KR101115513B1 - 도로용 조명기구의 배광 장치와 그 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 광원으로부터 방사되는 빛을 노면에 고르게 분포시킬 수 있도록 하여 노면의 조도 및 균제도 등을 향상시킬 수 있도록 하는 도로용 조명기구의 배광 장치와 그 형성 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 반사갓의 상부면에 형성된 홈으로 이루어진 LED 광원 안착부와, 적어도 하나 이상의 절곡 지점에 의해 구분되는 적어도 하나 이상의 반사갓 세그먼트로 형성되어, LED 광원에서 방사되어 나오는 빛을 반사시키는 전면부로 하향 반사시키는 포물형 반사갓 하단부 및, LED로부터 수평으로 방사되는 빛을 하향 반사시키고, 상향하는 빛을 제어하기 위한 포물형 반사갓 상단부를 포함하여 구성되고, 전체적으로 LED로부터 방사되는 빛을 집광 형태로 하향 반사시켜서 노면을 조명해 주는 것을 특징으로 한다.

Description

도로용 조명기구의 배광 장치와 그 형성 방법{Light Distribution Apparatus of Illumination Instruments for Road and Fabricating Method Thereof}

본 발명은 도로용 조명기구의 배광 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 노면으로 최대한 많은 빛을 고르게 분포시켜 줌으로써 노면 조도와 균제도를 확보하며, 조명기구에서 나오는 빛이 운전자의 시야에 도달하지 않게 함으로써 눈부심을 억제할 수 있도록 해 주는 도로용 조명기구의 배광 장치와 그 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량이 통행하는 도로에서는 야간에 도로를 이용하는 운전자의 시야를 확보할 수 있도록 하기 위해 도로를 조명하는 도로조명용 조명기구가 설치되어 있어야 한다. 이러한 도로용 조명용 기구는 등주식 가로등기구로서, 도로의 갓길 밖의 가장자리에 0.8m～1.0m 정도의 높이에 설치되어, 광원에서 방사되는 빛을 도로에 대해 수직한 방향으로 비춰주도록 되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 도로용 조명기구는 광원에서 방사되는 빛이 도로에 대해 수직으로만 조명하도록 되어 있어서 노면에 많은 빛을 고르게 분포시켜서 방사하지 못하도록 되어 있다는 문제점이 있다. 또한, 조명기구의 설치 간격이나 조사 높이에 따라 빛의 양에 차이를 발생시켜서 노면에 얼룩을 형성시키기도 하는 등 균제도 측면에서도 문제점이 발생하기도 한다.

이에, 근래에는 반영구적으로 사용가능한 LED(발광 다이오드) 광원의 장점을 적극 활용하여 LED 광원에 적합한 도로조명용 기구의 배광 장치에 대한 개발이 절실히 요망되는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 LED 광원으로부터 방사되는 빛을 노면에 고르게 분포시킬 수 있도록 하여 노면의 조도 및 균제도 등을 향상시킬 수 있도록 하는 도로용 조명기구의 배광 장치와 그 형성 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치에 따르면, 반사갓의 상부면에 형성된 홈으로 이루어진 LED 광원 안착부와, 적어도 하나 이상의 절곡 지점에 의해 구분되는 적어도 하나 이상의 반사갓 세그먼트로 형성되어, LED 광원에서 방사되어 나오는 빛을 반사시키는 전면부로 하향 반사시키는 포물형 반사갓 하단부, LED로부터 수평으로 방사되는 빛을 하향 반사시키고, 상향하는 빛을 제어하기 위한 포물형 반사갓 상단부를 포함하여 구성되고, 전체적으로 LED로부터 방사되는 빛을 집광 형태로 하향 반사시켜서 노면을 조명해 주는 것을 특징으로 하는 도로용 조명기구의 배광 장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, LED 광원에서 방사되어 입사되는 빛을 모두 전면으로 하향 반사시키도록 포물형 곡면으로 형성하되, 초점이 이동되어야 하며, 포물형 곡면은 하기 수학식

-y = 4ax²

(여기서, y는 포물 곡선의 궤적, a는 포물 곡선의 시작점에서 초점까지의 거리, x는 포물 곡선의 시작점에서 이격된 거리)에 기초하여 형성되며,

반사갓 하단부의 각 세그먼트 기울기의 결정에 있어서 하기 수학식

φ = 1/2 (γ - δ)

(여기서, φ는 반사갓 세그먼트의 기울기 각도, γ는 광원에서 방사되는 빛의 수직각, δ는 반사갓 세그먼트에서 반사되어 나오는 빛이 수직선과 이루는 각도)에 기초하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배광 장치의 형성 방법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 도로용 조명기구의 광원으로서 LED를 적용하고, LED에서 방사되는 빛을 효율적으로 제어하여 노면에 고르게 조명되도록 함으로써, 도로조명에서 요구하는 조도와 균제도를 향상시킬 수 있다는 효과를 갖게 되고, 조명이 요구되는 노면에만 도달되도록 설계되어 있어서 운전자에게 눈부심을 유발시키지 않으면서 후방으로 퍼지는 빛을 없앨 수 있다는 효과를 갖게 된다.

