KR101134741B1 - 눈금판을 위한 중심대칭을 갖는 조명장치 - Google Patents

Abstract

빛 소스(light source, 15)는 최대 굴절계수가 초과될 때 문자판(10)을 향하여 빛이 나타날 때까지, 유리(1) 내부에서 전반사에 의해 빛을 다른 방향으로 향하게 하기 위해, 중심으로부터 주변으로 가면서 규칙적으로 두께가 감소하는 유리(1) 내부 또는 외부 면 내의 공동 내에서 형성되는, 반사기(20) 상으로 빛을 향하게 하는 안내장치(17)의 맞은편 문자판(10) 아래에 있는 케이스 하우징 내에 수용된다.

Description

눈금판을 위한 중심대칭을 갖는 조명장치{LIGHTING DEVICE WITH CENTRAL SYMMETRY FOR A DIAL}

본 발명의 장점 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적이고 도시적인 예에 의해 주어지는 다양한 실시예에 대한 다음의 기술에서 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 조명장치의 제 1 실시예에 대한 부분적으로 절단한 사시도.

도 2는 도 1의 화살표 Ⅱ-Ⅱ 라인을 따르는 대각 단면도.

도 3은 도 2의 장치에 대한 부분 확대도.

도 4는 제 2 실시예에 따른 도2에 대응하는 도시.

도 5는 도 4의 화살표 V를 따르는 장치에 대한 확대도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 유리 2. 중간부분

3. 플랜지 4. 베즐

5. 뒷면커버 6. 하우징

7. 에너지소스 8. 제어수단

9. 스테핑 모터 10. 눈금판

11a, 11b. 바늘 12. 기호

13. 디지털 디스플레이 14. 용두

15. 빛 소스 16. 푸시-버튼

17. 빛 안내장치 18. 시간 휠 파이프

20. 반사기 21. 반사코팅

23. 반사적인 코팅

본 발명은 기계 패널 눈금판(instrument panel dial) 또는 시계 눈금판(timepiece dial)과 같은 장치 눈금판(apparatus dial)을 측정하기 위한 중심 대칭적인 조명장치(lighting device)에 관한 것이며, 여기서 중심으로부터 동일한 거리에서 눈금판에 의해 운반되는 정보는 동일한 조명을 받아들이는 것이 바람직하다.

주변 빛이 약하거나 또는 어두울 때 문자판(dial)에 의해 전달되는 정보를 사용자가 판독할 수 있게 하기 위해, 디자이너는 수많은 해법들을 착상하였고, 전기적, 미세-전구(micro-bulb), 다이오드 또는 다른 빛 소스를 이용하는 것들이 본 발명의 영역 내에서 언급될 것이다.

유리 및 문자판 사이에서 플랜지(flange)의 하우징 내에 배열되는 단일한 다이오드는 분명히 균일한 조명을 제공하지 못하고, 상기 문자판 주위에 더 많은 다이오드를 부가하는 것은 여전히 그림자 영역을 남겨둘 것이다. 이것은 요구되는 목표가 본질적으로 기술적(technical)일 때, 예를 들면 자동차 계기판일 때 만족스럽게 될 수 있으나, 이것은 시계의 경우에서처럼 미적인 문제가 있는 경우에는 만족스럽지 않다.

더욱 균일한 조명을 제공하기 위해, 수많은 특허는 빛 소스로부터 플랜지 상의 문자판 주위에 배열되는 도파관(wave-guide)으로 빛을 주입하거나 또는 후자를 교체하는 것을 제안한다. 미국특허 NO.5 984 485 및 6 452 872는 빛이 문자판을 향하도록 방향을 바꾸고, 안내 장치를 경과하면서 손실에 의한 영향을 줄이기 위해 특별한 구조를 갖는 표면을 포함하는 안내 장치를 개시한다. 상기 조명은 이전보다 더 균일하지만, 만족스럽지 못하다. 게다가 안내 장치를 구조화하는 것은 어려운 동작이고, 생산관점 및 재생 관점에서 볼 때 결론적으로 비용을 증가시키는데 기여한다.

