KR101572811B1 - 대형 구조물 조명용 ｌｅｄ 기반 조명 기구 - Google Patents

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Abstract

소정 범위 내에 배치된 목표물을 조명하는 조명 시스템은 제1 조명 유닛(301)과 제2 조명 유닛(302)을 포함하며, 이들 사이에 제1 갭(332)을 형성한다. 제1 및 제2 조명 유닛은 각각 복수의 LED를 포함하며, 제1 조명 유닛은 제2 조명 유닛이 발생한 것과 다른 스펙트럼의 광을 발생한다. 열 소산 구조는 제1 및 제2 조명 유닛의 후면에 열적으로 연결된다. 컨트롤러는 컨트롤러 하우징(330) 내에 배치되며, LED 광원에 연결되고, 조명 시스템이 발생한 광의 강도와 전체 인식가능한 색 및/또는 색 온도를 제어하도록 구성된다. 컨트롤러 하우징(330)은 제1 및 제2 조명 유닛의 열 소산 구조를 가지고 주변 공기가 조명 시스템을 통해 흐를 수 있도록 제1 갭(332)과 연결되는 제2 갭(385)을 형성한다.

Description

대형 구조물 조명용 ＬＥＤ 기반 조명 기구{LED-BASED LUMINAIRES FOR LARGE-SCALE ARCHITECTURAL ILLUMINATION}
디지털 조명 기술, 즉, 발광 다이오드(LED)와 같은 반도체 광원을 기반으로 하는 조명은 종래의 형광등, HID등, 백열등을 대체하고 있다. LED의 기능적 장점 및 이점은 높은 에너지 변환 및 광학적 효율, 내구성, 저렴한 운용 비용, 및 그외의 것들을 포함한다. 최근에 LED 기술이 발달함에 따라 많은 분야에서 다양한 조명 효과를 낼 수 있는 효능이 좋고 튼튼한 풀 스펙트럼(full-spectrum) 조명원이 공급되고 있다. 이러한 조명원들을 포함하는 고정구(fixture)는, 예컨대 U.S. 특허 제6,016,038호와 제6,211,626호에 개시된 바와 같이, 예컨대 적색, 녹색 및 청색과 같은 서로 다른 색을 낼 수 있는 하나 이상의 LED를 포함하는 조명 모듈과, 서로 다른 색과 색변(color-changing) 조명 효과를 만들어 내기 위하여 LED 출력을 독립적으로 제어하는 프로세서를 포함한다.
특히, 하이-플럭스(high-flux) LED를 이용하는 조명 기구는 전체적인 발광 효율이 높고 다양한 조명 패턴과 효과를 줄 수 있기 때문에 종래의 광 고정구의 대체물로서 급부상하고 있다. 이러한 조명 기구의 설계와 운용에 있어 한 가지 중요한 관심사는 열 관리인데, 그 이유는 LED는 저온에서 동작할 때에 효율이 더 높고 오래 지속될 수 있기 때문이다. 하이-플럭스 LED는 동작 온도에 매우 민감한 경향이 있으며, 이들 LED에서 발생하는 열의 소산 효율은 LED 광원의 동작 수명, 성능 및 신뢰성과 매우 밀접한 관계가 있다. 따라서, 접합 온도를 최적으로 유지하는 것이 고성능 조명 시스템을 개발하는데 있어 중요한 고려 사항이다. 그러나, 고정구의 규모가 커지고 LED 광원의 밀도와 선속이 높아지는 경우에는 열 소산 효율을 높이는 것은 상당히 어려운 문제일 수 있다. 또한 외벽에 사용되는 것과 같은 대형 고정구의 경우에는 이를 조작하고 설치하는데 있어 안전 문제뿐만 아니라 외관이 투박할 수 있다는 문제도 있다.
LED 기반 조명 기구, 특히, 하이-플럭스 LED를 이용하는 조명 기구의 한 가지 바람직한 응용으로는 광을 특정 방향으로 집중시키는 대형 구조물 표면과 물체의 조명이 있다. 이를 위해서 종래에는 다년간 극장, 텔레비전, 구조물, 일반적인 조명 분야(예컨대 오버헤드 프로젝션, 집중광 조명, 공항 활주로와 고층 빌딩의 조명 등) 등에 투사형 고정구를 사용해 왔다. 통상적으로 이러한 고정구는 렌즈 조립체를 통해 광을 반사시켜 좁은 광 빔을 상당히 먼 거리를 통해 목표물로 투사시키는 오목 반사체에 인접하여 설치된 백열등 또는 방전등을 포함한다.
근래, LED 기반 조명 고정구는 3차원 물체의 해상도를 향상시키는 것은 물론 구조물 표면에 집중광 조명이나 월 워싱(wall-washing) 조명 효과를 주는 내벽 또는 외벽 조명 기구로 구성된 몇 가지 유형의 투사형 조명 고정구에도 사용해 왔다. 특히, 하나 또는 복수의 LED의 표면 실장 또는 칩 온 보드 조립체는 (조명의 포커싱을 조밀하게 하고/ 형태적 확대를 적게 하기 위해서) 좁은 빔광 발생과 조합된 고휘도를 필요로 하는 분야에 이용하기 위한 산업에서 주목을 받고 있다. "칩 온 보드"(COB) LED 조립체는 일반적으로 하나 이상의 LED 접합부가 제조된 하나 이상의 반도체 칩(또는 "다이")을 말하며, 이 칩(들)은 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 실장(예컨대 접착)된다. 그러면 이 칩(들)은 PCB에 와이어 본딩되고, 그 다음에 에폭시 또는 플라스틱 방울을 사용하여 칩(들) 및 와이어 접속부를 덮을 수 있다. 그러면 하나 이상의 그와 같은 LED 조립체, 또는 "LED 패키지"는 조명 고정구의 공통 실장 보드 또는 기판에 실장될 수 있다.
LED 칩 또는 다이와 관련된 어떤 좁은 빔 적용분야에서는 광학 소자들을 LED 칩 온 보드와 함께 사용하여, 발생된 광의 포커싱을 용이하게 하여 콜리메이트된 또는 준콜리메이트된 좁은 광빔을 만들어낼 수 있다. 흔히 "콜리메이터 렌즈" 또는 "콜리메이터"라고 하는, 가시 광선을 콜리메이트하는 광학 구조는 당업계에 공지되어 있다. 이러한 구조는 광원에서 방출된 광을 포획하여 그 방향을 바꾸어서 그 방향성을 개선한다. 그와 같은 콜리메이터 중 한 가지는 내부 전반사("TIR") 콜리메이터이다. TIR 콜리메이터는 이 콜리메이터와 마주보는 광원에서 방출된 광의 상당 부분을 포획하도록 위치한 내부 반사면을 포함한다. 이러한 종래의 TIR 콜리메이터의 반사면은 통상적으로 포물선, 타원 또는 쌍곡선 곡선으로부터 도출되는 원추형이다.
따라서, 당업계에서는 광추출과 열 소산 특성이 향상된 고성능 LED 기반 조명 기구가 필요하다. 특히, 바람직한 것은 대형 물체와 구조물의 집중광 조명이나 외부 구조물 표면의 월 워싱(wall-washing)과 같은 대형 조명 적용 분야에 적합한 LED 기반의 좁은 빔 조명 기구이다.
<개요>
본 발명의 다양한 실시예와 구현에서 본 발명은 일반적으로 장거리로 광을 투사할 수 있는 LED 기반 광원을 이용하여 높은 루멘 출력으로 다양한 조명 효과를 낼 수 있는 외부 구조물 고정구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 대형 정면 워싱과 고층 건물, 카지노, 소매점과 같은 대형 구조물 조명에 적합한 구조물 조명 고정구에 관한 것이다.
다양한 구현에서 구조물 조명 기구 또는 조명 고정구는 각각이 LED 기반 광원을 포함하는 적어도 2개의 LED 기반 조명 유닛을 포함한다. 일 예시적인 구현에서 각 조명 유닛은 많은 수의 LED 광원을 서로 다른 방사 스펙트럼을 발생하도록 구성될 수 있는 "LED 패키지" 또는 칩 온 보드 조립체 형태로 포함한다. 조명 기구의 조명 유닛들은 열 소산을 용이하게 하도록 조명 유닛들 사이에 에어 갭(air gap)을 갖는 "스플릿 하우징(split housing)" 구조를 형성하도록 구성되며, 각 조명 유닛에는 열 소산을 더 용이하게 하는 열 소산 핀이 구비된다. 다른 양태에서 고정구는 컨트롤러 하우징과 스플릿 고정구 하우징 사이에 에어 갭을 형성할 수 있도록 하기 위해 스플릿 고정구 하우징에 연결된 별도의 컨트롤러 하우징 내에 배치된 전원 장치 및 제어 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구조물 조명 기구는 각 조명 유닛의 LED 패키지에서 발생한 광을, 예컨대 약 5° 빔각을 갖는 좁은 빔으로 콜리메이트하기 위한 복수의 스플릿 반사체 광학 소자를 더 포함할 수 있다. 다양한 구현에서 각 반사체 광학 소자는 단일 반사면을 형성하는 상단부와 하단부를 갖고 있다. 상단부의 최대 직경은 반사체 광학 소자의 고밀도 구성이 가능하도록 그 설치대를 포함한 하단부의 최대 직경 이상이다.
본 발명의 목적상 여기서 사용된 용어 "LED"는 임의의 전계발광 다이오드, 또는 전기적 신호에 응답하여 광을 발생할 수 있는 임의 형태의 캐리어 주입/접합 기반 시스템을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 용어 LED는 전류에 응답하여 발광하는 다양한 반도체 기반 구조, 예컨대 발광 폴리머, 유기 발광 다이오드(OLED), 전계발광 스트립 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 용어 LED는 적외선 스펙트럼, 자외선 스펙트럼 및 가시 광선 스펙트럼의 여러 부분(일반적으로 약 400 nm 내지 약 700 nm의 광파장을 포함함) 중 하나 이상에서 광을 발생하도록 구성될 수 있는 모든 종류의 발광 다이오드(반도체 및 유기 발광 다이오드 포함)를 말한다. LED의 몇 가지 예는 다양한 종류의 적외선 LED, 자외선 LED, 적색 LED, 청색 LED, 녹색 LED, 황색 LED, 호박색 LED, 오렌지색 LED 및 백색 LED(뒤에 자세히 설명함)가 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 LED는 특정 스펙트럼에 대해 다양한 대역폭(예컨대 반치폭(full widths at half maximum: FWHM)(예컨대 협대역폭, 광대역폭)을 갖고 또 특정의 일반 색 범주 체계 내의 다양한 주파장을 갖는 광을 발생하도록 구성 및/또는 제어될 수 있음을 알아야 한다.
예컨대 기본적으로 백색광을 발생하도록 구성된 LED(예컨대 백색 LED)의 일 구현은 조합 시에 기본적으로 백색광을 구성하도록 혼합되는 다양한 전계발광 스펙트럼을 방출하는 많은 다이를 포함할 수 있다. 다른 구현에서 백색광 LED는 제1 스펙트럼을 갖는 전계발광을 다른 제2 스펙트럼으로 변환하는 형광체 재료와 연관될 수 있다. 이 구현의 일례로서, 비교적 짧은 파장과 좁은 대역폭 스펙트럼을 갖는 전계발광은 형광체 재료를 "펌핑(pump)"하는데, 그러면 이 형광체 재료는 다소 더 넓은 스펙트럼을 갖는 더 긴 파장광을 방사한다.
용어 LED는 LED의 물리적 및/또는 전기적 패키지 형태를 제한하지 않음을 알아야 한다. 예컨대, 전술한 바와 같이, LED는 서로 다른 스펙트럼 광을 방출하도록 구성된(즉 개별적으로 제어될 수도 되지 않을 수도 있는) 복수의 다이를 갖는 하나의 발광 소자를 말할 수 있다. 또한, LED는 LED의 필수 부분으로 생각되는 형광체(예컨대 몇 가지 형태의 백색 LED)와 연관될 수 있다. 일반적으로 용어 LED는 패키징된 LED, 패키징되지 않은 LED, 표면 실장 LED, 칩 온 보드 LED, T-패키지 실장 LED, 방사형 패키지 LED, 파워 패키지 LED, 특정 종류의 인케이스먼트(encasement) 및/또는 광학 소자(예컨대 확산 렌즈)를 포함하는 LED 등을 말할 수 있다.
