KR20110021617A - 이차 광학렌즈 - Google Patents

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Abstract

일종의 이차 광학렌즈(105)는 바탕면(1054), 입광면(1053), 출광면(1055) 및 두 개의 패스너(1052)로 구성된다. 입광면(1053)은 하나의 오목면으로서 바탕면(1054)의 중앙에 위치하고, 출광면(1055)은 두 개의 국부적인 구면 및 두 개의 국부적인 구면 사이에 위치하는 과도면(transitive surface)으로 구성되어, 출광면(1055)이 바탕면(1054)과 연결되면서 바탕면(1054)의 윤곽을 한정한다. 두 패스너(1052)는 각각 수직방향으로 바탕면(1054)의 두 가장자리에 설치된다.
LED, 이차광학렌즈

Description

이차 광학렌즈{SECONDARY OPTIC LENS}
본 발명은 LED 조명기술 분야에 관한 것으로서, 특히 일종의 LED 가로등용 이차광학렌즈에 관한 것이다.
LED 조명기술에서, LED의 출광효율과 사용의 편리성을 향상시키기 위하여, 일반적으로 LED 칩에 대하여 볼렌즈의 패키징 방식과 같은 일차 패키징을 실시하여야 한다. 예를 들어 LED 조명등과 같은 특정한 응용의 경우, 필요한 광반(光斑)을 형성할 수 있도록 광선이 집중적으로 조사되어야 하는데, 따라서 일차 패키징 후의 LED 칩(일반적으로 LED 전구라고 칭함)에 대하여 이차 광학처리가 필요하다. 종래 기술의 처리 방식은 한 세트의 LED 전구 앞에 하나의 공용 이차 렌즈를 추가로 장착하여 집광 목적을 이룬다. 이러한 방식으로 이차처리를 하게 되면, LED 전구와 이차 렌즈 사이에 반드시 일정 거리를 설정해 놓아야 하는데, 이차 렌즈로 들어온 광선은 이미 잡광이므로 이차광학처리의 출광률이 낮다. 한편, 이차렌즈로 들어온 광선이 이미 잡광이기 때문에 출광되는 광반의 형상을 제어하기가 비교적 어렵다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 단점을 극복하고 출광효율이 높으면서 조명설비에서 출광되는 광반 형상을 제어하기 쉬운 이차광학렌즈를 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 목적은 이하 기술 수단을 통하여 실현될 수 있다.
이차광학렌즈는 바탕면을 구비하되, 바탕면은 하나의 평면이고, 출광면은 두 개의 국부적인 구면 및 두 개의 국부적인 구면 사이에 놓이는 과도면(transitive surface)으로 구성되며, 출광면이 바탕면과 서로 이어지면서 바탕면의 윤곽을 한정한다. 바탕면 중앙에 입광면이 설치되되, 입광면은 하나의 오목면이고, 바탕면, 입광면, 출광면이 함께 이차 광학렌즈의 본체를 한정한다. 이차광학렌즈는 또한 본체 바탕면에 설치되는 한 쌍의 패스너를 더 포함하며, 한 쌍의 패스너는 각각 바탕면에서 수직방향으로 두 가장자리에 설치된다. 패스너의 첨단부는 바탕면의 수직방향을 따라 바탕면 밖으로 뻗어 나오며, 첨단부의 정면, 즉 출광면을 향하는 면은 제1평면으로서, 제1평면은 바탕면과 평행을 이루고, 첨단부의 배면, 즉 출광면에서 떨어진 일면은 제2평면으로서, 제2평면은 제1평면과 반대로 경사면이며, 제2평면의 바탕면 바깥으로 뻗어 나온 일단은 낮은 단부이다.
이차광학렌즈는 상기 과도면(transitive surface)에 출광면 상부의 직선접촉 과도 및 출광면 측면의 원호(arc) 과도가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이차광학렌즈는 상기 출광면의 상면과 측면 사이가 원호 과도인 것을 특징으로 한다.
