KR102342306B1 - 충전방법 및 충전장치 - Google Patents

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KR102342306B1
KR102342306B1 KR1020200165015A KR20200165015A KR102342306B1 KR 102342306 B1 KR102342306 B1 KR 102342306B1 KR 1020200165015 A KR1020200165015 A KR 1020200165015A KR 20200165015 A KR20200165015 A KR 20200165015A KR 102342306 B1 KR102342306 B1 KR 102342306B1
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황대순
박상영
김영수
윤창준
이혁재
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한화시스템 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 광 발생부를 포함하는 충전장치로부터 대상체로 광을 조사하여, 대상체에 전력을 충전하는 충전방법으로서, 충전장치와 대상체 간의 이격거리(l) 및 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하는 과정, 광 발생부와 수신기 사이에 위치된 복수의 렌즈를 포함하는 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단하기 위한 제1초점값(f1)을 산출하는 과정 및 산출된 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 제1렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 대상체의 위치에 따라 렌즈들 간의 간격을 조절하여 대상체의 수신기에 초점이 맺히도록 광을 조사할 수 있다. 따라서, 대상체로 전력 또는 전기를 용이하게 충전시킬 수 있고, 광 발생부로부터 발생된 광량에 따른 수신기로의 전력 충전효율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 이에 따라 원거리에 있는 대상체로 전력을 충전시킬 수 있다.

Description

충전방법 및 충전장치{POWER CHARGING METHOD AND POWER CHARGING APPARATUS}
본 발명은 충전방법 및 충전장치에 관한 것으로, 광을 조사하여 대상체의 전력을 충전하는 충전방법 및 충전장치에 관한 것이다.
드론은 주로 무인 정찰, 전투 지원 등 군사적인 용도로 활용되고 있다. 이러한 드론은 전기를 동력으로 사용하는데, 프로펠러를 지속적으로 빠르게 회전시킴에 따라 전력 소모량이 매우 많아, 전력을 최대로 충전하더라도 비행 시간이 1시간 이내로 짧다.
그리고, 전력이 모두 소모되었을 경우, 지상에 착륙하여 유선 충전기를 통해 전력을 충전하는 방식으로 전력을 충전하였다. 그러나 이러한 충전 방식은 전력이 소모될 때마다 지상에 착륙하여 전력을 충전시켜야 하는 번거로움이 있다.
따라서, 레이저를 방사하는 무선충전장치를 이용하여 드론을 충전시키는 방법이 이용되고 있다. 즉, 무선충전장치에서 방사된 레이저가 드론의 수신기로 조사되면, 수신기의 광 변환소자가 광 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전력을 충전시킨다.
그런데, 드론은 그 위치가 변경되도록 이동하기 때문에, 무선충전장치를 이용하여 레이저를 조사할 때, 레이저의 초점이 드론의 수신기로 맺히게 하는 것이 어렵다. 또한, 무선충전장치로부터 방사된 광(또는 빔)에 있어서, 그 복사조도(또는 출력)가 폭 방향으로 균일하지 않은 문제가 있다. 즉, 폭 방향 중심의 복사조도가 가장 크고, 양 끝으로 갈수록 복사조도가 급격하게 감소하는 문제가 있다.
이렇게, 무선충전장치로부터 방사된 광이 수신기에 초점을 맺지 않거나, 폭 방향으로 그 복사조도가 균일하지 않은 경우, 수신기에서 광 에너지를 전기 에너지를 변환하는 효율 즉, 충전효율이 떨어지는 문제가 있다.
한국등록특허 KR1847330
본 발명은 충전효율을 향상시킬 수 있는 충전방법 및 충전장치를 제공한다.
본 발명은 이동중인 대상체를 충전시킬 수 있는 충전방법 및 충전장치를 제공한다.
본 발명은 원거리에 있는 대상체를 충전시킬 수 있는 충전방법 및 충전장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는 광 발생부를 포함하는 충전장치로부터 대상체로 광을 조사하여, 대상체에 전력을 충전하는 충전방법으로서, 상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하는 과정; 상기 광 발생부와 수신기 사이에 위치된 복수의 렌즈를 포함하는 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단하기 위한 제1초점값(f1)을 산출하는 과정; 및 산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정; 을 포함한다.
광 발생부를 포함하는 충전장치로부터 이동하는 대상체로 광을 조사하여, 대상체에 전력을 충전하는 충전방법으로서, 상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하는 과정; 상기 광 발생부와 수신기 사이에 위치된 복수의 렌즈를 포함하는 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단하기 위한 제1초점값(f1)을 산출하는 과정; 및 산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정;을 포함한다.
상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 각각은 적어도 일 방향으로 나열 배치된 복수의 곡면부를 포함하고, 상기 제1기준값(S1)을 산출하는 과정은, 상기 충전장치와 대상체 간의 이격거리(l)를 제2기준값(S2)으로 결정하는 과정; 및 상기 수신기의 크기(A), 상기 복수의 곡면부 중 하나의 곡면부의 크기(p), 상기 제2기준값(S2)을 이용하여 제1기준값(S1)을 획득하는 제1기준값(S1) 연산 과정;을 포함한다.
상기 수신기의 크기(A)는 광이 입사되는 면에 있어서, 제1방향 및 상기 제1방향과 교차하는 제2방향 중 어느 하나의 방향의 길이이고, 상기 곡면부의 크기(p)는 복수의 곡면부가 나열된 방향으로의 곡면부의 길이이다.
상기 제1기준값(S1) 연산 과정은, 아래 수식을 이용하여 연산하는 과정을 포함한다.
[수식]
Figure 112020129443098-pat00001
상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정은, 상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 큰 경우, 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 간의 이격거리를 증가시키는 과정; 및 상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 작은 경우, 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 간의 이격거리를 감소시키는 과정;을 포함한다.
상기 제1렌즈부와 상기 수신기 사이에 위치된 복수의 렌즈를 포함하는 제2렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단하기 위한 제2초점값(f2)을 산출하는 과정; 및 산출된 상기 제2초점값(f2)과 상기 제2기준값(S2)의 차이에 따라 상기 제2렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정;을 포함한다.
상기 제2렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정은, 상기 제2초점값(f2)이 상기 제2기준값(S2)에 비해 큰 경우, 상기 제2렌즈부의 복수의 렌즈 간의 이격거리를 증가시키는 과정; 및 상기 제2초점값(f2)이 상기 제2기준값(S2)에 비해 작은 경우, 상기 제2렌즈부의 복수의 렌즈 간의 이격거리를 감소시키는 과정;을 포함한다.
상기 제1초점값 및 제2초점값을 산출하는 과정은, 상기 제1렌즈부 및 제2렌즈부 각각에 구비된 복수의 렌즈 각각의 굴절능, 복수의 렌즈 각각의 굴절률, 공기의 굴절률, 복수의 렌즈 중 적어도 일부 렌즈의 두께, 복수의 렌즈 사이의 이격거리를 이용하여 산출한다.
상기 광 발생부로부터 광을 방사하여 상기 수신기로 광을 조사하는 충전과정을 포함하고, 상기 광 발생부로부터 광을 방사하는 과정은, 상기 제1초점값이 상기 제1기준값이 되고, 상기 제2초점값이 상기 제2기준값이 될 때, 실시한다.
본 발명의 실시예는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 대상체로 광을 조사하는 충전장치로서, 광을 발생시키는 광 발생부; 상기 광 발생부와 상기 대상체 사이에 위치된 복수의 렌즈를 구비하는 제1렌즈부를 포함하는 광학부; 상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하고, 상기 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단할 수 있는 제1초점값(f1)을 산출하는 제1연산부; 및 산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 제1제어부;를 포함한다.
본 발명의 실시예는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 이동 가능한 대상체로 광을 조사하는 충전장치로서, 광을 발생시키는 광 발생부; 상기 광 발생부와 상기 대상체 사이에 위치된 복수의 렌즈를 구비하는 제1렌즈부를 포함하는 광학부;상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하고, 상기 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단할 수 있는 제1초점값(f1)을 산출하는 제1연산부; 및 산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 제1제어부;를 포함한다.
상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 각각의 표면에는 적어도 일 방향으로 나열 배치된 복수의 곡면부가 마련되며, 상기 제1연산부는, 상기 충전장치와 대상체 간의 이격거리(l)에 의해 결정되는 제2기준값(S2), 상기 수신기의 크기(A), 상기 복수의 곡면부 중 하나의 곡면부의 크기(p)를 이용하여 상기 제1기준값(S1)을 산출하고, 상기 제1렌즈부에 구비된 복수의 렌즈 각각의 굴절능, 복수의 렌즈 각각의 굴절률, 공기의 굴절률, 복수의 렌즈 중 적어도 일부 렌즈의 두께, 복수의 렌즈 사이의 이격거리를 이용하여 상기 제1초점값(f1)을 산출한다.
상기 제1제어부는, 상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 큰 경우, 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 간의 이격거리를 증가시키고, 상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 작은 경우, 상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 간의 이격거리를 감소시킨다.
상기 제1렌즈부의 복수의 렌즈 각각은, 베이스 및 상기 베이스에 마련된 상기 복수의 곡면부를 포함하고, 상기 곡면부는 상기 베이스로부터 외측으로 볼록하게 돌출된 형상이거나, 상기 베이스의 표면으로부터 내측으로 오목하게 함몰된 형상이다.
상기 곡면부는 두께 방향과 교차하는 방향에서의 횡단면의 형상이 사각형일 수 있다.
상기 곡면부는 두께 방향과 교차하는 방향에서의 횡단면의 형상이 정사각형일 수 있다.
상기 곡면부는 두께 방향과 교차하는 방향에서의 횡단면의 형상이 직사각형일 수 있다.
상기 제1렌즈부와 상기 대상체 사이에 위치된 복수의 렌즈를 포함하는 제2렌즈부에 따른 초점위치를 판단할 수 있는 제2초점값(f2)을 산출하는 제2연산부; 및 산출된 상기 제2기준값(S2)과 제2초점값(f2)의 차이에 따라 상기 제2렌즈부의 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하는 제2제어부;를 포함한다.
상기 제2연산부는 상기 제2렌즈부에 구비된 복수의 렌즈 각각의 굴절능, 복수의 렌즈 각각의 굴절률, 공기의 굴절률, 복수의 렌즈 중 적어도 일부 렌즈의 두께, 복수의 렌즈 사이의 이격거리를 이용하여 상기 제2초점값(f2)을 산출한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 대상체의 위치에 따라 렌즈들 간의 간격을 조절하여 대상체의 수신기에 초점이 맺히도록 광을 조사할 수 있다. 따라서, 대상체로 전력 또는 전기를 용이하게 충전시킬 수 있고, 광 발생부로부터 발생된 광량에 따른 수신기로의 전력 충전효율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 이에 따라 원거리에 있는 대상체로 전력을 충전시킬 수 있다.
그리고, 수신기로 조사되는 광 또는 빔의 형상을 사각형으로 형상이 되도록 할 수 있고, 광 또는 빔의 복사조도를 수신기의 폭 방향으로 균질화시킬 수 있다. 따라서, 광 발생부로부터 발생된 광량에 따른 수신기로의 전력 충전효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 대상체 및 본 발명의 실시예에 따른 충전장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 대상체에 구비된 본 발명의 실시예에 따른 수신기를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 대상체에 구비된 종래의 수신기를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1렌즈부의 제1렌즈를 도시한 입체도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 충전장치로부터 방사되어 수신기에 조사된 광 또는 빔의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 실시예에 충전장치로부터 수신기로 조사된 광의 제1방향(X축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 나타낸 그래프이고, 도 7의 (b)는 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 색으로 나타낸 그림이다.
