KR101185287B1 - 렌즈, 이 렌즈를 사용하는 조명장치 및 가로등 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 대향하는 광입사면과 광출사면을 구비하는 렌즈를 제공한다. 상기 광입사면과 상기 광출사면은 동일한 좌표계에 위치하며, 상기 좌표계에서 상기 광입사면은 아래의 곡면공식[1]을 만족시키고, 상기 광출사면은 아래의 공식[2]를 만족시킨다.
곡면공식[1]:
Figure 112010067789743-pat00027

(여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ai 및 bj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 a1 및 b1을 포함하고, -0.5＜a1＜0이며 -0.7＜b1＜0임)
곡면공식[2]:
Figure 112010067789743-pat00028

(여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ci 및 dj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 c1 및 d1을 포함하고, -0.3＜c1＜0이며 0＜d1＜0.6임)

Description

렌즈, 이 렌즈를 사용하는 조명장치 및 가로등{LENS AND LIGHT SOURCE DEVICE USING SAME AND STREET LAMP}
본 발명은, 렌즈, 이 렌즈를 사용하는 조명장치 및 가로등에 관한 것이다.
일반적으로, 가로등은 도로의 양측에 수직으로 설치되어 도로 및 주위환경에 야간조명(夜間照明)을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가로등(10)은 수직으로 설치된 기둥(12)과, 상기 기둥(12)으로부터 경사지게 연신된 가름대(14), 상기 가름대(14)의 단부에 설치되어 있는 투명한 램프 커버(16) 및, 상기 램프 커버(16) 내에 설치되어 있는 조명장치(도시되지 않았음)를 구비한다.
현재, 발광다이오드(LED)는 빛의 품질(즉, LED 광원이 출사한 빛의 스펙트럼)이 좋고, 발광효율이 높고, 에너지를 절약할 수 있는 등과 같은 특성에 인해 가로등의 조명장치에 널리 사용되고 있다.
그러나, 현재의 발광다이오드가 출사하는 광선은 원대칭에 근사한 광 필드(light-field)를 갖고 있다. 도 2는 도 1의 조명장치에 있어서의 발광다이오드가 출사한 광선의 조도(照度)의 모의(模擬)도이다. 상기 조도는 중심으로부터 주위로 불균일한 분포를 가진다. 즉, 중심의 빛의 세기가 강하고, 중심으로부터 주위로 빛의 세기가 차츰 약해진다. 이러한 조도의 분포는 실제 응용중에서 조명의 효과가 우수하지 못하다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 발광다이오드가 출사한 빛을 굴절하여 균일한 조도를 형성하는 렌즈와, 이 렌즈를 사용하는 조명장치 및, 상기 조명장치를 사용하는 가로등을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대향하는 광입사면과 광출사면을 구비하는 렌즈를 제공한다. 상기 광입사면과 상기 광출사면은 동일한 좌표계에 위치하고, 상기 좌표계에서 상기 광입사면은 아래의 곡면공식[1]을 만족시키고, 상기 광출사면은 아래의 공식[2]를 만족시킨다.
곡면공식[1]:
Figure 112010067789743-pat00001
여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ai 및 bj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 a1 및 b1을 포함하고, -0.5＜a1＜0이며, -0.7＜b1＜0이다.
곡면공식[2]:
Figure 112010067789743-pat00002
여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ci 및 dj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 c1 및 d1을 포함하고, -0.3＜c1＜0이며, 0＜d1＜0.6이다.
또한, 본 발명은, 발광다이오드와, 상기 렌즈를 구비하며, 상기 발광다이오드는 수용공간 내에 광입사면에 대면되도록 설치되고, 상기 발광다이오드가 출사한 광선은 광입사면으로부터 상기 렌즈에 입사된 다음 상기 렌즈에 의해 굴절된 후, 광출사면으로부터 출사되어 상대적으로 비대칭인 광 필드를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 기둥과, 상기 기둥으로부터 연신된 가름대와, 상기 가름대의 단부에 장착된 투명한 램프 커버와, 상기 조명창치를 구비하며, 상기 조명창치가 상기 램프 커버 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 가로등을 제공한다.
