KR20100124804A - 배트윙 분배를 위한 광학 시스템 - Google Patents

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벤자민 에이. 제이콥슨
로버트 디. 젠젤바흐
쥬니어 니콜라스 더블유. 메덴도프
로렌스 로버츠
존 페리
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크리 인코포레이티드
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Abstract

방사 분배 시스템은 배트윙 분배를 생성하도록 설계된다. 방사 분배 시스템은 가시 스펙트럼 또는 다른 스펙트럼으로 방출하는 방사 소스와 함께 이용될 수 있다. 방사 분배 시스템은 예컨대 LED와 같은 방사 소스 위에 배치된 특수 형상의 렌즈를 포함한다. 렌즈 및 방사 소스는 2개의 반사기 몸체 사이에 배열되며, 반사기 몸체는 방사 소스를 바라보는 가늘고 긴 반사 표면을 갖는다. 각각의 반사기 몸체는 서로 떨어져 외측으로 바라보는 2개의 상이한 반사 표면을 갖는다. 렌즈 및 양자의 반사 표면은 방출된 방사선의 일부분의 방향을 변경하여 요구된 배트윙 분배를 생성한다. 공통 표면 상의 한 쌍의 반사기 몸체 사이에 여러 개의 방사 소스가 선형적으로 배열되어, 방사 소스의 선형 어레이를 형성한다. 마찬가지로, 2차원 어레이를 형성하기 위해 복수의 선형 어레이가 조합될 수도 있다. 2차원 구성에서, 방사 소스의 선형 어레이는 반사기 몸체의 양측면 상에 배치되어, 반사 표면 양자가 이용된다.

Description

배트윙 분배를 위한 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM FOR BATWING DISTRIBUTION}
본 발명은 배트윙 타입의 광분배 패턴을 발생하는 광학 시스템을 포함하는 방사 분배 시스템에 관한 것이다.
다수의 조명 응용장치는 광의 배트윙(batwing) 타입 분배를 발생하는 조명 기기를 필요로 한다. "배트윙"이라는 용어는 분배의 메인축에 평행한 방향을 따라서가 아닌 분배의 메인축에 대해 커다란 각도를 이루는 방향을 따라 광도(luminous intensity)가 더 크게 되는 광분배를 지칭한다. 배트윙 분배가 바람직하다는 것은 예컨대 대부분의 광이 도로에 평행한 방향으로 분배되어야 하는 도로 조명을 포함한 다수의 조명 응용장치에서 입증되고 있다.
도 1a는 IES(Illuminating Engineering Society)에 의해 이용되는 협약에서 명명된 다양한 타입의 도로 조명 패턴을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 5개의 일반적인 타입의 도로 조명이 있으며, Ⅰ타입 조명은 도로의 방향을 따른 2개의 방향으로의 직접 조명(도로가 단일 도로인 경우) 및/또는 Ⅰ타입-4방향 패턴에 의해 나타낸 바와 같이 십자 교차 지점에서의 직선 방향 패턴의 직접 조명이다. Ⅴ 타입 조명은 전체 교차로에 걸친 전체 방향 조명 패턴을 보여주고 있다. Ⅱ 타입 조명은 Ⅰ타입 조명과 유사하지만, 조명 기기가 조명될 영역의 중심에서 떨어져 위치된 지점 위에 장착된다. Ⅲ 타입 조명은 Ⅱ 타입 조명에 비해 정상적인 것으로부터 상이한 각도를 이루는 조명을 보여주고 있으며, 정상적인 것으로부터의 조명의 각도는 더 좁아지게 되어 더 적은 커버리지 면적을 반사한다. Ⅳ 타입 조명은 Ⅲ 타입 조명 또는 Ⅱ 타입 조명 중의 하나와 상이한, 즉 Ⅲ 타입 조명 또는 Ⅱ 타입 조명 중의 하나보다 작은 조명 면적을 생성하기 위해 정상적인 것으로부터 더 좁은 조명 각도를 갖는다.
도 1b는 조명 기기(100)에 의해 조명될 표면(102) 위에 높이 H로 탑재되는 공지의 일반적인 조명 기기(100)를 도시하고 있다. 메인축(104)이 조명 기기(100)에서 출발하여 평면 포함 표면(102)에 직각으로 연장한다. 표면 상의 광분배는 통상적으로 lumens/ft2으로 측정되는 조도(illuminance) I(x,y)로 표시된다. 조명 기기로부터 나오는 광의 분배는, 통상적으로 도 1b에 도시된 바와 같이 메인축에 대해 각도 Ø를 이루고, 또한 메인축을 포함하고 각도 θ로 지향되는 평면에 놓여지는 방향에서 측정된 광도 P(Ø,θ)로 표시된다. 조도와 광도는 다음과 같이 관련되며, 여기서 H는 피트이다:
(식 1)
Figure pct00001
다수의 응용에서, 대략적으로 직사각형 또는 타원형의 형상을 갖는 표면의 영역을 조명하는 것이 바람직하다. 도 1b에서, 타원형 영역(106)은 한쪽 방향(x축을 따른 방향)이 다른 한쪽 방향(y축을 따른 방향)보다 실질적으로 더 길다. 영역(106)의 외측에서는 조명이 최소 레벨로 떨어진다. 일부 응용(예컨대, 도 1a의 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 타입)에서, 영역(106)은 패턴의 x-방향에서의 메인축을 중심으로 실질적으로 대칭을 이루고, y-방향을 따라서는 대칭(Ⅰ 타입) 또는 비대칭(Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 타입)을 이룰 것이다. 조명 분배는 대략적으로 조도 대 축 I(x,0) 및 I(0,y)을 따른 위치 함수를 특징으로 하며, 2개의 축을 따른 광도는 다음과 같으며, 여기서 H는 표면 위의 소스의 위치(단위는 피트)이다:
(식 2)
Figure pct00002
Ø의 최대값이 20∼25°또는 그 미만인 응용장치에 대해서는, 1/cos3(Ø) 계수가 약 1.3 미만이고, 다수의 이러한 조명 응용장치가 종래의 시준기(collimator)를 이용하여 수용 가능한 균일성을 달성할 수 있다. 그러나, 다른 응용장치에 대해서는, 조도가 30°또는 그 이상의 Ø의 값까지 벗어나 균일하게 되는 것이 바람직하다. 이들 각도에서의 1/cos3(Ø) 계수는 Ø와 함께 급격하게 상승하여 조도 계수가 저하되기 전에 1보다 훨씬 큰 값에 도달한다. P(Ø)의 특징적인 배트윙 형상은 이들 응용장치에서는 실질적인 조도 균일성을 달성하기 위해 중요하다.
도 2는 소정의 수식에 따라 계산된, H = 25 ft에서 탑재된 일례의 도로 조명기구(luminaire)를 위한 분배를 보여주는 한 쌍의 그래프를 예시하고 있다. 도 2는 도 1의 x-방향으로 ±50 ft에 걸쳐서의 도면부호 "204"로 나타낸 균일 조도 I(x,0) 및 y-방향으로 -10 내지 +25 ft에 걸쳐서의 도면부호 "208"로 나타낸 균일 조도 I(0,y)를 보여주며, 각각의 조도는 이들 범위의 밖에서는 점차적으로 떨어진다. 도 2는 또한 대응하는 강도 분포(202, 206)를 보여주며, 이들 분포 모두가 배트윙 분배가 된다. 배트윙 분배 "202"는 영역(106)의 기다란 x-축을 따르고(예컨대, 거리 조명 응용장치에서는 도로를 따르고) 있으며, 배트윙 분배 "206"은 직각의 Y-축을 따르고 있다.
