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문제 정의
- 2중 반사경 구조의 2차 광학계를 설계하기에 앞서, 제 1 반사경만을 사용한 광학계의 특성을 살펴 보았다. 제 1 반사경은 포물면에 가까운 타원면으로서 원뿔 상수는 -0.
- 따라서 본 연구에서는 좁은 광속각을 갖는 기존 2차 광학계의 문제점들을 살펴보고, 이들 문제를 해결하기 위해 2개의 반사경으로 구성된 2차 광학계 구조를 활용하는 방안을 제시하였다. 제안된 구조를 통해 광학계의 실제 크기(높이)를 축소하였으며, 광원 크기와 광속각의 관계를 고려하여 제 1 반사경의 규격을 결정하고 두 가지 반사경의 상대적 배치 및 크기를 조정함으로써 satellite ring 발생을 억제할 수 있었다.
- 포물면 거울인 제 1 반사경에 의해 LED 패키지로부터 큰 각도로 방출되는 광속을 제어하고, 제 1 반사경 내부에 놓이는 제 2 반사경으로 LED 패키지로부터 작은 각도로 방출되는 광속을 제어하는 개념이다. 본 연구에서는 PAR30 램프 대체 목적의 LED 조명광학계 설계에 제안된 2차 광학계 구현 개념을 적용함으로써 그 타당성을 검증하고자 한다. 이러한 목적에 따라 2차 광학계의 크기를 지지물 등이 삽입될 것을 고려하여 지름 80 mm 이하, 높이 40 mm 이하로 제한하였으며, 제한된 크기는 단일 광학계에 적용되는 식(1)의 이론적 한계보다 작은 크기에 해당한다.
가설 설정
- 이러한 목적에 따라 2차 광학계의 크기를 지지물 등이 삽입될 것을 고려하여 지름 80 mm 이하, 높이 40 mm 이하로 제한하였으며, 제한된 크기는 단일 광학계에 적용되는 식(1)의 이론적 한계보다 작은 크기에 해당한다. LED 조명광학계는 지름이 14.5 mm인 COB-type LED 패키지를 사용한다고 가정하였으며, 조명 성능으로 15도 이내의 광속각과 80% 이상의 광속 효율을 설정하였다.
- 그림 1은 유한한 방출면을 가지는 광원과 하나의 렌즈로 구성된 2차 광학계에 있어서 광원 크기와 광속각이 가지는 개략적인 관계를 보이는 그림이다. 평행 광속을 만들기 위해 초점거리 f 인 렌즈의 초평면에 반경 r 인 LED 광원이 놓여 있다고 가정하자. 만일 광원 테두리에서 방출되어 렌즈 중심부를 통과하는 광선이 광축과 θ의 각도를 이룬다면, 2차 광학계를 지나 외부로 방출된 광선들은 최대 2θ의 각 범위로 발산하게 될 것이다.
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