KR101825530B1 - 발광 장치 및 관련 광원 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 장치(1) 및 관련 광원 시스템을 제공한다. 발광 장치(1)는 레이저 광원(11, 21, 31)과 광 수집 시스템(12, 22)을 포함한다. 레이저 광원(11, 21, 31)은 파장 범위가 서로 다른 제1 광과 제2 광을 각각 발생시키기 위한 제1 레이저 어레이(111, 211, 311)와 제2 레이저 어레이(112, 212, 312)를 포함한다. 광 수집 시스템(12, 22)은 레이저 광원 어레이가 방출한 광을 수집하기 위한 것이다. 수집된 제2 광의 발산 각도와 제1 광의 발산 각도의 비율값은 소정값 이하이며, 상기 소정값은 0.7이다. 상기 발광 장치(1)는 서로 다른 광학적 확장량을 가진 두 가지 광 빔을 발생시킬 수 있다.

Description

발광 장치 및 관련 광원 시스템{LIGHT-EMITTING DEVICE AND RELATED LIGHT SOURCE SYSTEM}

본 발명은 조명 및 표시 기술 분야에 관한 것으로, 특히 발광 장치 및 관련 광원 시스템에 관한 것이다.

남색광을 이용하여 황색광 형광분을 여기하여 황색광을 발생시키고, 다시 상기 황색광과 미흡수 남색광을 혼합하여 백색광을 형성하는 것은 종래 기술에 따른 프로젝션 표시 등 분야에서 흔히 이용되는 백색 광원 솔루션이다. 이러한 광원 솔루션은 445nm의 남색 레이저 광이 형광분을 여기하는 효율이 높으므로, 통상 445nm의 남색 레이저 광을 여기 광원으로 이용한다. 그러나 445nm의 남색광의 색상은 자주색에 가까우므로 직접적인 프로젝션 표시에 바로 이용할 수 없다. 따라서, 하나의 개량 솔루션으로서, 445nm의 남색 레이저 광을 이용하여 황색광 형광분을 여기하여 황색 자극광을 발생시키고 다시 462nm의 남색 레이저 광을 이용하여 상기 황색 자극광과 혼합함으로써 백색광을 발생시킨다.

도 1을 참조하면, 도 1은 종래 기술에 따른 광원 시스템의 구성 개략도이다. 광원 시스템은 제1 발광 장치(10), 제2 발광 장치(20), 파장 변환 장치(30)와 광 수집 시스템(40)을 포함한다. 제1 발광 장치(10)는 제1 레이저 어레이(101)와 집속 렌즈(102)를 포함한다. 제1 레이저 어레이(101)는 445nm 남색 레이저 광을 발생시키기 위한 다수의 레이저 소자를 포함한다. 제1 레이저 어레이(101)가 방출한 광은 집속 렌즈(102)에 의해 수집된 후 방출된다. 제2 발광 장치(2)는 제2 레이저 어레이(201)와 집속 렌즈(202)를 포함한다. 상기 제2 레이저 어레이(201)가 방출한 광은 집속 렌즈(202)에 의해 수집된 후 방출된다.

광 수집 시스템(40)은 광 필터(401)와 수집 렌즈(402)를 포함하고, 그중 상기 광 필터(401)는 남색광을 투과시키고 황색광을 반사한다. 제1 발광 장치(10)와 제2 발광 장치(20)가 방출한 광은 각각 상기 광 필터(401)의 양측으로부터 입사하며, 그중 제1 발광 장치(10)가 방출한 광은 차례로 광 필터(401)와 수집 렌즈(402)를 투과한 후 파장 변환 장치(30)에 도착한다. 파장 변환 장치(30)는 파장 변환층을 포함하고, 상기 파장 변환층은 황색 형광분을 포함하며, 제1 발광 장치(10)로부터의 남색 레이저 광을 흡수하여 황색 자극광을 발생시키기 위한 것이다. 상기 황색 자극광은 수집 렌즈(402)에 의해 수집된 후 광 필터(401)로 입사하고, 광 필터(401)에 의해 반사된 후, 광 필터(401)를 투과한 제2 발광 장치(20)의 방출 광과 하나의 광 빔으로 혼합되어 방출된다.

레이저 광이 가우스 분포를 이루고, 자극광이 램버시안 분포를 이루므로, 제2 발광 장치(20)가 방출한 광과 황색 자극광을 균일하게 혼합하기 위해 제2 발광 장치(20)는, 집속 렌즈(202)의 출사광 경로에 위치하여 집속 렌즈(202)를 거쳐 방출된 남색 레이저 광을 균일화하기 위한 광 균일화 봉(203)을 더 포함한다. 동시에, 제1 발광 장치(10)가 방출한 광이 파장 변환 장치(30)에 형성한 광반의 광 출력 밀도가 균일해지도록 하고 여기 효율을 향상하기 위해 제1 발광 장치(10)는, 집속 렌즈(102)의 방출 후 광 경로에 위치하여 집속 렌즈(102)를 거쳐 방출된 남색 레이저 광을 균일화하기 위한 광 균일화 봉(103)을 더 포함한다.

그러나 상기 광원 시스템에 포함된 광학 소자가 많아 광원 시스템의 구성이 매우 방대해진다. 하나의 해결 솔루션으로서, 제1 레이저 어레이와 제2 레이저 어레이를 동일한 레이저 어레이로 병합하고 하나의 집속 렌즈 및 광 균일화 봉을 이용하여 상기 레이저 어레이에 대해 수집 및 광 균일화를 진행하는 것이다. 그러나, 후단 광 경로에서 파장에 의한 분광 방법을 이용하여 445nm 남색광과 462nm 남색광을 분광할 경우, 상기 두 남색광의 파장 거리가 가까우므로, 광 필터의 광 필터링 곡선의 구배에 대한 요구가 매우 높아, 비용이 증가한다.

본 발명이 주로 해결하고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 광학적 확장량을 가진 두 가지 광 빔을 발생시키는 발광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예는 발광 장치를 제공하며, 상기 발광 장치는,

파장 범위가 서로 다른 제1 광과 제2 광을 각각 발생시키기 위한 제1 레이저 어레이와 제2 레이저 어레이를 포함하는 레이저 광원;

상기 레이저 광원 어레이로부터 방출된 광을 수집하되, 수집된 제2 광의 발산 각도와 제1 광의 발산 각도의 비율값이 소정값 이하가 되도록 하기 위한 광 수집 시스템을 포함하며, 상기 소정값은 0.7이다.

상기 광 수집 시스템은 수집 장치와 시준 렌즈를 포함하며, 그중 수집 장치는 레이저 광원으로부터의 광 빔을 집속시키기 위한 적어도 하나의 집속 렌즈를 포함하고, 상기 시준 렌즈는 상기 수집 장치로부터의 광 빔을 시준하기 위한 것이며,

상기 수집 장치는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 제1 광이 지나는 영역이고, 제2 영역은 제2 광이 지나는 영역이며, 그중 제1 영역의 조합 초점 거리는 제2 영역의 조합 초점 거리보다 크고, 상기 레이저 광원의 출사광에서 제1 광의 발산각은 제2 광의 발산각보다 커서 상기 광 수집 시스템에 의해 수집된 제2 광의 발산 각도와 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 레이저 광원의 출사광에서 제1 광과 제2 광의 발산각은 서로 같으며, 상기 광 수집 시스템은 수집 장치와 시준 렌즈를 포함하며, 그중 수집 장치는 레이저 광원으로부터의 광 빔을 집속시키기 위한 적어도 하나의 집속 렌즈를 포함하고, 상기 시준 렌즈는 상기 수집 장치로부터의 광 빔을 시준하기 위한 것이며,

상기 수집 장치는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 제1 광이 지나는 영역이고, 제2 영역은 제2 광이 지나는 영역이며, 그 중 제2 영역의 조합 초점 거리와 제1 영역의 조합 초점 거리의 비율값은 상기 소정값 이하인 것이 바람직하다.

상기 수집 장치의 제1 영역은 상기 레이저 광원의 출사광 경로에 위치한 제1 수집 렌즈를 포함하며, 그중 일부 제1 수집 렌즈는 제1 광을 집속시키기 위한 것이며, 상기 수집 장치의 제2 영역은, 제1 수집 렌즈를 지난 제2 광의 출사광 경로에 위치하여 상기 제2 광을 집속시키기 위한 제2 수집 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 수집 장치는 집속 렌즈와, 관통 홀을 구비한 리플렉터를 포함하며, 상기 집속 렌즈는 상기 레이저 광원과 마주하는 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 그중 제2 면에는 제2 광을 투과시키고 제1 광을 반사하는 광 필터막이 형성되어 있으며, 상기 리플렉터는 상기 레이저 광원의 출사광 경로에 위치하고 그 반사면이 상기 집속 렌즈의 제2 면과 마주하며,

상기 레이저 광원으로부터의 제1 광은 상기 리플렉터로 바로 입사하여 상기 집속 렌즈의 제2 면으로 반사된 후 다시 상기 시준 렌즈로 반사되며,

상기 레이저 광원으로부터의 제2 광은 상기 집속 렌즈로 바로 입사하여 상기 시준 렌즈로 수집되며,

상기 시준 렌즈의 출사광은 상기 리플렉터의 관통 홀로부터 방출되는 것이 바람직하다.

상기 발광 장치는 광 균일화 봉을 포함하고, 상기 수집 렌즈는 제1 집속 렌즈와 제2 집속 렌즈를 포함하며, 제2 집속 렌즈는 제1 집속 렌즈와 제1 집속 렌즈의 초점 사이에 위치하며, 제2 집속 렌즈는 제1 집속 렌즈와 마주하는 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하며, 그 중 제2 면에는 제2 광을 투과시키고 제1 광을 반사하기 위한 광 필터막이 형성되어 있으며,

제1 레이저 어레이는 제1 집속 렌즈에 있어서 제2 집속 렌즈의 반대측에 설치되고, 제2 레이저 어레이는 제2 집속 렌즈에 있어서 제1 집속 렌즈의 반대측에 설치되며, 제1 레이저 어레이와 제1 집속 렌즈는 각각 상기 시준 렌즈의 광축에 대응되는 위치에 모두 관통 홀이 형성되어 있으며, 상기 광 균일화 봉은 상기 시준 렌즈의 출사광 경로에 위치하며 차례로 제1 집속 렌즈와 제1 레이저 어레이의 관통 홀을 관통하며,

제1 레이저 어레이로부터의 제1 광은 제1 집속 렌즈에 의해 제2 집속 렌즈의 제1 면으로 수집되어 상기 시준 렌즈로 반사된 후 상기 광 균일화 봉으로 입사하며,

제2 레이저 어레이로부터의 제2 광은 제2 집속 렌즈에 의해 상기 시준 렌즈로 수집되어 시준된 후 상기 광 균일화 봉으로 입사하는 것이 바람직하다.

상기 레이저 광원의 출사광 중 제1 광과 제2 광이 각각 지나는 상기 광 수집 시스템의 서로 다른 영역은 서로 같은 초점 거리를 가지며,

상기 레이저 광원으로부터 방출된 광 빔에서, 제2 광의 발산 각도와 제1 광의 발산 각도의 비율값은 상기 소정값 이하인 것이 바람직하다.

