KR101246396B1 - Light collecting apparatus and light transmitting system having the same - Google Patents
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Abstract
반사경들에 의해 반사되는 빛의 광학적 특성을 이용하여 크기는 작게 하면서도 태양광의 집광효율을 배가시킬 수 있도록 한 태양광 집광장치 및 그것을 구비한 광전송 시스템이 개시된다. 집광장치는, 광을 반사 및 수렴시키는 반사면을 구비한 제1반사경, 제1반사경에 의해 반사된 광을 재반사시키는 제2반사경, 및 제1 및 제2반사경에 의해 반사되는 광을 수렴시키는 제1광학수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. Disclosed are a solar light concentrating device and a light transmission system having the same, which are capable of increasing the light condensing efficiency while reducing the size by using the optical characteristics of the light reflected by the reflectors. The light collecting device includes a first reflecting mirror having a reflecting surface for reflecting and converging light, a second reflecting mirror reflecting light reflected by the first reflecting mirror, and converging light reflected by the first and second reflecting mirrors. And first optical means.
Description
본 발명은 태양광과 같은 빛을 집광하기 위한 집광장치를 구비한 광전송 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사경들에 의해 반사되는 빛의 광학적 특성을 이용하여 크기는 작게 하면서도 태양광의 집광효율을 배가시킬 수 있도록 한 집광장치를 구비한 광전송 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a light transmission system having a light concentrating device for condensing light such as sunlight, and more particularly, to double the light condensing efficiency while reducing the size by using optical characteristics of light reflected by reflectors. The present invention relates to an optical transmission system having a light collecting device.
태양광은 외부로부터 별도의 추가 에너지원의 투입 없이 자연에서 얻을 수 있는 무한 동력원으로서, 건물 실내를 조명하거나 난방하는 용도, 전기를 발전하는 용도, 또는 각종 육상 및 해양 식물을 생육시키는 용도 등으로 다양하게 활용되고 있다. Solar power is an endless power source that can be obtained from nature without the addition of additional energy sources from the outside, and it can be used for lighting or heating buildings, generating electricity, or growing various land and marine plants. It is utilized.
하지만, 태양광은 상기한 바와 같은 용도로 활용가능한 규모의 집광량을 얻기 위해서는 일정 면적이상의 집광면적을 설치하는 것을 필요로 한다. However, solar light requires a light collecting area of a predetermined area or more in order to obtain a light collecting amount of a scale that can be utilized for the above applications.
이러한 문제를 해결하기 위해, 태양광을 효율적으로 집광하여 태양광을 필요로 하는 광이용수단, 예를 들면, 집열관, 태양전지판, 조명기구 등에 공급할 수 있는 태양광 집광장치가 개발되어 사용되고 있다. In order to solve this problem, a solar light concentrating device capable of concentrating solar light and supplying it to a light utilization means requiring solar light, for example, a heat collecting tube, a solar panel, a lighting device, and the like has been developed and used.
태양광 집광장치는 일반적으로 포물면 형태의 컵형 반사경, 및 컵형 반사경의 중심에 배치되어 컵형 반사경으로부터 반사되어오는 광을 집열관, 태양전지판, 조명기구 등과 같은 광이용수단으로 수렴시켜주는 렌즈를 포함한다. The solar light collecting device generally includes a parabolic cup reflector and a lens disposed at the center of the cup reflector to converge the light reflected from the cup reflector to light using means such as a heat collecting tube, a solar panel, and a lighting fixture. .
그러나, 이러한 종래의 태양광 집광장치는 집광효율이 컵형 반사경의 포물면의 곡률에 의해 좌우된다. 즉, 포물면의 곡률이 클수록 반사 촛점이 포물선의 꼭지점(컵형 반사경의 중심)에 가까워지므로, 컵형 반사경의 중심으로 수렴되는 집광량은 포물면의 곡률이 클수록 많아진다. 이것은 태양광이 입사되는 컵형 반사경의 입구 크기를 동일하게 한 조건에서 최대 집광량을 얻기 위해서는 컵형 반사경의 높이를 증가시켜 포물면의 곡률을 크게 해야함을 의미한다. However, in such a conventional solar light collecting device, the light collecting efficiency depends on the curvature of the parabolic surface of the cup reflector. In other words, the greater the curvature of the parabolic surface, the closer the focus of reflection is to the vertex of the parabola (the center of the cup-shaped reflector), so that the amount of light that converges to the center of the cup-shaped reflector increases as the curvature of the parabolic surface increases. This means that the curvature of the parabolic surface must be increased by increasing the height of the cup reflector in order to obtain the maximum light collecting amount under the condition that the entrance size of the cup reflector into which sunlight is incident.
