KR20170026942A - 조명 광학 시스템 - Google Patents

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KR20170026942A
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김진일
김진
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디아이티 주식회사
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Abstract

조명 광학 시스템이 제공된다. 조명 광학 시스템은 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나를 발생시키는 발광부, 발광부로부터 발생된 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나의 광을 받아 적어도 어느 하나의 광을 반사시키거나 투과시키는 광 투과부, 광 투과부에서 방출되는 광을 전반사시키는 복수의 광 섬유를 포함하는 광 섬유부, 광 섬유부에서 전반사된 광을 한 점에 모으도록 하는 렌즈 및 렌즈 전방에 설치되어 상기 렌즈로부터 조사된 광의 경로를 변화시키는 빔 스플리터를 포함한다.

Description

조명 광학 시스템{Illumination optical system}
본 발명은 조명 광학 시스템에 관한 것이다.
기존에는 초고압 수은램프등과 같이 백색광원을 조명으로 사용하는 경우가 많았지만, 현재 고출력 LED의 개발이 현저하게 진행되면서 고출력 LED를 조명광으로 사용하고자 하는 시도가 증가되고 있다.
그런데 백색 LED가 아닌 순색의 LED를 조명광으로 사용할 경우에는 기본색을 합성하는 장치를 필요로 한다. 이때, 기본색은 적색(Red, R), 녹색(Green, G) 및 청색(Blue, B)등이 있다.
종래의 대표적인 조명광 합성 방법에는 다이크로익 미러(dichroic mirror)방식, 엑스-큐브 프리즘(X-cube prism)방식 및 다이크로익 프리즘(dichroic prism)방식이 있다.
엑스-큐브 프리즘(X-cube prism)방식은 각도에 따른 파장 변화(shift)가 크고, 특히 편광에 따른 파장 대역 특성의 변화가 크기 때문에 무편광(un-polarized)광원을 사용할 경우 그 효율이 상대적으로 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 다양한 색을 구현하기 위해 3색 광원의 결합 시 광 손실을 줄이고 광 이용효율을 극대화하기 위한 조명 광학계 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나를 발생시키는 발광부, 상기 발광부로부터 발생된 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나의 광을 받아 상기 적어도 어느 하나의 광을 반사시키거나 투과시키는 광 투과부, 상기 광 투과부에서 방출되는 광을 전반사시키는 복수의 광 섬유를 포함하는 광 섬유부, 상기 광 섬유부에서 전반사된 광을 한 점에 모으도록 하는 렌즈 및 상기 렌즈 전방에 설치되어 상기 렌즈로부터 조사된 광의 경로를 변화시키는 빔 스플리터를 포함하는 조명 광학 시스템을 제공한다.
이때, 상기 발광부는 제1 위치에 상기 적색 광을 상기 광 투과부로 발생시키는 제1 광 발광부재, 제2 위치에 상기 녹색 광을 상기 광 투과부로 발생시키는 제2 광 발광부재 및 제3 위치에 상기 청색 광을 상기 광 투과부로 발생시키는 제3 광 발광부재를 포함할 수 있다.
이때, 상기 발광부는 광원 및 상기 광원의 전방에 배치되어 상기 광원으로부터 발생된 광의 발산각(θ1)을 조절하는 초점 렌즈를 포함할 수 있다.
이때, 상기 광 투과부는 상기 발광부로부터 발생된 광 중 적색 광만을 반사시키고, 청색 광 및 녹색 광은 투과시키는 제1 코팅막 및 상기 발광부로부터 발생된 광 중 청색 광만을 반사시키고, 적색 광 및 녹색 광은 투과시키는 제2 코팅막을 포함할 수 있다.
이때, 상기 광 투과부는 적어도 일면에 상기 제1 코팅막이 형성된 제1 판 및 적어도 일면에 상기 제2 코팅막이 형성된 제2 판을 포함하되, 상기 제1 판 및 상기 제2 판은 X자 형태로 교차 형성될 수 있다.
