LED 광원과 프레넬 렌즈를 이용한 항공장애등 광학계 설계 및 분석

Abstract

항공장애표시등(이하 항공장애등)이란 비행 중인 조종사에게 건축물이나 위험물의 존재를 알리기 위해 사용되는 등화를 말한다. 현재 항공장애등에 이용되는 광원은 LED로 대체되었고, 급격하게 확장 및 보급되었으나 설치된 항공장애등이 국토교통부 고시 항공장애등과 항공장애주간표지의 설치 및 관리 기준에 명시되어 있는 광도 기준을 만족하지 못하여 헬기 및 경항공기의 충돌사고의 위험에 노출되어 있는 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 기준에 명시되어 있는 배광 규격을 만족할 수 있는 광학계의 설계가 요구된다. 본 연구에서는 고출력 LED 광원을 원형 배열 형태로 배열하여 광원 모듈을 구성하고 수평면 360˚ 전 방향으로 균일한 광도 분포를 위해 비구면 형태 단일렌즈의 집합 형태인 원통형 프레넬 렌즈를 이용하여 중광도 A형 항공장애등 광학계 설계를 진행하였다. 그러나 일반적인 시준 빔을 위한 광학계는 항공장애등의 특수한 배광 규격을 만족하기 쉽지 않다. 이에 따라 본 연구에서는 항공장애등의 배광 규격의 만족을 위해 LED 광원의 위치를 변경하거나, 프레넬 렌즈의 기울기를 변경하는 두 가지의 설계 방법을 제시하였다. 광학설계 프로그램인 Lighttools를 이용하여 광학계 시뮬레이션을 통하여 광학적인 부분의 성능을 비교 및 분석한 뒤, 중광도 A형 항공장애등의 배광 규격을 만족하는 최적의 광학계를 제시하였다.

Aircraft warning light are lights that are used to inform pilots in flight of the presence of buildings or dangerous goods. Currently, the light source used for aircraft warning light has been replaced with LED, and it has been rapidly expanded and distributed. However, the installed aircraft warning light does not meet the luminous intensity standards specified in the standards for the installation and management of the aircraft warning light and aerial obstruction signs of the Ministry of Land, and it is exposed to the risk of aviation safety. In order to solve this problem, it is required to design an optical system satisfying the light distribution standard specified in the standard. In this study, medium intensity A-type aircraft warning light optical system was designed using a light source module is constructed by arranging high power LED light sources in a circular array form, and a cylindrical Fresnel lens, which is an array type of aspheric type. However, the optical system for a typical collimated beam is not easy to meet the special light distribution of aircraft warning light. Therefore, we propose two design methods to change the position of the LED light source module or to give a tilt to the Fresnel lens to satisfy the distribution of light distribution of the aircraft warning light. We used optical design program Lighttools to simulate the optical system After the comparative and analysis, the optimal optical system satisfying the light distribution standard of the A type aircraft warning light is presented.