KR20030031339A

KR20030031339A - 교통 신호등용 투광 렌즈

Info

Publication number: KR20030031339A
Application number: KR1020010063429A
Authority: KR
Inventors: 송중섭
Original assignee: 주식회사 코리아시그널
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-04-21

Abstract

본 발명은 신호등 내부에 장착된 다수의 발광 다이오드로부터 방출되는 빛을 효과적으로 투과 및 분산시켜, 렌즈 전체 면적에 걸쳐 빛이 균일하게 방출될 뿐만 아니라, 원거리에서도 신호등의 점등 상태를 용이하게 식별할 수 있도록 한 교통 신호등용 투광 렌즈에 관한 것으로서, 이와 같은 투광 렌즈는 빛이 입사하는 내면과 빛이 방출되는 외면을 가지는 렌즈본체; 및 상기 렌즈 본체의 내면에 서로 연하여 반복적으로 형성되어 있으며, 육각형의 형상을 가지는 밑면, 상면, 및 상기 밑면과 상면을 연결하는 측면으로 이루어져 있으며, 상기 상면의 곡률 반지름은 상기 밑면을 이루는 육각형의 대칭되는 꼭지점 및 상기 대칭되는 꼭지점에 상응하는 상기 상면의 꼭지점을 연결하여 생기는 원호의 곡률 반지름 보다 큰 것을 특징으로 하는 다수의 렌즈 구조체를 포함하여 이루어진다.

Description

교통 신호등용 투광 렌즈{Transparent lens for traffic signal}

본 발명은 교통 신호등용 투광 렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신호등 내부에 장착된 다수의 발광 다이오드로부터 방출되는 빛을 효과적으로 투과 및 분산시켜, 렌즈 전체 면적에 걸쳐 빛이 균일하게 방출될 뿐만 아니라, 원거리에서도 신호등의 점등 상태를 용이하게 식별할 수 있도록 한 교통 신호등용 투광 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 교통 신호등은 백열 전구 전면에 적색, 황색 또는 녹색으로 착색된 렌즈를 장착하거나, 다수의 적색, 황색 또는 녹색 발광 다이오드(light emitting diode: LED)의 전면에 신호광을 분산시키기 위한 렌즈를 장착하여 이루어진다. 백열 전구를 사용하는 신호등은 많은 전기에너지를 소모하며, 다량의 열을 방출할 뿐만 아니라, 백열전구 자체의 수명이 짧기 때문에, 유지 보수에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있으므로, 최근에는 이와 같은 단점이 없는 발광 다이오드를 채용한 신호등의 사용이 일반화되고 있다.

도 1은 이와 같은 발광 다이오드를 이용한 교통 신호등의 분해사시도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 교통 신호등은 정해진 교통신호에 따라 발광 다이오드를 점등시키기 위한 전기회로가 형성된 회로기판(12)과, 상기 회로기판(12)에 전기적으로 연결되어 있는 다수의 발광 다이오드(14)를 포함하는 발광 다이오드 배열판(16), 상기 발광 다이오드 배열판(16)의 전면에 설치되어 발광 다이오드(14)를 보호하며, 상기 발광 다이오드(14)로부터 방출되는 빛을 분산시키기 위한 렌즈(18) 및 상기 회로기판(12), 발광 다이오드 배열판(16) 및 렌즈(18)를 결합시키기 위한 본체(10)로 이루어진다.

이와 같은 발광 다이오드를 이용한 교통신호등은 운전자가 용이하게 식별할 수 있도록 적절한 가시거리 및 가시각도를 가져야 하는데, 예를 들어, 한국에너지기술연구소와 도로교통안전관리공단이 1999. 12. 3일자로 규정한 LED 교통신호등 잠정 규격서(안)에 따르면, 전방 10m의 거리 및 27.5°의 좌우향 수평각 및 17.5°의 하향 수직각에서, 직경 300mm의 LED 신호등이 가져야 할 최소 유지 광도(단위 : cd) 기준은 다음 표 1과 같다.

