Korean Journal of Optics and Photonics. December 2018. 253-261
https://doi.org/10.3807/KJOP.2018.29.6.253


ABSTRACT


MAIN

  • I. 서 론

  • II. 본 론

  •   2.1. LED

  •   2.2. 반사경

  •   2.3. 배광 분포

  •   2.4. 반사경 설계

  •   2.5. 조명 배치

  • III. 결 론

I. 서 론

스포츠 경기에서 선수와 관중에게 광원이 직접 보이게 되면 눈부심이 발생하여 화이트 아웃 현상이 나타나게 된다. 이는 선수들의 운동 능력 저하와 경기 집중을 방해할 수 있으므로 광원이 직접 노출되지 않도록 비대칭 배광을 갖는 스포츠 조명이 요구된다. 특히 공이 빠르게 움직이는 스포츠 중 하나인 테니스는 공에 따라 선수 및 관중들의 시선이 이동하기 때문에 적절한 조명을 설계 및 배치하는 것이 필수적이다.

그림 1은 기존에 널리 사용되는 투광등 형태의 스포츠 조명으로 배광의 분포가 광원을 중심으로 대칭 형태이기 때문에 설치 시 조명 기구를 직접 tilt하여 경기장에 배치한다. 이러한 경우, 선수와 관중이 광원을 직접적으로 바라보게 되며 조명의 직접광으로 인한 눈부심이 발생하여 경기 진행에 문제를 초래한다. 따라서 눈부심을 최소화하기 위해 비대칭 배광을 가지는 스포츠 조명이 사용되어야 한다[1]. 그림 2는 비대칭 배광을 가지는 스포츠 조명으로 광원을 중심으로 비대칭 배광 분포를 가진다. 조명의 비대칭 각도는 조도의 분포를 고려하여 50° 이상, 선수의 시선 높이에 따른 눈부심을 고려하여 60° 이하로 설정하며 비대칭 배광을 가지는 경우 조명 기구의 tilt 없이 설치가 가능하여 눈부심을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

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Fig. 1.

Symmetric sports lighting.

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Fig. 2.

Asymmetric sports lighting.

하지만 위와 같이 메탈 할라이드를 광원으로 사용하는 스포츠 조명의 경우 유지보수 비용과 전력 소모량이 높다는 단점이 있어 최근 에너지 효율이 높은 LED 조명으로 교체가 이루어지고 있다. 120°의 발산각을 가지는 LED 광원으로 반사경을 설계하는 경우 360°의 발산각을 가지는 메탈 할라이드와 배광 분포가 다르기 때문에 이러한 광학 특성을 고려하는 LED 광원용 비대칭 반사경 설계가 요구된다[2].

따라서 본 논문에서는 기존 메탈 할라이드 스포츠 조명을 LED 광원으로 대체하여 비대칭 배광을 갖도록 반사경 설계 방법을 제시하고, 설계된 등기구를 유럽 표준화 위원회(CEN)의 Class 1 조명 등급을 만족하도록 테니스장 규격에 맞추어 배치하여 성능을 분석하고자 한다.

II. 본 론

2.1. LED

본 논문에서는 기존 1000 W 메탈 할라이드 조명을 600 W급 이하의 LED 조명으로 대체하기 위해 1 W 당 1120 lm의 높은 광속 효율을 가지는 CREE사의 XHP50-2 LED를 광원으로 선정하였다. XHP50-2는 발산각 120°, 광량 8 W, 5 mm (H)×5 mm (W)의 발광면 사이즈를 가지며 그림 3은 XHP50-2의 이미지이다. 광원 배열은 6×12로 72개를 사용하여 총 576 W로 600 W급 이하를 만족하였으며, 광원 사이 간격은 가로 13 mm, 세로 10.8 mm로 설정하였다.

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Fig. 3.

XHP50-2 LED of CREE (top, side, view).

