WO2014014249A1 - 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 광확산렌즈 - Google Patents

비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 광확산렌즈 Download PDF

Info

Publication number
WO2014014249A1
WO2014014249A1 PCT/KR2013/006336 KR2013006336W WO2014014249A1 WO 2014014249 A1 WO2014014249 A1 WO 2014014249A1 KR 2013006336 W KR2013006336 W KR 2013006336W WO 2014014249 A1 WO2014014249 A1 WO 2014014249A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
led
lens
free
axis
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/006336
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
현동훈
노명재
Original Assignee
Hyun Dong Hoon
Noh Myeung Jae
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyun Dong Hoon, Noh Myeung Jae filed Critical Hyun Dong Hoon
Priority to JP2015523004A priority Critical patent/JP6046252B2/ja
Priority to US14/415,801 priority patent/US9611986B2/en
Priority to EP13820607.3A priority patent/EP2876362A4/en
Publication of WO2014014249A1 publication Critical patent/WO2014014249A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/08—Refractors for light sources producing an asymmetric light distribution
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED light diffusing lens for LED street light applying the asymmetric free curve formula, and more particularly, to increase the uniformity ratio of illumination by applying the asymmetric free curve formula, in particular, the surrounding conditions of the highway
  • an LED light diffusion lens applying an asymmetric free-curve formula that can control an LED light source to exhibit all functions as an LED street light suitable for lane characteristics, and to apply an LED street light for a highway to the market.
  • LED Light Emitting Diode
  • the LED light source has a strong characteristic of the straightness of the light, and as shown in FIG. 1, the light energy emission form of the LED near the point light source generally forms a Gaussian distribution in which the light distribution is concentrated in the central portion of the light source. do. This results in glare and light pollution due to sparking because the center light is too strong compared to the surroundings.
  • an optical lens has been developed to diffusely adjust the light distribution of the LED by being used in combination with the LED side.
  • the radiation pattern of the light adjusted LED is shown in FIG.
  • the Lambertian distribution is still present, indicating that the center light is stronger than the surroundings, and that it does not induce even brightness, and it is still insufficient to adjust the light diffusion of the LED light source.
  • the glitter due to the central light concentration is still not able to remove the glare phenomenon, and the light control efficiency is greatly reduced, which proves that there is a considerable difficulty in controlling the divergent light of the LED such as light diffusion.
  • LEDs are being widely used and marketed in various industries, such as indoor lighting, outdoor lighting, and backlight, due to various advantages, and the light distribution adjustment and stable optical characteristics are required for each application.
  • the LED light diffusion optical lens developed and proposed conventionally induces only light diffusion with respect to the light emitted from the LED, and it can be used in either the X axis direction or the Y axis direction regardless of the characteristics of each application. As the light is adjusted to induce light diffusion only, the lighting efficiency and energy efficiency according to the specificity of each user is not maximized.
  • LED lighting using LED as a light source has been variously applied to general street lamps, security lamps, tunnel lights, etc., but LED lighting for highways is not present.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and by applying an asymmetric free-curve equation, it is possible to increase the uniformity (even distribution of light in a certain space) according to the LED light control, especially in the vicinity of the highway
  • the purpose is to provide LED light diffusion lens with asymmetrical free-curve formula that can control the light to show all functions and to provide the market with LED street light for highways. have.
  • the present invention can provide a surface light source solution that is suitable for the characteristics of the highway while functioning as a diffuser capable of adjusting all directions of light emission by controlling all directions of light adjustment in the X and Y directions for the LED light source.
  • a surface light source solution that is suitable for the characteristics of the highway while functioning as a diffuser capable of adjusting all directions of light emission by controlling all directions of light adjustment in the X and Y directions for the LED light source.
  • the present invention has an aspherical surface on both the inside and the outside surface, so that the free curved surface can be utilized as much as possible, so that fine control by numerical control can be performed to increase the precision according to light control.
  • fine control by numerical control can be performed to increase the precision according to light control.
  • An object of the present invention is to provide an LED light diffusion lens to which an asymmetric free-curve formula is applied to improve the visibility of a highway, thereby eliminating driver fatigue and promoting safe driving.
  • the entire body is made of a lens structure formed of a glass material or a polymer material;
  • the lens structure is an aspherical surface forming the inner line of the body primarily to induce light uniformity of the LED light source, and form a curved surface in the form of a bent line in which the hills and valleys are formed, the center of the LED light source in the center It includes an icicle-type light adjusting protrusion disposed protruding toward the surface, and includes both an inner surface of the X-axis incidence and an inner surface of the Y-axis incidence.
  • the entire body is made of a lens structure formed of a glass material or a polymer material;
  • the lens structure is an aspherical surface forming the inner line of the body primarily to induce light uniformity of the LED light source, and form a curved surface in the form of a bent line in which the hills and valleys are formed, the center of the LED light source in the center It includes an icicle-type light adjusting protrusion disposed protruding toward the surface, and includes both an inner surface of the X-axis incidence and an inner surface of the Y-axis incidence.
  • any one of the x, y, z variable may be formed such that the order coefficient of the odd order term satisfies zero.
  • the uniformity ratio of illumination for a target area according to light control of an LED as a light source can be greatly increased, and in particular, an outer side, a city center, or a tonsil It is possible to provide LED streetlights for highways that have light control and lighting efficiency suitable for the surrounding conditions and lane characteristics of highways such as four lanes and two lanes, and can achieve usefulness for pioneering new markets.
  • the present invention can be formed aspheric on both the entrance surface and the exit surface, but by utilizing the asymmetrical free surface to the maximum, it is possible to modify and change the surface more freely by adjusting the aspherical coefficient, and the numerical design and mathematical design by the free surface As a result, since fine control is possible through numerical control, it is possible to achieve the usefulness of increasing the precision according to the light control.
  • the present invention can improve the visibility of the highway as well as improve the visibility of the highway by increasing the uniformity (even distribution of light in a certain space) for the target area of the highway irradiation surface when applied to LED streetlight for highway only It can achieve usefulness to eliminate and promote safe operation.
  • the present invention can provide the surface light source solution suitable for the characteristics of the highway and can provide the advantage of not having to use the primary lens for the primary adjustment of the divergent light of the LED as a light source, through which the uniformity and lighting Efficiency and energy efficiency can be improved, and maintenance can also be achieved with ease of implementation.
  • 1 is a view showing a general light energy emission form for the LED light source.
  • Figure 2 is a view showing the radiation form of the LED light source is adjusted by the conventional light diffusing lens.
  • Figure 3 is an external perspective view showing an LED light diffusion lens to which the asymmetric free-form surface formula according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the X-X line of Figure 3 is cut in the LED light diffusing lens according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state taken along the line Y-Y of Figure 3 in the LED light diffusing lens according to the present invention.
  • FIG. 6 is radiation pattern data showing a light distribution curve to which an LED light diffusing lens is applied according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a light distribution density data to which the LED light diffusing lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is an external perspective view of the LED light diffusing lens to which the asymmetric free-form surface formula according to another embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a state in which the X-X ray of FIG. 6 is cut in the LED light diffusing lens according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state taken along the line Y-Y of Figure 6 in the LED light diffusing lens according to the present invention.
  • Figure 11 is a schematic illustration showing the installation state of the LED luminaire including the LED light diffusing lens to which the asymmetric free-form surface formula according to the present invention.
  • Figure 12 is an exemplary view showing another embodiment showing an LED light diffusing lens to which the asymmetric free curve equation according to the present invention.
  • FIG. 13 is simulation data and a diagram for explaining the free-form surface condition of the light exiting outer surface in the present invention.
  • the LED light diffusing lens to which the asymmetric free curve equation is applied is configured to function as a diffuser of the LED light source to which the LED is used as the light source and to which the asymmetric free curve equation is applied.
  • the entire body is made of a lens structure 100 formed of a glass material or a polymer (Polymer) material.
  • the polymer material may include polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclo olefin copolymer (COC), and the like. Any one kind can be selected and used.
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • COC cyclo olefin copolymer
  • the lens structure 100 forms an inner line of the body and forms a light incident inner surface 110 of a curved surface formed to have an axisymmetric structure with respect to both the X-axis direction and the Y-axis direction, and forms an outer line of the body. And a curved light exiting outer surface 120 formed to be asymmetrical with respect to the direction and symmetrical with respect to the Y-axis direction.
  • the LED which is a light source is disposed below the light incident inner surface 110.
