KR20130131434A - 박쥐날개 형상의 빔 분포를 발생하는 렌즈, 및 그것을 위한 방법 - Google Patents

박쥐날개 형상의 빔 분포를 발생하는 렌즈, 및 그것을 위한 방법 Download PDF

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Abstract

좌우 대칭 평면(LRSP : left-right symmetry plane)에 중심이 정해진 각도 분포를 가지는, 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 렌즈. 상기 렌즈는 광원과 대면하는 입사면을 포함하고, 상기 입사면은 입사 모서리를 포함하고, 상기 입사 모서리는 상기 입사면을 입사 내부 및 외부 구역들로 분할하고 오목하여 공중에서 둔각을 형성한다. 또한, 상기 렌즈는 대향하는 출사면을 포함하고, 상기 출사면은 유사하게 출사 모서리를 포함하고, 상기 출사 모서리는 유사하게도 상기 출사면을 분할한다. 상기 입사 내부 구역을 타격하는 각각의 광선은 렌즈를 통해 투과하고 상기 출사 내부 구역을 타격한다. 상기 입사 외부 구역을 타격하는 각각의 광선은 상기 렌즈를 통해 투과하고, 상기 출사 외부 구역을 타격한다. 상기 입사면을 타격하고, 상기 렌즈를 통해 투과하고, 상기 출사면을 타격하고, 상기 렌즈로부터 굴절하는 각각의 광선은 LRSP에 대해 초기 및 최종 전파 각도들을 가진다. 최종 전파 각도는 초기 전파 각도보다 크다.

Description

박쥐날개 형상의 빔 분포를 발생하는 렌즈, 및 그것을 위한 방법{LENS GENERATING A BATWING-SHAPED BEAM DISTRIBUTION, AND METHOD THEREFOR}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "RETROFIT-STYLE LAMP AND FIXTURE, EACH INCLUDING A ONE-DIMENSIONAL LINEAR BATWING LENS"라는 명칭으로 2009년 12월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/636,524호의 일부 계속 출원(continuation-in-part)인, "LENS GENERATING A BATWING-SHAPED BEAM DISTRIBUTION, AND METHOD THEREFOR"라는 명칭으로 2011년 2월 9일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/023,571호에 대해 우선권을 주장하고, 이 두 출원의 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다.
기술 분야
본 발명은 램프들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 렌즈를 통합하는 레트로피트-스타일(retrofit-style) 램프들에 관한 것이다.
냉장 케이스(refrigeration case)들과 같은 밀폐된 저장 구조체들은 구조체 내부에 저장된 품목 또는 품목들에 접근하는 누군가에게 광(light)을 제공하기 위하여 내부에 설치된 광원(light source)들 및 광 기구(light fixture)들을 오랫동안 가지고 있었다. 전형적으로 이러한 기구는 저장 구조체에 의해 정의된 밀폐된 공간 내에 광을 분산(disperse)시키기 위하여, 통상 튜브 형상인 하나 또는 그보다 많은 형광 전구들을 이용한다. 이러한 기구들은 좌측 또는 우측으로 개방되는 도어의 어느 일 측 상과 같이, 수직으로 긴 저장 구조체의 전방 모서리들을 따라 위치될 수 있거나, 저장 구조체가 수평으로 길 때, 상단 모서리 또는 전방 에지(edge)를 따라 위치될 수 있다. 형광 튜브가 파손되거나, 또는 그렇지 않으면 임의의 이유로 작동을 중지할 때, 비-작동(non-functioning) 튜브는 제거되고, 새로운 튜브가 기구에 넣어진다.
형광 튜브들은 합리적이게도 비용이 낮고, 형광 튜브들을 포함하는 기구들의 유지보수는 합리적이게도 용이하고 또한 비용도 낮지만, 전형적인 형광-기반 전구는 전형적인 발광 다이오드(LED : light emitting diode) 광원만큼 에너지-효율적이지 않거나, 오래 지속되지 않는다. 따라서, 형광 튜브들 대신에 LED들을 채용하는 램프들 및 기구들은 점점 인기가 높아지고 있다.
LED-기반 광원을 이용하여, 냉장 케이스와 같은 밀폐된 저장 구조체 내에서 광을 제공하기 위한 기존의 기술들은 다양한 단점들을 겪고 있다. 기존의 LED-기반 기구는 이용되는 LED 소스들 및 광학기기 사이에 전형적으로 1:1 비율을 요구하고, 이에 따라, 광학기기는 전형적으로 사출성형(injection mold) 된다. 즉, 각각의 LED 칩은 그 자신의 광학기기(즉, 렌즈)를 가진다. 이것은 부분적으로 기존의 형광-기반 기구에 비해, 기존의 LED-기반 기구가 제공하는 광의 균일한 분포보다 더 적은 균일한 분포를 보상하는 것을 시도하기 때문이다. 길이 4 피트(feet)로 측정되는 전형적인 기구에 대하여, 10개 또는 12개의 렌즈들이 존재할 수 있다. 일부 구성들에서는, 렌즈가 파손되거나 혹은 교체될 필요가 있을 경우에는, 단일 렌즈를 간단하게 교체하는 것이 가능하지 않으며, 오히려 전체 기구가 교체되어야 한다. 일부 구성들의 LED 칩들에 대해서도 동일한 내용이 성립한다(즉, 하나의 칩이 파손되거나 혹은 교체될 필요가 있을 경우, 하나의 칩 또는 칩들의 어레이(array)만이 아니라, 전체 기구가 교체되어야 한다). 이것은 기존의 형광 광원들 대신에 더욱 에너지 효율적인 LED들을 이용한 비용 절감에도 불구하고, 기존의 형광 광원들보다 기존의 LED-기반 광원이 시간에 걸쳐 유지되기에는 더욱 고비용이 되게 한다.
또한, LED들/LED 칩들 및 광학기기 사이의 1:1 비율은 기존의 광원의 레트로피트-스타일 옵션 교체가 불가능하다는 것을 의미한다. (레트로피트-스타일 옵션은, 기구가 LED들에 적절하게 급전하고 LED들을 동작시킬 수 있도록, 현존하는 기구의 기존의 광원이 LED-기반 광원에 의해 교체되고 현존하는 기구의 안정기(ballast) 및/또는 전력 공급 장치에 대해 적합한 변화들이 추가로 행해지는 것이다. 따라서, 레트로피트-스타일 교체는 광원뿐만 아니라, 현존하는 기구의 현존하는 안정기 및/또는 전력 공급 장치의 교체로 귀착될 수 있다. 이에 비해, 진정한 레트로피트 옵션은 현존하는 기구의 기존의 광원을 LED-기반 광원으로 교체할 것이지만, 이미 현존하는 안정기 및/또는 전력 공급 장치에 대해 어떠한 변화들도 요구하지 않을 것이다). 즉, 1:1 비율은 LED-기반 광원 및 그 관련된 광학기기를 이미 현존하는 기구에 추가하는 것을 불가능하게 하고, (이미 현존하는 기구에 의해 이용되는 현재의 안정기 및/또는 전력 공급 장치가 LED들을 지원할 수 있는 것인지에 대한 쟁점을 차치하고도) 이들은 기존의 형광 튜브를 대체할 것이다. 전체 기구가 제거되고 대체되어야 하며, 레트로피트-스타일 해결책에 비해 설치 비용들을 추가해야 한다. 또한, 냉장 케이스들 및 유사한 구조체들을 위한 기존의 LED-기반 기구들은 동일한 구조체들에 대한 기존의 형광 기구들보다 점유되는 공간의 측면에서 전형적으로 더 크고 더욱 대형이다. 일부 구조체들에서는, 기존의 LED-기반 기구가 구조체 내부에 적절하게 끼워지지 않을 것이다. 다른 구조체들에서는, 기존의 LED-기반 기구가 끼워지더라도, 기존의 형광 기구보다 더 많은 공간을 차지하고, 이것은 케이스 또는 구조체 내에 상품들을 위한 공간을 더 적게 남긴다.
본 발명의 실시예들은 냉장 케이스들 및 다른 유사한 구조체들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 밀폐된 저장 구조체들 내에 이미 위치된 기구들과 함께 이용하기 위한 레트로피트-스타일 해결책을 제공한다. 본 명세서에서 설명된 레트로피트-스타일 해결책의 램프는 LED-기반 광원들을 이용할 수 있고, 이것은 기존의 형광 튜브 램프들과 같은 기존의 광원들보다 더욱 에너지 효율적으로 만들고 더 긴 수명을 가지며, 냉장 케이스와 같은 밀폐된 저장 구조체를 더욱 양호하게 조명하는 광의 분산(dispersion)을 생성하는 그 자신의 통합된 광학기기를 가진다. 레트로피트-스타일 램프로서 구성될 때, 상기 해결책은 기존의 형광 튜브 램프를 대체하고, 이것은 LED-기반 광원들의 에너지 효율 및 긴 수명의 이점들을 제공한다. 기구로서 구성될 때, 상기 해결책은 현존하는 기존의 LED-기반 기구들뿐만 아니라 현존하는 기존의 형광 기구들을, 유지하고 수리하기가 더 용이하고 덜 고가일 뿐만 아니라, 에너지 효율, 더 긴 수명, 및 더욱 양호한 광의 분산을 제공하는 기구로 대체한다.
실시예에서는, 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 렌즈가 제공된다. 광은 좌우 대칭 평면에 중심이 정해진 각도 분포를 가진다. 상기 렌즈는 상기 적어도 하나의 광원과 대면하는 입사면을 포함하고, 상기 입사면은 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 적어도 하나의 입사 모서리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 입사 모서리는 상기 입사면을 입사 내부 구역 및 입사 외부 구역으로 분할하고, 상기 적어도 하나의 입사 모서리는 오목하고 공중에서 둔각을 형성한다. 또한, 상기 렌즈는 상기 입사면과 대향하고 상기 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 적어도 하나의 출사 모서리를 포함하는 출사면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 출사 모서리는 상기 출사면을 출사 내부 구역 및 출사 외부 구역으로 분할한다. 상기 입사 내부 구역을 타격하고 상기 렌즈를 통해 투과하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 상기 출사 내부 구역을 타격한다. 상기 입사 외부 구역을 타격하고 상기 렌즈를 통해 투과하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 상기 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 출사 외부 구역을 타격한다. 상기 입사면을 타격하고, 상기 렌즈를 통해 투과하고, 상기 출사면을 타격하고, 상기 렌즈로부터 굴절하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 상기 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 상기 좌우 대칭 평면에 대해 형성된 초기 및 최종 전파 각도들을 가지고, 상기 최종 전파 각도는 상기 초기 전파 각도보다 크다.