그 결과, 최대 집광량을 얻기 위해 포물면의 곡률을 크게 할 경우는 태양광 집광장치의 크기가 커지고, 태양광 집광장치의 크기를 줄이기 위해 포물면의 곡률을 작게 할 경우는 태양광의 집광량, 즉, 세기와 밝기가 부족하여 태양광 집광장치와 광이용수단 사이의 거리가 서로 멀리 떨어진 경우에는 집광된 태양광을 이용 목적에 맞게 사용하지 못하는 문제점이 있다. As a result, when the curvature of the parabolic surface is increased in order to obtain the maximum amount of light condensing, the size of the solar light concentrator increases, and when the curvature of the parabolic surface is reduced in order to reduce the size of the solar light concentrating device, that is, When the distance between the solar light collecting device and the light using means is far from each other due to the lack of intensity and brightness, there is a problem in that the collected solar light cannot be used for the purpose of use.
또한, 태양광은 건물 외부 또는 해상과 같은 태양광 집광장치가 설치된 집광 장소에서 건물 내부, 식물재배실, 또는 어초와 같은 태양광을 필요로 하는 장소로 전송하여 이용할 경우에는 집광장치에 의해 집광된 광을 최초 태양광 형태 외에, 예를 들면, 식물의 광합성에 필요한 자외선과 같은 필요한 파장대역을 갖는 광으로 변환하여 필요 장소에 공급하는 것이 필요할 수 있다. In addition, when the solar light is transmitted to and used inside the building, plant cultivation room, or a place that requires sunlight, such as fish, from a light collecting place where a solar light collecting device is installed, such as outside the building or at sea, the light is collected by the light collecting device. In addition to the original solar form, it may be necessary to convert the light into light having a necessary wavelength band, such as, for example, the ultraviolet light required for plant photosynthesis, and supply it to the required place.
하지만, 종래에는 태양광 집광장치에 의해 집광된 태양광을 필요한 파장대역을 갖는 광으로 변환하여 필요 장소에 공급하는 기술은 개시되어 있지 않다. However, conventionally, a technique for converting sunlight collected by a solar light collecting device into light having a required wavelength band and supplying it to a required place has not been disclosed.
따라서, 크기는 작게 하면서도 태양광의 집광효율을 배가시킬 수 있는 집광장치, 및 집광된 태양광을 필요한 파장대역을 갖는 광으로 변환시켜 필요 장소에 공급할 수 있는 광전송 시스템이 요구되고 있다. Therefore, there is a demand for a light converging device capable of increasing the light condensing efficiency of sunlight while reducing its size, and a light transmission system capable of converting the condensed sun light into light having a required wavelength band and supplying it to a required place.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 한 목적은 반사경들에 의해 반사되는 빛의 광학적 특성을 이용하여 크기는 작게 하면서도 태양광의 집광효율을 배가시킬 수 있도록 한 집광장치를 구비한 광전송 시스템을 제공하는 데 있다. The present invention has been made to solve the above problems, one object of the present invention by using the optical properties of the light reflected by the reflectors to reduce the size of the light condensing device to double the light collection efficiency It is to provide an optical transmission system having a.
본 발명의 다른 목적은 집광된 태양광을 필요한 파장대역을 갖는 광으로 변환시켜 필요 장소에 공급할 수 있는 집광장치를 구비한 광전송 시스템을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a light transmission system having a light collecting device capable of converting concentrated solar light into light having a required wavelength band and supplying it to a required place.
본 발명의 다른 목적은 외부와 자유롭게 통신할 수 있는 집광장치를 구비한 광전송 시스템을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide an optical transmission system having a light collecting device capable of freely communicating with the outside.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 집광장치는, 광을 반사 및 수렴시키는 반사면을 구비한 제1반사경, 제1반사경에 의해 반사된 광을 재반사시키는 제2반사경, 및 제1 및 제2반사경에 의해 반사되는 광을 수렴시키는 제1광학수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the light collecting device, the first reflector having a reflecting surface for reflecting and converging light, the second reflector for reflecting light reflected by the first reflector again And first optical means for converging the light reflected by the first and second reflecting mirrors.
제1반사경은 컵형 반사경을 포함할 수 있다. The first reflector may include a cup reflector.
제2반사경은 제1반사경의 반사면과 대향하는 반사곡면 또는 반사평면을 구비한 반사경을 포함할 수 있다. 이때, 제2반사경은 광이 입사하는 제1반사경의 개구를 덮는 투명돔의 중앙에 배치될 수 있다. The second reflecting mirror may include a reflecting mirror having a reflecting curved surface or a reflecting plane that faces the reflecting surface of the first reflecting mirror. In this case, the second reflector may be disposed at the center of the transparent dome covering the opening of the first reflector to which light is incident.
