KR20060051201A - 발광소자를 이용한 조명장치 - Google Patents

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KR20060051201A
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Abstract

본 발명은 발광소자를 이용한 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자 및 상기 발광소자에서 방출된 광을 하나의 일정한 집광점을 향하여 일정한 각도내로 입사하도록 모으는 렌즈조합으로 이루어지는 다수의 포커싱 렌즈 셋부, 상기 포커싱 렌즈 셋부로부터 일정간격 이격하여 상기 집광점에 입사면을 가지고 그 반대편에 출사면을 가지는 광섬유 또는 광도파로로 이루어진 광전달부 및, 상기 광전달부의 출사면에 연결되어 이로부터 방출되는 광을 일정지역에 조사하는 광조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치에 관한 것이다. 즉, 발광소자(레이저 다이오드 혹은 LED 등)를 광원으로 하여 여기에서 발생된 광을 일정 거리 이격된 지점에 있는 광섬유 또는 광도파로의 입사면에 초점을 형성시키면 내부로 입사된 광은 전반사(Total Internal Reflection) 등의 원리에 의해 광섬유 또는 광도파로의 내부를 진행하여 출사면을 거쳐 외부로 방사 되어서 필요한 곳에 조명을 집중 시킬 수 있는 조명 장치에 관한 것이다. 이를 통하여 하나 이상의 발광소자에서 발생한 빛을 효율적으로 이용하여 근거리는 물론 1Km 이상의 장거리 혹은 넓은 지역에 조명을 효과적으로 제공하고, 상기 광조사부를 역 줌 렌즈 방식의 투사 렌즈 셋으로 구성하는 경우에는 촬영 카메라나 줌 렌즈 등을 사용하는 외부 장치와 연동하여 광사용 효율을 극대화할 수 있다.
광섬유, 레이저 다이오드, LED, 집광, 줌, 전동, 조명

Description

발광소자를 이용한 조명장치{ILLUMINATING DEVICE USING LIGHT SOURCE DEVICE}
도 1은 본 발명의 발광소자를 이용한 조명장치에 대한 일 실시예의 전체 구성 상태를 발췌 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 발광소자를 이용한 조명장치에서 포커싱 렌즈 셋부 및 광전달부가 배치되는 본체부를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 발광소자를 이용한 조명장치에서 포커싱 렌즈 셋부의 일 실시예 구조를 확대 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 발광소자를 이용한 조명장치에서 광전달부의 일 실시예 구조를 확대 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 발광소자를 이용한 조명장치에서 광조사부의 일실시예인 투사 렌즈 셋의 구조를 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 본체부 2 : 포커싱 렌즈 셋부
3 : 광전달부 4 : 광조사부(또는 투사 렌즈 셋부)
23 : 광섬유 고정판 26a~26d : (포커싱 렌즈 셋부) 접촉면
27 : (포커싱 렌즈 셋부 삽입용) 구멍
30 : 초점 조절 슬리브 33 : 발광소자
34 : (광 포집용) 오목렌즈 35 : 제1복합 렌즈
36 : 제2복합렌즈 42 : (광섬유 보호용) 금속 슬리브
43 : 광섬유 52 : 전동 모터
53 : 감속기 및 클러치 박스 54 : 렌즈 이송축
55 : 제2 조사부 볼록 렌즈 56 : 제1 조사부 볼록 렌즈
본 발명은 근거리 혹은 장거리의 특정 지역에 대한 조명에 관한 것으로, 저 전력 소모 및 장치의 소형화를 실현하기 위해 다수의 발광소자 특히 고체 발광 소자를 이용하였으며, 적절한 조명을 위해 1개 이상의 광원을 선택적으로 이용할 수 있게 하였으며 이때 각각의 광원에서 발생한 광을 광섬유나 광도파로 등의 광 전송 매체를 이용하여 집적, 전송하고 이를 원하는 방향으로 투사시켜 특정 지역에 광을 효율적으로 공급하여 일정지역을 조명할 수 있게 하였다.