배트윙 조명기구는 통상적으로 완전 구체 분배로 방출하는 소형 소스인 백열 램프 및 방전 램프와 함께 사용하기 위한 용도로 종래 기술에 공지되어 있다. 이들 소스는 통상적으로 하나 또는 2개의 램프가 전체 조명 기기에 대해 요구된 광 전부를 공급할 수 있도록 하기에 충분한 정도로 강력하다. 이들 소스를 위한 배트윙 광학 시스템은 종래 기술에서 알 수 있는 바와 같이 통상적으로 비대칭 곡률, 면(facet) 또는 컷-오프 각도를 갖는 반사기를 이용한다. 렌즈는 덜 일반적이기는 하지만 특히 프레즈넬 렌즈 또는 렌티큘러 렌즈(lenticular lense)가 널리 알려져 있다. 이들 종래 기술의 시스템은 백열 램프 및 방전 램프에 대해 적합화되어 있다.
근래, 발광 다이오드(LED)가 다수의 조명 응용장치에서 더욱 일반화되고 있다. 백열 램프 및 방전 램프용으로 이용되는 배트윙 광학 시스템은 LED와 함께 사용하도록 설계되지 않는다. LED는 통상적으로 대형의 전체 면적을 갖는 어레이로 배열된다. LED는 또한 전방쪽의 반구형으로만 방출하고, 완전 구체 패턴으로 방출하지는 못한다.
이러한 방출 특성을 갖는 광원 및 구체적으로 LED 용으로 적합화된 향상된 배트윙 광학 시스템을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방사 분배 시스템의 일실시예는 이하의 요소를 포함한다. 렌즈가 탑재 표면 상에 배치된다. 이 렌즈는 양측면으로부터 테이퍼되는 중앙 영역을 갖는 중간부 및 이 중간부의 각각의 측면 상에 하나씩 2개의 라운드 처리된 단부(rounded end section)를 포함하는 유전체 표면을 갖는다. 하나 이상의 가늘고 긴 반사 표면이 렌즈의 외측에서 렌즈에 근접하여 배치된다.
본 발명에 따른 발광 다이오드(LED) 어레이의 일실시예는 이하의 구성요소를 포함한다. 각각의 LED가 적어도 부분적으로 렌즈에 의해 덮여지는 복수의 LED가 포함된다. 복수의 반사기 몸체의 각각은 반사기 몸체의 길이를 따라 연장하는 2개의 반사 표면을 갖는다. 반사 표면은 서로 떨어져 외측을 향한다. LED는 어떠한 2개의 반사기 몸체의 사이에 배치되어, LED로부터 방출된 광의 일부분이 LED를 향하고 있는 반사 표면과 상호작용하도록 한다.
본 발명에 따른 크기 조정 가능한 광원(scalable light source)의 일실시예는 이하의 구성요소를 포함한다. 복수의 선형 광원 서브-어레이가 2차원 어레이를 형성하도록 배열된다. 각각의 렌즈가 각각의 광원과 상호작용하도록 배치되는 복수의 렌즈가 포함된다. 각각의 반사기 몸체가 각각의 선형 광원 서브-어레이의 더 긴쪽 측면의 각각의 위에 위치되는 복수의 반사기 몸체가 포함된다. 반사기 몸체는 서로 떨어져 향하고 있는 2개의 가늘고 긴 반사 표면을 포함한다. 렌즈 및 반사 표면은 광원으로부터 방출된 광과 상호작용하여 조도가 배트윙 분배를 갖도록 설계된다.
본 발명에 따른 광분배 패턴을 생성하기 위한 하나의 방법은 이하의 단계를 포함한다. 광원이 제공되며, 광원으로부터 방출된 광은 실질적으로 광원을 둘러싸고 있는 렌즈에 의해 최초로 다른 방향으로 지향된다. 광의 일부분이 광원의 각각의 측면 상에 하나씩 배치된 2개의 반사 표면에 의해 두 번째로 다른 방향으로 지향된다. 방출된 광은 배트윙 패턴으로 분배된다.
도 1a는 IES(Illuminating Engineering Society)에 의해 이용되는 협약에서 명명된 일부의 일반적인 도로 조명 패턴을 도시하고 있는 일련의 도면이다.
도 1b는 종래 기술에 공지된 일반적인 조명 기기를 광분배를 설명하기 위한 일반적인 좌표 시스템과 함께 도시하고 있는 사시도이다.
도 2는 도 1의 공지의 조명 기기의 광분배에 관련한 양자의 축방향에서의 거리를 함수로 하는 조도 및 광도에 대한 2개의 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 방사 분배 시스템의 실시예의 3차원 사시도이다.
도 4는 렌즈 및 광원의 실시예의 횡단면도이다.
도 5는 렌즈 및 광원의 실시예의 횡단면도이다.
도 6은 방사 분배 시스템의 실시예의 횡단면도이다.
도 7은 방사 분배 시스템의 실시예에 관련한 양자의 축방향 거리를 함수로 하는 조도를 보여주는 2개의 그래프이다.
도 8은 렌즈 및 광원의 실시예의 횡단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 렌즈의 실시예의 사시도이고, 도 9c는 렌즈의 실시예의 횡단면도이다.
도 10a는 방사 분배 시스템의 실시예의 사시도이고, 도 10b는 방사 분배 시스템의 실시예의 횡단면도이다.
도 11은 방사 분배 시스템의 실시예의 횡단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 렌즈 및 광원의 선형 어레이의 실시예의 사시도이다.
도 13a는 방사 분배 시스템의 실시예의 사시도이고, 도 13b는 방사 분배 시스템의 실시예의 분해도이다.
도 14a는 방사 분배 시스템의 실시예의 사시도이고, 도 14b는 방사 분배 시스템의 실시예의 횡단면도이다.
도 15a는 방사 분배 시스템의 실시예의 사시도이고, 도 15b는 방사 분배 시스템의 실시예의 평면도이다.
청구되는 바와 같은 본 발명의 실시예는 광도의 배트윙 분배를 발생하는 방사 분배 시스템을 제공한다. 이 방사 분배 시스템은 LED 및 LED 어레이와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 광원을 실질적으로 싸고 있는 특수 형상의 렌즈 아래에 하나 이상의 광원이 위치된다. 렌즈의 형상은 더 긴 방향(즉, x-방향)을 따라 슬라이스된 반부 형태의 땅콩 껍질과 유사하다. 하나 이상의 가늘고 긴 반사 표면이 렌즈에 인접하여 위치되고, 또한 렌즈의 중앙을 통해 더 긴 방향으로 연장하는 축에 평행하게 위치된다. 일실시예에서, 이러한 2개의 가늘고 긴 반사 표면은 렌즈의 반대측에 서로를 마주보고 배치된다.