도 8의 (a)는 종래의 충전장치로부터 수신기로 조사된 광의 제1방향(X축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 나타낸 그래프이고, 도 8의 (b)는 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 색으로 나타낸 그림이다.
도 9는 실시예의 변형예에 따른 제1렌즈부의 제1렌즈를 도시한 입체도이다.
도 10은 렌즈의 곡률반경을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 1은 대상체 및 본 발명의 실시예에 따른 충전장치를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 2는 대상체에 구비된 본 발명의 실시예에 따른 수신기를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 3은 대상체에 구비된 종래의 수신기를 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 도 1과 같이 대상체(100)로 광(L)을 조사하여 전력 즉, 전기를 충전시키는 충전장치 및 충전방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 충전효율을 향상시킬 수 있고, 이동하는 대상체(100)에 전력을 충전시킬 수 있는 충전장치 및 충전방법을 제공한다.
대상체(100)는 전기를 이용하여 구동 또는 동작하는 다양한 장치의 적용이 가능하다. 또한, 대상체(100)는 이동 가능한 장치일 수 있다. 보다 구체적인 예로 대상체(100)는 비행물체 예컨대 드론일 수 있다.
그리고 이러한 대상체(100)는 충전장치(C)로부터 방사된 광(L)을 수신하고, 수신된 광(L)을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 광 변환소자(112)가 구비된 수신기(110)를 포함하는 수단일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 대상체(100)에 장착된 수신기(110)는 도 2와 같이 소정의 면적을 가지는 바디(111) 및 바디(111) 상에 장착된 복수의 광 변환소자(112)를 포함한다.
바디(111)는 사각형의 형상이고, 보다 구체적으로는 제1방향(X축 방향) 및 상기 제1방향과 교차하는 제2방향(Z축 방향)의 길이가 동일한 정사각형의 형상일 수 있다. 여기서 제1방향(X축 방향)은 가로방향, 제2방향(Z축 방향)은 세로방향으로 명명될 수 있다.
광 변환소자(112)는 수신된 광(L)을 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 소자로서, 도 2에 도시된 바와 같이 복수개로 마련된다. 이러한 광 변환소자(112)는 예컨대 사각형의 형상 보다 구체적으로 정사각형의 형상일 수 있다. 또한, 광 변환소자(112)는 복수개로 마련되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 바디(111)의 일면 상에 균일하게 분포되도록 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 복수의 광 변환소자(112)는 직렬 연결된다.
바디(111)를 사각형의 형상으로 마련하는 것은 균일한 크기의 복수의 광 변환소자(112)를 바디(111)에 장착시키기 위함이다. 즉, 바디(111)의 형상을 사각형으로 할 때, 균일한 크기의 복수의 광 변환소자(112)를 부착시킬 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 바디(111)의 중앙에 부착되는 광 변환소자(112)와 가장자리에 부착되는 광 변환소자(112)의 크기가 다르지 않고 균일하도록 부착시킬 수 있다.
더 구체적인 설명을 위해 도 3과 같이 바디(111)의 형상이 원형인 경우를 예를 들어 설명한다. 도 3과 같이 바디(111)가 원형인 경우, 바디(111)의 중앙에 부착되는 광 변환소자(112)에 비해 가장자리에 부착되는 광 변환소자(112)의 크기를 작게 마련할 수 밖에 없다. 이는, 복수의 광 변환소자(112)가 바디(111) 외측으로 벗어나지 않고 바디(111) 내부에 위치하도록 부착되어야 하기 때문이다. 그리고 이렇게 바디(111)의 형상이 원형으로 마련되어 가장자리에 부착되는 광 변환소자(112)의 크기가 작은 경우, 충전효율이 떨어지는 문제가 있다.
이는 복수의 광 변환소자(112)가 직렬로 연결되어 있기 때문이다. 즉, 상대적으로 작은 크기의 광 변환소자(112)에서 생산되는 전력량이 상대적으로 큰 광 변환소자(112)에서 생산되는 전력량에 비해 작다. 이에, 작은 크기의 광 변환소자(112)에서 생산된 전력에 의한 전류가 큰 크기의 광 변환소자(112)에서 생산된 전력에 의한 전류가 작다. 그런데 복수의 광 변환소자(112)가 직렬로 연결되어 있으므로, 바디(111)의 중앙에 부착된 광 변환소자(112)에서 큰 전류의 전력이 생산되었더라도, 가장자리에 부착된 작은 크기의 광 변환소자(112)에서 작은 전류의 전력이 생산됨에 따라, 수신기(110) 전체의 전력량 즉 전류가 감소하게 된다. 따라서, 바디(111)가 원형으로 마련되는 경우 사각형일 때에 비해 생산되는 전력의 전류가 작아, 충전효율이 떨어지는 문제가 있다.
하지만, 실시예에서는 바디(111)를 사각형의 형상으로 마련한다. 이에 도 2에 도시된 바와 같이 바디(111) 전체에 균일한 크기의 광 변환소자(112)를 부착시킬 수 있다. 즉, 바디(111)의 가장자리에 부착되는 광 변환소자(112)와 중앙에 부착되는 광 변환소자(112)의 크기를 균일하게 할 수 있고, 특히 가장자리에 부착되는 광 변환소자(112)의 크기를 작게 마련하지 않아도 된다.
이에 따라, 실시예에 따른 사각형 형상의 수신기(110)에 의하면, 바디(111)의 중앙에 부착되는 광 변환소자(112)와 가장자리에 부착되는 광 변환소자(112)에서 생산되는 전력의 전류가 균일하다. 따라서, 광 변환소자(112)의 크기 차이 또는 전류 차에 의해 수신기(110) 전체의 전류가 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 이에, 바디(111)가 원형일 때에 비해 실시예와 같이 사각형일 경우, 충전효율이 향상되는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전장치를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1렌즈부의 제1렌즈를 도시한 입체도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 충전장치로부터 방사되어 수신기에 조사된 광 또는 빔의 형상을 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 (a)는 본 발명의 실시예에 충전장치로부터 수신기로 조사된 광의 제1방향(X축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 나타낸 그래프이고, 도 7의 (b)는 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 색으로 나타낸 그림이다. 도 8의 (a)는 종래의 충전장치로부터 수신기로 조사된 광의 제1방향(X축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 나타낸 그래프이고, 도 8의 (b)는 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)의 복사조도(W/mm2)를 색으로 나타낸 그림이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 충전장치(C)는 광(L)을 생성 또는 발생시켜 대상체(100)로 방사 또는 조사하는 광학기(1000) 및 광학기(1000)의 동작을 제어하는 제어기(2000)를 포함한다.
광학기(1000)는 광(L)을 생성 또는 발생시키는 광 발생부(1100), 광 발생부(1100)의 전방에 상호 이격 배치되어, 광 발생부(1100)로부터 발생된 광(L)을 받아 대상체(100)를 향해 조사시키는 제1 및 제2렌즈부(1210, 1220)를 구비하는 광학부(1200), 제1렌즈부(1210)를 동작시키는 제1구동부(1300a), 제2렌즈부(1220)를 동작시키는 제2구동부(1300b)를 포함한다.
광 발생부(1100)는 광을 발생시키는 수단으로, 예컨대 레이저(laser)를 발생시키는 장치일 수 있다. 물론 광 발생부(1100)는 레이저에 한정되지 않고, 수신기(110)에서 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 다양한 종류의 광이 사용될 수 있다.
광학부(1200)는 광 발생부(1100)의 전방에 위치된 제1렌즈부(1210) 및 제1렌즈부(1210)의 전방에 위치된 제2렌즈부(1220)를 포함한다. 또한, 또한, 광학부(1200)는 광 발생부(1100)와 제1렌즈부(1210) 사이에 위치된 시준렌즈(1230)를 포함할 수 있다.
시준렌즈(1230)는 광 발생부(1100)로부터 발생된 광(L)이 제1렌즈부(1210)로 조사될 때, 일정한 폭으로 조사되도록 하는 렌즈 일명, 시준렌즈일 수 있다. 즉, 시준렌즈(1230)는 광(L)의 제1방향 길이 및 제2방향의 길이가 제1렌즈부(1210)로 갈수록 점차 짧아지거나 길어지지 않고, 일정한 길이로 조사되도록 하는 렌즈이다. 이러한 시준렌즈(1230)는 예컨대 광 발생부(1100)를 향하는 면이 볼록면이고, 제1렌즈부(1210)를 향하는 면이 평면인 형상일 수 있다.
제1렌즈부(1210)는 대상체(100)에 구비된 수신기(110)로 조사되는 광(L) 즉, 빔(beam)의 크기를 조절하는 것으로, 도 4와 같이 광 발생부(1100)와 제2렌즈부(1220) 사이에 위치하도록 마련될 수 있다. 이러한 제1렌즈부(1210)는 입사된 광(L)을 투과, 굴절, 반사시키는 복수의 렌즈를 포함한다. 예를 들어 제1렌즈부(1210)는 도 4와 같이 광 발생부(1100)와 제2렌즈부(1220) 사이에서 상호 이격되게 나열된 한 쌍의 렌즈(이하, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212))를 포함할 수 있다.
제1렌즈(1211)는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 제1곡면부(1211-2)를 포함하는 형상일 수 있다. 즉, 제1렌즈(1211)는 광 발생부(1100)가 위치된 방향으로 볼록하게 돌출된 제1곡면부(1211-2)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1렌즈(1211)는 소정의 면적을 가지며, 일측면 및 타측면이 평면 또는 평탄한 면으로 마련된 제1베이스(1211-1) 및 제1베이스(1211-1)로부터 외측으로 볼록하게 돌출되게 형성된 복수의 제1곡면부(1211-2)를 포함한다. 이때, 복수의 제1곡면부(1211-2)는 제1베이스(1211-1)의 일측면 및 타측면 중, 시준렌즈(1230) 또는 광 발생부(1100)를 향하는 일측면으로부터 시준렌즈(1230)쪽으로 돌출되도록 마련될 수 있다.
제1베이스(1211-1)는 수신기(110)의 바디(111)와 대응 또는 동일한 형상을 가지도록 마련될 수 있다. 즉, 제1베이스(1211-1)는 사각형의 형상일 수 있다. 보다 구체적으로 제1베이스(1211-1)는 제1방향 및 제2방향의 길이가 동일한 정사각형의 형상일 수 있다.
복수의 제1곡면부(1211-2) 각각은 도 5에 도시된 바와 같이 제1방향(X축 방향) 및 제2방향(Z축 방향)의 길이가 제1베이스(1211-1)에 비해 짧게 마련된다. 이때, 제1곡면부(1211-2)는 제1 및 제2방향의 길이가 동일한 형상 즉, 정사각형의 형상일 수 있다. 그리고, 복수의 제1곡면부(1211-2)가 도 5와 같이 제1베이스(1211-1)의 제1방향 및 제2방향 각각으로 나열되게 배치된다. 즉, 제1베이스(1211-1)의 일측면에 전체적으로 분포되도록 복수의 제1곡면부(1211-2)가 제1 및 제2방향 각각으로 나열되게 배치된다. 이렇게 복수의 제1곡면부(1211-2)가 제1 및 제2방향 각각으로 나열 배치 됨에 따라, 제1렌즈(1211)의 표면이 격자무늬가 되는 것으로 설명될 수 있으며, 이러한 제1렌즈(1211)는 플라이 아이 렌즈(FLY EYE LENS)로 명명될 수 있다.
상기에서는 제1곡면부(1211-2)가 제1베이스(1211-1)로부터 시준렌즈(1230)쪽으로 돌출되게 마련되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 제1베이스(1211-1)의 일측면 및 타측면 중 제2렌즈(1212)를 향하는 타측면으로부터 상기 제2렌즈(1212)쪽으로 돌출되게 마련될 수도 있다.
