KR101159184B1 - 가로등 및 그의 도로 조명 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가로등 및 그의 도로 조명 방법에 관한 것으로, 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광설계를 통해 도로 조명의 균제도 및 광량대비 평균휘도를 높이기 위한, 가로등 및 그의 도로 조명 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 가로등으로서, 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖는 조명부; 및 상기 조명부를 수용하기 위한 하우징을 포함한다.

Description

가로등 및 그의 도로 조명 방법{STREET LAMP AND METHOD FOR LIGHTING STREET THEREOF}
본 발명은 가로등 및 그의 도로 조명 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광설계를 통해 도로 조명의 균제도 및 광량대비 평균휘도를 높이기 위한, 가로등 및 그의 도로 조명 방법에 관한 것이다.
도로 조명 장치(이하 "가로등"이라 통칭함)는 보행자 통행의 안전 확보와 간선도로의 교통안전 및 원활한 교통소통을 목적으로 설치된다. 즉, 가로등은 야간에도 노면 상태나 주변 상황을 쉽게 파악하고, 앞뒤를 달리는 차량이나 마주오는 차량 등의 움직임도 쉽게 이해할 수 있는 도로 안정성을 제공하며, 운전자는 가로등 시설에 의한 도로상태나 전방 장애물을 용이하게 인식함으로써 안전운전을 도모할 수 있다. 일례로, 가로등은 고속도로, 간선도로 및 시가지 도로 등의 모든 도로에 설치됨에 따라, 적게는 30%, 크게는 80%까지 야간 교통사고를 감소시키는 것으로 알려져 있다.
도 1은 종래의 대칭형 배광곡선을 갖는 가로등을 이용한 도로 조명 방법을 나타낸 개략 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1의 도로 조명 방법에 따라 나타나는 지브라 패턴 도로 조명에 대한 예시도이다.
현재 도로 조명에 적용되고 있는 일반적인 가로등(100)은, 금속재로 이루어져 지면에 고정되는 지주(104), 지주(104)의 상단에서 도로 측을 향하여 굽어진 암(106, arm), 암(106)의 자유 단부에 장착된 조명부(108)를 포함한다.
가로등(100)은 인접 가로등(101)과 일정 간격, 예컨대, 도로 법규상 약 50m의 간격으로 떨어져 도로의 외측 경계 부분에 배치된다. 이때, 지주(104)의 높이는 대략 12m이고, 암(106)의 길이는 대략 1m 내지 2.5m이다. 또한, 암(106)는 수평선을 기준으로 대략 5°정도로 상향하는 기울기를 갖는다.
특히, 조명부(108)는 지면을 향하여 상당히 넓게 퍼지는 빛을 제공하여 어두운 도로를 밝혀주기 위한 광원과 반사판을 구비하며, 광원으로부터 조사되는 빛은 반사판에 의해 지주(104)를 기준으로 노면(110)을 따라 좌우 대칭적으로 분포한다. 즉, 가로등(100)의 배광형태는 차량 진행방향에 대해 지주(104)를 기준으로 차량이 진입하는 영역을 비추는 배광을 전면배광, 차량이 진출하는 영역을 비추는 배광을 후면배광으로 구분하여 나타낼 수 있으며, 좌우 대칭적으로 전면배광과 후면배광이 분포함으로 전/후면 배광각도가 동일하다. 여기서, 조명부(108)의 광원으로 사용되는 램프로는 할로겐 램프(halogen lamp), 수은 램프, 메탈 할라이드 램프(metalhalide lamp), 나트륨 램프(natrium lamp), LED(Light Emitting Diode) 램프 등이 사용될 수 있다.
일반적으로, 도로 조명은 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage: CIE)의 국제 기준이 적용됨이 바람직하고, 한국산업기준(KS)에서도 이를 반영하고 있다.
하지만, 현재 우리나라의 경우에는 LED 가로등의 도로 조명 설계시에 노면의 형상과 장애물을 파악하는데 있어서 가장 큰 영향을 미치는 요소로서 노면의 밝기를 계산하는 방식이 국제기준과 상이하다. 즉, 우리나라의 경우에는 노면의 밝기를 국제 기준인 휘도(luminance) 중심 설계가 아닌 조도(illuminance) 중심 설계를 이용하여 계산하고 있다. 이는 운전자 측면에서 바라본 노면의 밝기(즉, 휘도 중심의 기준)가 아니라, 도로의 전체적인 밝기(즉, 조도 중심의 기준)를 기준으로 채용하고 있음을 의미한다. 실제로 운전자가 노면을 보는 것은 조명부(108)의 광원으로부터 조사된 빛이 노면에서 반사되어 운전자의 눈에 들어오는 빛이기 때문에, 이를 가장 잘 나타내는 양은 조도가 아니라 휘도이다.
그런데, 차량(112) 운전자 입장에서는 도 1과 같이 대칭형 배광구조를 갖는 가로등(100)의 경우에, 줄무늬처럼 밝은 영역과 어두운 영역이 반복되는 얼룩무늬 형태의 패턴[즉, 지브라 패턴(zebra pattern)]으로 조사되는 노면을 본다(도 2a 내지 도 2c 참조). 이는 도 1과 같은 전/후면 대칭형 배광구조를 갖는 가로등(100)이 설치된 경우에 후면배광의 휘도가 전면배광의 휘도에 비해 상대적으로 떨어져 밝음과 어두움이 교대로 반복하면서 나타나기 때문이다.
