KR20110028355A - Ｌｅｄ 설비용 오리엔터블 렌즈 - Google Patents

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Abstract

복수의 LED들을 장착하는 장착 표면은 복수의 오리엔터블 렌즈들을 가지며, 각각의 오리엔터블 렌즈는 개별적으로 하나의 LED의 주위에 고정된다. 각각의 오리엔터블 렌즈는 하나의 LED로부터 방출된 광을 프라이머리 LED 광출력 축을 벗어나게 반사시키는 오리엔터블 렌즈의 반사 표면으로 지향시키는 프라이머리 반사체 및 굴절 렌즈를 갖는다.

Description

ＬＥＤ 설비용 오리엔터블 렌즈{ORIENTABLE LENS FOR A LED FIXTURE}
[관련 출원의 전후참조]
본 출원은 단독 발명자 Jean-Francois Laporte가 2008년 7월 11일 "LED 설비용 오리엔터블 렌즈(Orientable Lens for an LED Fixture)"라는 명칭으로 출원하여 현재 계류중인 미국 출원 제12/171,362호의 35 USC § 120 하의 일부계속출원이다. 미국 특허출원 제12/171,362호는 35 USC § 119(e) 하에서 단독 발명자 Jean-Francois Laporte가 2008년 6월 13일 "LED 설비용 오리엔터블 렌즈(Orientable Lens for a LED Fixture)"라는 명칭으로 출원한 미국 가출원 제61/061392호의 우선권 및 이익을 주장한다. 전술한 각각의 특허출원은 그 전체가 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.
본 발명은 일반적으로 오리엔터블 렌즈(orientable lens)에 관한 것으로, 특히, 발광다이오드 설비용 오리엔터블 렌즈의 위치설정 시트(positioning sheet)에 관한 것이다.
발광다이오드, 또는 LED는 LED에 의해 방출된 광을 반사하는 각종 렌즈들과 함께 사용되었다. 또한, 각종 렌즈들은 복수의 LED들을 광원으로서 활용하는 조명 설비에서 사용하기 위해 제공되었다.
도 1은 본 발명의 오리엔터블 렌즈를 갖는 LED 설비의 평면 사시도이며, 평판(flat board)에는 복수의 LED들이 배치되어 있고 세 개의 오리엔터블 렌즈가 갖추어진 것으로 도시되며, 그 중 두 개의 오리엔터블 렌즈가 각각의 LED들의 둘레에서 평판에 고정되고 하나의 오리엔터블 렌즈가 그 각각의 LED로부터 떨어져 전개되어 있는 것으로 도시된다.
도 2는 도 1의 오리엔터블 렌즈들 중 한 렌즈의 상면 사시도이다.
도 3은 도 2의 오리엔터블 렌즈의 저면 사시도이다.
도 4a는 도 2의 오리엔터블 렌즈를 라인 5-5를 따라서 절취한 상면 사시도이면서, LED가 장착 표면에 부착되고 오리엔터블 렌즈가 LED의 둘레에서 장착 표면에 고정된 단면도이다.
도 4b는 도 2의 오리엔터블 렌즈를 라인 5-5를 따라 절취한 상면 사시도이다.
도 5a는 도 2의 오리엔터블 렌즈를 라인 5-5를 따라 절취한 단면도이며, LED로부터 발생하고 굴절 렌즈에 부딪치는 예시적인 광선들의 광선 추적을 보이는 LED에 관해 도시된다.
도 5b는 도 2의 오리엔터블 렌즈를 라인 5-5를 따라 절취한 단면도이며, LED로부터 방출하고 측벽을 통과하며 반사 부분에 부딪치거나 또는 광학 렌즈를 향해 지향되는 예시적인 광선들의 광선 추적을 보이는 LED에 관해 도시된다.
도 6a는 도 2의 오리엔터블 렌즈를 라인 6-6을 따라 절취한 단면도이며, 광원으로부터 발생하고 프라이머리 반사체(primary reflector)의 부분들에 부딪치는 예시적인 광선의 광선 추적을 도시한다.
도 6b는 도 2의 오리엔터블 렌즈를 라인 6-6을 따라 절취한 정면에서 본 상면 사시도이다.
도 7은 램버시안 광 분포(Lambertian light distribution)를 갖고 본 발명의 오리엔터블 렌즈를 사용하지 않는 단일 LED의 수직 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다.
도 8은 본 발명의 오리엔터블 렌즈의 실시예를 사용한 경우 도 7과 동일한 LED의 수직 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다.
도 9는 본 발명의 오리엔터블 렌즈를 사용하지 않은 경우 도 7과 동일한 LED의 수평 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다.
도 10은 도 8과 동일한 오리엔터블 렌즈를 사용한 경우 도 7과 동일한 LED의 수평 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다.
도 11은 평판에 복수의 LED들이 배치되어 있고 복수의 오리엔터블 렌즈들이 위치설정 시트, 히트 싱크, 및 렌즈에 정렬되어 있는 것으로 도시된 오리엔터블 렌즈를 갖는 LED 설비의 실시예의 분해 사시도이다.
도 12는 위치설정 시트 및 두 개의 오리엔터블 렌즈의 일부분이 절취(cut away)되어 있는, 도 11의 평판, 위치설정 시트, 및 오리엔터블 렌즈들의 일부분의 사시도이다.
도 13은 도 11의 위치설정 시트 및 세 개의 오리엔터블 렌즈의 일부분의 사시도이다.
