본 논문은 광 소결 공정에 쓰이는 제논 플래시 램프 사용 시 조도 균일도를 개선시킬 수 있는 반사경 설계에 대한 연구를 진행하였다. 조사 영역에서 기판의 완전한 소결이 이루어지기 위해서 광효율과 조도 균일도를 목표 성능으로 설정하였다. 기존의 타원 반사경 또는 포물 반사경을 이용한 방식은 광효율을 만족하기 용이하지만 조도 균일도를 만족하는데 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 조도 균일도를 만족시키기 위해 포물경의 중앙부에 쌍오목 형상을 추가하였다. 이러한 쌍오목 형태의 중앙부 형상을 갖는 포물 반사경의 조도 균일도가 기존의 반사경에 비해 향상됨을 확인하였다.
식물재배용 인공광 최적 배치에 따른 균일한 조도 분포는 고품질의 식물 생산을 가능하게 한다. 그러나 기존에 상용화된 식물재배시스템의 경우, 인공광 배치에 따른 조도 분포 시뮬레이션 등의 전처리 과정이 생략된 채 제작되어 생산 품질의 편차를 초래하는 문제점을 가지고 있다. 이에 본 논문은 식물재배단의 광 균일도 향상을 위해 조명 설계 소프트웨어인 Relux를 이용하여 LED 조명장치의 높이, 간격 등의 배치를 달리함에 따라 변화하는 각 재배단의 조도 분포 및 균일도, 그리고 전체 에너지 소비량 등을 사전에 시뮬레이션 함으로써 대상 식물재배에 적합한 조명장치의 최적 위치를 파악하고자 한다. 또한, 포터블 조도측정기를 이용하여 재배단의 각 식물의 위치를 기준으로 실 측정한 결과 데이터와 비교 분석 과정을 거쳐 본 시뮬레이션 결과의 신뢰도를 입증하고자 한다.
본 연구는 균일한 조명을 얻기 위해 자유 형상 렌즈(freeform lens)를 제작하였으며, 이를 위해 중첩 조명 모델(overlapped illumination model)을 제안하였고, 제작한 LED 렌즈들의 특성을 분석하였다. 제작한 렌즈는 LED 빛 세기 분포의 중심 방향, 반치각 (half angle) 및 LED 광원의 위치변화를 바탕으로 그 성능을 평가하였다. 아울러 조명영역은 평균 조도 (average illuminance)와 조도 균일도 (illuminance uniformity) 변화 값으로 수행하였다. 광도 분포의 중심 방향 변화에 대해서는 제안된 모델과 발산 모델이 대체로 비슷한 공차 특성을 보였으며, 특히 제작한 렌즈에서 반치각 변화는 기존 방법에 비해 조도 균일도 공차 특성은 현저히 개선됨을 확인하였다.
최근 LED TV로 각광받고 있는 대형 LCD TV용 LED(Light Emitting Diode, 고체발광다이오드) 백라이트에 사용되는 도광판의 광구조를 최적화하여 LED에 의해 발생하는 휘점을 제거하고 조도균일도를 향상시키기 위한 시뮬레이션 연구를 진행하였다. 시뮬레이션 모델로 설정된 엣지형 백라이트는 LCD TV용으로 사용될 수 있는 두께 3 mm의 도광판, 측면에 배치된 세 개의 백색 LED와 램프 커버, 도광판의 하면에 배치된 반사 필름으로 구성되어 있다. 일반적인 엣지형 백라이트용 도광판과 같이 도광판의 입광면에 패턴이 형성되어 있지 않은 경우에는 도광판 상면의 조도균일도가 입광면과 LED 사이의 거리에 민감하게 의존하였다. 입광면과 LED 사이의 거리가 커질수록 조도균일도는 개선되다가 일정 거리 이상이 되면 개선이 둔화되는 경향성을 보였다. 반면에 도광판의 입광면에 렌티큘라(lenticular) 렌즈 배열이나 톱니모양(Serration)과 같은 미세 굴절 패턴을 형성하는 경우 LED가 입광면에 거의 붙어 있는 경우에도 패턴이 없는 경우에 비해 우수한 조도균일도를 보인다는 것을 알 수 있었고 조도균일도가 LED와 입광면 사이의 거리에 의존하는 정도가 줄어든다는 점도 확인하였다. 동일조건에서는 톱니모양 패턴이 렌티큘라 렌즈에 비해 우수한 조도균일도를 나타내었고 굴절률의 변화를 통해 추가적인 균일도 개선 효과를 얻을 수 있음도 확인하였다. 따라서 도광판의 입광면에 굴절 기능을 가지는 미세 패턴을 형성하고 그 광구조를 최적화하는 것은 LED에 의한 휘점 형성을 억제하고 LCD 측면의 비발광영역(베젤)을 줄이는데 있어서 매우 효과적인 방법이 될 수 있다는 것을 확인하였다.