상기 레이저 광원은 제1 시준 렌즈 어레이와 제2 시준 렌즈 어레이를 더 포함하며, 그 중 제1, 제2 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈는 각각 제1, 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 광원과 일일이 대응되며, 각자 대응되는 레이저 광원으로부터 방출된 광을 시준하며,

제2 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈의 초점 거리는 제1 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈의 초점 거리보다 큼으로써, 시준된 제2 광의 발산 각도와 시준된 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되며, 또는,

제1 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자와 그에 대응되는 시준 렌즈의 탈초점 정도는 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자와 그에 대응되는 시준 렌즈의 탈초점 정도보다 큼으로써, 시준된 제2 광의 발산 각도와 시준된 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되며, 또는,

제1 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광의 발산각은 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광의 발산각보다 큼으로써, 시준된 제2 광의 발산 각도와 시준된 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되는 것이 바람직하다.

제1 광의 상기 레이저 광원 내 전파 경로에 광 산란 시트 또는 복안 렌즈쌍이 설치되어 있고, 상기 광 산란 시트 또는 복안 렌즈쌍은 제2 광의 전파 경로를 피하는 것이 바람직하다.

상기 발광 장치는, 상기 광 수집 시스템으로부터의 광 빔을 균일화하기 위한 광 균일화 봉을 포함하며, 그중 상기 광 균일화 봉은 상기 광 균일화 봉의 연장 방향에 수직되는 임의의 단면은 모두 일치하며,

상기 레이저 광원은 발광 영역과 비발광 영역을 포함하며, 그중 제1, 제2 레이저 어레이는 모두 상기 발광 영역에 위치하며,

상기 광 수집 시스템은 반사 및 집광 장치와 시준 렌즈를 포함하며, 상기 반사 및 집광 장치는 집광 영역과 비집광 영역을 포함하며, 상기 집광 영역은 상기 레이저 광원으로부터의 출사광을 집속시켜 상기 시준 렌즈로 반사하고, 상기 시준 렌즈는 상기 반사 및 집광 장치로부터의 광 빔을 시준하여 상기 광 균일화 봉으로 방출하기 위한 것이며,

상기 레이저 광원의 비발광 영역 및 비집광 영역은 상기 레이저 광원의 출사광 광축에 평행하는 동일 직선에 위치하며, 상기 광 균일화 봉은 상기 비발광 영역 및/또는 상기 비집광 영역을 지나는 것이 바람직하다.

상기 반사 및 집광 장치는, 관통 홀을 구비한 집속 렌즈와, 반사 소자를 포함하며, 상기 집속 렌즈의 관통 홀은 비집광 영역이고, 상기 집속 렌즈에 있어서 관통 홀 이외의 다른 영역과 상기 반사 소자는 상기 집광 영역이며,

상기 집속 렌즈에 있어서 관통 홀 이외의 다른 영역은 상기 레이저 광원의 출사광을 집속시키기 위한 것이며, 상기 반사 소자는 상기 집속 렌즈로부터의 광 빔을 상기 시준 렌즈로 반사하기 위한 것이며,

상기 광 균일화 봉은 상기 집속 렌즈의 관통 홀과 상기 레이저 광원의 비발광 영역을 지나는 것이 바람직하다.

상기 반사 및 집광 장치는 리플렉터이며, 상기 리플렉터의 중간 영역은 비집광 영역이고, 상기 중간 영역 이외의 영역은 집광 영역이며, 상기 광 균일화 봉은 상기 레이저 광원의 비발광 영역을 지나는 것이 바람직하다.

상기 반사 및 집광 장치는 반사 소자와, 관통 홀을 구비한 리플렉터를 포함하며, 상기 리플렉터의 관통 홀은 비집광 영역이고, 상기 리플렉터에 있어서 관통 홀 이외의 다른 영역과 상기 반사 소자는 집광 영역이며,

상기 광 균일화 봉은 상기 리플렉터의 관통 홀을 지나는 것이 바람직하다.

제3 반사 소자는 상기 레이저 광원의 비발광 영역에 고정되는 것이 바람직하다.

상기 발광 장치는, 상기 광 수집 시스템으로부터의 광 빔을 균일화하기 위한 광 균일화 봉을 더 포함하며, 그중 상기 광 균일화 봉은 상기 광 균일화 봉의 연장 방향에 수직되는 임의의 단면은 모두 일치한 것이 바람직하다.

상기 소정값은 0.3인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예는 광원 시스템을 더 제공하며, 상기 광원 시스템은,

상기 발광 장치;

상기 발광 장치로부터의 제1 광을 흡수하여 자극광을 발생시키기 위한 파장 변환층을 포함하고, 상기 파장 변환층의 일측에서 상기 여기광과 제1 광을 수광하고, 동일측에서 적어도 일부 제1 광, 및 적어도 일부 자극광 또는 자극광과 미흡수 여기광의 적어도 일부 혼합광을 방출하는 파장 변환 장치;

상기 발광 장치로부터의 제2 광을 산란시키는 산란층을 포함하고, 상기 산란층은 일측에서 제2 광을 수광하고 동일측에서 적어도 일부 제2 광을 방출하는 산란 장치; 및

제1 영역을 포함하는 광 유도 장치를 포함하며,

상기 발광 장치로부터의 제2 광과 제1 광은 제1 광 통로를 따라 상기 광 유도 장치로 입사하며, 그 중 적어도 일부 제2 광은 제1 영역으로 입사하고, 적어도 일부 제1 광은 상기 광 유도 장치 중 제1 영역 이외의 다른 영역으로 입사하며, 상기 광 유도 장치 중 제1 영역 이외의 다른 영역으로 입사한 광은 상기 파장 변환 장치로 유도되고, 상기 광 유도 장치의 제1 영역으로 입사한 광은 상기 산란 장치로 유도되며, 상기 광 유도 장치 중 제1 영역 이외의 영역은 또한 상기 파장 변환 장치로부터의 자극광과 상기 산란 장치로부터의 제2 광을 제2 광 통로로 유도하여 방출한다.

종래 기술에 비해 본 발명은 아래와 같은 유익한 효과를 포함한다.

본 발명에서는, 발광 장치 중 광 수집 시스템이 방출한 제1 광과 제2 광의 발산 각도의 비율값이 0.7 이하이므로, 상기 두 빔의 광의 광학적 확장량의 차이가 크다. 따라서 발광 장치의 후단 광 경로에서 상기 두 빔의 광 빔의 광학적 확장량의 차이를 이용하여 상기 두 빔의 광을 분광할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광원 시스템의 구성 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 광원 시스템의 일 실시예의 구성 개략도이다.
도 2b는 도 2a에 나타낸 광원 시스템 중 제1 수집 렌즈의 우측면도이다.
도 3은 도 2a에 나타낸 광원 시스템 중 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다.

명확한 설명을 위해, 이하 설명된 "조합 초점 거리"는 각각의 광학 소자가 구성한 광학 시스템의 등가적 초점 거리를 가리킨다.

이하, 도면과 실시형태를 결합하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도 2a를 참조하면 도 2a는 본 발명에 따른 광원 시스템의 일 실시예의 구성 개략도이다. 광원 시스템은 발광 장치(1), 광 유도 장치(2), 산란 장치(3)와 파장 변환 장치(4)를 포함한다.

발광 장치(1)는 레이저 광원(11), 광 수집 시스템(12)과 광 균일화 봉(13)을 포함한다. 레이저 광원(11)은 발광 방향이 일치한 제1 레이저 어레이(111)와 제2 레이저 어레이(112)를 포함하며, 이들은 각각 파장 범위가 서로 다른 제1 광과 제2 광을 발생시키기 위한 것이다. 본 실시예에서, 제1 광은 파장이 440nm~460nm 범위 내에 위치한 남색 레이저 광이고, 제2 광은 파장이 460nm~480nm 범위 내에 위치한 남색 레이저 광이다. 제1 레이저 어레이(111)와 제2 레이저 어레이(112)는 동일 평면에 배열 분포되며, 그 중 제1 레이저 어레이(111)는 제2 레이저 어레이(112)를 둘러싸며, 상기 두 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광의 발산각은 일치하다. 물론, 실제 적용에서, 제1, 제2 레이저 어레이는 동일 평면에 위치하여 배열 분포되지 않아도 된다.

레이저 소자가 방출한 광이 일정한 발산각을 가지므로, 레이저 광원(11)은 제1 시준 렌즈 어레이(113)와 제2 시준 렌즈 어레이(114)를 더 포함한다. 여기서 제1, 제2 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈는 각각 제1, 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 광원과 일일이 대응되며, 각자 대응되는 레이저 광원이 방출한 광을 시준한다. 실제 적용에서, 시준 렌즈에 의해 시준된 레이저 광 빔은 엄격한 의미에서의 평행 광 빔이 아니고, 일정한 발산각을 가진 광 빔이다. 물론, 상기 발산각은 레이저 소자가 방출한 광의 발산각보다 작다. 그러나 광반에 대한 요구가 그다지 높지 않은 경우에는 시준 렌즈 어레이를 설치하지 않아도 된다.

광 수집 시스템(12)은 수집 장치와 시준 렌즈(123)를 포함하며, 그중 상기 수집 장치는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 제1 광이 지나는 영역이고, 제2 영역은 제2 광이 지나는 영역이다.

본 실시예에서, 수집 장치는 제1 수집 렌즈(121)와 제2 수집 렌즈(122)를 포함하며 이들은 각각 제1 영역과 제2 영역이다. 상기 두 렌즈는 모두 볼록 렌즈이다. 도 2b를 참조하면, 도 2b는 도 2a에 나타낸 광원 시스템 중 제1 수집 렌즈의 우측면도이다. 제1 수집 렌즈(121)는 레이저 광원(11)의 출사광 경로에 위치하며, 제1 수집 렌즈(121)에 있어서 제2 광의 전파 경로에 대응되는 위치에 관통 홀(121a)이 형성되어 있으며, 레이저 광원(11)이 방출한 광 중 제1 광은 제1 수집 렌즈(121)에 의해 집속되고, 제2 광은 바로 제1 수집 렌즈(121) 상의 관통 홀(121a)을 관통한다. 제2 수집 렌즈(122)의 초점 거리(f2로 표시되며, 제2 영역의 조합 초점 거리이기도 하다)는 제1 수집 렌즈(121)의 초점 거리(fl로 표시되며, 제1 영역의 조합 초점 거리이기도 하다)보다 작다. 본 실시예에서, f2/fl은 0.3 이하이다. 제2 수집 렌즈(122)는 제1 수집 렌즈(121)를 관통한 제2 광의 전파 경로에 위치하며, 제2 광을 집속시키기 위한 것이다. 또한, 제1, 제2 수집 렌즈의 초점은 중첩된다.

