이 소스를 직접 그 하우징에, 지지부(2) 상에 하우징의 솔더링(통상 SMD 솔더링)에 의해 고정하는 것을 포함한다. 이 경우는 적어도 이 하우징들의 치수와 동일하기 때문에, 칩들의 치수보다 큰, 2개의 소스들 사이 공간을 필요로 한다는 단점을 가진다.
- 하우징마다 수 개의 발광 다이오드 또는 "LED 칩"(멀티-코어" 경우)을 가지는 것이 가능하다. 이하에서 더 상세히 설명될 이 바람직한 경우에 있어서, 지지부(2) 상에 소스 각각을 고정하는 것은 통상적으로 글루를 이용해 지지부(2)에 이 소스를 고정하는 것을 포함한다. 수개의 (바람직하게 모든) 소스들이 지지부에 고정되기만 하면, 이것들은 단일 하우징 안에 캡슐화된다. 이 경우는 소스들을 서로 가까이 가져올 수 있게 만들어주기 때문에, 즉 더 컴팩트한 방출기를 획득하기 위해 "더 좁은" 크로마틱 분산들에서 작동하는 것을 가능하게 해주기 때문에, 이전의 경우에 비하여 명백히 바람직하다.
각각의 소스("LED 칩")는 소정의 평면에 평행하게 연장되는 (그리고 바람직하게 이 평면에 수직하는 평균 방향(mean direction)으로 그 빔을 방출하기 위해 배치되는) 편평한, 발광 표면(바람직하게 램버시안(Lambertian)을 가져서, 이 소스의 두께는 이 평면에 수직하게 정의되고 이 소스의 지름은 이 평면 안에 포함되고 이 소스를 둘러싸는 것이 가능한 원의 최소 지름으로 정의된다. 각각의 소스의 지름은 바람직하게 1 밀리미터보다 작고, 더 바람직하게는 300 마이크로미터보다 작다.
소스(Si)의 "위치"(Xi)는, 당업자에게는 매우 자연스럽게도, 모든 소스들에 대한 고정된 기준점의 위치를 의미하게 된다. 이것은 바람직하게 소스 각각의 좌상측 코너의 위치의, 또는 소스 각각에 있어서 광을 생성하는 부분의(또는 위에서 보이는 표면의) 중심(또는 무게중심)의 위치이다. 이 위치는 임의로 정의되는, 중심 X=0 에 대하여 정의된다. 소스들은 사각 형태, 마름모 또는 정사각형으로 이하에서 설명될 것이고, 또한 각각의 소스의 위치는 각각의 소스에 의해 형성되는 사각, 마름모 또는 정사각형의 중심의 위치로 간주될 것이다.
유사하게, 다른 소스들이 다른 축들(13, 14, 15 및/또는 40) 상에 정렬, 고정, 분포 등이 된 것으로 간주될 때, 이 다른 축들(13, 14, 15 및/또는 40) 상의 각각의 소스의 이 고정된 기준점(중심, 무게중심, 코너, 각, 등)이 정렬, 고정, 분포 등의 기준이 될 것이다.
본 발명에 따른 광 방출기(1)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 2개의 실시예들이 이하에서 설명될 것이고, 이 광 방출기(1)는 이전에서 설명된 서로 다른, 분리된 광 소스들(Si, i는 i=1 내지 N인 정수) 및 모든 소스들에 공통되는 편평한 지지부(2)를 포함한다. 제1 실시예는 소스들의 위치들의 측정들을 포함하는 제조 방법이다. 제2 실시예는 소스들의 위치들의 계산들을 포함하는 제조 방법이다. 이 2개의 실시예들에 있어서, 본 발명에 따른 제조 방법은,
- 각각의 소스(Si)에 있어서, 이 방출기(1)에 연관되게 계획된 스펙트럼 멀티플렉서(4)의 광학 특성들, 이 소스의 작업 파장(λi), 및 멀티플렉서(4)에 대하여 방출기(1)의 장소((placement, 5)의 함수로서, 고정 방향(3)을 따라 이 소스(Si)의 위치(Xi)를 (측정에 의해 또는 계산에 의해) 결정하고, 이 스펙트럼 멀티플렉서(4)는 크로마틱 분산 특성들(chromatic dispersion properties)을 가지는 광학 조립체(6)를 포함하고; 이 소스들(S1 내지 SN)의 위치들(X1 내지 XN)은 방출기의 이 장소(5)에 대하여 또한 이 소스들(S1 내지 SN)의 위치들(X1 내지 XN)에 대하여, 광학 조립체(6)는 이 크로마틱 분산 특성들을 이용해 상기 소스들의 광 빔들을 함께 공간적으로 더 가까이 가져다 놓기 위해 배치되도록 결정되어, 멀티플렉서(4)는 공간적으로 멀티플렉싱된 광 빔(26)에 이 광 빔들을 (적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히) 중첩시키고,
- 고정 방향(3)을 따라, 지지부(2) 상에 이전에 결정된 위치(X1 내지 XN)에 각각의 소스(S1 내지 SN)를 고정하여, 소스들(S1 내지 SN)이 스펙트럼 멀티플렉서(4)의 크로마틱 분산의 특성들 또는 규칙에 따라 (바람직하게 증가하는 작업 파장(λ1 내지 λN)의 순서로, 이로써 소스들(S1 내지 SN)은 바람직하게 색도(chromaticity)의 증가하는 순서에 의해 랭크되는) 고정 방향(3)을 따라 분포되는 것을 포함한다.
