KR101262662B1 - 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 led 매립형 항공등화 - Google Patents

반달형 포물경 리플렉터를 이용한 led 매립형 항공등화 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포물경을 반으로 자른 반달형 포물경 리플렉터를 사용하여 광원에서 방출되는 빛 중에서 상부로 향하는 부분을 제거하고 활주로 매립형 등기구 내부에 장착된 프리즘을 통과시켜 항공등화 광각 규정에 만족하는 광각과 광도를 갖도록 할 수 있는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화에 관한 것으로서, 포물경의 중심축을 지나는 지름을 따라 반으로 자른 형태의 반달형 포물경 리플렉터(10)와; 상기 반달형 포물경 리플렉터(10)의 초점 F에 광축에 수평으로 설치되는 광원(20)과; 상기 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되는 빛을 굴절시키는 프리즘(30)을 포함하여 구성되어 포물경을 반으로 잘라 상향하는 빛을 제거하여 종래의 원형 리플렉터에서 반사한 빛이 배광판에 상하방향으로 퍼지지 않도록 하고 광원을 초점에서 광축에 평행하게 설치하여 광원에서 방사되는 빛의 70% 이상을 리플렉터에서 반사되어 프리즘에 입사되도록 하여 광도를 증가시키고 항공등화의 광각규정에 적합한 배광곡선을 얻을 수 있다.

