KR0166870B1 - 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적외선 센서에 관한 것으로, 특히 인체의 유, 무 및 활동량 뿐만아니라 인체의 위치 및 이동방향을 감지할 수 있도록 한 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치는 특정방향에 있는 인체로부터 방사되는 적외선을 상, 하, 좌, 우로 스캐닝하는 방향이동수단에 의해 감지하도록 하고, 이 스캐닝의 이동각에 의해 인체의 위치 및 활동량을 알아낼 수 있는 특징이 있다.
따라서 본 발명은 인체의 위치 판별장치를 집광부, 가이드부, 적외선감지부, 방향이동수단에 의해서 구현하였고, 적외선감지부로 단위센서를, 집광부로 집광렌즈를 이용하였기 때문에 그 구조가 간단하고 저렴한 가격으로 제작이 용이하며, 특히 인체위치 및 활동량을 알 수 있기 때문에 방범 등 인체의 안전관련 기기에 적용 가능한 효과가 있다.

Description

적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치
제1도는 종래의 적외선 센서에 관한 구조도.
제2도는 일반적인 적외선 센서의 분극량에 대한 온도특성 그래프.
제3도는 종래의 적외선 센서에 대한 등가회로도.
제4도는 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치에 관한 구성도.
제5도는 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치에 관한 블록도.
제6도는 본 발명에 의한 인체의 위치판별을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 집광부 11 : 가이드부
12 : 적외선감지부 13 : 방향이동수단
14 : 구동부 15 : 증폭부
16 : A/D 변환부 17 : 회로수단
18 : 원근이동부 19 : 좌우이동부
20 : 판단부
본 발명은 인체의 유, 무 및 활동량 뿐만 아니라 인체의 위치 및 이동방향을 감지할 수 있는 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치에 관한 것이다.
일반적으로 적외선 센서는 초전형과 양자형 적외선 센서로 구분되는데, 초전형 센서는 양자형에 비해 감도는 떨어지지만 값이 싸고 제조가 용이하며 또한 상온에서 구동이 가능한 비냉각형으로 장치가 간단하기 때문에 방범, 방재, 공조기기등에 널리 이용되고 있다.
그리고 초전형 센서는 인체와 같은 열원으로 부터 방사되는 적외선이 초전체에 들어오면 초전체에 온도변화가 발생하고, 이에 대응한 초전체의 분극량 변화에 따른 초전 전류가 발생하기 때문에 이것으로 부터 열원을 감지할 수가 있다.
최근 초전체의 재료로는 강유전체인 PbTiO3, PZT와 같은 세라믹이나 LiTaO3같은 단결정 또는 PVDF 폴리머등이 널리 사용되고 있으며 강유전체를 박막화된 것도 이용되고 있는 추세에 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 적외선 센서를 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래의 적외선 센서에 관한 구조도이고, 제2도는 일반적인 강유전체의 온도변화에 대한 분극량 변화를 나타낸 그래프이고, 제3도는 종래의 적외선 센서에 대한 등가회로도이다.
종래의 적외선 센서는 제1도와 같이 적외선 감지 소자인 초전체(강유전체)칩(1)을 양쪽으로 한 지지대(supporter)(2)를 이용하여 공중에 띄운 구조로 만들고, 초전체 칩(1) 하부의 기판(3)상에 게이트저항(4)과 전계효과 트랜지스터(MOS FET)(5)를 형성하고, 초전체 상부에 적외선 필터(6)가 형성되도록 한 금속패키지(7)에 넣어 밀봉한 구조를 갖는다.
여기서 일반적으로 강유전체인 적외선 센서의 동작은 제2도와 같이 온도가 증가할수록 분극량이 점차적으로 감소하는 특징을 가진다.
즉, T1온도의 환경에서는 초전체에 P1만큼의 분극(polarization)이 발생하여, 그 분극량에 대응하는 +,- 전하를 갖는 쌍극자(dipole)가 존재하게 된다.
이때 T2온도의 환경으로 온도를 높이면 초전체의 분극량이 P2로 감소하고, P2분극량만큼 쌍극자(dipole)의 수도 감소하여 P1-P2분극량(△P : 감소분)만큼의 쌍극자(dipole)수에 해당하는 +,- 전하가 도선을 통해 빠져 나간다.
이렇게 빠져나간 +,- 전하가 초전전류의 흐름을 형성하고, 그 전류의 변화로 온도를 민감하게 감지한다.
종래의 적외선 센서에 대한 동작은 제3도에 도시한 등가회로도와 같이 강유전체인 초전체 칩(1)이 T1온도에서 T2온도로 높이면 분극량이 P1에서 P2로 감소하고, 그에 따라 쌍극자(dipole)의 수도 감소하여 감소된 쌍극자(dipole)의 수만큼 +,-전하가 생성된다.
