KR20230064979A - 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템 - Google Patents

시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230064979A
KR20230064979A KR1020210150682A KR20210150682A KR20230064979A KR 20230064979 A KR20230064979 A KR 20230064979A KR 1020210150682 A KR1020210150682 A KR 1020210150682A KR 20210150682 A KR20210150682 A KR 20210150682A KR 20230064979 A KR20230064979 A KR 20230064979A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light source
light
lighting system
unit
homogenization
Prior art date
Application number
KR1020210150682A
Other languages
English (en)
Inventor
배영민
강동구
박해수
이원주
장민혜
신기영
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020210150682A priority Critical patent/KR20230064979A/ko
Publication of KR20230064979A publication Critical patent/KR20230064979A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/002—Refractors for light sources using microoptical elements for redirecting or diffusing light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/04—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0916—Adapting the beam shape of a semiconductor light source such as a laser diode or an LED, e.g. for efficiently coupling into optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2113/00—Combination of light sources

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템은 광원부, 균질화부, 및 투사광학부를 포함한다. 광원부는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원을 포함하고, 균질화부는 광원부로부터 입력된 광의 출력이 출력면에 대해 균일해지도록 출력하며, 투사광학부는 균질화부로부터 입력된 광을 투사영역으로 전달한다. 이와 같은 구성에 의하면, 서로 다른 파장의 광을 동일한 경로를 제공하기 위해 거울 등의 별도의 고가의 장비를 필요로 하지 않기 때문에 광학계가 단순해 지므로, 보다 저렴하고 작은 부피를 가지는 복합 조명 시스템을 제공할 수 있게 된다.