시준 렌즈(123)는 제2 수집 렌즈(122)의 출사광 경로에 위치하는 것으로, 각각 제1, 제2 수집 렌즈에 의해 집속된 제1, 제2 광을 시준하기 위한 것이며, 그중 상기 시준 렌즈(123)의 초점 거리는 f3으로 표시된다. 시준 렌즈(123)에 의해 시준된 광 빔은 광 균일화 봉(13)으로 입사하여 균일화되며, 그 중 상기 광 균일화 봉(13)은 상기 광 균일화 봉(13)의 연장 방향에 수직되는 임의의 단면은 모두 일치하다.

레이저 광원(11)의 출사광은 다수의 소형 광 빔으로 구성되며, 그중 각각의 소형 광 빔은 하나의 레이저 소자가 방출한 광이며, 각각의 소형 광 빔은 서로 평행하고, 각각의 소형 광 빔 내부는 일정한 발산각을 가진다. 상기 출사광 중 제1 광과 제2 광은 서로 다른 수집 렌즈와 동일한 시준 렌즈에 의해 각각 시준된 후, 각각의 소형 광 빔의 발광면은 압축된다. 광학적 확장량 보존으로부터 알 수 있듯이, 각각의 소형 광 빔의 발산각은 증가하며, 제1 광 중 각각의 소형 광 빔의 발산각의 증가 배수는 fl/f3이며, 제2 광 중 각각의 소형 광 빔의 발산각의 증가 배수는 f2/f3이다. 제1 광과 제2 광이 광 균일화 봉(13)으로 입사할 때 모두 시준된 광 빔이므로, 상기 두 빔의 광 각각의 발산각은 각각 상기 두 빔의 광 내부의 소형 광 빔의 발산각과 같다. 본 실시예에서, f2/fl이 0.3 이하이므로, 광 수집 시스템(12)이 방출한 광 중 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율값은 0.3 이하이다.

광 균일화 봉(13)은 상기 광 균일화 봉(13)의 연장 방향에 수직되는 임의의 단면이 모두 일치하므로, 광 빔은 광 균일화 봉(13)에 의해 균일화된 후 면 분포가 변할 뿐, 각 분포는 변하지 않는다. 따라서, 제2 광과 제1 광이 광 균일화 봉(13)에 의해 균일화된 후의 발산각의 비율값은 여전히 0.3 이하이다. 그리고 상기 두 빔의 광의 발산각 차이가 이처럼 크므로, 후단 광 경로에서는 상기 두 빔의 광의 광학적 확장량의 차이를 이용하여 상기 두 빔의 광을 분광할 수 있다.

광 수집 시스템(12)의 제1, 제2 수집 렌즈를 지난 후, 각각의 소형 광 빔은 하나의 점을 향해 집속될 뿐이며, 각각의 소형 광 빔이 구성한 대형 광 빔의 발산각이 매우 크고, 각각의 소형 광 빔 내부의 발산각은 여전히 매우 작다. 제1, 제2 수집 렌즈로부터의 출사광이 광 균일화 봉(13) 내부로 바로 입사하여 균일화되는 경우, 각각의 소형 광 빔이 광 균일화 봉(13) 내부에서 수회 반사된 후 방출될 때의 내부 발산각은 여전히 매우 작고, 각각의 소형 광 빔이 구성한 대형 광 빔의 발산각은 여전히 매우 크다. 이로써, 광 균일화 봉(13)의 출광구가 위치한 면에 형성되는 광반은 여전히 서로 별개의 다수의 소형 광반이며, 하나의 균일하고도 완전한 대형 광반이 아니다. 또한 상기 대형 광 빔의 발산각이 크므로 후단 수집에 불리하다.

따라서, 광 수집 시스템(12)은 시준 렌즈(123)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 제1, 제2 수집 렌즈의 출사광은 시준 렌즈(123)에 의해 시준된 후 서로 다른 소형 광 빔 사이는 시준되나, 소형 광 빔 내부의 발산각은 오히려 커진다. 이로써, 광 균일화 봉(13)에 의해 균일화된 후의 대형 광 빔의 발산각은 작으나, 상기 대형 광 빔 중 각 소형 광 빔의 발산각이 크므로, 광 균일화 봉(13)의 출광구가 위치하는 면에 형성되는 광반은 휘도가 균일한 완전한 대형 광반이다. 그리고 광 균일화 봉(13)으로부터 방출된 제1 광과 제2 광의 발산각이 시준 렌즈(123)가 없을 때보다 작으므로, 후단 광 경로에 더 유리하게 이용된다.

광 유도 장치(2)는 제1 광 필터(21)와 제1 반사 소자(22)를 포함하며, 그 중 제1 광 필터(21)는 제1 광과 제2 광을 투과시킨 후 자극광을 반사하기 위한 것이고, 제1 반사 소자(22)는 제2 광을 반사하기 위한 것이다. 본 실시예에서, 제1 반사 소자(22)는 구체적으로 소형 광 필터이며, 제1 광을 투과시키고 제2 광을 반사하기 위한 것이다. 제1 반사 소자(22)는 광 유도 장치(2)의 제1 영역에 설치되며, 본 실시예에서 상기 제1 영역은 제1 광 필터(21)의 중심 영역에 위치한다.

광 균일화 봉(13)의 출사광은 제1 광 통로부터 광 유도 장치(2)로 입사한다. 편의상 그리고 상기 두 빔의 광의 후단 광 경로에서의 이용율을 향상하기 위해, 광 균일화 봉(13)의 출사광 경로에는 광 균일화 봉(13)의 출사광을 시준하기 위한 시준 렌즈(14)가 더 설치되는 것이 바람직하다. 제1 광과 제2 광이 광 균일화 봉(13)으로부터 방출될 때, 상기 두 빔의 광의 발광면이 모두 광 균일화 봉(13)의 출광구 면적과 같고 또한 제2 광의 발산각과 제1 광의 발산각의 비율값이 0.3 이하이므로, 광 균일화 봉(13)의 출사광이 시준 렌즈(14)에 의해 시준된 후의 시준 광 빔에서, 상기 시준 광 빔은 그 광축에 수직되는 임의의 단면에서 제1 광과 제2 광이 형성한 광반은 모두 상기 광축을 중심으로 하고, 제2 광이 형성한 광반의 구경은 제1 광이 형성한 광반의 구경보다 작다. 광 균일화 봉(13)의 출사광에서 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율값이 작을수록, 제2 광이 형성한 광반도 제1 광이 형성한 광반에 비해 작다.

시준 렌즈(14)에 의해 시준된 광 빔은 광 유도 장치(4)로 입사한다. 그중 상기 시준 광 빔의 중간 부분의 광 빔(제1 광과 제2 광을 포함)은 제1 광 필터(21)의 중간 영역으로 입사, 다시 말해 제1 반사 소자(22)로 입사하여 산란 장치(3)로 반사된다. 그리고 나머지 광 빔(즉 제1 광)은 제1 광 필터(21) 중 제1 반사 소자(22) 이외의 다른 영역으로 입사하여, 파장 변환 장치(4)로 투과된다. 쉽게 확인할 수 있듯이, 광 균일화 봉(13)의 출사광 중 제2 광과 제1 광의 발산각 비율값이 작을 수록, 제1 반사 소자(22)는 제1 광 필터(21)의 면적보다 작을 수 있다.

실제 적용에서, 제1 반사 소자(22)는 반사경 또는 편광 시트일 수 있으며, 제2 광을 산란 장치(3)로 반사할 수 있으면 된다. 제1 광 필터(21)의 제1 위치에 관통 홀을 형성한 후, 제1 반사 소자(22)를 상기 관통 홀 내부에 고정할 수 있다. 가공의 편의를 위해, 제1 반사 소자(22)를 바로 제1 광 필터(21)의 제1 영역에 적층 고정하는 것이 바람직하다. 제1 반사 소자(22)는 제1 광 필터(21)에 있어서 레이저 광원(11)과 상반되거나 또는 마주하는 측에 고정할 수 있으며, 후자가 바람직하다. 이로써 제2 광이 제1 반사 소자(22)에 의해 반사되기 전, 후에 모두 제1 광 필터(21)를 지남에 따라 발생하는 광 손실을 피할 수 있다.

산란 장치(3)는 적층 형성된 산란층(31)과 반사 기재(32)를 포함한다. 산란층(31)은 서로 대향하는 제1 면과 제2 면을 포함하며, 그중 제2 면은 반사 기재(32)와 서로 접촉하고, 제1 면은 광 유도 장치(2)로부터의 광 빔을 수광하고, 산란 장치(3)에 의해 산란된 광 빔을 동일 측에서 방출한다. 물론, 산란층(31)이 충분히 두꺼운 경우에는, 반사 기재(32)를 필요로 하지 않고도 대부분의 광 빔을 제1 면으로부터 방출할 수 있다.

파장 변환 장치(4)는 적층 형성된 파장 변환층(41)과 반사 기재(42)를 포함한다. 파장 변환층(41)은 서로 대향하는 제1 면과 제2 면을 포함하며, 그 중 제1 면은 반사 기재(42)의 반대측에 형성되어 제1 광을 수광한다. 파장 변환층(41)에는 광 유도 장치(2)로부터의 제1 광을 흡수하여 제1 면으로부터 자극광 또는 자극광과 미흡수 여기광의 혼합광을 방출하기 위한 파장 변환 재료가 형성되어 있다. 물론, 파장 변환층(41)이 충분히 두꺼운 경우에는, 반사 기재(42)를 필요로 하지 않고도 대부분의 자극광 또는 자극광과 미흡수 여기광의 혼합광을 제1 면으로부터 방출할 수 있다. 본 실시예에서, 파장 변환 재료는 구체적으로 황색광 파장 변환 재료이며, 여기광을 수광하여 황색 자극광으로 변환시킨 후 방출하기 위한 것이다. 그 중 상기 자극광은 램버시안 분포를 이룬다. 실제 적용에서, 파장 변환 재료는 형광분, 양자점 또는 형광 염료 등 파장 변환 능력을 가진 재료일 수 있다. 상기 파장 변환 재료는 또한 기타 색상의 파장 변환 재료일 수도 있다.

산란 장치(3)와 파장 변환 장치(4)가 방출한 광은 각각 수집 렌즈(23, 24)에 의해 수집된 후 각각 광 유도 장치(2)의 양측으로부터 입사한다. 여기서 자극광은 제1 광 필터(21)에 의해 반사되어 제2 광 통로로부터 방출되며, 파장 변환 장치(4)에 흡수되지 않은 제1 광은 제1 광 필터(21)를 투과하여 손실된다. 산란 장치(3)가 방출한 산란된 광 빔에서, 제1 반사 소자(22)로 입사한 광은 반사되어 손실되며, 제1 광 필터(21) 중 제1 반사 소자(22) 이외의 기타 영역으로 입사한 광 빔은 광 유도 장치(4)를 투과하여 자극광과 하나의 혼합광으로 혼합된 후 제2 광 통로로부터 방출된다. 산란 장치(3)가 방출한 광 빔 중 제1 반사 소자(22)에 의해 반사되어 손실되는 광을 최소화하기 위해, 제1 반사 소자(22)의 면적은 제1 광 필터(21)의 면적의 10% 작은 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 광 균일화 봉(13)으로부터 방출된 광 중 제1 광과 제2 광의 광학적 확장량의 차이가 크므로, 광 유도 장치(4)는 이들 양자의 광학적 확장량의 차이를 이용하여 분광할 수 있다. 이로써, 광 유도 장치(4)의 제1 반사 소자(22)는 제1 광 필터(21)에 비해 매우 작을 수 있으며, 나아가 산란 장치에 의해 산란되기 전의 제2 광과 산란된 후의 제2 광의 광학적 확장량의 차이를 이용하여 이들 두 빔의 광의 광 경로를 구분할 수 있다. 동시에, 광 유도 장치(4)는 제2 광과 자극광의 파장이 서로 다름을 이용하여 이들 두 빔의 광을 혼합하여, 전체 광원 시스템의 구성이 컴팩트하고, 부피가 작도록 한다.

