KR20110094232A - 가변 방사각 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 등을 포함한 조명 방법에 관한 것으로, 조명계의 방사각을 외부 제어 신호를 이용하여 가변시킬 수 있는 가변 방사각 조명계이다. 본 발명의 제품은 줌 기능을 갖는 카메라와 연동 되어 사용되거나, 일반 조명용으로 사용될 수 있다. 줌 기능을 갖는 카메라는 피사체의 거리 또는 크기에 맞추어 사용자가 카메라의 시야각을 변화시켜 피사체를 촬영하는데 어두운 환경에서의 촬영 시에는 보조 조명계을 사용하여 촬영을 한다. 이때 본 발명의 조명 계를 사용할 경우 줌 배율 변화에 따른 카메라 시야각에 연동 되도록 조명계의 방사각을 변화시켜 최적 조명에서 촬영이 가능하도록 한다. 본 발명을 일반 조명계에 적용하는 경우 광각 조명과 협각의 집중 조명할 수 있도록 하여, 광의 사용 효율을 필요에 따라 최적으로 하여 전력 절감 효과와 주변에 대한 피해를 최소화할 수 있다.

Description

가변 방사각 조명장치{Lightening module with variable emission angle}

카메라용 조명계, LED 조명계

본 발명은 조명계에 관한 것으로, 조명계의 방사각을 가변시킬 수 있는 가변 방사각 조명계이며, 카메라와 연동 되어 사용되거나, 일반 조명용으로 사용될 수 있다.먼저 보안 카메라, 비디오캠코더, 디지털 카메라 등과 같은 카메라와 연동 되는 조명장치의 경우의 현황은, 카메라 기능이 고급화되면서 단순 고정 배율에서 줌 기능을 갖는 가변 배율의 카메라가 주류를 이루고 있다. 줌 기능을 갖는 카메라는 피사체의 거리 또는 크기에 맞추어 사용자가 카메라의 시야각을 변화시켜 촬영을 편리하게 한다. 이러한 카메라에는 일반적으로 어두운 환경에서의 촬영을 위하여 자체 조명장치를 부착한다.

카메라에 부착된 조명 장치는 고정된 방사각을 갖도록 되어 있다. 일반적으로는 대략 60도 정도의 방사각을 갖도록 설계되어 있어 근거리의 피사체에 충분한 조명에 적합하도록 되어 있다.

일반 조명장치의 경우에서도 조명장치의 방사각이 고정되어, 고정된 범위의 영역이 조명이 이루어지도록 되어 있다.

카메라와 연동 되어 사용되는 조명 장치의 경우, 사용자가 줌 배율을 높이는 경우 조명 장치의 방사각은 고정이 되어 있어, 줌에 의하여 변화된 시야각과 조명 장치가 작동하는 방사각의 부정합이 발생한다. 즉 조명 장치의 방사각은 예를 들어 60도 정도이고 줌을 작동시켜 예를 들어 20도 정도의 시야각으로 원거리의 피사체를 촬영하는 경우, 조명 장치의 방사각이 과대하여, 카메라로 촬영하고자 하는 원거리의 피사체에는 충분한 조명광이 도달하지 못하게 된다. 반대로 조명 장치를 원거리의 피사체에 맞추어 예를 들어 20도 정도의 방사각으로 설정한 경우, 카메라의 줌을 낮은 배율로 예를 들어 60도 정도의 시야각으로 근 거리 피사체를 촬영하는 경우, 조명장치는 피사체의 중심 일부 만에 조명을 공급하게 되는 문제가 있다.

일반 조명 용도의 경우, 조명계의 방사각이 고정되어 있는 경우, 조명 장치가 조명하는 영역이 항상 고정되어 있다. 이에 따라 독서 등을 위하여 국소 영역만 조명이 필요한 경우에도 조명이 닿는 영역을 조정하지 못하게 되어 전력의 낭비를 초래하게 된다.

본 발명에서는 조명계의 방사각이 필요에 따라 조정될 수 있도록 하기 위한 구조와 방법을 제공한다. 즉 조명계의 구성 요소인 렌즈와 발광 원과의 거리를 외부 제어 신호를 이용하여 가변시켜, 렌즈를 통하여 방사되는 광의 방사각을 임으로 조정한다.