관련된 실시예에서는, 상기 렌즈가 상기 좌우 대칭 평면에 대해 대칭적일 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 광이 대칭축에 중심이 정해진 2차원 각도 분포를 가질 수 있고, 상기 렌즈는 상기 대칭축을 중심으로 회전 대칭일 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 렌즈가 상기 좌우 대칭 평면을 중심으로 비대칭일 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 렌즈가 그 전체 세로 길이를 따라 균일한 단면을 가질 수 있다.
또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 입사 내부 구역을 타격하고, 상기 렌즈를 통해 투과하고 상기 출사 내부 구역을 타격하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 상기 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 상기 출사 내부 구역에서 내부 전반사를 거칠 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 입사 내부 구역이 필수적으로 평면일 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 출사 내부 구역이 볼록한 쇄기를 형성하는 한 쌍의 표면들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 상기 입사 외부 구역이 오목할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 상기 출사 외부 구역이 볼록할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 좌우 대칭 평면에 중심이 정해진 각도 분포를 가지는, 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 렌즈의 근위(proximal) 표면을 통해 상기 각도 분포의 중심 부분을 굴절시키는 단계; 상기 렌즈를 통해 상기 굴절된 중심 부분을 투과시키는 단계; 상기 렌즈의 원위(distal) 표면으로부터 상기 굴절된 중심 부분을 내부 전반사하는 단계; 상기 렌즈를 출사하기 위하여, 상기 렌즈의 상기 원위 표면을 통해 상기 내부 전반사된 중심 부분을 굴절시키는 단계; 상기 렌즈의 상기 근위 표면을 통해 상기 각도 분포의 주변 부분을 굴절시키는 단계; 상기 렌즈를 통해 상기 굴절된 주변 부분을 투과시키는 단계; 및 상기 렌즈를 출사하기 위하여, 상기 렌즈의 상기 원위 표면을 통해 상기 투과된 주변 부분을 굴절시키는 단계를 포함하고, 상기 렌즈의 상기 원위 표면은 상기 각도 분포로부터 임의의 광을 수광하지 않는 적어도 하나의 전반적으로 평평한 부분을 포함하고, 상기 각도 분포의 상기 중심 부분 및 상기 주변 부분은 상기 전반적으로 평평한 부분의 양측 상의 상기 원위 표면을 통해 굴절한다.
관련된 실시예에서는, 상기 중심 부분이 상기 렌즈의 상기 근위 표면 상의 입사 내부 구역을 통해 굴절할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈를 통해 투과할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 중심 표면으로부터 내부 전반사할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 고입사각(high-incident-angle) 표면으로 투과할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈를 출사하기 위하여 상기 고입사각 표면을 통해 굴절할 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 중심 부분이 상기 렌즈의 상기 근위 표면 상의 입사 내부 구역을 통해 굴절할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈를 통해 투과할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 고입사각 표면으로부터 내부 전반사할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 중심 표면으로 투과할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 상기 중심 표면으로부터 내부 전반사할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 상기 고입사각 표면으로 투과할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈를 출사하기 위하여 상기 고입사각 표면을 통해 굴절할 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 주변 부분이 상기 렌즈의 상기 근위 표면 상의 입사 외부 구역을 통해 굴절할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈를 통해 투과할 수 있고, 그 다음으로 상기 렌즈를 출사하기 위하여 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 출사 외부 구역을 통해 굴절할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 세로축에 중심이 정해진 각도 분포를 가지는, 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 렌즈가 제공된다. 상기 렌즈는, 상기 적어도 하나의 광원과 대면하는 입사면 ― 세로축에 대해 직각으로 취해지고 상기 세로축으로부터 멀어지도록 연장되는 상기 입사면의 평면 단면 절반은, 상기 세로축을 가로지르는 중심 부분; 및 상기 중심 부분으로부터 멀어지도록 연장되는 주변 부분을 포함하고, 상기 주변 부분은 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 모서리를 상기 중심 부분과 함께 형성하고, 상기 주변 부분은 상기 중심 부분과 함께 공중에서 둔각을 형성함 ―; 및 상기 입사면과 대향하고 상기 적어도 하나의 광원으로부터 떨어져 대면하는 출사면 ― 상기 세로축에 대해 직각으로 취해지고 상기 세로축으로부터 멀어지도록 연장되는 상기 출사면의 평면 단면 절반은, 상기 세로축에서 오목한 모서리를 형성하는 중심 표면, 전반적으로 상기 적어도 하나의 광원을 향해 상기 중심 표면으로부터 연장되고 상기 중심 표면과 함께 볼록한 쇄기를 형성하며, 상기 중심 표면과 공중에서 270도보다 큰 각도를 형성하는 고입사각 표면, 및 상기 고입사각 표면으로부터 연장되는 부분적으로 굴곡된 표면을 포함하고, 상기 부분적으로 굴곡된 표면은 상기 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 모서리를 상기 고입사각 표면과 함께 형성함 ― 을 포함한다.
관련된 실시예에서는, 상기 입사면 및 출사면이 전반적인 원통(generalized cylinder)들일 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 입사면 및 출사면이 상기 세로축 주위에서 회전 대칭일 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 부분적으로 굴곡된 표면이 상기 세로축에 대해 직각으로 취해진 관찰 평면들에 대해, 상기 부분적으로 굴곡된 표면 상의 각각의 지점에서 평평하거나 단조적으로 감소하는 표면 높이를 가질 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 렌즈의 상기 입사면이 그 주변부에서 전반적으로 평평한 평면 부분을 포함할 수 있고, 상기 전반적으로 평평한 평면 부분은 상기 세로축에 대해 직각이고, 상기 부분적으로 굴곡된 표면은 상기 부분적으로 굴곡된 표면 및 상기 고입사각 표면 사이의 상기 모서리에서 상기 전반적으로 평평한 평면 부분으로부터 가장 멀리 떨어질 수 있다. 또 다른 관련된 실시예에서는, 상기 부분적으로 굴곡된 표면이 상기 부분적으로 굴곡된 표면 및 상기 고입사각 표면 사이의 상기 모서리에 인접한 전반적으로 평평한 부분을 가질 수 있고, 상기 적어도 하나의 광원을 떠나서 상기 렌즈의 상기 입사면을 통해 굴절하는 광선들이 상기 전반적으로 평평한 부분을 직접 타격하지 않는다.
본 명세서에서 개시된 상기한 그리고 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 유사한 참조 문자들이 상이한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 부분들을 인용하고 있는 첨부 도면들에서 예시된 바와 같이, 본 명세서에서 개시된 특정 실시예들의 다음의 설명으로부터 명백할 것이다. 도면들은 반드시 스케일링하지 않고, 그 대신에, 본 명세서에서 개시된 원리들을 예시하는 것에 강조가 두어진다.
도 1은 본 명세서에서 개시된 실시예들에 따라 1차원 선형 박쥐날개 렌즈를 포함하는 레트로피트-스타일 램프를 도시한다.
도 2는 부착된 광원들 및 부착된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈를 포함하는 하우징의 단면도를 예시한다.
도 3은 부착된 광원들 및 부착된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈를 포함하는 하우징을 가지는 개방-엔드형(open-ended) 광 기구의 측면도를 도시하고, 광원들은 급전되어 있지 않고, 하우징의 내부는 렌즈를 통해 가시적이다.
도 4는 부착된 광원들 및 부착된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈를 포함하는 하우징을 가지는 광 기구의 섹션(section)의 측면도를 도시하고, 광원들은 급전되어 있고, 하우징의 내부는 렌즈를 통해 가시적이지 않다.
도 5는 페이지의 평면이 광원들의 라인에 수직이 되도록 방위가 정해져 있는, 본 명세서에서 개시된 실시예들에 따른 1차원 선형 렌즈의 평면 단면이다.
도 6은 소스로부터 분출된 원뿔의 중심 부분으로부터의 추적된 광선(traced ray)들과 겹쳐 놓인 도 5의 렌즈의 단면도이다.
도 7은 소스로부터 분출된 원뿔의 중간 부분으로부터의 추적된 광선들과 겹쳐 놓인 도 5의 렌즈의 단면도이다.
도 8은 소스로부터 분출된 원뿔의 외부 부분으로부터의 추적된 광선들과 겹쳐 놓인 도 5의 렌즈의 단면도이다.
도 9는 도 5의 렌즈의 단면도이고, 구성요소 번호들은 입사 및 출사 표면들의 적절한 모서리들 및 구역들을 나타낸다.
도 10은 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따라 도 5의 렌즈의 회전 대칭 버전(rotationally symmetric version)을 도시한다.
도 11 내지 도 13은 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따라 도 5의 렌즈의 다양한 회전 비대칭 버전(rotationally asymmetric version)들을 도시한다.
본 명세서에서 설명된 실시예들은 냉장 케이스들과 같은 저장 유닛들에서 이용하기에 적당한 신규한 레트로피트-스타일 램프를 도시한다. 레트로피트-스타일 램프는 램프가 배치되는 기구에 부착된 렌즈에 의존하는 대신에 그 자신의 렌즈를 통합한다. 렌즈는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈이고, 이것은 복수의 광원들로부터의 광을 빔 성형(beam shaping) 함으로써 박쥐날개 유형의 빔 패턴을 생성하고, 이 복수의 광원들은 LED-기반 광원들을 포함할 수 있다. 렌즈는 돌출되어 있고 임의의 수의 광원들과 함께 이용될 수 있다. 또한, 램프는 광원들 및 렌즈가 부착되는 하우징(housing)을 포함하고, 단부캡(endcap)들은 하우징의 각각의 단부에 부착된 전기 핀 커넥터(electrical pin connector)들을 포함한다. 단부캡들은 전기 핀 커넥터들을 통해 광원들이 전력을 수신하고 광을 생성하도록 하고, 통합된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈는 저장 유닛을 통해 실질적으로 균일한 패턴으로 퍼져 있다. 따라서, 단부캡들은 램프가 형광 램프 튜브들을 받아들이는 임의의 유형의 기구에 배치되도록 한다. 또한, 레트로피트-스타일 램프는 단부캡들을 제거하고 적절한 전기 커넥터들을 갖는 커버(cover)들을 추가함으로써, 기존의 형광 램프 기구를 대체하여 저장 유닛에 직접 부착된 기구로서 이용되도록 수정될 수 있다.