본 실시예에서, 산란 장치(3)의 출사광이 광 유도 장치(2)로 입사할 때 제1 반사 소자(22)에 의해 반사되어 손실되는 광 빔을 최소화하기 위해, 제1 반사 소자(22)의 면적은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이와 같이, 광 균일화 봉(13)의 출사광 중 제2 광이 전부 제2 반사 소자(22)로 입사할 수 있도록 하기 위해, 상기 출사광 중 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율은 0.3 이하인 것이 바람직하다. 그러나 실제 적용에서, 여기광의 여기 효율에 대한 요구가 그다지 높지 않은 경우에, 일부 제2 광은 제1 광 필터(21)의 제1 반사 소자(22) 이외의 다른 영역으로 입사하여 파장 변환 장치(4)로 투과하여 파장 변환 재료를 여기할 수도 있다. 이 경우, 광 균일화 봉(13)으로부터 방출된 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율값은 매우 작은 범위 내로 제어하지 않아도 되며, 상기 비율값은 0.3보다 클 수도 있다. 상기 두 빔의 광의 광학적 확장량의 차이를 이용하여 분광할 수 있도록, 광 균일화 봉(13)으로부터 방출되는 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율값은 0.7 이하인 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 제1 광과 제2 광은 먼저 광 균일화 봉에 의해 균일화된 후 다시 파장 변환 장치와 산란 장치로 각각 입사하며, 이는 제1 광이 파장 변환층에 형성한 광반이 더욱 균일해지도록 하여 제1 광의 여기 효율을 향상한다. 그리고 제2 광은 광 균일화 봉에 의해 간섭 제거와 광 균일화가 진행됨으로써, 산란 장치에 의한 산란 효과가 더욱 훌륭해진다. 그러나, 발광 장치로부터 방출된 제1 광과 제2 광의 균일성에 대한 요구가 그다지 높지 않은 경우에는 광 균일화 봉(13)을 생략할 수도 있다. 그러면, 발광 장치(1)에 있어서 시준 렌즈(123)를 거쳐 방출되는 광 빔은 바로 광 유도 장치(2)로 입사한다.

또는, 발광 장치 중 광 균일화 봉은 복안 렌즈쌍으로 대신될 수도 있다. 동시에, 광 빔이 상기 복안 렌즈쌍에 의해 균일화되어 방출될 때 제1 광과 제2 광의 광학적 확장량의 차이를 크게 하기 위해, 레이저 광원(11) 중 제2 레이저 어레이의 발광 면적과 제1 레이저 어레이의 발광 면적의 비율값을 0.3 이하로 함으로써, 제2 광과 제1 광이 각각 상기 복안 렌즈쌍에 형성한 광반 면적의 비율값이 0.3 이하가 되도록 하고, 나아가 상기 복안 렌즈쌍이 각각 상기 제2 광과 제1 광을 방출하여 형성한 출사 광반 면적의 비율값이 0.3 이하가 되도록 한다. 상기 복안 렌즈쌍이 방출하는 제1 광과 제2 광의 발산각은 일치하나, 발광면의 차이가 크므로, 이들 두 빔의 광의 광학적 확장량의 차이를 이용하여 이들 두 빔의 광을 분광할 수도 있다.

본 실시예에서, 광 수집 시스템(12) 중 시준 렌즈(123)는 오목 렌즈일 수도 있다. 시준 렌즈(123)가 볼록 렌즈를 이용하는 경우, 광 수집 시스템(12) 중 제1 수집 렌즈(121)와 시준 렌즈(123) 사이의 거리는 이들 두 렌즈의 초점 거리의 합이다. 그러나, 시준 렌즈(123)가 오목 렌즈를 이용하는 경우, 제1 수집 렌즈(121)와 시준 렌즈(123) 사이의 거리는 이들 두 렌즈의 초점 거리의 차이이므로, 광 수집 시스템(12)의 광 경로가 더욱 짧아지도록 할 수 있다.

본 실시예에서, 제1 수집 렌즈(121)에는 관통 홀이 형성되지 않을 수도 있다. 이로써, 레이저 광원(11)이 방출한 광 중 제2 광은 차례로 제1 수집 렌즈(121)와 제2 수집 렌즈(122)에 의해 수집된 후 다시 시준 렌즈(123)에 의해 시준된다. 다시 말해, 광 수집 시스템 중 수집 장치의 제2 영역은 제1 수집 렌즈(121)와 제2 수집 렌즈(122)를 포함한다. 그러면, 제2 광은 광 수집 시스템(12)을 지난 후 발산각의 증가 배수는 제2 영역의 조합 초점 거리와 시준 렌즈(123)의 초점 거리의 비율값, 다시 말해 제1 수집 렌즈(121)와 제2 수집 렌즈(122)의 조합 초점 거리와 시준 렌즈(123)의 초점 거리의 비율값이다.

따라서, 제1 수집 렌즈(121)와 제2 수집 렌즈(122) 각각의 초점 거리 및 조합 초점 거리를 설계함으로써, 광 수집 시스템(12)을 지난 후의 제2 광과 제1 광의 발산각 비율값을 변경할 수 있다. 제1 수집 렌즈(121)와 제2 수집 렌즈(122)의 조합 초점 거리가 제1 수집 렌즈(121)의 초점 거리보다 큰 경우, 레이저 광원(11)에서는 제2 레이저 어레이가 제1 레이저 어레이를 둘러싸고, 제1 레이저 어레이가 방출한 광은 차례로 제1 수집 렌즈와 제2 수집 렌즈에 의해 집속되며, 제2 레이저 어레이가 방출한 광은 제1 수집 렌즈(121)만을 지난다.

본 실시예에서, 제1 레이저 어레이(111)와 제2 레이저 어레이(112)의 위치 관계는 전자가 후자를 둘러싸지 않고 나란히 배열 분포될 수도 있다. 도 3을 참조하면, 도 3은 도 2a에 나타낸 광원 시스템 중 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 도 2a에 나타낸 실시예에 따른 발광 장치와 다른 점은, 본 실시예에서 제1 레이저 어레이(111)와 제2 레이저 어레이(113)가 나란히 배열 분포되었다는 점이다. 광 수집 시스템(12) 중 제1 수집 렌즈(124)와 제2 수집 렌즈(125)는 각각 제1 레이저 어레이(111)와 제2 레이저 어레이(112)의 출사광 경로에 위치하여, 각자에 대응되는 레이저 어레이가 방출한 광을 시준 렌즈(123)로 집속시킨다.

본 실시예에서, 제1 수집 렌즈(124)와 제2 수집 렌즈(125)의 초점과 시준 렌즈(123)의 초점 위치는 모두 같다. 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 광 수집 시스템(12)을 지난 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율값은 제2 수집 렌즈(125)의 초점 거리와 제1 수집 렌즈(124)의 초점 거리의 비율값과 같다. 따라서, 본 실시예에서 제2 수집 렌즈와 제1 수집 렌즈의 초점 거리의 비율값은 여전히 0.7 이하이다.

도 3에 나타낸 발광 장치에서, 광 수집 시스템 중 제1 수집 렌즈(124)와 제2 수집 렌즈(125)는 모두 시준 렌즈(123)와 공통의 초점을 가진다(confocal). 실제 적용에서, 제1 및/또는 제2 수집 렌즈는 시준 렌즈와 공통의 초점을 가지지 않아도 된다. 수집 렌즈와 시준 렌즈가 탈초점(out of focus)하면 시준 렌즈가 방출하는 광 빔의 발산각이 커진다. 따라서, 광 수집 시스템 중 제1, 제2 수집 렌즈는 초점 거리가 일치한 렌즈를 이용할 수도 있으며, 그 중 제2 수집 렌즈(125)와 시준 렌즈(123)는 공통의 초점을 가지고, 제1 수집 렌즈(124)의 초점은 시준 렌즈(123)의 초점으로부터 이탈할 수 있다. 여기서 구체적인 이탈 정도는 시준 렌즈(123)를 지난 제1 광의 발산각의 구체적인 크기에 의해 결정되며, 시준 렌즈(123)를 지난 제2 광의 발산각과 제1 광의 발산각의 비율값을 0.7 이하로 확보하면 된다. 또는, 제1, 제2 수집 렌즈의 초점 거리를 달리 하고 또한 제1 수집 렌즈와 시준 렌즈의 탈초점을 동시에 결합함으로써, 시준 렌즈를 지난 제2 광과 제1 광의 발산각의 차이가 커지도록 할 수도 있다.

일부 경우에, 제1 레이저 어레이와 제2 레이저 어레이에 필요한 레이저 소자의 수는 큰 차이가 있으므로 제1, 제2 수집 렌즈의 구경의 차이도 크다. 그러나 제1 수집 렌즈와 제2 수집 렌즈는 공통의 초점을 가져야 하고, 이 초점은 제1, 제2 수집 렌즈 사이의 광축에 위치해야 하므로, 제1 광이 제1 수집 렌즈에 의해 굴절될 때 휨 각도가 매우 크고, 광 손실이 커진다. 또한, 제1 레이저 어레이의 수가 많은 경우, 제1 수집 렌즈의 구경은 상대적으로 매우 크고, 나아가 초점 거리가 매우 커서 광 경로가 매우 길어진다. 이 문제점에 대해, 도 4a와 도 4b에 나타낸 실시예는 각각 해결 솔루션을 제공하였다.

도 4a를 참조하면, 도 4a는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 발광 장치는 레이저 광원(11), 광 수집 시스템과 광 균일화 봉(13)을 포함한다. 본 실시예는 아래의 면에서 도 3에 나타낸 실시예와 서로 다르다.

광 수집 시스템은 수집 장치와 시준 렌즈(123)를 포함한다. 본 실시예에서, 수집 장치는 리플렉터(126)와 집속 렌즈(127)를 포함한다. 제1 레이저 어레이(111)는 제2 레이저 어레이(112)를 둘러싸면서 배열 분포된다. 집속 렌즈(127)는 레이저 광원(11)이 방출한 광 중 제2 광의 출사광 경로에 위치하고, 제1 광의 출사광 경로를 피하며, 상기 제2 광을 집속시키기 위한 것이다. 집속 렌즈(127)는 서로 대향하는 제1 면(127a)과 제2 면(127b)을 포함하며, 그중 제1 면(127a)은 레이저 광원(11)을 마주하며, 제2 면(127b)에는 제2 광을 투과시키고 제1 광을 반사하는 광 필터막이 더 증착되어 있다. 시준 렌즈(123)는 상기 집속 렌즈(127)의 출사광 경로에 위치하며, 집속 렌즈(127)를 거쳐 방출된 광 빔을 시준하기 위한 것이다.