또한, 상기에서는 설명의 편의를 위하여 제1렌즈(1211)가 제1베이스(1211-1)와 제1곡면부(1211-2)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 제1베이스(1211-1)와 제1곡면부(1211-2)는 일체형으로 마련될 수 있다.
제2렌즈(1212)는 도 4에 도시된 바와 같이 제2렌즈부(1220)와 마주보는 표면으로부터 제1렌즈(1211)쪽으로 함몰된 복수의 제2곡면부(1212-2)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 제2렌즈(1212)는 소정의 면적을 가지는 제2베이스(1212-1) 및 제2베이스(1212-1) 일측면 및 타측면 중 제2렌즈부(1220)를 향하는 타측면으로부터 일측면쪽으로 오목하게 함몰된 복수의 제2곡면부(1212-2)를 포함한다.
제2베이스(1212-1)는 제1베이스(1211-1) 및 수신기(110)의 바디(111)와 대응 또는 동일한 형상을 가지도록 마련될 수 있다. 즉, 제2베이스(1212-1)는 사각형의 형상일 수 있다. 보다 구체적으로 제2베이스(1212-1)는 제1방향 및 제2방향의 길이가 동일한 정사각형의 형상일 수 있다.
복수의 제2곡면부(1212-2) 각각은 제1곡면부(1211-2)와 같이 제1방향(X축 방향) 및 제2방향(Z축 방향)의 길이가 제2베이스(1212-1)에 비해 짧게 마련된다. 이때, 제2곡면부(1212-2)는 제1 및 제2방향의 길이가 동일한 형상 즉, 정사각형의 형상일 수 있다. 그리고, 복수의 제2곡면부(1212-2)가 제2베이스(1212-1)의 제1방향 및 제2방향 각각으로 나열되게 배치된다. 즉, 제2베이스(1212-1)의 일측면에 전체적으로 분포되도록 복수의 제2곡면부(1212-2)가 제1 및 제2방향 각각으로 나열되게 배치된다. 이러한 제2렌즈(1212)는 플라이 아이 렌즈(FLY EYE LENS)로 명명될 수 있다.
상기에서는 제2곡면부(1212-2)가 제2베이스(1212-1)의 타측면으로부터 일측면쪽으로 함몰된 형상인 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 제2베이스(1212-1)의 일측면으로부터 타측면쪽으로 함몰된 형상으로 마련될 수도 있다.
또한, 상기에서는 설명의 편의를 위하여 제2렌즈(1212)가 제2베이스(1212-1)와 제2곡면부(1212-2)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 제2베이스(1212-1)와 제2곡면부(1212-2)는 일체형으로 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)는 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 곡면부(1211-2, 1212-2)가 서로 마주보지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1렌즈(1211)는 제1곡면부(1211-2)가 시준렌즈(1230)와 마주보게 배치되고, 제2렌즈(1212)는 제2곡면부(1212-2)가 제2렌즈부(1220)와 마주보도록 배치될 수 있다.
그리고, 상기에서는 제1렌즈(1211)가 제1베이스(1211-1)로부터 돌출된 형상의 제1곡면부(1211-2)를 포함하고, 제2렌즈(1212)가 제2베이스(1212-1)로부터 함몰된 형상의 제2곡면부(1212-2)를 포함하는 것으로 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 제1렌즈(1211)가 제1베이스(1211-1)로부터 함몰된 형상의 제1곡면부를 포함하고, 제2렌즈(1212)가 제2베이스(1212-1)로부터 돌출된 형상의 제2곡면부를 포함하도록 마련될 수도 있다.
제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각을 구성하는 곡면부(1211-2, 1212-2)를 사각형의 형상으로 마련하는 것은, 수신기(110)로 조사되는 광(L)의 형상 즉, 빔(B)(도 6 참조)의 형상이 사각형이 되도록 하기 위함이다. 즉, 수신기(110)는 그 형상이 사각형 보다 구체적으로는 정사각형으로 마련되는데, 이 수신기(110)에 광(L)이 조사될 때 그 형상이 수신기(110)와 대응 또는 동일한 형상으로 조사되도록 하기 위함이다.
예컨대, 수신기(110)로 조사되는 광(L)이 원형인 경우, 사각형의 형상인 수신기(110)에 있어서 가장자리 영역이 광의 외측으로 벗어날 수 있다. 이러한 경우 충전이 원활하지 않을 수 있다. 또한, 가장자리 영역이 외측으로 벗어나지 않도록 수신기(110) 전체에 광이 조사되지만, 일부 광이 수신기(110) 외측으로 벗어날 수 있다. 이러한 경우 수신기(110)를 향해 방사된 광량 대비 수신기(110)에서 전기 에너지로 변환되는 효율 및 대상체(100)로의 전기 충전효율이 저하되는 문제가 있다.
그러나, 실시예와 같이 사각형 형상의 곡면부(1211-2, 1212-2)를 마련하는 경우 도 6과 같이 사각형 형상의 광(L) 또는 빔(B)이 마련되며, 이 광(L)이 수신기(110)로 조사된다. 이에, 후술되는 방법으로 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 간의 거리를 조절하여 광(L)의 크기 즉 제1 및 제2방향의 길이를 조절하면, 수신기(110) 전체에 광(L)이 조사되면서, 수신기(110) 외측으로 광(L)이 벗어나는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
한편, 제1렌즈부(1210)를 구비하지 않고, 제2렌즈부(1220) 만을 구비하는 경우, 수신기(110)로 조사되는 광 또는 빔에 있어서 도 8과 같이 중심의 복사조도(W/mm2)(또는 출력)가 가장 높고, 가장자리로 갈수록 복사조도(W/mm2)(또는 출력)이 감소하는 가우시한 형태의 출력 곡선을 보인다. 즉, 빔의 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)에 있어서 그 중심의 복사조도(W/mm2)가 크고, 양 끝으로 갈수록 복사조도(W/mm2)가 감소하며, 그 감소 기울기가 큰 특징을 가진다. 이러한 빔이 수신기에 조사되는 경우, 수신기의 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)의 중심의 복사조도(W/mm2) 값은 크나, 가장자리로 갈수록 급격하게 복사조도(W/mm2)가 감소하는 문제가 있다.
이러한 경우 수신기에서 광에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 낮은 문제가 있다. 이는 수신기(110)의 가장자리로 조사되는 광의 복사조도(W/mm2)가 작을 경우, 수신기(110)의 중앙으로부터 가장자리로 갈수록 광 변환소자(112)에서 생산되는 전력량 또는 전류가 작고, 이러한 전류의 차이는 수신기(110) 전체의 전류를 떨어뜨리기 때문이다.
하지만, 실시예에서는 제1렌즈부(1210)의 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각이 복수의 곡면부(1211-2, 1212-2)를 포함하도록 마련함으로써 수신기(110)를 향해 조사되는 광의 복사조도(W/mm2)(또는 출력) 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)으로 균일 또는 균질화시킬 수 있다. 즉, 도 7의 (a) 및 (b)와 같이 제1방향(X축 방향) 및 제2방향(Z축 방향)으로의 복사조도(W/mm2)(또는 출력) 균일하게 할 수 있다. 다른 말로 설명하면 복사조도(W/mm2)가 감소되지 않고 균일하게 유지되는 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)의 길이를 종래에 비해 증가시킬 수 있다. 이에, 실시예에 다른 제1렌즈부(1210)를 포함하지 않는 경우에 비해, 실시예에 따른 제1렌즈부(1210)를 포함하는 경우, 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향) 각각으로 복사조도(W/mm2)를 균질화시킬 수 있다. 따라서. 수신기(110)에서 광에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 향상된다. 이는 수신기(110)의 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향) 각각으로 복사조도(W/mm2)를 균일하여, 제1 및 제2방향(X축 및 Z축 방향)으로 배치된 복수의 광 변환소자(112)에서 생산되는 전력량 또는 전류가 균일하여, 전류 차이에 의해 수신기(110) 전체의 전류가 떨어지는 것이 방지되기 때문이다.
도 9는 실시예의 변형예에 따른 제1렌즈부의 제1렌즈를 도시한 입체도이다.
상기에서는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각의 곡면부(1211-2, 1212-2)가 제1방향 및 제2방향의 길이가 동일한 정사각형의 형상인 것인 것으로 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 제1 및 제2방향 중 어느 하나의 방향의 길이가 베이스(1211-1, 1212-1)와 동일하도록 마련될 수 있다.
예컨대 도 9에 도시된 변형예와 같이 제1렌즈(1211)의 제1곡면부(1211-2)는 그 제2방향의 길이가 제1베이스(1211-1)의 제2방향의 길이에 비해 짧게 마련되고, 제1방향의 길이는 제1베이스(1211-1)의 제1방향 길이와 동일하게 마련될 수 있다. 그리고 이러한 복수의 제1곡면부(1211-2)가 제2방향으로 나열 배치된다. 이러한 제1렌즈(1211)는 실린더리컬 렌즈(CYLINDRICAL LENS) 또는 원통형 렌즈로 불리는 렌즈일 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 제2렌즈(1212) 역시 상술한 제1렌즈(1211)와 동일하게 마련될 수 있다. 다만, 제2렌즈(1212)는 제2곡면부(1212-2)가 제2렌즈부(1220)와 마주보게 설치될 수 있다.
제2렌즈부(1220)는 도 4와 같이 제1렌즈부(1210)의 전방에 위치되어, 수신기(110)에 광(L)이 조사되도록 초점을 조절하는 수단일 수 있다. 이러한 제2렌즈부(1220)는 입사된 광(L)을 투과, 굴절, 반사시키는 복수의 렌즈를 포함한다. 예를 들어 제2렌즈부(1220)는 도 4와 같이 제1렌즈부(1210)의 전방에서 상호 이격되게 나열된 한 쌍의 렌즈(이하, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222))를 포함할 수 있다. 즉, 제2렌즈부(1220)는 제2렌즈(1212)의 전방에 위치된 제3렌즈(1221) 및 제3렌즈(1221)의 전방에 위치된 제4렌즈(1222)를 포함할 수 있다.
제3렌즈(1221)는 제2렌즈(1212)와 제4렌즈(1222) 사이에 위치된다. 그리고, 제3렌즈(1221)는 예컨대 도 4와 같이 제2렌즈(1212)와 마주보는 일측면이 상기 제2렌즈(1212)쪽으로 볼록하고, 제4렌즈(1222)와 마주보는 타측면이 평면인 형상일 수 있다.
물론, 제3렌즈(1221)는 상술한 형상에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 제3렌즈(1221)의 일측면이 평면이고 타측면이 볼록면이거나, 일측면 및 타측면이 모두 볼록면일 수 있다. 또한 제3렌즈(1221)의 일측면 및 타측면 중 적어도 하나는 오목면일 수도 있다.
제4렌즈(1222)는 제3렌즈(1221)의 전방에 위치되는 렌즈이다. 이러한 제4렌즈(1222)는 예컨대 도 4와 같이 제3렌즈(1221)와 마주보는 일측면이 평면이고, 타측면이 제3렌즈(1221)쪽으로 함몰된 오목면인 형상일 수 있다.
물론, 제4렌즈(1222)는 상술한 형상에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 제4렌즈(1222)의 일측면이 오목면이고 타측면이 평면이거나, 일측면 및 타측면이 모두 오목면일 수 있다. 또한 제4렌즈(1222)의 일측면 및 타측면 중 적어도 하나는 오볼록면일 수도 있다.
이하, 실시예에 따른 제어기에 대해 설명한다.