도 1은 복수의 광원들(102), 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104), 하우징(106), 한 쌍의 단부캡들(108 및 110), 및 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)을 포함하는 레트로피트-스타일 램프(100)(도 2의 단면도(200) 및 도 3의 측면도(300)를 포함하고 이 도면들에 대응함)를 도시한다. 따라서, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 레트로피트-스타일 램프(100)에 통합되어, 레트로피트-스타일 램프(100)가 그 안에 배치되는 기구(도시되지 않음)는 그 자신의 광학기기 또는 광학기기들(즉, 렌즈/렌즈들)을 가질 필요가 없다. 레트로피트-스타일 램프(100)는 기존의 형광 튜브 램프 기구(도시되지 않음)와 같은 그러나 이것으로 제한되지 않는 임의의 유형의 기구에서의 배치에 적합하다. 도 2에서 가장 용이하게 보여지는 바와 같이, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 하우징(106)에 결합되어 레트로피트-스타일 램프(100)의 외부 본체를 형성한다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 임의의 알려진 방식으로 하우징(106)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 및 하우징(106)은 각각 교합 연결(interlocking connection)로서 형성되도록 성형(shape)된다. 이러한 교합 연결의 예는 도 2에 도시되어 있고, 도 2에서, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 및 하우징(106)은 포스트(post)(222N)에 부착된 탭(220N)을 각각 포함하여, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 상의 탭들(2203 및 2204)은 하우징(106)의 탭들(2201 및 2202) 및 포스트들(2221 및 2222)에 의해 만들어진 2개의 공동(cavity)들 안으로 슬라이딩(sliding) 될 수 있고, 이것은 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 및 하우징(106)을 연결된 상태로 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서는, 탭들(220N) 및 포스트들(222N)이 하우징(106) 및/또는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)와 동일한 재료로 만들어지고 하우징(106) 및/또는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 고체 부분이어서, 하우징(106) 및/또는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 만들어질(즉, 성형될) 때, 탭들(220N) 및 포스트들(222N)이 만들어진다는 것에 주목해야 한다. 대안적으로, 일부 실시예들에서는, 탭들(220N) 및 포스트들(222N)이 하우징(106) 및/또는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)로부터 분리되어 있고, (예를 들어, 에폭시 또는 다른 접착제 재료의 이용에 의해, 또는 기계적 연결의 이용을 통해) 서로 연결되거나 그렇지 않을 경우에는 부착되어 있어야 한다. 대안적으로, 일부 실시예들에서는, 위에서 설명된 바와 같이, 포스트들(222N)이 하우징(106) 및/또는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 고체 부분이고, 탭들(220N)은 분리되어 있고, (예를 들어, 에폭시 또는 다른 접착제 재료의 이용에 의해, 또는 기계적 연결의 이용을 통해) 대응하는 포스트들(222N)에 연결되거나 그렇지 않을 경우에는 부착되어야 한다. 또한, 일부 실시예들에서는, 하우징(106) 및 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 연결이 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 능동 광학 필드(active optical field)의 외부에 있으므로, 하우징(106)은 복수의 광원들(102)로부터의 광에 작용하는, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 빔 성형에 의해 만들어지는 빔 패턴을 교란(disturb)하지 않고 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)를 유지하고 지지한다. 따라서, (예를 들어) 원래의 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 파손되거나 혹은 교체될 필요가 있는 경우, 또는 레트로피트-스타일 램프(100)를 위해 상이한 광학기기가 필요하거나 및/또는 희망되는 경우, 원래 레트로피트-스타일 램프(100)의 일부인 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)를 상이한 렌즈(상이한 1차원 선형 박쥐날개 렌즈를 포함함)로 교환하는 것이 가능하다.
하우징(106)은 열 관리 기능을 제공하는 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서는, 하우징(106)이 예를 들어, 복수의 광원들(102)에 의해 만들어지는 열과 같이, 레트로피트-스타일 램프(100) 및/또는 그 부품들 중의 임의의 것에 의해 만들어지는 임의의 열에 대한 열 싱크(heat sink)로서 작용한다. 또한, 하우징(106)은 압출가능하다(extrudable)(즉, 다이(die)를 통해 힘이 가해짐으로써 희망하는 단면을 갖도록 형성될 수 있음). 일부 실시예들에서, 하우징(106)은 알루미늄으로 만들어진다. 다른 실시예들에서, 하우징(106)은 예를 들어, 판금(sheet metal), 플라스틱 재료 등으로 만들어질 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 하우징(106)은 레트로피트-스타일 램프(100)가 광 기구에 끼워지도록 하는 임의의 형상일 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 하우징(106)은 예를 들어, 위에서 설명된 연결 메카니즘들 중의 임의의 것을 이용하여 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)에 연결될 수 있어야 한다. 일부 실시예들에서, 하우징(106)은 낮은 측면부(profile)를 가지며, 이것은 레트로피트-스타일 램프(100)가 예를 들어, 기존의 형광 튜브 기구들 안으로 배치되도록 한다. 일부 실시예들에서는, (도 2에서 가장 용이하게 보여지는) 하우징(106)의 상부 벽들(240)이 하우징(106)의 에지(edge)들(242)에서 정밀한 기계적 컷오프(cutoff)를 제공하여 복수의 광원들(102)로부터의 역 눈부심(reverse glare)을 제거한다.
한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)은 레트로피트-스타일 램프(100)의 어느 하나의 단부 상에 각각 위치된다. 한 쌍의 전기 커넥터들 중의 제 1 전기 커넥터(112)는 하우징(106)의 제 1 단부(182)에 부착되고, 한 쌍의 전기 커넥터들 중의 제 2 전기 커넥터(114)는 레트로피트-스타일 램프(100)의 제 2 단부(184)에 부착된다. 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)은 기존의 형광 램프 튜브들 상에서 전형적으로 이용되는 바와 같은 한 쌍의 2-핀 커넥터와 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는, 임의의 알려진 유형의 전기 커넥터일 수 있다. 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)은 레트로피트-스타일 램프(100)가 그 안에 배치되는 기구(도시되지 않음)로부터 수신된 전력을 레트로피트-스타일 램프(100)에 제공한다. 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)에 의해 수신된 전력은 임의의 수의 복수의 광원들(102)을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB : printed circuit board) 상에 위치된 배선 또는 핀 커넥터들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는, 임의의 전력-전도 재료(power-conducting material)를 통해 복수의 광원들(102)에 보내진다. 일부 실시예들에서는, 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)이 합쳐진 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 및 하우징(106)(렌즈-하우징 결합부라고 간주될 수 있음)에 연결된다. 일부 실시예들에서는, 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)이 렌즈-하우징 결합부에 직접 연결된다. 대안적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 단부캡들(108 및 110)은 렌즈-하우징 결합부와, 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)과의 사이에 삽입된다. 즉, 한 쌍의 단부캡들(108 및 110) 중의 어느 하나는 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114) 중의 하나와, 렌즈-하우징 결합부와의 사이에 연결가능하다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 단부캡들 중의 제 1 단부캡(108)은 한 쌍의 전기 커넥터들 중의 제 1 전기 커넥터(112)와, 상호연결된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 및 하우징(106)과의 사이에 연결되고, 한 쌍의 단부캡들 중의 제 2 단부캡(110)은 한 쌍의 전기 커넥터들 중의 제 2 전기 커넥터(114)와, 상호연결된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 및 하우징(106)과의 사이에 연결된다. 따라서, 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114) 중의 어느 하나 또는 둘 모두와, 복수의 광원들(102)과의 임의의 전기적 연결은 유지되어야 한다(즉, 한 쌍의 단부캡들(108 및 110)에 의해 중단되거나, 절단되거나, 혹은 차단되지 않아야 함). 일부 실시예들에서는, 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)로의 전기적 연결을 제외하고, 한 쌍의 단부캡들(108 및 110)은 상호연결된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 및 하우징(106)(즉, 렌즈-하우징 결합부)의 내부를 밀봉한다. 한 쌍의 단부캡들(108 및 110)은 변형되지 않으면서 그리고 한 쌍의 단부캡들(108 및 110) 중의 어느 하나가 레트로피트-스타일 램프(100)의 다른 부품들로부터 계합해제(disengage)되거나 혹은 연결해제(disconnect)되지 않으면서, 레트로피트-스타일 램프(100)에 의해 발생된 임의의 열을 견딜 수 있는 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서는, 단부캡 및 전기 커넥터가 단일 부품일 수 있는 반면, 대안적으로, 다른 실시예들에서는, 단부캡 및 전기 커넥터가 일부의 방식으로 연결되어야 하는 개별 부품들일 수 있다. 한 쌍의 단부캡들(108 및 110) 및 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)의 둘 모두는 임의의 이용가능한 연결 메카니즘들 및/또는 재료들(예를 들어, 기계적 연결들, 접착제-기반 연결들, 그 조합들 등이지만, 이것으로 제한되지 않음)을 이용하여 레트로피트-스타일 램프(100)의 다른 부품들에 합쳐질 수 있다. 일부 실시예들에서는, 레트로피트-스타일 램프(100)가 기구 안으로 배치될 때, 레트로피트-스타일 램프(100)의 기구와의 적절한 계합이 단부캡/단부캡들이 레트로피트-스타일 램프(100)를 "록킹(locking)"하거나, 혹은 레트로피트-스타일 램프(100)가 기구 안으로 적당하게 설치되었음을 표시하는 결과가 되도록, 한 쌍의 단부캡들(108 및 110) 중의 하나 또는 둘 모두가 성형되거나 혹은 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 이 기능이 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114) 중의 하나 또는 둘 모두에서 발견된다. 대안적으로, 한 쌍의 단부캡들(108 및 110) 및 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114)이 한 쌍의 단일 조각(piece)들(즉, 단부캡-전기 커넥터 결합부) 안으로 형성되는 일부 실시예들에서는, 위에서 설명된 "록킹" 및/또는 표시기 기능이 단부캡-전기 커넥터 결합부들 중의 하나 또는 둘 모두에서 발견된다.