상기 결정하는 단계는 기술적인 수단(측정 수단, 통상적으로 검출기 및 광학 필터, 또는 계산 수단)에 의해 구현된다.
이렇게 획득된 방출기(1)는, 멀티플렉서(4)에 연관되기만 하면, 멀티플렉서(4)가 소스들(S1 내지 SN)에 의해 방출되는 빔들의 스펙트럼 멀티플렉싱을 구현하도록 배치된다. "스펙트럼 멀티플렉싱(spectral multiplexing)"은 수 개의 광 빔들의 공간적 조합을 의미하고, 그 각각은 평행한 광선들을 가지는 광 빔(26), 소위 "시준된(collimated)" 광 빔(26)의 최종 스펙트럼 구성에 기여한다. 이로써 멀티플렉싱된 광 빔(26)은, 수 개의 혼합된 파장들(λ1 내지 λN)을 포함하기 때문에, 다색 광 빔이 된다.
본 발명에 따른 용어 "크로마틱 분산"은 크로마틱 수차(chromatic aberrations)를 포함한다.
(예를 들어 이하에서 설명되는 광학 시스템(25) 또는 프리즘(51)을 포함하거나 또는 이로 구성되는) 광학 조립체(6)의 크로마틱 수차는, 이 광학 조립체(6) 상에 시준되고 그후 이 광학 조립체(6)를 관통하는 입사 광 빔의 파장의 함수로서, 이 광빔의 초점의 위치의 변화량이다.
(이하에서 설명되는 것과 같이 예를 들어 광학 시스템(25)을 포함하거나 또는 이로 구성되는) 광학 조립체(6)의 측면 크로마틱 수차는, 이 광학 조립체(6) 상에 시준되고 그후 이 광학 조립체(6)를 관통하는 입사 광 빔의 파장의 함수로서, 이 광빔의 초점의 측면 (즉, 광학 시스템(25)의 광학 축(A1)에 수직하는) 위치의 변화량이다.
각각의 광 소스(S1 내지 SN)에 의해 방출되는 광 빔의 전파는 이 소스로부터 광학 조립체(6)로 자유 공간에서 발생한다. "자유 공간(free space)"은, 광섬유 또는 유선 또는 동심축 전송 선들과 같은, 물질 전달 매체와 다른, 신호 경로의 공간적 매체: 공기, 항성간 공간(inter-sidereal space), 진공 등을 지칭한다. 따라서 도파관과 광 소스에 의해 방출되는 광 빔 사이에 커플링은 없다. 종래 기술에 존재할 수 있는 "섬유-LED(fiber-to-LED)"로 알려진 커플링도 없다. 이로써 본 발명에 따르면, 에너지 손실은 최소화된다. 광 빔들은 효과적으로 혼합되고, 중첩된 빔(26)의 세기는 크다. 게다가, 이 특징은 본 발명에 따라 생산 비용을 감소시키고 대량 생산을 가능하게 하는 광 소스들(S1 내지 SN)의 포지셔닝에 더 큰 자유를 제공한다. 실제로, 소스들 각각에 대한 소스 및 광섬유 사이의 커플링 활동은 필요하지 않다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 방출기(1)의 제1 실시예를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법의 제1 실시예가 설명될 것이다.
본 발명에 따른 방출기(1)의 제1 실시예에 있어서, 광학 조립체(6)는 오프-축이 사용되고 측면 크로마틱 수차를 가지는 적어도 하나의 광학 시스템(25)을 포함한다. 이 측면 크로마틱 수차는 본 발명에 따른 크로마틱 분산 특성을 형성한다.
오프-축 사용은 파장들의 측면 공간 분산이 나타나도록 야기시키거나, 또는 두드러지게 한다. 이것은 또한 명백한 크기의 크로마티시즘(chromaticism)으로 지칭될 수 있다.
이러한 광학 시스템(25)의 비용은, 본래 오프-축이 사용되는 광학 시스템이 측면 크로마틱 수차를 가지기 때문에, 광학 디자인에서 알려진 해법들을 이용해 이 수차를 특별히 교정하지 않는다면, 일반적으로 낮다.
광 소스들(S1 내지 SN)은 파장들(λ1 내지 λN)에 대응하는 광학 시스템(25)의 초점들에 각각 배치될 수 있어, 이들의 광 빔들은 광학 시스템(25)의 출력에서 멀티플렉싱된다.
광학 시스템(25)은 "오프-축이 사용되는" 것으로 언급되었는데, 이것은 그 광학 축(A1)에서 벗어나 있는 것을 지칭한다. 다시 말하면, 광학 시스템의 객체 초점으로 수렴되는, 입사 광 빔은 이 시스템의 광학 축(A1)에 평행한 광학 시스템을 벗어나지 않는다. 그러므로 서로 다른 파장들(λ1 내지 λN)에 대응하는 광학 시스템(25)의 초점들은 이 초점들의 위치들에 대응하는 광 소스들(S1 내지 SN)을 배치할 수 있도록 충분히 분리되어 있다. 이런 방식으로, 스펙트럼 멀티플렉싱은 오프-축이 사용되는, 궤도를 벗어난 광학 시스템(25)에 의해 정확하게 또한 자동적으로 수행된다.
본 발명에 따른 제조 방법의 이 제1 실시예에 있어서, 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치를 결정하는 단계는 측정에 의해 수행된다.
멀티플렉서(4)는 광학 조립체(6)로 구성된다.
