KR20070021052A - Illuminator, led illuminator, and imaging device with illuminator - Google Patents

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KR20070021052A
KR20070021052A KR1020060076507A KR20060076507A KR20070021052A KR 20070021052 A KR20070021052 A KR 20070021052A KR 1020060076507 A KR1020060076507 A KR 1020060076507A KR 20060076507 A KR20060076507 A KR 20060076507A KR 20070021052 A KR20070021052 A KR 20070021052A
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나오따다 오까다
미끼 모리
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 화상 형성 기구(14)와, 화상 형성 기구(14)의 화상 형성 영역에 조명광을 발산하는 LED 조명 장치(20)를 포함한다. LED 조명 장치(20)는 발광 소자(21a)가 내부에 배치된 발광 모듈(21)과; 발광 모듈(21)로부터의 빛이 평행 광선으로 되도록 하는 프레넬 렌즈(22)와; 광원으로부터 나오는 빛의 방향으로 배치되고, 프레넬 렌즈(22)에 의해 형성된 평행 광선을 직사각형으로 형상화시키는 한 쌍의 렌즈 어레이(23, 24)와; 화상 형성 기구(14)의 화상 형성 영역에 따라 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격을 조정하는 조정 기구(25)를 포함한다.The present invention includes an image forming mechanism 14 and an LED lighting device 20 for emitting illumination light to an image forming area of the image forming mechanism 14. The LED lighting device 20 includes a light emitting module 21 having a light emitting element 21a disposed therein; A Fresnel lens 22 for causing light from the light emitting module 21 to be parallel rays of light; A pair of lens arrays 23 and 24 disposed in the direction of light emitted from the light source and shaped into rectangular shapes of parallel rays formed by the Fresnel lens 22; And an adjusting mechanism 25 for adjusting the gap between the lens arrays 23 and 24 according to the image forming area of the image forming mechanism 14.

조명 장치, LED, 발광 소자, 조도, 프레넬 렌즈, 렌즈 어레이, 시준 유닛 Lighting device, LED, light emitting element, illuminance, Fresnel lens, lens array, collimation unit

Description

조명 장치, LED 조명 장치, 및 조명 장치를 갖는 화상 형성 장치 {ILLUMINATOR, LED ILLUMINATOR, AND IMAGING DEVICE WITH ILLUMINATOR}Lighting device, LED lighting device, and image forming apparatus having lighting device {ILLUMINATOR, LED ILLUMINATOR, AND IMAGING DEVICE WITH ILLUMINATOR}

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명 장치를 내장하는 디지털 카메라를 갖는 개인용 디지털 보조기를 도시하는 사시도이다.1 is a perspective view showing a personal digital assistant having a digital camera incorporating a lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도2는 개인용 디지털 보조기에 내장된 LED 플래시를 개략적으로 도시하는 설명도이다.2 is an explanatory diagram schematically showing an LED flash embedded in a personal digital assistant.

도3은 LED 플래시에 내장된 렌즈 어레이를 도시하는 평면도이다.3 is a plan view showing a lens array embedded in the LED flash.

도4는 LED 플래시의 발광 영역을 도시하는 설명도이다.4 is an explanatory diagram showing a light emitting region of an LED flash.

도5는 LED 플래시의 발광 영역을 도시하는 설명도이다.5 is an explanatory diagram showing a light emitting region of an LED flash.

도6은 개인용 디지털 보조기의 피조명 영역(R)과 화상 형성 영역(Q) 사이의 관계를 도시하는 설명도이다.Fig. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the illuminated area R and the image forming area Q of the personal digital assistant.

도7은 일반적인 조명 장치의 조도와 비교한 LED 플래시의 상대 조도를 나타내는 설명도이다.7 is an explanatory diagram showing a relative illuminance of the LED flash compared to the illuminance of a general lighting device.

도8은 비교예에 따른 조명 장치의 발광 영역을 도시하는 설명도이다.8 is an explanatory diagram showing a light emitting region of a lighting apparatus according to a comparative example.

도9는 LED 플래시의 발광 영역을 도시하는 설명도이다.9 is an explanatory diagram showing a light emitting region of an LED flash.

도10은 구동 전류 값과 광속 사이의 관계를 나타내는 설명도이다.10 is an explanatory diagram showing a relationship between a drive current value and a luminous flux.

도11은 LED 조명 장치로부터 1 m 떨어진 위치에서의 구동 전류와 중심부 조 도 사이의 관계를 나타내는 설명도이다.Fig. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the drive current and the central illuminance at a position 1 m away from the LED lighting apparatus.

도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휴대 전화기의 주요부를 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다.Fig. 12 is a vertical sectional view schematically showing the main part of a mobile telephone according to the second embodiment of the present invention.

도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 휴대 전화기의 주요부를 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다.Fig. 13 is a vertical sectional view schematically showing the main part of a mobile telephone according to the third embodiment of the present invention.

도14는 프레넬 렌즈의 효과를 도시하는 설명도이다.14 is an explanatory diagram showing the effect of a Fresnel lens.

도15는 프레넬 렌즈의 효과를 도시하는 설명도이다.15 is an explanatory diagram showing the effect of a Fresnel lens.

도16은 반사기를 사용하는 변형예를 도시하는 단면도이다.Fig. 16 is a sectional view showing a modification using the reflector.

