KR101360004B1

KR101360004B1 - 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치

Info

Publication number: KR101360004B1
Application number: KR1020130074493A
Authority: KR
Inventors: 김태규
Original assignee: 주식회사 이엘
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-02-07

Abstract

본 발명은 렌즈 전면부에 눈부심 방지층을 구비한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치에 관한 것으로, 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되는 오목 형상의 광 입사홈이 중앙에 형성되어 입사되는 빛을 1차 굴절시키는 후면부;정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 상기 정점부를 기준으로 하부 방향으로 조사되도록 하는 전면부;상기 전면부의 표면에 형성되어 눈부심을 발생하는 빛의 진행 경로 및 반사를 제어하는 눈부심 방지층;을 포함하는 것이다.

Description

눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치{Antiglare type Compound Refractive Lens for Lighting Unit and Street Light Apparatus Comprising the same}

본 발명은 가로등 장치에 관한 것으로, 구체적으로 렌즈 전면부에 눈부심 방지층을 구비한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치에 관한 것이다.

일반적으로 LED(Light Emitting Diode) 조명은 LED 모듈에서의 광출력으로부터 시작되며, 이 모듈은 LED 소자의 광원을 사용용도에 맞도록 최적화하기 위한 광학 렌즈를 포함하여 제작된다.

그러나 이와 같은 광원용 렌즈는 단독으로는 조명용으로 사용할 수 없는 광량을 가진 LED 칩과 일체로 모듈화한 것으로서, 빛의 방향과 광량 등을 기본적으로 제어해주는 수준으로 그 크기가 매우 작아 정밀 광학 계산이 적용될 부분이 적기 때문에 광학상.거리상의 유효 범위가 작을 수밖에 없다.

그리고 이러한 LED 광원을 이용한 조명기기는 고용량의 광원이 필요하기 때문에 다수개의 LED 모듈을 SMD(Surface Mount Devices), COB(Chip On Board)등의 방식으로 패키지화하여 사용하고 있으나, 열에 취약한 LED의 온도 특성 때문에 다수개의 모듈 사이에 필요한 간격을 유지하여야 하므로 고출력의 조명기기일수록 LED 기판의 크기가 더 늘어날 수밖에 없어 전체 빛의 효율적인 제어가 곤란해진다.

이러한 시스템 하에서 LED 광원을 조명기기에 사용하여 효율적인 배광을 이루기 위해서는 등기구의 반사체 등으로는 부족하고 등기구에 렌즈를 활용하는 것이 필수적으로 요구된다.

특히, 전력소모가 많은 가로등, 보안등 및 광역 배광이 필요한 곳에서는 다수개의 등기구 사이에 배광의 중첩이나 누락을 최소화하고 배광영역의 조도를 균일하게 하는 등으로 용도에 최적화된 다양한 목적의 배광기술이 요구된다.

위와 같은 LED 조명등 기구에 있어 렌즈 기술은 향후 LED 소자의 광출력 증대 기술의 급속한 발전과 더불어 빛을 효율적으로 제어하여 광손실을 줄이고 다양한 배광목적으로 달성함으로써 에너지를 절약하고 등기구의 효율을 높일 수 있는 중요한 개발 과제 중의 하나이다.

그러나 현재 조명기구에 사용되는 렌즈는 볼록 또는 오목형상의 단순 기능만을 사용하거나, 그러한 렌즈 다수 개를 한 개 또는 소수개의 LED 모듈에 대응하게 배열하거나, 그러한 렌즈 다수 개를 어레이 형식으로 배치하는 기술 등에 활용되어 빛의 효율적 분산과 균제도에 있어 약간의 향상을 보이는 정도에 불과하다.

이는 LED 광원을 조명용으로 사용하게 된 역사가 오래지 않고 하나의 등기구에 다수개의 LED 패키지를 사용한다 하더라도 이전의 광원과 비교할 때 에너지 절약효과가 크기 때문에 설계 및 제작에 기술과 비용이 소요되는 정밀한 렌즈의 개발은 큰 향상을 보이지 못하고 있는 실정이다.

