KR20120024320A - 광학 렌즈 및, 이를 이용한 광원 모듈과 가로등 - Google Patents

광학 렌즈 및, 이를 이용한 광원 모듈과 가로등 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 렌즈, 광원 모듈 및 이를 이용한 가로등에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은, 유사 타원형의 밑면을 포함하는 오목한 돔구조로 형성되되, 상기 밑면의 둘레를 따라 층을 이루며 형성되는 복수의 입사면과 상기 복수의 입사면 사이를 연결하는 단차면을 포함하는 내부면 및 상기 내부 면을 둘러싸도록 형성되는 외부 면을 포함하는 광학 렌즈를 제공한다.

Description

광학 렌즈 및, 이를 이용한 광원 모듈과 가로등{Optical Lens, Light Source Module and Street Lamp Having the Same}
본 발명은 광학 렌즈 및, 이를 이용한 광원 모듈과 가로등에 관한 것이다.
반도체 광원의 일종인 발광 다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 발광 다이오드는 필라멘트에 기초한 광원에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 III족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
최근에는 이러한 발광 다이오드를 이용하여 가로등과 같은 종래의 실외 조명 장치를 대체하기 위한 시도가 있다. 그러나, 발광 다이오드의 경우에는 빛이 모든 방향으로 균일하게 방출되기보다는 특정 방향으로만 빛이 방출되며, 통상적으로 지향각은 120°정도의 수준이다. 이러한 배광 특성은 모든 방향으로 빛을 방출하는 기존 실외 조명과 비교하여 큰 차이를 보이는 것으로서 실외 조명 장치로 사용되기에 제약이 된다. 따라서, 광학렌즈, 이를 이용한 광원 모듈 및 가로등의 경우, 광원에서 방출된 광을 원하는 지향각으로 유도하여 암부를 형성하지 않도록 설계할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 일 목적은 광원의 지향각을 향상시킬 수 있는 형상을 갖는 광학 렌즈를 제공하며, 나아가, 이러한 광학 렌즈를 이용하여 원하는 지향각으로 광을 유도하는 광원 모듈 및 이를 이용한 가로등을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 실현하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
유사 타원형의 밑면을 포함하는 오목한 돔구조로 형성되되, 상기 밑면의 둘레를 따라 층을 이루며 형성되는 복수의 입사면과 상기 복수의 입사면 사이를 연결하는 단차면을 포함하는 내부면 및 상기 내부 면을 둘러싸도록 형성되는 외부 면을 포함하는 광학 렌즈를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 외부면은 볼록한 비구면 형상을 가지되, 상기 유사 타원형의 장축 양단 방향에 각각 위치하며 서로 다른 곡률을 갖는 제 1 및 제 2 출사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제 1 및 제 2 출사면의 곡률은 상기 외부면의 다른 출사면의 곡률보다 작고, 상기 제 2 출사면의 곡률은 상기 제 1 출사면의 곡률보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 입사면은 하단부에서 상단부로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 내부면은 상기 장축 방향으로 평면 형성되는 직선부 및 상기 직선부를 연결하는 곡선부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 입사면은 하단에서 상단으로 갈수록 상기 평면과 이루는 각도가 작아질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 입사면 중 적어도 일부는 서로 직접 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 입사면이 서로 연결된 경계선은 상기 평면과 평행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단차면은 상기 원점에서 내부 면으로 연장한 직선상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단차면 중 곡선부에 해당하는 영역은 상기 장축방향으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단차면은 장축방향과 교차하는 영역에는 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 외부면은 단축방향을 따라 상기 제 1 및 제 2 출사면 사이를 관통하여 형성된 제 3 출사면을 포함하며, 상기 제 3 출사면은 제 1 출사면보다 작은 곡률을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제 3 출사면은 상기 밑면의 중심점을 중심으로 하는 구면의 일부, 상기 제 2 및 제 3 출사면은 상기 장축상에 놓인 서로 다른 두 점을 중심으로 하는 구면의 일부인 것을 특징으로 하되, 상기 제 2 및 제 3 출사면의 중심 사이에 상기 밑면의 중심점이 위치하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제 1 출사면 중 상기 밑면의 중심점에 대응하는 영역에 오목부가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
