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시환 석
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1 2010 년 10 월한국인터넷방송통신학회논문지제 10 권제 5 호 논문 영상조명용 144[W] LED 스폿등기구개발에관한연구 A Study on the Development of LED Spot Luminaire for Image Lighting 이장원 *, 임지원 ** Jang-Weon Lee *, Jee-Weon Im ** 요약본연구에서는무대방송용 LED 스폿조명기구를자체적으로설계, 제작하여조도, 배광및색온도를측정하였으며, 동일한피사체를 LED 조명과텅스텐할로겐조명을번갈아설치하여인물의영상을카메라로촬영한영상을비교하여 LED 조명기구의대체가능성을연구하였다. 촬영한피사체를분석한결과 LED 144[W] 조명기구가텅스텐할로겐 1[kW] 조명기구보다더영상이밝기와색감면에서더우수하였다. 144[W] LED조명기구와텅스텐할로겐 1[kW] 조명기구의사용에너지를측정한결과동일조도기준으로 LED가 80[%] 이상의에너지절약효과가있는것으로나타났다. 할로겐텅스텐 1[kW] 조명기구와 LED 144[W] 조명기구의배광과조도분포를비교검토한결과피사체를집중적으로조명하는경우, 피조면의조도가높아효과적인조명이가능하다. 6[m] 정도천고의공연장이나, 스튜디오에서는 LED144[W] 조명기구는조도문제가없어, 기존의텅스텐할로겐 1[KW] 조명기구를 1:1로대체하는것이가능하다. Abstract This study manufactured spot lighting fixtures for the broadcasting stage and LED lighting fixtures, measured the illumination, dimming, and color temperature, and installed LED lighting and spot Fresnel lighting to the camera by turns with the same subject to confirm and look into the possibility of replacement of LED lighting fixtures by shooting the figures and comparing them. The analysis of the photographed subject found that the lighting apparatus of LED 144[W] was superior to the tungsten halogen illuminator of 1 [kw] in terms of brightness and color of an image. The measuring of the energy used in 144 [W] LED lighting equipment and tungsten halogen 1[kW] lighting equipment suggested that LED saved more than 80 [%] of energy in the same intensity of illumination. The comparison of the light distribution and light intensity distribution of halogen tungsten illuminator of 1[kW] and LED 144[W] lighting apparatus found that when a subject received concentrated lighting, effective lighting is possible because the illumination intensity on the surface of the lighted subject was high. In performance halls or studios of about 6 [m] height, there is no problem of illumination intensity in LED 144 [W] illuminator. Therefore, it is possible to replace the existing tungsten halogen 1 [KW] illuminator one to one. Key Words : Broadcast, illuminator, LED, Tungsten halogen, image lighting, lighting fixture. Ⅰ. 서론 본연구에서는무대방송용 LED 스폿조명기구를자 * 준회원, ( 주 ) 스타엘브이에스회장 ** 정회원, 국제대학철도전기과부교수접수일자 수정일자 게재확정일자 체적으로설계, 제작하여조도, 배광및색온도를측정하였으며, 동일한피사체를 LED 조명과텅스텐할로겐조명을번갈아설치하여인물의영상을카메라로촬영한영상을비교하여 LED 조명기구의대체가능성을연구하였다