광학 조립체(6)는 오프-축 광학 시스템(25), 즉 이 예에 있어서 그 크로마틱 수차가 사용되는 광학 축(A1)을 가지는 두꺼운 양면이 오목한 렌즈(25)을 포함한다 (또한 이로 구성된다). 렌즈(25)는 파장들(λ1 내지 λN)에 대응하는 초점들(F1 내지 FN)을 가진다. 측면 크로마틱 수차로 인해, 이 초점들은 서로 다르고 분리되어 있고, 또한 렌즈(25)의 광학 축(A1)과 교차되는 직선을 따라 정렬되어 있다.
그러므로 광학 조립체(6)는 측면 크로마틱 수차를 가지는 광학 시스템(이 특별한 경우에 있어서 렌즈(25))을 포함하고, 소스들(S1 내지 SN)의 결정된 위치들은 광학 시스템의 오프-축 사용에 대응한다.
검출기(8)는 지지부(2)와 동일한 형태 (여기서는, 편평한 형태)를 가지는 것이 사용된다. 검출기(8)는 그 위에 포커싱되는 광 빔을 검출하기 위해, 또한 이 검출기(8)의 검출 표면 상에 이 빔의 초점의 위치를 결정하기 위해 배치된다.
검출기(8)는 통상 어레이 검출기 (CCD ("Charge-Coupled Device") 카메라 또는 PDA ("Photo Diode Array") 검출기 또는 PMT ("Photo Multiplier Tube") 어레이) 또는 PSD ("Position Sensitive Detector"를 위한) 다이오드이다.
소스들(S1 내지 SN)의 위치들을 결정하는 데 고려되는, 멀티플렉서(4)에 대한 방출기(1)의 장소(5)는,
- 지지부(2)를 향하는 렌즈(25)의 오목한 표면(9)의 정점과
- 지지부(2) 사이의 거리(7)에 대응하고, 이 지지부(2)는 편평하고 또한 렌즈(25)의 축(A1)에 수직하여 위치된다.
측정
고정 방향(3)을 따라, 각각의 소스(Si)의, 위치(Xi)를 측정하기 위해, 검출기(8)는 멀티플렉서(4)에 대하여 이 장소(5)에, 즉, 이 예에 있어서,
- 이전에 고려된 거리(7)에, 하지만 이번에는 검출기(8)가 지지부(2)를 대체하기 때문에, 검출기(8)를 향하는 렌즈(25)의 오목한 표면(9)의 정점과 검출기(8) 사이의 거리(8)에, 또한
- 렌즈(25)의 축(A1)에 수직하게, 위치된다.
마지막으로, 렌즈(25)의 다른 표면(10)은 그후 렌즈(25)의 오프-축(A1) 사용에 대응하는, 백색 광의 시준된 빔(27)에 의해 조명된다.
나아가,
- 검출기(8)와 멀티플렉서(4) 사이의 위치(18b)에, 또는
- 렌즈(25) 앞의 위치(18a)에, 즉 백색 광의 시준된 빔(27) 안에, 이하가 제공된다: 이 소스의, 작업 파장(λi)을 통과하도록 허용하지만 (통상 이 작업 파장(λi)의 세기의 적어도 90%가 통과하도록 허용하지만) 다른 소스들의 작업 파장들은 막는 (통상 이 파장들의 세기의 적어도 90%를 막는, 바람직하게는 이 파장들의 세기의 99.9%를 막는) 매우 선택적 필터(18)(패스-밴드 필터, 10 nm의 최대치의 반에서 전체 폭).
따라서, 소스(Si)의 위치(Xi)는 검출기(8)에 의해 검출되는 초점의 위치로 결정된다.
이 절차는, 각각의 소스에 대하여 필터(18)를 변경하면서, 각각의 소스에 대하여 수행된다.
이 위치(18a)는 매우 명백하게 바람직하다. 사실상, 필터(18)는 일반적으로 최적화되고 또한 주어진 입사(도 2의 경우에 있어서는 수직 입사)에서 최고로 잘 작동하고, 위치(18a)에서는 필터(18) 상에 서로 다른 파장들의 입사의 변화량이 없는 한편, 위치(18b)에서는 서로 다른 파장들은 필터(18) 상에 서로 다른 입사들을 가진다.
변형에 있어서, 필터(18)는 위치(Xi)를 결정하기 위해 찾아지는, 소스(Si)의 작업 파장(λi)에서 백색 빔(27)을 단색 빔(27)으로 대체하는 것에 의해, 또한 이로써 각각의 소스(Si)에 대하여 빔(27)의 단색 파장을 변경하는 것에 의해, 생략될 수 있다.
도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 방출기의 제2 실시예를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법의 제2 실시예가 이제 설명될 것이다.
본 발명에 따른 제조 방법의 제2 실시예에 있어서, 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치를 결정하는 단계는 계산에 의해 수행된다.
본 발명에 따른 방출기(1)의 이 제2 실시예에 있어서, 광학 조립체(6)는 애크로마틱 더블릿(achromatic double, 55) 및 그 크로마틱 분산 특성들(보다 상세하게는 크로마틱 수차 특성들)이 사용되는 프리즘(51)을 포함한다.
계산
소스들(S1 내지 SN) 각각의 위치를 결정하기 위해, "사용의 역 방향(reverse direction of use)"으로 멀티플렉서의 응답을 조사하는 것, 즉 백색 시준 빔의 크로마틱 분산을 조사하는 것이 필요하다.
