KR20090106024A - 빔정형을 위한 광학계 조명장치 및 화재시 이를 채용한 센서등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아파트나 건물 계단식,복도식 등에 설치되어 자동으로 점소등되는 일반 센서등이 화재 및 연기 발생시 경보 정보을 감지하는 센서로부터 화재감지신호를 제어부에서 조절하여 주센서등에 전원공급이 차단되고, 빔정형 광학계 조명장치만 점등되는 것으로서 광원 LED으로부터 출사되는 광을 소망하는 지시문자 형태로 빔정형하기 위한 광학계 조명 장치 및 이를 채용한 센서등 조명장치에 관한 것이다.

광학계렌즈, 센서등 빔정형조명장치, 콜리메이팅렌즈, Fresnel Lens, LED, Relay Lens

Description

빔정형을 위한 광학계 조명장치 및 화재시 이를 채용한 센서등{ Optical System Lighting For Beam Shaping And Sensor Lamp Using it when fire occurred}

본 발명은 아파트나 건물 계단식,복도식 등에 설치되어 자동으로 점소등되는 일반 센서등이 화재 및 연기 발생시 경보 정보을 감지하는 센서로부터 화재감지신호를 제어부에서 조절하여 주센서등에 전원공급이 차단되고, 빔정형 광학계 조명장치만 점등되는 것으로서 광원 LED으로부터 출사되는 광을 소망하는 지시문자 형태로 빔정형하기 위한 광학계 조명 장치 및 이를 채용한 센서등 조명장치에 관한 것이다.

본 발명은 화재시 센서등 케이스에 온도 및 연기등을 감지하는 센서로부터 화재감지신호를 제어부에서 조절하여 주센서등이 소등되고, 빔정형 광학계 조명장치만 점등되는 것으로서 광원으로부터 출사되는 광을 소망하는 지시방향을 표시하는 모양 형태로 빔정형하기 위한 광학계 조명장치 및 이를 채용한 센서등에 관한 것이다.

종래에 센서등 화재 감지기는 건물 실내의 천정에 부착 설치되어 화재발생시 화재감지신호를 전송하여 화재경보음 과 전기 정전시 센서등 겸 비상조명등으로만 구성되어있다.

그러나 종래의 화재감지장치는 센서의 감지신호를 처리하는데 오류가 발생하여 화재감지성능이 저하되는 문제점과 화재시 화재경보음이 울리고 비상조명등의 역할을 하더라도 실제 화재 발생시 실내 주변은 연기로 가득 채워져 있어 주변 시야 확보 어렵고 사람의 시각적 방향성을 잃게 되므로 비상시에 사람들이 안전하게 대피할 수 있도록 계단이나 비상통로 입구쪽으로 지시방향 유도표시가 없어 화재시 많은 인명피해를 보고 있는 문제점이 있다. 또한 건물 내부에 피난 유도등 및 통로 유도등이 있어도 설치비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

종래의 조명 광학계 [특허 문헌 1]특개 2007－265687 공보는 종래 기술에 따른 특정 영역을 균일한 조도를 얻기 위한 조명장치의 일예를 보여준다. 특허 문헌 참조하면, 특허 문헌 1에 개시되고 있듯이 광원으로부터 출사되는 광을 콜리메이팅렌즈를 이용하여 평행빛으로 변환해 Fly eye Lens의 각 셀 렌즈에 입사 시켜 각 셀 렌즈로부터 출사하는 빛을 서로 중첩 시켜 특정의 조사 영역을 균일 조도로 조사하는 기술이 차량용 실내 조명 영역으로 알려져 있다.

그러나 종래의 기술은 광원으로부터 가까운 거리에서 조도분포가 균일하지만 먼거리 1mm 이상일 경우는 조도분포가 불균일하고 조도값이 급격히 저하되는 현상이 발생되고 또한 소망하는 모양를 표현하지 못하는 문제점이 있다.

또한 다수의 fly eye Lens의 Cell 곡률반경이 작을수록 그리고 각 Cell의 크기가 클수록 전체 조명계의 길이가 짧아진다. 즉 곡률이 작을수록 초점거리가 짧아져 시스템의 크기를 줄일 수 있으나 정밀조정이 필요하여 조립성이 나빠지는 제 작상의 어려움이 있다.