용어 "광원"은 LED 기반 광원(전술한 하나 이상의 LED 포함), 백열 광원, 형광 광원, 고밀도 방전 광원(예컨대 나트륨 방전등, 수은 방전등 및 메탈 할라이드등)을 포함하는(이에 한정되는 것은 아님) 다양한 광원 중 하나 이상을 말하는 것으로 이해되어야 한다. 특정 광원은 가시 광선 스펙트럼 내, 가시 광선 스펙트럼 외, 또는 이들의 조합 내에서 전자기파 방사를 발생하도록 구성될 수 있다. 그러므로 용어 "광"과 "방사"는 여기서는 서로 교체 사용된다. 또한, 광원은 하나 이상의 필터(예컨대 색필터), 렌즈 또는 기타 다른 광학 성분을 필수 성분으로서 포함할 수 있다. 또한 광원은 지시(indication), 표시 및/또는 조명을 포함하는(이에 한정되지 않음) 여러 응용 분야를 위해 구성될 수 있음을 알아야 한다. "조명 광원"은 특히, 내부 또는 외부 공간을 효과적으로 조명하기에 충분한 강도를 갖는 광을 발생하도록 구성된 광원이다. 여기서 "충분한 강도"는 주변 조명을 제공하기 위해 공간 또는 환경에서 발생된 가시 광선 스펙트럼에서의 충분한 방사 전력을 말한다(단위 "루멘"은 대개는 광원으로부터 모든 방향에서 출력된 전체 광을 방사 전력 또는 "광속"을 나타내기 위해 사용된다).
용어 "스펙트럼"은 하나 이상의 광원에서 발생한 광의 하나 이상의 주파수(또는 파장)을 말하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 용어 "스펙트럼"은 가시 광선 범위에서의 주파수(또는 파장) 뿐만 아니라 전체 전자기파 스펙트럼의 적외선, 자외선 및 기타 다른 범위에서의 주파수(또는 파장)를 말한다. 또한 특정 스펙트럼은 비교적 좁은 대역폭(예컨대 기본적으로 적은 수의 주파수 또는 파장 성분을 갖는 FWHM) 또는 비교적 넓은 대역폭(다양한 상대적 강도를 갖는 몇 가지 주파수 또는 파장 성분)을 가질 수 있다. 또한 특정 스펙트럼은 2 이상의 다른 스펙트럼의 혼합(예컨대 복수의 광원에서 방출된 광의 혼합)의 결과일 수 있음을 알아야 한다.
본 발명의 목적상, 용어 "색(color)"은 용어 "스펙트럼"과 상호 교체 가능하게 사용된다. 그러나, 용어 "색"은 일반적으로 주로 관측자가 인식할 수 있는 광의 특성을 말하는데 사용된다(그러나, 이 용법은 이 용어의 범위를 한정하려는 것은 아니다). 따라서, 용어 "서로 다른 색(different color)"은 함축적으로 서로 다른 파장 성분 및/또는 대역폭을 갖는 복수의 스펙트럼을 말한다. 또한 용어 "색"은 백색광과 비백색광 모두와 관련하여 사용될 수 있음을 알아야 한다.
용어 "색 온도(color temperature)"는 여기서는 일반적으로 백색광과 관련하여 사용되지만, 이러한 사용은 본 용어의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 색 온도는 필수적으로 백색광의 특정 색 함량 또는 색조(shade)(예컨대 붉은 색을 띤 것, 푸른색을 띤 것)를 말한다. 특정 광선 샘플의 색 온도는 종래에는 필수적으로 문제의 방사 샘플과 동일한 스펙트럼을 방사하는 흑체 복사체의 절대 온도(K)에 따라 특징을 갖는다. 흑체 복사체의 색 온도는 일반적으로 (통상적으로 인간의 눈에 가장 먼저 보인다고 생각되는)약 700°K 에서부터 10,000°K 를 넘는 범위 내에 있는데, 백색광은 일반적으로 1500-2000°K 을 넘는 색 온도에서 인식된다.
낮은 색 온도는 일반적으로 백색광의 적색 성분, 즉 "따뜻한 느낌"을 보다 갖는 백색광을 나타내는 반면, 높은 색 온도는 일반적으로 백색광의 청색 성분, 즉 "차가운 느낌"을 보다 갖는 백색광을 나타낸다. 예를 들어, 불의 색 온도는 약 1,800°K이고, 종래의 백열 전구의 색 온도는 약 2848°K이고, 이른 아침 일광의 색 온도는 약 3,000°K이고, 구름이 낀 정오 하늘의 색 온도는 약 10,000°K이다. 색 온도가 약 3,000°K인 백색광 하에서 보이는 색 화상은 비교적 붉은 색조를 갖고 있지만, 색 온도가 약 10,000°K인 백색광 하에서 보이는 색 화상은 비교적 푸른 색조를 갖고 있다.
여기서 사용된 용어 "조명 고정구(lighting fixture)"는 하나 이상의 조명 유닛을 특정 폼 팩터(form factor), 조립 또는 패키지로 구현 또는 구성한 것을 말한다. 여기서 사용된 용어 "조명 유닛"은 동일 또는 상이한 종류의 하나 이상의 광원을 포함하는 장치를 말한다. 제공된 조명 유닛은 광원(들)에 대한 다양한 설치 구성, 밀봉/하우징 구성 및 형상, 및/또는 전기적 기계적 연결 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 또한, 제공된 조명 유닛은 선택적으로 광원(들)의 동작에 관계하는 다양한 다른 성분(예컨대 제어 회로)과 연관될 수 있다(예컨대 이들 성분을 포함하고, 이들에 연결되고 그리고/또는 이들과 함께 패키지될 수 있다). "LED 기반 조명 유닛"은 전술한 하나 이상의 LED 기반 광원을 단독으로 또는 다른 비LED 기반 광원과 조합하여 포함하는 조명 유닛을 말한다. "다중채널" 조명 유닛은 각각이 다중채널 조명 유닛의 "채널"이라고 할 수 있는 서로 다른 스펙트럼의 광을 발생하도록 구성된 적어도 2개의 광원을 포함하는 LED 기반 또는 비LED 기반 조명 유닛을 말한다.
여기서 사용된 용어 "컨트롤러"는 일반적으로 하나 이상의 광원의 동작에 관계하는 다양한 장치를 말한다. 컨트롤러는 여기서 설명되는 다양한 기능을 수행하도록 (예컨대 전용 하드웨어를 이용하는 것과 같이) 다양한 방식으로 구현될 수 있다. "프로세서"는 여기서 설명되는 다양한 기능을 수행하도록 소프트웨어(예컨대 마이크로코드)를 이용하여 프로그램될 수 있는 하나 이상의 마이크로프로세서를 이용하는 컨트롤러의 일례이다. 컨트롤러는 프로세서를 이용하는 것과 무관하게 구현될 수 있으며, 일부 기능을 수행하는 전용 하드웨어와 다른 기능을 수행하는 프로세서(예컨대 하나 이상의 프로그래밍된 마이크로프로세서와 그 관련 회로)의 조합으로 구현될 수도 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 컨트롤러의 예로는 종래의 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC) 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)가 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다양한 구현에서 프로세서 또는 컨트롤러는 하나 이상의 저장 매체(여기서는 일반적으로 "메모리", 예컨대 RAM, PROM, EPROM, EEPROM, 플로피 디스크, 컴팩 디스크, 광 디스크, 자기 테이프 등과 같은 휘발성 및 불휘발성 컴퓨터 메모리를 말함)와 연관될 수 있다. 일부 구현에서 저장 매체는, 하나 이상의 프로세서 및/또는 컨트롤러에서 실행 시에, 본 명세서에서 설명되는 기능들 중 적어도 일부를 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩될 수 있다. 다양한 저장 매체는, 저장된 하나 이상의 프로그램이 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 다양한 양태를 구현하기 위하여 프로세서 또는 컨트롤러 내에 로드될 수 있도록 프로세서 또는 컨트롤러 내에 장착되거나 이동될 수 있다. 여기서 사용된 용어 "프로그램"이나 "컴퓨터 프로그램"은 일반적으로 하나 이상의 프로세서나 컨트롤러를 프로그래밍하는데 사용될 수 있는 임의적 형태의 컴퓨터 코드(예컨대 소프트웨어나 마이크로코드)를 말한다.
여기서 사용된 용어 "어드레싱 가능한(addressable)"은 자기 자신을 포함하여 다른 복수의 장치를 위한 정보(예컨대 데이터)를 수신하고 이들 장치를 위한 특정 정보에 선택적으로 응답하도록 구성된 장치(예컨대 일반적으로는 광원, 조명 유닛이나 고정구, 하나 이상의 광원이나 조명 유닛과 연관된 컨트롤러나 프로세서, 기타 다른 조명과 관계없는 장치 등)를 말한다. 용어 "어드레스지정 가능"은 대개는 복수의 장치가 통신 매체 또는 매체들을 통해 서로 연결되어 있는 네트워크화된 환경(또는 뒤에 자세히 설명하는 "네트워크")과 관련하여 사용된다.
일 네트워크 구현에서, 네트워크에 연결된 하나 이상의 장치는 그 네트워크에 (예컨대 마스터/슬레이브 관계로) 연결된 하나 이상의 다른 장치에 대한 컨트롤러로서 기능할 수 있다. 다른 구현에서, 네트워크화된 환경은 네트워크에 연결된 장치들 중 하나 이상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 전용 컨트롤러를 포함할 수 있다. 일반적으로, 네트워크에 연결된 복수의 장치는 각각 통신 매체 또는 매체들 상에 존재하는 데이터에 접근할 수 있으나, 특정 장치는 예컨대 이 장치에 할당된 하나 이상의 특정 식별자(예컨대 "어드레스")에 기초하여 네트워크와 데이터를 선택적으로 교환하도록(즉 네트워크로부터 데이터를 수신하고 그리고/또는 네트워크에 데이터를 송신하도록) 구성된다는 점에서 '어드레스지정 가능"할 수 있다.
여기서 사용된 용어 "네트워크"는 2 이상의 장치들 간 및/또는 네트워크에 연결된 복수의 장치들 간의 (예컨대 장치 제어, 데이터 저장, 데이터 교환 등을 위한) 정보 전송을 가능하게 하는 2 이상의 장치(컨트롤러나 프로세서 포함) 간의 상호 연결을 말한다. 쉽게 이해될 것이지만, 복수의 장치를 서로 연결하는데 적합한 네트워크의 다양한 구현은 다양한 네트워크 토폴로지를 포함하고 다양한 통신 프로토콜을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다양한 네트워크에서 2개의 장치 간의 접속부는 그 2개의 시스템 간의 전용 접속부, 또는 비전용 접속부를 나타낼 수 있다. 그와 같은 비전용 접속부는 그 2개의 장치를 위한 정보를 전달하는 것 이외에도 반드시 이 2개의 장치 중 어느 것을 위해 이용되는 것은 아닌 정보를전달할 수 있다(예컨대 개방형 네트워크 접속부). 더욱이 여기서 설명되는 장치의 다양한 네트워크는 네트워크 전체에 걸쳐 정보 전송이 가능하도록 하나 이상의 무선, 유선/케이블, 및/또는 광파이버 회선을 이용할 수 있음을 알아야 한다.
여기서 사용된 용어 "사용자 인터페이스"는 인간 사용자 또는 조작자와 하나 이상의 장치(들) 간에 통신이 가능하도록 하는 인터페이스를 말한다. 본 발명의 다양한 구현에서 사용될 수 있는 사용자 인터페이스의 예로는 스위치, 전위차계, 버튼, 다이얼, 슬라이더, 마우스, 키보드, 키패드, 각종 게임 컨트롤러(예컨대 조이스틱), 트랙볼, 디스플레이 스크린, 각종 그래픽 유저 인터페이스(GUI), 터치 스크린, 마이크로폰, 그리고 사람이 발생시킨 임의 형태의 자극을 수신하고 이에 응답하여 신호를 발생할 수 있는 각종 센서가 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
하기에서 인용으로 포함된 발명에서도 나타날 수 있는 여기서 명시적으로 사용한 전문용어들은 여기서 설명된 특정의 발명 개념과 가장 일치하는 의미를 따라야 함을 알아야 한다.
도면 전체에서 동일 구성요소에 대해서는 동일 도면부호를 병기한다. 도면은 반드시 일정한 비율에 따라 도시된 것은 아니고, 본 발명의 기술적 원리와 그 관련 개념을 설명하는데 주안점을 둔다.