종래에는 CCD나 CMOS를 이용한 카메라용 조명 혹은 무대 조명, 야간조명, 감 시카메라용 조명 등에는 주로 크세논 램프나 할로겐 램프 혹은 수은 아크 램프 등이 사용되었는데, 이는 무겁고 광 발생과정에서 다량의 열이 발생하며 필연적으로 전력 소모가 심한 반면에 넓은 각도로 빛이 발산하는 광각의 형태로 빛을 발산하기 때문에 정작 촬영하고자 하는 피사체에 도달하는 광량은 극히 제한되어 그 조명 효율이 아주 낮다고 할 수 있다. 또한 이를 개선하기 위하여 램프 내부에 특정 방향을 지향하는 반사판이나 포물 반사경등을 부착하는 램프도 있지만 이 역시 만족스러운 성능을 보여주지는 못하며 특히 장거리를 조명하고자 할 경우 산란이라는 광의 특성상 조명 효과가 급감한다. 또한 이런 종류의 램프에 광섬유를 부착하여 사용하는 일부 의료기용 장치도 있으나 이 장치들 역시 수십 와트에서 수백 와트에 이르는 단일의 대형 광원을 이용하고, 여기에서 방출 되는 광을 끌어가는 수단으로 광섬유를 사용할 뿐이어서 상기 언급된 문제점을 해결 할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 효율적인 조명을 위해 저 전력을 사용하고, 열방출이 적으며, 집광이 용이한 소자를 다수 사용하여 광사용 효율이 매우 높고, 또한 카메라 등의 외부 장치의 자료(Data)를 넘겨받아 이를 기본으로 전동 모터에 연결된 렌즈를 이동시켜서 광의 발산각 및 초점을 조절하여 외부 장치와의 시야각 연동이 가능하도록 하는 조명장치를 제안하였다.
본 발명은 소형, 고효율, 저전력 조명 장치를 만들려하였으며, 근거리뿐만 아니라 원거리에도 효율적으로 조광이 이루어지도록 하는 조명장치를 만들려 하였 으며, 따라서 광원으로 소형의 발광 소자를 사용하였으나 단일 발광 소자는 그 용량이나 기타 물리적 한계가 있어 충분한 조명을 제공할 수 없는 경우도 있으므로 복수개의 광원(발광소자)을 사용할 수 있는 구조로 하되 용도에 따라서 필요한 개수의 광원(발광소자)만을 사용 할 수 있게 하였다. 복수개의 광원(발광소자)을 사용할 경우 이들 광원에서 나오는 각각의 광을 광섬유나 광도파로를 사용하여 집적하였으므로 광섬유나 광도파로의 출사면을 새로운 단일 광원으로 사용할 수 있으며, 이 출사광을 줌 카메라와 같은 외부 장비와 효율적으로 연동 사용하기 위해 전동 모터를 이용한 역 줌 방식의 투사 렌즈 셋(광조사부)을 통과하게끔 제안한 발광소자를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
본 발명은
발광소자 및 상기 발광소자에서 방출된 광을 하나의 일정한 집광점을 향하여 일정한 각도내로 입사하도록 모으는 렌즈조합으로 이루어지는 다수의 포커싱(focusing) 렌즈 셋(set)부;
상기 포커싱 렌즈 셋부로부터 일정간격 이격하여 상기 집광점에 입사면을 가지고 그 반대편에 출사면을 가지는 광섬유 또는 광도파로로 이루어진 광전달부; 및,
상기 광전달부의 출사면에 연결되어 이로부터 방출되는 광을 일정지역에 조사하는 광조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치를 제 공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 발광소자를 이용한 조명장치에 관한 것으로 발광소자(33) 및 상기 발광소자(33)에서 방출된 광을 하나의 일정한 집광점을 향하여 일정한 각도내로 입사하도록 모으는 렌즈조합으로 이루어지는 다수의 포커싱 렌즈 셋부(2), 상기 포커싱 렌즈 셋부(2)로부터 일정간격 이격하여 상기 집광점에 입사면(41)을 가지고 그 반대편에 출사면(46)을 가지는 광섬유(43) 또는 광도파로로 이루어진 광전달부(3) 및, 상기 광전달부(3)의 출사면(46)에 연결되어 이로부터 방출되는 광을 일정지역에 조사하는 광조사부(4)를 포함하여 구성된다.
이에 대한 구체적인 실시예는 도 1에 도시한 바와 같으며, 상기 발광소자(33)는 공지의 다양한 발광소자가 이에 해당할 수 있으며, 특히 LED, 레이저다이오드 또는 다양한 레이저 발생장치가 이에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 LED 또는 레이저다이오드를 포함하는 고체발광소자를 사용하는 것이 장비가격 및 전력의 효율적 사용 및 소형화에 좋고, 생성된 빛이 방향성을 가지므로 좋다. 또한 본 발명의 조명장치를 야간 감시용 카메라의 조명장치로 사용하는 경우와 같은 경우 등에는 상기 발광소자로부터 방출되는 광은 적외선인 것이 피감시대상이 조명에 조광되는 것을 느끼지 못하므로 바람직하다.
