KR101275614B1 - 가로등용 조명계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가로등용 조명계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원으로서의 LED;와, 상기 LED 상단에 평면으로 형성된 렌즈 어레이;및 상기 렌즈 어레이 상단에 사용자가 원하는 형상의 배광이 구현되도록 형성된 자유형상렌즈;로 구성되는 가로등용 조명계에 관한 것이다.

Description

가로등용 조명계{LIGHT SYSTEM FOR STREET LIGHT}

본 발명은 가로등용 조명계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조도가 균일한 사각형 배광의 구현이 가능한 가로등용 조명계에 관한 것이다.

근래에 들어, 친환경 광원이자 높은 에너지 효율을 갖는 LED광원의 사용이 증가되는 추세이며, 다양한 형태의 LED 렌즈로 개발되고 있다. LED는 그 특성상 조명하는 광의 조사 즉 방사각이 매우 크기 때문에, 광범위한 영역을 조사하는 역할 또는 가까운 거리를 조명하는 역할로서 주로 사용되었다.

그러나, 큰 방사각을 갖는 LED의 특성 때문에, 원거리의 국부적인 영역을 조사하는 역할로는 에텐듀(etendue; 광원에서의 광 빔의 면적과 광 빔의 입체각의 곱) 문제가 발생하여 효율적으로 LED 광원을 사용하지 못하였다.

이러한 문제를 해결하기 위해 제공된 종래의 LED용 집광렌즈는 LED에서 방사된 광을 모두 광축에 평행한 직진성을 갖도록 집광시켜 줌으로써 LED에 방사되는 광의 손실을 최소화하고, 원거리의 국부적인 영역을 효율적으로 조명할 수 있었다.

그러나 이와 같은 LED용 집광렌즈는 원형 배광 외에 사각형 배광 등의 배광을 구현할 수 없다는 단점이 있었다.

또한, 기존의 LED 렌즈는 조도가 균일한 배광을 구현하지 못한다는 단점이 있었다.

이러한 LED 렌즈의 단점 때문에 기존의 LED 렌즈를 사용하는 가로등용 조명계에서는 도로에 불균일한 원형 배광밖에 구현할 수 없다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기 기술한 단점을 보완하기 위하여 원형 배광 외에 사각형 배광 등의 사용자가 원하는 형상의 배광이 가능하고 조도가 균일한 배광이 가능한 가로등용 조명계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가로등용 조명계는,

광원으로서의 LED;와, 상기 LED 상단에 평면으로 형성된 렌즈 어레이;및 상기 렌즈 어레이 상단에 사용자가 원하는 형상의 배광이 구현되도록 형성된 자유형상렌즈;로 구성된다.

여기서, 상기 자유형상렌즈는 상기 LED에서 출사된 빛이 목표 배광 영역에 조사 될 수 있도록 렌즈 굴절법칙에 의해 계산된 점 데이터를 스프라인 피팅하고 다시 솔리드로 변환한 면들로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 렌즈 어레이는 동일한 형태의 렌즈가 일정한 간격으로 가로, 세로 방향으로 반복되게 구성되는 것을 특징으로 한다

여기서, 상기 렌즈 어레이에서 렌즈의 가로 및 세로 간격, 곡률, 높이의 조절에 의하여 조도가 균일한 배광을 구현 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 렌즈 어레이에서 렌즈의 형태는 가로 0.1mm~3.0mm, 세로 0.1mm~3mm, 높이 0.1mm~3mm, 곡률 반경 0.1mm~3mm 내의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 가로등용 조명계는 렌즈 어레이와 자유형상 렌즈에 의해 조도가 균일한 배광의 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, 렌즈 굴절법칙을 이용해 제작된 자유형상 렌즈에 의해 원형 배광 이외에도 사각 배광 등의 사용자가 원하는 형태의 배광을 구현 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 가로등용 조명계의 단면도,
도 2는 본 발명의 가로등용 조명계의 사시도,
도 3은 본 발명의 가로등용 조명계의 사시도,
도 4는 본 발명의 가로등용 조명계에서 렌즈 어레이의 평면도,
도 5는 본 발명의 가로등용 조명계에서 렌즈 어레이의 측면도,
도 6은 렌즈 어레이를 포함하지 않는 가로등용 조명계에서의 광세기 분포도,
도 7은 본 발명의 가로등용 조명계에서 렌즈 어레이 간격이 최적화 되기 전의 광세기 분포도,
도 8은 본 발명의 가로등용 조명계에서 렌즈 어레이 간격이 최적화 된 광세기 분포도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 가로등용 조명계의 사시도, 도 2는 본 발명의 가로등용 조명계의 사시도, 도 3은 본 발명의 가로등용 조명계의 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 가로등용 조명계 (100)는 LED(30), 렌즈 어레이(20; lens array) 및 자유형상렌즈(10)로 구성된다.