도 1은 구조물 조명 기구에 적합하게 이용될 수 있는 제어가능한 LED 기반 조명 유닛을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 LED 기반 조명 유닛의 네트워크 시스템을 도시한 도면.
도 3a 내지 3g는 본 발명의 일부 실시예에 따른 구조물 조명 기구를 도시한 도면.
도 4a-4b는 본 기술의 다양한 구현에 따른 도 3a-3g의 구조물 조명 기구의 전원 장치 및 제어부 하우징을 도시한 도면.
도 5a-5e는 도 3a-3g의 구조물 조명 기구에 적합하게 이용될 수 있는 반사체 광학 장치를 도시한 도면.
도 6a-6c는 도 3a-3g의 구조물 조명 기구에 도 5a-5e의 반사체 광학 장치를 장착하는 방법을 나타낸 도면.
도 7은 본 기술의 다른 구현에 따른 구조물 조명 기구를 도시한 도면.
이하, 투사 조명(projection lighting), 특히, 대형 물체와 구조물의 집중광 조명과 구조물 표면의 월 워싱(wall-washing)에 관련된 특정 구현을 포함하여, 본 발명의 다양한 실시예 및 구현예에 대해 설명한다. 그러나, 본 발명은 특정 방식의 구현에 한정되는 것은 아니고 본 명세서에서 명시한 다양한 실시예는 주로 예시를 위한 것임을 알아야 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 다양한 개념은 서로 다른 폼 팩터와 광출력을 가지며 내부 및/또는 외부 조명에 적합한 다양한 고정구로서 적합하게 구현될 수 있다.
일반적으로, 일부 양태에서 본 발명은 좁은 광 빔을 상당한 먼 거리를 통해 목표물로 투사시킬 수 있고, 빌딩이나 교량과 같은 대형 구조물의 조명에 적합한 고출력 조명 시스템에 관한 것이다. 이와 같은 "원거리 투사(far-throw)" 조명 시스템은 높은 강도(intensity)의 LED를 구동하기 위한 고효율의 소형 전원 장치와 제어 부품들을 집적하여 매우 다양한 조명 효과를 대규모로 달성할 수 있다. 도 1은 본 발명의 다양한 구현에 따른 조명 시스템에 적합하게 이용될 수 있는 조명 유닛(100)의 일례를 보여준다. 도 1을 참조로 이하에 설명되는 것과 유사한 LED 기반 조명 유닛의 몇 가지 일반적인 예는, 예를 들어 2000년 1월 18일에 특허된 발명의 명칭이 "Multicolored LED Lighting Method and Apparatus"인 U.S. 특허 제6,016,038호 와 2001년 4월 3일에 특허된 발명의 명칭이 "Illumination Components"인 U.S. 특허 제6,211,626호에서 볼 수 있다. 다양한 실시예에서 도 1에 도시된 조명 유닛(100)은 (예컨대 도 2를 참조로 하기에 자세히 설명되는) 조명 유닛의 시스템에서 단독으로 또는 다른 유사한 조명 유닛과 함께 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시예에서 조명 유닛(100)은 하나 이상의 광원(104A, 104B, 104C, 104D)(1O4로서 총괄 표시됨)을 포함하며, 이 광원들 중 하 이상은 하나 이상의 LED를 포함하는 LED 기반 광원일 수 있다. 이들 광원 중 2 이상은 서로 다른 색(예컨대, 적색, 녹색, 청색)의 광을 발생하도록 구성될 수 있으며, 이 점에 있어서는 전술한 바와 같이 서로 다른 색의 광원 각각은 "다중채널" 조명 유닛의 서로 다른 "채널"을 구성하는 서로 다른 광원 스펙트럼을 발생한다. 도 1은 4개의 광원(104A, 104B, 104C, 104D)을 도시하고 있지만, 조명 유닛은 이에 한정되지 않고, 이하 상술하는 바와 같이, 기본적으로 백색 광을 포함하여 다양한 색의 광을 발생하도록 구성된 서로 다른 수와 형태의 광원(모든 LED 기반 광원, LED 기반과 비 LED 기반 광원의 조합 등)이 조명 유닛(100)에 이용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 조명 유닛(100)은 광원으로부터 다양한 강도의 광을 발생하도록 광원을 구동하는 하나 이상의 제어 신호를 출력하도록 구성된 컨트롤러(105)도 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 구현에서, 컨트롤러는 각 광원에 의해 발생된 광의 강도(예컨대 루멘 단위의 방사 전력(radiant power))를 독립적으로 제어하도록 광원마다 적어도 하나의 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있으며, 아니면, 이 컨트롤러는 2 이상의 똑같은 광원으로 구성된 그룹을 공동으로 제어하는 하나 이상의 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러가 광원을 제어하기 위해 발생할 수 있는 제어 신호의 몇 가지 예로는 펄스 변조 신호, 펄스 코드 변조 신호(PWM), 펄스 진폭 변조 신호(PAM), 펄스 코드 변조 신호(PCM), 아날로그 제어 신호(예컨대 전류 제어 신호, 전압 제어 신호), 이들 신호들의 조합 및/또는 변조, 또는 기타 다른 제어 신호가 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일 양태에서, 특히, LED 기반 광원 관련하여 하나 이상의 변조 기법은, 가변적인 LED 구동 전류가 이용되었을 때에 발생할 수 있는 LED 출력의 바람직하지 않은 또는 예측할 수 없는 변동을 완화하도록 하나 이상의 LED에 가해진 고정 전류 레벨을 이용하여 가변적인 제어를 제공한다. 다른 양태에서 컨트롤러(105)는 광원 각자의 강도를 변화시키도록 광원을 교대로 제어하는 그 외 전용 회로(도 1에는 미도시)를 제어할 수 있다.
일반적으로, 하나 이상의 광원에 의해 발생된 광선의 강도(방사 출력 전력)는 주어진 기간 동안 광원(들)에 전달된 평균 전력에 비례한다. 따라서, 하나 이상의 광원에 의해 발생된 광의 강도를 변화시키는 한 가지 기술은 광원(들)에 전달된 전력(즉, 그 동작 전력)을 조절하는 것이다. LED 기반 광원을 포함하여 일부 유형의 광원에서, 이는 펄스 폭 변조(PWM) 기법을 이용하여 효과적으로 달성될 수 있다.
PWM 제어 기법의 한 가지 예시적인 구현에서는 조명 유닛의 채널마다 소정의 고정 전압(Vsource)이 그 채널을 구성하는 소정의 광원에 대해서 주기적으로 인가된다. 이러한 전압(Vsource) 인가는 컨트롤러(105)에 의해 제어되는 하나 이상의 스위치(미도시)를 통해 이루어질 수 있다. 전압(Vsource)이 광원에 대해 인가되는 동안에는 (예컨대 전류 조절기(도 1에는 미도시)에 의해 결정되는) 소정의 고정 전류(Isource)가 광원에 흐르게 된다. 다시 LED 기반 광원이 하나 이상의 LED를 포함할 수 있다는 점을 상기하면, 광원을 구성하는 LED 그룹에 전압(Vsource)이 인가될 수 있고 전류(Isource)가 이 LED 그룹에서 끌어내어 질 수 있다. 전원을 공급하는 경우 광원에 걸리는 고정 전압(Vsource)과 전원을 공급하는 경우 광원에 의해 끌어내어 지는 조절된 전류(Isource)는 광원의 순간 동작 전력량(Psource)(Psource=Vsource·Isource)을 결정한다. 전술한 바와 같이, LED 기반 광원에서, 조절된 전류를 이용하는 것은 가변적인 LED 구동 전류가 이용되었을 때에 발생할 수 있는 LED 출력의 원하지 않는 또는 예측할 수 없는 변동을 완화한다.
PWM 기술에 따르면, 광원에 전압(Vsource)을 주기적으로 인가하고 이 전압이 소정 온-오프 사이클 중에 인가되는 시간을 변화시킴으로써, 시간에 따라 광원에 전달되는 평균 전력(평균 동작 전력)이 조절될 수 있다. 특히, 컨트롤러(105)는 바람직하게는 인간의 눈으로 감지될 수 있는 것 이상의 주파수(예컨대 약 100Hz를 넘는)에서 (예컨대 광원에 전압을 인가하기 위하여 하나 이상의 스위치를 작동시키는 제어 신호를 출력함으로써) 소정의 광원에 전압(Vsource)을 펄스 형태로 인가하도록 구성될 수 있다. 이런 식으로, 광원에 의해 발생된 광을 관측하는 자는 이산적인 온-오프 사이클(흔히 "플리커 효과"라고 함)을 인식하지 못하고 눈의 통합 기능이 기본적으로 연속한 광 발생을 인식한다. 컨트롤러는 제어 신호의 온-오프 사이클의 펄스 폭(즉, 온-타임 또는 "듀티 사이클")을 조정함으로써 소정 기간 내에서 광원에 전압이 인가되는 평균 시간을 변화시키고 이에 따라 광원의 평균 동작 전력을 변화시킨다. 이런 식으로 각 채널로부터 차례로 발생한 광의 인식되는 밝기가 변화될 수 있다.
다음에 더 자세히 설명하겠지만, 컨트롤러(105)는 소정의 평균 동작 전력에서 다중채널 조명 유닛의 각 상이한 광원 채널을 제어하여 각 채널이 발생하는 광에 대한 대응 방사 출력 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 컨트롤러는, 사용자 인터페이스(118), 신호 발생원(124) 또는 하나 이상의 통신 포트(120)와 같이, 하나 이상의 채널에 대한 규정된 동작 전력, 따라서, 각자의 채널이 발생한 광에 대한 대응하는 방사 출력 전력을 특정하는 다양한 원천으로부터 명령(예컨대 "조명 명령")을 수신할 수 있다. (예컨대 서로 다른 명령 또는 조명 명령에 따라서) 하나 이상의 채널에 대한 그 규정된 동작 전력을 변화시킴으로써 조명 유닛은 서로 다르게 인식되는 색과 휘도 레벨을 갖는 광을 발생할 수 있다.
조명 유닛(100)의 일 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 광원들(104A, 104B, 104C, 104D) 중 하나 이상은 컨트롤러(105)에 의해 함께 제어되는 복수의 LED 또는 다른 유형의 광원(예컨대 다양한 병렬 및/또는 직렬 연결된 LED 또는 기타 다른 유형의 광원)으로 이루어진 그룹을 포함할 수 있다. 그 외에도 이들 광원들 중 하나 이상은 다양한 가시 색(기본적으로 백색광은 포함), 백색광, 자외선 또는 적외선의 다양한 색 온도를 포함하는(이에 한정되지 않음) 다양한 스펙트럼(즉, 파장 또는 파장 대역) 중 어느 것을 갖는 광을 발생하도록 구성된 하나 이상의 LED를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 다양한 스펙트럼 대역폭(예컨대 협대역, 광대역)을 갖는 LED는 조명 유닛의 다양한 구현에 이용될 수 있다.
조명 유닛(100)은 넓은 범위의 가변 색 광선을 생성하도록 구성되어 배치될 수 있다. 예컨대 다양한 구현에서 조명 유닛은 특히, 2 이상의 광원에 의해 발생된 제어가능한 가변 강도(즉, 가변 방사 전력) 광이 조합되어 혼색광(다양한 색 온도를 갖는 백색광을 기본으로 포함)을 생성하도록 배치될 수 있다. 특히, 혼색광의 색(또는 색 온도)은 (예컨대 컨트롤러(105)에서 출력된 하나 이상의 제어 신호에 응답하여) 광원들 중 하나 이상의 각자의 강도(출력 방사 전력)을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 더욱이 컨트롤러는 특히, 다양한 정적 또는 시간에 따라 변하는 (동적) 다색(또는 다색 온도) 조명 효과를 발생하도록 하나 이상의 광원에 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에서, 컨트롤러는 그와 같은 제어 신호를 하나 이상의 광원에 제공하도록 프로그램된 프로세서(102)(예컨대 마이크로프로세서)를 포함할 수 있다. 프로세서는 그러한 제어 신호를 조명 명령에 응답하여 또는 다양한 사용자 또는 신호 입력에 응답하여 독립적으로 제공하도록 프로그램될 수 있다.
