KR20160081638A - Led와 광섬유를 이용한 광조사 장치 - Google Patents

Abstract

LED와 광섬유를 이용한 광조사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 수요처에 광을 공급할 수 있도록 한 광조사 장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 복수의 LED를 구비하는 광원 모듈; 상기 광원 모듈에서 출사되는 광을 집광하는 집광수단; 및 상기 집광수단에서 집광된 광이 입사되는 광입사부와, 복수의 수요처로 분기되도록 형성된 광출사부를 구비하는 광섬유모듈;을 포함하는 광조사 장치를 제공한다.

Description

LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치{LIGHTING DEVICE USING LED AND OPTICAL FIBER}

본 발명은 LED와 광섬유를 이용한 광조사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 수요처에 광을 공급할 수 있도록 한 광조사 장치에 관한 것이다.

광조사 장치는 일반적인 조명, 내시경, 자외선 경화 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

광조사 장치는 일반적으로 광을 필요로 하는 출사부에 광원을 구비하여 필요부로 광을 직접 조사하는 형태를 가지고 있거나, 광원에서 발산되는 빛을 집광하고 도광하여 필요처로 조사하는 형태를 가지고 있다.

그런데, 용도나 사용처에 따라서 다양한 파장 대역의 광을 필요로 하는 경우가 있고, 이러한 경우 종래에는 광 조사 장치 자체를 달리하여 사용하고 있었다.

또한, 내시경 조명이나 치과용 UV 레진 경화를 위한 광 조사 장치의 경우 협소한 영역에 광의 집중이 필요하고 광이 출사되는 부분의 직경이 작을수록 편의성이 높다. 이러한 용도의 광조사 장치는 단부에 광원인 LED를 구비하는 형태를 사용하고 있는데, 단부에 LED가 구비되는 경우 LED 동작시 발생하는 열이 원활하게 방출되지 못하여 효율이 저하되고, 수명이 단축되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은 광원 모듈에서 출사되는 빛을 복수의 수요처로 공급할 수 있도록 하는 광조사 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다양한 파장의 광을 선택적으로 제공할 수 있는 광조사 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광원 모듈의 원활한 냉각이 가능하며, 유지 보수가 용이한 광조사 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 복수의 LED를 구비하는 광원 모듈; 상기 광원 모듈에서 출사되는 광을 집광하는 집광수단; 및 상기 집광수단에서 집광된 광이 입사되는 광입사부와, 복수의 수요처로 분기되도록 형성된 광출사부를 구비하는 광섬유모듈;을 포함하는 광조사 장치를 제공한다.

상기 광원 모듈은 각각 다른 파장의 광을 발광하는 LED를 2종류 이상 포함할 수 있다.

상기 광원 모듈은 일예로 가시광 파장 대역을 가지는 적색광 LED, 녹색광 LED, 및 청색광 LED를 포함할 수 있다.

상기 LED는 UV LED를 사용할 수도 있고, 이 경우 서로 다른 파장대역을 가지는 UV LED 를 이용하여 광원 모듈을 구성할 수도 있다.

또한, 상기 광원 모듈은 가시광 LED와 UV LED를 모두 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 광원 모듈은 각 파장별 LED를 선택적으로 온/오프 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 광조사 장치는 상기 광원 모듈을 냉각하기 위한 냉각수단을 구비할 수 있으며,

상기 냉각수단은 상기 광원 모듈의 광 출사방향의 반대면에 부착되는 방열블럭을 포함하거나, 상기 방열블럭과 함께 상기 방열블럭을 강제 냉각하기 위한 냉각팬을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 광섬유 모듈의 상기 광출사부에 보조집광수단을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 광조사 장치는 광원 모듈에서 발산되는 광을 광섬유 모듈을 통해서 수요처로 공급하는 구조를 가지고 있어서, 수요처와는 이격된 공간에 광원 모듈이 배치될 수 있다. 이러한 구조는 수요처가 열악한 환경일 때에도 그 영향이 광원 모듈에 미치지 않게 할 수 있으며, 특히 광원 모듈의 냉각이 자유로워 광원 모듈이 적정한 온도를 유지할 수 있도록 하는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 따른 광조사 장치는 광원모듈에서 발산되는 빛을 집광하여 광섬유모듈로 제공함으로써, 고강도의 광이 필요한 경우라도 광출사부의 크기를 작게할 수 있는 효과를 가져온다.

그리고, 본 발명에 따른 광조사 장치는 광원 모듈을 서로 다른 파장의 광을 방사하는 2종 이상의 LED로 구성하여, 2종 이상의 파장의 광을 선택적으로 제공할 수 있는 효과도 가져온다.