이때, 상기 광 투과부는 상기 적색 광이 입사되는 제1 입사면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제1 삼각 프리즘, 상기 녹색 광이 입사되는 제2 입사면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제2 삼각 프리즘, 상기 청색 광이 입사되는 제3 입사면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제3 삼각 프리즘 및 상기 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 방출되는 방출면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제4 삼각 프리즘을 포함할 수 있다.
이때, 상기 광 섬유부는 상기 광 투과부에서 방출된 광이 입사되며 복수의 광 섬유가 꼬인 형태로 배열되는 제 1 광섬유부 및 상기 제 1 광섬유부의 단부에서 상기 복수개의 광 섬유가 서로 나란하게 배열되며 상기 제 1 광 섬유부를 지난 광이 전반사되는 제 2 광 섬유부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 렌즈는 단면이 원형인 로드(Rod) 렌즈 또는 실린더 형태의 실린더리컬(Cylinderical) 렌즈일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템은 발광부를 포함하여 발광부에서 조사되는 적색 광, 녹색 광 및 청색 광은 공기와 물질 사이의 프레넬 반사(Fresnel reflection)가 줄어들어 광 이용효율이 더욱 극대화 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템은 연결부재에 결합된 Rod 렌즈를 통해 백색광을 집광시켜 선형 빛으로 만들고, 선형 빛을 통해 작업능률이 향상될 뿐만 아니라 소비전력이 줄어들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템은 광원의 발산각(θ1)을 최적화한 초점 렌즈를 사용하여 발산각(θ1)을 ±17도 이내로 조절하여 광 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템은 제1 코팅막 및 제3 코팅막이 입사하는 빛의 파장을 제외한 나머지 파장의 빛을 투과시키도록 함으로써 광 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템은 광 투과부를 포함하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 조합시킨 광을 사용하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나의 광의 파장영역이 떨어질 때 떨어진 광의 광량만을 조절하여 광량을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 발광부가 작동되는 것을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 결합부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 광 투과부인 X-플레이트가 작동되는 것을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 광 투과부의 변형예인 X- 큐브 프리즘이 작동되는 것을 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 광 섬유부를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템을 도시한 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)은 발광부(10), 광 투과부(30), 광 전반사부(50), 렌즈부(70), 빔 스플리터(90), 받침대(미도시)를 포함할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)은 다양한 색을 구현하기 위해 3색 광원의 결합 시 광 손실을 줄이고 광 이용효율을 극대화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템을 도시한 분해 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 발광부(10)는 제1 광 발광부재(12), 제2 광 발광부재(14) 및 제3 광 발광부재(16)를 포함한다. 이때, 발광부(10)는 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나를 발생시킬 수 있다.
한편, 제1 광 발광부재(12)에서 발생시키는 제1 광의 파장 범위는 적색(Red, R)인 610 nm ~ 700 nm이고, 제2 광 발광부재(14)에서 발생시키는 제2 광의 파장 범위는 녹색(Green, G)인 500 nm ~ 570 nm이며, 제3 광 발광부재(16)에서 발생시키는 제3 광의 파장 범위는 청색(Blue, B)인 450 nm ~ 500 nm일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템을 도시한 개략도이다.
도 3을 참고하면, 제1 광 발광부재(12)는 일단부 예를 들어 제1 광 발광부재의 우측 단부에서 적색 광을 조사하고, 제2 광 발광부재(14)는 일단부 예를 들어 제2 광 발광부재의 하측 단부에서 녹색 광을 조사하고, 제3 광 발광부재(16)는 일단부 예를 들어 제3 광 발광부재의 좌측 단부에서 청색 광을 조사할 수 있다.
