KR102347350B1 - 자외선 살균소독 광학시스템 - Google Patents

Abstract

UV LED가 있고,
UV LED로부터 방출되는 자외선을 굴절 시켜 외부로 투사 시키는 렌즈부;
렌즈부로부터 입사되는 자외선을 흡수하는 흡수부재;
가 UV LED의 광축을 따라 순차적으로 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 살균소독 광학시스템 {Optical system for UV disinfection}

본 발명은 자외선을 이용한 바이러스, 균 소독에 사용되는 장치에 관한 것이다.

공기 중에는 수 많은 바이러스, 균 등이 떠다니고 있는데, 이는 사람과 가축 등 동물의 건강을 위협하는 요소이다.

자외선을 이용하면 이러한 바이러스 및 균을 제거할 수가 있다. 자외선은 크게 파장에 따라 UV-A, UV-B, UV-C로 나누는데, 특히 UV-C는 100~280nm의 짧은 파장을 가지기 때문에 높은 에너지를 가지고 있어, 바이러스, 균의 DNA를 파괴하여 강한 살균 소독 작용을 하는데 효과적이다.

하지만, 높은 강도의 자외선에 오랜 시간 노출이 되면 피부에 유해하고 암, 백내장 등 위험한 질환의 원인이 될 수 있다.

UV LED는 자외선을 사방으로 방출하여 넓은 공간으로 퍼져나가도록 한다. 그래서 종래의 UV LED를 이용한 공기 살균 소독 장치는, 개방된 공간에서는 사용이 위험하고, UV LED나 자외선이 드러나지 않도록 밀폐된 형태의 제품으로 만들거나 사람이나 가축 등의 동물들이 없는 공간에서만 작동하도록 하는 등 활용하기가 어렵고 설치 환경에 제약이 있다.

UV LED가 있고,

UV LED로부터 전달받은 자외선을 굴절 시켜 외부로 투사 시키는 렌즈부;

렌즈부로부터 전달받은 자외선을 흡수하는 흡수부재;

가 자외선의 광축을 따라 순차적으로 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 렌즈부는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 렌즈군은 1개 이상의, 양의 굴절능(Positive Power)을 가지는 회전대칭 렌즈로 구성되고, 상기 UV LED로부터 전달 받은 자외선을 제2 렌즈군으로 전달하는 것을 특징으로 한다.

제 2 렌즈군은 1개 이상의 실린더 렌즈로 구성되며, 실린더 렌즈의 프로파일이 양의 굴절능을 가지고, 제1 렌즈군으로부터 전달받은 자외선을 흡수부재로 투사 시키는 것을 특징으로 한다.

상기 흡수부재는 흡수되지 못하고 반사되는 일부의 자외선을 재흡수 하기 위해, 렌즈부로부터 입사되는 자외선과 만나는 면이 입체구조 패턴으로 구성되어 있고, 입체구조 패턴은 인접한 면들 사이로 U자 또는 V자 형상의 골짜기를 형성하거나, 비정형의 기둥, 돌기 또는 다공성 형상으로 이루어지는 구조로 구성되며, 입체구조 패턴은 UV LED의 광축에 수직한 면과 평행하지 않은 면으로만 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 렌즈부가 쿼츠 또는 실리콘과 같이 자외선의 투과율이 높은 소재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 흡수부재는 자외선을 흡수하는 흑연, 무기안료, 탄소나노구조체, 블랙카본 실리콘나노구조체 등의 자외선 흡수 소재를 포함하여 제작되거나 자외선 흡수 소재가 코팅 되는 것을 특징으로 한다.

UV LED 와 광학시스템을 이용하여 커튼 빔 형태의 자외선 소독 살균 막을 형성하여 공기중의 바이러스, 균 등을 소독하여 전염을 예방하는 안전한 위생 살균 소독용 조명 장치의 발명에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 어느 한 단면을 보인 것이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 상기 어느 한 단면에 수직한 단면을 보인 것이다.
도3은 흡수부재가 적용되지 않은 평면 형상에서의 자외선 흡수, 반사를 보인 것이다.
도4는 흡수부재가 적용되지 않은 입체 형상에서의 자외선 흡수, 반사를 보인 것이다.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 흡수부재에서의 자외선 흡수를 보인 것이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 흡수부재의 입체구조 패턴에 대한 예를 보인 것이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 흡수부재의 입체구조 패턴에 대한 예를 보인 것이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 흡수부재의 입체구조 패턴에 대한 예를 보인 것이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 흡수부재의 입체구조 패턴에 대한 예를 보인 것이다.
도 6e는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 흡수부재의 입체구조 패턴에 대한 예를 보인 것이다.
도 6f는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 흡수부재의 입체구조 패턴에 대한 예를 보인 것이다.
도7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 제1 변형의 예를 보인 것이다.
도8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 제2 변형의 예를 보인 것이다.