제어기(2000)는 충전하고자 하는 대상체(100)의 위치 및 대상체(100)의 크기에 따라 광학기(1000)의 동작을 제어한다. 즉, 이동 가능한 대상체(100)에 설치된 수신기(110)의 위치 및 수신기(110)의 크기에 따라 제1 내지 제4렌즈(1211, 1212, 1221, 1222) 중 적어도 하나의 위치를 조절한다.
보다 구체적으로, 제어기(2000)는 수신기(110)의 크기(A)(cm), 충전장치(C)와 대상체(100)와의 거리(l)(km), 제1렌즈(1211) 제1곡면부(1211-2)의 크기(p)(mm)에 따라 기준값(이하, 제1기준값(S1))을 산출한다. 또한, 제어기(2000)는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)의 두께, 이격거리, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)의 굴절능, 일측면 및 타측면 각각의 전방 굴절률 등을 이용하는 연산을 통해 소정의 값(이하, 제1초점값(f1))을 산출한다. 그리고 제어기는 산출된 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)에 따라 제1렌즈부(1210)를 동작시킨다.
제1렌즈부(1210)를 동작시킨다는 것은, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리를 조절하는 것을 포함할 수 있다. 이에 제1렌즈부(1210)를 동작시킨다는 것은 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 어느 하나의 위치가 변경되도록 제1렌즈부(1210)를 이동시키는 것으로 설명될 수 있다.
제어기(2000)는 상술한 바와 같이 수신기(110)의 크기(A)(cm), 충전장치(C)와 대상체(100)와의 거리(l)(km), 제1렌즈(1211)의 제1곡면부(1211-2) 크기(p)(mm)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하는데, 아래의 수식 1을 이용하여 제1기준값(S1)을 산출할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112020129443098-pat00002
Figure 112020129443098-pat00003
여기서, 수신기(110)의 크기(A)(cm)란, 바디(111)의 길이를 의미하며, 보다 구체적으로 제1 및 제2방향 중 어느 하나의 길이를 말한다. 이때, 바디(111)의 제1 및 제2방향의 길이가 동일할 수 있고, 이에 수신기(110)의 크기(A)로 제1 및 제2방향의 길이 중 어떤 것을 사용하여도 무방하다(도 2 참조).
충전장치(C)와 대상체(100)와의 거리(l)(km)란, 충전장치(C)와 대상체(100)의 수신기(110) 간의 이격거리를 의미한다. 충전장치(C)와 대상체(100)와의 거리(l)는 레이저 거리 측정기(Laser Range Finder: LRF)에 의해 실시간으로 측정되는 값일 수 있다. 그리고, 수식 1에서 제2기준값(S2)는 측정된 충전장치(C)와 대상체(100)와의 거리(l)와 동일한 값으로 결정되어 제어기(2000)에 입력될 수 있다.
제1렌즈(1211) 제1곡면부(1211-2)의 크기(p)(mm)란 복수의 제1곡면부(1211-2)가 나열된 방향에서 하나의 제1곡면부(1211-2)의 길이를 의미한다. 도 5와 같이, 제1곡면부(1211-2)가 제1 및 제2방향으로 나열 배치되고, 제1곡면부(1211-2)의 제1 및 제2방향의 길이가 동일한 경우, 제1곡면부(1211-2)의 크기(p)(mm)로 상기 제1곡면부(1211-2)의 제1방향의 길이 및 제2방향의 길이 중 어떤 것을 사용하여도 무방하다.
산출된 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)에 따라 제1렌즈부(1210)를 동작시킨다는 것은, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)이 되도록 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리를 조절한다는 의미일 수 있다. 즉, 제1초점값(f1)은 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리에 따라 달라지므로, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리를 조절하면, 조절후에 산출되는 제1초점값(f1)이 달라지게 된다. 그리고, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 간격이 좁아질 수록 산출되는 제1초점값(f1)이 크고, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 간격이 클 수록 산출되는 제1초점값(f1)이 작다. 따라서, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)에 비해 큰지 또는 작은지에 따라 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 간격을 증가시키거나 감소시키도록 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나의 위치를 변경한다.
제1초점값(f1)은 제1렌즈부(1210)에 의한 초점위치를 판단할 수 있는 값이다. 즉, 제1초점값(f1)이 산출되면, 제1렌즈부(1210)의 주점(principle)으로부터 제2렌즈부(1220)가 위치된 전방쪽으로 제1초점값만큼 이격된 지점에 초점이 맺히는 것으로 판단할 수 있다. 이에, 제1초점값(f1)은 다른 말로 제1초점거리로 명명될 수 있다. 이때, 제1렌즈부(1210)의 주점(principle)은 제1렌즈(1211)의 일측면과 일측면 사이의 중심 지점일 수 있다. 물론 제1렌즈부(1210)의 주점은 제1렌즈(1211) 및 제2렌즈(1212) 각각의 곡률반경, 두께, 렌즈 사이의 거리, 굴절률에 따라 달라질 수 있다. 즉, 제1렌즈부(1210)의 주점은 시준렌즈(1230)와 제1렌즈(1211) 사이의 일 지점, 제1렌즈(1211)의 일측면, 제1렌즈(1211)의 일측면과 타측면 사이의 일 지점, 제1렌즈(1211)의 타측면, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 사이의 일 지점, 제2렌즈(1212)의 일측면, 제2렌즈(1212)의 일측면과 타측면 사이의 일 지점, 제2렌즈(1212)의 타측면, 제2렌즈(1212)와 제3렌즈(1221) 사이의 일 지점 등으로 변경될 수 있다.
제1초점값(f1)을 산출하는데 있어서, 제어기(2000)는 상술한 바와 같이 제1렌즈부(1210)를 구성하는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각의 일측면 및 타측면에 대한 굴절능(ki), 굴절률(n1), 면 사이의 이격거리(di)를 이용한 연산을 통해 산출한다. 그리고 산출된 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)이 될 때까지 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리를 조절한다.
대상체(100)를 충전시키기 위해서는 광학기(1000)의 제1 및 제2렌즈부(1210, 1220)를 거친 광(L)이 수신기(110)에 초점이 맺혀야 한다. 수신기(110)쪽으로의 초점은 제2렌즈부(1220)에 의해 조절한다. 또한, 제2렌즈부(1220)에 의한 초점값(이하, 제2초점값(f2))이 충전장치(C)와 수신기(110) 간의 이격거리(l)가 될 때, 광(L)의 초점이 수신기(110)에 맺히게 된다. 그리고, 제2기준값(S2)은 측정된 충전장치(C)와 수신기(110) 간의 이격거리(l)와 동일하게 설정 또는 결정된다. 이에, 제2초점값이 제2기준값(S2)으로 산출될 때, 광(L)의 초점이 수신기(110)에 맺히는 것으로 설명될 수 있다.
제어기(2000)는 제2렌즈부(1220)의 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)이 되도록 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222)의 이격거리를 조절한다.
그리고, 제어기(2000)는 제2렌즈부(1220)의 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)인지 여부를 확인하기 위해, 제2초점값(f2)을 산출한다. 여기서, 제2초점값(f2)은 제2렌즈부(1220)에 의한 초점위치를 판단할 수 있는 값이다. 즉, 제2초점값(f2)이 산출되면, 제2렌즈부(1220)의 주점(principle)으로부터 제1렌즈부(1210)와 방향인 전방쪽으로 제2초점값(f2)만큼 이격된 지점에 초점이 맺히는 것으로 판단할 수 있다. 이에, 제2초점값(f1)은 다른 말로 제2초점거리로 명명될 수 있다. 이때, 제2렌즈부(1220)의 주점(principle)은 제3렌즈(1221)의 제1면(21)과 제2면(22) 사이의 중심 지점일 수 있다. 물론 제2렌즈부(1220)의 주점은 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)의 곡률반경, 두께, 렌즈 사이의 거리, 굴절률에 따라 달라질 수 있다. 즉, 제2렌즈부(1220)의 주점은 제2렌즈(1212)와 제3렌즈(1221) 사이의 일 지점, 제3렌즈(1221)의 일측면, 제3렌즈(1221)의 일측면과 타측면 사이의 일 지점,제3렌즈(1221)의 타측면, 제3렌즈(1231)와 제4렌즈(1222) 사이의 일 지점, 제4렌즈(1222)의 일측면, 제4렌즈(1222)의 일측면과 타측면 사이의 일 지점, 제4렌즈(1222)의 타측면, 제4렌즈(1222) 타측면 전방의 일 지점 등으로 변경될 수 있다.
제2초점값(f2)을 산출하는데 있어서, 제어기(2000)는 제2렌즈부(1220)를 구성하는 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 각각의 일측면 및 타측면 각각에 대한 굴절능, 굴절률, 면 사이의 이격거리를 이용한 연산을 통해 산출한다. 그리고 산출된 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)이 될 때까지 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리를 조절한다.
제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)이 되도록 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리를 조절하는 것은, 제2초점값(f2)은 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리에 따라 달라지기 때문이다. 즉, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리를 조절하면, 조절후에 산출되는 제2초점값(f2)이 달라지게 된다. 그리고, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 간격이 좁아질 수록 산출되는 제2초점값(f2)이 크고, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 간격이 클 수록 산출되는 제2초점값(f2)이 작다. 따라서, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)에 비해 큰지 또는 작은지에 따라 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 간격을 증가시키거나 감소시키도록 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나의 위치를 변경한다.
이하, 제어기(2000)의 구체적인 구성 및 동작에 대해 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위하여 제1 내지 제4렌즈(1211, 1212, 1221, 1222) 각각의 일측면 및 타측면 각각을 아래와 같이 정의한다.
광 발생부(1100)의 전방에 제1렌즈부(1210)가 구비되고, 제1렌즈부(1210)는 2개의 렌즈를 포함한다. 이때, 광 발생부(1100)의 전방에 제1렌즈(1211), 제2렌즈(1212) 순으로 나열되므로, 제1렌즈부(1210)는 총 4 개의 면을 가진다. 이하에서는 광 발생부(1100)와 마주보는 제1렌즈(1211)의 일측면을 제1면(11), 제1렌즈(1211)의 타측면을 제2면(12), 제1렌즈(1211)의 타측면과 마주보는 제2렌즈(1212)의 일측면을 제3면(13), 제2렌즈(1212)의 타측면을 제4면(14)으로 명명한다. 여기서, 제1렌즈(1211)는 시준렌즈(1230)쪽(일측)으로 돌출된 제1곡면부(1211-2)를 포함하므로, 제1렌즈(1211)의 제1면(11)은 제1곡면부(1211-2)의 표면일 수 있다. 또한, 제2렌즈(1212)는 제3렌즈(1221)를 향하는 타측면으로부터 일측면쪽으로 함몰된 제2곡면부(1212-2)를 포함하므로, 제2렌즈(1212)의 제4면(14)은 제2곡면부(1212-2)의 표면일 수 있다.
또한, 제1렌즈부(1210)의 전방에 제2렌즈부(1220)가 구비되고, 제2렌즈부(1220)는 2개의 렌즈를 포함한다. 이때, 제1렌즈부(1210)의 전방에 제3렌즈(1221), 제4렌즈(1222) 순으로 나열되므로, 제2렌즈부(1220)는 총 4 개의 면을 가진다. 이하에서는 제2렌즈부(1220)에서 제2렌즈(1212)와 마주보는 제3렌즈(1221)의 일측면을 제1면(21), 제3렌즈(1221)의 타측면을 제2면(22), 제3렌즈(1221)의 타측면과 마주보는 제4렌즈(1222)의 일측면을 제3면(23), 제4렌즈(1222)의 타측면을 제4면(24)으로 명명한다.
