KR101150965B1 - 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈, 이를 포함하는 집광기 모듈 및 조명 기구 - Google Patents

다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈, 이를 포함하는 집광기 모듈 및 조명 기구 Download PDF

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Abstract

다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈가 개시된다. 상기 수렴 렌즈는 입사 표면과 방출 표면을 포함한다. X-축 방향의 크레스트 라인과 Y-축 방향의 크레스트 라인이 방출 표면 상에, 서로 교차되고 상기 방출 표면을 4개의 곡면부로 나누도록 놓인다. 각기 곡면부의 Y-축 곡률 뿐만아니라 X-축 곡률은 동일하거나 다를 수 있다. X-축 방향의 크레스트-라인과 X-축 사이의 각도 θ는 0~30도이다. 그에 의해 광원으로부터의 빛이 수렴 렌즈를 지나 투영되어 요구되는 광 패턴을 만든다. 수렴 렌즈는 집광기 모듈과 조명 기구에 사용된다.

Description

다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈, 이를 포함하는 집광기 모듈 및 조명 기구{CONVERGING LENS WITH MULTIPLE-CURVATURE COMPOUND SURFACE, CONCENTRATOR MODULE AND LIGHTING FIXTURE HAVING THE SAME}
본 발명은 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈, 이를 포함하는 집광기 모듈 및 조명 기구에 관한 것이고, 보다 상세하게는 다중-곡률 복합 표면의 설계에 의해 사용자가 필요로 하는 광 패턴과 광 세기를 발생시키는 수렴 렌즈에 관한 것이다. 상기 수렴 렌즈는 집광기 모듈과 조명 기구에 사용된다.
자동차 및 모터사이클의 조명 장치는 보다 강력한 기능, 보다 긴 사용 시간, 보다 많은 전력 및 에너지 절약, 보다 작은 부피와 보다 용이한 설계의 차량 조명 외관을 갖추어 가고 있다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 조명 요건을 충족시키는 광 패턴 및 광 세기를 갖는 광 빔이 다중-곡률 복합 표면의 설계에 의해 생성되는 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈를 점 광원과 함께 사용하여 형성되는 집광기 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈를 점 광원, 기판 및 광-투과성 덮개로 조립하여 형성되는 조명 기구를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다중-곡률 복합 표면(multiple-curvature compound surface)을 갖는 수렴 렌즈(converging lens)는 입사 표면 및 방출 표면을 포함한다. 입사 표면(incident surface)은 점 광원(point light source)으로부터의 빛이 수렴 렌즈로 들어가는 수렴 렌즈의 표면으로 정의되며 한편, 방출 표면(emission surface)은 빛이 수렴 렌즈를 떠나는 수렴 렌즈의 표면으로 정의된다. 방출 표면은 X축 방향의 크레스트-라인(crest-line)과 Y축 방향의 크레스트-라인이 서로 교차하고 방출 표면을 시계방향으로 돌아가며 제1곡면부 내지 제4곡면부의 4개의 곡면부로 나누도록 배치된다. X-축 방향의 크레스트-라인의 어느 두 지점이 동일한 Y-축 곡률을 갖고 Y-축 방향의 어느 두 지점이 동일한 X-축 곡률을 갖는다. 각기 곡면부의 Y-축 곡률 뿐만아니라 X-축 곡률은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 또한, X-축 방향의 크레스트-라인의 일 부분이 제1 및 제2 곡면부 사이에 놓이며 한편, X-축 방향의 크레스트-라인의 다른 부분이 제3 및 제4 곡면부에 놓인다. X-축 방향의 크레스트-라인의 그 두 부분들과 X-축 사이의 각도 θ는 0°내지 30°이다. 그에 의해 점 광원으로부터의 빛은 수렴 렌즈를 지나 프리셋 광 패턴(preset light pattern)을 투영한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 집광기 모듈(concentrator module)은 적어도 하나의 점 광원과 다중-곡률 복합 표면을 갖는 위에서 언급된 수렴 렌즈로 이루어진다. 점 광원은 입사 표면을 갖는 수렴 렌즈의 일 표면 쪽에 위치된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 조명 기구(lighting fixture)는 적어도 하나의 집광기 모듈, 집광기 모듈을 탑재하기 위한 기판, 그리고 방출 표면을 갖는 집광기 모듈의 표면 쪽에 배치되는 광-투과성 덮개로 구성되고 광-투과성 덮개는 기판에 연결된다.
