KR101829988B1

KR101829988B1 - 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈 및 이를 이용한 조명장치

Info

Publication number: KR101829988B1
Application number: KR1020160093161A
Authority: KR
Inventors: 이윤철; 김현식; 유성환; 조용익; 고동현
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-02-19
Also published as: KR20180010667A

Abstract

본 발명은 광원의 수직방향 위치를 조절하여 광원에서 출력되는 빛의 반사 위치에 따른 평행광의 사이즈를 조절할 수 있는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈 및 이를 이용한 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 빛을 발광하는 광원부; 상기 광원부에서 발광된 빛을 평행광으로 변환하여 출력하는 렌즈부; 및 상기 렌즈부에서 출력되는 평행광이 반사부 초점을 통과하도록 반사하고, 상기 반사부 초점을 통과한 빛이 평행광으로 출력되도록 재반사하는 반사부를 포함한다. 따라서 본 발명은 광원의 수직방향 위치를 조절하여 광원에서 출력되는 빛의 반사 위치에 따른 평행광의 사이즈를 조절함으로써, 출력 광의 크기 제어가 가능한 장점이 있다.

Description

출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈 및 이를 이용한 조명장치{OPTICAL MODULE FOR CONTROLLING SIZE OF OUTPUT LIGHT AND LIGHTING DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈 및 이를 이용한 조명장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광원의 수직방향 위치를 조절하여 광원에서 출력되는 빛의 반사 위치에 따른 평행광의 사이즈를 조절할 수 있는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈 및 이를 이용한 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량이나 기차 등의 운송수단은 첨단 기술이 적용되어 그 기동성과 유용성이 향상됨으로써 현대사회에서 필수적인 운송수단이 되었다.

특히 야간 주행을 할 때에 차량이나 기차의 전측이나 주변에 위치한 물체를 용이하게 확인할 수 있도록 조명 기능과 함께 다른 차량이나 기타 도로상의 이용자에게 자차의 주행 상태를 알리기 위한 신호 기능을 가지는 다양한 램프를 구비하고 있다.

예를 들어, 차량의 헤드램프와 포그램프 등은 주로 조명 기능을 목적으로 하고, 턴 시그널 램프, 테일 램프, 브레이크 램프, 포지션 라이트(Position Light) 등은 주로 신호 기능을 목적으로 한다.

또한, 이러한 차량용 램프는 각 기능을 충분히 발휘하도록 그 설치 기준과 규격에 대해서 법규로 규정되어 있다.

최근 기술의 발전으로 LED(Light Emitting Diode)와 같은 발광 소자가 개발되었고, 이러한 LED는 전류가 공급되면 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발광하는 발광소자로서, 저전압, 저전류로 연속적인 발광이 가능하다는 장점이 있다.

이러한 장점으로 인해, LED가 차량의 외장 조명 및 실내조명뿐만 아니라 가정용 조명장치, 휴대용 랜턴 등 여러 조명 분야에서 다양하게 이용되고 있으며, LED로부터 나오는 빛의 일부는 그 LED 주변에 설치된 리플렉터에 의해 LED 전방의 목표로 하는 범위 내로 배광 제어가 가능하다.

도 1은 일반적인 광원의 배광 제어를 위한 광학계 구조를 나타낸 예시도로서, 도 1에 따른 광학계(10)는 광원(11)과 제1 렌즈(12)와 제2 렌즈(13)가 일렬로 배치되고, 상기 광원(11)에서 발광된 빛(14)은 제2 렌즈(13)의 수평방향 이동을 통해 배광이 제어되도록 구성된다.

그러나 종래 기술에 따른 광학계(10)는 배광 제어를 위해 수평방향 구조가 증가하여 조명장치의 크기가 증가하는 문제점과 함께 평행광의 패턴을 제공하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 도 2는 종래 기술에 따른 조명장치를 나타낸 예시도로서, 조명장치(20)는 LED(21)와, 제1 리플렉터(22)와, 제2 리플렉터(23)와, 제3 리플렉터(24)를 포함하여 구성되고, 상기 LED(21)의 전방에는 광의 지향각 조절을 위한 렌즈(25)가 설치된다.

상기 제3 리플렉터(24)는 LED(21) 또는 제1 리플렉터(22)와 대략 나란하게 배치되고, 제2 리플렉터(23)에서 반사된 광을 자신의 전방으로 반사시키도록 구성되며, 하단부(24a)로부터 상단부(24b)를 향해 경사진 형상을 갖는다.

