KR20170133209A - 사각형 핀홀렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시력교정의 기능을 갖는 핀홀렌즈에 있어서, 하나의 렌즈몸체(1)에 50개 이상의 사각형 핀홀(2)이 가로열과 세로열에 맞춰서 배열되는 특징을 갖는 사각형 핀홀렌즈이다. 이러한 사각형 핀홀렌즈를 사용할 경우에 사물의 이미지가 서로 겹치지 않기 때문에 사물의 모양과 거리 및 위치를 보다 정확하게 알 수 있다. 따라서 본 발명의 사각형 핀홀렌즈는 종래 원형 핀홀렌즈를 대체할 수 있는 모델이 될 수 있을 것이다.
[색인어]
핀홀렌즈, 핀홀안경, 핀홀, 렌즈몸체, 사각형, 시력교정

Description

사각형 핀홀렌즈 { The Tetragonal Pinhole Lens }

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[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 검은색 렌즈몸체로 빛을 차단하고, 다수의 핀홀(Pinhole)로 유입된 빛을 이용하여 사물을 보는 핀홀렌즈에 관한 것이다. 이러한 핀홀렌즈를 안경테에 삽입할 경우에 핀홀안경이 된다.

사람들이 핀홀렌즈에 있는 원형의 작은 구멍(핀홀)을 통해서 사물을 볼 때에 자동으로 수정체가 조절된다. 사람들은 흔히 잘못된 생활습관이나 나이가 들면서 수정체 조절능력이 떨어지면서 시력이 떨어진다. 시력저하의 대표적 예로 근시와 원시가 있다. 이러한 사람들이 핀홀렌즈를 사용할 경우에 수정체가 자동으로 조절되면서 사물을 볼 수 있다.

위와 같은 핀홀렌즈는 다양한 형태로 개발되었는데, 일반적으로 하나의 렌즈에 최소 50여개 이상 다수의 핀홀이 구성된다. 특수한 경우에 핀홀의 수가 3개 혹은 5개로 구성된다. 대한민국 특허번호 10-1436530에 등록된 핀홀안경은 도 1의 사진과 같다. 이 핀홀안경은 일반적인 핀홀안경의 모습을 보여주며, 또한 기술적으로 진보된 핀홀안경을 보여준다. 다수의 원형 핀홀들이 가로열에 따라 배열되고, 세로열은 윗열과 아랫열의 배열이 서로 다르다. 그리고 핀홀의 크기는 바깥쪽이 크고, 안쪽이 작다. 핀홀의 안쪽과 바깥쪽의 크기를 다르게 하는 이유는 핀홀을 통해서 들어오는 빛의 양을 제한하기 위해서이다. 이러한 핀홀안경은 일반적으로 시력이 저하된 사람들이 기존의 안경대신에 사용한다. 핀홀안경을 사용할 경우에 눈이 피곤하지 않고, 시력저하를 막을 수 있기 때문이다.

그러나 최초의 핀홀안경에서 현대의 핀홀안경에 이르기까지 아직 해결하지 못한 단점이 있다. 첫째는 핀홀안경으로 사물을 볼 경우에 윗열에 있는 핀홀에 보이는 이미지가 아랫열에 있는 핀홀에 보이는 이미지와 겹친다. 이러한 결과로 사물의 모양과 사물의 거리, 그리고 사물의 위치를 정확하게 파악하기 어렵다. 이러한 핀홀안경의 문제는 노안(老眼)으로 가까운 글씨를 보기 어려운 사람이 가까운 거리에 있는 책을 보면서 쉽게 확인할 수 있다.

둘째는 핀홀안경으로 사물을 볼 경우에 렌즈몸체가 다수의 육각형으로 보인다. 종래 원형 핀홀렌즈를 통해서 보이는 시각경험은 도 5의 좌측 그림과 비슷하다. 도 5에서 핀홀렌즈에 보이는 렌즈몸체는 편의상 4개의 핀홀 및 렌즈몸체로 구성하였다. 실제에서 원형 핀홀렌즈를 통해서 보이는 수많은 육각형은 마치 육각형 벌집과 비슷하게 보인다. 이러한 다수의 육각형으로 사람들은 어지러움을 느끼고, 사물을 제대로 보지 못한다.

