KR101574795B1 - 다중배열 조명장치 - Google Patents

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김만겸
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최민섭
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Abstract

다중배열 조명장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 다중배열 조명장치는: 복수의 광원이 수용되는 제1렌즈부 및 제1렌즈부의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원이 수용되며, 제1렌즈부의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중배열 조명장치{MULTIPLE ARRAY LIGHT DEVICE}
본 발명은 다중배열 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동축을 갖는 렌즈부가 배열되는 구조를 지니고, 광원의 온,오프에 의해 조명영역을 조절할 수 있는 다중배열 조명장치에 관한 것이다.
최근 LED(발광 다이오드) 소자를 이용한 조명이 각광 받고 있다. LED 조명은 전구나 형광등에 비하여 소비 전력이 매우 적으며, 또한 백열 전구와 같이 필라멘트 단락 등과 같은 현상이 없기 때문에, 수명은 통상 50,000 ~100,000 시간으로 알려져 있으며, 반영구적이라는 장점이 있다. 또한 대부분의 LED는 에폭시 패키징과 같은 소재로 몰딩되어 있기 때문에 충격에 강해 내구성 면에서 우수한 장점을 갖는다.
이런 LED 소자는 전술한 장점 이외에, 소자 자체로부터 방사되는 광의 방사각이 170°정도로 매우 넓고, 또한, 광축 중심부에서 조사되는 광에 비해 광축 외측으로 조사되는 광의 세기가 약하기 때문에, 실내 조명으로 사용하기 위해서는 광세기를 균일하게 조절하면서 이를 국부적인 영역으로 조사할 필요가 있다.
이를 해결하기 위해, LED 소자를 실내 조명 또는 특수 목적으로 사용하기 위해, LED 소자의 전방에 LED 소자로부터의 광을 균일하면서 효율적으로 조사하기 위한 각종 렌즈가 당업자에게 알려져 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 제2014-0124270호 (2014.10.24, 발명의 명칭 : 조명 렌즈 모듈)가 있다.
본 발명의 목적은 복수의 광원을 수용할 수 있어 밝은 조명을 구현할 수 있고, 동축을 갖는 렌즈부가 배열되는 구조와, 각 렌즈부의 광원의 온,오프에 의해 조명영역을 조절할 수 있는 다중배열 조명장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 다중배열 조명장치는: 복수의 광원이 수용되는 제1렌즈부 및 상기 제1렌즈부의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원이 수용되며, 상기 제1렌즈부의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부에 수용된 광원은 선택적으로 온, 오프되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1렌즈부에 의해 조명된 영역의 최대 조도를 I1, 상기 제n렌즈부에 의해 조명된 영역의 최대 조도를 In라 하면 다음식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
0.1≤In/I1≤0.6
또한, 상기 제1렌즈부의 광원에서 나온 빛 중 최대 조도를 가지는 빛과 광원의 중심축 사이 각도를 Φ1, 상기 제n렌즈부의 광원에서 나온 빛 중 최대 조도를 가지는 빛과 광원의 중심축 사이 각도를 Φn이라 하고, 상기 제1렌즈부의 최대조도 I1의 빛과 그와 이웃한 0.5I1의 빛이 이루는 각을 θ₁,상기 제1렌즈부의 배광각을 2θ₁, 상기 제n렌즈부의 최대조도 In의 빛과 그와 이웃한 0.5In 의 빛이 이루는 각을 θn, 상기 제1n렌즈부의 배광각을 2θn 이라 하면, 다음식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
0.2θ₁≤θn≤θ₁, Φn-0.2θn≤Φn+k ≤Φn+1.6θn (k≥1)
또한, 상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 각각 광원과 대면되는 입광면과, 상기 입광면의 양단에서 수직방향으로 연장되어 광원의 양측에 위치되는 입광측면과, 상기 입광측면으로부터 연장되어 상기 입광측면으로 입사된 빛을 반사시키는 전반사면 및 상기 입광면과 상기 전반사면에서 전달되는 빛을 외부로 출사하는 출사면을 포함하고, 광원의 중심축을 기준으로 상기 전반사면 상에 위치한 임의의 두점과의 거리는 D1,D2라 하고, 상기 중심축과 상기 전반사면의 D1,D2의 거리에 있는 접선과 이루는 각을 a1, a2라 했을때, D1≤D2 이면, a1≥a2 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 볼록한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 각각 광원의 중심축에 대해 비대칭 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 각각 광원 수량 변경 또는 광원 전류 제어에 의해 조도가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제n렌즈부는, 상기 제1렌즈부의 외측에 배치되는 제2렌즈부; 및 상기 제2렌즈부의 외측에 배치되는 제3렌즈부를 포함한다.
