KR101625352B1 - 비구면 광 확산렌즈 - Google Patents

Abstract

비구면 광 확산렌즈에 관한 것으로;
그 기술구현의 목적은, 비구면 광 확산렌즈를 적용함으로써, LED 광 제어에 따른 균제도(일정한 공간에서 빛의 균일한 분포 정도)를 높일 수 있도록 하며, 특히 도로에 설치되는 가로등의 렌즈에 적용되어, 도로면을 사용하는 운전자에 시력에 피로감을 낮추고, 사고위험을 낮추며, 안전운행을 도모할 수 있도록 하는 비구면 광 확산렌즈를 제공함에 있다.
이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적 수단으로는;
광측센터 0 기준으로 대칭형상을 가지는 수평단면에 있어서, "

"과 같은 단면형상의 외주면을 갖는 X축 출사외면과, "

"단면형상의 내주면을 갖는 X축 입사내면으로 형성되며;
광측센터 0 기준으로 비대칭 형상을 가지는 수직 단면에 있어서, "

"과 같은 단면형상의 외주면을 갖는 Y축 출사외면과, "

"단면현상의 내주면을 갖는 Y축 입사내면을 마련되게 하여 달성한다.

Description

비구면 광 확산렌즈{ASPHERICAL LENS LIGHT DIFFUSION}

본 발명은 비구면 광 확산렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 도로상에 설치되는 가로등에 적용되는 렌즈로, 암부(暗部)지역을 최소화 할 수 있도록 하는 비구면 광 확산렌즈에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 기술적 사상은, 밝기의 분포도를 균일하게 확산 및 집중시킴으로써, 터널등을 포함하며, 보안등 및 투광등 분야에 모두 적용이 가능할 것이다.

근래의 들어, 조명장치를 비롯한 산업 전반에 걸쳐 에너지 절감을 위해, 광원으로 LED를 채택하는 경우가 많아지고 있으며, 이에 따라 LED를 효과적이면서 효율적으로 사용하기 위한 각 산업분야에서의 연구 또한 활발히 진행되고 있다.

허나, LED 광원은 빛의 직진성이 강한 특성을 갖는 것으로, 통상적으로 점광원에 가까운 LED의 빛에너지 방사형태는 중심부분에 광 분포가 집중되는 가우시안 분포를 이루게 되는 것이 일반적이다. 이는 중심 광이 주변에 비해 너무 강하므로 인해 반짝거림에 의한 눈부심 현상 및 공해를 초래하게 되거나, 광의 집중으로 인해 중심부분을 제외한 외각부분에 있어서 암부지역을 생성할 수 있게 된다.

아울러, 일반적인 렌즈구조체를 LED와 적용하여 사용할 때의 배광현상은 도 1 에 도시되어 있다. 이는, 일정 범위 내의 배광됨을 나타내며, 도 2에 도시된 바와 같이, 도로에 설치되었을 경우, 빛의 범위가 좁아져, 도 3에 도시된 바와 같이, 암부지역이 발생됨에 따라, 일몰 후 도로 야간운전 시, 가로등에 의해 빛이 지속적으로 켜졌다 꺼졌다 하는 점멸현상을 겪게 되는 것으로, 이는 운전자의 시력에 피로감을 상승시키고, 사고로 이어질 수 있는 문제점이 발생되는 것이다.

등록특허공보 10-1343563호 (2013. 12. 13. 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 내용을 토대로 그 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;

본 발명의 목적은, 비구면 광 확산렌즈를 적용함으로써, LED 광 제어에 따른 균제도(일정한 공간에서 빛의 균일한 분포 정도)를 높일 수 있도록 하며, 특히 도로에 설치되는 가로등의 렌즈에 적용되어, 도로면을 사용하는 운전자에 시력에 피로감을 낮추고, 사고위험을 낮추며, 안전운행을 도모할 수 있도록 하는 비구면 광 확산렌즈를 제공함에 있다.

이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈의 구성으로는,

몸체 전체가 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성되는 렌즈구조체로 형성되는 비구면 광 확산렌즈에 있어서, 상기 렌즈구조체는, 광측센터 0 기준으로 대칭형상을 가지며, 수평단면에 있어서, "

"단면형상의 외주면을 갖고, "

"단면형상의 내주면을 갖도록 형성되며;

광측센터 0 기준으로 비대칭 형상을 가지며, 수직 단면에 있어서, "

" 단면형상의 외주면을 갖고, "

"단면현상의 내주면을 갖도록 형성되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 수평단면 중, 외주면을 구하는 수학식은,

를 통해 산출되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 수평단면 중, 내주면을 구하는 수학식은,

를 통해 산출되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 수직단면 중, 외주면을 구하는 수학식은,

를 통해 산출되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 수직단면 중, 내주면을 구하는 수학식은,

를 통해 산출되도록 함이 바람직하다.

