KR102421120B1 - Ir-led 광 강도 증폭 장치 - Google Patents

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KR102421120B1
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정길수
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주식회사 에이제이투
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Abstract

IR-LED 광 강도 증폭 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 적외선 LED가 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하인 적외선을 방사하는 적외선 LED 광원부; 상기 적외선 LED를 향해 비구면 렌즈가 마주하도록 위치하고, 상기 비구면 렌즈에 입사된 적외선을 상기 평면을 통해 출사시키는 렌즈부 및 상기 적외선 중 상기 비구면 렌즈에 입사되지 않은 적외선을 반사시켜 상기 비구면 렌즈의 외주연을 따라 형성된 출사면으로 출사시키기 위해 상기 적외선 LED의 위치부터 상기 출사면 방향으로 갈수록 점차 넓어지도록 포물선을 따라 만곡된 반사면이 형성된 반사부를 포함하고, 상기 포물선의 초점에 상응하는 위치에 상기 적외선 LED가 위치하고, 상기 비구면 렌즈는 상기 포물선의 중심축이 상기 비구면 렌즈의 중심을 관통하도록 형성된다.

Description

IR-LED 광 강도 증폭 장치 {APPARATUS FOR AMPLIFYING LIGHT INTENSITY OF INFRARED RAYS-LED}
본 발명은 렌즈 기술 및 IR-LED 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 IR-LED의 광 증폭 기술에 관한 것이다.
백색광원(가시광선)은 폭발적인 수요 증가로 다양한 형광체소자들의 개발로 저전력 고효율의 광원이 많이 개발 되고 있다. 또한, 홍채인식, 자동차 night vision, 미용 및 미용을 위한 therapy, 거리와 형상을 측정해야 하는 드론과 같은 장치, 정밀측정장치 그리고 IoT등에서는 IR-LED의 수요가 증가하고 있다. 그러나, IR-LED의 수요는 아직까지 백색광원의 수요보다는 적기 때문에 광원에 대한 소자 개발이 활발하지 못하다.
IR-LED는 일반적으로 660nm에서 940nm 사이 파장이 사용되고, 840nm와 870nm 사이의 적외선 LED는 시각적 응용 분야에서 사용된다. 특히, 850nm 파장은 휴대폰, 컴퓨터, 보안장치 등에 사용되는 홍채 인식과 혈류 센서, 박동 센서의 생체 인식에 사용되며 높은 출력이 요구된다.
또한, 750nm 파장은 홍채인식 및 FDA의 승인으로 미용을 위한 테라피(therapy)에 효과가 있어 다양한 IoT 등에 IR-LED의 수요가 증가하고 있다.
그러나, 750nm IR-LED 광원은 광원 소자개발이 많이 이루어지지 않았기 때문에 850nm IR-LED 광원보다 상대적으로 매우 낮은 방사파워를 낼 수 있다.
한편, 한국등록특허 제 10-0756174 호“ＬＥＤ용 집광렌즈”는 LED에서 방사된 광을 집광시켜 광축에 평행한 직진성을 갖도록 한 집광렌즈에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 적외선의 피크 파장에 기초하여 IR-LED의 광 강도를 증폭하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 IR-LED의 저전력 및 고효율을 달성하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 적외선 LED가 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하인 적외선을 방사하는 적외선 LED 광원부; 상기 적외선 LED를 향해 비구면 렌즈가 마주하도록 위치하고, 상기 비구면 렌즈에 입사된 적외선을 상기 평면을 통해 출사시키는 렌즈부 및 상기 적외선 중 상기 비구면 렌즈에 입사되지 않은 적외선을 반사시켜 상기 비구면 렌즈의 외주연을 따라 형성된 출사면으로 출사시키기 위해 상기 적외선 LED의 위치부터 상기 출사면 방향으로 갈수록 점차 넓어지도록 포물선을 따라 만곡된 반사면이 형성된 반사부를 포함하고, 상기 포물선의 초점에 상응하는 위치에 상기 적외선 LED가 위치하고, 상기 비구면 렌즈는 상기 포물선의 중심축이 상기 비구면 렌즈의 중심을 관통하도록 형성된다.
