KR101464277B1 - 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 패키지가 결합되는 렌즈 후면부의 광입사 홈을 일정 각도 틀어지도록 구성하고, 광입사 홈의 표면에 빛을 균일하게 확산시키는 핫스팟 억제 영역을 구비한 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치에 관한 것으로, 렌즈의 중앙을 가로지르는 수평축에 중심축이 일정 각도 틀어지도록 렌즈의 후면부에 형성되는 LED 모듈 장착홈과, 상기 LED 모듈 장착홈 내에 렌즈의 수평축과 중심축이 일치되도록 형성되어 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되어 1차 굴절되도록 하는 오목 형상의 광 입사홈을 갖는 후면부;측면에서의 정점부가 돔 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 전면으로 조사되도록 하는 전면부;를 포함하는 것이다.

Description

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

본 발명은 가로등 장치에 관한 것으로, 구체적으로 LED 패키지가 결합되는 렌즈 후면부의 광입사 홈을 일정 각도 틀어지도록 구성하고, 광입사 홈의 표면에 빛을 균일하게 확산시키는 핫스팟 억제 영역을 구비한 틸트 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, LDE 모듈로부터 조사되는 광 입사면에서 어느 한 부분에 빛이 집중되어 발생하는 핫스팟 현상은 LED 광원을 조명용으로 사용하는데 큰 문제점으로 작용한다.

핫스팟은 광원으로 사용되는 LED의 발광부 근처 또는 복수 개의 LED의 사이가 주변보다 밝거나 어둡게 나타나는 현상으로 광 입사면의 구조에 따라 빛의 균일한 반사 및 확산, 굴절이 이루어지지 않는 경우에 심하게 나타난다.

일본특허등록 제418783호

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 가로등 및 조명 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, LED 패키지가 결합되는 렌즈 후면부의 광입사 홈을 일정 각도 틀어지도록 구성하여 광원으로부터 조사되는 빛이 렌즈 전면부로 배광되는 과정에서 광선의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 수 있도록 한 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 LED 패키지가 결합되는 렌즈 후면부의 광입사 홈을 일정 각도 틀어지도록 구성하고, 광입사 홈의 표면에 빛을 균일하게 확산시키는 핫스팟 억제 영역을 구비한 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 광 입사면에 형성되는 핫스팟 억제 영역의 형성 깊이가 어느 한 지점에서 다른 지점으로 갈수록 깊어지거나 형성 크기가 달라지도록 하여 광선의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 수 있도록 한 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 핫스팟 억제 영역이 형성된 부분은 저굴절율을 갖고 다른 부분은 고굴절율을 갖도록 하여 핫스팟 억제 영역의 형성 위치에 따라 빛의 진행 경로가 가 달라지도록 하여 휘도 균일성을 확보할 수 있도록 한 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 저굴절 매질(핫스팟 억제 영역)에서 고굴절 매질(핫스팟 억제 영역이 형성되지 않은 광 입사면)로 입사시에 빛이 법선 방향으로 입사되도록 하여 입사되는 빛이 핫스팟 발생 가능성이 높은 영역에서 빗겨나가게 하여 핫스팟을 억제할 수 있도록 한 틸트 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 틸트 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 틸트 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 틸트 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 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈는 렌즈의 중앙을 가로지르는 수평축에 중심축이 일정 각도 틀어지도록 렌즈의 후면부에 형성되는 LED 모듈 장착홈과, 상기 LED 모듈 장착홈 내에 렌즈의 수평축과 중심축이 일치되도록 형성되어 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되어 1차 굴절되도록 하는 오목 형상의 광 입사홈을 갖는 후면부;측면에서의 정점부가 돔 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 전면으로 조사되도록 하는 전면부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

