KR100799384B1 - 발광체 및 물체를 조명하는 방법 - Google Patents

발광체 및 물체를 조명하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 발광체는 광원들(3)의 세트, 특히 제 1 평면내에 주로 위치하는 LED와, 상기 제 1 평면내에 평행하게 연장되는 제 2 평면내에 주로 위치하는 실질적으로 동일한 광학 소자들(7)의 세트를 포함한다. 상기 광원의 맞은편의 광학 소자(7)에 대한 상기 광원들 중 하나의 위치는, 상기 광원의 맞은편의 광학 소자에 대한 다른 광원의 위치와 상이하다.

Description

발광체 및 물체를 조명하는 방법{LUMINAIRE, OPTICAL ELEMENT AND METHOD OF ILLUMINATING AN OBJECT}
본 발명은 광원들의 세트 및 광학 소자들의 세트를 포함하는 발광체(luminaire)에 관한 것이다. 본 발광체는 특히, 광원들이 발광 다이오드(LED)로 이루어진 것이다.
그러한 발광체는 예를 들면, 가로등으로서 사용되거나 진열창 내의 물체를 조명하는데 사용될 수 있다. LED가 보다 효율적이고 강력해짐에 따라, 상기 목적을 위해 LED를 사용할 가능성이 계속해서 증가하고 있으며, 따라서 요구된 광 출력에 필요한 LED의 수가 계속해서 감소하고 있다. 각각의 LED를 그것의 광학 소자 또는 렌즈 뒤에 위치시키는 것은 잘 알려져 있으며, 각각의 LED의 광은 조명될 거리 또는 물체에 유도될 수 있다.
그러한 발광체의 단점은, 렌즈 상의 LED의 입사광이 균일하게 분산되지 않는다는 사실로 인해, 관련 렌즈를 구비한 별개의 LED의 광 분산이 균일하게 분산되지 않는다는 것에 있다. 전체 광빔은 이들 개개의 불균일하게 분산된 광빔의 합이기 때문에, 그 결과도 불균일하게 분산된 광빔이 된다.
본 발명의 목적은 상기 단점을 경감시키고, 보다 균일하게 분산된 광빔을 갖는 발광체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발광체는 제 1 평면내에 주로 위치하는 광원들의 세트와, 상기 제 1 평면에 실질적으로 평행한 제 2 평면내에 주로 위치하는 실질적으로 동일한 광학 소자들의 세트를 포함하고, 적어도 하나의 광원이 상기 광원의 맞은편의 광학 소자에 대해 갖는 위치는, 다른 광원 중 하나가 이 다른 광원의 맞은편의 광학 소자에 대해 갖는 위치와 상이하다. 광을 유도하는 광학 소자에 대한 각각의 LED의 위치는 항상 상이하며, 그 효과는 하나의 광학 소자가 다른 LED에 의해 상이한 장소에서 조명될 때 얻어지는 효과와 동일하다. 따라서, 그 결과, 광학 소자들 상에 입사하는 광이 보다 균일하게 분산되어, 출사 광빔이 보다 균일하게 분산된다. 본 발명의 다른 이점은 광원의 수가 광학 소자의 수와는 관계없이 선택될 수 있다는 것에 있다. 그 결과, 발광체의 광 세기는, 광원을 추가하거나 제거함으로써, 또는 이들 광원을 스위칭 온 또는 오프함으로써, 원하는 광 패턴에 영향을 주지 않고 보다 쉽게 적응될 수 있다.
바람직하게, 광원들의 세트 및 광학 소자들의 세트 각각이 매트릭스를 형성하고, 상기 매트릭스는 실질적으로 동일한 치수를 가지며, 두 매트릭스의 행 및/또는 열의 수가 상이하다. 하나의 매트릭스의 행 및/또는 열의 수가 다른 매트릭스의 행 및/또는 열의 수를 1만큼 초과하는 실시예는, 실제로 양호한 결과를 가져온다. 이러한 매트릭스 구조를 이용하면, 쉽게 제조할 수 있는 발광체를 얻을 수 있다.
광원은 시준된 광원인 것이 바람직하다. 평행한 빔이 얻어지도록 광학 소자들의 세트에 입사되기 전에 반사 및/또는 굴절을 이용하여 각각의 LED로부터 광을 유도함으로써, 보다 정확한 출사 빔의 광 분산이 얻어질 수 있다.
광학 소자들은 사각형이고, 그들 주위의 적어도 일부에 대하여 서로 인접하는 것이 바람직하다. 이로써, LED 세트에 의해 방출된 전체 광 빔은 광학 소자들의 세트를 통과하며, 따라서 광 손실이 발생하지 않는다.