리플렉터(126)는 레이저 광원(11)의 출사광 경로에 위치하며, 집속 렌즈(127)의 제2 면(127b)을 마주한 측에 위치한다. 본 실시예에서, 상기 리플렉터(126)는 알루미늄 반사판이거나, 또는 반사막이 증착된 오목면 거울일 수 있다. 리플렉터(126)의 반사면은 레이저 광원(11)을 마주하고, 집속 렌즈(127)의 출사광 광축에 대응되는 위치에 관통 홀(126a)이 형성되어 있다. 레이저 광원(11)이 방출한 광 중 제1 광은 바로 리플렉터(126)로 입사하여, 집속 렌즈(127)의 제2 면(127b)으로 반사 및 집속된 후, 제2 면(127b)에 의해 시준 렌즈(123)로 반사되어 시준된다. 광 균일화 봉(13)은 시준 렌즈(123)의 출사광 경로에 위치하며, 리플렉터(126)의 관통 홀(126a)을 관통하며, 시준 렌즈(123)로부터의 시준 광 빔을 수광하여 균일화한다.

상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 제2 광은 수집 장치의 제2 영역(다시 말해 집속 렌즈(127)의 제1 면(127a) 및 제2 면(127b))과 시준 렌즈(123)를 차례로 지나며, 제1 광은 수집 장치의 제1 영역(다시 말해 리플렉터(126), 집속 렌즈(127)의 제2 면(127b))과 시준 렌즈(123)를 차례로 지난다. 그 중, 리플렉터와 집속 렌즈(127)의 제2 면(127b)의 조합 초점 거리가 f5이고, 집속 렌즈(127)의 초점 거리가 f6이며, 시준 렌즈(123)의 초점 거리가 f3이면, 제1 광의 발산각이 광 수집 시스템(12)을 지난 후 증가하는 배수는 f5/f3이고, 제2 광의 발산각이 광 수집 시스템(12)을 지난 후 증가하는 배수는 f6/f3이다. 제2 광과 제1 광이 광 균일화 봉(13)에 입사할 때의 발산각 비율값을 0.7 이하로 확보하기 위해, f6/f5은 0.7 이하여야 한다.

본 실시예에서, 레이저 광원이 방출한 광 중 제1 광은 두 개의 반사면에 의해 수집되며, 제2 광은 하나의 수집 렌즈에 의해 수집된다. 레이저 광원의 제1 레이저 어레이와 제2 레이저 어레이의 수가 큰 차이를 가진 경우에, 본 실시예에서는 리플렉터의 초점 거리를 변경함으로써 상기 두 빔의 광이 수집 시스템을 지난 후의 발산각의 비율값을 조정할 수 있다. 또한, 리플렉터와 수집 렌즈의 제2 면의 상호 부응을 통해, 제1 광의 집속 과정은 2단 광학 거리로 분할되며, 이 2단 광학 거리 사이는 중첩되어, 광 경로가 단축되며, 나아가 발광 장치의 부피가 감소된다.

물론, 실제 적용에서 광 균일화 봉(13)은 리플렉터(126)의 관통 홀(126a)을 반드시 관통하지 않아도 되며, 이는 광 균일화 봉(13)의 길이 및 리플렉터(126)의 초점 거리에 의해 결정된다. 광 균일화 봉(13)이 리플렉터(126)를 관통하거나 또는 광 균일화 봉(13)의 출광구가 리플렉터(126)의 관통 홀 위치에 위치함으로써, 리플렉터(126)의 관통 홀(126a)이 작은 경우에도 광 균일화 봉(13)의 출사광이 리플렉터(126)에 의해 차단되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 4b를 참조하면, 도 4b는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 발광 장치는 레이저 광원, 광 수집 시스템과 광 균일화 봉(13)을 포함한다. 광 수집 시스템은 수집 장치와 시준 렌즈(123)를 포함한다. 본 실시예는 아래의 면에서 이상 실시예와 서로 다르다.

본 실시예에서, 레이저 광원의 제1 레이저 어레이(111)와 제2 레이저 어레이(112)는 동일 평면에 위치하지 않는다. 수집 장치는 제1 집속 렌즈(128)와 제2 집속 렌즈(129)를 포함한다.

제1 집속 렌즈(128)는 구체적으로 관통 홀(128a)을 구비한 볼록 렌즈이다. 관통 홀(128a) 이외의 비관통 홀 영역(128b)은 집광 영역이며, 상기 집광 영역(128b)은 광 빔을 집속시킴으로써 레이저 광 빔의 단면적을 축소할 수 있다. 제1 레이저 어레이(111)의 출사광은 제1 시준 렌즈 어레이(113)에 의해 시준된 후 바로 제1 집속 렌즈(128)의 집광 영역(128b)으로 입사한다.

제2 집속 렌즈(129)의 초점 거리(F2로 표시)는 제1 집속 렌즈(128)의 초점 거리보다 작다. 제2 집속 렌즈(129)는 서로 대향하는 제1 면(129a)과 제2 면(129b)을 포함하며, 제1 집속 렌즈(128)와 상기 제1 집속 렌즈(128)의 초점 사이에 위치하며, 그중 제1 면(129a)은 제1 집속 렌즈(128)를 마주하고, 제1 면(129a)에는 제1 광을 반사하고 제2 광을 투과시키기 위한 광 필터막이 증착되어 있다. 시준 렌즈(123)는 제1 집속 렌즈(128)와 제2 집속 렌즈(129) 사이에 위치한다. 제1 집속 렌즈(128)의 출사광은 바로 제2 집속 렌즈(129)의 제1 면(129a)으로 입사하여 반사된 후 여전히 집속 상태를 유지하며, 시준 렌즈(123)로 입사하여 시준된다.

광 균일화 봉(13)은 시준 렌즈(123)의 출사광 경로에 위치한다. 제1 레이저 어레이(111)와 제1 시준 렌즈 어레이(113)는 시준 렌즈(123)의 광축에 대응되는 위치에 각각 관통 홀(111a, 113a)이 형성되어 있다. 광 균일화 봉(13)은 제1 집속 렌즈(128)의 관통 홀(128a), 제1 시준 렌즈 어레이(113)의 관통 홀(113a)과 제1 레이저 어레이(111)의 관통 홀(111a)을 차례로 관통한다. 시준 렌즈(123)에 의해 시준된 제1 광은 광 균일화 봉(13)으로 입사하고, 균일화된 후 방출된다.

레이저 광원의 제2 레이저 어레이(112)와, 그에 일일이 대응되는 제2 시준 렌즈 어레이(114)는 제2 집속 렌즈(129)에 있어서 제1 집속 렌즈(128)의 반대측에 위치하며, 제2 시준 렌즈 어레이(114)에 의해 시준된 제2 광은 바로 제2 집속 렌즈(129)의 제2 면(129b)으로 입사하여 시준 렌즈(123)로 집속된 후, 시준되어 광 균일화 봉(13)으로 방출되어 균일화된다.

상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 제2 광은 수집 장치의 제2 영역(다시 말해 제2 집속 렌즈(129)의 제2 면(129b) 및 제1 면(129a))과 시준 렌즈(123)를 차례로 지나며, 제1 광은 수집 장치의 제1 영역(다시 말해 제1 집속 렌즈(128)의 두 면, 제2 집속 렌즈(129)의 제1 면(129a))과 시준 렌즈(123)를 차례로 지난다. 여기서, 제1 집속 렌즈(128)와 제2 집속 렌즈의 제1 면(129a)의 조합 초점 거리가 F1이고, 시준 렌즈의 초점 거리가 F3이면, 제1 광의 발산각이 광 수집 시스템을 지난 후 증가하는 배수는 F1/F3이고, 제2 광의 발산각이 광 수집 시스템을 지난 후 증가하는 배수는 F2/F3이다. 제2 광과 제1 광이 광 균일화 봉(13)으로 입사할 때의 발산각 비율값을 0.7 이하로 확보하기 위해, F2/ F1은 0.7 이하여야 한다.

본 실시예에서, 제1 레이저 어레이와 제2 레이저 어레이가 동일 평면에 위치하지 않으므로, 레이저 광원과 제1 집속 렌즈의 폭을 감소시킬 수 있다. 그러나 도 4a에 나타낸 실시예에서, 제1 레이저 광원 어레이와 제2 레이저 어레이는 동일 평면에 위치하므로, 일괄 방열에 유리하며, 또한 광 균일화 봉이 레이저 광원을 관통하지 않으므로 레이저 광원의 방열 장치의 설치에 유리하다.

실제 적용에서, 광 수집 시스템에 포함되는 소자는 도 3, 도 4a, 도 4b에 나타낸 실시예의 예시에 한정되지 않으며, 다른 소자일 수도 있으며, 레이저 광원이 방출한 광 중 제2 광과 제1 광이 각각 광 수집 시스템의 광학 소자를 지난 후 발산각의 증가 배수의 비율값이 0.7 이하이면 된다.

[실시예 2]

실시예 1에서는 발광 장치의 레이저 광원이 방출한 광 중 제1 광과 제2 광의 발산각을 일치시키고, 또한 이들 두 빔의 광이 각각 지나는 광 수집 시스템의 광학 소자를 달리 함으로써 이들 두 빔의 광이 광 균일화 봉으로 입사할 때의 발산각을 변경하여, 상기 제2 광과 제1 광이 광 균일화 봉으로 입사할 때의 발산각의 비율값이 0.7 이하가 되도록 한다. 그러나 본 실시예에서는, 제2 광과 제1 광이 레이저 광원으로부터 방출될 때의 발산각의 비율값이 이미 0.7 이하이다. 레이저 광원이 방출한 광의 시준성이 좋으므로, 제2 광과 제1 광의 발산각에 차이가 존재한다고 해도, 그 차이는 여전히 매우 작다. 따라서 후단 광 경로의 광 수집 시스템에 의해 상기 두 빔의 광의 발산각이 동일한 비율로 확대되도록 한다. 이하 구체적으로 해석한다.

도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 발광 장치는 레이저 광원(21), 광 수집 시스템(22)과 광 균일화 봉(23)을 포함한다.

본 실시예는 아래의 면에서 도 4에 나타낸 실시예의 발광 장치와 서로 다르다.

레이저 광원(21)은 제1 레이저 어레이(211)와 제2 레이저 어레이(212), 및 제1, 제2 레이저 어레이에 각각 대응되는 제1 시준 렌즈 어레이(213)와 제2 시준 렌즈 어레이(214)를 포함한다. 여기서 상기 두 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출하는 광의 발산각은 일치하며, 제2 시준 렌즈 어레이(214) 중 각각의 시준 렌즈의 초점 거리는 제1 시준 렌즈 어레이(213) 중 각각의 시준 렌즈의 초점 거리보다 크므로, 제2 시준 렌즈 어레이(214)를 지나 방출되는 제2 광의 발산각과 제1 시준 렌즈 어레이(213)를 지나 방출되는 제1 광의 발산각의 비율값은 0.7 이하이다.