그리고 상기 광 입사홈의 광 입사면으로 입사되는 빛을 확산시켜 핫스팟의 발생을 억제하기 위하여, 상기 광 입사홈의 광 입사면에 반구 형태 또는 타원 형태 또는 다각형의 홈 형상으로 형성되는 핫스팟 억제 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 핫스팟 억제 영역은, 핫스팟 억제 영역의 형성 깊이가 어느 한 지점에서 다른 지점으로 갈수록 깊어지거나 형성 크기가 달라지도록 하여 광선의 진행 방향에 변화를 주는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 핫스팟 억제 영역을 구성하는 홈의 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖도록 하여 핫스팟 억제와 동시에 입사되는 광이 렌즈 전면부의 특정 방향으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 광 입사홈의 광 입사면에서 전면부에 이르는 렌즈 내부 경로 상에 구형의 핫스팟 억제 영역들이 형성되는 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 특정 방향으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치는 렌즈의 중앙을 가로지르는 수평축에 중심축이 일정 각도 틀어지도록 렌즈의 후면부에 형성되는 LED 모듈 장착홈 및 상기 LED 모듈 장착홈 내에 렌즈의 수평축과 중심축이 일치되도록 형성되어 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되어 1차 굴절되도록 하는 오목 형상의 광 입사홈을 갖는 후면부와, 측면에서의 정점부가 돔 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 전면으로 조사되도록 하는 전면부를 갖는 렌즈;상기 렌즈의 후면부의 LED 모듈 장착홈에 결합되어 빛을 조사하는 LED 모듈;상기 렌즈를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단;상기 LED 모듈의 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.

여기서, 상기 렌즈의 광 입사홈의 광 입사면에 반구 형태 또는 타원 형태 또는 다각형의 홈 형상으로 형성되어 입사되는 빛을 확산시켜 핫스팟의 발생을 억제하는 핫스팟 억제 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

첫째, LED 패키지가 결합되는 렌즈 후면부의 광입사 홈을 일정 각도 틀어지도록 구성하여 광원으로부터 조사되는 빛이 렌즈 전면부로 배광되는 과정에서 광선의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 수 있다.

둘째, 광입사 홈의 표면에 핫스팟 억제 영역을 구비하여 빛을 균일하게 확산시킬 수 있다.

셋째, 광 입사면에 형성되는 핫스팟 억제 영역의 형성 깊이가 어느 한 지점에서 다른 지점으로 갈수록 깊어지거나 형성 크기가 달라지도록 하여 빛의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 수 있다.

넷째, 핫스팟 억제 영역이 형성된 부분은 저굴절율을 갖고 다른 부분은 고굴절율을 갖도록 하여 핫스팟 억제 영역의 형성 위치에 따라 빛의 진행 경로가 가 달라지도록 할 수 있다.

다섯째, 저굴절 매질(핫스팟 억제 영역)에서 고굴절 매질(핫스팟 억제 영역이 형성되지 않은 광 입사면)로 입사시에 빛이 법선 방향으로 입사되도록 하여 입사되는 빛이 핫스팟 발생 가능성이 높은 영역에서 빗겨나가게 하여 핫스팟을 억제할 수 있다.

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

일곱째, 중앙으로 발산되는 빛의 상당량을 상.좌,우 방향으로 굴절 및 집광하여 균제도를 향상시키고, 배광 영역 밖으로 산란되는 빛을 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있다.

여덟째, 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.

아홉째, 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 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 전면 사시도
도 2 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면도
도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 핫스팟 억제 영역을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈의 상세 구성도
도 5a내지 도 5d는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈에 구성되는 패턴층의 상세 구성도
도 6은 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 전체 구성도
도 7은 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 가로등 모듈의 상세 구성도

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

본 발명에 따른 틸트 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 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 전면 사시도이고, 도 2 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면도이다.

본 발명은 LED 패키지가 결합되는 렌즈 후면부의 광입사 홈을 일정 각도 틀어지도록 구성하고, 광입사 홈의 표면에 빛을 균일하게 확산시키는 핫스팟 억제 영역을 구비하여 광선의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 등기구용 복합 굴절 렌즈(10)는 렌즈(10)의 중앙을 가로지르는 수평축에 x축과 y축이 일정 각도 틀어지도록 일정 깊이를 갖고 렌즈(10)의 후면부에 형성되는 LED 모듈 장착홈(40)과, LED 모듈 장착홈(40) 내에 렌즈(10)의 수평축과 장축이 일치되도록 형성되어 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되어 1차 굴절되도록 하는 오목 형상의 광 입사홈(50)과, 측면에서의 정점부가 중앙을 기준으로 상측에 위치하는 비대칭 돔 형상 또는 대칭의 돔 형상으로 돌출 형성되어 상기 광 입사홈(50)으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 전면으로 조사되도록 하는 전면부(20)를 포함한다.

그리고 상기 전면부(20)는 정점부의 중앙 부분에 함몰부(22)를 갖고 양측이 볼록 형태로 융기되는 융기부(21a)(21b)를 갖는다.