제1광학수단은 적어도 한 개의 볼록렌즈를 포함할 수 있다.The first optical means may comprise at least one convex lens.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 광전송 시스템은, 위에서 설명한 광을 집광하기 위한 집광장치, 일단이 집광장치에 연결된 광전송 라인, 및 광전송 라인의 타단에 배치되고, 광전송 라인을 통해 전송된 광을 확산시키는 제2광학수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, an optical transmission system includes a light concentrating device for condensing the light described above, an optical transmission line having one end connected to the light concentrating device, and a light transmission line disposed at the other end of the optical transmission line and diffusing the light transmitted through the optical transmission line. And second optical means.
광전송 라인은 적어도 한 개의 광섬유 케이블 심을 구비한 광섬유 케이블을 포함할 수 있다. The optical transmission line may comprise an optical fiber cable having at least one optical fiber cable shim.
제2광학수단은 적어도 한 개의 오목렌즈를 포함할 수 있다.The second optical means may comprise at least one concave lens.
전송을 필요로 하는 파장대역을 갖는 광만을 통과시키기 위해, 본 발명의 광전송 시스템은 집광장치와 광전송 라인 사이에 배치된 파장대역 조절부를 더 포함할 수 있다. 파장대역 조절부는 외부로부터의 제어신호에 따라 각각 다른 파장대역을 갖는 광을 통과시키는 복수 개의 필터 중 하나를 집광장치와 광전송 라인 사이에 선택적으로 위치시키는 필터 교환기, 외부로부터의 제어신호에 따라 광섬유 그레이팅에 연결된 압전소자에 전압을 인가하여 인가된 전압에 따라 광섬유 그레이팅(grating)의 주기를 변형(strain)시켜 광섬유 케이블을 통과하는 광을 필요한 파장대역을 갖는 광으로 변화시키는 그레이팅 변형형 파장대역 변환기, 또는 외부로부터의 제어신호에 따라 클래딩 영역에 액정을 주입한 광섬유 케이블에 열전소자 등을 통해 열을 인가하여 인가된 온도에 따라 광섬유 케이블을 통과하는 불필요한 특정 파장대역의 광을 소광시키는 열 변화형 파장대역 변환기를 포함할 수 있다. 선택적으로, 파장대역 조절부는 집광장치와 광전송 라인 사이의 거리를 필요한 파장대역을 갖는 광의 초점거리로 유지하는 스페이서를 포함할 수 있다.In order to pass only light having a wavelength band requiring transmission, the optical transmission system of the present invention may further include a wavelength band adjusting unit disposed between the light collecting device and the optical transmission line. The wavelength band adjusting section includes a filter exchanger for selectively placing one of a plurality of filters passing light having different wavelength bands in accordance with a control signal from the outside between the condenser and the optical transmission line, and optical fiber grating according to a control signal from the outside. A grating strain type wavelength band converter which applies a voltage to a piezoelectric element connected to the strain to strain the period of the optical fiber grating according to the applied voltage to change the light passing through the optical fiber cable into light having a required wavelength band, Alternatively, a heat-changing wavelength that dissipates unnecessary specific wavelength band light passing through the optical fiber cable according to the applied temperature by applying heat to the optical fiber cable injecting liquid crystal into the cladding region according to a control signal from the outside. And a band converter. Optionally, the wavelength band adjusting unit may include a spacer that maintains the distance between the light concentrator and the light transmission line at a focal length of light having the required wavelength band.
외부로부터의 제어신호에 따라 파장대역 조절부를 제어하여 광전송 라인에 입사되는 광의 파장대역을 변화시키거나 시스템 자신의 위치를 외부에 알리기 위해, 본 발명의 광전송 시스템은 외부와 통신할 수 있는 통신부를 더 포함할 수 있다. In order to change the wavelength band of light incident on the optical transmission line or to inform the outside of the system itself by controlling the wavelength band adjusting unit according to a control signal from the outside, the optical transmission system of the present invention further includes a communication unit capable of communicating with the outside. It may include.
실시예에서, 본 발명의 광전송 시스템은 집광장치를 해수면 위에 부유할 수 있게 유지하는 부이체를 구비하고 해저의 인공어초와 같은 필요 장소에 태양광을 공급하는 광전송 부이시스템일 수 있다.In an embodiment, the optical transmission system of the present invention may be an optical transmission buoy system having a floating body that keeps the light collecting device floating above the sea surface and supplies sunlight to a necessary place such as an artificial reef on the seabed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 집광장치 및 그것을 구비한 광전송 시스템은 광을 반사 및 수렴시키는 제1반사경, 및 반사곡면 또는 반사평면을구비하여 제1반사경에 의해 반사된 광을 재반사시키는 제2반사경을 구비한다. 따라서, 본 발명의 집광장치 및 그것을 구비한 광전송 시스템은 제1반사경이 곡률을 거의 갖지 않거나 수직 높이를 크게 하지 않아도 제2반사경을 통해 충분한 광을 제1광학수단 쪽으로 수렴시킬 수 있다. 따라서, 제1반사경의 높이는 종래의 집광장치의 반사경에 비하여 낮게 형성될 수 있고, 그에 따라, 집광장치 및 광전송 시스템은 크기가 감소된다. As described above, the light collecting device and the light transmission system having the same according to the present invention have a first reflector for reflecting and converging light, and a reflecting surface or a reflecting plane to reflect back light reflected by the first reflector. A second reflecting mirror is provided. Therefore, the light collecting device and the light transmission system having the same of the present invention can converge sufficient light toward the first optical means through the second reflecting mirror even if the first reflecting mirror has little curvature or increases the vertical height. Therefore, the height of the first reflecting mirror can be formed lower than that of the conventional reflecting apparatus, so that the focusing apparatus and the light transmission system are reduced in size.
