KR100902044B1 - 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LED(Light Emitting Diode)를 사용하는 카메라 플래시에 있어서, 전반사와 굴절을 복합적으로 이용할 수 있도록, LED의 집광에 사용되는 전반사부 및 광학 렌즈를 설계하여 LED에서 발산된 광이 유효 화면 내로 입사하는 광 효율을 향상시킨 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 카메라 플래시의 광원으로 사용되는 광을 발산하는 발광부; 및 상기 발광부의 측면부에 형성되며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 전반사시켜 피사체 방향으로 발산되도록 하는 전반사부; 를 포함한다.

본 발명에 따르면, LED를 사용한 카메라 플래시의 광 효율을 80% 내지 90% 이상까지 향상시킬 수 있으며, LED와 광학 렌즈 사이의 공간으로 손실되는 광으로 인한 기구적인 빛샘 현상을 최소화하여 카메라 외관의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

카메라 플래시, LED, 전반사, 광학 렌즈, 광 효율

Description

전반사를 이용한 카메라 플래시 장치 {Device for Providing Camera Flash using Total Reflection}

본 발명은 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LED(Light Emitting Diode)를 사용하는 카메라 플래시에 있어서, 전반사와 굴절을 복합적으로 이용할 수 있도록, LED의 집광에 사용되는 전반사부 및 광학 렌즈를 설계하여 LED에서 발산된 광이 유효 화면 내로 입사하는 광 효율을 향상시킨 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 카메라에서 사용되는 촬영 광학계의 화각은 약 60도 수준이며, LED를 적용한 플래시의 방사각은 약 110도~120도로서, 촬영 광학계의 화각 영역에 플래시의 섬광을 효율적으로 발산하는 것이 불가능하다. 이는 플래시 방사광의 불필요한 소모를 의미하며, 에너지 효율의 저하를 야기하는 문제점이 있다.

또한, 모바일 카메라폰의 플래시도 주로 LED를 광원으로 사용하게 되는데, 패키징된 LED 모듈의 방사각은 실제 영상 촬영에 필요한 방사각보다 매우 크다. 이는 광 효율의 감소로 이어지며, 카메라폰 플래시에서 요구하는 밝기를 제공하기 위해서는 LED를 고전류로 작동시키거나 하나의 LED 모듈에 포함되는 LED의 개수를 증 가시켜야 한다.

그러나, LED를 고전류로 작동시키게 되면 LED의 신뢰성을 확보할 수 없으며, LED의 개수를 증가시키는 방법은 패키징 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.

상술한 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 방법 중의 하나로서, 플래시 광의 방사각을 줄일 수 있는 광학 렌즈를 사용하는 방법이 있다. 광학 렌즈에 의하여 플래시 광의 방사각을 약 60도로 줄여서 광 효율을 향상시키는 장점이 있다.

그러나, 최근의 카메라폰 경박화 추세에 따라 LED 플래시 모듈 역시 경박화되면서, 광학 렌즈의 효율 저하라는 문제점이 대두되었다.

또한, 기존의 광학 렌즈는 평면형으로 설계되어, LED와 광학 렌즈 사이의 공간에서 측면광 손실이 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 측면광 손실과 더불어 최소한의 광 효율을 확보하기 위해, LED와 광학 렌즈 사이의 거리를 일정 거리 이상으로 설계해야 한다.

그러나, LED와 광학 렌즈 사이의 간격을 늘리게 되면, 광 손실을 최소화하기 위하여 광학 렌즈를 확대시켜야 하므로 카메라폰의 소형화 추세에 역행하고, 카메라폰의 설계가 복잡해지는 문제점이 있었다.