도 1은 본 발명의 제1실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

또한 이하 기술할 실시예들 중 어느 한 실시예의 구조나 구성은 통상의 기술자가 필요에 따라 다른 실시예의 구조나 구성에 적용하거나 치환할 수도 있으며, 구성을 삭제하거나, 다른 구성을 부가하는 것 역시 가능함은 자명하다.

이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

[제1실시예]

도 1은 본 발명의 제1실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 광조사 장치는 도시된 바와 같이 복수의 LED(110)를 구비하는 광원 모듈(100)과, 광원 모듈에서 광이 출사되는 방향의 전면에 배치되어 출사되는 광을 집광하는 집광수단(200)과, 집광수단(200)에서 집광된 광을 복수의 수요처로 도광하는 광섬유모듈(300)을 포함한다.

광원 모듈(100)은 평판 형상의 기판(102)에 복수의 LED(110)가 실장되어 형성된다. 제1실시예의 경우 동일한 파장의 광을 출사하는 동종의 LED(110)가 복수개 구비된 형태를 나타낸 것이나, 후술하는 실시예들처럼 서로 다른 파장의 광을 방사하는 LED가 2종 이상이 혼재되어 배치될 수도 있다.

집광수단(200)은 LED(110)에서 전방향으로 방사되는 광을 집광하며, 평행광으로 전환시키는 역할을 수행한다. 이는 광섬유모듈(300)로 입사되는 광의 강도를 향상시키고 광효율을 향상시키기 위한 것이다.

집광수단(200)으로는 집광렌즈(210), 곡면형 미러(220), 프리즘 등이 사용될 수 있다.

집광렌즈와 곡면형 미러는 광의 진행방향을 수렴시켜 광의 강도와 광 이용효율을 향상시키는 역할을 수행한다.

광섬유모듈(300)은 집광수단(200)에서 집광된 광을 수요처로 분기하여 공급하는 역할을 수행하는 것으로, 광섬유 가닥 또는 광섬유 다발로 형성되는 도광케이블(320)을 포함한다.

도광케이블(320)의 일측이 광입사부(322)가 되며, 타측이 광출사부(324)가 된다.

광성유모듈(300)은 복수개의 도광케이블(320)의 묶음으로 형성되며, 광입사부(322)들은 집광수단(200)에서 집광되는 광이 효율적으로 입사할 수 있도록 집광수단에서 출사되는 광의 방향과 평행한 방향이 되도록 집광수단(200)의 상부에 배치된다.

도시하지는 않았으나, 도광케이블(320)의 광출사부(324)에는 출사되는 광을 집광하는 보조집광수단을 더 포함할 수 있다. 광섬유에서 출사되는 빛은 전방향으로 방사되는 데, 보조집광수단은 광섬유에서 전방향으로 방사되는 빛을 수렴시켜 수요처로 공급하는 역할을 수행한다. 보조집광수단으로는 오목거울, 집광렌즈, 프리즘 중에서 하나 이상을 포함하거나, 이들 중 복수개를 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 광출사부의 주변으로 오목거울을 배치하여 주변으로 발산되는 빛을 수렴시키도록 할 수 있으며, 집광렌즈를 이용하여 초점거리에 빛을 고강도로 집속할 수 있다. 오목거울과 프리즘을 조합하여 전방향으로 방사되는 빛을 평행광으로 변환할 수도 있다.

본 발명에 따른 광조사 장치는 국소적인 부분에만 집중된 광이 필요한 수요처로 광을 공급하기 위한 것으로, 예를 들면 내시경용 조명 장치, 치과용 UV 레진을 경화시키기 위한 큐어링 장치, UV 경화성 접착제 도료 등의 경화 장치 등에 사용될 수 있다.

LED 칩이 소형화됨에 따라 광수요처를 광을 공급하는 광 조사장치의 출사부에 직접 LED 칩을 장착하는 장치들도 사용되고 있지만, 이러한 구조는 LED 동작 중에 발생하는 열을 원활하게 방출하기 어렵고 또한 LED 칩의 유지 보수 교체 등이 곤란하며, LED 칩이 충격 등에 의하여 손상될 가능성이 높은 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 광원 모듈을 별도의 장치내에 모듈화하여 내장하고, 광원 모듈에서 발산되는 빛을 집광하고, 광섬유로 도광하여 수요처로 공급하는 구조를 제공함으로써, LED 광원에서 발생하는 열을 안정적으로 방열할 수 있으며 유지 보수 교체 등의 작업이 간편한 효과를 가진다.