또한, 본 발명에 따른 집광장치를 구비한 광전송 시스템은 집광된 태양광을 필요한 파장대역을 갖는 광만을 통과시킬 수 있는 파장대역 조절부를 구비한다. 따라서, 본 발명의 광전송 시스템은 집광된 태양광을, 예를 들면, 식물의 광합성에 필요한 자외선과 같은 필요한 파장대역을 갖는 광으로 변환하여 필요 장소에 공급할 수 있다.In addition, the optical transmission system having a light collecting device according to the present invention includes a wavelength band adjusting unit capable of passing only the light having the required wavelength band through the collected sunlight. Therefore, the light transmission system of the present invention can convert the concentrated solar light into light having a necessary wavelength band such as, for example, ultraviolet light required for plant photosynthesis, and supply it to a required place.
또한, 본 발명에 따른 집광장치를 구비한 광전송 시스템은 외부와 통신할 수 있는 통신부를 더 포함한다. 따라서, 본 발명의 광전송 시스템은 외부와 자유롭게 통신하여, 외부로부터의 제어신호에 따라 파장대역 조절부를 제어하여 광의 파장대역을 변화시키거나 시스템 자신의 위치를 외부에 알릴 수 있다. In addition, the optical transmission system having a light collecting device according to the present invention further includes a communication unit capable of communicating with the outside. Therefore, the optical transmission system of the present invention can freely communicate with the outside to control the wavelength band adjusting unit according to a control signal from the outside to change the wavelength band of the light or inform the outside of the system itself.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광장치를 구비한 광전송 시스템을 개략적으로 예시하는 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 광전송 시스템의 부분 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 광전송 시스템의 집광장치의 제1 및 제2반사경의 변형예를 예시하는 부분 단면도,
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 광전송 시스템의 파장대역 조절부를 예시하는 평면도 및 측면도,
도 5a 및 도 5b는 도 1에 도시된 광전송 시스템의 파장대역 조절부의 변형예들을 예시하는 부분 단면도, 및
도 6는 도 1에 도시된 광전송 시스템의 파장대역 조절부의 다른 변형예를 예시하는 부분 단면도이다.1 is a perspective view schematically illustrating a light transmission system having a light collecting device according to an embodiment of the present invention;
2 is a partial cross-sectional view of the optical transmission system shown in FIG.
3 is a partial cross-sectional view illustrating a modification of the first and second reflecting mirrors of the light collecting device of the optical transmission system shown in FIG. 1;
4A and 4B are a plan view and a side view illustrating a wavelength band adjusting unit of the optical transmission system shown in FIG. 1;
5A and 5B are partial cross-sectional views illustrating modifications of the wavelength band adjusting portion of the optical transmission system shown in FIG. 1; and
6 is a partial cross-sectional view illustrating another modified example of the wavelength band adjusting unit of the optical transmission system shown in FIG. 1.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 집광장치를 구비한 광전송 시스템을 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, an optical transmission system having a light collecting device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광장치를 구비한 광전송 시스템(1)이 개략적으로 예시되어 있다.First, referring to FIG. 1, an
