KR20240109682A - 발광장치 - Google Patents

Abstract

광원의 광출력을 모니터링 할 수 있도록 된 발광장치가 개시되어 있다.
이 개시된 발광장치는 윈도우를 가지는 하우징과; 하우징 내에 설치되며, 소정 파장의 광을 윈도우를 통하여 하우징의 외부로 조사하는 광원과; 광원에 이웃되게 하우징 내에 설치되며, 광원에서 조사된 광의 일부를 수광하여, 광원의 강도를 모니터링하는 광검출기; 및, 광원과 광검출기 사이에 설치되는 것으로, 하우징의 외부로 부터 입사되는 외부 광이 광검출기에 입사되지 않도록 차단하는 차광부재를 포함 할 수 있다.

Description

발광장치{LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 소정 파장의 광을 조사하는 발광장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광원의 광출력을 모니터링 할 수 있도록 된 발광장치에 관한 것이다.

일반적으로 발광장치는 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비하며, 조사되는 광의 파장이나 광원의 종류에 따라 구분할 수 있다. 예를 들어 발광장치는 광원에 따라 램프형 발광장치와, 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)형 발광장치로 구분될 수 있다.

LED형 발광장치는 LED 광원을 사용하므로 콤팩트한 구성이 가능하다. 또한 LED 광원은 램프에 비하여 비약적으로 수명이 길고, 단일 파장의 광을 배출하므로 열선이 거의 배출되지 않으며, 고출력의 광 특히 자외선 광을 배출할 수 있다는 이점이 있다.

이 LED형 발광장치에 있어서, LED 광원의 안정적인 광출력을 유지할 것이 요구된다. 한편 LED 광원은 발열 등으로 인한 온도 변화나 장시간 사용에 따른 광원의 노화 등에 의해 광출력과 중심파장이 달라질 수 있다. 그러므로 이 LED형 발광장치는 LED의 실시간 피드백 제어를 통해 광출력과 중심파장을 일정하게 유지할 수 있는 기술이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 광원의 광출력을 모니터링하고, 이를 기초로 광원의 광출력을 일정하게 유지하고, 광원의 이상유무를 확인할 수 있는 발광장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발광장치는 윈도우를 가지는 하우징과; 상기 하우징 내에 설치되며, 소정 파장의 광을 상기 윈도우를 통하여 상기 하우징의 외부로 조사하는 광원과; 상기 하우징 내에서 상기 광원에 이웃되게 설치되며, 상기 광원에서 조사된 광을 수광하여, 상기 광원의 강도를 모니터링하는 광검출기; 및 상기 광원과 상기 광검출기 사이에 설치되는 것으로, 상기 하우징의 외부로 부터 입사되는 외부 광이 상기 광검출기에 입사되지 않도록 차단하는 차광부재를 포함할 수 있다.

상기 차광부재는, 상기 광원에서 조사되는 광의 광축에 평행하며, 상기 광원과 상기 광검출기 사이에 배치되는 제1차광부재와; 상기 광검출기의 수광면에 평행하며, 상기 광검출기 상에 소정 간격 이격 된 상태로 배치되는 제2차광부재를 포함할 수 있다.

여기서 상기 제2차광부재의 상기 광검출기와 마주하는 면에 형성되는 것으로, 입사광을 상기 광검출기로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다. 또한 상기 제2차광부재는, 상기 하우징의 내부에 일체로 형성될 수 있다.

또한 상기 광검출기의 수광면과 상기 제1차광부재의 상단부 사이의 높이차 H_W1이 조건식 1을 만족하도록, 상기 광원, 상기 광검출기, 상기 제1차광부재 및 상기 제2차광부재가 배치될 수 있다.