따라서, 조명 유닛(100)은 혼색을 생성하는 적색, 녹색 및 청색 LED들 중 2개 이상은 물론, 백색광의 다양한 색과 색 온도를 생성하는 하나 이상의 다른 LED를 포함하여 다양한 조합으로 된 다양한 색의 LED를 포함할 수 있다. 예컨대 적색, 녹색 및 청색은 LED의 호박색, 백색, UV, 오렌지색, IR 또는 기타 다른 색과 혼색될 수 있다. 그 외에도 서로 다른 색 온도를 갖는 복수의 백색 LED(예컨대 제1 색 온도에 대응하는 제1 스펙트럼을 발생하는 하나 이상의 제1 백색 LED와 제1 색 온도와는 상이한 제2 색 온도에 대응하는 제2 스펙트럼을 발생하는 하나 이상의 제2 백색 LED)는 백색 전용 LED 조명 유닛에 또는 다른 색의 LED와 조합하여 이용될 수 있다. 이렇게 조명 유닛(100)에서 서로 다른 색의 LED 및/또는 서로 다른 색 온도의 백색 LED를 조합하게 되면 다양한 원하는 범위의 조명 환경을 정확하게 재생하는 것을 용이하게 할 수 있는데, 이러한 조명 환경의 예로는 하루 중의 다른 시각들에서의 다양한 외부 일광에 상당하는 것, 다양한 내부 조명 환경, 복잡한 다색 배경을 모방하는 조명 환경 등이 있으나 이에 한정되는 것이 아니다. 다른 원하는 조명 환경은 특정 환경에서 특별히 흡수, 감쇠 또는 반사될 수 있는 특정 스펙트럼 부분을 제거함으로써 생성될 수 있다. 예컨대 물은 대부분의 비청색과 비녹색 광을 흡수하여 감쇠시키는 경향이 있기 때문에, 수중 시설물(underwater applications)은 일부 스펙트럼 요소를 다른 스펙트럼 요소에 비해 강조하거나 감쇠하도록 조정된 조명 환경으로부터 이익을 누릴 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 조명 유닛(100)은 각종 데이터를 저장하는 메모리(114)도 포함할 수 있다. 예컨대 메모리는 (예컨대 광원에 대한 하나 이상의 제어 신호를 발생하는) 프로세서(102)가 실행하는 조명 명령이나 프로그램은 물론 가변 색 광을 발생하는데 유용한 각종 데이터(예컨대 조정 정보, 이에 대해서는 뒤에 자세히 설명함)를 저장하는데 이용될 수 있다. 메모리는 조명 유닛을 식별하는데 로컬 방식으로 또는 시스템 레벨로 이용될 수 있는 하나 이상의 특정 식별자(예컨대 일련 번호, 어드레스 등)를 저장할 수도 있다. 다양한 실시예에서 그와 같은 식별자는 예컨대 제조업자에 의해 사전에 프로그램될 수 있으며, 그 후에는 (예컨대 조명 유닛에 설치된 어떤 형태의 사용자 인터페이스를 통해, 또는 조명 유닛이 수신한 하나 이상의 데이터 또는 제어 신호를 통해) 변경가능하거나 변경하지 못하게 될 수 있다. 또는 그와 같은 식별자는 현장에서 조명 유닛의 초기 사용시에 결정되고, 그 후에는 변경가능하거나 변경되지 못하게 될 수 있다.
다른 양태에서, 도 1에도 도시된 바와 같이, 조명 유닛(100)은 다양한 사용자 선택 설정이나 기능(예컨대 조명 유닛(100)의 광출력을 제어하는 것, 조명 유닛이 만들어낼 다양한 사전 프로그램된 조명 효과를 변경하고 그리고/또는 선택하는 것, 선택된 조명 효과의 다양한 파라미터를 변경하고 그리고/또는 선택하는 것, 조명 유닛에 대한 어드레스나 일련 번호와 같은 특정 식별자를 설정하는 것 등)을 가능하게 하도록 제공되는 하나 이상의 사용자 인터페이스(118)를 선택적으로 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스와 조명 유닛 간의 통신은 유선이나 케이블 또는 무선 전송을 통해 이루어질 수 있다.
다양한 실시예에서 조명 유닛의 컨트롤러(105)는 사용자 인터페이스(118)를 모니터하고, 이 인터페이스의 사용자 조작에 적어도 부분적으로 기초하여 광원들(104A, 104B, 104C, 104D) 중 하나 이상을 제어한다. 예컨대 컨트롤러는 하나 이상의 광원을 제어하는 하나 이상의 제어 신호를 발생함으로써 사용자 인터페이스의 조작에 응답하도록 구성될 수 있다. 또는 프로세서(102)는 메모리에 저장된 하나 이상의 사전 프로그램된 제어 신호를 선택하거나, 조명 프로그램을 실행하여 발생된 제어 신호를 변경하거나, 메모리로부터 새로운 조명 프로그램을 선택하여 실행하거나, 또는 하나 이상의 광원에 의해 발생된 광에 영향을 줌으로써 응답하도록 구성될 수 있다.
특히, 일 실시예에서, 사용자 인터페이스(118)는 컨트롤러(105)에 공급되는 전력을 차단하는 하나 이상의 스위치(예컨대 일반적인 벽 스위치)를 구성할 수 있다. 본 구현의 일 양태에서 컨트롤러는 사용자 인터페이스에 의해 제어되는 전력을 모니터하고, 이어서 사용자 인터페이스의 조작에 의해 생기는 전력 차단의 지속 기간에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 광원을 제어한다. 전술한 바와 같이, 특히, 컨트롤러는 예컨대 메모리에 저장된 하나 이상의 사전 프로그램된 제어 신호를 선택하거나, 조명 프로그램을 실행하여 발생된 제어 신호를 변경하거나, 메모리로부터 새로운 조명 프로그램을 선택하여 실행하거나, 또는 하나 이상의 광원에 의해 발생된 광에 영향을 줌으로써 전력 차단의 소정 지속 기간에 응답하도록 구성될 수 있다.
조명 유닛(100)은 하나 이상의 다른 신호 발생원(124)으로부터 하나 이상의 신호(122)를 수신하도록 구성될 수 있다. 일 구현에서, 조명 유닛의 컨트롤러(105)는 광원들(104A, 104B, 104C, 104D) 중 하나 이상을 사용자 인터페이스와 관련하여 전술한 것과 유사하게 제어하도록 신호(들)(122)를 단독으로 또는 다른 제어 신호(예컨대 조명 프로그램을 실행함으로써 발생된 신호, 사용자 인터페이스로부터의 하나 이상의 출력, 등)와 조합하여 이용할 수 있다. 컨트롤러(105)에 의해 수신되어 처리될 수 있는 신호(들)의 예로는 하나 이상의 오디오 신호, 비디오 신호, 전력 신호, 각종 데이터 신호, 네트워크(예컨대 인터넷)로부터 얻은 정보를 나타내는 신호, 변조광으로 구성된 신호 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 다양한 구현에서, 신호 발생원(들)(124)은 조명 유닛(100)으로부터 멀리 떨어진 곳에 위치하거나 조명 유닛의 구성 성분으로서 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 어떤 하나의 조명 유닛으로부터의 신호는 네트워크를 통해 다른 하나의 조명 유닛에 전송될 수 있다.
계속 도 1을 참조하면, 조명 유닛은 광원들(104A, 104B, 104C, 104D)에서 발생된 광을 광학적으로 처리하는 하나 이상의 광학 소자(130)를 포함할 수 있다. 예컨대 하나 이상의 광학 소자는 발생된 광의 공간 분포와 전파(propagation) 방향 중 어느 하나 또는 이 둘 다를 변경하도록 구성될 수 있다. 특히, 하나 이상의 광학 소자는 발생된 광의 확산각을 변경하도록 구성될 수 있다. 본 실시예의 일 양태에서, 하나 이상의 광학 소자(130)는 (예컨대 어떤 전기적 및/또는 기계적 자극에 반응하여) 상기 발생된 광의 공간 분포와 전파 방향 중 어느 하나 또는 이 둘 다를 가변적으로 변경하도록 구성될 수 있다. 조명 유닛(100)에 포함될 수 있는 광학 소자의 예로는 반사 재료, 굴절 재료, 반투명 재료, 필터, 렌즈, 거울 및 광섬유가 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 광학 소자(130)는 또한 인광 재료, 발광 재료, 또는 발생된 광에 응답하거나 이와 상호작용할 수 있는 기타 다른 재료를 포함할 수 있다.
조명 유닛(100)은 조명 유닛을 다양한 다른 장치에 연결시킬 수 있는 하나 이상의 통신 포트(120)를 포함할 수 있다. 예컨대 하나 이상의 통신 포트는 복수의 조명 유닛을 어떤 네트워크화된 조명 시스템이 되도록 서로 연결시킬 수 있는데, 이 경우에 조명 유닛들 중 적어도 일부는 어드레스지정이 가능하며(예컨대 특정 식별자나 어드레스를 가질 수 있으며) 네트워크를 통해 전송된 특정 데이터에 응답한다.
특히, 네트워크화된 조명 시스템 환경에서는, (예컨대 도 2를 참조로) 뒤에 더 자세히 설명하겠지만, 데이터가 네트워크를 통해 전달됨에 따라 그 네트워크에 연결된 각 조명 유닛의 컨트롤러(105)는 (예컨대, 어떤 경우에, 네트워크화된 조명 유닛의 각자의 식별자가 지시한 대로) 이에 관계하는 특정 데이터(예컨대 조명 제어 명령)에 응답하도록 구성될 수 있다. 제공된 컨트롤러는 자신을 위한 특정 데이터를 식별하고 나면 그 데이터를 읽고, 예컨대 (예컨대 광원에 대한 적당한 제어 신호를 발생함으로써) 그 수신된 데이터에 따라 그 광원에 의해 발생된 조명 환경을 변화시킬 수 있다. 일 양태에서, 네트워크에 연결된 각 조명 유닛의 메모리(114)는 예컨대 컨트롤러의 프로세서(102)가 수신하는 데이터에 부합하는 조명 제어 신호 테이블이 로드될 수 있다. 프로세서가 네트워크로부터 데이터를 수신하고 나면, 프로세서는 그 테이블을 참조하여 수신 데이터에 대응하는 제어 신호를 선택하고, 이에 따라서, 조명 유닛의 광원을 제어한다.
본 구현의 일 양태에서, 제공된 조명 유닛의 프로세서(102)는, 어떤 프로그램가능한 조명 분야에 대한 조명 산업에서 종래에 이용되었던 조명 명령 프로토콜인 (예컨대 U.S. 특허 제6,016,038호와 제6,211,626호에서 설명된) DMX 프로토콜에서 수신되는 조명 명령/데이터를 해석하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 일 양태에서, 우선 적색, 녹색 및 청색 LED 기반 조명 유닛(즉, "R-G-B" 조명 유닛)을 고려하면, DMX 프로토콜에서의 조명 명령은 적색 채널 명령, 녹색 채널 명령 및 청색 채널 명령 각각을 0에서 255까지의 값을 나타내는 8비트 데이터(즉, 데이터 바이트)로서 규정할 수 있다. 그 색 채널 각각에 대한 최대값 255는 프로세서에게 그 채널에 대해 최대 가용 전력(즉, 100%)으로 동작하도록 해당 광원(들)을 제어하도록 지시하고, 그에 따라서, 그 색에 대해 최대 가용 방사 전력을 발생한다(R-G-B 조명 유닛에 대한 그와 같은 명령 구조는 흔히 24 비트 색 제어라고 한다). 그러므로 [R,G,B]=[255,255,255] 형식의 명령에 따르면 조명 유닛은 적색, 녹색 및 청색 광 각각에 대해 최대 방사 전력을 발생할 것이다(따라서, 백색광을 발생할 것이다).
그러나, 본 발명의 목적에 적합한 조명 유닛은 DMX 명령 형식에 한정되지 않으며, 다양한 실시예에 따른 조명 유닛은 각자의 광원을 제어하도록 다른 형태의 통신 프로토콜/조명 명령 형식에 응답하도록 구성될 수 있음을 알아야 한다. 일반적으로 프로세서(102)는 각 채널에 대해 제로 내지 최대 가용 동작 전력을 나타내는 어떤 척도(scale)에 따라서, 다중채널 조명 유닛의 각각의 서로 다른 채널에 대한 규정 동작 전력을 표현하는 다양한 형식으로 조명 명령에 응답하도록 구성될 수 있다.