또한, 가로등(100)은 도로표면의 반사효율이 낮은 부분에 대해서도 조사하기 때문에 도로조명의 효율이 떨어진다. 이는 에너지 효율이 낮음을 의미하고, 에너지 효율이 중시되는 현상황에 적합하지 않다.
궁극적으로 가로등(100)은 사용자, 특히 차량 운전자를 위해 존재한다. 하지만, 우리나라의 가로등(100)은 불규칙한 노면의 밝기로 인해 운전자에게 쉽게 피로감을 준다. 즉, 사람의 눈은 주변의 밝기에 따라 동공의 크기가 조절되면서 환경에 적응하는데, 가로등(100)의 밝기가 일정하게 유지되지 않을 때 피로를 쉽게 느끼게 된다.
대부분의 우리나라 가로등(100)은 도로 위를 얼마나 밝게 비추느냐에 초점이 맞춰 있어 지주 바로 아랫부분만 환하게 비출 뿐, 50m 간격으로 떨어져 설치된 가로등(100) 간 그늘에 대해 고려되지 않았다. 즉, 우리나라의 가로등(100)은 배광곡선을 거의 고려하지 않아 균제도가 일정하지 않기 때문에, 전술한 바와 같은 지브라 패턴형 도로 조명이 이루어지고 있다.
이러한 이유로, 대부분의 가로등(100)은 운전자의 눈이 쉽게 피로감을 느끼게 하고, 그에 따라 오히려 교통사고를 유발하는 원인이 된다. 일례로, 균제도가 일정하지 못한 도로에서는 보행자가 도로를 가로지를 경우에 이를 발견하기가 쉽지 않다. 이때, 운전자는 평균조도가 기준에 적합하더라도 노면의 명암차이가 큰 경우와 같이 균제도가 고르지 않은 경우에, 어두운 곳에 놓여있는 장애물을 파악하기 어렵다. 운전자는 설사 노면이 조금 어둡더라도 빛이 고르게 퍼져 있는 경우(즉, 균제도가 고른 경우)에 오히려 안전하게 운전할 수 있다.
이와 같이, 현재 우리나라의 가로등(100)은 도로 확장 등에 따라 수요가 증가하는 추세에 있지만 국제기준과 달리 운전자 중심이 아닌 도로 중심으로 관리됨에 따라, 최적의 가로등(100) 효율과 도로 조명을 제공하지 못하고 있는 실정이다.
최근 들어, 도로 조명 전문가들은 평균조도를 일정 수준으로 유지하는 기준에 기반한 양적 측면에서 균제도(uniformity ratio of illuminance) 및 글레어(glare, 눈의 거슬림 정도) 등을 고르게 하기 위한 배광곡선(candlepower distribution curve)에 대한 질적 측면에 대해 연구를 진행하고 있다.
전술한 바와 같이, 가로등(100)의 질적인 요소로서 반드시 고려해야 하는 요소는 균제도와 글레어이다. 여기서, 균제도는 조도의 최소값을 평균조도값으로 나눈 값으로 조명공간에서 빛의 균일한 정도를 나타내고, 글레어는 가로등(100) 불빛 등으로 인해 운전자에게 나타나는 눈부심, 불쾌감을 의미한다. 아울러, 배광곡선은 조명기구로부터 나오는 빛의 양과 방향을 알 수 있도록 표와 그래프로 나타낸 것으로서, 광원(즉, 조명기구)의 각 방향에 대한 광도분포인 배광을 광원 중심으로 통과하는 평면위와 수직면위에 표시한다.
운전자 입장에서는 설사 노면이 조금 어둡더라도 빛이 고르게 퍼져 있고 눈부심 현상이 줄어드는 경우에 오히려 가로등(100)의 질적인 상태가 좋다. 그런데, 현재 국내 가로등(100)은 너무 밝다. 일례로, 서울의 경우에는 가로등(100) 기준이 30룩스(lux)인 반면에 유럽의 경우에 7～8룩스 정도에 불과하다. 다만, 유럽의 경우에는 빛의 균제도가 뛰어나기 때문에 우리나라보다 야간 교통사고율이 낮다.
따라서, 가로등(100)은 보다 적은 자원과 에너지로 고효율의 운영환경을 구현할 뿐만 아니라, 교통안전에 효과적인 조명환경을 실현할 수 있는 방향으로 연구개발이 진행될 필요가 있다.
특히, 대한민국 공개특허 제 2007-98226 호에는 해무나 안개를 고려하여 가로등 광원이 차량의 진행방향으로 더 편중되어 조사되도록 헤드의 설치각도를 폴을 기준으로 10°～20°범위로 기울인 도로 조명 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 도로 조명 방법은 해무나 안개가 상습적으로 발생하는 도로에서 필요하나 휘도 측면에서 광효율을 비효과적으로 사용하는 조명 방법이므로 일반적인 도로 조명에는 바람직하지 못하다.
또한, 도로조명은 에너지 절감을 위해 도로의 반사효율이 높은 부분을 집중으로 조명함으로써 효율적인 방식이 제안될 필요성이 있다.
따라서 상기와 같은 종래 기술은 가로등을 설치하여 조도 중심의 도로 조명을 제공함에 따라 지브라 패턴이 발생하고, 그에 따라 운전자 중심이 아닌 도로 중심의 도로 환경을 구현하여 궁극적으로 운전자의 안전운전을 위한 가로등 본연의 기능을 효과적으로 수행하지 못하는 문제점이 있고, 도로표면의 반사율을 고려하지 않아 광량대비 휘도효율(즉, 등기구로부터 나오는 광량대비 운전자가 직접 도로의 밝은 정도를 보는 비율)이 낮은 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광설계를 통해 도로 조명의 균제도 및 광량대비 평균휘도를 높이기 위한, 가로등 및 그의 도로 조명 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 가로등으로서, 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖는 조명부; 및 상기 조명부를 수용하기 위한 하우징을 포함한다.