광원으로부터 방출된 광은 먼저 덮개 렌즈와 상호작용하게 된다. 이 렌즈는 광학적으로 투광성을 갖는 유전체 재료로 구성된다. 렌즈와 주변 재료의 경계에 의해 형성된 유전체 계면은 광선의 방향을 변경하여, 광에게 x-방향으로의 제1 배트윙 분배를 제공한다. 광은 렌즈를 빠져나오게 되고, 그 광의 일부분이 반사 표면과 상호작용하게 된다. 반사 표면은 입사광의 방향을 변경하고, 입사광을 x-방향에 직교하는 방향(즉, y-방향)으로의 제2 배트윙 분배의 형태로 되도록 한다. 그 결과의 2-차원 배트윙 분배는 노상 거리 조명, 사무용 조명(low-bay lights), 및 건축 조명 기기 등과 같은 여러 가지의 응용을 갖는다. 일실시예에서, 배트윙 분배는 Ⅱ 타입 도로 조명 패턴에 맞도록 조정될 수 있다.
층, 영역 또는 표면과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있는 것으로 지칭될 때에는, 다른 요소 바로 위에 있을 수도 있고 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다. 또한, "내측", "외측", "상위", "하위", "밑" 및 "아래"와 같은 상대적인 표현과 그 유사 표현은 본 명세서에서는 다른 요소에 대한 어느 하나의 요소의 관계를 기술하기 위해 이용될 수 있다. 이들 표현은 도면에 묘사된 방위 외에 장치의 상이한 방위를 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
각종, 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 본 명세서에서는 제1, 제2 등의 표현이 이용될 수도 있지만, 이들 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분은 이들 표현에 의해 제한되지 않아야 한다. 이들 표현은 단지 하나의 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분을 다른 것들과 구분하기 위해 이용된 것이다. 그러므로, 이하에서 설명되는 제1 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 교시에서 벗어나지 않고서도 제2 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분으로 지칭될 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 개략적으로 예시하는 횡단면도를 참조하여 설명된다. 그러므로, 예컨대 제조 기술 및/또는 허용오차의 결과에 따라 예시된 형상의 변형예가 가능하다. 본 발명의 실시예는 본 명세서에 예시된 특정 형상의 영역으로 제한되는 것으로서 해석되지 않아야 하고, 예컨대 제조에 기인한 형상의 변형을 포함한다. 그러므로, 도면에 예시된 영역은 본질적으로 개요를 나타내는 것이며, 이들의 형상은 그렇지 않은 경우를 명시하여 설명하고 있지 않은 경우에는 장치의 영역의 정밀한 형상을 예시하는 것이 아니며, 또한 본 발명의 사상을 제한하고자 하는 것도 아니다.
도 3a 및 도 3b는 방사 분배 시스템(300)의 실시예를 도시하고 있는 3차원 사시도이다. 도 3b는 시스템의 요소와 상호작용할 때의 방출광의 동작을 모델링하는 광선 트레이스(ray trace)를 포함한다. 도 3a에서는 시스템이 명확하게 보여질 수 있도록 광선이 생략되어 있다. 이 특정 실시예는 렌즈(302) 및 렌즈(302)의 반대쪽 양측면 상에서 서로 마주보고 있는 2개의 가늘고 긴 반사 표면(304, 306)을 포함한다. 렌즈(302)의 아래에는 방사 소스(308)(도 3a의 도면에서는 가려져 있음)가 위치된다. 방사 소스(308)로부터 방출된 방사선은 렌즈(302) 및 가늘고 긴 방사 표면(304, 306)과 상호작용하여 배트윙 분배를 생성한다.
방사 소스(308)는 표면(도 3a 및 도 3b에 도시되지 않음) 상에 배치된다. 이 표면으로는 예컨대 인쇄 회로 기판(PCB)이 가능하다. PCB는 방사 소스(308)가 외부 전원 공급장치를 이용하여 종래 방식으로 바이어스되도록 한다. 일실시예에서, 방사 소스(308)는 가시 스펙트럼(대략 350∼850㎚)의 방사선을 방출하는 LED(또는 복수의 LED)를 포함한다. 예컨대 적외선 방출기 또는 자외선 방출기와 같은 다른 소스가 이용될 수도 있다. 일부 경우에는, 출력을 증가시키고 특정 출력 프로파일을 달성하기 위해 복수의 방사 소스를 사용하는 것이 이로울 수도 있다. 예컨대, 여러 가지의 상이한 색상의 광을 출력할 수 있는 RGB 소스를 생성하기 위해 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED가 이용될 수도 있다.
방사 소스(308)는 렌즈(302)에 의해 거의 완전히 감싸여 진다. 렌즈(302)는 투광성 유전체 재료로 구성되며, 이 재료는 투명 또는 반투명 재료이어도 된다. 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA 또는 흔히 아크릴 제품)이 이용 가능한 재료이지만, 다수의 다른 재료를 이용할 수도 있다. 렌즈(302)는 주조 또는 기계 가공과 같은 공지의 기술에 의해 성형될 수 있는 배출 표면(310)을 갖는다. 이 특정 실시예에서, 배출 표면(310)은 중간부(312)와, 미러-이미지 대칭을 갖는 2개의 단부(316)를 갖는다. 실제로, 전체 렌즈(302)는 길이 방향의 (x-z) 축 평면 및 횡방향의 (y-z) 축 평면 양자를 중심으로 대칭을 이루기 때문에 미러-이미지 대칭을 갖는다. 이들 2개의 축 평면은 도 3a에 도시되어 있다. 길이 방향 x-축은 길이 방향 평면 내에 놓여져 있다. 중간부(312)는 양측면으로부터 테이퍼되어 단부(316)의 인접 부분보다 폭이 더 좁게 되는 중앙 영역(314)을 갖는다. 본 특정 실시예에서, 중간부(312)는 길이 방향과 횡방향의 대칭 평면의 교차점에(즉, 중앙 영역(314)에) 있는 표면(310) 상에 새들 포인트(saddle-point)를 갖는다. 단부(316)는 도시된 바와 같이 라운드 처리된다. 배트윙 분배 패턴에 맞도록 정정하기 위해 도 3a 및 도 3b에 도시된 표면 윤곽의 특정 치수로부터의 다수의 상이한 변형이 이용될 수도 있다.
배출 표면(310)은 렌즈를 둘러싸는 재료(즉, 주변 분위기)와 유전성 계면을 형성한다. 주변 재료는 공기 또는 물과 같은 렌즈(302)를 둘러싸는 어떠한 재료도 가능하다. 배트윙 분배의 치수는 부분적으로는 렌즈 재료와 주변 재료 간의 굴절율차에 의해 결정된다. 더 큰 굴절율차에 대해서는, 광이 렌즈(302)로부터 주변 재료 내로 통과할 때에 더욱 급격하게 반사될 것이다.
광이 렌즈(302)를 빠져나온 후, 광의 일부분은 차단되지 않고 방출광으로서 지속적으로 유지된다. 횡방향으로 더 큰 각도로(즉, 측면의 외측으로) 렌즈(302)를 빠져나오는 광의 일부분은 반사 표면(304, 306)과 상호작용한다. 반사 표면(304, 306)에 입사하는 광은 도 3b에 도시된 바와 같이 길이 방향 축 평면을 향하는 각도로 방향이 변경된다.