도 2 및 도 3에서 보여지는 바와 같이, 복수의 광원들(102)은 하우징(106)에 의해 부분적으로 정의된 공간(150) 내에 배열된다. 또한, 공간(150)은 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)에 의해 부분적으로 정의될 뿐만 아니라, 대안적으로, 하우징(106) 및 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104) 사이의 연결 메카니즘에 의해 부분적으로 정의될 수 있다. 복수의 광원들(102)은 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)에 의해 성형된 빔일 수 있는 광을 생성할 수 있는 임의의 유형의 광원일 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 광원들(102)은 복수의 발광 다이오드(LED)들, 이를테면 복수의 유기 발광 다이오드(OLED : organic light-emitting diode)들, 그 조합들 등과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 복수의 발광 다이오드(LED)-기반 광원들이다. 일부 실시예들에서, 레트로피트-스타일 램프(100)는 독일 로젠버그(Rogensburg, Germany) 및 미국 캘리포니아 써니베일(Sunnyvale, California, USA)의 OSRAM Opto Semiconductors에 의해 만들어진 Golden Dragon® LED들을 이용한다. 단일 LED(1021)는 도 2에 도시되어 있다. 복수의 LED-기반 광원들은 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 레트로피트-스타일 램프(100)의 한 부분으로부터 다른 부분으로 연장되는 하나 또는 그보다 많은 인쇄 회로 기판(PCB)들 상에 배열될 수 있다. 2개 또는 그보다 많은 PCB들이 레트로피트-스타일 램프(100)에서 이용되는 경우, 모든 PCB들 상의 모든 LED-기반 광원들이 동일한 소스(source)(예를 들어, 레트로피트-스타일 램프(100)가 그 안으로 부착되는 기구)로부터 급전되도록 하기 위하여, PCB들은 서로 전기적으로 연결된다. 이용되는 임의의 PCB들은 레트로피트-스타일 램프(100) 내부에 맞도록 크기가 정해지고, 일부 실시예들에서는, 그 크기가 그 가장 폭이 넓은 지점에서 폭이 대략 1.5 인치(inch)이다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 복수의 광원들 중의 적어도 2개의 광원들에 의해 출사되는 광을 빔 성형한다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)에 의해 생성된(즉, 빔 성형된) 광의 분산(dispersion)은 이용되는 광원들의 수 또는 광원들의 유형에 관계없이 박쥐날개 분산(batwing dispersion)이다. 따라서, 예를 들어, 도 3을 참조하면, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)를 갖는, 임의의 수의 LED들을 포함하는 임의의 수의 광원들을 이용하는 것이 가능하다. 그러므로, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 스케일러블(scalable) 된다고 말할 수 있어서, 레트로피트-스타일 램프(100)에서 이용되는 광원들의 수가 변화하더라도, 박쥐날개 분산을 생성하기 위하여 렌즈에 변화가 전혀 요구되지 않는다.
도 1에 도시된 레트로피트-스타일 램프(100)의 단면인 도 2와, 도 1에 도시된 레트로피트-스타일 램프(100)의 섹션(section)의 측면도인 도 3에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 복수의 광원들(102)은 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 중심부(204) 아래의 영역(202)에 위치된다. 이제 도 2만을 참조하면, 일부 실시예들에서는, 광원(1021)의 중심(206)으로부터 측정된, 영역(202)에 위치된 광원(1021)(예를 들어, 단일 LED 또는 LED들의 칩)의 상단(top)과, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 하단 에지(bottom edge)(290)의 중심(208)으로부터 측정된, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)(즉, 복수의 광원들을 향해 대면하는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 일부)의 하단 에지와의 사이의 거리는 3.2 밀리미터(millimeter)이다.
전반에 걸쳐 이용되는 바와 같이, 용어 레트로피트-스타일 램프는, 기구가 LED들에 적절하게 급전하고 LED들을 동작하도록 하기 위하여, 현존하는 기구에서의 기존의 광원이 LED-기반 광원으로 대체되고 현존하는 기구의 안정기(ballast) 및/또는 전력 공급 장치 중의 적어도 하나에 대해 적절한 변화들이 더욱 요구될 수 있는 램프이다. 따라서, 레트로피트-스타일 램프는 기존의 광원을 대체하고, 일부 실시예들에서는, 현존하는 기구의 현존하는 안정기 및/또는 전력 공급 장치도 또한 대체되도록 요구할 수 있다. 이에 비해, 레트로피트 램프는 LED-기반 광원을 갖는 현존하는 기구에서 기존의 광원을 대체할 것이지만, 기존의 기구의 이미-현존하는 안정기 및/또는 전력 공급 장치에 대해 임의의 변화들을 요구하지 않을 것이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)와 같은 1차원 선형 박쥐날개 렌즈에 대해 지금부터 더욱 구체적으로 설명될 것이다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈는, 단일 광원보다 더 많은 광원과 함께 이용되도록 하기 위해, 그리고 빔 성형을 통해, 이용되는 광원들의 수로부터 실질적으로 박쥐날개 및/또는 박쥐날개-유형 분포를 생성하기 위해, 선형 방향으로 1차원으로 연장되는 박쥐날개 스타일 렌즈이다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈에 의해 생성된 분포는 냉장 케이스의 내부와 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 정의된 공간 내에서 실질적으로 균일한 실질적으로 박쥐날개 분포이다(정의된 공간 내에 포함된 어떤 것의 반사 및/또는 차단 효과들을 설명하는 것은 아님). 분포의 실질적인 균일성은, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈에 의해 빔 성형되는 것과 같이, 광이 정의된 공간을 채우는 것이다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 압출가능하고, 이것은 렌즈가 형성될 때에 덜 고가의 가공 비용으로 귀착된다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 예를 들어, 압출가능한 임의의 투명 폴리머(transparent polymer)로 만들어질 수 있지만, 이것으로 제한되지 않으며, 생성되는 광의 박쥐날개 분산에 영향을 주지 않으면서 하우징에 연결될 수 있고, 복수의 광원들에 의해 생성되는 열에 저항력이 있다. 일부 실시예들에서는, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 아크릴(acrylic), 폴리카보네이트(polycarbonate)(즉, 플라스틱), 또는 유리, 또는 그 일부의 조합으로 만들어진다.
일부 실시예들에서는, 압출가능한 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 공동-압출가능하고(co-extrudable), 즉, 렌즈의 하나의 부분이 제 1 재료로 만들어지고, 렌즈의 다른 부분은 제 2 재료로 만들어진다. 따라서, 예를 들어, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 아크릴 및 폴리카보네이트의 둘 모두로 만들어질 수 있다. 이러한 실시예들에서는, 공동-압출가능한 1차원 선형 박쥐날개 렌즈가 제 1 부분 및 제 2 부분으로 이루어질 수 있다. 제 1 부분은 제 1 재료로 이루어지고 제 2 부분은 제 2 재료로 이루어진다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 전체를 임의의 방향으로 교차하는(즉, 가로지르는) 직선 평면에 의해 2개의 부분들로 분할될 수 있다. 대안적으로, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 전체를 임의의 방향으로 교차하는(즉, 가로지르는) 굴곡된 표면에 의해 2개의 부분들로 분할될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서는, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 분할이 동일한 부분들(예를 들어, 각각이 동일한 크기인 2개의 절반들) 또는 2개의 동일하지 않은 부분들로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서는, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 2개를 초과하는 재료들로 형성될 수 있고, 이에 따라, 각각의 부분이 상이한 재료로 만들어지는 2개를 초과하는 부분들로 분할될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서는, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 2개의 재료들로 만들어질 수 있지만, 2개를 초과하는 부분들을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 단일 교차 평면에 의해 분할되는 대신에, 이러한 실시예들에서의 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 복수의 교차 평면들에 의해 분할될 수 있고, 이 복수의 교차 평면들에서는, 각각의 평면이 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 2개의 별개의 외부 경계들을 교차한다. 물론, 임의의 유형의 분할 형상이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 단면을 보면, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)를 수직 방향으로(즉, 상단으로부터 하단으로, 또는 그 반대로) 교차하는 제 1 평면(도시되지 않음)이 있을 수 있고, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)를 수평 방향으로(즉, 좌측으로부터 우측으로, 또는 그 반대로) 교차하는 제 2 평면이 있을 수 있다. 이것은 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 4개의 별개의 부분들을 생성할 것이고, 각각의 부분은 상이한 재료로 만들어질 수 있거나, 하나의 부분이 제 1 재료로 만들어질 수 있고 나머지 부분들이 제 2 재료로 만들어질 수 있거나, 2개의 부분들이 제 1 재료로 만들어질 수 있고 나머지 부분들이 제 2 재료로 만들어질 수 있으며, 이하 등등과 같다.
일부 실시예들에서는, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 어떤 재료(예를 들어, 아크릴)로 만들어질 수 있지만, 여전히 부분들(2개 또는 그보다 많음)로 분할될 수도 있다. 이러한 실시예들에서는, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 각각의 부분이 재료로 만들어질 것이지만, 제 1 부분은 제 1 필터를 포함할 수 있고, 제 2 부분은 제 2 필터를 포함할 수 있으며, 이하 등등과 같다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)를 위해 얼마나 상이한 재료들이 이용될 수 있는지에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 유사하게도, 상이한 필터들이 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 상이한 부분들에 대해 임의의 조합으로 적용될 수 있다. 필터는 상이한 컬러들, 상이한 조직들, 상이한 확산 레벨들 등을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다.
위에서 설명된 바와 같이, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)를 상부 부분(170) 및 하부 부분(172)(도 2에 도시됨)으로 분할하는 수평 평면에 의해 상이한 부분들, 예를 들어, 2개의 상이한 부분들로 분할될 수 있고, 여기서, 상부 부분(170)은 하부 부분(172)보다 복수의 광원들(102)로부터 멀리 떨어져 위치된다. 다음으로, 상부 부분(170)은 예를 들어, 상부 부분(170)을 양분하는 수직 평면(도시되지 않음)에 의해 제 1 비-평면(non-planar) 섹션 및 제 2 비-평면 섹션으로 분할될 수 있다. 따라서, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 바이-모달(bi-modal)이라고 말할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 부분(170)은 상부 부분(170)의 가장 외부 에지(즉, 복수의 광원들(102)로부터 가장 멀고 레트로피트-스타일 램프(100)를 잡는 사람에 의해 접촉될 수 있는 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 에지)의 형상에 의해 생성되는 딥(dip)(174)을 포함할 수 있다. 딥(174)은 각도에 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 딥(174)의 각도는 단부 지점(endpoint)들을 포함하지 않고 0°및 180°사이일 수 있다. 일부 실시예들에서는, 제 1 비-평면 섹션 및 제 2 비-평면 섹션이 도 2에 도시된 바와 같이 유사하게 성형될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 제 1 비-평면 섹션 및 제 2 비-평면 섹션이 상이한 형상들(도시되지 않음)이다. 예를 들어, 형상이 희망하는 박쥐날개와 유사한 분산을 생성하는 한, 제 1 비-평면 섹션은 포물선(parabola)과 같이 성형되는 상단 표면을 가질 수 있고, 제 2 비-평면 섹션은 반원(half-circle)과 같이 성형되는 상단 표면을 가질 수 있다. 따라서, 상부 부분(170)은 그 가장 외부 에지에서, 희망하는 박쥐날개와 유사한 분산을 생성하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 하부 부분(172)은 유사하게도, 조인트(joint)에서 접하지 않는 2개의 원통형 원호들(즉, 연속적인 원통형 원호가 아님)로 귀착되는 임의의 비-선형(non-linear) 형상일 수 있다. 따라서, 상부 부분(170) 및 하부 부분(172)은 희망하는 박쥐날개 분산을 생성하기 위하여 함께 작동하므로, 하부 부분(172)의 가장 외부 에지가 렌즈의 상부 부분(170)의 형상들에 대응하는 한, 하부 부분(172)의 가장 외부 에지(즉, 복수의 광원들(102)에 가장 근접한 에지)는 임의의 비-선형 형상일 수 있다. 물론, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 형상을 변화시키는 것은 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 폭 및/또는 두께에 대한 변화로 귀착될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)는 가장 폭이 넓은 지점에서(즉, 수평 방향으로) 1.386 인치로 측정되고, 가장 큰 지점에서(즉, 수직 방향으로) 0.536 인치로 측정되고, 포스트(2223 또는 2224)의 높이를 포함하지 않고 0.358 인치로 측정된다. 딥(174)에서의 곡률 반경은 R.047인 반면, 측면 에지(side edge)(284)에서의 곡률 반경뿐만 아니라, 상부 부분(170)의 제 1 굴곡된 에지(280) 및 제 2 굴곡된 에지(282)에서의 곡률 반경은 R.656이다. 상부 부분(170)이 딥(174)의 양측 상에서 동일한 실시예들에서는, 상부 부분(170)의 양측 상에서 동일한 곡률 반경들이 발견된다. 딥(174)에서의 상부 부분(170)과, 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)의 하단 에지(290)의 중심(208)과의 사이의 공간은 0.100 인치이다. 중심(208)의 어느 한 측 상의 하단 에지(290)의 곡률 반경은 R.698이다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104)가 하우징(106)에 연결하기 위한 포스트들(222)을 포함하는 실시예들에서는, 포스트(2223)의 측면 에지(292)와, 포스트(2224)의 측면 에지(294)와의 사이의 거리가 1.310인치 플러스(plus) 또는 마이너스(minus) 0.020 인치이다.