하향수직각	좌우향 수평각
하향수직각	2.5°	7.5°	12.5°	17.5°	22.5°	27.5°
2.5°	339	251	141	77	-	-
7.5°	226	202	145	89	38	18
12.5°	50	48	44	34	22	16
17.5°	22	22	22	22	20	16

이와 같이 신호등에서 발생한 신호를 소정의 가시거리에서 운전자에게 인식되기 위해서는 신호등에서 발생하는 빛이 충분한 직진성을 가져야 하며, 또한 소정의 가시 각도에서 운전자가 신호등의 신호를 인식하기 위해서는 신호등에서 발생하는 빛이 소정의 각도를 가지고 분산되어야 한다. 또한 발광 다이오드 교통 신호등은 다수의 발광 다이오드로부터 빛이 방출되어, 하나의 교통 신호를 표시하므로, 각각의 발광 다이오드로부터 방출되는 빛은 운전자에게 개별적으로 인식되기보다는, 하나의 신호로서 인식되어야 한다.

상기한 바와 같이 신호광의 가시 거리 및 가시각도를 확보하며, 다수의 발광다이오드로부터 방출되는 빛이 하나의 신호로서 운전자에게 인식되도록 하기 위해서, 렌즈(40)의 형상을 변형한 예가 대한민국 실용신안등록 제5016호, 대한민국 공개특허 제2000-30723호 등에 개시되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 대한민국 실용신안등록 제5016호는 렌즈(20)의 내면에, 작은 4각형 형상의 평면렌즈(26), 볼록렌즈(24) 및 곡면렌즈(22)를 교대로 형성하여, 평면렌즈(26)를 이용하여 빛을 직진시킴으로서, 빛의 가시거리를 충분히 확보하고, 볼록렌즈(24) 및 곡면렌즈(26)를 이용하여 빛을 분산시킴으로서, 빛의 가시각도 확보와 신호광이 렌즈(20)의 전체 면적으로부터 균일하게 방출되는 구조를 가지고 있다.

도 3은 대한민국 공개특허 제2000-30723호에 개시된 발광 다이오드 신호등용 렌즈를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈(32)는 기판(38)에 장착된 발광 다이오드(30)에서 나오는 빛을 수렴하기 위한 볼록 렌즈부(34, 36)가 렌즈(32)의 전, 후면에 각각 형성되되, 렌즈(32)의 후면에 형성된 볼록 렌즈부(36)는 하방으로 치우쳐져 볼록하게 형성되어, 빛을 하방으로 편향 굴절시킴으로서, 운전자가 신호등을 관측하는 방향인 하방에서의 가시거리를 증가시킨 것을 특징으로 한다.

그러나, 대한민국 실용신안등록 제5016호에 개시된 렌즈(20)는 그 내면에 평면렌즈(26), 볼록렌즈(24) 및 곡면렌즈(22)를 매우 작은 크기로 정밀하게 형성하여야 하므로 가공이 어렵고, 대한민국 공개특허 제2000-30723호에 개시된 렌즈(32)는 렌즈(32)의 전, 후면을 모두 가공하여야할 뿐만 아니라, 렌즈(32) 전체가 볼록렌즈로 구성되어 빛의 분산성은 양호하나, 빛의 직진성이 나쁘므로 원거리에서의 식별력이 부족한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 신호광의 가시거리 및 가시각도를 모두 증가시킬 수 있는 교통 신호등용 투광 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각각의 발광 다이오드로부터 방출되는 다수의 신호광이 하나의 신호로서 운전자에게 인식될 수 있는 교통 신호등용 투광 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 간단한 구조를 가지는 교통 신호등용 투광 렌즈를 제공하는 것이다.

도 1의 통상적인 발광 다이오드를 이용한 교통 신호등의 분해사시도.

도 2는 종래의 교통 신호등용 투광 렌즈의 정면도.

도 3은 종래의 교통 신호등용 투광 렌즈를 이용한 신호광의 투과 현상을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교통 신호등용 투광렌즈의 정면도.

도 5는 도 4에 도시된 교통 신호등용 투광렌즈의 A-A'선 단면도.

도 6은 발광 다이오드로부터 방출된 신호광이 본 발명의 일 실시예에 따른 교통 신호등용 투광렌즈를 통과하는 과정을 설명하기 위한 도면.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 빛이 입사하는 내면과 빛이 방출되는 외면을 가지는 렌즈본체; 및 상기 렌즈 본체의 내면에 서로 연하여 반복적으로 형성되어 있으며, 육각형의 형상을 가지는 밑면, 상면, 및 상기 밑면과 상면을 연결하는 측면으로 이루어져 있으며, 상기 상면의 곡률 반지름은 상기 밑면을 이루는 육각형의 대칭되는 꼭지점 및 상기 대칭되는 꼭지점에 상응하는 상기 상면의 꼭지점을 연결하여 생기는 원호의 곡률 반지름 보다 큰 것을 특징으로 하는 다수의 렌즈 구조체를 포함하는 교통 신호등용 투광 렌즈를 제공한다.