본 발명은 다음의 상세한 설명에서 설명되거나 또는 도면에서 예시된 부품들의 구성과 배열의 세부사항에 국한하여 적용하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명은 다른 실시예를 실시할 수 있으며 여러 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 어구 및 용어는 설명 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주하지 않아야 한다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", 또는 "갖는" 그리고 이들 용어의 변형예를 사용하는 것은 이하에서 열거된 항목들과 이들의 등가 항목들뿐만 아니라 부가적인 항목들을 망라하려는 것이다. 달리 제한하지 않는 한, 용어 "연결된", "결합된", "~와 연통하여", 및 "장착된", 그리고 이들의 변형 용어는 본 명세서에서 폭넓게 사용되며 직접 및 간접 연결, 결합, 및 장착을 망라한다. 또한, 용어 "연결된" 및 "결합된" 그리고 그 변형 용어는 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합으로 국한되지 않는다. 더욱이, 이후의 단락에서 기술된 바와 같이, 도면에 예시된 특정한 기계적인 구성은 본 발명의 실시예들을 예시하려는 것이며 또한 다른 대안의 기계적인 구성이 가능함을 예시하고자 한 것이다.
이제 여러 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소를 나타내는 도 1 내지 도 10을 상세히 참조하면, LED 설비용 오리엔터블 렌즈의 여러 양태가 도시된다. 오리엔터블 렌즈는 단일의 LED와 함께 사용가능하며 각종 LED와 함께 설치되고 사용될 수 있다. 오리엔터블 렌즈는 비록 다른 광 분포를 갖는 LED용 렌즈로도 역시 구성되고 사용될 수 있을지라도 램버시안 광 분포(Lambertian light distribution)를 갖는 LED용 렌즈로서 사용되는 것이 바람직하다. 도 1은 LED 평판(1)을 도시하며, 이 기판 상에는 램버시안 광 분포를 갖는 54개의 LED들(4)이 장착된다. LED 평판(1)의 일부 실시예에서, LED 평판(1)은 이것으로 제한되지 않지만 알루미늄과 같이 열 분포 특성이 유리한 금속성 기판이다. 다른 실시예에서, LED 평판(1)은 내연제 4(flame retardant 4)(FR-4) 또는 다른 통상의 인쇄 회로 기판이다. LED 평판(1) 및 복수의 LED들(4)은 복수의 기판, 복수의 LED, 및 LED용 복수의 오리엔터블 렌즈들이 사용될 수 있는 복수의 LED 구성의 예시일 뿐이다. 이것으로 제한되지 않지만, 열, 원하는 루멘 출력, 및 원하는 광 분포 패턴과 같은 고려사항을 설계하려면 LED들의 개수를 달리하고, LED 구성을 달리하고, 및/또는 재료를 달리하는 선택이 있을 수 있다.
또한, 도 1에는 세 개의 오리엔터블 렌즈(10)가 일 실시예로서 도시되며, 그 중 두개의 오리엔터블 렌즈는 각 LED(4)의 위에 배치되고 평판(1)에 결합되어 있는 것으로 도시되며, 하나의 오리엔터블 렌즈는 각 LED(4)로부터 떨어져서 전개되어 있는 것으로 도시된다. 오리엔터블이라는 것은 각 렌즈가 소정 LED에 대해 개별적으로 소정의 방위로 조절가능하다는 것을 의미한다. 명백해지는 바와 같이, 복수의 오리엔터블 렌즈(10)가 복수의 LED와 함께 사용될 때, 각각의 오리엔터블 렌즈(10)는 개별적으로 다른 오리엔터블 렌즈(10), 이를 테면, 예를 들어, 각각 고유의 방향으로 지향된 도 1의 세 개의 오리엔터블 렌즈들(10)의 방위와 무관하게 지향될 수 있다. 더욱이, 복수의 LED들이 존재할 때, 일부의 바람직한 실시예에서는, 하나의 LED, 또는 모든 LED만큼의 많은 LED가 개개의 오리엔터블 렌즈(10)를 갖출 수 있다. 오리엔터블 렌즈를 갖는 LED 설비를 생성할 때 일부 또는 모든 렌즈들이 개별적으로 그리고 영구적으로 소정 방위로 조절될 수 있으며, 또는 일부 또는 모든 렌즈가 현장에서 조절가능하도록 부착될 수 있다. 따라서, 복수의 오리엔터블 렌즈들(10)을 복수의 LED들, 이를 테면, 이것으로 제한되지 않지만, 평판(1) 상의 복수의 LED들(4)과 함께 사용할 때 복잡한 광도 분포 패턴과 분포 패턴의 가변성이 성취될 수 있다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 오리엔터블 렌즈(10)의 실시예가 더 상세히 도시된다. 오리엔터블 렌즈(10)는 본 실시예에서 실질적으로 평탄하고 실질적으로 원형의 내부 및 외부 결합면(14 및 16)을 갖는 것으로 도시된 베이스(12)를 가지며, 각각의 내부 및 외부 결합면은 실질적으로 원형의 내부 및 외부 주연부(peripheries)를 갖는다. 도 2의 베이스(12)는 또한 내부 및 외부 결합면(14 및 16)의 주요 부분 사이에 제공된 리세스부(15)를 갖는 것으로 도시된다. 베이스(12)는 무엇보다도 오리엔터블 렌즈(10)를 LED가 장착되는 표면에 부착하기 위해, 이를 테면, 예를 들어, 도 1의 평판(1)에 부착하기 위해 제공된다. LED 자체가 아닌 LED가 장착되는 표면에 베이스(12)를 부착하면 LED로부터 오리엔터블 렌즈(10)에 전달되는 열이 줄어든다. 일부 실시예에서, 내부 및 외부 결합면(14 및 16)은 오리엔터블 렌즈(10)의 부착을 위한 표면과 결합한다. 일부 실시예에서, 내부 결합면(14)만이 오리엔터블 렌즈(10)의 부착을 위한 표면과 결합하며 외부 결합면(16)은 LED 둘레에 오리엔터블 렌즈(10)를 정렬하기 위한 표면과 상호작용한다. 일부 실시예에서, 내부 및/또는 외부 결합면(14 및 16) 또는 제공된 다른 표면은 오리엔터블 렌즈(10)의 부착을 위한 장착 표면에 접착될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 및/또는 외부 결합면(14 및 16) 또는 제공된 다른 표면은 오리엔터블 렌즈(10)의 부착을 위한 장착 표면과 스냅결합(snap fitted)될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 및/또는 외부 결합면(14 및 16) 또는 다른 제공된 표면은 오리엔터블 렌즈(10)의 부착을 위한 장착 표면에 대해 압착될 수 있다. 당업자들에게 일반적으로 공지된 것으로서 그리고 공지 기술들의 가르침을 기반으로 할 수 있는 것으로서 베이스(12)를 장착 표면에 부착하는 다른 수단이 제공될 수 있다.
