KR101195239B1 - 사각조명용 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조에 의해 광효율이 우수한 렌즈를 제공하면서도 제조공정 중의 불량발생이나 제조상의 번거로움을 해소할 수 있는 사각조명용 렌즈에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광원(10)이 배치되는 일면에 요홈(31)이 형성된 성형물(30)로 된 렌즈에 있어서; 상기 요홈(31)의 바닥면에 형성되어 상기 광원(10)으로부터 전방으로 출사되는 광이 투과되는 굴절부(32)와; 상기 요홈(31)의 측면에 형성되어 상기 광원(10)으로부터 측방으로 출사되는 광이 입사되는 입사부(33)와; 상기 요홈(31)의 외곽에 위치되도록 전체적으로 곡면이 형성되어 상기 입사부(33)에서 투과된 광을 전반사시키는 전반사부(34)와; 상기 성형물(30)의 타면에 위치되어 상기 굴절부(32)와 전반사부(34)로부터 전달된 광을 최종적으로 출사시키는 출사부(35)로 이루어지는 사각조명용 렌즈가 제공된다.

Description

사각조명용 렌즈{Square lighting lens}

본 발명은 사각조명용 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조에 의해 광효율이 우수한 렌즈를 제공하면서도 제조공정 중의 불량발생이나 제조상의 번거로움을 해소할 수 있는 사각조명용 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 플래쉬는 카메라 등의 보조광을 주기 위해 구비되는 것으로, 근래에는 휴대기기에 장착되는 카메라의 사양이 점차 고급화되면서 보조광을 주는 플래쉬의 기능도 중요해지고 있으며, 이를 위해 플래쉬에는 고출력 LED를 사용하여 광효율을 극대화할 수 있는 렌즈를 사용하게 된다.

이러한 종래의 렌즈를 도시된 도면에 의해 설명하면 다음과 같다. 도 1의 (a) 내지 (d)는 통상의 렌즈를 도시한 것으로, (a)는 볼록렌즈의 일례를 도시한 것이고, (b)는 프레넬렌즈를 도시한 것이며, (c)와 (d)는 각각 일측에 홈이 형성된 원형 또는 사각형태의 전반사렌즈를 도시한 것이다.

여기에서 도 1의 (a)와 (b)는 광원의 측면에서 출사되는 광을 제어하기 힘들기 때문에 광효율이 떨어지는 단점이 있는 것이므로, 대개 플래쉬나 일반조명용 렌즈에서도 도 1의 (c)와 같은 전반사렌즈를 많이 사용하게 된다. 그러나 도1 의(a), (b), (c)는 모두 원형으로 구비된 것이기 때문에 최종 출사되는 광의 조사 형태도 원형을 나타내는 것으로, 이는 카메라의 촬영영역이 사각형임에 따라 전술된 바와 같은 원형의 조명을 조사하는 렌즈는 광효율상의 한계가 따르는 것이다.

그래서 최근에는 도 1의 (d)와 같은 사각형태의 전반사렌즈가 개발되어 많이 사용되고 있는데, 이런 사각형태로 조명되는 전반사렌즈는 원형으로 조명되는 렌즈에 비해 상대적으로 우수한 광효율을 나타내게 된다.

하지만 이와 같은 종래의 렌즈는 하나 또는 두 개의 곡면만을 사용하여 광을 제어하기 때문에 광을 효율적으로 제어함에 있어 한계가 있는 것으로, 특히 도1의 (d)와 같은 종래의 전반사렌즈는 두 개의 서로 다른 실린더렌즈의 조합으로 광원에서 X축과 Y축 방향으로 출사하는 광은 제어하기 용이하나, 광원의 대각 방향으로 출사하는 광은 제어함에 있어서 어려움이 따르는 것으로, 이는 렌즈의 코너가 각지게 형성됨으로 인해 광원의 대각방향(또는 렌즈의 코너부분)으로 출사되는 광은 전방으로 균일하게 조사되는 것이 아니라 조명의 유효영역을 벗어남으로 인해 광효율이 저하되는 요인이 된다.

또한 도 1의 (d)와 같은 전반사렌즈는 모서리부분이 뾰족하게 형성됨으로 인해 충분한 성능을 발휘하도록 제작하는 데에 어려움이 따르는 것으로, 이런 형태의 렌즈는 일반적으로 금형에 의해 성형 제작하는 데에 있어서 렌즈의 모서리부분을 뾰족하게 성형하기 위해 금형에서 음각의 골을 가공하는 데에 어려움이 따르게 된다.