일부 실시예들에서는, 레트로피트-스타일 램프(100)가 하나의 단부에서 단일 단부캡 및 단일 전기 커넥터만을 포함할 수 있고, 다른 단부는 레트로피트-스타일 램프(100)의 내부를 밀봉하는 마감부(closure)만을 포함한다. 또한, 일부 실시예들에서는, 별개의 복수의 광원들 및 별개의 1차원 선형 박쥐날개 렌즈를 각각 포함하는 다수의 렌즈-하우징 결합부들이 나란하게 배치될 수 있거나, 혹은 함께 결합될 수 있고, 그 다음으로, 레트로피트-스타일 램프를 형성하기 위하여 동일한 단부캡/한 쌍의 단부캡들, 및/또는 동일한 전기 커넥터/한 쌍의 전기 커넥터들에 합쳐질 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서는, 레트로피트-스타일 램프가 도 1에 도시된 레트로피트-스타일 램프(100)와 같이, 전반적으로 선형인 형상을 가질 수 있는 반면, 다른 실시예들에서는, 레트로피트-스타일 램프가 비-선형 형상(예를 들어, "X" 형상, "+" 형상, "*" 형상 "" 형상 등등이지만, 이것으로 제한되지 않음)을 가질 수 있다. 이러한 실시예들에서는, 형상의 각각의 별개의 아암(arm)/레그(leg)/측면(side)이 적어도 하나의 1차원 선형 박쥐날개 렌즈를 포함하여, 아암/레그/측면이 나머지로부터 분리되어 전력이 공급되면, 박쥐날개 분산은 렌즈와 연관된 적어도 2개의 광원에 의해 생성될 것이다.
일부 실시예들에서는, 도 1에 도시된 레트로피트-스타일 램프(100)와 같은 램프로 구성되는 대신에, 그 일부가 도 4에 도시되어 있는 기구(400)를 만들기 위하여, 한 쌍의 전기 커넥터들(112 및 114) 및 단부캡들(108 및 110)이 레트로피트-스타일 램프(100)로부터 제거될 수 있다. 이에 따라, 기구(400)는 복수의 광원들(402)(그 중 하나만 도 4에 도시됨), 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(404), 하우징(406), 및 전력 공급 장치(도시되지 않음)를 포함한다. 전력 공급 장치는 하우징(406)에 연결가능하고, 기구(400), 더욱 구체적으로는 복수의 광원들(402)에 전력을 공급한다. 복수의 광원들(402)은 하우징(406)에 의해 적어도 부분적으로 정의된 영역에 위치되고, 복수의 광원들(402)은 전력 공급 장치로부터 전력을 수신한다. 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(404)는 하우징(406)에 결합되고, 복수의 광원들(402) 중의 적어도 2개의 광원들에 의해 출사된 광을 빔 성형한다. 복수의 광원들(402), 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(404), 및 하우징(406)은 도 1에 도시된 레트로피트-스타일 램프(100)를 위한 대응하는 부품들(즉, 복수의 광원들(102), 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(104), 및 하우징(106))의 속성들 및/또는 구성들과 동일한 속성들 및/또는 구성들(및/또는 잠재적인 속성들 및/또는 구성들)을 각각 공유한다. 기구(400)의 1차원 선형 박쥐날개 렌즈(404)는 복수의 광원들(402)에 의해 출사된 광을 빔 성형함으로써, 냉장 케이스와 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 밀폐된 저장 구조체(도시되지 않음)에 의해 부분적으로 정의된 공간 내에서 실질적으로 균일한 광의 분포를 제공한다. 도 4에 도시된 기구(400)의 부분이 개방되어, 기구(400)의 내부를 관찰하는 것이 가능하지만, 기구(400)는 기구(400)의 내부를 밀봉하는 하우징 마감부들(도 4에 도시되지 않음)이 끼워진다. 물론, 이러한 하우징 마감부들은 예를 들어, 하나 또는 그보다 많은 배선들, 또는 임의의 다른 적당한 전기 송신기들의 이용을 통해, 전력 공급 장치로부터 기구(400)의 내부에 위치된 복수의 광원들(402)에 전력이 제공되도록 한다.
1차원 선형 박쥐날개 렌즈의 특정한 비-제한적인 예를 제공하는 것과, 예시적인 렌즈의 다양한 특징부들의 기능들의 설명들을 제공하는 것은 유익하다. 도 5 내지 도 9에 도시된 예시적인 렌즈는 일반적으로 1차원인 것으로 가정되고, 이것은 렌즈의 포커싱 또는 방향 수정(redirection) 효과들이 페이지(page)의 평면 내에 있고 페이지의 평면 외부에는 포커싱 또는 방향 수정 효과들이 없다는 것을 의미하며, 상기 예시적인 렌즈는 좌우 대칭적인 것으로 가정된다. 도 5 내지 도 9의 대칭적인 1차원의 예 이후에는, 회전적으로 대칭 및 비대칭인 예들이 도 10 내지 도 13에 도시된다. 도 5 내지 도 9에 도시된 예시적인 1차원 선형 박쥐날개 렌즈의 실시예들은 제한 없이 기구(400) 및/또는 레트로피트-스타일 램프(100)의 내부에서 이용될 수 있다.
특정한 예에 대하여, 렌즈로부터 나오는 광의 대부분은 렌즈의 중간 아래의 대칭 평면에 대하여 상대적으로 높은 각도들로 나오는 것이 바람직하다. 도 2 내지 도 4에 도시된 기하구조(geometry)에 대해서는, 나오는 광이 분할되어 대략 절반이 "좌측"으로 전파하고 대략 절반은 "우측"으로 전파하며, 렌즈로부터 바로 "위"로는 거의 전파하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 전파 분포는 잡화점, 음료 냉장고 또는 냉동기 케이스들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 응용들에 대해 유용할 수 있고, 여기서, 렌즈 기구는 냉동기의 에지를 따라 장착될 수 있고 냉동기의 내부의 선반들 위의 내용물들을 위해 조명을 제공할 수 있다.
도 5 내지 도 9에 대해 설명된 이러한 비-제한적인 예에서의 렌즈는 "전반적인 원통(generalized cylinder)"의 형상이고, 이것은 렌즈의 수직 단면이 렌즈를 따른 모든 세로 위치들에 대하여 동일한 크기 및 형상을 가진다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 용어 "전반적인 원통"은 원형 단면을 가지는 대상물들 또는 표면들을 통상 지칭하는 "원통(cylinder)"의 통상적인 용도와는 상이하다는 것에 주목해야 한다.
도 5는 페이지의 평면이 광원들(2)의 라인에 대해 직각이고 광원들(2)의 라인이 페이지 외부로 그리고 페이지 속으로 바로 연장되도록 취해진 예시적인 렌즈(1)의 평면 단면이다. 이 예에 대하여, 광원들(2) 자체는 발광 다이오드(LED)들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 고체 상태(solid state) 광원들일 수 있고, 이들의 일부 또는 전부는 각각의 LED가 각각의 반구(hemisphere)의 중심 또는 중심 근처에 있도록 일반적으로 반구형인 캡들 내부에서 캡슐화(encapsulate)될 수 있다. 대안적으로, 각각의 캡은 그 중심 또는 중심 근처에서 하나를 초과하는 LED를 가질 수 있다. 또 다른 대안으로서, 캡이 존재하지 않을 수 있다.
광원들(2)로부터 나오는 광은 렌즈의 입사면(10)을 타격한다. 광원들(2)의 라인에 대해 직각으로 취해진 입사면(10)의 평면 단면은 도 5에 도시되어 있다. 입사면(10)은 렌즈의 좌우 대칭 평면(LR)을 가로지르는 중심 부분(11)을 가진다. 일부 경우들에 있어서는, 전형적인 제조 및 정렬 공차(tolerance)들 이내까지, 중심 부분(11)은 필수적으로 평면이고 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 필수적으로 직각이다. 다른 경우들에 있어서는, 중심 부분(11)이 볼록하거나 오목할 수 있으며, 전형적으로 좌우 대칭 평면(LR)에서 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 직각이다. 대부분의 경우들에 있어서는, 입사면(11)의 중심 부분(11)의 곡률에 관계없이, 중심 부분(11)을 타격하는 소스(2)로부터 나오는 광은 중심 부분(11)을 통해 굴절하고, 출사면(20)의 특정 영역들로 투과된다(도 6 내지 도 7에서 추적된 샘플 광선들로 도시됨).
한 쌍의 오목한 주변 부분들(12a, 12b)은 중심 부분(11)의 양측들로부터 연장된다. 일부 경우들에 있어서, 주변 부분들(12a, 12b)은 완전히 원통이고, 이것은 그 단면들이 형상에 있어서 원형이라는 것을 의미한다. 다른 경우들에 있어서는, 주변 부분들(12a, 12b)이 오목하지만 완전한 원형으로부터는 벗어나 있는 단면들을 가질 수 있다. 중심 부분(11) 및 각각의 주변 부분들(12a, 12b) 사이의 에지들에서는, 입사면(10)이 유연하게-변화하는(smoothly-changing) 표면 기울기를 가지는 것이 아니라, 그 대신에 표면 기울기 불연속성, 또는 바꾸어 말하면, 모서리(41a, 41b)를 가질 수 있다는 것에 주목해야 한다. 이러한 모서리는 특정한 광선들을 출사면 상의 특정한 영역들에 보내기 위해 유용할 수 있다(도 6 내지 도 8에 도시됨). 일부 실시예들에서는, 중심 부분(11) 및 각각의 주변 부분들(12a, 12b) 사이의 계면들에서의 모서리(41a, 41b)가 공중에서 둔각(43a, 43b), 즉, 90도 및 180도 사이의 각도를 형성한다.
