KR101236736B1 - Ｌｅｄ용 비구면 렌즈 및 이를 포함한 광원 어셈블리 - Google Patents

Abstract

LED용 비구면 렌즈는, LED를 수용하기 위한 홈을 가지며, 상기 LED로부터 출사된 광을 굴절시킨다. 렌즈는, LED로부터 광이 입사되며, 홈의 형상에 따라 정의되는 입광면; 및 입광면을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면을 포함한다. 렌즈의 제1 방향의 폭은, 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며, 홈의 제1 방향의 폭은, 제2 방향의 폭보다 크고, 홈은 제1 방향을 따라 비대칭의 형상을 갖는다.

Description

ＬＥＤ용 비구면 렌즈 및 이를 포함한 광원 어셈블리{ASPHERICAL LENS FOR A LIGHT EMITTING DIODE AND LIGHT SOURCE ASSEMBLY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 LED용 비구면 렌즈 및 이를 포함한 광원 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도로 근방에 설치되는 조명등의 배광 분포를 향상시키는 LED용 비구면 렌즈 및 이를 포함한 광원 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 조명등은 설치되는 장소에 따라 가로등, 터널등, 횡단보도등, 보안등 기타 여러 가지로 구분된다. 상기 조명등은 각 장소에서의 조명 용도에 따라 적절한 배광 분포를 갖도록 설치된다. 예를 들어, 도로의 중앙 차선에 설치되는 가로등은, 양쪽 차선의 모든 노면을 일정 수준 이상의 밝기로 비추기 위해, 조명등의 광원으로부터 출사된 광이 하향 분산되도록 설치된다. 또한, 차도와 인도가 접하는 도로 근방에 설치되는 가로등은, 차도에는 빛을 밝게, 인도에는 상대적으로 빛을 어둡게 비추기 위해, 광원으로부터 출사된 광이 인도 방향으로 덜 향하도록 외부 반사판에 의해 일방으로만 하향 분산되도록 설치된다.

그러나, 조명등에 구비된 광원으로부터 최초로 출사된 광은, 광원을 덮고 있는 렌즈를 통과하면서 일부 손실되고, 외부 반사판에 의해 반사되면서 나머지 일부가 더 손실되어, 광효율이 저하된다. 또한, 조명등이 주택가 또는 농지의 도로 근방에 설치되는 경우에는, 후사광으로 인해 야간에 불필요하게 빛이 비춰지는 광공해가 발생한다. 대한민국 등록특허 10-0806598 (2008.02.18 공개) 및 대한민국 공개특허공보 10-2011-0064771 (2011.06.15 공개) 등 종래기술을 이용하여 이러한 후사광을 제거하기 위해서는, 넓은 면적을 갖는 부가적인 반사판을 조명등의 외부에 더 구비하여야 한다. 나아가, 도로 근방에 설치되는 조명등에, 종래와 같이 효율이 낮은 메탈 할라이드등(metal halide lamp)을 사용할 경우, 외부의 반사판 없이는 배광 패턴을 조절하기가 어려워, 외부 반사판에 의한 추가 설비 비용 및 에너지 손실이 증가한다. 또한, 조명등이 도로와 같이 어느 일 방향으로 길게 연장되는 조명 공간에 설치되는 경우, 외부 반사판 없이 이에 적합한 배광 분포를 구현하는 것이 매우 어렵다.