2.2. 반사경

그림 4는 흔히 사용되는 비대칭 조명용 반사경의 형상으로 광원에서 나온 빛을 반사시켜 아래로 향하게 하는 역할을 한다. 반사경의 길이가 길어지면 광원에서 나온 빛이 맞는 반사면이 늘어나 설계의 자유도가 증가한다. 하지만 길이가 과도하게 길어지면 광원에서 나온 빛이 반사경에 반사되지 않고 바닥면으로 그대로 진행되어 배광 분포 형성에 어려움이 생길 수 있으며 직접광으로 인한 눈부심이 발생할 수 있다. 따라서 비대칭 조명용 반사경은 이러한 요소를 고려하여 적절한 광학계 설계가 필요하다. 또한 반사경의 재질에 따라 반사 특성이 다르기 때문에 본 논문에서는 일반적으로 많이 사용되는 알루미늄을 반사경의 재질로 선정하였고, 가시광선 영역에서 반사율 90%를 적용하였다[3].

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Fig. 4.

Reflector shape.

2.3. 배광 분포

배광 곡선은 평면상에서 광원을 중심으로 모든 방향의 광도 분포를 표시한 곡선으로 조명기구의 배광을 이해하기 쉽게 그래프로 나타낸 것이다. 그림 5는 LightTools의 배광 도표인 polar 2D로 광원을 기준으로 수직, 수평 곡선으로 나눠진다. 그림 5의 파란색 곡선은 수직면 상의 광도 분포인 상하 배광을 의미하고, 초록색 곡선은 수평면 상의 광도 분포인 좌우 배광을 의미한다.

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Fig. 5.

Example of LightTools polar 2D.

반사경의 반사면은 크게 상면과 측면으로 나뉘는데 각 면의 기울기 변화로 상하, 좌우 배광을 변화시킬 수 있다. 그림 6은 상면, 측면으로 광원을 제어하는 반사경의 배광 및 조도를 전 방향에서 본 모식도이다. 그림 6과 같이 반사경의 상면에 반사되어 테니스장의 폭 전방으로 나가는 배광을 광축 기준 90° 배광(전사광)이라 하고 후방으로 나가는 배광을 270° 배광(후사광)이라 하며 두 배광을 상하 배광이라고 한다. 반사경의 측면에 반사되어 테니스장의 길이 방향으로 나가는 배광을 0° 배광(수평광)이라 하며 양쪽의 배광을 좌우 배광이라 한다[4].

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Fig. 6.

Distribution of light and illuminance in all directions.

그림 7에서 알 수 있듯이, 조명에서 후방으로 조사되는 빛인 후사광은 조명 인접 시설에 빛 공해로 작용할 수 있다. 스포츠 조명의 후사광은 코트 주변에서 관람하는 관중에게 의도치 않은 눈부심을 주어 경기 관람에 지장을 줄 수 있으므로 후사광을 최소화하는 방향으로 설계를 진행하고자 한다[5].

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Fig. 7.

3D view of lamp with backlight.

2.4. 반사경 설계

2.4.1. 비대칭 각도 계산

반사의 법칙에 따라 법선에 대한 입사각과 반사각의 크기가 같다[6]. 따라서 빛은 반사경의 기울기에 따라 입사되는 각도가 변하기 때문에 도달하는 영역이 달라진다. 반사의 법칙을 응용하여 입사광이 반사경에서 반사되었을 때 표면에 수직한 직선과 출사각(R0)의 관계를 이용하여 반사경의 비대칭 각도를 계산할 수 있다.

그림 8은 반사경의 기울기 각도와 광원의 발산 각도에 따른 비대칭 각도를 계산한 그림이다. 그림 8과 같이 광원이 수평선에 대하여 θi로 출사하고 반사경이 θt로 기울어 있다고 가정할 때, 경계면과 Ri가 이루는 각도 α는 식 (1)로 나타낼 수 있다.

$$\alpha=\theta_i-\theta_t$$ (1)
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Fig. 8.

Asymmetric angle.