광학 조립체(6)에 있어서, 프리즘(51)은 시준된 백색 빔(27)을 그 방향이 그 파장들에 종속하는, 시준된 단색 빔들(28)의 다수로 변환시키고, 또한 더블릿(55)은 (그 파장이 아닌) 그 방향의 함수로, 그 초점 평면 안에 시준된 빔들(28)을 포커싱한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 프리즘(51)에 있어서, 만약 n0 = n2 = 1 (n0 및 n2는 그 측면들 각각에서 프리즘(51)의 외부 광학 인덱스들임)이면, 이로써 광 선의 편차(deviation, δ)의 값은
Figure pct00001
이고, 이때, θ0는 광선의 입사 각이고, n은 (광선의 파장(λ)의 함수) 프리즘(51)의 광학 인덱스이고, 예를 들어, 도 6은 SF11 유리 프리즘(51)의 경우에 있어서 파장(λ)의 함수로서 n의 값을 보여주며, α는 프리즘의 정점에서의 각이다.
도 7은 파장(λ) 및 α = 60°일 때 θ0의 함수로서 편차(δ)의 서로 다른 예들을 보여준다 (프리즘(51)은 통상적으로 이것이 표준 구성요소이고 이로 인해 저렴하기 때문에, 등변 삼각형의 형태인 프로파일을 가진다).
도 8을 참조하면, 애크로마틱 더블릿(55)은
Figure pct00002
의 관계를 따라 초점 평면의 점에 시준된 빔(28)(무한대의 점)을 접합한다. 이때, F´은 더블릿(55)의 초점 길이고, X는 초점 평면 안의 높이이고, θ는 시준된 빔의 각이다.
단순 렌즈와 달리, 애크로마틱 더블릿(55)의 초점 길이는 λ에 준-독립적이다. 초점 길이를 감소 및/또는 구경(aperture)을 증가시키기 위해, 트리플릿이 바람직할 수 있다.
그러므로, 작업 파장(λi)의 소스(Si)의 위치(Xi(λi))(i는 i=1 내지 N인 정수)는 이하의 식에 따라 이를 계산하는 것에 의해 결정된다:
Figure pct00003
이때
Figure pct00004
λref는 위치들의 원점
Figure pct00005
이 임의로 설정되는 파장이다.
계산에 의해 결정되는 이 단계는 기술적인 수단에 의해, 보다 상세하게는 계산 수단에 의해 구현된다. 이 계산 수단은 통상적으로 프로세서, 통상적으로 아날로그 및/또는 디지털 전자 회로, 및/또는 마이크로프로세서 및/또는 컴퓨터 중앙 프로세싱 유닛을 포함한다.
도 9는 α = 60°, θ0 = θWhite = 68.5°, F´= 35 mm 및 δref = δ(λref) = 62.3°일 때, SF11 유리 프리즘을 위한 예를 보여준다.
계산에 의해 결정되는 이 단계는 광학 디자인 단계: 복사계 최적화(radiometric optimization)에 의해 완성될 수 있다. 이 계산 단계는 멀티플렉서의 광학들의 위치들, 두께들, 및/또는 곡률들의 반지름들 뿐만 아니라 소스들의 위치의 약간의 변형들에 의해 시준된 백색 배출 빔을 최적화하기 위해 실제 작동 측면에서 소스+광학 시스템 조립체를 시뮬레이션하는 것으로 구성된다.
이하의 표는 α = 60°, θ0 = θWhite = 68.5°, F´= 35 mm 및 δref = δ(λref) = 62.3°및 N=15일 때, SF11 유리 프리즘을 위한 예를 보여준다.
Figure pct00006
도 3, 도 4, 도 10 및 도 11을 참조하여, 각각의 소스(Si)의 위치(Xi)를 결정하는 단계에 이어, 본 발명에 따른 제조 방법의 제1 또는 제2 실시예의 단계들이 이제 설명될 것이다. 예로써, 이 경우에는 상기의 표에서 요약된, 15 개의 위치들(X1 내지 X15)이 고려될 것인데, 이것은 계산에 의해 결정된 위치들에 대응하지만 또한 본 발명에 따른 제조 방법의 제1 실시예에 따른 측정들에 의해 결정되는 값들에 대응할 수 있다.
소스들(S1 내지 SN)의 위치들을 결정한 후, 도시된 본 발명에 따른 제조 방법은, 고정 방향(3)을 따라, 지지부(2) 상에 이전에 결정된 위치(X1 내지 XN)에 각각의 소스(S1 내지 SN)를 고정하는 것을 포함하여, 소스들(S1 내지 SN)이 스펙트럼 멀티플렉서의 크로마틱 분산 특성들 또는 규칙에 따라 증가하는 작업 파장(λ1 내지 λN)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포된다.
본 발명에 따라 단지 소스들(S1 내지 SN)을 서로 더 가까이 두고자 하는 것은 아니고: 소스들(S1 내지 SN) 사이의 간격(spacing)은 디자인되는 광학 조립체(6)의 크로마틱 분산 규칙을 따라야 한다는 것에 유념해야 한다.
지지부(2)는 칩(11)을 전자 회로 기판에 고정하기 위해 또한 독립적으로 각각의 소스(S1 내지 SN)에 전기를 공급할 수 있도록 하기 위해 배치되는 연결 핀들(12)이 구비된, 전자 칩(11)에 단단히 고정되는 편평한 표면이다.