베이스(12)는 또한 심미적인 목적 또는 오리엔터블 렌즈(10)의 다른 구성 부분의 지지 또는 부착을 위해 제공될 수 있는 부분들을 갖고 있다. 예를 들어, 일부의 바람직한 실시예에서, (도 6a에 도시된 바와 같은) 적어도 프라이머리 반사체(24) 및 반사 프리즘(30)이 베이스(12)에 부착되고 그 베이스에 의해 지지된다. 오리엔터블 렌즈(10)의 일부 실시예는 반사 프리즘(30)을 지지하기 위해 제공될 수 있고 또한 오리엔터블 렌즈(10)를 완전 밀봉하기 위해 제공될 수 있는 지지부(18 또는 19)를 갖는 베이스(12)를 갖추고 있을 수 있다. 오리엔터블 렌즈(10)의 베이스(12)의 일부 실시예는 필요하다면 용이한 설치 또는 다른 이유로 림부(rim portion)(17) 및 유사 부착구(like appendage)를 갖추고 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 오리엔터블 렌즈가 장착 표면상에서 LED 주위에 설치될 때, 시트 또는 다른 물체는 림부(17), 림부(17)의 둘레에 제공된 플랜지부와 같은 베이스(12)의 다른 부분과 접촉할 수 있으며 오리엔터블 렌즈(10)에 대해 장착 표면의 방향으로 압착력을 제공함으로써, 내부 및/또는 외부 결합면(14 및 16)이 오리엔터블 렌즈(10)의 부착을 위한 장착 표면과 결합하게 된다.
다른 실시예에서, 베이스(12)는 오리엔터블 렌즈(10)를 소정 LED와 함께 적절히 사용할 수 있게 해주고 LED 광출력 축 둘레의 어느 방향으로도 설치가능하게 해줄 수 있는 한 다른 형상과 형태를 취할 수 있으며, 여기서 LED 광출력 축은 어떤 소정 LED의 발광부의 중심으로부터 발산하는 축이며 LED 장착 표면에서 벗어나 지향된다. 예를 들어, 일부 실시예에서 베이스(12)는 내부 및 외부 결합면(14 및 16)과 달리 리세스부(15)가 없고 단지 하나의 다른 결합면을 갖추고 있을 수 있다. 또한, 예를 들어, 베이스(12)는 원형과 다른 형상의 내부 및/또는 외부 주연부를 갖추고 있을 수 있다. 또한, 예를 들어, 베이스(12)는 오리엔터블 렌즈(10)의 구성 부분에 부착 및/또는 그 구성 부분의 지지를 위한 다른 구성, 이를 테면, 프라이머리 반사체(24) 및 반사 프리즘(30)을 갖추고 있을 수 있다. 베이스(12)에 관한 다른 변형예는 당업자들에게 자명할 것이다.
또한 도 2에는 굴절 렌즈(22), 프라이머리 반사체(24), 표면(26), 반사 부분(28), 및 반사 프리즘(30)의 부분들이 도시되어 있다. 오리엔터블 렌즈(10)가 LED 주위에 배치되고 베이스(12)가 LED(9)와 같은 표면 및 도 4a, 도 5a, 도 5b, 및 도 6a의 표면(5)에 부착될 때, 굴절 렌즈(22) 및 프라이머리 반사체(24)는 LED(9)에 가까이 있다. 특히, 프라이머리 반사체(24)는 LED(9)의 발광 부분을 부분적으로 둘러싸도록 배치되며 굴절 렌즈(22)는 LED(9)의 LED 광출력 축과 교차하면서 프라이머리 반사체(24)에 의해 부분적으로 둘러싸이도록 배치된다. 일부 실시예에서, 프라이머리 반사체(24)는 포물선형 반사체(parabolic reflector)이다. 굴절 렌즈(22) 및 프라이머리 반사체(24)는 LED(9)로부터 방출된 광의 대부분이 굴절 렌즈 및 프라이머리 반사체 중 한곳에 모여 입사되도록 배치된다. 일부 실시예에서, 프라이머리 반사체(24)는 LED(9)의 발광 부분을 완전히 둘러싸도록 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 도면들에 도시된 것처럼, 프라이머리 반사체(24)는 LED(9)의 발광 부분을 단지 부분적으로만 둘러싸며, 반사 부분(28)은 프라이머리 반사체(24)에 가까이 배치된 LED(9)의 발광 부분의 일측에 제공되며, 표면(26)은 LED(9)의 발광 부분의 실질적으로 맞은편에 제공되고 또한 프라이머리 반사체(24)에 가까이 배치된다.