상기 광학 소자들은 한 측면 또는 양측에 상이한 경사각을 갖는 면(facet)을 구비하는 것이 바람직하다. 경사각은 바람직하게는 물체가 조명되는 조명 패턴으로부터 계산된다. 이로써, 사용자의 특정 요구를 만족시키는 아주 복잡하고 정확한 광 분산이 일어날 수 있다. 이러한 광학 소자들은 텍스트가 투사되도록 할 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 광학 소자들은 톱니 구조를 가지며, 그 면들은 실질적으로 평행한 프리즘으로 형성된다. 프리즘은 광학 소자의 평면 방향에서 보았을 때 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 프리즘은 금속 제거 툴을 이용하여 렌즈 또는 렌즈 매트릭스 상에 쉽게 제공될 수 있다.
본 발명은 또한 한 측면 또는 양측에 상이한 경사각을 갖는 면을 구비하는 광학 소자에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 광원들의 세트가 제 1 평면에 주로 배열되고, 실질적으로 동일한 광학 소자들의 세트가 상기 제 1 평면에 실질적으로 평행한 제 2 평면에 주로 배열되며, 적어도 하나의 광원이 상기 광원의 맞은편의 광학 소자에 대하여 정렬되는 위치는, 다른 광원 중 하나가 이 다른 광원의 맞은편의 광학 소자에 대한 정렬되는 위치와 다른 물체의 조명 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 특징은 후술하는 실시예와 관련하여 명확하게 설명된다.
도 1은 알려진 발광체의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 발광체를 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절취한 단면도.
도 3은 광학 소자를 도시한 도면.
도 4는 발광체의 평면도.
도 5는 도 4에 도시한 발광체의 효과를 도시한 도면.
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도 1은 알려진 발광체의 평면도이고, 도 2는 상기 발광체를 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절취한 단면도이다. 상기 발광체는 25개의 LED 모듈(2)을 수납하는 박스형 하우징(1)을 포함한다. 이들 모듈은 각각 발광 다이오드(LED)(3) 및 콜리메이터 렌즈(4)를 포함하며, 상기 콜리메이터 렌즈는 반사 및 굴절을 이용하여 LED의 광선을 평행한 광빔으로 변환시킨다. 출사되는 평행 광빔은 LED 모듈(2)의 대칭축(5)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 이들 LED 모듈(2) 각각은 대칭축(5)을 가지며, 상기 축은 서로 평행한 방향으로 연장된다.
하우징(1)은 대칭축이 LED 모듈(2)의 대칭축(5)과 일치하는 25개의 광학 소자 또는 렌즈(7)를 구비하는 커버(6)를 갖는다. 각 렌즈(7)의 출구 면은, 관련 LED(3)에 의해 발생된 출사 광을 편향시키기 위한 톱니형 구조(8)를 갖는다. 각각의 렌즈(7)는 편향된 빔이 평행한 방향으로 연장되도록 배향될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상이한 소망의 조명 패턴이 얻어지는 방식으로 각각의 렌즈(7)를 배향시킬 수도 있다. 또한, 상이한 LED 모듈(2)에 대해, 상이한 편향 파워를 갖는 톱니형 구조가 이용될 수도 있다. 상이한 유형의 LED(3)를 적용하는 것도 가능하며, 이렇게 함으로써, 원하는 색상 및/또는 세기의 패턴이 얻어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 직사각형 광학 소자(17)를 도시한 것이다. 상기 광학 소자(17)는 투명한 재료의 평판으로 이루어지며, 프리즘들(18)의 행이 밀링(milling)에 의해 한 측면상에 제공된다. 이들 프리즘(18)은 광학 소자의 양측에 제공될 수도 있다. 각각의 밀링 위치에서, 광학 소자의 표면은 소정의 기능에 따라서 각각의 프리즘(18)마다 상이한 각 α 및 프리즘(18)의 길이를 따라 가변하는 각 β를 가지며, 따라서, 광학 소자의 평면내의 방향에서 봤을 때, 프리즘은 만곡형이다. 따라서, LED로부터의 광이 편향되는 방향은 광선이 광학 소자로 들어가는 위치에 달려있다. 각 α 및 β의 변동량은 조명되는 물체에서 발생되는 요구된 광 패턴으로부터 컴퓨터에 의해 계산된다. 이러한 패턴은 아주 복잡할 수도 있으며, 그러한 광학 소자들에 의해 텍스트를 투사하는 것이 가능한 것으로 알려져 있다.
그러한 광학 소자, 또는 그러한 소자를 위한 매트릭스는 밀링 머신상에서 직사각형 재료를 임의의 각 α로 클램핑한 후, 제 1 프리즘을 밀링하여 제작함으로써 쉽게 제조될 수 있으며, 이렇게 함으로써, 밀링 커터(cutter)는, 각 β의 변동량을 결정하는 경로를 따른다. 다음, 후속하는 모든 프리즘들이 대응하는 방법으로 밀링된다.
