KR101206083B1 - 비대칭 조사방향을 갖는 ｌｅｄ 가로등용 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈에 관한 것으로, 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈에 있어서, 적어도 2개의 볼록면이 일측이 일정만큼 중첩된 볼록부, 상기 볼록부 저면으로 요홈 형성되는 것으로, 여기에 LED 발광소자가 위치하며, 상기 요홈은 일측으로 편심 형성되어 상기 LED 발광소자에서 출사되는 광을 렌즈 중심을 기준으로 비대칭적으로 조사하기 위한 요홈부 및 상기 렌즈의 저면으로 상기 요홈부 제외한 소정넓이의 저면부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 LED 발광소자가 수용되는 렌즈 저면으로 편심 형성되는 곡률 형상의 요홈부를 형성함에 따라 가로등이 설치되는 장소의 특성에 따라 조명의 배광분포를 조절함으로써 효과적인 가로등 조명을 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

비대칭 조사방향을 갖는 ＬＥＤ 가로등용 렌즈{LED street lamp with the direction of the asymmetric lens survey}

본 발명은 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 도로나 터널, 보행자길 등에 설치되는 LED 발광소자가 적용된 가로등의 조명광을 가로등 설치 장소에 따라 효과적으로 조사하여 시야를 확보할 수 있는 비대칭적 조사각을 가지는 가로등용 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 가로등을 포함한 보안등, 터널 등은 장식성을 가미한 다양한 선형의 구조물을 지주 또는 전봇대에 등을 설치한 것으로서, 그 구조는 하부가 개방된 내부로 램프가 설치된 보디와, 상기 개방된 보디의 하부를 밀폐하도록 글러브가 결합되고, 또한, 보디의 일측에는 지주 또는 전봇대에 체결할 수 있도록 글러브 내부에는 구조물이 형성된 구조로 이루어진다.

그러나, 가로등은 어두운 지역을 밟게 조명하기 위해 내부에 램프를 설치하고, 상기 램프의 광원으로는 백열등, 고압 수은등, 형광등, 나트륨 등을 광원으로 사용하였으나, 전기 소비 전력이 높고 지속적으로 램프를 교체해야하는 불편함이 있다.

따라서, 최근에 광원으로 엘이디를 많이 사용하고 있는 추세이며, 엘이디는 발광효율이 높고 저 전류에서 고출력을 얻을 수 있으며, 수명이 길고 소비전력이 적은 장점 때문에 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.

최근에는 정부의 에너지 절약정책 사업으로 엘이디를 광원으로 많이 사용하고 있는 추세이며, 또한 엘이디는 발광효율이 높고 저전류에서 고출력을 얻을 수 있으며, 수명이 길고 소비전력이 적은 장점 때문에 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.

특히, 최근에 많이 사용되고 있는 엘이디 칩구조의 개선에 의해 고출력 조명용 엘이디가 개발되어 가로등, 정원등, 공원 등으로 사용범위가 급격히 증가하고 있다.

한편, 상기 가로등은 엘이디에서 조사되는 빛의 조사범위가 120ㅀ정도를 유지하나, 측면으로 조사되는 빛이 시야에 장해를 주며 필요 없는 허공으로 넓게 조사되어 빛의 손실이 많아서, 빛의 광도(cd/칸데라)와 조도(lux/룩스)가 약하기 때문에 빛의 세기를 높이기 위해 엘이디 칩 자체만을 사용하지 않고, 렌즈를 부착하여 사용한다. 따라서 상기 렌즈는 가로등의 상부에 위치한 구조물에 바로 설치하거나 또는 방열 전도판을 베이스에 체결한 발광모듈을 설치한다.

