KR101264376B1 - 광학장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 광원을 갖는 광학장치에 관한 것이다. 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 광학장치는 빛을 방사하는 하나 이상의 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하기 위한 조명렌즈부; 상기 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하기 위한 이미지렌즈; 상기 이미지렌즈를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 이미지센서; 상기 이미지센서로 유입되는 빛의 양을 조절하는 베이스 부재; 를 포함하고, 상기 이미지렌즈는 독립된 부재로 구성되어 상기 초소형 광학장치로부터 분리 가능한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 광학장치에서 조명렌즈와 이미지렌즈를 각각 독립된 부재로 형성함으로써 이미지렌즈의 사양을 바꿔야 할 경우에 이미지렌즈만 독립적으로 교체할 수 있어, 광학장치를 제작하기 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다.

Description

광학장치 {Optic device}
본 발명은 하나 이상의 광원을 갖는 광학장치에 관한 것이다.
종래의 광학장치는 광원, 예를 들어 LED에서 방사된 빛이 광학적 투명체로 제작된 조명렌즈 및 이미지렌즈를 포함하는 광학구조물로 유입되어 물체의 표면(대물면)에 반사된 후 이미지렌즈를 거쳐 이미지 센서로 유입되는 구성을 갖는다.
등록특허 제10-0677820호를 참조하면, 광원은 2개로 구성되어 렌즈 및 반사면 일체형 광학구조물의 하단에 위치하게 된다. 광원으로부터 조사된 광은 조명렌즈로 유입된다. 조명렌즈는 광원에서 방사된 빛을 집광 및 반사하여 대물면으로 조사한다.
광원에서 방사된 빛을 대물면으로 효과적으로 조사하기 위해서는 조명렌즈의 형상이 매우 중요하다. 종래의 조명렌즈는 출사면이 구면으로 형성되어 빛이 대물면으로 집중되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 광학구조물은 조명렌즈와 이미지렌즈를 포함하는 일체형 구조물로 제작되어, 이미지렌즈의 높이 및 크기가 바뀔 때마다 광학구조물 전체를 다시 제작해야 하기 때문에 비용과 시간이 낭비되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 광원으로부터의 빛을 효과적으로 집광 및 반사할 수 있는 조명렌즈를 갖고, 조명렌즈와 이미지렌즈를 분리함으로써 이미지렌즈의 사양을 바꿔야 할 경우에 이미지렌즈만 독립적으로 교체할 수 있는 광학장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 광학장치는 빛을 방사하는 하나 이상의 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하기 위한 조명렌즈부; 상기 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하기 위한 이미지렌즈; 상기 이미지렌즈를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 이미지센서; 상기 이미지센서로 유입되는 빛의 양을 조절하는 베이스 부재; 를 포함하고, 상기 이미지렌즈는 독립된 부재로 구성되어 상기 초소형 광학장치로부터 분리 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지렌즈는 상기 베이스 부재에 안착되어 지지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스 부재는 상기 이미지렌즈의 측면을 차폐하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드부는 상기 베이스 부재의 상면으로부터 돌출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스 부재는 상기 이미지센서를 덮는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스 부재는 상기 이미지렌즈와 상기 이미지센서 사이의 광경로 상에 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지센서가 안착되는 인쇄회로기판; 을 더 포함하고, 상기 베이스 부재는 상기 인쇄회로기판의 홈에 삽입되어 조립되는 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스 부재는 내측으로 오목한 오목부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 상기 베이스 부재의 양측에 구비되고, 상기 오목부에는 상기 광원이 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명렌즈부는 상기 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈와 일체로 형성되어 상기 조명렌즈를 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명렌즈부는 가운데에 개구부를 갖고, 상기 개구부에는 상기 이미지렌즈가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부재의 하면에는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부는 상기 베이스 부재 상면의 단턱부와 조립되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명렌즈부를 덮는 광학커버; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광학커버의 외부면 또는 내부면은 차광 코팅된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명렌즈부는 상기 광원으로부터의 빛이 입사되는 입사렌즈와, 상기 입사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면 방향으로 보정하는 반사렌즈와, 상기 반사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면에 모아주기 위한 출사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출사렌즈의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과, 상기 제1 직선과 연결된 제2 직선으로 이루어지고, 상기 제2 직선은 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 상기 베이스 부재의 양측에 각각 하나씩 배치되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 광학장치는 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하고, 상기 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지렌즈를 통해 이미지센서로 집광하고, 상기 이미지렌즈는 독립된 부재로 구성되어 상기 초소형 광학장치로부터 분리 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지센서로 유입되는 빛의 양을 조절하는 베이스 부재; 를 포함하고, 상기 이미지렌즈는 상기 베이스 부재에 안착되어 지지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스 부재는 상기 이미지렌즈의 측면을 차폐하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 광학장치는 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하기 위한 조명렌즈부; 상기 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하기 위한 이미지렌즈; 상기 이미지렌즈를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 이미지센서; 상기 이미지센서로 유입되는 빛의 양을 조절하는 베이스 부재; 를 포함하고, 상기 조명렌즈부는, 상기 광원으로부터의 빛이 입사되는 입사렌즈; 상기 입사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면 방향으로 보정하는 반사렌즈; 상기 반사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면에 모아주기 위한 출사렌즈; 를 포함하고, 상기 출사렌즈의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과, 상기 제1 직선과 연결된 제2 직선으로 이루어지고, 상기 제2 직선은 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광학장치에서 조명렌즈와 이미지렌즈를 각각 독립된 부재로 형성함으로써 이미지렌즈의 사양을 바꿔야 할 경우에 이미지렌즈만 독립적으로 교체할 수 있어, 광학장치를 제작하기 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다.