또한, 상기 조명부는, 다수의 광원을 포함하며, 각각의 광원은 조명블록을 통해 형성되며, 틸트(tilt), 오리엔트(orient) 및 빛의 퍼짐 정도를 설정하여 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 차량의 진행방행에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 좌우측 광원의 개수를 상이하게 탑재하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 차량의 진행방행에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 좌우측 광원에 적용된 다이오드 렌즈의 퍼짐각도를 상이하게 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 차량의 진행방행에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 좌우측 광원에 인가되는 전류량을 상이하게 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 차량의 진행방행에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 좌우측 광원에 반사각도가 상이한 리플렉터(reflector)를 장착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 소정의 이격 거리 만큼 떨어진 도로 지점의 반사광이 운전자의 눈에 직접적으로 직사광이 도달하지 않도록 배광곡선을 설정하여 글레어(glare)를 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 광원이 LED 램프인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 가로등을 사용한 다수의 도로 조명 방법으로서, 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖는 다수의 가로등을 균일한 간격으로 배치하는 단계; 및 상기 다수의 가로등을 통해 도로에 빛을 조사하여 각각의 가로등을 기준으로 차량 진행 방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광을 구현하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명은 각각의 가로등을 기준으로 차량의 진행방향으로 비대칭 배광을 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광구조를 형성함으로써 도로 조명의 균제도와 광량대비 평균휘도를 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 휘도 중심의 도로 조명을 구현하여 도로를 비추는 가로등의 휘도를 일정하게 유지함으로써 운전자에게 피로감을 주지 않는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명은 가로등에 대한 에너지 고효율의 운영환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 운전자 중심의 도로 조명 환경을 제공함으로써 가로등 본연의 기능인 교통안전에 효과적인 조명환경을 실현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 도로표면의 반사율을 고려하여 광량대비 휘도효율(즉, 등기구로부터 나오는 광량대비 운전자가 직접 도로의 밝은 정도를 보는 비율)을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 대칭형 배광곡선을 갖는 가로등을 이용한 도로 조명 방법을 나타낸 개략 구성도,
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 도로 조명 방법에 따라 나타나는 지브라 패턴 도로 조명에 대한 예시도,
도 3은 가로등의 입사광의 입사각도에 따른 반사광의 광량에 대한 설명도,
도 4는 본 발명에 따른 가로등을 이용한 도로 조명에 대한 설명도,
도 5는 도 4에서 운전자 위치에 대한 설명도,
도 6a는 본 발명에 따른 가로등의 조명부에 대한 일실시예 단면도,
도 6b는 도 6a의 조명부에 적용된 하우징에 대한 사시도,
도 6c는 도 6a의 조명부에 탑재되는 조명블록의 틸트값에 대한 설명도,
도 6d는 도 6a의 조명부에 의한 비대칭 배광구조에 대한 설명도,
도 6e는 도 6a의 조명부에 대한 배광곡선을 나타낸 도면,
도 6f는 도 6a의 조명부를 실제 가로등에 적용한 경우에 나타나는 평균 휘도에 대한 분포도,
도 7a는 도 6a의 조명부에 대한 제 1 변형예에 대한 설명도,
도 7b는 도 6a의 조명부에 대한 제 2 변형예에 대한 설명도,
도 7c는 도 6a의 조명부에 대한 제 3 변형예에 대한 설명도,
도 7d는 도 6a의 조명부에 대한 제 4 변형예에 대한 설명도,
도 8a 및 도 8b는 도로에 대칭 및 비대칭 배광구조를 갖는 가로등을 적용한 경우의 평균휘도에 대한 분포도,
도 9a는 비대칭 배광구조에서 비대칭 정도에 따른 광량 절약 효율을 나타낸 그래프,
도 9b는 비대칭 배광구조에서 가로등과 인접 가로등과의 간격에 따라 필요한 광량을 나타낸 그래프,
도 9c는 비대칭 배광구조에서 가로등의 높이에 따라 필요한 광량을 나타낸 그래프이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 설명에 앞서, 후술할 가로등(100)은 설명의 편의상 도 1에 언급한 지주(104), 암(106) 및 조명부(108)의 구성요소를 동일하게 구비하며, 그에 따라 동일한 도면 부호를 부여하여 설명하기로 한다. 여기서, 조명부(108)는 LED 램프를 이용하는 경우에 대해 설명한다.
도 3은 가로등의 입사광의 입사각도에 따른 반사광의 광량에 대한 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차량(112)의 운전자는 가로등(100)으로부터 노면에 조사되는 입사광의 입사각도에 따라 빛의 세기가 각기 다른 반사광을 본다.
즉, 차량(112)의 진행방향에 대한 전면배광의 경우[즉, 도 3의 (a) 내지 (c)]에는 운전자에 도달된 반사광이 많고(즉, 운전자측으로 도로의 반사율이 높음), 후면배광의 경우[즉, 도 3의 (d) 및 (e)]에는 운전자에 도달된 반사광이 적다(즉, 운전자측으로 도로의 반사율이 낮음).
이때, 후면배광의 경우에는 차량(112)의 진행방향으로 가로등(100)의 입사광이 입사되기 때문에, 해당 입사광에 대한 반사광 역시 차량(112)의 진행방향으로 대부분이 나오게 된다. 차량(112)의 운전자는 노면의 반사광을 통해 도로의 상태를 식별하는데, 이러한 반사광이 적게 들어올 때 노면이 어두운 영역으로 보여 도로의 상태를 식별하기 어렵다.