본 발명을 줌 기능이 부착된 카메라와 연동하여 사용하는 경우, 줌 배율에 연동하여 조명계의 방사각을 가변시켜, 카메라 시야각에 적합한 조명을 제공한다. 이를 통해 줌 카메라와 연동하여 야간에 근거리뿐 아니라 원거리의 피사체까지를 효율적으로 촬영할 수 있다. 본 발명을 일반 조명용으로 사용하는 경우, 광각 방사와 협각 방사를 필요에 따라 선택적으로 조절할 수 있게 되어, 야간 독서 등의 경우 집중 협각 조명으로 광원의 출력을 최소화할 수 있게 하여 전력 소모를 감소시킬 뿐 아니라, 조명으로 인한 주변인에게 영향을 감소시킬 수 있다.

도1. 종래 방식의 LED 모듈
도2. 종래 방식의 LED 모듈의 방사각
도3. 줌 렌즈와 조명 LED를 장착한 카메라
도4. 줌 배율 변화에 따른 시야각의 변화
도5. LED 방사각과 카메라 시야각의 부정합 예시
도6. 서로 다른 방사각을 갖는 복수의 종류의 LED를 탑재한 조명계
도7. 본 발명의 제 1 실시 예
도8. 연속 방사각 조정 예시
도9. 코일 요크 자석 구조
도10. 자력 발생 구조
도11. 판 스프링 형상
도12. 자기 센서 출력

본 발명이 속하는 종래의 도.1에서 도.6을 참조하여 설명한다.

도 1은 다양한 조명용으로 사용되는 LED 모듈의 예시이다.

종래 기술의 LED 모듈(100)은 광원이 되는 LED 칩(120), LED 칩(120)이 전기적 및 기계적으로 연결되는 서브스트레이트(110), 서브스트레이트(110)과 LED 칩(120)을 전기적으로 외부와 연결시키기 위한 복수의 전원단자(130), LED 칩(120)에서 방사되는 광(150)을 소정의 방사각(160)으로 집광 시키기 위한 집광렌즈(140)로 구성된다. LED 모듈의 방사각(160)은 집광렌즈(140)의 형상과 배치에 따라 결정된다.

도.2는 두 개의 서로 다른 방사각을 각도로 구성한 두 LED 모듈(200, 300)의 예시이며, 서로 다른 집광렌즈(210, 310)의 구성에 따라 서로 다른 방사각(220, 320)을 구성한다.

도 3은 줌 렌즈와 자체 조명장치를 내장한 일반적인 줌카메라(400)의 예시이다. 카메라(400)는 카메라 본체(410), 줌 렌즈부(420) 그리고 조명장치(430)로 구성된다. 조명장치(430)는 줌 렌즈부(420)의 광학적 창(421)을 중심으로 복수의 LED 모듈(440) 들이 안착 된다. 도.4는 상기 줌카메라(400)로 줌을 작동시켜 근거리피사체(450)와 원거리피사체(460)를 촬영하는 경우의 광시야각(451)과 협시야각(461)을 예시한 것이다. 즉 줌을 변화시킴에 따라 줌카메라(400)의 시야각은 변화한다. 도.5는 상기 줌카메라(400)와 고정된 방사각의 조명 장치를 사용하는 경우 카메라 시야각과 조명의 방사각의 부정합을 예시한 것이다.

즉 줌카메라(400)에 작은방사각(452)의 조명장치를 탑재하고 있는 경우, 줌을 작동시켜 광시야각(451)으로 촬영하는 경우 피사체의 중심부에만 조명이 작동하게 된다.

반대로 줌카메라(400)에 큰방사각(462)의 조명장치를 장착하고 있는 경우, 줌을 작동시켜 협시야각(461)으로 원거리 피사체를 촬영하는 경우, 조명장치의 방사각(462)이 과대하게 퍼져, 원거리의 피사체로 도달하는 광이 과소하게 된다.

종래의 기술에서는 이러한 조명 방사각과 카메라 시야각의 부정합 문제를 해결하기 위하여, 도 6과 같이 서로 다른 방사각을 갖는 두 종류 (200, 300)의 조명 모듈을 사용하여, 카메라 시야각의 변화에 따라 이 중 하나의 모듈을 작동시켜 방사각과 시야각의 부정합 문제에 대응하고 있다.

