KR20160080796A - 치과 조명 장치용 광학 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 렌즈의 형상을 개선하여 광효율을 향상시키고, 치과용 조명 장치의 광학계 구성을 단순화시킬 수 있는 치과 조명 장치용 광학 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 입사된 빛을 평행광으로 변환하는 제 1 렌즈부; 및 출사부에 임의의 곡률을 형성한 복수의 마이크로 렌즈를 구비하여 상기 제 1 렌즈부에서 변환된 평행광이 상기 출사부로부터 일정거리 이격된 위치에서 혼합되도록 하는 제 2 렌즈부를 포함한다. 따라서 본 발명은 광학 렌즈의 형상을 개선하여 광효율을 향상시킬 수 있고, 치과용 조명 장치의 광학계 구성을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

치과 조명 장치용 광학 렌즈 {OPTICAL LENS FOR DENTAL LIGHTING DEVICE}
본 발명은 치과 조명 장치용 광학 렌즈에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광학 렌즈의 형상을 개선하여 광효율을 향상시키고, 치과용 조명 장치의 광학계 구성을 단순화시킬 수 있는 치과 조명 장치용 광학 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 치과 진료 및 치료는 환자의 구강 내에서 이루어지고 있다. 이 때문에 치과 진료 및 치료시에는 환자의 구강 내에 빛을 비추기 위한 조명장치가 치과 유니트 체어에 설치되어 사용된다.
의료에 사용되는 조명장치는 진료가 용이하도록 그림자가 발생되지 않아야 하며, 이러한 의료용 조명장치를 무영등이라 칭한다.
종래의 무영등은 주로 할로겐 램프를 사용하고 있는데, 이 할로겐 램프는 출력이 높아 발열이 많으며, 특히 빛 자체에서 적외선 및 자외선 방출이 있어 환부에 열을 전달하는 단점이 있다.
또한, 다수의 할로겐 램프를 사용하고 장치의 크기가 크기 때문에 비용이 높고 전기 소모량도 많은 단점이 있다.
또한, 무영등은 복수의 램프를 사용하므로 복수의 램프에서 발광되는 각각의 광선이 치료 부위에 적절하게 조사되도록 하여 치료를 용이하게 하는 것이 바람직하다.
치과 진료 및 치료는 환자의 구강 내에서 이루어지므로, 치과용 조명장치는 환자의 구강 형태에 대응하여 사각형의 배광 패턴을 형성함으로써, 환자의 눈으로 가는 빛을 최소화할 수 있다.
한국 특허등록번호 제10-1208140호(발명의 명칭: 치과용 조명장치 및 이를 포함하는 치과 유니트 체어)에는 치과 치료용 조명장치의 단위 조명 램프로서 LED를 사용하여 적외선 및 자외선 방출 방지 및 절전 효과를 얻을 수 있고, 치과 치료용 조명장치의 단위 조명 램프에서 발광된 광선을 치료 부위로 조사하되 치료 부위의 형상에 대응하는 조사 형태를 변환한 후 조사하는 구성이 제안되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 치과용 조명장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 광 변환부의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 종래 기술에 따른 광 변환부에 의해 변환된 광속의 일례를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 치과용 조명장치는 발광부(12)와, 조사부(13)와 광 변환부(14)를 포함하여 구성함으로써, 원형의 배광 패턴을 직사각형태의 배광 패턴으로 변환하여 포커싱하는 방식으로 컷오프 라인을 형성한다.
그러나 이러한 종래의 치과용 조명장치는 상대적으로 광학계가 크고 길어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 치과용 조명장치는 광 가이드에 의한 혼색이 이루어지더라도 최종 렌즈에서 색분산이 발생하여 에지부에서의 색이 분리되는 문제점이 있다.