이와 같이 가로등(100)의 전면배광에 의해 운전자에게 도달하는 반사광이 많고 후면배광에 의해 운전자에게 도달하는 반사광이 적다. 그에 따라, 동일한 광량의 가로등을 설치하는 경우, 본 발명에 따른 비대칭 배광구조의 전면배광 도로 조명 방식은 종래의 대칭 배광구조의 도로 조명 방식에 비해 평균 휘도가 더 크게 나타난다. 즉, 비대칭 배광구조의 전면배광 도로 조명 방식은 대칭 배광구조의 도로 조명 방식에 비해 조명 효율이 더 높고 운전자 중심의 배광설계 방식을 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 가로등을 이용한 도로 조명에 대한 설명도이고, 도 5는 도 4에서 운전자 위치에 대한 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가로등(100)은, 도로에 대한 광집중도를 비대칭적으로 차별화시키는 배광구조가 설정됨으로써, 밝은 영역과 어두운 영역이 교대로 반복되는 지브라 패턴을 방지하여 영역별로 균일한 휘도의 도로 상태를 구현한다.
특히, 가로등(100)은 후면배광에 비해 전면배광에 편중된 비대칭 배광구조가 설정되는데, 차량(112)의 진입측에 있는 인접 가로등(101)의 어두운 영역[즉, 인접 가로등(101)의 후면배광 영역]에 대해 광집중도를 높여 지브라 패턴에 의한 불균일한 휘도의 도로 상태를 총광량 대비 균제도가 우수한 도로 상태를 구현할 수 있다.
이러한 가로등(100)은 전면배광을 통해 인접 가로등(101)의 어두운 영역(즉, 후면배광 영역)을 보완하고, 그에 따라 인접 가로등(101)의 전면배광 영역과 동일한 수준의 휘도를 갖는 도로 상태를 제공한다.
이때, 가로등(100)은 인접 가로등(101)의 어두운 영역에 대해 차량(112)의 진행방향에 대응하는 방향으로 입사광을 입사시켜, 해당 입사광의 반사광을 차량(112)의 운전자에게 대부분 도달시킨다. 이는 운전자에게 도달하는 빛의 효율이 좋은 각도로 빛을 더 많이 조사하여 가로등(100)으로부터 동일한 광량이 나오더라도 노면의 휘도가 더 좋아지도록 하기 위함이다.
부가적으로, 가로등(100)은 차량(112)의 진행방향에 대한 전면배광에 대해서만 조사하고 후면배광에 대해서 조사하지 않는 단일방향의 비대칭 배광곡선을 형성할 수도 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 가로등(100)의 전면배광 구조는 반사광에 의한 글레어를 발생시키기 때문에 이러한 글레어를 방지할 수 있는 조건을 고려하여 배광구조를 설계한다.
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결과적으로, 가로등(100)의 전면배광 구조는 반사율이 높은 영역에 대한 빛의 조사비중을 높임으로써, 가로등(100)의 총광량대비 평균휘도를 높이며, 운전자가 보다 균일하고 밝은 도로를 주행할 수 있도록 한다. 즉, 운전자는 노면의 균제도가 일정하지 않기 때문에 쉽게 눈의 피로를 느끼는데, 가로등에 의해 도로에 비추는 조명 휘도가 일정하게 유지됨으로써 피로감을 덜 느끼게 된다.
도 6a는 본 발명에 따른 가로등의 조명부에 대한 일실시예 단면도이고, 도 6b는 도 6a의 조명부에 적용된 하우징에 대한 사시도이고, 도 6c는 도 6a의 조명부에 탑재되는 조명블록의 틸트값에 대한 설명도이고, 도 6d는 도 6a의 조명부에 의한 비대칭 배광구조에 대한 설명도이고, 도 6e는 도 6a의 조명부에 대한 배광곡선을 나타낸 도면이고, 도 6f는 도 6a의 조명부를 실제 가로등에 적용한 경우에 나타나는 평균 휘도에 대한 분포도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 가로등(100)의 조명부(108)는 좌우 비대칭형 배광곡선을 형성할 뿐만 아니라 글레어를 방지할 수 있는 시야 각도(cutoff angle)를 갖도록 다수의 LED 램프를 하우징 내에 배치한다.
여기서, 조명부(108)의 하우징은 원형의 단면을 가지며, 도로의 지면과 평행한 평면으로 형성된 상부 플레이트, 상부 플레이트를 기준으로 예각을 가져 경사지며 상부 플레이트의 외주면 둘레를 따라 평면으로 형성된 측면 플레이트를 포함한다(도 6b 참조). 이때, LED 램프는 지면과 평행한 수평선을 기준으로 임의의 각도로 기울어진 정도(즉, 0°～90°)를 나타내는 '틸트(TILT)', 지면과 평행한 수평면에서 임의의 지점을 기준으로 임의의 각도로 벌어진 정도(즉, 0°～360°)를 나타내는 '오리엔트(ORIENT)'를 통해 경사각도 및 경사면을 설정하여 배치한다. 아울러, LED 램프는 소정의 각도(여기서는 25°, 42°를 이용함)로 빛의 퍼짐을 구현하는 '다이오드 렌즈'를 채용하여 배광면적을 조정한다.