본 발명의 광전송 시스템(1)은, 예를 들면, 해수면(4) 위에 부유할 수 있게 설치되어 해저(7)의 인공어초와 같은 필요 장소(2)에 태양광(3)을 공급하는 광전송 부이시스템으로서, 집광장치(10), 광전송 라인(20), 및 제2광학수단(30)을 포함한다.The
집광장치(10)는 태양광(3)을 집광하여 태양광(3)을 필요로 하는 광이용수단, 예를 들면, 인공어초(2)에 태양광(3)을 비춰주기 위한 조명기구를 구성하는 제2광학수단(30)과 연결된 광전송 라인(20)에 공급한다. The
집광장치(10)는 타원체 형태의 부이체(11)의 상부에 설치되고, 제1반사경(13), 제2반사경(14), 및 제1광학수단(15)을 구비한다. 부이체(11)는 집광장치(10) 전체를 해수면(4) 위에 부유할 수 있게 유지하도록 내부에 일정 부력을 형성할 수 있는 공간을 갖는 플라스틱재 또는 금속재의 중공 타원체로 형성되고, 중력추 또는 닻(5)에 연결된 와이어(6)에 의해 해저(7)의 인공어초(2) 근처에 고정된다. The
제1반사경(13)은 태양광(3)을 제1광학수단(15) 쪽으로 반사 및 수렴시키는 것으로, 나사, 고정브라켓 등과 같은 적당한 고정수단(도시하지 않음)에 의해 부이체(11)의 상부 중앙에 고정되고, 내부에 반사면(13a)을 구비한다. 본 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1반사경(13)은 내부 반사면(13a)이 거의 곡률을 갖지 않는 위로 넓은 원추 형태의 컵형 반사경으로 구성될 수 있다. 여기서, 반사면(13a)은 거의 곡률을 갖지 않는 것으로 설명하였지만, 도 3에 도시한 바와 같이, 태양광(3)이 제2광학수단(15) 쪽으로 바로 수렴되는 양을 증가시키기 위해 오목하게 일정 곡률을 가지도록 구성될 수 있다. The first reflecting
다시, 도 1을 참조하면, 제2반사경(14)은 제1반사경(13)에 의해 위쪽으로 반사되는 태양광(3)을 제1광학수단(15) 쪽으로 재반사시키는 것으로, 하면에 제1반사경(13)의 반사면(13a)과 대향하는 대응반사면(14a)을 구비한다. 이 제2반사경(14)은 태양광(3)이 입사하는 제1반사경(13)의 개구(13b)를 덮는 반원구형 투명돔(17)의 상부 중앙에 배치된다. 투명돔(17)은 태양광(3)을 투과하도록 유리 또는 투명한 플라스틱재로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 반사경(13)과 제2반사경(14) 사이의 투명돔(17) 부분에는 원형 띠 형태의 태양광(3) 입사공간이 형성된다. Referring again to FIG. 1, the
본 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2반사경(14)은 제1반사경(13)의 반사면(13a)과 대향하고 제1반사경(13)의 개구(13b)의 직경 보다 작은 직경을 가지는 반사곡면(14a)을 구비한 뒤집은 접시형 반사경으로 구성될 수 있다. 하지만, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1반사경(13')의 반사면(13a')이 태양광(3)을 제1광학수단(15) 쪽으로 바로 수렴시키는 양을 증가시킬 수 있도록 일정 곡률을 가지도록 구성될 경우, 제2반사경(14')은 반사곡면(14a)을 구비한 접시형 반사경(14) 대신, 하면에 반사평면(14a')을 구비한 반사경으로 구성될 수도 있을 것이다. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the second reflecting
이와 같이 본 발명의 광전송 시스템(1)은 제1반사경(13)이 태양광(3)을 제1광학수단(15) 쪽으로 많이 수렴시키지 못하더라도 제2반사경(14)에 의해 태양광(3)을 추가로 제1광학수단(15) 쪽으로 수렴시키므로, 동일 개구 조건에서 집광량을 증가시키기 위해 제1반사경(13)의 곡률을 크게 하고 그 결과 제1반사경(13) 및 집광장치(10)의 높이, 즉, 크기를 크게 하지 않더라도, 태양광의 집광효율을 배가시킬 수 있다.As described above, the
제1광학수단(15)은 제1 및 제2반사경(13, 14)에 의해 반사되어 평행광으로 입사되어오는 태양광(3)을 모아 한 곳으로 수렴하여 광이용수단, 즉, 제2광학수단(30)과 연결된 광전송 라인(20)으로 수렴시키는 것으로, 제1반사경(13)의 하부 중앙에 형성된 수용개구(13c)에 고정된다. The first optical means 15 collects the
본 실시예에서, 제1광학수단(15)은 적어도 한 개의 볼록렌즈(16)로 구성될 수 있다. 여기서, 예시를 쉽게 하기 위해, 볼록렌즈(16)는 한 개로 예시 및 설명되었지만, 복수 개, 예를 들면, 6개로 구성될 수 있다.In the present embodiment, the first optical means 15 may be composed of at least one
광전송 라인(20)은 입사단이 부이체(11)의 하부를 밀봉 관통하여 제1광학수단(15)으로부터 일정간격을 두고 고정되고, 제1광학수단(15)에 의해 수렴되는 태양광(3)을 출사단에 배치된 제2광학수단(30)까지 이송한다. In the
본 실시예에서, 광전송 라인(20)은 클래딩(cladding)에 의해 싸인 적어도 한 개의 광섬유 케이블 심을 구비한 광섬유 케이블(21)로 구성될 수 있다. 여기서, 예시를 쉽게 하기 위해, 광섬유 케이블(21)은 한 개의 광섬유 케이블 심을 구비한 것으로 예시 및 설명되었지만, 복수 개, 예를 들면, 각각의 볼록렌즈(16)에 대응하는 6 개로 구성될 수 있다.In the present embodiment, the