반사 표면(304, 306)은 방사 소스(308)로부터 방출되는 파장의 범위에 걸쳐 높은 정반사율을 갖도록 생성되거나 형성될 수 있는 어떠한 재료를 이용하여 제조되어도 된다. 일부 수용 가능한 재료 및 제조 기술은 추출 알루미늄, 기계 가공 알루미늄, 성형 알루미늄 시트 금속, 추출 폴리머, 사출 성형 폴리머, 주조 알루미늄, 주조 아연 및 성형 세라믹을 포함한다. 가시 스펙트럼에서의 반사율을 증가시키기 위해, 반사 표면(304, 306)은 폴리싱될 수 있으며, 또한 반사율뿐만 아니라 내구성(durability)을 위해 코팅될 수도 있다. 일부 대표적인 코팅 공정은 알루미늄 또는 은의 진공 증착, 알루미늄 또는 은의 화학적 또는 전기적 플레이팅, 및 다층 유전체 코팅의 진공 증착을 포함한다. 통상적으로, 반사 코팅은 투명 폴리머, SiO, SiO2, 또는 알루미늄 어노다이징 처리 층(aluminum anodization layer)과 같은 보호성 상층(protective overlayer)을 포함한다. 높은 열전도율을 갖는 재료를 이용하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 재료는 생성된 열을 방사 소스(308)로부터 멀리 소산시켜 방사 소스의 효율 및 수명을 증가시키는 것에 도움을 줄 것이다.
도 4는 방사 분배 시스템(400)의 길이 방향 대칭 평면에서의 횡단면도를 예시하고 있다. 방사 소스(402)는 유전성 인캡슐런트(dielectric encapsulant)(404)에 의해 감싸여 진다. 방사 소스가 LED인 경우, 인캡슐런트는 방출광의 양을 향상시키고 습도, 기계적 접촉 등으로부터 방사 소스를 물리적으로 보호하기 위해 이용될 것이다. 본 실시예에서, 인캡슐런트(404)는 사이에 공기 갭이 없이 렌즈(406)와 접촉하고 있다. 렌즈(406)는 인캡슐런트(404) 상에 직접 형성함으로써 제조될 수 있는 것으로, 예컨대 실리콘 또는 에폭시와 같은 재료를 이용하여 인캡슐런트(404)의 일부로서 사출 성형 또는 주조될 수 있다. 이와 달리, 렌즈(406)는 인캡슐런트(404)와 동일하거나 상이한 재료를 이용하여 별도로 형성되어 접착제로 인캡슐런트(404)에 부착될 수도 있다. 본 특정 실시예에서, 렌즈(406)는 가장 좁은 지점에 중앙 영역(410)을 갖는 중간부(408)와, 2개의 라운드 처리된 단부(412)를 갖는다.
도 5는 일례의 렌즈 프로파일(500)의 횡단면를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 렌즈 출력 표면은 길이 방향 축 평면에 평행한 회전 대칭축(504)을 중심으로 프로파일(500)을 부분적으로 회전시킴으로써 형성된 선회 표면(surface of revolution)이다. 렌즈 프로파일은 조도 함수 I(x,0)로부터 계산되는 길이 방향 광도 함수 Px(Ø)를 이용하여 설계된다. 예컨대, 조명기구가 25 피트로 탑재되어, x = ± 50 ft에 걸쳐 균일한 조도를 제공하고, 조도가 다음 10 피트에 걸쳐 선형적으로 0로 떨어지는 것으로 가정하면, 다음과 같다:
(식 3)
Figure pct00003
그 후, 식 3에 따라 광도 Px(Ø)를 계산한다. 중앙 영역(-50 ft 내지 +50 ft)에서는 다음과 같이 된다:
(식 4)
Figure pct00004
Px(Ø)는 균일한 조도의 영역의 에지 부근, 즉 Ø=arctan(50/25)=63.4°에 대응하는 x = 50 ft에서 피크에 도달한다는 것에 유의하기 바란다. 이 지점에서, 1/cos3(Ø) 계수는 10보다 크다. 즉, 63.4°에서의 광도가 0°에서의 광도보다 10배보다 크다.
렌즈 프로파일(500)은 회전 대칭축(504) 상에 또는 부근에 위치된 방사 소스(502)를 가정함으로써 Px(Ø)로부터 계산될 수 있다. 도 5는 프로파일(500) 및 일부의 예시 광선을 도시하고 있다. 렌즈 프로파일(500)은 소스 파워 분배 Psource(θsource)를 출력 분배 Px(Ø)로 맵핑한다. 일반적으로는, 낮은 값의 θsource를 갖는 소스로부터 방출된 광선(예컨대, 광선 506)은 더 낮은 값의 Ø로 맵핑되고, 더 큰 각도의 소스 광선(예컨대, 광선 508)은 더 큰 값의 Ø로 맵핑된다. 더 큰 각도에서 훨씬 더 높은 광도를 제공하기 위해, 렌즈는 작은 각도에서 강도를 감소시키고, 큰 각도에서 강도를 증가시킨다. 오목한 중심부(510)는 작은 각도의 광선을 발산시키고, 볼록한 외곽부(512)는 큰 각도의 광선을 수렴시킨다. 프로파일은 최대 소스 집중 각도 θmax에서 종료한다.
다양한 수단에 의해 상세한 프로파일이 계산될 수 있다. 예컨대, 프로파일은 광원 상에 중심이 맞춰진 극좌표에서의 다항식으로서 표현될 수 있으며, 다항식에서의 항들은 몬테 카를로 레이-트레이싱 시뮬레이션(Monte Carlo ray-tracing simulation)을 이용하여 최적화될 수 있다. 이와 달리, 각도 출력 함수 Ø(θsource)의 항에서 각각의 소스 광선 각도 θsource에 대한 요구된 출력 각도 Ø를 특정할 수 있다. 점 소스(point source)에 대해서는, 이러한 광선 각도 사양으로부터 요구된 프로파일을 용이하게 계산하기 위한 다양한 공지의 방법이 있다. 프로파일은 이들 수단의 어떠한 것에 의해서도 계산될 수 있으며, 그 결과의 광학 시스템 성능은 현실적인 연장된 소스(간략화된 점 소스가 아닌)를 이용한 몬테 카를로 레이-트레이싱에 의해 시뮬레이션될 수 있으며, 새롭고 보상된 각도 함수 Ø(θsource)가 시뮬레이션에서 관측된 비균일성을 정정하기 위해 생성될 수 있다. 예컨대, 식 4를 이용하여 일례의 프로파일(500)을 계산함에 있어서, 프로파일을 먼저 점 소스를 이용하여 계산할 때에는, 그 결과의 광학 시스템 출력은 Ø=0에서 너무 큰 광도를 나타내었다. 이 작용은 더 큰 각도에서 더 높은 조도를 지정하는 다음의 2차 보정항(quadratic correction term)으로 중앙 영역에 대한 새로운 특정된 조도 함수를 이용하여 프로파일을 재계산함으로써 보상된다:
(식 5)
Figure pct00005
계수 a를 경험적으로 최적화함으로써 수용 가능한 성능을 얻을 수 있는 것으로 판명되었으며, 이 계수는 전반적으로 1.5 내지 5의 범위에 있다. 이러한 보상 방법은 2차 함수 이외의 함수 형태를 이용하여, 예컨대 복수의 조정 가능한 보상 파라미터를 구성하는 계수를 갖는 더 높은 차수의 다항식을 이용하여 적용될 수 있다. 이 방법은 또한 예컨대 프레즈넬 반사(Fresnel reflection)와 같은 다양한 작용을 보상할 수 있다. "a" 또는 어떠한 다른 보상 파라미터의 최적 범위는 보상되는 작용, 조명되는 영역의 크기, 및 기타 요인에 따라 변화될 것이다.