지지부(2)는 각각의 소스(S1 내지 SN)가 배치되기 전에 글루로 커버된다. 선택된 전기 공급 방법에 따라, 전도적 글루 또는 절연 글루 중 하나가 사용된다.
각각의 소스(Si)를 지지부(2)에 고정하기 위해, 이 소스는 석션 팁(suction tip)에 의해 고정되고, 소스(Si)는 석션 팁에 의해 지지부(2) 상에 (보다 상세하게는 글루로 접촉되어), 이전에 결정된 위치(Xi)에 배치된다. 배치 동안, 지지부(2)의 평면 상으로의 팁의 투사(projection)는 고정된 채로 유지되고, 지지부(2)는 압전 변위 스테이지(piezoelectric displacement stage) 상에 장착되고 교정된, 이전에 결정된 위치(Xi)에 소스(Si)를 배치할 수 있도록 이동될 수 있다.
추가적인 베이킹 단계는 글루를 영구적으로 고정하기 위해 구현된다.
도 11을 참조하면, 고정 방향(3)을 따라 연장되는 적어도 2개 (바람직하게는 적어도 3개, 바람직하게는 3개)의 평행한 고정 축들(13, 14, 15) 상에 소스들(S1 내지 SN)을 고정하는 것을 포함하는 것이 고정을 위해 바람직하다. 이로써, 소스들은 방향(3)에 수직하는 동일한 좌표들(Y1 내지 YN)을 가질 필요 없다.
그러므로, 소스들(S1 내지 SN)의 공간 요구는 Y 방향으로의 오프셋을 이용해 축(X) 상에 이들을 "중첩"시키는 것에 의해 감소된다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해 획득되는, 본 발명에 따른 방출기(1)는 특히 고정 방향(3)에 따라 연장되는 적어도 2개(바람직하게 적어도 3개, 바람직하게 3개)의 평행한 고정 축들(13, 14, 15) 상에 소스들(S1 내지 SN)을 포함한다는 점에 있어서 적절한 것에 유념해야 한다.
소스들(S1 내지 SN) 중에, 동일한 고정 축들(13, 14, 15) 상에 고정되지 않지만 고정 방향(3)을 따라 인접한 위치들을 가지는, (즉, 고정 방향(3)을 따라 2개의 소스들의 위치들 사이에 포함되는 고정 방향(3)을 따라 중간 위치를 가지는 3번째 소스 없이) 이 2 개의 소스들(예를 들어 S10과 S11, 또는 S11과 S12, 또는 S12과 S13, 또는 S13과 S14, 또는 S14과 S15)의 쌍들이 있다.
소스들(S1 내지 SN)은 2개의 세트들: 소스들(S1 내지 S9)의 제1 세트, 및 소스들(S10 내지 S15)의 제2 세트를 포함하고, 그 작업 파장들(λ10 내지 λ15)은 제1 세트의 소스들의 작업 파장들(λ1 내지 λ9) 모두보다 더 크다.
제2 세트의 모든 소스들은 동일한 고정 축들(13, 14, 15) 상에 고정되지 않지만 고정 방향(3)을 따라 인접한 위치들을 가지는, (예를 들어 S10과 S11, 또는 S11과 S12, 또는 S12과 S13, 또는 S13과 S14, 또는 S14과 S15)의 2개의 소스들의 쌍에 속한다.
각각의 소스는 (통상적으로 금 배선 본딩(gold wire bonding)에 의해) 양극(16) 및 음극(17)에 연결된다.
설명된 바와 같이, 방출기(1)는 지지부(2) 및 소스들(S1 내지 SN)을 포함한다.
방출기(1)는 지지부(2)에 단단히 고정되는 칩(11)을 더 포함할 수 있다.
방출기는 다른 소스들에 독립적으로 각각의 소스를 제어하기 위해 배치되는, 제어 전자부품들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 통상적으로, 이 제어 전자부품들은 칩(11)이 고정되는 전자 회로 기판(인쇄 회로)이다.
게다가, 본 발명에 따른 제조 방법은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 소스(S1 내지 SN)의 고정 후, 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치(X1 내지 XN)를 결정하기 위해 고려되는 스펙트럼 멀티플렉서(4)와 방출기(1)를 연관시키는 것을 포함할 수 있다. 이 연관에 의해, 이로써 방출기(1) 및 멀티플렉서를 포함하는 조립체를 제조하기 위한 방법이 제안된다. 멀티플렉서(4)는 소스들(S1 내지 SN)의 위치들(X1 내지 XN)의 결정 동안 고려되는 그 장소(5)에 방출기(1)를 배치하는 것에 의해 방출기(1)와 연관된다. 방출기(1)와 멀티플렉서(4) 조립체는 흡수 분광계의 일 부분을 형성할 수 있고, 스펙트럼 멀티플렉서(4)는 분석될 시료를 조명하고자 멀티플렉싱된(또는 중첩된) 광 빔(26)을 형성하기 위해 소스들(S1 내지 SN)의 광 빔들을 혼합할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 본 발명에 따른 방출기의 제1 실시예의 경우에 있어서, 지지부(2)는:
- 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치(X1 내지 XN)를 결정하기 위해 고려되는, 렌즈(25)에 대한, 거리(7)에
- 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치(X1 내지 XN)를 결정하기 위해 고려되는, 축(A1)에 대한, 지지부(2)의 경사(예를 들어 수직)를 가지고,
- 지지부(2)와 축(A1)의 교차는 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치(X1 내지 XN)를 결정하기 위해 고려되는 위치 기준 값(Xref) (예를 들어 Xref=0)에 대응되는 것을 가정하여, 배치된다.