  • the light incident inner surface 110 and the light exiting outer surface 120 are composed of aspherical surfaces so as to make the best use of curved degrees of freedom by adjusting aspherical conic constants and aspheric coefficients, thereby radiating the emitted light of the LED as a light source. It is desirable to be able to arbitrarily adjust the path and the light distribution freely.
  • the light incident inner surface 110 is formed to have a curved surface in the form of a bent line in which the hills and valleys are formed, but is configured to have an icicle-type light adjusting protrusion 111 disposed protruded toward the LED side as a light source at the center.
  • X-axis incident inner surface 110x and Y-axis incident inner surface 110y It is formed to have a cross-sectional shape of ”.
  • the light incident inner surface 110 is a portion at which the divergent light of the LED, which is the light source, begins to be incident, and functions to serve as a primary diffused light unit for the divergent light of the LED so that the light distribution can be adjusted. By simultaneously adjusting the reflection and the refraction, it adjusts the incident light emitted from the LED and refracts the incident light of the LED at the outside of the center so as to diffuse the light evenly to become a surface light source. It is.
  • the light incident inner surface 110 is a part of controlling light so as to induce a uniform brightness as a whole with respect to the divergent light emitted from the LED which is a light source through the above-described action, and finely light for each field through numerical control It is designed to control and adjust the light distribution, and primarily to derive the overall light uniformity.
  • Table 1 below shows aspherical data for the light incident inner surface 110 in the present invention.
  • Table 1 shows that the light incident inner surface 110 having an aspherical surface having an axisymmetric structure has an aspherical curvature value, a conic constant, and an aspheric coefficient, which is aspheric. This indicates that the curvature value, the conic constant, and the aspherical surface coefficient can be adjusted, which means that the radiation path and the light distribution can be arbitrarily tuned freely with respect to the divergent light of the LED which is the light source, and to realize light uniformity.
  • Equation 1 the rotationally symmetric high order aspherical surface about the optical axis may be represented by Equation 1 below.
  • Equation 1 which is an aspherical equation, is composed of a formula including a conic constant and an aspherical coefficient, and is a value representing an aspherical shape.
  • Application of the aspherical surface coefficient means that the degree of freedom due to the aspherical surface can be increased and the aspherical surface shape can be freely designed by adjusting the aspherical surface coefficient, and 1 for the emitted light of the LED which is the light source through the light incident inner surface 110. In other words, it indicates that light adjustment can be performed to match the overall light uniformity.
  • the light exit outer surface 120 is to allow the light to be first diffused by the light incident inner surface 110 to re-diffuse the secondary light to control the light to widen the target area.
  • the outer surface (120x) forms a convex curved surface with an asymmetric curved structure Formed in the cross-sectional shape of ", and the Y-axis exit surface 120y is" It is formed to have a cross-sectional shape of ”.
  • the light exit outer surface 120 is a part that emits toward the target area by inducing diffusion to the target area by refraction for light that firstly induced light uniformity by the light incident inner surface 110. It covers a larger area of the target area of the plane, while also illuminating at even brightness.
  • the light output outer surface 120 is formed as a nonlinear free curved surface having an asymmetrical structure with respect to the X axis direction and a symmetrical structure with respect to the Y axis direction, and when numerically expressed as to the shape of the free curved surface, As shown in Equation 2 below, a free-form surface equation (T) may be represented.
  • any one of the x, y, z variable is configured so that the order coefficient of the odd order terms must satisfy 0 to have a function in the vertical direction of the lane.
  • the light distribution correction efficiency and the light diffusion efficiency can be greatly increased by having a right function shape requiring symmetric light distribution.
  • the light exit outer surface 120 satisfies the three-dimensional shape constraint in Equation 2 above, and may be represented by Equation 3 below with reference to the left simulation data in FIG. 13.
  • the primary and tertiary side (odd order) order coefficient of the x variable is 0, the tertiary order coefficient of the y variable is 0.
  • the light exit outer surface 120 shows that one of the x, y, z variables indicates that the order coefficient of the odd order term satisfies 0, which is the surface of the LED which is the surface light source that emits light on only one side.
  • the street In the normal direction, the street should have the form of a function, and in the direction perpendicular to the lane, the street lamp is installed by combing the lane, and the lighting is installed at a certain distance from the center line. While it must have a functional form, it indicates that it is a condition that satisfies the right-hand form that requires symmetric light distribution in the lane direction.
  • the LED light diffusing lens 100 according to the present invention having the structure of the above-described embodiment is designed to be suitable for LED streetlights for one-way four-lane highways, and has a wide range of domestic highways or continental installations in the Americas or Russia. It is to provide an LED streetlight suitable for the highway.
  • FIG. 6 is radiation pattern data showing a light distribution curve in a state in which an LED light diffusing lens and a light source LED are assembled according to an embodiment of the present invention, as shown in the radiation pattern of FIG. It is shown that the light distribution has a radiation pattern of the double diffusion treatment by light control of the diffusion lens.
  • the LED light diffusing lens according to the present invention performs light distribution for adjusting the light source at an angle of view of 20 to 40 degrees in the X axis direction with respect to the LED light source, and light distribution for light adjustment at an angle of view of 110 to 130 degrees in the Y axis direction. It is shown to perform.
  • the present invention shows that the light is adjusted and controlled so as to have a double angle of view in the X-axis direction and the Y-axis direction according to the structure arrangement design of the light incident inner surface of the symmetrical structure and the light output outer surface of the asymmetrical structure. It is shown that it can function as a light diffusing lens for LED streetlights for highways that can be installed on wide 8-lane highways or continental areas.
  • FIG. 7 is data showing light distribution density in a state in which an LED light diffusing lens and an LED as a light source are assembled according to an embodiment of the present invention, and is installed at a height of 12m and an array interval of 28m in consideration of the highway width of a one-way four lane If so, it is simulation data.
  • FIG. 7 shows that each light adjustment and control is carried out in the X-axis direction and the Y-axis direction, and it has the shape of a surface light source and shows uniform brightness for the target area of the highway irradiation surface. It shows that a high level of homogeneity can be achieved.
  • the portion indicated by the circle at the bottom left indicates that the light uniformity is formed also in the X-axis direction, which is the inside of the light incident inner surface 110 having the icicle-type light adjusting protrusion 111. It shows that uniform light control is performed by the shape, which is not found in the prior art.
  • a convex curved surface is formed with respect to the X-axis exit outer surface 120x and has an asymmetric curved structure. It may be modified or modified to form a cross-sectional shape of ", and with respect to the Y-axis exit outer surface 120y" Modifications or variations may be made to have a cross-sectional shape of ”.
  • the X-axis output outer surface 120y having the above-described embodiment and the symmetrical curved structure in which the concave grooves 121 are formed in the convex curved center are formed.
  • the light diffusion is further extended to the divergent light of the light-controlled LED to maintain the light uniformity through the incident inner surface 110.
  • FIG. 8 shows an external view of another embodiment having the modified curved surfaces of FIGS. 9 and 10.
  • the LED light diffusing lens 100 according to the present invention having the structure of another embodiment is designed to be suitable for LED streetlights for one-way two-lane highways, and LED streetlights for highways suitable for places such as domestic highways or Japan or Europe. It would be to provide.
  • the LED light diffusing lens 100 to which the asymmetric free curve equation according to the embodiments of the present invention is applied adjusts the aspherical conic constant and the aspheric coefficient with respect to the X-axis exit surface 120x of the light exit surface 120.
  • the curved surface may be modified or deformed, and may be bent and radiated to form an inclination of 10 to 30 degrees with respect to the X-axis output light through the light diffusing lens 100, and sometimes in the example shown in FIG. 11.
  • LED light fixtures combined with LEDs as light sources may be installed to form a slope of 0 to 30 degrees with respect to the vertical pole axis of the street light.
  • the curved surface of the light diffusing lens 100 with respect to the X-axis exit surface 120x or the light diffusing lens 100 is inclined to the street lamp to cover a wider target area with uniform brightness. It will be able to, and can be made to be more useful and suitable for LED streetlight for highway only.
  • the LED light-diffusion lens 100 to which the asymmetric free-curve equation with the embodiment of the present invention is applied is the light exit outer surface by the aspherical surface including the X-axis exit outer surface 120x and the Y-axis exit outer surface 120y ( By modifying and modifying the size and curved shape of the 120) it can provide usefulness, such as to adjust the interval of the arrangement of LED lighting fixtures when installed on the highway.
  • FIG. 12 is an external view showing another embodiment of the LED light diffusing lens to which the asymmetric free curve formula according to the present invention is applied, and shows an example of the deformation of the overall size and curved shape of the LED light diffusing lens, It shows the type of work that can be applied according to the lane width.
  • 110x X-axis incident inner surface
  • 110y Y-axis incident inner surface
  • the present invention it is possible to control the LED light source to perform all functions as an LED street light suitable for the surrounding conditions and lane characteristics of the highway while increasing the uniformity ratio of illumination by applying an asymmetric free-form surface equation.
  • the present invention relates to an LED (light diffusing lens) applying an asymmetric free-curve equation with image availability.