또한 국소면적에 고강도의 광을 필요로 하는 경우에도, 본 발명의 광전송 장치는 매우 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명의 광전송 장치에 복수개의 LED 넓은 면적에 배열하여 형성한 후, 집광 수단을 이용하여 필요한 강도로 집광한 후 공급할 수 있다.

[제2실시예]

본 발명의 제2실시예는 수요처로 필요에 따라서 여러 파장 대역의 광을 공급할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 광조사 장치는, 광원 모듈(100)과, 집광수단(200)과, 광출사부(300)를 구비하는 것은 제1실시예와 동일하다.

제2실시예는 광원 모듈(100)에서 차이를 가진다.

제2실시예는 광원 모듈(100)에 서로 다른 파장의 광을 방사하는 제1LED(122)와 제2LED(124)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이는 광원 모듈(100)에서 선택으로 출사되는 광의 파장을 선택할 수 있도록 하기 위한 것이다. 다시말해, 하나의 광조사 장치를 이용하여 2가지 파장 이상의 광을 선택적으로 제공하거나, 2가지 파장 이상의 광을 동시에 제공할 수 있도록 하기 위한 것이다.

예를 들어 자외선에 감도를 가지는 접착제, 도료, 경화수지 등에 자외선을 조사하기 위한 광조사 장치가 될 수 있다. 사용되는 도료나 수지에 따라서 자외선 파장을 선택하여 공급할 수 있도록 하기 위한 것이다.

A 경화수지의 경우 360~370nm 파장 대역에서 감도를 가지고, B 경화수지의 경우 380~390nm 파장 대역에서 감도를 가지는 경우라면, 사용되는 경화수지에 따라서 조사되는 자외선의 파장을 선택적으로 공급하여야 한다.

그런데, UV LED의 경우 특정 파장대역에 대한 출력을 가지고 있으므로 하나의 UV LED만으로는 두가지 경화수지에서 요구되는 파장 대역을 모두 공급할 수 없다.

이러한 경우 제2실시예와 같이, 제1LED(122)로는 365nm 파장의 자외광을 방사하는 UV LED 로 구성하고, 제2LED(124)로는 385nm 파장의 자외광을 방사하는 UV LED 로 구성하여, 제1 LED 또는 제2 LED를 선택적으로 동작하는 것으로 필요한 파장 대역의 자외광을 선택적으로 조사할 수 있도록 한 것이다. 물론 상술한 바와 같이 제1LED(122)와 제2LED(124)를 동시에 동작하여 2가지 파장이 혼합된 광을 제공할 수도 있다.

의료용으로 사용하는 경우에도, 질병의 진단과 치료의 종류에 따라 필요한 자외선 파장은 다양할 수 있으므로, 본 발명과 같이 이렇게 서로 다른 파장의 UV LED를 구비할 경우 하나의 광원 모듈에서 치료나 진단 목적에 맞는 다양한 피크 파장대의 자외선을 조사할 수 있다.

[제3실시예]

본 발명의 제3실시에는 가시광 영역에서 조명의 색상을 선택적으로 전환할 수 있도록 하는 구성을 제공한다.

도 3은 본 발명의 제3실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 광조사 장치는, 광원 모듈(100)과, 집광수단(200)과, 광출사부(300)를 구비하는 것은 제1실시예와 동일하다.

제3실시예는 광원 모듈(100)에서 차이를 가진다.

제3실시예는 광원 모듈(100)에 가시광 파장대역을 가지는 LED를 구비하되, 3원색인 적색광 LED(132), 녹색광 LED(134), 청색광 LED(136)로 구성하여, 이들 중 하나를 선택하여 동작시키거나, 두 개를 선택하여 동작시키거나, 모두를 동작시키는 방법으로 조사되는 광의 색상에 다양한 변화를 줄 수 있다. 또한 서로 다른 색상의 LED를 동작시킴에 있어서도 각 색상별로 그 세기를 달리하여 광의 색상을 원하는 색상으로 정확히 구현하는 것이 가능하다.

이러한 광원 모듈은 내시경 등에 사용될 때 유용할 수 있다. 이미지 취득장치에서 촬영되는 영상을 취득함에 있어서 광원의 색상을 변경할 수 있도록 함으로써 보다 정확하고 다양한 피사체의 이미지를 취득할 수 있는 효과를 가져온다.