도 4에 따르면, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 25개의 LED 모듈(2)이 하우징내에 5×5 매트릭스내에 배열되어 있다. 그러나, 이 경우, 커버는 렌즈의 대응하는 5×5 매트릭스로 형성되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이 동일한 직사각형 광학 소자(17)의 2×4 매트릭스로 형성된다.
광원 매트릭스의 행 및 열의 수를 각각 Nsr 및 Nsc라 하고, 양방향으로의 LED들 사이의 공간을 각각 Wsr 및 Wsc라 하고, 렌즈 매트릭스의 행 및 열의 수를 각각 Nlr 및 Nlc라 하고, 광학 소자의 치수를 각각 Wlr 및 Wlc라 하면, 두 매트릭스가 모두 동일한 치수를 갖는다고 가정할 때, 다음의 식이 적용된다.
Nsr×Wsr=Nlr×Wlr
Nsc×Wsc=Nlc×Wlc
상기 식은 광학 소자의 치수와 LED 모듈들 사이의 거리간의 관계를 결정한다.
상기 예에서, 다음이 적용된다.
Nsr=5, Nsc=5, Nlr=2, Nlc=4.
상기 배열의 결과로서, LED 모듈(2)은 광학 소자(17)에 대해 항상 상이한 위치에 있으며, 상기 배열의 효과는 도 5에 도시된 바와 같이 아주 작은 사이 공간(interspace)을 갖는 모든 LED 모듈이 하나의 광학 소자(17) 뒤에 위치하는 경우 얻어지는 효과와 유사하다. 그러나, 이러한 배열은 LED 모듈(2)의 치수로 인해 물리적으로 불가능할 것이다. 이런 방식으로, 광학 소자(17)의 아주 균일한 조명이 얻어지며, 따라서 매우 균일하게 분산된 광빔이 얻어진다.
상기 결과는 LED 매트릭스 및 렌즈 매트릭스의 행 및 열의 수를 상이하게 선택함으로써, 즉, Nsr≠Nlr 및 Nsc≠Nlc로 선택함으로써 얻어질 수 있으며, 최적의 결과는 이론적으로 행 및 열의 수 사이의 차가 단지 1이 되도록 행 및 열의 수를 선택함으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 생산 기술상의 이유로 다른 수들이 논의될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 발광체(luminarie)에 있어서,
    제 1 평면내에 위치하는 광원들(2)의 세트와, 상기 제 1 평면에 평행한 제 2 평면내에 위치하는 광학 소자들(17)의 세트를 포함하되,
    상기 제 1 평면내에 위치하는 광원(2)이 상기 광원의 맞은편의 상기 제 2 평면에 위치하는 광학 소자(17)에 대해 갖는 광학적 위치(optical position)는, 상기 제 1 평면내에 위치하는 다른 광원(2)이 상기 다른 광원의 맞은편의 상기 제 2 평면내에 위치하는 광학 소자(17)에 대해 갖는 광학적 위치와 상이한
    발광체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원들(2)의 세트 및 상기 광학 소자들(17)의 세트는 각각 매트릭스를 형성하고, 상기 매트릭스는 동일한 크기를 가지며, 상기 두 매트릭스의 행 또는 열의 수는 상이한 것을 특징으로 하는 발광체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    하나의 매트릭스의 행 또는 열의 수는 다른 매트릭스의 행 및 열의 수를 1만큼 초과하는 것을 특징으로 하는 발광체.
  4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원들(2)은 시준된(collimated) 광원들인 것을 특징으로 하는 발광체.
  5. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원들(2)은 발광 다이오드(LED)들인 것을 특징으로 하는 발광체.
  6. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 소자들(17)은 직사각형인 것을 특징으로 하는 발광체.
  7. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 소자들은 그들 주위의 일부에 대하여 서로 인접하는 것을 특징으로 하는 발광체.
  8. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 소자들(17)은 한 측면 또는 양측에 상이한 경사각을 갖는 면(facets)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광체.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 면은, 상기 광학 소자(17)의 평면 방향에서 보았을 때, 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 물체를 조명하는 방법에 있어서,
    광원들(2)의 세트가 제 1 평면에 배열되고, 광학 소자들(17)의 세트가 상기 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 배열되며, 상기 제 1 평면내에 위치하는 광원(2)이 상기 광원의 맞은편의 상기 제 2 평면에 위치하는 광학 소자(17)에 대해 정렬되는 광학적 위치는, 상기 제 1 평면내에 위치하는 다른 광원(2)이 상기 다른 광원의 맞은편의 상기 제 2 평면내에 위치하는 광학 소자(17)에 대해 정렬되는 광학적 위치와 상이한
    물체를 조명하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광학 소자들은 한 측면 또는 양측에 상이한 경사각을 갖는 면을 구비하며, 상기 경사각은 물체가 조명되는 조명 패턴으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 물체를 조명하는 방법.
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