전송을 필요로 하는 파장대역을 갖는 광, 예를 들면, 적외선, 가시광선, 인공어초(2)의 광합성을 도와주는 자외선, 두 개 이상의 복합광, 또는 맑은 바닷물을 통과하여 도달하는 자연광과 유사한 광만을 통과시키기 위해, 집광장치(10)의 제1광학수단(15)과 광전송 라인(20) 사이에는 파장대역 조절부(25)가 배치된다. Only light with wavelength bands that require transmission, such as infrared light, visible light, ultraviolet light to aid photosynthesis of
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서, 파장대역 조절부(25)는 외부의 제어 스테이션(도시하지 않음)로부터 후술하는 통신부(35)의 안테나(36)를 통해 전달되는 제어신호에 따라 부이체(11) 내에 설치된 제어부(33)에 의해 구동되는 필터 교환기(26)로 구성될 수 있다. 필터 교환기(26)는 제어부(33)의 제어하에 제어부(33)의 모터 구동부(도시하지 않음)에 의해 구동되는 모터(28), 및 모터축(28a)에 연결되고 각각 상기 한 바와 같은 다른 파장대역을 갖는 광을 통과시키는 복수 개의 필터(29)를 장착한 스포크(spokes)(31)를 구비한다. 제어부(33)는 부이체(11) 내에서 제어부(33) 일측에 배치된 바테리와 같은 전원부(37)에 의해 필요 전력을 공급받는다, As shown in Figs. 4A and 4B, in this embodiment, the wavelength
따라서, 외부로부터의 제어신호가 통신부(35)를 통해 제어부(33)에 전달될 때, 제어부(33)는 모터 구동부을 통해 모터(28)를 구동하여 복수 개의 필터(29) 중에서 필요한 특정 파장대역을 갖는 광, 예를 들면, 자외선만을 통과시키는 자외선 필터를 제1광학수단(15)과 광전송 라인(20) 사이에 위치시키도록 한다. Therefore, when a control signal from the outside is transmitted to the
선택적으로, 도 5a에 도시한 바와 같이, 파장대역 조절부(25')는 외부의 제어 스테이션로부터 통신부(35)의 안테나(36)를 통해 전달되는 제어신호에 따라 제어부(33)에 의해 구동되는 그레이팅 변형(grating strain)형 파장대역 변환기(41)로 구성될 수 있다. 그레이팅 변형형 파장대역 변환기(41)는 제어부(33)의 제어하에 광섬유 케이블(21')의 그레이팅에 연결된 압전소자(41a)에 전압을 인가하여 인가된 전압에 따라 그레이팅의 주기를 변형시켜 광섬유 케이블(21')을 통과하는 태양광(3)을 필요한 특정 파장대역을 갖는 광으로 변화시킨다. Optionally, as shown in FIG. 5A, the wavelength
또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 파장대역 조절부(25")는 외부의 제어 스테이션로부터 통신부(35)의 안테나(36)를 통해 전달되는 제어신호에 따라 제어부(33)에 의해 구동되는 열 변화형 파장대역 변환기(41')로 구성될 수 있다. 열 변화형 파장대역 변환기(41')는 제어부(33)의 제어하에 클래딩(cladding) 영역에 액정을 주입한 광섬유 케이블(21")에 열전소자(41a') 등을 통해 열을 인가하여 인가된 온도에 따라 광섬유 케이블(21")을 통과하는 태양광(3) 중에서 필요하지 않는 파장대역의 광을 소광시키고 필요한 파장대역을 갖는 광만을 통과시킨다. In addition, as shown in FIG. 5B, the wavelength
외부의 제어 스테이션으로부터의 제어신호에 따라 파장대역 조절부(25, 25', 25")를 제어하여 광전송 라인(20)에 입사되는 태양광(5)의 파장대역을 변화시키거나 시스템(1) 자신의 위치를 위성 GPS를 통해 외부의 제어 스테이션에 알리기 위해, 본 발명의 광전송 시스템(1)은 외부와 통신할 수 있는 통신부(35)를 더 포함한다. The wavelength
통신부(35)는 부이체(11) 내부에서 제어부(33)에 연결되고, 제어부(33)의 제어하에 부이체(11)의 상부 일측에 돌출 고정된 안테나(36)를 통해 위성 GPS와 제어 스테이션에 신호를 무선으로 송수신하는 통신시스템, 예를 들면, 위성통신시스템 또는 무선통신시스템일 수 있다. 또는, 통신부(35)는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템일 수 있다. 통신부(35)가 USN 시스템일 경우, 복수의 광전송 시스템을 통해 센서 네트워크를 형성할 수 있다.The
선택적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 파장대역 조절부(25"')는 광전송 라인(20)의 입사단을 집광장치(10)의 제1광학수단(15)의 볼록 렌즈(16)에서부터 필요한 파장대역을 갖는 광의 초점거리(D) 만큼 떨어진 위치에 유지하는 스페이서(41")를 포함할 수 있다. 스페이서(41")는, 상단(도 6의 좌측)이 제1광학수단(15)을 고정하는 제1반사경(13)의 하부에 고정 지지되고 하단(도 6의 우측)이 광전송 라인(20)의 입사단을 고정하는 투명 튜브(41a")일 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 필요한 파장대역을 갖는 광이 자외선(3a)일 경우, 투명 튜브(41a")는 광전송 시스템(1)을 해상에 설치하기 전에 광전송 라인(20)의 입사단을 제1광학수단(15)으로부터 자외선의 초점거리(D) 만큼 떨어진 위치에 고정하는 자외선용 투명튜브가 선택되어 설치될 수 있다. 이 경우, 도 6에서 점선으로 도시된 바와 같이, 파장이 더 긴 가시광선(3b)과 적외선(3c)은 투명 튜브(41a")을 통해 외부로 반사되어 자연히 소광된다. Optionally, as shown in FIG. 6, the wavelength