육계의 균일도 향상을 위해서는 종계업자, 사료공장 및 농장주의 세심한 사양관리가 함께 이루어져야 하겠지만 본 원고에서는 농장단계의 사양관리 위주로 알아보고자 한다. 농장에서 균일도의 최대 성적을 얻기 위해서는 우수한 병아리의 선택과 함께 육추와 초기 성장 관리, 계시환경, 사육밀도, 급수 및 급이 관리, 깔짚의 관리, 환기관리가 농장단계에서 세심한 사양관리가 이루어져야 출하시 체중과 균일도에 매우 중요하게 작용한다.
본 연구는 균일한 조명을 얻기 위해 중첩 조명 모델(overlapped illumination model)을 사용하여 자유 형상 렌즈(freeform lens)를 제작하였으며, 제작한 LED 렌즈들의 특성을 비교 분석하였다. 제작한 렌즈는 LED 광원의 위치변화, 두께 및 기울임을 이용해 성능을 평가하였다. 아울러 조명영역은 평균 조도 (average illuminance)와 조도 균일도 (illuminance uniformity) 변화 값으로 측정하였다. 광도 분포의 Z축 방향변화에 대해서는 중첩 모델과 발산 모델이 대체로 비슷한 공차 특성을 보였으나, 렌즈두께 변화에 대해서는 중첩모델이 발산모델에 비해 조도 균일도 공차 특성은 현저히 개선됨을 확인하였다. 또한, 발산 조명 모델로 설계된 렌즈가 전반적으로 좋은 성능을 나타냈으나, LED 방출에 대한 성능은 중첩 모델에서 그 편차의 폭이 상대적으로 적게 나타났다.
노광기는 회로 패턴을 원하는 위치에 전사시켜주는 장비로 패턴을 광학적 특성의 변형 없이 기재 상에 나타내기 위해서는 노광광학계의 특성이 매우 중요하다. 따라서 미세회로 패턴을 형성하기 위해서는 조사 면적에 작은 발산각으로 입사되어야 한다. 또한, 광원에서 나온 빛이 감광제와 균일하게 반응해야 하기 때문에 높은 광효율과 조도 균일도를 가져야 한다. 본 논문에서는 협각 구현의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 반사형 타입인 파라볼라 반사경과 비구면 렌즈 설계를 진행하였고, 배열 후 시뮬레이션 분석 결과 광속 각도, 균일도, 최대조도가 목표 성능을 만족하는 것을 확인하였다.
본 연구는 실내의 조도를 균일하게 유지하기 위한 조명제어시스템(LMS) 및 그 알고리즘에 관한 것으로 특히 창가 및 실내에 배치한 조도센서로부터 얻어지는 조도(Luminance)값들을 경계조건으로 하여 조도분포에 관한 수학적 모델을 세운 후 Laplace 방정식의 조화함수(수치해석적 해)를 컴퓨터로 고속 시뮬레이션 함으로써 외부의 밝기변화에 따른 실내 조명등의 조도 분포를 차별화하여 제어하여 결과적으로 전력을 절감하면서도 실내 근무자에게 균일하고 자연스러운 조명환경을 제공할 수 있는 적응형 조명제어장치 및 그 알고리즘의 연구 내용을 소개하고 있다.
기존 단일 조도센서를 이용한 조도검출 방식은 좁은 FOV (Field of View) 특성 상 측정 위치에 따라 검출 조도의 균일도가 저하된다. 다수개의 조도센서를 통해 평균 조도값을 검출하는 방법은 복잡도 증가 및 계산과정에서 오류가 증가하는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 넓은 FOV를 가지는 하나의 이미지센서를 기반으로 한 조도검출 방법을 제안하였으며, 제안된 방법은 기존 조도센서가 가지는 시스템 복잡도, 오류 증가 등의 문제점이 해결 가능하다. 실내 환경에서의 성능평가 결과는 색차조도계 (CL-200A)를 이용한 기준값 대비 조도센서가 1개인 경우 평균 12%, 조도센서가 5개인 경우 평균 10.7%, 이미지센서의 경우 평균 6.2% 차이가 발생하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 이미지센서를 기반으로 한 제안된 검출방법은 균일성이 향상된 공간조도를 간단하고 정확하게 검출할 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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