도17은 LED 조명 장치의 예를 도시하는 단면도이다.17 is a cross-sectional view illustrating an example of an LED lighting apparatus.

도18은 LED 조명 장치의 지향 특성을 나타내는 설명도이다.18 is an explanatory diagram showing directing characteristics of the LED lighting apparatus.

도19는 LED 조명 장치의 예를 도시하는 단면도이다.19 is a cross-sectional view illustrating an example of an LED lighting apparatus.

도20은 LED 조명 장치의 지향 특성을 나타내는 설명도이다.20 is an explanatory diagram showing the directivity characteristics of the LED lighting apparatus.

도21은 종래 기술에 있어서 피조명 영역(P)과 화상 형성 영역(Q) 사이의 관계를 나타내는 설명도이다.21 is an explanatory diagram showing the relationship between the illuminated area P and the image forming area Q in the prior art.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

14 : 화상 형성 기구14: image forming mechanism

20 : LED 조명 장치20: LED lighting device

21 : 발광 모듈21: light emitting module

22 : 프레넬 렌즈22: Fresnel lens

23, 24 : 렌즈 어레이23, 24: lens array

25 : 조정 기구25: adjusting mechanism

본 발명은 프로젝터, 디지털 카메라 등을 위한 광원으로 사용될 조명 장치와 조명 장치를 갖는 화상 형성 장치에 관한 것이며, 특히 예를 들어 비교적 낮은 출력을 갖는 LED가 발광 소자로서 사용될 때에도 충분한 조도를 갖는 조명을 얻을 수 있도록 설계된 조명 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an image forming apparatus having an illuminating device and an illuminating device to be used as a light source for a projector, a digital camera, and the like. It relates to a lighting device designed to be.

LED 조명 장치는 복수의 LED 소자(발광 소자)가 기판 상에 장착된 발광 모듈을 사용하며, 색조의 조절과 같은 다양한 장점을 갖는 것으로 알려져 있다. 그러한 LED 조명 장치는 실내 조명, 상점 조명 및 무대 조명용으로도 사용될 수 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 공보 제2004-22257호를 참고하기 바람). 그러한 LED 조명 장치는 디지털 카메라용 또는 카메라를 내장하는 휴대 전화기용 LED 플래시로도 사용될 수 있다.LED lighting devices use a light emitting module in which a plurality of LED elements (light emitting elements) are mounted on a substrate, and are known to have various advantages such as adjustment of color tone. Such LED lighting devices can also be used for indoor lighting, shop lighting, and stage lighting (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-22257). Such LED lighting devices can also be used as LED flashes for digital cameras or mobile phones with cameras.

예를 들어, 도17에 도시된 바와 같은 세라믹 기판(100)에 청색 LED(102)가 장착된다. 청색 LED(102)로부터의 빛(도시되지 않음)은 직접 발산되지만, 그 일부가 반사판(104)에 의해 반사되어 외부로 발산된다. 이때, 빛은 황색 형광 기판(106)을 통과하여 가짜 백색이 된다. 이 경우에, 도18에 도시된 바와 같이, 광원으로부터의 빛은 2θ1/2 이 110°인 지향 특성을 나타내며, 이것은 대략 균등확 산(Lambertian)이다.For example, a blue LED 102 is mounted on the ceramic substrate 100 as shown in FIG. Light (not shown) from the blue LED 102 is emitted directly, but part of it is reflected by the reflector plate 104 and emitted to the outside. At this time, the light passes through the yellow fluorescent substrate 106 and becomes fake white. In this case, as shown in Fig. 18, the light from the light source exhibits a directing characteristic in which 2θ 1/2 is 110 °, which is approximately equally diffused (Lambertian).

디지털 카메라 또는 휴대 전화기에 내장된 카메라의 시야각은 대체로 약 60°이다. 따라서, 상술한 바와 같은 110°의 지향 각도는 너무 넓다. 이에 대응하기 위해, 도19에 도시된 바와 같은 구조가 제안되며, 여기에서는 청색 LED(112)를 세라믹 기판(110) 상에 장착하고, 청색 LED(112)를 형광 기판(113) 내에 밀봉함으로써, 지향 각도를 감소시킨다. 이러한 구조에서는, LED(112)로부터의 빛이 형광 기판(113)을 통과하며, 이 빛의 일부는 반사판(114)에 의해 반사되고, 나머지 부분은 외부로 직접 발산된다. 이때의 지향 각도는 도20에 나타나 있는 바와 같이 2θ1/2 이 50°로 된다.The viewing angle of a digital camera or a camera built into a mobile phone is generally about 60 °. Therefore, the orientation angle of 110 ° as described above is too wide. To cope with this, a structure as shown in FIG. 19 is proposed, in which a blue LED 112 is mounted on the ceramic substrate 110 and the blue LED 112 is sealed in the fluorescent substrate 113, Reduce the angle of orientation. In this structure, the light from the LED 112 passes through the fluorescent substrate 113, a part of the light is reflected by the reflecting plate 114, the rest is emitted directly to the outside. At this time, as shown in Fig. 20, 2θ 1/2 is 50 °.