이러한 이유로 일본특허등록 제418783호에서와 같이 외부방사 효율이 높고, 집광성이 우수하며, 고휘도를 실현하기 위한 LED 패키지가 제안되어 있으나 이 또한 본 발명에서 목적으로 하는 균제도의 향상과 광손실의 저감을 실현하지 못하고 있는 실정이다.

특히, LED는 빛의 세기가 매우 강하며 직진성이 있어 사용자의 눈을 피로하게 할 뿐만 아니라 빛의 확산 특성이 낮은 단점이 있다.

또한, 도로 등에 설치되는 가로등 또는 보안등의 경우 보행자 또는 운전자에게 눈부심을 유발하여 예기치 않은 사고 등의 원인을 제공할 수 있는 문제점이 있다.

일본특허등록 제418783호

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 가로등 및 조명 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 렌즈 전면부에 눈부심 방지층을 구비한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 렌즈 전면부에 나노 임프린트(nanoimprint)나 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층을 구비하여 반사에 의한 눈부심을 억제할 수 있도록 한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 렌즈 전면부에 눈부심을 방지하기 위하여 우량 광선인 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 난반사 된 유해광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층을 구비한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 렌즈 전면부에 눈부심을 방지하기 위하여 다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 구성하여 반사에 의한 눈부심을 억제할 수 있도록 한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 렌즈 전면부를 돔 형상으로 구성하여 중앙으로 발산되는 빛의 상당량을 상.좌,우 방향으로 굴절시켜 균제도를 향상시키고, 배광 영역 밖으로 산란되는 빛을 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 오목홈과 볼록면의 곡률 변화에 의해 다양한 배광영역을 형성하고 용도에 따라 정밀한 배광을 가능하게 하도록 한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 렌즈를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단 및 LED 패키지의 출력을 조절하는 광 밝기 조절 수단을 포함하고 구성되어 외부의 가로등 통합 관리 서버로부터의 광 조사 각도 제어 및 광 밝기 제어 신호를 수신하여 원격에서 가로등의 제어가 이루어질 수 있도록 한 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈는 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되는 오목 형상의 광 입사홈이 중앙에 형성되어 입사되는 빛을 1차 굴절시키는 후면부;정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 상기 정점부를 기준으로 하부 방향으로 조사되도록 하는 전면부;상기 전면부의 표면에 형성되어 눈부심을 발생하는 빛의 진행 경로 및 반사를 제어하는 눈부심 방지층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 눈부심 방지층은, 다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 눈부심 방지층으로 구성하거나, 나노 임프린트(nanoimprint) 공정 또는 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층이거나, 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 전면부는, 정점부의 중앙 부분에 함몰부를 갖고 양측이 볼록 형태로 융기되는 형상인 것을 특징으로 한다.

그리고 렌즈의 전면부 및 후면부의 외표면에 형성되는 박막의 초발수 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 렌즈 후면부의 측면에 2면 내지 4면의 경사면을 형성하고 그 표면에 산란광을 렌즈 중앙부로 반사시키기 위해 형성되는 미러 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 광 입사홈으로 입사되는 빛의 집광 및 굴절을 위하여, 이격되는 라운드 형태, 연속되는 라운드 형태, 이격되는 프리즘 형태, 연속되는 프리즘 형태의 패턴이 상기 광 입사홈의 표면 전체 또는 부분적으로 음각되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 패턴은 형성 깊이가 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖고 입사되는 광이 렌즈 전면부의 하부 방향으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치는 빛이 입사되는 오목 형상의 광 입사홈이 중앙에 형성되어 입사되는 빛을 1차 굴절시키는 후면부와, 정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 상기 정점부를 기준으로 하부 방향으로 조사되도록 하는 전면부와, 상기 전면부의 표면에 형성되어 눈부심을 발생하는 빛의 진행 경로 및 반사를 제어하는 눈부심 방지층을 갖는 렌즈;상기 렌즈의 후면부에 결합되어 빛을 조사하는 LED 패키지;상기 렌즈를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단;상기 LED 패키지의 출력을 조절하는 광 밝기 조절 수단;외부의 가로등 통합 관리 서버로부터의 광 조사 각도 제어 및 광 밝기 제어 신호를 수신하는 통신 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 눈부심 방지층은, 다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 눈부심 방지층으로 구성하거나, 나노 임프린트(nanoimprint) 공정 또는 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층이거나, 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 렌즈 전면부에 눈부심 방지층을 구비하여 보행자 또는 운전자에게 편안한 빛을 제공하여 안전을 보장할 수 있다.