광 수집 시스템(22)은 레이저 광원(21)의 출사광 경로에 차례로 위치하는 집속 렌즈(221)와 시준 렌즈(222)를 포함하며, 상기 두 렌즈는 공통의 초점을 가진다. 레이저 광원(21)이 방출한 광은 집속 렌즈(221)에 의해 수집된 후 다시 시준 렌즈(222)에 의해 시준되며, 그 후 광 균일화 봉(23)으로 입사한다. 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 제1 광과 제2 광은 광 수집 시스템(22)을 지난 후 발산각이 모두 증가하며, 증가 배수는 모두 집속 렌즈(221)와 시준 렌즈(222)의 초점 거리의 비율값이다. 물론, 실제 적용에서 집속 렌즈(221)와 시준 렌즈(222)의 초점은 서로 어느 정도 어긋날 수도 있으며, 이로 인해 제1 광과 제2 광의 발산각의 증가 배수는 더 커진다.

본 실시예에서는, 광 수집 시스템 중 각각의 렌즈 또는 리플렉터의 초점과 초점 거리를 제어할 필요가 없고 단지 레이저 광원 중 각각의 시준 렌즈를 설계할 뿐이므로, 실시예 1에 비해 설계 상 더 편리하다.

본 실시예에서, 레이저 광원(21) 중 제1 시준 렌즈 어레이(213)와 제2 시준 렌즈(214)는 서로 같은 시준 렌즈를 이용할 수도 있다. 동시에, 제1 레이저 어레이를 제1 시준 렌즈 어레이 렌즈와 탈초점하도록 설치한다. 즉 제1 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자를 그에 대응되는 시준 렌즈 어레이의 시준 렌즈의 광축에 위치시키되 상기 시준 렌즈의 초점으로부터 벗어난 소정 위치에 위치시킴으로써, 제1 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광이 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자의 발산각보다 더 큰 소정의 발산각을 가지도록 한다. 또는, 제1, 제2 시준 렌즈 어레이는 모두 동일한 시준 렌즈를 이용하고 모두 탈초점 현상이 없도록 하되, 제1 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광의 발산각이 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광의 발산각보다 크도록 함으로써, 시준된 제2 광의 발산각과 시준된 제1 광의 발산각의 비율값이 0.7 이하가 되도록 한다. 물론, 서로 다른 발산각의 레이저 소자, 탈초점 설치, 서로 다른 초점 거리의 시준 렌즈 이들 세 가지 방법 중 적어도 두 가지를 동시에 이용함으로써, 레이저 광원이 방출한 광 중 제1 광과 제2 광의 발산각의 차이를 증가시킬 수도 있다.

또는, 본 실시예에서 레이저 광원(21)의 제1 시준 렌즈 어레이(213)와 제2 시준 렌즈(214)는 서로 같은 시준 렌즈를 이용할 수도 있다. 동시에, 레이저 광원 내 제1 광의 전파 경로에 광 산란 시트 또는 복안 렌즈쌍을 설치하고, 상기 광 산란 시트 또는 복안 렌즈쌍을 제2 광의 전파 경로로부터 피하도록 하면, 상기 양자는 제1 광의 발산각을 증가시킬 수 있다.

레이저 광원(21)의 출광면이 큰 경우에, 집속 렌즈(221)의 구경도 레이저 광원(21)의 출사광 전부를 수집하도록 충분히 커야 한다. 그리고 집속 렌즈(221)의 초점 거리는 구경과 관련되므로, 그 구경이 클수록 초점 거리가 길며, 발광 장치의 광 경로도 길다. 이 문제점에 대해, 도 6에 나타낸 실시예에서 해결 솔루션을 제공하였다. 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 발광 장치는 레이저 광원(21), 광 수집 시스템(22)과 광 균일화 봉(23)을 포함한다.

본 실시예는 아래의 면에서 도 5에 나타낸 실시예의 발광 장치와 서로 다르다.

본 실시예에서, 광 수집 시스템(22)은 집속 렌즈(221), 제2 반사 소자(223)와 시준 렌즈(222)를 포함한다. 집속 렌즈(221)는 구체적으로 관통 홀(221a)을 구비한 볼록 렌즈이며, 관통 홀(221a) 이외의 비관통 홀 영역(221b)은 집광 영역이다. 집광 영역(221b)은 레이저 광원(21)의 출사광을 집속시켜 레이저 광 빔의 단면적을 축소할 수 있다.

본 실시예에서, 제2 반사 소자(223)는 구체적으로 볼록 반사면을 포함한 볼록 렌즈이다(예를 들어 볼록 렌즈의 표면에 반사막이 증착됨). 상기 볼록 렌즈(223)는 집속 렌즈(221)와 상기 집속 렌즈(221)의 초점(O) 사이에 위치하며, 그 볼록 반사면은 집속 렌즈(221)의 출사광을 반사하고 반사광이 여전히 집속 상태를 유지하도록 하기 위한 것이다. 그리고 시준 렌즈(222)는 광 빔을 시준하기 위한 것으로서 볼록 렌즈(223)의 출사광 경로에 위치한다.

동시에, 레이저 광원(21)은 집속 렌즈(221)의 관통 홀(221a)에 대응되는 위치에도 관통 홀(21a)이 형성되어 있으며, 상기 관통 홀(21a) 위치에는 레이저 소자와 시준 렌즈가 설치되지 않는다. 광 균일화 봉(23)은 집속 렌즈(221)의 관통 홀(221a), 레이저 광원(21)의 관통 홀(21a)을 차례로 관통하도록 설치되며, 광 균일화 봉(23)의 입광구는 시준 렌즈(222)와 서로 인접함으로써, 시준 렌즈(222)에 의해 시준된 광 빔이 광 균일화 봉(23)으로 입사하여 균일화되도록 한다.

이로써, 집속 렌즈(221)와 볼록 렌즈(223)의 상호 부응을 통해, 광 빔의 집속 과정은 2단 광학 거리로 분할되며, 이 2단 광학 거리 사이는 중첩되며, 이에 따라 본 실시예의 광 수집 시스템은 레이저 광원(21)의 출사광의 집속에 필요한 거리가 단축되며, 나아가 발광 장치의 부피가 감소된다.

도 5에 나타낸 실시예에서 광 수집 시스템(22)의 집속 렌즈(221)는 반사 곡면으로 대신할 수도 있다. 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 발광 장치는 레이저 광원(21), 광 수집 시스템(22)과 광 균일화 봉(23)을 포함한다.

도 5에 나타낸 실시예에 따른 발광 장치와 다른 점은, 광 수집 시스템(22)이 반사 및 집광 장치(224)와 시준 렌즈(222)를 포함하는 것이다. 본 실시예에서, 반사 및 집광 장치(224)는 구체적으로 리플렉터이며, 상기 리플렉터는 알루미늄 반사판 또는 반사막이 증착된 오목면 거울일 수 있다. 리플렉터(224)는 레이저 광원(21)의 출사광 경로에 위치하며, 레이저 광원(21)이 방출한 광을 반사 및 집속시키기 위한 것이다. 시준 렌즈(222)는 레이저 광원(21)과 리플렉터(224) 사이에 위치하며, 리플렉터(224)로부터의 광 빔을 시준하기 위한 것이다.

동시에, 레이저 광원(21)은 시준 렌즈(222)에 대응되는 출사광 광축에 관통 홀(21a)이 형성되어 있으며, 상기 관통 홀(21a) 위치에는 레이저 소자와 시준 렌즈가 설치되지 않는다. 광 균일화 봉(23)은 시준 렌즈(222)의 출사광 경로에 위치하며, 레이저 광원(21)의 관통 홀(21a)을 관통한다. 시준 렌즈(222)에 의해 시준된 광 빔은 광 균일화 봉(23)으로 입사하여 균일화되어 방출된다.

본 실시예에서는 리플렉터를 이용하여 광 수집 시스템(22)의 광 경로를 굴곡시켜 광 경로를 단축하고, 또한 광 균일화 봉(23)이 레이저 광원(21)을 관통하여 광 균일화 봉(23)의 일부 광 경로가 레이저 광원(21)과 중첩되도록 함으로써, 발광 장치의 광 경로를 한층 더 단축하고, 이로써 발광 장치의 구성이 더욱 컴팩트하고 부피가 더 작도록 한다.

도 7에 나타낸 실시예에서는, 레이저 광원(21)의 출광면이 매우 큰 경우 리플렉터(224)의 면적도 레이저 광원(21)의 출사광 전부를 수집하도록 충분히 커야 하며, 이로 인해 리플렉터(224)의 초점 거리가 길어지고 발광 장치의 부피가 커진다. 이 문제점에 대해 도 8에 나타낸 실시예에서 하나의 해결 솔루션을 제공한다. 도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 발광 장치는 레이저 광원(21), 광 수집 시스템(22)과 광 균일화 봉(23)을 포함한다.

본 실시예는 아래의 면에서 도 7에 나타낸 실시예와 서로 다르다.

본 실시예에서, 레이저 광원(21)에는 관통 홀이 형성되지 않는다. 반사 및 집광 장치(224)는 리플렉터(225)와 제3 반사 소자(226)를 포함한다. 리플렉터(225)의 중심 영역에는 관통 홀(225a)이 형성되고, 상기 관통 홀(225a)은 비집광 영역이고, 관통 홀(225a) 이외의 영역은 집광 영역(225b)이다. 리플렉터(225)는 레이저 광원(21)의 출사광 경로에 위치하며, 레이저 광원(21)의 출사광을 반사 및 집속시키기 위한 것이다.

본 실시예에서, 제3 반사 소자(226)는 구체적으로 반사경이다. 상기 반사경(226)은 리플렉터(225)와 레이저 광원(21) 사이에 위치하며, 리플렉터(225)와 상기 리플렉터(225)의 집광 초점 사이에 위치하고 리플렉터(225)의 출사광 광축에 수직하여 설치되어, 리플렉터(225)의 출사광을 반사하고 반사광이 여전히 집속 상태를 유지하도록 한다.

시준 렌즈(222)는 반사경(226)과 리플렉터(225) 사이에 위치하며, 반사경(226)으로부터의 광 빔을 수광하여 시준하기 위한 것이다. 시준 렌즈(222)가 방출한 시준 광 빔이 방출될 수 있도록, 광 균일화 봉(23)은 시준 렌즈(226)의 출사광 경로에 위치하고 리플렉터(225)의 관통 홀(225a)을 관통하며, 시준 렌즈(222)로부터의 광 빔을 수광하여 균일화한 후 방출한다.

이로써, 리플렉터(225)와 반사경(226)의 상호 부응을 통해, 광 빔의 집속 과정은 2단 광학 거리로 분할되며, 이 2단 광학 거리 사이는 중첩되며, 이에 따라 레이저 광원(21)의 출사광의 집속에 필요한 거리가 단축되며, 나아가 발광 장치의 부피가 감소된다. 반사경의 장점은 구성이 단순하고 비용이 매우 낮다는 점이다.