위와 같은 2가지 이유에서 원형 핀홀렌즈는 정확한 지각이 요구되는 활동에 제약이 있다. 예를 들어, 등산을 하거나 책을 읽을 때에 원형 핀홀렌즈를 사용하는 것은 불편하다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 종래 핀홀안경의 단점을 극복한 새로운 핀홀안경을 만들고자 한다. 이를 위해서 핀홀안경의 단점이 발생하는 원인을 파악하고, 그 원인을 근본적으로 해결하였다.

먼저 핀홀안경으로 사물을 볼 경우에 윗열에 있는 핀홀에 보이는 이미지가 아랫열에 있는 핀홀에 보이는 이미지와 겹치는 원인은 다음과 같다. 그 이유는 윗열과 아랫열의 세로열이 맞지 않기 때문이다. 도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이 다수의 핀홀들의 배열에서 가로열은 맞으나 세로열은 맞지 않다. 여기서 심각한 문제가 발생한다. 인간의 눈동자는 매우 빠른 속도로 좌우 혹은 상하 운동을 하면서 핀홀을 통해서 사물을 본다. 사람들은 윗열에 있는 핀홀을 통해서 사물을 보다가 아랫열에 있는 핀홀을 통해서 사물을 볼 경우에 눈동자가 자동으로 아래로 이동한다. 그런데, 각 핀홀들의 세로열이 맞지 않기 때문에 핀홀을 통해서 사물을 보기 위해서는 눈동자가 자동적으로 사선(斜線)으로, 조금 오른쪽 혹은 조금 왼쪽으로 이동한다. 도 2의 좌우에 있는 큰 화살표는 눈동자가 아래로 향할 때에 눈동자의 이동경로를 보여준다. 이러한 과정에서 윗열의 핀홀로 보이는 사물과 아랫열의 핀홀로 사물이 중첩되고, 사물의 모양과 거리 및 위치의 정확한 인식이 어렵다.

위와 달리 가로열에 배열된 다수의 핀홀에서 서로 다른 핀홀에 보이는 이미지가 중첩되지 않는다. 따라서 윗열과 아랫열의 핀홀들에 보이는 사물의 중첩은 핀홀들의 세로열을 맞춤으로서 해결할 수 있다.

도 3은 원형 핀홀들의 가로열과 세로열을 맞춘 예이다. 다수 핀홀들의 가로열과 세로열을 맞추어 배열한 경우에 렌즈몸체에 다수 핀홀들이 바둑판 모양으로 배열된다. 이와 같이 원형 핀홀들을 배열할 경우에 윗열과 아랫열의 핀홀에 보이는 이미지가 서로 중첩되지 않는다. 그러나 원형 핀홀들의 가로열 세로열을 맞추어서 배열할 경우에 서로 인접하는 4개의 핀홀 사이의 형성되는 공간(A)이 크고, 인접하는 두 핀홀 사이의 최단거리(d)가 작다. 이러한 4개의 핀홀 사이의 공간(A)이 클 경우에 핀홀을 통해서 볼 수 없는 사각지대가 커진다. 그러나 핀홀 사이의 공간(A)을 작게 하기 위해서 핀홀 사이의 거리(d)를 과도하게 줄일 수 없다. 두 핀홀 사이의 최단거리(d)를 과도하게 줄일 경우에 각각의 핀홀에서 보이는 이미지가 중첩되기 때문이다. 따라서 적절한 핀홀 효과를 유지하기 위해서 핀홀들 사이의 적당한 거리가 요구된다. 이러한 문제는 원형 핀홀을 사각형 핀홀로 대체하는 것으로 해결할 수 있다. 사각형 핀홀렌즈는 두 핀홀 사이의 거리(d)를 가깝게 유지하면서 서로 인접하는 4개의 핀홀 사이의 공간(A)를 줄일 수 있다.

도 4와 같은 사각형 핀홀을 사용할 경우에 다수의 육각형 모양의 렌즈몸체가 시야를 훼방하는 종래 핀홀렌즈의 문제를 해결할 수 있다. 핀홀렌즈의 핀홀을 정사각형으로 천공할 경우에 실제 핀홀안경을 통해서 본 사각형 핀홀들은 원형에 가까운 사각형으로 보인다. 이러한 이유는 사람들이 눈을 통해서 보이는 사물에 핀홀들 사이의 공간이 영향을 주기 때문이다. 도 5는 사각형 핀홀안경을 통해서 본 사각형 핀홀이 원형에 가까운 사각형이라는 것을 보여준다.