상술한 카메라용 LED 조명 장치를 이용하는 것은 하기의 문제점을 갖는다. 구체적으로, 도17 또는 도18에 도시된 바와 같은 LED 조명 장치의 피조명 영역은 거의 원형이며, 그리하여 조도는 중심부에서 가장 높고, 지향 각도의 증가에 따라 점점 감소한다. 화상 형성 영역 전체에 걸쳐 균일한 조도를 보장하기 위해서는 화상 형성 영역보다 넓은 영역이 조명되어야 하며, 이것은 대량의 빛을 발산하는 복수의 LED를 필요로 한다. 그러나, 디지털 카메라 또는 카메라를 내장한 휴대 전화기에 사용되는 LED 플래시는 배터리 용량 또는 LED 플래시의 구성으로 인해 충분한 조도를 갖지 못한다. 또한, 중심부에 비해 주변부가 어두우며, 이것은 주변부에서의 화질 저하를 야기한다. 또한, LED로부터 발산되는 청색광과 형광색 광으로부터 발산되는 황색광은 발산 위치 또는 지향 각도에 있어서 대체로 상이하며, 그 결과, 피조명 영역이 색상에 있어서 균일하지 않을 수 있다.Using the above-described camera LED lighting device has the following problems. Specifically, the illuminated area of the LED lighting device as shown in Fig. 17 or 18 is almost circular, so that the illuminance is the highest at the center, and gradually decreases with the increase in the directing angle. In order to ensure uniform illuminance throughout the image forming area, an area larger than the image forming area must be illuminated, which requires a plurality of LEDs emitting a large amount of light. However, LED flashes used in digital cameras or mobile phones with cameras do not have sufficient illumination due to battery capacity or the configuration of LED flashes. Also, the periphery is dark compared to the center, which causes deterioration of image quality at the periphery. In addition, the blue light emitted from the LED and the yellow light emitted from the fluorescent color light are substantially different in the divergence position or the directing angle, and as a result, the illuminated area may not be uniform in color.

도21에 도시된 바와 같이, LED 조명 장치의 피조명 영역(P)은 거의 원형이지만, 카메라에 의해 포착된 화상 형성 영역(Q)은 폭과 길이의 비율이 4:3인 직사각형이다. 직사각형 안에 들어오지 않은 빛은 사용되지 않으며, 따라서 낭비된다. 또한, 주밍(zooming) 동작의 카메라는 보다 좁은 화상 형성 범위를 갖지만, 피조명 영역은 동일한 크기이다. 이것은 화상 형성 영역 안에 있지 않은 영역이 확대되어, 사용되지 않고 낭비되는 영역이 증가하는 결과는 낳는다.As shown in Fig. 21, the illuminated area P of the LED lighting apparatus is almost circular, but the image forming area Q captured by the camera is a rectangle whose width and length ratio is 4: 3. Light that does not fit inside the rectangle is not used and is thus wasted. In addition, the camera of the zooming operation has a narrower image forming range, but the illuminated area is the same size. This results in an enlarged area that is not in the image forming area, which increases the area that is not used and wasted.

따라서, 본 발명의 목적은 비교적 낮은 출력을 갖는 LED와 같은 발광 소자 또는 다른 발광 소자를 사용하더라도 충분하고 균일한 조도를 갖는 조명을 제공하는 조명 장치를 제공하는 것이며, 또한 LED 조명 장치 및 조명 장치를 갖는 화상 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a lighting device that provides illumination with sufficient and uniform illumination even if a light emitting device such as an LED having a relatively low output or other light emitting devices is used, and also provides an LED lighting device and a lighting device. It is to provide an imaging device having.

본 발명의 일 태양은 발광 소자가 내부에 배치된 광원과; 광원으로부터의 빛이 평행 광선으로 되도록 하는 시준 유닛과; 시준 유닛에 의해 형성된 평행 광선을 형상화시키는 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 렌즈 어레이는 시준 유닛에 의해 형성된 평행 광선을 형상화시키는 기능을 한다.One aspect of the present invention provides a light source having a light emitting element disposed therein; A collimating unit for causing light from the light source to be parallel rays of light; And a lens array for shaping the parallel rays formed by the collimation unit. The lens array also functions to shape the parallel light rays formed by the collimation unit.

본 발명의 다른 태양은 발광 소자가 내부에 배치된 광원과; 광원으로부터의 빛이 평행 광선으로 되도록 하는 시준 유닛과; 광원으로부터 나오는 빛의 방향으로 배치되고, 시준 유닛에 의해 형성된 평행 광선을 직사각형으로 형상화시키는 한 쌍의 렌즈 어레이와; 한 쌍의 렌즈 어레이들 사이의 간격을 조정하는 조정 기구를 포 함하는 것을 특징으로 한다.Another aspect of the invention provides a light source having a light emitting element disposed therein; A collimating unit for causing light from the light source to be parallel rays of light; A pair of lens arrays arranged in a direction of light emitted from the light source, the pair of lens arrays forming a rectangular parallel ray formed by the collimating unit; And an adjustment mechanism for adjusting the spacing between the pair of lens arrays.

