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입사면 및 상기 입사면으로 입사된 광선이 출사되는 중앙 출사면을 포함하는 중앙 굴절부; 및상기 중앙 굴절부의 양측에 구비되되, 상기 입사면과 굴곡을 이루며 연결된 입사 측면, 상기 입사 측면으로 입사되어 진행한 광선을 전반사 시키는 전반사면 및 상기 중앙 출사면과 굴곡을 이루며 연결되고 상기 전반사면에서 전반사된 광선이 출사되는 주변 출사면을 포함하는 주변 전반사부; 를 포함하고,회전축을 기준으로 축 대칭을 이루며,상기 입사면, 입사 측면, 중앙 출사면 및 주변 출사면은 자유형상면으로 이루어진 것을 특징으로 하고,상기 입사면 및 입사 측면으로 입사된 광선을 상기 출사면의 전방에 위치한 타겟면(target plane)에 도달하게 해주는 TIR(Total Internal Reflection) LED 렌즈를 설계하는 방법으로서,(a) 3차원 좌표계의 원점을 LED 광원으로 전제하고, Z축을 회전축으로 설정하여, 상기 입사면과 Z축과의 교점인 입사점과 상기 중앙 출사면과 Z축과의 교점인 출사점을 임의로 설정한 상태에서, 상기 LED 광원에서 나온 광선이 Z축과 이루는 각도인 방출각 를 증가시켜가되 상기 입사면으로 광선이 입사될 수 있는 경계 방출각인 까지 증가시켜가면서 상기 입사면과 중앙 출사면의 형상점들을 순차적으로 결정하는 방식으로 중앙 굴절부를 형성하는 단계; 및(b) 상기 방출각 를 부터 상기 입사 측면으로 입사된 광선이 상기 전반사면에서 전반사되고 상기 주변 출사면으로 출사되어 상기 타겟면에 도달할 수 있는 최대 방출각인 까지 증가시켜가면서 상기 입사 측면, 전반사면 및 주변 출사면의 형상점들을 순차적으로 결정하는 방식으로 주변 전반사부를 형성하되,상기 입사 측면에서의 굴절, 상기 전반사면에서의 전반사 및 상기 주변 출사면에서의 굴절로부터 각각 유도되는 3개의 미분방정식과 수렴 조명 모델(convergent illumination model)과 프레넬 손실(Fresnel loss) 최소화 조건으로부터 유도되는 미분방정식 및 임의의 조건으로부터 얻어지는 미분방정식을 연립하여 구한 해를 이용하여 상기 입사 측면, 전반사면 및 주변 출사면의 형상점들을 순차적으로 결정하는 방식으로 주변 전반사부를 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 특징으로 하는 TIR LED 렌즈 설계 방법
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제1항에서,상기 전반사면은 자유형상면으로 이루어지지 않은 것을 특징으로 하는 TIR LED 렌즈 설계 방법
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제1항에서,상기 (b) 단계의 임의의 조건은,상기 전반사면에서 전반사된 광선이 상기 주변 출사면으로 입사하며 Z축과 이루는 각도로 정의되는 진행각 를 아래의 [식 1]과 같이 정의하고,[식 1]( 및 는 각각 상기 방출각이 인 광선이 상기 주변 출사면에 입사될 때와 출사될 때의 진행각)상기 와 를 결정하는 상기 전반사면과 상기 주변 출사면의 교점 좌표 및 상수 를 사전 설정한 것임을 특징으로 하는 TIR LED 렌즈 설계 방법
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제4항에서,상기 (b)단계 후,(c) 상기 (a)단계에서 형성한 중앙 굴절부의 중앙 출사면의 끝점과 상기 (b)단계에서 형성한 주변 전반사부의 주변 출사면의 끝점이 일치되지 않는 경우 상기 (b)단계를 상기 전반사면과 상기 주변 출사면의 교점 좌표 및 상수 를 재설정하며 1회 이상 반복하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 TIR LED 렌즈 설계 방법
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제1항에서,상기 (b)단계는,상기 LED 광원부터 입사점까지 거리를 R, 상기 입사 측면으로 입사하는 광선이 X축과 반시계 방향으로 이루는 각도를 , 상기 입사 측면으로부터 상기 전반사면 사이의 거리를 lab 및 상기 전반사면으로부터 상기 주변 출사면까지의 거리를 lbc라고 할 때,상기 입사 측면에서의 굴절, 상기 전반사면에서의 전반사 및 상기 주변 출사면에서의 굴절로부터 각각 유도되는 3개의 미분방정식은 아래의 [식 2] 내지 [식 4]와 같고, 수렴 조명 모델(convergent illumination model)과 프레넬 손실(Fresnel loss) 최소화 조건으로부터 유도되는 미분방정식은 아래의 [식 5]와 같은 것을 특징으로 하는 TIR LED 렌즈 설계 방법
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