KR100311861B1 - 평행광변환용렌즈구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평행광 변환용 렌즈구조에 관한 것이다. 본 발명은 평행광(107) 변환용 렌즈구조에 있어서, 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중 측방향 영역의 광선을 상기 비구면렌즈(103)에 도달하기까지 소정의 반사 벡터로 만들어주는 타원포물경(101)과, 상기 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중에 후 방향 영역의 광선을 상기 비구면렌즈(103)로 향하도록 유도하는 소정의 반사 벡터를 만들어주는 원호반사경(104)과, 상기 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중에 전 방향 영역의 광선을 소정의 굴절률로 유도하여 평행광선(107)을 형성하고, 상기 타원포물경(101)과 원호반사경(104)에 의해 전면으로 향하는 반사 벡터를 평행광선(107)으로 형성하는 비구면렌즈(103)를 포함한다. 이에 따라, 피조명물에 대한 빛의 집중력을 요하는 자동차의 헤드라이트나 써치라이트 등에 사용되어 빛의 확산이나 산란작용없이 효율적으로 빛을 사용하는 효과가 있다.

[색인어]

비구면렌즈

Description

평행광 변환용 렌즈구조(structure fo lens for conversion of parallel light)

본 발명은 평행과 변환용 렌즈구조에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 점광원의 방사형 광선을 평행광(107)으로 변환시키는 렌즈구조에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 렌즈는 도 3과 같이 포물경(1)의 내부에 광원(2)을 설치하여 발생하는 빛을 소정의 방향으로 변환시키는 방법과, 도 4에서와 같이 비구면렌즈(3)의 후면에 광원(2)을 위치시킨 후에 광원(2)을 중심으로 하여 반사경(4)을 배치하는 방법과, 도 5에서와 같이 포물경(1)의 내부에 비구면렌즈(3)를 결합한 뒤에 상기 비구면렌즈(3)의 후면에 광원(2)을 위치시키는 방법을 사용하여 왔다.

상기와 같은 종래의 기술의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첫째로, 포물경(1)을 이용한 종래의 기술작용은 도 3에서와 같아.

포물경(1) 내부에 마련된 광원(2)에서 빛이 방사형으로 발산하게 되면 반사면(5)에 반사된 및이 평행광(7)으로 변환되어 좌측으로 평행하게 나아간다.

그리고, 상기 포물경(1)의 반사면(5)에 반사되지 않는 A각도 범위내의 광선은 도 3에 도시된 바와 같이, 평행하게 반사벡터가 작용하지 않는다.

따라서, 상기 포물경(1)만을 이용한 종래의 렌즈는 광원(2)에서 발생되는 전체 및의 양에서 A각도 범위에서 포함되는 빛의 양을 뺀 나머지는 사용할 수 없으므로 피조명체에 대한 및의 집중력이 떨어지고 그 광선은 멀리 나아가지 못한다.

둘째로, 비구면렌즈(3)와 구반사경(4)을 이용한 종래의 기술 작용은 도4에서와 같다.

광원(2)에서 전면으로 발산되는 빛은 광원(2)의 전면에 위치된 비구면렌즈(3)를 통과함으로 인해서 굴절작용에 의해 소정의 방향으로 평행하게 나아간다. 하지만 비구면렌즈(3)의 평면(8)을 통과하는 광선은 그대로 투과되어 일정한 벡터로 나아간다.

그리고, 상기 광원(2)에서 후면으로 발생되는 빛은 구반사경(4)의 원호 중심점에 광원(2)이 위치하고 있기 때문에 광원(2)에서 반사면(5)에서 이르는 입사각과 반사각이 동일하게 되어 반사면(5)에서 반사되는 빛은 광원(2)으로 향하게 되어 결국은 비구면렌즈(3)의 렌즈반구면(6)을 통과됨과 동시에 굴절되어 도 4와 같이 좌측으로 평행하게 나아간다.