도 1a 내지 도 1c 에 기존의 LED 카메라 플래시 장치를 나타내었는데, LED에서 발산되는 광은 대부분 균등 확산(Lambertian)의 형태로 발산되므로 실제로 광학 렌즈로 입사되는 유효 광은 매우 적다. 시스템에 따라서 차이는 있으나, 광 효율은 40%~70% 수준이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 LED와 광학 렌즈의 배치 또는 광학 렌즈의 형태로 인한 광 효율 저하를 개선하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광학 렌즈의 측면부에 전반사부를 형성하여, LED에서 발광되는 대부분의 빛을 전반사부의 전반사 및 광학 렌즈의 굴절을 통해 유효 화각 내로 입사시켜 광효율을 극대화하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광 효율을 극대화하면서도 플래시가 실장되는 카메라의 박형화에 대응 가능하도록 소형화한 플래시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치에 관한 것으로서, 카메라 플래시의 광원으로 사용되는 광을 발산하는 발광부; 및 상기 발광부의 측면부에 형성되며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 전반사시켜 피사체 방향으로 발산되도록 하는 전반사부; 를 포함한다.

여기서, 상기 발광부가 발산하는 광은 LED 플래시, 크세논 플래시(Xenon Flash) 또는 스트로보 플래시(Strobo Flash) 중 어느 하나에 의한 광인 것을 특징 으로 한다.

또한, 상기 발광부가 형성된 면에서 상기 전반사부로 둘러싸인 부분의 면적은 상기 발광부의 면적과 같거나 더 넓은 면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 전반사부의 외측면은 상기 발광부의 각 측면으로부터 피사체 방향으로 일정한 경사각을 가지도록 평면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 구체적으로, 상기 전반사부의 외측면은 상기 발광부의 각 측면으로부터 피사체 방향으로 곡면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 발광부에 의하여 발산된 광 또는 상기 전반사부에 의하여 전반사된 광을 피사체 방향으로 발산하는 광학 렌즈; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광학 렌즈는 원형 또는 다각형의 형상인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 광학 렌즈는 볼록 렌즈인 것을 특징으로 한다.

또한 구체적으로, 상기 광학 렌즈는 프레넬(Fresnel) 렌즈인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 발광부에서 발산되는 광을 백색화하는 백색화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 백색화부는 형광체와 경화성 수지가 혼합된 형태로 패키징되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, LED를 사용한 카메라 플래시의 광 효율을 80% 내지 90% 이상까지 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 유효 배광각 내의 집광 효율을 1.5배 이상 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, LED와 광학 렌즈 사이의 공간으로 손실되는 광으로 인한 기구적인 빛샘 현상을 최소화하여 카메라 외관의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 광 효율을 극대화하면서도 카메라 플래시를 소형화하는 효과가 있다.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대하여는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음을 유의하여야 할 것이다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치의 구성에 관하여 도 2 내지 도 6b 를 참조하여 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 플래시 장치의 구성도이며, 도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 플래시 장치의 구성도이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전반사 광의 진행 방향에 관한 참고도이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전반사 광의 모식도이고, 도 6a 내지 도 6b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 플래시 장치의 예시도이다.

상기 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치는 카메라 본체(10), LED 발광부(20), 광학 렌즈 및 전반사부(40)를 포함한다.

상기 카메라 본체(10)는 본 발명에 따른 플래시 장치가 장착되거나 실장되는 카메라의 본체이다.

본 실시예에서, 상기 카메라는 모바일 카메라폰으로 설정하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며 디지털 카메라 등의 다른 촬상 장치로도 구현될 수 있음은 물론이다.

다음으로, 상기 LED 발광부(20)는 본 실시예에 따른 카메라 플래시의 광원으로 사용되는 LED 광을 발산한다.

도 2 를 참조하면, 상기 LED 발광부(20)의 하단은 카메라 본체(10) 상에 상기 전반사부(40)와 동일한 선 상에 형성되어 있으나, 광 효율의 향상 등을 위하여, 상기 카메라 본체(10) 내부 방향으로 이동시켜 형성할 수도 있다. 그러한 경우, 상기 카메라 본체(10) 내부 방향으로 0.3 mm 이상 이동시켜 형성하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 카메라 플래시는 LED 플래시로 설정하였으나 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되지는 아니하며, 크세논 플래시(Xenon Flash) 또는 스트로보 플래시(Strobo Flash)와 같은 일렉트로닉 플래시(Electronic Flash) 등으로도 구현될 수 있음은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

다음으로, 상기 광학 렌즈는 상기 LED 발광부(20)로부터 일정 거리가 떨어진 위치에 배치되며, 상기 LED 발광부(20)에 의하여 발산된 LED 광 또는 상기 전반사부(40)에 의하여 전반사된 LED 광을 피사체 방향으로 발산한다.