도 6은 방사 분배 시스템(600)의 횡단면도를 도시하고 있다. 방사 분배 시스템(600)은 광원(612)을 통과하거나 또는 적어도 광원(612) 부근에 있는 길이 방향 축을 중심으로 하는 회전의 표면인 출력 표면을 갖는 렌즈(606)를 포함한다. 반사기 프로파일(602, 604)은 요구된 횡방향 조도 I(0,y)에 좌우된다. 렌즈 계산과 유사하게, 조명될 영역 내측에서의 횡방향 축 평면에서의 요구된 광도는 이하에 의해 계산된다:
(식 6)
Figure pct00006
그러나, 프로파일을 계산하는 방법은 상이하다. 방사 분배 시스템(600)의 횡단면은 렌즈(606)의 횡방향 대칭 평면으로 도시되며, 일부 샘플 광선의 이 평면에서의 투영 각도와 함께 도시되어 있다. 반사기 602는 θ1 내지 θ2 범위의 투영 각도를 갖는 소스 광선을 인터셉트하고, 반사기 604는 θ3 내지 θ4 범위의 투영 각도를 갖는 소스 광선을 인터셉트한다. θ2 내지 θ3의 투영 각도를 갖는 소스 광선은 반사기에 의해 조절되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 이 설계는 조절되지 않은 광을 보상하여야 한다. 렌즈 출력 분배 Py는 조절되지 않은 비율 Punc(반사기에 입사되지 않음)과 조절된 비율 Pcont(반사기에 입사됨)의 합이며, 다음과 같이 주어진다:
(식 7)
Figure pct00007
렌즈 표면이 소스를 통과하는 축을 중심으로 회전 대칭이기 때문에, 축에 대해 직각을 이루는 평면에 투영되는 실제 소스(612)에 또는 그 부근에 위치된 가상의 점 소스로부터의 광선 각도는 굴절 동안에 변경되지 않는다. 광원(612)과 같은 연장된 소스에 대해, 편차가 작다면(즉, 소스가 축 주변의 렌즈 표면의 곡률 반경보다 실질적으로 작은 한), 소스는 여전히 점 소스로서 근사될 수 있다. 이 경우, 반사기에 의해 조절되지 않은 출력 광 투영 분배(Punc)는 대략적으로 θ2 내지 θ3 사이의 각도 Ø에 대해 투영 소스 분배 Psource가 된다. 이것은 반사기의 요구된 출력이 다음과 같이 근사될 수 있다는 것을 의미한다:
(식 8)
Figure pct00008
그 후, 소스 투영 각도 θ1 내지 θ2를 출력 분배 Pcont(Ø)의 특정 부분으로 맵핑하기 위해 반사 프로파일(602)이 계산된다. 마찬가지로, 소스 투영 각도 θ3 내지 θ4를 출력 분배 Pcont(Ø)의 특정 부분으로 맵핑하기 위해 반사 프로파일(604)이 계산된다. 구체적인 계산 방법은 소스 각도를 요구된 Px(Ø)로 맵핑하는 렌즈 프로파일을 계산하기 위해 앞에서 설명한 방법과 유사하다.
광 분배 I(0,y) 및 반사기 프로파일(602, 604)의 특정 특징은 식 8로부터 추론될 수 있다. 먼저, Pcont(Ø)가 물리적으로 측정 가능한 파워 분배이기 때문에, 음의 값이 될 수 없으므로, Py(Ø)는 θ2 내지 θ3 사이의 범위에서 모든 Ø에 대해 Psource(Ø)를 초과하여야 한다. 특히, 조도가 균일하게 된다면, 식 6 및 식 8은 Py(Ø)가 Psource(0) 미만이 될 수 없다는 것을 암시한다. 두 번째로, Py(Ø)가 Ø와 함께 증가하는 한편, Psource(Ø)는 일반적으로 Ø=0에서 피크를 이루고, 더 높은 Ø에서는 감소하며, 이로써 차이 함수 Pcont(Ø)는 Py(Ø)보다 더 강한 배트윙 분배가 되어야 한다. 또한, 배트윙 분배 Py(Ø)에 대한 최소값은 Psource에 의해 설정된다. 이것은 아래와 같이 요약될 수 있다:
(식 9)
Figure pct00009
반사기는 통상적으로 더 높은 요구된 값의 Ø로 집중된 광의 대부분의 방향을 변경한다. 세 번째로, 반사기에 의해 집중된 전체 파워는 조절된 각도 범위 θ1 내지 θ2 및 θ3 내지 θ4에서의 파워로 제한된다. 조절되지 않는 각도 범위 θ2 내지 θ3가 너무 크다면, 반사기가 수집하도록 하기 위해 잔류된 파워가 너무 낮아 식 9를 충족할 수 없다. 이것은 달성될 수 있는 각도 범위 및 균일성의 레벨을 제한한다. 이러한 이유로, 조명된 영역이 소스에 대해 대칭으로 위치되는 때에는, 조명된 영역이 짧은 축(즉, y = ±H)에서 Ø ≒ ±45°로 제한되는 때에만 달성될 수 있다. 영역이 대칭으로 위치되는 때에, 짧은 축에서의 Ø의 전체 에지간 범위(total edge-to-edge range)가 90°미만인 것이 여전히 바람직하고, 짧은 축에서의 가장 큰 각도 Ø는 약 60°보다 작은(즉, │y│ < Htan(60°)) 것이 바람직하다. 이들 한계치는 짧은 축의 영역에만 적용되며, 긴 축 패턴은 렌즈에 의해 조절되고, 동일한 방식으로 제한되지 않는다.
각각의 반사기는 출력 분배의 섹션만을 조명하도록 설계될 수 있다. 도 6에서, 반사기(602)는 광선 608로 나타낸 바와 같이 주로 우측 출력 각도를 조명하고, 반사기 604는 광선 610으로 나타낸 바와 같이 주로 좌측 출력 각도를 조명한다. 그러나, 반사기 602는 또한 좌측 출력 각도를 조명하도록 설계될 수 있으며, 그 경우 반사기 604는 우측 출력 각도를 조명할 것이다. 이와 달리, 요구된 특정 각도 분배에 따라서는, 각각의 반사기 표면이 좌측 및 우측 출력 각도 양자를 조명하도록 설계될 수 있다. 각각의 이러한 옵션은 상이한 반사기 프로파일을 필요로 할 것이다.