이와 같이 파장대역 조절부(25"')가 제어부(33)에 의해 구동될 수 없는 스페이서(41")로 구성될 경우, 통신부(35)는 제어부(33)의 제어하에 위성 GPS를 통해 외부의 제어스테이션에 광전송 시스템(1)의 위치만 알리도록 동작한다.As such, when the wavelength
제2광학수단(30)은 광전송 라인(20)의 출사단에 설치된 고정구(45)에 고정되고, 광전송 라인(20)을 통해 전송된 평행광을 인공어초(2) 쪽으로 발산광으로 확산시킨다. 본 실시예에서, 제2광학수단(30)은 적어도 한 개의 스프레드 렌즈(spread lens), 예를 들면, 오목렌즈(30a)로 구성될 수 있다. 여기서, 예시를 쉽게 하기 위해, 오목렌즈(30a)는 한 개로 예시 및 설명되었지만, 광전송 라인(20)의 광섬유 케이블(21)의 광섬유 케이블 심에 대응하는 복수 개, 예를 들면, 6개로 구성될 수 있다. The second optical means 30 is fixed to the
이상에서 본 발명에 따른 광전송 시스템(1)은 해수면(4) 위에 부유할 수 있게 설치되어 해저(7)의 인공어초와 같은 필요 장소(2)에 태양광(3)을 공급하는 광전송 부이시스템으로 예시 및 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 시스템, 예를 들면, 건물 외부에서 태양광을 집광하여 건물 내부공간 또는 식물재배실로 전송시키거나, 집광 환경이 좋은 장소에서 태양광을 집광하여 집광 환경이 열악한 장소로 전송하는 광전송 시스템으로도 동일한 구성과 원리로 적용될 수 있을 것이다. As described above, the
이상과 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 집광장치(10)를 구비한 광전송 시스템(1)의 작용을 도 1, 도 2, 도 4a, 및 도 4b를 를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the
먼저, 광전송 시스템(1)은 부이체(11) 하측에 와이어(6)를 통해 연결된 중력추 또는 닻(5)을 인공어초 근처의 해상에 낙하시켜 부이체(11)가 해수면(4) 위에 부유하도록 해저(7)에 고정된다. First, the
이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태광광(3)은 제1반사경(13)과 제2반사경(14) 사이의 투명돔(17) 부분에 형성된 원형 띠 형태의 태양광(3) 입사공간을 통해 제1반사경(13)의 반사면(13a)에 입사되어 입사각도에 따라 일부는 제1광학수단(15) 쪽으로 반사되고 일부는 제2반사경(14) 쪽으로 반사된다. In this case, as shown in FIGS. 1 and 2, the light of the
제2반사경(14) 쪽으로 반사되는 태양광(3)은 제2반사경(14)의 대응 반사면(14a)에 입사되는 입사각도에 따라 다시 일부는 제1광학수단(15) 쪽으로 반사되고 일부는 제1반사경(13) 쪽으로 반사된다. 제1반사경(13) 쪽으로 반사되는 태양광(3)은 위에서 설명한 동작을 반복한다. The
이와 같이 제1광학수단(15)에 평행광으로 수렴된 태양광(3)은 제1광학수단(13)에 의해 한 곳으로 모아져 수렴광으로서 파장대역 조절부(25) 쪽으로 보내진다. Thus, the
이때, 만일, 외부의 제어 스테이션으로부터 필요한 파장대역을 갖는 광, 예를 들면, 자외선만을 통과시키기 위한 제어신호가 송신되면, 도 2 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제어부(33)는 안테나(36)를 통해 통신부(35)로부터 제어신호를 수신하고, 모터구동부를 통해 모터(28)를 구동하여 복수 개의 필터(29) 중에서 자외선 필터를 제1광학수단(15)과 광전송 라인(20)의 입사단 사이에 위치시킨다. At this time, if a control signal for passing only light having a required wavelength band, for example, ultraviolet rays, is transmitted from an external control station, as shown in FIGS. 2 and 4B, the
그 결과, 태양광(3)은 자외선 필터를 통해 자외선만 통과하고, 자외선 필터를 통과한 자외선은 광전송 라인(20)을 통해 광전송 라인(20)의 출사단으로 이동된다.As a result, the
광전송 라인(20)의 출사단에 도달한 자외선은 제2광학수단(30)을 통해 다시 평행광에서 인공어초(2) 쪽으로 확산되는 발산광으로 변화된다. 그 결과, 인공어초(2)에 식생하는 해양식물 및 고기들은 자외선에 의해 발육 또는 생육이 촉진된다. The ultraviolet rays that reach the exit end of the
이때, 만일, 외부의 제어 스테이션에서 광전송 시스템(1)의 위치를 확인하고 자 한다면, 외부의 제어 스테이션은 통신부(35)가 제어부(33)의 제어하에 주기적으로 송신하는 위치신호 또는 제어 스테이션의 위치확인신호에 대응하여 송신하는 위치확인신호를 위성 GPS를 통해 수신하여 광전송 시스템(1)의 위치를 확인할 수 있다.At this time, if you want to check the position of the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 광전송 시스템은 집광장치의 크기는 작게 하면서도 태양광의 집광효율을 배가시킬 수 있고, 집광된 태양광을 필요한 파장대역을 갖는 광으로 변환하여 필요 장소에 공급할 수 있다. As described above, the light transmission system of the present invention can increase the light condensing efficiency of the solar light while reducing the size of the light concentrating device, and can convert the condensed sun light into light having a required wavelength band and supply it to a required place.