이차광학렌즈는 상기 입광면이 반구형 오목면인 것을 특징으로 한다.
이차광학렌즈는 상기 입광면이 원활한 과도의 오목면인 것을 특징으로 한다.
이차광학렌즈는 PVC 또는 ABS 또는 PP 재질을 사출 성형하여 제작되며, 또한 입광면 및 출광면 표면에 모두 하나의 연마층이 구비되는 것을 특징으로 한다.
이차광학렌즈는 상기 과도면에 출광면 상부의 직선접촉 과도와 출광면 측면의 원호 과도를 포함하고, 상기 출광면의 상면과 측면 사이가 원호 과도이며, 상기 입광면은 반구형 오목면이고, 이차광학렌즈는 PVC 또는 ABS 또는 PP 재질을 사출 성형하여 제작되며, 또한 입광면 및 출광면 표면에 모두 하나의 연마층이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적은 이하 기술 수단을 통하여 실현된다.
이차광학렌즈는 바탕면을 구비하되, 바탕면은 하나의 평면이고, 출광면은 두 개의 국부적인 구면 및 두 개의 국부적인 구면 사이에 놓이는 과도면으로 구성되며, 출광면이 바탕면과 서로 이어지면서 바탕면의 윤곽을 한정한다. 바탕면 중앙에 입광면이 설치되되, 입광면은 하나의 오목면이며, 바탕면, 입광면, 출광면이 함께 이차 광학렌즈의 본체를 한정한다. 이차광학렌즈는 또한 본체 바탕면에 설치되는 한 쌍의 패스너를 더 포함하고, 한 쌍의 패스너는 각각 바탕면에서 수직방향으로 두 가장자리에 설치된다. 패스너의 첨단부는 바탕면의 수직방향을 따라 바탕면 밖으로 뻗어 나오며, 첨단부의 정면, 즉 출광면을 향하는 면은 제1평면으로서, 제1평면은 바탕면과 평행을 이루고, 첨단부의 배면, 즉 출광면에서 떨어진 호면은 상기 호면의 바탕면 바깥으로 뻗어 나온 일단이 타단보다 낮다.
이차광학렌즈는 상기 과도면에 출광면 상부의 직선접촉 과도와 출광면 측면의 원호 과도가 포함되고, 상기 출광면의 상면과 측면 사이는 원호 과도이며, 상기 입광면은 반구형 오목면이고, 이차광학렌즈는 PVC 또는 ABS 또는 PP 재질을 사출 성형하여 제작되며, 또한 입광면 및 출광면 표면에 모두 하나의 연마층이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 이차광학렌즈는 바탕면, 입광면, 출광면이 함께 이차광학렌즈의 본체를 형성한다. 바탕면 중앙에 안으로 오목한 입광면이 설치되고, 상기 오목면은 일차렌즈의 상부와 틈새 없이 서로 감합된다. LED 발광칩 자체가 양호한 집광 특성을 지니고 있으므로, 일차렌즈의 출광부위가 기본적으로 일차렌즈의 상부가 된다. 따라서 일차렌즈의 출광은 전부 직접 이차렌즈의 입광이 되며, 중간 과정이 없다. 일, 이차 렌즈를 동일한 재질로 하였을 경우, 종래 기술에 비하여 이차굴절손실이 줄어들 뿐만 아니라 잡광 손실도 감소한다. 따라서 본 발명의 이차광학렌즈는 광유도방식이 더욱 직접적이고 출광효율도 높다. 이차광학렌즈는 또한 본체 바탕면에 설치되는 한 쌍의 패스너를 더 포함하며, 한 쌍의 패스너는 각각 바탕면의 수직방향을 이루는 두 가장자리에 설치된다. 사용 시 LED전구는 일반적으로 도열판에 설치되는데, 본 발명에서의 패스너는 도열판에 체결시키기 위한 것으로서, 도열판의 체결위치는 이차광학렌즈와 LED 전구 사이에 일정한 접합력을 구비하여 일차렌즈와 이차광학렌즈가 틈새 없이 결합될 수 있도록 탄성 체결부로 설치할 수도 있다. 본 발명의 이차광학렌즈는 하나의 LED전구를 대상으로 하며, LED 조명설비에 몇 개의 LED 전구가 설치되어 있다면, 그 만큼의 이차광학렌즈를 설치해야 한다. 따라서 조명설비를 설계할 때 각각의 이차광학렌즈마다 출광되는 광반을 별도로 제어할 수 있어, 조명설비당 하나의 이차렌즈만 설치하는 종래 기술에 비하여 조명설비에서 출광되는 광반을 더욱 쉽게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예의 정면도이다.