도 7은 Cree 7090 XR-E LED 광원으로 시뮬레이션한, 위에서 계산한 바와 같은 2개의 예시 프로파일을 이용한 몬테 카를로 레이트레이스 시뮬레이션의 결과를 도시하고 있다. 이 도면은 시스템으로부터의 25 ft 떨어진 평면 상의 소스에 의해 방출된 전체 루멘 당의 풋캔들(footcandle)(fc per lumens)에서의 시뮬레이션된 조도의 2개의 횡단면을 보여주고 있다. 루멘 당의 조도의 데이터 세트 702는 길이 방향 대칭 평면에서의 것이며, 루멘 당의 조도의 데이터 세트 704는 횡방향 대칭 평면에서의 것이다.
방사 분배 시스템(800)의 또 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 이 도면은 길이 방향 대칭 평면에서의 렌즈(802)의 횡단면을 도시하고 있다. 인캡슐레이션 매질(804)이 투명한 유전체 광원 돔(806)과 광학적인 접촉을 이루고 있다. 렌즈(802)는 광 출구 표면(810)의 반대측에 유전성 광 진입 표면(808)을 갖고 있다. 이 특정 실시예에서, 광 진입 표면(808)은 광원 돔(806) 위에 끼워지는 돔 캐비티(812)를 포함한다. 광원(816)에 의해 방출된 일례의 광선(814)은 광원 돔(806), 렌즈 광 진입 표면(808), 및 렌즈 광 출구 표면(810)의 순으로 이들에 의해 굴절된다. 프로파일을 결정함에 있어서, 이들 표면이 서로 연동하여 요구된 배트윙 분배를 생성하도록 하기 위해서는 모두 3개의 굴절이 고려되어야 한다. 본 실시예에서, 렌즈(802)는 예컨대 주조, 사출 성형, 및 압축 성형 등의 일반적인 유전체 형성 공정에 의해 제조될 수 있다. 일부 수용 가능한 재료로는 글래스, 아크릴 제품, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 및 사이클릭 올레핀 코폴리머 등이 있다.
렌즈를 사출 형성 공정을 이용하여 제조하면, 두께를 최소화하고 또한 렌즈의 상이한 부분에서의 두께의 편차를 최소화하는 것이 바람직하다. 또 다른 이점으로는 렌즈와 일체로 형성되는 탑재 특징부를 추가할 수 있는 성능이다. 도 9a 내지 도 9c는 이러한 목적에 적합화된 렌즈(900)의 실시예에 대한 3개의 도면을 도시하고 있다. 도 9a 및 도 9b는 2개의 사시도이고, 도 9c는 길이 방향 대칭 평면에서의 횡단면도이다. 광 진입 표면(902)은 렌즈 두께를 현저하게 감소시키는 통형 영역(904)을 형성하도록 변형되어 있다. 이들 영역(904)은 여전히 렌즈(900)에 의해 투과된 광의 상당한 손실을 방지하면서 총재료량 및 총두께 편차를 최소화하도록 성형되어 있다. 예컨대, 광 진입 표면의 부분(906)은 중심축(908)에 대해 각도 β로 위치된다. β가 너무 크면, 렌즈 두께는 인지할 정도로 감소되지 않을 것이다. β가 너무 작으면, 광 진입 표면의 부분(906)이 너무 많은 방출광을 인터셉트할 것이다. 다수의 광원에 대해, 광은 실질적으로 제한 각도 Θ에 의해 정해지는 원뿔 내부에 분포된다. 이러한 경우에, β는 Θ와 유사하거나 또는 다소 큰 것이 바람직하다. 예컨대, Cree XLamp 7090 LED의 경우, Θ는 대략 55∼60°이고, β는 50°와 70°사이에서 선택되는 것이 이로울 수도 있다.
또한, 횡단면도는 돔 형상 인캡슐런트(910) 위에 위치된 렌즈(900)를 도시하고 있다. 도 8에 도시된 시스템과 유사하게, 본 실시예의 광 진입 표면(902)은 광원 돔(910)과 연동하도록 설계된 돔 캐비티(912)를 포함한다.
렌즈(900)는 또한 렌즈(900)와 일체로 주물되는 위치설정 피트(positioning feet)(914)를 포함한다. 통형 영역(904)과 관련하여, 피트(914)는 축(908)에 대해 Θ보다 큰 각도로 위치되는 렌즈(900)의 영역에 추가되어, 이들이 방출광의 소량을 인터셉트하는 것이 바람직하다.
도 10a 및 도 10b는 방사 분배 시스템(1000)의 다른 실시예의 2개의 도면을 도시하고 있다. 도 10a는 사시도이고, 도 10b는 렌즈(1002)의 횡방향 대칭 펴면에서의 횡단면도이다. 반사 표면(1004, 1006)은 길이 방향에 있어서 단일 렌즈(1002)보다 훨씬 더 길다. 추가의 렌즈(1002) 및 소스(1008)가 가늘고 긴 반사 표면(1004, 1006)의 단일 쌍 사이에 선형으로 위치될 수도 있다. 본 실시예에서, 복수의 렌즈(1002)가 단일 렌즈 어레이로서 주물되어, 주물 비용을 감소시키고 조립을 간편화할 수 있다.
일부 실시예에서는, 방사 분배 시스템(1000)이 소스에 의해 생성된 열을 효과적으로 소산시킬 수 있다면, 소스의 작동 성능 및 신뢰성이 향상된다. 도 10에서는, 예컨대, 소스(1008)가 LED이어도 된다. 5개의 소스(1008)의 선형 어레이가 하나의 금속 코어 회로 기판(1010) 상에 솔더링될 수 있다. 회로 기판(1010)은 그 후 열전도율이 높은 알루미늄 또는 다른 재료로 구성되는 백플레인(backplane)(1012)에 부착된다. 백플레인(1012)은 또한 각각 반사 표면(1004, 1006)을 포함하는 반사기 몸체(1014, 1016) 및 히트 싱크(1018)를 위한 탑재 표면을 제공한다.
우수한 열소산은 회로 기판(1010), 백플레인(1012) 및 히트 싱크(1018) 간의 계면에서 낮은 열저항을 필요로 한다. 회로 기판(1010)과 백플레인(1012) 간의 계면은 더멀 인터페이스 재료층(1020)으로 채워질 수도 있다. 더멀 인터페이스 재료층(1020)은 회로 기판(1010)과 백플레인(1012) 사이의 에어갭을 최소화하거나 제거함으로써 열저항을 감소시킨다. 최소의 열저항은 더멀 인터페이스 재료층(1020)이 균일한 박층이 되도록 함으로써 달성된다. 이것은 백플레인(1012)에 대하여 회로 기판(1010) 상에 압력을 가함으로써 이루어질 수도 있다.