또한 상기 포커싱 렌즈 셋부(2)의 렌즈조합은 발광소자에서 발생한 빛(특히, 적외선)이 하나의 일정한 집광점을 향하여 일정한 각도내로 입사하도록 모으는 역할을 수행하는 경우에는 어떠한 형태의 렌즈조합이든 사용이 가능하고, 상기 집광점은 반드시 하나의 점을 의미하는 것은 아니고, 광섬유로 도광이 이루어질 수 있는 입사면의 일정한 면적을 가지는 지역을 의미한다. 더욱 구체적으로는 도 1 및 도 3에 그 구체적인 일실시예를 도시한 바와 같이 렌즈 조합은 발광소자(33)에서 방출되는 광을 포집하기 위하여 광로상에 일렬로 순차적으로 배치되는 오목 렌즈(34), 제1복합 렌즈(35), 제2복합 렌즈(36) 및 상기 각 렌즈의 초점거리를 조정하기 위한 이격구(37, 38, 39)를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 복합렌즈는 도시한 바와 같은 두쌍의 렌즈로 구성되는 빛의 집광에 사용되는 공지의 복합렌즈를 의미한다.
보다 구체적으로는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 포커싱 렌즈 셋부(2)는 중공형 하우징, 상기 하우징의 일단에 삽입 고정되고 초점 조절 슬리브(30)에 의해 지지되는 발광소자(33), 상기 발광소자(33)에서 방출되는 광을 포집하기 위하여 이로부터 순차적으로 이격하여 광로에 위치하는 오목 렌즈(34), 제1복합 렌즈(35), 제2복합 렌즈(36), 및 상기 각 렌즈의 초점을 조절하고 렌즈를 하우징에 고정하기 위해 오목 렌즈(34)와 제1복합 렌즈(35) 사이의 가장자리에 위치하는 제1이격구(39), 제1복합 렌즈(35)와 제2복합렌즈(36) 사이의 가장자리에 위치하는 제2이격구(38), 제2복합 렌즈(36)와 상기 하우징 타단 사이의 가장자리에 위치하는 제3이격구(37)로 구성되는 이격구 조합을 포함하여 구성할 수 있다. 상기 제1이격구(39) 의 구체적인 예로는 도시한 바와 같이 링을 들 수 있고, 상기 제2이격구(38)의 구체적인 예로는 도시한 바와 같이 스페이서를 들 수 있고, 상기 제3이격구(37)의 구체적인 예로는 도시한 바와 같이 스토퍼를 들 수 있다.
이를 통하여 발광소자에서 발광된 빛이 모두 상기 렌즈조합을 통하여 굴절되어 광섬유의 입사면에 인입되도록 하며, 광섬유의 입사면에 인입될 때에도 그 인입각은 인입된 빛이 광섬유를 통과하여 모두 출사면으로 나갈 수 있는 각도를 갖도록 한다. 즉, 상기 각도는 광섬유의 개구수(NA)보다 적어야 입사면을 통해 진입한 광이 광섬유 출사면으로 나갈 수 있다.
이와 같이 발광소자(33)에서 발생한 빛을 효율적으로 광섬유에 인입시키기 위해서는 집광 및 인입각을 정교하게 조정하는 것이 필요하므로 바람직하게는 상기 포커싱 렌즈 셋부(2)와 광섬유의 입사면(41)을 일정한 기하학적 관계를 가지도록 고정하는 것이 바람직하므로 이를 위하여 본 발명은 본체부(1)를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 발광소자를 이용한 조명장치는 상기 다수의 포커싱 렌즈 셋부(2)가 하나의 집광점을 지향하도록 고정하는 제1고정브라켓, 상기 광전달부의 입사면을 상기 집광점에 고정하는 제2고정브라켓 및 상기 두 고정브라켓을 연결하고 일정간격을 유지하는 지지간으로 이루어진 본체부(1)를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
이에 대한 구체적인 실시예는 도 2에 도시한 바와 같다. 즉, 상기 본체부 (1)의 제1고정브라켓은 다수의 포커싱 렌즈 셋부(2)를 장착하도록 각각의 포커싱 렌즈 셋부에 대응하는 다수의 구멍(27)과 포커싱 렌즈 셋부(2)가 적절한 경사각을 가지고 결합하도록 하는 접촉면(26a ~ 26d)으로 형성되고, 제2고정브라켓은 광전달부(3)의 입사면(41)을 가지는 일단을 고정시키는 광섬유 고정판(23)과 이를 죄어주는 체결구(24)로 이루어지고, 지지간에는 본체부(1)를 일정한 프레임에 고정시켜 주는 결합구(25)로 이루어지는 형태로 구성할 수 있다. 즉, 상기 본체부(1)는 기둥이나 벽면 등에 또는 조명장치를 상하좌우 또는 회전하도록 하는 기구부에 부착되어 사용될 수 있으므로 이러한 구조물이 상기 일정한 프레임에 해당한다.