본 발명에 따른 렌즈, 상기 렌즈를 사용하는 조명장치 및 상기 조명장치를 사용하는 가로등에 있어서, 상기 렌즈가 광입사면 및 광출사면을 가지며, 동일한 좌표계에서, 상기 광입사면이 아래의 곡면공식[1]을 만족시키고, 상기 광출사면이 아래의 곡면공식[2]를 만족시키며, 상기 발광다이오드가 수용공간 내에 상기 광입사면에 대면되도록 설치되는 것에 의해, 상기 발광다이오드가 출사한 광선이 상기 광입사면으로부터 상기 렌즈에 입사된 다음 상기 렌즈에 의해 굴절된 후, 상기 광출사면으로부터 출사되어 균일한 조도를 형성하기 때문에 조명효과가 우수하다.
Figure 112010067789743-pat00003
(여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ai 및 bj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 a1 및 b1을 포함하고, -0.5＜a1＜0이며, -0.7＜b1＜0임)
곡면공식[2]:
Figure 112010067789743-pat00004
(여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ci 및 dj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 c1 및 d1을 포함하고, -0.3＜c1＜0이며, 0＜d1＜0.6임)
도 1은 종래의 가로등의 표시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가로등의 조명장치에 있어서의 발광다이오드가 출사한 광선의 조도의 모의도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈의 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 렌즈의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 렌즈를 구비한 조명장치의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 조명장치의 광선의 경로선의 표시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 조명장치를 구비한 가로등의 표시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 조명장치의 조도의 모의도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈를 사용하는 조명장치의 조도의 모의도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈를 사용하는 조명장치의 조도의 모의도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 렌즈를 사용하는 조명장치의 조도의 모의도이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 렌즈, 이 렌즈를 사용하는 조명장치 및 가로등에 대해 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈(20)는 플라스틱 또는 유리와 같은 투명재료에 의해 제조된다. 상기 플라스틱은 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 또는 실리콘(silicone) 등이다.
상기 렌즈(20)는 하나의 아래면(22), 하나의 광입사면(24), 하나의 광출사면(26), 4개의 제1측벽(27) 및 4개의 제2측벽(28)을 구비한다.
상기 아래면(22)과 상기 광출사면(26)은 대향하고, 상기 광입사면(24)과 상기 광출사면(26)은 서로 대향하는 2개의 곡면이며, 상기 광입사면(24)은 상기 아래면(22)으로부터 상기 광출사면(26)측으로 오목하게 들어가서 수용공간(29)을 형성하고, 상기 광입사면(24)은 상기 수용공간(29) 내에 위치한다. 상기 4개의 제1측벽(27)은 상기 광출사면(26)과 상기 아래면(22)을 연결하고, 상기 4개의 제2측벽(28)은 상기 광입사면(24)과 상기 아래면(22)을 연결한다.
상기 광입사면(24)과 상기 광출사면(26)은 동일한 좌표계에 위치하며, 상기 광입사면(24)은 상기 좌표계에서 아래의 곡면공식[1]을 만족시킨다.
곡면공식[1]:
Figure 112010067789743-pat00005
여기서, N1 및 N2는 자연수이다. N2=1일 때, a1 및 b1은 중요 계수이고, -0.5＜a1＜0이며 -0.7＜b1＜0이다. N2≥2일 때, a1， b1 및 b2는 중요 계수이고, -0.5＜a1＜0이고, -0.7＜b1＜0이며, -0.3＜b2＜0이다.
상기 광출사면(26)은 상기 좌표계에서 아래의 곡면공식[2]를 만족시킨다.
곡면공식[2]:
Figure 112010067789743-pat00006
여기서, N1 및 N2는 자연수이다. N2=1일 때, c1 및 d1은 중요 계수이고, -0.3＜c1＜0이며, 0＜d1＜0.6이다. N2≥2일 때, c1， d1 및 d2는 중요 계수이고, -0.3＜c1＜0이고, 0＜d1＜0.6이며, -0.2＜d2＜0이다.
본 실시예에 있어서, 상기 렌즈(20)의 중심두께가 5.75mm이고, 동일한 좌표계에서, 상기 광입사면(24)은 아래의 곡면공식[3]을 만족시키며, 상기 광출사면(26)은 아래의 곡면공식[4]를 만족시킨다.
곡면공식[3]:
Figure 112010067789743-pat00007
곡면공식[4]:
Figure 112010067789743-pat00008