도 2를 참고하면, 제1 광 발광부재(12)는 광 투과부(30)의 좌측 단부에 결합되고, 제2 광 발광부재(14)는 광 투과부의 상부측에 결합되며, 제3 광 발광부재(16)는 광 투과부의 우측에 결합될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광 발광부재(12)와 제2 광 발광부재(14)는 수직을 이루며 이격되게 배치되고, 제2 광 발광부재(14)와 제3 광 발광부재(16)는 수직을 이루며 이격되게 배치된다. 또한 제1 광 발광부재(12) 및 제2 광 발광부재(14)는 일직선 상에 마주보게 배치될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에서 발광부(10)에서 조사되는 적색 광, 녹색 광 및 청색 광은 공기와 물질 사이의 프레넬 반사(Fresnel reflection)가 줄어들어 광 이용효율이 더욱 극대화 될 수 있다.
도 3을 참고하면, 제1 광 발광부재(12)의 타단부 예를 들어 제1 광 발광부재의 좌측 단부에는 광원(17), 즉 예를 들어 LED 칩이 결합되고, 제2 광 발광부재(14)의 타단부 예를 들어 제2 광 발광부재의 상측 단부에는 광원인 LED 칩이 결합되며, 제3 광 발광부재(16)의 타단부 예를 들어 제3 광 발광부재의 우측 단부에는 광원인 LED 칩이 결합될 수 있다.
이때 광원(17)인 LED 칩은 5 W이하의 LED 칩을 사용함으로써 별도의 쿨링 유닛이 필요 없을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 발광부가 작동되는 것을 도시한 개략도이다.
도 4를 참고하면, 제1 광 발광부재(12), 제2 광 발광부재(14) 및 제3 광 발광부재(16)는 광원(17)인 LED 칩의 발산각(θ1)을 최적화시키기 위해 초점 렌즈(19)를 사용하여 발산각(θ1)을 ±17도 이내로 조절하여 광 효율을 높일 수 있다.
즉, 광원(17)인 LED 칩을 통해 발광부(10)에서 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 발생시키되, 발광부에서 발생시키는 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 발산각(θ1)을 초점 렌즈(17)를 통해 조절할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 광 발광부재(12), 제2 광 발광부재(14) 및 제3 광 발광부재(16) 각각의 일단부에는 광 투과부(30)가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 광 투과부(30)는 발광부(10)로부터 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나의 광을 받아 적어도 어느 하나의 광을 반사시키거나 투과시킬 수 있다.
한편 광 투과부(30)는 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 모두를 받으면 백색광을 구현할 수 있다. 이때, 적색 광, 녹색 광, 청색 광 및 상기 백색 광은 복수의 광 경로를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 광 투과부(30)는 결합부재(31), X-플레이트(33), X-큐브 프리즘(35), 제1 판(32) 및 제2 판(33)을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 결합부재를 도시한 사시도이다.
도 5를 참고하면, 결합부재(31)는 육면체로 내부에 중공부가 형성되어 도 5에 도시된 바와 같이, 결합부재(31)의 일면에는 발광부(10)가 결합될 수 있도록 결합홀(31a, 31b, 31c, 31d)이 형성될 수 있다.
즉, 결합부재(31)의 좌측 단면에는 제1 광 발광부재(12)가 결합될 수 있도록 제1 결합홀(31a)이 형성될 수 있고, 제1 광 발광부재는 제1 결합홀(31)에 결합되어 광 투과부(30)의 제1 위치(미도시)에 투과시킬 수 있다.
또한, 결합부재(31)의 상측 단면에는 제2 광 발광부재(14)가 결합될 수 있도록 제2 결합홀(31b)이 형성되고, 제2 광 발광부재는 제2 결합홀(31b)에 결합되어 광 투과부(30)의 제2 위치(미도시)에 투과될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 결합부재(31)의 우측 단면에는 제3 광 발광부재(16)가 결합될 수 있도록 제3 결합홀(31c)이 형성되고, 제3 광 발광부재는 제3 결합홀(31c)에 결합되어 광 투과부(30)의 제3 위치(미도시)에 투과될 수 있다.
또한, 결합부재(31)의 하측 단면에는 광 섬유부(50)가 결합될 수 있도록 제4 결합홀(31d)이 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 광 투과부인 X-플레이트가 작동되는 것을 도시한 개략도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 광 투과부의 변형예인 X- 큐브 프리즘이 작동되는 것을 도시한 개략도이다.