또한 상기 본체부(1)는 공지의 다양한 재질로 제작될 수 있으며, 바람직하게는 열전달 효율이 우수하고, 경량의 재질인 동, 알루미늄, 동합금 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 것이 좋다.
또한 상기 광전달부(3)는 공지의 다양한 광섬유 또는 광도파로가 이에 사용될 수 있으며 바람직하게는 광섬유중에서 단일모드 광섬유로 이루어지는 것이 입사면의 단면 크기를 크게 확보하여 제조가 용이하므로 좋다. 또한 입사면에 광이 입사하는 경우에 반사되는 빛의 양을 줄여 효율을 높이기 위하여 바람직하게는 상기 광전달부의 광섬유 입사면의 표면이나 광도파로의 입사면 표면에 무반사 코팅처리가 되는 것이 좋다.
이외에 상기 광전달부(3)의 광섬유는 입사면(41)의 보호를 위하여 입사면 단부 외주면에 결합하는 금속 슬리브(44)를 더 포함하고, 출사면(46)의 보호를 위하여 그 단부 외주면에 결합하고 출사면쪽으로 직경이 좁아지는 단차(45)를 가지는 금속 슬리브(44)를 더 포함하도록 구성할 수 있다. 이에 대한 구체예는 도 4에 도시한 바와 같다. 특히, 상기 출사면에 단차를 가지는 2단 금속 슬리브(44)를 사용하는 이유는 광조사부와의 결합시에 렌즈와 광섬유간의 접촉이 발생하지 않도록 하여 서로간의 간섭이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.
이와 같이 광섬유 또는 광도파로를 통하여 전달된 빛은 공지의 다양한 방법으로 형성된 통상의 광조사장치로 이루어진 광조사부(4)를 통하여 조명이 요구되는 일정지역에 광을 조사할 수 있고, 바람직하게는 일정한 지역에 집중적으로 광을 조사하여 조광효율을 높이기 위해서는, 상기 광조사부(4)는 도 5에 그 일실시예를 도시한 바와 같이 광로상에 일렬로 순차적으로 배치되고, 광로상에서 렌즈간의 상대거리 조정이 가능하도록 구성되어 초점 또는 방사각도를 조절하는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 초점 및 방사각도를 모두 조절하는 렌즈의 조합으로 구성하는 것이 더욱 효과적이므로 좋다.
상기 렌즈의 조합은 출사면에서 방출된 빛(거의 점광원에 해당)이 일정한 지역에만 조광(방사)되도록 광각 또는 초점을 조절할 수 있는 것이면 어떠한 형태로든 그 구성이 가능하며, 이에 대한 구체적인 예로 상기 광조사부의 렌즈는 도 5에 도시한 바와 같은 a) 제1 조사부 볼록 렌즈(56)와 제2 조사부 볼록 렌즈(55)로 이루어지거나, 이를 대신하여 볼록-오목-볼록 렌즈의 조합인 b) 발산하는 빛을 모으는 제1'조사부 볼록 렌즈, 상기 제1'조사부 볼록 렌즈에서 모은 빛의 발산각을 조정하는 제2'조사부 오목렌즈 및 상기 제2'조사부 오목렌즈에서 발산하는 빛을 모으는 제3'조사부 볼록렌즈로 구성할 수도 있고, 상기 기술한 바와 같이 줌 렌즈의 전후가 바뀐 역 줌 렌즈 방식의 렌즈조합도 가능하다. 또한 이와 같은 렌즈 조합이 광각 및 초점을 조정하기 위해서는 상기 렌즈 조합중 적어도 하나 이상의 렌즈는 상대 렌즈에 대하여 이동이 이루어져야 하므로 이를 위하여 상기 광조사부의 렌즈 중 하나 이상에 각각 연결되고 광로를 따라 렌즈를 이송하는 렌즈이송축(54), 및 상기 렌즈이송축(54)에 연결되는 전동모터(52)를 더 포함하도록 도 5에 그 일 실시예를 도시한 바와 같이 구성되어진다. 또한 이에 추가하여 상기 전동모터(52)와 렌즈이송축(54)사이에 정교한 제어 및 이송을 원활히 하기 위하여 감속기 및 클러치 박스(53)를 더 포함할 수도 있다. 이와 같은 추가 구성은 공지의 다양한 장치를 적용하여 이를 구성할 수 있다.