기판과, 상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 광원 및 유사 타원형의 밑면을 포함하는 오목한 돔구조로 형성되되, 상기 밑면의 둘레를 따라 층을 이루며 형성되는 복수의 입사면과 상기 복수의 입사면 사이를 연결하는 단차면을 포함하는 내부면 및 상기 내부 면을 둘러싸도록 형성되는 외부 면을 포함하는 광학 렌즈를 구비하는 광원 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 외부면은 볼록한 비구면 형상을 가지되, 상기 유사 타원형의 장축 양단 방향에 각각 위치하며 서로 다른 곡률을 갖는 제 1 및 제 2 출사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제 1 및 제 2 출사면의 곡률은 상기 외부면의 다른 출사면의 곡률보다 작고, 상기 제 2 출사면의 곡률은 상기 제 1 출사면의 곡률보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원은 상기 렌즈의 장축상에서 상기 제 2 출사면 방향으로 일정 거리 수평이동하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 광원 및 광학 렌즈는 상기 제 2 출사면이 같은 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 6개의 광학 렌즈가 이루는 육각형은, 상기 복수의 광학 렌즈의 제 1 출사면이 향하는 방향 및 제 2 출사면이 향하는 방향에 대응되는 두 꼭지점의 내각이 115도, 나머지 4 개의 꼭지점의 내각은 122.5도일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은,
기판과, 상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 광원 및, 유사 타원형의 밑면을 포함하는 오목한 돔구조로 형성되되, 상기 밑면의 둘레를 따라 층을 이루며 형성되는 복수의 입사면과, 상기 복수의 입사면 사이를 연결하는 단차면을 포함하는 내부면 및, 상기 내부 면을 둘러싸도록 형성되는 외부 면을 포함하는 광학 렌즈를 구비하는 광원 모듈을 포함하는 가로등을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 외부면은 볼록한 비구면 형상을 가지되, 상기 유사 타원형의 장축 양단 방향에 각각 위치하며 서로 다른 곡률을 갖는 제 1 및 제 2 출사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제 1 및 제 2 출사면의 곡률은 상기 외부면의 다른 출사면의 곡률보다 작고, 상기 제 2 출사면의 곡률은 상기 제 1 출사면의 곡률보다 작을 수 있다.
본 발명에서 제안하는 광학 렌즈를 사용할 경우, 광원으로부터 입사된 광이 광학 렌즈를 통하여 굴절되면서 광축과 이루는 각도가 커지므로, 원하는 지향각으로 광을 유도하는 효과를 가져올 수 있다. 나아가, 본 발명에 따르면 이러한 광학 렌즈를 이용하여 우수한 배광 특성을 갖는 광원 모듈 및 가로등을 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 렌즈를 개략적으로 나타낸 사시도 및 평면도이다.
도 3은 상기 도 2에 표시된 AA' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 상기 도 2에 표시된 AA' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 광학 렌즈를 통과한 광의 진행 경로를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5 는 도 2에 표시된 BB'단면을 나타낸 단면도이다.
도 6 은 본 실시 형태에 따른 광학렌즈의 외부 면의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 7 및 9는 본 발명의 광학 렌즈를 이용한 광원 모듈 및 그 광 경로를 나타낸 평면도이다.
도 8은 하부면에는 홈부 및 지지부가 형성된 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 9는 원점에서 제 2 출사면 방향으로 일정 거리만큼 떨어진 위치에 광원이 위치했을 때의 광 경로를 나타낸 평면도이다.
도 10은 상술한 광원 모듈을 기판상에 열을 지어 배치한 구성의 일 예를 나타낸 평면도이다.
도 11은 상술한 광원 모듈을 적용한 가로등의 배치 및 구성의 일 예를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 렌즈를 개략적으로 나타낸 것으로서, 도 1은 사시도, 도 2는 평면도, 도 3은 상기 도 2에 표시된 AA' 단면을 나타낸다. 또한, 도 4는 본 실시 형태에 따른 광학 렌즈를 통과한 광의 진행 경로를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 5 는 도 2에 표시된 BB'단면을 나타내며, 도 6 은 본 실시 형태에 따른 광학렌즈의 외부 면의 구성을 나타내고, 도 7은 렌즈의 중심에 놓인 광원에서 방출되는 광 경로를 나타낸다.