[조건식 1]

여기서, H_W2는 상기 광검출기의 수광면과 상기 제2차광부재의 상기 광검출기와 마주하는 면 사이의 높이차이고, D_SP는 상기 광원의 중심과 상기 광검출기의 중심 사이의 간격이고, W_P는 상기 광검출기의 폭이고, D_sw1은 상기 광원의 중심과 상기 제1차광부재의 상기 광검출기측 단부 사이의 거리이고, D_sw2는 상기 광원의 중심과 상기 제2차광부재의 상기 광원측 단부 사이의 최단거리이다.

또한 상기 광원의 중심과 상기 광검출기의 중심 사이의 간격 D_SP는 조건식 2를 만족할 수 있다.

[조건식 2]

여기서, W_H는 상기 윈도우의 폭이고, D_SH는 상기 광원의 수광면과 상기 하우징의 광출사면 사이의 높이차이다.

또한 본 발명에 따른 발명장치는 상기 하우징 내부 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 한 곳에 설치되며, 상기 광원에서 조사된 광을 집속 투과시키는 광학부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 발광장치는 소정 파장의 광을 조사하는 광원의 광출력을 센서부를 통하여 실시간으로 모니터링할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 발광장치는 온도, 광원의 장시간 사용에 따른 노화 등 환경 변화 시에도 광원의 광출력이 일정범위 내로 유지되도록 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 발광장치는 광원 및 광검출기의 배치를 최적화함과 아울러 하우징 내에 차광부재를 마련함으로써, 외부 광이 광검출기로 입사되는 것을 차단하여, 외부 광의 영향에 기인한 오차를 근본적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광장치를 보인 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광장치를 보인 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광장치를 보인 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 발광장치를 보인 개략적인 단면도.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 발광장치를 상세하게 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광장치를 보인 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광장치는 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 배치되는 광원(30), 광검출기(50) 및 차광부재(70)를 포함할 수 있다.

상기 하우징(10)은 발광장치를 구성하는 광학요소들을 수용하기 위한 것으로, 용도에 따라 다양한 형상 및 크기로 변형하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(10)는 직경 10mm 내외의 원통형상으로 구성될 수 있다. 또한 이 하우징(10)은 광원(30)에서 조사된 광이 출사되는 윈도우(11)를 포함한다. 이 윈도우(11) 및/또는 하우징(10) 내부에는 후술하는 광학요소(도 4의 90)가 설치될 수 있다.

상기 광원(30)는 상기 하우징(10) 내에 설치되며, 소정 파장의 광을 생성하고, 생성된 광을 윈도우(11)를 통하여 하우징(10) 외부로 조사한다. 또한 광원(30)에서 조사된 광의 일부는 하우징(10) 내에서 반사되어 상기 광검출기(50)로 입사된다. 이를 위하여 상기 광원(30)은 반도체 LED로 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 광원(30)은 기판 상에 LED 칩이 장착 된 유형인 칩온보드(Chip on Board; COB) 또는 표면실장형 LED(Surface Mount Device; SMD) 등으로 구성될 수 있다. 이 광원(30)에서 조사되는 광의 파장은 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

또한 상기 광원(30)은 자외선 파장의 광을 조사할 수 있다. 자외선(Ultraviolet, 이하 'UV'라 함)은 파장 범위 10 ~ 400 nm(에너지 범위 3 eV ~ 124 eV)인 광으로서, 파장이 가시광보다 더 짧고 엑스선보다는 더 긴 전자기파의 총칭이다. 이 UV는 광자 에너지가 커서 물질에 흡수되면 분자 결합을 깨는 화학적 성질이 있으므로, 특유의 살균 반응 및 광화학 반응을 가지고 있다. 이로 인해, UV를 조사하는 UV 발광장치는 산업, 의료, 미용 등 많은 기술분야에서 활용되고 있다. 예를 들어, UV 발광장치는 UV의 광화학적 반응을 이용하여 액체 상태의 페인트, 잉크, 접착제 등을 딱딱하게 굳히는 장비인 UV 경화장치에 적용될 수 있다.

