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KR101853090B1 - Led light source device for concentrating light guide - Google Patents

Led light source device for concentrating light guide Download PDF

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KR101853090B1
KR101853090B1 KR1020160132558A KR20160132558A KR101853090B1 KR 101853090 B1 KR101853090 B1 KR 101853090B1 KR 1020160132558 A KR1020160132558 A KR 1020160132558A KR 20160132558 A KR20160132558 A KR 20160132558A KR 101853090 B1 KR101853090 B1 KR 101853090B1
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optical waveguide
incident
light
diameter
condition
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KR1020160132558A
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김홍민
안수호
백승욱
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(주) 굿피앤씨
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Abstract

본 발명은 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 엘이디에서 발광하는 빛을 손실없이 광 도파로로 집광하여 광 효율을 향상시킬 수 있는 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 엘이디에서 발광하는 빛을 광 도파로로 집광하는 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되는 엘이디 발광부; 상기 하우징 일측에 구비되어 상기 광 도파로가 결합하는 결합부; 및 상기 엘이디 발광부에서 발광하는 빛을 상기 결합부에 결합된 상기 광 도파로의 입사면으로 집광하는 집광렌즈;를 포함하고, 상기 집광렌즈는 상기 엘이디 발광부에서 발광하는 빛이 입사하는 입사면과, 상기 입사면을 통해 상기 집광렌즈 내부로 입사한 빛이 출사하는 출사면과, 상기 입사면과 상기 출사면을 연결하며 상기 집광렌즈 내부로 입사한 빛을 전반사시키는 전반사면을 포함하고, 상기 입사면의 직경은 상기 출사면의 직경보다 작고, 상기 전반사면은 소정각도 경사지며, 상기 출사면의 직경은 상기 광 도파로의 입사면의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an LED light source device for condensing an optical waveguide, and more particularly, to an LED light source device for condensing an optical waveguide by condensing light emitted from an LED into an optical waveguide without loss. An LED light source device for collecting light in an optical waveguide according to an embodiment of the present invention includes: a housing; an optical waveguide for condensing light emitted from the LED into an optical waveguide; An LED light emitting unit provided inside the housing; A coupling part provided at one side of the housing to couple the optical waveguide; And a condenser lens for condensing the light emitted from the LED light emitting unit to the incident surface of the optical waveguide coupled to the coupling unit, wherein the condenser lens has an incident surface on which the light emitted from the LED light emitting unit is incident, And a total reflection surface that connects the incidence surface and the emission surface and totally reflects the light incident into the condenser lens, The diameter of the surface is smaller than the diameter of the exit surface, the total reflection surface is inclined at a predetermined angle, and the diameter of the exit surface is smaller than the diameter of the entrance surface of the optical waveguide.

Description

광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치{LED LIGHT SOURCE DEVICE FOR CONCENTRATING LIGHT GUIDE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an LED light source device for collecting light in an optical waveguide,

본 발명은 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 엘이디에서 발광하는 빛을 손실없이 광 도파로로 집광하여 광 효율을 향상시킬 수 있는 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an LED light source device for condensing an optical waveguide, and more particularly, to an LED light source device for condensing an optical waveguide by condensing light emitted from an LED into an optical waveguide without loss.

일반적으로 광섬유는 빛의 전달 통로로서 사용되는 코어층과 이를 감싸는 클래드층으로 구성되며, 광섬유로 입사된 빛은 코어층과 클래드층의 경계면에 의해 전반사되면서 코어층을 통해 전달된다. 광섬유는 입사된 빛을 큰 손실 없이 장거리 전송할 수 있기 때문에 통신분야에서 주로 사용되어 왔다.Generally, an optical fiber is composed of a core layer used as a light transmission path and a clad layer surrounding the core layer. Light incident on the optical fiber is totally reflected by the interface between the core layer and the clad layer and is transmitted through the core layer. Optical fibers have been used mainly in the field of communications because they can transmit incident light over long distances with little loss.

이러한 광섬유의 특성을 이용하고자 하는 시도가 다른 여러 가지 산업분야에서 이루어지고 있으며, 현재 광섬유는 전기, 전자 및 통신 분야는 물론이고 의료 및 인테리어 분야에 이르기까지 그 사용분야가 폭넓게 확대되고 있다. Attempts to exploit the characteristics of such optical fibers have been made in various other industrial fields. Currently, optical fibers have been widely used in fields such as electric, electronic and communication fields as well as medical and interior fields.

그러나 광섬유를 이용하는 경우에는 엘이디 광원으로부터 발생하는 빛을 광섬유의 코어층으로 집광시키기 위한 구성이 요구된다. However, in the case of using an optical fiber, a configuration for condensing light generated from an LED light source into a core layer of an optical fiber is required.

이러한 구성에 관한 종래기술로는 한국등록특허 제1528492호(이하, '선행기술'이라 한다)에 엘이디 광원장치가 개시된 바 있다.An LED light source device has been disclosed in Korean Patent No. 1528492 (hereinafter referred to as " Prior Art ") as a prior art related to such a configuration.

도 1은 선행기술에 따른 엘이디 광원장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an LED light source device according to the prior art.

도 1을 참조하면, 선행기술에 따른 엘이디 광원장치는 케이스 모듈부(1), 방열부(2), 엘이디 발광부(3), 광케이블(4), 발광부(3)에서 발생하는 광을 광케이블(4)로 집광하는 광학부(5)로 이루어진다.1, an LED light source device according to the prior art includes a case module 1, a heat dissipating unit 2, an LED light emitting unit 3, an optical cable 4, and a light emitting unit 3, And an optical unit 5 for converging the light beam onto the liquid crystal panel 4.

특히, 광학부(5)는 발광부(3)로부터 순차적으로 정렬되는 반사경(6), 집광렌즈(7) 및 평행화 렌즈(8)로 이루어진다.In particular, the optical portion 5 includes a reflecting mirror 6, a condenser lens 7, and a collimating lens 8 that are sequentially aligned from the light emitting portion 3.

따라서, 발광부(3)에서 발생하여 확산되는 빛은 반사경(6)을 통해 집광렌즈(7)로 집광되고, 집광렌즈(7)에서 집광된 빛은 다시 평행화렌즈(8)를 통해 균일화되면서 광케이블(4)로 집광하게 된다.Therefore, the light generated and diffused in the light emitting unit 3 is condensed by the condenser lens 7 through the reflecting mirror 6, and the light condensed by the condenser lens 7 is again uniformed through the parallelizing lens 8 And is condensed by the optical cable 4.