균일한 조명을 얻기 위해, 어떤 문서들은 빛 소스가 유리 위, 문자판의 중심에 놓이고, 아래의 문자판 및 그것이 갖는 표시를 직접 비추는 장치를 개시한다.

미국 특허 NO. 4 115 994에서 개시되는 상기 장치는 동일하지 않은 두께의 유리의 하부 면에 위치되며, 2개의 나란한 도전성 도선에 의해 에너지 소스에 연결되고, 유리의 두께 내에 삽입되는 빛 소스를 포함한다. 미국 특허 NO. 4 118 924는 적어도 하나의 빛 소스가 동일한 두께의 하부 면에 위치되며, 2개의 도전성 도선에 의해 서로 확장된 곳에서 연결되는 장치를 개시한다. 상기 문서에서, 하나의 실시예는 디지털 디스플레이의 격자판 위에 배열되는 다수의 다이오드에 의한 조명을 개시하는데, 여기서 각각의 다이오드의 도전성 도선들은 유리 내에서 “거미줄(spider web)”을 생성하는 방식으로 만들어진다. 상기와 같은 직접적인 조명은 빛의 고리모양 분포를 가능하게 하나, 전체 문자판에 대한 균일한 조명을 제공하지 않는다. 게다가 유리 내에 도전성 도선이 존재하는 것은 시계에 적당하지 않는 좋지 못한 효과를 발생한다.

미국 특허 NO. 6 106 127은 바늘의 아버(arbor)를 통해 배열되는 구멍으로 도전성 도선을 통과시킴으로써 상술된 결점을 감소하게 하는 것을 제안하는데, 그것은 좀 더 매력적인 실시예에 해당되지만, 헤일로 효과(halo effect) 조명의 문제점을 제거하지 못한다.

상기 바늘 아버는 또한 빛 안내장치로서 과거에 사용되었다. 미국특허 NO. 3 859 782는 빛 소스가 시간 휠 파이프(hour wheel pipe)와 인접하는 문자판의 뒷면 에 배열되는 장치를 개시하며, 그것의 다른 단부는 2개의 면이 평행한 유리 아래에서 결합되는 작은 반사기 맞은편에서 개방된다. 상기 도선에 관한 결함은 존재하지 않지만, 자유로운 회전에 역효과를 주지 않으면서 도선이 시간 휠 파이프를 통과하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 문자판의 균일한 조명은 입사광선을 문자판으로 직접 되돌아가게 하는 반사기에 의해 달성될 수 없다.

균일하지 않은 두께의 유리 중심 및 문자판의 중심을 통해 만들어지는 특별한 배열 및 문자판 아래에서 배열되는 단일한 빛 소스에 의해 중심 대칭적인 조명장치를 제공함으로써 앞에서 인용된 종래기술의 단점을 극복하는 것이 본 발명의 목적이다. 상기 장치는 적은 수의 부분을 갖도록 간단하고, 미적으로 및 경제적으로 만들어질 수 있으며, 높은 수준의 조명 효율을 갖는다.

따라서 본 발명은 적어도 하나의 정보 디스플레이를 포함하는 문자판을 위한 중심 대칭적인 조명장치에 관한 것이다. 시계의 경우에, 상기 디스플레이는 문자판을 통과하는 파이프에 의해 운반되고 구동되는 바늘들에 의한 아날로그 유형 및/또는 디지털 유형이 될 수 있다. 상기 문자판은 상단 부분은 유리에 의해 하단 부분은 상기 문자판 아래의 하우징 내에 위치되는 빛 소스 및 디스플레이 제어수단에 전력을 공급하는 에너지 소스 및 디스플레이 제어수단을 포함하기 위한 하우징을 문자판과 함께 경계를 정하는 뒷면 커버에 의해 밀폐되는 케이스에 내에 배열된다. 상기 장치는 유리의 두께가 중심으로부터 주변으로 가면서 규칙적으로 감소하고, 원통형 빛 안내장치가 문자판의 중심을 통과하며, 안내장치의 한 단부가 빛 소스로부터 빛 플럭스를 수용하며, 맞은편 단부는 유리의 두께 내에서 전반사(total internal reflection)에 의해 빛 소스로부터 광선들을 다른 방향으로 향하게 하고, 그들이 유리의 내부 면으로의 최대 입사각이 최대 굴절각 보다 클 때 상기 문자판을 향하여 나타나도록 하기 위하여 유리 중심 내의 공동 내에 형성되는 축 방향 대칭을 갖는 반사기에 인접한다. 그 다음에 유리의 외부 면은 작은 기저 각(base angle) γ, 또는 구형 부분 및 더욱 일반적으로는 구부러진 부분을 갖는 원뿔형 형상을 가질 수 있으며, 내부 면은 평면 또는 구형 부분의 형태를 갖는다. 따라서 비-제한적인 방식으로, 상기 유리는 평면-원뿔형(plano-conical), 평면-볼록면(plano-convex), 볼록-원뿔형(convex-conical) 또는 발산형 메니스커스 유형(divergent meniscus type)이 될 수 있다.