Abstract

본 발명은 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈에 관한 것으로서, 비대칭의 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 제공함으로써 광원인 LED의 광 제어에 따른 타겟 영역에 대한 균제도를 크게 높일 수 있으며, 특히 외곽이나 도심 또는 편도 4차선이나 2차선 등 고속도로의 주변 여건과 차선 특성에 맞는 광 제어 및 조명효율을 발휘하는 고속도로 전용의 LED 가로등을 제공할 수 있고 이를 통해 새로운 시장을 개척할 수 있으며, 입사면과 출사면 모두에 비구면으로 형성하되 비대칭의 자유곡면을 최대한 활용함으로써 비구면 계수 등의 조정을 통해 곡면을 보다 자유롭게 수정 및 변경할 수 있고, 자유 곡면에 의한 수치설계 및 수학적 설계를 가능하게 하는 것으로서 수치 제어를 통해 미세한 컨트롤까지 가능하므로 광 제어에 따른 정밀성을 높일 수 있는 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈에 관한 것이다.

Description

비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 광확산렌즈
본 발명은 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 가로등용 LED 광확산렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비대칭의 자유곡면 수식을 적용하여 균제도(Uniformity ratio of illumination)를 높일 수 있도록 하며, 특히 고속도로의 주변 여건 및 차선 특성에 맞는 LED 가로등으로서 모든 기능을 발휘토록 LED 광원을 제어할 수 있도록 하고, 고속도로 전용의 LED 가로등을 시장에 적용할 수 있도록 한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈에 관한 것이다.
최근 조명장치를 비롯한 산업전반에 걸쳐 에너지 절감을 위해 광원으로 LED(Light Emitting Diode)를 채택하는 경우가 많아지고 있으며, 이에 따라 LED를 효과적이면서 효율적으로 사용하기 위한 각 산업분야에서의 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
하지만, LED 광원은 빛의 직진성이 강한 특성을 갖는 것으로서, 통상적으로 점광원에 가까운 LED의 빛에너지 방사형태는 도 1에서 보여주는 바와 같이, 주변에 비해 중심부분에 광 분포가 집중되는 가우시안 분포를 이루게 된다. 이는 중심 광이 주변에 비해 너무 강하므로 인해 반짝거림에 의한 눈부심 현상 및 빛 공해를 초래하게 된다.
이러한 중심 광 집중에 따른 눈부심 현상 및 빛 공해의 단점을 보완하기 위해 LED측에 결합 사용함으로써 LED의 광 분포를 확산 조정하여주기 위한 광학렌즈가 개발되고 있다.
그러나, 현재까지 개발되어 적용되고 있는 대부분의 LED 광확산용 광학렌즈를 살펴보면, 점광원인 LED에 대해 광확산을 통해 면광원의 형태로 광 조정하기는 하나, 광 조정된 LED의 방사형태는 도 2에서 보여주는 바와 같이, 램버시안 분포를 이루고 있어 여전히 중심 광이 주변에 비해 강하게 작용하고 있음을 나타내고 있고 고른 밝기를 유도하지 못함을 나타내고 있으며, LED 광원의 광 확산 조정에는 여전히 미흡한 실정에 있다.
즉, 중심 광 집중에 따른 반짝거림이 여전하여 눈부심 현상을 제거하지 못할 뿐만 아니라 광 조정효율이 크게 떨어지며, 이는 광 확산 등 LED의 발산광 조정에 대해 상당한 어려움이 존재함을 입증하는 것이다.
한편, LED는 여러 가지 장점에 의해 실내 조명용, 실외 조명용, 백라이트용 등 각 산업분야에 다양하게 활용 및 시장이 확대되는 추세에 있는데, 각각의 사용처에 맞는 광분포 조정 및 그에 따른 안정된 광학특성이 요구됨에도 불구하고 종래 개발 및 제안되고 있는 LED 광확산용 광학렌즈는 LED의 발산광에 대해 단순히 광확산만을 유도하고 있으며, 각 사용처별 특성에 관계없이 X축 방향 또는 Y축 방향의 어느 한 축 방향에 대해서만 광확산을 유도하도록 광 조정함에 따라 각 사용처별 특수성에 따른 조명효율 및 에너지효율을 최대로 이끌어내지 못하고 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 본원출원인은 LED의 광원에 대해 각 사용처별 특수성에 따른 조명효율 및 에너지효율을 최대로 이끌어낼 수 있도록 지대한 관심을 가지고 지속적으로 연구 및 개발에 참여하고 있으며, 이하에 이를 위한 LED용 광확산렌즈를 제안하고자 한다.
부연하여, 현재 LED를 광원으로 채택한 LED 조명이 일반 가로등이나 보안등, 터널등 등으로 다양하게 적용되어지고 있으나, 고속도로용 LED 조명은 부재한 실정에 있다.
또한, 현재 운용되고 있는 고속도로용 가로등은 물론 일반 LED 가로등을 고속도로용 가로등으로 단순히 용도 변경하여 적용한다 하더라도 LED 조명의 균제도(일정한 공간에서 빛의 균일한 분포 정도)가 낮으므로 인해 운전자 피로를 유발하게 되고, 고속도로 특성상 고속으로 운행하게 되는 차량의 안전운행에 도움이 되지 않는 실정에 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 등을 감안하여 안출된 것으로서, 비대칭의 자유곡면 수식을 적용함으로써 LED 광 제어에 따른 균제도(일정한 공간에서 빛의 균일한 분포 정도)를 높일 수 있도록 하며, 특히 고속도로의 주변 여건 및 차선 특성에 맞는 LED 가로등으로서 모든 기능을 발휘토록 광 제어할 수 있도록 하고, 고속도로 전용의 LED 가로등을 시장에 제공할 수 있도록 한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 LED 광원에 대해 X축 방향과 Y축 방향으로의 모든 방향 광 조정을 제어함으로써 모든 방향 광 방사 조정이 가능한 디퓨저(diffuser)로서 기능하게 하되 고속도로의 특성에 맞는 면광원 솔루션을 제공할 수 있도록 하며, 유지보수의 간소화 또한 이끌어낼 수 있도록 한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 제공하는데 있다.
본 발명은 내/외면 모두에 비구면을 갖되 자유 곡면을 최대한 활용할 수 있도록 함으로써 수치 제어에 의한 미세 컨트롤까지 가능토록 하여 광 제어에 따른 정밀성을 높일 수 있도록 하며, 고속도로 조사면의 타겟 영역에 대해 균제도를 높임으로써 조명효율 및 에너지효율을 향상시킬 수 있도록 한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 제공하는데 있다.
본 발명은 고속도로의 가시성을 개선함으로써 운전자의 피로 발생을 없애고 안전운행을 도모할 수 있도록 한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 몸체 전체가 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성되는 렌즈구조체로 이루어지되; 상기 렌즈구조체는 몸체의 내측라인을 형성하는 비구면으로 1차적으로 LED 광원의 광 균일도를 유도하기 위한 것이며, 산과 골이 형성되는 굴곡라인의 형태로 파여진 곡면을 이루되 중심부에 광원인 LED 측을 향하여 돌기 배치된 아이시클(icicle)형 광조정돌부를 포함하고, X축방향 입사내면과 Y축방향 입사내면 모두에 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000001