또한 이에 추가하여 조명장치의 필요성은 카메라를 통한 영상의 획득에 있으므로 상기 조명장치의 초점 및 광각을 촬영을 실시하고 있는 카메라나 상기 카메라 및 이에 설치된 렌즈와 연동하여 실제로 촬영하고 있는 부분에 광(적외선)이 집중되도록 하는 것이 촬영화질을 높이고, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 하므로 바람직하다. 즉, 상기 광조사부(4)는 렌즈간의 상대거리 조정을 수행하는 구동부, 상기 구동부를 제어하는 제어부 및 상기 조명장치에 의하여 조광되는 피사체를 촬영하는 카메라를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 카메라의 촬상조도가 적정 상태가 되도록 각 렌즈를 상기 구동부를 통하여 이동시키도록 구성할 수 있다. 즉, 상기 제어부는 상기 카메라에서 촬영되는 영상의 조도 데이터를 분석하고, 상기 구동부를 통하여 렌즈를 이동시켜 적외선 등의 빛이 촬영하고자 하는 대상에만 집중되도록 하여 촬영화면의 조도가 최적의 상태로 유지하여 식별이 가능한 화면이 촬영되도록 하는 것이다.
또한 상기 광조사부(4)가 렌즈간의 상대거리 조정을 수행하는 구동부, 상기 구동부를 제어하는 제어부 및 상기 조명장치에 의하여 조광되는 피사체를 촬영하는 줌렌즈를 구비한 카메라를 더 포함하는 경우에는, 상기 제어부는 상기 카메라의 촬상화면의 촬상영역에 대응하는 실제영역에 조광이 이루어지도록 각 렌즈를 이동할 수 있다. 이에 대한 구체적인 예로는 카메라의 줌렌즈와 비율로 광각조절이 이루어지는 역 줌 렌즈를 상기 광조사부에 구비하여 카메라의 줌인 또는 줌아웃의 상대량에 비례하여 광조사부의 경우도 동일한 비율로 줌인 또는 줌아웃을 하여 카메라의 촬상화면의 촬상영역에 대응하는 실제영역에만 조광이 이루어지도록 할 수 있다. 물론 이와 같은 방법이외에도 공지의 다양한 매칭 방법을 통하여 이를 수행할 수 있음은 물론이다.
이하 첨부된 도면에 의하여 구체적인 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같 다.
도2는 다수의 포커싱 렌즈 셋부(2)를 장착하는 본체부(1)로서 포커싱 렌즈 셋부(2)는 이 본체의 구멍(27)에 삽입 장착되며 이때 포커싱 렌즈 셋부(2)와 본체부(1) 사이에 적절한 각도의 접촉면(26a~26d)이 생기며 광전달부(3)의 광섬유를 고정시키는 광섬유 고정판(23)과 이를 죄어주는 고정 나사(24) 그리고 본체를 기구부(프레임 또는 조명장치를 상하좌우로 이동시키거나 회전시키는 기구부)에 고정시켜 주게끔 본체 하부에 3개의 나사(25) 구멍을 갖게 되고,
도 3은 포커싱 렌즈 셋부(2)로 내부에 초점 조절 슬리브(30)에 의해 지지되는 광원(발광소자)(33)을 포함하고 있으며 광원에서 방출되는 광을 포집하기 위한 오목 렌즈(34), 제1 복합 렌즈(35), 제 2 복합 렌즈(36)와 각 렌즈의 초점을 조절하기 위해 링(39), 스페이서(38), 스토퍼(37)로 구성되며 각도 조절 및 고정 나사(31)를 이용해서 본체에 고정되며 이때 본체와 접촉되는 부분(32)이 생기며,
도 4는 광전달부(3)중 광섬유로 이루어진 광전달부로 광섬유(43)는 금속 슬리브(42)에 의해 보호, 고정되는 입사면(41)과 2단 금속 슬리브(44, 45)에 의해 보호, 고정되는 출사면(46)을 가지게 되고,
도 5는 광조사부(4)의 일예인 투사 렌즈 셋으로 광섬유 출사면 측의 2단 고정 슬리브(44, 45)를 고정 할 수 있는 3개의 나사(51)산과 광섬유에서 출사된 광의 초점 및 방사 각도를 조절하는 제1 조사부 볼록 렌즈(56), 제2 조사부 볼록 렌즈(55)를 포함하고 있으며, 제2 조사부 볼록 렌즈(55)를 좌우로 움직여주는 렌즈 이송축(54)과 외부 신호에 따라 작동하는 전동 모터(52) 및 감속기 박스, 클러치(53)가 포함된다.