한 쌍의 전반적으로 평평한 평면 부분들(19a, 19b)은 주변 부분들(12a, 12b)의 가장 외부 에지들에 연결된다. 전형적으로, 이 평면 부분들(19a, 19b)을 타격하는 광만이 렌즈의 출사면(20)으로부터 반사된다. 즉, 전형적으로는, 소스(2)로부터 출사된 광이 렌즈(1)의 일부 다른 부분으로부터 먼저 방향이 수정되지 않고는 평면 부분들(19a, 19b)을 직접 타격하지 않는다. 일부 실시예들에서는, 평평한 평면 부분들(19a, 19b)이 지지 구조체(도 5에 도시되지 않음)에 접합되는 것과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 기계적인 목적을 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 평평한 평면 부분들(19a, 19b)이 입사면(11)의 가장 외부 측방향 주변부로 연장된다.
렌즈(1)는 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 필수적으로 평행한 평면을 따라 입사면(10) 및 출사면(20) 사이로 연장되는 측방향 에지(lateral edge)들(29a, 29b)을 가질 수 있다. 입사면(10)의 평면 부분들(19a, 19b)에서와 같이, 측방향 에지들(29a, 29b)은 광이 전형적으로 렌즈(1) 상의 또 다른 구성요소로부터 먼저 방향 수정되지 않고는 광원(2)으로부터 직접 임의의 광을 수광하지 않는다. 일부 실시예들에서는, 측방향 에지들(29a, 29b)이 렌즈(1)의 기계적 지지를 위해 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서는, 불투명한 광 배플(light baffle)(도시되지 않음)이 렌즈(1)의 측방향 에지들(29a, 29b) 주위에 그리고 렌즈의 전체 입사면을 가로질러 연장될 수 있고, 여기서, 소스(2)는 또한 배플 내부에도 배치된다. 이러한 배플은 표류 광선(stray ray)들이 광에 대한 희망하는 타겟으로부터 멀어져서, 관련 없는 방향들로 광 기구를 출사하는 것을 차단할 수 있다.
렌즈(1)의 출사면(20)은 입사면(10)과 대향하고, 이에 따라, 광원(2)으로부터 떨어져 대면한다. 출사면(20)은 다양한 구조들 또는 구성요소들을 포함하고, 각각의 구성요소는 상이한 광학적 작업을 수행한다. 구성요소들은 그 물리적 특성들에 대해 아래에서 먼저 설명되고, 추적된 광선들에 대한 그 광학적 기능들은 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다.
출사면(20)의 중심에는, 좌우 대칭 평면(LR)을 따라 오목한 모서리(40)에서 교차하고 그 교차점의 공중에서 둔각(즉, 90도 및 180도 사이)을 전형적으로 형성하는 한 쌍의 중심 표면들(21a, 21b)이 있다. 대안적으로, 중심 표면들(21a, 21b)은 그 교차점에서 직각 또는 예각(즉, 90도(degree)보다 작음), 또는 180도 또는 그보다 많은 각도를 형성할 수 있다. 중심 표면들(21a, 21b)은 전형적으로 약간 볼록하지만, 이들은 대안적으로 평면 또는 약간 오목할 수 있다.
중심 표면들(21a, 21b)의 측방향 에지들에서는, 한 쌍의 고입사각(high-incident-angle) 표면들(22a, 22b)이 광원(2)을 향해 전반적으로 역으로 연장된다. 중심 표면들(21a, 21b) 및 각각의 고입사각 표면들(22a, 22b)은 그 교차점에서 270도보다 큰 각도(42a, 42b)를 공중에서 형성하고, 각각의 모서리들(44a, 44b)에서 볼록한 쐐기(wedge)들을 형성한다. 고입사각 표면들(22a)은 광원을 직접 지향하는 것이 아니라, 전반적으로 그것을 향해 지향하므로, 고입사각 표면들(22a, 22b)을 렌즈의 입사면(10)을 향해 그리고 그것을 넘어서 연장해야 하는 경우에는, 렌즈(1)의 입사면(10)을 넘어서 그리고 광원(2)을 넘어서 렌즈(1)의 외부에서 서로 교차할 것이라는 점에 주목해야 한다. 고입사각 표면들(22a, 22b)은 전형적으로 평면이지만, 이들은 대안적으로 약간 볼록하거나 약간 오목할 수 있다.
모서리들(45a, 45b)에서 고입사각 표면들(22a, 22b)의 에지들로부터 멀어지도록 연장되는 것은 한 쌍의 부분적으로 굴곡된 표면들(23a, 23b)이다. 각각의 부분적으로 굴곡된 표면(23a, 23b)은 각각의 고입사각 표면(22a, 22b)에 바로 인접한 전반적으로 평평한 부분(24a, 24b)을 가지고, 각각의 전반적으로 평평한 부분(24a, 24b)으로부터 연장되는 볼록한 부분(25a, 25b)을 가진다. 일부 경우들에 있어서는, 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b)이 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 직각으로 연장된다. 다른 경우들에 있어서는, 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b)이 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 직각으로부터 멀어지는 어느 한 방향으로 기울어질 수 있다. 각각의 부분적으로 굴곡된 표면(23a, 23b)은 전반적으로 평평한 부분(24a, 24b)과 각각의 볼록한 부분(25a, 25b) 사이의 계면에서 유연하게 변화하는 표면 기울기를 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 부분적으로 굴곡된 표면(23a, 23b)은 전반적으로 평평한 부분(24a, 24b) 및 각각의 볼록한 부분(25a, 25b) 사이에서 표면 기울기에 있어서의 불연속성, 또는 바꾸어 말하면, 모서리를 가질 수 있다. 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b)은 전형적으로 필수적으로 평면이지만, 이들은 대안적으로 약간 볼록하거나 약간 오목할 수 있다. 볼록한 부분들(25a, 25b)은 렌즈(1)의 측방향 에지들(29a, 29b)의 외부로 연장된다.
다수의 실시예들에서는, 평평한 부분들(24a, 24b)이 광학적 목적을 행하는 것이 아니라, 그 대신에 렌즈(1)에 대한 제조 프로세스를 간략화한다. 일부 실시예들에서는, 렌즈(1)가 몰딩(molding)될 수 있고, 이 경우, 외부 에지들(29a, 29b)로부터 모서리들(45a, 45b)까지 높이에 있어서 단조적으로 증가(또는 적어도 임의의 지점에서 높이에 있어서 감소하지 않음)하는 부분적으로 굴곡된 표면들(23a, 23b)을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 광원(2)으로부터 세로로 가장 먼 각각의 부분적으로 굴곡된 표면(23a, 23b) 상의 지점은 각각의 모서리(45a, 45b)에 있다.
렌즈(1)의 입사면(10) 및 출사면(20)의 물리적 구조들을 설명하였으므로, 각각의 구조의 기능적 양상들은 지금부터 도 6 내지 도 8에 관련하여 설명된다. 일반적으로, 광선들의 원뿔은 전형적으로 소스(2)의 반구 캡의 중심으로부터 소스를 출사한다. 발광 다이오드들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 전형적인 고체 상태 광원들에 대해서는, "비축(off-axis)"(즉, 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 각도를 이룸)보다는 "정축(on-axis)"(즉, 좌우 대칭 평면(LR)과 평행함)에서 더 많은 광이 출사된다. "정축"보다 "비축"에서 렌즈(1)의 출사면(20)으로부터 더 많은 광이 나오도록 광 분포를 변경하는 것이 본 예시적인 렌즈(1)의 설계 목표이다. 도 6에 도시된 특정한 설계에 대하여, 대부분의 광은 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 상대적으로 높은 각도, 전형적으로 45도 또는 그보다 높은 각도에서 나온다. 렌즈를 통한 광선 경로들이 3개의 광선들의 그룹들에 대해 도 6 내지 도 8에 도시되어 있고, 각각의 그룹은 소스(2)에서 출사되는 광선들의 원뿔의 상이한 부분을 나타낸다.
도 6은 소스(2)로부터 나오는 원뿔의 중심 부분(60)으로부터의 추적된 광선들과 겹쳐 놓인, 도 5의 렌즈(1)의 단면도이다. 광선들(60)의 특정한 중심 다발에 대하여, 광은 소스(2)로부터 나오고, 입사면(10)의 중심 부분(11)을 타격하고 이를 통해 굴절하고, 렌즈(1)를 통해 출사면 상의 중심 표면들(21a, 21b)로 투과하고, 중심 표면들(21a, 21b)로부터 내부 전반사한다. 다음으로, 특정한 중심 다발의 가장 외부 부분은 고입사각 표면들(22a, 22b)을 타격하고 이것들을 통해 굴절하고, 렌즈를 출사한다. 특정한 중심 다발의 가장 내부 부분은 렌즈(1)의 출사면(20) 상의 부분적으로 굴곡된 표면들(23a, 23b)의 볼록한 부분들(25a, 25b)을 타격하고, 여기서, 이들은 내부 전반사된다. 내부 반사된 광선들은 렌즈(1)의 입사면(20) 또는 측방향 에지들(29a, 29b)을 향해 보내지고, 여기서, 이들은 렌즈(1)를 출사할 수 있고 선택적인 광 배플(도시되지 않음)에 의해 차단될 수 있다.
광선들의 중심 다발이 도 6에 도시된 경로들을 따를 수 있도록 채용될 수 있는 몇몇 설계 원리들이 있다. 먼저, 이 다발 내의 광선들이 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 평행하게, 중심 표면들(21a, 21b) 사이를 출사하지 않는 것이 바람직하다. 이것은 가능한 한 예리하게 표면들(21a 및 21b) 사이에 모서리를 만드는 것에 의해 전형적으로 달성된다. 실제로는, 표면들(21a 및 21b) 사이의 모서리에서 보통 유한 곡률 반경(finite radius of curvature)이 있고, 이것은 제조 조건들 및 프로세스 공차들에 의해 종종 기술된다. 일반적으로는, 전형적으로 제조 프로세스의 비용을 상당히 증가시키지 않으면서, 곡률 반경을 실제적인 것만큼 작게 유지하는 것이 바람직하다. 둘째, 광선들이 중심 표면들(21a, 21b)을 타격하고 내부 전반사를 거치는 것이 바람직하다. 내부 전반사를 위한 조건은 국부적인 표면 법선(local surface normal)에 대해 형성된 입사각이 임계각(critical angle)을 초과한다고 기술한다. 렌즈에 대한 임계각은 sin-1(1/n)이고, 여기서, n은 렌즈의 굴절률(refractive index)이다. 1.4 내지 1.7의 범위의 전형적인 굴절률들에 대하여, 대응하는 임계각들은 약 36도 내지 약 45도의 범위이다. 임계각은 중심 표면들(21a 및 21b) 사이의 모서리에서 최대 각도를 결정한다. 일반적으로, 좌우 대칭 평면(LR)의 어느 일 측 상에서 전반사를 여전히 보장할 수 있는 최대 모서리 각도는 (180도 - 2×임계각)이고, 1.4 내지 1.7의 굴절률들 및 36도 내지 45도의 대응하는 임계각들에 대하여, 최대 모서리 각도는 102도 내지 90도이다. 셋째, 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b)은 중심 표면들(21a, 21b)로부터 반사된 인접한 광선들에 대해 대략 평행하므로, 도 6의 중심 다발로부터의 광선들은 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b)을 전혀 타격하지 않는 것이 바람직하다. 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b)은 렌즈(1)를 위한 몰딩 프로세스를 간략화할 수 있다는 점에서 유익할 수 있다.