유사하게, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 방출기의 제2 실시예의 경우에 있어서, 지지부(2)는:
- 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치(X1 내지 XN)를 결정하기 위해 고려되는, 더블릿(55)에 대한, 초점 길이(F´)에
- 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치(X1 내지 XN)를 결정하기 위해 고려되는, 더블릿(55)의 광학 축(A2)에 대한, 지지부(2)의 경사(선험적으로 수직)를 가지고,
- 지지부(2)와 더블릿(55)의 광학 축의 교차는 각각의 소스(S1 내지 SN)의 위치(X1 내지 XN)를 결정하기 위해 고려되는 위치 기준 값(Xref) (예를 들어 이전 표에서 계산된 15개 값들의 경우에 있어서 Xref=0)에 대응되는 것을 가정하여, 배치된다.
도 11의 경우에 비하여 그 차이들에 대해서만 설명되는 변형이 있는 (바람직하게 도 11의 경우에서와 동일한 광학 조립체(6)를 가지는) 도 12를 참조하면, 각각의 소스(S1 내지 SN)는 사변형, 정사각 또는 마름모의 형태를 가진다. 고정 방향(3)을 따라 차례차례로 있는 소스들의 적어도 일 부분(S9 내지 S15)에 대하여, 각각의 소스는 고정 축들(13, 14, 또는 15) 중 하나에 정렬되는 사변형의 대각선들 중 하나를 가진다. 이것은 축들을 서로 더 가까이 가져오도록 해주는 것, 즉 보다 더 컴팩트한 방출기 및 이로 인해 더 효과적인 수집을 획득하기 위해, "더 좁은" 크로마틱 분산들로 작동되는 것을 가능하게 해준다.
도 11의 경우에 비하여 그 차이들에 대해서만 설명되는 변형이 있는 도 13을 참조하면, 소스들(S1 내지 SN, N=15)은 서로 다른 고정 축들(13, 14) 상에 분포되어, 제1 고정 축(13)은 이 축(13) 상에 분포되는 소스들(S1 내지 S8)의 제1 작업 파장 범위(300 내지 580 nm)에 대응하고, 또한 제2 고정 축(14)은 이 축(14) 상에 분포되는 소스들(S9 내지 S15)의 제2 작업 파장 범위(620 내지 860 nm)에 대응하고, 이 2개의 작업 파장 범위들 사이의 교차는 없지만, 제1 작업 파장 범위(300 내지 580 nm)의 소스들 및 제2 작업 파장 범위(620 내지 860 nm)의 소스들은 (방향(3)에 수직하게) 차례로 위치된다. 그러므로, 전체로서 고려되는 모든 소스들(S1 내지 S15)은 증가하는 작업 파장(λ1 내지 λ15)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되지 않는다.
이로써,
- 개별적으로 고려되는 고정 축(13)에 대하여, 이 축(13)의 각각의 소스(S1 내지 S8)는 이전에 설명된 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)에 따라 결정되는 그 각각의 위치(X1 내지 X8)에 지지부(2) 상에 고정 방향(3)을 따라 고정되어 이 축(13)의 소스들(S1 내지 S8)이 증가하는 작업 파장(λ1 내지 λ8)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되고, 그리고
- 개별적으로 고려되는 고정 축(14)에 대하여, 이 축(14)의 각각의 소스(S9 내지 S15)는 이전에 설명된 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)에 따라 결정되는 그 각각의 위치(X9 내지 X15)에 지지부(2) 상에 고정 방향(3)을 따라 고정되어 이 축(14)의 소스들(S9 내지 S15)이 증가하는 작업 파장(λ9 내지 λ15)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되는 것을 유념해야 한다.
한편, 도 11 및 도 12의 경우와 달리, 전체로서 고려되는 모든 소스들(S1 내지 S15)은 증가하는 작업 파장(λ1 내지 λ15)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되지 않는다.
도 13의 경우는 그 프리즘(51)이 회절 격자(diffraction grating)에 의해 대체되는 도 4의 경우에 바람직하게 대응한다. 그러므로 이 경우에 있어서 멀티플렉서 및 광학 조립체는 동일한 회절 격자를 포함한다 (바람직하게 이로 구성된다). 이 제1 고정 축(13)은 회절 격자의 1차(first-order) 크로마틱 분산 특성들을 사용하고 제2 고정 축(14)은 회절 격자의 2차(second-order) 크로마틱 분산 특성들을 사용한다. 도 13에 있어서 회절 격자의 분산은 선형인 것에 유념해야 한다.