이 때, 상기 반사면은 상기 포물선의 중심축을 따라 기설정된 지점들마다 상기 반사면의 반경의 크기가 상기 적외선의 피크 파장에 기초하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 포물선의 초점이 제1 지점이고, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 상기 출사면이 위치한 제2 지점까지의 거리가 6일 때, 상기 제1 지점에서 상기 반사면의 제1 반경은 3 이상 4 이하이고, 상기 제2 지점에서 상기 반사면의 제2 반경은 6 이상 7 이하일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제3 지점까지의 거리가 1이고, 제4 지점까지의 거리가 2일 때, 상기 제3 지점 및 상기 제4 지점에서 상기 반사면의 제3 반경 및 제4 반경은 4 이상 5 이하일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제5 지점까지의 거리가 3이고, 제6 지점까지의 거리가 4일 때, 상기 제5 지점 및 상기 제6 지점에서 상기 반사면의 제5 반경 및 제6 반경은 5 이상 6 이하일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제7 지점까지의 거리가 5일 때, 상기 제7 지점에서 상기 반사면의 제7 반경은 6이상 7 이하일 수 있다.
본 발명은 적외선의 피크 파장에 기초하여 IR-LED의 광 강도를 증폭할 수 있다.
또한, 본 발명은 IR-LED의 저전력 및 고효율을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 포물선 곡률을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포물선 곡률과 포물선 반사를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비구면 렌즈의 적외선 출사와 반사면의 적외선 반사를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면과 포물선 곡률 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 적외선 제어를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 외관을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 평행광 최적화 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면 모델링 과정을 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 비구면 렌즈의 모델링 과정을 나타낸 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 비구면 렌즈의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면과 비구면 렌즈의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면 분할 설계 결과를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 850 nm 적외선 모듈의 광 강도 증폭 결과를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 750 nm 적외선 모듈의 광 강도 증폭 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 포물선 곡률을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 포물선 곡률은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020052700426-pat00001
이 때, 코닉 상수 k 는 k=0 일때 sphere, -1<k<0 일 때 ellipse, k=-1일 때 parabola, k<-1 일때 hyperbola, k>0 일때 oblate ellipse 로 나타낼 수 있다.
이 때, 본 발명에서는 포물선(PARABOLA) 곡률을 이용하여 반사면의 형상을 협각의 출광부를 구현하기 위한 수식을 적용할 수 있다.
이 때, 본 발명에서는 물리적인 수치 해석이 어렵기 때문에, 시뮬레이션 툴을 이용하여 시뮬레이션을 수행하여 최적의 곡률반경과 계수 값을 산출하였다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포물선 곡률과 포물선 반사를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 포물선 곡률과 포물선 반사의 기본 이론에 기초하여 본 발명에서 사용되는 반사면의 초점(F)를 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 적외선 LED 광원부(110), 렌즈부(120) 및 반사부(130)를 포함한다.
적외선 LED 광원부(110)는 적외선 LED(111)가 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하인 적외선을 방사할 수 있다.
또한, 적외선 LED 광원부(110)는 적외선 LED(111)가 피크 파장이 700nm 이상 800nm 이하인 적외선을 방사할 수 있다.
렌즈부(120)는 상기 적외선 LED(111)를 향해 비구면 렌즈가 마주하도록 위치하고, 상기 비구면 렌즈에 입사된 적외선을 상기 평면을 통해 출사시킬 수 있다.
반사부(130)는 상기 적외선 중 상기 비구면 렌즈에 입사되지 않은 적외선을 반사시켜 상기 비구면 렌즈의 외주연을 따라 형성된 출사면(132)으로 출사시키기 위해 상기 적외선 LED의 위치부터 상기 출사면 방향으로 갈수록 점차 넓어지도록 포물선을 따라 만곡된 반사면(131)이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 포물선의 초점에 상응하는 위치에 상기 적외선 LED(111)가 위치하고, 상기 비구면 렌즈는 상기 포물선의 중심축이 상기 비구면 렌즈의 중심을 관통하도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 반사면(131)은 상기 포물선의 중심축을 따라 기설정된 지점들마다 상기 반사면(131)의 반경의 크기가 상기 적외선의 피크 파장에 기초하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 포물선의 초점이 제1 지점이고, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 상기 출사면(132)이 위치한 제2 지점까지의 거리가 6일 때, 상기 제1 지점에서 상기 반사면(131)의 제1 반경은 3 이상 4 이하이고, 상기 제2 지점에서 상기 반사면(131)의 제2 반경은 6 이상 7 이하일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제3 지점까지의 거리가 1이고, 제4 지점까지의 거리가 2일 때, 상기 제3 지점 및 상기 제4 지점에서 상기 반사면(131)의 제3 반경 및 제4 반경은 4 이상 5 이하일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제5 지점까지의 거리가 3이고, 제6 지점까지의 거리가 4일 때, 상기 제5 지점 및 상기 제6 지점에서 상기 반사면(131)의 제5 반경 및 제6 반경은 5 이상 6 이하일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제7 지점까지의 거리가 5일 때, 상기 제7 지점에서 상기 반사면(131)의 제7 반경은 6이상 7 이하일 수 있다.