추가적인 일부 실시예에서, 굴절 렌즈(22)는 측벽(23)의 베이스에 위치하며 측벽(23)은 실질적으로 LED(9)의 발광 부분을 둘러싼다. LED(9)로부터 방출하여 굴절 렌즈(22)에 입사하는 광선의 대부분은 반사 프리즘(30)의 반사 표면(32)을 향하도록 굴절될 것이다. 일부 실시예에서, 굴절 렌즈(22)는 도 5a에 도시된 예시적인 광선들처럼 광선들을 굴절시켜서 이 광선들이 실질적으로 반사 표면(32)을 향해 시준되도록 구성된다.
다른 실시예에서, LED(9)로부터 방출하는 다른 광선들은 프라이머리 반사체(24)에 가까운 측벽(23)에 입사하고 변경된 각도로 통과하며 프라이머리 반사체(24)에 입사할 것이다. 도 6a에서는 도시되지 않지만 다른 도면에서는 자명하게 도시된 바와 같이 반사 표면(32) 부분을 향한 도 6a에 도시된 예시적인 광선과 같이, 프라이머리 반사체(24)에 입사한 광선의 대부분은 반사되어 굴절 프리즘(30)의 반사 표면(32)을 향한다. 오리엔터블 렌즈(10)의 일부 실시예에서, 프라이머리 반사체(24)는 프라이머리 반사체에 입사하는 광선의 대부분이 내부로 반사되고 반사 표면(32)을 향하도록 하는 조성물과 지향성을 갖는다. 다른 실시예에서, 프라이머리 반사체(24)는 반사 물질로 구성된다.
부가적인 실시예에서, LED(9)로부터 방출하는 다른 광선들은 반사 부분(28)에 가까운 측벽(23)에 입사하고, 변경된 각도로 통과하여 반사 부분(28)에 입사할 것이다. 반사 부분(28)에 입사하는 광선의 대부분은 반사되고 반사 프리즘(30)의 반사 표면(32)을 향하는데, 이를 테면, 도 5b에서, 예시적인 광선은 반사 부분(28)에 입사하고 반사 표면(32)을 향하는 것으로 도시된다. 일부 실시예에서, 반사 부분(28)은 프라이머리 반사체(24) 및 굴절 렌즈(22)에 의해 지향된 광선들 중에서 광선을 특유한 방향으로 지향시켜서 광선이 특유한 방향으로 오리엔터블 렌즈(10)를 빠져나가도록 배치되고 구성된다. 오리엔터블 렌즈(10)의 실시예에서, 반사 부분(28)은 반사 부분에 입사한 광선들의 대부분이 내부로 반사되고 반사 표면(32)을 향하도록 하는 조성물과 지향성을 갖는다. 다른 실시예에서, 반사 부분(28)은 반사 물질로 구성된다.
일부 실시예에서, 도 5b에 도시된 예시적인 광선처럼, LED(9)로부터 방출하는 다른 광선은 표면(26)에 가까운 측벽(23)에 입사하고, 변경된 각도로 통과하여 반사 프리즘(30)의 광학 렌즈(34)를 향할 것이다. 이들 대부분의 광선은 광학 렌즈(34)를 통과할 것이며 이들 중 많은 광선은 또한 도 5b에 도시된 바와 같이 지지부(18)를 통과할 것이다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 일부의 광선은 또한 표면(26)에 입사하고 반사되어 렌즈(34)를 향해 그리고 잠재적으로 지지부(18)를 향할 수 있다. 도시된 실시예에서, 지지부(18)는 광선을 투과시키며 투과하는 광선이 원하는 방향으로 굴절하도록 구성될 수 있다. 당업자는 오리엔터블 렌즈(10)의 구성이 달라진다면 원하는 광 분포 특성을 성취하기 위해 굴절 렌즈(22), 측벽(23), 프라이머리 반사체(24), 표면(26), 및 반사 부분(28) 중 어떤 것 또는 모두의 구성을 다르게 할 필요가 있음을 인식할 것이다.
일부 실시예에서, 측벽(23)은 굴절 렌즈(22)를 제공하기 위해 마련되며 많은 광선이 측벽(23)을 통과한 다음 프라이머리 반사체(24)에 입사하며 잠재적으로 반사 부분(28) 및 표면(26)에 입사한다. 일부 실시예에서, 측벽(23)은 투과하는 광선의 진행 경로를 변경시킨다. 일부 실시예에서, 측벽(23)의 높이는 반사 부분(28)과의 연결부 근처에서 낮아진다. 다른 실시예에서, 굴절 렌즈(22)는 프라이머리 반사체(24)의 내부 표면에 부착된 얇은 지지부를 이용하여 배치되며 또는 그렇지 않으면 측벽(23)은 제공되지 않는다. 또한, 일부 실시예에서, 도면에 도시된 바와 같이, 측벽(23)이 제공되며 오리엔터블 렌즈(10)는 적절한 매체의 일체로 성형된 고형체로 형성된다. 이와 같이 오리엔터블 렌즈(10)가 일체로 성형된 고형체로 구성된 실시예에서, 일단 LED로부터 방출된 광선이 오리엔터블 렌즈(10)에 들어오면, 이 광선들은 오리엔터블 렌즈(10)를 빠져나갈 때까지 적절한 매체를 통해 이동한다. 일부 실시예에서, 매체는 광학 등급 아크릴(optical grade acrylic)이며 오리엔터블 렌즈(10) 내에서 발생하는 모든 반사는 내부 반사의 결과이다.