이렇게 생성된 초전전류는 게이트 저항(4)에 의해 임피던스 변환되어 전계효과 트랜지스터(MOS FET)(5)의 게이트에 입력되고, 게이트에 입력된 전압에 의해 전계효과 트랜지스터(5)가 민감하게 반응하여 센서감지신호를 발생시킨다.
상기와 같은 종래의 적외선 센서는 인체의 유, 무 및 인체의 움직임 정도에 대한 온도를 감지할 수 있으나 인체가 어느 방향의 위치에 존재하는지 즉, 인체의 위치 및 인체의 이동방향에 대한 정보를 얻을 수 없는 단점이 있었다.
그리고 복수개의 센서를 배열하여 센싱하는 방법은 있으나 많은 센서를 사용해야 하기 때문에 높은 단가가 요구되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 인체의 유, 무 및 활동량 뿐만아니라 인체의 위치 및 이동방향을 감지할 수 있도록 한 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치는 특정방향에 있는 인체로 부터 방사되는 적외선을 상, 하, 좌, 우로 스캐닝하는 방향이동수단에 의해 감지하도록 하고, 이 스캐닝의 이동각에 의해 인체의 위치 및 활동량을 알아낼 수 있는 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치를 설명하면 다음과 같다.
제4도는 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치에 관한 구성도이고, 제5도는 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치에 관한 블록도이고, 제6도는 본 발명에 의한 인체의 위치 판별을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치는 제4도, 제5도와 같이 인체로 부터 방사되는 적외선(IR)을 집속하는 집광부(10)와, 원통형의 금속 또는 원통 내부가 금속 코팅(coating)된 플라스틱 형태로써, 상기 집광부(10)에서 집속된 적외선(IR)중 특정한 방향의 적외선만을 선택적으로 구분하여 통과하는 가이드부(Guide)(11)와, 써모파일(Thermopile)센서 또는 초전형 적외선 센서로써, 상기 가이드부(11)를 통해서 적외선(IR)을 감지하는 적외선감지부(온도검출수단)(12)와, 상기 적외선감지부(12)의 감지 방향을 상, 하, 좌, 우로 이동하는 방향이동수단(13)과, 상기 방향이동수단(13)이 구동되도록 전원을 공급하는 구동부(14)와, 상기 적외선 감지부(12)로 부터 발생한 초전전류를 증폭하는 증폭부(15)와, 상기 증폭부(15)의 아날로그 신호를 로직신호(디지탈 신호)로 변환하는 A/D 변환부(16)로 구성되어 있는 회로수단(17)와, 상기 회로수단(17)로 부터 발생한 센서감지신호와 상기 방향이동수단(13)의 구동타이밍을 이용하여 인체의 위치, 이동방향등을 판단하는 판단부(20)로 이루어진다.
상기 방향이동수단(13)는 상기 적외선감지부(12)의 감지 방향을 상, 하로 움직여 근거리, 중거리, 원거리로 변경하는 원근이동부(18)와, 상기 적외선감지부(12)의 감지 방향을 좌, 우로 이동하여 변경하는 좌우구동부(19)로 이루어지고, 원거리, 중거리, 근거리의 각 스캔라인별로 좌, 우 스캐닝하여 동작한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치에 대한 동작은 제4도, 제6도와 같이 인체에서 방사된 적외선은 집광부(10)에서 집속되어 적외선 감지센서가 내장된 적외선감지부(12)에 포커싱(focusing)되는데, 집광부(10)와 적외선감지부(12)사이에 원통형 또는 사각형의 가이드(Guide)부(11)가 적외선(IR)감지센서가 내장된 적외선감지부(12)와 같은 방향으로 설치되어 있기 때문에 집광부(10)를 통하여 집광된 적외선(IR)모두가 적외선감지부(12)에 입사되지 않고, 가이드(Guide)부(11)와 적외선감지부(12)가 일직선상에 위치한 방향에서 입사되는 적외선(IR)만이 가이드(Guide)부(11)를 통하여 적외선감지부(12)에 입사하게 된다.
이때 가이드(Guide)부(11)와 적외선(IR)센서가 내장된 적외선감지부(12)는 방향이동수단(13)의 원근이동부(18)와 좌우이동부(19)에 의해 상, 하, 좌, 우로 스캐닝(scanning)되기 때문에 인체에서 방사된 적외선에 의한 적외선감지부(12)의 적외선(IR)센서 출력과 좌, 우 스캐닝 회전각에 대한 스캐닝(scanning)시간 및 원, 중, 근거리의 3단계 스캐닝으로 인체의 위치를 판별할 수 있다.