도 4를 참조하면, 제어기(2000)는 제1기준값(S1), 제1초점값(f1) 및 제2초점값(f2)을 산출하는 연산부(2100), 산출된 제1기준값(S1) 및 제1초점값(f1)에 따라 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나가 이동되도록 제1구동부(1300a)를 동작시키고, 산출된 제2초점값(f2)에 따라 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나가 이동되도록 제2구동부(1300b)를 동작시키는 제어부(2200)를 포함한다.
보다 구체적으로, 연산부(2100)는 제1기준값(S1) 및 제1렌즈부(1210)의 제1초점값(f1)을 산출하는 제1연산부(2100a), 제2초점값(f2)을 산출하는 제2연산부(2100b)를 포함할 수 있다. 또한 제어부(2200)는 제1연산부(2100a)에서 산출된 제1초점값(f1)에 따라 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시키는 제1제어부(2200a), 제2연산부(2100b)에서 산출된 제2초점값(f2)에 따라 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시키는 제2제어부(2200b)를 포함한다.
제1연산부(2100a)에서 제1기준값(S1)을 산출하는데 있어서, 위에서 설명한 수식 1을 이용하여 산출한다. 이때, 수식 1에서 수신기(110)의 크기(A)(cm)는 현재 충전시키고자 하는 대상체(100)의 수신기(110)에 따라 결정되는 값이고, 제1곡면부(1211-2)의 크기(p)(mm)는 충전장치(C)에서 사용하고자 하는 또는 적용된 제1렌즈(1211)에 따라 결정되는 값으로서, 미리 제1연산부(2100a)에 저장 또는 설정된다. 또한, 제2기준값(S2)은 충전장치(C)와 대상체(100)의 수신기(110) 간의 거리(l)(km)에 따라 결정되는 값이다. 즉, 제2기준값(S2)은 현 시점에서 대상체(100)의 위치에 따라 결정되는 값으로, 레이저 거리 측정기를 통해 실시간으로 측정된 값을 받아 사용할 수 있다.
예를 들어, 수신기(110)의 크기(A)(cm)가 40cm, 제1곡면부(1211-2)의 크기(p)(mm)가 2mm, 제2기준값(S2)이 1km라고 할 때, 이들을 수식 1에 적용하면, 아래와 같은 연산식 1이 되며, 제1기준값(S1)은 5m(5000mm)가 산출된다.
[연산식 1]
Figure 112020129443098-pat00004
제1기준값(S1)이 산출되면, 제1연산부(2100a)는 제1초점값(f1)을 산출한다. 이때, 제1연산부(2100a)는 제1렌즈부(1210)를 구성하는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각의 일측면 및 타측면 각각에 대한 굴절능(ki), 굴절률(ri), 면 사이의 이격거리(di)를 이용한 연산을 통해 제1초점값(f1)을 산출한다. 즉, 제1연산부(2100a)는 제1렌즈부(1210)의 제1면 내지 제4면(11 내지 14)의 굴절능(ki)(1/mm), 제1면 내지 제4면(11 내지 14) 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni), 제1면 내지 제3면(11 내지 13)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(di)(mm)를 이용하여 제1초점값(f1)을 산출한다.
이하, 제1 및 제2렌즈의 굴절능(ki), 굴절률(ri), 면 사이의 이격거리(di)의 정의 및 제1초점값(f1)을 산출하는 방법에 대해 설명한다.
제1렌즈부(1210)는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)를 구비하여 제1면 내지 제4면(11 내지 14)이 구비되므로, i는 1 내지 4일 수 있다. 예를들어 i가 1(i=1)이라는 것은 제1면(11), i가 2(i=2)라는 것은 제2면(12), i가 3(i=3)이라는 것은 제3면(13), i가 4(i=4)라는 것은 제4면(14)을 의미한다.
그리고, ki은 i면의 굴절능, ni는 i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률이다. 그리고, di는 i면과 i+1면과의 이격거리이다. 보다 구체적인 예로 k1은 제1면(11)의 굴절능, n1은 제1면(11)의 전방에 위치된 매질의 굴절률이고, d1은 제1면(11)과 제2면(12) 사이의 이격거리이다.
i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni)이란, 렌즈의 굴절률 또는 빈 공간 의 굴절률 일 수 있다. 예컨대, i면이 렌즈의 일측면인 경우, i면의 전방에 위치된 매질은 렌즈 중 일측면과 타측면 사이 영역을 의미한다. 이에, i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni)은 렌즈 중 일측면과 타측면 사이 영역의 굴절률이므로, 렌즈의 굴절률이 된다. 렌즈의 굴절률은 렌즈를 형성하는 재료에 따라 결정되는 값이다. 따라서 2 개의 렌즈가 동일한 재료로 제조된 경우, 2 개의 렌즈의 굴절률은 동일할 수 있다. 다른 예로, i면이 렌즈의 타측면인 경우 타측면의 전방 영역은 빈 공간이므로, i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni)은 공기의 굴절률인 1이 된다.
보다 구체적인 예를 들어 설명하면, i가 1인 경우, n1은 제1면(11)의 전방에 위치된 매질의 굴절률이다. 여기서, 제1면(11)의 전방이란, 도 4와 같이 제1렌즈(1211)에 있어서 제1면(11)의 전방 영역을 의미하는 것이다. 이에, 제1면(11)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1)은 제1렌즈(1211)의 재료에 따라 결정되어 있는 값이며, 예컨대 제1면(11) 전방의 굴절률(n1)은 1.506425일 수 있다. 다른 예로, 예컨대, i가 2인 경우, n2는 제2면(12)의 전방에 위치된 매질의 굴절률이다. 이때, 제2면(12)의 전방은 도 4와 같이 빈 공간이므로 n2는 1이다.
di는 i면과 i+1면과의 이격거리로서, 이는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각의 두께 또는 이들의 간격에 따라 결정되어 있는 값이다. 예컨대, i가 1인 경우, d1은 제1면(11)과 제2면(12) 사이이 이격거리, i가 2인 경우, d2는 제2면(12)과 제3면(13) 사이의 이격거리, i가 3인 경우, d3는 제3면(13)과 제4면(14) 사이의 이격거리를 의미한다.
i면의 굴절능(ki)(1/mm)은 i면의 곡률반경(ri), i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni), i-1면 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni-1)을 이용하여 계산될 수 있다.
도 10은 렌즈의 곡률반경을 설명하기 위한 도면이다.
i면의 곡률반경(ri)이란, i면을 포함하도록 원을 형성할 때, 원의 반지름을 의미한다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 10의 (a)와 같이 i면과 동일한 곡률을 가지는 원을 형성했을 때 원의 반지름이 i면의 곡률반경(ri)이다. 이때, 형성된 원의 중심(c)이 i면의 후방에 위치된 경우 i면의 곡률반경은 음(-)의 값으로 나타내고, 원의 중심(c)이 i면의 전방에 위치된 경우 i면의 곡률반경은 양(+)의 값으로 나타낸다. 또한, i면이 곡률이 없는 평면인 경우 곡률반경은 무한대(∞)로 나타낸다.
그리고, 제1렌즈(1211)와 같이 베이스의 표면으로부터 돌출된 복수의 곡면부를 포함하거나, 제2렌즈(1212)와 같이 베이스의 표면으로부터 함몰된 복수의 곡면부를 포함하도록 렌즈가 마련된 경우, i면의 곡률반경(ri)은 도 10의 (b) 및 (c)와 같이 곡면부의 표면을 포함하도록 원을 형성할 때, 원의 반지름을 의미한다.
i면의 굴절능(ki)(1/mm)은 상술한 바와 같은 i면의 곡률반경(ri), i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni), i-1면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni-1)을 이용하여 계산되며, 아래 수식 2를 이용하여 계산될 수 있다.
[수식 2]
Figure 112020129443098-pat00005
제1연산부(2100a)는 상술한 바와 같은 제1렌즈부(1210)의 제1면 내지 제4면(11 내지 14)의 굴절능(k1, k2, k3, k4)(1/mm), 제1면 내지 제3면(11 내지 13) 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1,n2,n3), 제1면 내지 제3면(11 내지 13)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(d1,d2,d3)(mm)를 이용하여 제1초점값(f1)을 산출한다. 이때, 아래의 수식 3을 이용하여 제1초점값(f1)을 산출할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112020129443098-pat00006
수식 3에서 j는 제1렌즈부(1210)를 구성하는 복수의 렌즈 중 마지막 번째, 또는 최후단의 면을 의미한다. 제1렌즈부(1210)가 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)를 포함하도록 마련되어, 제1렌즈부(1210)가 제1 내지 제4면(11 내지 14)을 구비하는 경우, j는 4일 수 있다.
수식 3을 이용하여 제1초점값(f1)을 산출하는데 있어서, 가우시안 브라켓 수식을 이용하여 산출할 수 있다. 가우시안 브라켓 수식은 일반적으로 알려진 수식으로 아래 수식 4와 같다.
[수식 4]
Figure 112020129443098-pat00007
그리고 이 가우시안 브라켓 수식(수식 4)을 보다 구체적으로 풀이하면 아래 수식 5 내지 수식 12 같다. 즉, 가우스 괄호 [] 안에 있는 변수 또는 요소(a1, a2, …)의 개수에 따라 수식 5 내지 12와 같이 풀이 될 수 있다.
[수식 5]
Figure 112020129443098-pat00008
[수식 6]
Figure 112020129443098-pat00009
[수식 7]
Figure 112020129443098-pat00010
[수식 8]
Figure 112020129443098-pat00011
[수식 9]
Figure 112020129443098-pat00012
[수식 10]
Figure 112020129443098-pat00013
[수식 11]
Figure 112020129443098-pat00014
Figure 112020129443098-pat00015
Figure 112020129443098-pat00016
[수식 12]
Figure 112020129443098-pat00017
Figure 112020129443098-pat00018
Figure 112020129443098-pat00019
Figure 112020129443098-pat00020
Figure 112020129443098-pat00021
수식 3을 가우시안 브라켓 수식에 적용하여 제1초점값(f1)을 산출하는 방법은 이하에서 예시를 들어 다시 설명한다.
제1초점값(f1)이 산출되면, 제1제어부(2200a)는 산출된 제1초점값(f1)과 제1기준값(S1)을 비교한다. 그리고, 산출된 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)인 경우, 예컨대 동일한 경우, 제1제어부(2200a)는 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212)를 현재 상태로 유지시킨다.
그러나, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)과 다른 경우, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리가 변경되도록, 제1구동부(1300a)를 동작시켜 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 예를 들어 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)에 비해 작은 경우, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리가 감소되도록, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 반대로, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)에 비해 큰 경우, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리가 증가되도록, 제1 및 제2렌즈(1212) 중 적어도 하나를 이동시킨다.
제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리가 변경되도록 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시킨 후, 상술한 방법과 동일한 방법으로 다시 제1초점값(f1)을 산출한다. 이후, 다시 산출된 제1초점값(f1)과 제1기준값(S1)을 비교하고, 비교 결과에 따라 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 이때, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)이 될 때까지 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시키는 과정 및 제1초점값(f1)을 산출하는 과정을 반복하여 실시한다.
이하, 제2렌즈부(1220)에서의 굴절능(ki), 굴절률(ni), 면 사이의 이격거리(di) 및 제2초점값(f2)을 산출하는 방법에 대해 설명한다. 이때, 제2렌즈부(1220)에서의 굴절능(ki), 굴절률(ni), 면 사이의 이격거리(di)는 앞에서 설명한 제1렌즈부(1210)에서의 굴절능(ki), 굴절률(ni), 면 사이의 이격거리(di)와 그 의미가 유사 또는 동일하다. 또한, 제2연산부(2100b)에서 제2렌즈부(1220)의 제2초점값(f2)을 산출하는 방법은 제1연산부(2100a)에서 제1렌즈부(1210)의 제1초점값(f1)을 산출하는 방법과 유사 또는 동일하다. 이에, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 보다 간략히 설명한다.