조명 유닛(100)은 하나 이상의 전원(108)을 포함하고 그리고/또는 이에 연결될 수 있다. 다양한 양태에서, 전원(들)의 예로는 AC 전원, DC 전원, 배터리, 태양 광 기반 전원, 열전 또는 기계적 기반 전원 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 그 외에도, 일 양태에서, 전원(들)은 외부 전원에 의해 수신된 전력을 조명 유닛의 동작에 적합한 형태로 변환하는 하나 이상의 전력 변환 장치를 포함하거나 이에 연결될 수 있다.
또한 제공된 조명 유닛은 다양한 광원 장착 구성, 광원을 일부 또는 전부 감싸는 밀봉/하우징 구성과 형체, 및/또는 전기적 기계적 접속 구성을 가질 수 있다. 특히, 일부 구현에서, 조명 유닛은 종래의 소켓 또는 고정구 장치(예컨대 에디슨 타입 나사 소켓, 할로겐 고정구 장치, 형광 고정구 장치)에 전기적 기계적으로 계합되는 대체물 또는 "개조물"로서 구성될 수 있다.
그 외에도, 전술한 하나 이상의 광학 소자는 그 일부 또는 전부가 조명 유닛의 밀봉/하우징 구성과 일체화될 수 있다. 더욱이 조명 유닛의 각종 구성 요소(예컨대 프로세서, 메모리, 전원, 사용자 인터페이스 등)는 물론, 다양한 구현에서 조명 유닛과 연관될 수 있는 다른 구성 요소(예컨대 센서/변환기, 조명 유닛과의 통신을 가능하게 하는 기타 구성 요소 등)는 다양한 방법으로 패키지될 수 있는데, 예를 들면, 일 양태에서, 다양한 조명 유닛 구성 요소의 일부 또는 전부는 조명 유닛과 연관될 수 있는 다른 구성 요소는 함께 패키지될 수 있다. 다른 양태에서, 패키지된 구성 요소 서브세트는 다양한 방식으로 서로 전기적으로 및/또는 기계적으로 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크화된 조명 시스템(200)의 예를 보여주는데, 여기서는 도 1을 참조로 설명한 것과 유사한 다수의 조명 유닛(100)이 서로 연결되어 네트워크화된 조명 유닛을 구성한다. 그러나, 도 2에 도시된 조명 유닛의 특정 구성과 배치는 단지 예시적인 것으로 본 발명은 도 2에 도시된 특정 시스템 토폴로지에 한정되지 않음을 알아야 한다.
그 외에도, 비록 도 2에는 명시적으로 도시하지는 않았지만, 네트워크화된 조명 시스템(200)은 하나 이상의 사용자 인터페이스와, 센서/변환기와 같은 하나 이상의 신호 발생원을 포함하도록 유연하게 구성될 수 있음을 알아야 한다. 예컨대 (도 1을 참조로 전술한) 하나 이상의 사용자 인터페이스 및/또는 하나 이상의 신호 발생원은 네트워크화된 조명 시스템(200)의 조명 유닛들 중 하나 이상과 연관될 수 있다. 이와 달리 (또는 이에 더하여) 하나 이상의 사용자 인터페이스 및/또는 하나 이상의 신호 발생원은 네트워크화된 조명 시스템 내의 "독립형" 구성 요소로 구현될 수 있다. 이들 장치는 독립형 구성 요소이든 아니면 하나 이상의 조명 유닛(100)과 특별히 연관된 것이든 간에 네트워크화된 조명 시스템의 조명 유닛들이 공유할 수 있다. 달리 말하면, 하나 이상의 사용자 인터페이스 및/또는, 센서/변환기와 같은 하나 이상의 신호 발생원은 네트워크화된 조명 시스템에서 이 시스템의 조명 유닛들 중 하나 이상을 제어하는 것과 관련하여 이용될 수 있는 "공유 자원"을 구성할 수 있다.
도 2의 실시예에서 도시된 바와 같이, 조명 시스템(200)은 하나 이상의 조명 유닛 컨트롤러(이하 "LUC")(208A, 208B, 208C, 208D)를 포함할 수 있는데, 여기서 각 LUC는 이에 연결된 하나 이상의 조명 유닛(100)과 통신하고 이들을 전체적으로 제어한다. 도 2는 LUC 마다 조명 유닛(100)이 하나씩만 연결된 것을 보여주지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 특정 LUC에 여러 개의 조명 유닛이 다양한 통신 매체 및 프로토콜을 이용하여 다양한 구성으로(직렬 접속, 병렬 접속, 직렬과 병렬 접속의 조합 등) 연결될 수 있다. 이어서 각 LUC는 하나 이상의 LUC와 통신하도록 구성된 중앙 컨트롤러(202)에 연결될 수 있다. 도 2는 4개의 LUC가 (임의수의 다양한 종래의 결합, 스위칭 및/또는 네트워킹 장치를 포함할 수 있는) 범용 접속부(204)를 통해 중앙 컨트롤러에 연결된 것을 보여주지만, 다양한 실시예에 따라서, 다양한 수의 LUC가 중앙 컨트롤러(202)에 연결될 수 있음을 알아야 한다. 그 외에도, 본 발명의 다양한 실시예에 따라서, LUC와 중앙 컨트롤러는 다양한 통신 매체 및 프로토콜을 이용하여 다양한 구성으로 서로 연결되어 네트워크화된 조명 시스템(200)을 구성할 수 있다. 더욱이 LUC와 중앙 컨트롤러의 상호 접속과 조명 유닛과 각자의 LUC 간의 상호 접속은 다양한 방식으로 (예컨대 다양한 구성, 통신 매체 및 프로토콜을 이용하여) 이루어질 수 있다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 2에 도시된 중앙 컨트롤러(202)는 LUC와의 이더넷 기반 통신을 구현하도록 구성될 수 있고, 이어서 LUC는 조명 유닛(100)과의 DMX 기반 통신을 구현하도록 구성될 수 있다. 특히, 본 실시예의 일 양태에서, 각 LUC는 어드레스지정 가능한 이더넷 기반 컨트롤러로서 구성될 수 있으며, 따라서, 이더넷 기반 프로토콜을 이용하여 특정 고유 어드레스(또는 고유 어드레스 그룹)를 통해 중앙 컨트롤러에게 식별될 수 있다. 이런 식으로, 중앙 컨트롤러(202)는 연결된 LUC의 네트워크 전체에 걸쳐 이더넷 통신을 지원하도록 구성될 수 있으며, 각 LUC는 이를 위한 통신들에 응답할 수 있다. 이어서 각 LUC는 조명 제어 정보를 이에 연결된 하나 이상의 조명 유닛에 예컨대 중앙 컨트롤러와의 이더넷 통신에 기초하여 DMX 프로토콜을 통해 전달할 수 있다.
더 구체적으로, 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 LUC(208A, 208B, 208C)은 조명 제어 정보가 조명 유닛(100)에 전송될 수 있기 전에 중앙 컨트롤러(202)가 LUC에 의해 해석될 필요가 있는 더 높은 레벨의 명령을 LUC에 전달하도록 구성될 수 있다는 점에서 "지능적(intelligent)"인 것으로 구성될 수 있다. 예컨대 조명 시스템 운용자는 조명 유닛들이 서로에 대해 특정한 위치에 배치된 경우에 전파하는 무지개 색("레인보우 체이스(rainbow chase)")을 나타내도록 조명 유닛마다 색을 변화시키는 색변 효과를 내기를 원할 수 있다. 이 예에서 운용자는 이를 달성하기 위해 중앙 컨트롤러에 간단한 명령을 내릴 수 있으며, 그러면 중앙 컨트롤러는 "레인보우 체이스"를 발생하기 위해 이더넷 기반 프로토콜 하이 레벨 명령을 이용하여 하나 이상 LUC와 통신할 수 있다. 이 명령은 예컨대 타이밍, 강도, 색상, 채도 또는 기타 다른 관련 정보를 포함할 수 있다. 제공된 LUC는 그와 같은 명령을 수신하면 그 명령을 해석하고, 추가 명령을 DMX 프로토콜을 이용하여 하나 이상의 조명 유닛에 전달하며, 이에 응답하여 조명 유닛의 각자의 광원은 다양한 시그널링 기법(예컨대 PWM)을 통해 제어된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따라 조명 시스템에서 복수의 상이한 통신 구현(예컨대 이더넷/DMX)을 이용하는 상기 예는 단지 예시적인 것이며 본 발명은 이 특정 예에 한정되지 않음을 알아야 한다. 상기 설명으로부터 전술한 하나 이상의 조명 유닛은 넓은 색 범위에서 고도로 제어할 수 있는 가변 색 광뿐만 아니라 넓은 색 온도 범위에서 가변 색 온도 백색광을 발생할 수 있다.
이제 도 3a 내지 3d를 참조하면, 본 발명의 몇 가지 구현에 따른 고출력 구조 조명 고정구(또는 조명 기구)(300)의 후면도, 측면도, 평면도 및 사시도가 도시되어 있다. 고정구(300)는, 고정구 내에 단단히 고정되고, 서로에 대해 소정 각도로 배치되고, 좁은 광 빔을 상당히 먼 거리를 통해 목표물 쪽으로 투사할 수 있는 몇 개의 조명 유닛(예컨대 도 3a에 도시된 2개의 유닛(301, 302))을 사용한다. 이하에서 자세히 설명하겠지만, 고정구는 매우 유리한 광 추출 및 열 소산 특성을 달성하도록 구성된다. 또한 고정구(300)는 도 1 및 2를 참조로 전술한 바와 같이 조명 고정구의 네트워크화된 시스템의 일부일 수 있다.
도 3a 내지 3d에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 조명 고정구(300)는 요크 베이스(yoke base)(315)에 부착된 한 쌍의 요크 암(yoke arm)(310)으로 구성된 위치 설정 시스템을 포함한다. 요크 암은 예컨대 알루미늄을 주조(casting)하여 만들 수 있다. 요크 베이스는 예컨대 강철을 스탬핑(stamping)하여 만들 수 있다. 또한 요크 암은 한 쌍의 지지체(320)를 통해 각자의 LED 기반 조명 유닛(301, 302)에 부착되어 스플릿 고정구 하우징(316)을 구성한다.
다양한 실시예에서 지지체는 알루미늄으로 만들어질 수 있으며, 조명 유닛들을 서로 대해 상대적으로 고정 배향시키고 요크의 피봇점을 제공한다. 지지체는 하우징 회전 조립체(323)에 부착되며, 이 조립체에 의해 스플릿 고정구 하우징은 요크가 고정된 상태에서 회전할 수 있다. 이 회전 조립체는 지지체에 영구적으로 묶인 고정구 유지 브래킷(325)을 포함하며 미세 회전 표시기(328)를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서 조명 유닛(301, 302)은 프레임(329)에 고정 배치되며, 요크 암은 예컨대 하우징 회전 조립체(323)를 통해, 또는 측부 로킹 볼트(미도시)를 통해 도 3e에 도시된 바와 같이 지지체(320) 없이 프레임에 바로 부착된다. 후자의 실시예에 따라서, 최종 수요자는 일반적인 렌치를 이용하여 조명 유닛(301, 302)을 요크 암에 확실하게 고정시킬 수 있다.
운용에 앞서 고정구(300)는 요크 베이스(315)의 설치대(mounting foot)(335)를 통해 원하는 장소에 설치된다. 특히, 도 3b를 참조하면, 설치대(335)는 360° 회전 장착을 가능하게 하는 것은 물론 고정구를 개략적으로 조준할 수 있는 복수의 원호 형상 슬롯(338)을 포함한다. 일부 실시예에서 스플릿 고정구 하우징(316)은 회전 조립체(323)를 이용하여 회전되어 광이 높이가 300 내지 500 피트 정도일 수 있는 구조물 표면으로 향하게 할 수 있다.
다시 도 3a 내지 3d를 참조하면, 조명 고정구(300)는 광원에 전력을 공급하고 조명 유닛의 광 출력을 제어하는 전원 장치 및 제어 회로를 포함하는 컨트롤러 하우징(330)을 더 포함한다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 하우징은 고정구의 뒤쪽에 설치되어 있지만, 조명 유닛들 간에 존재하는 갭(332) 때문에 정면에서 볼 수 있다. 도 3g를 참조로 더 자세히 설명하겠지만, 이 갭은 고정구의 열 관리에 유용하다.