법선과 경계면이 수직이므로 반사의 법칙으로 인해 광원의 입사각 β와 출사각 βʹ은 동일하며 식 (2)와 같다.

$$\beta=\beta'=\frac\pi2-\theta_i+\theta_t$$ (2)

법선과 수직선이 이루는 각도는 경계면과 수평선이 이루는 각도 θt와 동일하며 따라서 반사경의 비대칭 각도 δ는 수직선과 Ro 이루는 각도이므로 식 (3)을 이용하여 비대칭 각도를 도출할 수 있다.

$$\text{Light distribution angle}(\delta)=\theta_t+\beta'=\frac\pi2-\theta_i+2\theta_t$$ (3)

위와 같은 과정을 통해 광원의 출사 각도와 반사경의 기울기 각도를 알 수 있다면 반사광선이 도달하는 비대칭 각도를 도출할 수 있다. 반대로 광원의 발산각이 고정되어 있다면 비대칭 각도 50° 이상, 60° 이하로 설계하기 위한 반사경의 기울기 각도를 알 수 있다.

2.4.2. 반사경 상면 설계

광원의 발산각이 정해져 있는 경우 50° 이상, 60° 이하의 비대칭 각도를 갖기 위해서 각 발산각에 따른 반사경의 기울기 분석이 필요하다. 광원에서 발산하는 각도가 다를 때, 비대칭 각도 55°를 갖기 위한 반사경의 기울기 각도 θt를 그림 9 모식도에 나타냈다.

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Fig. 9.

Layout of upside reflector.

비대칭 각도(δ)를 55°로 정하면 2.4.1절의 식 (3)에서 광원의 발산각(θi)과 반사경 기울기 각도(θt)를 그림 10, 식 (4)의 방정식으로 나타낼 수 있다. 계산은 비대칭 각도 55°를 만족하기 위해 광량 밀도가 높은 LED 배열의 중심 위치에서 점광원으로 진행하였다.

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Fig. 10.

Equation of light distribution and reflector tilt angle.

$$\theta_t=\frac12\theta_i-17.5$$ (4)

선정한 LED의 발산 각도가 120°이므로 θi의 범위는 -60°≤θi≤+60°이고 발산각 중 -60°≤θi≤+5°는 반사경을 맞지 않고 바닥면에 직접 가는 광이며 반사경에 반사되어 바닥면을 향하는 광은 +5°≤θi≤+60°이다. 따라서 범위에 따라 상면의 반사경을 56개의 part로 나눴으며 식 (4)를 이용하여 part 당 기울기 값을 표 1에 정리하였고 하나의 곡면으로 나타내기 위해 식 (5)를 도출하였다. 그림 11은 수식을 통해 설계한 반사경으로 각각의 점을 부드럽게 연결시켜 하나의 곡선으로 나타내었다.

$$\begin{array}{l}y=1.51e^{-21}x^{10}-2.157e^{-18}x^9+1.342e^{-15}x^8\\\;\;\;\;\;\;\;-4.779e^{-13}x^7+1.075e^{-10}x^6-1.582e^{-8}x^5+1.511e^{-6}x^4\\\;\;\;\;\;\;\;-8.899e^{-5}x^3+0.001642x^2+0.2282x+90.02\end{array}$$ (5)

Table 1. Calculation of tilt angle in upside reflector

𝜃i𝜃t
𝜃i = 60°𝜃t = 12.5°
𝜃i = 59°𝜃t = 12°
𝜃i = 58°𝜃t = 11.5°
𝜃i = 57°𝜃t = 11°
𝜃i = 56°𝜃t = 10.5°
𝜃i = 55°𝜃t = 10°

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Fig. 11.

Design of upside reflector using fitted curve.

그림 12는 점광원으로 설계한 곡선을 LightTools의 swept 기능을 이용해 구현한 반사경의 형상으로 사이즈는 290 mm (W)×300 mm (D)×100 mm (H)이다. 그림 13은 LED 광원을 적용하여 시뮬레이션한 결과로 점광원 계산을 통해 최대 중심 광도 55°를 만족하였으며, 실제 LED 광원은 점광원이 아닌 면광원이므로 광원 특성으로 인해 비대칭 각도 주변의 배광을 형성하는 것을 볼 수 있다. 그러나 조도에 표시된 영역에서 알 수 있듯이 반사경의 폴대 영역 부분에 조사되는 빛이 적어 추가적으로 설계를 진행하였다.