그리고 렌즈(10)의 후면부는 내측에 LED 모듈 장착홈(40)을 갖는 측면부(31)와 측면부(31)의 양측으로 갈수록 얇아져 경사를 갖는 제 1,2, 경사 후면부(30a)(30b)를 포함한다.

그리고 광 입사홈(50)은 네모서리가 일정 곡률을 갖고 라운드진 정사각 또는 직사각 형태이고 중앙에 일정한 너비의 평평한 바닥면을 갖는 오목홈이거나, 세로 방향의 지름이 가로 방향의 지름보다 큰 타원 형상이고 전체가 곡률을 갖는 구형의 오목홈으로 형성한다.

도 2는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면 구조를 나타낸 것으로, LED 모듈(60)이 장착되는 LED 모듈 장착홈(40)이 렌즈(10)의 중심을 지나는 수평축과 일정 각도 틀어지도록 형성되어, LED 모듈(60)이 렌즈(10)와 광 입사홈(50)의 중심축과 어긋나도록 결합된다.

이는 LED 모듈(60)이 결합되는 렌즈(10) 후면부의 LED 모듈 장착홈(40)을 일정 각도 틀어지도록 구성하여 광원으로부터 조사되는 빛이 렌즈 전면부로 배광되는 과정에서 광선의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 수 있도록 하기 위한 것이다.

그리고 도시하지 않았지만, 렌즈의 전면부 및 후면부의 외표면에 박막의 초발수 코팅층을 더 형성할 수 있고, 상기 렌즈 후면부의 측면에 2면 내지 4면의 경사면을 형성하고 그 표면에 산란광을 렌즈 중앙부로 반사시키기 위해 형성되는 미러 코팅층을 더 형성할 수도 있다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈는 핫스팟 억제를 위한 구조로 LED 모듈의 틸트 결합 이외에 광입사 홈(50)의 입사면에 핫스팟 억제 영역을 형성한다.

도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 핫스팟 억제 영역을 나타낸 구성도이다.

도 3a는 LED 모듈 장착홈(40)의 중심축선 A-A'선에 일정 각도 틀어진 광입사 홈(50)의 중심축선 B-B'선을 따라 핫스팟 억제 영역(70)을 형성한 것이다.

그리고 도 3b는 광입사 홈(50)의 중심축선 B-B'선에 일정 각도 틀어진 LED 모듈 장착홈(40)의 중심축선 A-A'선을 따라 핫스팟 억제 영역(70)을 형성한 것이다.

이와 같은 핫스팟 억제 영역(70)은 도 3a와 도 3b에서와 같은 형태로 한정되는 것이 아니고, 광입사 홈(50)의 입사면에 다른 형태 및 다른 위치에 형성될 수 있음은 당연하다.

예를 들어, 도 3a와 도 3b에서는 반구 형태로 홈이 파여진 형태이지만, 타원 또는 다각형 홈으로 형성하거나, 중심축선을 따라 일렬로 형성하는 것이 아니고, 지그 재그 형태로 핫스팟 억제 영역(70)을 형성할 수 있음은 당연하다.

또한, 광 입사면에 형성되는 핫스팟 억제 영역의 형성 깊이가 어느 한 지점에서 다른 지점으로 갈수록 깊어지거나 형성 크기가 달라지도록 하여 광선의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

특히, 핫스팟 억제 영역(70)을 구성하는 반구 형태의 홈의 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖도록 하여 핫스팟 억제와 동시에 입사되는 광이 렌즈 전면부의 특정 방향으로 조사되도록 하는 것도 가능하다.

도 3c는 렌즈(10) 내부 즉, 광 입사홈(50)의 광 입사면에서 전면부(20)에 이르는 경로 상에 구형의 핫스팟 억제 영역(가)(나)이 형성되는 구조를 나타낸 것이다.

이와 같은 핫스팟 억제 영역(가)(나)의 제조는 렌즈(10)를 후면부와 전면부 두 영역으로 나누어 제조하고, 서로 대응하는 위치에 반구형의 홈을 형성한 후에 분리 제조된 후면부와 전면부를 접합하여 렌즈(10) 내부의 핫스팟 발생 영역에 구형의 핫스팟 억제 영역(가)(나)이 위치하도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 핫스팟 억제 영역에 의해, 저굴절 매질(핫스팟 억제 영역)에서 고굴절 매질(핫스팟 억제 영역이 형성되지 않은 광 입사면)로 입사시에 빛이 법선 방향으로 입사되도록 하여 입사되는 빛이 핫스팟 발생 가능성이 높은 영역에서 빗겨나가게 하여 핫스팟을 억제할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈는 광 입사홈으로 입사되는 빛의 집광 및 굴절을 위하여 다음과 같은 패턴을 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈의 상세 구성도이고, 도 5a내지 도 5d는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈의 후면부 광 입사홈에 구성되는 패턴층의 상세 구성도이다.