종래의 기술의 Fly eye Lens에서 CELL LENS를 많이 쓸수록 광원을 잘게 쪼개서 중첩시키므로 가까운 거리에서보다 더 좋은 균일도를 얻을 수 있으나 먼거리 및 원하는 영역을 조명하기 위해서는 그만큼 큰 배율이 필요하므로 전체적인 시스템의 크기가 커지는 현상을 유발하여 가격이 상승하는 문제점이 있으며 CELL LENS의 EDGE 부분에서 발생하는 손실이 그만큼 더 많아지기 때문에 광효율도 저하됨을 동시에 유발한다.

이런 사항은 전체 시스템을 구성함에 있어서 많은 제약을 초래하면 작업성을 떨어뜨리고 광특성이 고르지 못한 광 분포를 얻게 되는 원인이 된다.

전술의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 광의 이용 효율 및 고출력 조명을 극대화 할 수 있도록 빔정형 가능한 광학계를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 빔정형 광학계를 적용하여 전체 광학계의 광축 조정을 정확하게 함으로써 최종 출사면으로부터 출사되는 광을 2m이상 떨어진 지점에서 소망하는 지시방향을 표시하는 모양 형태로 빔정형하기 위한 광학계 조명장치 구현 및 이를 채용하여 센서등에 적용함으로써 화재시 바닥면에 안전방향 유도 표시하여 인명피해를 줄일 수 있는 그 제어 조명장치 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 빔정형을 위한 광학계 조명 장치 및 화재시 이를 채용한 센서등 구조는, 광원으로부터 입사빔을 집속시키는 콜리메이팅렌즈를 빔정형을 위한 광학계 조명 장치 및 화재시 이를 채용한 센서등에 있어서, 광원(LED); 복수의 Fresnel Lens들, 복수의 Relay Lens들 및 상기 광원과 상기 복수의 Fresnel Lens들 사이에 위치한 차광 마스크 및 콜리메이팅렌즈를 포함하고, 상기 복수의 Fresnel Lens들 및 상기 콜리메이팅렌즈 광학계는 센서등 케이스 내부에 장착하여, 온도 및 연기등을 감지하는 센서로부터 화재감지신호를 제어부에서 조절하여 센서등 주광원이 미 점등되고 DC 비상전원부로 회로가 전환 연결되어 광원으로부터 출사되는 광을 소망하는 지시방향을 표시하는 모양 형태로 빔정형하는 광학계 조명장치 및 광학적 특성들을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광학계 조명장치에 의하면, 광학 Lens에 손상을 줄 일 수 있고, 정밀도 고출력 조명빛을 조사할 수 있다. 또한 평행 광이 출사되는 콜리메이팅렌즈를 구비하며 Fresnel렌즈로 입사되는 광선과 Fresnel렌즈으로부터 나오는 광선이 수직을 이루므로, 광원으로부터 출사되는 광을 저렴한 비용으로 빔정형을 할 수 있다.

이에 더하여, 광원과 렌즈들의 광학축들을 서로 수직하게 만들 수 있으므로, 광학적 배치 및 조립을 용이하게 하는 소형의 빔정형 광학계를 적용 하여 센서등에 채용함으로써 기구적으로 심플한 디자인 및 화재시 바닥면에 지시방향 표시 빔정형 조명장치를 구현할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 조명장치는, 본 발명에 따른 빔정형 광학계 조명장치(100)는 광원인 Lens Type 발광다이오드 LED(11)앞에 콜리메이팅렌즈(13) 과 차광마스크(16)과 복수의 제1 Fresnel렌즈(17), 제2 Fresnel(18)과 복수의 Relay Lens(19),(20)을 배치하였다.

콜리메이팅렌즈(13)는 광원 Lens Type 발광다이오드(11)의 발광점에 초점을 맞춘 집광렌즈로서, Lens Type발광다이오드 (11)로부터 발산되는 출사광을 광축(o)에 평행하게 진행시킨다. 콜리메이팅렌즈(13)에 의하여 광축(o)에 평행하게 진행하는 출사광이 차광마스크(16)및 제1Fresnel렌즈(17)와 제2Fresnel렌즈(18),와 Relay Lens(19),(20)을 통과하면, 출사광의 빔정형 형태가 소망하는 지시문자 형태로 빔 정형하기 위한 광학계 조명 장치(100)를 구비한 유니트와; 상기 광학계 조명 장치(100)유니트를 채용한 화재시 센서등(200)조명장치에 사용하여 최종 원하는 빔정형 효과를 얻을 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

도면[1]은 본 발명의 실시예에 따른 광학계 조명장치(100)가 도시되어 있다. 예를 들면, Metal PCB(12)에 광원 Lens Type 발광다이오드(11)로 구성(실장)되어 있고, 렌즈 케이스(22)로 덮여있다. 렌즈 케이스(22)는 검정색 도장 처리가 되어있어서 빛의 손실을 최소화하기 위함이다.