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 조명장치(40)는 제1실시예에 따른 렌즈(20) 및 발광다이오드(30)을 구비한다.
상기 발광다이오드(30)는 상기 수용공간(29) 내에 상기 광입사면(24)에 대면되도록 설치된다. 도 6을 참조하면, 상기 발광다이오드(30)가 출사한 광선은 상기 광입사면(24)으로부터 상기 렌즈(20)에 입사된 다음 상기 렌즈(20)에 의해 굴절된 후, 상기 광출사면(26)으로부터 출사되어 상대적으로 비대칭인 광 필드를 형성한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 가로등(50)은 도로의 양측에 수직으로 설치되어 있는 기둥(52), 상기 기둥(52)으로부터 경사지게 연신된 가름대(54), 상기 가름대(54)의 단부(54a)에 장착되어 있는 투명한 램프 커버(58) 및 상기한 바와 같은 조명장치(40)를 구비한다. 상기 조명장치(40)는 상기 램프 커버(58) 내에 설치된다.
도 8은 상기 조명장치(40)가 출사한 광선의 조도의 모의도이다. 상기 조도는 중심으로부터 주위로 균일하게 분포되어 있다. 즉, 중심의 빛의 세기와 주위로 확산되는 영역의 빛의 세기가 거의 비슷하다. 이러한 조도의 조명효과가 우수하다.
본 발명에 따른 렌즈(20), 상기 렌즈(20)를 사용하는 조명장치(40) 및 상기 조명장치(40)를 사용하는 가로등(50)에 있어서, 상기 렌즈(20)가 광입사면(24) 및 광출사면(26)을 가지며, 동일한 좌표계에서, 상기 광입사면(24)이 아래의 곡면공식[3]을 만족시키고, 상기 광출사면(26)이 아래의 곡면공식[4]를 만족시키며, 상기 발광다이오드(30)가 상기 수용공간(29) 내에 상기 광입사면(22)에 대면되도록 설치되는 것에 의해, 상기 발광다이오드(30)가 출사한 광선이 상기 광입사면(24)으로부터 상기 렌즈(20)에 입사된 다음 상기 렌즈(20)에 의해 굴절된 후, 상기 광출사면(26)으로부터 출사되어 균일한 조도를 형성하기 때문에 조명효과가 우수하다.
곡면공식[3]:
Figure 112010067789743-pat00009
곡면공식[4]:
Figure 112010067789743-pat00010
제2실시예에 따른 렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 중심두께가 5.75mm이며, 동일한 좌표계에서, 광입사면은 아래의 곡면공식[5]를 만족시키고, 광출사면은 아래의 곡면공식[6]을 만족시킨다.
곡면공식[5]:
Figure 112010067789743-pat00011
곡면공식[6]:
Figure 112010067789743-pat00012
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈를 사용한 조명장치(40)가 출사한 광선의 조도의 모의도이다. 상기 조도는 중심으로부터 주위로 균일하게 분포되어 있다. 즉, 중심의 빛의 세기와 주위로 확산되는 영역의 빛의 세기가 거의 비슷하다. 이러한 조도의 조명효과가 우수하다.
제3실시예에 따른 렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 중심두께가 12mm이며, 동일한 좌표계에서, 광입사면은 아래의 곡면공식[7]을 만족시키고, 광출사면은 아래의 곡면공식[8]을 만족시킨다.
곡면공식[7]:
Figure 112010067789743-pat00013
곡면공식[8]:
Figure 112010067789743-pat00014
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈를 사용한 조명장치가 출사한 광선의 조도의 모의도이다. 상기 조도는 중심으로부터 주위로 균일하게 분포되어 있다. 즉, 중심의 빛의 세기와 주위로 확산되는 영역의 빛의 세기가 거의 비슷하다. 이러한 조도의 조명효과가 우수하다.
본 발명의 제4실시예에 따른 렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 중심두께가 18mm이며, 동일한 좌표계에서, 광입사면은 아래의 곡면공식[9]를 만족시키고, 광출사면은 아래의 곡면공식[10]을 만족시킨다.
곡면공식[9]:
Figure 112010067789743-pat00015
곡면공식[10]:
Figure 112010067789743-pat00016
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 렌즈를 사용한 조명장치가 출사한 광선의 조도의 모의도이다. 상기 조도는 중심으로부터 주위로 균일하게 분포되어 있다. 즉, 중심의 빛의 세기와 주위로 확산되는 영역의 빛의 세기가 거의 비슷하다. 이러한 조도의 조명효과가 우수하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
20 --- 렌즈 22 --- 아래면
24 --- 광입사면 26 --- 광출사면
27 --- 제1측벽 28 --- 제2측벽
29 --- 수용공간 30 --- 발광다이오드
40 --- 조명장치 50 --- 가로등
52 --- 기둥 54 --- 가름대
54a --- 단부 58 --- 램프 커버