광학장치의 조명렌즈는 입사렌즈, 반사렌즈, 출사렌즈로 구성되고, 출사렌즈는 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과, 상기 제1 직선과 연결되고 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는 제2 직선으로 구성됨으로써, 목표영역에 대한 집광효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 광학장치가 조립된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 광학장치가 조립된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 조명렌즈부를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 조명렌즈부에 구비된 조명렌즈를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 4의 조명렌즈부에 구비된 조명렌즈의 단면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 4의 조명렌즈부에 구비된 조명렌즈의 단면의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 조명렌즈에서 사용되지 않는 단면 구조를 도시하는 도면이다.
도 9는 종래의 일 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
도 10은 종래의 다른 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 분해사시도이다. 도 2는 도 1의 광학장치가 조립된 상태를 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 1의 광학장치가 조립된 상태를 도시하는 단면도이다.
상기 광학장치는 광원(110), 조명렌즈부(120), 이미지렌즈(130), 이미지센서(140), 베이스 부재(150), 인쇄회로기판(160), 광학커버(170)를 포함한다.
광원(110)은 칩 형태로 인쇄회로기판(160) 상에 설치될 수 있다. 광원(110)으로는 예를 들어, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 사용할 수 있고, 광원(110)의 색상은 특정 색에 한정되지 않고 실시 조건에 따라 다양한 색의 LED를 사용할 수 있다. 광원은 LED 뿐만 아니라, 레이저 다이오드(Laser Diode; LD), IR 다이오드, 램프형 소자 등을 사용할 수 있다.
광원(110)은 인쇄회로기판(160) 상에 하나 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 베이스 부재(150)의 양측에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 또는, 광원(110)은 베이스 부재(150)의 주변으로 균일하게 이격되어 3개 이상 배치될 수도 있다.
조명렌즈부(120)는 광원(110)의 위에 배치되어, 광원(110)으로부터 나오는 빛을 집광하여 대물면(180)(도 3 참조)으로 조사하는 역할을 한다. 조명렌즈부(120)는 각각의 광원(110)에 하나씩 배치되는 것이 바람직하다. 또는, 광원(110)이 하나이고, 조명렌즈부(120)가 광원(110)의 위에 이격되어 복수 개 구비될 수도 있다.
조명렌즈부(120)는 광원(110)으로부터의 빛을 집광하여 대물면(180)으로 조사하는 조명렌즈(121)와, 이러한 조명렌즈(121)를 지지하는 지지부재(122)를 포함할 수 있다.
조명렌즈(121)는 광학 플라스틱으로 구성될 수 있고, 좌우의 광원(110) 위에 각각 하나씩 배치될 수 있다. 지지부재(122)는 조명렌즈(121)의 측면을 지지하는 바(bar) 형태로 될 수 있고, 조명렌즈(121)와 일체로 형성될 수 있다. 그에 따라, 조명렌즈부(120)는 가운데에 개구부(123)를 갖게 되고, 이러한 개구부(123)에는 이미지렌즈(130)가 배치될 수 있다.
