KR101012014B1 - 광학렌즈 및 이를 이용한 도로전광표지판 - Google Patents

광학렌즈 및 이를 이용한 도로전광표지판 Download PDF

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KR101012014B1 KR1020100099053A KR20100099053A KR101012014B1 KR 101012014 B1 KR101012014 B1 KR 101012014B1 KR 1020100099053 A KR1020100099053 A KR 1020100099053A KR 20100099053 A KR20100099053 A KR 20100099053A KR 101012014 B1 KR101012014 B1 KR 101012014B1
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이영근
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Abstract

본 발명은 LED 광원에서 나오는 빛을 원하는 방향으로 조사할 수 있도록 하는 광학렌즈 및 이를 이용한 도로전광표지판에 관한 것으로서,
광학렌즈는, 광원의 전면에 수직하게 배치되며 경사면이 아래쪽에 위치한 직각 삼각형 형상의 단면을 가지는 입사부(11)와; 입사부(11)의 경사면(11')으로부터 일정 거리 이격되게 위치하는 볼록한 곡면 형상의 출사부(12)와; 입사부(11)의 경사면(11')과 출사부(12)의 후면을 연결하는 연결부(13);를 포함하고, 입사부(11)와 연결부(13) 및 출사부(12)가 일체로 형성된 것을 특징으로 하고,
도로전광표지판은, 광학렌즈(10)가 격자형으로 배치되어 광원으로부터 일정 거리 이격된 위치에 표출면(50)이 형성되도록 하는 표지판 모듈(20)과, 광학렌즈(10)의 내부에 각각 위치되어 광원으로 작용하는 칩 LED(25)를 포함하고, 표지판 모듈(20)은, 칩 LED(25)가 가로 및 세로 방향으로 일정 간격마다 격자형으로 배치된 모듈 PCB(23)와; 모듈 PCB(23)의 상측에 배치되고 칩 LED(25)에 대응되는 위치에 광학렌즈(10)가 삽입되는 홀(24)이 형성된 모듈 커버(21);를 포함하며, 광학렌즈(10)가 출사부(12)가 아래쪽을 향하도록 홀(24)에 삽입되어 상기 모듈 커버(21)에 착탈 가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.

Description

광학렌즈 및 이를 이용한 도로전광표지판{Optical Lens and LED Road Sign Using the Same}
본 발명은 LED 광원에서 나오는 빛을 원하는 방향으로 조사할 수 있도록 하는 광학렌즈 및 이를 이용한 도로전광표지판에 관한 것으로서, 특히 일정 높이에 설치된 도로전광표지판의 신호를 운전자들이 원거리에서도 쉽게 식별할 수 있도록 표출면을 형성하는 광학렌즈 및 이를 이용한 도로전광표지판에 관한 것이다.
일반적으로 광원에서 조사되는 빔은 한 점에서 출발하여 각 광선의 출사각에 따라 빔이 분산된다. 따라서, 광원에서 나오는 빔을 원하는 방향으로 조사하기 위해서는 광학렌즈가 사용된다.
이때 광학렌즈의 구조에 따라 빛의 굴절방향이 달라지기 때문에, 원하는 방향으로 빛을 조사하기 위해서는 적절한 구조의 광학렌즈를 선택해야 한다.
대표적인 광학렌즈로는 볼록렌즈와 오목렌즈가 있으며, 볼록렌즈는 빛을 수렴하는 특징이 있고 오목렌즈는 빛이 확산하도록 하는 특징이 있다.
한편, 도로에 설치되는 도로표지판은 차량의 운행에 필요한 각종 정보를 제공하게 된다. 과거의 도로표지판은 노선 정보와 같은 단순한 정보만 제공하였으나. 최근에는 LED 광원을 이용하여 도로전광표지판을 통해 각종 정보를 실시간으로 갱신하여 운전자들에게 제공하고 있다.
그런데, 이러한 LED 도로전광표지판은 원거리의 운전자들이 쉽게 표시 내용을 식별하도록 일정 높이 이상에 설치하게 된다.