도 1은 본 발명에서 적용되는 LED 광원의 등간격 분할에 대한 예를 도시한 도면,
도 2는 LED 광원으로부터 방사되는 빛을 전면 하향시켜 반사되도록 하기 위해서 초점이 이동한 포물 곡선의 단면 설계 과정을 보여주는 도면,
도 3은 포물면과 이어지는 두 개의 반사갓 세그먼트 부의 설계 과정을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치에 대한 측면부 형상을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치의 형상에 의해 빛이 진행하는 방향을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치의 형상을 설명하기 위한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치의 형상을 설명하기 위한 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 배광 장치를 도로의 갓길 바깥쪽 노면으로부터 일정 높이 위에 설치하고, 2차선 도로에 조명하는 상황을 예시적으로 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치에 대한 배광 곡선을 개략적으로 묘사한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치에 의한 1차선과 2차선의 평균 조도, 전반적인 균제도를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치에서는 사용 광원으로써 LED 광원을 적용하게 되는데, LED는 매우 작은 광원이기 때문에 광학제어 부품이 소형으로 구현 가능하다. LED가 매우 작은 광원이기는 하지만, 실제 LED 소자의 발광 특성에 의해서 그 발광 형태는 이상적인 점광원과는 매우 다르다.

광학 제어를 위한 광학 설계 시 이를 무시한다면 큰 오차를 발생시킬 수 있다. 오차를 줄이기 위해서는 2차 광학계로부터 LED의 거리가 멀어지게 되면 점광원으로 가정하는 것이 허용되지만, 실질적인 광학 설계에 있어서 초점 조절이 자유로울 수 있어야 하고, 미세한 광도의 차이에 의해 목표 배광과의 차이가 커지게 되므로 LED를 점광원으로 가정하는 것에는 무리가 있을 수 있다.

본 발명에서는 LED를 측광한 IES 파일을 분석하고, 하기에 나타낸 zonal constant factor, Ωγ1-γ2 = 4πIγsin((γ2 - γ1)/2)sin((γ2 + γ1)/2) (여기서, Ωγ1-γ2는 γ1-γ2 각도 사이의 광속, γ1-γ2는 수직각, Iγ는 γ 각도에서의 광도)를 곱하여 각도별 광속을 구한 후 목표 배광을 만족시키도록 광속을 재분배해서 최종적으로 반사갓의 기울기를 결정해주는 방법을 이용한다.

도 1은 본 발명에서 적용되는 LED 광원의 등간격 분할에 대한 예를 나타낸 것이고, 도 2는 LED 광원으로부터 방사되는 빛을 전면 하향시켜 반사되도록 하기 위해서 초점이 이동한 포물 곡선의 단면 설계 과정을 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2에 따르면, LED에서 방사되는 빛의 지향각을 기준으로 반사갓의 곡면을 설계하는 것이 바람직하다.

이는 기본적으로 포물선의 식인 수학식1에 기초하여야 한다.

여기서, y는 포물 곡선의 궤적이고, a는 포물 곡선의 시작점에서 초점까지의 거리, x는 포물 곡선의 시작점에서 이격된 거리이다.

도 3은 포물면과 이어지는 두 개의 반사갓 세그먼트 부의 설계 과정을 보여주는 도면으로서, 두 개의 직선 세그먼트는 하기의 수학식2에 기초하여 형성된다.

여기서, φ는 반사갓 세그먼트의 기울기 각도이고, γ는 광원에서 방사되는 빛의 수직각, δ는 세그먼트에서 반사되어 나오는 빛이 수직선과 이루는 각도(즉, 보내고자 하는 수직각)이다.

도 4는 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치에 대한 측면부 형상을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배광 장치의 하단부는 LED 광원에서 방사되어 입사되는 빛을 모두 배광 장치의 전면부로 하향하여 반사하도록 전체적인 포물형 곡면을 형성하게 된다.

반사갓의 상단부는 상향하는 빛을 제어하기 위해서 LED로부터 수평으로 방사되는 빛을 하향 반사시킴에 의해, 반사갓에서 반사된 빛들이 도로를 향해 조사됨으로써 노면의 조도가 고르게 분포되도록 해 준다.

따라서, 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치의 형상에 의해 빛이 진행하는 방향은 도 5에 도시된 바와 같이 나타나게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치의 형상을 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치의 형상을 설명하기 위한 단면도로서, 동 도면에서는 LED로부터 방사되는 빛들이 배광 장치로 인해서 어느 방향으로 진행해 나가는지를 보여준다.

본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치는, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 반사갓의 상부면에 홈으로 이루어진 LED 광원 안착부가 형성되어 있고, 그 LED 광원 안착부의 하단으로 LED 광원에서 방사되어 나오는 빛을 반사시키는 포물형 반사갓이 형성되어 있다.

상기 포물형 반사갓의 하단부는 LED를 형성하는 칩과 LED를 감싸는 돔에 직면하도록 되어 있으며, LED에서 방사되는 빛을 전면부로 하향 반사시키게 된다.