반사 프리즘(30)의 반사 표면(32)은 굴절 렌즈(22)에 의해 시준된 또는 프라이머리 반사체(24) 또는 반사 부분(28)에 의해 반사되고 반사 표면(32)을 향한 광선들, 이를 테면, 도 5a 및 도 5b에 도시된 광선들이 반사 표면(32)으로부터 반사되고 광학 렌즈(34)를 향하도록 하는 조성물과 지향성을 가질 수 있다. 바람직하게 광선은 비록 반사 표면(32) 또한 반사 물질로 구성될 수 있을지라도 반사 표면(32)으로부터 내부로 반사되는 것이 바람직하다. 일부 실시예에서 광학 렌즈(34)에 입사한 대부분의 광선은 잠재적으로 변경된 각도로 광학 렌즈(34)를 통과한다. 바람직하게, 광학 렌즈(34)를 통과하는 광선의 방향은 약간만 변경될 뿐이다. 오리엔터블 렌즈(10)의 구성 부분이 일체로 성형된 고형체인 실시예에서, 반사 표면(32)은 그 반사 표면에 입사한 모든 광선을 내부로 반사하며, LED로부터 방출하고 오리엔터블 렌즈(10)에 들어오는 광선은 광학 렌즈(34)를 통해 오리엔터블 렌즈(10)를 빠져나갈 때까지 오리엔터블 렌즈(10)의 매체를 통해 이동하거나 또는 그 반대이다.
반사 프리즘(30)의 반사 표면(32)은 평평한 표면일 필요는 없다. 일부 실시예에서, 도면에 도시된 바와 같이, 실제로 반사 표면(32)은 반사 표면(32)으로부터 반사된 광을 더 정확하게 제어하기 위해 그리고 광선을 오리엔터블 렌즈(10)에 의해 더 좁은 범위로 방출하기 위해 약간 상이한 각도의 두 면을 포함한다. 다른 실시예에서, 굴곡진, 오목한, 볼록한, 또는 3 이상의 면을 갖춘 반사 표면이 제공될 수 있다. 마찬가지로, 광학 렌즈(34)는 반사 표면(32)으로부터 반사된 광을 더욱 정확하게 제어 및/또는 광선을 오리엔터블 렌즈(10)에 의해 더 좁은 범위로 방출하기 위해 실시예마다 다르게 사용될 수 있다.
오리엔터블 렌즈(10)를 사용함으로써, 소정 LED로부터 방출된 광은 LED 광출력 축으로부터 LED 광출력 축과 다른 각도로 재지향(redirect)될 수 있다. 오리엔터블 렌즈(10)가 LED 광출력 축 둘레의 어느 방위에서도 설치가능하기 때문에, 이 광은 또한 LED 광출력 축 둘레의 어느 방위에서도 분포될 수 있다. 소정의 오리엔터블 렌즈(10)의 구성 및 그의 구성 부분에 따라, LED로부터 방출된 광이 그의 광출력 축으로부터 재지향되는 각도가 변할 수 있다. 더욱이, 재지향되는 광빔 스프레드 역시 변할 수 있다. 복수의 오리엔터블 렌즈(10)가 표면에 장착된 복수의 LED들, 이를 테면, 평판(1) 및 복수의 LED들(4)에서 사용될 때, 각각의 오리엔터블 렌즈(10)는 장착 표면을 복잡하지 않게 하면서 LED 축 둘레에서 어떤 주어진 방위에서도 설치될 수 있다. 더욱이, 표면에 장착된 복수의 LED들, 이를 테면, 평판(1) 및 복수의 LED(4)를 이용하여 복잡한 광도 분포 패턴 및 광 분포의 가변성이 성취될 수 있다.
도 7은 램버시안 광 분포를 갖고 오리엔터블 렌즈가 없는 경우 단일의 LED의 수직 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다. 도 9는 도 7과 동일한 LED의 수평 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다. 도 8은 도면에서 도시된 오리엔터블 렌즈의 실시예를 사용하는 경우 도 7과 동일한 LED의 수직 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다. 도 10은 도 8과 동일한 오리엔터블 렌즈를 사용한 경우 도 7과 동일한 LED의 수평 평면에서 칸델라 단위의 눈금으로 표시한 극성 분포를 도시한다.
도 8 및 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 오리엔터블 렌즈(10)는 램버시안 광 분포를 갖는 LED에 의해 출력된 대부분의 광을 LED 광출력 축을 벗어나 지향시킨다. 도 8에 도시된 수직 평면에서, 광출력 축에서 벗어난 대부분의 광은 대략 50°내지 75°의 범위 내에서 지향된다. 도 10에 도시된 수평 평면에서, 대부분의 광은 광출력 축으로부터 떨어진 40°범위 내에서 지향된다. 도 8 및 도 10의 오리엔터블 렌즈의 실시예를 사용하는 램버시안 광 분포를 갖는 LED에 의해 출력된 광의 대략 90%는 광출력 축에서 분포된다. 도 7 내지 도 10은 오리엔터블 렌즈의 실시예를 예시할 목적으로 제공된다. 물론, 광을 광출력 축을 벗어나서 떨어진 상이한 범위로 지향시키는 상이한 극성 분포를 생성하는 오리엔터블 렌즈의 다른 실시예가 제공될 수 있다. 따라서, 다른 실시예들의 수직 평면에서, 광은 더 넓거나 더 좁은 범위에서 그리고 광출력 축으로부터 떨어진 여러 각도에서 주로 지향될 수 있다. 다른 실시예의 수평 평면에서, 마찬가지로 광은 더 넓거나 더 좁은 범위에서 지향될 수 있다.
