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LED는 기존의 일반 조명광원과 달리 집속성이 강한 광특성 때문에 조명광원으로 사용하기 위해서는 풀어야할 몇몇 가지 기술적 문제가 있다. 그 중 가장 큰 문제는 LED 조명기구의 배광 형태와 기존 조명기구의 배광 형태의 차이이다. 특히, 그리고 기존의 형광램프 조명기구를 대체하기 위한 실내용 LED 조명기구로는 평면형태의 LED 조명기구와 기존의 형광램프 조명기구의 배광 형태는 큰 차이를 보인다. 이와 같은 평면 LED 조명기구를 다양한 공간이나 불균일한 조명 환경에 적용하기 위해서는 LED 조명기구의 광학설계가 필요하다. LED 조명기구의 광학설계에 있어서 기존의 반사판 광학설계만으로 다양한 배광 형태의 구현이 어렵기 때문에 프리즘이나 렌즈의 광학설계를 통한 배광 제어가 필요하다. 오늘날 다양한 광학설계 소프트웨어의 개발과 발전으로 시간과 시행착오가 많이 줄어들긴 하였지만 조명기구 광학설계를 통해 다양한 공간에 필요한 배광 구현하기 위해서는 시간과 시행착오가 다소 소요된다. 이러한 시간과 시행착오는 최적화 설계를 통해 많이 줄일 수 있다. 이에 본 연구의 목적은 평면 프리즘 LED 조명기구 배광수치모델의 ...

LED는 기존의 일반 조명광원과 달리 집속성이 강한 광특성 때문에 조명광원으로 사용하기 위해서는 풀어야할 몇몇 가지 기술적 문제가 있다. 그 중 가장 큰 문제는 LED 조명기구의 배광 형태와 기존 조명기구의 배광 형태의 차이이다. 특히, 그리고 기존의 형광램프 조명기구를 대체하기 위한 실내용 LED 조명기구로는 평면형태의 LED 조명기구와 기존의 형광램프 조명기구의 배광 형태는 큰 차이를 보인다. 이와 같은 평면 LED 조명기구를 다양한 공간이나 불균일한 조명 환경에 적용하기 위해서는 LED 조명기구의 광학설계가 필요하다. LED 조명기구의 광학설계에 있어서 기존의 반사판 광학설계만으로 다양한 배광 형태의 구현이 어렵기 때문에 프리즘이나 렌즈의 광학설계를 통한 배광 제어가 필요하다. 오늘날 다양한 광학설계 소프트웨어의 개발과 발전으로 시간과 시행착오가 많이 줄어들긴 하였지만 조명기구 광학설계를 통해 다양한 공간에 필요한 배광 구현하기 위해서는 시간과 시행착오가 다소 소요된다. 이러한 시간과 시행착오는 최적화 설계를 통해 많이 줄일 수 있다. 이에 본 연구의 목적은 평면 프리즘 LED 조명기구 배광수치모델의 최적화 알고리즘의 개발이다. 먼저, 본 연구에서는 최적화 알고리즘의 기본이 되는 평면 LED 조명기구의 배광수치모델 알고리즘을 개발하였다. 그리고 평면 프리즘 LED 조명기구 배광수치모델 알고리즘의 사용 가능성을 검증하기 위해 현재 상용화된 조명기구 광학설계 소프트웨어 중 하나인 Phtopia 2.0과 동일한 조건으로 시뮬레이션 하여 서로의 결과를 비교하였으며, 그 결과 거의 동일한 결과가 도출됨을 알 수 있었다. 또한 다양한 형태의 배광 제어를 할 수 있는 방법으로 단위 프리즘 각도군의 설정을 제안하였다. 그리고 본 연구에서는 평면 프리즘 LED 조명기구의 목표 배광을 얻기 위한 평면 프리즘의 최적화 각도를 구하기 위하여 최적화 방법론으로서 마이크로 유전알고리즘(micro genetic algorithms) 이론을 제시하였다. 또한 본 연구에서 개발한 배광수치모델을 바탕으로 마이크로 유전알고리즘과 접목시켜 목표 배광을 얻을 수 있는 최적화된 평면 프리즘의 각도를 도출할 수 있는 최적화 알고리즘을 개발하였다. 그리고 최적화 알고리즘을 통해 도출된 단위 프리즘 각도군의 각도와 동일한 시뮬레이션 조건으로 Phtopia 2.0 시뮬레이션 결과 목표 배광과 유사한 배광 형태가 도출됨으로써 본 연구에서 개발한 최적화 알고리즘의 사용 가능성을 검증하였다. 이와 같이 목표 배광을 얻기 위한 평면 프리즘 조명기구의 광학설계에 있어서 최적화 알고리즘 개발을 통해 소요되는 많은 시행과 오차를 줄일 수 있으며, 평면 프리즘 LED 조명기구을 이용하여 다양한 배광 형태 구현을 위한 최적화 프리즘 각도의 도출에 따라 다양한 공간에 적용 가능한 평면 프리즘 LED 조명기구의 광학설계가 가능하다. 그리고 평면 프리즘 LED 조명기구 배광수치모델의 최적화 알고리즘을 통해 평면 프리즘을 이용한 LED 조명기구의 개발을 더욱 향상시킬 수 있을 것이라 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