본 발명에 따른 다중배열 조명장치는 복수의 광원을 수용할 수 있어 밝은 조명을 구현할 수 있고, 각 렌즈부가 서로 다른 배광각을 지니고, 광원의 온, 오프에 의해 조명영역을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 각 렌즈부의 배광 특성 조건을 성립함으로써, 균등한 배광 분포를 지닐 수 있고, 밝은 밝기의 조명을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 렌즈부 구성을 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 조명영역을 보인 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 조명영역 조절을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 조도분도포를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 렌즈부 각도에 의한 배광특성을 보인 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 광원 온,오프에 의한 조도분포도를 보인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 광원 온,오프에 의한 배광곡선을 보인 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 배광조건의 비 성립의 경우를 보인 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 변형예를 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다중배열 조명장치의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 렌즈부 구성을 보인 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 조명영역을 보인 개념도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 조명영역 조절을 보인 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 조도분도포를 보인 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 렌즈부 각도에 의한 배광특성을 보인 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 광원 온,오프에 의한 조도분포도를 보인 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 광원 온,오프에 의한 배광곡선을 보인 도면이며, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 배광조건의 비 성립의 경우를 보인 도면이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치(100)는 복수의 광원(110)이 수용되는 제1렌즈부(120) 및 제1렌즈부(120)의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원(110)이 수용되며, 제1렌즈부(120)의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부(130)를 포함한다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제1렌즈부(120)는 링 형상으로 배열되고, 제1렌즈부(120)의 외측으로 이격되게 배치되는 제n렌즈부(130)는 제1렌즈부(120)보다 직경이 큰 링 형상으로 배열된다. 여기서, 제n렌즈부(130)는 제1렌즈부(120)에서 점진적으로 이격되게 형성되는 2,3,4...n번째 배열되는 렌즈부를 의미하는 것으로, 본 실시예에 따른 조명장치(100)는 동축을 갖는 링 형상의 렌즈부가 2개 이상 배열된 구조를 갖는다. 본 실시예에서는 제n렌즈부(130)가 제1렌즈부(120)의 외측에 배치되는 제2렌즈부(130)와, 제2렌즈부(130)의 외측에 배치되는 제3렌즈부(130)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다. 여기서 설명의 편의를 위해 제2렌즈부(130)와 제3렌즈부(130)는 동일한 도면부호로 인용을 하지만, 첨부된 도면 등을 보면 두 개의 렌즈부는 각각 이격되게 배치되어 있음을 알 수 있다. 또한 본 실시예에서 제n렌즈부(130)는, 제1렌즈부(120)의 외측에 배치되는 제2렌즈부(130)와, 제2렌즈부(130)의 외측에 배치되는 제3렌즈부(130)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 제3렌즈부(130)의 외측에 배치되는 제4, 제5, 제6렌즈부 등을 더 구비할 수도 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
이러한 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)는 일체로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)가 일체로 형성된 것으로 도시하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 각각의 링 형상으로 형성되는 개별 구조로 이루어질 수도 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
본 실시예에서 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)에 구비되는 복수의 광원(110)은 LED로 이루어진다. 광원(110) 또한, 제1렌즈부(120)와, 제n렌즈부(130)에 대응되도록 링 형상으로 복수개 배치된다. 이처럼 본 실시예에서는 제1렌즈부(120)와, 제n렌즈부(130)에 복수의 광원(110)이 수용될 수 있어 밝은 조명을 구현할 수 있다.
제1렌즈부(120)와, 제n렌즈부(130)의 형상을 살펴보면 다음과 같다. 도 3에서 도시된 바와 같이 제1렌즈부(120)와, 제n렌즈부(130)는 각각 광원(110)이 대면되는 입광면(142), 입광면(142)의 양단에서 수직방향으로 연장되어 광원(110)의 양측에 위치되는 입광측면(144)과, 입광측면(144)으로부터 연장되어 입광측면(144)으로 입사된 빛을 반사시키는 전반사면(146) 및 입광면(142)과 전반사면(146)에서 전달되는 빛을 외부로 출사하는 출사면(148)을 포함한다. 즉, 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)에는 광원(110)이 수용되는 수용홈부(140)가 형성된다. 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)의 수용홈부(140)는 각각의 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)에 일정 반경을 가지는 원주상으로 함몰되어 형성되어 링 형상을 가지며, 입광면(142)과 입광측면(144)을 형성한다.