지지부재(122)는 하단에 돌출부(122a)를 구비할 수 있다. 이러한 돌출부(122a)는 베이스 부재(150)의 상단에 형성된 단턱부(153)와 조립되어, 조명렌즈부(120)가 베이스 부재(150) 상에서 정위치를 유지할 수 있도록 한다.
이미지렌즈(130)는 대물면(180)으로부터 반사되는 빛을 이미지센서(140)로 집광하는 역할을 한다. 이미지센서(140)는 원통형으로 형성되어, 광학플라스틱으로 제작될 수 있다.
베이스 부재(150)는 이미지센서(140)를 덮어서 광원(110)으로부터의 산란광이 이미지센서(140)로 유입되는 것을 방지함과 동시에, 이미지센서(140)로 유입되는 빛의 양을 조절하는 조리개의 역할을 한다.
베이스 부재(150)는 투명하지 않은 재질로 구비되어, 광원(110)과 이미지센서(140)를 광학적으로 분리시킨다. 베이스 부재(150)는 불투명한 플라스틱으로 제작될 수 있다.
베이스 부재(150)는 이미지렌즈(130)와 이미지센서(140)의 광경로 상에 개구부(151)를 갖는다. 이러한 개구부(151)는 이미지센서(140)로 유입되는 빛의 양을 조절하는 조리개의 역할을 한다.
베이스 부재(150)는 상면에 계단형의 단턱부(153)를 구비할 수 있다. 이러한 단턱부(153)는 조명렌즈부(120)의 돌출부(122a)와 조립되어, 조명렌즈부(120)가 정위치에 유지되어 고정될 수 있도록 한다.
이미지렌즈(130)는 베이스 부재(150) 상에 안착되어 지지될 수 있다. 이를 위해, 베이스 부재(150)는 이미지렌즈(130)의 측면을 차폐하기 위한 가이드부(152)를 포함할 수 있다. 가이드부(152)는 이미지렌즈(130)를 수용하기 위한 수용공간을 갖도록 베이스 부재(150)의 상면으로부터 돌출될 수 있다. 가이드부(152)는 이미지렌즈(130)의 측면을 차폐하여 광원(110)으로부터의 광이 이미지렌즈(130)로 직접 유입되는 것을 방지한다.
이미지렌즈(130)는 도시된 바와 같이 독립된 하나의 부재로 구성되어, 광학장치로부터 분리될 수 있다. 즉, 이미지렌즈(130)는 베이스 부재(150) 상에 안착되지만, 이미지렌즈(130)를 다른 사양의 것으로 교체할 필요가 있을 때는 베이스 부재(150)로부터 분리될 수 있다.
베이스 부재(150)는 두께가 있는 사각형의 판 형상을 갖고, 사각형의 판의 양측에는 내측으로 오목한 오목부(155)를 구비할 수 있다. 이러한 오목부(155)는 예를 들어, "U"자형을 형성될 수 있고, 오목한 부분에는 광원(110)이 배치될 수 있다. 광원(110)이 베이스 부재(150)의 오목부(155)에 배치됨에 따라 광학장치에서 효율적인 공간활용이 가능하게 된다. 또한, 광원(110)은 3개의 벽면으로 둘러싸이게 되어, 광원(110)으로부터 나오는 빛이 산란되는 것을 최소화할 수 있다.
베이스 부재(150)의 하단에는 돌출부(154)가 형성될 수 있다. 이러한 돌출부(154)는 사각형상의 베이스 부재(150)의 모서리 부근에서 각각 하향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(154)는 인쇄회로기판(160)에 형성된 홈(161)에 삽입되어, 베이스 부재(150)를 인쇄회로기판(160) 상에 고정시킬 수 있다.
인쇄회로기판(160)에는 광원(110), 각종 소자 및 배선들이 배치된다. 인쇄회로기판(160) 상에는 이미지센서(140)가 배치될 수 있다. 이미지센서(140)는 와이어 본딩(wire bonding), 플립칩 본딩(flip chip bonding) 등의 공정으로 인쇄회로기판(160) 상에 부착될 수 있다. 이미지센서(140)는 베이스 부재(150)에 의해 둘러싸이게 되어, 광원(110)으로부터 산란되는 광이 이미지렌즈(130)를 통해 직접 유입되는 것이 방지된다. 대물면(180)에서 반사되는 광은 이미지렌즈(130) 및 개구부(151)를 통해 이미지센서(140)로 유입되어, 이미지를 인식할 수 있게 된다.