하지만, 상기 비구면렌즈(3)와 구반사경(4)을 이용한 렌즈도 도 4에 도시한 B각의 범위 내로 통과하게 되는 광선은 효율적으로 사용하지 못하고 흩어지고 만다.또한 광선의 광도(candelpower)도 낮아져서 피조명체에 밝은 조명을 제공하지 못하는 문제점이 있다.

셋째로 포물경(1)의 내부에 비구면렌즈(3)를 결합한 뒤에 상기 비구면렌즈(3)의 후면에 광원을 위치시키는 방법을 이용한 종래기술은 도 5에 도시된 바와 같다.

포물경(1)의 내측에 비구면렌즈(3)를 결합하고 그 후면에 광원(2)을 위치시켜 광원(2)에서 방사형으로 발산하는 광선 중에 상기 도 3의 종래기술에 도시된 A각의 범위 내에 포함되는 광선은 비구면렌즈(3)의 렌즈반구면(6)을 통과하여 도 5와 같이 빛을 굴절시켜 평행광선으로 변환한다.

그리고, 상기 비구면렌즈(3)의 평면(8)을 통과하는 굴절되지 않은 광선은 포물경(1)의 반사경(4)에 반사되고 평행광선(7)으로 변환되어 일정한 방향으로 진행하게 된다. 또한, 상기 도 4에 종래기술의 B각 범위 내에 포함되는 광선은 도 5에 포물경(1)의 반사면(5)에 반사되어 평행광선(7)으로 변환되게 된다.

따라서, 상기 포물경(1)만을 사용하였을 경우에 평행광선(7)으로 변환하지 못하는 A각 범위 내의 광선의 양과 비구면렌즈(3)와 구반사경(4)을 사용하였을 경우에 평행광선(7)으로 변환되지 못하는 B각 범위 내의 광선의 양을 평행광선(7)으로 변환하여 집결시킴으로써 상기 첫째, 둘째의 종래기술보다 광도(candlepower)와 피조명체에 밝은 조명을 제공하지 못하는 문제점을 한 걸음 개선하다.

하지만, 상기 광원(2)에서 후면으로 발생되는 광선 중에 D각의 범위로 향하는 벡터광선은 반사면(5)에서 반사될 때 평행광선(7)으로 변환되어 렌즈의 원호면(6)을 통과하는 광선은 평행광으로 굴절하게 되므로 도 5에서 도시한 바와 같이 비구면렌즈(3) 전방의 초점에 수렴되었다가 발산하여 사라지게 되므로 상기 광원(2)의 방사형의 광선을 효율적으로 사용할 수가 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 광원의 광선으로부터 발생하는 빛에너지를 감쇠시키지 않고 빛의 집중력을 요하는 용도에 적용하여 피조명체를 보다 명료하게 비추도록하는 평행광 변환용 렌즈구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 평행광(107) 변환용 렌즈구조에 있어서, 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중 측방향 영역의 광선을 상기 비구면렌즈(103)에 도달하기까지 소정의 반사 벡터로 만들어주는 타원포물경(101)과, 상기 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중에 후 방향 영역의 광선을 상기 비구면렌즈(103)로 향하도록 유도하는 소정의 반사 벡터를 만들어주는 원호반사경(104)과, 상기 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중에 전 방향 영역의 광선을 소정의 굴절률로 유도하여 평행광선(107)을 형성하고, 상기 타원포물경(101)과 원호반사경(104)에 의해 전면으로 향하는 반사 벡터를 평행광선(107)으로 형성하는 비구면렌즈(103)에 의해 달성된다.

또한, 상기 원호반사경(104)은 일정한 원주반경을 갖는 반구형상으로 형성되어 있으며 상기 반구의 중심점에 상기 점광원(102)이 배치되어 있는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 의한 렌즈구조를 도시한 분해사시도이고,

도 2는 본 발명에 의한 렌즈구조에서 반사, 굴정되는 광선의 경로를 도시한 단면도이고,

도 3은 종래 기술의 타원포물경 렌즈구조에서 반사되는 광선의 경로를 도시한 단면도이고,

도 4는 종래 기술의 비구면렌즈와 구반사경 렌즈구조에서 굴절, 반사되는 광선의 경로를 도시한 단면도이고,

도 5는 종래 기술의 비구면렌즈와 타원포물경 렌즈구조에서 굴절, 반사되는 광선의 경로를 도시한 단면도이다.

* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명

101; 타원포물경 102; 점광원

103; 비구면렌즈 104; 원호반사경

105; 반사면 106; 굴절렌즈면

107; 평행광 108; 비굴절렌즈면

111; 나사

이하, 첨부된 도면을 첨조하여 본 발명에 따른 평행광(107) 변환용 렌즈구조를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 의한 렌즈구조를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 렌즈구조에서 반사, 굴절되는 광선의 경로를 도시한 단면도이다.

본 평행광(107) 변환용 렌즈구조의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 전체적으로 좌측에서부터 비구면렌즈(103)와 타원포물경(101), 원호반사경(104)으로 구성된다.

우선, 좌측에 위치한 비구면렌즈(103)는 본체 내에서 직진 또는 반사되는 빛을 평행하게 나가도록 하는 역할을 하는데, 전체적으로 원형이며, 이는 굴절렌즈면(106)과 비굴절렌즈면(108)으로 나뉜다.

상기 굴절렌즈면(106)은 비구면렌즈(103)의 중앙부에 형성되어 돔형상을 가지며, 렌즈휨(lens bending)상태로 형성된다. 또한 비구면렌즈(103)의 비굴절렌즈면(108)은 굴절렌즈면(106)의 측면에 형성되고, 일정한 두께의 평면으로 형성된다.

상기 비구면렌즈(103)는 측면에 나사(111)가 삽입되는 다수개의 홈이 형성된다. 상기 다수개의 홈은 타원포물경(101)의 측면에 관통되게 형성된 다수개의 홈과 동일한 위치에서 다수개의 나사(111)에 의해 일체로 결합되게 된다.

상기 타원포물경(101)은 도 1에 도시된 바와 같이, 비구면렌즈(103)의 우측편에 위치하고 있다. 상기 타원포물경(101)의 좌측은 비교적 큰 원주면을 가지고, 그 우측은 비교적 작은 원주면을 갖는다. 또한 타원포물경(101)의 측면 연부일주면은 약간의 볼륨을 가지게 포물형으로 형성되며, 타원포물경(101) 측면 연부일주면의 내부는 조도가 높은 반사면(105)으로 형성된다.

그리고, 타원포물경(101)의 좌측에 위치한 비교적 큰 원주면은 비구면렌즈가 삽입되는 통로이며, 상기 타원포물경(101)의 우측에는 비교적 작은 원주면을 가지게 되는데, 이 면에 원호반사경(104)이 설치되게 된다.

상기 원호반사경(104)은 내면이 빛을 반사시키는 반사면(105)으로 형성되고, 타원포물경(101)의 작은 원주면과 동일한 크기의 원주면으로 접합된다. 상기 원호반사경(104)의 가장자리와 타원포물경(101)의 가장자리의 접합은 접합체를 통해 조합되게 한다.또한 상기 원호반사경(104)의 중심점은 점광원(102)이 되며, 상기 점광원(102)은 타원포물경(101)에 내포된다. 그리고 상기 타원포물경(101)과 원호반사경(104)의 크기에 따라 비구면렌즈(103)의 크기조절이 가능하다. 상기 점광원(102)는 방전관 또는 꼬마전구로 한다.

본 발명에 의한 평행광 변환용 렌즈구조의 동작은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 타원포물경(101)의 내부에 점광원(102)을 위치시켜 상기 점광원(102)을 원호반사경(104)의 중심점으로 결정한다. 상기 도 2에서 좌측면은 빛이 외부로 나아가는 전면이라 하고, 우측면은 후면이라 한다.