상기 목적과 기타의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 채용된 구조 및 기술적 수단들은 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있을 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 수렴 렌즈의 투시도이다;
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 수렴 렌즈의 정면도이다;
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 수렴 렌즈의 평면도이다;
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 수렴 렌즈의 측면도이다;
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 수렴 렌즈의 정면도이다;
도 6은 점 광원으로부터 방출된 광이 본 발명에 따른 일 실시예의 수렴 렌즈를 지나 광 방출 방향에 수직한 방향에 투영되어 프리셋 광 패턴이 형성되는 것을 나타내는 개략도이다;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수렴 렌즈로부터 투영된 광에 의해 형성된 광 패턴을 나타내는 개략도이다;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수렴 렌즈로부터 투영된 광에 의해 형성된 다른 광 패턴을 나타내는 개략도이다;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수렴 렌즈로부터 투영된 광에 의해 형성된 추가의 광 패턴을 나타내는 개략도이다;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수렴 렌즈로부터 투영된 광에 의해 형성된 추가의 광 패턴을 나타내는 개략도이다;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수렴 렌즈가 집광기 모듈에 적용되는 것을 나타내는 개략도이다;
도 12는 본 발명에 따른 일 실시예의 집광기 모듈이 조명 기구에 사용되는 것을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈의 일 실시예가 나타나 있다. 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈(1)은 입사 표면(11)과 방출 표면(12)을 포함한다. 입사 표면(11)은 점 광원으로부터의 빛이 수렴 렌즈(1)로 들어가는 수렴 렌즈(1)의 표면으로 정의되며 한편, 빛이 수렴 렌즈(1)를 떠나는 수렴 렌즈(1)의 표면은 방출 표면(12)으로 정의된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 방출 표면(12)은 X축 방향의 크레스트-라인(13)과 Y축 방향의 크레스트-라인(14)이 서로 교차하게 배열된다. 교차된 X 축 방향의 크레스트-라인(13)과 Y축 방향의 크레스트 라인(14)은 방출 표면(12)을 시계방향으로 돌아가며 제1 내지 제4곡면부(121,122,123,124)의 4개의 곡면부로 나눈다. 제1 및 제2 곡면부(121,122)는 X-축 방향의 크레스트-라인(13)에서 교차하고, 제1 및 제4 곡면부(121,124)는 Y-축 방향의 크레스트-라인(14)에서 교차하고, 제2 및 제3 곡면부(122,123)는 Y-축 방향의 크레스트 라인(14)에서 교차하고, 그리고 제3 및 제4 곡면부(123,124)는 X-축 방향의 크레스트-라인(13)에서 교차한다. 또한, X-축 방향의 크레스트-라인(13)의 두점, q와 p는 동일한 Y-축 곡률(YK),[XpK=XqK]를 갖고 Y-축 방향의 크레스트-라인(14)의 두점, r과 s는 동일한 X-축 곡률(XK), [XrK=XsK]를 갖는다. 각기 곡면부(121~124)의 X-축 곡률(X1~4K)은 동일하거나 다를 수 있다. 마찬가지로, 각기 곡면부(121~124)의 Y-축 곡률(Y1~4K)은 동일하거나 다를 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다른 실시예의 수렴 렌즈(1)가 나타나 있다. 본 실시예에서, X-축 방향의 크레스트-라인(131)과 X-축(또는 X-축 방향의 크레스트-라인(132)과 X-축) 사이에 각도 θ가 존재한다. X-축 방향의 크레스트-라인(131)은 제1 곡면부(121)과 제2 곡면부(122) 사이에 있으며 한편, X-축 방향의 크레스트-라인(132)는 제3 곡면부(123)과 제4 곡면부(124) 사이에 있다. 각도 θ는 0°내지 30°이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 점 광원(2)이 입사 표면(11)을 갖는 수렴 렌즈(1)의 일 표면 쪽에 놓인다. 점 광원(2)이 빛을 방출할 때, 빛은, 다중-곡률 복합 표면인, 수렴 렌즈(1)의 방출 표면(12)을 통과하여, 광 방출 방향에 수직한 방향의 횡단면이 프리셋 형태 A를 이루는 광 빔(light beam)을 형성한다.