도면[1]은 콜리메이팅렌즈(13)가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 콜로메이팅렌즈(13)는 투명한 재질의 원통형으로서 볼록한 입사면(14)과 볼록한 출사면(15)을 갖는다. 렌즈입사면(14)과 렌즈출사면(15)은 각각 수직 및 수평방향으로 곡률반경이 다르게 설계됨으로써 각각 수직 및 수형방향의 다른 굴절률을 갖는다.

따라서 콜로메이팅렌즈(13)는 Lens Type 발광다이오드(11)앞에 위치하여 광원으로부터 입사되는 발산빔을 평행빔으로 출사시킨다. 그 평행빔은 원형의 단면을 갖는다.본 발명의 따른 Fresnel Lens(17)은, 평행빛으로 변환하는 콜리메이팅렌즈(13)로부터의 출사광이 차광마스크(16)을 통과하여 제1 Fresnel Lens(17)에 입사하고, 출사광이 제1 Fresnel Lens(17)을 투과하여 제2 Fresnel Lens(18)로 빛을 한 곳에 모으는 역할을 수행한다.

여기서 제1 Fresnel Lens(17)은 상을 선명하게 하기 위함이 아니고, 빛을 한 곳에 모으는 역할을 하기 위함이다. 제2 Fresnel Lens(18)은 빔정형된 출사광을 복 수의 Relay Lens(19),(20)로 전달하는 것이 가능하며, 특정의 영역을 균일하게 조사한다. 여기서 Fresnel Lens(17),(18)은 투명한 재질의 PMMA로 구성되어 있다.

상기 도면[1]을 참조하면 상기 복수의 Relay Lens(19),(20)은 제2 Fresnel Lens(18)로부터 출사되어 출사된 집광이 Relay Lens(19),(20)에 투과하여 긴 광경로를 사용시 초점거리를 늘리며 긴 광경로에 따른 광손실 방지하는 광학계 Lens 역할을 한다.

도면[2]에서 ⓐ는 광원으로부터 거리 2m 지점에서 빔정형된 화살표 모양 표시의 균일한 조명빛의 배광패턴을 나타내고 있는 전사모사 및 ⓑ는 광원으로부터 거리 3m 지점에서 빔정형된 화살표 모양 표시의 균일한 조명빛의 배광패턴을 나타내는 전사모사 도표이다.

도면[3]에서 콜리메이팅렌즈(13)로부터 Fresnel Lens(17),(18)로 광 Ray(30) 경로를 나타낸다. 상세히 설명하면, 광원으로 입사된 광 Ray(30)가 콜리메이팅렌즈(13)의 곡률반경을 가진 볼록한 입사면(14)에서 공기보다 큰 굴절률을 가지고 소정 광학 매질로 광빔이 진행 할때, 입사빔에 따른 광 Ray(30)의 투과 및 굴절을 보인 것과 다른 곡률반경을 가진 볼록한 출사면(15)의 소정 광학 재질의 굴절 및 투과 경로를 갖는 광 Ray(30) 진행을 보여준다.

도면[4]은 전체 광학계 조명장치(100)를 3D 모델링으로 도시한 그림이다. 상세히 설명하면, 빛의 손실을 막기 위해 각 광학계 렌즈들은 수차를 최대한 보정하여 진행 하였으며, 초점거리에 맞는 각 렌즈들을 광학계에 위치하여 원하는 지점에 상기도면[2]의 ⒜, ⒝ 조명빛의 배광패턴을 만족하기 위하여 최대한 정밀한 광학 계를 구성하였음을 보여준다.

도면[5]는 빔정형 광학계 조명장치(100) 유니트를 일반 센서등(200)조명장치에 체결한 그림을 보여주고 있다. 간략하게 설명하면, 센서등(200)조명장치에서 주광원 빛이 발산하는 렌즈(101) 및 상기도면[1]에서 예시한 광학계 조명장치(100) 유티트가 체결된 구성으로 되어있다.

도면[6]은 본 발명의 실시예에 따른 제어회로를 이용한 그림 ⓒ는 평상시 제어부에서 주센서등만 조절 점등 구성도를 나타내며, 그림 ⓓ는 비상시 제어부에서 보조센서등 및 빔정형 광학계 조명등만 점등를 조절할 수 있는 장치의 구성을 나타내는 개략적 블록도이다.