제1렌즈부(120)와, 제n렌즈부(130)는 광투광성 수지 재질로 제조된다. 그 예로, 폴리카보네이트(polycarbonate), 아크릴(acryl) 등으로 이루어질 수 있다.
수용홈부(140)에 수용되는 광원(110)은 칩 형태로 수용되거나, 패키지 형태로 수용될 수 있다.
상기와 같은 구조를 지니는 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)의 광경로는 광원(110)에서 나온 빛이 입광면(142)을 통해 입사되어 내부로 안내된 후, 출사면(148)을 통해 외부로 출사된다. 동시에 입광측면(144)을 통해 입사된 빛은 내부로 안내되고, 전반사면(146)에서 전반사되어 출사면(148)을 통해 외부로 출사되는 광경로를 지닌다.
이때, 광원(110)의 중심축을 기준으로 전반사면 상에 위치한 임의의 두점과의 거리는 D1,D2라하고, 중심축과 전반사면(146)의 D1,D2의 거리에 있는 접선과 이루는 각을 a1,a2라 했을 때, D1≤D2 이면, a1≥a2를 만족하여야 한다. 이는 광원(110)에서 방출되는 빛 중 반경방향으로 치우쳐 방출되는 빛을 전반사면(146)에 의하여 전반사하여 집광하기 위한 조건이다.
전반사면(146)은 코팅 또는 별도의 부재를 이용하여 입광측면(144)에서 전달되는 빛을 반사시키도록 구비될 수 있으나, 빛을 전반사시키도록 광학적으로 설계된다.
제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)에 수용된 광원(110)은 선택적으로 온, 오프되어 다양한 조명영역을 지닐 수 있다. 즉, 도 4에서 도시된 바와 같이 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)는 각각의 조명영역을 지니며, 도 5에서 도시된 바와 같이 각 광원의 온, 오프에 의해 조명영역을 조절할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)는 각각 광원(110)의 수량 변경 또는 광원(110)의 전류 제어에 의해 조도가 조절될 수 있다. 즉, 각각의 렌즈부 광원(110)의 수량을 변경하거나 광원(110)의 전류를 제어함으로써, 각 렌즈부에 의해 조명된 영역의 최대 조도는 조절될 수 있다. 이때, 제1렌즈부(120)에 의해 조명된 영역의 최대 조도를 I1, 제n렌즈부(130)에 의해 조명된 영역의 최대 조도를 In라 하면 0.1≤In/I1≤0.6를 만족하여야 한다. 이는 균등한 배광분포를 형성하여 품질을 향상시키는 배광 특성 조건이다.
배광 특성 조건이 In/I1>0.6 일 경우, 즉, 배광조건을 벗어나게 되면, 도 10에 표시된 바와 같이 배광분포가 좌우로 치우치는 불균등한 배광 분포를 지니게 되어 품질이 저하되게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 조명장치(100)의 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)는 각각 다른 배광각을 지닐 수 있다. 도 7을 참조하면, 제1렌즈부(120)의 광원(110)에서 나온 빛 중 최대 조도를 가지는 빛과 광원(110)의 중심축 사이 각도를 Φ1, 제n렌즈부(130)의 광원(110)에서 나온 빛 중 최대 조도를 가지는 빛과 광원(110)의 중심축 사이 각도를 Φn이라 하고, 제1렌즈부(120)의 최대조도 I1의 빛과 그와 이웃한 0.5I1의 빛이 이루는 각을 θ₁, 제1렌즈부(120)의 배광각을 2θ₁, 제n렌즈부(130)의 최대조도 In의 빛과 그와 이웃한 0.5In 의 빛이 이루는 각을 θn, 제n렌즈부의 배광각을 2θn 이라 하면, 0.2θ₁≤θn≤θ₁, Φn-0.2θn≤Φn+k ≤Φn+1.6θn (k≥1)를 만족하여야 한다. 즉, 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)는 각각 광원(110)의 중심축에 대해 비대칭 형상으로 형성되고, 제1렌즈부(120)로부터 제n렌즈부(130)로 갈수록 각 제n렌즈부(130)가 외측방향으로 기울어지게 형성되어 각각 다른 배광각을 지닐 수 있으며, 상기한 조건을 만족함으로써, 균등한 배광 분포를 지닐 수 있다.
