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비대칭 배광을 갖는 LED 스포츠 조명 반사경 설계
Design of a Reflector for LED Light Sources with Asymmetric Light Distribution 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.29 no.6, 2018년, pp.253 - 261  

서진희 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  조예지 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  이현화 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  서재영 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  전원균 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  이한율 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  강동화 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  정미숙 (한국산업기술대학교 나노광공학과)

초록
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본 논문은 비대칭 배광을 가지는 LED 광원용 반사경 설계 방법에 대한 연구를 진행하였다. 스포츠 경기에서 광원을 중심으로 대칭 배광을 갖는 조명은 선수와 관중이 광원을 직접적으로 바라보게 되어 눈부심을 발생시키는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최적 기울기 각도를 도출하여 비대칭 배광을 갖는 반사경 설계를 진행하였다. 이후 테니스장 조명 규격에 맞게 배치하여 성능 분석을 진행하였고 유럽 표준 조명 등급의 Class 1을 만족하는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we study a method of designing a reflector for LED light sources with an asymmetric light distribution. In a sports game, lighting with a symmetric distribution makes the athlete and spectators look directly at the light source, so it can cause glare. We derive the optimal tilt angle ...

주제어

#비대칭 배광   #반사판   #조명 광학  

표/그림 (31)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 기존 메탈 할라이드 스포츠 조명을 LED 광원으로 대체하여 비대칭 배광을 갖도록 반사경 설계 방법을 제시하고, 설계된 등기구를 유럽 표준화 위원회(CEN)의 Class 1 조명 등급을 만족하도록 테니스장 규격에 맞추어 배치하여 성능을 분석하고자 한다.
  • 본 논문에서는 조명 기구의 배치 각도, 높이, 간격에 따른 평균 수평 조도, 균제도를 고려하여 Class 1 조명 등급을 목표로 배치를 진행하고자 한다[7].
  • 본 논문은 비대칭 배광을 가지는 LED 광원용 반사경 설계 방법에 대한 연구를 진행하였다. 스포츠 경기에서 광원을 중심으로 대칭 배광을 갖는 투광등 조명은 선수와 관중이 광원을 직접적으로 바라보게 되어 눈부심을 발생시키는 문제점이 있다.
  • 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 기존 1000 W 메탈 할라이드 조명을 600 W급 LED로 대체하여 광원을 중심으로 비대칭 배광을 가지는 반사경 설계를 진행하였다. 설계는 반사경을 상면과 측면으로 나누어 상면에서는 목표하는 비대칭 각도를, 측면에서는 조도를 만족할 수 있도록 반사경의 최적 기울기 각도를 도출하여 설계를 진행하였다.

가설 설정

  • 평균 수평 조도(Eh average)란 전체 경기 영역(total playing area) 표면에서 측정된 수평 조도 평균값의 최소 허용치를 의미하며 조명 기구의 배치 각도, 높이에 영향을 받는다. 관중과 선수가 경기의 진행 상황을 따라갈 수 있도록 높은 가시성을 확보하기 위해서 평균 수평 조도는 충분히 높아야 한다. 균제도(uniformity of illuminance)는 전체 경기 영역표면에서 측정된 수평 조도 분포의 균일한 정도를 의미한다.
  • 그림 4는 흔히 사용되는 비대칭 조명용 반사경의 형상으로 광원에서 나온 빛을 반사시켜 아래로 향하게 하는 역할을 한다. 반사경의 길이가 길어지면 광원에서 나온 빛이 맞는 반사면이 늘어나 설계의 자유도가 증가한다. 하지만 길이가 과도하게 길어지면 광원에서 나온 빛이 반사경에 반사되지 않고 바닥면으로 그대로 진행되어 배광 분포 형성에 어려움이 생길 수 있으며 직접광으로 인한 눈부심이 발생할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비대칭 배광을 가지는 스포츠 조명의 장점은? 그림 2는 비대칭 배광을 가지는 스포츠 조명으로 광원을 중심으로 비대칭 배광 분포를 가진다. 조명의 비대칭 각도는 조도의 분포를 고려하여 50° 이상, 선수의 시선 높이에 따른 눈부심을 고려하여 60° 이하로 설정하며 비대칭 배광을 가지는 경우 조명 기구의 tilt 없이 설치가 가능하여 눈부심을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
비대칭 배광을 갖는 스포츠 조명이 필요한 이유는? 스포츠 경기에서 선수와 관중에게 광원이 직접 보이게 되면 눈부심이 발생하여 화이트 아웃 현상이 나타나게 된다. 이는 선수들의 운동 능력 저하와 경기 집중을 방해할 수 있으므로 광원이 직접 노출되지 않도록 비대칭 배광을 갖는 스포츠 조명이 요구된다. 특히 공이 빠르게 움직이는 스포츠 중 하나인 테니스는 공에 따라 선수 및 관중들의 시선이 이동하기 때문에 적절한 조명을 설계 및 배치하는 것이 필수적이다.
메탈 할라이드 조명의 단점은? 스포츠 경기에서 광원을 중심으로 대칭 배광을 갖는 투광등 조명은 선수와 관중이 광원을 직접적으로 바라보게 되어 눈부심을 발생시키는 문제점이 있다. 또한 기존 스포츠 조명에 널리 사용되는 메탈 할라이드 조명의 경우 유지보수 비용과 전력 소모량이 높다는 단점이 있다.
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참고문헌 (8)

  1. M.-W. Lee and H. Kim, "LED optical design for asymmetrical light distribution realization," J. KIIEE 23, 27-30 (2009). 

  2. Y.-W. Lee, "Comparative characteristics of the high capacity LED's electric power consumption for substituting the metal-halide lighting fixtures," Chungnam National University (2013), pp. 49-56. 

  3. B.-M. Yoon, S.-J. Lee, G.-S Choi, J.-C. Lee, and D.-H. Park "Optical property of LED module along reflector material by simulation," KIEE 2006(7), 1669-1670 (2006). 

  4. M.-W. Lee, "LED secondary optics design of asymmetrical light distribution for road lighting luminaire," J. KIIEE, 28, 35 (2009). 

  5. T.-Y. Park, J.-S. Kim, H.-S. Kim, and M.-S. Oh, "A study of shielding plate development for backlight control: with a main focus on 50W misaligned LED luminaires," Kangwon National University (2014), pp. 1-8. 

  6. J.-S. Lee, H.-J. Park, J.-H. Seo, Y.-J. Jeong, S.-Y. Kim, H.-W. Ra, and M.-S. Jung, "A study of reflector design method for low road illumination," Korean J. Opt. Photon. 28, 273-280 (2017). 

  7. European Committee for Standardization, "Light and lighting - sports lighting," British Standards Institution, 389 Chiswick High Road, London, United Kingdom (2008), p. 26. 

  8. I.-C. Park, "(A) Study on the lighting placed in small indoor playground," Hongik University (2014), pp. 19-24. 

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