둘째, 렌즈 전면부에 나노 임프린트(nanoimprint)나 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층을 구비하여 반사에 의한 눈부심을 효과적으로 억제할 수 있다.

셋째, 렌즈 전면부에 눈부심을 방지하기 위하여 우량 광선인 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 난반사 된 유해광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층을 구비하여 눈부심 방지 효과를 높일 수 있다.

넷째, 렌즈 전면부를 돔 형상으로 구성하여 중앙으로 발산되는 빛의 상당량을 상.좌,우 방향으로 굴절시켜 균제도를 향상시키고, 배광 영역 밖으로 산란되는 빛을 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있다.

다섯째, 오목홈과 볼록면의 곡률 변화에 의해 다양한 배광영역을 형성하고 용도에 따라 정밀한 배광을 행하기 위한 광손실 저감 및 균제도 향상이 가능하다.

여섯째, 광 입사홈의 표면 전체 또는 부분적으로 음각되는 패턴의 형성 깊이가 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖고 정밀하게 조사 범위를 제어할 수 있다.

일곱째, 렌즈를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단 및 LED 패키지의 출력을 조절하는 광 밝기 조절 수단을 포함하고 구성되어 원격에서 가로등의 제어가 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 전체적인 구성을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 전면 사시도
도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면도
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 횡단면도 및 종단면도
도 6은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈의 상세 구성도
도 7a내지 도 7d는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈에 구성되는 패턴층의 상세 구성도
도 8은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 잠자리눈 구조의 반사방지층의 구성도
도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 편광 여과 필름층의 일 예를 나타낸 구성도
도 10은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 전체 구성도
도 11은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 가로등 모듈의 상세 구성도

이하, 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 전체적인 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 전면 사시도이다.

그리고 도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면도이다.

본 발명은 다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 눈부심 방지 구조층으로 구성하거나, 렌즈 전면부에 나노 임프린트(nanoimprint)나 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층을 눈부심 방지 구조층으로 구성하거나, 눈부심을 방지하기 위하여 우량 광선인 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 난반사 된 유해광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층을 구성하여 난반사 및 이상 굴절에 의한 눈부심을 억제할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈는 렌즈 후면부의 광입사 홈 내부에 빛의 1차 굴절을 위한 패턴을 형성하고, 렌즈 전면부를 비대칭 돔 형상으로 구성하여 2차 굴절이 일어나도록 하는 기본 구조를 갖는다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈는 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되는 오목 형상의 광 입사홈(8)이 중앙에 형성되어 입사되는 빛을 1차 굴절시키는 후면부(10)와, 측면에서의 정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈(8)으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 상기 정점부를 기준으로 하부 방향으로 조사되도록 하는 전면부(20)와 전면부(20)의 표면에 형성되어 눈부심을 발생하는 빛의 반사를 억제하기 위한 잠자리눈 구조의 반사방지층(60) 또는 우량 광선인 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 난반사 된 유해광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층(70)을 포함한다.

여기서, 본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈는 수평 방향의 길이가 수직 방향의 길이보다 1.5 ~ 2.5배 길게 하여 빛의 조사 범위를 넓게 하는 것도 가능하다.

그리고 상기 전면부(20)는 정점부의 중앙 부분에 함몰부(14)를 갖고 양측이 볼록 형태로 융기되는 융기부(18)를 갖는다.