도 2는 도 1 중 A-A 절취부분의 단면도이다.
도 3은 도 1 중 B-B 절취부분의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 측시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 입체도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예를 도 5와 다른 시점에서 바라본 입체도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 도 3에 도시된 단면의 출광도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예의 도 2에 도시된 단면의 출광도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 분해도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예의 한 작업모듈의 설명도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예의 한 작업모듈의 분해도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예의 배광곡선도이다.
도 14는 도 13의 배광곡선도의 직각좌표 형식이다.
이하 첨부도면을 결합하여 본 발명에 대하여 좀 더 상세히 설명하고자 한다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 고안의 제1 실시예는 일종의 이차광학렌즈(105)로서, 바탕면(1054)을 구비하되, 바탕면(1054)은 하나의 평면이다. 출광면(1055)은 두 개의 국부적인 구면 및 두 개의 국부적인 구면 사이에 놓이는 과도 면(transitive surface)으로 구성된다. 출광면(1055)은 바탕면(1054)과 서로 연결되어 바탕면(1054)의 윤곽을 한정한다. 바탕면(1054) 중앙에 입광면(1053)이 설치되되, 입광면(1053)은 하나의 오목면이다. 바탕면(1054), 입광면(1053), 출광면(1055)은 함께 이차광학렌즈(105)의 본체(1051)를 한정한다. 이차광학렌즈(105)는 또한 본체의 바탕면(104)에 설치되는 한 쌍의 패스너(1052)를 포함하며, 한 쌍의 패스너(1052)는 각각 바탕면(1054)에서 수직방향으로 두 가장자리에 설치된다. 패스너(1052)의 첨단부는 바탕면(1054)을 따라 수직방향으로 바탕면(1054) 바깥으로 뻗어 나오며, 첨단부의 정면, 즉 출광면(1055)을 향한 일면은 평면으로, 상기 평면은 바탕면(1054)과 평행을 이루고, 첨단부의 배면, 즉 출광면(1055)에서 떨어진 일면은 상기 평면과 반대로 하나의 경사면이며, 경사면에서 바탕면(1054) 바깥으로 뻗어 나온 일단은 낮은 단부이다. 다시 도 1 내지 도 6을 참조하면, 과도면은 출광면(1055) 상부의 직선접촉 과도와 출광면(1055) 측면의 원호(arc) 과도를 포함한다. 출광면(1055)의 상면과 측면 사이는 원호 과도이다. 본 실시예에서, 입광면(1053)은 반구형 오목면이며, 그 구경은 함께 사용되는 LED 전구의 볼렌즈 구경과 동일하다. 이차광학렌즈(105)는 ABS 재질을 사출 성형하여 제작하며, 이와 상응하게, 함께 사용되는 LED 전구의 볼렌즈 재질 역시 동일한 ABS 재질이다. 입광면(1053) 및 출광면(1055) 표면은 모두 하나의 연마층을 구비한다. 도 7, 도 8을 참조하면, 본 실시예를 가로, 세로 두 단면에서 바라본 출광 설명도를 직관적으로 도시한 것이다.