그러나 선행기술에 따른 엘이디 광원장치의 경우에는 발광부(3)에서 발생하는 빛이 반사경(6), 집광렌즈(7), 평행화 렌즈(8) 등과 같은 다수의 광학부품을 통과하면서 광케이블(4)에 집광됨에 따라 광 효율이 저하되는 문제가 있다. 특히, 광 효율을 향상시키기 위하여 반사경(6)의 반사효율 및 렌즈(7,8)의 투과율을 높이는 것은 한계가 있으며, 다수의 광학부품의 얼라인(align) 정도에 따라 광 효율이 저하되는 문제가 발생한다.However, in the case of the LED light source device according to the prior art, the light emitted from the light emitting portion 3 passes through the optical component such as the reflector 6, the condenser lens 7, the parallelizing lens 8, The light efficiency is lowered. Particularly, there are limitations in raising the reflection efficiency of the reflecting mirror 6 and the transmittance of the lenses 7 and 8 in order to improve the light efficiency, and there is a problem that the light efficiency is lowered depending on the degree of alignment of a plurality of optical components Lt; / RTI >

또한, 엘이디 발광부(3)의 발광면의 크기가 클 경우에는 광케이블(4)로 집광시킬 만큼의 렌즈 굴절능력이 부족하며, 이를 극복하기 위해서는 렌즈의 매수를 늘려야 하지만, 이와 같이 렌즈 매수를 늘릴 경우에는 렌즈 투과 효율이 더욱 저하될 뿐만 아니라 조립 오차에 의한 광 효율 저하가 발생하는 문제가 있다.In addition, when the size of the light emitting surface of the LED light emitting unit 3 is large, the lens refracting power enough to focus the light onto the optical cable 4 is insufficient. In order to overcome this, the number of lenses must be increased. There is a problem that not only the lens transmission efficiency is lowered but also the light efficiency is lowered due to the assembly error.

한국등록특허 제1528492호 (공고일자: 2015. 6. 15)Korean Registered Patent No. 1528492 (Date of Publication: June 15, 2015)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 렌즈만을 사용하더라도 엘이디에서 발광하는 빛을 손실없이 광 도파로로 집광할 수 있어서 광 효율을 향상시킬 수 있는 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide an optical light source device for condensing an optical waveguide which can enhance light efficiency by condensing light emitted from an LED into an optical waveguide without loss, do.

본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 엘이디에서 발광하는 빛을 광 도파로로 집광하는 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되는 엘이디 발광부; 상기 하우징 일측에 구비되어 상기 광 도파로가 결합하는 결합부; 및 상기 엘이디 발광부에서 발광하는 빛을 상기 결합부에 결합된 상기 광 도파로의 입사면으로 집광하는 집광렌즈;를 포함하고, 상기 집광렌즈는 상기 엘이디 발광부에서 발광하는 빛이 입사하는 입사면과, 상기 입사면을 통해 상기 집광렌즈 내부로 입사한 빛이 출사하는 출사면과, 상기 입사면과 상기 출사면을 연결하며 상기 집광렌즈 내부로 입사한 빛을 전반사시키는 전반사면을 포함하고, 상기 입사면의 직경은 상기 출사면의 직경보다 작고, 상기 전반사면은 소정각도 경사지며, 상기 출사면의 직경은 상기 광 도파로의 입사면의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.An LED light source device for collecting light in an optical waveguide according to an embodiment of the present invention includes: a housing; an optical waveguide for condensing light emitted from the LED into an optical waveguide; An LED light emitting unit provided inside the housing; A coupling part provided at one side of the housing to couple the optical waveguide; And a condenser lens for condensing the light emitted from the LED light emitting unit to the incident surface of the optical waveguide coupled to the coupling unit, wherein the condenser lens has an incident surface on which the light emitted from the LED light emitting unit is incident, And a total reflection surface that connects the incidence surface and the emission surface and totally reflects the light incident into the condenser lens, The diameter of the surface is smaller than the diameter of the exit surface, the total reflection surface is inclined at a predetermined angle, and the diameter of the exit surface is smaller than the diameter of the entrance surface of the optical waveguide.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 상기 집광렌즈는, 상기 집광렌즈의 출사면의 직경을 Φ2, 상기 광 도파로의 입사면의 직경을 Φ3, 상기 집광렌즈의 출사면과 상기 광 도파로의 입사면의 거리를 d1, 상기 광 도파로의 개구수를 NA라 할 때, 다음 < 조건 1>을 만족할 수 있다.In the optical waveguide light collecting OLED light source device according to the embodiment of the present invention, the diameter of the exit surface of the converging lens is PHI 2 , the diameter of the entrance surface of the optical waveguide is PHI 3 , The following condition 1 can be satisfied when the distance between the exit surface of the lens and the incident surface of the optical waveguide is d 1 and the numerical aperture of the optical waveguide is NA.

< 조건 1 ><Condition 1>

Φ2 ≤ Φ3 - 2d1tan(sin-1NA)Φ 2 ≤ Φ 3 - 2d 1 tan (sin -1 NA)

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 상기 집광렌즈는, 상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 전반사면의 경사각을 α라 할 때, 다음 < 조건 2>를 만족할 수 있다. In the optical waveguide condensing LED light source device according to an embodiment of the present invention, when the refractive index of the condensing lens is n and the inclination angle of the total reflection surface is?, The following condition 2 is satisfied .

< 조건 2 ><Condition 2>

n > 1/sin(45°+ α/2)n > 1 / sin (45 DEG + alpha / 2)

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 상기 집광렌즈는, 상기 집광렌즈의 길이를 L, 상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 집광렌즈의 출사면의 직경을 Φ2, 상기 엘이디 발광부의 발광면 크기를 ΦLED, 상기 엘이디 발광부와 상기 집광렌즈의 입사면의 사이의 거리를 d, 상기 광 도파로의 개구수를 NA라 할 때, 다음 < 조건 3>을 만족할 수 있다. Further, in the optical waveguide light collecting OLED light source device according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the length of the converging lens is L, the refractive index of the converging lens is n, and the diameter of the exit surface of the converging lens is Φ 2 , the light emitting surface size of the LED light emitting portion is PHI LED , the distance between the LED light emitting portion and the incident surface of the condensing lens is d, and the numerical aperture of the optical waveguide is NA, the following Condition 3 .

< 조건 3 ><Condition 3>

Figure 112016099126312-pat00001
Figure 112016099126312-pat00001

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 상기 집광렌즈는, 상기 집광렌즈의 길이를 L, 상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 집광렌즈의 입사면의 직경을 Φ1, 상기 출사면의 직경을 Φ2, 상기 광 도파로의 개구수를 NA라 할 때, 다음 < 조건 4>를 만족할 수 있다. In the optical waveguide condensing LED light source device according to an embodiment of the present invention, the length of the condensing lens is L, the refractive index of the condensing lens is n, the diameter of the incident surface of the condensing lens is Φ 1 , the diameter of the exit surface is? 2 , and the numerical aperture of the optical waveguide is NA, the following <Condition 4> can be satisfied.