일반적으로 살균 소독기에 사용되는 UV LED는 자외선을 사방으로 방출하여 넓은 공간으로 퍼져나가도록 한다. 그래서 종래의 UV LED를 이용한 공기 살균 소독 장치는, 개방된 공간에서는 사용이 위험하고, UV LED나 자외선이 드러나지 않도록 밀폐된 형태의 제품으로 만들거나 사람이나 가축 등의 동물들이 없는 공간에서만 작동하도록 하는 등 활용하기가 어렵고 설치 환경에 제약이 있다.

본원 발명은 이러한 단점을 극복하여, UV LED로부터 넓게 방출되는 자외선을 좁은 커튼 빔의 살균 소독 막 형태가 되도록 고안하고, 개방된 구조임에도 자외선이 외부로 노출되지 않도록 하는 구조를 더하여, 안전하면서도 다양한 어플리케이션이 가능하도록 하는 자외선 살균소독 광학시스템에 관한 것으로,

설명의 편의를 위해 UV LED(100)의 광축을 포함하는 어느 면에 의한 단면을 A단면 이라고 하고, UV LED(100)의 광축을 포함하면서 A단면에 수직한 단면을 B단면이라고 하면, 도1은 A단면을 보인 것이고, 도2는 B단면을 보인 것이다.

도1을 보면 본원 발명은 UV LED(100)와 렌즈부(200) 및 흡수부재(300)로 구성된다. 렌즈부(200)는 UV LED(100)에서 방출된 자외선을 집광시켜 흡수부재(300)로 자외선을 투사시켜 주고, 흡수부재(300)는 렌즈부(200)에서 투사된 자외선을 흡수하여 사람과 가축 등 동물에 유해한 자외선이 외부로 노출되지 않도록 해준다. 이와 같이 구성하면, 렌즈부(200)와 흡수부재(300) 사이에 자외선 막이 형성되어, 유동 되는 공기에 대해 살균 소독 효과를 가지게 되며, 개방된 구조임에도 자외선이 외부로 노출되지 않게 된다.

여기서, 렌즈부(200)는 제1 렌즈군(210)과 제2 렌즈군(220)으로 구성된다. 도1 내지 도2를 참고하면, 제1 렌즈군(210)은 양의 굴절능을 가지는 회전대칭 형상으로 자외선을 집광 시킨다.

제2 렌즈군(220)은 실린더 형상을 가지는데, 양의 굴절능을 가지는 프로파일이 A단면상에 있고, B단면상에는 막대 형상을 가진다. 또한, UV LED(100)는 A단면상에서 렌즈부(200)의 초점에 위치 시킨다. 이와 같이 구성되면, A단면상에서 초점에 위치한 UV LED(100)에서 방출된 자외선이 제1 렌즈군(210)에서 한번 집광되고, 제2 렌즈군(220)에서 또 한번 집광되어 제2 렌즈군(220)에서 투사된 자외선은 평행광이 되기 때문에 멀리 투사되더라도 빔폭이 두꺼워지지 않는다.

한편, B단면상에서는 UV LED(100)의 자외선이 제1 렌즈군(210)에서 집광되고, 제2 렌즈군(220)에선 집광되지 못하기 때문에 제2 렌즈군(220)에서 투사된 자외선이 화각을 가지게 된다. B단면상에서 자외선의 화각은 제1 렌즈군(210)과 제2 렌즈군(220)의 굴절능을 적절히 배분하여 조절 할 수 가 있다.

한편, 흡수부재(300)는 렌즈부(200)로부터 입사되는 자외선을 반사 시키지 않고 흡수하여 사람과 가축 등 동물에 유해한 자외선이 외부로 노출되지 않도록 하기 위해, 자외선을 흡수하는 소재로 제작되거나, 흡수 소재가 코팅 된다. 자외선 흡수율을 높이기 위해 렌즈부(200)와 마주보는 흡수부재(300)의 표면은 자외선의 반사가 최소화 되도록 입사된 자외선이 한번에 반사되어 방출되지 않고, 반사가 내부적으로 여러 번 반복되는 입체구조 패턴으로 구성되는데, 입체구조 패턴은 인접한 면들 사이로 U자 또는 V자 형상의 골짜기를 형성하거나, 비정형의 기둥, 돌기 또는 다공성 형상으로 이루어지는 구조로 구성된다.

또한, 흡수부재의 입체구조 패턴은 UV LED의 광축에 수직한 면과 평행하지 않은 면으로만 구성된다.

이는 자외선을 흡수부재(300)에서 여러 번 흡수시켜 흡수율을 높이기 위함이다.