또한, 반사기 몸체(1014, 1016) 자체는 열소산을 위한 통로가 될 수도 있다. 반사기 몸체(1014, 1016)는 예컨대 알루미늄과 같은 딱딱하고 열전도을 갖는 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 반사기 몸체(1014, 1016)는 이에 의해 백플레인(1012)에 대하여 회로 기판(1010)에 압력을 가하기 위한 클램프로서 작용할 수 있으며, 이 때의 클램핑 힘은 2개의 요소를 함께 볼트 체결하거나 또는 이들을 부착시킴으로써 제공된다. 반사기 몸체(1014, 1016)는 또한 열을 회로 기판(1010)으로부터 멀리 소산시키기 위한 핀(fin)으로서도 작용할 수 있다. 반사기 몸체(1014, 1016)를 통한 열소산은 회로 기판(1010)에서부터 반사기 몸체(1014, 1016)까지의 열저항이 더멀 인터페이스 재료층(1022, 1024)을 추가함으로써 최소화되는 경우에 가장 효과적이다. 더멀 인터페이스 재료층 1022는 회로 기판(1010)과 반사기 몸체(1014, 1016) 사이에 위치된다. 더멀 인터페이스 재료층 1024는 반사기 몸체(1014, 1016)와 백플레인(1012) 사이에 위치된다. 더멀 인터페이스 재료층(1022, 1024)은 반사기 몸체(1014, 1016)가 여전히 클램핑 힘을 가할 수 있도록 컴플라이언스(compliance) 성질을 갖는다.
도 11은 방사 분배 시스템(1100)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 반사기 몸체(1102, 1104)는 백플레인(1106) 상에 일체로 형성되어 있다. 예컨대, 백플레인(1106) 및 반사기 몸체(1102, 1104)가 하나의 부품으로서 사출 성형될 수 있다. 본 실시예에서, 백플레인(1106)에서부터 반사기 몸체(1102, 1104)까지의 열저항이 감소되며, 회로 기판(1108)을 백플레인(1106)에 클램프하기 위해 다른 일부 수단이 이용될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 렌즈/소스 어레이(1200)의 실시예를 도시하며, 도 12b는 어레이(1200)의 분해도를 제공한다. 대응하는 방사 소스(1204) 위에 복수의 렌즈(1202)가 배치된다. 본 실시예에서, 방사 소스(1204)는 LED를 포함하지만, 다른 방사 소스가 이용될 수도 있다. 렌즈((1202)는 별도로 제조되어 장착 표면에 탑재될 수도 있고, 또는 도 12b에 도시된 바와 같이 하나의 부분으로서 제조될 수도 있다. 렌즈는 회로 기판(1206)에 탑재되는 LED와 연동하도록 이격되어 있다.
도 13a 및 도 13b는 방사 분배 시스템(1300)의 실시예를 도시하고 있으며, 도 13b는 방사 분배 시스템(1300)의 분해도이다. 도 12a에 도시된 어레이와 같은 렌즈/소스 어레이(1302)가 회로 기판(1304) 상에 배치된다. 반사기 몸체(1306)는 어레이(1302)가 도시된 바와 같이 어떠한 2개의 반사기 몸체(1306) 사이에 배열되도록 회로 기판(1304) 상에 배치된다. 반사기 몸체는 2개의 상이한 반사 표면(1308, 1310)이 어레이(1302)를 바라보고 상세하게 전술한 바와 같이 어레이(1302)로부터 방출된 방사선의 일부와 상호작용하도록 위치된다. 도 13b의 분해도에서는, 어레이(1302)를 형성하도록 조합되는 소스(1312) 및 렌즈(1314)가 분리되어 도시되어 있다. 어레이(1302)가 5쌍의 렌즈/소스를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 설계에 따라서는 추가 쌍 또는 더 적은 쌍의 렌즈/소스가 이용될 수도 있다.
도 14a 및 도 14b는 방사 분배 시스템(1400)의 실시예를 예시하고 있으며, 도 14b는 방사 분배 시스템(1400)의 횡단면도이다. 방사 분배 시스템(1400)은 복수의 렌즈/소스 어레이(1402)를 포함하며, 이 어레이의 각각은 도시된 바와 같이 임의의 반사기 몸체(1404) 사이에 배치된다. 선형 어레이(1402)가 이러한 방식으로 나란하게 위치될 때, 하나의 반사기 몸체 상에 복수의 반사 표면을 형성함으로써 제조 및 조립이 간략화된다. 그러므로, 방사 분배 시스템(1400)은 용이하게 크기 조정이 가능하다. 3개의 반사기 몸체(1404) 사이에 2개의 어레이(1402)가 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 예컨대 방사 분배 시스템(1400)의 방사성 출력을 증가시키기 위해 필요에 따라 추가의 어레이 및 반사기 몸체가 추가될 수도 있다.
도 15a 및 도 15b는 방사 분배 시스템(1500)의 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예는 렌즈/소스쌍의 10×10 어레이(1502)를 포함한다. 렌즈/소스쌍은 도시된 바와 같이 반사기 몸체(1504) 사이에 배열된다. 방사 분배 시스템(1500)은 크기 조정이 가능하며, 필요에 따라 추가의 렌즈/소스쌍 및 반사기 몸체가 추가될 수 있다. 방사 분배 시스템은 또한 보다 소형의 응용장치를 위해 축소될 수도 있다.
도 12 내지 도 15에 도시된 실시예 모두는 성능 및 효율을 향상시키기 위해 추가의 요소를 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같은 한 가지 이러한 요소는 히트 싱크이다. 히트 싱크는 개개의 렌즈/소스쌍에, 렌즈/소스쌍의 어레이에, 또는 복수의 어레이에 하나의 요소로서 별도로 부착될 수도 있다. 소스의 개수가 증가함에 따라, 통상적으로 우수한 열소산에 대한 필요성이 증가하며, 이로써 2차원 어레이 시스템에서는 낮은 열저항이 특히 바람직하다.
또한, 방사 분배 시스템은 조명 기기에 탑재되고, 예컨대 거리 조명과 같은 응용장치를 위한 표면 상에 현수될 수도 있다. 어레이 시스템을 위한 대표적인 응용장치에서, 소스 조명 기기에서부터 입사 표면까지의 거리는 어레이의 크기보다 훨씬 크게(예컨대, 10배보다 크게) 된다. 이 경우, 어레이 시스템을 위한 출력 분배가 단일 요소 시스템을 위한 출력 분배와 실질적으로 유사할 것이라는 것은 널리 알려져 있다.
본 발명을 특정 구성을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 다른 변형도 가능하다. 따라서, 본 발명의 요지 및 사상은 전술한 것들로 한정되지 않아야 한다.