”의 단면형상으로 형성시킨 광 입사내면과; 상기 몸체의 외측라인을 형성하는 비구면으로 2차 광확산을 유도하여 타겟 영역을 넓게 조명할 수 있도록 한 것이며, X축방향 출사외면이 볼록형 곡면을 이루되 비대칭 곡면구조를 갖는 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000002
”의 단면형상으로 형성되고 Y축방향 출사외면이 볼록형 대칭 곡면구조를 갖는 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000003
”의 단면형상으로 형성되는 광 출사외면; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 몸체 전체가 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성되는 렌즈구조체로 이루어지되; 상기 렌즈구조체는 몸체의 내측라인을 형성하는 비구면으로 1차적으로 LED 광원의 광 균일도를 유도하기 위한 것이며, 산과 골이 형성되는 굴곡라인의 형태로 파여진 곡면을 이루되 중심부에 광원인 LED 측을 향하여 돌기 배치된 아이시클(icicle)형 광조정돌부를 포함하고, X축방향 입사내면과 Y축방향 입사내면 모두에 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000004
”의 단면형상으로 형성시킨 광 입사내면과; 상기 몸체의 외측라인을 형성하는 비구면으로 2차 광확산을 유도하여 타겟 영역을 넓게 조명할 수 있도록 한 것이며, X축방향 출사외면이 볼록형 곡면을 이루되 비대칭 곡면구조를 갖는 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000005
”의 단면형상으로 형성되고 Y축방향 출사외면이 볼록형 곡면 중심부에 오목형태의 패인 골을 갖는 대칭 곡면구조로 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000006
”의 단면형상으로 형성되는 광 출사외면; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광 출사외면은, 아래의 수학식에 대한 비선형의 자유 곡면식으로 나타낼 때, x,y,z변수 중에서 어느 하나는 홀수차항의 오더 계수가 반드시 0을 만족하도록 형성될 수 있다.
(수학식)
T = ax + by + cz + dx2 + ey2 + fz2 + gx3 + hy3 + iz3 + jx4 + ky4 + lz4 + α= 1
여기서, α=0 이다.
본 발명에 따르면, 비대칭의 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 제공함으로써 광원인 LED의 광 제어에 따른 타겟 영역에 대한 균제도(Uniformity ratio of illumination)를 크게 높일 수 있으며, 특히 외곽이나 도심 또는 편도 4차선이나 2차선 등 고속도로의 주변 여건과 차선 특성에 맞는 광 제어 및 조명효율을 발휘하는 고속도로 전용의 LED 가로등을 제공할 수 있고 이를 통해 새로운 시장을 개척할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 입사면과 출사면 모두에 비구면으로 형성하되 비대칭의 자유곡면을 최대한 활용함으로써 비구면 계수 등의 조정을 통해 곡면을 보다 자유롭게 수정 및 변경할 수 있고, 자유 곡면에 의한 수치설계 및 수학적 설계를 가능하게 하는 것으로서 수치 제어를 통해 미세한 컨트롤까지 가능하므로 광 제어에 따른 정밀성을 높일 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 고속도로 전용의 LED 가로등에 적용시 고속도로 조사면의 타겟 영역에 대해 균제도(일정한 공간에서 빛의 균일한 분포 정도)를 높일 수 있어 고속도로의 가시성을 개선할 수 있음은 물론 운전자의 피로 발생을 없애고 안전운행을 도모할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 고속도로의 특성에 맞는 면광원 솔루션을 제공할 수 있음과 더불어 광원인 LED의 발산광을 1차 조정하여주는 1차렌즈를 사용하지 않아도 되는 장점을 제공할 수 있고, 이를 통해 균제도와 조명효율 및 에너지효율까지 향상시킬 수 있으며, 유지보수 또한 간단하게 실시할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
도 1은 LED 광원에 대한 일반적인 빛에너지 방사형태를 보인 도면.
도 2는 종래 광확산렌즈에 의해 광 조정되는 LED 광원의 방사형태를 보인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 나타낸 외형 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈에 있어 도 3의 X-X선을 절취한 상태를 보인 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈에 있어 도 3의 Y-Y선을 절취한 상태를 보인 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 광확산렌즈가 적용된 배광곡선을 나타낸 방사패턴 데이터.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 광확산렌즈가 적용된 광분포밀도 데이터.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 나타낸 외형 사시도.
도 9는 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈에 있어 도 6의 X-X선을 절취한 상태를 보인 단면도.
도 10은 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈에 있어 도 6의 Y-Y선을 절취한 상태를 보인 단면도.
도 11은 본 발명에 의한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 포함하는 LED 등기구의 설치상태를 보인 개략 예시도.
도 12는 본 발명에 의한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈를 나타낸 또 다른 실시예를 보인 예시도.
도 13은 본 발명에 있어 광 출사외면의 자유 곡면 조건을 설명하기 위해 나타낸 시뮬레이션 데이터 및 도면.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 의한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디(LED) 광확산렌즈는 LED가 광원으로 사용되고 비대칭의 자유곡면 수식이 적용된 LED 광원의 디퓨저(diffuser)로서 기능하도록 한 것으로서, 도 3 내지 도 5에서와 같이, 몸체 전체가 유리 재질 또는 폴리머(Polymer)계 재질로 형성되는 렌즈구조체(100)로 이루어진다.