이로 인하여 도로전광표지판과 가까운 거리에 있는 운전자들은 갱신된 정보를 확인할 수 없게 되고, 원거리의 운전자의 식별이 용이하도록 하기 위해서는 보다 큰 용량의 광원이 필요한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 도로전광표지판에 비해 낮은 위치에 표출면을 형성할 수 있도록 구조를 개선하여 원거리의 운전자는 물론 근거리의 운전자도 표지판의 정보를 확인할 수 있도록 함과 아울러, 비교적 작은 용량의 광원으로도 충분한 밝기의 정보를 제공하여 원거리 운전자들이 표지판의 정보를 쉽게 확인할 수 있도록 한 광학렌즈와 이를 이용한 도로전광표지판을 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 광원 중심선에 비해 낮은 위치로 빛이 조사되도록 함과 아울러 빛의 분산을 최소화하여 광원으로부터 조사되는 빛을 더욱 모아줄 수 있도록 한 광학렌즈와 이를 이용한 도로전광표지판을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광학렌즈가 표지판 모듈에 안정적으로 부착되도록 하고 광학렌즈를 표지판 모듈에 쉽게 탈부착할 수 있도록 한 도로전광표지판을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학렌즈는, 광원의 전면에 수직하게 배치되며 경사면이 아래쪽에 위치한 직각 삼각형 형상의 단면을 가지는 입사부와; 상기 입사부의 경사면으로부터 일정 거리 이격되게 위치하는 볼록한 곡면 형상의 출사부와; 상기 입사부의 경사면과 상기 출사부의 후면을 연결하는 연결부;를 포함하고, 상기 입사부와 연결부 및 출사부가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 광학렌즈에 따르면, 상기 경사면은 광원 중심선에 대하여 15도 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 도로전광표지판은, 상기 광학렌즈가 격자형으로 배치되어 광원으로부터 일정 거리 이격된 위치에 표출면이 형성되도록 하는 표지판 모듈과, 상기 광학렌즈의 내부에 각각 위치되어 광원으로 작용하는 칩 LED를 포함하며, 상기 칩 LED가 가로 및 세로 방향으로 일정 간격마다 격자형으로 배치된 모듈 PCB와; 상기 모듈 PCB의 상측에 배치되고 상기 칩 LED에 대응되는 위치에 상기 광학렌즈가 삽입되는 홀이 형성된 모듈 커버;를 포함하고, 상기 광학렌즈가 출사부 앞쪽을 향하도록 상기 홀에 삽입되어 상기 모듈 커버에 착탈 가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 도로전광표지판에 따르면, 상기 광학렌즈는, 상기 입사부의 후면 가장자리에서 돌출 형성된 후 내측으로 절곡된 결합턱을 구비하고, 상기 모듈 커버는 상기 홀의 주위에 전방으로 돌출된 후 외측으로 절곡되어 상기 결합턱에 결합되는 고정턱을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 도로전광표지판에 따르면, 상기 결합턱의 내측 상단 모서리와 상기 고정턱의 외측 하단 모서리는 각각 45도로 모따기 가공된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 도로전광표지판에 따르면, 상기 칩 LED는, 표출면이 50~100㎝ 떨어지는 곳에 형성되도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 도로전광표지판에 따르면, 상기 칩 LED는, 모듈 크기가 300㎜×300㎜ 크기인 경우에는 가로 및 세로 간격이 18.75㎜가 되도록 배치되고, 모듈 크기가 240㎜×240㎜ 크기인 경우에는 가로 및 세로 간격이 15㎜가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 도로전광표지판에 따르면, 상기 광학렌즈가 격자형으로 배치되어 광원으로부터 일정 거리 이격된 위치에 표출면이 형성되도록 하는 모듈 PCB와, 상기 광학렌즈의 하부에 각각 위치되어 광원으로 작용하는 칩 LED를 포함하는 도로전광표지판에 있어서, 상기 광학렌즈의 하부에는 모듈 PCB에 삽입되기 위한 복수의 렌즈 지지부재가 수직으로 형성되고, 상기 모듈 PCB에는 상기 렌즈 지지부재를 지지하기 위한 고정 지지부재가 다수 구비되며, 상기 광학렌즈가 직접 모듈 PCB에 조립된 후 접착제로 방수처리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학렌즈 및 이를 이용한 도로전광표지판은, 빛이 하향 경사지게 출사되도록 함으로써 보다 낮은 위치에 표출면이 형성되도록 하여 근거리의 운전자도 정보를 쉽게 확인하도록 하는 효과가 있다.
또한, 광원 중심선의 상측으로 입사된 빛은 하향 굴절시키고 광원 중심선의 하측으로 입사된 빛은 상향 굴절시켜 광원에서 조사되는 빛을 모아줌으로써, 표출면이 더욱 밝아지도록 하여 원거리의 운전자들이 정보를 쉽게 확인할 수 있도록 하는 동시에 전원 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 도로전광표지판에 따르면, 광학렌즈의 결합턱이 모듈 커버의 고정턱에 결합하도록 표지판 모듈이 형성됨에 따라 광학렌즈를 견고하게 고정할 수 있고, 결합턱과 고정턱이 각각 모따기 가공되어 있으므로 광학렌즈의 탈부착이 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광학렌즈가 도시된 사시도.
도 2는 본 발명의 광학렌즈의 단면도.
도 3은 본 발명의 광학렌즈에서 빛의 굴절 방향을 설명하기 위한 참고도.
도 4는 복수의 광학렌즈에 의해 표출면이 형성되는 것을 설명하기 위한 참고도.