광학커버(170)는 조명렌즈부(120)를 덮어서, 광학장치 전체를 보호하는 역할을 한다. 광학커버(170)의 광학 플라스틱으로 구성될 수 있다. 광학커버(170)의 내부면 또는 외부면은 차광 코팅되어, 외부로부터 광이 유입되어 이미지센서(140)가 포화되는 것을 방지한다. 광학커버(170)의 내부면에는 협대역(narrow band) 코팅이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여 광원(110)으로부터의 광경로를 살펴보면, 광원(110)에서 나오는 빛은 조명렌즈부(120)를 통해 반사 및 집광되어 대물면(180)으로 조사된다. 대물면(180)에서 반사되는 빛은 이미지렌즈(130)를 통해 집광되어, 이미지센서(140)로 유입된다. 도시된 바와 같이, 이미지렌즈(130)는 베이스 부재(150)의 가이드부(152)에 의해 광원(110)으로부터의 빛이 직접 유입되는 것이 차단된다. 또한, 이미지센서(140)는 베이스 부재(150)에 의해 둘러싸이게 되어, 광원(110)으로부터의 빛이 직접 유입되는 것이 차단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학장치에서는 이미지렌즈(130)가 독립된 부재로 구성되어 광학장치로부터 분리 가능하다. 즉, 이미지렌즈(130)만 독립적으로 교체가능하게 구성된다.
종래의 광학장치에서는 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈와, 대물면에서 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하는 이미지렌즈가 하나의 통합 부재로 구성되었다. 조명렌즈와 이미지렌즈가 통합된 부재는 일반적으로 플라스틱 사출에 의해 제작된다. 광학장치에서, 이미지센서의 사양에 따라 이미지렌즈를 교체할 필요가 있을 때는 조명렌즈와 이미지렌즈가 통합된 부재 전체를 교체해야 했다. 이는 광학장치에서 부품의 교체로 인한 시간과 비용을 증가시키게 된다.
본 발명에서는 이미지렌즈(130)를 조명렌즈부(120)와 분리된 독립된 부재로 구성하였다. 그에 따라, 이미지렌즈(130)를 교체할 필요가 있을 때는, 이미지렌즈(130)만을 교체할 수 있도록 하여 부품 교체로 인한 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 종래의 광학장치에서는 광원에서 나오는 빛이 이미지렌즈로 직접 입사되는 것을 방지하기 위해 이미지렌즈에 인접하여 차단막 형상을 구현하여야 한다. 이러한 차단막 형상으로 인해 플라스틱 사출시 용융물의 흐름이 방해되어 성형성이 떨어지는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서는 이미지렌즈(130)가 분리 가능한 독립 부재로 구성되고, 이미지렌즈(130)는 베이스 부재(150)에 안착되어 지지되므로 종래와 같은 차단막 형상의 구현으로 인해 성형성이 저하되는 문제도 발생되지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 조명렌즈부를 도시하는 사시도이다. 도 5는 도 4의 조명렌즈부에 구비된 조명렌즈를 도시하는 사시도이다.
조명렌즈부(120)는 조명렌즈(121)와, 지지부재(122)를 갖는다. 조명렌즈(121)는 광원(110)으로부터의 빛을 집광하여 대물면(180)으로 조사한다. 지지부재(122)는 조명렌즈(121)의 측면에 일체로 연결되어 조명렌즈(121)를 지지한다.
조명렌즈(121)는 입사렌즈(121a), 반사렌즈(121b) 및 출사렌즈(121c)를 갖는 프리즘 구조로 형성될 수 있다.
입사렌즈(121a)는 광원(110)의 바로 위에 배치되어 광원(110)으로부터의 광이 입사되는 부분이다. 입사렌즈(121a)는 구면 또는 비구면의 형상을 가질 수 있다.
반사렌즈(121b)는 입사렌즈(121a)와 연결되고, 입사렌즈(121a)를 통과한 빛을 반사하여 대물면(180) 방향으로 보정하는 역할을 한다. 반사렌즈(121b)는 구면 또는 비구면의 형상을 가질 수 있다.
출사렌즈(121c)는 반사렌즈(121b)에서 반사된 빛을 대물면(180)에 모아주는 역할을 한다. 출사렌즈(121c)는 서로 연결되는 편평한 2개의 면으로 이루어진다. 그에 따라, 출사렌즈(121c)의 단면은 2개의 직선이 연결된 구조로 형성된다.