보다 자세히는, 흡수부재(300)가 자외선을 흡수하는 소재로 제작된다 하더라도, 흡수율이 100%가 되지 않고 일정부분 반사율을 가지게 된다. 예를 들어, 흡수부재(300)에서의 흡수율이 90%, 반사율이 10%라고 가정하면, 도3에서와 같이 흡수부재(300)가 UV LED의 광축과 수직한 평면으로 구성되거나, 도4와 같이 입체 형상으로 구성하더라도, 입사되는 자외선의 반사가 내부적으로 반복되는 구조가 아닌 광축과 수직한 평면을 포함하고 있으면 자외선이 한번만 흡수가 이루어 지고 반사가 되므로 10%의 자외선이 외부로 노출되게 된다. 하지만, 도5에서와 같이 입체구조 패턴이 경사진 면을 가질 경우 자외선이 2회 이상 흡수되게 되는데, 3회 흡수될 경우에는 외부로 노출되는 자외선을 0.1%로 현격하게 줄일 수 있게 된다.

또한, 도 6a 내지 도 6f는 흡수부재(300)의 입체구조 패턴 형상의 예를 보인 것으로, 흡수부재(300)의 입체구조 패턴은 원뿔, 각뿔 등의 형상과 프로파일이 패턴으로 구성된 실린더 형상일 수도 있으며, 인접한 면들 사이로 U자 또는 V자 형상의 골짜기를 형성하거나 비정형의 기둥, 돌기 또는 다공성 형상을 가질 수 있다.

상기와 같이 렌즈부(200)가 구성되면, 어느 한 방향으로는 얇으면서도 이에 수직한 방향으로는 자외선을 원하는 만큼 화각을 가지도록 확산시킬 수가 있게 된다.

또한, 밀폐되지 않은 개방된 구조를 가지면서도 자외선이 외부로 노출되지 않기 때문에, 공기의 흐름이 용이하도록 하는 구조를 가질 수 있고, 안전하면서도 다양한 어플리케이션이 가능하다.

도7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다. 1개의 흡수부재(300)와 1개의 제2 렌즈군(220)이 있고, 다수의 제1 렌즈군(210)과 UV LED(100)가 B단면 상에 배열 될 수 있다. 이와 같이 구성하면, 늘어난 UV LED(100)의 숫자로 인해 보다 높은 광속을 투사 시킬 수 있게 된다.

도8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다. UV LED(100), 렌즈부(200)가 원형으로 배열이 되어 있고, 그 사이에 원형의 흡수부재(300)가 있다. 이와 같이 구성할 경우, 원형의 내측에 국한하여 자외선 막을 형성시킬 수 있고, 원형의 내부를 통과하는 공기를 살균 소독 시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 자외선 살균 소독 광학시스템.
100: UV LED
200: 렌즈부
210: 제1 렌즈군
220: 제2 렌즈군
300: 흡수부재

Claims (7)

1. 자외선을 투사 시키는 UV LED;
   1개 이상의 양의 굴절능을 가지는 회전대칭 렌즈로 구성된 제1 렌즈군;
   1개 이상의 실린더 렌즈로 구성되며, 실린더 렌즈의 프로파일이 양의 굴절능을 가지는 제2 렌즈군; 및 자외선을 흡수하는 흡수부재를 포함하고,
   상기 UV LED, 제1 렌즈군, 제2 렌즈군, 및 흡수부재가 광축을 따라 순차적으로 위치하고,
   상기 UV LED는 상기 실린더 렌즈의 프로파일과 광축을 동시에 포함하는 단면상에서, 제1 렌즈군과 제2 렌즈군이 형성하는 초점에 위치하여, 제1 렌즈군으로 자외선을 전달하고, 제1 렌즈군은 UV LED로부터 전달 받은 자외선을 제2 렌즈군으로 전달하고, 제2 렌즈군은 제1 렌즈군으로부터 전달받은 자외선을 흡수부재로 투사시키는 것을 특징으로 하는 자외선 살균소독 광학 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어
   상기 흡수부재는 흡수되지 못하고 반사되는 일부의 자외선을 재흡수 하기 위해, 제2 렌즈군으로부터 입사되는 자외선과 만나는 면이 입체구조 패턴으로 구성되어 있고, 입체구조 패턴은 인접한 면들 사이로 U자 또는 V자 형상의 골짜기를 형성하거나, 비정형의 기둥, 돌기 또는 다공성 형상으로 이루어지는 구조로 구성되며, 입체구조 패턴은 UV LED의 광축에 수직한 면과 평행하지 않은 면으로만 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 살균소독 광학시스템.
6. 제1항에 있어
   상기 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군은 쿼츠 또는 실리콘 중 하나의 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 살균소독 광학시스템.
7. 제1항에 있어
   상기 흡수부재는 자외선 흡수 소재로 제작되거나 코팅되는 것을 특징으로 하는 자외선 살균소독 광학시스템.

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