Description

시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템 {Composite lighting system for improving visibility}
본 발명은 조명 관련 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분진 등이 많은 환경에서 대상 물체의 시인성을 개선할 수 있는 구조를 가지는 조명 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 화재 현장이나 분쇄 공정이 있는 공장 내부에서는 각종 분진으로 인해서 시야를 제대로 확보하지 못하게 된다. 분진으로 인해 시야가 확보되지 않는 이유로는 일반적으로 사용되는 가시광 조명(visible light illumination)이 분진 상태의 매질을 통과하면서 산란이 되어 대상 물체까지 충분한 빛이 도달하지 않고, 대상 물체로부터 반사된 빛도 산란으로 인간의 눈이나 카메라와 같은 광 검출기에 충분한 광량이 도달하지 않기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 분진에 의한 산란이 낮은 빛을 사용하면 시인성을 개선하는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 700 - 1100nm 파장 대역의 단파장 근적외선(short wave near-infrared, SWNIR)은 가시광보다 긴 파장으로 가시광보다 산란이 적게 되며, CMOS 카메라 등의 저렴한 광검출기를 이용하여 영상화가 가능하기 때문에, 산란을 줄여서 시인성을 개선할 수 있다.
그러나, 단파장 근적외선은 가시광처럼 대상 물체의 색정보를 제공할 수 없기 때문에, 가시광과 단파장 근적외선을 결합한 복합 조명이 분진 상태에서의 시인성 개선을 위한 해법이 될 수 있다.
한편, 종래의 상용화된 조명 장치는 가시광 또는 근적외선이 단일 파장 대역의 빛을 방출할 수 있는 장치로 구성되는 것이 일반적이다. 하지만, 앞서 언급된 바와 같이 카메라 등의 이용한 영상 장치에서 시인성을 개선하기 위해서는 SWNIR을 이용하거나, SWNIR와 가시광이 결합된 광학계의 구조로 제작된 조명 장치를 이용하여야 한다.
이러한 두 개 이상의 광원을 결합하기 위한 종래의 광학계 구조는 도 1에 나와 있는 바와 같다. 도 1은 종래 복수의 광원을 결합하기 위한 구조를 도시한 도면이다. 도 1에서, 각각의 광원은 서로 다른 방향에서 거울(mirror)에 빛을 조사한다. 이때 거울이 하나의 광원에 대해서 반사를 하고 다른 하나의 빛에 대해서는 투과하는 특성을 가지게 될 경우, 결과적으로 두 광원이 동일 광경로를 가지도록 할 수 있다.
하지만, 이러한 광학계를 이용한 복합 조명에서는 전달 효율을 향상시키기 위해 고가의 광학적 특성을 가지는 거울을 사용하여야 하며, 각각의 광원을 서로 다른 경로를 가지도록 배열하여야 하기 때문에, 부피가 커지게 된다. 또한, 각 광원 별로 출력을 높이기 위해 복수개의 광원 소자를 사용할 경우, 광학계는 더 복잡해지는 문제를 가진다.
KR 1020090028625 A
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 저렴하고 작은 부피를 가지며, 영상 장치의 시인성 개선이 가능한 복합 조명 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템은 광원부, 균질화부, 및 투사광학부를 포함한다. 광원부는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원을 포함하고, 균질화부는 광원부로부터 입력된 광의 출력이 출력면에 대해 균일해지도록 출력하며, 투사광학부는 균질화부로부터 입력된 광을 투사영역으로 전달한다.
이와 같은 구성에 의하면, 서로 다른 파장의 광을 동일한 경로를 제공하기 위해 거울 등의 별도의 고가의 장비를 필요로 하지 않아 광학계가 단순해지기 때문에, 보다 저렴하고 작은 부피를 가지는 복합 조명 시스템을 제공할 수 있게 된다.
이때, 복수의 광원은 가시광 광원과 가시광보다 긴 파장의 광원을 포함할 수 있으며, 특히, 복수의 광원은 단파장 근적외선 광원을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 대상 물체의 색정보를 제공하는 가시광과 파장이 긴 단파장 근적외선을 이용하여 보다 효과적으로 시인성을 개선할 수 있게 된다.
또한, 복수의 광원은 각각 서로 동일한 파장의 복수의 광원 소자를 포함할 수 있으며, 복수의 광원 소자는 LED 소자를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 출력이 약한 복수의 광원 소자로 광원을 구성함으로써, 방열 설계가 용이해지고 디바이스의 가격도 낮출 수 있게 된다.
또한, 복수의 광원 소자는 선택적으로 일부 또는 전부가 온/오프 제어될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 각 광원 별로 다양한 크기의 출력을 용이하게 제공할 수 있게 된다.
또한, 투사광학부는 복수의 렌즈를 포함하며, 투사영역과의 거리에 따라 가변 초점 광학계를 구성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 파장의 광을 동일한 경로를 제공하기 위해 거울 등의 별도 고가 장비를 필요로 하지 않기 때문에 광학계가 단순해 지므로, 보다 저렴하고 작은 부피를 가지는 복합 조명 시스템을 제공할 수 있게 된다.
또한, 대상 물체의 색정보를 제공하는 가시광과 시인성이 개선된 단파장 근적외선을 보다 효과적으로 이용할 수 있게 된다.
또한, 출력이 약한 복수의 광원 소자로 광원을 구성함으로써 방열 설계가 용이해지고 디바이스의 가격도 낮출 수 있게 된다.
또한, 각 광원 별로 다양한 크기의 출력을 용이하게 제공할 수 있게 된다.
또한, 투사광학부는 복수의 렌즈를 포함하며, 투사영역과의 거리에 따라 가변 초점 광학계를 구성할 수 있다.
도 1은 종래 복수의 광원을 결합하기 위한 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템의 개략적인 블록도.
도 3은 도 2의 실제 사용상태를 도시한 도면.
도 4는 광원 플레이트에 복수의 광원소자를 이용하여 각각의 광원을 구성한 상태를 도시한 도면.
도 5는 균질화부의 다양한 형태를 도시한 도면.