도 5의 우측 그림은 다수의 사각형 핀홀들이 가로열과 세로열을 맞추어 배열한 핀홀렌즈에서 경험하는 렌즈몸체에 대한 이미지이다. 도 5의 좌측 그림은 원형 핀홀렌즈에서 경험하는 렌즈몸체에 대한 이미지이다. 가로열과 세로열이 맞추어진 시각형 핀홀들로 구성된 렌즈는 각 핀홀들에 보이는 이미지가 서로 중첩되는 현상이 없다. 따라서 사각형 핀홀들에 보이는 사물의 모양과 위치 및 거리를 보다 정확하게 판단할 수 있다. 그리고 핀홀렌즈에서 경험하는 렌즈몸체가 시야를 방해하지 않는다.

그리고 가로열과 세로열에 따라 다수의 사각형 핀홀들이 질서정연하게 배열되었기 때문에 사물의 위치파악이 보다 쉽다. 다수의 사각형 핀홀들을 통해서 보이는 세상을 사각형 핀홀들의 영역으로 나누어서 그 정확한 위치를 파악할 수 있다.

[발명의 구성]

본 발명의 구성 및 작용을 도 4 내지 도 5를 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 5에서 핀홀의 개수는 그림에 대한 이해를 위해서 실제 개수보다 훨씬 작게 구성하였다. 도 7에서 핀홀의 개수는 3개이고, 도 8에서 핀홀의 개수는 5개 이다.

본 발명의 사각형 핀홀렌즈는 렌즈몸체(1)에 가로열과 세로열을 맞추서 다수의 사각형 핀홀(2)이 배열되었다. 렌즈몸체(1)는 검은색으로 하는 것이 필요하다. 경우에 따라서 렌즈몸체의 외측 표면의 색을 다르게 할 수 있다. 렌즈몸체의 외측 표면의 색은 핀홀로 들어오는 빛에 영향을 주지 않기 때문이다. 그리고 핀홀(2)의 모양은 정사각형이 바람직하다. 그 이유는 좌우방향이 긴 직사각형은 좌우방향을 들어오는 빛의 양이 상하방향으로 들어오는 빛의 양보다 많으면서 핀홀 효과가 감소하기 때문이다. 이러한 이유에서 다수의 사각형 핀홀(2)은 검은색 렌즈몸체(1)에 천공되는 것이 이상적이다.

도 6은 사각형 핀홀의 구조를 보여주는 예이다. 핀홀의 크기가 내측(a, 눈방향)이 작고, 외측(b, 사물방향)이 크다. 그리고 사각형 핀홀의 내측(a)과 외측(b)을 연결하는 위쪽 면이 수평을 이룬다. 따라서 사각형 핀홀의 내측(a)과 외측(b)을 연결하는 아래쪽 면은 아래 방향으로 경사지게 구성된다. 이러한 구성은 눈에 빛이 직접적으로 유입되는 것을 차단하고, 빛의 반사를 줄여서 눈부심을 작게 할 수 있다.

도 7은 독서용 사각형 핀홀렌즈의 예이다. 사각형 핀홀이 3개가 바람직하며, 최소 3개에서 최대 5개로 구성할 수 있다. 이러한 사각형 핀홀렌즈는 독서하고, 글을 쓸 때에 유용하다. 독서용 핀홀렌즈에 원형 핀홀을 가로열로 배열할 경우에 좌우에 있는 두 핀홀 사이의 최단거리와 최장거리의 차이가 있다. 이러한 점에서 원형 핀홀을 가로열로 배열한 핀홀렌즈를 착용하고 독서를 할 경우에 사각지대(글이 보이지 않은 지역)가 크다. 이에 반해 사각형 핀홀을 가로열로 배열한 핀홀렌즈에서 좌우에 자리하는 사각형 핀홀의 최단거리 및 최장거리가 같다. 따라서 가로열에 배열되는 사각형 핀홀들 사이의 거리를 적절한 수준으로 할 수 있다. 실제 독서용 사각형 핀홀렌즈로 보이는 세상은 좌우로 긴 직사각형에 가깝기 때문에 가로읽기를 주로 하는 독서에 적합하다.

