KR100858723B1 - 조도 측정용 표준광원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자에서 발산되는 광의 세기를 계속해서 모니터링하는 동시에 일정하게 유지될 수 있게 제어하여 일정한 조도를 생성할 수 있도록 한 조도 측정용 표준광원에 관한 것이다.

이를 위해, 내부에서 발산되는 빛을 반사시키되, 그 빛을 손실 없이 전부 모아 방출할 수 있게 일부에 방출부를 형성한 적분구와; 상기 적분구 내측에 장착하여 적분구 내부에 빛을 발산하는 발광소자와; 상기 적분구 내측에 장착하여 상기 발광소자에서 발산되는 빛의 세기를 감지하는 수광소자와; 상기 발광소자와 수광소자 사이에 구성되어 발광소자에서 발산되는 빛의 세기를 일정하게 제어하는 제어장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따라, 사용환경이나 주변 여건에 관계없이 균일한 조도를 방출하는 표준광원의 제작이 가능하여, 조도의 기준을 설정할 수 있는 유용한 효과가 있고, 또한 조도 센서 및 조도계의 품질 측정을 위한 광원으로 사용 가능하여 조도 센서 및 조도계의 품질 향상에 우수한 효과도 있다.

조도, 표준광원, 광원, 발광소자, 수광소자, LED.

Description

조도 측정용 표준광원{Standard illuminant for measuring intensity of illumination}

도 1은 본 발명에 따른 표준광원의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 표준광원의 제어장치부의 구성을 도시한 개략도.

*도면중 주요 부호에 대한 설명*

10 : 적분구 11 : 방출부

20 : 발광소자 30 : 수광소자

40 : 제어장치부 41 : 증폭회로부

42 : 검출신호 판단회로부 43 : 제어회로부

43a : 입력부 43b : 인터페이스

43c : 저장부 43d : 마이크로콘트롤러

43e : 출력부 44 : 구동회로부

본 발명은 발광소자에서 발산되는 광의 세기를 계속해서 모니터링하는 동시에 일정하게 유지될 수 있게 제어하여 일정한 조도를 생성할 수 있도록 한 조도 측 정용 표준광원에 관한 것이다.

일반적으로, 광원은 태양과 같이 자체적으로 빛을 생성하거나 달처럼 태양빛을 반사하여 빛을 내는 천체, 그리고 전등, 네온사인, 발광 다이오드처럼 인공적으로 빛을 내도록 만든 기구 등을 말한다.

이와 같은 광원들의 광도와 색을 결정할 때에 조도 측정의 기준으로 사용하는 것을 표준광원이라 하는데, 보통 상기한 광원은 외부의 조건에 따라 계속해서 변화하기 때문에 일정한 광원의 세기를 유지하기가 어려운 문제가 있다.

즉, 종래에는 사용자가 정의한 조도를 유지하기 위해 일반 백열광 및 형광등 아래에 조도계를 설치하고, 광원의 높이를 수동으로 조정함으로써, 원하는 조도를 설정하였으나, 상기한 조명기구에서 발산되는 빛이 일정하지 못하여 표준광원으로 이용하기 어려운 문제가 있는 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 발광소자에서 발산되는 광의 세기를 계속해서 모니터링하는 동시에 일정하게 유지될 수 있게 제어하여 일정한 조도를 생성할 수 있도록 한 조도 측정용 표준광원을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 내부에서 발산되는 빛을 반사시키되, 그 빛을 손실 없이 전부 모아 방출할 수 있게 일부에 방출부를 형성한 적분구와; 상기 적분구 내측에 장착하여 적분구 내부에 빛을 발산하는 발광소 자와; 상기 적분구 내측에 장착하여 상기 발광소자에서 발산되는 빛의 세기를 감지하는 수광소자와; 상기 발광소자와 수광소자 사이에 구성되어 발광소자에서 발산되는 빛의 세기를 일정하게 제어하는 제어장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 조도 측정용 표준광원을 도시한 것으로, 적분구(10)와, 발광소자(20)와, 수광소자(30)와, 제어장치부(40)를 포함하여 구성된다.