도 6은 도 4의 조명렌즈부에 구비된 조명렌즈의 단면의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7은 도 4의 조명렌즈부에 구비된 조명렌즈의 단면의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 8은 본 발명의 조명렌즈에서 사용되지 않는 단면 구조를 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 조명렌즈(221)는 입사렌즈(221a), 반사렌즈(221b) 및 출사렌즈(221c)로 구성되고, 이 중에서 출사렌즈(221c)의 단면은 2개의 직선으로 구성된다.
출사렌즈(221c)의 단면은 수평선(x)과 이루는 각(α)이 예각을 형성하는 제1 직선(221c')과, 수평선(y)과 이루는 각(β)이 직각을 형성하는 제2 직선(221c")으로 이루어진다.
이러한 출사렌즈(221c)의 단면 형상은 반사렌즈(221b)에서 반사된 광이 출사렌즈(221c)를 통해 목표 영역으로 집중될 수 있도록 하여 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 조명렌즈(321)는 입사렌즈(321a), 반사렌즈(321b) 및 출사렌즈(321c)로 구성된다. 출사렌즈(321c)의 단면은 수평선(x)과 이루는 각(α)이 예각을 형성하는 제1 직선(321c')과, 수평선(y)과 이루는 각(β)이 예각을 형성하는 제2 직선(321c")으로 이루어진다.
이러한 출사렌즈(321c)의 단면은 반사렌즈(321b)에서 반사된 광이 목표 영역으로 집중될 수 있도록 하여 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 조명렌즈에서 사용되지 않는 단면 구조를 도시한다.
조명렌즈(421)는 입사렌즈(421a), 반사렌즈(421b) 및 출사렌즈(421c)로 구성된다. 출사렌즈(421c)의 단면은 서로 연결되는 제1 직선(421c')과 제2 직선(421c")으로 이루어진다. 제1 직선(421c')은 수평선(x)과 이루는 각(α)이 예각을 형성하지만, 제2 직선(421c")은 바깥쪽으로 돌출되어 수평선(y)과 이루는 각(β)이 둔각을 형성하게 된다.
이와 같이, 제2 직선(321c")이 수평선(y)과 둔각을 형성함으로써, 출사렌즈(421c)를 통과한 빛은 목표영역에 도달하지 못하거나 목표영역으로 넓게 퍼지게 되어 집광효율이 저하되는 문제가 있다.
도 9는 종래의 일 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다. 도 10은 종래의 다른 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 종래의 조명렌즈(50)는 입사렌즈(50a), 반사렌즈(50b) 및 출사렌즈(50c)로 구성된다. 출사렌즈(50c)의 단면은 상단의 수평방향의 직선과, 이러한 직선과 연결되는 볼록한 형태의 직선 또는 곡선이 연결되는 구조를 갖는다. 이러한 출사렌즈(50c)를 통과한 빛은 화살표로 도시된 바와 같이 목표영역에 도달하지 못하거나, 목표영역으로 넓게 퍼지게 되어 집광 효율이 떨어진다.
도 10을 참조하면, 종래의 다른 조명렌즈(60)는 입사렌즈(60a), 반사렌즈(60b) 및 출사렌즈(60c)로 구성된다. 출사렌즈(60c)의 단면은 수평방향의 직선과 수직방향의 직선이 직각으로 만나는 구조를 갖는다. 화살표로 도시된 바와 같이, 출사렌즈(60c)를 통과한 빛은 도 9에 도시된 조명렌즈(50)와 비교하여 목표영역으로 효과적으로 집속되는 것을 확인할 수 있으나, 상단의 수평면에서 반사된 빛은 광학장치에서 이미지렌즈가 위치하는 방향으로 조사되는 것을 확인할 수 있다. 이는 이미지렌즈에 외란광을 발생시켜 해상도를 떨어뜨리는 문제를 발생시킨다.
본 발명의 실시예를 나타내는 도 11을 참조하면, 조명렌즈(221)는 입사렌즈(221a), 반사렌즈(221b) 및 출사렌즈(221c)로 구성된다. 출사렌즈(221c)의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과(221c'), 상기 제1 직선(221c')과 연결되면서 수평선과 예각 또는 직각으로 만나는 제2 직선(221c")으로 이루어진다.
