KR101468276B1 - 휴대용 발광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 휴대용 발광 장치는 발광 다이오드로부터 발광되는 광을 단면 비구면 렌즈 어레이를 통과시켜 광선의 직진성을 향상함과 아울러 원거리에서의 시인성을 향상시키는 휴대용 발광 장치에 관한 것으로, 빛을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 광원부와, 상기 광원부측으로부터 제1 볼록렌즈, 제2 볼록렌즈, 제3 볼록렌즈, 제4 볼록렌즈가 어레이되어 상기 광원부로부터 발광되는 광을 집광시키기 위한 렌즈어레이부와, 상기 광원부에 전원을 공급하는 전원부 및 상기 광원부, 상기 렌즈어레이부 및 상기 전원부의 이탈을 방지하도록 형성되고, 상기 광원부로부터 발산되는 광의 경로를 제공하는 하우징부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대용 발광 장치{Potable light emitting device}

본 발명은 휴대용 발광 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 다이오드로부터 발광되는 광을 단면 비구면 렌즈 어레이를 통과시켜 광선의 직진성을 향상함과 아울러 원거리에서의 시인성을 향상시키는 휴대용 발광 장치에 관한 것이다.

LED는 밝기가 밝고 에너지 효율이 높으며, 기존의 형광등과는 달리 수은등의 유해 물질이 없어 환경을 오염시키지 않고, 이산화탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수도 있다. 또한, 긴 수명으로 각종 폐기물을 최소화할 수도 있다는 장점이 있다. 또한, 가스나 필라멘트가 없어 충격에 강하고 안전하다는 등의 장점이 많아, LED를 이용한 조명장치가 등산, 자전거 등 야외활동뿐 아니라 조선소 등 산업분야에서도 널리 이용되고 있다.

그러나, LED를 이용한 핸드헬드 랜턴은 조도는 높으나 LED 특유의 빛의 산란성으로 광 효율이 낮아 근거리 외에는 빛을 비추는 것에 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위하여 즉, 원거리까지 빛을 조사시키기 위하여 여러 개의 광원을 사용하거나, 또는 많은 전력을 소비하는 광원을 사용하는 방안이 제시되었지만, 이러한 경우 비용이 증가하고, 배터리 기타 전원 공급 장치의 무게가 많이 나가 휴대하기 불편하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광원인 발광 다이오드로부터 발산되는 광을 집광과 확산을 반복시켜 저전원으로 광선의 직진성을 향상시키고, 아울러 원거리에서의 시인성을 향상시키는 휴대용 발광장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 휴대용 발광 장치는 빛을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 광원부와, 상기 광원부측으로부터 제1 볼록렌즈, 제2 볼록렌즈, 제3 볼록렌즈, 제4 볼록렌즈가 어레이되어 상기 광원부로부터 발광되는 광을 집광시키기 위한 렌즈어레이부와, 상기 광원부에 전원을 공급하는 전원부 및 상기 광원부, 상기 렌즈어레이부 및 상기 전원부의 이탈을 방지하도록 형성되고, 상기 광원부로부터 발산되는 광의 경로를 제공하는 하우징부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 렌즈어레이부는 제2 볼록렌즈와 제3 볼록렌즈 사이에 삽입되어, 제2 볼록렌즈로부터 집광된 빛을 확산시키는 오목렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 렌즈어레이부에 포함되는 볼록렌즈와 오목렌즈는 유리 재질의 단면 비구면 렌즈인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, LED 광의 직진성을 향상시켜 저전력으로도 원거리까지 광을 조사시키는 효과가 있다.

도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 발광 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 휴대용 발광 장치의 A 내지 A'를 절단한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 발광 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 휴대용 발광 장치의 A 내지 A'를 절단한 단면도이다.

도 1과 도2에 도시된 바와 같이, 휴대용 발광 장치는 하우징부(10), 광원부(20), 렌즈어레이부(30), 전원부(40)를 포함한다.

하우징부(10)는 각각의 구성요소를 패키징하기 위한 구성요소로서, 예시된 바와 같이 원통형으로 성형된 금속재 또는 플라스틱 프레임으로 이루어지고, 광원부(10), 렌즈어레이부(30) 및 전원부(40)의 이탈을 방지하도록 형성되며, 상기 광원부(10)로부터 발산되는 광 경로를 제공하고, 빛이 새어나가는 것을 방지하는 차광 기능을 제공한다.