이 때, 상기 반사면(131)의 상기 제2 반경과 상기 제7 반경이 6이상 7 이하인 경우, 적외선 LED(111)가 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하인 적외선을 최대한 증폭시킬 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제7 지점까지의 거리가 5일 때, 상기 제7 지점에서 상기 반사면(131)의 제7 반경은 상기 반사면(131)의 제2 반경과 동일할 수 있다.
이 때, 상기 반사면(131)의 제7 반경이 상기 제2 반경과 동일한 경우, 적외선 LED(111)가 피크 파장이 700nm 이상 800nm 이하인 적외선을 최대한 증폭시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 모바일 타입으로 사용될 수 있고, 초소형 사이즈 5.2.x5.2x2.4[mm]를 만족할 수 있고, 적외선의 세기가 1,000mW/sr 이상인 집광 직광을 제공할 수 있다.
예를 들어, 850nm 적외선 LED 광원의 칩 크기는 1066x1066x25um 이상이고, 두께는 225um 로 IF=350mA 일때 220mW의 방사파워를 가질 수 있다.
또한, 750nm 적외선 LED 광원의 칩 크기는 1066x1066x25um 이상이고, 두께는 225um로 IF=350mA 일때 175mW인 방사파워를 가질 수 있다.
칩사이즈가 960x960um 인 750nm 광원들은 약 40mW@1A 정도의 파워를 가질 수 있다.
이 때, 홍채인식에서는 최종 홍채 이미지를 capture하기 위해서 최대 5-frame 정도 750nm 파장의 빛이 필요하다. 전체 홍채인식을 위해 필요한 시간의 10%이하이다.
본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 730nm 광원을 사용해도 파장이동(wave frequency shift) 을 통해 1000mW/sr의 빛을 세기를 낼 수 있다. 면적이 크면 방사파워가 커지고, 홍채인식 전체시간의 10%미만의 짧은 시간 사용하므로 LED수명에 영향이 없다.
본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 730nm 광원을 사용해서 750nm 파장의 IR-LED로 사용하기 위해 정격전류이상을 흐르게 하여 파장이동(wavelength shift) 했을 때 발생되는 발열을 외부로 빠르게 빼 주기 위해서 anode 단자의 면적을 크게 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 cathode쪽의 PCB 단자보다는 anode 쪽의 PCB 단자를 최대로 크게 하는 것이 광원에서 발생되는 발열을 빨리 외부로 전도 시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 850nm 적외선 LED의경우, ±10°화각을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 730nm 적외선 LED의경우, ±9°화각을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 과정을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 적외선 LED(111)가 적외선을 방사하면 비구면 렌즈부(120)를 통해 굴절된 적외선과, 반사부(130)를 통해 반사된 적외선이 평행한 방향으로 집광되어 방사되는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비구면 렌즈의 적외선 출사와 반사면의 적외선 반사를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 적외선 LED(111) 가 방사한 적외선이 비구면 렌즈(120)를 통과하면서 굴절된 적외선이 Z 축 방향을 따라 평행하게 방사되고, 반사부(130)의 반사면(131)에 반사된 적외선이 출사면(132)를 통과하면서 Z 축 방향에 상응하는 방향으로 방사되는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면과 포물선 곡률 관계를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면(131)은 포물선(PARABOLA) 곡률에 상응하도록 형성된 것을 알 수 있고, 포물선 곡률의 초점(F)의 위치에 적외선 LED(111)가 위치하는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 단면도를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 적외선 제어를 나타낸 도면이다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 외관을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 렌즈부(120)가 적외선 LED(111) 및 반사면(131)에서 방산되는 적외선을 제어하여 출사할 수 있다.
이 때, 렌즈부(120)는 반사부(130)의 상단에 형성되고 적외선을 제어하여 적외선 효율을 극대화 시킬 수 있다.
반사부(130)의 반사면(131)은 lead frame wall (PPA 재질)의 금속성 리플렉터로 형성될 수 있다.