도 6을 참고하면, 결합부재(31)의 내부에는 X-플레이트(33) 또는 X-큐브 프리즘(35)이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 X-플레이트(33)는 두 개의 반사 및 투과 평면인 제1 판(33a) 및 제2 판(33b)이 X자 형태로 교차되도록 형성될 수 있다. 이때 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 판(32)의 좌측부는 제2 판(33)의 좌측부 보다 상측에 형성될 수 있고, 제1 판(32)의 우측부는 제2 판(33)의 우측부 보다 하측에 형성될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 판(33a) 및 제2 판(33b)이 교차하면서 이루는 사이 각(θ2)은 결합부재(31)에 입사되는 광에 따라 가변적일 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)은 광 투과부(30)가 구비되어 광 균일도가 향상될 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 제1 판(33a) 및 제2 판(33b)은 결합부재(31)로 입사되는 적색 광, 청색 광 또는 녹색 광 중 어느 하나를 반사시킬 수 있다.
한편, 제1 판(33a)의 일면 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 판의 하부면에는 제1 코팅막(37)이 형성될 수 있다. 제1 코팅막(37)은 적색 파장 영역대를 반사시키고, 적색 이외의 청색 및 녹색 파장 영역대를 투과시킬 수 있다.
또한, 제1 판(33a)의 타면 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 반사판의 상부면에는 광 대역 무 반사(Broad Band anti-reflection, BBAR)인 제3 코팅막(41)이 형성될 수 있다.
도 6을 참고하면, 제2 판(33b)의 일면 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 제2 판의 하부면에는 제2 코팅막(39)이 형성될 수 있다. 제2 코팅막(39)은 청색 파장 영역대를 반사시키고, 청색 이외의 녹색 및 적색 파장 영역대를 투과시킬 수 있다.
또한, 제2 판(33b)의 타면 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 반사판의 상부면에는 광 대역 무반사(Broad Band anti-reflection, BBAR)인 제3 코팅막(41)이 형성될 수 있다.
이때, 제1 코팅막(37) 및 제2 코팅막(39)은 다이크로익 미러(dichroic mirror)로 코팅됨으로써 적색, 녹색 및 청색 광을 각각으로 사용할 수 있으며 적색, 녹색 및 청색 광을 조합하여 백색광을 사용할 때 각도에 따른 파장 변화(shift)나 편광에 따른 대역 특성 변화가 크지 않아 변경이 가능할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에서 제1 코팅막(37) 및 제2 코팅막(39)은 입사하는 빛의 파장을 제외한 나머지 파장의 빛을 투과시키도록 함으로써 광 손실을 방지할 수 있다.
도 6을 참고하면, 광 투과부(30)에 입사된 적색 광은 제1 판(33a)에서 반사되어 하부측으로 진행하게 되고, 청색 광은 제2 판(33b)에서 반사되어 하부측을 진행될 수 있다.
또한, 녹색 광은 결합부재(31) 내부의 제1 판(33a) 및 제2 판(33b)에 반사되지 않고 그대로 투과되어 진행될 수 있다.
한편, 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 X-큐브 프리즘(35)는 제1 삼각 프리즘(35a), 제2 삼각 프리즘(35b), 제3 삼각 프리즘(35c) 및 제4 삼각 프리즘(35d)을 포함할 수 있다.
이때 도 7에 도시된 바와 같이, X-큐브 프리즘(35)은 육면체 형상으로서 단면이 사각형상일 수 있다. 이때, 제1 삼각 프리즘(35a)은 좌측에 위치하고, 제3 삼각 프리즘(35c)은 우측에 위치하고, 제2 삼각 프리즘(35b)은 제1 삼각 프리즘과 제3 삼각 프리즘 사이에 위치하며 제4 삼각 프리즘(35d)보다 상부측에 위치한다.
또한 제4 삼각 프리즘(35d)은 제1 삼각 프리즘(35a)과 제3 삼각 프리즘(35c) 사이에 위치하며 하부측에 위치한다.