전체로서 취해지는 소스들 모두는 증가하는 작업 파장의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되지 않는다. 이것은 특히 도 17을 참조하면, 애퍼크로마틱 대물렌즈에 관한 한, 광학 조립체(6)가 지지부(2)의 평면 상에 크로마틱 폴딩을 포함하는 크로마틱 분산 특성들을 가질 때의 경우이다. 도 17의 경우에 있어서, 서로 다른 평행 축들(13, 14, 15 및 40)의 광에 있어서,
- 개별적으로 고려되는 고정 축(40)에 대하여, 이 축(40)의 각각의 소스(S1 내지 S3)는 이전에 설명된 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)에 따라 결정되는 그 각각의 위치(X1 내지 X3)에 지지부(2) 상에 고정 방향(3)을 따라 고정되어 이 축(40)의 소스들(S1 내지 S3)이 감소하는 작업 파장(λ1 내지λ3)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되고,
- 개별적으로 고려되는 고정 축(13)에 대하여, 이 축(13)의 각각의 소스(S10, S12 및 S14)는 이전에 설명된 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)에 따라 결정되는 그 각각의 위치(X10, X12 및 X14)에 지지부(2) 상에 고정 방향(3)을 따라 고정되어 이 축(13)의 소스들(S10, S12 및 S14)이 증가하는 작업 파장(λ10, λ12 및 λ14)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되고,
- 개별적으로 고려되는 고정 축(14)에 대하여, 이 축(14)의 각각의 소스(S4 내지 S9)는 이전에 설명된 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)에 따라 결정되는 그 각각의 위치(X4 내지 X9)에 지지부(2) 상에 고정 방향(3)을 따라 고정되어 이 축(14)의 소스들(S4 내지 S9)이 증가하는 작업 파장(λ4 내지 λ9)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되고, 또한
- 개별적으로 고려되는 고정 축(15)에 대하여, 이 축(15)의 각각의 소스(S11, S13 및 S15)는 이전에 설명된 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)에 따라 결정되는 그 각각의 위치(X11, X13 및 X15)에 지지부(2) 상에 고정 방향(3)을 따라 고정되어 이 축(15)의 소스들(S11, S13 및 S15)이 증가하는 작업 파장(λ11, λ13 및 λ15)의 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되는 것에 유념해야 한다.
도 11 및 도 12의 경우와 달리, 전체로서 고려되는 모든 소스들(S1 내지 S15)은 작업 파장(λ1 내지 λ15)의 증가하는 순서로 고정 방향(3)을 따라 분포되지 않는다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 설명된 모든 실시예들에 있어서,
- (측정의 경우에 있어서 검출기(8)와 같은) 지지부(2)는, 도 15를 참조하면, (고정 방향(3)에 수직한 축 주위로) 각(34)으로 경사지어질 수 있고, 및/또는
- (측정의 경우에 있어서 검출기(8)와 같은) 지지부(2)는, 도 16을 참조하면, 광학 축(A1 또는 A2)에 대하여 (고정 방향(3)에 평행한 축 주위로) 각(35)으로 경사지어질 수 있고, 및/또는
- 도 14를 참조하면, 편평한 지지부(2)에는 릴리프 패턴들(relief patterns)(캐비티들(cavities), 범프들(bumps), 그루브들(grooves) 및/또는 단차들(steps))이 구비될 수 있어 소스들(S1 내지 SN)이 지지부(2) 상에 고정될 때 소스들이 이 패턴들에 고정되고 지지부(2)의 평면(36)에의 수직(46)을 따라 다른 소스들에 대하여 상승되어, 스펙트럼 멀티플렉서의 긴 축 방향의 크로마틱 수차들을 보상하게 된다. 각각의 고정 축(13, 14, 15)에 대하여 단차(43, 44, 45)를 패턴들로서 가지는 것은 특히 적절하고, 각각의 단차(43, 44, 45)는 지지부(2)의 평면(36)에의 수직(46)을 따라 다른 단차들과 다른 높이를 가진다. (광학 조립체(6)는 바람직하게 회절 격자인) 도 13의 경우에 있어서, 각각의 작업 파장 범위, 즉 각각의 고정 축(13, 14)에 대하여 단차(43, 44)를 가지는 것은 특히 적절하고, 각각의 단차(43, 44)는 지지부(2)의 평면(36)에의 수직(46)을 따라 다른 단차들과 다른 높이를 가진다.
물론, 본 발명은 설명된 예들에 한정되지 않고 수많은 조정들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이 예들에 가해질 수 있다.
물론, 본 발명의 다양한 특징들, 형식들, 변형들 및 실시예들은, 양립될 수 없거나 또는 상호 배타적이지 않는 한, 다양한 조합들로 서로 결합될 수 있다. 특히, 이전에 설명된 변형들 및 실시예들 모두는 서로 결합될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 방출기의 제2 실시예를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예(측정)에 사용하는 것이 가능하다.
유사하게, 본 발명에 따른 방출기의 제1 실시예를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예(계산)에 사용하는 것이 가능하다.
게다가, 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예(계산)는 기술적인 수단에 의해 구현되는, 계산 단계들이 이론적 모델에 기초하거나 또는 디지털 시뮬레이션 모델에 기초하는 계산에 기초될 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)는 본 발명에 따른 방출기의 수많은 다른 예의 실시예들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 프리즘(51)은 회절 격자로 대체되거나 또는 이에 결합될 수 있고 그 크로마틱 분산 특성들 또한 사용될 수 있음에 유념해야 한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 방법의 제1 또는 제2 실시예(측정 또는 계산)는 본 발명에 따른 방출기의 제2 실시예(도 4)의 변형을 제조하는 데 사용될 수 있는데, 이때
- 프리즘(51)은 광 빔들의 돔형의 (바람직하게는 오목한) 진입 표면(30) 및/또는 광 빔들의 돔형의 (바람직하게는 오목한) 배출 표면(31)을 가지거나, 또는
- 프리즘(51)은 프리즘(51)의 광 빔들의 진입 표면 상에 위치되는 제1 렌즈(표면들(30, 32)), 및 프리즘(51)의 광 빔들의 배출 표면 상에 위치되는 제2 렌즈(표면(31, 33))을 포함하는, 2개의 렌즈들, 즉 그 광학 축들은 이 2개의 렌즈들 사이를 교차하는 2개의 렌즈들(바람직하게는 양면 오목 렌즈)에 의해 대체된다.