상기 출사렌즈(121c)는 상단의 평면을 없애 외란광의 발생을 차단하고, 서로 연결되는 제1 직선(221c')과 제2 직선(221c")의 구조로 인해 반사렌즈(121b)를 통과한 빛이 목표영역을 중첩하여 조사함으로써, 빛이 좁은 면적에 집속되도록 하여 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 광학장치는 초소형 광학방식의 광학장치 센서모듈로 사용하여 초소형 포인팅장치 또는 입력장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학장치를 초소형 광학방식의 센서모듈로 사용하여 초소형 지문센싱장치의 구현이 가능하다. 이러한 초소형 지문 센싱 장치는 PC나 휴대형 단말기에서 보안기능을 강화하는데 실용적인 솔루션을 제공할 수 있게 한다.
또한, 소형 박형의 포인팅장치나 입력장치를 구현하여 시계형, 반지형, 단추형 등 무선입력장치의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학장치는 노트북, 태블렛 PC 등에 내장되어 작은 공간에서 고성능의 포인팅 기능을 구현할 수 있으며, 소형의 고성능 포인팅장치를 내장하거나 부착하는 유무선 키보드에 사용할 수 있다.
본 발명의 광학장치는 소형의 박형 포인팅 기능을 구현할 수 있어 기존 단말기들의 네비게이션(navigation) 키기능을 대치하거나 포인팅기능을 추가하는 장치로서 활용될 수 있으며, 휴대형 게임기기에서도 소형 포인팅장치로서 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학장치를 홈네트워크 환경에서의 원격제어장치에 적용하여 다기능 고성능의 원격제어장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 광학장치를 이용한 초소형 포인팅장치는 키오스크(kiosk) 등 여러 사람이 접근하고 사용하는 기기에 내장되어 그 성능을 고도화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 광원 120 : 조명렌즈부
121 : 조명렌즈 121a : 입사렌즈
121b : 반사렌즈 121c : 출사렌즈
122 : 지지부재 122a : 돌출부
123 : 개구부 130 : 이미지렌즈
140 : 이미지센서 150 : 베이스부재
151 : 개구부 152 : 가이드부
153 : 단턱부 154 : 돌출부
155 : 오목부 160 : 인쇄회로기판
161 : 홈 170 : 광학커버
180 : 대물면

Claims (21)

  1. 광학장치에 있어서,
    빛을 방사하는 하나 이상의 광원;
    상기 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하기 위한 조명렌즈부;
    상기 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지센서로 직접 집광하기 위한 이미지렌즈;
    상기 이미지렌즈를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 이미지센서;
    광학적으로 불투명한 재질로 구성되며, 상기 이미지센서로 유입되는 빛의 양을 조절하는 베이스 부재;
    를 포함하고,
    상기 베이스 부재는 상기 이미지렌즈를 수용하기 위한 수용공간을 갖도록 상기 베이스부재의 상면으로부터 돌출되도록 구성되어 상기 이미지렌즈의 측면 전체를 차폐하는 가이드부와, 상기 광원을 둘러싸도록 상기 베이스 부재의 양측에서 내측으로 오목하게 형성되되 내부에 상기 광원이 배치되는 오목부를 구비하고,
    상기 이미지렌즈는 상기 조명렌즈부와 독립된 부재로 구성되어 상기 광학장치로부터 교체가능하게 구성되며, 상기 이미지렌즈는 상기 베이스 부재의 가이드부에 분리가능하게 안착되어 지지되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 부재는 상기 이미지센서를 덮는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 부재는 상기 이미지렌즈와 상기 이미지센서 사이의 광경로 상에 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이미지센서가 안착되는 인쇄회로기판;
    을 더 포함하고,
    상기 베이스 부재는 상기 인쇄회로기판의 홈에 삽입되어 조립되는 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조명렌즈부는 상기 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈와 일체로 형성되어 상기 조명렌즈를 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조명렌즈부는 가운데에 개구부를 갖고,
    상기 개구부에는 상기 이미지렌즈가 위치하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 지지부재의 하면에는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부는 상기 베이스 부재 상면의 단턱부와 조립되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 조명렌즈부를 덮는 광학커버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광학커버의 외부면 또는 내부면은 차광 코팅된 것을 특징으로 하는 광학장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 조명렌즈부는 상기 광원으로부터의 빛이 입사되는 입사렌즈와, 상기 입사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면 방향으로 보정하는 반사렌즈와, 상기 반사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면에 모아주기 위한 출사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 상기 베이스 부재의 양측에 각각 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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