도 1은 종래기술 따른 LED와 렌즈를 적용한 가로등의 배광 영역을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 커브길이 형성된 도로에 일정간격으로 가로등이 설치되어 있으며, 기존의 LED 가로등 렌즈는 대칭적인 반사각도를 가짐에 따라 동일한 출사각을 가지고 도로를 조명한다. 하지만, 이러한 구조의 렌즈는 도로의 바깥쪽 가장자리에 조명이 미치지 않는 음영 지역이 크게 발생하여 운전자나 보행자들의 시야 확보가 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 도로나 길가의 형태에 따라 배광분포가 최적화되도록 하여 조명광을 조사할 수 있는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈에 있어서, 적어도 2개의 볼록면이 일측이 일정만큼 중첩된 볼록부, 상기 볼록부 저면으로 요홈 형성되는 것으로, 여기에 LED 발광소자가 위치하며, 상기 요홈은 일측으로 편심 형성되어 상기 LED 발광소자에서 출사되는 광을 렌즈 중심을 기준으로 비대칭적으로 조사하기 위한 요홈부 및 상기 렌즈의 저면으로 상기 요홈부 제외한 소정넓이의 저면부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 볼록부는, 타원형 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 요홈부는, 곡률면을 가지고 일측으로 편심 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 렌즈는, 가장자리를 따라 가로등 구조물에 고정할 수 있는 고정부재가 상기 렌즈와 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 렌즈는, 가장자리를 따라 상기 가로등 구조물에 고정할 수 있는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 렌즈는, 가장자리를 따라 상기 가로등 구조물에 고정할 수 있는 고정돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 렌즈는, 상기 요홈부의 내측면과 상기 볼록부의 일측면은 전반사되도록 반사각을 가지며, 상기 볼록부에서 전반사된 광은 저면부에 의해 다시 반사되어 출력되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 요홈부는, 상기 렌즈의 횡방향 단면상 중심선을 기준으로 대칭되는 요홈을 가지며, 종방향 단면상 중심선을 기준으로 비대칭 요홈을 가지도록 편심 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 경사각도에 의해 종래의 배광범위와 달리 필요한 위치로 조명광을 집중시켜 보낼 수 있도록 광학배광을 구현함으로 인해 배광을 원하는 대로 구현할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 가로등을 포함한 보안등, 터널등에 사용함으로 인해 도로상에는 음영이 발생하지 않아 차량의 안전운행을 도모할 수 있도록 운전자나 보행자의 시야를 확보할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가로등용 렌즈의 광 확산 형태를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 저면도,
도 4는 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 사시도,
도 5a는 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 요홈부를 나타낸 단면도,
도 5b는 본 발명에 따른 렌즈의 반사각을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예로 렌즈와 가로등을 결합하기 위한 구조를 나타낸 실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 비대칭 렌즈와 기존의 대칭 렌즈의 배광 분포도,
도 8은 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈를 사용한 실시예를 나타낸 상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈는, 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈에 있어서, 적어도 2개의 볼록면이 일측이 일정만큼 중첩된 볼록부, 상기 볼록부 저면으로 요홈 형성되는 것으로, 여기에 LED 발광소자가 위치하며, 상기 요홈은 일측으로 편심 형성되어 상기 LED 발광소자에서 출사되는 광을 렌즈 중심을 기준으로 비대칭적으로 조사하기 위한 요홈부 및 상기 렌즈의 저면으로 상기 요홈부 제외한 소정넓이의 저면부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈는, 가로등이 설치되는 장소의 특성에 따라 조명광의 출사방향을 달리 구현하여 효과적인 조명광을 제공할 수 있는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 정면도이다. 도시된 바와 렌즈(100)는 적어도 두 개의 볼록면을 구비한 제 1볼록부(110)와 제 2볼록부(120)가 중앙으로 형성된다. 이때 상기 제 1볼록부와 제 2볼록부는 일정간격 중첩된 형상을 가지며, 각각의 볼록부는 타원형상을 가지는 것이 바람직하다. 여기서 본 발명에 따른 렌즈의 볼록부를 렌즈의 상부면으로 한다.

따라서, 상기 제 1, 2볼록부의 중첩부는 LED 발광소자에서 출력되는 광을 그대로 출력시키며, 중첩부 외의 면으로 전반사를 일으키는 곡률을 가지도록 형성된다. 이에 대한 상세한 설명은 아래에서 다시 설명하기로 한다.

한편, 상기 렌즈(100)의 가장자리를 따라서는 상기 볼록부와 일체로 형성된 지지부(140)를 더 구비한다. 상기 지지부는 렌즈와 일체로 형성된 것으로, 렌즈를 성형 시 동시에 성형 가능하며, 상기 블록부를 기준으로 가장자리를 따라 형성되며, 일정면적만큼 구비된다. 여기서 상기 지지부는 평면상으로 구비된다.

도 3은 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 저면도이다. 도 3은 상기 볼록부의 반대면을 도시한 것으로, 중앙으로 LED 발광소자가 위치할 수 있도록 소정깊이의 요홈부(130)가 형성되며, 요홈부를 제외한 나머지 면으로는 평면상의 저면부(131)가 형성된다. 이때, 본 발명의 주요 기술적 요지에 따라 상기 요홈부는 일측으로 편심 형성된 요홈에 해당하는 것으로, 상기 LED 발광소자에서 출사되는 광을 비대칭적으로 최종 출사하기 위한 구조를 가진다.

도 5a는 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈의 요홈부를 나타낸 단면도이다. 도 5의 도시는 상기 렌즈의 수평방향에 대한 단면도로써, 저면에 형성된 요홈부가 비대칭적인 곡률면을 가지고 형성된다. 이에 따라 요홈부에 위치하는 LED 발광소자에서 출사되는 광은 상기 요홈부의 편심방향으로 광출력 방향이 더 크게 된다. 따라서, 상기 요홈부의 비대칭 곡률면을 통해 가로등의 조명광 출사방향을 제어할 수 있는 것이다. 즉 상기 요홈부는 상기 렌즈의 횡방향 단면상 중심선을 기준으로 대칭되는 요홈을 가지며, 종방향 단면상 중심선(도 5a에 도시)을 기준으로 비대칭 요홈을 가지도록 편심 형성된다.