도 6은 균질화부 출력면 방향에 투사광학계가 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 3은 도 2의 실제 사용상태를 도시한 도면이다. 도 2에서 복합 조명 시스템은 광원부(110), 균질화부(120), 및 투사광학부(130)를 포함한다. 광원부(110)는 복수의 광원(112, 114)을 포함하고, 각 광원은 다시 복수의 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)를 포함한다.
광원부(110)는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원을 포함한다. 이때, 복수의 광원(112, 114)은 가시광 광원과 가시광보다 긴 파장의 광원을 포함할 수 있으며, 복수의 광원은 단파장 근적외선 광원을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 대상 물체의 색정보를 제공하는 가시광과 시인성이 개선된 단파장 근적외선을 보다 효과적으로 이용할 수 있게 된다.
복수의 광원(112, 114)은 각각 서로 동일한 파장의 복수의 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)를 포함할 수 있으며, 복수의 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)는 LED 소자를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 출력이 약한 복수의 광원 소자로 광원을 구성함으로써 방열 설계가 용이해지고 디바이스의 가격도 낮출 수 있게 된다.
또한, 복수의 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)는 선택적으로 일부 또는 전부가 온/오프 제어될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 각 광원 별로 다양한 크기의 출력을 용이하게 제공할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 개별 광원에서 대해서 복수개의 광원 소자를 이용하는 광원을 복합 조명에 적용하는 것이다. 도 4는 이에 대한 구성을 도시하고 있다. 도 4는 광원 플레이트에 복수의 광원소자를 이용하여 각각의 광원을 구성한 상태를 도시한 도면이다.
광원 플레이트는 특정 파장 대역의 빛을 방출하는 복수개의 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)가 장착되며, 각각 추가적인 전기적 장치를 통해 ON/OFF, 광량 제어 등의 제어가 이루어진다.
또한, 광원 플레이트의 각각의 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)는 광원 플레이트의 2차원 또는 3차원 공간상에 배치될 수 있으며, 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)의 광방출 경로는 균질화부(120)를 향하도록 배치될 수 있다. 광원 소자로는 LED 등을 이용할 수 있다.
각 광원 소자(112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3)로부터 방출되는 빛은 균질화부(120)로 입사하고, 균질화부(120)의 벽에서의 반사 및 전반사를 통해 균질화부(120)의 출구로 전달된다. 이 과정에서 각각의 빛은 균질화부(120)의 출구에서 공간적으로 균일한 광량 분포를 가지며, 투사광학계(130) 등을 통해 특정 영역에 조사될 수 있다.
균질화부(120)는 광원부로부터 입력된 광의 출력이 출력면에 대해 균일해지도록 출력한다. 균질화부(120)는 주로 각 광원에 대해서 투과율이 높을수록, 그리고, 균질화부(120)의 벽면에서의 전반사가 많이 일어나도록 굴절율이 높으면, 균질화부(120)의 출구 쪽으로 더많은 빛이 전달된다.
또한, 균질화부(120)의 길이가 길어질수록 광원으로부터 나온 빛의 광경로가 길어지게 되며, 균질화부(120)의 출구의 전체 면에서의 빛의 균일도 개선되는 효과를 가지게 된다. 이러한 구성을 통해 다양한 구조의 광원 구조가 가능해진다.
균질화부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 다양한 형태를 가질 수 있다. 하나의 균질화부 출구를 가지며, 원통형, 사각형, 삼각형 등의 단면을 가진다. 광경로 방향으로 길어지는 형태를 가지며, 심지어, 광경로는 곡선으로 구현할 수 있다.
균질화부(120)의 소재는 균질화부(120)로 입사된 빛이 균질화부(120)의 벽에서 반사 또는 전반사를 통해 균질화부(120)의 출구에 전달될 수 있는 소재이어야 한다. 도 5는 균질화부의 다양한 형태를 도시한 도면이다.
투사광학부(130)는 균질화부(120)로부터 출력된 광을 투사광학부에 입력하여 투사영역으로 전달한다. 투사광학부(130)는 한 개 또는 한 개 이상 복수의 렌즈를 포함하며, 투사영역과의 거리에 따라 가변 초점 광학계를 구성할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 균질화부(120)에 렌즈 등으로 구성되는 투사 광학계를 배치함으로써, 균질화부(120)로부터 방출되는 빛을 특정 영역에 집중적으로 조사할 수 있는 조사 조명을 구성할 수 있다. 광학계는 하나의 이상의 렌즈로 구성될 수 있으며, 타겟까지의 거리에 따라서, 가변 초점 광학계를 구성할 수 있다. 도 6은 균질화부 출력면 방향에 투사광학계가 도시된 도면이다.
정리하면, 종래의 복합 조명 기술은 전달 효율을 향상시키기 위해 고가의 거울을 사용하여야 하며, 각각의 광원을 서로 다른 경로를 가지도록 배열하여야 하기 때문에, 부피가 커진다. 또한, 각 광원 별로 출력을 높이기 위해 복수개의 광원 소자를 사용할 경우, 광학계는 더 복잡해 지는 문제를 가진다. 본 발명은 이러한 문제를 해결할 수 있는 수단을 제공한다.
본 발명의 구성은 도 3에 나와 있는 바와 같다. 도 3에서, 광원 1(112)과 광원 2(114)는 같은 방향을 향하고 있으며, 두 광원(110)의 광경로에는 균질화부(120)가 배치된다. 광원 1(112)과 광원 2(114)에서 나온 빛은 균질화부(120)를 통과하면서, 균질화부(120)의 출구로 진행하여 균질화부(120)의 출구를 통해 출력된다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.
110: 광원부
112, 114: 광원
112-1, 112-2, 112-3, 114-1, 114-2, 114-3: 광원 소자
120: 균질화부
130: 투사광학부