본 발명의 또다른 태양은 화상 형성 기구와, 화상 기구의 화상 형성 영역에 조명광을 발산하는 조명 장치를 포함하고, 조명 장치는 발광 소자가 내부에 배치된 광원과; 광원으로부터의 빛이 평행 광선으로 되도록 하는 시준 유닛과; 광원으로부터 나오는 빛의 방향으로 배치되고, 시준 유닛에 의해 형성된 평행 광선을 직사각형으로 형상화시키는 한 쌍의 렌즈 어레이와; 화상 형성 기구의 화상 형성 영역에 따라 한 쌍의 렌즈 어레이들 사이의 간격을 조정하는 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다. Another aspect of the invention includes an image forming apparatus and a lighting apparatus for emitting illumination light to an image forming region of the image apparatus, the lighting apparatus comprising: a light source having a light emitting element disposed therein; A collimating unit for causing light from the light source to be parallel rays of light; A pair of lens arrays arranged in a direction of light emitted from the light source, the pair of lens arrays forming a rectangular parallel ray formed by the collimating unit; And an adjusting mechanism for adjusting the distance between the pair of lens arrays in accordance with the image forming area of the image forming mechanism.

본 발명에 따르면, 출력이 비교적 낮은 발광 소자가 사용되는 경우에도 충분하고 균일한 조도를 갖는 조명이 얻어진다.According to the present invention, illumination with sufficient and uniform illuminance is obtained even when a light emitting element having a relatively low output is used.

본 발명의 장점들은 이하의 상세한 설명에 개시될 것이며, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 명확해지거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 발명의 장점들은 이하에 특별히 지적된 수단 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 수 있다. Advantages of the invention will be set forth in the description which follows, and in part will be apparent from the description, or may be learned by practice of the invention. The advantages of the present invention can be realized and obtained by means and combinations particularly pointed out below.

첨부된 도면은 발명의 상세한 설명에 포함되어 그 일부를 구성하고, 본 발명의 실시예를 설명하며, 이상에 개시된 포괄적인 설명 및 이하에 개시된 실시예에 대한 상세한 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.The accompanying drawings are included in and constitute a part of the detailed description of the invention, illustrate embodiments of the invention, and serve to explain the principles of the invention in conjunction with the generic description set forth above and with reference to the embodiments set forth below. Do it.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명 장치를 내장한 디지털 카메라를 갖는 개인용 디지털 보조기(10)를 도시하는 사시도이다. 도2는 개인용 디지털 보조 기(10)에 내장된 LED 플래시(20)를 개략적으로 도시하는 설명도이다. 도3은 LED 플래시(20)에 내장된 렌즈 어레이(23, 24)의 평면도이다. 도6은 피조명 영역(R)과 화상 형성 영역(Q) 사이의 관계를 도시하는 설명도이다.1 is a perspective view showing a personal digital assistant 10 having a digital camera incorporating a lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention. 2 is an explanatory diagram schematically showing the LED flash 20 embedded in the personal digital assistant 10. 3 is a plan view of lens arrays 23 and 24 embedded in the LED flash 20. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the illuminated area R and the image forming area Q. FIG.

개인용 디지털 보조기(10)는 직육면체형 하우징(11)을 구비한다. 하우징(11)의 표면 상에는 디스플레이 LCD(12) 및 다양한 조작 버튼(13)이 배치된다. 하우징(11)의 이면 상에는 줌 렌즈 및 LED 플래시(조명 장치)(20)를 갖는 CCD 카메라(화상 형성 장치)(14)가 배치된다.The personal digital assistant 10 has a cuboid housing 11. On the surface of the housing 11, a display LCD 12 and various operation buttons 13 are arranged. On the rear surface of the housing 11, a CCD camera (image forming apparatus) 14 having a zoom lens and an LED flash (lighting apparatus) 20 is disposed.

LED 플래시(20)는 광축(C)을 따라 순서대로 발광 모듈(21); 아크릴 재료(수지 재료의 예)로 만들어진 프레넬 렌즈(22); 폴리카보네이트 재료로 만들어진 렌즈 어레이(23, 24)의 쌍; 및 CCD 카메라(14)로부터의 거리 신호에 근거하여 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격을 조정하기 위한 조정 기구(25)를 포함한다. 본 실시예에 있어서는, 아크릴 수지 및 폴리카보네이트 수지가 렌즈 어레이(23, 24)의 재료로 사용된다. 그러나, 렌즈의 재료는 그것들로 한정되지 않는다.The LED flash 20 includes a light emitting module 21 in order along the optical axis (C); Fresnel lens 22 made of acrylic material (example of resin material); A pair of lens arrays 23 and 24 made of polycarbonate material; And an adjustment mechanism 25 for adjusting the distance between the lens arrays 23 and 24 based on the distance signal from the CCD camera 14. In this embodiment, acrylic resins and polycarbonate resins are used as materials for the lens arrays 23 and 24. However, the material of the lens is not limited to them.

발광 모듈(21)은 하나 또는 두 개의 LED 소자(21a)를 구비한다. LED 소자(21a)는 예를 들어 500×500㎛ GaN 청색 LED에 황색 형광 기판을 적용하는 것에 의해 청색 및 황색을 조합함으로써 백생광을 발산하도록 조정된다. LED 소자(21a)로부터는 30 내지 40 lm의 광속이 얻어진다. 발광 모듈(21)에 사용하기 위한 LED 소자(21a)는 청색 LED로 한정되는 것이 아님을 유의하기 바란다.The light emitting module 21 has one or two LED elements 21a. The LED element 21a is adjusted to emit white light by combining blue and yellow, for example, by applying a yellow fluorescent substrate to a 500 × 500 μm GaN blue LED. The light beam of 30-40 lm is obtained from the LED element 21a. Note that the LED element 21a for use in the light emitting module 21 is not limited to a blue LED.