상기 광검출기(50)는 하우징(10) 내에 설치되는 것으로, 광원(30)에 이웃되게 배치된다. 이 광검출기(50)는 광원(30)에서 조사되고 상기 하우징(10)의 내부(예를 들어, 후술하는 제2차광부재(75)의 반사면(도 3의 75a))에서 반사된 광을 수광함으로써, 광원(30)의 광출력을 모니터링한다. 이 광검출기(50)은 광전변환소자로서, 수광된 광량에 대응하는 전기신호를 생성한다. 이 광검출기(50)에서 검출된 신호를 기초로 광원(30)의 광출력 강도를 조정할 수 있으며, 광원(30)의 이상 여부를 확인한다. 즉, 발광장치는 광검출기(50)에서 출력된 신호를 기초로 광원(30)을 제어하는 강도조정부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 강도조정부는 광원(30)의 광출력이 기준값 미만인 경우는 광원(30)에 인가되는 전압 및/또는 전류가 증가되도록 제어하고, 기준값을 초과하는 경우는 광원(30)에 인가되는 전압 및/또는 전류가 감소시키도록 제어한다.

상기한 바와 같이 구성함으로써, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광장치는 소정 파장의 광을 조사하는 광원(30)의 광출력을 실시간으로 모니터링함과 아울러 강도조정부를 통하여 제어할 수 있다. 따라서 본 발명은 온도, 광원의 장시간 사용에 따른 노화 등 환경 변화 시에도 광원(30)의 광출력이 일정범위 내로 유지되도록 할 수 있다. 또한 광원(30)의 이상 발생시 외부로 신호를 송신함으로써, 이를 확인할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 구성하는 경우, 하우징(10) 외부로부터 입사된 외부 광(Le₁, Le₂, Le₃)이 윈도우(11)를 통하여, 하우징(10) 내부에 배치되는 광검출기(50)에 입사 될 수 있다. 이에 따라 광원의 고장여부 판단 내지는 광원의 광출력 제어를 어렵게 할 수 있다.

상기 차광부재(70)는 하우징(10)의 외부로 부터 입사되는 외부 광(Le₁, Le₂, Le₃)이 광검출기(50)에 입사되지 않도록 차단하는 기능을 수행하는 것으로, 광원(30)과 광검출기(50) 사이에 설치된다.

이 차광부재(70)는 제1차광부재(71)와 제2차광부재(75)를 포함할 수 있다. 제1차광부재(71)는 광원(30)에서 조사되는 광의 광축(OA)에 평행하며, 광원(30)과 광검출기(50) 사이에 배치될 수 있다. 제2차광부재(75)는 광검출기(50)의 수광면(50a)에 평행하며, 광검출기(50) 상에 소정 간격 이격 된 상태로 배치될 수 있다.

여기서, 광원(30), 광검출기(50) 및 차광부재(70)를 배치함에 있어서, 광원(30)에서 조사된 광의 일부는 광검출기(50)에 입사되고, 외부 광(Le₁, Le₂, Le₃)이 광검출기(50)에 입사되지 않도록 하기 위해서는 최적화 설계가 요구된다.

수학식 1은 광검출기(50)의 수광면(50a)과 제1차광부재(71)의 상단부 사이의 높이차 H_W1에 대한 조건 관계를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 발광장치를 구성하는 광학요소의 규격 및 배치는 수학식 1의 조건을 만족하도록 배치될 필요성이 있다.

여기서, H_W2는 광검출기(50)의 수광면(50a)과 제2차광부재(75)의 광검출기(50)와 마주하는 면 사이의 높이차이고, D_SP는 광원(30)의 중심과 광검출기(50)의 중심 사이의 간격이고, W_P는 광검출기(50)의 폭이고, D_sw1은 광원(30)의 중심과 제1차광부재(71)의 광검출기측 단부 사이의 거리이고, D_sw2는 광원(30)의 중심과 제2차광부재의 광원측 단부 사이의 최단거리이다.