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Fig. 12.

Design of upside reflector.

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Fig. 13.

Result of upside reflector.

2.4.3. 후사광 제어 반사경 설계

2.4.2절에서 설계한 반사경의 경우 반사경의 폴대 영역 부분에 조사되는 빛의 양이 적어 조도가 균일하지 않고, 반사경의 형상으로 인해 수평축 기준으로 위로 향하는 빛이 손실된다. 따라서 그림 14와 같이 반사경 상면의 길이를 늘려 손실되는 빛이 반사경의 폴대 영역에 조사되도록 설계하여 조도를 균일하게 하고자 한다.

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Fig. 14.

Layout of edge in reflector.

그림 15에서 테니스장의 바닥면으로부터 광원까지의 높이를 h라 하고 광원으로부터 반사경의 상면 끝점까지의 높이를 h’, 반사경의 길이를 z, 광원의 발산각을 θi, 반사경의 기울기 각도를 θt라 한다. 반사경을 맞고 반사되는 빛이 폴대의 뒷부분까지 조사되면 원하지 않는 후사광을 형성하기 때문에 폴대의 바닥면으로 향하도록 하였다. 따라서 θi와 β의 관계식을 식 (6)으로 정리하고 2.4.1절 식 (2)의 출사각 β를 대입하여 반사경의 기울기 각도 θt를 식 (7)로 나타내었다.

$$\theta_i2\beta=\tan^{-1}\left(\frac{h+h'}z\right)$$ (6)
$$\theta_t=\frac{\pi-\theta_i-\tan^{-1}\left({\displaystyle\frac{h+h'}z}\right)}2$$ (7)
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Fig. 15.

Edge in reflector angle.

2.4.2절에서 설계한 반사경 사이즈에 따라 h’는 20 mm, z는 290 mm이며 h는 설치 높이 12 m를 고려하여 12065 mm로 설정하여 계산하였다. 설계는 앞 절과 마찬가지로 점광원으로 진행하였으며 반사경의 끝면을 맞고 나가는 빛은 광원의 발산각 120° 중 -5°≤θi≤+5°에 해당한다. 발산각의 범위에 따른 반사경의 기울기 값을 표 2에 정리하였다.

Table 2. Calculation of tilt angle in backlight reflector

𝜃i𝜃t
𝜃i = 5°𝜃t = 43.2°
𝜃i = 4°𝜃t = 43.7°
𝜃i = 3°𝜃t = 44.2°
𝜃i = 2°𝜃t = 44.7°
𝜃i = 1°𝜃t = 45.2°
𝜃i = 0°𝜃t = 45.7°
𝜃i = -1°𝜃t = 46.2°
𝜃i = -2°𝜃t = 46.7°

그림 16은 2.4.2절과 같은 방식으로 설계한 후사광 제어 반사경의 형상이고, 그림 17은 LED 광원을 적용하여 시뮬레이션한 결과이다. 조도에 표시된 영역에서 알 수 있듯이 상면을 늘린 반사경은 빛의 손실을 줄이며 후사광을 제어하기 때문에 반사경 폴대 영역에 빛이 더 조사되는 것을 확인할 수 있다.

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Fig. 16.

Design of reflector with added edge.

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Fig. 17.

Illuminance comparison of each designed reflector.

2.4.4. 반사경 측면 설계

앞에서 설계한 반사경의 경우 측면이 평평한 형태로 빛을 멀리 보내는데 한계가 있다. 빛이 멀리 나가지 않고 바닥면에 입사될 경우 핫스팟을 발생시키며 조명 배치 시 균일도 향상에 어려움이 있다. 따라서 그림 18과 같이 측면 기울기 변화를 통해 반사경을 맞고 나가는 빛을 평행광으로 멀리 나가도록 설계해야 한다.