< 조건 4 ><Condition 4>

Figure 112016099126312-pat00002
Figure 112016099126312-pat00002

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 상기 집광렌즈는, 상기 집광렌즈의 길이를 L, 상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 집광렌즈의 입사면의 직경을 Φ1, 상기 출사면의 직경을 Φ2, 상기 전반사면의 경사각을 α라 할 때, 다음 < 조건 5>를 만족할 수 있다. In the optical waveguide condensing LED light source device according to an embodiment of the present invention, the length of the condensing lens is L, the refractive index of the condensing lens is n, the diameter of the incident surface of the condensing lens is Φ 1 , the diameter of the exit surface is? 2 , and the inclination angle of the total reflection surface is?, The following <Condition 5> can be satisfied.

< 조건 5 ><Condition 5>

Figure 112016099126312-pat00003
Figure 112016099126312-pat00003

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 상기 집광렌즈는, 상기 집광렌즈의 길이를 L, 상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 집광렌즈의 입사면의 직경을 Φ1, 상기 출사면의 직경을 Φ2, 상기 전반사면의 경사각을 α, 상기 광 도파로의 개구수를 NA라 할 때, 다음 < 조건 4> 및 < 조건 5>를 만족할 수 있다. In the optical waveguide condensing LED light source device according to an embodiment of the present invention, the length of the condensing lens is L, the refractive index of the condensing lens is n, the diameter of the incident surface of the condensing lens is Φ 1, when referred to the diameter of the exit surface Φ 2, the tilt angle of the total reflection plane α, NA the numerical aperture of the optical waveguide and may satisfy the following <condition 4> and <condition 5>.

< 조건 4 ><Condition 4>

Figure 112016099126312-pat00004
Figure 112016099126312-pat00004

< 조건 5 ><Condition 5>

Figure 112016099126312-pat00005
Figure 112016099126312-pat00005

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 상기 집광렌즈는, 상기 집광렌즈의 길이를 L, 상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 집광렌즈의 입사면의 직경을 Φ1, 상기 출사면의 직경을 Φ2, 상기 전반사면의 경사각을 α, 상기 엘이디 발광부의 발광면 크기를 ΦLED, 상기 엘이디 발광부와 상기 집광렌즈의 입사면의 사이의 거리를 d, 상기 광 도파로의 개구수를 NA라 할 때, 다음 < 조건 3 >, < 조건 4> 및 < 조건 5>를 만족할 수 있다. In the optical waveguide condensing LED light source device according to an embodiment of the present invention, the length of the condensing lens is L, the refractive index of the condensing lens is n, the diameter of the incident surface of the condensing lens is Φ 1 , the diameter of the exit surface is Φ 2 , the inclination angle of the total reflection surface is α, the light emitting surface size of the LED light emitting portion is Φ LED , the distance between the LED light emitting portion and the incident surface of the condensing lens is d, When the numerical aperture of the waveguide is denoted by NA, the following <Condition 3>, <Condition 4> and <Condition 5> can be satisfied.

< 조건 3 ><Condition 3>

Figure 112016099126312-pat00006
Figure 112016099126312-pat00006

< 조건 4 ><Condition 4>

Figure 112016099126312-pat00007
Figure 112016099126312-pat00007

< 조건 5 ><Condition 5>

Figure 112016099126312-pat00008
Figure 112016099126312-pat00008

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 하나의 집광렌즈만을 사용하여 엘이디 발광부에서 발광하는 빛을 광 도파로의 입사면으로 집광하기 때문에 다수의 광학부품을 사용하는 경우와 비교하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.In the light source device for optical waveguide focusing according to an embodiment of the present invention, since the light emitted from the LED light emitting portion is condensed on the incident surface of the optical waveguide by using only one condenser lens, The light efficiency can be improved as compared with the case of using the component.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치는, 하나의 집광렌즈가 엘이디 발광부에서 발광하는 빛을 광 도파로의 입사면으로 집광할 때 발생하는 빛의 손실을 최소화시킬 수 있는 형태로 이루어질 수 있어서 전체적인 광 효율을 향상시킬 수 있다.Also, the light source device for optical waveguide condensing according to an embodiment of the present invention minimizes the loss of light generated when one condenser lens condenses the light emitted from the LED light emitting portion onto the incident surface of the optical waveguide So that the overall optical efficiency can be improved.

본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects according to the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims and the detailed description It will be possible.

도 1은 선행기술에 따른 엘이디 광원장치를 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 집광렌즈를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로에 대한 최대 입사각을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 < 조건 1 >을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 < 조건 3 >을 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 < 조건 4 >를 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 < 조건 5>를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing an LED light source device according to the prior art,
FIG. 2 is a view schematically showing an optical waveguide light-collecting light source device according to an embodiment of the present invention,
3 is a view illustrating a light collecting lens according to an embodiment of the present invention,
4 is a view for explaining an optical waveguide according to an embodiment of the present invention,
5 is a view for explaining a maximum incident angle of the optical waveguide according to an embodiment of the present invention,
Fig. 6 is a view for explaining < Condition 1 >
Fig. 7 is a view for explaining < Condition 3 >
FIG. 8 is a view for explaining < Condition 4 >
FIG. 9 is a diagram for explaining < Condition 5 &gt;.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

한편, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장될 수 있으며, 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다. In the attached drawings, the thickness and the size may be exaggerated for clarity of the description, and the present invention is not limited by the relative size or thickness shown in the attached drawings.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 엘이디 광원장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 집광렌즈를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a schematic view of an LED light source device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view illustrating a condenser lens according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 엘이디 광원장치(10)는 하우징(11), 하우징(11) 내부에 구비되는 엘이디 발광부(12), 엘이디 발광부(12)에서 발생하는 열을 방열하는 방열부(13), 하우징(11) 일측에 구비되어 광 도파로(15)가 결합하는 결합부(14), 엘이디 발광부(12)에서 발광하는 빛을 상기 결합부(14)에 결합된 광 도파로(15)로 집광하는 집광렌즈(20)를 포함할 수 있다.2 and 3, an LED light source device 10 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a housing 11, an LED light emitting unit 12 disposed inside the housing 11, an LED light emitting unit 12, A coupling part 14 which is provided at one side of the housing 11 and to which the optical waveguide 15 is coupled, light emitted from the LED light-emitting part 12, And a condenser lens 20 that condenses the light into an optical waveguide 15 coupled to the optical waveguide 14.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 집광렌즈(20)는 엘이디 발광부(12)에서 발광하는 빛이 입사하는 입사면(21)과, 입사면(21)을 통해 집광렌즈(20) 내부로 입사한 빛이 출사하는 출사면(22)과, 입사면(21)과 출사면(22)을 연결하며 집광렌즈(20) 내부로 입사한 빛을 전반사시키는 전반사면(23)을 포함하며, 입사면(21)의 직경(Φ1)은 출사면의 직경(Φ2)보다 작고, 전반사면(23)은 소정각도(α) 경사질 수 있다. The condensing lens 20 according to an embodiment of the present invention includes an incident surface 21 on which light emitted from the LED light emitting portion 12 is incident and a light incident surface 21 on the incident surface 21 into the condensing lens 20 And a total reflection surface 23 that connects the incident surface 21 and the emission surface 22 and totally reflects the light incident into the condenser lens 20, The diameter phi 1 of the surface 21 is smaller than the diameter phi 2 of the emission surface and the total reflection surface 23 can be inclined at a predetermined angle alpha.