또한, 하우징부(10)는 스위치를 포함하고 있어, 스위치 작동에 따라 전원부(40)로부터 광원부(10)에 공급되는 전원을 차단하는 역할을 한다.

하우징부(10)는 필요에 따라 내외부를 밀폐시키는 방수구조를 채택하거나, 방수코딩한다.

광원부(20)는 빛을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드(LED; Light Emieeing Diode)와, 회로기판(도시 생략)으로 구성되며, 발광 다이오드는 회로기판에 전기적으로 접속되며, 회로기판은 전원부(40)와 전기적으로 연결되어 있다. LED는 직진성을 갖는 광을 방출하는 점광원 역할을 한다. LED의 경우 HID(High Intensity Discharge Lamp: 고휘도 방전 램프)나 할로겐보다 어느 정도 직진성을 가지므로 반사갓이 없어도 광효율이 좋고, 전력 소비가 적으며, 이에 따라 전력 공급 장치 또는 배터리의 무게가 가벼워진다는 장점이 있다.

렌즈어레이부(30)는 복수의 렌즈들을 광 경로 상에 수직으로 위치하여 광원부(20)로부터 방출된 광을 굴절시켜 광선을 생성한다. 렌즈어레이부(30)는 광원부(20)측으로부터 제1 볼록렌즈(31), 제2 볼록렌즈(32), 오목렌즈(33), 제3 볼록렌즈(34), 제4 볼록렌즈(35)가 어레이되어 형성된다.

최적의 기능을 위한 각각의 렌즈들의 상세 스펙(specification)은 표1 과 같다. 표1에 제시되는 수치는 실험적으로 얻은 수치이며, 렌즈 곡률이 고정된 경우, 렌즈 지름과 렌즈 두께가 표 1과 동일한 비율로 증가하는 경우, 동일한 결과값을 얻을 수 있다. 이러한 경우, 각각의 렌즈두께와 렌즈 간의 간격에 따라 적합한 광원의 사양 즉, LED 용량이 변경될 수 있으며, LED 용량에 따라 공급되는 전압도 변경되어야 한다.

렌즈	렌즈타입	렌즈 곡률(R)	렌즈 지름(Φ)	렌즈 두께(㎜)
제1 볼록렌즈	+(볼록)렌즈(단면 비구면)	13	20	5.86
제2 볼록렌즈	+(볼록)렌즈(단면 비구면)	13	20	5.86
오목렌즈	-(오목)렌즈(단면 비구면)	22	20	1.2
제3 볼록렌즈	+(볼록)렌즈(단면 비구면)	13	20	5.86
제4 볼록렌즈	+(볼록)렌즈(단면 비구면)	35	33.9	5.7

제1 볼록렌즈(31)는 광원부(20)의 발광 다이오드에서 발산되는 광을 모으는 역할을 한다.

제2 볼록렌즈(32)는 제1 볼록렌즈를 통과한 광을 다시 한번 집광시켜 빛의 왜곡을 방지하는 역할을 한다.

오목렌즈(33)는 제2 볼록렌즈(32)를 통과하여 집광된 광을 확산시켜 빛을 원거리까지 조사하기 위한 역할을 한다.

제3 볼록렌즈(34)는 오목렌즈(33)를 통과하여 확산된 광을 다시 모아주는 역할을 한다.

제1 볼록렌즈(31), 제2 볼록렌즈(32), 오목렌즈(33), 제3 볼록렌즈(34) 간의 거리는 0.01㎜이다.

제4 볼록렌즈(35)는 제3 볼록렌즈(34)를 통과한 광의 초점거리를 변화시켜 줌(zoom)의 역할을 한다.

각각의 렌즈는 단면 비구면 유리 렌즈인 것이 바람직하다. 유리 렌즈의 경우, 투과율이 99% 이상이 되므로 빛의 손실이 거의 없다.