상기 광학 렌즈는 광의 굴절 또는 반사를 일으키는 광학 특성을 가지며, 광학적으로 투명하게 제조될 수 있고, 원형, 사각형 또는 원통형 등의 형상으로 구현될 수 있다.

상기 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 광학 렌즈는 그 일면(내측면)은 곡면으로 이루어진 볼록 렌즈 형상으로, 반대면(외측면)은 평면 형상의 렌즈(30)로 형성될 수 있다.

다만, 상기 광학 렌즈의 형상은 설계 사양 등에 따라서, 그 일면 또는 양면이 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있는 것이므로, 본 발명의 기술적 사상이 도시된 형상에 한정되지 아니한다.

상기 도 3 을 참조하면, 상기 광학 렌즈는 프레넬(Fresnel) 렌즈(31)로도 구현될 수 있다.

구면 또는 비구면으로 형성된 광학 렌즈의 경우, 외부에서 사용자들이 상기 LED 발광부(20)를 용이하게 인식할 수도 있으므로, 상기 프레넬 렌즈(31)를 사용하는 것이 미관상 바람직하다.

프레넬 렌즈(31)는 여러 개의 층상 형태를 가지는 렌즈로서, 가공할 때 필요한 부분만을 남겨놓고 내부의 불필요한 부분을 깎아 제거하여도 문제가 발생하지 않으며, 기준 축을 중심으로 각각의 조각들을 연결하여 제조하여도 볼록 렌즈와 같은 기능을 수행할 수 있다. 또한, 볼록 렌즈는 가운데 부분을 두껍게 제조하여야 하지만, 프레넬 렌즈는 평평하게 슬림화된 사이즈로 제조하여 경박화 카메라폰 설계에 있어서 유리하다.

또한, 상기 광학 렌즈는 플라이 아이(Flyeye) 형상의 렌즈(도면에는 미도시됨)로도 구현될 수 있다.

아울러, 본 발명은 제품에 요구되는 성능 또는 제품 디자인의 변경 등에 따라서, 상기 광학 렌즈가 제거된 상태로도 구현될 수 있음은 당연하다.

마지막으로, 상기 전반사부(40)는 상기 LED 발광부(20)에 의하여 발산된 LED 광 중에서, 상기 광학 렌즈로 직접 입사되지 않는 광을 전반사시켜 상기 광학 렌즈로 광의 진로를 변경함으로써, 상기 광학 렌즈를 통하여 피사체 방향으로 발산하도록 한다.

전반사란, 반사율이 100%인 반사로서, 광학적으로 밀한 매질에서 소한 매질로 광이 진행할 때 임계각보다 큰 각으로 광이 입사하면 발생한다.

본 발명에 따른 카메라 플래시의 성능(방사각 등)은 상기 전반사부(40)의 소 재 또는 적절한 전반사 각도의 설정 등에 따라서 영향을 받게 되는데, 전반사 각도는 상기 전반사부(40)의 소재에 따른 임계각을 고려하여 결정될 수 있다.

또한, 상기 전반사부(40)는 제조시 금형 제작의 용이성 등을 고려하여, 도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 일체형으로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 도 4 에 나타낸 바와 같이, 상기 LED 발광부(20)에 의해 발산되는 광은 크게 두 가지의 광학적 경로를 경험하게 된다.

첫째, 상기 LED 발광부(20)에 의해 발산되는 광이 상기 광학 렌즈로 직접 입사하는 경우, 상기 광학 렌즈의 렌즈면에서 굴절하여 외부(피사체 방향)로 발산한다(도 4 의 a).

둘째, 상기 LED 발광부(20)에 의해 발산되는 광이 상기 광학 렌즈로 입사하지 않고, 상기 전반사부(40)로 입사하는 경우, 상기 전반사부(40)의 외측 반사면에서 전반사되어 상기 광학 렌즈로 진행하고, 상기 광학 렌즈의 렌즈면에서 굴절하여 외부(피사체 방향)로 발산한다(도 4 의 b,c).