그리고 렌즈(30)의 전면부(20) 및 후면부(10)의 외표면에 형성되는 박막의 초발수 코팅층(19)이 형성되고, 상기 렌즈(30) 후면부(10)의 측면에 2면 내지 4면의 경사면(4)을 형성하고 그 표면에 산란광을 렌즈 중앙부로 반사시키기 위해 형성되는 미러 코팅층(5)을 포함한다.

그리고 상기 광 입사홈(8)은 도 3a에서와 같이, 네모서리가 일정 곡률을 갖고 라운드진 정사각 또는 도 3b에서와 같이 직사각 형태이고 중앙에 일정한 너비의 평평한 바닥면을 갖는 오목홈이거나, 도 3c에서와 같이, 세로 방향의 지름이 가로 방향의 지름보다 큰 타원 형상이고 전체가 곡률을 갖는 구형의 오목홈의 형태로 구성할 수 있다.

이와 같은 광 입사홈(8)의 형태는 상기한 형태로 한정되지 않고 다른 형태로 구성할 수 있음은 당연하다.

본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈(30)는 사각 또는 타원형상으로 성형 된 것으로서, 이의 소재는 투명도가 우수하고 열변형이 발생하지 않는 유리를 사용하여 외형은 대략 파형과 같은 형태를 취하고 있다.

이러한 렌즈(30)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 경사면(4)을 포함하는후면부(10)와, 함몰부(14)와 2개의 융기부(18)를 갖는 전면부(20)가 일체로 성형된 것이다.

상기 후면부(10)는 가장자리에 경사면(4)과 중앙에 광 입사홈(8)이 횡방향 또는 종방향으로 형성된 것이다.

그리고 상기 경사면(4)의 외측면에는 미러코팅(5)을 행하여 외부로 산란되는 반사되도록 하여 배광영역으로 유도함으로써 불필요하게 낭비되는 광손실을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

상기 경사면(4)과 미러코팅(5)은 기본적으로 배광영역을 길게 하려는 방향의 좌,우에 각 1면씩을 형성하고 렌즈(30)의 크기와 용도에 따라 3면 또는 4면을 형성할 수 있다.

또한, 상시 후면부(10)의 중앙에 형성되는 광 입사홈(8)은 저면은 넓고 상부로 향하면서 점차적으로 직경이 좁아지는 하광협상으로, 이 광 입사홈(8)의 곡면부(8a)는 하부는 완만하고 상부로 향하면서 급격한 각도로 형성된 것이다.

상기 광 입사홈(8)은 도 3a내지 도 3c에 도시한 바와 같이, A1-B1-C1-D1의 중앙부위에 위치하며, A1-B1-C1-D1의 사각면으로부터 내측으로 완만한 오목형을 유지하다가 그 중앙부에서 A-B 방향으로 지름이 약 A1-B1/2이고, B-C 방향으로 지름이 약 B1-C1/3이며 깊이가 약 B1-C1/3인 급경사를 이루도록 형성한다.

상기 광 입사홈(8)에서 곡면부(8a)는 다수개의 LED 소자(50)로부터 사선으로 입사되는 빛을 B와 C방향인 렌즈(30)의 좌,우측 방향으로 굴절시킴으로써 1차로 렌즈(30)의 중앙부분으로 입사되는 다수의 광량을 좌,우로 분산시켜 균제도를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

그리고 A-B-B1-A1면과 C1-C-D-D1면은 중앙 쪽으로부터 B와 C방향으로 사선으로 차츰 더 오목한 경사면을 형성하고, 그 면에 미러코팅(5)을 하여 렌즈(30)의 후면으로부터 과굴절되거나 산란되는 빛을 반사하여 렌즈(30)의 전면을 통해 배광영역으로 유도되도록 한다.

한편, 전면부(20)는 중앙부분은 원만한 곡률을 이루는 함몰부(14)를 형성하고, 이 함몰부(14)의 좌,우측에 각각 융기부(18)를 형성한 것으로서, 이는 렌즈(30)의 중앙 부분으로 입사되는 광량을 분산하고, 렌즈(30)의 좌,우 방향으로 입사되는 광량을 집중시켜 배광영역의 균제도를 향상시키게 되는 것이다.