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Fig. 18.

Layout of side reflector.

평행광 각도(collimated angle, δʹ)는 2.4.1절 식 (3)의 비대칭 각도(light distribution angle, δ)와 같으며 목표 평행광 각도를 90°라 할 때 광원의 발산각(θi)와 반사경 기울기 각도(θt)를 그림 19와 식 (8)로 정리할 수 있다.

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Fig. 19.

Equation of light distribution and reflector tilt angle.

설계는 2.4.2절과 동일하게 점광원으로 진행하였으며 점광원의 발산각 중 -20°≤θi≤+20°는 반사경을 맞지 않고 조사면적에 직접 가는 광이며 반사경을 직접 맞는 광은 -60°≤θi≤-20°, +20°≤θi≤+60°이다. 따라서 범위에 따라 양 측면의 반사경을 각각 41개의 part로 나눴으며 식 (8)을 이용하여 part 당 기울기 값을 표 3에 정리하였다.

$$\theta_t=\frac12\theta_i$$ (8)

Table 3. Calculation of tilt angle in side reflector

𝜃i𝜃t
𝜃i = 60°𝜃t = 30°
𝜃i = 59°𝜃t = 29.5°
𝜃i = 58°𝜃t = 29°
𝜃i = 57°𝜃t = 28.5°
𝜃i = 56°𝜃t = 28°
𝜃i = 55°𝜃t = 27.5°

그림 20은 2.4.2절과 같은 방식으로 설계한 측면 반사경의 형상이고, 그림 21은 LED 광원을 적용한 반사경의 측면 변화에 따른 시뮬레이션 결과이다. 그 결과 조도에 표시된 영역에서 알 수 있듯이 측면의 기울기를 변화시킨 반사경은 전방 영역에서 빛이 더 조사된 것을 확인할 수 있다.

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Fig. 20.

Flat side reflector and curved side reflector.

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Fig. 21.

Illuminance comparison of designed side reflectors.

2.4.5. 최종 반사경 설계 결과

앞서 설계한 반사경의 상면과 측면을 결합하여 최종 반사경을 설계하였고 형상은 그림 22와 같다. 그림 23은 최종 반사경의 설계 결과로 상면에서는 비대칭 각도를, 측면에서는 조도를 제어하여 결과적으로 비대칭 각도 55°와 조도 분포가 균일한 것을 확인할 수 있다. 이후 Relux에서 최종으로 설계한 반사경을 테니스장 조명 규격에 맞게 배치하여 성능을 분석하고자 한다.

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Fig. 22.

Design of final reflector.

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Fig. 23.

Result of final reflector.

2.5. 조명 배치

2.5.1. 조명 등급

테니스 조명은 관중과 선수 사이의 거리, 경기의 규모에 따라 조명 등급이 분류된다. 등급이 높아질수록 시청 거리가 증가하기 때문에 조도의 세기와 균일한 분포는 조명 성능의 가장 핵심적인 기준이다. 따라서 목표 조명 등급을 만족하기 위해서 평균 수평 조도, 균제도 기준에 맞는 광학계 설계 및 배치가 이루어져야 한다.

표 4는 유럽 표준화 위원회의 실내 테니스 조명 등급이다. 평균 수평 조도(Eh average)란 전체 경기 영역(total playing area) 표면에서 측정된 수평 조도 평균값의 최소 허용치를 의미하며 조명 기구의 배치 각도, 높이에 영향을 받는다. 관중과 선수가 경기의 진행 상황을 따라갈 수 있도록 높은 가시성을 확보하기 위해서 평균 수평 조도는 충분히 높아야 한다. 균제도(uniformity of illuminance)는 전체 경기 영역표면에서 측정된 수평 조도 분포의 균일한 정도를 의미한다. 테니스 경기 진행 시 조도 분포가 선수에게 보이는 공의 속도와 위치에 상대적인 영향을 주기 때문에 테니스 조명 설계 시 목표 균제도 만족을 위한 광학계 설계가 중요하다.