상기 포물형 반사갓은 일정 간격으로 복수의 절곡 지점을 가짐에 의해 하단으로 갈수록 포물형 형상을 갖게 되는데, 상기 LED 광원 안착부로부터 하단으로 갈수록 각각의 절곡 지점에 의해 구분되는 제1반사갓 세그먼트(A)와, 제2반사갓 세그먼트(B), 제3반사갓 세그먼트(C)로 이루어지는데, 상기 제1반사갓 세그먼트(A)와 제2반사갓 세그먼트(B)는 제1절곡 지점에 위해 구분되고, 상기 제2반사갓 세그먼트(B)와 상기 제3반사갓 세그먼트(C)는 제2절곡 지점에 의해 구분된다.

상기 제1반사갓 세그먼트(A)는 방사되는 빛을 수직각 80°부근으로 평행 반사시킬 수 있도록 되어 있고, 상기 제2반사갓 세그먼트(B)는 수직선에 대해 44°의 각도로 기울어져 있으며, 제3반사갓 세그먼트(C)는 수직선에 대해 53°의 각도로 기울어져 있다.

한편, 상기 반사갓의 상단부(D)는 상향하는 빛을 제어하기 위해서 LED로부터 수평으로 방사되는 빛을 하향 반사시키도록 되어 있는데, 상향하는 빛을 제어하기 위해서 수평선에 대해 7°의 각도로 기울어져 있도록 형성되어 있다.

여기서, 상기 반사갓은 플라스틱과 같은 합성 수지의 재질을 압축 성형하여 형성하고, 반사 표면에는 알루미늄 도장을 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배광 장치의 상단부에는 두 개의 홈을 형성하여 기구에 체결 시 나사로 고정할 수 있도록 되어 있으며, 상단 후면에는 반사갓의 고정틀이 형성되어 있고, 하단부에는 배광 장치를 고정하기 위한 두 개의 지지대가 돌출 형성되어 있다.

그 다음에, 도 8은 본 발명에 따른 배광 장치를 도로의 갓길 바깥쪽 노면으로부터 일정 높이 위에 설치하고, 2차선 도로에 조명하는 상황을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치에 대한 배광 곡선을 개략적으로 묘사한 도면이다.

도 8에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 도로용 조명기구의 배광 장치를 도로의 갓길 바깥쪽, 즉 노면으로부터 약 90cm 높이 위에 설치하고, 2차선 도로(차선 폭 대략 3.5m)에 조명하는 상황을 모의하여 나타내었고, 그 상황에서의 배광 장치의 배광 곡선은 도 9에 나타난 바와 같다.

한편, 상기 도 8에 도시된 바와 같은 조건에서 시뮬레이션을 행한 결과는 도 10에 도시된 바와 같이 나타나게 되는데, 도 10에서는 1차선과 2차선의 평균 조도와 전반 균제도를 시뮬레이션한 결과에 따른 값들을 제시하고 있다.

도 10로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 도로용 조명기구 배광 장치는 2차선의 도로 노면에 고른 조도 분포를 내 준다는 것을 확인할 수 있다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (7)

1. 반사갓의 상부면에 형성된 LED 광원 안착부와;
   적어도 하나 이상의 절곡 지점에 의해 구분되는 적어도 하나 이상의 반사갓 세그먼트로 형성되어, LED 광원에서 방사되어 나오는 빛을 반사시키는 전면부로 하향 반사시키는 포물형 반사갓 하단부; 및
   LED로부터 수평으로 방사되는 빛을 하향 반사시키고, 상향하는 빛을 제어하기 위한 포물형 반사갓 상단부
   를 포함하고,
   상기 포물형 반사갓 하단부의 포물 곡선은 하기 수학식
   -y = 4ax²
   (여기서, y는 포물 곡선의 궤적, a는 포물 곡선의 시작점에서 초점까지의 거리, x는 포물 곡선의 시작점에서 이격된 거리)에 기초하여 형성되고,
   전체적으로 LED로부터 방사되는 빛을 집광 형태로 하향 반사시켜서 노면을 조명해 주는 것을 특징으로 하는 도로용 조명기구의 배광 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. LED 광원에서 방사되어 입사되는 빛을 모두 전면으로 하향 반사시키도록 포물형 곡면으로 형성하되, 초점이 이동되어야 하며, 포물형 곡면은 하기 수학식
   -y = 4ax²
   (여기서, y는 포물 곡선의 궤적, a는 포물 곡선의 시작점에서 초점까지의 거리, x는 포물 곡선의 시작점에서 이격된 거리)에 기초하여 형성되며,
   반사갓 하단부의 각 세그먼트 기울기의 결정은 하기 수학식
   φ = 1/2 (γ - δ)
   (여기서, φ는 반사갓 세그먼트의 기울기 각도, γ는 광원에서 방사되는 빛의 수직각, δ는 반사갓 세그먼트에서 반사되어 나오는 빛이 수직선과 이루는 각도)에 기초하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배광 장치의 형성 방법.
   
   

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