한편, 최근에는, 전력 소모가 적으면서도 광도가 우수한, 발광 다이오드(LED; Light-Emitting Diode)를 이용하여 조명등을 구현하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 발광 다이오드를 이용한 조명등에 적합한 LED용 렌즈는 개시되지 않은 한계가 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 선형적 공간을 조명하는 데에 적합한 배광 분포를 구현할 수 있는 LED용 비구면 렌즈를 제공하는 것이다. 또한, 상기 선형적 공간에서, 일 방향에 따른 배광 분포가 비대칭적으로 조절될 수 있는 LED용 비구면 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 LED용 비구면 렌즈를 포함하는 광원 어셈블리를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 LED용 비구면 렌즈는, LED를 수용하기 위한 홈을 가지며, 상기 LED로부터 출사된 광을 굴절시키는 LED용 비구면 렌즈에 있어서, 상기 LED로부터 광이 입사되며, 상기 홈의 형상에 따라 정의되는 입광면; 및 상기 입광면을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면을 포함하며, 상기 렌즈의 제1 방향의 폭은 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며, 상기 홈의 상기 제1 방향의 폭은 상기 제2 방향의 폭보다 크고, 상기 홈은 상기 제1 방향을 따라 비대칭의 형상을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심을 포함하는 제1 영역은, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역보다 곡률이 작을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심을 포함하는 제1 영역은 편평한 형상을 가지며, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역은 소정의 곡률을 갖도록 라운드 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 홈에서, 상기 렌즈가 배치되는 평면으로부터 수직 방향으로 가장 멀리 위치한 상기 입광면의 지점으로 정의되는 입광면 중심은, 상기 렌즈의 중심을 지나며 상기 렌즈가 배치되는 상기 평면에 수직한 법선으로부터 소정의 거리만큼 이격될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심은, 상기 렌즈의 중심을 지나며 상기 렌즈가 배치되는 평면에 수직한 법선으로부터 소정의 거리만큼 이격될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심은, 상기 렌즈의 중심을 지나며 상기 렌즈가 배치되는 평면에 수직한 법선으로부터 제1 거리만큼 이격되고, 상기 홈에서, 상기 렌즈가 배치되는 상기 평면으로부터 수직 방향으로 가장 멀리 위치한 상기 입광면의 지점으로 정의되는 입광면 중심은, 상기 법선으로부터 제2 거리만큼 이격되며, 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리는 상이할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 광원 어셈블리는, 받침 부재; 상기 받침 부재의 상면에 배치되며 광원을 포함하는 광원 유닛; 상기 광원에 인접하여 상기 받침 부재의 상면에 배치되는 반사판; 상기 광원 및 상기 반사판을 수용하여 상기 광원 유닛의 위에 배치되는 비구면 렌즈; 및 상기 비구면 렌즈를 상기 받침 부재에 고정시키도록 상기 받침 부재와 결합하는 덮개 부재를 포함하고, 상기 비구면 렌즈는, 상기 광원으로부터 광이 입사되며, 홈의 형상에 따라 정의되는 입광면; 상기 입광면을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면; 상기 광원 유닛에 인접하는 저면; 및 상기 저면 및 상기 출광면을 연결하며 상기 덮개 부재와 접하는 단턱부를 포함하며, 상기 비구면 렌즈의 제1 방향의 폭은, 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며, 상기 홈의 상기 제1 방향의 폭은, 상기 제2 방향의 폭보다 크고, 상기 홈은 상기 제1 방향을 따라 비대칭의 형상을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 광원은 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 반사판은, 상기 받침 부재의 상면에 대하여 0도와 90도 사이의 각도로 기울어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 받침 부재의 상면은, 상기 덮개 부재와 결합되는 사이에 방수 부재를 수용하기 위한 홈을 포함할 수 있다.

이러한 LED용 비구면 렌즈 및 이를 포함한 광원 어셈블리에 의하면, 도로와 같이 어느 일 방향으로 길게 연장되고, 상기 일 방향에 대하여 수직인 다른 일 방향으로는 길이가 짧은, 선형적 공간을 조명하면서, 상기 다른 일 방향을 따라 비대칭적으로 나타나는 배광 분포를 구현할 수 있다. 또한, 렌즈와 받침 부재의 사이에 수용되는 광원으로부터 출사된 광을, 렌즈에 입광되기 전에 일차적으로 반사시킴으로써, 별도의 외부 반사판을 구비하지 않고도, 지면의 원하는 부분에 광을 집중시켜 높은 광효율 및 조도를 갖는 조명등을 구현하되, 원치 않는 후사광을 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 비구면 렌즈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 LED용 비구면 렌즈의 저면 사시도이다.
도 3a는 도 1의 비구면 렌즈를 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3b는 도 1의 비구면 렌즈를 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6a는 도 4의 광원 어셈블리에 의해 구현되는 배광 분포의 평면도이다.
도 6b는 도 4의 광원 어셈블리에 의해 구현되는 배광 분포의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리를 포함하는 조명등이 도로에 인접한 열을 따라 배치된 경우 구현되는 가상적 배광 분포의 사시도이다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 광원 장치의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 고안의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 비구면 렌즈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 LED용 비구면 렌즈의 저면 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 비구면 렌즈(100)는 LED를 수용하기 위한 홈(160)을 가지며, 상기 LED로부터 출사된 광을 굴절시킨다. 상기 비구면 렌즈(100)는 상기 LED로부터 광이 입사되며 상기 홈(160)의 형상에 따라 정의되는 입광면(120), 및 상기 입광면(120)을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면(110)을 포함할 수 있다. 상기 비구면 렌즈(100)의 제1 방향의 폭은, 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며, 상기 홈(160)의 상기 제1 방향의 폭은, 상기 제2 방향의 폭보다 클 수 있다. 상기 입광면(120) 및 출광면(110)은 후술할 도 3a 및 도 3b를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