또한, 본 발명의 광전송 시스템은 외부와 자유롭게 통신하여, 외부로부터의 제어신호에 따라 파장대역 조절부를 제어하여 광의 파장대역을 변화시키거나 시스템 자신의 위치를 외부에 알릴 수 있다. In addition, the optical transmission system of the present invention can freely communicate with the outside, and control the wavelength band adjusting unit according to a control signal from the outside to change the wavelength band of the light or inform the outside of the system itself.
이상에서, 본 발명은 원리를 예시하기 위한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 구성 및 작용으로 한정되지 않는다. 또, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 벗어 나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경과 수정이 가능함은 당업자들에게는 잘 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 대한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다. In the above, the present invention has been described and illustrated in connection with embodiments for illustrating the principle, but the present invention is not limited to the configuration and operation shown and described as such. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all suitable changes, modifications, and equivalents to the present invention should be considered to be within the scope of the present invention.
1: 광전송 시스템 10: 집광장치
11: 부이체 13: 제1반사경
14: 제2반사경 15: 제1광학수단
16: 볼록렌즈 17: 투명돔
20: 광전송 라인 21, 21', 21": 광섬유 케이블
25, 25', 25", 25"': 파장대역 조절부
26: 필터교환부 28: 모터
29: 필터 30: 제2광학수단
30a: 오목렌즈 31: 스포크
33: 제어부 35: 통신부
41, 41': 파장대역 변환기 41": 스페이서1: optical transmission system 10: condenser
11: Vice 13: the first reflector
14: second reflecting mirror 15: first optical means
16: Convex Lens 17: Transparent Dome
20:
25, 25 ', 25 ", 25"': wavelength band adjusting section
26: filter replacement 28: motor
29: filter 30: second optical means
30a: concave lens 31: spoke
33: control unit 35: communication unit
41, 41 ':
Claims (13)
입사단이 상기 집광장치에 연결된 광전송 라인;
상기 광전송 라인의 출사단에 배치되고, 상기 광전송 라인을 통해 출사되는 광을 확산시키는 제2광학수단; 및
상기 집광장치와 상기 광전송 라인 사이에 배치되고, 전송을 필요로 하는 파장대역을 갖는 광만을 통과시키는 파장대역 조절부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.A first reflecting mirror having a reflecting surface for reflecting and converging light, a second reflecting mirror reflecting the light reflected by the first reflecting mirror, and a second converging light reflecting by the first and second reflecting mirrors A light concentrating device comprising one optical means;
An optical transmission line having an incident end connected to the light collecting device;
Second optical means disposed at an output end of the optical transmission line and configured to diffuse light emitted through the optical transmission line; And
A wavelength band adjusting unit disposed between the light collecting device and the optical transmission line and passing only light having a wavelength band requiring transmission;
Optical transmission system comprising a.
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