도 4 및 도 5a내지 도 5d에서와 같이 이격되는 라운드 형태, 연속되는 라운드 형태, 이격되는 프리즘 형태, 연속되는 프리즘 형태의 패턴이 상기 광 입사홈의 표면 전체 또는 부분적으로 음각된다.

이와 같은 상기 패턴은 형성 깊이가 상기 광 입사홈의 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 5a내지 도 5d에서는 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.

본 발명은 이와 같은 구성을 갖고, 중앙으로 발산되는 빛의 상당량을 상.좌,우 방향으로 굴절시켜 균제도를 향상시키고, 배광 영역 밖으로 산란되는 빛을 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

구체적으로 본 발명에서 제안하는 렌즈(10)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(10)는 도 1 및 도 2에서와 같이, 측면부(31) 및 제 1,2 경사 후면부(30a)(30b)를 갖는 후면부와, 함몰부(22)와 2개의 융기부(21a)(21b)를 갖는 전면부(20)가 일체로 성형된 것이다.

상기 후면부는 가장자리에 경사면과 중앙에 광 입사홈이 횡방향으로 길게 형성된 것이다.

그리고 상기 경사면의 외측면에는 미러코팅을 행하여 외부로 산란되는 반사되도록 하여 배광영역으로 유도함으로써 불필요하게 낭비되는 광손실을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 경사면과 미러코팅은 기본적으로 배광영역을 길게 하려는 방향의 좌,우에 각 1면씩을 형성하고 렌즈의 크기와 용도에 따라 3면 또는 4면을 형성할 수 있다.

또한, 상기 후면부의 중앙에 형성되는 광 입사홈(50)은 저면은 넓고 상부로 향하면서 점차적으로 직경이 좁아지는 하광협상으로, 이 광 입사홈(50)의 곡면부는 하부는 완만하고 상부로 향하면서 급격한 각도로 형성된 것이다.

한편, 전면부(20)는 중앙부분은 원만한 곡률을 이루는 함몰부(22)를 형성하고, 이 함몰부(22)의 좌,우측에 각각 융기부(21a)(21b)를 형성한 것으로, 이는 렌즈(10)의 중앙 부분으로 입사되는 광량을 분산하고, 렌즈(10)의 좌,우 방향으로 입사되는 광량을 집중시켜 배광영역의 균제도를 향상시키게 되는 것이다.

더욱이 함몰부(22)와 2개의 융기부(21a)(21b)를 갖는 전면부(20)의 두께는 하측은 낮고 상측으로 향하면서 점차적으로 두껍게 하는 비대칭 구조로 형성하여 하측의 광량을 점진적으로 상측으로 산란시켜 배광영역의 균제도를 높이는 것도 가능하다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 렌즈(10)는 LED 모듈(60)로부터 렌즈(10)를 구성하는 후면부의 제1사면으로 입사된 빛이 1차로 굴절되고, 굴절된 빛이 렌즈(10)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.

또 렌즈(10)의 바람직한 구성은 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.

이로 인해 렌즈(10)의 사용으로 인한 광손실이 감소되고 다수개의 LED 소자에서 방출되는 빛을 하나의 렌즈로 제어함으로써 한 차원 높은 균제도 향상을 가져올 수 있으며, 배광영역을 사각형태로 만들어 다수개의 렌즈를 사용하거나 다수개의 등기구를 거리를 두고 설치하는 경우의 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 구성을 갖는 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 구성은 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 전체 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치의 가로등 모듈의 상세 구성도이다.

본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치는 도 5에서와 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 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치는 도 6에서와 같이, 렌즈의 중앙을 가로지르는 수평축에 중심축이 일정 각도 틀어지도록 렌즈의 후면부에 형성되는 LED 모듈 장착홈과, 상기 LED 모듈 장착홈 내에 렌즈의 수평축과 중심축이 일치되도록 형성되어 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되어 1차 굴절되도록 하는 오목 형상의 광 입사홈을 갖는 후면부와, 측면에서의 정점부가 돔 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 전면으로 조사되도록 하는 전면부를 갖는 렌즈(91)와, 상기 렌즈(91)의 후면부에 결합되어 빛을 조사하는 LED 모듈(92)와, 상기 렌즈(91)를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단(93)과, 상기 LED 모듈(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 모듈(92)의 출력을 제어하는 제어 모듈(96)을 포함한다.