본 발명의 제2 실시예는 일종의 LED 가로등으로서, 본 발명의 제1 실시예의 응용이다. 도 9 내지 도 12를 참조하면, LED 가로등은 등몸체(101)와 LED 전구(103)를 포함하며, 등몸체(101)에 정면과 반대면을 구비한다. 등몸체(101)의 정면에 측판과 저면으로 이루어진 캐비티몸체가 구비되고, 등몸체의 반대면에 방열핀(1011)이 설치되며, 등몸체 반대면의 일단에 가로등주 연결기구가 더 설치된다. 가로등주 연결기구는 두 개의 원호 오목면을 구비한 클램프블록을 포함하며, 하부 클램프블록(1013)은 등몸체(101) 반대면에 설치되는 등몸체(101)의 일부분이고, 상부 클램프블록(도시되지 않았음)은 자유롭게 설치하되, 상부 클램프블록과 하부 클램프블록(1013)의 원호 오목면이 마주 향하도록 설치하여, 상부 클램프블록을 나사로 하부 클램프블록(1013)에 연결한다. 가로등주는 상부 클램프블록의 원호 오목면과 하부 클램프블록(1013)의 원호 오목면 사이에 설치된다. 캐비티몸체 저부는 하나의 평면을 구비하며, 캐비티 내부에 또한 하나의 격판(1012)을 설치하되, 격판(1012)은 가로등주 연결기구가 소재하는 일단에 근접하게 설치한다. 격판(1012)은 캐비티몸체를 가로등주 연결기구가 소재하는 일단에 가까운 부캐비티몸체(1015)와 격판의 타측에 위치하는 주캐비티몸체(1014) 두 부분을 경계짓는다. 격판(1012)의 양단과 캐비티몸체의 측벽 사이에 주캐비티(1014)와 부캐비티(1015)를 서로 연결시키는 간격이 구비된다. LED 가로등은 또한 LED 어레이를 더 포함하며, LED 어레이는 도열판(102)의 LED전구(103)를 포함하고, 도열판(102)에 인쇄회로가 구비되며, LED 전구(103)는 도열판(102)의 일면에 설치된다. LED 가로등은 또는 이차광학렌즈(105)를 더 포함하며, 이차광학렌즈(105)는 렌즈 바닥판(104)에 설치된다. 렌즈 바닥판(104)은 도열판(102)과 평행하게 설치되며, 각각의 LED전구(103)들은 하 나씩 이차광학렌즈(105)에 대응된다. 도열판(102)을 향하는 렌즈 바닥판(104)의 일측에 약간의 높이가 같은 지지대(도시되지 않았음)가 설치되며, 지지대는 도열판(102)에 접촉되어 렌즈 바닥판(104)과 도열판(102) 사이의 거리를 한정짓는다. 본 실시예에서, 지지대는 약간의 융기된 돌기로서, 돌기와 도열판(102)의 접촉면은 평면이다. 렌즈 바닥판(104) 및 도열판(102)의 등몸체(101)를 연결하기 위한 구멍은 상기 돌기를 통과한다. 렌즈 바닥판(104)의 구멍은 원추형 홈(counterbored hole)을 구비한 구멍으로서, 원추형 홈은 도열판(102)에서 떨어진 일면에 설치된다. 도 12를 참조하면, 본 실시예의 렌즈 바닥판(104)에 체결위치가 마련되고, 도열판(102)에 오목홈이 설치되어, 렌즈 바닥판(104)과 도열판(102)의 전조립 장치로 사용된다. 등몸체(101) 측판의 캐비티몸체 바닥에서 떨어진 일단의 내측에 층계가 설치되고, LED 가로등은 또한 등커버(107)가 포함되며, 등커버(107)는 나사를 통하여 등몸체(101) 캐비티몸체 측판의 층계 내부에 설치되어, 등커버(107)와 등몸체(101)가 하나의 밀폐된 캐비티를 구성한다. 