여기서, 상기 상면 및 측면은 평면으로 형성되어 있을 수 있으며, 상기밑면의 대각 꼭지점 사이의 거리는 3 내지 10mm이고, 상기 상면의 넓이는 상기 밑면의 넓이의 20 내지 60%인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 교통 신호등용 투광렌즈를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교통 신호등용 투광렌즈의 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 교통 신호등용 투광렌즈의 A-A'선 단면도이다. 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교통 신호등용 투광렌즈는 빛이 입사하는 내면(50)과 빛이 방출되는 외면(52)을 가지는 렌즈본체(54) 및 상기 렌즈 본체(54)의 내면(50)에 서로 연하여 반복적으로 형성되어 있는 다수의 렌즈 구조체(40)를 포함하는 교통 신호등용 투광 렌즈를 제공한다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 구조체(40)는 육각형의 형상을 가지는 밑면(42), 상면(44), 및 상기 밑면(42)과 상면(44)을 연결하는 측면(46)으로 이루어져 있다. 여기서 상기 렌즈 구조체(40)는 상기 렌즈 본체(54)의 내면(50)에 연하여 반복적으로 형성되어야 하므로, 상기 렌즈 구조체(40)의 밑면(42)은 육각형, 바람직하게는 정육각형의 형상을 가지는 것이 좋으며, 상기 렌즈 구조체(40)의 상면(44)은 상기 측면(46)과 구별되는 상부면을 형성하기 위한 것으로서, 필요에 따라 원형, 육각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있으나, 상기 밑면(42)과 동일한 육각형의 형상을 가지는 것이 바람직하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 밑면(42)을 이루는 육각형의 대칭되는 꼭지점(A 및 B) 및 상기 밑면의 꼭지점(A, B)에 상응하는 상기 상면(44)의 꼭지점(C 또는 D)을 연결하면 소정의 원호가 형성된다. 이와 같이, 꼭지점 A-B-(C 및/또는 D)를 연결하여 형성되는 원호의 곡률 반지름 (R)은 A-B 사이의 거리의 1/2보다 같거나 큰, 즉 반구형 또는 반구형 보다 평평한 돔(dome)형 구조를 이루는 것이 바람직하다. 상기 꼭지점 A, B 및 C, D를 각각 연결하여 형성되는 측면(46)은 평면으로 형성될 수도 있으며, 적절한 곡률을 가진 원호형으로 형성될 수 있으나, 곡률을 가진 원호형으로 형성될 경우, 형성되는 원호의 곡률 반지름은 A-B-(C 및/또는 D)를 연결하여 형성되는 원호의 곡률 반지름 (R)보다 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 측면(46)은 렌즈 본체(54)에 수직으로 입사하는 빛을 굴절시킴으로서, 신호광의 가시 각도를 증가시키는 역할과, 다수의 발광 다이오드로부터 방출되는 빛을 분산시켜, 이들이 하나의 신호로서 운전자에게 인식될 수 있도록 하는 역할을 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 구조체(40)의 상면(44)의 곡률 반지름은 상기 밑면(42) 및 상면(44)의 꼭지점 A-B-(C 및/또는 D)를 연결하여 형성되는 원호의 곡률 반지름(R) 보다 크도록 형성되어 있으며, 필요에 따라서는 상기 상면(44)을 평면의 형상으로(즉, 곡률 반지름이 무한대) 할 수도 있다. 이와 같이 상기 상면(44)의 곡률 반지름을 꼭지점 A-B-(C 및/또는 D)를 연결하여 형성되는 원호의 곡률 반지름 (R) 보다 크게 형성함으로서, 상기 상면(44)으로 입사되는 빛은상기 측면(46)으로 입사되는 빛 보다 적게 굴절되며, 따라서 상기 상면(44)으로 입사되는 빛의 직진성이 향상되어, 원거리의 운전자가 신호를 용이하게 식별할 수 있도록 한다.