도 7은 소스(2)로부터 나오는 광의 원뿔의 중간 부분(70)(본 명세서에서는 광선들(70)의 특정한 중간 다발이라고도 또한 지칭됨)으로부터의 추적된 광선들과 겹쳐 놓인, 도 5의 렌즈(1)의 단면도이다. 광선들(70)의 특정한 중간 다발에 대하여, 광은 소스(2)로부터 나오고, 고입사각 표면들(22a, 22b)을 고입사각으로 타격하고(이런 이유로 상기 표면들에 대한 명칭), 고입사각 표면들(22a, 22b)로부터 내부 전반사하고, 중심 표면들(21a, 21b)로부터 내부 전반사하고, 고입사각 표면들(22a, 22b)을 통해 굴절하고, 렌즈(1)를 출사한다. 렌즈(1)의 설계 단계 동안에는, 중심 표면들(21a, 21b) 및 고입사각 표면들(22a, 22b)의 각도들은 국부 표면 법선에 대한 입사 각도가 각각의 희망하는 내부 전반사를 위한 임계각을 초과하는 것을 보장하도록 선택되어야 한다.
도 5 내지 도 8에 도시된 렌즈 실시예들에 대하여, 소스(2)로부터 나오는 상대적으로 적은 광선들이 고입사각 표면들(22a, 22b)을 직접 타격한다는 것에 주목해야 한다. 다른 실시예들에서는, 고입사각 표면들(22a, 22b)이 소스(2)에 대해 완전히 가려질 수 있으므로, 소스(2)로부터 나오는 어떤 광선들도 고입사각 표면들(22a, 22b)을 직접 타격하지 않는다.
도 8은 소스(2)로부터 나오는 원뿔의 외부 부분(80)(본 명세서에서는 광선들(80)의 특정한 외부 다발이라고도 또한 지칭됨)으로부터의 추적된 광선들과 겹쳐 놓인, 도 5의 렌즈(1)의 단면도이다. 광선들(80)의 특정한 외부 다발에 대하여, 광은 소스(2)로부터 나오고, 입사면의 오목한 주변 부분들(12a, 12b)을 타격하고 이를 통해 굴절하고, 렌즈(1)를 통해 출사면(20)의 볼록한 부분들(25a, 25b)로 투과하고, 볼록한 부분들(25a, 25b)을 통해 굴절하고, 렌즈(1)를 출사한다.
도 7 및 도 8로부터, 중심 부분(11) 및 주변 부분들(12a, 12b) 사이의 모서리(43a, 43b)와, 고입사각 표면들(22a, 22b) 및 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b) 사이의 모서리(45a, 45b)의 상대적인 위치들을 주목해야 한다. 이 모서리들(43a, 43b)의 위치들은, 소스(2)를 떠나서 중심 부분(11)을 타격하는 광선이 중심 표면들(21a, 21b) 또는 고입사각 표면들(22a, 22b)의 어느 하나로 보내지고 소스(2)를 떠나서 오목한 주변 부분들(12a, 12b)을 타격하는 광선이 볼록한 부분들(25a, 25b)로 보내지도록 선택된다. 도 5 내지 도 8의 실시예들에서는, 어떤 광선들도 전반적으로 평평한 부분들(24a, 24b) 상으로 보내지지 않는다.
도 9는 상기 참조된 모서리들에 대한 구성요소 번호들(13a, 13b, 26a, 26b)을 갖는 도 5 내지 도 8과 동일한 렌즈를 도시한다. 입사면(10)은 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 적어도 하나의 모서리(13a, 13b)를 가지고, 입사면(10) 상의 이러한 모서리(13a, 13b)는 "입사 모서리"(13a, 13b)라고 지칭될 수 있다. 이러한 입사 모서리들(13a, 13b)은 입사면(10)을 입사 내부 구역(14)(중심 부분(11)) 및 입사 외부 구역(15)(오목한 주변 부분들(12a, 12b))으로 분할할 수 있다. 유사하게, 출사면(20)은 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 적어도 하나의 모서리(26a, 26b)를 가지고, 출사면(20) 상의 이러한 모서리(26a, 26b)는 "출사 모서리"(26a, 26b)라고 지칭될 수 있다. 이러한 출사 모서리들(26a, 26b)은 출사면(20)을 출사 내부 구역(27)(볼록한 쇄기를 함께 형성하는 중심 표면들(21a, 21b)과, 고입사각 표면들(22a, 22b)) 및 출사 외부 구역(28)(부분적으로 굴곡된 표면들(23a, 23b))로 분할할 수 있다. 입사 내부 구역(14)을 타격하고 렌즈(1)를 통해 투과하는 광원(2)으로부터의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 출사 내부 구역(27)을 타격한다. 입사 외부 구역(15)을 타격하고 렌즈(1)를 통해 투과하는 광원(2)으로부터의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 출사 외부 구역(28)을 타격한다.
도 5 내지 도 9의 광원(2) 및 렌즈(1)에 대하여, 소스(2)로부터의 거의 모든 광은 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 약 67도 내지 약 80도의 상대적으로 좁은 각도 대역에서 렌즈(1)로부터 나온다. 피크 출력(peak output)은 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 약 75도이다. 광은 좌우 대칭 평면(LR)의 어느 일 측 상에서 균등하게 나누어져 있다. 입사면(10)을 타격하고, 렌즈(1)를 통해 투과하고, 출사면(20)을 타격하고 렌즈로부터 굴절하는 광원(2)으로부터의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 좌우 대칭 평면(LR)에 대해 형성된 초기 및 최종 전파 각도들을 가지고, 최종 전파 각도는 초기 전파 각도보다 크다.
지금까지는, 도 5 내지 도 9의 예시적인 렌즈(1)에 대하여, 렌즈가 1차원이고 좌우 대칭 평면(LR) 주위에서 대칭적이라고 가정되어 있다. 렌즈가 회전 대칭이거나(도 10) 비대칭인(도 11 내지 도 13), 도 10 내지 도 13에 도시된 다른 예들이 있다.
도 10은 좌우 대칭이라기 보다는 회전 대칭인, 도 5 내지 도 9에 도시된 단면을 가지는 렌즈(1)의 평면도이다. 이러한 렌즈(1)는 LED들의 연장된 라인 또는 다른 연장된 형상들과 함께 이용될 수 있는 도 5 내지 도 9의 1차원 렌즈들에 비해, LED 또는 상당히 작은 조각으로 모두 위치된 LED들의 클러스터를 위해 이용될 수 있다. 또한, 도 10의 회전 대칭 렌즈(1)로부터의 출력은 전반적으로 회전 대칭이거나, LED 또는 다른 광원의 대칭적 속성들을 적어도 가진다.
도 11은 좌우 대칭 평면(LR)의 일 측 상에 있는 "c"로 끝나는 구성요소들과, 좌우 대칭 평면(LR)의 다른 측 상에 있는 "b"로 끝나는 구성요소를 갖는 비대칭 렌즈의 단면도이다. 광 발산은 도 11의 렌즈(1)의 좌측 및 우측에 대해 상이하게 나타날 것이라는 것을 이해해야 한다.
렌즈로부터 출력되는 "근시야(near-field)" 및 "원시야(far-field)"의 간단한 논의를 할 가치가 있다. 전형적으로 렌즈로부터 대략 수 밀리미터 떨어진 렌즈에 매우 근접한 곳에서는, 광이 "근시야" 패턴을 가지며, 이 패턴에서는 광선들의 위치 및 방향이 모두 중요하다. 광선들은 렌즈로부터 나오는 특정한 각도로 타겟에 도달한다. 중요하게는, 광선들이 렌즈의 구조 내부 또는 구조 상의 어딘가의 특정한 "시작점(starting point)"으로부터도 또한 도달하고, 렌즈 자체는 광선들이 어디로부터 시작되고 있는 것처럼 보이는지를 기술한다. 전형적으로 렌즈로부터 수 인치 떨어진 렌즈로부터 먼 곳에서는, "원시야" 패턴이 광 분포를 더욱 예측하게 된다. 원시야에서는, 광선 전파 방향이 렌즈 상의 광선의 분명한 시작 위치보다 더욱 중요해진다. 렌즈로부터 다수의 인치 떨어진 곳에서는, 광선 위치에 있어서의 시프트(shift)가 타겟이 렌즈에 매우 근접할 때보다 적은 효과를 생성한다.
근시야 및 원시야 패턴들 사이의 구별의 하나의 산물은 특정한 타겟 평면 또는 타겟 부피를 따른 희망하는 분포가 근시야 패턴의 고려사항을 일반적으로 요구하고, 광선 전파 각도가 아니라, 광선 위치가 가능하다면 고려되어야 한다는 것이다. 2개의 렌즈들이 유사하게 보이는 원시야 분포들(출력 대 각도)을 가질 수 있더라도, 그 근시야 패턴들은 본 렌즈의 출사면 상의 쇄기 모양의 표면들과 같이, 광선들을 시프트하는 특징부들로 인해 상이할 수 있다는 것에 주목해야 한다.
본 명세서에서 제시된 예시적인 렌즈들에 대하여, 렌즈는 렌즈로부터 약 3인치 주위에서 특정한 평면을 따라, 조도(illuminance)(룩스(lux) 또는 풋-캔들(foot-candle)과 같은 단위임)인, 광의 균일한 공간 분포를 달성하는 것을 도울 수 있다. 본 렌즈는 조명되어야 할 희망하는 영역 또는 부피에 대하여, 광의 분포가 희망되는 어떤 것을 달성하기 위하여 수정될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 12는 렌즈의 "우" 측이 위에서 설명된 단면을 가지고 "좌" 측이 렌즈(1)의 출사면 상의 쇄기 모양의 구성요소들을 가지지 않는 단면(30)을 가지는, 비대칭 렌즈의 단면도이다.