전력 및 데이터 발생원(미도시)은 바람직하게는 방수 전력-데이터 커넥터(340)를 통해 고정구(300)에 연결된다. 도 3b를 도 3c와 함께 보면 스플릿 고정구 하우징(316)의 조명 유닛 각각은 알루미늄이나 기타 열전도성 재료를 주조, 성형 또는 스탬핑하여 만들 수 있는 단일 구조를 정의하는 복수의 열 소산 핀(345)을 포함한다. 이 핀(345)은 고정구(300) 운용 중에 LED 기반 조명 유닛이 발생하는 열을 소산시키는 기능을 한다. 일 구현에서 핀(345)은 도 3a 내지 3g에 도시된 바와 같이 컨트롤러 하우징(330)의 표면과 세련된 디자인으로 일치하는 복합 곡면(compound curve surface)으로 확장되도록 구성된다. 이런 식으로 핀(345)은 컨트롤러 하우징의 많은 부분을 보호하는 기능도 하며, 따라서, 예컨대 설치 중의 돌발적인 충격이나 거친 취급으로부터 하우징을 보호한다.
일부 실시예에서 고정구(300)의 각 조명 유닛은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌("ABS")과 같은 플라스틱을 성형하여 만들 수 있는 보호 프레임(350)을 포함한다. 이 프레임(350)은 복수의 래치(355)를 통해 각 조명 유닛의 핀(345)에 고정된다.
뒤에 더 자세히 설명하겠지만, 본 발명의 여러 양태에서, 조명 고정구(300)는 그 구성 부품들이 중요한 공기 흐름이 용이하도록 서로 연결되도록 구성되어 배치된다. 몇 가지 예시적인 구현에서 조명 유닛(301, 302)과 컨트롤러 하우징(330)(여기에는 전원 장치와 제어 회로가 배치되어 있음)은 조명 유닛 각각과 컨트롤러 하우징(330) 간의 중요한 에어 갭이 열 소산을 용이하게 하도록 2개의 지지체(320)에 의해 서로 기계적으로 연결된다(또는 요크 암에 직접 연결된다). 더욱이, 특히, 도 3d를 참조하면, 본 기술의 다양한 구현에서, 각 조명 유닛에는 고정구 전체에 걸쳐 냉각을 위한 공기 흐름을 용이하게 하도록 인접 열 소산 핀들(345) 간에 갭(360)이 존재한다.
고정구(300)는 최적 성능을 향상시키도록 그 치수가 정해지는데, 다양한 구현에서, 유사한 형태의 종래 LED 조명 고정구와 비해 상대적으로 크기가 크다. 예컨대 일 구현에서 고정구(300)는 무게가 약 40 파운드(약 18.2kg)이며, 그 치수는 길이가 약 24인치(약 61cm), 폭이 약 24 인치(약 61cm), 높이가 약 24 인치(약 61cm)이다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 고정구(300)의 각 조명 유닛은 시트 아크릴을 성형하여 만들 수 있는 제1 렌즈(365)를 더 포함한다. 이 렌즈(365)는 예컨대 고정구에서 방출된 광의 균일성을 향상시키도록 구성된다. 또한 제1 렌즈의 내부 표면상에는 추가적인 빔 성형 광학 기능을 제공하는 광확산막, 예컨대 홀로그램막이 배치될 수 있다. 각 조명 유닛에서 제1 렌즈는 알루미늄을 주조와 같은 것으로 만들 수 있는 제2 프레임(370)을 이용하여 열 소산 핀(345)의 단일 구조에 고정된다. 이 프레임(370)은 나사를 이용하여 이 프레임을 전면으로부터 죄기 위한 복수의 구멍(375)을 포함한다. 이 프레임은 그 외주변에 프레임(350)의 후크와 래치(355)를 부분적으로 수납하고/위치시키기 위한 복수의 노치(380)를 더 포함한다. 제2 프레임과 제1 렌즈 사이의 개스킷(미도시)은 제공된 조명 유닛의 내부 구성 부품을 주위 환경으로부터 보호한다. 이 렌즈 프레임(370)은 나사(392)를 이용하여 열 소산 핀(345)에 고정된다. 이 렌즈 프레임은 렌즈(365)의 일부 위로 돌출하여 렌즈를 유지하는 렌즈 유지 에지(395)를 더 포함한다.
본 발명의 특정 구현에서 렌즈(365)는, 스폿라이팅(spotlighting), 월 그레이징(wall grazing) 및 비대칭 월 워싱을 포함하여 다양한 적용분야에서 다양한 광도 분포가 가능하도록 8°, 13°, 23°, 40°, 63°, 및 비대칭 5°×17°각의 쉽게 교체할 수 있는 확산 렌즈이다.
도 3f에는 도 3d에 도시된 절단면선 3F-3F에 따른 고정구(300)의 부분 단면이 도시되어 있다. 본 기술의 다양한 구현에서는 각 조명 유닛(301, 302)과 하우징(330) 사이에 주변 공기가 고정구 내로 들어갈 수 있도록 하는 갭(385)이 있다. 전원 장치 및 제어 회로(390)는 컨트롤러 하우징(330) 내에 배치된다. 여기서 설명된 고정구를 제어하는 방법과 장치는 예컨대 U.S. 특허 제7,233,831호와 제7,253,566호에서 볼 수 있다. 더욱이 다양한 예시적인 구현에서 전원 장치 및 제어 회로는 AC 라인 전압을 받아들여 하나 이상의 LED는 물론 이 LED와 연관될 수 있는 다른 회로에 전력을 공급하기 위해 DC 출력 전압을 제공하는 전원 장치 구성에 기초한다. 다양한 양태에서 적당한 전원 장치는 스위칭 전원 장치 구성에 기초할 수 있으며, 특히, 비교적 높은 역률 보정 전원 장치를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 예시적인 구현에서는 하나의 스위칭단을 이용하여 전력을 부하에 고역률로 공급할 수 있다. 본 발명에 적어도 부분적으로 관계하거나 이에 적합한 전원 장치 구조의 다양한 예는 예컨대 U.S. 특허 제7,256,554호에 기재되어 있다.
도 3g는 도 3d에 도시된 절단면선 3F-3F에 따른 고정구(300)의 부분 횡단면 사시도이다. 도 3g 도면은 고정구(300)가 주변 공기에 의해 냉각되는 메커니즘을 이해하기 쉽도록 하기 위해 제공된다. 도 3g에서의 단면은 서로 다른 조명 유닛들(100) 상에 배치된 한 쌍의 대향 열 소산 핀(345)의 본체를 통해 취해진 것이다. 전원 장치 하우징(330)과 조명 유닛들(100) 간의 갭(385)은 조명 유닛들(100) 간의 갭(332)에 연결되어, 화살표(401)로 나타낸 바와 같이 주변 공기가 고정구를 통해 흐르는 막힘이 없는 경로를 제공한다. 주변 공기는 화살표(402)로 표시한 바와 같이 각 서브 유닛의 인접 핀들 간의 갭(360)(미도시) 내로도 흐르며, 갭(385, 332)을 통해 배기될 수도 있다. 일반적으로 여기서 설명된 기술은 고정구 내에 "굴뚝 효과(chimney effect)"를 만들어 내어 유지하는 것을 고려하며, 이 효과는 단독으로, 또는 열 소산 요소의 표면적 증가나 고정구의 LED(들)와 하나 이상의 열 소산 요소 간의 열적 결합의 개선과 같은 열저항 감소에 관계하는 다른 요인과 조합하여 이용된다. 이렇게 해서 도출된 고유동율의 자연 대류 냉각 시스템은 팬을 사용하는 것과 같이 적극적으로 냉각할 필요없이 불필요한 열을 외부 구조물 조명 고정구로부터 효율적으로 배출할 수 있다. 조명 고정구 운용 중에는 에어 갭은 고정구 내에 굴뚝 효과를 만들어 내어 히트 싱크/핀을 따른 공기 흐름을 향상시키기 위해 거의 수직으로 배향한다. 다양한 양태에서 고정구 표면적 증가, LED 및 그 관련 전자 장치로부터 나오는 열류속(thermal flux)의 증가, 및 "굴뚝 효과"의 조합은 각각 LED와 주변 간의 열저항 증가에 기여한다. 이러한 열 소산 구조는 열 흐름과 "굴뚝 효과"를 효과적으로 하기 위해 표면적이 크도록 구성된다. 당업자라면 잘 알고 있겠지만, "굴뚝 효과"("스택 효과"라고도 함)는 온도와 습도 차로 인해 생기는 내부 공기 밀도와 외부 공기 밀도 간의 차로 인해 발생하는 부력에 구동되는 구조물, 예컨대 빌딩과 컨테이너 내외로의 공기 이동이다. 여기서 설명된 기술은 이러한 효과를 이용하여 고정구(300) 운용 시에 열 소산을 용이하게 한다.
도 3g에서 화살표(401, 402)로 표시한 바와 같이, 고정구(300)가 광을 대형 구조물 표면을 따라 상방으로(화살표(420)으로 표시한 중력(g) 방향으로) "비추도록(throw)" 배치된 경우에, 갭들(360, 385)을 통해 고정구 내로 찬 주변 공기가 흘러들어 온다. 그 후 냉각 공기는 갭(332)을 통해 소진된다. 이런 식으로, LED 기반 조명 유닛에서 발생한 열은 핀(345)을 통해 흘러 그 찬 주변 공기에 의해 식는다. 이렇게 하여 열 소산 효율이 향상되면 LED 기반 조명 유닛의 에너지 변환 효율이 향상되고 그 성능과 수명도 향상된다. 따라서, 열 소산 핀의 큰 표면적과 특정 고정구 디자인을 통한 "굴뚝 효과"의 생성과 같은 특성들 조합을 통해 LED 조명 유닛과 주변 공기 간의 열저항을 감소시킴으로써 고정구의 신뢰성과 성능이 향상된다.
도 3g에 더 도시된 바와 같이, 각 조명 유닛은 소정 격실(397)을 포함하며, 이 격실 내에는 복수의 LED 기반 광원(104)이 배치되어 있으며, 각 광원은 광원에서 방출된 광을 반사하고 진행시키도록 설계된 대응 반사체 광학 소자(400)가 구비되어 이와 나란하게 정렬되어 있다. 조명 유닛당 LED 광원/반사체 광학 소자 쌍의 수는 대형 구조물 구조를 조명하는데 필요한 출력/루멘을 제공하도록 선택된다. 몇 가지 예시적인 구현에서 제공된 조명 유닛의 광원의 일부 또는 전부는 하나 이상의 LED 접합부가 제조된 "칩 온 보드"(COB) LED 조립체, 즉 하나 이상의 반도체 칩(또는 "다이")일 수 있으며, 이 칩(들)은 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 실장(예컨대 접착)된다. 그러면 이 칩(들)은 PCB에 와이어 본딩되고, 그 다음에 에폭시 또는 플라스틱 방울을 사용하여 칩(들) 및 와이어 접속부를 덮을 수 있다. 본 구현의 일 양태에서 각자의 광원(104)으로 기능하는 그와 같은 복수의 조립체는 조명 유닛의 공통 실장 보드 또는 기판에 실장될 수 있다. 다른 양태에서 광원으로 기능하는 LED COB 조립체는 뒤에 더 자세히 설명하는 바와 같이 다양한 스펙트럼의 광을 발생하도록 구성될 수 있다. 백색광 또는 유색광을 고강도로 방출하는 적당한 LED는 Cree사(NC, Durham시 소재)나 Philips Lumileds사(CA, San Jose시 소재)로부터 입수할 수 있다. 일 구현에서 고정구(300)는 빽빽하게 차 있는 약 108개의 LED 광원을 포함하며, 고정구(300)로부터 약 300 내지 500 피트 범위 내의 거리에서 총 약 5000 루멘의 출력과 약 1 피트 촉광(약 10 lux)을 제공할 수 있다. 그와 같은 많은 수의 LED 광원을 동작시키는 전력량은 LED 광원들만이 소비하는 경우에는 약 250와트 정도이고, 고정구 전체가 소비하는 경우에는 350와트 정도이다. LED 광원은 방열하지 않으므로 열은 전도와 대류에 의해 소산되어야 하며, 고정구는 그렇게 성공적으로 하기 위해서 전술한 바와 같이 구성된다. 따라서, 고정구(300)는 우수한 광출력을 제공하며, 전술한 바와 같이 적어도 부분적으로는 고정구의 열 관리 특성 덕에 LED 광원(104)을 교체하지 않고도 약 30,000 시간 내지 80,000 시간 동안 작동할 수 있다.