Table 4. European standard indoor tennis light class

Horizontal illuminanceUniformity of illuminanceReference area
Eh average (lux)Emin/Eh averageLengthWidth
Class 1>750>0.736 m18 m
Class 2>500>0.7
Class 3>300>0.5

본 논문에서는 조명 기구의 배치 각도, 높이, 간격에 따른 평균 수평 조도, 균제도를 고려하여 Class 1 조명 등급을 목표로 배치를 진행하고자 한다[7].

2.5.2. 조명 배치 방식

조명의 공간 사용 방식에 따라서 적절한 조명 상태를 실현해야 되며 조명 배치 시 원하는 조도를 얻기 위한 조명기구 수량을 계산해야 한다. 조명률은 광원의 전 광속과 작업 면에 도달하는 유효 광속과의 비율로 실지수 및 실내 반사율, 기구 배광, 효율로부터 구해진다. 따라서 조명률이란 조명시설 전체의 종합적인 조명 효율이라 할 수 있으며 식 (9)와 같다.

$$\begin{array}{l}Coefficient\;of\;utilization\;(U)=\\\frac{Amount\;of\;light\;that\;reaches\;the\;work\;surface\;\lbrack lm\rbrack}{Amount\;of\;emitted\;light\;fr\;om\;the\;lamp\;in\;a\;reflector\;\lbrack lm\rbrack}\\=\frac{46582\;lm}{1120\;lm\times72}=0.578\\\end{array}$$ (9)

조명 시설의 조도를 계산할 경우 광원의 사용에 따른 열화, 광원 및 조명기구의 오손 등 여러 요인에 의하여 조도가 저하되는 것을 고려하여야 하며 보수율은 감광 보상율의 역수라고 볼 수 있다. 표 5는 경기장에 따른 광원의 보수율이다. 경기장의 높이가 12 m인 것을 고려하여 천장이 높은 옥내와 보수가 보통인 경우로 보수율 Mt는 0.58로 설정하였다.

Table 5. Maintenance factor of lighting

SectionMaintenance factor
High-ceiling interiorIn case of good maintenance0.65
In case of normal maintenance0.58
In case of difficult maintenance 0.55
General interiorIn case of good maintenance0.72
In case of normal maintenance0.65
In case of difficult maintenance 0.57

주어진 단일 테니스장의 평가 영역을 고려하여 평균 수평 조도를 만족하기 위한 조명기구의 수량을 식 (10)을 통해 구할 수 있다[8]. 여기서, A는 실내면적 [m2], E는 소요 평균 조도 [lx], M은 보수율, U는 조명률, F는 사용 광원 전체 광속 [lm]이다. 유럽 표준 실내 테니스의 평가 영역은 길이 36 m, 폭 18 m이며 Class 1에 해당하는 평균 수평 조도는 750 lux 이상이다. 조명률과 보수율은 식 (9)와 표 5에서 정한 0.578과 0.58을 적용하였다.

$$N=\frac{A\times E}{F\times U\times M}=\frac{36m\times18m\times750lx}{1120lm\times72\times0.578\times0.58}=17.98\cong18$$ (10)

평가 영역에서 평균 수평 조도 750 lux 이상을 만족하기 위한 조명기구 수량은 약 18등이며 조명기구 배치와 여유율을 고려하여 최종으로 사용하는 조명은 600 W급 20등으로 선정하였다.

2.5.3. Relux 조명 배치

소형 경기장의 조명 배치에는 분산 배치, 측면 배치, 분산 배치와 측면 배치를 병용한 방법이 있다. 분산 배치 방식은 가장 일반적인 배치로 양호한 균일도를 얻기 쉬우나 평균조도 및 눈부심 등을 고려하지 않아 단순히 균일도를 위해 분산 배치 방식을 권장하는 것은 무리가 있다[8]. 또한 테니스, 배드민턴과 같은 네트형 스포츠의 경우 선수들이 네트를 중심으로 서로를 바라보며 경기가 진행되기 때문에 전방에 등기구가 배치될 경우 직접광으로 눈부심이 발생할 수 있어 선수의 양 사이드에 설치하는 것이 바람직하다. 따라서 보다 눈부심이 적고 입체감을 얻을 수 있는 측면 배치로 설계를 진행하였다.