따라서, 도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 집광렌즈(20)는 대략 원뿔대 형상으로 이루어질 수 있으며, 엘이디 발광부(12)에서 발광하여 집광렌즈(20)의 입사면(21)으로 입사한 빛은 직접 출사면(22)으로 출사하거나 또는 전반사면(23)에서 내부전반사되어 출사면(22)으로 출사하게 됨에 따라 광 도파로(15)로 집광될 수 있다. 3, the light collecting lens 20 according to an embodiment of the present invention may have a substantially frustum shape and emit light from the LED light emitting unit 12 and enter the incident surface 21 of the condensing lens 20 The light incident on the light directing surface 22 can be condensed on the optical waveguide 15 as it is emitted to the direct emitting surface 22 or totally internally reflected on the total reflecting surface 23 and emitted to the emitting surface 22. [

다만, 도 3에 도시된 본 실시 예에 따른 집광렌즈(20)의 단면 형상은 원형인 것이 도시되지만, 본 발명은 그에 한정하는 것은 아니며, 4각형, 5각형, 6각형 등의 다각형의 형상으로도 이루어질 수 있으며, 이 경우 입사면(21)과 출사면(22)의 직경 크기는 중심점으로부터 꼭지점까지 거리의 2배 즉, 외접하는 원의 직경 크기를 의미한다 할 것이다.However, the present invention is not limited thereto, and the shape of the converging lens 20 may be a polygonal shape such as a quadrangle, a pentagon, a hexagon, or the like. In this case, the diameter of the incident surface 21 and the diameter of the exit surface 22 may be twice the distance from the center point to the vertex, that is, the diameter of the circumscribed circle.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로(15)는 빛의 전달 통로로서 사용되는 코어층(16,18)과, 이를 감싸는 클래드층(17)을 포함하며, 코어층(16)으로 입사된 빛은 코어층(16)과 클래드층(17)의 경계면에 의해 전반사되면서 코어층(16)을 통해 전달된다.4, an optical waveguide 15 according to an embodiment of the present invention includes core layers 16 and 18 used as light transmission passages and a clad layer 17 surrounding the core layers 16 and 18. The core layer 16 are transmitted through the core layer 16 while being totally reflected by the interface between the core layer 16 and the cladding layer 17.

광 도파로(15)는 도 4(a)에서 보이는 바와 같이, 코어층(16)이 다수의 광섬유 묶음(Fiber bundle)으로 이루어진 Fiber Bundle Light Guide 형태일 수도 있으며, 또는 도 4(b)에서 보이는 바와 같이, 코어층(18)이 액체로 채워진 Liquid Light Guide 형태일 수도 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다. 오히려, 본 발명에 따른 광 도파로(15)는 코어층(16,18)으로 입사된 빛이 코어층(16)과 클래드층(17)의 경계면에 의해 전반사되면서 빛이 전달되는 형태 즉, 일반적인 광섬유로 통칭되는 모든 형태를 포함한다 할 것이다.The optical waveguide 15 may be a fiber bundle light guide in which the core layer 16 is formed of a plurality of optical fiber bundles as shown in FIG. Likewise, the core layer 18 may be in the form of a liquid-filled guide filled with liquid, but the present invention is not limited thereto. Rather, the optical waveguide 15 according to the present invention is configured such that the light incident on the core layers 16 and 18 is totally reflected by the interface between the core layer 16 and the clad layer 17, As will be understood by those skilled in the art.

또한, 집광렌즈(20)는 엘이디 발광부(12)에서 발광하는 빛을 광 도파로(15)의 입사면으로 집광하는데, 여기서 광 도파로(15)의 입사면이란 코어층(16,18)의 입사면(19)을 의미하며, 따라서 광 도파로(15)의 입사면 직경은 코어층(16,18)의 입사면(19) 직경(Φ3)을 의미한다.The light collecting lens 20 condenses the light emitted from the LED light emitting portion 12 to the incident surface of the optical waveguide 15 so that the incident surface of the optical waveguide 15 corresponds to an incident surface of the core layer 16, And the diameter of the incident surface of the optical waveguide 15 means the diameter? 3 of the incident surface 19 of the core layers 16 and 18.

또한, 상기 결합부(14)는 집광렌즈(20)에 의해 집광된 빛이 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광될 수 있도록, 광 도파로(15)를 하우징(11)에 결합 고정시키는 구성으로서, 광 도파로(15)의 입사면(19)이 집광렌즈(20)의 출사면(22)에 마주한 상태로 결합 고정하는 형태이면 어떠한 형태로도 구성될 수 있으며, 본 발명은 결합부(14)의 구체적인 구성에 의해 한정하지 않는다.The coupling part 14 is provided with an optical waveguide 15 for coupling and fixing the optical waveguide 15 to the housing 11 so that the light condensed by the condenser lens 20 can be condensed on the incident surface 19 of the optical waveguide 15, The present invention can be configured in any form as long as the incident surface 19 of the optical waveguide 15 is fixedly coupled to the exit surface 22 of the condenser lens 20, (14).

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로에 대한 최대 입사각을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the maximum incident angle of the optical waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사한 빛이 광 도파로(15) 즉, 코어층(16,18)을 따라 진행할 수 있는 최대 입사각(θmax)은, 광 도파로(15)의 개구수(NA, Nunerical Aperture)와

Figure 112016099126312-pat00009
의 관계가 성립한다. 5, the light incident on the incident surface 19 of the optical waveguide 15 according to an embodiment of the present invention is incident on the optical waveguide 15, that is, the core layers 16 and 18, The incident angle? Max is a value obtained by dividing the numerical aperture (NA) of the optical waveguide 15
Figure 112016099126312-pat00009
.