도 6은 발광 다이오드로부터 방출된 신호광이 본 발명의 일 실시예에 따른 교통 신호등용 투광렌즈를 통과하여 가시거리 및 가시 각도를 확보하며, 각각의 발광 다이오드로부터 방출된 빛이 하나의 신호로서 인식되는 현상을 설명하기 위한 광학계를 도시한 것으로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 기판(60)에 장착된 다수의 발광 다이오드(62)로부터 각각 방출되는 신호광 중 렌즈 구조체(40)의 상면(44)을 통과하는 빛은 직진하여 원거리의 가시 거리를 확보하고, 상기 렌즈 구조체(40)의 측면(46)을 통과하는 신호광은 굴절되어 필요한 가시 각도를 확보함과 동시에, 다수의 발광 다이오드로부터 방출되는 빛을 하나의 신호로서 운전자가 인식할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 교통 신호등용 투광렌즈는 폴리카보네이트 등 통상적인 합성수지재로 제작될 수 있으며, 투광 렌즈의 렌즈 구조체(40) 크기는 신호광의 일부는 직진시키고, 일부는 굴절시켜, 빛의 가시 거리 및 가시 각도를 모두 확보할 수 있는 크기이면 특히 제한하지 않으나, 상기 밑면(42)의 대각 꼭지점 사이의 거리가 3 내지 10mm, 바람직하게는 4 내지 7mm인 것이 좋으며, 상기 상면(44)의 넓이는 상기 밑면(42)의 넓이의 20 내지 60%, 바람직하게는 30내지 50%인 것이 좋다. 여기서상기 밑면(42)의 대각 꼭지점 사이의 거리가 3mm 미만인 경우에는 렌즈구조체(40)이 너무 미세하여 투광렌즈를 제작하기 곤란하며, 10mm를 초과하는 경우에는 각각의 발광 다이오드에서 방출되는 빛이 별개로 인식되어 신호광이 하나의 신호로서 인식되지 않을 우려가 있으며, 상기 상면(44) 넓이가 상기 밑면(42) 넓이의 20% 미만인 경우에는 직진하는 빛의 양이 감소하여 원거리의 가시거리를 확보할 수 없으며, 60%를 초과하는 경우에는 굴절되는 빛의 양이 감소하여 원하는 가시각도를 확보할 수 없을 뿐만 아니라, 각각의 발광 다이오드에서 방출되는 빛이 별개로 인식되어 신호광이 하나의 신호로서 인식되지 않을 우려가 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 교통 신호등용 투광 렌즈는 신호광의 가시거리 및 가시각도를 모두 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 발광 다이오드로부터 방출되는 빛이 하나의 신호로서 운전자에게 인식될 수 있도록 한다. 또한 본 발명의 교통 신호등용 투광 렌즈는 상대적으로 간단한 구조를 가짐으로서 제작이 용이하고, 평평한 외관을 지님으로서 오염이 발생할 소지가 적으므로, 유지 보수가 용이하다.

Claims

빛이 입사하는 내면과 빛이 방출되는 외면을 가지는 렌즈본체; 및

상기 렌즈 본체의 내면에 서로 연하여 반복적으로 형성되어 있으며, 육각형의 형상을 가지는 밑면, 상면, 및 상기 밑면과 상면을 연결하는 측면으로 이루어져 있으며,

상기 상면의 곡률 반지름은 상기 밑면을 이루는 육각형의 대칭되는 꼭지점 및 상기 대칭되는 꼭지점에 상응하는 상기 상면의 꼭지점을 연결하여 생기는 원호의 곡률 반지름 보다 큰 것을 특징으로 하는 다수의 렌즈 구조체를 포함하는 교통 신호등용 투광 렌즈.
제1항에 있어서, 상기 상면의 곡률 반지름은 무한대인 것을 특징으로 하는 교통 신호등용 투광 렌즈.
제1항에 있어서, 상기 측면의 평면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교통 신호등용 투광 렌즈.
제1항에 있어서, 상기 밑면의 대각 꼭지점 사이의 거리는 3 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 교통 신호등용 투광 렌즈.
제1항에 있어서, 상기 상면의 넓이는 상기 밑면의 넓이의 20 내지 60%인 것을 특징으로 하는 교통 신호등용 투광 렌즈.