이상, 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈는, 광원(LED)과 결합되어 사용 시, 균제도(일정한 공간에서 빛의 균일한 분포 정도)를 크게 향상시킬 수 있도록 하며, 특히, 도로상에 가로등에 결합되어 사용 시, 도로의 주변 여건과 차선 특징에 맞는 광 제어 및 조명효율을 발휘 할 수 있도록 하며, 야간 도로주행을 행하는 운전자들의 눈의 피로감을 낮추고, 가시성을 향상시키며, 그에 따라 안전운행을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 종래 가로등의 배광 형상이다.
도 2는, 종래 가로등의 배광 조사 시뮬레이션표이다.
도 3은, 종래 가로등의 배광조사 분포표이다.
도 4는, 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈의 사시도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 배광 형상이다.
도 6은, 본 발명에 따른 배광조사 시뮬레이션표이다.
도 7은, 본 발명에 따른 배광조사 분포표이다.
도 8은, 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈의 X축 단면도이다.
도 9는, 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈의 Y축 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈의 X축 배광곡선도이다.
도 11은 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈의 Y축 배광곡선도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 이외의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명에 따른 비구면 광 확산렌즈의 실시 예 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

이에, 본 발명의 비구면 광 확산렌즈는, 광축센터 0을 기준으로 대칭형상을 가지며, 광축센터 0을 기준으로 비대칭형상을 가지며, 유리 재질 또는 폴리모계 재질로 형성되는 렌즈구조체(100)로 이루어진다.

이때, 상기 폴리머계 재질로는 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(Cyclo Olenfin Copolymer; COC) 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중에서 어느 1가지를 선택 사용할 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 렌즈구조체(100)에 있어서, 상기 몸체의 X축은, "

"와 같은 단면형상을 갖도록 하는 X축 출사외면(11x)과, "

"와 같은 단면형상을 갖도록 하는 X축 입사(入射)내면(10x)으로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 렌즈구조체(100)에 있어서, 상기 몸체의 Y축은, "

"와 같은 단면형상을 갖도록 하는 Y축 출사외면(21y)과, "

"와 같은 단면형상을 갖도록 하는 Y축 입사내면(20y)으로 형성됨이 바람직하다.

이때, 상기 렌즈구조체(100)에 있어서, 상기 몸체의 X축은, X축 출사외면(11x)과, X축 입사내면(10x)이 대칭 구조로 형성되어, 도 5와, 도 10에 도시된 바와 같이, 수평배광을 갖도록 하여, 도 6에 도시된 바와 같이 도로면에 확산 배광할 수 있도록 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 렌즈구조체(100)에 있어서, 몸체의 Y축은, Y축 출사외면(21y)과, Y축 입사내면(10y)이 비대칭 구조로 형성되어, 도 5와, 도 11에 도시된 바와 같이, 비대칭 배광으로 이루어져, 가로등에서 도로 반대방향 즉, 후사광을 제어하기 위하여 수직배광이 단방향으로만 빛을 부출 수 있도록 함이 바람직하다.

이에, 상기 렌즈구조체(100)의 수학식에 있어서, 상기 X축 출사외면(11X)을 산출하는 수학식은,

이다.

또한, 상기 렌즈구조체(100)의 수학식에 있어서, 상기 X축 출사내면(10x)을 산출하는 수학식은,

이다.

또한, 상기 렌즈구조체(100)의 수학식에 있어서, 상기 Y축 출사외면(21y)을 산출하는 수학식은,

이다.

또한, 상기 렌즈구조체(100)의 수학식에 있어서, 상기 Y축 출사내면(20y)을 산출하는 수학식은,

이다.

한편, 상기와 같은 렌즈구조체(100)를 적용하여 가로등에 적용 시, 도 6에 도시된 바와 같이 도로면에 배광되고, 도 7에 도시된 바와 같이 배광 조사 분포를 살펴보면 암부 영역이 존재하지 않는 것으로, 이는, 도로의 주변 여건과 차선 특징에 맞는 광 제어 및 조명효율을 발휘 할 수 있도록 하며, 야간 도로주행을 행하는 운전자들의 눈의 피로감을 낮추고, 가시성을 향상시키며, 그에 따라 안전운행을 도모할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

100 : 렌즈구조체
10x : X축 입사내면
11x : X축 출사외면
20y : Y축 입사내면
21y : Y축 출사외면

Claims (5)

1. 광원과 결합되어 빛을 분산시킬 수 있도록 형성되는 렌즈구조체(100)에 있어서,
   상기 렌즈구조체(100)는, 광측센터 0 기준으로 대칭형상을 가지는 수평단면에 있어서, "

   

   "과 같은 단면형상의 외주면을 갖는 X축 출사외면(11x)과, "

   

   "단면형상의 내주면을 갖는 X축 입사내면(10x)으로 형성되며;
   광측센터 0 기준으로 비대칭 형상을 가지는 수직 단면에 있어서, "

   

   "과 같은 단면형상의 외주면을 갖는 Y축 출사외면(21y)과, "

   

   "단면현상의 내주면을 갖는 Y축 입사내면(20y)으로 형성되는 광 확산렌즈에 있어서;
   상기 X축 출사외면(11x)을 산출하는 수학식은,
   

   

   
   임을 특징으로 하는 비구면 광 확산렌즈.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 X축 출사내면(10x)을 산출하는 수학식은,
   

   

   
   임을 특징으로 하는 비구면 광 확산렌즈.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 Y축 출사외면(21y)을 산출하는 수학식은,
   

   

   
   임을 특징으로 하는 비구면 광 확산렌즈.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 Y축 출사내면(20y)을 산출하는 수학식은,
   

   

   
   임을 특징으로 하는 비구면 광 확산렌즈

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