각각의 렌즈 어레이(23, 24)는 0.4 mm의 반경을 각각 갖는 23×17 구면 렌즈들(각각은 굴절형 볼록 렌즈의 예임)을 포함하며, 이들은 각각의 렌즈 어레이는 10 mm의 길이, 10 mm의 폭 및 0.5 mm의 두께를 갖도록 구성된다. 이들 구면 렌즈는 플라이 아이(fly-eye) 광학계를 형성한다. 따라서, 플라이 아이 광학계를 통과한 빛은 형상이 균일해진다. 조정 기구(25)의 기능은 CCD 카메라(14)로부터의 거리 신호에 근거하여 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격을 조정하는 것이다. 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격은 투사 영역의 치수에 따라 결정된다. 본 실시예에 있어서, 렌즈 어레이(23, 24)들은 별개의 구성요소들이다. 그러나, 렌즈 어레이(23, 24)들은 사출 성형에 의해 일체화될 수 있다. 상술한 각각의 구면 렌즈의 설계에 따라, 빛은 직사각형으로 용이하게 형상화될 수 있다. 투사 영역이 고정된 경우에, 조정 기구(25)는 생략될 수 있다.Each lens array 23, 24 comprises 23 × 17 spherical lenses each of which has a radius of 0.4 mm (each an example of a refractive convex lens), each of which has a length of 10 mm, 10 mm It is configured to have a width of and a thickness of 0.5 mm. These spherical lenses form fly-eye optics. Therefore, the light passing through the fly-eye optical system becomes uniform in shape. The function of the adjustment mechanism 25 is to adjust the gap between the lens arrays 23 and 24 based on the distance signal from the CCD camera 14. The spacing between the lens arrays 23 and 24 is determined in accordance with the dimensions of the projection area. In the present embodiment, the lens arrays 23 and 24 are separate components. However, the lens arrays 23 and 24 can be integrated by injection molding. According to the design of each spherical lens described above, the light can be easily shaped into a rectangle. In the case where the projection area is fixed, the adjustment mechanism 25 can be omitted.

그와 같이 구성된 개인용 디지털 보조기(10)에 있어서, LED 플래시(20)는 CCD 카메라(14)에 의해 화상 형성을 수행하기에 빛이 충분하지 않을 때 켜진다. 이 경우에, 청색 LED(21a)로부터 발산된 빛은 청색 LED(21a) 바로 뒤에 배치된 프레넬 렌즈(22)에 의해 (총 각도) 30°의 발산 각도로 시준(collimate: 평행 광선으로 형상화됨)된다. 시준된 빛은 렌즈 어레이(23, 24)에 입사된다.In the personal digital assistant 10 configured as such, the LED flash 20 is turned on when there is not enough light to perform image formation by the CCD camera 14. In this case, the light emitted from the blue LED 21a is shaped into collimate parallel rays by an angle of divergence of 30 ° (total angle) by a Fresnel lens 22 disposed immediately behind the blue LED 21a. )do. Collimated light is incident on lens arrays 23 and 24.

이 경우에, 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격은 피조명 영역에 의해 결정된다. 예를 들어, 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격이 0이면, 도4에 도시된 바와 같이, 1.5 m의 거리에서 1.2×1.6 m의 발광 영역이 얻어진다. 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격이 0.13 mm이면, 도5에 도시된 바와 같이, 1.5 mm의 거리에서 0.85×1.13 m의 발광 영역이 얻어진다.In this case, the distance between the lens arrays 23 and 24 is determined by the area to be illuminated. For example, if the interval between the lens arrays 23 and 24 is zero, as shown in Fig. 4, a light emitting area of 1.2 x 1.6 m is obtained at a distance of 1.5 m. If the distance between the lens arrays 23 and 24 is 0.13 mm, as shown in Fig. 5, a light emitting area of 0.85 x 1.13 m is obtained at a distance of 1.5 mm.

이 효과는 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격을 CCD 카메라(14)의 줌의 정 도와 일치시킴으로써 개선된다. 구체적으로, CCD 카메라(14)의 줌의 정도로부터 화상 형성 영역이 계산되고, 이 화상 형성 영역과 일치하도록 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격이 조정된다. 예를 들어, 렌즈 어레이(23, 24)들 사이의 간격은 상술한 예들에서와 같이 0 또는 0.13 mm로 설정될 수 있다.This effect is improved by matching the distance between the lens arrays 23 and 24 with the precision of the zoom of the CCD camera 14. Specifically, an image forming area is calculated from the degree of zoom of the CCD camera 14, and the distance between the lens arrays 23 and 24 is adjusted to match this image forming area. For example, the spacing between the lens arrays 23 and 24 can be set to 0 or 0.13 mm as in the above examples.