본 발명의 구성을 도.7에서 도 11을 참조하여 설명한다.

도 7을 참조하여 설명하면 본 발명은,

전류가 인가되면 광을 발산하는 LED 칩(520), LED 칩을 전기적 및 기계적으로 연결하는 서브스트레이트(510), 상기 서브스트레이트(510)에 소정의 방식으로 배치되는 LED 전원 인가 단자(513, 514), 상기 서브스트레이트(510)에 결합되는 모듈외곽기구(541), 모듈 외곽기구(541)내에 순차적으로 적층된 링형코일(530), 하부판스프링(552), 링형자석(562), 링형요크(561), 상측판스프링(551), 상기 상측판스프링(552)와 상기 하측판스프링(552)의 배치 위치를 지정하기 위한 스페이서(542)와 탑커버(543), 상기 서브스트레이트(515)의 소정의 위치에 배치되어 상기 링형자석(515)의 위치를 검출하는 자기센서(515), 상기 LED칩(520)에서 방사되는 광을 집광하기 위한 집광렌즈(571), 상기 집광렌즈(571)를 상기 링형자석(562)과 결합시키기 위한 렌즈홀더(572)로 구성된다. 상기 링형코일(530)은 상기 서브스트레이트(510)의 소정의 위치에 배치된 두 단자(511, 512)를 통하여 외부와 전기적으로 연결된다.

상기 링형자석(562)과 상기 링형요크(561)와 상기 렌즈홀더(572)와 상기 집광렌즈(571)는 일체로 결합 되어 가동부를 구성한다.

상기 가동부는 상기 링형코일(530)과 모듈외곽기구(541)와 상기 서브스트레이트(510)는 일체로 결합 되어 고정부를 구성한다.

상기 가동부는 상기 상측판스프링(551)과 상기 하측판스프링(552)에 의하여 상기 고정부에 배치되면, 두 스프링은 상기 가동부가 상기 집광렌즈(571)의 광축 방향으로 상기 가동부가 이동할 수 있도록 움직임을 구속한다.

도 8은 본 발명에서의 방사각 조정을 예시한 것이다.

상기 LED 칩(520)에 전원이 인가되면, 집광렌즈(571)을 통하여 소정의 각도로 광이 방사된다. 이 때 방사각은 집광렌즈(571)와 LED칩(520)간의 상대 거리에 따라 변화하며, 렌즈가 LED칩(520)으로 멀어질수록 작은 방사각을 갖는다. 즉 링형코일(530)에 전원이 인가되지 않은 초기 상태일 때, 초기 방사각(582)을 갖도록 광 방사각광(581)이 방사되고, 링형코일(530)에 전원을 인가하여 전자기력에 의하여 가동부가 LED칩(520)으로부터 멀어졌을 때, 가변방사각(584)를 갖게 된다. 가변방사각(584)은 코일에 인가되는 전류의 량을 제어하여 조정된다.

도9는 본 발명의 코일, 자석 그리고 요크 구조의 예시이다.

상기 링형코일(563)은 링 구조로 회전방향(533)으로 권선되어, 상기 링형코일(563)의 두 끝단(531, 532)은 상기 서브스트레이트(510)에 형성된 두 단자(511, 522)를 통하여 외부와 전기적으로 연결된다. 상기 링형자석(562)은 중공형의 링 구조를 가지며, 상하방향(565)으로 자석이 극성이 나누어진다. 상기 링형요크(561)는 상기 링형자석(562)의 외경부와 상측부에 결합 되는 구조를 갖는다. 상기의 자기구조에서 힘이 발생하는 원리를 도.10에 예시하였다. 상기 링형코일(563)에 소정의 방향(534)으로 전류가 인가되면, 상기 링형자석(562)과 상기 링형요크(561)에 의하여 형성된 자력선(563)이 상기 링형코일(563)에 흐르는 전류와 상호작용하여 상기 가동부를 상기 집광렌즈(571)의 광축방향(565)로 이동시키는 힘이 발생한다.

도 11은 상하 판스프링 형상의 예시이다.