비구면 렌즈(100)는 LED를 수용하여 상기 LED로부터 출사된 광을 굴절시킬 수 있다. 상기 비구면 렌즈(100)는 광을 투과시킬 수 있는 유리, 플라스틱 등의 투명한 재질로 구성될 수 있다.

배치면(150)은 상기 비구면 렌즈(100)가 배치되는 가상의 면으로서, 배치면(150)의 일부 영역에 상기 LED가 배치되며, 상기 LED를 수용하도록 상기 비구면 렌즈(100)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 LED는 배치면(150)의 중심(OP) 또는 인접한 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 LED는 배치면(150) 상에서, 상기 비구면 렌즈(100)의 입광면(120)과 상기 배치면(150)이 만나는 경계(E) 내에 배치될 수 있다. 이하, 상기 배치면(150)의 중심을 렌즈의 중심이라 한다.

본 실시예에 따른 비구면 렌즈(100)는 저면(140) 및 단턱부(130)를 더 포함할 수 있다. 저면(140)은 비구면 렌즈(100)의 배치면(150)과 접촉하며, 고리 형상을 가질 수 있다. 단턱부(130)는 후술할 덮개 부재(도 5의 220)와 접하는 부분으로서, 상기 출광면(110) 및 상기 저면(140)을 연결할 수 있다.

도 3a는 도 1의 비구면 렌즈를 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 3b는 도 1의 비구면 렌즈를 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 또한, 도 3a는 Ia 를 좌측에, Ib 를 우측에 향하도록 도시한 단면도이며, 도 3b는 Ia 로부터 Ib 를 바라보도록 도시한 단면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 입광면(120)은 배치면(150)에 배치된 LED로부터 광이 입사되는 면으로서, 배치면(150)으로부터 수직 방향으로 볼록하게 돌출된 형상을 갖는다. 상기 입광면(120)은 홈(160)의 형상에 따라 정의된다. 이하에서는, 배치면(150)으로부터 수직 방향으로 가장 멀리 위치한 입광면(120)의 지점을 입광면 중심(BP)이라 한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 홈(160)의 제1 방향의 폭은 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 크다. 또한, 상기 홈(160)은 상기 제1 방향을 따라 비대칭의 형상을 갖는다. 즉, 입광면 중심(BP)을 포함하도록 배치면(150) 상의 제1 방향을 따라 배치면(150)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제1 곡선(121)의 길이는, 입광면 중심(BP)을 포함하도록 상기 제1 방향에 대해 수직인, 배치면(150) 상의 제2 방향을 따라 배치면(150)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제2 곡선(122)의 길이보다 더 길다. 상기 제1 곡선(121) 또는 상기 제2 곡선(122)은, 입광면 중심(BP)을 기준으로 하여 비대칭의 형상을 가질 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 홈(160)에서, 상기 입광면 중심(BP)은, 상기 렌즈의 중심(OP)을 지나며 상기 배치면(150)에 수직한 법선(151)으로부터 소정의 거리만큼 이격될 수 있다. 즉, 상기 홈(160)은 상기 입광면 중심(BP)이 상기 제1 방향을 따라 한쪽으로 편향될 수 있다. 상기 렌즈의 중심(OP)을 포함하도록 상기 제2 방향을 따라 절단한 단면에는, 상기 입광면 중심(BP)이 아닌, 다른 지점(YP)이 도시될 수 있다. 상기 입광면 중심(BP)이 반드시 상기 렌즈의 중심(OP)으로부터 수직 상 방향에 위치해야 할 필요는 없으며, 실시예에 따라, 상기 입광면 중심(BP)은 배치면(150)의 법선(151)으로부터 일정한 각도로 기울어진 제1 직선(129) 상에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 렌즈의 중심(OP) 및 입광면 중심(BP)을 포함하는 상기 제1 직선(129)은, 배치면(150)의 법선(151)에 대하여, 0도 보다 크되 90도 보다 작은 각도로 기울어질 수 있다.