다른 한편으로, 피조명 영역(R)의 형상은 도6에 도시된 바와 같이 거의 직사각형이며, 그리하여 발산된 빛이 낭비되는 영역이 최소화된다. 따라서, LED(21a)의 낮은 출력이 LED 플래시(20)에 충분히 사용될 수 있다. 결론적으로, 배터리 용량을 증가시키기 않고 충분히 밝은 조명이 보장될 수 있다.On the other hand, the shape of the illuminated area R is almost rectangular as shown in Fig. 6, whereby the area where the emitted light is wasted is minimized. Thus, the low output of the LED 21a can be used sufficiently for the LED flash 20. In conclusion, sufficiently bright illumination can be ensured without increasing battery capacity.

이제 렌즈 어레이(23, 24)의 효과가 설명될 것이다. 예를 들어, 도17에 도시된 바와 같은 LED 조명 장치의 경우에, 예를 들어 장치로부터 50 ㎝ 떨어진 위치에서 광축 상의 조도 분포는 도7에 점선으로 표시된 바와 같이 중심부의 조도가 가장 높고 가장자리를 향해 점점 감소한다. 렌즈 어레이(23, 24)를 사용하는 LED 조명 장치(20)의 경우에, 도7에 실선으로 표시된 바와 같이 조도는 중심부로부터 가장자리를 향해 완만하게 감소하고, 발광 영역 외부에서 급격히 감소한다. 즉, 렌즈 어레이(23, 24)를 사용하면 균일한 조명이 보장된다.The effects of the lens arrays 23 and 24 will now be described. For example, in the case of an LED lighting device as shown in FIG. 17, the illuminance distribution on the optical axis, for example at a position 50 cm away from the device, has the highest illuminance at the center and toward the edge as indicated by the dotted line in FIG. Decreases gradually. In the case of the LED lighting device 20 using the lens arrays 23 and 24, the illuminance gradually decreases from the center to the edge as shown by the solid line in Fig. 7, and decreases rapidly outside the light emitting area. That is, using the lens arrays 23 and 24 ensures uniform illumination.

다음으로, 빛을 직사각형으로 형상화시키는 효과에 대해 설명된다. 도8은 발광 영역(T)을 도시하는 개략도로서, 그 가장자리의 조도는 50°의 분산 각도(=2θ1/2)를 갖는 도17에 도시된 LED 조명 장치(비교예)로부터 1 m 떨어진 위치에서 중심부의 조도의 절반이다. 이때, 발광 영역(T)의 직경은 대략 93 ㎝의 직경을 갖는 원 또는 타원의 직경이다. 도9는 도2에 도시된 바와 같이 LED 플래시(20)로부터 1 m 떨어진 발광 영역(K)을 도시하는 개략도이다. 이때, 발광 영역(K)의 대각선은 대략 93 ㎝이다.Next, the effect of shaping the light into a rectangle is described. Fig. 8 is a schematic view showing the light emitting area T, the illuminance of the edge of which is 1 m away from the LED lighting device (comparative example) shown in Fig. 17 with a dispersion angle (= 2θ 1/2 ) of 50 °. In half of the illuminance of the center. At this time, the diameter of the light emitting region T is the diameter of a circle or ellipse having a diameter of approximately 93 cm. FIG. 9 is a schematic diagram showing a light emitting area K 1 m away from the LED flash 20 as shown in FIG. At this time, the diagonal of the light emitting area K is approximately 93 cm.

도10은 구동 전류 값과 광속 사이의 관계를 나타내는 설명도이다. 도11은 LED 조명 장치로부터 1 m 떨어진 위치에서 구동 전류와 중심부 조도 사이의 관계를 나타내는 설명도이다. 그래프에 있어서, α는 LED 플래시(20)를 나타내고, β는 비교예를 나타낸다. LED 조명 장치로부터 발산된 빛의 양(광속)과 조명될 영역의 중심부 조도 사이의 관계가 조도/광속(lx/lm)에 의한 빛 사용 효율로 표현된다고 가정하자. 이 경우에, 비교예의 빛 사용 효율 및 LED 플래시(20)의 빛 사용 효율은 200 mA로 구동될 때 각각 0.9 및 1.6이다. 이것은 LED 플래시(20)가 비교예보다 빛 사용 효율이 높다는 것을 의미한다. 환언하면, 발광 영역을 원형이 아닌 직사각형으로 만듦으로써 빛 사용 효율이 개선된다.10 is an explanatory diagram showing a relationship between a drive current value and a luminous flux. Fig. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the drive current and the central illuminance at a position 1 m away from the LED lighting apparatus. In the graph, α represents an LED flash 20 and β represents a comparative example. Assume that the relationship between the amount of light emitted from the LED lighting device (luminous flux) and the central illuminance of the area to be illuminated is expressed by the light use efficiency by illuminance / luminous flux (lx / lm). In this case, the light usage efficiency of the comparative example and the light usage efficiency of the LED flash 20 are 0.9 and 1.6, respectively, when driven at 200 mA. This means that the LED flash 20 has a higher light use efficiency than the comparative example. In other words, light use efficiency is improved by making the light emitting area rectangular rather than circular.

상술한 바와 같이, 조명 장치를 내장한 디지털 카메라를 갖는 개인용 디지털 보조기(10)는 비교적 낮은 출력의 LED가 발광 장치로 사용되더라도 충분하고 균일한 조도를 갖는 조명을 보장한다.As described above, the personal digital assistant 10 having a digital camera with a built-in lighting device ensures illumination with sufficient and uniform illumination even if a relatively low output LED is used as the light emitting device.