한편, 제1 삼각 프리즘(35a)은 적색 광이 입사되는 제1 입사면(43), 제1 코팅막(37) 및 제2 코팅막(39)이 각각 한 면으로 형성되어 제1 광 발광부재(12)에서 발생된 적색 광을 반사시키고 청색 광 및 녹색 광은 투과시킬 수 있다.
이때, 제1 코팅막(37)은 제2 코팅막(39)의 상부측에 형성될 수 있다.
제2 삼각 프리즘(35b)은 녹색 광이 입사되는 제2 입사면(45), 제1 코팅막(37) 및 제2 코팅막(39)이 각각 한 면으로 형성되어 제2 광 발광부재(14)에서 발생된 녹색 광을 반사시키고 적색 광 및 청색 광은 투과시킬 수 있다.
제3 삼각 프리즘(35c)은 청색 광이 입사되는 제3 입사면, 제1 코팅막(37) 및 제2 코팅막(39)이 각각 한 면으로 형성되어 제3 광 발광부재(16)에서 발생된 청색 광을 반사시키고 적색 광 및 녹색 광은 투과시킬 수 있다.
이때, 제2 코팅막(39)은 제1 코팅막(37)의 상부측에 형성될 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 제1 삼각 프리즘(35a), 제2 삼각 프리즘(35b) 및 제3 삼각 프리즘(35c)은 결합부재(31)로 입사되는 적색 광, 청색 광 또는 녹색 광 중 어느 하나를 반사시킬 수 있다.
이처럼 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 광 투과부(30)는 입사된 적색 광, 적색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나의 광을 받아 적어도 어느 하나의 광을 반사시키거나 투과시켜 광 섬유부(50)로 진행될 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)은 광 투과부(30)를 포함하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나의 광을 사용하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나의 광의 파장영역이 떨어질 때 떨어진 광의 광량만을 조절하여 광량을 조절할 수 있다.
도 2를 참고하면, 광 투과부(30)의 일단부 예를 들어 하측 단부에는 광 섬유부(50)가 결합될 수 있다. 광 섬유부(50)는 광 투과부(30)에서 구현된 광을 전반사시킬 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)은 광 섬유부(50)를 포함하여 광 섬유(52)가 끊어지는 것을 방지할 수 있고, 광 효율은 80% 이상일 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 광 섬유부(50)는 제1 광섬유부(50a), 제2 광섬유부(50b) 및 제1 몸체(54)를 포함할 수 있다. 제1 몸체(54)는 단면이 L자 형상으로 내부에 중공부가 형성될 수 있다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 제1 몸체(54) 내부에는 제1 광섬유부(50a) 및 제2 광섬유부(50b)가 아교(glue)나, 에폭시 수지로 접착되어 결합될 수 있다.
한편, 제1 몸체(54)는 일측에 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 몸체의 상측 단부면에는 제1 광섬유부(50a)가 노출되어 광 투과부(30)에 의해 광을 전달받을 수 있도록 단면이 원형인 제1 개구(55)가 형성될 수 있다.
또한, 제1 몸체(54)는 타측에 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 몸체의 좌측 단부면에는 제2 광섬유부(50b)가 노출되어 렌즈(72)로 백색광이 전달될 수 있도록 제2 개구(56)가 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서 제2 개구(56)는 제1 몸체(54)의 폭 방향으로 연장되어 단면이 사각형 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)은 광 섬유부(52)를 포함하여 광 투과부(30)를 통해 출사된 광을 렌즈부(70)로 전달할 수 있다. 이때, 광 섬유부(50)는 전반사 원리에 의하여 광을 투과시키는 것으로서, 광통신용뿐만 아니라 조명용으로 사용될 수 있다.
여기서 광 섬유부(50)는 통상적으로 코어(core, 미도시)라고 불리는 중앙의 원통형 물질과 이를 에워싸고 있는 클래딩(cladding, 미도시) 및 클래딩을 뒤덮고 있는 버퍼 코팅(buffer coating, 미도시)으로 형성될 있다.