출광면(110)은 입광면(120)을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 면으로서, 입광면(120)과 같이, 배치면(150)으로부터 수직 방향으로 볼록하게 돌출된 형상을 갖는다. 출광면(110)에는 입광면(120)에 의한 굴절을 무시할 경우, 즉, 배치면(150)에 배치된 LED로부터 광이 바로 출광면(110)에 도달한다고 가정할 경우, 렌즈의 중심(OP)으로부터 출사된 광이 출광면(110)에 도달하는 최단 광 경로의 지점이 존재하는데, 이하에서는 상기 지점을 출광면 중심(AP)이라 한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 비구면 렌즈(100)의 상기 제1 방향의 폭은, 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 상기 제2 방향의 폭보다 작다. 즉, 출광면 중심(AP)을 포함하도록 상기 제1 방향을 따라 배치면(150)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제3 곡선(111)의 길이는, 출광면 중심(AP)을 포함하도록 상기 제2 방향을 따라 배치면(150)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제4 곡선(112)의 길이보다 더 짧다. 실시예에 따라, 상기 출광면(110)은 상기 출광면 중심을 기준으로 하여 상기 제2 방향을 따라 대칭의 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제4 곡선(112)은, 상기 출광면 중심(AP)을 기준으로 하여 대칭될 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 출광면(110)에서, 상기 출광면 중심(AP)은, 상기 배치면(150)에 수직한 법선(151)으로부터 소정의 거리만큼 이격될 수 있다. 즉, 비구면 렌즈(100)는 출광면 중심이 상기 제1 방향을 따라 편향될 수 있다. 상기 렌즈의 중심(OP)을 포함하도록 상기 제2 방향을 따라 절단한 단면에는, 출광면 중심(AP)이 아닌, 또 다른 지점(ZP)이 도시될 수 있다. 출광면 중심(AP)이 반드시 렌즈의 중심(OP)으로부터 수직 상 방향에 위치해야 할 필요는 없으며, 실시예에 따라, 출광면 중심(AP)은 배치면(150)의 법선(151)으로부터 일정한 각도로 기울어진 제2 직선(119) 상에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 렌즈의 중심(OP) 및 출광면 중심(AP)을 포함하는 상기 제2 직선(119)은, 배치면(150)의 법선(151)에 대하여, 0도 보다 크되 90도 보다 작은 각도로 기울어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 상기 출광면 중심(AP) 및 상기 입광면 중심(BP)이 각각, 상기 배치면(150)의 법선(151)으로부터 떨어진 거리는 상이할 수 있다. 상기 제1 직선(129)과 상기 제2 직선(119)이 각각, 상기 법선(151)에 대하여 기울어진 각도는 상이할 수 있다. 상기 제1 직선(129)과 상기 제2 직선(119)이 상기 법선(151)에 대하여 기울어지는 방향(Ia 방향 또는 Ib 방향)은 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 렌즈(100)에서, 상기 출광면(110)에서, 출광면 중심(AP)을 포함하는 제1 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역보다 곡률이 작을 수 있다. 즉, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 출광면 중심(AP)을 포함하며 배치면(150)에 수직인 단면에 의해 형성되는 곡선들은, 출광면 중심(AP)에서의 곡률 반경이 각각의 상기 곡선들 상의 다른 점에서의 곡률 반경보다 크거나 같을 수 있다. 이때, 곡률 반경은 0 이상의 값을 가지며, 이론적으로 평면 위의 점에 대한 곡률 반경은 무한대의 값을 갖는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 렌즈(100)의 출광면(110)에서, 출광면 중심(AP)을 포함하는 제1 영역은 편평한 형상을 가지며, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역은 소정의 곡률을 갖도록 라운드 형상을 가질 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 실시예에 따라, 상기 출광면(110)은 적어도 4개의 타원면(EL1, EL2, EL3, EL4)들을 일부 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 출광면 중심(AP)을 기준으로 하여 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 대하여 대각선 방향에 형성되는 출광면(110)의 곡면들은, 적어도 4개의 타원면(EL1, EL2, EL3, EL4)들의 일부로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서는, 상기 4개의 타원면(EL1, EL2, EL3, EL4)들에 있어서, 타원면(EL1, EL2, EL3, EL4) 위의 임의의 지점으로부터 해당 타원면에 대한 2개의 초점에 이르는 거리의 합이, 실질적으로 모두 동일할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 렌즈(100)는 제1 방향의 폭이 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며, 홈(160)의 상기 제1 방향의 폭이 상기 제2 방향의 폭보다 크고, 상기 홈(160)은 상기 제1 방향을 따라 비대칭의 형상을 갖는다. LED가 렌즈의 중심(OP)에 인접하여 배치되는 경우, 상기와 같은 비구면 렌즈(100)를 통해 굴절되어 출사되는 빛의 배광 분포는, 상기 제2 방향에 대한 배광 길이가 상기 제1 방향에 대한 배광 길이보다 더 길게 형성된다. 또한, 상기 제1 방향에 대한 배광 분포는 비대칭적으로 형성된다. 상기 비구면 렌즈(100)를 통한 배광 분포는 후술할 도 6a 및 도 6b를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리의 분해 사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리(200)는, 수납 용기(230), 상기 수납 용기(230)에 배치되는 광원 유닛(240), 상기 광원 유닛(24)에 포함되는 광원(241)에 인접하여 상기 수납 용기(230)에 포함되는 받침 부재(210)의 상면(211)에 배치되는 반사판(250) 및 상기 광원 유닛(240) 위에 배치되는 비구면 렌즈(100)를 포함한다. 실시예에 따라, 상기 광원 유닛(240) 및 상기 비구면 렌즈(100)의 사이에는, 탄성 부재(미도시됨)가 더 포함되어, 비구면 렌즈(100)가 광원 유닛(240) 위에 견고히 배치되면서, 외부로부터 비구면 렌즈(100)에 가해지는 압력이 완충되도록 할 수 있다.