도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휴대 전화기(30)의 주요부를 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다. 도2에 도시된 것들과 동일한 기능의 구성요소들은 도12에서 동일한 도면 부호로 표시되며, 그들의 상세한 설명은 생략된다.Fig. 12 is a vertical sectional view schematically showing the main part of the cellular phone 30 according to the second embodiment of the present invention. Components of the same function as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals in FIG. 12, and their detailed description is omitted.

휴대 전화기(30)는 하우징(31)에 내장된 LED 플래시(20)를 구비한다. 도12를 참조하면, 발광 모듈(21)과 프레넬 렌즈(22) 및 렌즈 어레이(23, 24)를 포함하 는 렌즈 모듈이 기판(32) 상에 장착된다. 발광 모듈(21)로부터의 빛은 하우징(31)의 상부에 끼워진 투명 커버(33)를 통해 발산된다. 이 경우에, 발광 모듈(21)은 기판(32)에 납땜되고, 렌즈 모듈은 접착제로 기판(32)에 접합된다.The mobile phone 30 has an LED flash 20 embedded in the housing 31. Referring to FIG. 12, a lens module including a light emitting module 21, a Fresnel lens 22, and lens arrays 23 and 24 is mounted on a substrate 32. Light from the light emitting module 21 is emitted through the transparent cover 33 fitted to the upper portion of the housing 31. In this case, the light emitting module 21 is soldered to the substrate 32, and the lens module is bonded to the substrate 32 with an adhesive.

발광 모듈(21)에 노치를 형성하고 렌즈 모듈을 발광 모듈(21)에 끼워 넣는 것과 같은 다른 방법도 사용될 수 있다.Other methods may also be used, such as forming notches in the light emitting module 21 and inserting the lens module into the light emitting module 21.

도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 개인용 디지털 보조기(40)의 주요부를 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다. 도12에 도시된 것들과 동일한 기능의 구성요소들은 도13에서 동일한 도면 부호로 표시되며, 그들의 상세한 설명은 생략된다.Fig. 13 is a vertical sectional view schematically showing the main part of the personal digital assistant 40 according to the third embodiment of the present invention. Components of the same function as those shown in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals in FIG. 13, and their detailed description is omitted.

휴대 전화기(40)에 있어서, 렌즈 모듈은 하우징(41)에 형성된 오목부(42)에 끼워 넣어진다.In the cellular phone 40, the lens module is fitted into the recess 42 formed in the housing 41.

프레넬 렌즈(22) 및 렌즈 어레이(23, 24)는 모두 별개의 렌즈들이다. 그러나, 렌즈 어레이(23)의 한 면이 프레넬 렌즈이고 다른 면이 렌즈 어레이일 수 있다. 본 발명에 따르면, 발광 영역이 직사각형이 아닌 원형인 경우에, 렌즈 어레이(23, 24)에 의해 보다 균일한 조명이 얻어진다.Fresnel lens 22 and lens arrays 23 and 24 are both separate lenses. However, one side of the lens array 23 may be a Fresnel lens and the other side may be a lens array. According to the present invention, when the light emitting area is circular rather than rectangular, more uniform illumination is obtained by the lens arrays 23 and 24.

도14는 프레넬 렌즈(22)에 의한 시준의 효과를 도시하는 설명도이다. 도14는 발광 모듈(21)로부터 3.1 mm 떨어진 위치에 배치된 하나의 프레넬 렌즈(22)를 사용하는 예를 도시한다. 도15는 볼록 렌즈(26)가 발광 모듈(21)의 부근에 배치되고, 프레넬 렌즈(22)가 발광 모듈(21)로부터 6 mm 떨어진 위치에 배치된 예를 도시한다. 도15에 도시된 광선들은 도14에 도시된 것보다 더 가깝게 시준되며, 효율이 20% 개선된다.14 is an explanatory diagram showing the effect of collimation by the Fresnel lens 22. FIG. FIG. 14 shows an example of using one Fresnel lens 22 disposed at a position 3.1 mm from the light emitting module 21. FIG. 15 shows an example in which the convex lens 26 is disposed in the vicinity of the light emitting module 21, and the Fresnel lens 22 is disposed at a position 6 mm from the light emitting module 21. As shown in FIG. The light rays shown in FIG. 15 are collimated closer than those shown in FIG. 14, and the efficiency is improved by 20%.

상술한 실시예들은 광선들이 프레넬 렌즈(22)에 의해 시준되는 방법을 사용하지만, 대안적으로는 곡면 반사기(28) 및 옆으로 빛을 발산하는 LED(27)에 의해 시준된 광선들이 렌즈 어레이(23, 24)에 입사되는 방법을 사용할 수 있다.The above-described embodiments use a method in which the rays are collimated by the Fresnel lens 22, but alternatively the rays collimated by the curved reflector 28 and the LED 27 emitting sideways are arranged in a lens array. The method of incidence to (23, 24) can be used.

렌즈 간격을 조정하는 방법은 전자기 액츄에이터, 정전 액츄에이터 등을 사용한다. 상술한 실시예에서는 전자기 액츄에이터가 사용된다.The method of adjusting the lens spacing uses an electromagnetic actuator, an electrostatic actuator, or the like. In the above-described embodiment, an electromagnetic actuator is used.