이때, 상기 폴리머계 재질로는 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(Cyclo Olenfin Copolymer; COC) 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중에서 어느 1종을 선택 사용할 수 있다.
상기 렌즈구조체(100)는 몸체의 내측라인을 형성하며 X축 방향과 Y축 방향에 대해 모두 축대칭 구조를 갖도록 형성되는 곡면의 광 입사내면(110)과, 몸체의 외측라인을 형성하며 X축 방향에 대해 비대칭 구조이고 Y축 방향에 대해 대칭구조를 갖도록 형성되는 곡면의 광 출사외면(120)을 포함하도록 구성된다.
여기서, 광원인 LED는 광 입사내면(110)의 아래쪽에 배치된다.
상기 광 입사내면(110)과 광 출사외면(120)은 비구면으로 구성함으로써 비구면 코닉상수 및 비구면계수 등을 조정함에 따라 곡면 자유도를 최대한 활용할 수 있도록 하며, 이를 통해 광원인 LED의 발산광에 대해 방사경로 및 광분포를 자유롭게 임의 조율할 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 광 입사내면(110)은 산과 골이 형성되는 굴곡라인의 형태로 파여진 곡면을 이루되 중심부에 광원인 LED 측을 향하여 돌기 배치된 아이시클(icicle)형 광조정돌부(111)를 갖도록 구성되는 것으로서, X축방향 입사내면(110x)과 Y축방향 입사내면(110y) 모두에 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000007
”의 단면형상을 갖도록 형성된다.
상기의 광 입사내면(110)은 광원인 LED의 발산광이 입사되기 시작하는 부분이면서 LED의 발산광에 대해 1차 확산광 유니트로 기능토록 하여 광분포를 조정할 수 있도록 한 부분으로, 중심부에서 내부 반사(reflection) 및 굴절(refraction)의 동시 작용으로 LED로부터 발산되어 입사되는 입사광을 광(光) 조정하여줌과 더불어 중심부의 외측에서는 LED의 입사광을 굴절시킴으로써 면광원이 되게 고르게 광 확산시킬 수 있도록 한 것이다.
즉, 상기 광 입사내면(110)은 상술한 작용을 통해 광원인 LED로부터 방사되는 발산광에 대해 전체적으로 고른 밝기를 유도하도록 광(光) 제어하는 부분으로서, 수치 제어를 통해 각 필드별로 미세하게 광을 컨트롤 및 광분포를 조율할 수 있도록 한 것이며, 1차적으로 전체적인 광 균일도(light uniformity)를 이끌어낼 수 있도록 한 것이다.
아래의 표 1은 본 발명에 있어 광 입사내면(110)에 대한 비구면 데이터를 나타낸 것이다.
표 1. 본 발명에 있어 광 입사내면이 갖는 비구면 데이터
Figure PCTKR2013006336-appb-I000008
여기서, 표 1에서는 축대칭 구조의 비구면을 갖는 광 입사내면(110)이 비구면 곡률값(radius)과 코닉상수(conic constant) 및 비구면 표면계수(aspheric coefficient)를 가지고 있음을 보여주고 있는데, 이는 비구면 곡률값과 코닉상수 및 비구면 표면계수를 조정할 수 있음을 나타내는 것으로서 광원인 LED의 발산광에 대해 방사경로 및 광분포를 임의대로 자유롭게 조율할 수 있음을 나타내는 것이며, 광 균일도(light uniformity)를 구현하기 위한 비구면 데이터를 갖는 것이다.
부연하여, 일반적으로 광축을 중심으로 회전 대칭성 고차 비구면은 다음과 같은 수학식 1로 나타낼 수 있다.
(수학식 1)
Figure PCTKR2013006336-appb-I000009
즉, 비구면 방정식인 수학식 1은 코닉상수 및 비구면 계수를 포함하는 식으로 구성되며, 비구면 형상을 나타내는 값이 된다.
이때, 비구면 계수를 제외한 식에 K = 0 이면 구면, -1< K <0 이면 타원, K = -1이면 포물면, K < -1 이면 쌍곡선으로 나타낼 수 있는데, 상기 코닉상수의 곡면을 벗어난 정도를 의미하는 비구면 계수를 적용하면 비구면 계수를 조정함에 따라 비구면에 의한 자유도를 높일 수 있고 비구면 형상을 자유롭게 설계할 수 있음을 나타내는 것으로서, 광 입사내면(110)을 통해서 광원인 LED의 발산광에 대해 1차적으로 전체적인 광 균일도(light uniformity)를 맞추기 위한 광 조정을 수행할 수 있음을 나타내는 것이다.
상기 광 출사외면(120)은 광 입사내면(110)에 의해서 1차적으로 광 균일도를 이끌어낸 광들을 다시 확산시켜 2차로 광을 제어함으로써 타겟 영역을 넓게 비춰줄 수 있도록 한 것으로서, X축방향 출사외면(120x)이 볼록형 곡면을 이루되 비대칭 곡면구조를 갖는 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000010
”의 단면형상으로 형성되고, Y축방향 출사외면(120y)이 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000011
”의 단면형상을 갖도록 형성된다.
상기의 광 출사외면(120)은 광 입사내면(110)에 의해서 1차적으로 광 균일도를 이끌어낸 광들에 대해 굴절작용을 통해 2차로 확산을 유도함으로써 타겟 영역을 향하도록 출광시키는 부분으로서, 고속도로 조사면의 타겟 영역에 대해 보다 넓은 면적을 커버함과 아울러 고른 밝기로 조명할 수 있도록 한 것이다.
여기서, 상기 광 출사외면(120)은 X축 방향에 대해 비대칭 구조이고 Y축 방향에 대해 대칭구조를 갖는 비선형의 자유 곡면으로 형성되는 것으로서, 자유 곡면의 형상에 대해 수치 해석적으로 표현하였을 때, 다음의 수학식 2와 같이 자유 곡면식(T)을 나타낼 수 있는데,
(수학식 2)
T = ax + by + cz + dx2 + ey2 + fz2 + gx3 + hy3 + iz3 + jx4 + ky4 + lz4 + α= 1
여기서, z가 독립변수가 되어 독립변수가 3개이므로 종속변수까지 합하면 원칙적으로 4차원함수가 되나, 함수 f(x,y,z) = T 로 정의하고, 이때 T = 1로 레벨 세트(level set)하여 단일 수식으로 전개한 것이고, α=0 이 되는 것으로서, 이는 최종적으로 3차원의 비대칭 자유 곡면식을 나타내는 것이다.
이때, 본 발명에서는 광 출사외면(120)을 형성함에 있어 x,y,z변수 중에서 어느 하나는 홀수차항의 오더 계수가 반드시 0을 만족하도록 구성함으로써 차선의 수직방향으로도 기함수 형태를 갖도록 하고, 차선 방향으로는 좌우 대칭형의 배광이 필요한 우함수 형태를 갖도록 하여 배광보정 효율 및 광 확산효율을 크게 넓힐 수 있도록 함이 바람직하다.
즉, 상기 광 출사외면(120)은 상기한 수학식 2에서의 3차원 형상 제약 조건을 만족하는 것으로서, 도 13에서의 왼쪽 시뮬레이션 데이터를 참조하면 아래의 수학식 3으로 다시 표현할 수 있다.
(수학식 3)
T = 0x + 3.37y + 3.85z + -0.461x2 + 1.17y2 + 0z2 + 0x3 + 0y3 + 0.0627z3 + 0.127x4 + 0y4 + -0.0922z4 + 0 = 1
여기서, 상기 수식 조건을 살펴보면, x변수의 1차측과 3차측(홀수차항) 오더 계수가 0을 나타내고 있고, y변수의 3차측 오더 계수가 0을 나타내고 있다.