도 8은 사각형 핀홀이 5개로 구성되는 안구운동용 사각형 핀홀렌즈의 예이다. 사각형 핀홀이 중앙에 1개, 중앙의 1개 핀홀을 중심으로 상하좌우에 각 1개씩 구성된다. 이러한 사각형 핀홀렌즈는 시력저하를 예방하기 위한 안구운동을 하기에 적당하다. 일반적으로 사람들은 원형의 틀보다 사각형의 틀로 세상을 보는 것이 익숙하고 편하다. 우리가 세상의 이미지를 기록하는 사진이 사각형이라는 사실은 우연이 아니다. 이러한 점에서 안구운동용 핀홀렌즈로 원형 핀홀렌즈보다 사각형 핀홀렌즈를 좋아하는 사람이 있을 것이다.

위에서 언급한 사항 외에 사각형 핀홀렌즈의 구조와 수는 그 용도에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 먼저 사각형 핀홀의 구멍크기는 내측이 작고, 외측이 크게 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 눈으로 유입되는 빛의 양을 줄여서 눈부심을 방지하기 위해서이다. 그리고 렌즈몸체의 표면에만 검은색 코팅으로 핀홀을 구성하는 경우에 빛의 반사가 많아서 핀홀효과가 작다. 따라서 렌즈몸체의 두께는 어느 정도 두껍게 하는 것이 좋다. 사각형 핀홀의 크기는 원형 핀홀의 크기와 면적이 동일하게 구성하면 될 것이다. 사각형 핀홀과 원형 핀홀의 크기(면적)가 같은 경우에 빛이 들어오는 양이 동일하다. 사각형 핀홀의 수는 원형 핀홀의 수와 마찬가지로 하나의 렌즈에 최소 50여개 이상이 바람직하다. 특수한 사람이나 판촉용 제품에 사각형 핀홀의 수를 작게 할 수 있다.

본 발명의 사각형 핀홀렌즈는 다수의 사각형 핀홀들이 가로열과 세로열에 맞추어 배열된다. 이러한 결과 각 핀홀들에서 보이는 사물들의 이미지가 중첩되지 않는다. 따라서 사물의 모양과 거리 및 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있다. 그리고 사각형 핀홀들이 가로열과 세로열로 질서정연하게 배열되어 있기 때문에 눈에 보이는 사각형 핀홀들로 인해서 어지러움을 느끼지 않는다. 또한 눈에 보이는 사각형 핀홀 및 렌즈몸체가 시야(視野)를 방해하지 않는다. 따라서 본 발명의 사각형 핀홀렌즈는 종래 원형 핀홀렌즈를 대체할 수 있는 하나의 모델이 될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 핀홀안경의 사진
도 2는 종래 핀홀렌즈에서 원형 핀홀의 배열구조
도 3은 원형 핀홀의 배열구조를 수정한 예
도 4는 본 발명의 사각형 핀홀렌즈에서 사각형 핀홀의 배열구조
도 5는 원형 핀홀렌즈와 사각형 핀홀렌즈의 시각경험 비교
도 6은 사각형 핀홀의 구조
도 7은 독서용 사각형 핀홀렌즈의 실시 예
도 8은 안구 운동용 핀홀렌즈의 실시 예
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 렌즈몸체 2: 핀홀
A : 4개 핀홀 사이의 공간 d : 2개 핀홀 사이의 최단거리
a : 핀홀의 내측 b : 핀홀의 외측

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Claims (5)

1. 시력교정의 기능을 갖는 핀홀렌즈에 있어서, 하나의 렌즈몸체(1)에 50개 이상의 사각형 핀홀(2)이 가로열과 세로열에 맞춰서 배열되는 특징을 갖는 사각형 핀홀렌즈
2. 제 1항에 있어서 사각형 핀홀의 모양이 정사각형으로 구성되는 특징을 갖는 사각형 핀홀렌즈
3. 제 1항에 있어서 사각형 핀홀의 내측(a)이 작고, 외측(b)이 큰 특징을 사각형 핀홀렌즈
4. 제 1항에 있어서 사각형 핀홀의 수가 3개 내지 5개이고, 상기 핀홀들이 가로열에 일정한 간격으로 배열되는 특징을 갖는 사각형 핀홀렌즈
5. 제 1항에 있어서 사각형 핀홀의 수가 5개이고, 상기 핀홀들이 '중앙 1개, 중앙의 1개를 중심으로 상하좌우에 각각 1개' 가 배열되는 특징을 갖는 사각형 핀홀렌즈

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