상기 점광원(102)은 360도 방사형으로 광산을 발산한다. 이때, 상기 후면으로 발산된 광선은 원호반사경(104)의 내면에 위치한 반사면(105)에 의해 벡터반사가 이루어지며, 상기 반사면(105)에 의해 반사된 광선은 전면으로 향한다. 또한, 측면으로 발산된 광선은 타원포물경(101)의 내면에 위치한 반사면(105)에 의해 벡터반사가 이루어지며, 상기 타원포물경(101)의 내면에 위치한 반사면(105)에 의해 반사된 광선은 타원포물경(101)의 연부측면의 굴곡에 따라 반사각이 제각기 달라진다.

상기 타원포물경(101)의 내면에 위치한 반사면(105)에 의해 반사된 광선은 전체적으로 후면, 전면 등으로 향하게 되는데, 상기 후면으로 향하는 반사각은 상기 타원포물경(101)과 일체로 접합된 원호반사경(104)의 반사경에 의해 광선을 전면으로 반사하게 된다. 후면으로 향하던 광선이 상기 원호반사경에 의해 전면으로 벡터반사된 광선과, 측면으로 향하던 광선이 상기 타원포물경에 의해 후면 또는 전면으로 향하게된 광선이 다시 원호반사경에 의해 후면의 광선을 전면으로 보내게 되며, 상기 전면으로 향하는 광선은 비구면렌즈(103)에 의해 응집되게 된다.

더욱 상세하게는, 상기 타원포물경(101)과 원호반사경(104)는 일체로 접합되어 있다. 상기 타원포물경(101)과 원호반사경(104)의 일체로 접합된 내부는 완전히 밀폐된 반사면(105)으로 이루어져 있다. 점광원(102)에서 방사형으로 발산되는 광선은 밀폐된 타원포물경(101)과 원호반사경(104) 반사면(105)에 의해 빛의 낭비없이 결국 광선의 최종도달 지점인 전면의 비구면렌즈(103)로 향하게 된다.

상기 비구면렌즈(103)는 굴절렌즈면(106)과 비굴절렌즈면(108)으로 구성되는데, 상기 굴절렌즈면(106)은 밀폐된 타원포물경(101)과 원호반사경(104) 반사면(105)에서 반사된 광선을 굴절시켜 평행광으로 만들어주며, 상기 비굴절렌즈면(108)은 별다른 굴절반응은 일으키지 않고, 밀폐된 타원포물경(101)과 원호반사경(104) 반사면(105)에서 반사된 광선을 전면 외부로 그대로 나아가게 하는 역할을 한다.

본 발명은 타원포물경과 원호반사경의 접합구성에 의한 반사작용으로 빛의 낭비가 없이 효율적으로 피조명체에 빛의 응집이 가능하며, 비구면렌즈의 굴절부를 통해서 응집된 빛을 확실하게 평행광으로 변환시키는 효과가 있다. 아울러, 자동차의 헤드라이트나 써치라이트 등에 사용함에 있어서 렌즈구성의 크기조절에 따라 피조명체 크기에 관계없이 확실한 빛의 집중력이 있고, 피조명체로 향하는 빛이 주변의 환경에 영향을 끼치지 않는 광공해 방지의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 평행광(107) 변환용 렌즈구조에 있어서; 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중 측방향 영역의 광선을 상기 비구면렌즈(103)에 도달하기까지 소정의 반사 베터로 만들어주는 타원포물경(101)과, 상기 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중에 후 방향 영역의 광선을 상기 비구면렌즈(103)로 향하도록 유도하는 소정의 반사 벡터를 만들어주는 원호반사경(104)과, 상기 점광원(102)에서 방사형으로 방출되는 광선 중에 전 방향 영역의 광선을 소정의 굴절률로 유도하여 평행광선(107)을 형성하고, 상기 타원포물경(101)과 원호반사경(104)에 의해 전면으로 향하는 반사 벡터를 평행광선(107)으로 형성하는 비구면렌즈(103)를 포함하는 것을 특징으로 하는 평행광(107) 변환용 렌즈구조.
2. 제1항에 있어서; 상기 원호반사경(104)은, 일정한 원주반경을 갖는 반구형상으로 형성되어 있으며 상기 반구의 중심점에 상기 점광원(102)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 평행광(107) 변환용 렌즈구조.