한국 특허등록번호 제10-1208140호(발명의 명칭: 치과용 조명장치 및 이를 포함하는 치과 유니트 체어)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광학 렌즈의 형상을 개선하여 광효율을 향상시키고, 치과용 조명 장치의 광학계 구성을 단순화시킬 수 있는 치과 조명 장치용 광학 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입사된 빛을 평행광으로 변환하는 제 1 렌즈부; 및 출사부에 임의의 곡률을 형성한 복수의 마이크로 렌즈를 구비하여 상기 제 1 렌즈부에서 변환된 평행광이 상기 출사부로부터 일정거리 이격된 위치에서 혼합되도록 하는 제 2 렌즈부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 1 렌즈부는 바람직하게는 전반사 렌즈이고, 상기 제 1 렌즈부는 입사되는 빛이 전반사부 및 제 2 렌즈부 중 적어도 하나로 굴절되도록 비구면을 형성한 입사부; 및 상기 입사부에서 입사된 빛이 상기 제 2 렌즈부로 전반사되도록 비구면을 형성한 전반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 1 렌즈부는 입사부를 통해 입사된 빛이 제 2 렌즈부로 굴절되도록 비구면을 형성한 볼록 렌즈인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 2 렌즈부는 플라이아이 렌즈이고, 상기 마이크로 렌즈의 크기는 제 2 렌즈부를 통해 구현되는 조도 분포에 따라 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 마이크로 렌즈의 곡률은 제 2 렌즈부에 배치된 위치에 따라 서로 다른 곡률을 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 1 렌즈부 및 제 2 렌즈부는 폴리카보네이트(PC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리우레탄, 폴리이미드(PI), 폴리에스터(PET), 실리콘, 유리 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광학 렌즈의 형상을 개선하여 광효율을 향상시킬 수 있고, 치과용 조명 장치의 광학계 구성을 단순화시켜 작은 크기로 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 치과용 조명장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2 는 종래 기술에 따른 광 변환부의 구성을 나타낸 사시도.
도 3 은 종래 기술에 따른 광 변환부에 의해 변환된 광속의 일례를 나타낸 예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 일실시예를 나타낸 분해 사시도.
도 5 는 도 4에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈를 나타낸 단면도.
도 6 은 도 4에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 배광 패턴을 나타낸 단면도.
도 7 은 도 4에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 광속 분포를 나타낸 예시도.
도 8 은 본 발명에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도.
도 9 는 도 8에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 배광 패턴을 나타낸 단면도.
도 10 은 도 8에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 광속 분포를 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(제 1 실시예)
도 4는 본 발명에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 일실시예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈를 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 4에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 배광 패턴을 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 4에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 광속 분포를 나타낸 예시도이다.
도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈(100)는 광원부(200)에서 발광되어 입사된 빛을 평행광으로 변환하는 제 1 렌즈부(110)와, 출사부(121a)에 임의의 곡률을 형성한 복수의 마이크로 렌즈(121)를 구비하여 상기 제 1 렌즈부(110)에서 변환된 평행광이 상기 출사부(121a)로부터 일정거리 이격된 위치에서 혼합되도록 하는 제 2 렌즈부(120)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 렌즈부(110)는 빛이 입사되는 입사부(111)와, 상기 입사부(111)로 입사된 빛의 일부를 반사하는 전반사부(112)로 구성되고, 바람직하게는 전반사 렌즈이다.
상기 입사부(111)는 제 1 렌즈부(110)의 일측에 형성된 홈부로서, 광원부(200)에서 발광된 빛이 입사되면 전반사부(112) 및 제 2 렌즈부(120)로 굴절되도록 임의의 곡률을 갖는 비구면으로 형성된다.
즉 상기 입사부(111)는 광원부(200)에서 출력되는 빛이 광축(C1)과 평행한 입사각 또는 상기 광축(C1)과 일정 각도 이하의 입사각을 갖는 빛이 입사되면, 대략 평행광을 형성하며 제 2 렌즈부(120)의 중앙부로 굴절되도록 한다.