더욱이 함몰부(14)와 2개의 융기부(18)를 갖는 전면부(20)의 두께는 하측은 낮고 상측으로 향하면서 점차적으로 두껍게 하여 하측의 광량을 점진적으로 상측으로 산란시켜 배광영역의 균제도를 향상시킨 것이다.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 횡단면도 및 종단면도로, 렌즈 전면부에 눈부심 방지 구조층으로 잠자리눈 구조의 반사방지층(60) 또는 편광 여과 필름층(60)이 형성된 것을 나타낸다.

그리고 도 6은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈의 상세 구성도이고, 도 7a내지 도 7d는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈에 구성되는 패턴층의 상세 구성도이다.

상기 광 입사홈(8)으로 입사되는 빛의 집광 및 굴절을 위하여, 도 6 및 도 7a내지 도 7d에서와 같이 이격되는 라운드 형태, 연속되는 라운드 형태, 이격되는 프리즘 형태, 연속되는 프리즘 형태의 패턴이 상기 광 입사홈(8)의 표면 전체 또는 부분적으로 음각된다.

이와 같은 상기 패턴은 형성 깊이가 상기 광 입사홈(8)의 어느 한 지점을 중심으로 다른 지점으로 갈수록 깊어지거나 얕아지는 형태로 형성할 수 있는데, 패턴 형태 및 패턴 형성 깊이의 변화는 상기한 실시 예로 한정되지 않고 다르게 실시할 수 있음은 당연하다.

특히, 상기 패턴은 형성 깊이가 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖고 입사되는 광이 렌즈 전면부의 하부 방향으로 조사되도록 한다.

이와 같은 비대칭 형상은 도 7a내지 도 7d에서는 패턴의 중심부에서 좌측의 (가)(나)(다)(라) 방향으로 최저점이 형성되는 것을 나타내었으나, 이러한 최저점의 형성 지점은 상기한 실시 예로 한정되지 않고 다르게 실시할 수 있음은 당연하다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 렌즈(30)는, LED 소자(50)로부터 렌즈(30)를 구성하는 후면부(10)의 제1사면으로 입사된 빛이 1차로 굴절되고, 굴절된 빛이 렌즈(30)를 구성하는 전면부(20)의 제2사면에서 굴절되어 발산하는 각을 적용하여 등기구로부터 원거리의 상,좌,우측의 광도를 높여서 배광영역의 균제도를 향상시키고 광원과 가까운 측면에 반사면을 형성하여 광손실을 방지하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 눈부심 방지 구조층으로 사용되는 다층코팅박막기술을 이용한 AR 코팅층, 잠자리눈 구조의 반사방지층, 편광 여과 필름층에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 잠자리눈 구조의 반사방지층의 구성도이고, 도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 편광 여과 필름층의 일 예를 나타낸 구성도이다.

도 8은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 잠자리눈 구조의 반사방지층의 구성을 나타낸 것이다.

첫째, 본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈는 전면부의 표면에 눈부심 방지층의 다른 하나로, 다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 구성한다.

본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈는 전면부(20)의 표면에 반사방지층을 형성하여 눈부심을 방지하는데, AR 코팅층(Anti-Reflection coating) 또는 AG(Anti-Glare coating)층을 사용한다.

AR 코팅(Anti-reflection coating)은 직접 반사 자체의 반사율을 낮추는 것으로 굴절률이 서로 다른 두 층 이상의 박막으로 구성되어 있어서 각 박막의 경계면에서 반사되는 파장들이 서로 소멸간섭을 일으키도록 유도하여 반사방지를 하는 것이다.