우선, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 형태에서 제공되는 광학 렌즈(1)는 광원이 놓이는 평면(예를 들어, 기판 면)상의 한 점을 상부에서 둘러싸는 돔형 구조로서, 내부면(10), 외부면(30) 및 상기 광원이 놓인 평면과 수평인 하부 면(40)으로 대별할 수 있으며, 상기 내부면은 장축 방향으로 길게 형성된 타원 유사의 형상을 가지고, 상기 외부면은 서로 다른 곡률을 가지는 3 개의 면으로 구성되며, 상기 내부 면(10)은 내부 면의 둘레를 따라 하부 면(40)에 평행하게 다단으로 형성된 톱니 구조로 이루어질 수 있으며,, 광원에서 방출된 빛이 일정한 수평 및 수직 지향각을 가지면서 방출될 수 있도록 한다.
이하에서는, 본 실시 형태에서 제공되는 광학 렌즈의 내부면 구조, 외부면 구조, 하부면 구조와, 광원에서 방출된 빛이 상기 구성요소를 포함하는 광학 렌즈를 통과하면서 취하는 광 경로와 함께 각 구성요소간의 결합에 대하여 순차적으로 설명한다.
우선, 상기 내부 면(10)의 구조에 대하여 구체적으로 설명한다. 먼저 도 2를 참조하면, 본 실시 형태에서 제공되는 광학 렌즈(1)의 내부 면(10)은, 상기 광학 렌즈(1)가 배치되는 평면상의 한 직선을 장축으로 하여 이에 대칭이 되도록 형성되되, 상기 장축 방향으로 상대적으로 길고, 상기 장축과 상기 광학 렌즈(1)가 놓이는 평면상의 한 점(C3, 내부 면(10)의 밑면의 중심점과 같으며, 이하 '원점'으로 칭한다)에서 장축과 직교하는 단축 방향으로는 상대적으로 짧은, 타원 유사 형상의 밑면을 가지는 돔형 구조를 기본 구조로 가질 수 있다. 이 경우, 장축방향으로 형성된 반원통형의 직선부와, 상기 반원통형의 양단 영역에서 직선부를 연결하는 곡선부를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 내부면(10)은, 내부면(10)의 둘레를 따라 다단으로 형성되는 톱니 형상을 포함할 수 있는데, 이를 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 상기 내부면은, 미리 정해진 수직 지향각(θ31, θ32, θ33, θ34)만큼 상기 하면(40)과 경사지게 형성되는 복수의 입사면(11, 12, 13) 및, 상기 각 입사면(11, 12, 13) 사이를 연결하는 단차면(21, 22)으로 구성된다. 이와 같이 함으로서, 정해진 각도(θ31, θ32, θ33, θ34)의 입사면(11, 12, 13)을 통해 입사된 빛(L41, L42, L43, L44, L45)은 렌즈 중심부보다 주변 방향으로 굴절되는 효과를 얻을 수 있다. 본 실시 예에서는 상기 하부면과 그 일면이 접하는 제 1 입사면(11), 제 1 입사면 상부에 형성된 제 2 입사면(12), 제 2 입사면(12) 상부에 형성된 제 3 입사면(13)으로 구성된다. 상기 제 1 입사면(11)과 제 2 입사면(12) 사이에는 제 1 단차면(21), 상기 제 2 입사면(12)과 제 3 입사면(13) 사이에는 제 2 단차면(22)이 형성되어 있다.
이 경우, 상기 제 1 내지 제 3 입사면(11, 12, 13)이 하부 면(40)과 이루는 경사는, 제 1 입사면(11)에서 가장 크고, 제 3 입사면(13)이 가장 작도록 형성된다. 이와 같이 함으로서 광원에서 방출되는 광이 가능하면 수직에 가깝게 입사면에 입사되도록 함으로서, 전반사를 줄이고, 최대한 많은 양의 빛이 원하는 방향으로 굴절되어 최종 출사될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 단차면(21, 22)이 원점(C3)에서 연장된 직선상의 경로에 형성된다. 즉, 광원에서 방출된 빛이 단차면에서 원하지 않는 형태로 반사, 굴절되는 일을 방지하기 위하여, 광 진행을 방해하지 않는 구조로 형성되어 있다. 이와 같이, 상기 입사면끼리 연결되도록 연장하지 아니하고 상기 단차면(21, 22)을 형성하여, 입사광이 렌즈에 입사하는 각도는 유지하면서, 제 1 입사면(11)보다 제 2 입사면을, 제 2 입사면(12)보다 제 3 입사면(13)을 원점(C1)에 더 가깝도록 형성하여 전체적으로 광학 렌즈(1)의 두께를 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 제 2 입사면(12)은 단면의 경사가 바뀌는 절곡부를 포함한다. 즉, 절곡부를 경계로 아래위의 입사면이 하부 면에 대하여 상이한 경사각을 가지면서 단차면(21, 22)에 의하지 아니하고 직접 연결되어 있는 형태의 구조로 제공되는 바, 이와 같이 상술한 단차면(21, 22)은 입사면 사이에 반드시 형성되어야 하는 것은 아니고, 렌즈의 용도, 형상, 지향각 등 필요로 하는 실시 형태에 따라 형성 여부 및 형태, 위치가 선택될 수 있을 것이다.