2 영상조명용 144[W] LED 스폿등기구개발에관한연구 Ⅱ. LED 조명기구의특성, 6500[K], 144[W] 제작기존무대조명기구및방송용조명기구의대체용으로 LED를이용한조명기구를다음과같이설계제작하였다. Ⅴ. PWM 제어 LED의제어는식에적용되는제어파형의통류율사이클에비례한다. (3) Ⅲ. LED 144[W] 조명기구 (4) LED 전구의최적방열설계를하기전에, 상기최적화된고출력 3[W] LED의전산모사모델의타당성을검증하고 3[W] LED 패키지모델의배열에대한열해석의가능성을확인하기위하여샘플히트싱크와 48개의 LED 배열로구성된 LED 모듈을설계및제작하였다. 3[W] 3200[K] 백색 LED를사용하여 5[m] 떨어지고 450[lx] 의조도를얻으려면 LED 광원의수는식 1과같이계산된다. 여기서 는평균 전류 은디밍파형의통류율사이클, 는 선택으로설정되는공칭 LED 전류이다. PWM 제어방식으로 LED144[W] 스폿조명기의제어회로에인가되는직류전원이제어되는내용이다. CH1 은스위칭소자에인가되는 PWM 신호이고, CH3은그때에흐르는전류값이다. CH3의전류는 100[mV/A] 의전류프로브를사용하여측정하였다. [ 개 ] (1) 3[W] 6500[K] 백색 LED를사용하여 5[m] 떨어진면에서 800[lx] 의조도를얻으려면 LED 광원의수는식 2와같이계산된다. [ 개 ] (2) Ⅳ. LED 제어구동회로설계 1. 모듈의구성 LED의제어구동회로는그림 1과같다. +24V AC220V POWER LED DRIVER (RED) DMX512 OUTPUT LED DRIVER LINE CPU - (GREEN) DRIVER STM32F103 LED (RED) LED (GREEN) 그림 2. 통류율에따른전류량 Fig. 2. Current amount according to conduction ratio 그림 2의그래프를보면부하에흐르는전류의값이 PWM 출력의통류율에비례하는것을볼수있다. 선형그래프가완전한직선을보이지않는것은노이즈등으로인해스코프에서보이는값이오차를갖는것이가장큰이유라고할수있다. ( 전류프로브를통해측정된값이스코프상에서는 100[mV/A] 의비율로전압으로표시된다.) DMX512 INPUT DIP SWITCH LED DRIVER (BLUE) LED (BLUE) Ⅵ. DMX512 통신 그림 1. 모듈의구성 Fig. 1. The configuration of a module 본모듈은콘솔과의통신에 DMX512 방식을채택하였

2010 년 10 월한국인터넷방송통신학회논문지제 10 권제 5 호 다. DMX512 통신은 1986년 U.S. Institude of Theatre Technology 에의해제정된콘솔과조광기사이의통신규약으로서, 현재전세계적으로가장많이보급된통신방식이기도하다. 1990년에개정되어현재 USITT DMX512 (1990) 가되었다. 1. 측정방법 Ⅶ.

5[m] 거리에서의텅스텐할로겐 1[kW] 와 144[W] 3200[K] 조도및색온도비교 Table 1. Tungsten halogen 1[kW] at 5[m] distance and 144[W] 3200[K] illuminance and color temperature is comparison 나.

3 2010 년 10 월한국인터넷방송통신학회논문지제 10 권제 5 호 다. DMX512 통신은 1986년 U.S. Institude of Theatre Technology 에의해제정된콘솔과조광기사이의통신규약으로서, 현재전세계적으로가장많이보급된통신방식이기도하다. 1990년에개정되어현재 USITT DMX512 (1990) 가되었다. 1. 측정방법 Ⅶ. 측정방법및결과분석 가. LED 조도및색온도측정 피사체에조사할경우연출되는영상을카메라로측정하였다. 카메라측정방법은흰바탕과파란바탕, 검정바탕에서인물에각각 LED 조명기구 144[W] 3200[K], 6500[K] 와텅스텐할로겐조명기구 1[kW] 를조사하여카메라에영상을담아프로젝트을이용하여스크린에영상을비쳐보고, 각각의연색계수및조도를실측하였다. 표 1. 5[m] 거리에서의텅스텐할로겐 1[kW] 와 144[W] 3200[K] 조도및색온도비교 Table 1. Tungsten halogen 1[kW] at 5[m] distance and 144[W] 3200[K] illuminance and color temperature is comparison 나. 조도의배광분포도분석 텅스텐할로겐 1[kW] 와 144[W] 의배광을검토한결과텅스텐할로겐의조도분포도는전반적으로조명의빛이넓게퍼지고, LED는빛이집중되는것을볼수있다. 넓은범위로조명하는경우에는텅스텐할로겐조명이좋지만인물에스포트를주는조명으로는 LED 조명기구가더양호한것을알수있었다. LED 조명기구는원형의배광형태를이루고있으며, 중심조도는텅스텐할로겐조명기구보다높게나왔다. 그림 3. 텅스텐할로겐 1[kW] 등조도곡선 Fig. 3. Tungsten halogen 1[kW] isolux curve 조명기구 조도 [lx] 색온도 [K] 텅스텐할로겐 1000[W] [W] 결과분석 가. 조도및색온도측정결과 텅스텐할로겐조명기구 1[kW] 와 LED 144[W] 3200[K] 와 6500[K] 조명기구를 5[m] 거리에서 KONICAMINOLTA 제품인 CHROMA METER CL-200 을사용하여피사체에 45[ ] 로비추었을때의조도와색온도를측정하였다. 표 2. 5[m] 거리에서의텅스텐할로겐 1[kW] 와 144[W] 6500[K] 조도및색온도비교 Table 2. Tungsten halogen 1[kW] at 5[m] distance and 144[W] 3200[K] illuminance and color temperature is comparison 조명기구 조도 [lx] 색온도 [K] 텅스텐할로겐 1000[W] [W] 그림 4. 텅스텐할로겐 1[kW] 배광곡선 Fig. 4. Tungsten halogen 1[kW] light distribution curve 그림 5. 멀티파 144[W] 등조도곡선 Fig. 5. The image taken a photograph in the multi 144[W] isolux curve