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

이와 같은 본 발명에 따른 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈 및 이를 갖는 가로등 장치는 LED 모듈이 결합되는 렌즈 후면부의 광입사 홈을 일정 각도 틀어지도록 구성하고, 광입사 홈의 표면에 빛을 균일하게 확산시키는 핫스팟 억제 영역을 구비하여 광선의 진행 방향에 변화를 주어 휘도 균일성을 확보할 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.

10. 렌즈 20. 전면부
21a.21b. 융기부 22. 함몰부
30a. 30b. 제 1,2 경사 후면부 40. LED 모듈 장착홈
50. 광 입사홈 60. LED 모듈

Claims (10)

1. 렌즈의 중앙을 가로지르는 수평축에 중심축이 일정 각도 틀어지도록 렌즈의 후면부에 형성되는 LED 모듈 장착홈과, 상기 LED 모듈 장착홈 내에 렌즈의 수평축과 중심축이 일치되도록 형성되어 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되어 1차 굴절되도록 하는 오목 형상의 광 입사홈을 갖는 후면부;
   측면에서의 정점부가 돔 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 전면으로 조사되도록 하는 전면부;
   광 입사홈의 광 입사면으로 입사되는 빛을 확산시켜 핫스팟의 발생을 억제하기 위하여 상기 광 입사홈의 광 입사면에 홈 형상으로 형성되는 핫스팟 억제 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전면부는,
   정점부의 중앙 부분에 함몰부를 갖고 양측이 볼록 형태로 융기되는 형상인 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 핫스팟 억제 영역은,
   상기 광 입사홈의 광 입사면에 반구 형태 또는 타원 형태 또는 다각형의 홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 핫스팟 억제 영역은,
   핫스팟 억제 영역의 형성 깊이가 어느 한 지점에서 다른 지점으로 갈수록 깊어지거나 형성 크기가 달라지도록 하여 광선의 진행 방향에 변화를 주는 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 핫스팟 억제 영역을 구성하는 홈의 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖도록 하여 핫스팟 억제와 동시에 입사되는 광이 렌즈 전면부의 특정 방향으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
6. 제 1 항에 있어서, 광 입사홈의 광 입사면에서 전면부에 이르는 렌즈 내부 경로 상에 구형의 핫스팟 억제 영역들이 형성되는 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
7. 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 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 패턴은 형성 깊이가 가장 깊은 최저점이 중앙을 기준으로 어느 한쪽으로 치우치는 비대칭 형상을 갖고 입사되는 광이 렌즈 전면부의 특정 방향으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈.
9. 렌즈의 중앙을 가로지르는 수평축에 중심축이 일정 각도 틀어지도록 렌즈의 후면부에 형성되는 LED 모듈 장착홈 및 상기 LED 모듈 장착홈 내에 렌즈의 수평축과 중심축이 일치되도록 형성되어 LED 광원으로부터 조사되는 빛이 입사되어 1차 굴절되도록 하는 오목 형상의 광 입사홈을 갖는 후면부와, 측면에서의 정점부가 돔 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 광 입사홈으로 입사된 빛을 2차 굴절시켜 전면으로 조사되도록 하는 전면부와, 광 입사홈의 광 입사면으로 입사되는 빛을 확산시켜 핫스팟의 발생을 억제하기 위하여 상기 광 입사홈의 광 입사면에 홈 형상으로 형성되는 핫스팟 억제 영역을 갖는 렌즈;
   상기 렌즈의 후면부의 LED 모듈 장착홈에 결합되어 빛을 조사하는 LED 모듈;
   상기 렌즈를 상하 방향으로 구동하여 광의 조사 각도를 조절하는 광 조사 각도 조절 수단;
   상기 LED 모듈의 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 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 핫스팟 억제 영역은,
    상기 광 입사홈의 광 입사면에 반구 형태 또는 타원 형태 또는 다각형의 홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 틸트 구조의 등기구용 복합 굴절 렌즈를 갖는 가로등 장치.
    

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