등커버(107)와 등몸체(101)의 결합 부위에 밀봉개스킷(106)이 설치된다. 등몸체(101)는 도열성 금속재질로 제작되며, 등몸체(101)의 부캐비티몸체(1015) 저면에 반대면으로 통하는 전선구멍(1016)이 구비된다. 도 12를 참조하면, LED 어레이는 약간의 LED 서브어레이로 구성되며, 각각의 LED 서브어레이에 한 세트의 LED 전구가 설치된다. 렌즈 바닥판 역시 약간의 렌즈 서브바닥판으로 구성되며, 렌즈 서브바닥판에 한 세트의 이차광학렌즈가 설치된다. 이차광학렌즈의 수량과 설치위치는 대응되는 도열판 상의 LED 전구에 상응한다. 도 11, 도 12를 참조하면, 하나의 LED 서브어레이는 하나의 이차광학렌즈가 장 착된 렌즈 바닥판과 조합되어 하나의 작업모듈을 구성한다. 등커버(107)는 투명한 아크릴 평판으로서, 아크릴판의 표면에 불투명한 실크인쇄층이 설치되고, 실크인쇄층은 아크릴평판의 네 둘레에 근접하며, 아크릴판 표면에 실크인쇄층이 설치되지 않은 광투과구역이 구비되고, 실크인쇄층은 광투과구역의 주위에 위치한다. 본 실시예에서, 전선구멍(1015) 부위에 방수 조인트가 더 설치되며, 방수 조인트는 시판 제품을 사용한다. 등몸체(101) 반대면의 방열핀(1011)의 상단은 하나의 곡면을 구성하면서 LED 어레이 중심과 대향하는 구역의 방열핀(1011)의 높이가 기타 구역보다 높도록 함으로써 미관 및 효과적으로 열을 발산하는 효과를 동시에 얻을 수 있다. LED 어레이 중심에 LED 전구(1043)의 배치가 가장 밀집되는데, 작동 시 발생하는 열량이 많으므로 더욱 큰 방열 면적이 필요하기 때문이다. 등몸체(101)는 알루미늄 합금 재질을 압출 성형하여 제작한다.
본 발명의 제3 실시예는 이차광학렌즈의 설계 및 광학검증 실시예로서, 렌즈에 대한 출광 요구를 도 13의 배광곡선도에 도시된 바와 같이 설정한 것으로서, 도 13은 배광곡선의 극좌표 형식으로, 극좌표도의 원점(동심원의 원심부위)은 이차광학렌즈의 발광면 중심이다. 각각의 동심원은 하나의 광강도값을 나타내며, 바깥원에 가까울수록 광강도가 더욱 커진다. 도면 중 각각의 각도값은 이 단면상의 수직각도로서, 아래를 향하는 방향을 0°로 정의한다. 도 14는 도 13의 직각좌표 형식으로서, 배광곡선도를 근거로 알 수 있듯이 필요한 광반은 직사각형 광반이다. 반사원리 및 설계 경험으로 필요한 이차광학렌즈의 형상이 바로 본 발명의 제1 실시예의 이차광학렌즈 형상임을 알 수 있다. 본 발명의 제1 실시예의 렌즈를 사용하여 검증한 결과, 직사각형 광반을 얻을 수 있었으며, 본 이차광학렌즈의 설계 목적을 실현하였다.
본 발명의 제4 실시예 역시 일종의 이차광학렌즈로서, 본 발명의 제1 실시예와 다른 점은 패스너 등부의 경사면이 평면이 아니고 호형면으로서, 설치 시 이차광학렌즈를 더욱 간편하게 도열판에 슬라이딩 방식으로 삽입할 수 있다.
이상의 실시예는 다만 몇 가지의 바람직한 실시방식일 뿐으로서, 본 발명의 청구항 범위 이내에서 기술특징에 대하여 동일한 변화를 취하는 경우 모두 본 발명의 청구항이 포함하는 범위에 속한다.