그러나 이러한 종래의 조명장치는 광 효율을 높이기 위해 두 개 이상의 리플렉터를 설치해야 하고, 리플렉터에서 반사되는 평행광의 사이즈를 조절할 수 없어 LED 전방에 목표로 하는 범위 내에서 배광을 제어하지 못하는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 등록번호 제10-1488450호(광 손실 저감형 조명장치)

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광원의 수직방향 위치를 조절하여 광원에서 출력되는 빛의 반사 위치에 따른 평행광의 사이즈를 조절할 수 있는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈 및 이를 이용한 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 빛을 발광하는 광원부; 상기 광원부에서 발광된 빛을 평행광으로 변환하여 출력하는 렌즈부; 및 상기 렌즈부에서 출력되는 평행광이 반사부 초점을 통과하도록 반사하고, 상기 반사부 초점을 통과한 빛이 평행광으로 출력되도록 재반사하는 반사부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 렌즈부는 전반사 렌즈인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 반사부는 내측의 반사면이 대칭 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 반사부는 파라볼릭 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 빛을 발광하는 광원부와, 상기 광원부에서 발광된 빛을 평행광으로 변환하여 출력하는 렌즈부와, 상기 렌즈부에서 출력되는 평행광이 반사부 초점을 통과하도록 반사하고, 상기 반사부 초점을 통과한 빛이 평행광으로 출력되도록 재반사하는 반사부를 구비한 광학 모듈; 상기 광학 모듈의 광원부 및 렌즈부의 위치가 가변되도록 구동력을 제공하는 구동부; 및 상기 광학 모듈의 광원부와 렌즈부가 수납되고, 상기 구동부와 치합하여 구동부의 동작에 따라 재반사되는 평행광의 크기가 가변되도록 상기 광원부와 렌즈부의 위치를 변위하는 위치 조절부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 조명장치는 상기 광학 모듈의 반사부를 고정하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 조명장치는 하우징의 전측에 설치되어 상기 광학 모듈을 보호하고, 상기 재반사되는 평행광이 투과하는 투광부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 투광부는 상기 재반사되는 평행광의 지향각을 조절하는 프로젝션 렌즈인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 광원의 수직방향 위치를 조절하여 광원에서 출력되는 빛의 반사 위치에 따른 평행광의 사이즈를 조절함으로써, 출력 광의 크기 제어가 가능한 장점이 있다.

도 1 은 일반적인 광원의 배광 제어를 위한 광학계 구조를 나타낸 예시도.
도 2 는 종래 기술에 따른 조명장치를 나타낸 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 나타낸 분해 사시도.
도 4 는 도 3에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈의 구조를 나타낸 단면도.
도 5 는 도 4에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈의 동작 상태를 나타낸 단면도.
도 6 은 본 발명에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치를 나타낸 블록도.
도 7 은 도 6에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치를 나타낸 사시도.
도 8 은 도 6에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치의 A-A 단면구조를 나타낸 단면도.
도 9 는 도 6에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치의 B-B 단면구조를 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

(광학 모듈)

도 3은 본 발명에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 4에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 모듈(100)은 광원부(110)와, 렌즈부(120)와 반사부(130)를 포함하여 구성된다.

상기 광원부(110)는 빛을 발광하는 구성으로서, 일정 파장범위의 빛을 발광하는 LED로 이루어진다.

상기 렌즈부(120)는 광원부(110)에서 발광된 빛을 평행광(140)으로 변환하여 출력하는 구성으로서, 바람직하게는 전반사 렌즈로 이루어진다.

상기 반사부(130)는 렌즈부(120)에서 출력되는 평행광이 반사부 초점(132)을 통과하도록 반사하고, 상기 반사부 초점(132)을 통과한 빛이 평행광(140a, 140b)으로 출력되도록 재반사하는 구성으로서, 내측에 형성되는 제1 반사면(131)과, 반사부 초점(132)과, 제2 반사면(133)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제1 반사면(131)과 제2 반사면(133)은 반사부 초점(132)을 중심으로 대칭 형상으로 이루어지고, 바람직하게는 파라볼릭(포물선) 형상으로 이루어진다.

또한, 상기 제1 및 제2 반사면(131, 133)은 반사효율이 증가될 수 있도록 반사물질이 코팅될 수 있다.