그리고, 반사경(226)과 레이저 광원(21)의 거리가 가까워, 도 8에 나타낸 바와 같이 레이저 광원(21)과 리플렉터(225)의 출사광 광축의 교점 위치 근처에 레이저 소자와 시준 렌즈를 설치하지 않고, 반사경(226)을 레이저 광원(21)에 있어서 레이저 소자가 설치되지 않은 상기 영역에 설치함으로써 반사경(226)이 허공에 떠 고정하기 어려운 문제점을 해결한다.

본 실시예에서, 반사경(226)의 위치가 변하지 않는 경우에 자체 반사광의 집속 위치도 고정된다. 실제 적용에서, 제3 반사 소자(226)는 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈로 대신할 수도 있으며, 상기 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈는 하나의 반사면을 포함한다(예를 들어 표면에 반사막이 증착됨). 반사경에 비해, 볼록 렌즈가 반사한 광은 더 가까운 거리에서 집속될 수 있으며, 오목 렌즈가 반사한 광은 더 먼 거리에서 집속될 수 있으며, 오목 렌즈와 볼록 렌즈는 필요에 따라 자체 곡면을 설계함으로써 자체 반사광의 집속 위치의 멀고 가까움을 제어할 수 있다. 이와 같이, 반사경, 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈를 선택함으로써, 반사광의 집속 위치를 제어하고, 나아가 레이저 광원이 방출한 광이 광 수집 시스템을 지난 후의 발산각의 확대 배수를 제어할 수 있다.

그리고, 리플렉터(225)의 사이즈가 매우 크므로, 그 반사광은 뚜렷한 수차(aberration)를 발생시키며, 이는 리플렉터(225)의 곡면을 단독 설계하여 제거할 수 없으며, 리플렉터(225)의 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈의 반사면을 상호 부응시킴으로써 수차를 제거할 수 있다. 따라서, 비용에 대해 민감하지 않은 경우에, 제3 반사 소자는 오목 반사면을 구비한 오목 렌즈 또는 볼록 반사면을 구비한 볼록 렌즈가 바람직하다. 참고로, 오목 반사면을 구비한 오목 렌즈는 오목 반사면을 구비한 반사용 알루미늄판 등으로 대신할 수도 있으며, 그 오목 반사면도 동일한 효과를 이룰 수 있다. 마찬가지로, 볼록 반사면을 구비한 볼록 렌즈는 볼록 반사면을 구비한 반사용 알루미늄판 등으로 대신할 수도 있다.

그리고 참고로, 본 실시예에서 광 균일화 봉(23)의 출광면은 리플렉터(225)의 관통 홀(225a)을 초과하며, 이로써 광 균일화 봉(23)을 클램핑하여 고정하는데 유리하다. 그리고 본 발명의 다른 실시형태에서, 반사 및 집광 장치(224)와 광 균일화 봉(23)을 조정하여, 광 균일화 봉(23)의 출광면이 마침 리플렉터(225)의 관통 홀(225a) 위치에 위치하도록 할 수 있으며, 이로써 발광 장치의 전체 구성이 컴팩트해지도록 할 수 있다. 이때 투명 유리판을 이용하여 광 균일화 봉(23)의 출광면을 차단할 수 있으며, 이로써 내부로 먼지가 들어가는 것을 방지하도록 하나의 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 물론, 반사 및 집광 장치(224)와 광 균일화 봉(23)을 조정하여 광 균일화 봉(23)의 출광면이 리플렉터(225)와 레이저 광원(21) 사이에 위치하도록 할 수도 있으며, 이때 광 수집 시스템(22)은 하나의 렌즈를 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈는 광 균일화 봉(23)의 출사광을 시준하거나 또는 집속하여 후단 광학 소자에 이용하기 위한 것이다. 그리고 상기 렌즈는 리플렉터(225)의 관통 홀(225a)에 고정될 수 있으며, 이로써 발광 장치의 전체 구성이 컴팩트해 질 수 있다.

실시예 1에서, 제2 광과 제1 광은 레이저 광원의 출사광에서 서로 같은 발산각을 가지며, 그 후 각각 광 수집 시스템 중 서로 다른 소자를 지나면서 이들 두 빔의 광의 발산각은 서로 다른 정도로 확대되며, 나아가 광 수집 시스템으로부터 방출된 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율이 0.7 이하가 된다. 실시예 2에서, 제2 광과 제1 광은 레이저 광원의 출사광에서의 발산각 비율값이 이미 0.7 이하이고, 그후 광 수집 시스템을 지나면서 등비율로 확대되며, 나아가 광 수집 시스템으로부터 방출된 제2 광과 제1 광의 발산각의 비율이 0.7 이하가 된다. 실제 적용에서, 실시예 1과 실시예 2에 각각 이용된 방법을 결합할 수도 있다. 즉, 제2 광과 제1 광은 레이저 광원의 출사광에서 전자의 발산각이 후자의 발산각보다 작으며, 그후 광 수집 시스템을 지나면서 서로 다른 비율로 확대되며, 그 중 후자의 확대 배수는 전자의 확대 배수보다 크다. 나아가 광 수집 시스템으로부터 방출된 제2 광과 제1 광의 발산각 비율은 0.7 이하가 된다.

[실시예 3]

실시예 1 및 실시예 2에서 레이저 광원이 방출한 광은 광 수집 시스템 중 수집 소자에 의해 수집된 후 모두 시준 렌즈로 입사하여 시준된다. 이로써, 시준 렌즈의 출사광에서 제1 광과 제2 광 중 각각의 소형 광 빔은 모두 서로 평행하므로, 제1 광과 제2 광의 발산각은 각각 각자 내부의 소형 광 빔의 발산각이다. 그러나 실제 적용에서, 발광 장치가 방출한 제1 광과 제2 광의 균일성에 대한 요구가 그다지 높지 않은 경우에, 광 수집 시스템에 시준 렌즈를 설치하지 않아도 되며, 레이저 광원이 방출한 광은 집속된 후 바로 광 균일화 봉으로 입사한다. 이하 구체적으로 해석한다.

도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예의 구성 개략도이다. 발광 장치는 레이저 광원(31), 광 수집 시스템과 광 균일화 봉(33)을 포함한다.

본 실시예는 아래의 면에서 도 5에 나타낸 실시예와 서로 다르다.

레이저 광원(31)은 제1 레이저 어레이(311), 제2 레이저 어레이(312), 제1 시준 렌즈 어레이(313)와 제2 시준 렌즈 어레이(314)를 포함하며, 그 중 제1 레이저 어레이(311)는 제2 레이저 어레이(312)를 둘러싸면서 배열 분포되고, 제2 레이저 어레이(312)는 광축(M)을 둘러싸면서 배열 분포된다. 제1, 제2 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈는 각각 제1, 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자와 일일이 대응되어, 각자 대응되는 레이저 소자가 방출한 광을 시준한다.

광 수집 시스템은, 레이저 광원(31)이 방출한 광을 광 균일화 봉(33) 내부로 집속하여 균일화하기 위한 집속 렌즈(32)를 포함한다. 그 중 집속 렌즈(31)의 광축과 광축(M)은 중첩된다. 레이저 광원이 방출한 광이 집속 렌즈(31)에 의해 집속된 후 바로 광 균일화 봉(33)으로 입사하므로, 광 균일화 봉의 입광구 위치에서 제1 광의 발산각이 θ이고, 레이저 광원(31)이 방출한 광 중 광축(Μ)으로부터 가장 멀리 이격된 제1 광과 광축(Μ)의 거리가 L1이고, 집속 렌즈(31)의 초점 거리가 F이면, tanθ=Ll/F이다. 그리고 제2 광의 발산각이 α이고, 레이저 광원(31)이 방출한 광 중 광축(Μ)으로부터 가장 멀리 이격된 제2 광과 광축(Μ)의 거리가 L2이면, tanα=L2/F이다.

따라서, 본 실시예에서 발광 장치의 출사광 중 제2 광과 제1 광의 발산각의 상이함을 제어하기 위해, 집속 렌즈(31)로 입사한 제2 광과 제1 광의 구경을 각각 제어한다. 본 실시예에서, α/θ가 0.7 이하가 되도록 하려면, arctan(L2/F)와 arctan(Ll/F)의 비율값은 0.7 이하여야 한다.

이상 예시에서, 제1 광과 제2 광은 각각 파장 범위가 서로 다른 남색광이다. 물론, 실제 적용시 제1 광과 제2 광은 그밖의 다른 색상의 광일 수도 있으며, 이상 예시에 한정되지 않는다.

이상 실시예의 설명에서, 각 발광 장치는 모두 도 2a에 나타낸 광원 시스템에 적용된 것이다. 그러나, 실제 적용에서 각 발광 장치는 그 밖의 다른 경우에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 광은 남색 레이저 광이고, 제2 광은 적색 레이저 광일 수 있다. 발광 장치의 후단 광 경로에서 하나의 소형 반사경을 이용하여 발광 장치가 방출한 광 중 제2 광을 반사하여 상기 두 빔의 광을 분광하거나, 또는 관통 홀을 구비한 하나의 반사경을 이용하여 발광 장치로부터의 출사광을 수광한다. 그중 제2 광은 상기 반사경의 관통 홀로부터 투과되어 방출되며, 제1 광은 상기 반사경에 있어서 관통 홀 이외의 영역에 의해 반사되어, 상기 두 가지 광을 분광한다. 물론, 제1 광이 적색 레이저 광이고, 제2 광이 남색 레이저 광일 수 있으며, 이는 실제 필요에 따라 결정된다.

본 명세서에 기재한 각 실시예는 점진적 방식으로 설명되었으며, 각 실시예의 요점은 모두 그 밖의 다른 실시예와 상이한 점이며, 각 실시예 사이의 동일 유사한 부분은 서로 참조하면 된다.

본 발명의 실시예는 광원 시스템을 포함한 프로젝션 시스템을 더 제공하며, 상기 광원 시스템은 상술한 각 실시예에 따른 구성과 기능을 가질 수 있다. 상기 프로젝션 시스템은 다양한 프로젝션 기술, 예를 들어 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 프로젝션 기술, 디지털 광 경로 프로세서(DLP, Digital Light Processor) 프로젝션 기술을 이용할 수 있다. 또한, 상기 발광 장치는 예를 들어 무대 램프 조명과 같은 조명 시스템에 이용할 수도 있다.

이상은 단지 본 발명의 실시형태일 뿐이며, 본 발명의 특허청구범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 명세서 및 도면의 내용을 이용하여 진행한 등가적 구성 또는 등가적 프로세스 변경, 또는 기타 관련 기술 분야에 직간접적으로 적용한 것은 동일한 이치로 모두 본 발명의 보호 범위에 포함된다.