또한, 도 1 및 5를 참조하면, 상기 단차면(21, 22)은 장축방향으로 갈수록 점점 폭이 좁아지다가 장축과 만나는 영역에서는 형성되지 않는 것을 알 수 있는데, 이와 같이 내부 면이 장축과 만나는 영역 부분에서는 단차면(21, 22)을 형성하지 않더라도 원하는 광경로를 얻을 수 있는 경우에 있어서는, 입사면만을 연결하여 절곡부 또는 절곡점이 형성되도록 하거나 부드럽게 연결되는 곡선 형태로 처리하는 것도 가능하다.
다음으로, 본 실시 형태에서 제공되는 광학 렌즈(1)의 외부 면(30)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 외부 면(30)은, 상기 내부 면(10)을 둘러싸면서 내부 면(10)에서 굴절되어 유도된 빛이 입사되는 면으로 제공된다. 본 실시 형태의 외부 면(30)은 각각 서로 다른 곡률을 가지는 3개의 제 1 내지 제 3출사면(31, 32, 33)이 결합된 형태를 가지는데, 제 3 출사면(33)은 상기 단축방향으로 길게 형성되어 제 1 및 제 2 출사면(31, 32) 사이에 형성되며, 제 1 출사면(31)은 제 3 출사면(33)과 접하면서 상기 장축방향의 일측에 형성된다. 또한 제 2 출사면(32)은 역시 제 3 출사면(33)과 접하면서 상기 장축방향 중 상기 제 1 출사면(31)과 반대측 영역에 형성된다.
또한, 도 6 을 참조하면, 상기 제 1 내지 제 3 출사면(31, 32, 33)의 형태는 다음과 같이 결정될 수 있다. 먼저, 상기 원점(C3)을 중심으로 하는 구면 중 상기 내부 면(10)보다 큰 구면의 일부로 제 3 출사면(33)을 결정하며, 원점(C3)에서 장축방향으로 일정거리 이격된 점(C1)을 중심으로 하는 구면 중 상기 내부 면(10)보다 큰 구면의 일부로 제 1 출사면(31)을 결정하며, 역시 단축상에서 원점(C3)으로부터 일정거리 이격되되 상기 제 1 출사면(31)의 중심(C1)과 반대측으로 이격된 점(C2)을 중심으로 하는 구면 중 상기 내부 면(10)보다 큰 구면의 일부로서 제 2 출사면(32)을 결정한다. 이 경우, 제 1 내지 제 3 출사면(31, 32, 33)의 구면반지름은 제 3 출사면(33)이 가장 작고, 제 2 출사면(32)이 가장 큰 구성이 되도록 제공될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상술한 바와 같이 형성하는 경우, 제 3 출사면(33)으로 출사되는 빛(L73)은 렌즈의 두꺼운 영역을 통과하지만 제 3 출사면(33)에의 입사각이 작아 큰 굴절 없이 출사되고, 제 1 출사면(31)으로 출사되는 빛(L71)은 중간정도로 굴절되며, 제 2 출사면(32)으로 출사되는 빛(L72)은 가장 많이 굴절된다. 즉, 제 2 출사면 방향(32)으로 출사되는 빛은 되도록 많은 양의 빛이 제 3 출사면(33)이 향하는 방향, 즉, 상기 밑면의 단축방향으로 굴절되도록 제공될 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구성된 내부 면(10)과 외부 면(20)은 정해진 지향각으로의 빛의 굴절이라는 공통의 효과를 달성하기 위해 상호 협력하는 구조로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 장축방향으로 길게 형성된 내부 면(10)과, 상기 단축방향으로 길게 형성된 외부 면(20)을 구비하는 형태로 제공되며, 필연적으로 단축방향에서는 내부 면(10)과 외부 면(20)의 거리가 가깝고, 장축방향에서는 멀어지는 구성이 된다. 이와 같이 함으로서, 원점(C3)에 광원이 놓이는 경우 원점에서 사방으로 방출되는 광 중, 장축의 양단 방향(제 1 및 제 2 출사면 방향)으로 방출되는 빛이 내부면(10) 및 외부면(20)에서 굴절되어 최종적으로 방출될 때에 단축방향으로 굴절되는 효과를 가져오게 된다. 