따라서, 상기 광 출사외면(120)은 x,y,z변수 중에서 어느 하나는 홀수차항의 오더 계수가 반드시 0을 만족시키고 있음을 보여주고 있으며, 이는 한쪽으로만 발광이 되는 면광원인 LED의 표면에서 법선방면으로 기함수 형태를 가져야하고, 차선에 수직인 방향으로 가로등이 차선에 빗겨서 설치가 되어 중앙선에서 일정 거리로 틀어져 조명이 설치되어 있으므로 이에 대한 배광보정을 위해서는 차선의 수직방향으로도 기함수 형태를 가져야 하는 반면, 차선 방향으로는 좌우 대칭형의 배광이 필요한 우함수 형태임을 만족하는 조건임을 나타내는 것이다.
이와 같이, 상술한 일 실시예의 구조를 갖는 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈(100)는 편도 4차선의 고속도로용 LED 가로등에 적합하도록 설계된 것으로서, 광폭을 갖는 국내 고속도로 또는 미주나 러시아 등지의 대륙 설치에 적합한 고속도로용 LED 가로등을 제공할 수 있도록 한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 광확산렌즈와 광원인 LED가 어셈블리된 상태에서의 배광곡선을 나타낸 방사패턴 데이터로서, 도 6의 방사패턴에서 보여주는 바와 같이, 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈의 광 제어에 의해 이중 확산처리의 방사패턴을 갖는 배광을 가지고 있음을 보여주고 있다.
이때, 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈가 LED 광원에 대해 X축 방향으로 20~40도의 화각으로 광 조정하는 배광을 수행함을 나타내고 있고, Y축 방향으로 110~130도의 화각으로 광 조정하는 배광을 수행함을 나타내고 있다.
즉, 본 발명은 대칭 구조의 광 입사내면과 비대칭 구조의 광 출사외면을 효과적으로 구조배치 설계함에 따라 X축 방향과 Y축 방향에 대해 이중 화각을 갖도록 광 조정 및 제어하고 있음을 보여주고 있으며, 보다 넓은 폭을 갖는 8차선 고속도로나 대륙 등지에 설치할 수 있는 고속도로용 LED 가로등에 유용한 광확산렌즈로 기능할 수 있음을 보여주고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 광확산렌즈와 광원인 LED가 어셈블리된 상태에서의 광분포밀도를 나타낸 데이터로서, 편도 4차선의 고속도로 폭을 감안하여 높이 12m 및 배열간격 28m로 설치하였을 경우 시뮬레이션 데이터이다.
도 7에서는 X축 방향과 Y축 방향에 대해 각각의 광 조정 및 제어를 수행하고 있음을 보여주고 있으며, 면광원의 형태를 취하고 있고 고속도로 조사면의 타겟 영역에 대해 고른 밝기를 가짐을 보여주고 있어 높은 균제도를 발휘할 수 있음을 보여주고 있다.
특히, 도 7에서 왼쪽 아래의 원형으로 표기된 부분은 X축 방향으로도 광 균일도가 형성됨을 나타내는 부분인데, 이는 아이시클(icicle)형 광조정돌부(111)를 갖는 광 입사내면(110)의 내부 형상에 의해 균일한 광 제어가 수행됨을 보여주는 것으로서, 종래기술에서는 찾아볼 수 없는 부분이다.
한편, 본 발명에서는 고속도로의 차선 폭 및 비구면 적용에 따라 광 출사외면(120)에 있어 X축방향 출사외면(120x) 및 Y축방향 출사외면(120y)에 대한 곡면의 수정 또는 변형작업을 수행할 수 있다 할 것인데, 도 9 및 도 10의 다른 실시예에서 보여주는 바와 같이, X축방향 출사외면(120x)에 대해 볼록형 곡면을 이루되 비대칭 곡면구조를 갖는 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000012
”의 단면형상을 형성하도록 수정 또는 변형이 이루어질 수 있고, Y축방향 출사외면(120y)에 대해 “
Figure PCTKR2013006336-appb-I000013
”의 단면형상을 갖도록 수정 또는 변형이 이루어질 수 있다.
부연하면, 상술한 다른 실시예를 갖는 X축방향 출사외면(120x)과 볼록형 곡면 중심부에 오목형태의 패인 골(121)을 형성시킨 대칭 곡면구조를 갖게 한 Y축방향 출사외면(120y)은 광 입사내면(110)을 통해 광 균일도를 유지하도록 광 제어된 LED의 발산광에 대해 광확산을 더욱 확장 유도할 수 있도록 한 것이다.
여기서, 도 8은 도 9와 도 10의 변형 곡면을 갖는 다른 실시예의 외형도를 나타낸 것이다.
이와 같은, 다른 실시예의 구조를 갖는 본 발명에 의한 LED 광확산렌즈(100)는 편도 2차선의 고속도로용 LED 가로등에 적합하도록 설계된 것으로서, 국내 고속도로 또는 일본이나 유럽 등지의 장소에 적합한 고속도로용 LED 가로등을 제공할 수 있도록 한 것이다.
나아가, 본 발명의 실시예들에 의한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈(100)는 광 출사외면(120)의 X축방향 출사외면(120x)에 대해 비구면 코닉상수 및 비구면계수 등을 조정함으로써 곡면을 수정 또는 변형할 수 있는 것으로서, 광확산렌즈(100)를 통해 X축방향 출사광에 대해 자체적으로 10~30도의 기울기를 형성하도록 휘어져 조사되게 할 수 있고, 때로는 도 11에서 보여주는 예시에서와 같이 광원인 LED와 결합한 LED등기구를 가로등의 수직 폴(pole) 축에 대해 0~30도의 기울기를 형성하도록 설치할 수 있다 할 것이다.
이렇듯, 본 발명에서는 X축방향 출사외면(120x)에 대한 광확산렌즈(100)의 곡면 조정이나 또는 광확산렌즈(100)를 가로등에 기울어지게 설치함에 따라 보다 넓은 타겟 영역을 균일한 밝기로 커버할 수 있게 되며, 고속도로 전용의 LED 가로등에 적합 및 더욱 유용함을 발휘되게 할 수 있다 할 것이다.
게다가, 본 발명의 실시예를 갖는 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈(100)는 X축방향 출사외면(120x)과 Y축방향 출사외면(120y)을 포함하는 비구면에 의한 광 출사외면(120)의 크기 및 곡면 형상을 수정 및 변형함에 따라 고속도로에 설치시 LED 등기구의 배치간격을 조정할 수 있는 등 유용함을 제공할 수 있는 것이다.
도 12는 본 발명에 의한 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈의 또 다른 실시예를 나타낸 외형도로서, LED 광확산렌즈의 전체적인 크기 및 곡면 형상의 변형 예시를 보여주는 것이며, 고속도로의 주변 여건과 차선폭에 따라 적용할 수 있는 일 유형을 나타낸 것이다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 수정과 변형 또는 치환이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
[부호의 설명]
100: LED 광확산렌즈
110: 광 입사내면
110x: X축방향 입사내면 110y: Y축방향 입사내면
120: 광 출사외면
120x: X축방향 출사외면 120y: Y축방향 출사외면
본 발명은 비대칭의 자유곡면 수식을 적용함으로써 균제도(Uniformity ratio of illumination)를 높일 수 있으면서 고속도로의 주변 여건 및 차선 특성에 맞는 LED 가로등으로서 모든 기능을 발휘토록 LED 광원을 제어할 수 있도록 한 것으로서, 산업상 이용 가능성을 갖는 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디(LED) 광확산렌즈에 관한 것이다.