Claims (17)

1. 발광 장치에 있어서,
   파장 범위가 서로 다른 제1 광과 제2 광을 각각 발생시키기 위한 제1 레이저 어레이와 제2 레이저 어레이를 포함하는 레이저 광원; 및
   상기 레이저 광원 어레이로부터 방출된 광을 수집하되, 수집된 제2 광의 발산 각도와 제1 광의 발산 각도의 비율값이 소정값 이하가 되도록 하기 위한 광 수집 시스템을 포함하며, 상기 소정값은 0.7이며,
   상기 발광 장치는 상기 제2 광과 제1 광을 광 유도 장치로 입사시키기 위한 것이며, 상기 광 유도 장치는 제1 영역을 포함하며, 상기 발광 장치로부터의 제2 광과 제1 광은 제1 광 통로를 따라 상기 광 유도 장치로 입사하며, 그 중 전부 또는 일부의 제2 광은 제1 영역으로 입사하고, 전부 또는 일부의 제1 광은 상기 광 유도 장치 중 제1 영역 이외의 다른 영역으로 입사하며, 상기 광 유도 장치 중 제1 영역 이외의 다른 영역으로 입사한 광은 파장 변환 장치로 유도되고, 상기 광 유도 장치의 제1 영역으로 입사한 광은 산란 장치로 유도되며, 상기 광 유도 장치 중 제1 영역 이외의 영역은 또한 상기 파장 변환 장치로부터의 자극광과 상기 산란 장치로부터의 제2 광을 제2 광 통로로 유도하여 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광 수집 시스템은 수집 장치와 시준 렌즈를 포함하며, 그중 수집 장치는 레이저 광원으로부터의 광 빔을 집속시키기 위한 하나 이상의 집속 렌즈를 포함하고, 상기 시준 렌즈는 상기 수집 장치로부터의 광 빔을 시준하기 위한 것이며,
   상기 수집 장치는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 제1 광이 지나는 영역이고, 제2 영역은 제2 광이 지나는 영역이며, 그 중 제1 영역의 조합 초점 거리는 제2 영역의 조합 초점 거리보다 크고, 상기 레이저 광원의 출사광에서 제1 광의 발산각은 제2 광의 발산각보다 커서 상기 광 수집 시스템에 의해 수집된 제2 광의 발산 각도와 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이저 광원의 출사광에서 제1 광과 제2 광의 발산각은 서로 같으며, 상기 광 수집 시스템은 수집 장치와 시준 렌즈를 포함하며, 그중 수집 장치는 레이저 광원으로부터의 광 빔을 집속시키기 위한 하나 이상의 집속 렌즈를 포함하고, 상기 시준 렌즈는 상기 수집 장치로부터의 광 빔을 시준하기 위한 것이며,
   상기 수집 장치는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 제1 광이 지나는 영역이고, 제2 영역은 제2 광이 지나는 영역이며, 그 중 제2 영역의 조합 초점 거리와 제1 영역의 조합 초점 거리의 비율값은 상기 소정값 이하인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 수집 장치의 제1 영역은 상기 레이저 광원의 출사광 경로에 위치한 제1 수집 렌즈를 포함하며, 그 중 일부 제1 수집 렌즈는 제1 광을 집속시키기 위한 것이며, 상기 수집 장치의 제2 영역은, 제1 수집 렌즈를 지난 제2 광의 출사광 경로에 위치하여 상기 제2 광을 집속시키기 위한 제2 수집 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 수집 장치는 집속 렌즈와, 관통 홀을 구비한 리플렉터를 포함하며, 상기 집속 렌즈는 상기 레이저 광원과 마주하는 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 그 중 제2 면에는 제2 광을 투과시키고 제1 광을 반사하는 광 필터막이 형성되어 있으며, 상기 리플렉터는 상기 레이저 광원의 출사광 경로에 위치하고 그 반사면이 상기 집속 렌즈의 제2 면과 마주하며,
   상기 레이저 광원으로부터의 제1 광은 상기 리플렉터로 바로 입사하여 상기 집속 렌즈의 제2 면으로 반사된 후 다시 상기 시준 렌즈로 반사되며,
   상기 레이저 광원으로부터의 제2 광은 상기 집속 렌즈로 바로 입사하여 상기 시준 렌즈로 수집되며,
   상기 시준 렌즈의 출사광은 상기 리플렉터의 관통 홀로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 발광 장치는 광 균일화 봉을 포함하고, 상기 수집 장치는 제1 집속 렌즈와 제2 집속 렌즈를 포함하며, 제2 집속 렌즈는 제1 집속 렌즈와 제1 집속 렌즈의 초점 사이에 위치하며, 제2 집속 렌즈는 제1 집속 렌즈와 마주하는 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하며, 그 중 제2 면에는 제2 광을 투과시키고 제1 광을 반사하기 위한 광 필터막이 형성되어 있으며,
   제1 레이저 어레이는 제1 집속 렌즈에 있어서 제2 집속 렌즈의 반대측에 설치되고, 제2 레이저 어레이는 제2 집속 렌즈에 있어서 제1 집속 렌즈의 반대측에 설치되며, 제1 레이저 어레이와 제1 집속 렌즈는 각각 상기 시준 렌즈의 광축에 대응되는 위치에 모두 관통 홀이 형성되어 있으며, 상기 광 균일화 봉은 상기 시준 렌즈의 출사광 경로에 위치하며 차례로 제1 집속 렌즈와 제1 레이저 어레이의 관통 홀을 관통하며,
   제1 레이저 어레이로부터의 제1 광은 제1 집속 렌즈에 의해 제2 집속 렌즈의 제1 면으로 수집되어 상기 시준 렌즈로 반사된 후 상기 광 균일화 봉으로 입사하며,
   제2 레이저 어레이로부터의 제2 광은 제2 집속 렌즈에 의해 상기 시준 렌즈로 수집되어 시준된 후 상기 광 균일화 봉으로 입사하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이저 광원의 출사광 중 제1 광과 제2 광이 각각 지나는 상기 광 수집 시스템의 서로 다른 영역은 서로 같은 초점 거리를 가지며,
   상기 레이저 광원으로부터 방출된 광 빔에서, 제2 광의 발산 각도와 제1 광의 발산 각도의 비율값은 상기 소정값 이하인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
8. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 레이저 광원은 제1 시준 렌즈 어레이와 제2 시준 렌즈 어레이를 더 포함하며, 그중 제1, 제2 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈는 각각 제1, 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 광원과 일일이 대응되며, 각자 대응되는 레이저 광원으로부터 방출된 광을 시준하며,
   제2 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈의 초점 거리는 제1 시준 렌즈 어레이 중 각각의 시준 렌즈의 초점 거리보다 큼으로써, 시준된 제2 광의 발산 각도와 시준된 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되며, 또는,
   제1 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자와 그에 대응되는 시준 렌즈의 탈초점 정도는 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자와 그에 대응되는 시준 렌즈의 탈초점 정도보다 큼으로써, 시준된 제2 광의 발산 각도와 시준된 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되며, 또는,
   제1 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광의 발산각은 제2 레이저 어레이 중 각각의 레이저 소자가 방출한 광의 발산각보다 큼으로써, 시준된 제2 광의 발산 각도와 시준된 제1 광의 발산 각도의 비율값이 상기 소정값 이하가 되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
9. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
   제1 광의 상기 레이저 광원 내 전파 경로에 광 산란 시트 또는 복안 렌즈쌍이 설치되어 있고, 상기 광 산란 시트 또는 복안 렌즈쌍은 제2 광의 전파 경로를 피하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
   
10. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 발광 장치는, 상기 광 수집 시스템으로부터의 광 빔을 균일화하기 위한 광 균일화 봉을 포함하며, 그중 상기 광 균일화 봉은 상기 광 균일화 봉의 연장 방향에 수직되는 임의의 단면은 모두 일치하며,
    상기 레이저 광원은 발광 영역과 비발광 영역을 포함하며, 그 중 제1, 제2 레이저 어레이는 모두 상기 발광 영역에 위치하며,
    상기 광 수집 시스템은 반사 및 집광 장치와 시준 렌즈를 포함하며, 상기 반사 및 집광 장치는 집광 영역과 비집광 영역을 포함하며, 상기 집광 영역은 상기 레이저 광원으로부터의 출사광을 집속시켜 상기 시준 렌즈로 반사하고, 상기 시준 렌즈는 상기 반사 및 집광 장치로부터의 광 빔을 시준하여 상기 광 균일화 봉으로 방출하기 위한 것이며,
    상기 레이저 광원의 비발광 영역 및 비집광 영역은 상기 레이저 광원의 출사광 광축에 평행하는 동일 직선에 위치하며, 상기 광 균일화 봉은 상기 비발광 영역, 상기 비집광 영역, 또는 이들 모두를 지나는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사 및 집광 장치는, 관통 홀을 구비한 집속 렌즈와, 반사 소자를 포함하며, 상기 집속 렌즈의 관통 홀은 비집광 영역이고, 상기 집속 렌즈에 있어서 관통 홀 이외의 다른 영역과 상기 반사 소자는 상기 집광 영역이며,
    상기 집속 렌즈에 있어서 관통 홀 이외의 다른 영역은 상기 레이저 광원의 출사광을 집속시키기 위한 것이며, 상기 반사 소자는 상기 집속 렌즈로부터의 광 빔을 상기 시준 렌즈로 반사하기 위한 것이며,
    상기 광 균일화 봉은 상기 집속 렌즈의 관통 홀과 상기 레이저 광원의 비발광 영역을 지나는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사 및 집광 장치는 리플렉터이며, 상기 리플렉터의 중간 영역은 비집광 영역이고, 상기 중간 영역 이외의 영역은 집광 영역이며, 상기 광 균일화 봉은 상기 레이저 광원의 비발광 영역을 지나는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사 및 집광 장치는 반사 소자와, 관통 홀을 구비한 리플렉터를 포함하며, 상기 리플렉터의 관통 홀은 비집광 영역이고, 상기 리플렉터에 있어서 관통 홀 이외의 다른 영역과 상기 반사 소자는 집광 영역이며,
    상기 광 균일화 봉은 상기 리플렉터의 관통 홀을 지나는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    제3 반사 소자는 상기 레이저 광원의 비발광 영역에 고정되어 상기 리플렉터와 상기 레이저 광원 사이에 위치하고, 또한 상기 리플렉터와 당해 리플렉터의 집광 초점 사이에 위치하여 상기 리플렉터의 출사광 광축에 수직하도록 설치된 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    
15. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 발광 장치는, 상기 광 수집 시스템으로부터의 광 빔을 균일화하기 위한 광 균일화 봉을 더 포함하며, 그 중 상기 광 균일화 봉은 상기 광 균일화 봉에 수직되는 방향에서의 임의의 단면은 모두 일치한 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    
16. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 소정값은 0.3인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    
17. 광원 시스템에 있어서,
    제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 7 항에 따른 발광 장치;
    상기 발광 장치로부터의 제1 광을 흡수하여 자극광을 발생시키기 위한 파장 변환층을 포함하고, 상기 파장 변환층의 일측에서 여기광과 제1 광을 수광하고, 동일측에서 전부 또는 일부의 제1 광, 및 전부 또는 일부의 자극광 또는 자극광과 미흡수 여기광의 전부 또는 일부의 혼합광을 방출하는 상기 파장 변환 장치;
    상기 발광 장치로부터의 제2 광을 산란시키는 산란층을 포함하고, 상기 산란층은 일측에서 제2 광을 수광하고 동일측에서 전부 또는 일부의 제2 광을 방출하는 상기 산란 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.

Images