따라서, 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사하는 빛의 입사각(θ)이 최대 입사각(θmax)보다 큰 경우에는 광 도파로(15)를 따라 진행할 수 없으며, 최대 입사각(θmax)과 같거나 작은 경우에만 광 도파로(15)를 따라 진행할 수 있게 된다. Therefore, when the incident angle (θ) of light incident to the incident surface 19 of the optical waveguide 15 is greater than the maximum angle of incidence (θ max) has not to proceed along the optical waveguide 15, a maximum incident angle (θ max) It is possible to proceed along the optical waveguide 15 only when it is equal to or smaller than the optical waveguide 15.

여기서, 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사하는 빛의 입사각(θ)은 결국 집광렌즈(20)의 출사면(22)에서 굴절되어 출사하는 출사각과 동일하며, 따라서 엘이디 발광부(12)에서 발광하는 빛을 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광하는 과정에서 빛의 손실을 최소화시켜 광 효율을 향상시키기 위해서는, 집광렌즈(20)의 출사면(22)에서 굴절되어 출사하는 빛의 출사각이 최대 입사각(θmax)보다 큰 빛을 최소화시킬 필요가 있다.The incident angle? Of light incident on the incident surface 19 of the optical waveguide 15 is the same as the outgoing angle of the reflected light emitted from the exit surface 22 of the condenser lens 20, In order to minimize the loss of light and improve the light efficiency in the process of condensing the light emitted from the light source 12 on the incident surface 19 of the optical waveguide 15, It is necessary to minimize the light whose exit angle of emitted light is larger than the maximum incident angle (? Max ).

또한, 일반적으로 광 도파로(15)는 다양한 입사면(19) 직경(Φ3) 크기의 제품이 사용되고 있으며, 마찬가지로 NA도 용도에 따라 0.22, 0.55, 0.6, 0.65 등의 다양한 형태로 제품화되어 있다.In general, the optical waveguide 15 has a variety of incident surface 19 diameter (PHI 3 ) size products, and NA has been commercialized in various forms such as 0.22, 0.55, 0.6, and 0.65 depending on the use.

따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 집광렌즈(20)가 엘이디 발광부(12)에서 발광하는 빛을 손실없이 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광하여 광 효율을 향상시키기 위해서는, 집광렌즈(20)의 형상이 집광하고자 하는 광 도파로(15)의 형태에 최적화된 형태로 이루어질 필요가 있다.Therefore, in order to improve the light efficiency by condensing the light emitted from the LED light-emitting part 12 onto the incident surface 19 of the optical waveguide 15 without loss, the condenser lens 20 according to the embodiment of the present invention, The shape of the condenser lens 20 needs to be optimized to the shape of the optical waveguide 15 to be condensed.

이하, 엘이디 발광부(12)에서 발광하는 빛을 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광하는 과정에서 손실되는 빛을 최소화시킴으로써 엘이디 광원장치(10)의 광 효율을 향상시킬 수 있는 집광렌즈(20)의 형상에 대한 다양한 실시 예들에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the light that is emitted from the LED light emitting unit 12 is condensed on the incident surface 19 of the optical waveguide 15 to minimize the loss of light, thereby improving the light efficiency of the LED light source apparatus 10. [ Various embodiments of the shape of the lens 20 will be described in detail.

먼저, 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광되는 빛의 손실을 최소화시키기 위해서는, 집광렌즈(20)의 출사면(22)에서 굴절된 빛의 직경이 광 도파로(15)의 입사면(19) 위치에서 광 도파로(15)의 입사면(19)의 직경보다 작아야 하며, 이를 위해 집광렌즈(20)의 출사면(22)의 직경(Φ2)은 광 도파로(15)의 입사면(19)의 직경(Φ3)보다 작아야 한다.The diameter of the light refracted at the exit surface 22 of the condenser lens 20 is set to be smaller than the diameter of the entrance surface 19 of the optical waveguide 15 in order to minimize the loss of light condensed on the incident surface 19 of the optical waveguide 15, The diameter Φ 2 of the exit surface 22 of the condenser lens 20 must be smaller than the diameter of the incident surface 19 of the optical waveguide 15 at the position 19 of the optical waveguide 15, Should be smaller than the diameter (PHI 3 ) of the heat exchanger (19).

또한, 집광렌즈(20)의 출사면(22)과 광 도파로(15)의 입사면(19)의 거리를 d1, 광 도파로(15)의 개구수를 NA라 할 때, 집광렌즈(20)의 출사면(22)에서 굴절되어 출사된 모든 빛을 손실없이 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사시키기 위하여, 집광렌즈(20)는 다음 < 조건 1 >을 만족할 수 있다.When the distance between the exit surface 22 of the condenser lens 20 and the incident surface 19 of the optical waveguide 15 is d 1 and the numerical aperture of the optical waveguide 15 is NA, The condensing lens 20 can satisfy the following condition 1 so that all the light refracted and emitted from the emitting surface 22 of the condensing lens 20 is incident on the incident surface 19 of the optical waveguide 15 without loss.

도 6은 < 조건 1 >을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining < Condition 1 >.

도 6에서 보이는 바와 같이, 집광렌즈(20)의 출사면(22)에서 굴절되어 출사된 빛의 직경이 광 도파로(15)의 입사면(19) 위치에서 최대가 되는 경우는, 출사면(22)의 끝점(P1)에서 굴절된 빛(L1)의 출사각이 최대 입사각(θmax)인 경우이므로, 출사면(22)의 직경(Φ2)이 상기 빛(L1)을 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사시킬 수 있도록 형성된다면, 출사면(22)에서 굴절되어 출사된 모든 빛은 손실없이 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사할 수 있게 된다.6, when the diameter of the light refracted and emitted from the exit surface 22 of the condenser lens 20 becomes maximum at the position of the incident surface 19 of the optical waveguide 15, the exit surface 22 ) end point (P 1) to the diameter (Φ 2), wherein the light (L 1) of the light (because it is the exit angle of the L 1) in this case, the maximum incident angle (θ max), the exit surface 22 is refracted by the optical waveguide of All of the light refracted and emitted from the emitting surface 22 can be incident on the incident surface 19 of the optical waveguide 15 without loss if the light is incident on the incident surface 19 of the optical waveguide 15.