이 때, 반사면(131)은 적외선의 2중 제어를 위해 반사면(131)에서 반사시킨 적외선을 렌즈부(120)의 비구면 렌즈로 반사하여 적외선 효율을 극대화 시킬 수도 있다.
이 때, 반사면(131)은 금속 재질로 SOLDERING 접착이 가능하여 신뢰성을 확보할 수 있다.
이 때, 반사면(131)은 적외선 LED(111)에서 수평으로 방사되어 손실되는 적외선을 반사시켜 광 효율을 높일 수 있다.
이 때, 반사면(131)은 만곡된 반사면에 포물선 곡률을 따라 다중 분할곡률형상을 적용할 수 있다.
이 때, 반사면(131)은 형상계수 기술을 적용한 다중분할 곡률형상을 제공할 수 있다.
이 때, 반사면(131)은 적외선 LED(111)의 각각의 위치에서 수많은 경로를 가지고 방사되는 적외선을 효과적으로 제어할 수 있다.
즉, 반사면(131)은 포물선의 중심축을 따라 기설정된 지점들마다 상기 반사면의 반경의 크기가 상기 적외선의 피크 파장에 기초하여 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 평행광 최적화 과정을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 설계 툴을 이용하여 포물선 곡률을 가진 반사부(130)를 모델링할 수 있다. 예를 들어, 포물선 곡률의 코닉 상수는 -1, RADIUS 는 24로 모델링할 수 있다.
이 때, 포물선 곡률의 초점의 위치에서 적외선 LED가 적외선을 방사할 때, 반사면을 통해 반사되는 적외선이 평행하게 반사되도록 최적의 포물선 곡률과 코닉상수 값을 산출할 수 있다.
이 때, 최적의 포물선 곡률과 코닉상수 값을 적용한 평행광 최적화 시물레이션 결과를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면 모델링 과정을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 평행광 최적화 시물레이션 결과에 따라 최적의 포물선 곡률과 코닉상수 값을 적용한 반사부(130)를 3차원 모델링한 것을 알 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 3차원 모델링된 반사부(130)에 중심 광도, 전체 너비를 설정하고, 지향각 23도에서 시물레이션을 수행하는 것을 알 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 시물레이션 결과에 따른 Intensity slice와 조도 분포를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 비구면 렌즈의 모델링 과정을 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 비구면 렌즈를 적용하여 중심광을 평행광으로 최적화 하는 과정을 나타낸 것을 알 수 있다.
이 때, 비구면 렌즈에 대해서 적외선 LED가 평행하게 직진하기 위한 고유함수를 설정할 수 있다.
도 16을 참조하면, 비구면 렌즈의 입사면에 대한 곡률 변수를 설정한 것을 알 수 있다.
코닉 상수, 곡률, 4차 비구면 계수, 6차 비구면 계수, 8차 비구면 계수, 10차 비구면 계수를 설정한 일 예를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 비구면 렌즈의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 17 및 18을 참조하면, 시물레이션 결과에 따른 비구면 렌즈의 최적화된 모델링 결과를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면과 비구면 렌즈의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 19를 참조하면, 모델링된 반사부(130)와 비구면 렌즈에 대해서 지향각 20.8도에서 시물레이션을 실행하는 것을 알 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 모델링된 반사부(130)와 비구면 렌즈의 시물레이션 결과에 따른 Intensity slice와 조도 분포를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 반사면 분할 설계 결과를 나타낸 도면이다.
도 22를 참조하면, 반사면을 포물선의 중심축을 기준으로 기설정된 지점마다 7개의 반경을 설정한 것을 알 수 있다.
이 때, 상기 포물선의 초점이 제1 지점(1번)이고, Z축 상의 원점인 0.0 일 때, 제1 지점의 반경은 1.2 인 것을 알 수 있다.
상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 상기 출사면이 위치한 제2 지점(7번)까지의 거리가 2.0일 때, 상기 7번에서 상기 반사면의 반경은 2.1563 인 것을 알 수 있다(거리가 6이면 반경은 6.4689이고 원점의 반경은 3.6 일 수 있다).
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제3 지점(2번)까지의 거리가 0.33333(1)이고, 제4 지점(3번)까지의 거리가 0.66667(2)일 때, 상기 제3 지점(2번) 및 상기 제4 지점(3번)에서 상기 반사면의 제3 반경은 1.48(4.44), 제4 반경은 1.65(4.95)일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제5 지점(4번)까지의 거리가 1(3)이고, 제6 지점(5번)까지의 거리가 1.33333(4)일 때, 상기 제5 지점(4번) 및 상기 제6 지점(5번)에서 상기 반사면의 제5 반경은 1.81(5.43), 제6 반경은 1.93(5.79)일 수 있다.