Claims (3)

  1. 몸체 전체가 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성되는 렌즈구조체로 이루어지되;
    상기 렌즈구조체는 몸체의 내측라인을 형성하는 비구면으로 1차적으로 LED 광원의 광 균일도를 유도하기 위한 것이며, 산과 골이 형성되는 굴곡라인의 형태로 파여진 곡면을 이루되 중심부에 광원인 LED 측을 향하여 돌기 배치된 아이시클(icicle)형 광조정돌부를 포함하고, X축방향 입사내면과 Y축방향 입사내면 모두에 “
    Figure PCTKR2013006336-appb-I000014
    ”의 단면형상으로 형성시킨 광 입사내면과;
    상기 몸체의 외측라인을 형성하는 비구면으로 2차 광확산을 유도하여 타겟 영역을 넓게 조명할 수 있도록 한 것이며, X축방향 출사외면이 볼록형 곡면을 이루되 비대칭 곡면구조를 갖는 “
    Figure PCTKR2013006336-appb-I000015
    ”의 단면형상으로 형성되고 Y축방향 출사외면이 볼록형 대칭 곡면구조를 갖는 “
    Figure PCTKR2013006336-appb-I000016
    ”의 단면형상으로 형성되는 광 출사외면; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디(LED) 광확산렌즈.
  2. 몸체 전체가 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성되는 렌즈구조체로 이루어지되;
    상기 렌즈구조체는 몸체의 내측라인을 형성하는 비구면으로 1차적으로 LED 광원의 광 균일도를 유도하기 위한 것이며, 산과 골이 형성되는 굴곡라인의 형태로 파여진 곡면을 이루되 중심부에 광원인 LED 측을 향하여 돌기 배치된 아이시클(icicle)형 광조정돌부를 포함하고, X축방향 입사내면과 Y축방향 입사내면 모두에 “
    Figure PCTKR2013006336-appb-I000017
    ”의 단면형상으로 형성시킨 광 입사내면과;
    상기 몸체의 외측라인을 형성하는 비구면으로 2차 광확산을 유도하여 타겟 영역을 넓게 조명할 수 있도록 한 것이며, X축방향 출사외면이 볼록형 곡면을 이루되 비대칭 곡면구조를 갖는 “”의 단면형상으로 형성되고 Y축방향 출사외면이 볼록형 곡면 중심부에 오목형태의 패인 골을 갖는 대칭 곡면구조로 “
    Figure PCTKR2013006336-appb-I000019
    ”의 단면형상으로 형성되는 광 출사외면; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디(LED) 광확산렌즈.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광 출사외면은,
    아래의 수학식에 대한 비선형의 자유 곡면식으로 나타낼 때,
    x,y,z변수 중에서 어느 하나는 홀수차항의 오더 계수가 반드시 0을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 LED 광확산렌즈.
    (수학식)
    T = ax + by + cz + dx2 + ey2 + fz2 + gx3 + hy3 + iz3 + jx4 + ky4 + lz4 + α= 1
    여기서, α=0 이다.
PCT/KR2013/006336 2012-07-20 2013-07-16 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 광확산렌즈 WO2014014249A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015523004A JP6046252B2 (ja) 2012-07-20 2013-07-16 Ｌｅｄ灯器具
US14/415,801 US9611986B2 (en) 2012-07-20 2013-07-16 LED light-diffusing lens adopting asymmetric free-form surface expression
EP13820607.3A EP2876362A4 (en) 2012-07-20 2013-07-16 LIGHT DIFFUSION LIGHT EMITTING DIODE LENS ADOPTING ASYMMETRIC FREE FORM SURFACE EXPRESSION