Claims (9)

  1. 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원을 포함하는 광원부;
    상기 광원부로부터 입력된 광의 출력이 출력면에 대해 균일해지도록 출력하는 균질화부; 및
    상기 균질화부로부터 입력된 광을 투사영역으로 전달하는 투사광학부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 광원은 가시광 광원과 상기 가시광보다 긴 파장의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 광원은 미리 설정된 파장 대역의 근적외선 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 광원은 각각 서로 동일한 파장의 복수의 광원 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 광원 소자는 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 광원 소자는 선택적으로 일부 또는 전부가 온/오프 제어되는 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 투사광학부는 복수의 렌즈를 포함하며,
    상기 투사영역과의 거리에 따라 가변 초점 광학계를 구성하는 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 균질화부는 하나의 상기 출력면을 가지는 입체 형상이고,
    상기 입체 형상은 상기 입력된 광의 경로방향의 길이가 경로방향과 수직한 방향의 길이보다 더 큰 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 입체 형상은 상기 경로방향과 수직한 방향의 단면이 원 또는 다각형의 형상인 것을 특징으로 하는 복합 조명 시스템.
KR1020210150682A 2021-11-04 2021-11-04 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템 KR20230064979A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210150682A KR20230064979A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210150682A KR20230064979A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230064979A true KR20230064979A (ko) 2023-05-11

Family

ID=86379364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210150682A KR20230064979A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230064979A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090028625A (ko) 2006-06-09 2009-03-18 칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하 감소된 간섭을 갖는 균질화기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090028625A (ko) 2006-06-09 2009-03-18 칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하 감소된 간섭을 갖는 균질화기

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3309610B1 (en) Dual-colour laser light source
AU2002231504B2 (en) Apparatus and methods relating to wavelength conditioning of illumination
US7234820B2 (en) Illuminators using reflective optics with recycling and color mixing
US7631991B2 (en) Brightness enhancement of LED using selective ray angular recycling
US20100284201A1 (en) Illuminator using non-uniform light sources
AU2016264601B2 (en) Illuminator
AU2002231504A1 (en) Apparatus and methods relating to wavelength conditioning of illumination
CN102084177A (zh) 光源模块
KR101083789B1 (ko) 수 개의 광빔의 조합을 가능케 하는 조명 시스템
TWI521162B (zh) Light source device
KR20230064979A (ko) 시인성 개선을 위한 복합 조명 시스템
TW202104856A (zh) 光學計量學之高亮度照明源
KR20100053630A (ko) 조명 장치
CN110360482B (zh) 具有扩散器和蜂窝状聚光器的光学系统和探照灯
JP2011048282A (ja) スペクトラム光源装置
KR20240001225A (ko) 플로팅 홀로그램용 광학 시스템
JP2021504900A (ja) 自動車両用投光装置のための照明装置