Claims (10)

  1. 대향하는 광입사면과 광출사면을 구비하는 렌즈에 있어서,
    상기 광입사면과 상기 광출사면은 동일한 좌표계에 위치하고, 상기 좌표계에서 상기 광입사면은 아래의 곡면공식[1]을 만족시키고, 상기 광출사면은 아래의 공식[2]를 만족시키는 것을 특징으로 하는 렌즈.
    곡면공식[1]:
    Figure 112010067789743-pat00017

    (여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ai 및 bj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 a1 및 b1을 포함하고, -0.5＜a1＜0이며 -0.7＜b1＜0임)
    곡면공식[2]:
    Figure 112010067789743-pat00018

    (여기서, N1 및 N2는 자연수이고, ci 및 dj는 비구면계수이며, 중요 계수로서 c1 및 d1을 포함하고, -0.3＜c1＜0이며 0＜d1＜0.6임)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 곡면공식[1]에 있어서, N2≥2일 때, 중요 계수 b2를 더 포함하고, -0.3＜b2＜0이며, 상기 곡면공식[2]에 있어서, N2≥2일 때, 중요 계수 d2를 더 구비하고, -0.2＜d2＜0인 것을 특징으로 하는 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 아래면을 더 구비하고, 상기 아래면과 상기 광출사면은 대향하고, 상기 광입사면은 상기 아래면으로부터 상기 광출사면 측으로 오목하게 들어가서 수용공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈는 4개의 제1측벽 및 4개의 제2측벽을 더 구비하고, 상기 4개의 제1측벽은 상기 광출사면과 상기 아래면을 연결하며, 상기 4개의 제2측벽은 상기 광입사면과 상기 아래면을 연결하는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 좌표계에서, 상기 광입사면은 아래의 곡면공식[3]을 만족시키고, 상기 광출사면은 아래의 곡면공식[4]를 만족시키는 것을 특징으로 하는 렌즈.
    곡면공식[3]:
    Figure 112010067789743-pat00019

    곡면공식[4]:
    Figure 112010067789743-pat00020

  6. 제4항에 있어서,
    상기 좌표계에서, 상기 광입사면은 아래의 곡면공식[5]를 만족시키고, 상기 광출사면은 아래의 곡면공식[6]을 만족시키는 것을 특징으로 하는 렌즈.
    곡면공식[5]:
    Figure 112010067789743-pat00021

    곡면공식[6]:
    Figure 112010067789743-pat00022

  7. 제4항에 있어서,
    상기 좌표계에서, 상기 광입사면은 아래의 곡면공식[7]을 만족시키고, 상기 광출사면은 아래의 곡면공식[8]을 만족시키는 것을 특징으로 하는 렌즈.
    곡면공식[7]:
    Figure 112010067789743-pat00023

    곡면공식[8]:
    Figure 112010067789743-pat00024

  8. 제4항에 있어서,
    상기 좌표계에서, 상기 광입사면은 아래의 곡면공식[9]를 만족시키고, 상기 광출사면은 아래의 곡면공식[10]을 만족시키는 것을 특징으로 하는 렌즈.
    곡면공식[9]:
    Figure 112010067789743-pat00025

    곡면공식[10]:
    Figure 112010067789743-pat00026

  9. 발광다이오드와, 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 렌즈를 구비하고,
    상기 발광다이오드는 수용공간 내에 광입사면에 대면되도록 설치되며,
    상기 발광다이오드가 출사한 광선은 광입사면으로부터 상기 렌즈에 입사된 다음 상기 렌즈에 의해 굴절된 후, 광출사면으로부터 출사되어 상대적으로 비대칭인 광 필드를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  10. 기둥과,
    상기 기둥으로부터 연신된 가름대,
    상기 가름대의 단부에 장착된 투명한 램프 커버 및,
    청구항 제9항에 기재된 조명창치를 구비하고,
    상기 조명창치가 상기 램프 커버 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 가로등.
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