또한, 상기 입사부(111)는 광원부(200)에서 출력되는 빛이 광축(C1)과 일정 각도 이상의 입사각을 갖는 빛으로 입사되면, 전반사부(112)로 굴절시켜 출력되는 광축(C2)이 형성되도록 함으로써 전반사부(112)의 전반사 유도를 통해 렌즈의 집광 효율이 더욱 증가될 수 있게 한다.
상기 전반사부(112)는 임의의 곡률을 형성한 비구면으로서, 상기 입사부(111)를 통해 입사된 빛을 제 2 렌즈부(120)의 특정 영역(예를 들면, 주변부)으로 대략 평행광을 형성하며 굴절되도록 전반사 한다.
상기 제 2 렌즈부(120)는 입사부(111)로 입사된 빛과, 전반사부(112)에서 전반사된 빛이 출사부(121a)를 통과한 다음 상기 출사부(121a)로부터 일정거리 이격된 위치에서 혼합되도록 하는 구성으로서, 바람직하게는 임의의 곡률을 형성하며 복수의 마이크로 렌즈(121)로 이루어진 플라이-아이 렌즈로 구성된다.
상기 마이크로 렌즈(121)는 제 2 렌즈부(120)의 외부면으로 돌출되어 형성됨으로써, 제 1 렌즈부(110)에서 입사된 빛을 평행광으로 변환하여 투과되도록 하고, 상기 마이크로 렌즈(121)의 가로 및 세로의 크기는 제 2 렌즈부(120)를 통해 구현되는 조도 분포에 따라 결정한다.
또한, 상기 마이크로 렌즈(121)의 곡률은 제 2 렌즈부(120)에 배치된 위치에 따라 서로 다른 곡률을 형성하며 구성될 수 있다.
즉 마이크로 렌즈(121)의 가로 및 세로 크기 비율과 상기 마이크로 렌즈(121)의 곡률은 조명으로부터 환자의 입까지의 거리나 소망하는 배광 패턴에 따라 가로 및 세로의 크기와 곡률을 적절하게 선택하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈(121)는 광축(C1)을 통해 진행하는 빛이 임의의 초점을 거쳐 출력되도록 하거나 또는 빛이 평행한 상태에서 약간 퍼지는 형태의 광축(C3)을 형성하며 출력되도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈(121)는 제 1 렌즈부(110)가 전반사(TIR)렌즈와는 다른 형상이기 때문에 빛이 제 2 렌즈부(120)의 중앙부로 출력되는 광축(C1)의 분포와 상기 제 2 렌즈부(120)의 주변부로 출력되는 광축(C2)의 빛의 분포에 적합하게 상기 마이크로 렌즈(121)의 가로 및 세로 크기와 곡률을 적절하게 선택하여 구성할 수도 있다.
한편, 상기 제 1 렌즈부(110) 및 제 2 렌즈부(120)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리우레탄, 폴리이미드(PI), 폴리에스터(PET), 실리콘, 유리 중 어느 하나로 이루어진다.
따라서 광학 렌즈의 형상을 개선하여 광효율을 향상시킬 수 있고, 치과용 조명 장치의 광학계 구성을 단순화시켜 작은 크기로 구현할 수 있게 된다.
(제 2 실시예)
도 8은 본 발명에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 9는 도 8에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 배광 패턴을 나타낸 단면도이며, 도 10은 도 8에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈의 광속 분포를 나타낸 예시도이다.
도 8 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 치과 조명 장치용 광학 렌즈(100')는 광원부(200)에서 발광되어 입사된 빛을 평행광으로 변환하는 제 1 렌즈부(110')와, 출사부(121a)에 임의의 곡률을 형성한 복수의 마이크로 렌즈(121)를 구비하여 상기 제 1 렌즈부(110')에서 변환된 평행광이 상기 출사부(121a)로부터 일정거리 이격된 위치에서 혼합되도록 하는 제 2 렌즈부(120)를 포함하여 구성된다.