4 영상조명용 144[W] LED 스폿 등기구 개발에 관한연구 텅스텐할로겐 1[kW]조명기구 텅스텐할로겐 1[kW]조명기구 그림 6. 멀티파 144[W] 등조도 곡선 Fig. 6. Multi LED 3200 [K] 144 [W] light isolux curve. 그림 9. 검정 바탕에서 촬영한 영상 Fig. 9. Black background 그림 7. 멀티파 144[W] 배광 곡선 Fig. 7. Multi 144[W] light distribution curve 그림 8. 멀티파 144[W] 배광 곡선 Fig. 8. Multi 144[W] light distribution curve 다. 카메라 영상 시연 검정 바탕에서 텅스텐 할로겐 1[KW] 조명과 LED 144[W] 3200[K]와 6500[K] 조명을 사용하여 카메라로 촬영한 영상이다. 텅스텐할로겐 1[kW]조명기구

2010 년 10 월한국인터넷방송통신학회논문지제 10 권제 5 호 그림 10. 조명위치에따른 LED(3200K, 6500K, MIX) 영상및조명디자인 Fig. 10. images video and lighting plan design According to the light position LED (3200K, 6500K, MIX) 그림 12.

배경에따른 LED 3200k 조명디자인의영상 Fig. 11. Images of LED 3200k Lighting design depends on the back ground.

본논문에서는낮은천고와적은공간의소공연장이나스튜디오공간에서텅스텐할로겐 1[kW] 급조명기구대신사용할수있는 LED 144[W] 급의조명기구를개발, 제작하여비교연구한결과다음과같은결론을얻을수있었다.

144[W] LED 조명기구와텅스텐할로겐 1[kW] 조명기구의사용에너지를측정한결과동일조도기준으로 LED가 80[%] 이상의에너지절약효과가있는것으로나타났다.

5 2010 년 10 월한국인터넷방송통신학회논문지제 10 권제 5 호 그림 10. 조명위치에따른 LED(3200K, 6500K, MIX) 영상및조명디자인 Fig. 10. images video and lighting plan design According to the light position LED (3200K, 6500K, MIX) 그림 12. 배경에따른 조명디자인의영상 Fig. 12. Images of Tungsten halogen 1KW Lighting design depends on the back ground. Ⅷ. 결론 그림 11. 배경에따른 LED 3200k 조명디자인의영상 Fig. 11. Images of LED 3200k Lighting design depends on the back ground. 무대방송조명분야에많이사용되고있는텅스텐할로겐 1[kW] 조명기구는낮은천고와적은공간의소공연장이나스튜디오에서는과다하게조도가높고눈부심과열이많이발생하는문제점이있으며전기료부담도크다. 본논문에서는낮은천고와적은공간의소공연장이나스튜디오공간에서텅스텐할로겐 1[kW] 급조명기구대신사용할수있는 LED 144[W] 급의조명기구를개발, 제작하여비교연구한결과다음과같은결론을얻을수있었다. LED 144[W] 의경우는 [%] 로동등이상의조도를얻을수있었다. 촬영한피사체를분석한결과 LED 144[W] 조명기구가텅스텐할로겐 1[kW] 조명기구보다더영상이밝기와색감면에서더우수하였다. 144[W] LED 조명기구와텅스텐할로겐 1[kW] 조명기구의사용에너지를측정한결과동일조도기준으로 LED가 80[%] 이상의에너지절약효과가있는것으로나타났다. 할로겐텅스텐 1[kW] 조명기구와 LED 144[W] 조명기구의배광과조도분포를비교검토한결과피사체를집중적으로조명하는경우, 피조면의조도가높아효과적인조명이가능하다. 6[m] 정도천고의공연장이나, 스튜디오에서는 LED 144[W] 조명기구는조도문제가없어, 기존의텅스텐할로겐 1[KW] 조명기구를 1:1로대체하는것이가능하다