상기 제1 반사면(131)은 광학 모듈(100)에서 출력된 평행광(140)이 반사되도록 하여 반사부 초점(132)을 통과하도록 구성된다.

상기 반사부 초점(132)은 제1 반사면(131)에서 반사된 평행광(140)이 한 곳에 모이는 점으로, 상기 반사부 초점(132)을 통과한 평행광은 제2 반사면(133)으로 입사되도록 한다.

상기 제2 반사면(133)은 상기 반사부 초점(132)을 통과한 빛이 평행광(140a, 140b)으로 출력되도록 재반사한다.

또한, 상기 제2 반사면(133)에서 재반사되는 평행광(140a, 140b)은 반사부 초점(132)을 통과한 빛의 입사각도에 따라 반사되는 위치가 다르게 형성되어 상기 재반사되는 평행광(140a, 140b)의 크기가 다르게 형성된다.

즉 광원부(110)와 렌즈부(120)의 위치에 따라 평행광(140)이 반사되는 제1 반사면(131)의 위치, 예를 들면, 상기 광원부(110)와 렌즈부(120)의 위치가 반사부(130)의 상부에 위치된 경우 상기 평행광(140)은 제1 반사면 상부영역(131a)에서 반사되어 반사부 초점(132)을 통과하고, 상기 반사부 초점(132)을 통과한 빛은 제2 반사면 상부영역(133a)에서 재반사되어 폭이 좁은(narrow) 평행광(140a)을 형성하며 출력된다.

또한, 상기 광원부(110)와 렌즈부(120)의 위치가 반사부(130)의 하부에 위치된 경우 상기 평행광(140)은 제1 반사면 하부영역(131b)에서 반사되어 반사부 초점(132)을 통과하고, 상기 반사부 초점(132)을 통과한 빛은 제2 반사면 하부영역(133b)에서 재반사되어 폭이 넓은 평행광(140b)을 형성하며 출력된다.

(조명장치)

도 6은 본 발명에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치를 나타낸 블록도이고, 도 7은 도 6에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치를 나타낸 사시도이며, 도 8은 도 6에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치의 A-A 단면구조를 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 6에 따른 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치의 B-B 단면구조를 나타낸 단면도이다.

우선, 광학 모듈(100)의 구성에 대한 반복적인 설명은 생략하고, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.

도 6 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 조명장치(200)는 광학 모듈(100)과, 하우징(201)과, 투광부(202)와, 구동부(210)와, 위치 조절부(220)를 포함하여 구성된다.

상기 광학 모듈(100)은 빛을 발광하는 광원부(110)와, 상기 광원부(110)에서 발광된 빛을 평행광(140)으로 변환하여 출력하는 렌즈부(120)와, 상기 렌즈부(120)에서 출력되는 평행광이 반사부 초점(132)를 통과하도록 반사하고, 상기 반사부 초점(132)을 통과한 빛이 평행광(140a, 140b)으로 출력되도록 재반사하는 반사부(130)를 포함하여 구성된다.

상기 하우징(201)은 원통 형상의 부재로서, 일측은 개구되고 내부에는 광학 모듈(100)이 설치될 수 있도록 수납공간이 형성되며, 바람직하게는 상기 광학 모듈(100)의 반사부(130)를 고정한다.

상기 투광부(202)는 하우징(201)의 개구된 일측에 설치되어 상기 하우징(201)에 수납된 광학 모듈(100)이 보호되도록 하고, 상기 광학 모듈(100)에서 재반사되어 출력되는 평행광(140a, 140b)이 투과될 수 있도록 한다.

또한, 상기 투광부(202)는 재반사되어 출력되는 평행광(140a, 140b)의 지향각이 조절될 수 있도록 프로젝션 렌즈로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 구동부(210)는 하우징(201)의 일측에 설치되어 광학 모듈(100)의 광원부(110)와 렌즈부(120)가 반사부(130)의 전측에서 상/하방향으로 이동하며 위치가 가변될 수 있도록 구동력을 제공하는 구성으로서, 회전축(211)을 중심으로 회전하는 휠 또는 전동모터, 릴레이 등의 액추에이터로 구성된다.

또한, 상기 구동부(210)의 일측에는 상기 구동부(210)의 동작에 따라 상기 위치 조절부(220)의 위치가 변위되도록 상기 위치 조절부(220)와 치합하는 피니언 기어(212)가 설치된다.