제2렌즈부(1220)는 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)를 구비하여 제1면 내지 제4면(21 내지 24)이 구비되므로, i는 1 내지 4일 수 있다. 예를들어 i가 1(i=1)이라는 것은 제1면(21), i가 2(i=2)라는 것은 제2면(22), i가 3(i=3)이라는 것은 제3면(23), i가 4(i=4)라는 것은 제4면(24)을 의미한다.
제3 및 제4렌즈(1221, 1222)에 있어서 i면의 굴절능(ki), i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni), i면과 i+1면과의 이격거리(di)는 상술한 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)에서와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제2연산부(2100b)는 제2렌즈부(1220)의 제1면 내지 제4면(21 내지 24)의 굴절능(ki)(1/mm), 제1면 내지 제3면(21 내지 23) 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni), 제1면 내지 제3면(21 내지 23)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(di)(mm)를 이용하여 제2초점값(f2)을 산출한다. 이때, 위에서 설명한 수식 3을 이용하여 제2초점값(f2)을 산출할 수 있다.
수식 3은 좌항의 제1초점값(f1)을 의미하는 f1이지만, 제2초점값(f2)을 산출하는 방법은 수식에 적용되는 렌즈의 종류만 다를 뿐, 제1초점값(f1)을 산출하는 방법과 동일하다.
이에, 수식 3의 i면의 굴절능(ki), i면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(ni), i면과 i+1면과의 이격거리(di)에 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)를 적용하여 산출하면 제2초점값(f2)이 산출되며, 이는 아래의 수식 13과 같이 표현될 수 있다.
[수식 13]
Figure 112020129443098-pat00022
수식 13에서 j는 제2렌즈부(1220)를 구성하는 복수의 렌즈 중 마지막 번째, 또는 최후단의 면을 의미한다. 제2렌즈부(1220)가 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)를 포함하도록 마련되어, 제2렌즈부(1220)가 제1 내지 제4면(21 내지 24)을 구비하는 경우, j는 4일 수 있다.
또한, 수식 13을 이용하여 제2초점값(f2)을 산출하는데 있어서, 앞에서 설명한 가우시안 브라켓 수식을 이용하여 산출할 수 있다. 수식 13을 가우시안 브라켓 수식에 적용하여 제2초점값(f2)을 산출하는 방법은 이하에서 예시를 들어 다시 설명한다.
제2초점값(f2)이 산출되면, 제2제어부(2200b)는 산출된 제2초점값(f2)과 제2기준값(S2)을 비교한다. 그리고, 산출된 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)인 경우, 예컨대 동일한 경우 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222)를 현재 상태로 유지시킨다.
그러나, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)과 다른 경우, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 변경되도록 제2구동부(1300b)를 동작시켜 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 예를 들어 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)에 비해 작은 경우, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 감소되도록, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 반대로, 그러나, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)에 비해 큰 경우, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 증가되도록, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨다.
제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 변경되도록 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨 후, 상술한 방법과 동일한 방법으로 제2초점값(f2)을 다시 산출한다. 이후, 다시 산출된 제2초점값(f2)과 제2기준값(S2)을 비교하고, 비교 결과에 따라 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 이때, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)이 될 때까지 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시키는 과정 및 제2초점값(f2)을 산출하는 과정을 반복하여 실시한다.
이하, 도 1 및 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 충전방법에 대해 설명한다.
표 1은 충전시키고자 하는 대상체의 수신기의 크기(A)(cm), 현 시점의 충전장치와 대상체와의 거리(l)(km), 제1곡면부 크기(p)(mm)를 정리하여 나타낸 표이다.
A(cm) p(mm) l(km)
40 2 1
표 1에서 수신기(110)의 크기(A)(cm)는 수신기(110)의 제2방향의 길이(A)(cm)로서, 예컨대 40cm이다. 그리고, 제1곡면부(1211-2)의 크기(p)(mm)는 제1곡면부(1211-2)의 제2방향의 길이(p)(mm)로서 예컨대 2mm이다. 또한, 현 시점에 레이저 거리 측정기로 측정된 현 시점의 충전장치(C)와 대상체(100)와의 거리는 예컨대 1km이다. 그리고, 현 시점의 충전장치(C)와 대상체(100)와의 거리는 1km 이므로, 제2기준값(S2)은 1km로 결정된다.
제1연산부(2100a)는 상술한 바와 같은 수신기(110)의 크기(A) 40cm, 제1곡면부(1211-2) 크기(p) 2mm, 제2기준값(S2)을 수식 1에 적용하여 제1기준값(S1)을 산출한다. 즉, 상술한 바와 같은 수신기(110)의 크기(A) 40cm, 제1곡면부(1211-2)의 크기(p) 2mm, 제2기준값(S2) 1km 각각을 수식 1의 A, a, S2에 적용하여 위에서 설명한 연산식 1이 되며, 제1기준값(S1)은 5m(5000mm)가 산출된다.
이렇게 제1기준값(S1)이 산출되면, 제1연산부(2100a)는 제1렌즈부(1210)의 제1초점값(f1)을 산출한다. 이때, 제1연산부(2100a)는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 일측면 및 타측면 각각의 곡률반경(ri), 각 면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(이하, 전방 굴절률(ni)), 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리(di)를 이용하여 제1초점값(f1)을 산출한다.
표 2는 도 4에 도시된 충전장치에 있어서, 제1렌즈부(1210)를 구성하는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각 면의 곡률반경(ri), 각 면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(이하, 전방 굴절률(ni)), 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리(di)를 정리하여 나타낸 표이다.
ri(mm) ni di(mm)
r1
(i=1)		 r2
(i=2)		 r3
(i=3)		 r4
(i=4)		 n0 n1
(i=1)		 n2
(i=2)		 n3
(i=3)		 n4
(i=4)		 d1
(i=1)		 d2
(i=2)		 d3
(i=3)
24 1.0*E+18
≒∞		 1.0*E+18
≒∞		 19.1 1 1.506425 1 1.506425 1 2 7.377840 2
표 2에 나타낸 각 면의 곡률반경(r1 내지 r4), 각 면의 전방 굴절률(n1 내지 n4), 면 간의 이격거리(d1 내지 d3)는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)의 재질, 형상, 크기 등에 따라 결정되는 값이다. 그리고, 제1면 내지 제3면(11 내지 13)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(d1 내지 d3)는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)의 두께, 현 시점의 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)의 위치에 따라 결정되는 값이다.
제1면(11)의 곡률반경(r1)은 제1렌즈(1211)를 구성하는 제1곡면부(1211-2) 표면의 곡률반경으로서 24㎜ 일 수 있다. 이는, 제1곡면부(1211-2)의 표면(제1면(11))을 포함하도록 원을 형성했을 때, 중심(c)과 제1곡면부(1211-2)의 표면 사이의 거리 즉, 원의 반지름이 24mm이기 때문이고, 원의 중심(c)이 제1면(11)의 전방에 위치하기 때문에 양(+) 값을 가진다(도 10의 (b) 참조).
또한, 제4면(14)의 곡률반경(r4)은 제2렌즈(1212)를 구성하는 제2곡면부(1212-2)의 표면의 곡률반경으로서 19.1㎜ 일 수 있다. 이는, 제2곡면부(1212-2)의 표면(제4면(41))을 포함하도록 원을 형성했을 때, 중심(c)과 제2곡면부(1212-2)의 표면(제4면(41)) 사이의 거리 즉, 원의 반지름이 19.1mm이기 때문이고, 원의 중심(c)이 제4면(14)의 전방에 위치하기 때문에 양(+) 값을 가진다.
그리고, 제2면(12) 및 제3면(13)은 평면이기 때문에, 그 곡률반경(r2, r3)은 1.0*E+18으로서 즉, 무한대(∞)이다.
제1면(11)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1)은 제1렌즈(1211)에 있어서 제1면(11)과 제2면(12) 사이 영역의 굴절률로서 1.506425일 수 있다. 제3면(13)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n3)은 제3렌즈(1221)에 있어서 제3면(13)과 제4면(14) 사이 영역의 굴절률로서 1.506425일 수 있다. 여기서, 제1면(11)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1)과 제3면(13)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n3)이 동일한 것은, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212)가 동일한 재질로 제조되었기 때문이다.
그리고, 제1면(11)의 후방에 위치된 매질, 제2면(12)의 전방에 위치된 매질 및 제4면(14)의 전방에 위치된 매질은 빈 공간인 공기이므로, 제1면(11)의 후방에 위치된 매질의 굴절률(n0), 제2면(12)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n2) 및 제4면(14)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n4)은 1이다.
제1렌즈(121)는 제1면(11)과 제2면(12) 사이의 거리(d1)가 2mm이고, 제2렌즈(1212)는 제3면(13)과 제4면(14) 사이의 거리(d3)가 2mm이다. 그리고, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212)는 현재 제2면(12)과 제3면(13) 사이의 거리(d2)가 7.377840mm가 되도록 이격되어 있다.
표 3은 표 2에 나타낸 각 면의 곡률반경(r1 내지 r4), 전방 굴절률(n0 내지 n4), 면 간의 이격거리(d1 내지 d3)를 이용하여 산출된 굴절능(k1 내지 k4), -(d1/n1), -(d2/n2) 및 -(d3/n3)를 정리하여 나타낸 표이다.
ki=(ni-ni-1)/ri
-di/ni
k1
(i=1)		 k2
(i=2)		 k3
(i=3)		 k4
(i=4)		 -d1/n1
(i=1)		 -d2/n2
(i=2)		 -d3/n3
(i=3)
0.021101 0.000000 0.000000 -0.026514 -1.327646 -7.377840 -1.327646
이하, 표 2및 표 3에 나타낸 값과 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 방법으로 제1초점값(f1)을 산출하는 방법에 대해 설명한다.
제1연산부(2100a)는 제1렌즈부(1210)의 제1 내지 제4면(11 내지 14)에 대한 굴절능(k1 내지 k4), 제1 내지 제3면(11 내지 13) 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1 내지 n3), 제1면 내지 제3면(11 내지 13)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(d1 내지 d3)를 이용하여 제1초점값(f1)을 산출하며, 수식 3을 이용하여 산출할 수 있다. 즉, 수식 3에 제1 내지 제4면에 대한 굴절능(k1 내지 k4), 제1 내지 제3면 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1 내지 n3), 제1면 내지 제3면(11 내지 13)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(d1 내지 d3)를 적용하면, 아래와 같은 연산식 2가 되며, 제1초점값(f1)은 5m(5000mm)로 산출된다.
[연산식 2]
Figure 112020129443098-pat00023
Figure 112020129443098-pat00024
이때, 연산식 2의 [0.021101, -1.327646, 0, -7.377840, 0, -1.327646, -0.026514]는 가우시안 브라켓 수식에 적용하면 기준값을 산출할 수 있다. 즉, 연산식 2에서 7 개의 변수(0.021101, -1.327646, 0, -7.377840, 0, -1.327646, -0.026514)가 있는 분모를 수식 12에 적용한다. 이때, 0.021101, -1.327646, 0, -7.377840, 0, -1.327646, -0.026514를 수식 12의 a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 에 적용하여 계산하면, 제1초점값(f1)이 5m(5000mm)로 산출된다.
제1초점값(f1)이 산출되면 제1제어부(2200a)는 산출된 제1초점값(f1)과 제1기준값(S1)을 비교한다. 그리고, 산출된 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)인 경우, 예컨대 동일한 경우 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212)를 현재 위치에 유지시킨다.