도 5b는 본 발명에 따른 렌즈의 반사각을 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 요홈부의 내측면과 상기 제 1, 2볼록부면과는 투과 및 전반사가 일어나는 반사 곡률을 가진다. 상기 제 1볼록부와 제 2볼록부의 중첩되는 영역으로는 요홈부에서 출력되는 광을 그대로 투과시키도록 반사면을 설계하며, 일부 볼록부에서는 전반사를 일으켜 다시 반사된 후 렌즈의 저면부에서 반사되어 최종적으로 볼록부 외측면을 통해 출력된다. 이러한 전반사 형태의 반사면을 통해 가로등 조명에 적합한 광 확산 각도를 크게 할 수 있는 이점이 있다.

이처럼 편심 형성된 요홈부가 구비되어 있는 렌즈를 가로등 설치 장소에 따라 효과적으로 결정할 수 있고, 렌즈를 180도 회전시켜 설치하면 출사방향을 반대로 결정할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예로 렌즈와 가로등을 결합하기 위한 구조를 나타낸 실시예도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 렌즈를 LED 발광소자가 구비된 가로등에 설치할 때 결합부품 등으로 고정하기 위하여 렌즈를 밀착 고정시키기 위하여 지지부 양쪽면으로 고정홈(150)이 구비된다. 상기 고정홈은 소정 깊이의 홈을 가공한 것으로, 볼트 등을 홈에 맞추어 고정할 경우 견고한 고정을 유지할 수 있는 것이다. 또한, 고정방식의 다른 예로 도 6의 아래에 도시된 바와 같이 소정 길이 돌출된 고정돌기(160)가 형성되어 있다. 상기 고정돌기를 렌즈에 일체로 형성할 경우에는 가로등의 구조물에 상기 고정돌기가 삽입될 수 있는 홀을 마련하고 여기에 돌기를 삽입 고정시킴으로써 상기 렌즈(100)를 가로등에 견고하게 고정시킬 수 있는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 비대칭 렌즈와 기존의 대칭 렌즈의 배광 분포도이다. 도시된 바와 같이 위의 분포도는 일반적인 대칭적 조사각을 갖는 렌즈의 배광분포를 나타낸 것이고, 아래 분포도는 본 발명에 따른 비대칭적 조사각을 갖는 렌즈의 배광 분포도를 도시한 것이다. 도면에서와 같이 본 발명에 따른 편심 형성된 요홈부에 의해 조사각을 한쪽으로 더 크게 하였다.

도 8은 본 발명에 따른 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈를 사용한 실시예를 나타낸 상태도이다. 도시된 바와 같이 한쪽으로 편심된 광을 출사하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈를 적용할 경우 기존에는 조명광 조사각이 대칭적이여서 조명광이 미치지 못하는 음영 지역(도로 바깥쪽 부분)이 많았다. 하지만, 본 발명에 따른 렌즈를 적용하여 조명광 조사를 최대화하여 조명광이 미치지 않는 영역을 최소할 수 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 LED 발광소자 수용되는 렌즈의 요홈부를 편심 가공함에 따라 광 출사방향을 결정하여 가로등이 설치되는 장소의 특성에 따라 배광분포를 효과적으로 결정할 수 있어 결과적으로 효과적인 조명광을 제공할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 렌즈
110 : 제 1볼록부
120 : 제 2볼록부
130 : 요홈부
131 : 저면부
140 : 지지부
150 : 고정홈
160 : 고정돌기

Claims (8)

1. 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈에 있어서,
   적어도 2개의 볼록면이 일측이 일정만큼 중첩된 볼록부;
   상기 볼록부 저면으로 요홈 형성되는 것으로, 여기에 LED 발광소자가 위치하며, 상기 요홈은 일측으로 편심 형성되어 상기 LED 발광소자에서 출사되는 광을 렌즈 중심을 기준으로 비대칭적으로 조사하기 위한 요홈부; 및
   상기 렌즈의 저면으로 상기 요홈부 제외한 소정넓이의 저면부;를 포함하여 구성되며,
   상기 렌즈는,
   상기 요홈부의 내측면과 상기 볼록부의 일측면은 전반사되도록 반사각을 가지며, 상기 볼록부에서 전반사된 광은 저면부에 의해 다시 반사되어 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 볼록부는,
   타원형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 요홈부는,
   곡률면을 가지고 일측으로 편심 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈는,
   가장자리를 따라 가로등 구조물에 고정할 수 있는 고정부재가 상기 렌즈와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈.
5. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈는,
   가장자리를 따라 상기 가로등 구조물에 고정할 수 있는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈.
6. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈는,
   가장자리를 따라 상기 가로등 구조물에 고정할 수 있는 고정돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서, 상기 요홈부는,
   상기 렌즈의 횡방향 단면상 중심선을 기준으로 대칭되는 요홈을 가지며, 종방향 단면상 중심선을 기준으로 비대칭 요홈을 가지도록 편심 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 조사방향을 갖는 LED 가로등용 렌즈.

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