상기한 수학식 1의 조건을 만족하도록 광원(30), 광검출기(50) 및 차광부재(70)를 배치하면, 윈도우(11)를 통하여 하우징(10) 내부로 입사되는 외부 광 중 광검출기(50) 방향으로 향하는 외부 광을 모두 차단할 수 있다. 이에 따라 하우징(10)의 규격이나 윈도우(11)의 규격에 관계없이 외부 광이 광검출기(50)로 입사되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.

또한 윈도우(11) 폭 및 하우징(10)의 규격 등을 감안할 때, 광원(30)의 중심과 광검출기(50)의 중심 사이의 간격 D_SP는 하기의 수학식 2의 조건을 만족하도록 배치될 수 있다.

여기서, W_H는 윈도우(11)의 폭이고, D_SH는 광원(30)의 수광면(30a)과 하우징(10)의 광출사면 사이의 높이차를 나타낸 것이다.

수학식 2의 조건을 만족하도록, 하우징(10), 윈도우(11), 제2차광부재(75) 및 광검출기(50) 폭을 배치하는 경우는 상기한 D_SP, D_sw1 및 D_sw2의 값에 무관하게 외부 광이 광검출기(50)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제2 내지 제4실시예에 따른 발광장치를 각각 보인 개략적인 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 발광장치는 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 배치되는 광원(30), 광검출기(50) 및 차광부재(70)를 포함한다. 이 제2실시예에 따른 발광장치는 제1실시예에 따른 발광장치와 비교하여 볼 때, 제2차광부재(75)의 배치에 있어서 구별될 뿐 다른 구성요소는 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다. 즉, 제2실시예에 따른 발광장치에 있어서, 제2차광부재(75')는 하우징(10)과 일체로 형성될 수 있다. 즉, 하우징(10)의 내부 공간 중 도 1의 제2차광부재(75) 위치에 대응되는 위치에 제2차광부재(75')를 일체로 형성할 수 있다. 이 경우, 광검출기(50)의 수광면(50a)과 제2차광부재(75')의 광검출기(50)와 마주하는 면 사이의 높이차를 나타내는 H_W2 값을 설정함에 있어서, 상기한 수학식 1 및 2를 만족하도록 설정된다.

이와 같이 제2차광부재(75')를 하우징(10)에 일체로 형성하는 경우, 상기한 수학식 1 및 2를 조건을 만족하면서도, 전체 구성을 보다 콤팩트화 할 수 있다는 이점이 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 발광장치는 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 배치되는 광원(30), 광검출기(50) 및 차광부재(70)를 포함한다. 이 제3실시예에 따른 발광장치는 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 발광장치와 비교하여 볼 때, 반사면(75a)을 포함하는 점에서 구별될 뿐 다른 구성요소는 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 발광장치를 구성하는 반사면(75a)은 제2차광부재(75)의 광검출기와 마주하는 면에 형성될 수 있다. 이 반사면(75a)는 입사광을 전반사시킬 수 있도록 전반사 코팅 되거나, 하우징(10)를 글래스 소재로 구성하고 임계각 보다 큰 각도로 광이 입사되도록 배치시킴으로써 전반사 시킬 수 있다. 또한 반사면(75a)는 입사광을 확산 반사시킬 수 있도록 형성되는 것도 가능하다. 이에 따라 상기 광원(30)에서 조사된 광 중 일부 광은 반사면(75a)에 입사되며, 반사면(75a)에서 전반사 내지 확산 반사되어 광검출기(50)로 향하게 된다. 이와 같이 반사면(75a)을 구비함으로써, 본 발명에 따른 발광장치는 광원(30)에서 조사된 후 광검출기(50)로 향하는 광의 반사율을 향상시킴으로써, 광검출기(50)의 수광 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 발광장치는 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 배치되는 광원(30), 광검출기(50), 차광부재(70) 및 광학부재(90)를 포함할 수 있다. 이 제4실시예에 따른 발광장치는 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 발광장치와 비교하여 볼 때, 광학부재(90)를 더 포함하는 구별될 뿐 다른 구성요소는 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