한국 공개특허공보(제10-2011-0059136호) 2011. 06. 02.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 광효율이 우수하여 고사양의 휴대기기에 용이하게 적용 가능할 뿐만 아니라 간단한 구조에 의해 제조시에 불량발생을 줄임과 동시에 제조상의 편리함을 제공할 수 있는 사각조명용 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 광원(10)이 배치되는 일면에 요홈(31)이 형성된 성형물(30)로 된 렌즈에 있어서;

상기 요홈(31)의 바닥면에 형성되어 상기 광원(10)으로부터 전방으로 출사되는 광이 투과되는 굴절부(32)와;

상기 요홈(31)의 측면에 형성되어 상기 광원(10)으로부터 측방으로 출사되는 광이 입사되는 입사부(33)와;

상기 요홈(31)의 외곽에 위치되도록 상기 성형물(30)의 측면 둘레에 형성되되, 전체적으로 곡면의 윤곽형태로 형성되어 상기 입사부(33)에서 투과된 광을 전반사시키는 전반사부(34)와;

상기 성형물(30)의 타면에 위치되어 상기 굴절부(32)와 전반사부(34)로부터 전달된 광을 최종적으로 출사시키는 출사부(35)로 이루어지며;

상기 성형물(30)은 상기 요홈(31)이 형성된 일면으로부터 상기 출사부(35)가 형성된 타면에 이르는 단면이 점차 확대되도록 형성되되, 상기 전반사부(34)는 상기 성형물(30)의 높이에 따라 점차적으로 단면형태가 변화되도록 형성된 것을 특징으로 하는 사각조명용 렌즈가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 성형물(30)은 적어도 상기 요홈(31)의 선단 일면에 곡률이 다른 곡선이 연속적으로 상호 조합되어 볼록한 사각단면 형태를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 사각조명용 렌즈가 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전반사부(34)의 단면형상이 성형물(30)의 높이에 따라 상호 다른 형태를 이룸과 동시에 전체적으로 곡면이 형성됨에 따라 금형에 의해 제작이 편리할 뿐만 아니라 종래처럼 코너부(40)가 뾰족하게 형성되지 않아 불량발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 전반사부(34)는 성형물(30)의 높이에 따라 단면형태를 달리하도록 상호 다른 곡률의 곡선을 조합하여 형성됨으로써, 최적화된 전반사조건(성형물(30)의 높이에 따라 기울기를 달리하는 연속적인 곡률로 형성되어 조명의 유효영역을 벗어나는 광을 최소화하도록 전반사시키는 조건)에 부합되도록 제작되어 광효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 렌즈를 도시한 형상도
도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단면형상을 도시한 사시도
도 5는 도 4에 따른 분해 사시도
도 6은 도 4에 따른 평면도
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다른 단면형상을 도시한 사시도
도 8은 도 7에 따른 분해 사시도
도 9는 도 7에 따른 평면도
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 설계방법을 도시한 평면도

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 일실시예를 도시한 것이다. 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 광원(10)이 배치되는 일면에 요홈(31)이 형성된 성형물(30)로 구비된 것으로, 상기 요홈(31)의 바닥면에 형성되어 상기 광원(10)으로부터 전방으로 출사되는 광이 투과되는 굴절부(32)가 형성되고, 상기 요홈(31)의 측면에 상기 광원(10)으로부터 측방으로 출사되는 광이 입사되는 입사부(33)가 형성되어 있다.

또한 상기 요홈(31)의 외곽에는 전체적으로 곡면을 이루어 상기 입사부(33)에서 투과된 광을 전반사시키는 전반사부(34)가 형성되고, 상기 성형물(30)의 타면에는 상기 굴절부(32)와 전반사부(34)로부터 전달된 광을 최종적으로 출사시키는 출사부(35)로 이루어져 있다.

이러한 구성에 있어서, 상기 성형물(30)은 굴절률이 1.40~1.65 정도인 PMMA나 PC와 같은 플라스틱이나 실리콘 재질로 이루어진 투명재료를 사용하여 성형 제작하는 것이 바람직하며, 전체적인 형상이 상기 요홈(31)이 형성된 일면으로부터 상기 출사부(35)가 형성된 타면에 이르는 단면이 점차 확대되도록 형성된 것이다.