먼저, 적분구(10)는 도 1에서 도시한 바와 같이, 내부를 원형의 구(球)형태로 형성한 것으로, 내부에 입사되는 빛을 반사시키고, 그 빛을 손실 없이 전부 모아 방출할 수 있게 일부에 방출부(11)를 형성한다. 이때, 상기 적분구(10)의 외부 형상은 도 1과 같은 원형의 형태 뿐만 아니라, 사각체의 형상으로 형성될 수 있고 경우에 따라 그 형상을 달리 할 수 있게 된다.

그리고, 상기 적분구(10) 내측에 발광소자(20)를 장착하여 적분구(10) 내부에 빛을 발산한다. 이때, 상기 발광소자(20)로는 엘이디(LED)를 사용하는 것이 적절한데, 그 이유로 상기 LED는 긴 수명과, 낮은 전력소비, 넓은 색상 범위, 튼튼한 내충격성을 갖는 특성으로 인해 기존 광원을 능가할 수 있는 잠재력을 지니고 있기 때문이다.

또한, 상기 LED는 고체소자발광체(SSI)를 사용하고, 상기한 적분구(10)를 포함하는 본 발명의 표준광원에서는 상기 LED의 빛의 세기를 모니터링하기 위한 수광소자(30)가 필요하다.

상기 수광소자(30)는 상기 적분구(10) 내측 일부에 장착하여 발광소자(20)로부터 발산되는 빛의 세기를 감지한다. 이러한, 상기 수광소자(30)는 빛을 균일하게 감지할 수 있는 적절한 위치에 배치하는 것이 바람직하고, 또한 수광소자(30)에 도달하는 외란광의 빛을 제거하면서 수광소자(30)에 나쁜 영향이 미치지 못하도록 적분구(10) 내부에 내장 설치하는 것이 적절하다.

여기서, 상기 수광소자(30)의 출력은 빛의 세기에 정비례하는 주파수를 가진 사각파(square wave)로써, 주파수의 측정방법은 간단히 계수 펄스 기법 또는 출력핀 변동(low-to-high)기법을 사용한다.

제어장치부(40)는 상기 발광소자(20)와 수광소자(30) 사이에 구성되어 발광소자(20)에서 발산되는 빛의 세기를 일정하게 제어하는 역할을 하는 것으로, 다시 증폭회로부(41)와, 검출신호 판단회로부(42)와, 제어회로부(43)와, 구동회로부(44)를 포함하여 구성된다.

도 2를 통해 설명하면, 증폭회로부(41)는 수광소자(30)와 연결되어 상기 수광소자(30)를 통해 입력된 광 정보를 증폭하고, 검출신호 판단회로부(42)는 상기 증폭회로부(41)를 통해 검출된 광 정보를 판단하며, 제어부는 상기 검출신호 판단회로부(42)로터 전송된 정보를 분석하고 분석된 정보에 따라 발광소자(20)의 세기를 제어하고, 구동회로부(44)는 상기 제어부의 제어에 따라 출력되는 정보를 입력받아 발광소자(20)를 구동시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 제어회로부(43)는 다시 입력부(43a)와, 인터페이스(43b)와, 저장부(43c)와, 마이크로콘트롤러(43d)와, 출력부(43e)로 구성되는데, 상기 입력 부(43a)는 검출신호 판단회로부(42)로부터 제어부 구동에 필요한 각종 정보를 입력받고, 인터페이스(43b)는 상기 마이크로콘트롤러(43d)의 제어신호를 외부장치에 전송하며, 저장부(43c)는 상기 입력부(43a)를 통해 입력된 정보와 수광소자(30)로부터 전송된 정보를 저장하고, 마이크로콘트롤러(43d)는 상기 저장부(43c)에 저장된 각종 정보를 제어하며, 출력부(43e)는 상기 마이크로콘트롤러(43d)의 제어에 따라 각종 정보를 출력하여 구동회로부(44)에 전송하는 역할을 한다.

이처럼 구성되는 제어장치부(40)는 각각의 구성을 통해 폐 루프(closed loop) 피드백 제어되어 발광소자(20)의 불안정성을 해결한다. 즉, 발광소자(20)로서 LED를 사용하여 일정 광원을 만들어내기 위해 도 1과 같은 폐 루프 피드백 제어를 수행하는 것이다.