상기 광원 유닛(240)은 인쇄회로기판 및 상기 비구면 렌즈(100)에 대하여 광을 출사하는 광원(241)을 포함한다. 상기 인쇄회로기판은 외부의 전원공급원으로부터 상기 광원(241)에 전원을 공급하는 커넥터와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 광원(241)은 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.

상기 수납 용기(230)는 받침 부재(210) 및 상기 받침 부재(210)와 결합하는 덮개 부재(220)를 포함한다. 상기 받침 부재(210) 및 상기 덮개 부재(220)와의 사이에는 상기 광원 유닛(240), 상기 반사판(250) 및 상기 비구면 렌즈(100)가 수용된다. 즉, 상기 광원 유닛(240), 상기 반사판(250) 및 상기 비구면 렌즈(100)는 상기 받침 부재(210)의 상면(211)에 배치된다.

실시예에 따라, 상기 받침 부재(210)의 상면(211)의 테두리에 인접한 영역에는, 상기 덮개 부재(220)와 결합되는 사이에 방수 부재(미도시됨)를 수용하기 위한 홈(213)이 포함될 수 있다. 상기 방수 부재는, 상기 광원 어셈블리(200)의 내부로 물이나 먼지 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하도록, 상기 광원 어셈블리(200)의 구성요소들의 결합 부위를 밀폐시키는, 실리콘 수지 등과 같은 재질로 형성될 수 있다.

상기 받침 부재(210)는 상기 광원 어셈블리(200)를 지지하는 지지 부재(미도시됨)에 고정되기 위한 나사결합부(215)를 포함할 수 있다. 나사결합부(215)는 상기 받침 부재(210)의 외측면에 돌출되어, 상하 방향으로 관통되는 나사결합공(216)을 가질 수 있다.