Claims (20)

  1. 수 개의 분리된 광 소스들(S1, Si, SN) 및 모든 소스들에 공통되는 지지부(2)을 포함하는 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    각각의 소스(S1, Si, SN)는 작업 파장(λ1, λi, λN)이라 칭해지는 파장에서 광 빔을 방출하기 위해 배치되고, 각각의 소스는 다른 소스들의 작업 파장과는 다른 작업 파장을 가지고,
    - 각각의 소스에 있어서, 방출기에 연관되게 계획된 스펙트럼 멀티플렉서(4)의 광학 특성들, 소스의 상기 작업 파장, 및 멀티플렉서에 대하여 상기 방출기의 장소(5)의 함수로서, 고정 방향(3)을 따라 소스의 위치(X1, Xi, XN)를 결정하고, 상기 스펙트럼 멀티플렉서는 크로마틱 분산 특성들을 가지는 광학 조립체(6)를 포함하고; 소스들의 위치들(X1, Xi, XN)은 상기 방출기의 장소(5)에 대하여 및 상기 소스들의 위치들에 대하여, 상기 광학 조립체(6)는 크로마틱 분산 특성들을 이용해 상기 소스들의 광 빔들을 함께 공간적으로 더 가까이 가져다 놓도록 배치되도록 결정되어, 상기 멀티플렉서(4)는 공간적으로 상기 광 빔들을 중첩시키고,
    - 상기 고정 방향(3)을 따라, 상기 지지부(2) 상에 이전에 결정된 위치(X1, Xi, XN)에 각각의 소스(S1, Si, SN)를 고정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 고정하는 것은 상기 고정 방향(3)을 따라 연장되는 적어도 2개의 평행한 고정 축들(13, 14, 15) 상에 상기 소스들을 고정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고정 방향을 따라 인접하는 위치들을 가지는 2개의 소스들은 동일한 고정 축 상에 고정되지 않는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 각각의 소스는 사변형 형태, 바람직하게는 사각형 또는 마름모를 가지고; 상기 고정 방향을 따라 하나씩 차례로 상기 소스들의 적어도 일 부분에 대하여, 각각의 소스는 상기 고정 축들 중 하나에 정렬되는 사변형 형태의 대각선들 중 하나를 가지는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소스들은 서로 다른 고정 축들(13, 14) 상에 분포되어 각각의 고정 축은 축 상에 분포된 상기 소스들의 작업 파장 범위에 대응하여 상기 서로 다른 고정 축들의 작업 파장 범위들 사이의 교차는 없는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 개별적으로 고려되는 각각의 고정 축(13, 14, 15)에 대하여, 축의 각각의 소스(S1, Si, SN)는 상기 고정 방향(3)을 따라 상기 지지부(2) 상에 이전에 결정된 위치(X1, Xi, XN)에 고정되어, 축의 상기 소스들은 증가하는 작업 파장(λ1, λi, λN)의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포되는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 전체로서 취해지는 모든 소스들은 증가하는 작업 파장(λ1, λi, λN)의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포되지 않는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 고정하는 단계에 있어서, 각각의 소스(S1, Si, SN)는 상기 고정 방향(3)을 따라 상기 지지부(2) 상에 이전에 결정된 위치(X1, Xi, XN)에 고정되어, 전체로서 고려되는 상기 모든 소스들은 증가하는 작업 파장(λ1, λi, λN)의 순서로 상기 고정 방향을 따라 분포되는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 조립체는 측면 크로마틱 수차를 가지는, 광학 시스템(25)을 포함하고, 상기 소스들의 위치들은 상기 광학 시스템의 오프-축 사용(off-axis use)에 대응하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 소스를 고정하는 것은 석션 팁을 가지고 상기 소스를 고정하고, 상기 석션 팁에 의해 상기 지지부 상에 상기 소스를 배치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 지지부는 각각의 소스를 배치하기 전에 글루로 커버되고, 각각의 소스는 상기 글루 위에 배치되는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출기(1)는 다른 소스들에 독립적으로 각각의 소스를 제어하기 위해 배치되는, 상기 소스들의 전자 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 고정 후, 상기 방출기(1)를 상기 소스들의 위치들의 결정 동안 고려되는 장소(5)에 상기 멀티플렉서(4)와 연관시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 소스는 준-단색인 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 소스는 바람직하게 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부(2)는 전자 회로 기판 상에 칩을 고정하기 위해 배치되는 연결 핀들(12)이 구비된 전자 칩(11)과 통합되는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 조립체(6)는 렌즈(25; 55) 및/또는 프리즘(51) 및/또는 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부(2)에는 릴리프 패턴들이 구비되어 있어 상기 소스들이 상기 지지부(2) 상에 고정될 때, 몇몇의 소스들은 패턴들 상에 고정되고, 상기 스펙트럼 멀티플렉서의 긴 축 방향의 크로마틱 수차들을 보상하기 위해 다른 소스들에 대하여 상승되는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  19. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항과 조합된 제 18 항에 있어서, 상기 패턴들은 각각의 고정 축(13, 14, 15)에 대하여 단차(43, 44, 45)를 포함하고, 각각의 단차(43, 44, 45)는 다른 단차들과 다른 높이를 가지는 것을 특징으로 하는, 광 방출기(1)를 제조하기 위한 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 획득되는 방출기(1).
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