KR100625525B1 - 조명을 위한 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 평면을 균일하게 조명하기 위한 광학적인 수단에 관한 것으로, 보다 자세하게는 광효율을 높이기 위하여 광원으로부터 발생되는 빛을 최대한 집속하여 적은 면적 내에 조사하기 위한 광학 장치에 관한 것이다.
본 발명의 조명을 위한 광학 장치는 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 집속된 빛으로 조명하기 위한 광학 장치에 있어서, 빛을 발생시키는 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 집속시키기 위한 집속렌즈; 상기 집속된 빛을 반사시키는 반사면; 상기 반사된 빛을 통과시켜 출력하는 광 출력부위 및 상기 집속렌즈, 반사면 및 광 출력부위의 일체형 기구물로 구성되고, 상기 광원이 집속렌즈 근처에 부착되어 밀봉되며 상기 광원에 전기를 공급하기 위한 전원 연결 단자가 외부로 돌출된 것에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 조명을 위한 광학 장치는 일체형의 광원 패키지를 이용한 평행광을 이용하여 빛의 진행방향과 예각으로 배치된 평면에 빛을 조사하여 균일한 광량을 낼 수 있는 장점이 있고, 물체 표면의 작은 요철에 의하여 큰 그림자가 생기도록 하여 요철을 발견하기 쉬운 효과가 있다.
광, 평행광, 조명

Description

조명을 위한 광학 장치{Optical device for lighting}
도 1은 종래 사용되는 광학식 영상 취득장치의 기본 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 균일하게 조명하기 위한 광학 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 균일하게 조명하기 위한 광학 장치를 이용하여 구성한 광학식 영상취득 장치의 영상 취득 부분을 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100. 광원 110. 집속렌즈
120. 반사면 130. 광 출력부위
140. 광학재질 150. 일체형 기구물
160. 피조사면 170. 결상렌즈
180. 영상센서 190. 전원 연결단자
본 발명은 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 평면을 균일하게 조명하기 위한 광학적인 수단에 관한 것으로, 보다 자세하게는 광효율을 높이기 위하여 광원으로부터 발생되는 빛을 최대한 집속하여 적은 면적 내에 조사하기 위한 광학 장치에 관한 것이다.
일반적인 LED(Light-Emitting Diode, 이하 LED)의 경우 그 용도는 지시용, 조명용 등의 범용적인 목적으로 사용하는데, 보통의 경우 발광체에 해당하는 반도체 소자의 LED는 보호 및 발광된 빛을 용도에 맞도록 집속하거나 퍼뜨리기 위한 광학구조를 투명 수지를 이용하여 제작하여 수지에 감싸인 발광체로부터 나오는 빛을 적절히 분산 또는 집속하는 구조를 가진다.
도 1은 종래 사용되는 광학식 영상 취득장치의 기본 구조도이다. 도 1을 살펴보면, 발광소자(10)에서 발생한 빛은 물체의 면을 비추고 물체에서 반사된 빛은 결상용의 렌즈(20)에 의하여 영상센서(30)에 결상된다.
최근에 많이 사용하는 광학식 영상 취득장치는 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 이하 CMOS) 이미지센서(Image Sensor)로 구성된 2차원 광센서 어레이를 가지고 있으며 이에 광학장치를 부가하여 영상 취득장치가 움직이는 표면의 영상을 취득한다. 영상 취득장치가 움직이지 않는 경우에는 취득된 영상이 변화하지 않지만 영상 취득장치가 움직이는 경우에는 취득된 영상이 변화하게 된다. 상기 취득된 영상의 변화를 이용하여 영상 취득장치의 이동량을 계산하기 위하여서는 이때 영상으로부터 움직임의 정도를 파악할 수 있는 움직임 추정 방식을 사용한다. 영상 취득장치가 움직이는 표면의 조명을 위하여 LED를 광원으로 주로 사용하고 있으며 결상을 위한 광학계로는 볼록렌즈 또는 이와 유사한 성질을 지니는 비구면 렌즈를 사용한다.