즉, 집광렌즈(20)의 출사면(22)의 직경을 Φ2, 광 도파로(15)의 입사면(19)의 직경을 Φ3, 집광렌즈(20)의 출사면(22)과 광 도파로(15)의 입사면(19)의 거리를 d1, 광 도파로(15)의 개구수를 NA라 할 때, 집광렌즈(20)의 출사면(22)에서 굴절되어 출사된 모든 빛을 손실없이 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사시키기 위하여, 집광렌즈(20)는 다음 < 조건 1 >을 만족할 수 있다.That is, the exit surface 22 and the optical waveguide of the condenser lens 20, the exit surface 22, a diameter of Φ 2, the optical waveguide 15, the incident surface 19, the diameter Φ 3, the condenser lens 20 of the When the distance between the incident surface 19 of the condensing lens 20 and the incident surface 19 of the condenser lens 15 is d 1 and the numerical aperture of the optical waveguide 15 is NA, all of the light refracted and emitted from the light- In order to make the light-converging lens 20 enter the incident surface 19 of the optical waveguide 15, the following condition 1 can be satisfied.

< 조건 1 ><Condition 1>

Φ2 ≤ Φ3 - 2d1tan(sin-1NA)Φ 2 ≤ Φ 3 - 2d 1 tan (sin -1 NA)

또한, 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광되는 빛의 손실을 최소화시키기 위해서는, 집광렌즈(20)의 입사면(21)으로 굴절되어 입사한 빛 중 전반사면(23)에서 내부전반사되는 빛 모두가 손실없이 전반사되어야 하며, 이를 위해서는 집광렌즈(20)의 입사면(21)에서 굴절되어 전반사면(23)으로 입사된 빛의 각도가 최대 45°를 넘지 말아야 하며, 이를 위해 집광렌즈(20)는 집광렌즈(20)의 굴절률을 n, 전반사면(23)의 경사각을 α라 할 때, 다음 < 조건 2 >를 만족할 수 있다.In order to minimize the loss of light condensed on the incident surface 19 of the optical waveguide 15, the total reflection surface 23 of the light refracted and incident on the incident surface 21 of the condenser lens 20, The angle of the light that is refracted at the incidence surface 21 of the condenser lens 20 and is incident on the total reflection surface 23 should not exceed 45 ° at most. For this purpose, When the refractive index of the condenser lens 20 is n and the inclination angle of the total reflection surface 23 is?, The following condition (2) can be satisfied.

< 조건 2 ><Condition 2>

n > 1/sin(45°+ α/2)n > 1 / sin (45 DEG + alpha / 2)

한편, 집광렌즈(20)의 입사면(21)을 통해 집광렌즈(20) 내부로 입사한 빛의 진행은, 전반사면(23)에서 내부전반사되지 않고 직접 출사면(22)을 통해 출사하는 경우와, 전반사면(23)에서 1회 내부전반사된 후 출사면(22)을 통해 출사하는 경우와, 전반사면(23)에서 2회 이상 내부전반사된 후 출사면(22)을 통해 출사하는 경우로 나뉠 수 있다.On the other hand, when the light incident on the condenser lens 20 through the incident surface 21 of the condenser lens 20 is emitted through the direct exit surface 22 without total internal reflection at the total reflection surface 23 A case in which the light is totally internally reflected by the total reflection surface 23 and then emitted through the emission surface 22 and a case where the light is emitted through the emission surface 22 after the total internal reflection is performed twice or more on the total reflection surface 23 It can be divided.

따라서, 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광하는 과정에서 빛의 손실을 최소화시키기 위해서는, 상기와 같이 진행하는 각각의 빛들이 최대 입사각(θmax)보다 같거나 작은 크기로 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 입사되도록 할 필요가 있다. Therefore, in order to minimize the loss of light in the course of condensing the incident surface 19 of the optical waveguide 15, the optical waveguides equal to each of the light to the maximum incident angle (θ max) to proceed as described above, or to a smaller size ( 15 to be incident on the incident surface 19. [

먼저, 전반사면(23)에서 내부전반사되지 않고 직접 출사면(22)을 통해 출사하는 모든 빛이 출사면(22)에서 최대 입사각(θmax)보다 같거나 작은 크기의 출사각으로 출사할 수 있도록, 집광렌즈(20)는 다음 < 조건 3 >을 만족할 수 있다.First, all light emitted from the direct emission surface 22 without total internal reflection at the total reflection plane 23 is emitted at an emission angle with a size smaller than or equal to the maximum incidence angle max at the emission surface 22 , The condensing lens 20 can satisfy the following condition 3. < Condition 3 >

도 7은 < 조건 3 >을 설명하기 위한 도면이다.Fig. 7 is a diagram for explaining < Condition 3 >.

도 7에서 보이는 바와 같이, 전반사면(23)에서 내부전반사되지 않고 직접 출사면(22)을 통해 출사하는 빛 중에서, 엘이디 발광부(12)의 끝점(P2)에서 발광하여 집광렌즈(20)의 입사면(21)에서 1차 굴절하여 입사한 빛(L2)이, 출사면(22)의 상기 끝점(P2)과 반대편 끝점(P3)으로 출사하는 경우의 출사각(θ2)이 가장 크다. 여기서, θ1은 상기 빛(L2)이 입사면(21)에서 굴절된 후의 각도이다.7, light emitted from the end point P 2 of the LED light-emitting portion 12 is emitted from the condensing lens 20 in the light emitted through the direct emission surface 22 without total internal reflection at the total reflection surface 23, of the incident surface 21 of the light incident to the first refraction at the (L 2) is, the end point (P 2) and the exit angle (θ 2) in the case of emitting the other side end point (P 3) of the exit surface 22 Is the largest. Here, θ 1 is an angle after the light L 2 is refracted at the incident surface 21.

따라서, 내부전반사되지 않고 직접 출사면(22)을 통해 출사하는 모든 빛이 광 도파로(15)를 따라 진행하도록 하기 위해서는, 상기 빛(L2)의 출사각(θ2)이 광 도파로(15)의 최대 입사각(θmax)보다 같거나 작아야 하며, 그러면 전반사면(23)에서 내부전반사되지 않고 직접 출사면(22)을 통해 출사하는 모든 빛은 손실없이 광 도파로(15)를 따라 진행할 수 있게 된다.Therefore, in order to allow all the light emitted through the direct emission surface 22 to travel along the optical waveguide 15 without total internal reflection, the emission angle [theta] 2 of the light (L 2 ) be less of than or equal to the maximum incident angle (θ max), and then all of the light emitted through without total internal reflection directly to the exit surface 22 at the total reflection surface 23 is able to advance along the optical waveguide 15 without loss .