LED(Light Emitting Diode) lighting is often presented as the lighting technology of the future for object lighting and even for general lighting. However, there are several differences between existing luminaires and the luminous intensity distribution of a LED luminaire. So the optical engineer the...

LED(Light Emitting Diode) lighting is often presented as the lighting technology of the future for object lighting and even for general lighting. However, there are several differences between existing luminaires and the luminous intensity distribution of a LED luminaire. So the optical engineer then faces the challenging problem of designing for a spatially extended and non-uniform light source. Thus optical design is very important for the LED luminaires, and a new approach is necessary to conduct the optical design of planar LED luminaires. Most planar LED luminaires use the “Lambertian” luminous intensity distribution curve. This differs from the “Bat-wing” luminous intensity distribution curve(spreading sideward) found in current generally-used fluorescent luminaires. Consequently, the control of the “Lambertian” distribution curve is necessary to apply a planar LED luminaire to various spaces or to a non-uniform lighting environment. Control of the “Lambertian” distribution curve of a planar LED luminaire is practicable by installing optical parts, such as a lens and prism. The optical design of luminaries has been performed using a combination of ray-tracing techniques and trial-and-error experimentation to obtain a target luminous intensity distribution. The advent of faster computer capabilities allows luminaire optical designers to quickly perform the optical design process. However, time and a great deal of experience are still required. The numbers of trials and errors can be significantly reduced by developing optimization algorithms. This study develops a numerical model of planar LED luminaires for controlling luminous intensity distribution. This numerical model can predict the change of luminous intensity distribution by tracing the behavior of photons which pass through a prism, emitted from a light source. The luminous intensity distribution of planar LED luminaires is totally dependent on the angles of prism. With a variety of prism angles, the luminous intensity distribution can be varied to satisfy the purpose of such luminaires. However, the determination of the prism angle is not an easy task. Since 1960, various optimization techniques such as evolution strategies, simulated evolution, genetic algorithms, and simulated annealing were developed to solve the issue of optimization. GA(genetic algorithm) was applied in a wide range of studies for solving optimization problems. The study of optimized planar prism design for planar prism LED luminaire, however, has not been researched in the lighting field. So this study aims to develop an optimization algorithm of a numerical model for luminous intensity distribution of planar LED luminaire that is to find optimized prism angle. This optimization algorithm used the micro genetic algorithm technique which improved forms of the GA, which have been applied in a number of fields. This algorithm can derive the optimized angle of a prism to get the target luminous intensity distribution of planar prism LED luminaires. An efficient optical design was performed by excluding a mutation parameter (operator of genetic algorithm) and setting the crossover rate with the restart operation to 1.0. Luminous intensity distribution control which is more diverse than the uniformed prism angle settings was also enabled by setting the unit prism angle zones as optimization variables. To obtain a target luminous intensity distribution, in the process of the optical design of planar prism luminaires, the numbers of trials and errors can be significantly reduced by applying optimization algorithms. Also, an optical design of the planar prism LED luminaires applicable to different spaces - depending on the optimized prism angle - may be used for implementing diverse shapes of luminous intensity distributions with planar prism LED luminaires. The development of planar prism-based LED luminaires may be further accelerated using this optimization algorithm of the numerical model for luminous intensity distribution of the planar prism LED luminaires.

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