Claims (36)

  1. 방사 분배 시스템에 있어서,
    탑재 표면 상에 배치되며,
    양측면으로부터 테이퍼되는 중앙 영역을 갖는 중간부, 및
    상기 중간부의 각각의 측면 상에 하나씩 위치되는 2개의 라운드 처리된 단부(rounded end section)
    를 포함하는 유전체 표면을 갖는 렌즈; 및
    상기 렌즈의 외측에 상기 렌즈에 근접하여 배치된 가늘고 긴 하나 이상의 반사 표면
    을 포함하는 방사 분배 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탑재 표면 상에 배치되는 방사 소스를 더 포함하며, 상기 방사 소스는 상기 방사 소스로부터 방출된 방사선의 상당한 부분이 상기 렌즈와 상호작용하도록 배치되는, 방사 분배 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방사 소스는 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 방사 분배 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 방사 소스는 복수의 LED를 포함하는, 방사 분배 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈와 상호작용하는 상기 방사선의 일부가 상기 하나 이상의 반사 표면에 의해 방향이 변경되는, 방사 분배 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 방사선이 상기 렌즈 및 상기 하나 이상의 반사 표면과 상호작용하여 배트윙 분배 패턴(batwing distribution pattern)을 생성하는, 방사 분배 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 방사 소스로부터 방출된 방사선을 차단하지 않도록 상기 방사 소스와 열적으로 접촉하는 히트 싱크를 더 포함하는, 방사 분배 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 방사 소스 상에 배치되는 인캡슐런트(encapsulant)를 더 포함하며, 상기 렌즈가 상기 인캡슐런트 위에 끼워지는, 방사 분배 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인캡슐런트는 돔 형상으로 형성되고, 상기 렌즈의 돔 형상 캐비티 내측에 끼워지는, 방사 분배 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 표면은 길이 방향 축 및 횡방향 평면에 대해 대칭을 이루는, 방사 분배 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈는 횡방향으로보다 길이 방향을 따라 더 길게 되어 있는, 방사 분배 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반사 표면은 가늘고 긴 제1 및 제2 반사 표면을 포함하며, 상기 제1 반사 표면 및 상기 제2 반사 표면은 상기 제1 반사 표면이 상기 제2 반사 표면을 바라보도록 상기 렌즈에 인접하여 서로 반대측에 배치되는, 방사 분배 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반사 표면 및 상기 제2 반사 표면은 오목한 형태를 갖는, 방사 분배 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반사 표면은 열전도율이 높은 재료를 포함하는, 방사 분배 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반사 표면은 알루미늄을 포함하는, 방사 분배 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 표면은 길이 방향 축에 대해 대칭을 이루며, 상기 렌즈는 길이 방향에 직교하는 방향보다는 길이 방향을 따라 더 길게 되어 있는, 방사 분배 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 중간부에서의 상기 유전체 표면은 상기 중간 부분에 있는 새들 포인트(saddle-point)를 갖는, 방사 분배 시스템.
  18. 발광 다이오드(LED) 어레이에 있어서,
    각각이 적어도 부분적으로는 렌즈에 의해 덮여지는 복수의 LED; 및
    각각 2개의 반사 표면을 갖는 복수의 반사기 몸체
    를 포함하며,
    상기 반사 표면은 상기 반사기 몸체의 길이를 따라 연장하고, 서로 떨어져 외측으로 바라보고 있으며,
    상기 LED는 어떠한 2개의 상기 반사기 몸체의 사이에 배치되어, 상기 LED로부터 방출된 광의 일부분이 상기 LED를 바라보고 있는 상기 반사 표면과 상호작용하도록 하는,
    발광 다이오드 어레이.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 렌즈 및 상기 반사 표면은 방출광과 상호작용하여 배트윙 분배를 생성하는, 발광 다이오드 어레이.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 LED가 위에 배치되는 하나 이상의 인쇄 회로 기판(PCB)을 더 포함하는, 발광 다이오드 어레이.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 PCB 및 상기 반사기 몸체가 위에 탑재되는 백플레인(backplane)을 더 포함하는, 발광 다이오드 어레이.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 LED로부터 방출된 광을 차단하지 않도록 상기 PCB 및 상기 반사기 몸체와 열적으로 접촉하는 히트 싱크를 더 포함하는, 발광 다이오드 어레이.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 백플레인과 상기 PCB 사이 및 상기 백플레인과 상기 반사기 몸체 사이에 배치되어 상기 발광 다이오드 어레이를 통한 열의 흐름을 용이하게 하는 더멀 인터페이스 재료를 더 포함하는, 발광 다이오드 어레이.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 반사기 몸체는 열전도율이 높은 재료를 포함하고, 상기 복수의 LED로부터 먼쪽으로의 열의 흐름을 용이하게 하는, 발광 다이오드 어레이.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 반사기 몸체는 알루미늄을 포함하는, 발광 다이오드 어레이.
  26. 제18항에 있어서,
    각각의 상기 렌즈는,
    중앙 새들 포인트를 갖는 표면을 포함하는 중간부; 및
    상기 중간부의 각각의 측면 상에 하나씩 위치되는 2개의 라운드 처리된 단부
    를 포함하는, 발광 다이오드 어레이.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 LED가 표면 위의 높이에서 탑재되는 마운트 포스트를 더 포함하며, 상기 표면이 배트윙 분배 패턴으로 방출되는 광에 의해 조명되는, 발광 다이오드 어레이.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 LED가 2차원 어레이로 배열되는, 발광 다이오드 어레이.
  29. 크기 조정 가능한 광원(scalable light source)에 있어서,
    2차원 어레이를 형성하도록 배열된 복수의 선형 광원 서브-어레이;
    각각의 렌즈가 각각의 상기 광원과 상호작용하도록 배열되는 복수의 렌즈; 및
    각각의 반사기 몸체가 각각의 상기 선형 광원 서브-어레이의 더 긴쪽 측면의 각각의 위에 배치되고, 서로 떨어져 바라보고 있는 2개의 가늘고 긴 반사 표면을 포함하는 복수의 반사기 몸체
    를 포함하며,
    상기 렌즈 및 상기 반사 표면은 상기 광원으로부터 방출된 광과 상호작용하여 조도가 배트윙 분배를 갖도록 설계되는,
    크기 조정 가능한 광원.
  30. 제29항에 있어서,
    각각의 상기 선형 광원 서브-어레이는 상기 광원이 탑재되는 인쇄 회로 기판을 포함하는, 크기 조정 가능한 광원.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 먼쪽으로의 열의 흐름을 용이하게 하기 위해 상기 광원과 열적으로 접촉하는 히트 싱크를 더 포함하는, 크기 조정 가능한 광원.
  32. 제29항에 있어서,
    각각의 상기 렌즈는,
    양측면으로부터 테이퍼되는 중앙 영역을 갖는 중간부; 및
    상기 중간부의 각각의 측면 상에 하나씩 위치되는 2개의 라운드 처리된 단부
    를 포함하는, 크기 조정 가능한 광원.
  33. 제29항에 있어서,
    각각의 상기 반사 표면은 상기 광원 중의 최인접 광원에 대해 오목한 형태로 되는, 크기 조정 가능한 광원.
  34. 제29항에 있어서,
    상기 반사기 몸체는 열전도율이 높은 재료를 포함하는, 크기 조정 가능한 광원.
  35. 제29항에 있어서,
    상기 광원으로부터 방출되는 광은 Ⅱ 타입 도로 조명 패턴으로 분배되는, 크기 조정 가능한 광원.
  36. 광분배 패턴을 생성하는 방법에 있어서,
    광원을 제공하는 단계;
    상기 광원으로부터 방출된 광을 실질적으로 상기 광원을 둘러싸고 있는 렌즈에 의해 최초로 다른 방향으로 지향시키는 단계; 및
    상기 광의 일부분을 상기 광원의 각각의 측면 상에 하나씩 배치된 2개의 반사 표면에 의해 두 번째로 다른 방향으로 지향시키는 단계
    를 포함하며,
    방출된 광이 배트윙 패턴으로 분배되는,
    광분배 패턴을 생성하는 방법.
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