대한민국 공개특허 제03-0048254호의 광 센서, 광 렌즈 및 발광 장치부가 일체형으로 구비된 일체형 패키지와 이를 포함하는 광 마우스를 살펴보면, 발광 장치부, 광 렌즈, 광 가이드 및 광 센서가 일체형으로 구비된 일체형 광 마우스를 소개하고 있으나, 조사 광량이 조사면에서 균일하고 평행광에 가깝게 설계되지 않았다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED와 같은 광원을 이용하여 경사진 일정한 평면을 조사함에 있어서 조사 광량이 조사면 내에서 균일하며 평행광에 가깝도록 설계된 광학장치의 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 균일하게 조명하기 위한 광학 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 집속된 빛으로 조명하기 위한 광학 장치에 있어서, 빛을 발생시키는 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 집속시키기 위한 집속렌즈; 상기 집속된 빛을 반사시키는 반사면; 상기 반사된 빛을 통과시켜 출력하는 광 출력부위 및 상기 집속렌즈, 반사면 및 광 출력부위의 일체형 기구물로 구성되고, 상기 광원이 집속렌즈 근처에 부착되어 밀봉되며 상기 광원에 전기를 공급하기 위한 전원 연결 단자가 외부로 돌출된 것을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 균일하게 조명하기 위한 광학 장치를 나타내는 구성도이다. 도 2를 살펴보면, 광원(100)은 전체적인 광학구조에 비하여 상대적으로 크기가 작다. 집속렌즈(110)는 상기 광원(100)에서 발생된 빛을 집속하여 반사면(120)으로 집속하고, 반사면(120)은 광학재질의 굴절율에 따라 전반사면 또는 반사막을 입힌 거울면으로서, 입사한 빛을 반사한다. 광 출력부위(130)는 평면 또는 오목렌즈의 형상을 가져 상기 입사된 빛이 평행광으로 바뀌는 출구이고, 광학재질(140)은 상기 집속렌즈(110), 반사면(120) 및 광 출력부위(130)와 연결되어 있다. 상기 광원(100)은 집속렌즈(110) 근처에 부착되어 밀봉되어 있고, 상기 광원(100)에 전기를 공급하기 위한 전원 연결단자(190)가 외부로 돌출되어 구성되어 있다.
상기 광원(100)이 집속렌즈(110)의 초점 부근에 위치하는 경우에 광원(100)으로부터 발산된 빛은 집속렌즈(110)에 의하여 집속되고 반사면(120)에 도달하여 다시 반사가 된다. 상기 반사된 빛은 광 출력부위(130)를 통하여 출력되고, 피조사면(160)을 비추게 된다. 상기 구조는 피조사되는 면이 소정의 크기를 가지고 상기 소정의 크기는 1제곱 밀리미터 이상이고 100제곱 밀리미터 이하이다.
또한, 빛을 평행광에 가깝게 형성함으로써 거리에 따른 빛의 세기 변화가 적어 상기 피조사면(160) 내에서 비교적 균일한 조도를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 광원(100)으로부터 발산되는 빛의 주 진행방향과 출력되는 빛의 주 진행방향이 서로 다르다.
상기 피조사면(160)과 출력된 빛의 진행방향을 작은 각으로 함으로써, 피조사면(160) 위에 위치한 물체의 약간의 요철에 의하여 큰 그림자가 생겨 상기 피조사면(160)에 위치한 물체의 광학적인 감별이 쉬워진다. 일체형 기구물(150)은 광원(100)과 광학물(110 ~ 140)을 고정하고 출력부위를 제외한 부분에 외부의 빛이 유입되거나 내부의 빛이 유출되지 않도록 차단하는 기구물로서, 광학적인 차폐물 또는 유사한 기능을 가지도록 설계된 기구물과 같이 일체형으로 구성되며 인쇄회로기판이나 유사한 목표의 회로물과 결합할 수 있다.