도 5는 본 발명에 의한 도로전광표지판이 도시된 평면도.
도 6은 도 5의 "A" 부분이 도시된 상세 단면도.
도 7은 광학렌즈가 모듈PCB에 직접 조립된 상태를 표시한 측면도 및 평면도
도 8은 본 발명의 도로전광표지판에 사용되는 표지판 모듈에서 칩 LED의 배치 간격을 설명하기 위한 참고도.
도 9는 복수의 광원에 의해 표출면이 형성되는 것을 형상화한 참고도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광학렌즈 및 이를 이용한 표지판 모듈을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 광학렌즈는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 광원의 전면에 수직하게 배치되며 경사면이 아래쪽에 위치한 직각 삼각형 형상의 단면을 가지는 입사부(11)와; 상기 입사부(11)의 경사면(11')으로부터 일정 거리 이격되게 위치하는 볼록한 곡면 형상의 출사부(12)와; 상기 입사부(11)의 경사면(11')과 상기 출사부(12)의 후면을 연결하는 연결부(13);를 포함하고, 상기 입사부(11)와 연결부(13) 및 출사부(12)가 일체로 형성된 구조로 이루어진다.
이때, 상기 광학렌즈(10)는 상기 경사면(11')이 광원 중심선에 대하여 15도 각도로 경사지게 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 광학렌즈는 도 3에 도시된 바와 같이, 광원인 칩 LED으로부터 조사된 빛을 모아주게 된다.
칩 LED(25)에서 조사되는 빛 중 상향 입사된 빛 ①은 광원 중심선에 수평인 방향에 대하여 하향 가공된 연장부(13)에 부딪친 후 15도 각도로 굴절되어 하향 조사되고, 다시 출사부(12)의 외각면에 부딪쳐 하향 굴절되어 출사된다. 그리고, 상기 칩 LED(25)에서 조사되어 상향 입사된 빛②는 상기 출사부(12)의 외각면에서 하향 굴절되고, 하향 입사된 빛③은 상기 출사부(12)의 외각면에서 상향 굴절되어 출사된다. 이때, 상기 빛③은 광원 중심선에 수평인 방향에 대하여는 15도 각도로 하향하여 출사된다.
이후 상기 출사부(12)를 통해 출사된 빛이 직진 및 확산하여 일정한 부채꼴 모양을 형성하여 목격자 방향으로 조사되는데, 하나의 칩 LED(25)에서 조사된 빛은 좌우 방향 및 하부 방향으로는 40도 정도, 상부 방향으로는 0도 위치로 모아지게 된다.
한편, 상기 광학렌즈(10)를 통하여 모아진 빛은 부채꼴 모양으로 조사되므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 일정 거리에서는 광원과 광원끼리 교차되는 지점이 발생하게 되고 이 부분이 표출면(50)이 된다.
상기 표출면(50)의 위치는 빛의 굴절 및 광원과 광원 사이의 거리에 의해 결정되는데, 본 발명에서는 칩 LED(25)와 표출면(50) 사이의 거리가 50~100㎝가 되도록 광학렌즈(10)를 설계한다.
구체적으로 상기 칩 LED(25) 사이의 거리는, 모듈 크기가 300㎜×300㎜인 경우에는 18.75㎜로 설계하고, 모듈 크기가 240㎜×240㎜ 크기인 경우에는 15㎜로 설계한다. 이와 같이 상기 칩 LED(25)를 배치한 도로전광표지판의 경우에는, 200m 거리에서도 충분한 밝기를 가지게 된다.
한편, 상기한 광학렌즈(10)를 이용한 본 발명의 도로전광표지판은, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광학렌즈(10)가 격자형으로 배치되어 광원으로부터 일정 거리 이격된 위치에 표출면(50)이 형성되도록 하는 표지판 모듈(20)과, 상기 광학렌즈(10)의 내부에 각각 위치되어 광원으로 작용하는 칩 LED(25)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 표지판 모듈(20)은, 상기 칩 LED(25)가 가로 및 세로 방향으로 일정 간격마다 격자형으로 배치된 모듈 PCB(23)와; 상기 모듈 PCB(23)의 상측에 배치되고 상기 칩 LED(25)에 대응되는 위치에 상기 광학렌즈(10)가 삽입되는 홀(24)이 형성된 모듈 커버(21);를 포함하고, 상기 광학렌즈(10)가 출사부(12)가 아래쪽을 향하도록 상기 홀(24)에 삽입되어 상기 모듈 커버(21)에 착탈 가능하게 결합하여 이루어진다.