참고로, 볼록렌즈는 빛을 모으는 역할을 하는데, 일반적인 조명 장치의 경우 여러 개의 렌즈를 조합하여 사용하게 된다. 이 때 구면 형태의 렌즈를 사용할 경우, 구면 수차가 발생할 수 있다. 여기서 구면 수차란, 빛이 렌즈를 투과할 때 렌즈의 주변부를 통과한 빛이 중심부를 통과한 빛보다 더 짧은 거리에 초점을 맺는 현상으로 중심부와 주변부의 초점 위치가 달라지는 것을 말한다. 이러한 구면 수차로 인해 빛이 한 점으로 모이지 않고 주변부로 흩어지게 되는데, 이를 해결하기 위한 것이 바로 비구면 렌즈이다. 비구면 렌즈는 양면 비구면 렌즈와 단면 비구면 렌즈로 나뉘는데 단면 비구면 렌즈를 채택하는 것이 광의 왜곡을 줄이는데 더 바람직하다.

전원부(40)는 광원부(20)에 전원을 공급한다.

전원부(40)는 예컨대, 1.5V AAA건전지 3개를 직렬로 연결하여 4.5V전압을 광원부(20)에 공급할 수 있다.

이와 같은 본원 발명의 휴대용 발광 장치는 4.5V의 저전력으로, 4개의 단면 비구면 렌즈(+15.00D, +15.00D, +15.00D, +10.00D)를 어레이한 경우, 30M이상 거리에서도 10LUX정도 되는 빛을 보내며, 또한 조사거리도 약 500m정도에 이른다.

본원발명은 저전력으로 LED 로부터 발산되는 광을 집광시키고 직선화시켜 광을 왜곡없이 원거리까지 조사 가능하다는데 그 특징이 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

종래의 부피 크고 무거운 대용량 고전압 써치 라이트를 대신함은 물론, 크기와 경량성이 뛰어나 각종 레져(등산, 스킨스쿠버, 자전거 등등)산업에 활용성이 높으며, 빛의 조사거리가 뛰어나 군사작전용으로도 활용할 수 있다. 또한 화재 시에도 연기투시성이 기존 랜턴에 비해 우수하여 소방용으로도 적합하다. 이에 산업 전반적으로 활용성이 높아 수익창출이 높을 것으로 예상된다.

10 : 하우징부
20 : 광원부
30 : 렌즈 어레이부
40 : 전원부

Claims (3)

1. 빛을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 광원부;
   상기 광원부측으로부터 제1 볼록렌즈, 제2 볼록렌즈, 제3 볼록렌즈 및 제4 볼록렌즈가 어레이되어 상기 광원부로부터 발광되는 광의 왜곡을 방지하도록 집광시키기 위한 렌즈어레이부;
   상기 광원부에 전원을 공급하는 전원부; 및
   상기 광원부, 상기 렌즈어레이부 및 상기 전원부의 이탈을 방지하도록 형성되고, 상기 광원부로부터 발산되는 광의 경로를 제공하는 하우징부
   를 포함하고,
   상기 렌즈어레이부의 렌즈는 유리재질의 단면 비구면 렌즈이고,
   상기 제1 볼록렌즈, 제2 볼록렌즈 및 제3 볼록렌즈는 직경이 동일하고, 상기 제4 볼록렌즈는 상기 제1 볼록렌즈의 직경보다 크며,
   상기 제1 볼록렌즈, 제2 볼록렌즈 및 제3 볼록렌즈는 상기 광원부로부터 순차적으로 위치하고,
   상기 제3 볼록렌즈와 상기 제4 볼록렌즈까지의 거리는 상기 제1 볼록렌즈와 상기 제2 볼록렌즈까지의 거리와, 제2 볼록렌즈와 제3 볼록렌즈까지의 거리보다 먼 것을 특징으로 하는 휴대용 발광 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈어레이부는 제2 볼록렌즈와 제3 볼록렌즈 사이에 삽입되어, 제2 볼록렌즈로부터 집광된 빛을 확산시키는 오목렌즈를 더 포함하는 휴대용 발광 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 볼록렌즈, 제2 볼록렌즈 및 제3 볼록렌즈는 단면 비구면의 볼록렌즈 타입이고, 렌즈 곡률은 13R이고, 렌즈지름은 20Φ이며, 렌즈 두께는 5.86㎜이고,
   상기 오목렌즈는 단면 비구면의 오목렌즈 타입이고, 렌즈 곡률은 22R이고, 렌즈지름은 20Φ이며, 렌즈 두께는 1.2㎜이고,
   상기 제4 볼록렌즈는 단면 비구면의 볼록렌즈 타입이고, 렌즈 곡률은 35R이고, 렌즈지름은 33.9Φ이며, 렌즈 두께는 5.7㎜인 것을 특징으로 하는 휴대용 발광 장치.
   
   

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