즉, 빛은 굴절률이 다른 두 물질이 만나는 계면에서 경로가 변화하는데, 렌즈의 두꺼운 쪽으로 굴절하게 되므로, 단축방향으로 갈수록 렌즈가 두꺼워지는 구조로 제공되는 본 실시예에서는 장축방향으로 입사되는 빛이 단축 방향쪽으로 굴절되어 출사될 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서 제시되는 광학 렌즈 구조를 이용하고, 내부면(10) 및 외부 면(20)의 형태를 적절히 형성함으로서 원하는 방향의 수평 지향각으로 빛의 출사방향을 유도하는 것이 가능하며, 도 7 을 참조하면, 원점(C3)에 위치한 광원에서 각각 다른 3 방향으로 출사된 빛이 상술한 바와 마찬가지로 측방향으로 유도되는 광 경로(L71, L72, L73)를 볼 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서 제시되는 광학 렌즈 구조를 이용하고, 입사면(11, 12,13) 및 단차면(21, 22)의 형태를 적절히 형성함으로서 원하는 방향의 수직 지향각으로 빛의 출사방향을 유도하는 것이 가능하며, 도 4를 참조하면, 원점(C3)에 위치한 광원에서 각각 다른 3 방향으로 출사된 빛이 상술한 바와 마찬가지로 렌즈 중심축에서 벗어나 측방향으로 유도되는 광 경로(L41, L42, L43, L44, L45)를 볼 수 있다.
또한, 제 1 출사면 중, 렌즈의 중심축과 만나는 영역에는 렌즈 내측부로 오목하게 들어간 오목부가 형성될 수 있다. 이는, 렌즈의 중심축 방향으로 출사되는 빛이 주변부로 굴절 또는 전반사되어 확산하도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
도 7 및 9는 본 발명의 광학 렌즈를 이용한 광원 모듈 및 그 광 경로를 나타낸다. 이 경우, 도 7 은 원점(C3)에 광원이 위치한 경우이며, 도 9는 원점에서 제 2 출사면 방향으로 일정 거리만큼 떨어진 위치에 광원이 위치했을 때의 광 경로이다. 이 경우, 수직방향으로의 출사각은 모든 광원의 위치에서 동일하다고 가정한다.
먼저 도 7 을 참조하면, 원점에 위치한 광원에서 출사된 빛은 제 1 입사면(31)상에서 굴절되는데, 입사각 및 입사위치에서의 렌즈 두께에 따라 굴절각에 각도 차이가 있음을 알 수 있다. 또한, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제 2 출사면 방향으로 광원을 이동(L1)하는 경우 원점(C1)에 위치(L0)할 때에 비하여 광이 측면으로 유도되는 경향이 강하게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 실시 형태에 따라 렌즈 자체의 형상뿐 아니라 상술한 바와 같이 광원을 제 2 출사면(32) 방향으로 이동하여 측면 방향으로 빛을 유도하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 실시 형태에서 제공되는 광학 렌즈(1)의 하부면에 대하여 상세하게 설명한다. 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는데, 이 경우 하부면에는 홈부(70) 및 지지부(60)이 형성되어 있다. 지지부(60)은 기판 위에 본 광학 렌즈(1)를 장착하는 경우 렌즈와 기판 사이의 거리를 일정간격 이격시키는 역할을 하거나, 장착되는 기판의 홈에 맞게 형성되어 기판상에 광학 렌즈(1)가 견고하게 고정되도록 한다. 또한, 홈부의 경우 렌즈의 형성 가공 시 열에 의한 팽창으로 렌즈가 손상되는 것을 막기 위하여 형성되는 것으로, 가장 두꺼운 영역이면서도 광 경로상에 문제가 없는 렌즈의 제 3 출사면의 양 측면상에 배치된다. 이와 같이 함으로서 열에 의하여 렌즈가 팽창하는 경우에 있어서도 홈부(70)에 의한 완충작용으로 렌즈가 손상되거나 원치 않는 변형을 가져오는 일을 방지할 수 있다.