반사기의 형상은 원뿔형 또는 볼록면 벽과 같은 직선형 벽을 갖는 축 방향 대칭을 갖는다. 또한 상기 반사기는 시계의 12개의 시간 기호를 비추기 위해 12각형 기저를 갖는 정다각형 피라미드 형상을 가질 수 있다.

제 1 실시예에 따르면, 반사기는 유리의 외부 면 내의 공동 내에서 형성되고, 반사적인 코팅을 포함한다.

제 2 실시예에 따르면, 반사기는 유리의 내부 면 내의 공동 내에서 형성되고, 유리의 두께 내에서 방사상으로 상기 광선의 방향을 변경하기 위한 반사적인 코팅을 포함한다.

만일 조명장치가 시계 내에 통합된다면, 빛 안내장치는 시간 휠 파이프를 형성할 수 있거나 시계의 적당한 작용을 방해하지 않으면서 그 안에 삽입될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 먼저 참조하면, 본 발명의 제 1 조명장치 실시예가 손목시계 눈금판(dial, 10)의 조명장치로서 도시된다. 눈금판(10)은 하우징(housing, 6)의 경계를 정하는 뒷면커버(back cover, 5)에 의해 하단부분 및 플랜지(flange, 3) 및 베즐(bezel, 4) 사이에 고정되는 유리(crystal, 1)에 의해 상단 부분에 밀접한 중간부분(middle part, 2)을 포함하는 원형 케이스 내에 배열된다. 하우징(6)은 디스플레이 제어수단(display control means, 8)에 전력을 공급하기 위해 사용되는 에너지소스(7)를 수용하기 위한 것이다. 상기 예에서, 제어수단(8)은 아날로그 형태의 정보를 제공하기 위해 눈금판(10)에 의해 수행되는 기호(symbols, 12)들 맞은편의 바늘(11a, 11b)로 구동되는 스테핑 모터(stepping motor, 9)를 제어하기 위해 제공되는 시간-유지 회로(time-keeping circuit)에 의해 형성되고, 다른 한 편에서는 디지털 디스플레이(13)가 반사 액정 셀(reflective liquid crystal cell)(LCD)에 의해 형성된다. 하우징(6)은 또한 용두(crown, 14)로부터 분리되고, 중간 부분(2)에 배열되는 푸시-버튼과 같은 외부 제어수단(16)에 의해 제어될 수 있으며, 에너지 소스(7)에 의해 전력이 공급되는 빛 소스(light source, 15)를 또한 포함한다. 다른 제어수단은 상기 유리에 예를 들면 터치유형(touch type) 제어수단에 의해 명확하게 구현된다.