이러한 본 발명의 렌즈는 출사부(35)에서 최종 조사되는 광이 특정 거리에서 사각형태의 조도분포를 가지게 되며, 이는 카메라의 보조광인 플래쉬나 사각형태의 조명이 필요한 일반조명 및 다양한 응용제품에 적용될 수 있는 것이다.

구체적으로, 상기 굴절부(32)는 광원(10)의 중심에서 전방으로 출사하는 광을 집광하기 위해 상기 광원(10) 측으로 볼록한 형태의 곡면을 갖도록 형성되는데, 여기서 볼록한 형태의 곡면은 특정 반경을 가진 구면 또는 비구면 형태이거나 다양한 곡면의 조합일수도 있다.

또한 상기 입사부(33)는 광원(10)의 측면에서 출사되는 광이 입사하여 전반사부(34)를 통해 제어되는데, 이 입사부(33)는 일반적으로 광원(10)의 전방으로 출사되는 광축(11)에 평행하도록 형성되지만 제작공정 중에 금형에서 용이하게 빠질 수 있도록 일정한 각도로 경사지게 형성될 수 있는 것이다.

또한 상기 출사부(35)는 일반적으로 제품의 외관으로 노출되므로 평편한 면을 형성하게 되나, 필요에 따라서는 특정 곡면을 가지거나 특정 패턴이 형성될 수도 있으며, 도시된 바와 같이 상기 전반사부(34)의 단면적에 비해 상대적으로 큰 사각단면 형태를 취할 수도 있는 것이다.

또한 상기 전반사부(34)는 상기 성형물(30)의 높이에 따라 상호 다른 단면형태를 이루도록 형성되도록 구비되는데, 이 전반사부(34)의 광효율을 최적화하기 위한 전반사조건은 광축(11)과 상기 광원(10)의 발광면의 교점을 기준점으로 하여 상기 전반사부(34)의 임의의 점에 이르는 직선이 이루는 각을 α라 하고, 상기 전반사부(34)의 임의의 점과 상기 기준점의 거리를 R이라 할 때에, α가 증가함에 따라 R은 단조감소하여 α의 범위가 α > π/6을 만족해야 한다.

또한 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전반사부(34)는 성형물(30)의 높이 t=0에서 t=h에 걸쳐 서로 다른 곡면의 조합으로 형성된 것으로, A1은 상기 전반사부(34)의 하면의 단면형태이고, A2는 중간지점에서의 단면형태이며, A3는 상면의 단면형태이다.

이는 성형물(30)의 임의 높이에서 단면의 한 점을 P라 하면 높이 t1에서의 곡면상의 한점을 P1, 높이 t2에서의 곡면상의 한 점을 P2, 높이 t3에서의 곡면에서 한 점을 P3라 하고, X축과 이루는 각을 θ라 하며, 점 P1, P2, P3가 동일한 각도 θ 지점에 있다고 가정한다면 θ가 θ´로 변할 경우 P1, P2, P3도 각각 P1´, P2´, P3´로 변하게 되는데, 이때에 각 단면에서의 기울기는 다르게 된다.

즉 ΔY1/ΔX1 ≠ΔY2/ΔX2 ≠ ΔY3/ΔX3

(여기서 X, Y는 점P의 X축, Y축 성분)

또한 도 4 내지 도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 단면형상을 도시한 것으로, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 사시도이고, 도 5는 도 4의 A2 지점을 분리한 분해 사시도이며, 도 6은 평면도를 나타낸 것이다. 도 4 내지 도 6의 경우에는 A1 지점에서 단면형태가 라운딩된 코너부(40)와 이 코너부(40)와는 다른 곡률로 된 곡선부(41)로 이루어진 볼록한 사각단면 형태이지만, 성형물(30)의 높이가 증가하면 A2 지점에서의 단면형태와 A3 지점에서의 단면형태가 점차적으로 원형에 가까운 형태를 취하게 된다.

한편, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 단면형상을 도시한 것으로, 도 7은 사시도이고, 도 8은 도 7의 A2 지점을 분리한 분해 사시도이며, 도 9는 평면도를 나타낸 것이다. 도 7 내지 도 9의 경우에는 A1 지점에서는 도 4에 유사하게 사각단면 형태이나, A2 지점에서는 원형형태, A3 지점에서는 다시 사각형태의 단면을 가질 수 있는데, 이는 설계자의 의도에 따라 다양한 단면형태의 형상이 나올 수 있는 것이다.