먼저 외부 전원에 의해 광원(발광소자)(33)에서 일정한 각도를 가진 광이 방사되고 이 광은 오목 렌즈(34)를 거치면서 본 장치가 의도하는 각도로 바뀌어서 제 1 복합 렌즈(35)로 입사된다. 제 1 복합 렌즈에서 출사되는 광은 거의 유사한 평행광이 되어 제 2 복합 렌즈(36)에 입사되는데 제 2 복합 렌즈는 약 100 mm정도 이격된 지점에 금속 슬리브(42)에 의해 본체(1)에 고정된 광섬유(43)의 입사면에 초점이 맺히게 조정되어 있다. 발광소자는 종류와 생산자(Maker), 혹은 그 정격 용량에 따라 고유의 광 방사 각도를 지니고 있으며 또한 그 발광 면적(Emitting Area)이 서로 달라서 소자를 바꾸면 그에 따른 초점 거리 조정이 필요하게 되는 바, 본 장치에서는 초점 조절 슬리브(30)가 그 역할을 하게 되며 1W급 이상의 고 출력 소자를 사용하는 경우에는 심한 발열이 예상 되므로 초점 조절 슬리브 및 포커싱 렌즈 셋을 통해 본체로 쉽게 열이 이동될 수 있는 구조로 만들어서 과열을 방지하게 하였다. 포커싱 렌즈 셋부가 본체부에 장착되면 본체부와 포커싱 렌즈 셋부의 접촉면(26a~26d)은 약간의 각도를 지니게 되는데 이 각도는 광섬유의 개구수(NA)보다 적어야 입사 면을 통해 진입한 광이 광섬유의 출사 면으로 나아갈 수 있다. 또한 두 기구물이 만나는 표면(본체 측 : 26a~26d, 포커싱 렌즈 측 : 32)이 적당한 경사 각을 유지함으로써 각각의 포커싱 렌즈 셋부(2)에서 출사되는 광이 광섬유 거치대(22)와 고정판(23) 사이에 고정되어있는 광섬유(43)의 입사면(41) 부근에 모이게 하고, 포커싱 렌즈 셋부 측의 각도 조절 및 고정 나사(31)를 이용하여 미세조정을 할 수 있다.
광섬유의 경우에도 고 출력 소자를 사용할 경우에 대비하여 플라스틱(Plastic) 광섬유보다는 퓨즈드(Fused) 실리카, 유리 혹은 석영 광섬유를 사용하는데, 이는 광을 광섬유 내부로 진입시키기 위하여 적은 초점을 만들 경우 필연적으로 입사 면에 광의 집중 현상이 생기고 그 중의 일부가 열의 형태로 광섬유에 흡수되어 광섬유 자체의 온도가 상승하기 때문에 플라스틱 광섬유에서는 입사 면에 용융 상태가 발생하여 광의 입사 효율을 급격히 떨어뜨리게 된다.
시중에는 다양한 종류의 광섬유가 존재하는 바, 본 발명에서는 다발(Bundle) 광섬유의 사용을 지양하고 단일 모드 광섬유를 사용하는데 이는 다발 광섬유의 경우 코어(Core) 직경이 수 Micron ~ 수십 Micron 단위로서 포커싱 렌즈 셋이 만들어 낼 수 있는 광의 직경(Spot Size)보다 훨씬 적어서 입사 손실이 많아지기 때문이다. 최소의 소비 전력으로 최대의 조명 효과를 얻으려 하기 때문에 광의 효율적인 이용이 매우 중요하며, 이를 위해서 광섬유는 표면이 잘 연마된 것을 사용하여야 하며 또한 그 표면을 무 반사 코팅 처리한다.
