KR100867390B1

KR100867390B1 - 조명장치

Info

Publication number: KR100867390B1
Application number: KR1020060065836A
Authority: KR
Inventors: 유승석
Original assignee: 유승석
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-11-12
Also published as: KR20080006736A

Abstract

본 발명은 조명장치에 관한 것으로, 조명장치의 커버 외부로 센서부가 노출되지 않고도 인체의 움직임 등을 감지하여 조명등의 온/오프를 제어할 수 있도록, 램프와 커버로 이루어지는 조명장치에 있어서, 상기 커버의 내부에 마이크로웨이브 대역의 전자파를 이용하여 인체의 유무를 감지하여 램프의 점등 및 소등을 제어하는 마이크로웨이브 작동 센서모듈이 내장되는 것을 특징으로 한다.

조명장치, 마이크로웨이브 작동 센서, 적외선 센서

Description

조명장치{Lighting apparatus}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치의 외관구조를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 조명장치에 내장되는 마이크로웨이브 작동 센서모듈의 구성을 나타내는 블럭도,

도 3은 본 발명의 조명장치에 내장되는 마이크로웨이브 작동 센서모듈의 구성을 나타내는 회로도,

도 4는 본 발명의 마이크로웨이브 작동 센서모듈에 적용되는 마이크로웨이브 센서의 일 실시예를 나타내는 회로도.

본 발명은 조명장치에 관한 것으로, 마이크로웨이브 작동 센서모듈(Microwave Motion-Sensor Module)이 내장되어 조명등의 외부로 센서부가 노출되지 않고도 인체의 움직임을 감지하여 조명등의 온/오프를 제어할 수 있는 조명장치에 관한 것이다.

조명장치는 필요에 따라 사용자가 수동으로 전원공급의 유무를 제어하는 방식에서 점차적으로 조명제어의 편리함을 추구하는 현대인의 취향에 맞추어 또는 에너지절약의 차원에서 센서를 이용하여 조명등의 온/오프를 자동으로 제어하는 방식으로 진화되어 왔다.

종래 센서를 이용한 자동 조명장치에서는 적외선 센서모듈을 조명장치 내부에 장착한 후, 상기 센서모듈의 센서부가 인체로부터 발생되는 적외선을 감지할 수 있도록 조명장치의 외관을 구성하는 유리 또는 아크릴 커버에서 상기 센서부와 대응하는 위치를 타공하여 상기 센서부를 외부로 노출시킨 형태가 일반적이었다.

그런데 이와 같이 인체의 유무 및 움직임에 따라 자동으로 온/오프 동작하는 조명장치를 구성하기 위하여 커버를 천공할 경우, 조명장치의 심미감을 저해하게 될 뿐만 아니라 특정 디자인의 조명장치에는 설치가 불가능하게 되는 등 디자인 설계에 있어서의 다양성을 제약하는 요소로 작용하는 문제가 있었다.

또한, 높은 절전효과와, 긴 탐지범위 등의 기능은 센서를 이용한 자동 조명장치에 대하여 공통적으로 요청되어온 사항이었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 센서모듈로서 마이크로웨이브 작동 센서모듈(Microwave Motion-Sensor Module)을 내장하여 조명장치의 커버 외부로 센서부가 노출되지 않고도 인체의 움직임 등을 감지하여 조명등의 온/오프를 제어할 수 있는 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한 다.

또한, 본 발명은 절전효과가 우수하며 감지거리가 길어서 높은 곳에 설치되어도 오동작의 염려가 없는 조명장치를 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 조명장치는, 램프와 커버로 이루어지는 조명장치에 있어서, 상기 커버의 내부에 마이크로웨이브 대역의 전자파를 이용하여 인체의 유무를 감지하여 램프의 점등 및 소등을 제어하는 마이크로웨이브 작동 센서모듈이 내장된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명장치에 있어서 상기 램프가 백열등, 할로겐램프인 경우, 상기 마이크로웨이브 작동 센서모듈에 의해 직접 전원을 공급받아 점등되고, 상기 램프가 형광램프인 경우, 상기 마이크로웨이브 작동 센서모듈과 형광램프의 사이에는 상기 마이크로웨이브 작동 센서모듈의 출력에 따라 전원을 공급받아 형광램프의 점등을 제어하는 안정기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로웨이브 작동 센서모듈은, 상용의 교류전원을 공급받아 소정의 직류전압으로 변환하는 전원부와; 마이크로웨이브 센서를 이용하여 검출된 신호를 증폭하는 신호증폭부와; 상기 신호증폭부를 통해 입력된 전압이 설정된 값 이상인지 여부를 비교하여 사람이나 동물 등의 유무를 판단하는 비교회로부와; 상기 비교회로부의 출력에 따라 램프의 점등 또는 소등을 위한 신호를 출력하는 출력 회로부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치의 외관구조를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 조명장치는 램프(200)와, 외관을 구성하는 커버(100)로 이루어지는 통상적인 형태의 조명장치에 있어서, 상기 커버(100)의 내부에 마이크로웨이브 작동 센서모듈(300)이 내장되는 구성으로 이루어진다.