발광다이오드(LED)와 같은 빛 소스(15)는 눈금판을 통과하는 빛 안내장치(light guide, 17)의 단부(end, 17a)를 향하여 배열된다. 빛 소스(15)는 상기 하우징 내의 다른 위치를 분명하게 차지할 수 있으며, 그 다음에 상기 빛 플럭스(light flux)는 빛 안내장치(17)의 단부(17a)에 광학 섬유에 의해 안내된다. 적어도 하나 이상의 아날로그 디스플레이를 포함하는 손목시계의 경우에, 빛 안내장치(17)는 시간 휠 파이프(hour wheel pipe)내에 수용되고, 빛 안내장치(17)의 단부(17a)는 유리(1)의 맞은편에서 열리고, 상기 유리의 특정한 구조가 다음에 기술될 것이다. 안내장치(17)는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 또는 빛 안내장치를 형성할 수 있는 어떤 다른 공지된 물질로 만들어질 수 있으며, 다수의 내부 반사를 통해 출구(outlet) 또는 출구면(exit face)에서 축이 유리(1)의 중심에 대응하는 림버시안(lambertian) 유형의 빔을 생산한다.

도시될 수 있는 것처럼, 유리(1)은 눈금판(10)에 평행한 편평한 내부면(flat inner face, 1b) 및 약간 원뿔형의 외부면(slightly conical external face, 1a)을 포함하는데, 즉 기저(base)에서 내부 면(1b)과 각 φ를 형성한다. 각φ는 10° 내지 5°를 포함할 수 있으며, 도면에서 약 6°의 각에 대응한다. 코니시티(conicity) Φ 각의 선택은 분명히 유리 및 다른 구조 파라미터를 형성하는 물질의 굴절 인덱스에 의존한다.

상기 유리의 중심부분은 입사광선을 유리(1)의 내부로 향하게 하기 위해 원뿔형의 반사기(reflector, 20)를 포함한다. 반사기(20)는 유리(1)의 대칭축에 대하여 각 γ의 틈을 갖는 외부면(1a) 내의 공동(hollow) 안에서 형상화된다. 각 γ로 주어지는 값은 분명히 상기 유리의 수많은 구조 파라미터(직경, φ의 값, 유리의 굴절계수)에 의존하며, γ의 값은 도시되는 예에서 거의 60°가 된다.

상기 구조 파라미터의 기능으로서, 각 γ는 상기 유리의 외부 면에서 전반사가 가능해야 한다. 상기 반사를 완전하게 보장하기 위해, 예를 들면 은 증발에 의해 만들어지는, 반사코팅(reflective coating, 21)으로 반사기(20)의 외부 면을 코팅하는 것이 가능하다.

반사기(20)에 의해 반사되는 모든 광선에 대하여, 유리(1)는 유리(1)의 내부 면(1a) 안의 입사각이 최대 굴절각, 예를 들면 상기 유리가 PMMA로 만들어진다면 42.2°보다 작게 될 때까지 전반사(total internal reflection, TIR)에 의해 빛을 안내하면서, α-2φ 유형의 도파관(wave guide)과 같이 방사상으로 행동하며, 눈금판(10) 방향의 굴절에 의해 나타난다.

상기 경로는 LCD 디지털 디스플레이와 부딪치는 광선(25) 및 바늘에 부딪치는 광선(27)에 의해 도시된다. 만일 도 3의 도면부호 (29)에 의해 표시되는 상기 광선이 클리스탈(1)의 변부(edge)에 매우 가깝게 나온다면, 그것은 눈금표(10)에 부딪치지 않고, 플랜지(3)에 부딪칠 것이며, 그 다음에 눈금표(10)를 향하는 광선을 새로운 방향으로 향하게 하기 위해 반사 필름(reflective film)에 의해 바람직하게 코팅될 것이다. 지금까지 기술된 상기 장치는 상기 눈금표의 균일한 조명이 높은 효율, 즉 빛 소스에 의해 방출되는 빛의 20% 이상으로 달성되도록 한다. 구조 파라미터의 기능으로서, 상기 조명은 전체 눈금표에 대하여, 또는 중심 대칭의 링에서 균일하게 될 수 있으며, 여기서 상기 기호는 시계의 시간 기호(20)로서 기술된다.