Description

반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화{LED embeded type airfield lighting device using a half paraboloidal mirror reflector}
본 발명은 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포물경을 반으로 자른 반달형 포물경 리플렉터를 사용하여 광원에서 방출되는 빛 중에서 상부로 향하는 부분을 제거하고 활주로 매립형 등기구 내부에 장착된 프리즘을 통과시켜 항공등화 광각 규정에 만족하는 광각과 광도를 갖도록 할 수 있는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화에 관한 것이다.
항공등화는 항공기의 안전운항을 위해 설치된 등화 또는 조명시설의 총칭으로서 항공기의 비행중, 특히 이착륙시 항공기의 안전운항을 돕기 위해 지상이나 항공기에 설치한다.
항공등화는 항공보안시설의 일부로서 이러한 등화시설은 항공기의 안전운항에 직결되는 것이기 때문에 국제민간항공기구(ICAO)는 협약기술 제14부속서에서 등화시설의 용도 ·성능 ·형상 ·설치방법 ·관리요건 등을 규정하여 이를 의무화하고 있으며, 세계 각국은 이에 근거하여 관련시설의 규격을 제정하여 사용하고 있다.
비행장의 항공등화시설의 설치 및 관리의 효율화를 기하고 항공등화 시설의 안정성과 신뢰성을 확보하기 위하여 야간에 사용하려는 비행장에는 그 비행장의 특징이나 시각보조 시설 또는 비시각 보조시설이 비행장의 위치를 명확하게 구분할 수 있는지 여부를 고려하여 운용상 필요한 경우 항공등화를 설치한다.
각 항공등화의 광도는 도 1에 도시된 바와 같이 배광곡선에 따라야 한다. 곡선의 형태는 좌우로 퍼진 타원형으로서 그 방정식은 타원형 방정식 (x2)/(a2) + (y2)/(b2)에 의한다.
그러나 종래의 항공등화의 배광곡선은 상하 종방향으로 더 긴 지름을 갖는 형태이어서 항공등화의 광각 규정에 적합하지 않은 문제점이 있었다.
도 1에 종래의 원형 리플렉터를 사용한 활주로 매립형 등기구의 단면도가 도시된다.
종래의 원형 리플렉터(1)는 도시된 바와 같이 엘이디(2)에서 방사된 빛이 상기 원형 리플렉터(1)의 하부 반구에서 반사하여 직진하면서 프리즘(3)을 통과한다. 상기 프리즘(3)을 통과한 빛은 앙각 θ로 진행하여 상하 종방향으로 길게 퍼지는 배광곡선을 형성하여 광각규정을 만족시키지 못하는 원인이 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 본 발명의 목적은 리플렉터의 형상을 포물경을 반으로 자른 반달형으로 형성하여 원형 리플렉터의 하부 반구에서 반사되는 빛을 제거하여 항공등화의 광각규정에 적합한 배광곡선을 갖도록 할 수 있는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 리플렉터의 형상을 반달형 포물경으로 형성하고, 광원을 광축의 초점에 수평으로 설치하여 광원에서 방사되는 빛이 반달형 포물경에 의해 평행으로 진행하도록 하여 반달형 포물경의 광도 감소를 보상할 수 있는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화는 포물경의 중심축을 지나는 지름을 따라 상,하 반으로 잘라 상반부만을 사용하여 상기 하반부에 의한 상향하는 빛을 제거한 형태이고, 광원의 중심 "O"로부터 0° 내지 135°이내의 각도로 방사되는 빛이 반사되도록 하는 반달형 포물경 리플렉터와; 상기 반달형 포물경 리플렉터의 초점 F에서 광축에 수평으로 설치되는 광원과; 상기 반달형 포물경 리플렉터에서 반사되는 빛을 굴절시키는 프리즘을 포함하여 구성된다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 반달형 포물경 리플렉터는 그 단면이 포물선이고, 상기 포물선의 방정식은
Figure 112012108278889-pat00001
인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 광원의 중심 "O"로부터 135°이상의 각도로 방사되는 빛은 반달형 포물경 리플렉터에서 반사되지 않고 프리즘의 입사면에 직접 입사된 후 전반사되어 소멸되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 반달형 포물경 리플렉터에서 반사되어 광축 X에 대해 평행하게 진행하는 빛은 상기 프리즘의 입사면에 대해 직각으로 입사하여 굴절없이 프리즘의 내부를 진행하고, 프리즘의 방출면에서 방사되는 빛은 착륙각도 3°와 같아지도록 하기 위해 광축 X와 평행하게 진행하는 빛을 굴절시켜 {광축의 각도(30°)-빛의 굴절각 = 3°}가 되도록 프리즘의 방출면의 각도 θ2를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 포물경을 반으로 잘라 상향하는 빛을 제거하여 종래의 원형 리플렉터에서 반사한 빛이 배광판에 상하방향으로 퍼지지 않도록 하고 광원을 초점에서 광축에 평행하게 설치하여 광원에서 방사되는 빛의 70% 이상을 리플렉터에서 반사되어 프리즘에 입사되도록 하여 광도를 증가시키고 항공등화의 광각규정에 적합한 배광곡선을 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 원형 리플렉터를 사용한 활주로 매립형 등기구의 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터에 의해 광원에서 방사된 빛이 반사되는 경로를 나타내는 단면도,
도 3a는 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터의 중심을 지나는 직선을 따라 자른 단면도,
도 3b는 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터의 광원에서 방사되는 빛의 경로를 나타내기 위해 중심을 지나는 직선을 따라 자른 단면도,
도 3c는 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터의 프리즘의 방출면과 지평면에서 방사되는 빛의 경로를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화의 배광곡선이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터에 의해 광원에서 방사된 빛이 반사되는 경로를 나타내는 단면도가 도시된다.
본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화(100)는 포물경의 중심축을 지나는 지름을 따라 반으로 자른 형태의 반달형 포물경 리플렉터(10)와; 상기 반달형 포물경 리플렉터(10)의 초점 F에서 광축에 수평으로 설치되는 광원(20)과; 상기 반달형 포물경 리플렉터에서 반사되는 빛을 굴절시키는 프리즘(30)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 LED 매립형 항공 등화(100)의 반달형 포물경 리플렉터(10)는 그 단면이 도 3에 도시된 바와 같이 포물선이고, 상기 포물선의 방정식은
Figure 112012108278889-pat00002
이고, 반달형 포물경 리플렉터(10)의 초점 F에 광원(20)이 반달형 포물경 리플렉터(10)의 광축 X 위에 평행하게 설치된다. 따라서 상기 광원(20)은 점광원처럼 볼 수 있고, 상기 광원(20)에서 방사되는 빛은 초점 F에서 방사되는 빛으로 가정할 수 있다.
도 3b에 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터의 광원에서 방사되는 빛의 경로를 나타내기 위해 중심을 지나는 직선을 따라 자른 단면도가 도시된다.
초점 F를 지나는 빛은 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사된 후 광축 X와 평행하게 진행한다. 그러나 도 3b에 도시된 바와 같이 광원(20)의 중심 "O"로부터 135°이상의 각도로 방사되는 빛은 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되지 않고 프리즘(30)의 입사면(31)에 직접 입사된 후 전반사되어 소멸되도록 구성한다.
여기서 광원(20)의 중심 "O"로부터 135°이상 180°의 각도에서 방사되는 빛이 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되지 않고 소멸되므로 광원(20)에서 방사되는 빛의 45°/ 180°=1/4 이 등화에 사용되지 않아 효율이 떨어진다.
그러나 광원(20)의 중심 "O"로부터 135°이상에서 방사되는 빛이 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되도록 하여 효율을 높이기 위해서는 반달형 포물경 리플렉터(10)의 길이 L 이 증가하여 항공 등기구의 크기가 커질 수 있다.
도 3c에 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터의 프리즘의 방출면과 지평면에서 방사되는 빛의 경로를 나타내는 단면도가 도시된다.
상기 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되어 광축 X에 대해 평행하게 진행하는 빛은 프리즘(30)에 입사되고, 상기 프리즘(30)의 입사면(31)은 광축 X에 대해 직각으로 형성되어 있기 때문에 상기 빛은 상기 프리즘(30)의 입사면(31)에 대해 직각으로 입사하여 굴절없이 프리즘(30)의 내부를 진행한다.
프리즘(30)의 방출면(32)에서 방사되는 빛은 착륙각도 3°와 같아지도록 하기 위해 광축 X(수평면 H에 대해 30°의 각을 이루고 설치됨)와 평행하게 진행하는 빛을 굴절시켜 광축의 각도-빛의 굴절각 = 3°가 되도록 프리즘(30)의 방출면(32)의 각도 θ2를 결정하여 빛의 굴절각 θ3가 27°가 되도록 결정한다.
즉 프리즘(30)의 재질은 유리이고, 빛이 공기에서 유리로 진행할 때 굴절율은 1.5이므로 프리즘(30)의 방출면(32)에서의 굴절율은 유리에서 공기로 진행할 때의 굴절율(빛이 공기에서 유리로 진행할 때 굴절율의 역수)이고, 다음식으로 표현된다.
sin (방출면 입사각)/sin(방출면 굴절각)=sin θ2/sin θ3= 1/1.5
따라서 상기 식에 의해 프리즘(30)의 방출면(32)의 기울어진 각도 θ2를 정하여 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화(100)의 배광곡선을 얻는다.
도 4에서 하늘색 선이 본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화(100)의 배광곡선(40)이다. 본 발명에 의한 매립형 항공 등기구(100)의 배광곡선(40)은 최소 주광원 구간(41)에서 평균 5000 cd 이상의 광도 조건을 충족시키고, 2번째 최소 주광원 구간(42)에서 최소 주광원 구간(41)의 10%에 적합한 500 cd 이상의 광도 조건을 충족시키고, 3번째 최소주광원 구간(43)에 포함되고 최소 주광원 구간(41)의 5%에 적합한 250 cd 이상의 광도 조건을 충족시켜 항공등화의 광각 규정에 적합하게 제작할 수 있다.
본 발명에 의한 반달형 포물경 리플렉터(10)는 포물경을 반으로 잘라 상향하는 빛을 제거함으로서 종래의 원형 리플렉터 사용시 리플렉터에서 반사한 빛이 배광판에 상하방향으로 퍼져서 맺히고 광도도 적합하지 않게 되어 광각규정에 미달하는 문제를 포물경을 반으로 자른 반달형 포물경을 리플렉터로 사용하여 종래의 리플렉터의 배광판에 상하방향으로 퍼져서 맺히고 광도도 적합하지 않은 문제점을 해결하였다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위내에 있게 된다.
10: 반달형 포물경 리플렉터 20: 광원
30: 프리즘 31: 프리즘의 입사면
32: 프리즘의 방출면