이를 위해, 집광렌즈(20)는 집광렌즈(20)의 길이를 L, 집광렌즈(20)의 굴절률을 n, 집광렌즈(20)의 출사면(22)의 직경을 Φ2, 엘이디 발광부(12)의 발광면 크기를 Φ4, 엘이디 발광부(12)와 집광렌즈(20)의 입사면(21)의 사이의 거리를 d, 광 도파로(15)의 개구수를 NA라 할 때, 다음 < 조건 3 >을 만족할 수 있다.The condensing lens 20 has a length L of the condensing lens 20, a refractive index n of the condensing lens 20, a diameter Φ 2 of the exit surface 22 of the condenser lens 20, 12) a light-emitting surface when the amount Φ 4, the LED light emission unit 12 and the distance between the incident surface 21 of the condenser lens (20), d, d, the numerical aperture of the optical waveguide (15) NA, the following &Lt; Condition 3 > can be satisfied.

< 조건 3 ><Condition 3>

Figure 112016099126312-pat00010
Figure 112016099126312-pat00010

다음으로, 전반사면(23)에서 1회 내부전반사된 후 출사면(22)을 통해 출사하는 모든 빛이 출사면(22)에서 최대 입사각(θmax)보다 같거나 작은 크기의 출사각으로 출사할 수 있도록, 집광렌즈(20)는 다음 < 조건 4 >를 만족할 수 있다.Next, all the light emitted from the exit surface 22 after one total internal reflection at the total reflection surface 23 is emitted at an exit angle of a size equal to or smaller than the maximum incident angle? Max at the exit surface 22 , The condensing lens 20 can satisfy the following <condition 4>.

도 8은 < 조건 4 >를 설명하기 위한 도면이다.Fig. 8 is a view for explaining < Condition 4 >.

도 8에서 보이는 바와 같이, 전반사면(23)에서 1회 내부전반사된 후 출사면(22)을 통해 출사하는 모든 빛이 손실없이 광 도파로(15)를 따라 진행하도록 하기 위해서는, 전반사면(23)에서 1회 내부전반사된 후 출사면(22)을 통해 출사하는 빛(L3)의 출사각(θ4)이 광 도파로(15)의 최대 입사각(θmax)과 같거나 작아야 한다. 여기서, θ3은 상기 빛(L3)이 입사면(21)에서 굴절된 후의 각도이다.8, in order to allow all the light emitted through the exit surface 22 to pass along the optical waveguide 15 without loss after being totally internally reflected once on the total reflection surface 23, The exit angle? 4 of the light L 3 emitted through the exit surface 22 after being totally internally totally reflected by the optical waveguide 15 should be equal to or smaller than the maximum incident angle? Max of the optical waveguide 15. Here, θ 3 is an angle after the light L 3 is refracted at the incident surface 21.

이를 위해, 집광렌즈(20)는 집광렌즈(20)의 길이를 L, 집광렌즈(20)의 굴절률을 n, 집광렌즈(20)의 입사면(21)의 직경을 Φ1, 출사면(22)의 직경을 Φ2, 광 도파로(15)의 개구수를 NA라 할 때, 다음 < 조건 4 >를 만족할 수 있다.The converging lens 20 has a length L of the converging lens 20, a refractive index n of the converging lens 20, a diameter Φ 1 of the incident surface 21 of the converging lens 20, ) at the time of the Φ 2, referred to the numerical aperture of the optical waveguide (15) NA diameter, it may satisfy the following <condition 4>.

< 조건 4 ><Condition 4>

Figure 112016099126312-pat00011
Figure 112016099126312-pat00011

한편, 집광렌즈(20)는 전반사면(23)에서 2회 이상 내부전반사된 후 출사면(22)을 통해 출사하는 모든 빛이 출사면(22)에서 최대 입사각(θmax)보다 같거나 작은 크기의 출사각으로 출사할 수 있도록 구성될 수도 있다.On the other hand, the light collecting lens 20 is configured such that all the light emitted from the exit surface 22 after total internal reflection twice or more at the total reflection surface 23 is equal to or smaller than the maximum incidence angle? Max at the exit surface 22 To be emitted at an angle of incidence.

그러나 위와 같이 2회 이상 전반사되는 모든 빛까지 손실없이 광 도파로(15)를 진행하도록 하기 위해서는, 집광렌즈(20)의 길이가 더 길어져야 하며, 그에 따라 광 손실이 더 발생하게 되며, 나아가 출사면의 직경 크기도 더욱 커져야 하기 때문에 바람직하지 않다.However, in order to proceed the optical waveguide 15 without any loss to all the light totally reflected twice or more as described above, the length of the condenser lens 20 must be longer, resulting in further optical loss, It is not preferable because the size of the diameter of the electrode should be larger.

따라서, 광 도파로(15)의 입사면(19)으로 집광하는 과정에서 빛의 손실을 최소화시키기 위해서는, 집광렌즈(20)의 입사면(21)으로 입사한 모든 빛이 전반사면(23)에 2회 이상 전반사되지 않도록, 집광렌즈(20)는 다음 < 조건 5 >를 만족할 수 있다. Therefore, in order to minimize the loss of light in the process of condensing the light onto the incident surface 19 of the optical waveguide 15, all the light incident on the incident surface 21 of the condenser lens 20 is incident on the total reflection surface 23 The condensing lens 20 can satisfy the following < Condition 5 >.

도 9는 < 조건 5>를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining < Condition 5 >.

도 9에서 보이는 바와 같이, 전반사면(23)에서 2회 전반사된 후 출사면(22)으로 출사하는 빛(L4)이 입사면(21)에서 굴절된 후의 각도를 β1, 전반사면(23)에서 전반사된 후의 각도를 β2, 전반사면(23)의 경사각을 α라 할 때, β2=│β1-2α│의 관계가 성립한다.9, the angle after the light L 4 emitted from the total reflection surface 23 twice and reflected on the exit surface 22 is refracted by the incident surface 21 is β 1 , the total reflection surface 23 ), is established a relationship of β 2 = │β 1 -2α│ when the angle after the total reflection β 2, referred to the angle of inclination of the total reflection surface (23) on the α.