이와 같은 AR 코팅(Anti-reflection coating)은 다층코팅박막기술이 사용되는데, 다층박막에서 발생하는 광학적 현상은 박막계면간의 빛의 다중반사 간섭의 결과로 나타나며, 박막의 두께와 굴절률의 변화에 따른 다양한 간섭효과를 이용하여 원하는 광학특성(파장에 대한 반사 및 투과특성)을 갖는 다층박막을 설계, 제작, 측정하는 것을 다층코팅박막 기술이라 한다.

다층코팅박막은 입사하는 빛의 광특성 변화에 따라 무반사코팅박막(AR), 고반사코팅박막, 장ㆍ단파장 투과박막, 대역 투과박막, 특수 코팅박막으로 분류한다.

AR 코팅 박막은 입사하는 빛의 반사를 최소화함으로써 투과손실을 최소화하거나 반사에 의한 눈부심을 줄이기 위한 기능을 갖는다.

AR 효과는 주로 평균 및 최저반사율, 반사파장 패턴 등의 광학물성으로 대표될 수 있는데 이러한 광학물성에 영향을 미치는 주요 인자는 고굴절 및 저굴절 재료의 굴절률, 박막 개수 및 각 층의 두께 등이다.

두 박막 간의 굴절률 차이가 클수록 반사율이 낮아지고 박막 두께에 따라 반사파장의 패턴이 이동하며 박막 개수가 증가할수록 가시광선의 전파장 영역에서 반사율이 일정하게 낮아지는 경향이 있다.

AR 효과를 크게 하기 위해서는 박막 개수를 늘이고 각 굴절률 차이를 크게 하여 평균 반사율을 최대한 낮추면 가장 이상적이지만 현실적으로는 공정 및 재료상의 제약을 고려할 때 사람의 시신경에 민감한 가시광선의 영역인 550 nm 부근에서 최저반사율을 나타내도록 박막 설계를 하는 것이 바람직하다.

둘째, AG 코팅(anti-glare coating)은 기재의 표면에 수십~수백 나노 미터 크기의 거칠기(roughness)를 갖도록 요철 형상을 부여함으로써 외부광의 산란을 유도하여 반사방지를 하는 것이다.

본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈는 전면부의 표면에 구성되는 눈부심 방지층으로, 나노 임프린트(nanoimprint)나 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층을 구성한다.

셋째, 본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈는 전면부의 표면에 눈부심 방지층의 다른 하나로, 우량 광선인 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 난반사 된 유해광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층을 접합하여 구성한다.

편광 여과 필름층은 도 9a에서와 같이, 이색성 물질을 염착시킨 PVA(Poly Vinyl Alcoho)필름(편광소자)을 중심으로 편광소자의 보호체의 역할을 하는 TAC(Tri-acetate cellulose) 필름이 편광소자의 양면으로 접합된 형태인 TAC-PVA-TAC의 3층 구조로 제조하여 사용할 수 있다.

TAC 필름의 표면에는 요구특성에 따라 산란, 경도 강화, 무반사, 저반사 등의 특성을 갖는 표면코팅 처리가 추가될 수 있다.

이와 같은 편광 여과 필름층은 PVA(Poly Vinyl Alcohol)필름을 연신(stretching)시켜 고분자 사슬을 연신 방향으로 배향시키고, 요오드와 이색성 염료용액에 담구어 요오드분자와 염료분자를 연신방향으로 나란하게 배열시키는 공정으로 제조한다.

요오드분자와 염료분자는 이색성을 가지기 때문에 편광판의 연신방향으로 진동하는 빛은 흡수하고, 수직방향으로 진동하는 빛은 투과한다.

이와 같은 편광 여과 필름층의 구조 및 제조 공정은 상기한 형태 및 방법으로 한정되지 않고 다르게 구현될 수 있음은 당연하다.

