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UV LED 스팟 광원: 복사조도 시뮬레이션

Opsytec Dr. Gröbel의 UV LED 스팟 광원 시뮬레이션은 UV LED 점광원 solo P, Spot P 및 Spot P short의 빔 프로파일과 복사조도(mW/cm²)를 귀하의 브라우저에서 직접 계산합니다. 제품과 광학계(Standard, High Power 또는 Parallel Beam)를 선택하고 파장(365~450 nm)과 작동 거리를 설정하면, 히트맵, 3D 뷰 및 단면 프로파일로 분포를 즉시 확인할 수 있습니다.

이 계산은 단순화된 가정을 적용하여 광학계를 통한 복사 전달 계산(역방향 광선 추적)으로 이루어지며, 제품 데이터시트의 복사조도 프로파일에 맞춰 교정되었습니다. 결과는 CSV 파일 및 PDF 시뮬레이션 보고서로 내보낼 수 있습니다. 계산된 값은 제품 선택을 위한 참고 데이터이며, 정확한 복사조도 수준은 예를 들어 Opsytec 복사계를 이용한 측정을 통해 확인해야 합니다.

모델: 광학계를 통과하는 결정론적 복사 전달(역방향 광선 추적법, E = Σ L·cosθ·dΩ)을 단순화된 가정하에 적용하였으며, 제품 데이터시트의 복사조도 프로파일(385 nm)에 맞추어 교정되었습니다. 목표 평면은 하우징 전면에서 작업 거리만큼 떨어진 지점에서 빔 축에 수직이며, 전체 영역은 z = 0에서 평면입니다. 광학계의 투과 손실은 통합 계수로 포함되어 있으나, 제조 공차, LED 편차 및 온도 영향은 포함되지 않았습니다 – 이는 측정값이 아닌 참고값입니다.

점광원 시뮬레이션의 모델 및 가정

스팟 광원은 광학계를 통한 결정론적 복사전달 계산으로 산출됩니다. 대상 평면의 각 지점에 대해 복사조도는 광학계 출사 애퍼처에 대한 방사휘도 적분으로 구해집니다.

공식: E = Σ L(u, θ) · T · cos θ · ΔΩ

시선(line of sight)은 광학계를 통해 역방향으로 추적됩니다. 이 방법은 노이즈가 없고 정확하게 재현 가능하며, 광학계의 회전 대칭성을 활용합니다(반경에 대한 계산, 그리드 합성).

각 광학 옵션(Standard, High Power, Parallel Beam)의 광 경로는 이상화된 광학 표면을 가진 단순화 모델로 표현되며, LED는 단순화된 공간 및 각도 분포를 가진 확장 광원으로 입력됩니다. 이 모델은 제품 데이터시트의 복사조도 프로파일(385 nm)에 맞추어 교정되며, 광학계의 분산을 통해 다른 파장으로 변환됩니다. 광학계의 투과 손실은 하나의 총괄 계수로 포함됩니다. 파장별 방사선속은 LED 파라미터화에서 도출되며, UV-LED solo P는 감소된 LED 전력으로 계산되고, Spot P short는 광학적으로 Spot P와 동일합니다(하우징만 더 짧음).

  • 예시적(참고용) 시뮬레이션 — 제조 공차, LED 편차/비닝 및 온도 영향은 포함되지 않습니다
  • 튜브 벽면에서의 반사는 정반사로 간주하며, 3차 반사까지 집중 반사율(기본값 15%, 급경사각에서는 양극산화 알루미늄 기준)을 적용합니다; 확산 산란은 포함되지 않습니다
  • 다중 스팟 배열: 모든 스팟은 동일(제품, 광학계, 출력)하며, 틸트 피벗은 전면 중심이고 상호 그림자 효과는 없습니다; 합산은 사전 계산된 단일 스팟 필드를 통해 이루어집니다
  • 대상 평면은 빔 축에 수직입니다(회전 대칭 계산); CAD 모델의 경우 국소 입사각은 고려되지만 그림자 효과는 고려되지 않습니다

스팟 광원 시뮬레이션에 대한 자주 묻는 질문

이 시뮬레이션은 결정론적 방식으로, 광학계를 통한 복사 전달 계산을 385 nm에서 제품 데이터시트의 복사조도 프로파일에 맞추어 교정한 것입니다. 이는 제품 선정 및 설계를 위한 참고값을 제공합니다. 제조 공차, LED 편차 및 비닝, 온도 영향, 확산 산란은 포함되어 있지 않습니다. 확정적인 복사조도 값은 교정된 자외선(UV) 복사계를 이용한 측정을 통해 결정하여야 합니다.

표준 광학계는 LED 복사를 수 밀리미터의 스팟으로 집속하며, 약 15~20 mm 작동 거리에서 최적의 초점을 형성합니다. High Power는 더 좁고 전면에 더 가까운 위치(약 4~8 mm)에 집속되어 가장 높은 복사조도에 도달합니다. Parallel Beam은 복사조도는 낮지만 약 30 mm 이상의 작동 거리에서 큰 초점 심도를 갖는 거의 평행한 빔을 제공합니다. "Beam profile"과 "Section view" 카드는 데이터시트와 동일한 비교 내용을 보여줍니다.

작업 거리는 하우징 전면부터 빔 축에 수직인 대상 평면까지 측정됩니다. STEP 또는 STL 모델의 경우 거리는 모델의 상단 모서리를 기준으로 합니다. 슬라이더는 거리를 조절하며, 주요 수치는 중심 복사조도, 평균값, 최대값 및 스폿 지름을 표시합니다.

예, 가능합니다. "Arrangement" 섹션에서 최대 16개의 스팟을 열, 정사각형 또는 원형으로 배치할 수 있으며, 간격과 기울기(수직, 중심을 향하는 방향, 목표 지점을 향하는 방향 또는 개별 설정)를 조정할 수 있습니다. "Calculate"를 실행하면 모든 스팟의 복사조도가 합산되며, 최적화 기능은 기울기 각도, 간격 및 작업 거리를 통해 균일성을 개선합니다. 이 형상은 표, 치수가 표시된 평면도(PNG) 및 DXF로 내보낼 수 있습니다.

가능합니다. STEP 또는 STL 모델을 불러오면 각 외부 면에 대해 국소 입사각을 반영하여 복사조도가 계산되며, 조사 지점을 향하지 않는 면은 0으로 처리되고 그림자 효과는 고려되지 않습니다. 파일은 전적으로 사용자의 브라우저에서 로컬로 처리되며 업로드되지 않습니다.

시뮬레이션은 365, 385, 395, 405 및 450 nm를 포함합니다. LED의 전형적인 방사속(radiant flux)은 파장별로 저장되어 계산에 직접 반영되며, 광학계는 분산 특성을 통해 선택한 파장으로 변환됩니다.

저자: Dr. Mark Paravia

Dr.-Ing. Mark Paravia는 Ettlingen 소재 Opsytec Dr. Gröbel GmbH의 대표이사이며 공인 교정기관을 총괄하고 있습니다. KIT 조명공학연구소에서 펄스 제논 엑시머 방전에 관한 연구를 수행한 이후, 현재는 광학 복사 측정 기술에 주력하고 있습니다. 그는 DIN 표준위원회 FNL 7 "광학 복사" 부의장이며, DVGW UV 소독 프로젝트 그룹의 위원입니다.