배광 특성 조건이 Φn=k ≤Φn+1.6θ1 일 경우, 도 11에 도시된 바와 같이 배광 분포가 올록볼록하여 품질이 저하된다.
또한, 배광 특성 조건이 θn>θ₁일 경우, 큰 각으로 출사된 빛의 증가로 인해 조명장치(100)의 밝기가 감소하고, 도 12에 표시된 바와 같이 90°에 접근할수록 빛은 바닥이 아닌 측면을 향하게 되어 눈에 직접 빛이 들어와 눈부심을 유발할 수 있다.
한편, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치의 변형예를 보인 도면이다. 도 13을 참조하면, 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)는 볼록한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 각각의 제1렌즈부(120)와 제n렌즈부(130)의 광원(110)이 수용되는 수용홈부(140)가 제거된 상태로 입광면과 출사면이 볼록하게 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 다중배열 조명장치에 의하면, 복수의 광원을 수용할 수 있어 밝은 조명을 구현할 수 있고, 각 렌즈부가 서로 다른 배광각을 지니고, 각 렌즈부 광원의 온, 오프에 의해 조명영역을 조절할 수 있다. 또한, 각 렌즈부의 배광 특성 조건을 성립함으로써, 균등한 배광 분포를 지닐 수 있고, 밝은 밝기의 조명을 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 다중배열 조명장치 110 : 광원
120 : 제1렌즈부 130 : 제n렌즈부
140 : 수용홈부 142 : 입광면
144 : 입광측면 146 : 전반사면
148 : 출사면

Claims (10)

  1. 복수의 광원이 수용되는 제1렌즈부 및 상기 제1렌즈부의 중심축을 동축으로 하고, 복수의 광원이 수용되며, 상기 제1렌즈부의 외측으로 이격되게 n번째 배열되는 제n렌즈부를 포함하고;
    상기 제1렌즈부의 광원에서 나온 빛 중 최대 조도를 가지는 빛과 광원의 중심축 사이 각도를 Φ1, 상기 제n렌즈부의 광원에서 나온 빛 중 초대 조도를 가지는 빛과 광원의 중심축 사이 각도를 Φn이라 하고, 상기 제1렌즈부의 최대조도 I1의 빛과 그와 이웃한 0.5I1의 빛이 이루는 각을 θ₁,상기 제1렌즈부의 배광각을 2θ₁, 상기 제n렌즈부의 최대조도 In의 빛과 그와 이웃한 0.5In 의 빛이 이루는 각을 θn, 상기 제n렌즈부의 배광각을 2θn 이라 하면, 다음식을 만족하는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
    0.2θ₁≤θn≤θ₁, Φn-0.2θn≤Φn+k ≤Φn+1.6θn (k≥1)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부에 수용된 광원은 선택적으로 온, 오프되는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부에 의해 조명된 영역의 최대 조도를 I1, 상기 제n렌즈부에 의해 조명된 영역의 최대 조도를 In라 하면 다음식을 만족하는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
    0.1≤In/I1≤0.6
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 각각 광원과 대면되는 입광면;
    상기 입광면의 양단에서 수직방향으로 연장되어 광원의 양측에 위치되는 입광측면;
    상기 입광측면으로부터 연장되어 상기 입광측면으로 입사된 빛을 반사시키는 전반사면; 및
    상기 입광면과 상기 전반사면에서 전달되는 빛을 외부로 출사하는 출사면을 포함하고;
    광원의 중심축을 기준으로 임의의 두점과의 거리는 D1,D2라 하고, 상기 중심축과 상기 전반사면의 D1,D2의 거리에 있는 접선과 이루는 각을 a1, a2라 했을때, D1≤D2 이면, a1≥a2 인 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 볼록한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 각각 광원의 중심축에 대해 비대칭 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부와 상기 제n렌즈부는 각각 광원 수량 변경 또는 광원 전류 제어에 의해 조도가 조절되는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
  10. 제 1항 내지 제 4항, 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제n렌즈부는,
    상기 제1렌즈부의 외측에 배치되는 제2렌즈부; 및
    상기 제2렌즈부의 외측에 배치되는 제3렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중배열 조명장치.
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