제 2 실시예에 따른 상기 제 1 렌즈부(110')는 입사부(111')를 통해 입사된 빛이 제 2 렌즈부(120)로 굴절되도록 비구면을 형성한 볼록 렌즈로 이루어져 제 1 실시예에 따른 제 1 렌즈부(110)와 구별되는 특징을 갖는다.
상기 제 1 렌즈부(110')는 볼록 렌즈로서, 광원부(200)와 일정 거리 이격된 위치에 설치되고, 상기 광원부(200)에서 발광된 빛을 대략 평행광으로 변환하여 제 2 렌즈부(120)로 출력되도록 한다.
또한, 제 2 실시예에 따른 제 1 렌즈부(110')는 입사부(110')를 통해 입사되는 광량이 줄어들어 전체적인 효율이 감소될 수 있지만, 배광각이 60도 정도의 지향성을 갖는 광원으로 사용할 수 있다.
상기 제 2 렌즈부(120)는 입사부(111')로 입사된 빛이 출사부(121a)를 통과한 다음 상기 출사부(121a)로부터 일정거리 이격된 위치에서 혼합되도록 하는 구성으로서, 바람직하게는 임의의 곡률을 형성하며 복수의 마이크로 렌즈(121)로 이루어진 플라이-아이 렌즈로 구성된다.
상기 마이크로 렌즈(121)는 제 2 렌즈부(120)의 외부면으로 돌출되어 형성됨으로써, 제 1 렌즈부(110')에서 입사된 빛을 평행광으로 변환하여 투과되도록 하고, 상기 마이크로 렌즈(121)의 가로 및 세로의 크기는 제 2 렌즈부(120)를 통해 구현되는 조도 분포에 따라 결정된다.
상기 제 1 렌즈부(110') 및 제 2 렌즈부(120)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리우레탄, 폴리이미드(PI), 폴리에스터(PET), 실리콘, 유리 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서 광학 렌즈의 형상을 개선하여 광효율을 향상시킬 수 있고, 치과용 조명 장치의 광학계 구성을 단순화시켜 작은 크기로 구현할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100, 100' : 광학 렌즈
110, 110' : 제 1 렌즈부
111, 110' : 입사부
112 : 전반사부
120 : 제 2 렌즈부
121 : 마이크로 렌즈
121a : 출사부
200 : 광원부

Claims (8)

  1. 입사된 빛을 평행광으로 변환하는 제 1 렌즈부(110, 110'); 및
    출사부(121a)에 임의의 곡률을 형성한 복수의 마이크로 렌즈(121)를 구비하여 상기 제 1 렌즈부(110, 110')에서 변환된 평행광이 상기 출사부(121a)로부터 일정거리 이격된 위치에서 혼합되도록 하는 제 2 렌즈부(120)를 포함하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈부(110)는 전반사 렌즈인 것을 특징으로 하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈부(110)는 입사되는 빛이 전반사부(112) 및 제 2 렌즈부(120) 중 적어도 하나로 굴절되도록 비구면을 형성한 입사부(111); 및
    상기 입사부(111)에서 입사된 빛이 상기 제 2 렌즈부(120)로 전반사되도록 비구면을 형성한 전반사부(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈부(110')는 입사부(111')를 통해 입사된 빛이 제 2 렌즈부(120)로 굴절되도록 비구면을 형성한 볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈부(120)는 플라이아이 렌즈인 것을 특징으로 하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈(121)의 크기는 제 2 렌즈부(120)를 통해 구현되는 조도 분포에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈(121)의 곡률은 제 2 렌즈부(120)에 배치된 위치에 따라 서로 다른 곡률을 형성한 것을 특징으로 하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈부(110, 110') 및 제 2 렌즈부(120)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리우레탄, 폴리이미드(PI), 폴리에스터(PET), 실리콘, 유리 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 치과 조명 장치용 광학 렌즈.
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