Claims (9)

  1. 이차광학렌즈에 있어서,
    바탕면을 구비하되, 바탕면은 하나의 평면이고;
    출광면은 두 개의 국부적인 구면 및 두 개의 국부적인 구면 사이에 놓이는 과도면(transitive surface)으로 구성되며;
    출광면은 바탕면과 연결되어 바탕면의 윤곽을 형성하고;
    바탕면 중앙에 입광면이 설치되되, 입광면은 하나의 오목면이며;
    바탕면, 입광면, 출광면은 함께 이차광학렌즈의 본체를 형성하고;
    이차광학렌즈는 또한 본체 바탕면에 설치되는 한 쌍의 패스너를 더 포함하고, 한 쌍의 패스너는 각각 바탕면의 수직방향의 두 가장자리에 설치되며;
    패스너의 첨단부는 바탕면의 수직방향을 따라 바탕면 바깥으로 뻗어 나오고, 첨단부의 정면, 즉 출광면을 향하는 일면은 제1평면으로, 제1평면은 바탕면과 평행을 이루고, 첨단부의 배면, 즉 출광면에서 떨어진 일면은 제2평면으로, 제2평면은 제1 평면과 반대로 하나의 경사면이며, 제2평면의 바탕면 바깥으로 뻗어 나온 일면이 낮은 단부인 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 과도면은 출광면 상부의 직선접촉 과도와 출광면 측면의 원호(arc) 과도를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 출광면의 상면과 측면 사이는 원호 과도인 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 입광면은 반구형 오목면인 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 입광면은 원활한 과도의 오목면인 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  6. 제 1항에 있어서,
    이차광학렌즈는 PVC 또는 ABS 또는 PP 재질을 사출 성형을 거쳐 제작되며, 또한 입광면 및 출광면 표면에 모두 하나의 연마층이 구비되는 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 과도면은 출광면 상부의 직선접촉 과도와 출광면 측면의 원호 과도를 포함하고;
    상기 출광면의 상면과 측면 사이는 원호과도이며;
    상기 입광면은 반구형 오목면이고;
    이차광학렌즈는 PVC 또는 ABS 또는 PP 재질을 사출 성형하여 제작되며, 또한 입광면 및 출광면 표면에 모두 하나의 연마층이 구비되는 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  8. 이차광학렌즈에 있어서,
    바탕면을 구비하되, 바탕면은 하나의 평면이고;
    출광면은 두 개의 국부적인 구면 및 두 개의 국부적인 구면 사이에 놓이는 과도면으로 구성되며;
    출광면은 바탕면과 연결되어 바탕면의 윤곽을 형성하고;
    바탕면 중앙에 입광면이 설치되되, 입광면은 하나의 오목면이며;
    바탕면, 입광면, 출광면은 함께 이차광학렌즈의 본체를 형성하고;
    이차광학렌즈는 또한 본체 바탕면에 설치되는 한 쌍의 패스너를 더 포함하고, 한 쌍의 패스너는 각각 바탕면의 수직방향의 두 가장자리에 설치되며;
    패스너의 첨단부는 바탕면의 수직방향을 따라 바탕면 바깥으로 뻗어 나오고, 첨단부의 정면, 즉 출광면을 향하는 일면은 제1평면으로, 제1평면은 바탕면과 평행을 이루고, 첨단부의 배면, 즉 출광면에서 떨어진 호면은 상기 호면의 바탕면 바깥으로 뻗어 나온 일단이 타단보다 낮은 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 과도면은 출광면 상부의 직선접촉 과도와 출광면 측면의 원호 과도를 포함하고;
    상기 출광면의 상면과 측면 사이는 원호과도이며;
    상기 입광면은 반구형 오목면이고;
    이차광학렌즈는 PVC 또는 ABS 또는 PP 재질을 사출 성형하여 제작되며, 또한 입광면 및 출광면 표면에 모두 하나의 연마층이 구비되는 것을 특징으로 하는 이차광학렌즈.
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