Claims (4)

  1. 포물경의 중심축을 지나는 지름을 따라 상,하 반으로 잘라 상반부만을 사용하여 상기 하반부에 의한 상향하는 빛을 제거한 형태이고, 광원(20)의 중심 "O"로부터 0° 내지 135°이내의 각도로 방사되는 빛이 반사되도록 하는 반달형 포물경 리플렉터(10)와;
    상기 반달형 포물경 리플렉터(10)의 초점 F에 광축에 수평으로 설치되는 광원(20)과;
    상기 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되는 빛을 굴절시키는 프리즘(30)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반달형 포물경 리플렉터(10)는 그 단면이 포물선이고, 상기 포물선의 방정식은
    Figure 112012108278889-pat00003

    인 것을 특징으로 하는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광원(20)의 중심 "O"로부터 135°이상의 각도로 방사되는 빛은 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되지 않고 프리즘(30)의 입사면(31)에 직접 입사된 후 전반사되어 소멸되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 반달형 포물경 리플렉터(10)에서 반사되어 광축 X에 대해 평행하게 진행하는 빛은 상기 프리즘(30)의 입사면(31)에 대해 직각으로 입사하여 굴절없이 프리즘(30)의 내부를 진행하고,
    상기 프리즘(30)의 방출면(32)에서 방사되는 빛은 착륙각도 3°와 같아지도록 하기 위해 광축 X와 평행하게 진행하는 빛을 굴절시켜 {광축의 각도(30°)-빛의 굴절각 = 3°}가 되도록 프리즘(30)의 방출면(32)의 각도 θ2를 결정하는 것을 특징으로 하는 반달형 포물경 리플렉터를 이용한 LED 매립형 항공등화.
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