도 10은 상술한 광원 모듈을 기판(101)상에 열을 지어 배치한 구성의 일 예를 나타낸다. 이 경우, 복수의 광학 렌즈(1)들은 각각 열을 지어 제 1 출사면이 좌측을 향하도록 배열되어 있으며, 하나의 광학 렌즈(1) 주변에 6개의 렌즈가 6각형 형상으로 둘러싸고 있는 구조로 제공되는데, 상기 6각형 형상의 내각은, 제 1 출사면이 형성된 방향을 렌즈의 정면으로 보았을 때, 렌즈 양 측면부(θ102)의 내각은 115도, 나머지 4 개의 내각(θ103)은 122.5도로 제공된다. 이와 같이 구성하면, 제 1 출사면이 향하는 방향을 기준으로 좌우측면으로 70도 내지 50도 사이로 출사되는 광이 이웃한 렌즈에 가려져서 일어나게 되는 광손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명은 이와 같은 구성에 한정하는 것은 아니고, 실시 형태에 따라 다양한 열과 행의 배열을 통하여 원하는 지향각에 대한 광손실을 최소화할 수 있는 형태로 형성될 수 있을 것이다.
도 11은 상술한 광원 모듈을 적용한 가로등(111)의 배치 및 구성의 일 예를 나타낸다. 이 경우, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 가로등(111)은 예를 들어, 지면에 수직으로 설치되는 지주, 상기 지주에 설치되는 등기구암, 상기 등기구암의 저면부에 지면을 향해 조명하도록 설치되는 광원 모듈, 상기 광원 모듈의 상부에 설치되는 방열부재 및 상기 광원 모듈에 전원을 공급하기 위한 전원공급용 분전반/케이블등을 포함할 수 있다. 상기 가로등(111)은, 상기 전원공급용 분전반에서 인가된 전원을 통하여 상기 광원 모듈을 작동하여 가로등(111)의 주변을 조광하는데, 상기 광원 모듈이 본 실시 예에서 제시된 바와 같이 지향각이 비교적 작은 범위에 한정되는 반도체 발광 소자를 광원으로 사용하면서, 특히 가로등이 길 일측에만 배치되어 있는 경우라면, 광이 닿기 힘든 부분인 암부(D)가 형성될 수 있다. 따라서 본 발명에서와 같은 광원 모듈을 사용하고, 암부 방향으로 지향각(θ111)을 설정하여 설계된 렌즈를 광원 모듈에 사용하는 경우 노면(112) 전면을 고르게 밝게 할 수 있는 가로등(111)의 제공이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 서술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 점은 당 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명할 것이다.