임의의 적당한 구성요소들은 렌즈의 절반에 대해 이용될 수 있고 2개의 절반들이 설계될 수 있으며 독립적으로 동작할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 13은 세로축(A)의 "좌" 측 상에서 구성요소들을 가지지 않는 비대칭 렌즈의 단면도이다. 일부의 경우들에 있어서는, 축(A)을 따른 중심면이 미러링(mirroring) 될 수 있거나, 미러(mirror) 또는 다른 광-지향(light-directing) 또는 흡수 구성요소에 인접할 수 있다. 구성요소들 상의 "a", "b", 및 "c"의 지시어들은 교환가능하게 이용될 수 있거나 완전히 생략될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 모서리(43)는 이전의 도면들로부터의 모서리들(43a 및 43b)과 구조 및 기능에 있어서 유사하다.
달리 기재되지 않으면, 단어들 "실질적인" 및 "실질적으로"의 이용은 정확한 관계, 조건, 배열, 방위, 및/또는 다른 특성, 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 그 변형들을, 이러한 변형들이 개시된 방법들 및 시스템들에 물질적으로 영향을 미치지 않는 한도까지 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 개시 내용 전체의 전반에 걸쳐, 명사를 수식하기 위한 관사들 "a" 및/또는 "an" 및/또는 "the"의 이용은 특별히 달리 기재되지 않으면, 편의를 위하여 이용되고 수식된 명사의 하나 또는 하나보다 많은 것을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 용어들 "포함한다", "지닌다" 및 "가진다"는 포괄하는 것으로 의도된 것이고, 열거된 구성요소들 외에 추가적인 구성요소들이 있을 수 있음을 의미한다.
그 밖의 어떤 것을 전달하고, 연관되고, 및/또는 기반으로 하기 위하여 설명되고 및/또는 그렇지 않을 경우에는 도면들을 통해 묘사되는 구성요소들, 부품들, 모듈들, 및/또는 그 일부들은 본 명세서에서 달리 규정되지 않으면, 직접 및/또는 간접적인 방식으로 전달하고, 연관되고, 및/또는 기반으로 하는 것으로 이해될 수 있다.
방법들 및 시스템들이 그 특정한 실시예에 대해 설명되었지만, 이들은 그렇게 제한되지 않는다. 명백히, 상기한 교시 내용들을 감안하여 다수의 수정들 및 변형들이 분명해질 수 있다. 본 명세서에서 설명되고 예시된 세부 사항들, 재료들, 부분들의 배열들에 있어서의 다수의 추가적인 변화들은 당업자들에 의해 행해질 수 있다.

Claims (20)

  1. 좌우 대칭 평면에 중심이 정해진 각도 분포를 가지는, 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 렌즈로서,
    상기 렌즈는,
    상기 적어도 하나의 광원과 대면하는 입사면 ― 상기 입사면은 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 적어도 하나의 입사 모서리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 입사 모서리는 상기 입사면을 입사 내부 구역 및 입사 외부 구역으로 분할하고, 상기 적어도 하나의 입사 모서리는 오목하고 공중에서 둔각을 형성함 ―; 및
    상기 입사면과 대향하고 상기 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 적어도 하나의 출사 모서리를 포함하는 출사면 ― 상기 적어도 하나의 출사 모서리는 상기 출사면을 출사 내부 구역 및 출사 외부 구역으로 분할함 ―
    을 포함하고,
    상기 입사 내부 구역을 타격하고 상기 렌즈를 통해 투과하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 상기 출사 내부 구역을 타격하고,
    상기 입사 외부 구역을 타격하고 상기 렌즈를 통해 투과하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 상기 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 출사 외부 구역을 타격하고,
    상기 입사면을 타격하고, 상기 렌즈를 통해 투과하고, 상기 출사면을 타격하고, 상기 렌즈로부터 굴절하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 상기 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 상기 좌우 대칭 평면에 대해 형성된 초기 및 최종 전파 각도들을 가지고, 상기 최종 전파 각도는 상기 초기 전파 각도보다 큰,
    렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 좌우 대칭 평면 주위에서 대칭적인,
    렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광은 대칭축에 중심이 정해진 2차원 각도 분포를 가지고, 상기 렌즈는 상기 대칭축을 중심으로 회전 대칭인,
    렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 좌우 대칭 평면 주위에서 비대칭인,
    렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 그 전체 세로 길이를 따라 균일한 단면을 가지는,
    렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 내부 구역을 타격하고, 상기 렌즈를 통해 투과하고 상기 출사 내부 구역을 타격하는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 상기 광의 각각의 광선에 대하여, 상기 광선은 상기 출사 내부 구역에서 내부 전반사를 거치는,
    렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 내부 구역은 필수적으로 평면인,
    렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 출사 내부 구역은 볼록한 쇄기를 형성하는 한 쌍의 표면들을 포함하는,
    렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 외부 구역은 오목한,
    렌즈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 출사 외부 구역은 볼록한,
    렌즈.
  11. 좌우 대칭 평면에 중심이 정해진 각도 분포를 가지는, 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은,
    렌즈의 근위(proximal) 표면을 통해 상기 각도 분포의 중심 부분을 굴절시키는 단계;
    상기 렌즈를 통해 상기 굴절된 중심 부분을 투과시키는 단계;
    상기 렌즈의 원위(distal) 표면으로부터 상기 굴절된 중심 부분을 내부 전반사하는 단계;
    상기 렌즈를 출사하기 위하여, 상기 렌즈의 상기 원위 표면을 통해 상기 내부 전반사된 중심 부분을 굴절시키는 단계;
    상기 렌즈의 상기 근위 표면을 통해 상기 각도 분포의 주변 부분을 굴절시키는 단계;
    상기 렌즈를 통해 상기 굴절된 주변 부분을 투과시키는 단계; 및
    상기 렌즈를 출사하기 위하여, 상기 렌즈의 상기 원위 표면을 통해 상기 투과된 주변 부분을 굴절시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 렌즈의 상기 원위 표면은 상기 각도 분포로부터 임의의 광을 수광하지 않는 적어도 하나의 전반적으로 평평한 부분을 포함하고,
    상기 각도 분포의 상기 중심 부분 및 상기 주변 부분은 상기 전반적으로 평평한 부분의 양측 상의 상기 원위 표면을 통해 굴절하는,
    적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중심 부분은 상기 렌즈의 상기 근위 표면 상의 입사 내부 구역을 통해 굴절하고, 그 다음으로 상기 렌즈를 통해 투과하고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 중심 표면으로부터 내부 전반사하고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 고입사각 표면으로 투과하고, 그 다음으로 상기 렌즈를 출사하기 위하여 상기 고입사각 표면을 통해 굴절하는,
    적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 중심 부분은 상기 렌즈의 상기 근위 표면 상의 입사 내부 구역을 통해 굴절하고, 그 다음으로 상기 렌즈를 통해 투과하고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 고입사각 표면으로부터 내부 전반사하고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 중심 표면으로 투과하고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 상기 중심 표면으로부터 내부 전반사하고, 그 다음으로 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 상기 고입사각 표면으로 투과하고, 그 다음으로 상기 렌즈를 출사하기 위하여 상기 고입사각 표면을 통해 굴절하는,
    적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 방법.
  14. 제 11 항에 있어서
    상기 주변 부분은 상기 렌즈의 상기 근위 표면 상의 입사 외부 구역을 통해 굴절하고, 그 다음으로 상기 렌즈를 통해 투과하고, 그 다음으로 상기 렌즈를 출사하기 위하여 상기 렌즈의 상기 원위 표면 상의 출사 외부 구역을 통해 굴절하는,
    적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 방법.
  15. 세로축에 중심이 정해진 각도 분포를 가지는, 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 방향 수정하기 위한 렌즈로서,
    상기 렌즈는,
    상기 적어도 하나의 광원과 대면하는 입사면 ― 상기 세로축에 대해 직각으로 취해지고 상기 세로축으로부터 멀어지도록 연장되는 상기 입사면의 평면 단면 절반은,
    상기 세로축을 가로지르는 중심 부분, 및
    상기 중심 부분으로부터 멀어지도록 연장되는 주변 부분
    을 포함하고, 상기 주변 부분은 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 모서리를 상기 중심 부분과 함께 형성하고, 상기 주변 부분은 상기 중심 부분과 함께 공중에서 둔각을 형성함 ―; 및
    상기 입사면과 대향하고 상기 적어도 하나의 광원으로부터 떨어져 대면하는 출사면 ― 상기 세로축에 대해 직각으로 취해지고 상기 세로축으로부터 멀어지도록 연장되는 상기 출사면의 평면 단면 절반은,
    상기 세로축에서 오목한 모서리를 형성하는 중심 표면,
    전반적으로 상기 적어도 하나의 광원을 향해 상기 중심 표면으로부터 연장되고 상기 중심 표면과 함께 볼록한 쐐기를 형성하고, 상기 중심 표면과 공중에서 270도보다 큰 각도를 형성하는 고입사각 표면, 및
    상기 고입사각 표면으로부터 연장되는 부분적으로 굴곡된 표면
    을 포함하고,
    상기 부분적으로 굴곡된 표면은 상기 국부 표면 기울기가 급격하게 변화하는 모서리를 상기 고입사각 표면과 함께 형성함 ―
    을 포함하는,
    렌즈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 입사면 및 출사면은 전반적인 원통들인,
    렌즈.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 입사면 및 출사면은 상기 세로축 주위에서 회전 대칭인,
    렌즈.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 부분적으로 굴곡된 표면은 상기 세로축에 대해 직각으로 취해진 관찰 평면들에 대해, 상기 부분적으로 굴곡된 표면 상의 각각의 지점에서 평평하거나 단조적으로 감소하는 표면 높이를 가지는,
    렌즈.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 렌즈의 상기 입사면은 그 주변부에서 전반적으로 평평한 평면 부분을 포함하고, 상기 전반적으로 평평한 평면 부분은 상기 세로축에 대해 직각이고, 상기 부분적으로 굴곡된 표면은 상기 부분적으로 굴곡된 표면 및 상기 고입사각 표면 사이의 상기 모서리에서 상기 전반적으로 평평한 평면 부분으로부터 가장 멀리 떨어진,
    렌즈.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 부분적으로 굴곡된 표면은 상기 부분적으로 굴곡된 표면 및 상기 고입사각 표면 사이의 상기 모서리에 인접한 전반적으로 평평한 부분을 가지고, 상기 적어도 하나의 광원을 떠나서 상기 렌즈의 상기 입사면을 통해 굴절하는 광선들이 상기 전반적으로 평평한 부분을 직접 타격하지 않는,
    렌즈.
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