npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041


Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2018; 68: 472-476

Published online April 30, 2018

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Novel Optical Design of a Marine LED Lantern Using a Double Reflector Instead of a Conventional Fresnel Lens

프레넬 렌즈를 사용하지 않은 신개념의 이중반사형 해상용 LED 등명기 광학설계

Jung Sik JOO1, Deuk Saeng LEE1, Hyo Jong PARK1, Hyun Kyoung YANG*2

1 Deokseong Ocean Development Co., Ltd., Busan 49040, Korea
2 Department of LED Convergence Engineering, Pukyong National University, Busan 48547, Korea


Received: November 15, 2017; Revised: March 5, 2018; Accepted: March 19, 2018

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.


Marine lanterns are installed on light buoys for safe navigation of ships. Marine lanterns used oil in the beginning of the 1900s and light bulbs starting in the 1950s. Since 2003, the light-emitting diode (LED) marine lantern has been undergoing improvement. However, the only major change has been that ordinary bulbs were replaced with LEDs while the installation and the configuration remained the same. Fresnel lenses are used for transmitting light rays in parallel but are difficult to design and are costly. Therefore, we replaced the Fresnel lens in the marine lantern with a reflector. An Illumination optics design program (LightTools) was used for the simulation of the light distribution according to the LED-200 standard for a marine lantern. The brightness of a LED module of the cross type using 5 LED chips and a power of 3 W was found in the simulation to be 441.7 cd, which satisfied the average horizontal brightness of the LED-200 standard.

Keywords: Marine lantern, Optical design, LED, Simulation

선박 항해 및 운항의 안전을 위하여 각종 항로표지가 사용되고 있으며, 특히 우리나라 서해안과 남해안은 작은 섬들과 해안선이 복잡하여 항로 표지는 매우 중요한 실정이다. 발광 다이오드 (light-emitting diode, LED) 해상용 등명기는 2003년 개발되어, 초기에는 렌즈 직경이 200 mm인 등명기를 대체하는 용도로 등부표에 주로 이용되었으나 현재는 교량등으로도 널리 이용되고 있다. 이렇게 사용되고 있는 해상용 등명기는 프레넬 렌즈를 사용하여 빛이 멀리 전달하게 제작되었다. 하지만 프레넬 렌즈는 설계가 어려우며 제작에 많은 비용이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 두개의 반사판을 이용하여 빛을 멀리 전달할 수 있도록 광학계를 설계하였다. 연구의 진행은 조명광학설계 프로그램인 Synopsys사의 LightTools를 이용하여 현재 가장 많이 사용되고 있는 해상용 등명기인 LED-200의 규격에 맞게 광학 설계 시뮬레이션을 진행하였다. LED칩 5개를 열십자로 배치한 LED모듈의 시뮬레이션 결과 평균 수평 부동 광도는 441.7 cd로 나왔으며 수직발산각은 $\pm$6$^\circ$이내로 해상용 등명기 LED-200의 기준을 만족하였다.

Keywords: 해상용 등명기, 광학 설계, LED, 시뮬레이션

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