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120079105A KR101343563B1 (ko) 2012-07-20 2012-07-20 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 광확산렌즈
KR10-2012-0079105 2012-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014014249A1 true WO2014014249A1 (ko) 2014-01-23

Family

ID=49949025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/006336 WO2014014249A1 (ko) 2012-07-20 2013-07-16 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 광확산렌즈

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9611986B2 (ko)
EP (1) EP2876362A4 (ko)
JP (1) JP6046252B2 (ko)
KR (1) KR101343563B1 (ko)
WO (1) WO2014014249A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015220066A (ja) * 2014-05-16 2015-12-07 伸和エクセル株式会社 発光ダイオード用レンズ

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2801750B1 (en) 2013-05-07 2021-02-17 Goodrich Lighting Systems GmbH LED light unit and method of producing an LED light unit
EP2801749B1 (en) 2013-05-07 2021-09-15 Goodrich Lighting Systems GmbH LED light unit and method of replacing an LED light unit
KR101580742B1 (ko) * 2014-06-20 2015-12-28 엘지전자 주식회사 조명 장치의 렌즈 설계 방법
US10241309B2 (en) 2015-04-14 2019-03-26 Philips Lighting Holding B.V. Forward throw asymmetric optic design
KR101625353B1 (ko) 2016-01-20 2016-06-15 에이펙스인텍 주식회사 비구면을 갖는 광 확산렌즈
KR101625352B1 (ko) 2016-01-20 2016-06-10 에이펙스인텍 주식회사 비구면 광 확산렌즈
TWI610470B (zh) * 2016-06-13 2018-01-01 隆達電子股份有限公司 發光二極體晶片級封裝結構、直下式背光模組及發光裝置的製造方法
KR102623546B1 (ko) 2016-09-23 2024-01-10 삼성전자주식회사 조명용 렌즈, 조명용 렌즈 어레이 및 이를 포함하는 조명 장치
CN108343861B (zh) * 2017-01-24 2020-07-10 清华大学 自由曲面照明系统
US11255513B2 (en) * 2017-03-15 2022-02-22 Northled Aps Asymmetric illumination lens
KR102041019B1 (ko) * 2017-11-27 2019-11-05 한국광기술원 자유곡면 렌즈
CN108227298A (zh) * 2017-12-28 2018-06-29 重庆秉为科技有限公司 基于液晶显示扩展光源的照明设计方法
JP7365625B2 (ja) * 2018-10-10 2023-10-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 照明装置及び照明器具
CN112984415B (zh) * 2021-02-25 2022-09-16 江苏大学 一种led灯偏光透镜结构及led仓库货架灯
KR102416246B1 (ko) * 2022-02-18 2022-07-05 더웨이(주) 식물생장 친화적 가로등

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011044315A (ja) * 2009-08-20 2011-03-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 光学レンズおよびこれを用いた照明器具
US20110235338A1 (en) * 2010-03-29 2011-09-29 Everlight Electronics Co., Ltd. Light emitting device and lens thereof
KR101109581B1 (ko) * 2010-12-01 2012-01-31 노명재 엘이디 광확산용 확장형 아이시클타입 광 조정렌즈
US20120039077A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Fraen Corporation Area lighting devices and methods

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4724618B2 (ja) 2005-11-11 2011-07-13 株式会社 日立ディスプレイズ 照明装置及びそれを用いた液晶表示装置
US7618163B2 (en) * 2007-04-02 2009-11-17 Ruud Lighting, Inc. Light-directing LED apparatus
TWM352000U (en) * 2008-09-19 2009-03-01 Genius Electronic Optical Co Ltd Optic lens emitting light from both lateral sides
TW201200798A (en) * 2010-06-25 2012-01-01 Alliance Optotek Co Ltd Optic element of lighting device and design method thereof
US8331037B2 (en) 2010-08-30 2012-12-11 Edison Opto Corporation Optical lens
US20120051047A1 (en) * 2010-08-30 2012-03-01 Edison Opto Corporation Street lamp

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011044315A (ja) * 2009-08-20 2011-03-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 光学レンズおよびこれを用いた照明器具
US20110235338A1 (en) * 2010-03-29 2011-09-29 Everlight Electronics Co., Ltd. Light emitting device and lens thereof
US20120039077A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Fraen Corporation Area lighting devices and methods
KR101109581B1 (ko) * 2010-12-01 2012-01-31 노명재 엘이디 광확산용 확장형 아이시클타입 광 조정렌즈

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2876362A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015220066A (ja) * 2014-05-16 2015-12-07 伸和エクセル株式会社 発光ダイオード用レンズ

Also Published As

Publication number Publication date
KR101343563B1 (ko) 2013-12-19
JP6046252B2 (ja) 2016-12-14
US20150192256A1 (en) 2015-07-09
EP2876362A4 (en) 2016-04-06
EP2876362A1 (en) 2015-05-27
JP2015531885A (ja) 2015-11-05
US9611986B2 (en) 2017-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014014249A1 (ko) 비대칭 자유곡면 수식을 적용한 엘이디 광확산렌즈
WO2012074208A2 (ko) 엘이디 광확산용 확장형 아이시클타입 광 조정렌즈
TWI607179B (zh) 透鏡陣列、使用透鏡陣列的車燈透鏡組及使用車燈透鏡組的車燈總成
RU2456503C2 (ru) Формирователь светового луча
KR101207517B1 (ko) 엘이디 가로등의 조명효율 향상을 위한 엘이디 광확산렌즈
KR20120093271A (ko) 비대칭 광 빔 발생을 위한 렌즈
CN102317681A (zh) 照明设备和使用该照明设备的照明装置
WO2012091433A2 (en) Secondary optical lens for lamp
WO2013143330A1 (zh) 用于led汽车远光灯的自由曲面光学透镜
WO2013051893A2 (ko) 엘이디 조명장치의 조명방법
US6062710A (en) Light fixture with at least one lens or reflector as image magnifier and a diffuser for reducing glare
WO2010095424A1 (ja) 照明デバイスおよび該照明デバイスを使用した照明装置
WO2012095006A1 (zh) Led灯具配光模块的设计方法
TWI471616B (zh) Lens module for light emitting diode light source
JP6347390B2 (ja) 照明装置
WO2012028083A1 (zh) 匀光反光器的设计方法
WO2010133183A1 (zh) Led光源的非成像光学定向配光透镜
CN219735093U (zh) 一种防眩光三防灯
CN211040856U (zh) 一种防眩光led照明装置
KR20110008876A (ko) 엘이디 조명장치용 아이시클형 광 조정렌즈
WO2014185588A1 (ko) 비구면 조명렌즈
CN210373026U (zh) 一种用于隧道照明的配光装置及照明系统
CN113606506A (zh) 一种偏光透镜led灯
WO2016153157A1 (ko) 집광 조명장치
CN219473486U (zh) 智能灯具

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13820607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015523004

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013820607

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14415801

Country of ref document: US