도 6a의 조명부(108)는 총 57개의 LED 램프를 탑재하는데, 이때 3개의 LED 램프를 묶어 19개의 조명블록(108a 내지 108s)을 형성하고 이들을 그룹(제 1 그룹 내지 제 9 그룹)으로 결합하여 하우징에 탑재한다. 이때, LED 램프는 고유의 퍼짐 각도를 갖는 다이오드 렌즈를 구비한다.
여기서, 조명블록(108a 내지 108s)은 소정의 틸트값을 갖는 상태로 배치하며, 그룹을 형성할 때 LED 램프의 조사거리를 차별화하여 빛을 조사할 수 있도록 1단 내지 3단으로 나란하게 결합한다.
이때, 1단 그룹은 제 1 그룹[즉, 조명블록(108a)]과 제 9 그룹[즉, 조명블록(108s)]이다. 2단 그룹은 제 2 그룹[즉, 조명블록(108b,108c)], 제4 그룹[즉, 조명블록(108g, 108h)], 제 6 그룹[즉, 조명블록(108l, 108m)] 및 제 8 그룹[즉, 조명블록(108g, 108r)]이다. 3단 그룹은 제 3 그룹[즉, 조명블록(108d, 108e, 108f)], 제 5 그룹[즉, 조명블록(108i, 108j, 108k)] 및 제 7 그룹[즉, 조명블록(108n, 108o, 108p)]이다.
일례로, 도 6c를 참조하여 하우징의 우측에 배치된 제 3 그룹에 대해 살펴보면, 제 1 및 제 2 조명블록(108d, 108e)은 각각 틸트값이 62°로 기울어지게 형성된 경사면에 장착되고, 제 3 조명블록(108f)은 틸트값이 44°로 기울어지게 형성된 경사면에 장착된다. 또한, 제 1 조명블록(108d)은 원형인 조명부(108)의 기준 지점으로부터 오리엔트값이 27°인 지점에 위치하며, 제 2 조명블록(108e)은 원형인 조명부(108)의 기준 지점으로부터 오리엔트값이 40°인 지점에 위치하며, 제 3 조명블록(108f)은 원형인 조명부(108)의 기준 지점으로부터 오리엔트값이 21°인 지점에 위치한다. 이때, 제 1 및 제 2 조명블록(108d, 108e)은 각 LED 램프에 25°의 각도를 갖는 다이오드 렌즈를 구비하며, 제 3 조명블록(108f)은 LED 램프에 42°의 각도를 갖는 다이오드 렌즈를 구비한다.
마찬가지로, 하우징의 좌측에 배치된 제 7 그룹에 대해 살펴보면, 제 1 조명블록(108n)은 틸트값이 72°로 기울어지게 형성된 경사면에 장착되고, 제 2 조명블록(108o)은 틸트값이 70°로 기울어지게 형성된 경사면에 장착되고, 제 3 조명블록(108p)은 틸트값이 60°로 기울어지게 형성된 경사면에 장착된다. 또한, 제 1 조명블록(108n)은 원형인 조명부(108)의 기준 지점으로부터 오리엔트값이 158°인 지점에 위치하며, 제 2 조명블록(108o)은 원형인 조명부(108)의 기준 지점으로부터 오리엔트값이 155°인 지점에 위치하며, 제 3 조명블록(108p)은 원형인 조명부(108)의 기준 지점으로부터 오리엔트값이 140°인 지점에 위치한다. 이때, 제 1 내지 제 3 조명블록(108n 내지 108p)은 LED 램프에 25°의 각도를 갖는 다이오드 렌즈를 구비한다.
이러한 제 3 및 제 7 그룹의 각 LED 램프는 틸트값, 오리엔트값 및 다이오드 렌즈의 퍼짐 각도에 따라 시야 각도가 설정되며, 이는 도로 안전을 위한 시야 각도 범위 내에 포함된다.
이와 같이, 조명부(108)의 각 그룹은 제 3 및 제 7 그룹에 대해 설명한 바와 같이 각기 소정의 시야 각도를 갖도록 설정되며, 이에 대한 자세한 설명은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 생략하기로 한다.
한편, 조명부(108)는 하우징 좌우측에 배치되는 각 그룹의 조명블록에 대한 틸트값을 설정하여 비대칭형 배광구조를 형성한다.
특히, 조명부(108)는 우측 제 3 그룹과 그에 대응하는 좌측 제 7 그룹의 조명블록에 대한 틸트값을 상이하게 설정함으로써 노면에 좌우측 비대칭 배광구조를 형성한다(도 6d 참조). 이때, 조명블록의 틸트값이 커질수록 노면과 평행한 수평선을 기준으로 기울어진 정도가 커지므로, 조명블록의 LED 램프의 빛은 조명블록의 틸트값이 커질수록 수평선에 거의 평행한 상태가 된다. 다시 말하면, 조명블록의 LED 램프는 조명블록의 틸트값이 커질수록 빛을 멀리 조사할 수 있다. 다만, 도 6d에서는 편의상 LED 램프의 다이오드 렌즈에 의한 빛의 퍼짐, 오리엔트값에 의한 LED 램프의 정밀한 배치상태에 대해 반영하지 않고 설명하기로 한다.
이에 따라, 우측 제 3 그룹은 좌측 노면을 조사하여 가로등(100)의 후면배광을 형성하며, 좌측 제 7 그룹은 우측 노면을 조사하여 가로등(100)의 전면배광을 형성한다. 이때, 우측 제 3 그룹은 제 1 조명블록(108d)의 틸트값이 62°, 제 2 조명블록(108e)의 틸트값이 62°, 제 3 조명블록(108f)의 틸트값이 44°이며, 좌측 제 7 그룹은 제 1 조명블록(108n)의 틸트값이 72°, 제 2 조명블록(108o)의 틸트값이 70°, 제 3 조명블록(108p)의 틸트값이 60°이다.