이와 같은 편광 여과 필름층이 렌즈 전면부의 표면에 접합 구성되면, 도 9b에서와 같이, LED 모듈로부터 조사된 수직광은 그대로 통과되어 조명에 사용되고, 눈부심을 발생하는 난반사, 이상 굴절 등에 의한 빛은 다시 렌즈 안쪽으로 반사되어 미러코팅(5)층에 의해 수직 광선으로 전환 반사되어 편광 여과 필름층을 통과하여 조명에 사용되도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈는 투과율이 높은 유리재료로 성형하며 그 표면에 초발수 코팅을 행하여 투광율이 더욱 향상되도록 하고, 약 100W급 이하의 LED 패키지는 하나의 렌즈로 모든 광량을 제어할 수 있을 정도의 크기로 하고 사각형 또는 사각형에 가까운 타원형의 모양을 갖도록 설계하는 것이다.

본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈는 다수개의 LED 소자(50)에서 방출되는 빛을 하나의 렌즈로 제어함으로써 한 차원 높은 균제도 향상을 가져올 수 있으며, 배광영역을 사각형태로 만들어 다수개의 렌즈를 사용하거나 다수개의 등기구를 거리를 두고 설치하는 경우 배광의 중첩 및 누락을 방지함으로써 에너지 절약 및 효율적인 배광을 이룰 수 있는 것이다.

또한 위 렌즈를 설계함에 있어서는 배광목적에 따라 광원의 크기, 광원에서의 광방출 방향별 광량, 광원과 렌즈와의 거리에 따른 변화값, 광원의 설치각에 따른 변화값 등을 종합하여 렌즈의 크기와 각 부분의 곡률을 변화시켜 최적의 배광효과를 얻도록 하여야 한다.

위 변화에 따라 배광영역의 넓이와 모양을 변경할 수 있고, 등기구의 설치각을 줄여 광원의 눈부심을 방지할 수 있으며, 배광영역의 경계 외곽으로 산란되는 빛을 차단하여 주거지역의 건물 및 농지의 경작물에 대한 빛 공해를 최소화할 수 있게 되는 것이다.

그리고 하나의 등기구로 일정 영역에 고출력의 빛을 집중시킬 필요가 있거나 하나의 렌즈로 배광 할 수 없는 매우 넓은 영역의 배광을 위해서는 LED 패키지를 그룹화하여 그에 대응하는 각각의 렌즈를 배광 목적에 맞는 형태로 장착하는 방법으로 그 목적을 달성할 수 있는 것이다.

이는 각각의 렌즈가 각기 다른 기능을 하도록 설치하는 것으로 하나의 등기구에 다수개의 렌즈를 배치하여 빛의 불필요한 중첩이 생기는 것과는 완전히 다른 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 구성은 다음과 같다.

도 10은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 전체 구성도이고, 도 11은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 가로등 모듈의 상세 구성도이다.

본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치는 도 10에서와 같이, PLC(Power Line Communication) 또는 중계기를 이용한 무선 통신에 의해 해당 지자체 등에서 가로등 통합 관리 서버를 통하여 광조사 각도 조절 및 광 밝기 조절을 수행할 수 있는 구성을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치는 도 11에서와 같이, 빛이 입사되는 오목 형상의 광 입사홈이 중앙에 형성되어 입사되는 빛을 1차 굴절시키는 후면부와, 정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 상기 정점부를 기준으로 하부 방향으로 조사되도록 하는 전면부와, 상기 전면부의 표면에 형성되어 눈부심을 발생하는 빛의 진행 경로 및 반사를 제어하는 눈부심 방지층을 갖는 렌즈(91)와, 상기 렌즈(91)의 후면부에 결합되어 빛을 조사하는 LED 패키지(92)와, 상기 렌즈(91)를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단(93)과, 상기 LED 패키지(92)의 출력을 조절하는 광 밝기 조절 수단(94)과, 외부의 가로등 통합 관리 서버로부터의 광 조사 각도 제어 및 광 밝기 제어 신호를 수신하는 통신 모듈(95)과, 통신 모듈(95)을 통하여 외부의 가로등 통합 관리 서버로부터의 광 조사 각도 제어 및 광 밝기 제어 신호를 수신하여 렌즈(91)의 조사 각도를 제어하고, LED 패키지(92)의 출력을 제어하는 제어 모듈(96)을 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치는 외부의 가로등 통합 관리 서버에서 무월광, 지자체 행사 기간, 시간(초저녁 행인을 위한 인도 집중 조사 또는 심야의 방범을 위한 원거리 조사)에 따라 렌즈를 상하 방향으로 구동하여 조사 범위를 제어하거나, LED 패키지의 출력을 제어하여 상황에 맞게 가로등을 제어할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치는 다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 눈부심 방지층으로 구성하거나, 렌즈 전면부에 나노 임프린트(nanoimprint)나 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층을 눈부심 방지층으로 구성하거나, 눈부심을 방지하기 위하여 우량 광선인 수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 난반사 된 유해광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층을 구성하여 난반사 및 비균일성 굴절에 의한 눈부심을 억제할 수 있도록 한 것이다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