상기 덮개 부재(220)는 걸림 부재(221)의 돌출부(223)가 상기 받침 부재(210)의 걸림부(217)에 걸림에 따라 상기 받침 부재(210)와 결합된다. 덮개 부재(220)의 플랜지부(225)가 상기 비구면 렌즈(100), 상기 반사판(250) 및 상기 광원 유닛(240)의 이탈을 방지시킨다. 상기 덮개 부재(220)는 내측면이 비구면 렌즈(100)의 단턱부(130)와 접함으로써, 상기 비구면 렌즈(100)를 상기 받침 부재(210)에 대하여 견고히 고정시킬 수 있다.

반사판(250)은 상기 광원(241)에서 조사되는 빛을 반사시켜 비구면 렌즈(100) 및/또는 광원 어셈블리(200)의 배광 분포를 조절하는 부분으로서, 상기 광원(241)에 인접하여 받침 부재(210)의 상면(211)에 배치될 수 있다. 상기 반사판(250)은 상기 비구면 렌즈(100)의 입광면(120) 및 상기 받침 부재(210)의 사이에 수용된다. 상기 반사판(250)의 크기 및 모양은 광원 어셈블리(200)로부터 구현하려는 배광 분포에 따라 적절하게 변형될 수 있다. 상기 반사판(250)은 상기 광원 유닛(240)으로부터 조사되어 광원 어셈블리(200)의 후면으로 비춰지는 후사광을 방지하는 기능을 한다. 실시예에 따라, 상기 반사판(250)은 상기 받침 부재(210)의 상면(211)에 대하여 일정한 각도로 기울어지도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 반사판(250)은 상기 받침 부재(210)의 상면(211)에 대하여 0도 보다 크되 90도 보다 작은 각도로 기울어질 수 있다.

비구면 렌즈(100)는, 광원으로부터 광이 입사되며 홈의 형상에 따라 정의되는 입광면(120), 상기 입광면을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면(110), 상기 광원 유닛에 인접하는 저면(140) 및 상기 저면 및 상기 출광면을 연결하며 상기 덮개 부재와 접하는 단턱부(130)를 포함할 수 있다.

상기 입광면(120)은, 입광면 중심(BP)을 포함하도록 상기 받침 부재(210)의 상면(211) 상의 제1 방향을 따라, 상기 받침 부재(210)의 상면(211)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제1 곡선(121)의 길이가, 상기 입광면 중심(BP)을 포함하도록 상기 제1 방향에 대해 수직인 상기 받침 부재(210)의 상면(211) 상의 제2 방향을 따라, 받침 부재(210)의 상면(211)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제2 곡선(122)의 길이보다 더 길도록 수직으로 볼록하게 돌출된 형상을 갖는다. 상기 제1 곡선(121)은 상기 입광면 중심(BP)을 기준으로 하여 비대칭의 형상을 가질 수 있다.

상기 출광면(110)은, 출광면 중심(AP)을 포함하도록 상기 제1 방향을 따라 상기 받침 부재(210)의 상면(211)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제3 곡선(111)의 길이가, 상기 출광면 중심(AP)을 포함하도록 상기 제2 방향을 따라 상기 받침 부재(210)의 상면(211)에 대하여 수직으로 자른 단면에 의해 형성되는 제4 곡선(112)의 길이보다 더 짧도록 수직으로 볼록하게 돌출된 형상을 갖는다.

상기 저면(140)은, 상기 광원 유닛(240)에 인접하며 상기 받침 부재(210)의 상면(211) 위에 배치될 수 있다. 상기 단턱부(130)는, 상기 저면(140) 및 상기 출광면(110)을 연결하며 상기 덮개 부재(220)와 접할 수 있다.