이 때, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제7 지점(6번)까지의 거리가 1.66667(5)일 때, 상기 제7 지점(6번)에서 상기 반사면의 제7 반경은 2.05(6.15)일 수 있다.
또한, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제7 지점(6번)까지의 거리가 1.66667(5)일 때, 상기 제7 지점(6번)에서 상기 반사면의 제7 반경은 제2 지점(7번)의 상기 반사면의 제2 반경과 동일할 수 있다.
이 때, 상기 반사면(131)의 6번 반경과 7번 반경이 동일한 경우, 적외선 LED(111)가 피크 파장이 700nm 이상 800nm 이하인 적외선을 최대한 증폭시킬 수 있다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 850 nm 적외선 모듈의 광 강도 증폭 결과를 나타낸 도면이다. 도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치의 750 nm 적외선 모듈의 광 강도 증폭 결과를 나타낸 도면이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 850nm 광원의 경우 220mw에서 1480mW/sr을 얻을 수 있고,
730nm 광원에서는 상기 도 22에서 6번과 7번 반사면의 반경을 동일하게 적용한 경우, 175mW에서 1032mW/sr값을 얻을 수 있으므로, 시물레이션 결과와 동일한 화각을 만족하면서 목표치에 상응하는 광 강도를 얻을 수 있다는 것을 입증하였다.
본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 850nm 광원인 경우, sr(스테레디안) 단위당 15%인데, 750nm 인 경우 실험측정치가 약 17%로 증가하였지만, 허용오차 범위 안에 있다고 할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 IR-LED 광 강도 증폭 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
110: 적외선 LED 광원부 111: 적외선 LED
120: 렌즈부 130: 반사부
131: 반사면 132: 출사면

Claims (6)

  1. 적외선 LED가 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하인 적외선을 방사하는 적외선 LED 광원부;
    상기 적외선 LED를 향해 비구면 렌즈가 마주하도록 위치하고, 상기 비구면 렌즈에 입사된 적외선을 평면을 통해 출사시키는 렌즈부; 및
    상기 적외선 중 상기 비구면 렌즈에 입사되지 않은 적외선을 반사시켜 상기 비구면 렌즈의 외주연을 따라 형성된 출사면으로 출사시키기 위해 상기 적외선 LED의 위치부터 상기 출사면 방향으로 갈수록 점차 넓어지도록 포물선을 따라 만곡된 반사면이 형성된 반사부;
    를 포함하고,
    상기 포물선의 초점에 상응하는 위치에 상기 적외선 LED가 위치하고,
    상기 비구면 렌즈는
    상기 포물선의 중심축이 상기 비구면 렌즈의 중심을 관통하도록 형성되고,
    상기 반사면은
    상기 포물선의 초점부터 상기 출사면 까지의 상기 포물선 중심축 상에 동일한 간격의 기설정된 지점들에 상응하는 각각의 포물선 곡률들이 상기 피크 파장에 기초하여 다중 분할곡률 형상으로 적용된 것을 특징으로 하는 IR-LED 광 강도 증폭 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 포물선의 초점이 제1 지점이고, 상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 상기 출사면이 위치한 제2 지점까지의 거리가 6일 때,
    상기 제1 지점에서 상기 반사면의 제1 반경은 3 이상 4 이하이고,
    상기 제2 지점에서 상기 반사면의 제2 반경은 6 이상 7 이하인 것을 특징으로 하는 IR-LED 광 강도 증폭 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제3 지점까지의 거리가 1이고, 제4 지점까지의 거리가 2일 때,
    상기 제3 지점 및 상기 제4 지점에서 상기 반사면의 제3 반경 및 제4 반경은 4 이상 5 이하인 것을 특징으로 하는 IR-LED 광 강도 증폭 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제5 지점까지의 거리가 3이고, 제6 지점까지의 거리가 4일 때,
    상기 제5 지점 및 상기 제6 지점에서 상기 반사면의 제5 반경 및 제6 반경은 5 이상 6 이하인 것을 특징으로 하는 IR-LED 광 강도 증폭 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 지점에서 상기 포물선 중심 축 상에서 제7 지점까지의 거리가 5일 때,
    상기 제7 지점에서 상기 반사면의 제7 반경은 6이상 7 이하인 것을 특징으로 하는 IR-LED 광 강도 증폭 장치.
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