도시되지 않은 변형물에 따르면, 원뿔형 반사기(20)는 예를 들면 시간 부호(12)를 우선적으로 비추기 위한 12각형 기저를 갖는 피라미드형 반사기에 의해 대체될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 실시예에서 기술된 것과 동일한 원리로 유리의 내부에서 광선을 새로운 방향으로 향하게 하기 위하여 반사 코팅(21)으로 코팅되는 외부 면을 가지면서, 반사기(22)가 유리(1)의 내부 면(1b)에서 형성된다는 점에서, 그리고 유리의 형상이 수렴하는 메니스커스 형상(convergent meniscus type)이라는 점에서 앞에서 기술된 것과 다른 제 2 실시예가 도시된다. 도 5의 확대도에 서 더욱 명확하게 알 수 있는 것처럼, 반사기(22)는 구부러진 벽(wall) 형상을 갖는다.

분명히 지금까지 기술되었던 실시예는 교체할 수 있는 방식으로 다양한 실시예를 기술하고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 사용되는 재료 및 치수에 따라 많은 변형을 만들 것이다.

Claims (14)

1. 한 개이상의 정보 디스플레이를 포함하고 중심 대칭구조를 가진 눈금판(dial, 10)을 위한 조명장치(lighting device)로서, 상기 눈금판(10)은 케이스내에 배열되고, 상기 케이스는 케이스의 상측부에서 외부 면(1a)과 내부 면(1b)을 가진 유리(1)에 의해 밀폐되며 케이스의 하측부에서 뒷면커버(5)에 의해 밀폐되고, 상기 뒷면커버와 눈금판(10)은 하우징(6)을 형성하며, 상기 하우징(6)은 상기 하우징내에서 빛소스(15) 및 디스플레이 제어수단(8)에 전원을 공급하는 에너지 소스(7)를 수용하는 조명장치에 있어서,

   상기 유리(1)의 두께는 유리의 중심으로부터 주변부로 규칙적으로 감소하고, 상기 눈금판(10)의 중심을 원통형의 빛 안내장치(17)가 통과하며, 상기 빛 안내장치(17)의 한쪽 단부는 상기 빛 소스(15)와 마주보게 배열되고 다른 한쪽 단부가 상기 유리(1)의 중심에 위치한 공동(hollow)내에 형성되고 축방향 대칭구조를 가진 반사기(20) 또는 반사기(22)와 마주보게 배열되며, 상기 반사기(20) 또는 반사기(22)는 전반사(total internal reflection)에 의해 광선을 빛 소스(15)로부터 유리(1)의 두께 속으로 향하게 하고, 유리(1)의 내부 면으로의 입사각이 최대 굴절각보다 클 때 상기 반사기에 의해 광선이 눈금판(10)을 향해 수렴하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유리(1)의 외부 면(1a)은 원뿔 또는 구형 섹터(cone or spherical sector)의 형상을 갖고, 내부 면(1b)은 평면 또는 구형 섹터(plane or spherical sector)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조명장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기(20)는 피라미드 형상을 가지며, 상기 피라미드의 정점(tip)은 눈금판(10)을 향하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 반사기(20)는 유리(1)의 외부 면(1a) 내의 공동(hollow)내에 형성된 원뿔형 회전 형상(conical revolution shape)을 가지는 것을 특징으로 하는 조명장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기(22)는 유리(1)의 내부 면(1b) 내의 공동 내에 형성된 반사 코팅(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 빛 안내장치(17)는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)로 제조되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 빛 소스(15)는 발광다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 조명장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 플랜지(flange, 3)에 의해 둘러싸인 눈금판(10)을 갖는 시계 케이스이며, 눈금판(10) 또는 디지털 디스플레이(13)를 통과하는 시간 휠 파이프(hour wheel pipe, 18)에 의해 구동되는 바늘(11a, 11b)에 의해 형성되는 아날로그 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 디지털 디스플레이(13)는 반사적인 액정 디스플레이(reflective liquid display)인 것을 특징으로 하는 조명장치.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 플랜지(3)는 반사적인 코팅(reflective coating, 23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 빛 안내장치(17)는 바늘(11a, 11b)을 위한 시간 휠 파이프(18)를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
13. 제 9 항에 있어서, 상기 빛 안내장치(17)는 바늘(11a, 11b)을 위한 시간 휠 파이프(18) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
14. 제 9 항에 있어서, 상기 빛 소스는 외부 제어수단(16)에 의해 켜지는 것을 특징으로 하는 조명장치.

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