이와 같이 도로의 우측영역(즉, 전면배광 영역)에 빛을 조사하는 좌측 제 7 그룹은 도로의 좌측영역(즉, 후면배광 영역)에 빛을 조사하는 우측 제 3 그룹에 비해 상대적으로 틸트값이 크다. 이는 결과적으로 도로의 우측영역이 도로의 좌측영역에 비해 LED 램프의 빛을 멀리 조사함으로써 차량의 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 배광구조를 구현한다.
도 6e에 도시된 바와 같이, 조명부(108)는 가로등(100)의 우측영역[즉, 가로등(100)에 의한 전면배광 영역]과 인접 가로등(101)의 좌측영역[즉, 인접 가로등(101)에 의한 후면배광 영역] 각각에 대해 좌우 비대칭으로 광량을 편중하여 비대칭 배광곡선을 형성한다.
여기서, 조명부(108)의 배광곡선은 0°～180° 범위에 분포하며, 우측영역이 90°～180°이고 좌측영역은 0°～90°에 해당한다. 이때, 조명부(108)는 최대 칸델라(candela)가 4247㏅이며, 최대 칸델라의 수직 각도가 67.5°이다. 또한, 도로의 우측영역에 나타나는 전면배광은 160°～170°에서 최대 빛의 세기(즉, 4247㏅)를 나타내며, 도로의 좌측영역에 나타나는 후면배광은 40°～50°에서 최대 빛의 세기(즉, 3186㏅)를 나타낸다.
상기와 같은 조명부(108)를 가로등(100, 101)에 적용하는 경우는, 도 6f와 같은 도로의 배광분포가 나타난다. 도 6f는 가로등(100)의 전면배광에 대한 배광곡선에 대한 분포와 인접 가로등(101)의 후면배광에 대한 배광곡선에 대한 분포를 나타낸다. 이때, 가로등(100)과 인접 가로등(101) 간의 거리는 24m이고 각각의 높이는 5m이며, 각 차선의 폭은 3.5m이다.
가로등(100)은 전면배광이 편중된 형태의 배광구조를 가지며, 그에 따라 인접 가로등(101)의 좌측영역 즉, 후면배광 영역의 휘도가 높아지도록 광량을 집중하여 균제도를 높게 한다. 즉, 도 6f에서는 도로의 우측영역과 좌측영역에 걸쳐 평균 휘도의 분포 곡선이 끊어지지 않고 연결되어 있어 평균 휘도가 도로 전반에 균일하게 나타나고 있음을 알 수 있다.
도 7a는 도 6a의 조명부에 대한 제 1 변형예에 대한 설명도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 조명부(108)는 도로의 배광을 형성하는 좌우측의 LED 램프의 개수를 상이하게 배치하여 비대칭 배광구조를 구현한다. 즉, 조명부(108)는 좌측 LED 램프의 개수를 우측 LED 램프의 개수보다 많은 수를 배치함에 따라, 좌우측 LED 램프 세기의 비대칭에 의해 도로의 우측영역(즉, 전면배광 영역)에 광을 편중시켜 비대칭 배광구조를 구현한다.
도 7b는 도 6a의 조명부에 대한 제 2 변형예에 대한 설명도이다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 조명부(108)는 좌우측의 LED 램프의 빛의 퍼짐 정도가 다른 다이오드 렌즈를 이용하여 비대칭 배광구조를 구현한다. 즉, 조명부(108)는 좌측 LED 램프에 빛의 퍼짐 각도가 넓은 다이오드 렌즈를 이용하고, 우측 LED 램프에 빛의 퍼짐 각도가 좁은 다이오드 렌즈를 이용함에 따라, 좌우측 LED 램프의 퍼짐 정도의 비대칭에 의해 도로의 우측영역(즉, 전면배광 영역)에 광을 편중시켜 비대칭 배광구조를 구현한다.
도 7c는 도 6a의 조명부에 대한 제 3 변형예에 대한 설명도이다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 조명부(108)는 좌우측의 LED 램프에 인가되는 전류의 세기를 상이하게 조정하여 비대칭 배광구조를 구현한다. 즉, 조명부(108)는 좌측 LED 램프에 인가되는 전류량을 우측 LED 램프에 인가되는 전류량보다 크게 설정함에 따라, 좌우측 LED 램프 세기의 비대칭에 의해 도로의 우측영역(즉, 전면배광 영역)에 광을 편중시켜 비대칭 배광구조를 구현한다.
도 7d는 도 6a의 조명부에 대한 제 4 변형예에 대한 설명도이다.
도 7d에 도시된 바와 같이, 조명부(108)는 LED 램프에 서로 상이한 반사각으로 설정된 리플렉터(reflector)를 장착하여 비대칭 배광구조를 구현한다. 즉, 조명부(108)는 좌우측 LED 램프에 반사각도가 상이한 리플렉터를 장착함에 따라, 좌우측 LED 램프의 퍼짐 정도에 의해 도로의 우측영역(즉, 전면배광 영역)에 광을 편중시켜 비대칭 배광구조를 구현한다. 도 7d에서는 일측에만 리플렉터를 장착한 구조를 나타내며, 이에 한정되지 않는다.