하지만, 제1초점값(f1)과 제1기준값(S1)과 다른 경우, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리를 변경되도록, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 예를 들어 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)에 비해 작은 경우, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리가 감소되도록, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 반대로, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)에 비해 큰 경우, 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리가 증가되도록, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 이때, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 중 제2렌즈(1212)를 이동시키는 것이 보다 바람직하다.
제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 이격거리가 변경시킨 후, 다시 상술한 방법과 동일한 방법으로 제1초점값(f1)을 산출한다. 이후, 산출된 제1초점값(f1)과 제1기준값(S1)을 비교하고, 비교 결과에 따라 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 간의 이격거리를 조절한다. 이때, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)이 될 때까지 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 간의 이격거리를 조절하는 과정 및 제1초점값(f1)을 산출하는 과정을 반복하여 실시한다.
이렇게 제1연산부(2100a)에서 제1기준값(S1), 제1초점값(f1)을 산출하고, 제1제어부(2200a)에서 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212)의 이격거리를 조절하는 동안, 제2연산부(2100b)에서는 제2초점값(f2)을 산출하고, 제2제어부(2200b)에서는 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222)의 이격거리를 조절한다. 즉, 제2연산부(2100b)는 제2렌즈부(1220)를 구성하는 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 각 면의 곡률반경(ri), 각 면의 전방에 위치된 매질의 굴절률(이하, 전방 굴절률(ni)), 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리(di)를 이용하여 제2초점값(f2)을 산출한다.
표 4는 도 11에 도시된 충전장치에 있어서, 제2렌즈부(1220)를 구성하는 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 각 면의 곡률반경(ri), 각 면의 전방에 위치된 매질의 전방 굴절률(ni), 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리(di)를 정리하여 나타낸 표이다.
ri(mm) ni di(mm)
r1
(i=1)		 r2
(i=2)		 r3
(i=3)		 r4
(i=4)		 n0
n1
(i=1)		 n2
(i=2)		 n3
(i=3)		 n4
(i=4)		 d1
(i=1)		 d2
(i=2)		 d3
(i=3)
500 1.0*E+18
≒∞		 1.0*E+18
≒∞		 490.1 1 1.506425 1 1.506425 1 6 12.538389 6
표 4에 나타낸 각 면의 곡률반경(r1 내지 r4), 각 면의 전방 굴절률(n1 내지 n4), 면 간의 이격거리(d1 내지 d3)는 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)의 재질, 형상, 크기 등에 따라 결정되는 값이다. 그리고, 면 간의 이격거리(d1 내지 d3)는 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)의 두께, 현 시점의 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)의 위치에 따라 결정되는 값이다.
제1면(21)의 곡률반경(r1)은 500㎜ 인데, 이는 제3렌즈(1221)의 제1면(21)을 포함하도록 원을 형성했을 때, 중심(c)과 제1면(21) 사이의 거리 즉, 원의 반지름이 500mm이고, 원의 중심(c)이 제1면(21)의 전방에 위치하기 때문에 양(+) 값을 가지기 때문이다. 또한, 제4면(21)의 곡률반경(r1)은 490.1㎜인데 이는, 제4렌즈(1222)의 제4면(24)을 포함하도록 원을 형성했을 때, 중심(c)과 제4면(24) 사이의 거리 즉, 원의 반지름이 490.1㎜이고, 원의 중심(c)이 제4면(24)의 전방에 위치하기 때문에 양(+) 값을 가지기 때문이다. 그리고, 제2면(22) 및 제3면(23)은 평면이기 때문에, 그 곡률반경(r2, r3)은 1.0*E+18으로서 즉, 무한대(∞)이다.
제1면(21)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1)은 제3렌즈(1221)에 있어서 제1면(21)과 제2면(22) 사이 영역의 굴절률로서 1.506425일 수 있다. 제3면(23)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n3)은 제4렌즈(1222)에 있어서 제3면(23)과 제4면(24) 사이 영역의 굴절률로서 1.506425일 수 있다. 여기서, 제1면(21)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1)과 제3면(23)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n3)이 동일한 것은, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)가 동일한 재질로 제조되었기 때문이다.
그리고, 제1면(21)의 후방에 위치된 매질, 제2면(22)의 전방에 위치된 매질 및 제2면(22)의 전방에 위치된 매질은 빈 공간인 공기이므로, 제1면(21)의 후방에 위치된 매질의 굴절률(n0), 제2면(22)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n2) 및 제4면(24)의 전방에 위치된 매질의 굴절률(n4)은 1이다.
제3렌즈(1221)는 제1면(21)과 제2면(22) 사이의 거리(d1)가 6mm이고, 제4렌즈(1222)는 제3면(23)과 제4면(24) 사이의 거리(d3)가 6mm이다. 그리고, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222)는 현재 제2면(22)과 제3면(23) 사이의 거리(d2)가 12.538389mm가 되도록 이격되어 있다.
표 5는 표 4에 나타낸 각 면의 곡률반경(r1 내지 r4), 전방 굴절률(n0 내지 n4), 면 간의 이격거리(d1 내지 d3)를 이용하여 산출된 굴절능(k1 내지 k4), -(d1/n1), -(d2/n2) 및 -(d3/n3)를 정리하여 나타낸 표이다.
ki=(ni-ni-1)/ri -di/ni
k1
(i=1)		 k2
(i=2)		 k3
(i=3)		 k4
(i=4)		 -d1/n1
(i=1)		 -d2/n2
(i=2)		 -d3/n3
(i=3)
0.001012 0.000000 0.000000 -0.001033 -3.982938 -12.538389 -3.982938
이하, 표 4 및 표 5에 나타낸 값과 도 4를을 참조하여, 실시예에 따른 방법으로 제2초점값(f2)을 산출하는 방법에 대해 설명한다.
제2연산부(2100b)는 제2렌즈부(1220)의 제1 내지 제4면(21 내지 24)에 대한 굴절능(k1 내지 k4), 제1 내지 제3면(21 내지 23) 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1 내지 n3), 제1면 내지 제3면(21 내지 23)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(d1 내지 d3)를 이용하여 제2초점값(f2)을 산출하며, 수식 13을 이용하여 산출할 수 있다.
즉, 수식 13에 제1 내지 제4면(21 내지 24)에 대한 굴절능(k1 내지 k4), 제1 내지 제3면(21 내지 23) 전방에 위치된 매질의 굴절률(n1 내지 n3), 제1면 내지 제3면(21 내지 23)에 있어서 연속하여 위치된 면들 간의 이격거리(d1 내지 d3)를 적용하면, 아래와 같은 연산식 3이 되며, 제2초점값(f2)은 1km(1000000mm)로 산출된다.
[연산식 3]
Figure 112020129443098-pat00025
Figure 112020129443098-pat00026
Figure 112020129443098-pat00027
이때, 연산식 3의 [k1, -d1/n1, k2, -d2/n2, k3, -d3/n3, k4]는 가우시안 브라켓 수식에 적용하면 제2초점값(f2)을 산출할 수 있다. 즉, 연산식 3에서 7 개의 변수(0.0101285, -3.982938, 0, -12.538389, 0, -3.982938, -0.001033)가 있는 분모를 수식 12에 적용한다. 이때, 0.0101285, -3.982938, 0, -12.538389, 0, -3.982938, -0.001033를 수식 12의 a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 에 적용하여 계산하면, 제2초점값(f2)이 1km(1000000mm)로 산출된다.
제2초점값(f2)이 산출되면 제2제어부(2200b)는 산출된 제2초점값(f2)과 제2기준값(S2)을 비교한다. 그리고, 산출된 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)인 경우, 예컨대 동일한 경우 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222)를 현재 위치에 유지시킨다.
이때, 상술한 예시와 같이 연산식 3에 의해 산출된 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)인 1km로 산출되었으므로, 제2제어부(2200b)는 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222)를 현재 상태로 유지시킨다.
그러나, 예를 들어 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)과 다른 경우, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 변경되도록, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 예를 들어 산출된 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)에 비해 작은 경우, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 감소되도록, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 반대로, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)에 비해 큰 경우, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 증가되도록, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 이때, 제3 및 제4렌즈(1221, 1222) 중 제4렌즈(1222)를 이동시키는 것이 보다 바람직하다.
제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 이격거리가 변경시킨 후, 다시 상술한 방법과 동일한 방법으로 제2초점값(f2)을 산출한다. 이후, 다시 산출된 제2초점값(f2)과 제2기준값(S2)을 비교하고, 비교 결과에 따라 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 간격을 조절한다. 이때, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)이 될 때까지 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 간격을 조절하는 과정 및 제2초점거(f2)을 산출하는 과정을 반복하여 실시한다.
이와 같은 과정을 통해 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)이 되고, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)이 되면, 광 발생부로부터 광 즉, 적외선을 발생시킨다.
이에, 광 발생부(1100)로부터 발생된 광이 제1 내지 제4렌즈(1211, 1212, 1221, 1222)를 거쳐 대상체(100)의 수신기(110)쪽으로 향한다. 이때, 광 발생부(1100)로부터 방사된 광은 제1렌즈부(1210)의 주점(principal point)로부터 제1초점값(f1) 값만큼, 즉 5m(5000mm) 이격된 지점(제1지점)에 초점을 맺는다. 보다 구체적으로, 제1렌즈부(1210)의 주점이 제1렌즈(1211)의 제1면(11)과 제2면(12) 사이의 중심 지점이라고 할 때, 상기 중심 지점으로부터 제1초점값(f1) 값만큼, 즉 5m(5000mm) 이격된 지점(제1지점)에 초점을 맺는다(도 4 참조).
또한, 제1지점에 초점이 맺혀진 광은 다시 제3 및 제4렌즈(1221, 1222)를 거친다. 이때, 광(L)은 제2렌즈부(1220)의 주점(principal point)로부터 제2초점값(f2) 값만큼, 즉 1km(1000000mm) 이격된 지점(제2지점)에 초점을 맺는다. 보다 구체적으로, 제2렌즈부(1220)의 주점이 제3렌즈(1221)의 제1면(21)과 제2면(21) 사이의 중심 지점이라고 할 때, 상기 중심 지점으로부터 제2초점값(f2) 값만큼, 즉 1km(1000000mm) 이격된 지점(제2지점)에 초점을 맺는다.
이와 같이, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)이 되고, 제2초점값(f2)이 제2기준값(S2)이 되도록 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 간격을 조절하고, 제3렌즈(1221)와 제4렌즈(1222) 간의 간격이 조절됨에 따라, 광학부(1200)를 거쳐 대상체(100)를 향해 조사된 광은 대상체(100)의 수신기(110)에 초점이 맺히게 된다. 또한, 제1초점값(f1)이 제1기준값(S1)이 되도록 제1렌즈(1211)와 제2렌즈(1212) 간의 간격을 조절함에 따라, 수신기(110)의 일면 전체에 조사되면서 상기 수신기(110)의 외측으로 벗어나는 것을 최대한 억제하도록 광 즉 빔의 크기가 조절된다.
충전장치(C)에서 광(L)을 수신기(110)로 조사하면, 수신기(110)는 조사된 광의 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전력 또는 전기를 생산하고, 이를 대상체(100)로 충전한다. 이때, 수신기(110)로 조사되는 광 또는 빔의 복사조도(W/mm2)(또는 출력(W/mm2))는 제1 및 제2방향으로 균일하다. 이는, 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각에 복수의 곡면부(1211-2, 1212-2)가 마련되기 때문이다. 또한, 수신기(110)로 조사되는 광 또는 빔의 형상은 사각형의 형상일 수 있다. 이는 제1 및 제2렌즈(1211, 1212) 각각에 마련된 복수의 곡면부(1211-2, 1212-2)가 사각형의 형상으로 마련되기 때문이다.