영상조명용 144[W] LED 스폿등기구개발에관한연구 참고문헌 [1] 박준석, 김광헌, 여인선, LED 조명광원의광학적배치및광색제어에관한연구, 한국조명전기설비학회논문지, Vol.15, 2, pp. 7-12, 2001. [2] 황명근, 허창수, 서유진, 조명용백색 LED 광원의등기구형태에따른광도및기구효율분석, 한국조명전기설비학회논문지, Vol.18, NO3.

6 영상조명용 144[W] LED 스폿등기구개발에관한연구 참고문헌 [1] 박준석, 김광헌, 여인선, LED 조명광원의광학적배치및광색제어에관한연구, 한국조명전기설비학회논문지, Vol.15, 2, pp. 7-12, [2] 황명근, 허창수, 서유진, 조명용백색 LED 광원의등기구형태에따른광도및기구효율분석, 한국조명전기설비학회논문지, Vol.18, NO3. pp , [3] 이장원, 알기쉬운영상조명기술, 아르케라이팅아트, [4] 이장원, 권기태, 노재엽, 이진우, 무대조명프레즈널스폿조명의조도및배광비교에관한연구, 한국조명설비학회추계학술대회, pp , [5] 이장원, 권기태, 노재엽, 이진우, LED 조명으로방송스폿조명대치방안에관한연구, 한국조명설비학회추계학술대회, pp , [6] 송상빈, 방열특성과구동방식을이용한다운라이팅용 LED 전구의개발, 전남대학교석사학위논문, pp. 3-54, 2006 저자소개 이장원 (Jang-Weon Lee) 정회원 학위 ( 공학박사 ) 경력 : 1988 년 : 호서대학교전기공학과 ( 공학사 ) 1990 년 : 호서대학원석사과정전기공학과 ( 공학석사 ) 2010 년 : 동국대학교문화예술대학원예술경영석사 2010 년 : 호서대학원박사과정전기공학과공학박사 ( 조명시스템 ) 2001 ~ 2002 년 : 명지대학교연극학과강사 년 : 동아방송대학. 영상제작과겸임교수 년 : 대전보건대학방송제작과겸임교수 년 : 청운대학교방송연기학과외래교수역임 2010 년 - 현재 : 호서대학교전기공학과제 4 대총동문회장한국조명기술연구원인력사업운영위원 ( 주 ) 스타엘브이에스회장 < 주관심분야 : 무대방송조명, LED 조명, 식물 LED 조명 > 임지원 (Jee-Weon Im) 정회원 학위 ( 공학박사 ) 경력 : 1991 년 : 호서대학교전기공학 ( 공학사 ) 1993 년 : 한양대학원전기공학과석사과정졸업 ( 공학석사 ) 년 : 일본와세대대학교전기공학과박사과정졸업 ( 공학박사 ) 1998 년 : 일본와세대대학교이공학연구과조수. 현재 : 국제대학철도전기과부교수 < 주관심분야 : 무대방송조명, LED 조명, 철도전기기술 >

2013년 한국인터넷방송통신학회 학술대회 논문집 그림 2. 세곡교회 대강당 단면도 그림 5. 세곡교회 영화관 평면도 1-2. 세곡교회 대강당 시공 설치 LED SPOT LIGHT 144W를 인물의 투시 각도의 55~60도에 맞추어 설치하여야 하지만, 공간적인 특성상 F

2013년 한국인터넷방송통신학회 학술대회 논문집 그림 2. 세곡교회 대강당 단면도 그림 5. 세곡교회 영화관 평면도 1-2. 세곡교회 대강당 시공 설치 LED SPOT LIGHT 144W를 인물의 투시 각도의 55~60도에 맞추어 설치하여야 하지만, 공간적인 특성상 F 세곡교회무대조명설치사례연구 A Study on the Installation Case In Stage Lighting of Segok Church jwlee02@unitel.co.kr, jwim@kookje.ac.kr 요약 I. 서론교회무대조명의구성은기존할로겐등기구의구성에서 등기구로의변모하는있는과도기적인시점으로할로겐등기구와 등기구의혼합사용으로구성및운영에대한부족한사항을보완해나가고있다