상기 위치 조절부(220)는 광학 모듈(100)의 광원부(110)와 렌즈부(120)가 수납되고, 구동부(210)의 피니언 기어(212)와 치합하여 상기 구동부(210)의 동작에 따라 재반사되는 평행광(140a, 140b)의 크기가 가변되도록 상기 광원부(110)와 렌즈부(120)의 위치를 변위하는 구성으로서, 일측에는 상기 피니언 기어(212)와 치합하는 랙 기어(221)가 설치된다.

따라서 구동부(210)가 정방향 또는 역방향으로 회전하여 피니언 기어(212)와 랙 기어(221)로 연결된 위치 조절부(220)의 위치를 상/하방향으로 이동하면, 상기 위치 조절부(220)에 설치된 광학부(110)와 렌즈부(120)의 위치가 변위하여 반사부(130)에 반사되는 빛의 반사위치가 가변됨으로써, 출력되는 평행광의 크기를 조절하여 출력할 수 있게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

100 : 광학모듈 110 : 광원부
120 : 렌즈부 130 : 반사부
131 : 제1 반사면 131a : 제1 반사면 상부영역
131b : 제1 반사면 하부영역 132 : 반사부 초점
133 : 제2 반사면 133a : 제2 반사면 상부영역
133b : 제2 반사면 하부영역 140 : 출력광
140a : 제1 평행광 140b : 제2 평행광
200 : 조명장치 201 : 하우징
202 : 투광부 210 : 구동부
211 : 화전축 212 : 피니언 기어
220 : 위치 조절부 221 : 랙 기어

Claims

빛을 발광하는 광원부(110);
상기 광원부(110)에서 발광된 빛을 평행광(140)으로 변환하여 출력하는 렌즈부(120); 및
상기 렌즈부(120)에서 입사되는 평행광(140)이 반사부 초점(132)을 통과하도록 반사하고, 상기 반사부 초점(132)을 통과한 빛이 상기 입사된 평행광(140)과 반대방향의 평행광(140a, 140b)으로 출력되도록 재반사하는 반사부(130)를 포함하고,
상기 광원부(110)와 렌즈부(120)는 상기 반사부(130)의 전측에 대향하여 배치되고, 상기 반사부(130)의 전측에서 상/하방향으로 위치가 가변하여 상기 광원부(110) 및 렌즈부(120)의 위치에 따라 상기 반대방향으로 출력되는 평행광(140a, 140b)의 폭이 좁아지거나 또는 넓어지는 것을 특징으로 하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부(120)는 전반사 렌즈인 것을 특징으로 하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 반사부(130)는 내측의 반사면이 대칭 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈.
제 3 항에 있어서,
상기 반사부(130)는 파라볼릭 형상인 것을 특징으로 하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈.
빛을 발광하는 광원부(110)와, 상기 광원부(110)에서 발광된 빛을 평행광(140)으로 변환하여 출력하는 렌즈부(120)와, 상기 렌즈부(120)에서 출력되는 평행광이 반사부 초점(132)을 통과하도록 반사하고, 상기 반사부 초점(132)을 통과한 빛이 평행광(140a, 140b)으로 출력되도록 재반사하는 반사부(130)를 구비한 광학 모듈(100);
상기 광학 모듈(100)의 광원부(110) 및 렌즈부(120)의 위치가 가변되도록 구동력을 제공하는 구동부(210); 및
상기 광학 모듈(100)의 광원부(110)와 렌즈부(120)가 수납되고, 상기 구동부(210)와 치합하여 구동부(210)의 동작에 따라 재반사되는 평행광(140a, 140b)의 크기가 가변되도록 상기 광원부(110)와 렌즈부(120)의 위치를 변위하는 위치 조절부(220)를 포함하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치.
제 5 항에 있어서,
상기 조명장치는 상기 광학 모듈(100)의 반사부(130)를 고정하는 하우징(201)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치.
제 6 항에 있어서,
상기 조명장치는 하우징(201)의 전측에 설치되어 상기 광학 모듈(100)을 보호하고, 상기 재반사되는 평행광(140a, 140b)이 투과하는 투광부(202)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치.
제 7 항에 있어서,
상기 투광부(202)는 상기 재반사되는 평행광(140a, 140b)의 지향각을 조절하는 프로젝션 렌즈인 것을 특징으로 하는 출력 광의 크기 제어가 가능한 광학 모듈을 이용한 조명장치.