이와 같이 실시예에 따른 충전장치(C)에 의하면, 대상체의 현재 위치에 따라 렌즈들의 위치를 변경하여 상기 대상체로 광(L)을 조사할 수 있다. 즉, 대상체(100)가 이동하더라도 현 시점의 대상체(100))의 위치에 따라 복수의 렌즈들 간의 이격거리를 조절하여 대상체(100)의 수신기(110)에 초점이 맺히도록 광을 조사할 수 있다. 따라서, 대상체(100)로 전력 또는 전기를 용이하게 충전시킬 수 있고, 광 발생부(1100)로부터 발생된 광량에 따른 수신기(110)로의 전력 충전효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 수신기(110)로 조사되는 광 또는 빔의 형상을 사각형으로 형상이 되도록 할 수 있고, 광(L) 또는 빔(B)의 복사조도(W/mm2)(또는 출력)를 제1 및 제2방향으로 균질화시킬 수 있다. 따라서, 광 발생부(1100)로부터 발생된 광량에 따른 수신기(110)로의 전력 충전효율이 향상되는 효과가 있다.
C: 충전장치 1100: 광 발생부
1200: 광학부 1210: 제1렌즈부
1211: 제1렌즈 1212: 제2렌즈
1220: 제2렌즈부 1221: 제3렌즈
1222: 제4렌즈 110: 수신기

Claims (20)

  1. 광 발생부를 포함하는 충전장치로부터 대상체로 광을 조사하여, 대상체에 전력을 충전하는 충전방법으로서,
    상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하는 과정;
    상기 광 발생부와 수신기 사이에 위치된 제1 및 제2렌즈를 포함하는 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단하기 위한 제1초점값(f1)을 산출하는 과정; 및
    산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 제1렌즈의 일측면을 제1면, 상기 제1렌즈의 타측면을 제2면, 상기 제2렌즈의 일측면을 제3면, 상기 제2렌즈의 타측면을 제4면으로 하며,
    상기 제1 및 제2렌즈 각각은 적어도 일 방향으로 나열 배치된 복수의 곡면부를 포함하고,
    상기 제1기준값(S1)을 산출하는 과정은,
    상기 충전장치와 대상체 간의 이격거리(l)를 제2기준값(S2)으로 결정하는 과정; 및
    상기 수신기의 크기(A), 상기 복수의 곡면부 중 하나의 곡면부의 크기(p), 상기 제2기준값(S2)을 이용하여 제1기준값(S1)을 획득하는 제1기준값(S1) 연산 과정;을 포함하며,
    상기 제1초점값을 산출하는 과정은,
    상기 제1 내지 제4면 각각의 굴절능, 상기 제1 내지 제3면 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률, 상기 제1 내지 제3면에 있어서 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리를 이용하여 산출하는 충전방법.
  2. 광 발생부를 포함하는 충전장치로부터 이동하는 대상체로 광을 조사하여, 대상체에 전력을 충전하는 충전방법으로서,
    상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하는 과정;
    상기 광 발생부와 수신기 사이에 위치된 제1 및 제2렌즈를 포함하는 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단하기 위한 제1초점값(f1)을 산출하는 과정; 및
    산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 제1렌즈의 일측면을 제1면, 상기 제1렌즈의 타측면을 제2면, 상기 제2렌즈의 일측면을 제3면, 상기 제2렌즈의 타측면을 제4면으로 하며,
    상기 제1 및 제2렌즈 각각은 적어도 일 방향으로 나열 배치된 복수의 곡면부를 포함하고,
    상기 제1기준값(S1)을 산출하는 과정은,
    상기 충전장치와 대상체 간의 이격거리(l)를 제2기준값(S2)으로 결정하는 과정; 및
    상기 수신기의 크기(A), 상기 복수의 곡면부 중 하나의 곡면부의 크기(p), 상기 제2기준값(S2)을 이용하여 제1기준값(S1)을 획득하는 제1기준값(S1) 연산 과정;을 포함하며,
    상기 제1초점값을 산출하는 과정은,
    상기 제1 내지 제4면 각각의 굴절능, 상기 제1 내지 제3면 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률, 상기 제1 내지 제3면에 있어서 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리를 이용하여 산출하는 충전방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 수신기의 크기(A)는 광이 입사되는 면에 있어서, 제1방향 및 상기 제1방향과 교차하는 제2방향 중 어느 하나의 방향의 길이이고,
    상기 곡면부의 크기(p)는 복수의 곡면부가 나열된 방향으로의 곡면부의 길이인 충전방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1기준값(S1) 연산 과정은, 아래 수식을 이용하여 연산하는 과정을 포함하는 충전방법.
    [수식]
    Figure 112020129443098-pat00028
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정은,
    상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 큰 경우, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 간의 이격거리를 증가시키는 과정; 및
    상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 작은 경우, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 간의 이격거리를 감소시키는 과정;
    을 포함하는 충전방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 수신기 사이에 위치된 제3 및 제4렌즈를 포함하는 제2렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단하기 위한 제2초점값(f2)을 산출하는 과정; 및
    산출된 상기 제2초점값(f2)과 상기 제2기준값(S2)의 차이에 따라 상기 제3 및 제4렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정;
    을 포함하는 충전방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 및 제4렌즈 사이의 간격을 조절하는 과정은,
    상기 제2초점값(f2)이 상기 제2기준값(S2)에 비해 큰 경우, 상기 제3렌즈와 제4렌즈 간의 이격거리를 증가시키는 과정; 및
    상기 제2초점값(f2)이 상기 제2기준값(S2)에 비해 작은 경우, 상기 제3렌즈와 제4렌즈 간의 이격거리를 감소시키는 과정;
    을 포함하는 충전방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3렌즈의 일측면을 제1면, 상기 제3렌즈의 타측면을 제2면, 상기 제4렌즈의 일측면을 제3면, 상기 제4렌즈의 타측면을 제4면으로 하며,
    상기 제2초점값을 산출하는 과정은,
    상기 제2렌즈부의 제1 내지 제4면 각각의 굴절능, 상기 제2렌즈부의 제1 내지 제3면 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률, 상기 제2렌즈부의 제1 내지 제3면에 있어서 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리를 이용하여 산출하는 충전방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 광 발생부로부터 광을 방사하여 상기 수신기로 광을 조사하는 충전과정을 포함하고,
    상기 광 발생부로부터 광을 방사하는 과정은,
    상기 제1초점값이 상기 제1기준값이 되고, 상기 제2초점값이 상기 제2기준값이 될 때, 실시하는 충전방법.
  11. 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 대상체로 광을 조사하는 충전장치로서,
    광을 발생시키는 광 발생부;
    상기 광 발생부와 상기 대상체 사이에 위치된 제1 및 제2렌즈를 구비하는 제1렌즈부를 포함하는 광학부;
    상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하고, 상기 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단할 수 있는 제1초점값(f1)을 산출하는 제1연산부; 및
    산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈부의 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격을 조절하는 제1제어부;
    를 포함하고,
    상기 제1렌즈의 일측면을 제1면, 상기 제1렌즈의 타측면을 제2면, 상기 제2렌즈의 일측면을 제3면, 상기 제2렌즈의 타측면을 제4면으로 하며,
    상기 제1렌즈의 제1 몇 제2면 중 어느 하나와, 제2렌즈의 제3면 및 제4면 중 어느 하나에는 적어도 일 방향으로 나열 배치된 복수의 곡면부가 마련되며,
    상기 제1연산부는,
    상기 충전장치와 대상체 간의 이격거리(l)에 의해 결정되는 제2기준값(S2), 상기 수신기의 크기(A), 상기 복수의 곡면부 중 하나의 곡면부의 크기(p)를 이용하여 상기 제1기준값(S1)을 산출하고,
    상기 제1 내지 제4면 각각의 굴절능, 상기 제1 내지 제3면 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률, 상기 제1 내지 제3에 있어서 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리를 이용하여 상기 제1초점값(f1)을 산출하는 충전장치.
  12. 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 이동 가능한 대상체로 광을 조사하는 충전장치로서,
    광을 발생시키는 광 발생부;
    상기 광 발생부와 상기 대상체 사이에 위치된 제1 및 제2렌즈를 구비하는 제1렌즈부를 포함하는 광학부;
    상기 충전장치와 상기 대상체 간의 이격거리(l) 및 상기 대상체에 구비되며 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수신기의 크기(A)를 이용하여 제1기준값(S1)을 산출하고, 상기 제1렌즈부에 따른 광의 초점위치를 판단할 수 있는 제1초점값(f1)을 산출하는 제1연산부; 및
    산출된 상기 제1기준값(S1)과 제1초점값(f1)의 차이에 따라 상기 제1렌즈부의 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격을 조절하는 제1제어부;
    를 포함하고,
    상기 제1렌즈의 일측면을 제1면, 상기 제1렌즈의 타측면을 제2면, 상기 제2렌즈의 일측면을 제3면, 상기 제2렌즈의 타측면을 제4면으로 하며,
    상기 제1렌즈의 제1 몇 제2면 중 어느 하나와, 제2렌즈의 제3면 및 제4면 중 어느 하나에는 적어도 일 방향으로 나열 배치된 복수의 곡면부가 마련되며,
    상기 제1연산부는,
    상기 충전장치와 대상체 간의 이격거리(l)에 의해 결정되는 제2기준값(S2), 상기 수신기의 크기(A), 상기 복수의 곡면부 중 하나의 곡면부의 크기(p)를 이용하여 상기 제1기준값(S1)을 산출하고,
    상기 제1 내지 제4면 각각의 굴절능, 상기 제1 내지 제3면 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률, 상기 제1 내지 제3에 있어서 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리를 이용하여 상기 제1초점값(f1)을 산출하는 충전장치.
  13. 삭제
  14. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 제1제어부는,
    상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 큰 경우, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 간의 이격거리를 증가시키고,
    상기 제1초점값(f1)이 상기 제1기준값(S1)에 비해 작은 경우, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 간의 이격거리를 감소시키는 충전장치.
  15. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 및 제2렌즈 각각은,
    베이스 및 상기 베이스에 마련된 상기 복수의 곡면부를 포함하고,
    상기 곡면부는 상기 베이스로부터 외측으로 볼록하게 돌출된 형상이거나, 상기 베이스의 표면으로부터 내측으로 오목하게 함몰된 형상인 충전장치.
  16. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 곡면부는 두께 방향과 교차하는 방향에서의 횡단면의 형상이 사각형인 충전장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 곡면부는 두께 방향과 교차하는 방향에서의 횡단면의 형상이 정사각형인 충전장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 곡면부는 두께 방향과 교차하는 방향에서의 횡단면의 형상이 직사각형인 충전장치.
  19. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 대상체 사이에 위치된 제3 및 제4렌즈를 포함하는 제2렌즈부에 따른 초점위치를 판단할 수 있는 제2초점값(f2)을 산출하는 제2연산부; 및
    산출된 상기 제2기준값(S2)과 제2초점값(f2)의 차이에 따라 상기 제3렌즈와 제4렌즈 사이의 간격을 조절하는 제2제어부;
    를 포함하는 충전장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제3렌즈의 일측면을 제1면, 상기 제3렌즈의 타측면을 제2면, 상기 제4렌즈의 일측면을 제3면, 상기 제4렌즈의 타측면을 제4면으로 하며,
    상기 제2연산부는 상기 제2렌즈부의 제1 내지 제4면 각각의 굴절능, 상기 제2렌즈부의 제1 내지 제3면 각각의 전방에 위치된 매질의 굴절률, 상기 제2렌즈부의 제1 내지 제3면에 있어서 연속하여 배치된 면들 간의 이격거리를 이용하여 상기 제2초점값(f2)을 산출하는 충전장치.
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Title
Design, simulation and characterization of fly-eye lens system for optical wireless power transmission* *

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