그림 24는 유럽 표준에 명시된 평가 기준 영역과 조명 배치에 대한 개략도이다. 평가 영역은 테니스 코트를 포함한 전체 경기 영역으로 36 m×18 m 영역에 해당된다. 폴대는 코트 양 사이드에 24 m 간격으로 2개씩 설치하고 폴대 당 반사경을 5개로 하여 배치하였다.

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Fig. 24.

Evaluation area of ​​tennis court.

그림 25는 Relux로 조명을 배치한 시뮬레이션의 조도 분포이며 결과 값은 표 6과 같다. 평가 기준 영역에서 평균 수평 조도 829 lux, 균제도 0.79로 유럽 표준 실내 테니스 조명등급 Class 1에 만족하는 결과를 확인하였다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kjop/2018-029-06/N0140290604/images/kjop_29_06_04_F25.jpg
Fig. 25.

Simulation result of Luminaires placement.

Table 6. Simulation result of Luminaires placement

Horizontal illuminanceUniformity of illuminanceReference area
Eh average (lux)Emin/Eh averageLengthWidth
8290.7936 m18 m

III. 결 론

본 논문은 비대칭 배광을 가지는 LED 광원용 반사경 설계 방법에 대한 연구를 진행하였다. 스포츠 경기에서 광원을 중심으로 대칭 배광을 갖는 투광등 조명은 선수와 관중이 광원을 직접적으로 바라보게 되어 눈부심을 발생시키는 문제점이 있다. 또한 기존 스포츠 조명에 널리 사용되는 메탈 할라이드 조명의 경우 유지보수 비용과 전력 소모량이 높다는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 기존 1000 W 메탈 할라이드 조명을 600 W급 LED로 대체하여 광원을 중심으로 비대칭 배광을 가지는 반사경 설계를 진행하였다. 설계는 반사경을 상면과 측면으로 나누어 상면에서는 목표하는 비대칭 각도를, 측면에서는 조도를 만족할 수 있도록 반사경의 최적 기울기 각도를 도출하여 설계를 진행하였다. 이를 바탕으로 상면과 측면을 결합한 최종 반사경을 설계하였고, 그 결과 55°의 비대칭 각도를 가지는 것을 확인하였다. 이후 실내 공간의 보수율과 조명률을 참고하여 테니스장 36 m (L)×18 m (W)에 맞는 조명 기구 수량을 선정하였고, 테니스장 조명 규격에 맞게 배치하여 성능 분석을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 평균 수평 조도 829 lux, 균제도 79%로 유럽 표준 조명 등급인 Class 1을 만족하는 것을 확인하였다.

References

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3 

B.-M. Yoon, S.-J. Lee, G.-S Choi, J.-C. Lee, and D.-H. Park "Optical property of LED module along reflector material by simulation," KIEE 2006(7), 1669-1670 (2006).

4 

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5 

T.-Y. Park, J.-S. Kim, H.-S. Kim, and M.-S. Oh, "A study of shielding plate development for backlight control: with a main focus on 50W misaligned LED luminaires," Kangwon National University (2014), pp. 1-8.

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J.-S. Lee, H.-J. Park, J.-H. Seo, Y.-J. Jeong, S.-Y. Kim, H.-W. Ra, and M.-S. Jung, "A study of reflector design method for low road illumination," Korean J. Opt. Photon. 28, 273-280 (2017).

7 

European Committee for Standardization, "Light and lighting - sports lighting," British Standards Institution, 389 Chiswick High Road, London, United Kingdom (2008), p. 26.

8 

I.-C. Park, "(A) Study on the lighting placed in small indoor playground," Hongik University (2014), pp. 19-24.

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