도 7을 참조하면, 점 광원(2)으로부터 방출된 빛이 수렴 렌즈(1)를 지나고 수렴 렌즈(1) 밖으로 투영하여 횡 단면 형태가 A1인 광 빔이 형성되는 것이 나타나 있다. 이 횡 단면 형태 A1에서, 제1 및 제2 곡면부(121,122)의 X-축 곡률(X1'2K)은 제3 및 제4 곡면부(123,124)의 X-축 곡률(X3'4K) 보다 더 큰 반면, 각기 곡면부(121~124)의 Y-축 곡률(Y1~4K)은 동일하다. X-축 방향의 크레스트-라인(131)은 제1 곡면부(121)과 제2 곡면부(122) 사이에 놓이며 한편, X-축 방향의 크레스트-라인(132)는 제3곡면부(123)과 제4곡면부(124) 사이에 놓인다.
X-축 방향의 크레스트-라인(131)과 X-축 사이의 각도 θ는 0이고, X-축 방향의 크레스트-라인(132)과 X-축 사이의 각도 θ도 0이다. 따라서, 광 패턴이 위의 조건에 따라 생성된다.
도 8을 참조하면, 이 광 패턴에서, 수렴 렌즈(1)의 방출 표면(12)상의 각기 곡면부(121~124)의 X-축 곡률(X1~4K)은 동일한 반면에, 제1 및 제4 곡면부(121,124)의 Y-축 곡률(Y1'4K)는 제2 및 제3 곡면부(122,123)의 Y-축 곡률(Y2'3K) 보다 작다. X-축 방향의 크레스트-라인(131)이 제1곡면부(121)과 제2곡면부(122) 사이에 놓이며 한편, X-축 방향의 크레스트-라인(132)이 제3곡면부(123)과 제4곡면부(124) 사이에 놓인다. X-축 방향의 크레스트-라인(131)과 X-축 사이의 각도 θ는 0이고, X-축 방향의 크레스트-라인(132)과 X-축 사이의 각도 θ도 그렇다. 위의 조건에 따라, 점 광원(2)으로부터 방출된 광이 수렴 렌즈(1)를 지나 밖으로 투영되어 횡단면 형태 A2를 갖는 광 빔을 형성한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 점 광원(2)으로부터 방출된 광이 수렴 렌즈(1)를 지나고 수렴 렌즈(1) 밖으로 투영되어 형성된 광 빔의 횡단면 형태 A3 및 횡단면 형태 A4가 나타나 있다. 수렴 렌즈(1)의 방출 표면(12)상의 각기 곡면부(121~124)의 X-축 곡률(X1~4K)은 동일하며 또한 각기 곡면부(121~124)의 Y-축 곡률(Y1~4K) 또한 서로 동일하다. X-축 방향의 크레스트-라인(131)이 제1곡면부(121)과 제2곡면부(122) 사이에 놓이며 한편, X-축 방향의 크레스트-라인(132)은 제3곡면부(123)과 제4곡면부(124) 사이에 놓인다. X-축 방향의 크레스트-라인(131)과 X-축 사이의 각도 θ는 0 보다 크고, X-축 방향의 크레스트-라인(132)과 X-축 사이의 각도 θ는 0이다. 도 9에 도시된 각도 θ1은 도 10에 도시된 각도 θ2 보다 작다. 도 9에 도시된 각도 θ1은 17°이고 도 10에 도시된 각도 θ2는 30°이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 수렴 렌즈(1)가 집광기 모듈(B)에 적용된 것이 개략도에 의해 나타나 있다. 집광기 모듈(B)은 수렴 렌즈(1)와 수렴 렌즈(1)의 입사 표면(11)에 대응하게 배열된 점 광원(2)을 포함한다. 점 광원(2)이 빛을 광출할 때, 점 광원(2)으로부터의 빛은 수렴 렌즈(1)를 지나 밖으로 투영하여 광 방출 방향에 수직인 횡단면 상에 위치된 프리셋 광 패턴을 생성한다.