도 11을 참조하면, 오리엔터블 렌즈의 위치설정 시트를 갖는 LED 설비의 실시예의 분해 사시도가 도시된다. 평판(1)에는 54개의 LED(4)가 배치되어 있으며 평판(1)을 전원에 연결하기 위한 전기 케이블(6)을 가지고 있다. 평판(1)에는 또한 54개의 제너 다이오드들(7)이 배치되어 있으며, 각각의 제너 다이오드는 LED(4)와 각각 전기적으로 결합되어 있고 전류가 LED(4)를 통과하여 LED를 밝혀 준다. 54개의 오리엔터블 렌즈(10)는 여러 방위에서 위치설정 시트(50)를 따라서 배치된다. 일부 실시예에서, 각 오리엔터블 렌즈(10)의 베이스(12)의 일부는 위치설정 시트(50)의 접착면에 부착된다. 위치설정 시트(50)의 일부 실시예에서, 위치설정 시트(50)는 이것으로 제한되지 않지만 알루미늄과 같이 열 분포 특성이 유익한 금속성 기판이다. 렌즈(45)도 또한 도시된다. 오리엔터블 렌즈용 위치설정 시트를 갖는 LED 설비의 다른 실시예에서, 상이한 개수의 LED(4), 오리엔터블 렌즈(10), 및 상이한 형상 및 구성의 위치설정 시트(50) 및 평판(1)이 제공된다.
조립될 때, 평판(1)이 히트싱크(40) 상에 배치될 수 있고 평판(1)의 정렬 개구(8)가 히트싱크(40)의 나사 개구(threaded aperture)(44)와 정렬된다. 그 다음, 위치설정 시트(50)가 평판(1)에 인접하게 배치될 수 있고, 이로써 오리엔터블 렌즈(10)의 베이스(12)가 위치설정 시트(50)와 평판(1) 사이에 개재된다. 위치설정 시트(50)의 정렬 개구(54)는 평판(1)의 정렬 개구(8)와 정렬되면서 히트싱크(40)의 나사 개구(44)와도 정렬된다. 아홉 개의 나사 개구(44)가 히트싱크(40)에 배치되어 있으며 위치설정 시트(50)의 아홉 개의 정렬 개구(54) 및 평판(1)의 아홉 개의 정렬 개구(8)와 위치적으로 대응한다. 전원과의 연결을 위한 전기 케이블(6)이 개스킷(46)을 통해 배치될 수 있다. 나사(42)가 위치설정 시트(50)의 정렬 개구(54) 및 평판(1)의 개구(8)를 통해 삽입되고 히트싱크(40)의 나사 개구(44)에 수용된다. 나사(42)의 머리부가 위치설정 시트(50)에 맞닿을 수 있고 나사(42)가 적절하게 조여져서 위치설정 시트(50) 및 평판(1)을 히트싱크(40)에 고정하고 위치설정 시트(50)로 하여금 오리엔터블 렌즈들(10)의 각각의 베이스(12)에 힘을 가하게 한다. 이러한 힘에 의해 오리엔터블 렌즈들(10)의 각 베이스(12)가 위치설정 시트(50) 및 평판(1) 사이에서 압착되며 각각의 오리엔터블 렌즈(10)가 평판(1)의 LED(4) 주위에 개별적으로 부착되게 한다. 정렬 개구(54) 및 정렬 개구(8)는 이들 개구들이 정렬될 때 각각의 오리엔터블 렌즈(10)가 각각의 LED(4) 주위에 적절히 위치하도록 배치된다. 그 다음 렌즈(45)가 히트싱크(40)에 결합될 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 도시된 위치설정 시트(50)의 실시예는 복수의 개구(52)를 가지고 있으며, 각각의 개구는 하나의 오리엔터블 렌즈(10)의 부분을 둘러싼다. 도면을 간략화하기 위해 도 12 및 도 13 각각에는 하나의 오리엔터블 렌즈(10)만이 참조부호를 갖는 것으로 도시된다. 도시된 실시예에서, 각각의 개구(52)는 정렬 노치(53)를 갖고 있고, 이 정렬 노치는 각 오리엔터블 렌즈(10)의 베이스(12)로부터 연장되는 정렬 돌기부(13)를 갖는 정렬 구조에 대응한다. 정렬 노치(53)는 각 오리엔터블 렌즈(10)가 대응 LED의 주위에 적절히 방위하도록 정렬 돌기부(13)를 수용하여 LED 설비의 특정한 광 분포를 성취하게 한다. 도시된 실시예에서, 베이스(12)의 림부(17)는 개구(52)의 내부 주연부에 접하며 또한 각 오리엔터블 렌즈(10)가 개구(52) 내에 배치되게 해준다. 일부 실시예에서, 림부(17) 둘레의 플랜지 부분과 접촉하는 위치설정 시트(50)의 면은 접착성이 있어 림부(17)를 둘러싸는 베이스(12)의 플랜지부에 부착된다. 이것은 위치설정 시트(50)를 평판(1)에 인접하게 배치하면서 오리엔터블 렌즈들(10)을 제 위치에 유지시킬 수 있어서 각 오리엔터블 렌즈(10)의 일부가 위치설정 시트(50)와 평판(1) 사이에서 압착된다. 위치설정 시트(50)를 사용함으로써, 오리엔터블 렌즈들(10)은 장착 표면상의 복수의 LED들에 대해 개별적으로 방위되고 정확하게 배치될 수 있다.