4. 경사면 8. 광 입사홈
10. 후면부 14. 함몰부
18. 융기부 20. 전면부
30. 렌즈 60. 잠자리눈 구조의 반사방지층
70. 편광 여과 필름층

Claims

광원으로부터 조사되는 빛이 입사되는 오목 형상의 광 입사홈이 중앙에 형성되어 입사되는 빛을 1차 굴절시키는 후면부;
정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 상기 정점부를 기준으로 하부 방향으로 조사되도록 하는 전면부;
상기 전면부의 표면에 형성되어 눈부심을 발생하는 빛의 진행 경로 및 반사를 제어하는 눈부심 방지층;을 포함하고,
상기 전면부는, 정점부의 중앙 부분에 함몰부를 갖고 양측이 볼록 형태로 융기되는 형상인 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 눈부심 방지층은,
다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 눈부심 방지층으로 구성하거나,
나노 임프린트(nanoimprint) 공정 또는 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층이거나,
수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층인 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
삭제
제 1 항에 있어서, 렌즈의 전면부 및 후면부의 외표면에 형성되는 박막의 초발수 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 후면부의 측면에 2면 내지 4면의 경사면을 형성하고 그 표면에 산란광을 렌즈 중앙부로 반사시키기 위해 형성되는 미러 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 광 입사홈으로 입사되는 빛의 집광 및 굴절을 위하여, 이격되는 라운드 형태, 연속되는 라운드 형태, 이격되는 프리즘 형태, 연속되는 프리즘 형태의 패턴이 상기 광 입사홈의 표면 전체 또는 부분적으로 음각되는 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
제 6 항에 있어서, 상기 패턴은 형성 깊이가 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖고 입사되는 광이 렌즈 전면부의 하부 방향으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
빛이 입사되는 오목 형상의 광 입사홈이 중앙에 형성되어 입사되는 빛을 1차 굴절시키는 후면부와, 정점부의 중앙 부분에 함몰부를 갖고 양측이 볼록 형태로 융기되는 형상을 갖고 정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 상기 정점부를 기준으로 하부 방향으로 조사되도록 하는 전면부와, 상기 전면부의 표면에 형성되어 눈부심을 발생하는 빛의 진행 경로 및 반사를 제어하는 눈부심 방지층을 갖는 렌즈;
상기 렌즈의 후면부에 결합되어 빛을 조사하는 LED 패키지;
상기 렌즈를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단;
상기 LED 패키지의 출력을 조절하는 광 밝기 조절 수단;
외부의 가로등 통합 관리 서버로부터의 광 조사 각도 제어 및 광 밝기 제어 신호를 수신하는 통신 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 눈부심 방지층은,
다층코팅박막기술을 이용하여 렌즈 표면에 형성되는 AR 코팅층을 눈부심 방지층으로 구성하거나,
나노 임프린트(nanoimprint) 공정 또는 홀로그래픽 리소그라피(holographic lithography)를 통해 제조된 잠자리눈 구조의 반사방지층이거나,
수직광을 그대로 통과시키고, 눈에 피로를 주고 눈부심을 주는 광을 수직광으로 전환시키는 편광 여과 필름층인 것을 특징으로 하는 눈부심 방지 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치.