LED 조명 장치는 카메라를 갖는 휴대 전화기에 사용될 수 있지만, 디지털 카메라 또는 프로젝터에도 사용될 수 있다.LED lighting devices can be used in mobile phones with cameras, but can also be used in digital cameras or projectors.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 및 범위 내의 다양한 변형을 포함하는 것을 의도하고 있음이 이해되어야 한다. 또한, 상술한 실시예들의 다양한 요소들의 적절한 조합은 다양한 발명을 구성할 수 있게 한다. 예를 들어, 각각의 실시예의 모든 구조적 요소들로부터 일부 구조적 요소들이 생략될 수 있거나, 상이한 실시예들의 구조적 요소들이 적절히 조합될 수 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments and is intended to include various modifications within the spirit and scope of the present invention. Moreover, a suitable combination of the various elements of the above-described embodiments makes it possible to construct various inventions. For example, some structural elements may be omitted from all structural elements of each embodiment, or structural elements of different embodiments may be appropriately combined.

당업자에게는 추가적인 이점 및 변형이 용이하게 드러날 것이다. 따라서, 넓은 견지에서 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 상세 및 대표적인 실시예들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그 동등물에 의해 정의된 포괄적인 발명의 개념의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있다.Additional advantages and modifications will readily appear to those skilled in the art. Thus, in its broadest sense, the invention is not limited to the details and representative embodiments shown and described herein. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.

본 발명에 따르면, 비교적 낮은 출력을 갖는 LED와 같은 발광 소자 또는 다른 발광 소자를 사용하더라도 충분하고 균일한 조도를 갖는 조명을 제공할 수 있 다.According to the present invention, it is possible to provide illumination with sufficient and uniform illuminance even when using a light emitting element such as an LED having a relatively low output or another light emitting element.

Claims (7)

발광 소자가 내부에 배치된 광원과,A light source having a light emitting element disposed therein, 광원으로부터의 빛이 평행 광선으로 되도록 하는 시준 유닛과,A collimation unit for causing light from the light source to become parallel rays of light, 시준 유닛에 의해 형성된 평행 광선을 형상화시키는 렌즈 어레이를 포함하는 조명 장치.And an array of lenses for shaping the parallel rays formed by the collimation unit. 제1항에 있어서, 시준 유닛은 프레넬 렌즈를 구비하는 조명 장치.The lighting device of claim 1, wherein the collimating unit comprises a Fresnel lens. 제1항에 있어서, 시준 유닛은 발광 소자로부터의 빛을 반사하는 반사 구조체를 구비하는 조명 장치.The illuminating device according to claim 1, wherein the collimating unit has a reflecting structure that reflects light from the light emitting element. 제1항에 있어서, 렌즈 어레이는 복수의 굴절형 볼록 렌즈로 형성되는 조명 장치.The lighting device of claim 1, wherein the lens array is formed of a plurality of refractive convex lenses. 제1항에 있어서, 발광 소자는 청색 LED를 황색 형광 기판과 조합함으로써 형성되는 백색 LED를 구비하는 조명 장치.The lighting device according to claim 1, wherein the light emitting element has a white LED formed by combining a blue LED with a yellow fluorescent substrate. LED 소자가 내부에 배치된 광원과,A light source having an LED element disposed therein, 광원으로부터의 빛이 평행 광선으로 되도록 하는 시준 유닛과,A collimation unit for causing light from the light source to become parallel rays of light, 광원으로부터 나오는 빛의 방향으로 배치되고, 시준 유닛에 의해 형성된 평행 광선을 형상화시키는 한 쌍의 렌즈 어레이와,A pair of lens arrays arranged in the direction of light exiting the light source, the pair of lens arrays shaping parallel rays formed by the collimation unit, 한 쌍의 렌즈 어레이들 사이의 간격을 조정하는 조정 기구를 포함하는 LED 조명 장치.An LED lighting device comprising an adjustment mechanism for adjusting the spacing between a pair of lens arrays. 조명 장치를 갖는 화상 형성 장치이며,An image forming apparatus having an illuminating device, 화상 형성 기구와,With an image forming apparatus, 화상 기구의 화상 형성 영역에 조명광을 발산하는 조명 장치를 포함하고,An illuminating device for emitting illumination light to an image forming area of the imaging apparatus, 조명 장치는 발광 소자가 내부에 배치된 광원과; 광원으로부터의 빛이 평행 광선으로 되도록 하는 시준 유닛과; 광원으로부터 나오는 빛의 방향으로 배치되고, 시준 유닛에 의해 형성된 평행 광선을 형상화시키는 한 쌍의 렌즈 어레이와; 화상 형성 기구의 화상 형성 영역에 따라 한 쌍의 렌즈 어레이들 사이의 간격을 조정하는 조정 기구를 구비하는, 화상 형성 장치.The lighting apparatus includes a light source having a light emitting element disposed therein; A collimating unit for causing light from the light source to be parallel rays of light; A pair of lens arrays arranged in the direction of light exiting the light source, the pair of lens arrays shaping parallel rays formed by the collimating unit; And an adjusting mechanism for adjusting the distance between the pair of lens arrays in accordance with the image forming area of the image forming mechanism.
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