도 3g에 더 도시된 바와 같이, 전원 장치 하우징(330)의 외측 절반(403)과 내측 절반(404)은 복수의 나사(405)를 이용하여 서로 부착된다.
도 4a는 전원 장치 및 제어 회로(390)의 구성을 포함하는 하우징(330)의 외측 절반(403)의 사시도이다. 외측 절반(403)은 나사(405)를 수납하는 구멍(422)을 갖고 있다. 도 4b는 도 4a에 도시된 절단면선 4B-4B를 따른 외측 절반(403)의 횡단면도이다. 전원 장치 하우징(330)의 외측 절반은 복수의 격리 애자(425)를 더 포함하는데, 이들은 전원 장치 및 제어 회로(390)를 하우징 밖으로 들어올려 그들 간에, 고정구(300)의 안전성을 높이고 회로(390)와 하우징(330) 간의 전기 단락의 위험을 줄이는 갭(427)을 형성한다. 외측 절반(403)은 전원 장치 및 제어 회로와 열적으로 접촉하나 전기적으로 접촉하지 않고 회로로부터의 열을 하우징 쪽으로 주변 공기로 소산시키는 벽(430)을 더 포함한다.
본 기술의 다양한 구현에서 스플릿 고정구 하우징(316) 내의 조명 유닛들은 LED 광원(104)의 레이아웃과 그 스펙트럼 출력을 포함하여 동일한 구성을 갖는다. 다른 구현에서 스펙트럼 특성은 조명 유닛마다 서로 다르다. 또한 조명 유닛(301, 302)은 도 1을 참조로 상세히 설명한 바와 같이 어드레스 지정될 수 있고 동시에 똑같이 또는 서로 독립적으로 제어될 수 있고, 따라서, 특히, 양 조명 유닛으로부터의 스펙트럼 출력이 조합되어 목표물을 조명할 때에 다양한 색범위와 컬러 렌더링을 향상시킬 수 있다. 예컨대 조명 유닛(301)은 적색, 녹색 및 청색광(RGB)을 제공할 수 있고, 조명 유닛(302)은 백색광만을 또는 에머랄드 녹색 또는 시안광을 제공한다. 그와 같은 구성은 예컨대 미색 파스텔을 실현하는데 유용할 수 있다. 또는, 한 조명 유닛은 RGB를 제공할 수 있고, 다른 한 조명 유닛은 호박색, 자외선광 등을 포함하는 다른 세 가지 색/파장을 제공한다. 그와 같은 구성은 더 큰 색범위를 제공하는데 유용하다.
그 외에도 고정구의 스플릿 디자인은 다양한 조합의 조명 구성을 지지한다. 고정구의 각 조명 유닛이 개별적으로 어드레스지정 및 제어될 수 있으면, 조명 유닛들에 다양한 렌즈를 이용하는 것이 가능하다. 예컨대 일부 실시예에서 고정구의 하부 유닛에 한 유형의 확산 렌즈를 이용하여 거리 레벨에서 컬러를 갖는 대형 빌딩 앞면을 조명할 수 있고, 다른 확산 렌즈를 이용하여 그 건물의 수백 피트 높이 까지 대비색 또는 보색을 투사할 수 있다. 다른 실시예에서 조명 유닛은 이로부터 발생하는 빔들이 고정구(300)로부터 원하는 범위 내에서 전체적으로 중첩되도록 소정 각도로 고정구 내에 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 구성은 그 범위 내에 배치된 물체를 조명할 때에 더 넓은 색범위와 광속을 제공하는데 적합하다.
전술한 바와 같이, 광빔을 수백 피트 정도의 거리에서 투사하는 것이 바람직하다. 그러나, TIR 광학 소자의 사이클 타임 때문에, 그 부품의 크기 때문에 좁은 빔각, 예컨대 5°빔을 얻기란 매우 어렵다. 따라서, 이제 도 5a 내지 5e를 참조하면, 반사체 광학 소자(400)는 LED 조명 유닛을 고밀도로 구성하고 매우 좁은 빔각, 예컨대 5°빔각을 만들도록 설계된다. 그러나, 이렇게 좁은 빔각을 얻으려면 상당히 큰 광학 소자가 필요하다. 본 발명의 반사체 광학 소자는 LED 조명 유닛의 밀도를 최적화하고 반사체 광학 소자에 위치한 2차 광학 소자에 미치는 손상을 최소화하면서 반드시 필요한 크기로 만들기 위해서는 여러 개의 부분으로 분할 구성되어야 한다.
특히, 도 5a를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에서 반사체 광학 소자(400)는 내면(445)을 갖는 상단부(440)와 하단부(450)를 포함한다. 상단부와 하단부 사이에는, 예컨대 투명 폴리카보네이트를 성형하여 만들 수 있는 제2 렌즈(455)가 있다. 렌즈 성형 중에는 성형 흐름(mold flow)에서 생기는 원치않는 문제를 최소화하기 위해 렌즈를 센터 게이트하는(center-gated) 것이 바람직하다. 다른 재료, 예컨대 아크릴, 기타 다른 형태의 플라스틱, 또는 스탬핑된/성형된/절단된 금속도 이용될 수 있다.
상단부와 하단부는 폴리카보네이트를 성형과 같은 것을 하여 만들어질 수 있으며, LED 조명 유닛에서 방출된 광을 반사시키기 위해 알루미늄, 은, 금과 같은 반사물질 또는 기타 다른 적당한 반사 물질로 코팅된다. 반사체 광학 소자를 후속되는 조립체와 함께 2 부분으로 분할하면 LED 광원 위에 렌즈를 간단하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라 코팅 품질도 향상시킬 수가 있다.
상단부와 하단부 사이에는 3개의 고정암(460)을 통해 제2 렌즈가 고정된다. 반사체 광학 소자는 나사를 이용하여 반사체 광학 소자를 LED를 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장하기 위해 3개의 원호형 갭(465)을 형성하는 설치대(463)를 더 포함한다. 상단부와 하단부는 서로 다른 시각에 설치될 수 있는 독립적인 부품으로서 도 6a 내지 6c를 참조 뒤에 더 자세히 설명되는 다양한 이점을 갖고 있다.
도 5b 내지 5d를 참조하면, 하단부(450)의 표면(470)에는 반사 물질이 코팅되며 표면(445)과 정렬되어 매끄러운 표면이 된다.
상단부(440)는 하단부(450)의 3개의 유지벽(retention wall)(480) 내로 끼워지도록 구성된 돌출 에지(475)를 포함한다. 하단부는 각 유지벽(480)과 인접 지지벽(support wall)(486) 간에 깊은 노치(485)를 형성한다. 이 3개의 지지벽 각각은 제2 렌즈(455)의 고정암들(460) 중 하나가 배치되는 얇은 노치(490)를 형성하는 상단면(487)을 갖고 있다.
특히, 도 5d를 참조하면, 유지벽(480)은 화살표(495)로 표시된 바와 같이 방사상으로 이동하여 상단부의 돌출 에지와 계합할 수 있다. 하단부(450)는 반사면(470)을 형성하는 벽(496)을 포함한다. 이 벽(496)은 이 벽(496)의 상단면(498)이 지지벽(486)의 표면(487)과 동일 공간에 걸치도록 지지벽(486)에 인접해 있다. 하단부(450)는 고정구의 조립 중에 개별 LED 광원이 배치되는 구멍(505)을 형성하는 하단면(500)을 더 포함한다. 이 하단면은 LED 광원과 편안하게 계합하도록 슬롯(510)과 4개의 가요성 부재(515)를 더 형성한다. 이 가요성 부재는 화살표(520)으로 표시된 식으로 휘어져 개별 LED 광원들 간의 크기 차이를 조정할 수 있다.
이제 특히, 도 5e를 참조하면, 이 도는 도 5a 및 5d에 도시된 절단면선 5E-5E를 따른 반사체 광학 소자(400)의 횡단면도이다. 다양한 실시예에서 상단부(440)의 직경(D)은 대략 하단부(450)의 직경(d)과 같으며 약 1.4 인치(3.5 cm)이고, 반사체 광학 소자의 높이(H)는 약 1.3 인치(3.25 cm)이고, 하단부의 높이(h)는 약 0.5 인치(1.25 cm)이다.
도 6a 내지 6c를 참조하면, 반사체 광학 소자(400)는 LED 광원/COB 조립체의 고밀도 구성을 이루도록 설치되며, 따라서, 구조물 조명 기구의 광출력과 "조명(throw)"을 향상시킨다. 적어도 부분적으로는 상단부(440) 및 하단부(450)를 포함하는 분할 구성에 의해 반사체 광학 소자는 복수의 나사(522)와 같은 패스너를 이용하여 설치될 수 있어 접착제를 쓸 필요가 없게 된다. 나사를 이용하게 되면 반사체 광학 소자는 쉽게 제거하고 대체될 수가 있고, 따라서, 폐기물 발생을 최소화하면서 교체/보수를 위해 LED PCB에 접근할 수가 있다.
특히, 도 6a를 참조하면, 고정구(300)의 구성 시에는 먼저 반사체 광학 소자의 하단부(450)가 나사(522)를 이용하여 LED PCB 내에 장착된다. 각 하단부의 하단면(500)은 구멍(505) 내의 LED 광원(104)(예컨대 COB 조립체)의 적어도 일부(에폭시/플라스틱 1차 렌즈와 같은 것)를 수납하도록 정렬된다. 각 하단부는 LED 광원 상에 배치되고 나면 PCB에 부착된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 인접 반사체 광학 소자들이 설치대(463)에서 서로 인접하도록 많은 수의 반사체 광학 소자의 하단부(450)가 장착된 후에는, 제2 렌즈(455)가 고정암(460)이 상단면(487)의 노치(490)(도 6a에 도시)에 머물도록 하단부 상에 장착된다. 그런 다음에, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상단부(440)는 하단부(450) 내로 끼워져 경계면(525)을 형성하며, 이 경계면에서는 각 하부의 상단면(498)(도 6b에 도시)은 그에 대응하는 상단부와 인접한다. 만일 반사체 광학 소자가 스플릿 디자인을 갖고 있지 않다면, 인접한 광학 소자들의 베이스(base)들 간에 갭이 제공되지 않은 한 설치대를 따라 설치 피처(mounting feature)에 접근하는 것은 불가능하지는 않지만 매우 어려울 것이다. 이런 식으로 본 발명의 조명 기구는 접착제 사용이 필요없고 고정구의 단위 면적당 광출력을 향상시킬 수 있는 고밀도 구성이 가능하다. 다른 다양한 실시예에서는 접착제를 이용하여 반사체 광학 소자를 LED PCB에 부착할 수 있다. 본 발명의 반사체 광학 소자의 분할 구성은 제2 렌즈(455)의 조작성을 향상시킬 수 있다는 이점도 있다. 즉 제2 렌즈(455)는 제2 렌즈의 긁임과 파손을 최소화하고 표면(445) 상의 코팅 긁임을 방지하도록 반사체 광학 소자(400) 내에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에서, 나사를 이용하여 하단부(450)를 LED PCB에 부착하는 대신에 설치대(463)에 있는 원호형 갭(465) 각각이 LED PCB에 부착되는 핀(pin)에의 스냅(snap) 접속부를 제공하도록 구성된다. 이 원호형 갭은 핀의 중심축 주위로 하단부를 회전시키는 동안에 핀 내로 끼워지도록 구성될 수 있다. 또는, 이 원호형 갭은 하단부를 LED PCB 쪽으로 하방으로 누름으로써 핀 내로 끼워지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서 반사체 광학 소자의 최종 외형은 포물선이 아니라 광학적 추출을 향상시킬 수 있는 최적화된 스플라인(spline) 표면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 구현에 따른 구조물 조명 고정구(600)는 설치 기대(615)와, 2개의 서브 유닛(618)을 포함하는 스플릿 LED 하우징(616)을 포함한다. 서브 유닛(618)은 서로 약간 다른 구성을 갖고 있다. 특히, 설치 기대로부터 가장 멀리 떨어진 서브 유닛은 고정구(600)를 손으로 들어올리기 위해 복수의 열 소산 핀들(645) 사이에 삽입된 핸들/리프트 후크(619)를 갖고 있다. 한 쌍의 지지체(620)는 주변의 찬 공기를 위한 (서브 유닛과 전원 장치-제어 회로 하우징(630) 사이의 갭(685)에 더하여) 다른 입구를 제공하는 구멍(621)을 형성하며, 역시 조명 고정구를 들어올리는데 유용할 수 있다. 스플릿 LED 하우징은 설치 기대와 하부 서브 유닛(618)의 열 소산 핀 간에 배치된 회전 조립체(623)를 중심으로 회전할 수 있다.