상기 상측판스프링(551)과 하측판스프링(552)은 상기모듈외곽기구(541)와 상기 스페이서(542)와 연결되어 고정되는 외측링(553)과 상기 링형자석(560)과 상기 렌즈홀더(572)에 연결되어 상기 가동부와 이동하는 내측링(554), 그리고 상기 외측링(553)과 내측링(554)을 연성으로 연결하는 스프링부(556)로 구성된다.

도. 12는 상기 자기센서(515)의 출력예시이다.

도.7과 도 8을 같이 참조하여 설명하면, 상기 자기센서(515)는 상기 링형자석(562)과 상기 자기센서(515)와의 거리에 비례한 전기적 신호를 출력하는 자기 소자로서, 상기 링형코일(530)에 전류를 인가하여 상기 링형자석(562)가 구동되는 경우, 이 구동량에 비례한 전기적 신호를 출력한다. 이러한 원리를 이용하여, 상기 링형코일(530)에 인가되는 전류를 단계적으로 증가시키는 경우, 특정 전류치를 넘어 서는 경우 상기 링형자석(562)이 가동되기 시작한다. 이때를 구동 초기 위치로 하여, 상기 자기센서(515)에서 출력되는 신호도 변화하게 되어, 이를 외부의 제어기에서 인식하여, 구동 초기 전류치로 설정한다. 상기 링형코일(530)에 인가되는 전류를 계속 더 증가시켜, 상기 링형자석(562)이 구동 최대치에 도달한 경우, 전류를 증가 시켜도 상기 링형자석(562)이 더 이상 움직이지 않으므로, 상기 자게 센서의 출력에 변화가 없게 된다. 이때를 구동 최대 위치로 하여, 이때의 전류 치를 구동 최대 전류로 함으로서, 구동 전류의 최소와 최대치를 자동 검출한다. 이를 통하여, 임의의 구동량으로 제어를 하고자 하는 경우, 전체 가동 구동량과 최소와 최대 구동 전류량의 상관 비례 관계를 이용하여 인가 전류량을 결정한다.

도. 13은 본 발명의 조명계를 일반 전기 스텐드에 적용한 예시이다.

본 발명의 가변 조명계를 램프부(640)에 장착하고 조명본체(610)의 소정의 위치에 작동 스위치(620)를 배치시켜, 상기 작동 스위치를 제어함으로써, 필요에 띠라 실내의 넓은 구간을 조명하는 경우와 최소의 구간을 조명하는 경우를 선택할 수 있다. 이를 통하여 독서 등을 위하여 국소 조명만을 필요로 하는 경우, 전기 소모량을 최소화하도록 사용할 수 있다.

도. 14은 본 발명의 조명계를 후레쉬에 적용한 예시이다.

본 발명의 가변 조명계를 램프부(730)에 장착하고 조명본체(710)의 소정의 위치에 작동 스위치(720)를 배치시켜, 상기 작동 스위치를 제어함으로써, 필요에 띠라 근거리의 넓은 구간을 조명하는 경우와 원거리의 작은 영역을 조명하는 경우를 선택할 수 있다. 이를 통하여 근거리와 원거리 사용에 따라 광량을 최적으로 사용할 수 있다.

400 줌카메라
420 줌렌즈
430 조명 장치
500 연속 가변 방사각 가변 모듈
520 LED칩
510 서브스트레이트
515 자기센서
530 링형코일
541 외곽기구
542 스페이서
551 상하 판스프링
561 링형요크
562 링형자석
571 집광렌즈

Claims (12)