이를 위하여 상기 광학렌즈(10)는, 상기 입사부(11)의 후면 가장자리에서 돌출 형성된 후 내측으로 절곡된 결합턱(15)을 구비하고, 상기 모듈 커버(21)는 상기 홀(24)의 주위에서 전방으로 돌출된 후 외측으로 절곡되어 상기 결합턱(15)에 결합되는 고정턱(22)을 구비하여, 상기 결합턱(15)과 상기 고정턱(22)에 착탈 가능하게 결합하도록 한다. 이에 따라 상기 광학렌즈(10)가 상기 표지판 모듈(20)에 견고하게 부착될 수 있으며, 외부 방수처리가 가능하게 된다.
이때, 상기 결합턱(15)의 내측 상단 모서리와 상기 고정턱(22)의 외측 하단 모서리는 각각 45도로 모따기 가공되는 것이 바람직한데, 이는 상기 광학렌즈(10)의 탈/부착을 용이하게 하기 위한 것이다.
또한 도로전광표지판의 다른 실시예로서, 상기 모듈 커버(21)를 사용하지 않고 광학렌즈(10)를 모듈 PCB(23)에 직접 장착할 수도 있다.
이 경우, 상기 광학렌즈(10)의 하부에 모듈 PCB(23)에 삽입하기 위한 복수의 렌즈 지지부재(26)를 수직으로 형성하고, 상기 모듈 PCB(23)에는 상기 렌즈 지지부재(26)를 지지하기 위한 고정 지지부재(27)를 다수 형성한다.
상기 렌즈 지지부재(26)의 수는 3개인 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
상기 광학렌즈(10)를 직접 모듈 PCB(23)에 조립한 후에는 실리콘 등의 접착제를 사용하여 방수처리하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 칩 LED(25)는 표출면(50)이 50~100㎝ 떨어진 곳에 형성되도록 상기 모듈 PCB(23)에 배치한다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이 모듈 크기가 300㎜×300㎜ 크기인 경우에는 상기 칩 LED(25)의 가로 및 세로 간격이 18.75㎜가 되도록 배치하고, 모듈 크기가 240㎜×240㎜ 크기인 경우에는 상기 칩 LED(25)의 가로 및 세로 간격이 15㎜가 되도록 배치한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
10: 광학렌즈
11: 입사부
11': 경사면
12: 출사부
13: 연결부
15: 결합턱
20: 표지판 모듈
21: 모듈 커버
22: 고정턱
23: 모듈 PCB
24: 홀
25: 칩 LED
26: 렌즈 지지부재
27: 고정 지지부재
50: 표출면

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 광원의 전면에 수직하게 배치되며 경사면이 아래쪽에 위치한 직각 삼각형 형상의 단면을 가지는 입사부(11)와, 상기 입사부(11)의 경사면(11')으로부터 일정 거리 이격되게 위치하는 볼록한 곡면 형상의 출사부(12)와, 상기 입사부(11)의 경사면(11')과 상기 출사부(12)의 후면을 연결하는 연결부(13)가 일체로 형성된 광학렌즈(10)가 격자형으로 배치되어 광원으로부터 일정 거리 이격된 위치에 표출면(50)이 형성되도록 하는 표지판 모듈(20)과; 상기 광학렌즈(10)의 내부에 각각 위치되어 광원으로 작용하는 칩 LED(25);를 포함하는 도로전광표지판에 있어서,
    상기 표지판 모듈(20)은, 상기 칩 LED(25)가 가로 및 세로 방향으로 일정 간격마다 격자형으로 배치된 모듈 PCB(23)와; 상기 모듈 PCB(23)의 상측에 배치되고 상기 칩 LED(25)에 대응되는 위치에 상기 광학렌즈(10)가 삽입되는 홀(24)이 형성된 모듈 커버(21);를 포함하고,
    상기 광학렌즈(10)가 출사부(12)가 아래쪽을 향하도록 상기 홀(24)에 삽입되어 상기 모듈 커버(21)에 착탈 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 도로전광표지판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학렌즈(10)는, 상기 입사부(11)의 후면 가장자리에서 돌출 형성된 후 내측으로 절곡된 결합턱(15)을 구비하고,
    상기 모듈 커버(21)는 상기 홀(24)의 주위에서 전방으로 돌출된 후 외측으로 절곡되어 상기 결합턱(15)에 결합되는 고정턱(22)을 구비한 것을 특징으로 하는 도로전광표지판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결합턱(15)의 내측 상단 모서리와 상기 고정턱(22)의 외측 하단 모서리는 각각 45도로 모따기 가공된 것을 특징으로 하는 도로전광표지판.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 칩 LED(25)는, 표출면(50)이 50~100㎝ 떨어지는 곳에 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 도로전광표지판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 칩 LED(25)는, 모듈 크기가 300㎜×300㎜ 크기인 경우에는 가로 및 세로 간격이 18.75㎜가 되도록 배치되고, 모듈 크기가 240㎜×240㎜ 크기인 경우에는 가로 및 세로 간격이 15㎜가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 도로전광표지판.
  8. 삭제
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