여기서 상기 빛(L4), 즉 전반사면(23)에서 2회 전반사된 후 출사면(22)으로 출사하는 빛(L4)이, 전반사면(23)에서 1회만 전반사된 후 출사면(22)으로 출사하도록 하기 위해서는, -α<│β2│=│β1-2α│<α를 만족해야 하며, 이때 β1의 최대값은 90°이므로 α는 30°보다 커야 하며, 상기 < 조건 5 >는 다음과 같이 표현될 수 있다.Wherein the light (L 4), i.e. light emitted by the exit surface 22 after totally reflected twice in the total reflection surface 23 (L 4) is, the exit surface (22 after totally reflected once at the total reflection surface 23 In order to allow the light to be emitted from the light source 1 , -α <| β 2 | = | β 1 -2α | <α, the maximum value of β 1 is 90 °, > Can be expressed as:

즉, 집광렌즈(20)의 길이를 L, 집광렌즈(20)의 굴절률을 n, 집광렌즈(20)의 입사면(21)의 직경을 Φ1, 출사면(22)의 직경을 Φ2, 전반사면(23)의 경사각을 α라 할 때, 집광렌즈(20)의 입사면(21)으로 입사한 모든 빛을 전반사면(23)에 2회 이상 전반사되지 않도록 하는 집광렌즈(20)의 조건, 즉 상기 < 조건 5 >는 다음과 같이 표현할 수 있다.That is, when the length of the condensing lens 20 is L, the refractive index of the condensing lens 20 is n, the diameter of the incident surface 21 of the condensing lens 20 is? 1 , the diameter of the emitting surface 22 is? 2 , The condition of the condenser lens 20 that prevents all light incident on the incidence surface 21 of the condenser lens 20 from being totally reflected twice or more onto the total reflection surface 23 when the inclination angle of the total reflection surface 23 is? , &Lt; Condition 5 > can be expressed as follows.

< 조건 5 ><Condition 5>

Figure 112016099126312-pat00012
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이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 엘이디에서 발광하는 빛을 손실없이 광 도파로로 집광하여 광 효율을 향상시킬 수 있는 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.As described above, the present invention relates to an LED light source device for concentrating light emitted from LEDs into an optical waveguide without loss to improve light efficiency, and the embodiments can be modified into various forms something to do. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and all changes which can be made by those skilled in the art are also within the scope of the present invention.

10 : 엘이디 광원장치 12 : 엘이디 발광부
15 : 광 도파로 19 : 광 도파로 입사면
20 : 집광렌즈 21 : 집광렌즈 입사면
22 : 집광렌즈 출사면 23 : 전반사면10: LED light source device 12: LED light emitting portion
15: optical waveguide 19: optical waveguide entrance surface
20: condenser lens 21: condenser lens entrance face
22: condensing lens exit surface 23:

Claims (8)

엘이디에서 발광하는 빛을 광 도파로로 집광하는 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치에 있어서,
하우징;
상기 하우징 내부에 구비되는 엘이디 발광부;
상기 하우징 일측에 구비되어 상기 광 도파로가 결합하는 결합부; 및
상기 엘이디 발광부에서 발광하는 빛을 상기 결합부에 결합된 상기 광 도파로의 입사면으로 집광하는 집광렌즈;를 포함하고,
상기 집광렌즈는 상기 엘이디 발광부에서 발광하는 빛이 입사하는 입사면과, 상기 입사면을 통해 상기 집광렌즈 내부로 입사한 빛이 출사하는 출사면과, 상기 입사면과 상기 출사면을 연결하며 상기 집광렌즈 내부로 입사한 빛을 전반사시키는 전반사면을 포함하고,
상기 입사면의 직경은 상기 출사면의 직경보다 작고, 상기 전반사면은 소정각도 경사지며, 상기 출사면의 직경은 상기 광 도파로의 입사면의 직경보다 작으며,
상기 집광렌즈는,
상기 집광렌즈의 길이를 L, 상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 집광렌즈의 입사면의 직경을 Φ1, 상기 출사면의 직경을 Φ2, 상기 전반사면의 경사각을 α, 상기 엘이디 발광부의 발광면 크기를 ΦLED, 상기 엘이디 발광부와 상기 집광렌즈의 입사면의 사이의 거리를 d, 상기 광 도파로의 개구수를 NA라 할 때,
다음 < 조건 3 >, < 조건 4> 및 < 조건 5>를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치.
< 조건 3 >
Figure 112018017969421-pat00030

< 조건 4 >
Figure 112018017969421-pat00031

< 조건 5 >
Figure 112018017969421-pat00032
An LED light source device for condensing light emitted from an LED with an optical waveguide,
housing;
An LED light emitting unit provided inside the housing;
A coupling part provided at one side of the housing to couple the optical waveguide; And
And a condensing lens for condensing the light emitted from the LED light emitting unit to the incident surface of the optical waveguide coupled to the coupling unit,
Wherein the light converging lens includes an incident surface on which light emitted from the LED light emitting portion is incident, an exit surface through which light incident on the inside of the condensing lens exits through the incident surface, and an exit surface on which the incident surface and the exit surface are connected, And a total reflection surface that totally reflects light incident into the condensing lens,
The diameter of the incident surface is smaller than the diameter of the exit surface, the total reflection surface is inclined by a predetermined angle, the diameter of the exit surface is smaller than the diameter of the entrance surface of the optical waveguide,
The condensing lens includes:
Wherein a length of the condensing lens is L, a refractive index of the condensing lens is n, a diameter of an incident surface of the condensing lens is? 1 , a diameter of the emitting surface is? 2 , an inclination angle of the total reflection surface is? The surface size is represented by? LED , the distance between the LED light-emitting portion and the incident surface of the condensing lens is d, and the numerical aperture of the optical waveguide is NA,
The condition <3>, <condition 4> and <condition 5> are satisfied.
<Condition 3>
Figure 112018017969421-pat00030

<Condition 4>
Figure 112018017969421-pat00031

<Condition 5>
Figure 112018017969421-pat00032
 제 1 항에 있어서,
상기 집광렌즈는,
상기 집광렌즈의 출사면의 직경을 Φ2, 상기 광 도파로의 입사면의 직경을 Φ3, 상기 집광렌즈의 출사면과 상기 광 도파로의 입사면의 거리를 d1, 상기 광 도파로의 개구수를 NA라 할 때,
다음 < 조건 1>을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치.
< 조건 1 >
Φ2 ≤ Φ3 - 2d1tan(sin-1NA)The method according to claim 1,
The condensing lens includes:
Wherein a diameter of an exit surface of the condensing lens is Φ 2 , a diameter of an incident surface of the optical waveguide is Φ 3 , a distance between an exit surface of the condensing lens and an incident surface of the optical waveguide is d 1 , When NA,
And the following Condition 1 is satisfied.
<Condition 1>
Φ 2 ≤ Φ 3 - 2d 1 tan (sin -1 NA) 제 1 항에 있어서,
상기 집광렌즈는,
상기 집광렌즈의 굴절률을 n, 상기 전반사면의 경사각을 α라 할 때,
다음 < 조건 2>를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 집광용 엘이디 광원장치.
< 조건 2 >
n > 1/sin(45°+ α/2)The method according to claim 1,
The condensing lens includes:
When the refractive index of the condensing lens is n and the inclination angle of the total reflection surface is?
The following condition (2) is satisfied.
<Condition 2>
n &gt; 1 / sin (45 DEG + alpha / 2) 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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JP2013198547A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Fujifilm Corp Light source device and endoscopic system

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