광섬유의 출사면(46)은 광조사부(4)의 일예인 투사 렌즈 셋에 삽입되어 제1 조사부 볼록 렌즈(56)와 적절한 거리를 두고 고정 나사(51)를 이용하여 고정 시키는데 이때 광섬유의 출사 면과 제1 조사부 볼록 렌즈의 표면이 서로 닿아서 손상 되는 것을 방지하기 위해 광섬유 측에 2단 금속 슬리브(44, 45)를 사용한다. 광섬유의 출사 면을 통과한 광은 투사 렌즈 셋의 제1 조사부 볼록 렌즈에서 일정 각도로 퍼뜨려지며 제2 조사부 볼록 렌즈(55)가 좌우로 이동하며 광의 방사 각도를 결정하게 되며, 가장 좌측에 위치했을 때 광의 방사 각도가 최대이며 더 이상 우측으로 진행 할 수 없는 위치에 있을 때 그 방사 각도가 최소가 된다. 제 2 볼록 렌즈의 이동 거리가 20 mm정도일 때 광의 방사 각도는 ㅁ 0.5ㅀ에서 ㅁ 23ㅀ정도이며 제2 조사부 볼록 렌즈를 좌측으로 이동 시킬수록 광의 방사 각도가 커지므로 조명이 필요한 영역이 결정되면 피조명 지역까지의 거리와 광의 방사 각도를 조합하여 적절한 조명을 제공할 수 있게 되는데, 이는 다수의 광원에서 출사된 광을 마치 하나의 광원인 것처럼 다룰 수 있게 해준다. 제2 조사부 볼록 렌즈는 전동 모터(52)에서 나온 회전력이 감속 기어 박스(53)를 통해 렌즈 이송 축(54)에 전달되어 좌우로 이동이 가능하고, 전동 줌(Zoom) 렌즈와 같이 사용하는 경우 줌 렌즈 측에서 줌 비(Zoom Ratio) 혹은 프리 셋(Pre-Set) 값을 전송 받아서 DA 컨버터(DA Converter)를 이용하여 전동 모터를 적절히 제어 할 수 있게 되어 더욱 효율적인 조명이 가능하게 되는데 이때, 통상의 줌 렌즈는 외부에서 장치 측으로 입사되는 광의 각도를 변화시켜서 시야각을 조절하는 반면 본 장치는 시야각에 따라 장치 측에서 외부로 출사되는 광의 각도를 조절하는 역 줌 방식을 취한다.
이상에서 기술한바와 같이 본 발명의 발광소자를 이용한 조명장치에 따르면, 소형, 저 전력의 고 효율 발광 소자를 이용하였고 복수의 광원을 선택적으로 사용가능하게 끔 함으로써, 조명장치의 광효율을 높이고, 저전력, 소형화 및 경량화가 가능하도록 하여 어디에든 설치가 용이하며, 이들 광을 광섬유 혹은 광도파로와 같은 광 전달 매체를 이용하여 집적, 전송할 수 있게 하여 광의 손실을 최소화하고, 원거리 전달이 가능하도록 하며, 전동모터 등을 이용하여 광의 방사 각도 및 초점을 조절 할 수 있게 하여서 카메라 등의 외부 장비와 연동이 가능하게 함으로써 주어진 상황에 가장 적절한 조명을 제공할 수 있게 하였다.