본 발명에 따른 외부 구조물 조명 고정구는 외부 구조물 적용 분야에서 대형 정면 워싱에 유용한 우수한 광출력과 품질을 갖고 있다. 이러한 독특한 설계에 따라서, 매우 높은 유명 외부 구조물을 효율적이고 제어가능하게 조명할 수 있는 우수한 고정구를 만들어내는 열적, 광학적 및 심미적 형상을 달성할 수 있다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예들에 대해서 설명하였지만, 당업자라면 여기서 설명된 기능을 수행하고 그리고/또는 그 결과 및/또는 이점들 중 하나 또는 그 이상을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 생각해낼 수 있을 것이며, 그와 같은 변형 및/또는 수정도 여기서 설명된 본 발명의 실시예의 범위 내에 있다고 할 것이다. 더 일반적으로 당업자라면 여기서 설명된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성은 예시적인 것이며, 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성은 본 발명의 교시에 따르는 특정 응용분야에 따라서, 달라질 수 있음을 잘 알 것이다. 당업자라면 여기서 설명된 본 발명의 실시예들에 대한 등가물을 일상적인 실험 정도만으로도 인식 또는 확인해 볼 수 있을 것이다. 그러므로 전술한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이며, 첨부된 청구범위와 그 등가물의 범위 내에서 본 발명의 실시예들은 여기서 특정되고 주장된 것과는 달리 실시될 수 있음은 물론이다. 본 발명의 실시예들은 여기서 설명된 각 개별 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 그 외에도 2 또는 그 이상의 그와 같은 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 조합은, 그와 같은 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 일관되지 않더라도, 본 발명의 범위 내에 포함된다.
여기서 정의되고 이용된 모든 정의는 사전적 정의, 인용으로 포함된 문서에서의 정의, 및/또는 정의된 용어의 보통 의미를 통제하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서와 청구범위에서 사용된 단수형태("a" 및 "an")는 달리 명시하지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서와 청구범위에서 사용된 구절 "및/또는"은 등위접속된 요소들, 즉 어떤 경우에는 결합하여 존재하고 또 다른 경우에는 분리되어 존재하는 요소들의 "어느 하나 또는 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"이 붙은 복수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 등위접속된 요소들의 "하나 또는 그 이상"으로 해석되어야 한다. 다른 요소는 "및/또는" 구절로 명시된 요소와는 달리 이들 명시된 요소와 관계가 있든 없든 간에 상관없이 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, "A 및/또는 B"는, "구성하는"과 같은 무제한적 표현과 함께 사용될 때에, 일 실시예에서는 A만을(B이외의 요소를 선택적으로 포함함) 말하고, 다른 실시예에서는 B만을(A이외의 요소를 선택적으로 포함함) 말하고, 또는 다른 실시예에서는 A와 B 모두를(다른 요소를 선택적으로 포함함) 말한다.
본 명세서와 청구범위에서 사용된 "또는"은 상기 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대 어떤 목록 내의 항목을 분리할 때에, "또는"이나 "및/또는"은 포괄적인 것으로, 즉 여러 개의 요소들 중 하나 이상과 선택적으로는 부가적인 미수록 항목을 포함하여 적어도 하나를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "단 하나" 나 "꼭 하나", 또는 청구범위에서 사용되는 "이루어진"과 같이 명백히 달리 표시된 용어들만이 다양한 요소들 중 꼭 그 요소만을 포함하는 것을 의미한다. 일반적으로 여기서 사용된 용어 "또는"은 "어느 하나", "하나", "하나만" 또는 "꼭 하나"와 같은 배타적 용어가 앞에 있을 때에 배타적 양자택일(즉, 어느 한쪽이지 둘 다는 아님)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. "기본적으로 이루어진"은 청구범위에서 사용 시 특허법 분야에서 사용되는 보통의 의미를 갖는다.
본 명세서와 청구범위에서 사용된 구절 "적어도 하나"는 하나 또는 그 이상의 요소의 리스트와 관련하여 그 요소 리스트 내의 요소들 중 하나 또는 그 이상 중 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하나, 반드시 그 요소 리스트 내에 들어 있는 모든 요소 중 적어도 하나를 포함하는 것은 아니며, 그 요소 리스트 내의 요소들의 조합을 제외하는 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다. 이러한 정의에 따라서, 요소들은 구절 "적어도 하나"가 말하는 요소 리스트 내의 특정된 요소와 다르게 이들 특정된 요소와 관계가 있든 없든 간에 상관없이 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 등가적으로 "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 등가적으로 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일 실시예에서는 적어도 하나, 선택적으로 하나 이상, A를 말하되 B는 존재하지 않는(그리고 선택적으로는 B이외의 요소를 포함함) 것을 말하고, 다른 실시예에서는 적어도 하나, 선택적으로 하나 이상, B를 말하되 A는 존재하지 않는(그리고 선택적으로는 A이외의 요소를 포함함) 것을 말하고, 또 다른 실시예에서는 적어도 하나, 선택적으로 하나 이상, A와, 적어도 하나, 선택적으로는 하나 이상, B를(그리고 선택적으로는 다른 요소를 포함함) 말한다.
또한 달리 명시하지 않은 한, 하나 이상의 단계나 행위를 포함하는 여기서 주장된 방법에서는 이 방법의 단계들이나 행위들의 순서는 반드시 그 방법의 단계나 행위가 기술된 그 순서에 한정되는 것은 아님은 물론이다. 본 명세서에서는 물론이고 청구범위에서 "구성하는", "포함하는", "갖고 있는", "구비하는", "내포하는", "관련하는", "유지하는", "구성된" 등과 같은 모든 이행구는 무제한적인 것으로, 즉 포함하되 그에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. "이루어진"과 "기본적으로 이루어진"이라는 이행구만이 각각 제한적 또는 준제한적 이행구이다.

Claims (17)

  1. 조명 시스템으로부터 미리 정해진 범위 내에 배치된 목표물(target object)을, 제1 광선(radiation)과 제2 광선 중 적어도 하나를 포함하는 가시 광선으로 조명하는 상기 조명 시스템으로서,
    상기 조명 시스템의 조명 고정구(lighting fixture)내에 고정 배치된(fixedly disposed) 제1 조명 유닛 및 제2 조명 유닛 - 상기 제1 조명 유닛과 상기 제2 조명 유닛 사이에 제1 갭이 규정되며, 상기 제1 조명 유닛과 상기 제2 조명 유닛 중 적어도 하나는, 제1 스펙트럼을 갖는 상기 제1 광선을 발생시키는 복수의 제1 LED 광원과, 상기 제1 스펙트럼과는 상이한 제2 스펙트럼을 갖는 상기 제2 광선을 발생시키는 복수의 제2 LED 광원을 포함함 - ;
    상기 제1 조명 유닛의 후면에 열적으로 연결된(thermally connected) 제1 열 소산 구조체(heat dissipating structure) 및 상기 제2 조명 유닛의 후면에 열적으로 연결된 제2 열 소산 구조체 - 상기 제1 열 소산 구조체 및 상기 제2 열 소산 구조체는, 각각 상기 제1 조명 유닛 및 상기 제2 조명 유닛에 의해 발생된 열을 소산시키도록 구성됨 - ; 및
    상기 조명 고정구의 컨트롤러 하우징(housing) 내에 배치되고, 적어도 상기 복수의 제1 LED 광원 및 상기 복수의 제2 LED 광원에 결합되고, 상기 조명 시스템에 의해 발생된 상기 가시 광선의 적어도 전체(overall) 인식가능한 색 또는 색 온도를 제어가능하게 변화시키기 위해 적어도 상기 제1 광선의 제1 강도 및 상기 제2 광선의 제2 강도를 독립적으로 제어하도록 구성된 적어도 하나의 컨트롤러 - 상기 컨트롤러 하우징은 적어도 일부가 상기 제1 열 소산 구조체와 상기 제2 열 소산 구조체 사이에 간삽되고(interposed), 상기 제1 열 소산 구조체 및 상기 제2 열 소산 구조체와 제2 갭을 규정하고, 상기 제2 갭은 상기 제1 갭과 연결되어 주변 공기가 상기 조명 고정구를 통해 흐를 수 있게 하는 막히지 않은(unobstructed) 통로를 형성함으로써, 상기 제1 조명 유닛 및 상기 제2 조명 유닛에 의해 발생된 열의 소산을 용이하게 함 -
    를 포함하는 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열 소산 구조체 및 상기 제2 열 소산 구조체 중 적어도 하나는 복수의 열 소산 핀(fin)을 포함하는 조명 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조명 시스템을 설치 장소에 장착(securing)하고, 상기 가시 광선이 상기 목표물을 향하도록 상기 조명 시스템을 배향(orienting)시키는 포지셔닝(positioning) 시스템을 더 포함하는 조명 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명 유닛 및 상기 제2 조명 유닛은, 상기 조명 유닛들 각각에 의해 발생된 광선의 빔들이 실질적으로 상기 미리 정해진 범위 내에서 수렴(converge)하도록 상기 조명 시스템 내에 배치되어 있는 조명 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 범위는 300 피트 내지 500 피트 사이에 있는 조명 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명 유닛 및 상기 제2 조명 유닛 각각은 적어도 5000 루멘의 광출력을 발생시키는 적어도 총 100개의 LED 광원을 포함하는 조명 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명 유닛 및 상기 제2 조명 유닛 중 적어도 하나는, 적어도 하나의 제1 LED 광원 또는 제2 LED 광원 위에 장착된 반사체 광학 기기(reflector optic)를 더 포함하며, 상기 반사체 광학 기기는 상기 적어도 하나의 LED 광원에 의해 방출된 광선을 5°의 빔 각도를 갖는 빔으로 콜리메이트(collimate)하도록 구성된 조명 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사체 광학 기기는,
    상기 LED 광원 위에서의 고정(fastening)을 위해 구성된 하단부;
    상기 하단부에 착탈가능하게 연결된 상단부; 및
    상기 하단부와 상기 상단부 사이에 착탈가능하도록 장착된 렌즈
    를 포함하는 조명 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하단부는 상기 광원 위에 고정될 때에 상기 광원을 수용(receiving)하기 위한 구멍(aperture)을 규정하는 하단면을 포함하는 조명 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 컨트롤러는 상기 제1 조명 유닛 및 상기 제2 조명 유닛에 의해 발생된 상기 가시 광선의 전체 인식가능한 색 및/또는 색 온도에 관한 제1 조명 정보를 적어도 포함하는 적어도 하나의 네트워크 신호를 수신하기 위한 어드레싱 가능한 컨트롤러로서 구성되는 조명 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 조명 유닛은 상기 제1 스펙트럼 및 상기 제2 스펙트럼과는 상이한 제3 스펙트럼을 갖는 제3 광선을 발생하도록 구성된 복수의 제3 LED 광원을 적어도 포함하는 조명 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 컨트롤러는 상기 제2 조명 유닛의 LED 광원들과는 독립적으로 상기 제1 조명 유닛의 LED 광원들을 제어하도록 구성되는 조명 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명 유닛 및 상기 제2 조명 유닛 양쪽 모두는 상기 복수의 제1 LED 광원 및 상기 복수의 제2 LED 광원을 포함하고, 상기 적어도 하나의 컨트롤러는 상기 제2 조명 유닛의 LED 광원들과 동기하여(simultaneously) 또한 동일하게 상기 제1 조명 유닛의 LED 광원들을 제어하도록 구성되는 조명 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명 유닛은 상기 LED 광원들 위에 배치된 제1 확산(spread) 렌즈를 내부에 포함하고, 상기 제2 조명 유닛은 상기 LED 광원들 위에 배치된 제2 확산 렌즈를 내부에 포함하는 조명 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 확산 렌즈 및 상기 제2 확산 렌즈 중 적어도 하나는 쉽게 교체가능한 조명 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 확산 렌즈 및 상기 제2 확산 렌즈는 실질적으로 동일한 광학 특성을 갖는 조명 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 확산 렌즈 및 상기 제2 확산 렌즈 중 적어도 하나는 그 위에 배치된 확산 막(diffusing film)을 포함하는 조명 시스템.
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