광학부재(90)는 하우징(10) 내부 및 윈도우(11) 중 적어도 어느 한 곳에 설치되며, 광원(30)에서 조사된 광을 집속 투과시킨다. 이를 위하여 광학부재(90)는 윈도우(11)에 설치되며 광을 하우징(10)의 외부로 투과시키는 대물렌즈(91)와 하우징 내부에 설치되는 콜리메이터(95)를 포함할 수 있다. 광학부재(90)는 광원(30)에서 조사된 광 중 대부분의 광을 소정 배율로 투과시킨다. 이 광학부재(90)는 본 발명에 따른 발광장치의 용도에 따라 양(+)의 굴절력을 가지는 렌즈, 음(-)의 굴절력을 가지는 렌즈 등으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 광학부재로서, 2매의 볼록렌즈를 예로 들어 나타내었지만 이에 한정되는 것은 아니며,다양한 변형예가 가능하다.

본 발명에 따른 발광장치는 이와 같이 광학부재(90)를 구비함으로써, 조사 광의 광학 배율을 조절할 수 있다. 이에 따라 발광장치가 적용되는 산업 분야에 맞게 광학 설계가 가능하다는 이점이 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

10: 하우징 11: 윈도우
30: 광원 50: 광검출기
70: 차광부재 71: 제1차광부재
75: 제2차광부재 75a: 반사면
90: 광학부재

Claims (7)

1. 윈도우를 가지는 하우징과;
   상기 하우징 내에 설치되며, 소정 파장의 광을 상기 윈도우를 통하여 상기 하우징의 외부로 조사하는 광원과;
   상기 광원에 이웃되게 상기 하우징 내에 설치되며, 상기 광원에서 조사된 광의 일부를 수광하여, 상기 광원의 강도를 모니터링하는 광검출기; 및,
   상기 광원과 상기 광검출기 사이에 설치되는 것으로, 상기 하우징의 외부로 부터 입사되는 외부 광이 상기 광검출기에 입사되지 않도록 차단하는 차광부재를 포함하는 발광장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 차광부재는,
   상기 광원에서 조사되는 광의 광축에 평행하며, 상기 광원과 상기 광검출기 사이에 배치되는 제1차광부재와;
   상기 광검출기의 수광면에 평행하며, 상기 광검출기 상에 소정 간격 이격 된 상태로 배치되는 제2차광부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2차광부재는,
   상기 하우징의 내부에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제2차광부재의 상기 광검출기와 마주하는 면에 형성되는 것으로, 입사광을 상기 광검출기로 반사시키는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광검출기의 수광면과 상기 제1차광부재의 상단부 사이의 높이차 H_W1이 조건식 1을 만족하도록,
   상기 광원, 상기 광검출기, 상기 제1차광부재 및 상기 제2차광부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
   [조건식 1]
   
   여기서, H_W2는 상기 광검출기의 수광면과 상기 제2차광부재의 상기 광검출기와 마주하는 면 사이의 높이차이고, D_SP는 상기 광원의 중심과 상기 광검출기의 중심 사이의 간격이고, W_P는 상기 광검출기의 폭이고, D_sw1은 상기 광원의 중심과 상기 제1차광부재의 상기 광검출기측 단부 사이의 거리이고, D_sw2는 상기 광원의 중심과 상기 제2차광부재의 상기 광원측 단부 사이의 최단거리이다.
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광원의 중심과 상기 광검출기의 중심 사이의 간격 D_SP는 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
   [조건식 2]
   
   여기서, H_W2는 상기 광검출기의 수광면과 상기 제2차광부재의 상기 광검출기와 마주하는 면 사이의 높이차이고, W_H는 상기 윈도우의 폭이고, D_SH는 상기 광원의 수광면과 상기 하우징의 광출사면 사이의 높이차이고, W_P는 상기 광검출기의 폭이다.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징 내부 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 한 곳에 설치되며, 상기 광원에서 조사된 광을 집속 투과시키는 광학부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.