여기서, 상기한 발광소자(20)를 모니터링하기 위해 폐 루프 피드백 제어가 필요한 이유는 발광소자(20)의 출력이 시간과 온도에 따라 변화하기 때문이다. 즉, 본 발명의 폐 루프 피드백 제어 시스템은 펄스폭변조(PWM)에 의해 하나의 LED 세기를 자동으로 조절함으로써, 온도와 시간에 의해 일어나는 "이동(shift)"을 조도 평형 상태로 충족시키는 것으로, 조도를 목표 조도치로 재확립해주는 본 발명에 적절히 사용할 수 있는 것이다.

아울러, 상기 제어회로부(43)의 구성요소들은 광원의 목표 조도치를 나타내기 위해 상기한 폐 루프 피드백 제어 시스템에 대한 수학적 연산을 수행한다. 즉, 마이크로콘트롤러(43d)와 수광소자(30)에 전력을 공급하는 인터페이스(43b)를 통해 상기 마이크로콘트롤러(43d)와 통신하고, 상기 마이크로콘트롤러(43d)는 수광소 자(30)와 연결되어 즉시 LED 구동값을 제공한다. 이때, 상기 마이크로콘트롤러(43d)는 18kHz와 8-bit 해상도(0-255)를 갖는 펄스폭변조 값을 제어하게 되는데, "0"의 값은 LED를 끄고, "255"의 값은 LED를 항상 켠다. 그리고, 0과 255 사이의 값은 펄스폭변조의 positive duty cycle을 조절한다.

그리고, 상기 마이크로콘트롤러(43d)는 정해진 적분 시간(integration time) 동안의 펄스를 센다. 그러면 주파수는 그 계수한 값을 통합시간으로 나누어 Hz의 단위로 구할 수 있고, 적분 시간 중에 얻은 계수치는 측정 해상도를 결정하므로, 적분 시간을 더 길게 하면 해상도를 향상시킬 수 있다. 다만, 적분 시간을 길게 할 때의 단점은 폐 루프 피드백 제어가 목표 조도치를 변환시키는 데에 더 많은 시간이 걸린다는 점이 있기 때문에, 필요한 경우 입력 제어핀을 원하는 대로 설정하여 출력 주파수를 줄일 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 표준광원을 이용하여 일정한 조도를 생성하기 위해서는 먼저, 발광소자(20)에 불을 밝혀 적분구(10) 일측에 형성된 방출부(11)를 통해 빛을 방출하면서 조도를 측정한다. 이때, 측정된 조도치와 목표 조도치 사이에 차이가 발생하게 되는데, 본 발명의 제어장치부(40)를 통해 측정된 조도치와 목표 조도치 사이의 오차를 조절하게 된다.

여기서, 상기한 오차 정보는 발광소자(20)에 대한 펄스폭변조(PWM) 값을 독립적으로 조절하는 데 사용이 되고, 상기 펄스폭변조 값을 제어하는 데에 다양한 알고리즘이 적용될 수 있다.

가장 기초적인 수준에서, 펄스폭변조 값은 측정된 조도치와 목표 조도치 사이의 오차가 양수인가 음수인가에 따라 각 채널에 대하여 증가시키거나 감소시켜야 하는데, 예를 들어 초기에 측정된 조도치가 목표조도치에서 멀리 떨어져 있다면 큰 오차가 발생하게 됨으로써, 본 발명의 제어장치부(40)는 그 오차를 수정하기 위해 신속하게 펄스폭변조 값을 많이 변화시키고, 다음번의 측정에서 오차가 줄어들게 되면 변화되는 펄스폭변조 값이 감소된다.

이러한, 비례적인 수정방식은 측정된 조도치가 목표 조도치에 도달하는 데 느리게 되거나 또는 불안정하여 지나치게 많은 수정값을 인가할 수도 있기 때문에, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 제어장치부(40)에 의한 폐 루프 피드백 제어 시스템은 PID(비례/적분/미분) 조절을 수행하게 된다.