한편, 광 섬유부(50)는 제1 몸체(54) 내부에 결합되어 제1 몸체의 형상과 동일하게 L자로 형성될 수 있다. 광 섬유부(50)는 제1 광섬유부(50a) 및 제2 광섬유부(50b)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 광섬유부(50a)는 광 투과부(30)에서 방출된 광이 입사되며 복수개의 광 섬유(52)가 꼬인 형태로 배열될 수 있다.
제1 광섬유부(50a)의 일단 예를 들어 상측 단부는 제1 개구(55)에 노출되어 하측으로 연장 형성된 “l”자 형상일 수 있다. 제1 광섬유부(50a)의 타단 예를 들어 하측 단부는 제2 광섬유부(50b)와 연결될 수 있다.
제2 광섬유부(50b)는 수평 방향으로 연장 형성된 “ㅡ”자 형상으로 형성될 수 있다. 제2 광섬유부(50b)는 제1 광섬유부(50a)의 타단부 예를 들어 하측 단부에서 복수개의 광 섬유(52)가 서로 나란하게 배열될 수 있다. 이때, 제2 광섬유부(50b)는 제1 광섬유부(50a)를 지난 광이 전반사될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템의 광 섬유부를 도시한 단면도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 제1 광섬유부(50a)는 광 투과부(30)에서 출사된 광을 제1 광 섬유부 측으로 집중시키기 위해 제1 광 섬유부의 단면이 원형일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 제2 광섬유부(50b)는 제2 개구(56)에 노출되어 전반사되는 광을 제2 개구(56)를 통해 렌즈(72)로 전달시킬 수 있다.
이때 도 7을 참고하면, 렌즈(72) 배율에 따라 즉, FOV(FIELD OF VIEW)에 따라 제1 광섬유부(50a)의 직경(D)이 8 내지 12 mm 일 때 제2 광섬유부(50b)의 길이(L)는 70 내지 190 mm일 수 있고, 두께(w)는 0.6 내지 1.0 mm일 수 있다. 또한, 제2 광섬유부(50b)의 길이(L)은 해상도 * (1.2 내지 1.5) (FOV * 1.2 내지 1.5)일 때 광 균일도가 양호하게 될 수 있다. 이때, FOV는 보여지는 영역의 크기이다.
한편, 제1 몸체(54)의 양 단부에는 내측방향으로 함몰된 결합홈(54a)이 형성될 수 있다.
광 섬유부(50)의 일단부 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 상부면으로 전달된 광은 제1 광섬유부(50a) 및 제2 광섬유부(50b)를 통해 전반사되어 광 섬유부의 타단부 예를 들어 좌측면으로 출사된 광을 렌즈부(70)를 통해 빔 스플리터(90)측으로 조사된다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 렌즈부(70)는 제2 광섬유부(50b)와 이격되게 설치될 수 있다. 한편, 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 렌즈부(70)는 렌즈(72), 제2 몸체(74) 및 연결부재(76)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)의 렌즈부(70)는 광 섬유부(50) 및 빔 스플리터(90) 사이에 위치하여 광 섬유부(50)를 통해 전반사된 광을 빔 스플리터(90)의 한 점에 모으도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 렌즈(72)는 원기둥 형상이고, 단면이 원형인 로드(Rod) 렌즈 또는 실린더 형태의 실린더리컬(Cylinderical) 렌즈일 수 있다. 이때 렌즈(72)는 광이 외주면에 조사되면 광을 집광하여 제3 개구(75a)를 통해서 빔 스플리터(90)로 방출될 수 있다.
이때, 렌즈(72)는 투명한 에폭시 수지나 유리 또는 투명 실리콘(clear silicon)으로 이루어져 광 섬유부(50)의 좌측 단부에서 방출되는 광을 빔 스플리터(90) 측으로 균일하게 조사해 준다.