도 11 내지 도 13에서 위치설정 시트(50) 및 이 시트와 오리엔터블 렌즈(10)와의 상호작용이 상세히 도시될지라도, 이것은 단지 위치설정 시트(50) 및 오리엔터블 렌즈들(10)의 일 실시예를 예시한 것일 뿐이다. 당업자들이 인식하는 바와 같이 위치설정 시트(50), 평판(1), 및 오리엔터블 렌즈(10)는 여러 상이한 형태, 구성, 방위, 및 치수로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 위치설정 시트(50)의 일부 개구들(52) 또는 모든 개구들은 하나 이상의 정렬 돌기부(13)와 대응하는 복수의 정렬 노치(53)를 갖추고 있을 수 있다. 이러한 정렬 구조는 복수의 방위들 중 어떤 하나의 방위에서도 오리엔터블 렌즈(10)를 개구(52) 내에 위치시킬 수 있게 해주고 하나의 위치설정 시트(50)를 사용하여 다양한 광 분포 패턴을 성취할 수 있게 해준다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 개구(54) 및 오리엔터블 렌즈(10)는 정렬 개구 및 노치가 없을 수 있으며, 각각의 오리엔터블 렌즈(10)는 로봇형 어셈블리에 의해 소정의 방위에서 개구(54) 내에 개별적으로 지향될 수 있다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 개구(52)는 오리엔터블 렌즈들(10)의 대응하는 정렬 노치들에 수용되는 정렬 돌기부들을 갖추고 있을 수 있다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 개구(52)는 정사각형, 사각형, 또는 다른 형상일 수 있으며 오리엔터블 렌즈(10)는 그러한 형상과 상호작용하도록 구성될 수 있다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 2 이상의 오리엔터블 렌즈(10)를 둘러싸고 고정하도록 단일의 개구(52)가 구성될 수 있다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 림부(17)는 존재하지 않을 수 있고 또는 정사각형, 사각형, 또는 다른 형상일 수 있다.
더욱이, 당업자들이 인식하는 바와 같이 위치설정 시트(50)가 배치되고 고정되어 오리엔터블 렌즈(10)에 힘을 가하고 각 오리엔터블 렌즈(10)를 LED 주위에 배치시키고 위치설정 시트(50)와 장착 표면 사이에서 압착시키는 다양한 방식이 있을 수 있다. 예를 들어, 평판(1)은 평판(1)의 LED 장착 표면으로부터 수직으로 연장되는 하나 이상의 돌기부를 갖추고 있을 수 있다. 하나 이상의 돌기부는 위치설정 시트(50)의 하나 이상의 정렬 개구(54)에 수용될 수 있어서 각 오리엔터블 렌즈(10)를 LED(4) 주위에 적절하게 정렬시킬 수 있다. 그 다음 위치설정 시트(50)는 나사 또는 다른 고정 장치를 이용하여 히트싱크(40)에 고정될 수 있다. 또한, 예를 들어, 위치설정 시트(50) 및 평판(1)은 다양한 방식으로 서로 인접하게 고정되면서 히트싱크(40)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 위치설정 시트(50) 및 평판(1)은 복수의 고정 클립을 이용하여 서로 인접하게 고정될 수 있으며 히트싱크(40)를 통해 연장되는 나사를 이용하여 히트싱크(40)에 고정되고 평판(1)에 제공된 나사 개구에 수용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 위치설정 시트(50), 평판(1), 및/또는 히트싱크(40)를 서로 고정하기 위해 접착제가 사용될 수 있다. 더욱이, 당업자들이 인식하는 바와 같이 위치설정 시트(50)는 정렬 개구(54) 및 정렬 개구(8)를 이용하는 것과 다른 방식으로 평판(1)에 대해 정렬될 수 있다. 예를 들어, 이들은 로봇식으로 정렬될 수 있거나 또는 이들의 외주면을 서로 일렬로 맞춤으로써 정렬될 수 있다.
전술한 설명은 예시를 목적으로 제시되었다. 본 발명을 모두 망라하거나 개시된 형태대로 제한하려는 것은 아니며, 전술한 가르침에 비추어 분명히 많은 변형과 변경이 가능하다. 특정 형태의 LED 설비용 오리엔터블 렌즈가 예시되고 기술되었지만, 그러한 제한이 다음의 청구범위 및 청구범위의 허용가능한 기능적인 등가물에 속하지 않는 한 그에 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. LED 설비(LED fixture)용 광학 시스템으로서,
    장착 표면;
    상기 장착 표면에 부착된 복수의 개별 LED;
    각각 베이스를 갖는 복수의 오리엔터블 렌즈; 및
    각각의 상기 오리엔터블 렌즈들의 상기 베이스와 접촉하는 위치설정 시트(positioning sheet) - 상기 위치설정 시트는, 상기 장착 표면을 향한 방향으로 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스에 힘을 가함으로써, 상기 장착 표면과 상기 위치설정 시트 사이에서 상기 오리엔터블 렌즈의 일부분을 압착함 -
    를 포함하며,
    각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스는 상기 복수의 LED 중 단일의 LED의 주위에서 상기 장착 표면에 가까운 LED 설비용 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈들은 적어도 부분적으로 굴절 렌즈를 둘러싸는 프라이머리 반사체(primary reflector)를 갖는 LED 설비용 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 굴절 렌즈 및 상기 프라이머리 반사체는 상기 단일의 LED로부터 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스에 의해 지지되어 있으며, 상기 광의 대부분을 상기 단일 LED의 LED 광출력 축을 벗어난 각도로 반사하는 반사 표면으로 방출된 광을 시준하는 LED 설비용 광학 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위치설정 시트는 복수의 렌즈 개구들을 가지며, 각각의 상기 렌즈 개구는 하나의 상기 오리엔터블 렌즈의 일부분을 둘러싸는 LED 설비용 광학 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 상기 렌즈 개구는 정렬 노치를 가지며 각각의 상기 오리엔터블 렌즈는 상기 베이스로부터 연장되고 상기 정렬 노치에 수용되는 적어도 하나의 정렬 돌기부를 갖는 LED 설비용 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장착 표면에 열적으로 결합된 히트싱크를 더 포함하는 LED 설비용 광학 시스템.