도면 [7]에서 도시된 바와 같이, 그림 ⓔ 는 평상시 일반 주센서등 역할을 수행하고, 그림 ⓕ는 비상시 즉 화재 및 연기가 발생할 때 도면[6]의 그림 ⓓ 장치 구성도 처럼 상시전원부 및 주센서등 센서회로가 끊어지고 대신 DC 비상전원부로 회로가 전환 연결되어 일반적 센서등(200)조명장치에 채용된 빔정형 광학계 조명장치(100)유티트가 계속 바닥면에 유도표시 할 수 있는 빔정형 광학계 조명등의 역할을 수행함을 보여준다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었습니다. 당래 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 빔정형 광학계 조명장치를 센서등에 채용 해서 화재시 일반 건물 내부 및 복도통로, 거실통로, 계단통로에 설치된 일반 피난유도등, 통로유도등의 필요가 없게 되어 건물 발주자 및 시행사는 설치비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 조명장치를 위한 전체화재시스템 설치를 위한 비용도 절감할 수 있다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빔정형 광학계 조명 장치의 주요부 단면도.

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ⓐ는 광원으로부터 수직 거리 2m 지점에서 조명빛의 배광패턴 등고선도이며, ⓑ 는 광원으로부터 수직 거리 3m 지점에서 조명빛의 배광패턴 등고선도을 나타내는 전사모사 도표

도3는 본 발명의 콜리메이팅렌즈부터 복수의 Fresnel Lens로 광 Ray 경로를 나타내는 3D 측면도

도4는 본 발명의 실시 형태와 관계되어, 빔정형 광학계 조명 장치의 3D 분해 사시도

도5은 본 발명의 실시 형태와 관계된 빔정형 광학계 조명장치를 일반센서등에 체결한 조명장치의 주요부 단면도

도6의 ⓒ는 평사시 및 ⓓ는 비상시(화재) 점등유무를 나타내는 제어비교 블록도

도7의 ⓔ은 본 발명의 실시 형태와 관계된 빔정형 광학계 조명장치를 체결한 센서등의 주센서등 발광 단면도, ⓕ은 본 발명의 실시 형태와 관계된 빔정형 광학계 조명장치를 체결한 센서등의 빔정형 유도표시조명등의 발광 단면도

Claims (6)

1. 빔정형을 위한 광학계 조명 장치 및 화재시 이를 채용한 센서등에 있어서, 광원(LED); 복수의 Fresnel Lens들 복수의 Relay Lens들 및 상기 광원과 상기 복수의 Fresnel Lens들 사이에 위치한 콜리메이팅렌즈를 포함하고, 상기 복수의 Fresnel Lens들 및 상기 콜리메이팅렌즈 광학계는 센서등 케이스 내부에 장착하여, 온도 및 연기등을 감지하는 센서로부터 화재감지신호를 제어부에서 조절하여 센서등 주광원이 미 점등되고 DC 비상전원부로 회로가 전환 연결되어 광원으로부터 출사되는 광을 소망하는 지시방향을 표시하는 모양 형태로 빔정형하는 광학적 특성들을 갖는 광학계 조명장치시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 Fresnel Lens들 및 상기 콜리메이팅렌즈는, 상기 광원으로부터 실질적으로 원형의 빔을 갖는 광이 출사 되는 경우, 출사되는 광의 조명영역과 동일하게 출사되는 빔정형 광학계.
3. 제1항에 있어서, 상기 콜리메이팅렌즈에서 투과된 광이 상기 복수의 Fresnel Lens부에 입사하여 출사되어 출사된 집광이 상기 복수의 Relay Lens에 투과하여 긴 광경로를 사용시 초점거리를 늘리며 긴 광경로에 따른 광손실 방지하는 광학계 조명장치.
4. 제3항에서 1차 Fresnel Lens에서 투과된 빛 Ray가 2차 Fresnel Lens에 초점거리에 맞게 출사되는 광을 원하는 방향 및 장소로 집중시켜 조도 광분포가 균일한 지시방향을 유도표시하는 모양 형태 빔정형 광학계 조명장치.
5. 제1,2,3,4항에 있어서, 상기 빔정형 광학계 조명장치를 센서등에 체결하여 제어부에서 제어하여 화재시 바닥면에 화살표 방향 유도표시 빔정형 구현 장치.
6. 제 3항에 있어서 상기 발광다이오드(LED)광원으로부터 상기 복수의 렌즈들계를 통해 입사하는 광을 시준(視準)시켜 상기 콜리메이팅렌즈를 포함하는 빔정형광학계

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