본 발명의 일 실시예에서 제2 몸체(74)는 단면이 ㄷ자 형상으로 상부판(74a), 하부판(74b) 및 상부판과 하부판을 연결하는 연결판(74c)을 포함할 수 있다. 이때, 상부판(74a), 하부판(74b) 및 연결판(74c)는 사각 형상일 수 있다.
이때 제2 몸체(74)는 개구부(75)가 형성될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상부판(74a)과 하부판(74b) 사이에는 제3 개구(75a) 및 제5 개구(75c)가 관통 형성될 수 있다.
한편, 제3 개구(75a)는 제2 몸체(74)의 좌측면에 형성되고 제5 개구(75c)는 제2 몸체의 우측면에 형성되며 제3 개구 및 제5 개구 사이에는 제4 개구(75b)가 형성될 수 있다.
또한 제2 몸체(74)는 상부판(74a) 및 하부판의 일단부 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 우측 단부에는 연결부재(76)로 연결될 수 있다.
이때 연결부재(76)는 단면이 직사각형인 판 형상으로 연결 부재의 내측면에는 렌즈(72)의 일 단부 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 렌즈의 좌측 단부가 결합될 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 연결부재(76)는 제2 몸체(74)의 제3 개구(75a)에 삽입되어 결합될 수 있다. 따라서 연결부재(76)가 제2 몸체(74)에 결합되면 제2 몸체의 내부에 렌즈(72)가 설치될 수 있다.
또한, 연결부재(76)가 제2 몸체(74)에 결합된 상태로 제1 몸체(54)에 결합될 수 있다. 이때 연결부재(76)의 내측면 및 제2 몸체(74)의 내측면에 내측방향으로 돌출된 돌출부(76a)가 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 돌출부(76a)가 제1 몸체(54)의 결합홈(54a)에 삽입되어 제2 몸체(74)와 제1 몸체가 결합될 수 있다. 이때 제2 몸체(74)와 제1 몸체(54)는 일체로 형성될 수 있으나, 렌즈(72)의 직경에 따라 제2 몸체(74) 내부에 고정되도록 교체 가능하도록 형성될 수 있다.
즉, 렌즈(72)의 직경에 따라 렌즈와 광 섬유부(52)의 간격을 조절함에 따라, 렌즈와 광 섬유부 사이의 간격을 통해 빛의 강도 즉, 세기 및 성질을 조절할 수 있다.
렌즈(72)는 외주면에 조사되는 광을 집광하여 빔 스플리터(90)와 마주보는 제3 개구(75a)를 통해서 방출하되, 방출되는 백색광의 일부가 중첩되어 방출하는 빛의 강도가 일정한 선형 빛으로 빔 스필리터(90)에 조사된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 시스템(1)은 연결부재(76)에 결합된 Rod 렌즈(72)를 통해 백색광을 집광시켜 선형 빛으로 만들고, 선형 빛을 통해 작업능률이 향상될 뿐만 아니라 소비전력이 줄어드는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서 빔 스필러터(90)는 렌즈로부터 조사된 빛을 반사시킬 수 있다. 빔 스플리터(90)는 렌즈(72) 전방에 설치되어 반사 거울(92)에 의해 렌즈로부터 조사된 광의 경로를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 빔 스플리터(90)는 광이 입사되었을 때 입사된 광의 50 %는 투과시키고 50 %는 반사시킬 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만 받침대는 지면과 평행하게 설치되어 대상물인 시료(94)가 로딩될 수 있도록 시료를 지지할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 빔 스플리터(90)는 내부에 받침대에 로딩된 시료와 45도 기울어진 반사 거울(92)이 형성될 수 있다. 이때 빔 스플리터(90)로 입사되는 광은 반사 거울(92)을 통해 시료(94) 중 한 곳으로 경로를 변화시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 조명 광학 시스템 10 : 발광부
12 : 제1 광 발광부재 14 : 제2 광 발광부재
16 : 제3 광 발광부재 17 : 광원
30 : 광 투과부 31 : 결합부재
31a : 제1 결합홀 31b : 제2 결합홀
31c : 제3 결합홀 31d : 제4 결합홀
33 : X-플레이트 33a : 제1 판
33b : 제1 판 35 : X-큐브
35a : 제1 삼각 프리즘 35b : 제2 삼각 프리즘