일례로, 상기와 같은 구조를 가진 광원은 광학식 마우스의 조명장치로 사용되고, 상기 장치는 광학식 마우스 기능을 내장한 휴대형 단말기기(휴대폰, PAD 등)에도 사용이 가능하다. 상기 광원은 LED, 레이저 다이오드(Laser Diode), 유기 EL 등을 사용하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 균일하게 조명하기 위한 광학 장치를 이용하여 구성한 광학식 영상취득 장치의 영상 취득 부분을 나타내는 구성도이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 결상렌즈(170)는 피조사면(160)의 영상을 영상센서(180)에 결상하기 위한 것이다. 상기 결상렌즈(170)는 광원(100)으로부터 발생된 빛을 구면 또는 비구면 렌즈(110)로 집속한 후 반사면(120)을 통하여 반사시킨 후, 출력부위(130)로부터 출력된 평행한 빛에 의한 피조사면(160)의 영상 결상을 위한 것이다. 상기 결상렌즈는 볼록렌즈 또는 비구면렌즈임이 바람직하다.
본 발명에서 조명을 위한 광학물(110 ~ 140)과 결상을 위한 광학물(170)은 서로 다른 부품으로 성형을 하거나 한 개의 부품으로 성형을 할 수 있다. 이를 위해 조명을 위한 광학물(110 ~ 140)과 결상렌즈(170)를 한 개의 광학부품으로 성형하기 위해 PCB 인쇄회로기판 또는 유사한 기능을 가지는 회로물을 내장하여 단일한 형태의 부품으로 탑재할 수 있게 설계한다.
따라서, 본 발명은 광효율을 높이기 위하여 광원으로부터 발생되는 빛을 최대한 집속하여 적은 면적 내에 조사하기 위한 것이며, 빛의 진행방향과 예각으로 배치된 평면에 빛을 조사하여 조사된 면 내에서 균일한 광량을 내기 위한 것이다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 조명을 위한 광학 장치는 일체형의 광원 패키지를 이용한 평행광을 이용하여 빛의 진행방향과 예각으로 배치된 평면에 빛을 조사하여 균일한 광량을 낼 수 있는 장점이 있고, 물체 표면의 작은 요철에 의하여 큰 그림자가 생기도록 하여 요철을 발견하기 쉬운 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 광원에서 발생되는 빛을 조작하여 빛의 진행방향과 수직이 아닌 작은 평면을 집속된 빛으로 조명하기 위한 광학 장치에 있어서,
    빛을 발생시키는 광원;
    상기 광원으로부터의 빛을 집속시키기 위한 집속렌즈;
    상기 집속된 빛을 반사시키는 반사면;
    상기 반사된 빛을 통과시켜 출력하는 광 출력부위; 및
    외부로 돌출되어 상기 광원에 전기를 공급하기 위한 전원 연결단자
    를 포함하고,
    상기 집속렌즈, 반사면 및 광 출력부위의 일체형 기구물로 구성되고, 상기 광원이 집속렌즈 근처에 부착되어 밀봉되는 것을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 출력부위에서 출력된 빛이 조사되는 면을 가지며 이 면에 위치한 물체의 영상을 취득하여 결상하기 위한 결상렌즈를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광원, 집속렌즈, 반사면, 광 출력부위 및 결상렌즈가 일체형 구조물 형태임을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 결상렌즈는 볼록렌즈 또는 비구면렌즈임을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 결상렌즈로부터의 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 LED, 레이저 다이오드 및 유기 EL 중 어느 하나임을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 발산되는 빛의 주 진행방향과 출력되는 빛의 주 진행방향이 서로 다름을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 반사면은 전반사면 혹은 거울면임을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 광 출력부위는 평면 또는 오목렌즈 구조임을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 일체형 기구물은 출력부위를 제외한 부분에 외부 빛의 유입 및 내부 빛의 유출을 막는 것을 특징으로 하는 조명을 위한 광학 장치.
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