참고적으로, 상기 도 4 에 도시된 바와 같이, 광학 렌즈의 볼록한 면은 상기 전반사부(40)의 외부에 구현될 수도 있다.

상기 도 5 에, 상기 LED 발광부(20)에 의해 발산되는 광의 진행 경로를 모식적으로 나타내었다. 도 5 에서, 상기 LED 발광부(20)에 의해 발산되는 광이 상기 LED 발광부(20)와 상기 광학 렌즈 사이의 공간으로 진행하더라도, 상기 전반사부(40)에 의하여 대부분의 광이 결국은 상기 광학 렌즈를 거쳐 외부의 피사체 방향으로 진행함을 알 수 있다.

상기 도 5 에서, 상기 광학 렌즈의 일면은 볼록 렌즈 형상이므로, 상기 광학 렌즈로 입사되는 광은 굴절에 의하여 방사각이 줄어들거나, 일정 지점으로 수렴한다.

도 6a 또는 도 6b 에 도시된 바와 같이, 광 효율의 극대화를 위하여 상기 전반사부(40)로 둘러싸인 부분은 상기 LED 발광부(20)의 면적과 같은 면적으로 형성하거나, 더 넓은 면적으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 전반사부(40)는 도 6a 또는 도 6b 에 도시된 바와 같이, 상기 LED 발광부(20)의 측면부로부터 상기 광학 렌즈가 형성되는 면을 서로 연결하여 형성된다.

그러한 방법으로는, 도 6a 에 도시된 바와 같이, 사각형의 형상으로 형성된 상기 LED 발광부(20)의 각 측면으로부터 상기 전반사부(40)의 외측면을 평면 형상으로 경사지게 형성하는 방법이 있을 수 있으며, 도 6b 에 도시된 바와 같이, 곡면으로 형성하는 방법이 있을 수 있다.

상기 전반사부(40)의 형상은 상기 광학 렌즈의 형상, 상기 LED 발광부(20)의 형상, 상기 전반사부(40)의 소재, 카메라 플래시의 성능 또는 디자인 요소 등 여러 가지의 인자에 의하여 변형될 수 있는 것으로서, 상기 도 6a 또는 도 6b 에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니다.

추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치는 백색화부(50)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 백색화부(50)는 플래시 광을 백색광으로 발산하기 위한 것으로, 형광체가 경화성 수지와 혼합된 형태로 패키징될 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1a 내지 도 1c 는 종래의 카메라 플래시 장치를 나타내는 도면.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 플래시 장치의 구성도.

도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 플래시 장치의 구성도.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전반사 광의 진행 방향에 관한 참고도.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전반사 광의 모식도.

도 6a 내지 도 6b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 플래시 장치의 예시도.

Claims (11)

1. 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치에 있어서,

   카메라 플래시의 광원으로 사용되는 광을 발산하는 발광부; 및

   상기 발광부의 측면부에 형성되며, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 전반사시켜 피사체 방향으로 발산되도록 하는 전반사부(40);를 포함하되,

   상기 발광부가 발산하는 광은 LED 플래시, 크세논 플래시(Xenon Flash) 또는 스트로보 플래시(Strobo Flash) 중 어느 하나에 의한 광인 것을 특징으로 하며,

   상기 발광부가 형성된 면에서 상기 전반사부(40)로 둘러싸인 부분의 면적은 상기 발광부의 면적과 같거나 더 넓은 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하고,

   상기 전반사부(40)의 외측면은 상기 발광부의 각 측면으로부터 피사체 방향으로 일정한 경사각을 가지도록 평면으로 형성되거나, 상기 발광부의 각 측면으로부터 피사체 방향으로 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하며,

   상기 발광부에 의하여 발산된 광 또는 상기 전반사부(40)에 의하여 전반사된 광을 피사체 방향으로 발산하는 광학 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

   상기 광학 렌즈는 원형 또는 다각형의 형상으로서, 볼록 렌즈 또는 프레넬(Fresnel) 렌즈(31)인 것을 특징으로 하며,

   상기 발광부에서 발산되는 광을 백색화하는 백색화부(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

   상기 백색화부(50)는 형광체와 경화성 수지가 혼합된 형태로 패키징되는 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 카메라 플래시 장치.
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