도 6a는 도 4의 광원 어셈블리에 의해 구현되는 배광 분포의 평면도이다. 도 6b는 도 4의 광원 어셈블리에 의해 구현되는 배광 분포의 횡단면도이다.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리(200)로부터 광을 외부로 출사시키는 경우, 배광 분포는 상기 제1 방향(세로축)으로 비춰지는 길이보다 상기 제2 방향(가로축)으로 비춰지는 길이가 더 길게 형성된다. 또한, 상기 배광 분포에서 광이 집중되는 영역은, 평면도 상의 렌즈의 중심(OP), 즉, (0,0)을 기준으로 하여 상하 및/또는 좌우가 비대칭적으로 나타날 수 있다. 도 6a에서는, (0,0)을 기준으로 하여 상하가 비대칭적인 배광 분포가 도시되었다. 즉, 도 6a에서는, 광원 어셈블리(200)의 반사판(250)에 의해 광원(241)으로부터 출사되는 후사광(본 실시예에서, 평면도 상의 (0,0)보다 아래에 조사되는 광)을 반사시킴으로써, (0,0)을 기준으로, 하부 보다는 상부로 더 넓게 빛이 조사되는 배광 분포가 구현되었다. 또한, 도 6a에서는, 상기 제2 방향(가로축)으로의 배광 길이가 상기 제1 방향(세로축)으로의 배광 길이보다 더 길게 형성되는 배광 분포가 구현되었다. 따라서, 도로 등과 같이 어느 일 방향(즉, 가로축)으로 길게 연장되고, 상기 일 방향에 수직인 다른 일 방향(즉, 세로축)으로 짧게 연장되는 선형적 공간을, 광원을 이용하여 비추는 경우, 상기와 같은 광원 어셈블리(200)를 통해 광을 굴절시킴으로써, 광원 어셈블리의 외부에 별도의 반사판을 구비하지 않고도, 상기 선형적 공간을 조명하는 데에 적합한 배광 분포를 구현할 수 있다. 또한, 도로 근방의 조명등과 같이, 도로 쪽의 노면으로는 높은 밝기의 빛을 조사하되, 도로에 인접한 후방 쪽의 노면으로는 낮은 밝기의 빛을 조사하거나 또는 빛이 조사되지 않도록 할 수 있다.

도 6b에서는 광원으로부터 출사된 광의 배광 분포를 상기 제1 방향(세로축)을 따라 자른 횡단면에 있어서, 광도(intensity)가 50% 이상인 지점을 기준으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리(200)를 통해 광을 출사시키는 경우(실선) 및 통상적인 렌즈를 통해 광을 출사시키는 경우(점선)가 각각 도시되었다. 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리(200)를 통해 광을 출사시키는 경우(실선)가 통상적인 렌즈를 통해 광을 출사시키는 경우(점선)에 비해 상기 제1 방향으로 보다 좁은 각도로 조명되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리(200)에 포함된 반사판(250)으로 인해, 어느 일방(도 6b의 좌측)으로는 빛이 조사되지 않고 차단되며, 다른 일방(도 6b의 우측)으로 빛이 더 잘 조사되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 광원 어셈블리(200)를 이용한 가로등을 구현할 경우, 상기 제2 방향을 따라 길게 연장되는 도로에 대하여, 도로의 외곽(도 6b의 좌측)이 아닌, 도로의 노면 측(도 6b의 우측)에 빛이 더 집중되도록 조명할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리를 포함하는 조명등이 도로에 인접한 열을 따라 배치된 경우 구현되는 가상적 배광 분포의 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리(200)를 포함하는 조명등이 도로에 인접한 열을 따라 소정의 간격으로 배치되는 경우, 상기 도로의 방향으로는 배광 분포가 넓으면서, 상기 도로에 수직인 방향으로는 배광 분포가 상대적으로 좁은 조명 영역(R1)에 대하여 광을 집중시켜 조사할 수 있다. 또한, 상기 도로에 수직인 방향을 따라, 상기 도로의 노면 측으로는 배광 분포가 상대적으로 넓으면서 밝기가 높고, 상기 도로의 외곽(W1, W2)으로는 배광 분포가 상대적으로 좁으면서 밝기가 어둡도록 광을 집중시켜 조사할 수 있다. 나아가, 상기 조명등이 소정의 간격으로 배치됨에 따라, 인접한 조명 영역(R2)과 중첩되는 영역(S1)에서도 높은 밝기로 광을 조사할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 도로와 같이 어느 일 방향으로 길게 연장되고, 상기 일 방향에 대하여 수직인 다른 일 방향으로는 길이가 짧은, 선형적 공간을 조명하면서, 상기 다른 일 방향을 따라 비대칭적으로 나타나는 배광 분포를 구현할 수 있다. 또한, 렌즈와 받침 부재의 사이에 수용되는 광원으로부터 출사된 광을, 렌즈에 입광되기 전에 일차적으로 반사시킴으로써, 별도의 외부 반사판을 구비하지 않고도, 지면의 원하는 부분에 광을 집중시켜 높은 광효율 및 조도를 갖는 조명등을 구현하면서, 원치 않는 후사광을 제거할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 비구면 렌즈 110: 출광면
120: 입광면 130: 단턱부
140: 저면 150: 배치면
160: 렌즈의 홈
200: 광원 어셈블리 210: 받침 부재
220: 덮개 부재 230: 수납 용기
240: 광원 유닛