또한 광의 출사면을 하나의 점광원으로 가정할 수 있도록 집중광원으로 공급함에 따라 이후 광주사부의 렌즈 설계 등의 후속 작업을 용이하게 하는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 발명의 상세한 설명, 실시예 및 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

Claims (13)

  1. 발광소자 및 상기 발광소자에서 방출된 광을 하나의 일정한 집광점을 향하여 일정한 각도내로 입사하도록 모으는 렌즈조합으로 이루어지는 다수의 포커싱 렌즈 셋부;
    상기 포커싱 렌즈 셋부로부터 일정간격 이격하여 상기 집광점에 입사면을 가지고 그 반대편에 출사면을 가지는 광섬유 또는 광도파로로 이루어진 광전달부; 및,
    상기 광전달부의 출사면에 연결되어 이로부터 방출되는 광을 일정지역에 조사하는 광조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 LED, 레이저다이오드 또는 레이저 발생장치이고, 이로부터 방출되는 광은 적외선인 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈조합은 발광소자에서 방출되는 광을 포집하기 위하여 광로상에 일렬로 순차적으로 배치되는 오목 렌즈, 제1복합 렌즈, 제2복합 렌즈 및 상기 각 렌즈의 초점거리를 조정하기 위한 이격구를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈 셋부는 중공형 하우징, 상기 하우징의 일단에 삽입 고정되고 초점 조절 슬리브에 의해 지지되는 발광소자, 상기 발광소자에서 방출되는 광을 포집하기 위하여 이로부터 순차적으로 이격하여 광로에 위치하는 오목 렌즈, 제1복합 렌즈, 제2복합 렌즈, 및 상기 각 렌즈의 초점을 조절하고 렌즈를 하우징에 고정하기 위해 오목 렌즈와 제1복합 렌즈 사이의 가장자리에 위치하는 제1이격구, 제1복합 렌즈와 제2복합렌즈 사이의 가장자리에 위치하는 제2이격구, 제2복합 렌즈와 상기 하우징 타단 사이의 가장자리에 위치하는 제3이격구로 구성되는 이격구 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 포커싱 렌즈 셋부가 하나의 집광점을 지향하도록 고정하는 제1고정브라켓, 상기 광전달부의 입사면을 상기 집광점에 고정하는 제2고정브라켓 및 상기 두 고정브라켓을 연결하고 일정간격을 유지하는 지지간으로 이루어진 본체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 본체부의 제1고정브라켓은 다수의 포커싱 렌즈 셋부를 장착하도록 각각의 포커싱 렌즈 셋부에 대응하는 다수의 구멍과 포커싱 렌즈 셋부가 적절한 경사각 을 가지고 결합하도록 하는 접촉면으로 형성되고, 제2고정브라켓은 광전달부가 광섬유로 이루어지고 광섬유의 입사면을 가지는 일단을 고정시키는 광섬유 고정판과 이를 죄어주는 체결구로 이루어지고, 지지간에는 본체부를 일정한 프레임에 고정시켜 주는 결합구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 본체부는 동, 알루미늄, 동합금 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광전달부의 광섬유는 단일모드 광섬유로 이루어지고, 광섬유 또는 광도파로의 입사면 표면에 무반사 코팅처리가 된 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광전달부의 광섬유는 입사면 단부 외주면에 결합하는 금속 슬리브 및 출사면 단부 외주면에 결합하고 출사면쪽으로 직경이 좁아지는 단차를 가지는 금속 슬리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광조사부는 광로상에 일렬로 순차적으로 배치되고, 광로상에서 렌즈간의 상대거리 조정이 가능하도록 구성되어 초점 또는 방사각도를 조절하는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광조사부의 렌즈는 a) 제1 조사부 볼록 렌즈와 제2 조사부 볼록 렌즈로 이루어지거나 b) 발산하는 빛을 모으는 제1'조사부 볼록 렌즈, 상기 제1'조사부 볼록 렌즈에서 모은 빛의 발산각을 조정하는 제2'조사부 오목렌즈 및 상기 제2'조사부 오목렌즈에서 발산하는 빛을 모으는 제3'조사부 볼록렌즈로 이루어지고,
    상기 광조사부의 렌즈 중 하나 이상에 각각 연결되고 광로를 따라 렌즈를 이송하는 렌즈이송축, 상기 렌즈이송축에 연결되는 전동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광조사부는 렌즈간의 상대거리 조정을 수행하는 구동부, 상기 구동부를 제어하는 제어부 및 상기 조명장치에 의하여 조광되는 피사체를 촬영하는 카메라를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 카메라의 촬상조도가 최적이 되도록 각 렌즈를 상기 구동부를 통하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광조사부는 렌즈간의 상대거리 조정을 수행하는 구동부, 상기 구동부를 제어하는 제어부 및 상기 조명장치에 의하여 조광되는 피사체를 촬영하는 줌렌즈를 구비한 카메라를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 카메라의 촬상화면의 촬상영역에 대응하는 실제영역에 조광이 이루어지도록 각 렌즈를 상기 구동부를 통하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 발광소자를 이용한 조명장치.
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