35c : 제3 삼각 프리즘 35d : 제4 삼각 프리즘
37 : 제1 코팅막 39 : 제2 코팅막
41 : 제3 코팅막 43 : 제1 입사면
45 : 제2 입사면 47 : 제3 입사면
49 : 방출면 50 : 광 섬유부
50a : 제1 광섬유부 50b : 제2 광섬유부
52 : 광 섬유 54 : 제1 몸체
54a : 결합홈 55 : 제1 개구
56 : 제2 개구 70 : 렌즈부
72 : 렌즈 74 : 제2 몸체
74a : 상부판 74b : 하부판
74c : 연결판 75 : 개구부
75a : 제3 개구 75b : 제4 개구
75c : 제5 개구 76 : 연결부재
76a : 돌출부 90 : 빔 스플리터
92 : 반사 거울 94 : 시료

Claims (8)

  1. 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나를 발생시키는 발광부;
    상기 발광부로부터 발생된 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 적어도 어느 하나의 광을 받아 상기 적어도 어느 하나의 광을 반사시키거나 투과시키는 광 투과부;
    상기 광 투과부에서 방출되는 광을 전반사시키는 복수의 광 섬유를 포함하는 광 섬유부;
    상기 광 섬유부에서 전반사된 광을 한 점에 모으도록 하는 렌즈; 및
    상기 렌즈 전방에 설치되어 상기 렌즈로부터 조사된 광의 경로를 변화시키는 빔 스플리터를 포함하는 조명 광학 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광부는
    제1 위치에 상기 적색 광을 상기 광 투과부로 발생시키는 제1 광 발광부재;
    제2 위치에 상기 녹색 광을 상기 광 투과부로 발생시키는 제2 광 발광부재; 및
    제3 위치에 상기 청색 광을 상기 광 투과부로 발생시키는 제3 광 발광부재를 포함하는 조명 광학 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 발광부는
    광원; 및
    상기 광원의 전방에 배치되어 상기 광원으로부터 발생된 광의 발산각(θ1)을 조절하는 초점 렌즈;를 포함하는 조명 광학 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광 투과부는
    상기 발광부로부터 발생된 광 중 적색 광만을 반사시키고, 청색 광 및 녹색 광은 투과시키는 제1 코팅막; 및
    상기 발광부로부터 발생된 광 중 청색 광만을 반사시키고, 적색 광 및 녹색 광은 투과시키는 제2 코팅막을 포함하는 조명 광학 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광 투과부는
    적어도 일면에 상기 제1 코팅막이 형성된 제1 판; 및
    적어도 일면에 상기 제2 코팅막이 형성된 제2 판을 포함하되,
    상기 제1 판 및 상기 제2 판은 X자 형태로 교차 형성된 조명 광학 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광 투과부는
    상기 적색 광이 입사되는 제1 입사면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제1 삼각 프리즘;
    상기 녹색 광이 입사되는 제2 입사면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제2 삼각 프리즘;
    상기 청색 광이 입사되는 제3 입사면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제3 삼각 프리즘; 및
    상기 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 방출되는 방출면, 상기 제1 코팅막 및 상기 제2 코팅막이 각각 한 면으로 형성된 제4 삼각 프리즘;을 포함하는 조명 광학 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광 섬유부는
    상기 광 투과부에서 방출된 광이 입사되며 복수의 광 섬유가 꼬인 형태로 배열되는 제 1 광섬유부; 및
    상기 제 1 광섬유부의 단부에서 상기 복수개의 광 섬유가 서로 나란하게 배열되며 상기 제 1 광 섬유부를 지난 광이 전반사되는 제 2 광 섬유부를 포함하는 조명 광학 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 단면이 원형인 로드(Rod) 렌즈 또는 실린더 형태의 실린더리컬(Cylinderical) 렌즈인 조명 광학 시스템.
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