  7. 제3항에 있어서, 상기 위치설정 시트는 복수의 렌즈 개구들을 가지며 각각의 상기 렌즈 개구는 하나의 상기 오리엔터블 렌즈의 일부분을 둘러싸며,
    각각의 상기 렌즈 개구는 정렬 노치를 가지며 각각의 상기 오리엔터블 렌즈는 상기 베이스로부터 연장되고 상기 정렬 노치에 수용되는 적어도 하나의 정렬 돌기부를 갖는 LED 설비용 광학 시스템.
  8. LED 조명기구(LED luminaire)용 광학 시스템으로서,
    장착 표면;
    상기 장착 표면에 부착된 복수의 개별 LED;
    각각 베이스를 갖는 복수의 오리엔터블 렌즈 - 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스는 상기 복수의 LED 중 단일 LED의 주위에서 상기 장착 표면에 가까이 있음 -;
    각각의 상기 오리엔터블 렌즈들의 상기 베이스와 접촉하는 위치설정 시트 - 상기 위치설정 시트는 복수의 렌즈 개구를 가지며, 각각의 상기 렌즈 개구는 하나의 상기 오리엔터블 렌즈의 일부분을 둘러쌈 -
    를 포함하며,
    상기 위치설정 시트는 상기 장착 표면을 향한 방향으로 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스에 힘을 가하여, 상기 오리엔터블 렌즈를 상기 장착 표면에 대해 압착하는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈는 적어도 부분적으로 굴절 렌즈를 둘러싸는 프라이머리 반사체를 갖는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 굴절 렌즈 및 상기 프라이머리 반사체는 상기 단일의 LED로부터 방출된 광을 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스에 의해 지지되어 있으며, 상기 광의 대부분을 상기 단일 LED의 LED 광출력 축을 벗어난 각도로 반사하는 반사 표면으로 시준하는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 장착 표면에 열적으로 결합된 히트싱크를 더 포함하는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 각각의 상기 렌즈 개구는 정렬 노치를 가지며 각각의 상기 오리엔터블 렌즈는 상기 베이스로부터 연장되고 상기 정렬 노치에 수용되는 정렬 돌기부를 갖는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈는 적어도 부분적으로 굴절 렌즈를 둘러싸는 프라이머리 반사체를 갖는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 굴절 렌즈 및 상기 프라이머리 반사체는 상기 단일의 LED로부터 방출된 광을 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스에 의해 지지되어 있으며, 상기 광의 대부분을 상기 단일 LED의 LED 광출력 축을 벗어난 각도로 반사하는 반사 표면으로 시준하는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  15. LED 조명기구용 광학 시스템으로서,
    복수의 LED를 지지하는 장착 표면 - 상기 장착 표면은 또한 상기 복수의 LED로부터 전원으로의 전기적 연결을 지지함 -;
    상기 장착 표면에 인접하게 장착가능하고, 위치설정 시트가 상기 장착 표면에 인접하게 장착될 때 복수의 개구가 상기 장착 표면의 상기 복수의 LED와 정렬되도록 상기 복수의 개구를 갖는 위치설정 시트; 및
    상기 위치설정 시트와 상기 장착 표면 사이에 배치되는 베이스를 갖는 복수의 렌즈 - 각각의 상기 렌즈들은 상기 위치설정 시트의 상기 복수의 개구 중 하나를 통해 연장됨 -
    을 포함하며,
    상기 렌즈들은 상기 렌즈 바로 아래에 배치된 LED로부터 방출된 광을 사전규정된 위치로 재지향하도록 각각의 상기 개구들 내에서 개별적으로 회전가능하며, 각각의 상기 렌즈들은 상기 렌즈의 바로 아래에 위치한 상기 LED의 주위의 복수의 회전가능한 위치 중 한 위치에 상기 렌즈를 고정되게 해주는 정렬 구조를 갖는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 각각의 상기 렌즈는 적어도 부분적으로 굴절 렌즈를 둘러싸는 프라이머리 반사체를 갖는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 굴절 렌즈 및 상기 프라이머리 반사체는 상기 단일의 LED로부터 방출된 광을 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스에 의해 지지되어 있으며, 상기 광의 대부분을 상기 단일 LED의 LED 광출력 축을 벗어난 각도로 반사하는 반사 표면으로 시준하는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 정렬 구조는 적어도 하나의 정렬 돌기부를 포함하는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 정렬 돌기부는 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스로부터 연장되는 LED 조명기구용 광학 시스템.
  20. 제15항에 있어서, 각각의 상기 오리엔터블 렌즈의 상기 베이스로부터 림부(rim portion)가 연장되며, 각각의 상기 림부는 상기 위치설정 시트의 대응하는 상기 렌즈 개구와 접하는 LED 조명기구용 광학 시스템.
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