광학 성능 및 제작성 향상을 위한 탐조등 렌즈 연구
Study of a Searchlight Lens to Improve Optical Performance and Fabricability
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초록
본 연구에서는 좁은 지향각, 높은 최대 중심광도를 갖는 탐조등 광학계 설계 기술 연구를 진행하였다. 기존 탐조등 광원인 할로 겐램프와 제논램프는 진동과 충격에 취약하며, 크기가 크고 무거워 운반에 많은 어려움이 있다. 또한 탐조등 후면부에 위치한 포물경은 제작 시 광원과 조립 오차에 따른 성능 저하와 낮은 광 효율의 단점을 지니고 있다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 1 kW 할로겐램프를 150 W급 고출력 COB LED로 대체하고 목표 성능을 만족하기 위한 고효율 TIR 렌즈를 설계하였다. 이후 광학계 사출 시 발생하는 표면 오차를 해결하는 방안으로 TIR 렌즈 어레이를 제시하여 제작 신뢰성을 확보하였다. 설계된 광학 계를 바탕으로 시제품을 제작한 후 시중 할로겐램프 탐조등과 성능을 비교하여 광학 성능의 우수함을 확인하였다.
Abstract
This study examines the design technology of searchlight optics featuring narrow beam angles and high luminous intensities. Halogen and xenon lamps, which are conventional searchlight sources, are vulnerable to vibration and shock, and are large and heavy, making them difficult to transport. In addition, the parabolic mirror located at the rear of the searchlight has the disadvantages of poor performance and low light efficiency, due to the assembly error produced during manufacturing. To solve this problem, a 1-kW halogen lamp is replaced by a 150-W high-power COB LED, and a high-efficiency TIR lens is designed to meet the target performance. Afterward, the TIR lens array is proposed to solve the surface error generated during optical injection. After a prototype is manufactured based on the designed optical system, the optical performance is confirmed to be excellent, by comparing it to that of a commercial halogen-lamp searchlight.
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