[제4실시예]

본 발명의 제4실시예는 광원 모듈을 원활하게 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 광원인 LED가 적정한 동작온도를 유지할 수 있고, 열화로 인한 수명 저하를 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명의 제4실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 광조사 장치는 광원인 LED(110)가 실장되는 기판(102)의 배면에 냉각수단으로 방열블럭(410)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

방열블럭(410)은 열전도도가 우수한 금속재질로 형성되며, 공기와의 접촉면적을 확대하기 위하여 표면에 요철을 구비하는 것이 바람직하다. 방열블럭은 공냉식으로 열을 방출하는 것으로 공기와의 접촉면적이 확대될 수록 방열성능이 향상된다.

본 발명에 따른 광조사 장치는 광원모듈이 광출사부와 이격된 위치에 형성되어 있어서, 광원모듈이 작업환경에서 이격된 위치에 배치될 수 있어서 작업환경이 고온의 환경이라고 하더라도 광원모듈은 별도의 장소에서 방열블럭을 이용한 자연냉각으로 광원모듈에서 발상되는 열을 방출할 수 있는 효과를 가져온다.

[제5실시예]

본 발명의 제5실시예는 제4실시예의 연장선으로 볼 수 있는 것으로, 냉각수단을 방열블럭과 함께 냉각팬을 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 제4실시예로서 LED와 광섬유를 이용한 광조사 장치의 구성도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 광조사 장치는 광원인 LED(110)가 실장되는 기판(102)의 배면에 냉각수단으로 방열블럭(410)과, 방열블럭(410)으로 송풍하는 냉각팬(420)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

광원 모듈(100)의 방열량이 커서, 자연냉각만으로 충분하지 않을 경우 냉각팬(420)을 추가로 구비할 수 있다.

방열블럭(410)과 냉각팬(420)은 도시한 바와 같이, 광원에서는 출사되는 광의 경로에 영향을 주지 않도록 하는 것이 바람직하다. 냉각팬(420)에 의하여 발생하는 공기의 흐름이 광 경로에 영향을 주게 되면, 공급되는 광이 불안정할 수 있기 때문이다.

도시한 바와 같이, 기판(102)의 상면에 광원인 LED(110)를 구비하고, 기판(102)의 배면에 방열블럭(410)을 구비하고, 방열블럭(410)의 하부에 냉각팬(420)을 구비하면 냉각팬(420)에 의하여 송풍되는 공기가 광원인 LED(110)와 집광수단(200) 사이의 공기 흐름에는 영향을 주지 않게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 광조사 장치는 하나의 광원 모듈에서 발산되는 빛을 복수의 수요처로 공급할 수 있고, 광출사부의 크기를 작게할 수 있으며, 하나의 광조사 장치를 이용하여 다양한 파장의 광을 선택적으로 공급할 수 있도록 하는 효과를 가져온다.

이러한 광조사 장치는 특히 개별 체어 별로 레진 경화용 UV 광 조사장치가 필요한 치과에 유용할 수 있다. 치과의 경우 복수개의 체어에서 치료가 이루어지며 각 체어별로 자외선 경화 레진을 경화시키기 위한 UV 광 조사장치가 구비되어야 하고, 또한 사용하는 레진의 종류에 따라 필요한 UV 파장 대역이 상이하므로, 본 발명의 광조사 장치가 매우 효과적일 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다.

100 : 광원 모듈
110 : LED
122 : 제1LED
124 : 제2LED
132 : 적색광 LED
134 : 녹색광 LED
136 : 청색광 LED
200 : 집광수단
210 : 집광렌즈
220 : 곡면형 미러
230 : 프리즘
300 : 광섬유모듈
320 : 도광케이블
322 : 광입사부
324 : 광출사부

Claims (10)

1. 복수의 LED를 구비하는 광원 모듈;
   상기 광원 모듈에서 출사되는 광을 집광하는 집광수단; 및
   상기 집광수단에서 집광된 광이 입사되는 광입사부와, 복수의 수요처로 분기되도록 형성된 광출사부를 구비하는 광섬유모듈;을 포함하는 광조사 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원 모듈은
   각각 다른 파장의 광을 발광하는 LED를 2종류 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 광원 모듈은
   적색광 LED, 녹색광 LED, 및 청색광 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 LED는 UV LED인 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 광원 모듈은
   가시광 LED와 UV LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 광원 모듈은
   각 LED를 선택적으로 온/오프 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원 모듈을 냉각하기 위한 냉각수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 냉각수단은
   상기 광원 모듈의 광 출사방향의 반대면에 부착되는 방열블럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 냉각수단은
   상기 방열블럭을 강제 냉각하기 위한 방열팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 모듈의 상기 광출사부에 보조집광수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.

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