도 12를 참조하면, 상기 집광기 모듈(B)이 조명 기구(C)에 사용된 것이 개략도에 의해 나타나 있다. 조명 기구(C)는 적어도 하나의 집광기 모듈(B), 집광기 모듈(B)을 탑재하기 위한 기판(3), 및 집광기 모듈(B)의 방출 표면 상에 배열되는 광-투과성 덮개(4)로 이루어지며 한편, 광-투과성 덮개(4)는 기판(3)에 연결된다. 이에 의해 조명 기구(C)는 조명용 자동차 라이트 기구(automobile lights) 또는 기타의 조명 장치로 사용된다.
추가의 장점들 및 변형들이 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 발견될 수 있을 것이다. 따라서, 보다 넓은 측면에서의 본 발명은 본 명세서에서 도시되고 설명된 특정 세부사항 및 대표적인 장치들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허청구범위와 이의 등가물에 의해 정의되는 일반적인 발명 개념의 사상 또는 범위로부터 이탈함이 없이 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (4)

  1. 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈로서, 입사 표면 및 방출 표면을 포함하고; X축 방향의 크레스트-라인과 Y축 방향의 크레스트-라인이 상기 방출 표면상에, 서로 교차되고 상기 방출 표면을 시계방향으로 돌아가며 제1곡면부, 제2곡면부, 제3곡면부 그리고 제4곡면부의 4개의 곡면부로 나누도록 배치되고; 상기 제1 곡면부와 상기 제2 곡면부는 상기 X-축 방향의 크레스트-라인의 일 부분에서 교차하며 한편, 상기 제3곡면부와 상기 제4 곡면부는 상기 X-축 방향의 크레스트-라인의 다른 부분에서 교차하고; 상기 제1곡면부와 상기 제4곡면부는 상기 Y-축 방향의 크레스트-라인의 일 부분에서 교차하며 한편, 상기 제2곡면부와 상기 제3곡면부는 상기 Y-축 방향의 크레스트-라인의 다른 부분에서 교차하고; 상기 X-축 방향의 크레스트-라인의 어느 두 지점이 동일한 Y-축 곡률을 갖고 상기 Y-축 방향의 어느 두 지점이 동일한 X-축 곡률을 갖고; 각기 곡면부의 상기 Y-축 곡률 뿐만아니라 상기 X-축 곡률이 서로 동일하거나 서로 다를 수 있는 것을 특징으로 하는 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 X-축 방향의 크레스트-라인의 상기 일 부분과 상기 X-축 사이와 상기 X-축 방향의 크레스트-라인의 상기 다른 부분과 상기 X-축 사이에 각도 θ는 존재하고; 상기 각도 θ는 0°내지 30°인 것을 특징으로 하는 다중-곡률 복합 표면을 갖는 수렴 렌즈.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 적어도 하나의 수렴 렌즈 및 입사 표면을 갖는 상기 수렴 렌즈의 일 표면 쪽에 배열되는 적어도 하나의 점 광원을 포함하는 집광기 모듈.
  4. 제3항에 기재된 적어도 하나의 집광기 모듈, 상기 집광기 모듈과 조립되기 위한 기판, 및 방출 표면을 갖는 상기 집광기 모듈의 일 표면 쪽에 배치되는 광-투과성 덮개를 포함하고, 상기 광-투과성 덮개는 상기 기판에 연결되는 조명 기구.
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