도 8a 및 도 8b는 도로에 대칭 및 비대칭 배광구조를 갖는 가로등을 적용한 경우의 평균휘도에 대한 분포도이다. 도 8a 및 도 8b는 가로등(100)의 전면배광에 대한 배광곡선에 대한 분포와 인접 가로등(101)의 후면배광에 대한 배광곡선에 대한 분포를 나타낸다. 이때, 가로등(100)과 인접 가로등(101) 간의 거리는 24m이고 각각의 높이는 5m이며, 각 차선의 폭은 3.5m이다.
먼저, 도 8a를 참조하여 도로에 대칭 배광구조를 갖는 가로등(100,101)을 설치한 경우에 대하여 설명한다. 가로등(100)의 우측영역[즉, 가로등(100)에 의한 전면배광 영역]은 도로를 따라 넓은 영역에 걸쳐 밝은 영역이 고르게 분포하며, 인접 가로등(101)의 좌측영역[즉, 인접 가로등(101)에 의한 후면배광 영역]은 도로를 따라 좁은 영역에 한정적으로 밝은 영역이 분포하고 있다. 이때, 가로등(100) 및 인접 가로등(101)을 통해 형성되는 평균휘도 분포곡선은 서로 연결되지 않고 끊어져 있다. 이와 같이, 가로등(100)의 우측영역은 밝은 영역이 형성되고, 인접 가로등(101)의 좌측영역은 어두운 영역이 형성된다. 이는 대칭 배광구조를 갖는 가로등(100, 101)에 의한 도로 조명을 구현할 경우에 낮은 수준의 균제도를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 운전자는 밝은 영역과 어두운 영역이 교대로 반복되는 지브라 패턴을 보게 된다.
다음으로, 도 8b를 참조하여 도로에 비대칭 배광구조를 갖는 가로등(100,101)을 설치한 경우에 대하여 설명한다. 가로등(100) 및 인접 가로등(101)을 통해 형성되는 평균휘도 분포곡선은 서로 연결되어, 가로등(100)의 우측영역[즉, 가로등(100)에 의한 전면배광 영역]부터 인접 가로등(101)의 좌측영역[즉, 인접 가로등(101)에 의한 후면배광 영역]에 걸쳐 도로를 따라 폭넓게 밝은 영역이 고르게 분포한다. 이때, 가로등(100)은 전면배광에 편중함에 따라 인접 가로등(101)의 좌측영역에 형성된 어두운 영역에 대해 광량을 집중하는데, 이를 통해 인접 가로등(101)의 후면배광 영역을 보완하여 지브라 패턴 없이 균일한 도로 조명을 제공한다. 이에 따라, 운전자는 밝은 영역과 어두운 영역이 교대로 반복되지 않고 전반적으로 균일한 밝기의 도로상태를 보게 된다.
이하, 도 8a 및 도 8b의 배광구조에 따른 차이를 하기 표 1의 수치상 비교를 통해 설명한다. 이때, 가로등(100)과 인접 가로등(101) 간의 거리는 24m이고, 각 차선의 폭은 3.5m이므로 1 및 2차선의 전체 폭은 7m이다. 아울러, 대칭 배광구조에서 도로의 평균조도는 15.52㏓이고, 비대칭 배광구조에서 도로의 평균조도는 15.30㏓이다.
대칭 배광구조 비대칭 배광구조
도로에 떨어지는 광량 2607.36 ㏐ 2570.4 ㏐
평균휘도(1 차선) 0.83 ㏅/㎡ 0.96 ㏅/㎡
평균휘도(2 차선) 0.73 ㏅/㎡ 0.74 ㏅/㎡
여기서, 대칭 배광구조의 경우 도로에 떨어지는 광량은 2607.36㏐(=15.52×24×7)이며, 비대칭 배광구조의 경우 도로에 떨어지는 광량은 2570.4㏐(=15.30×24×7)이다.
상기 표 1과 같이, 비대칭 배광구조의 경우는 대칭 배광구조의 경우에 비해 도로에 떨어지는 광량이 작지만 각 차선별 평균휘도가 더 높게 나타난다[즉, 1차선의 경우 0.83(대칭)＜0.96(비대칭)이고, 2차선의 경우 0.73(대칭)＜0.74(비대칭)]. 이는 운전자가 도로를 바라볼 때 비대칭 배광구조의 경우에 대칭 배광구조에 비해 더 밝게 느끼는 것을 의미한다.
도 9a는 비대칭 배광구조에서 비대칭 정도에 따른 광량 절약 효율을 나타낸 그래프이다. 여기서, 가로등의 높이는 10m, 가로등과 인접 가로등 간의 거리는 30m, 1 및 2 차선에 대한 도로의 폭은 7m이다.
먼저, 대칭 배광구조의 경우에는 차량의 진행방향에 대해 전면배광과 후면배광의 비대칭 정도가 50:50이며, 이때 광량 절약 효율은 0%이다.
이에 반해, 비대칭 배광 구조의 경우에는 전면배광과 후면배광의 비대칭 정도가 커질수록 광량 절약 효율이 증가한다. 구체적으로, 도 9a에서 전면배광과 후면배광의 비대칭 정도가 40:60일 때 광량 절약 효율이 12.7%이고, 전면배광과 후면배광의 비대칭 정도가 30:70일 때 광량 절약 효율이 21.2%이고, 전면배광과 후면배광의 비대칭 정도가 20:80일 때 광량 절약 효율이 29.7%이고, 전면배광과 후면배광의 비대칭 정도가 10:90일 때 광량 절약 효율이 35.3%이다.