여기서, 상기 근거리는 1m에서 3m까지를 의미하고, 중거리는 4내지 5m를 의미하며, 원거리는 6m이상을 의미한다.
상기 인체의 위치판별은 제6도에 나타낸 바와같이 가이드(Guide)부(11)과 적외선감지부(12)가 스캐닝(scanning)하는 각도를 θ로 하고, 그 θ만큼 스캐닝(scannin-g)하는데 소요되는 시간을 T1이라고 했을 때, 인체로 부터 방사된 적외선에 의한 적외선감지부(12)의 적외선(IR)센서 출력시기 즉, 출력신호가 '하이'(dc 5V)에서 '로우'(dc 0V)로 되는 지점을 t1이라고 하면 다음과 같은 식에 의해 인체의 위치(P)를 알 수 있다.
따라서 인체에 의해 회로수단(17)의 A/D 변환부(16)로 부터 발생한 출력과 가이드(Guide)부(11)과 적외선감지부(12)을 일정한 각도 θ로 스캐닝(scanning)하는 좌우이동부(19)의 구동타이밍이 판단부(20)에서 처리되어 인체의 위치와 위치변화에 따른 이동방향과 활동량을 정확하게 감지할 수 있다.
이와 같이, 좌, 우로 스캐닝하는 상기 가이드부(11) 및 적외선감지부(12)는 원근이동부(18)에 의해 원거리에서 부터 중거리를 거쳐 근거리까지 3단계로 라인스캐닝하고, 인체가 판별되더라도 계속적으로 원, 근 및 좌, 우로 3단계 라인스캐닝을 반복 수행한다.
상기와 같은 본 발명의 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치는 인체의 유, 무 뿐만아니라 위치 이동방향, 활동량을 감지할 수 있으며, 인체의 위치감지를 가이드(Guide)부와 적외선감지부의 스캐닝에 의해 감지하기 때문에 그 정확도가 높아 에어콘과 같은 공조기기에 이용하였을 경우 인체의 위치, 활동량등에 대한 정보로 부터 에어콘의 풍향, 세기등을 조절할 수 있어 재실자의 쾌적도를 향상시키고 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.
또한, 인체의 위치 판별장치를 집광부, 가이드부, 적외선감지부, 방향이동수단에 의해서 구현하였고, 적외선감지부로 단위센서를, 집광부로 집광렌즈를 이용하였기 때문에 그 구조가 간단하여 저렴한 가격으로 제작할 수 있는 효과가 있다.
그리고 특히 인체위치 및 활동량을 알 수 있기 때문에 방범 등 인체의 안전에 관련된 기기에 적용 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 인체로 부터 방사되는 적외선을 집속하는 집광수단: 상기 집광수단에서 집속된 적외선중, 특정방향의 적외선만을 가이드하는 가이드수단; 상기 가이드수단에 의해 수신된 적외선을 감지하는 적외선감지수단; 상기 가이드수단과 상기 적외선감지수단의 감지방향을 좌, 우로 원, 중, 근거리의 라인스캐닝하는 방향이동수단과, 상기 적외선감지수단의 출력을 증폭, A/D 변환하고 상기 방향이동수단을 구동하는 회로수단; 상기 회로수단의 출력신호와 상기 방향이동수단의 구동타이밍을 이용하여 인체의 위치, 이동방향, 활동량을 판단하는 판단수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치.
  2. 제1항에 있어서, 가이드수단과 적외선감지수단은 일정방향으로 일체화된 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치.
  3. 제1항에 있어서, 가이드수단은 적외선감시수단과 같은 일정방향에서 입사되는 적외선만을 통과시키는 구조를 갖도록 함을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치.
  4. 제1항에 있어서, 집광수단은 프레넬렌즈를, 적외선감지수단은 적외선을 감지하는 초전형 적외선 센서 또는 써모파일센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 적외선센서를 이용한 인체의 위치판별장치.
  5. 제1항에 있어서; 상기 방향이동수단은 상기 가이드수단과 상기 적외선감지수단의 감지방향을 상, 하로 이동하여 원거리, 중거리, 근거리로 스캐닝하는 원근이동부; 상기 가이드수단과 상기 적외선감지수단의 감지방향을 좌, 우로 스캐닝하는 좌우이동부로 이루어짐을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회로수단은 상기 적외선감지수단의 출력을 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부의 출력을 디지탈로 변환하는 A/D 변환부; 상기 방향이동수단에 전원을 공급하는 구동부로 이루어짐을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 인체의 위치판별장치.
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