1. 전원이 인가되면 광을 발산하는 광원;
   상기 광원을 전기적 및 기계적으로 연결하기 위한 서브스트레이트;
   상기 서브스트레이트 안착 되는 외곽 기구;
   상기 광원에서 발산되는 광을 집광시키고 상기 외곽기구의 내부에 배치되는 집광렌즈;
   상기 집광렌즈를 상기 광원의 광축과 일치하는 방향으로 이동 시키는 힘을 발생 시키는 구동부;
   상기 집광렌즈가 상기 광원의 광축 방향을 따라 이동할 수 있도록 구동 방향을 구속하는 구동가이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
2. 제 1 청구항의 상기 광원은 소정의 파장의 LED를 사용할 수 있으며, 상기 광원에서 나온 광은 상기 집광렌즈를 통하여 방사되며, 광의 방사각은 상기 집광렌즈와 상기 광원 사이의 거리에 따라 결정된다.
3. 제 1 청구항의 상기 구동부는 전자기력으로 구성될 수 있으며, 전자기력으로 구성되는 경우 상기 집광 렌즈의 외측과 상기 외곽 기구의 내측에 동심 구조를 갖는 링형자석과 링형요크와 링형코일로 구성되며, 상기 링형자석과 상기 링형요크는 일체로 결합 되어 상기 링형코일에 동심으로 적층 되는 구조를 갖는다.
4. 제 3 청구항에 있어 상기 링형자석과 링형요크 결합체 또는 상기 링형코일 중에 하나가 상기 집광렌즈 외측에 부착되며 상기 집광렌즈와 일체로 상기 광원의 광축방향으로 이동하는 가동부가 되며, 다른 하나는 상기 외곽 부재 내측과 결합 되어 고정부가 된다.
5. 제 1 청구항의 상기 구동가이드는 상기 가동부가 상기 광원의 광축 방향을 따라 이동하도록 하는 기능을 하며, 상기 가동부와 상기 고정부를 연결하는 1개 이상의 링형 판스프링으로 구성되는 것으로 특징으로 한다. 판스프링은 내측 가동부와 연결되는 링 부분과 외측 고정부에 연결되는 링 부위를 가지고 내측과 외측 링이 탄성부로 연결되는 것을 특징으로 한다.
6. 제 3 청구항에 있어 상기 링형 코일에 전류를 인가하면 상기 링형코일과 상기 링형자석의 상호 작용으로 상기 가동부는 상기 광원의 광축 방향으로 구동력을 발생시키며, 힘의 방향과 세기는 상기 링형코일에 인가되는 전류의 크기와 방향에 의해 결정된다.
7. 제 1 청구항에 있어, 상기 구동부에 의해 발생한 힘으로 상기 집광렌즈와 상기 광원 사이의 거리가 변화하면 상기 광원에서 나와 상기 집광렌즈를 통하여 방사되는 광의 방사각이 변화한다.
8. 제 1 청구항에 있어 상기 자기센서는 상기 서브스트레이 상 소정의 위치에 배치되어 상기 링형 자석의 위치에 비례한 전기적 신호를 출력하며, 상기 링형코일에 인가하는 전류를 증가시켜, 상기 링형 자석이 움직이기 시작할 때 상기 자기 센서에서 출력되는 전기적 신호가 변화하게 되므로, 이를 통하여 상기 링형 자석이 가동시키기 위한 초기 전류치를 검출하고, 상기 링형코일에 인가되는 전류를 계속 증가시켜, 상기 링형 자석이 최대점에 도달하여, 전류를 증가시켜도 상기 자기센서의 출력이 변화하지 않는 위치를 검출하여 가동 구간의 최대 전류치로 함으로서, 최소와 최대 구동 전류량을 인지하여, 특정 위치로 구동을 하고자 하는 경우, 전체 구동량과 목표 구동위치와 최소와 최대 구동 인가량의 상관관계를 이용하여 인가 전류량을 결정하는 것을 특징으로 하는 조명계.
9. 제 1 청구항과 제 8 청구항의 가변 방사각 조명장치를 이용하여 줌 카메라의 줌 비율 변화에 연동하여 방사각을 조정하는 카메라 장치.
10. 제 1 청구항과 제 8 청구항의 가변 방사각 조명 장치를 자동차 실내등에 적용하여, 일반 모드에서는 넓은 방사각을 적용하고, 독서 등을 위한 집중 모드에서는 좁은 방사각을 선택할 수 있는 조명 장치
11. 제 1 청구항과 제 8 청구항의 가변 방사각 조명계를 적용하여 실내 조명 조건을 집중 모드와 광각 모드로 선택하게 하여, 광각 모드에서는 실내 전체를 조명하게 하고, 집중 모드에서는 독서 등을 위한 작은 공간을 조명하도록 하여, 사용에 따른 전류 소모량을 최적화할 수 있는 조명계
12. 제 1 청구항과 제 8 청구항의 가변 방사각 조명계를 휴대 전등에 적용하여, 원거리 조사 모드와 근거리 조사 모드로 비추고자 하는 피사체의 거리에 따라 조명 거리를 조정할 수 있도록 하는 조명 장치
    

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