상기한 바와 같이 제어되는 본 발명의 제어장치부(40)의 작용을 도 2를 통해 설명하면, 발광소자(20)에서 발산된 빛은 수광소자(30)를 통하여 그 빛의 세기가 감지되고, 수광소자(30)를 통해 입력된 광 정보는 증폭회로부(41)를 통해 증폭이 된다. 그리고, 증폭된 광 정보는 검출신호 판단회로부(42)를 통해 판단이 되어 제어회로부(43)의 입력부(43a)로 입력이 된다.

이때, 상기 입력부(43a)에 입력되는 정보는 상기 검출신호 판단회로부(42)를 통해 전송되는 정보 뿐만 아니라, 제어회로부(43) 구동에 필요한 각종 정보가 입력이 되고, 상기 입력부(43a)에 전송된 정보는 저장부(43c)에 저장된다.

또한, 상기 저장부(43c)에 저장된 정보를 마이크로콘트롤러(43d)를 통해 제 어하고, 상기 마이크로콘트롤러(43d)의 제어에 따라 출력부(43e)에서는 일정하게 제어된 정보를 출력하여 구동회로부(44)에 공급하며, 상기 구동회로부(44)는 발광소자(20)를 원하는 빛의 세기로 밝히게 된다. 이때, 상기 인터페이스(43b)는 상기 마이크로콘트롤러(43d)의 제어신호에 따라 수광소자(30)와 마이크로콘트롤러(43d)에 전력을 공급하게 된다.

즉, 본 발명의 조도 측정용 표준광원은 상기한 작용에 의해 발광소자(20)에서 발산되는 빛을 수광센서의 지속적인 모니터링과 제어장치부(40)의 제어를 통해 일정하게 제어함으로써, 적분구(10)에 형성된 방출부(11)를 통해 원하는 목표의 조도를 일정하게 생성 및 방출할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은, 사용환경이나 주변 여건에 관계없이 균일한 조도를 방출하는 표준광원의 제작이 가능하여, 조도의 기준을 설정할 수 있는 유용한 효과가 있고, 또한 조도 센서 및 조도계의 품질 측정을 위한 광원으로 본 발명의 표준광원의 사용이 가능하므로, 조도 센서 및 조도계 생산의 안정을 도모하는 한편, 상기한 조도 센서 및 조도계의 품질 향상에 우수한 효과도 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 내부에서 발산되는 빛을 반사시키되, 그 빛을 손실 없이 전부 모아 방출할 수 있게 일부에 방출부를 형성한 적분구와, 상기 적분구 내측에 장착하여 적분구 내부에 빛을 발산하는 발광소자와, 상기 적분구 내측에 장착하여 상기 발광소자에서 발산되는 빛의 세기를 감지하는 수광소자와, 상기 발광소자와 수광소자 사이에 구성되어 발광소자에서 발산되는 빛의 세기를 일정하게 제어하는 제어장치부로 구성되는 조도 측정용 표준광원에 있어서,

   상기 제어장치부(40)는,

   수광소자(30)를 통해 입력된 광 정보를 증폭하기 위한 증폭회로부(41)와;

   상기 증폭회로부(41)를 통해 검출된 광 정보를 판단하는 검출신호 판단회로부(42)와;

   상기 검출신호 판단회로부(42)로터 전송된 정보를 분석하고 분석된 정보에 따라 수광소자(30)에서 감지된 빛의 세기를 제어하는 제어회로부(43)와;

   상기 제어회로부(43)의 제어에 따라 출력되는 정보를 입력받아 발광소자(20)를 구동시키는 구동회로부(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 측정용 표준광원.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제어회로부(43)는,

   검출신호 판단회로부(42)로부터 마이크로콘트롤러(43d) 구동에 필요한 각종 정보를 입력받는 입력부(43a)와;

   상기 마이크로콘트롤러(43d)의 제어신호를 외부장치에 전송하는 인터페이스(43b)와;

   상기 입력부(43a)를 통해 입력된 정보와, 수광소자(30)로부터 전송된 정보를 저장하는 저장부(43c)와;

   상기 저장부(43c)에 저장된 정보를 제어하는 마이크로콘트롤러(43d)와;

   상기 마이크로콘트롤러(43d)의 제어에 따라 각종 정보를 출력하여 구동회로부(44)에 전송하는 출력부(43e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 측정용 표준광원.

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