이러한 본 발명에 따르면, 각 지점에서의 단면형태가 상호 다른 곡률을 갖는 다수의 곡선이 상호 조합되어 형성됨으로 인해 전술된 바와 같이 각 단면에서의 기울기가 다르게 나타남과 동시에 성형물(30)의 높이에 따른 상호 다른 단면형태를 취하도록 구비되는데, 이는 도 1의 (c)와 (d)에 도시된 종래기술의 원형 또는 사각형태의 전반사렌즈가 높이가 변경되더라도 단면의 사이즈가 커질 뿐 동일 형태의 단면을 가짐과 동시에 렌즈의 높이에 따른 단면의 기울기도 동일하게 형성된 것과는 분명한 차이는 나타냄을 알 수 있다.

또한 도 10의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 전술된 바와 같은 전반사부(34)와 성형물(30)의 높이에 따라 다른 형태의 단면을 갖는 렌즈를 설계 제작하기 위해서는 최소한 8개의 포인트(P1~P8)로 제어를 하는데, 각 포인트는 대개 (r, θ)와 (X, Y)를 변수로 하는 함수관계로 설명될 수 있다.

여기에서 P1과 P5는 대칭관계로, 그 방위각은 각각 θ1=0, θ5=π로 서로 다르지만 원점에서의 거리(r1=r5)는 같은 것이며, 또한 P3와 P7 또한 대칭관계로, 그 방위각은 각각 θ3=π/2, θ7=π3/2로 서로 다르지만 원점에서의 거리(r3=r7)은 같은 것이다. 또한 P2의 방위각이 θ2=α 일 때, θ4=π-α, θ6=π+α, θ8=2π-α이며, 이때에 원점에서의 거리(r2=r4=r6=r8)는 같게 된다.

또한 상기 전반사부(34)의 높이 t=0에서 t=h 중의 단면 중에서 적어도 하나 이상에서는 대각방향의 포인트(P2)의 거리(r2)가 항상 다른 포인트(P1 또는 P3)의 거리(r1 또는 r3)보다 커야 한다.

이는 전술된 바와 같은 제어포인트가 8개가 아닌 10개, 12개 또는 그 이상으로 사용할 수 있는데, 제어포인트가 많을수록 좀 더 세밀한 설계가 가능하지만 렌즈를 최적화하는 작업과 시간이 더 오래 걸릴 수 있는 것이다.

이와 같은 설계 제작에서 상기 전반사부(34)는 전술된 바와 같은 성형물(30)의 높이에서 3개의 높이위치(성형물(30)의 저면과 중간 및 상면)에서 각각의 단면을 제어하여 제작하는 것이 편리함을 제공할 수 있지만, 필요에 따라서는 5개 또는 그 이상의 높이지점에서 단면을 각각 제어하여 렌즈를 설계 제작할 수도 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (2)

1. 광원(10)이 배치되는 일면에 요홈(31)이 형성된 성형물(30)로 된 렌즈에 있어서;
   상기 요홈(31)의 바닥면에 형성되어 상기 광원(10)으로부터 전방으로 출사되는 광이 투과되는 굴절부(32)와;
   상기 요홈(31)의 측면에 형성되어 상기 광원(10)으로부터 측방으로 출사되는 광이 입사되는 입사부(33)와;
   상기 요홈(31)의 외곽에 위치되도록 상기 성형물(30)의 측면 둘레에 형성되되, 전체적으로 곡면의 윤곽형태로 형성되어 상기 입사부(33)에서 투과된 광을 전반사시키는 전반사부(34)와;
   상기 성형물(30)의 타면에 위치되어 상기 굴절부(32)와 전반사부(34)로부터 전달된 광을 최종적으로 출사시키는 출사부(35)로 이루어지며;
   상기 성형물(30)은 상기 요홈(31)이 형성된 일면으로부터 상기 출사부(35)가 형성된 타면에 이르는 단면이 점차 확대되도록 형성되되, 상기 전반사부(34)는 상기 성형물(30)의 높이에 따라 점차적으로 단면형태가 변화되도록 형성된 것을 특징으로 하는 사각조명용 렌즈.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 성형물(30)은 적어도 상기 요홈(31)의 선단 일면에 곡률이 다른 곡선이 연속적으로 상호 조합되어 볼록한 사각단면 형태를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 사각조명용 렌즈.

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