상기 LED(30)에서 출사된 빛은 상기 LED(30) 상단에 평면으로 형성된 렌즈 어레이(20)에 투사되고, 상기 렌즈 어레이(20) 상단에 형성된 자유형상렌즈(10)를 지나 사용자가 원하는 형상의 배광을 구현한다.

여기서, 상기 LED(30)은 빛을 출사하는 광원의 역할을 하고, LED의 개수는 배광 조도에 따라 단일개 또는 다수개일 수 있으며, 이를 한정하지는 아니한다.

여기서, 상기 렌즈 어레이(20)는 다수개의 렌즈가 동일한 간격으로 가로 세로 방향으로 반복되게 평면에 배열된 것을 특징으로 하는 렌즈로, 상기 LED(30)에서 출사된 빛을 여러 개의 광으로 배분하여 섞어줌으로써 조도를 균일하게 하는 역할을 한다. 이 때, 조도가 균일한 광을 구현하기 위한 렌즈 어레이(20)의 렌즈 간격은 이후 다시 설명하도록 한다.

여기서, 상기 자유형상렌즈(10)는 상기 LED(30) 광원에서 출사되어 렌즈 어레이(20)에 투사된 빛이 목표 배광 영역에 조사 될 수 있도록 형성된 렌즈로써, 렌즈 굴절 법칙에 의하여 계산된 점 데이터를 스프라인 피팅(spline-fitting) 하고 다시 솔리드(solid)로 변환한 면들로 구성된다. 이 때, 자유형상렌즈(10) 는 원하는 배광의 형태에 따라 다른 형태를 가질 수 있다.

이 때, 상기 자유형상렌즈(10)의 형태는 설계 데이터에 따라 다르게 구현될 수 있으므로 자유형상이라 하며, 형태를 한정하지 않는다.

도 4는 본 발명의 가로등용 조명계(100)에서 렌즈 어레이(200)의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 가로등용 조명계(100)에서 렌즈 어레이(200)의 측면도이다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 렌즈 어레이(200)는 배열된 렌즈들이 일정한 가로, 세로, 곡률 및 높이의 간격을 가지며, 상기 간격의 조절에 의하여 조도가 균일한 배광을 구현할 수 있다. 이 때, 도 6은 렌즈 어레이(200)를 포함하지 않는 가로등용 조명계(100)의 광 세기 분포도이고, 도 7은 렌즈 어레이(200)를 포함하되 상기 간격이 최적화 되지 않은 가로등용 조명계(100)의 광 세기 분포도이다.

도 8은 상기 간격이 최적화 된 가로등용 조명계(100)를 8m의 거리에서 가로 30m, 세로 12m 넓이에 배광한 광 세기 분포도이다. 이 때, 도 8에 도시한 바와 같이 균일한 배광의 구현을 위한 상기 렌즈 어레이(200)에서 렌즈와 렌즈 사이의 간격은 가로(a) 및 세로(b) 방향으로 각각 0.1mm~3mm 및 0.1mm~3mm 내의 범위를 갖고, 렌즈의 곡률 반경(c) 및 높이(d)는 각각 0.1mm~3mm 및 0.1mm~3mm 내의 범위를 갖는 것이 바람직하나 이를 한정하지는 않는다.

100, 100a, 100b : 가로등용 조명 10, 10a, 10b : 자유형상 렌즈
20, 20b, 200 : 렌즈 어레이 30 : LED

Claims (5)

1. 도로에 배광을 구현하는 가로등용 조명계에 있어서,
   빛을 출사하는 LED,
   상기 LED 상부에 위치하고, 가로 방향 및 세로 방향으로 배열되어 있는 복수 개의 렌즈를 구비하는 렌즈 어레이, 그리고
   상기 렌즈 어레이 상부에 위치하고, 상기 렌즈 어레이를 덮고 있는 자유형상 렌즈를 포함하고,
   상기 렌즈 어레이를 구성하는 상기 복수 개의 렌즈는 동일한 곡률 반경과 동일한 높이를 갖고, 상기 렌즈 어레이에서 렌즈의 가로 및 세로 간격, 곡률 반경 및 높이의 조절에 의하여 조도가 균일한 배광을 구현하며,
   상기 렌즈 어레이에서 렌즈의 가로(a) 및 세로(b) 간격은 각각 0.1mm~3mm 및 0.1mm~3mm 내의 범위를 갖고, 상기 렌즈의 곡률 반경(c) 및 높이(d)는 각각 0.1mm~3mm 및 0.1mm~3mm 내의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 가로등용 조명계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자유형상 렌즈는 상기 LED에서 출사된 빛이 목표 배광 영역에 조사 될 수 있도록 렌즈 굴절법칙에 의해 계산된 점 데이터를 스프라인 피팅하고 다시 솔리드로 변환한 면인 것을 특징으로 하는 가로등용 조명계.
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