1: 광학 렌즈 10: 내부 면 11: 제 1 입사면 12: 제 2 입사면
13: 제 3 입사면 20: 단차면 21: 제1 단차면 22: 제 2 단차면
31: 제 3 출사면 32: 제 1 출사면 33: 제 2 출사면 40: 하면
60: 받침부 70: 홈부 101: 기판 112: 노면
θ31, θ32, θ33, θ34: 제 1 내지 제 3 입사면의 수직 지향각
θ101, θ111: 가로등의 수평지향각
θ102, θ103: 광학렌즈들의 배열이 이루는 내각
L0, L2: 광원
L41, L42, L43, L44, L45, L71, L72, L73, L91, L92, L93: 광 경로

Claims (24)

  1. 유사 타원형의 밑면을 포함하는 오목한 돔구조로 형성되되, 상기 밑면의 둘레를 따라 층을 이루며 형성되는 복수의 입사면과 상기 복수의 입사면 사이를 연결하는 단차면을 포함하는 내부면; 및
    상기 내부 면을 둘러싸도록 형성되는 외부 면;
    을 포함하는 광학 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부면은 볼록한 비구면 형상을 가지되, 상기 유사 타원형의 장축 양단 방향에 각각 위치하며 서로 다른 곡률을 갖는 제 1 및 제 2 출사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 출사면의 곡률은 상기 외부면의 다른 출사면의 곡률보다 작고, 상기 제 2 출사면의 곡률은 상기 제 1 출사면의 곡률보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 입사면은 하단부에서 상단부로 갈수록 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부면은 상기 밑면의 장축 방향을 따라 연장된 평면들로 구성되는 직선부 및 상기 직선부를 연결하는 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 입사면은 하단에서 상단으로 갈수록 상기 밑면과 이루는 각도가 작아지는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사면 중 적어도 일부는 서로 직접 연결된 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 입사면이 서로 연결된 경계선은 상기 평면과 평행한 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 상기 밑면의 중심점에서 내부 면으로 연장된 직선상에 형성되는 면인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면 중 곡선부에 해당하는 영역은 상기 밑면의 장축방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 상기 밑면의 장축방향과 교차하는 면에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부면은 상기 밑면의 단축방향을 따라 상기 제 1 및 제 2 출사면 사이를 관통하여 형성된 제 3 출사면을 포함하며, 상기 제 3 출사면은 제 1 출사면보다 큰 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 출사면은 상기 유사 타원형의 중심점을 중심으로 하는 구면의 일부, 상기 제 2 및 제 3 출사면은 상기 밑면의 장축상에 놓인 서로 다른 두 점을 중심으로 하는 구면의 일부인 것을 특징으로 하되, 상기 제 2 및 제 3 출사면의 중심 사이에 상기 밑면의 중심점이 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 출사면 중 상기 밑면의 중심점에 대응하는 영역에 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  15. 기판;
    상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 광원; 및
    유사 타원형의 밑면을 포함하는 오목한 돔구조로 형성되되, 상기 밑면의 둘레를 따라 층을 이루며 형성되는 복수의 입사면과, 상기 복수의 입사면 사이를 연결하는 단차면을 포함하는 내부면 및, 상기 내부 면을 둘러싸도록 형성되는 외부 면을 포함하는 광학 렌즈;
    를 구비하는 광원 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 외부면은 볼록한 비구면 형상을 가지되, 상기 유사 타원형의 장축 양단 방향에 각각 위치하며 서로 다른 곡률을 갖는 제 1 및 제 2 출사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 출사면의 곡률은 상기 외부면의 다른 출사면의 곡률보다 작고, 상기 제 2 출사면의 곡률은 상기 제 1 출사면의 곡률보다 작은 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 렌즈의 상기 유사 타원형 장축상에서 상기 제 2 출사면 방향으로 일정 거리 수평이동하여 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 광원 및 광학 렌즈는 상기 제 2 출사면이 같은 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  20. 제 19 항에 있어서,
    중심에 위치한 하나의 상기 광원 및 광학 렌즈 주위에 6개의 각기 다른 광원 및 광학 렌즈가 육각형을 이루면서 둘러싸는 형상을 갖는 패턴이 반복되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  21. 제 21 항에 있어서,
    상기 6개의 광학 렌즈가 이루는 육각형은, 상기 복수의 광학 렌즈의 제 1 출사면이 향하는 방향 및 제 2 출사면이 향하는 방향에 대응되는 두 꼭지점의 내각이 115도, 나머지 4 개의 꼭지점의 내각은 122.5도인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  22. 기판과, 상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 광원 및, 유사 타원형의 밑면을 포함하는 오목한 돔구조로 형성되되, 상기 밑면의 둘레를 따라 층을 이루며 형성되는 복수의 입사면과, 상기 복수의 입사면 사이를 연결하는 단차면을 포함하는 내부면 및, 상기 내부 면을 둘러싸도록 형성되는 외부 면을 포함하는 광학 렌즈를 구비하는 광원 모듈을 포함하는 가로등.
  23. 제 23 항에 있어서, 상기 외부면은 볼록한 비구면 형상을 가지되, 상기 유사 타원형의 장축 양단 방향에 각각 위치하며 서로 다른 곡률을 갖는 제 1 및 제 2 출사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 가로등.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 출사면의 곡률은 상기 외부면의 다른 출사면의 곡률보다 작고, 상기 제 2 출사면의 곡률은 상기 제 1 출사면의 곡률보다 작은 것을 특징으로 하는 가로등.
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