도 9b는 비대칭 배광구조에서 가로등과 인접 가로등과의 간격에 따라 필요한 광량을 나타낸 그래프이다. 여기서, 가로등의 높이는 10m, 1 및 2 차선에 대한 도로의 폭은 7m이다. 이때, 가로등과 인접 가로등과의 간격은 30m, 40m 및 50m이다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 전면배광에 편중된 비대칭 배광구조의 경우는 후면배광에 편중된 비대칭 배광구조에 비해 동일 조건의 도로 환경이라도 필요한 광량이 작다. 이때, 후면배광에 편중된 비대칭 배광구조의 경우에는 대칭 배광구조를 적용한 경우(즉, 비대칭 정도 50% : 50%)보다 더 많은 광량이 필요하다.
이와 같이 전면배광에 편중된 비대칭 배광구조를 도로에 적용하는 경우는 후면배광에 비해 필요한 광량이 낮더라도 동일 조건의 도로환경에 적합한 도로 조명을 제공함으로써 도로 조명에 있어 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도로 조명에 필요한 광량은 인접 가로등과의 간격이 가까울수록 작다. 이때, 전면배광에 편중된 비대칭 구조에서 비대칭 정도가 커질수록, 가로등과 인접 가로등과의 간격에 대해 도로 조명에 필요한 광량은 그 차이가 줄어든다.
도 9c는 비대칭 배광구조에서 가로등의 높이에 따라 필요한 광량을 나타낸 그래프이다. 여기서, 1 및 2 차선에 대한 도로의 폭은 7m이다. 이때, 가로등과 인접 가로등과의 간격은 30m이다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 도로 조명에 필요한 광량은 가로등의 높이가 높을수록 높다. 이때, 전면배광에 편중된 비대칭 구조에서 비대칭 정도가 커질수록, 가로등의 높이에 대해 도로 조명에 필요한 광량은 그 차이가 줄어든다.
상기한 실시예 설명에서는 LED 램프와 같은 다수 광원을 사용한 조명부를 구비한 가로등을 예시하였으나, 전면배광에 편중된 비대칭 구조의 배광곡선을 구현할 수 있는 등기구라면 광원이나 하우징 구조에 관계없이 단일의 광원을 사용한 것도 본 발명에 적용할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 도로표면의 반사율을 고려하여 광량대비 휘도효율(즉, 등기구로부터 나오는 광량대비 운전자가 직접 도로의 밝은 정도를 보는 비율)을 향상할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100: 가로등 101: 인접 가로등
104: 지주 106: 암
108: 조명부 112: 차량

Claims (19)

  1. 조명부와 상기 조명부를 수용하기 위한 하우징을 포함하는 가로등으로서,
    상기 조명부는, 다수의 광원을 포함하며, 차량의 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 전면배광 영역과 후면배광 영역을 조사하기 위한 광원의 개수를 상이하게 탑재하는 것을 특징으로 하는 가로등.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 조명부와 상기 조명부를 수용하기 위한 하우징을 포함하는 가로등으로서,
    상기 조명부는, 다수의 광원을 포함하며, 차량의 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 전면배광 영역과 후면배광 영역을 조사하기 위한 광원에 적용된 다이오드 렌즈의 퍼짐 각도를 상이하게 설정하는 것을 특징으로 하는 가로등.
  5. 조명부와 상기 조명부를 수용하기 위한 하우징을 포함하는 가로등으로서,
    상기 조명부는, 다수의 광원을 포함하며, 차량의 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 전면배광 영역과 후면배광 영역을 조사하기 위한 광원에 인가되는 전류량을 상이하게 설정하는 것을 특징으로 하는 가로등.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명부는, 광원이 LED 램프인 것을 특징으로 하는 가로등.
  9. 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖는 다수의 가로등을 균일한 간격으로 배치하는 단계; 및
    상기 다수의 가로등을 통해 도로에 빛을 조사하여 각각의 가로등을 기준으로 차량 진행 방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광을 구현하는 단계를 포함하는 가로등의 도로 조명 방법으로서,
    상기 다수의 가로등 각각은, 다수의 광원을 포함하며, 차량의 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 전면배광 영역과 후면배광 영역을 조사하기 위한 광원의 개수를 상이하게 탑재하는 것을 특징으로 하는 가로등의 도로 조명 방법.
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  12. 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖는 다수의 가로등을 균일한 간격으로 배치하는 단계; 및
    상기 다수의 가로등을 통해 도로에 빛을 조사하여 각각의 가로등을 기준으로 차량 진행 방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광을 구현하는 단계를 포함하는 가로등의 도로 조명 방법으로서,
    상기 다수의 가로등 각각은, 다수의 광원을 포함하며, 차량의 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 전면배광 영역과 후면배광 영역을 조사하기 위한 광원에 적용된 다이오드 렌즈의 퍼짐 각도를 상이하게 설정하는 것을 특징으로 하는 가로등의 도로 조명 방법.
  13. 차량 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖는 다수의 가로등을 균일한 간격으로 배치하는 단계; 및
    상기 다수의 가로등을 통해 도로에 빛을 조사하여 각각의 가로등을 기준으로 차량 진행 방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광을 구현하는 단계를 포함하는 가로등의 도로 조명 방법으로서,
    상기 다수의 가로등 각각은, 다수의 광원을 포함하며, 차량의 진행방향에 대해 전면배광에 편중된 비대칭 배광곡선을 갖기 위해, 전면배광 영역과 후면배광 영역을 조사하기 위한 광원에 인가되는 전류량을 상이하게 설정하는 것을 특징으로 하는 가로등의 도로 조명 방법.
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  16. 제 9 항, 제 12 항, 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 가로등 각각은, 광원이 LED 램프인 것을 특징으로 하는 가로등의 도로 조명 방법.
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