Claims (10)

1. LED를 수용하기 위한 홈을 가지며, 상기 LED로부터 출사된 광을 굴절시키는 LED용 비구면 렌즈에 있어서,
   상기 LED로부터 광이 입사되며, 상기 홈의 형상에 따라 정의되는 입광면; 및
   상기 입광면을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면을 포함하며,
   상기 렌즈의 제1 방향의 폭은, 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며,
   상기 홈의 상기 제1 방향의 폭은, 상기 제2 방향의 폭보다 크고,
   상기 홈은 상기 제1 방향을 따라 비대칭의 형상을 갖는 LED용 비구면 렌즈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심을 포함하는 제1 영역은, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역보다 곡률이 작은 것을 특징으로 하는 LED용 비구면 렌즈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심을 포함하는 제1 영역은 편평한 형상을 가지며, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역은 소정의 곡률을 갖도록 라운드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 LED용 비구면 렌즈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 홈에서, 상기 렌즈가 배치되는 평면으로부터 수직 방향으로 가장 멀리 위치한 상기 입광면의 지점으로 정의되는 입광면 중심은, 상기 렌즈의 중심을 지나며 상기 렌즈가 배치되는 상기 평면에 수직한 법선으로부터 소정의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 LED용 비구면 렌즈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심은, 상기 렌즈의 중심을 지나며 상기 렌즈가 배치되는 평면에 수직한 법선으로부터 소정의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 LED용 비구면 렌즈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 출광면에서, 상기 렌즈의 중심으로부터 출사된 광이 상기 출광면에 도달하는 최단 광 경로의 지점으로 정의되는 출광면 중심은, 상기 렌즈의 중심을 지나며 상기 렌즈가 배치되는 평면에 수직한 법선으로부터 제1 거리만큼 이격되고,
   상기 홈에서, 상기 렌즈가 배치되는 상기 평면으로부터 수직 방향으로 가장 멀리 위치한 상기 입광면의 지점으로 정의되는 입광면 중심은, 상기 법선으로부터 제2 거리만큼 이격되며,
   상기 제1 거리 및 상기 제2 거리는 상이한 것을 특징으로 하는 LED용 비구면 렌즈.
7. 받침 부재;
   상기 받침 부재의 상면에 배치되며 광원을 포함하는 광원 유닛;
   상기 광원에 인접하여 상기 받침 부재의 상면에 배치되는 반사판;
   상기 광원 및 상기 반사판을 수용하여 상기 광원 유닛의 위에 배치되는 비구면 렌즈; 및
   상기 비구면 렌즈를 상기 받침 부재에 고정시키도록 상기 받침 부재와 결합하는 덮개 부재를 포함하고,
   상기 비구면 렌즈는,
   상기 광원으로부터 광이 입사되며, 홈의 형상에 따라 정의되는 입광면;
   상기 입광면을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면;
   상기 광원 유닛에 인접하는 저면; 및
   상기 저면 및 상기 출광면을 연결하며 상기 덮개 부재와 접하는 단턱부를 포함하며,
   상기 비구면 렌즈의 제1 방향의 폭은, 상기 제1 방향과 평면 상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며,
   상기 홈의 상기 제1 방향의 폭은, 상기 제2 방향의 폭보다 크고,
   상기 홈은 상기 제1 방향을 따라 비대칭의 형상을 갖는 광원 어셈블리.
8. 제7항에 있어서,
   상기 광원은 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 어셈블리.
9. 제7항에 있어서,
   상기 반사판은, 상기 받침 부재의 상면에 대하여 0도와 90도 사이의 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 광원 어셈블리.
10. 제7항에 있어서,
    상기 받침 부재의 상면은, 상기 덮개 부재와 결합되는 사이에 방수 부재를 수용하기 위한 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 어셈블리.
    

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