상기 마이크로웨이브 작동 센서모듈(300)은 마이크로웨이브 센서를 이용하여 1~30GHz 대역의 고주파를 발진시켜 이를 대상물에 투사한 후 대상물로부터 되돌아오는 주파수의 차이를 증폭하여 사람 등의 유무 및 움직임을 감지한 후 그 결과에 따라 램프(200)의 온/오프 동작을 제어하는 구성이다.

종래의 센서등이 적외선센서를 이용하여 인체 등의 유무를 감지하도록 하고 있는 반면, 본 발명은 마이크로웨이브 센서를 채택하고 있기 때문에 환경의 변화에 영향이 적고 정밀성 및 적용성이 뛰어난 특징이 있다. 또한, 커버(100)가 비금속류로 구성되기만 한다면 센서가 커버의 내부에 내장된 채로 외부의 사람 등의 유무를 감지할 수 있기 때문에, 종전의 적외선센서등과 달리 조명장치의 디자인을 다양화할 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 1(a)는 삼파장램프 또는 백열램프 등에 마이크로웨이브 작동 센서 모듈(300)이 설치되는 구조를 나타내며, 도 2(b)는 형광램프와 같이 점등 동작을 위하여 안정기(400)를 필요로 하는 방전램프에 마이크로웨이브 작동 센서모듈(300)이 적용된 구조를 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상용의 교류전압 AC 120~240V가 마이크로웨이브 작동 센서모듈(300)의 전원으로 공급되며, 센서모듈에 전원이 공급되면 대략 3~6초의 세팅시간 동안 대기한 후 동작하게 된다. 이때 센서모듈의 동작전원의 범위는 4~6V이다. 세팅이 완료된 후, 사람이나 동물 등을 감지하면 도 1(a)의 경우에는 바로 램프(200)가 점등되며, 도 1(b)의 경우에는 일정 시간동안 안정기(400)에 전원을 공급한 후 안정기에 의해 램프(200)가 점등제어된다.

도 2는 본 발명의 조명장치에 내장되는 마이크로웨이브 작동 센서모듈의 일실시예를 나타내는 블럭도이며, 도 3은 상기 마이크로웨이브 작동 센서모듈의 회로구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 조명장치에 있어서 마이크로웨이브 작동 센서모듈(300)은 크게 전원부(10)와, 감지 신호증폭부(20)와, 비교회로부(30)와, 출력회로부(40)로 구별된다.

상기 전원부(10)는, 상용의 교류전압 AC 120V~240V로 입력된 전압을 소정의 직류전압, 예컨대, DC 5.0V 로 변환하여 출력하는 회로이다.

상기 감지 신호증폭부(20)는, 전원부(10)로부터의 출력전압을 인가받아 마이크로웨이브 센서(MOTION Sensor)를 이용하여 검출된 신호를 증폭하는 회로부이다.

도 4에 본 발명의 감지 신호증폭부(20)에 적용되는 마이크로웨이브 센서의 일 실시예를 나타내었다.

도 4에 도시된 바와 같이, 신호증폭부(20)에 연결되는 마이크로웨이브 센서(Motion Sensor)는 유전체 공진기 발전기(Dielectric Resonator Oscillator)(201), 마이크로웨이브 혼합기(202), 패치 안테나(203, 204)로 구성할 수 있으며, 증폭회로에 연결되기 위하여 4개의 단자(+5V, IF, GND)를 구비한다.

안테나를 통해 대상물에 투사된 마이크로웨이브는 인체의 움직임이 있을 때 IF 단자에서 도플러 시프트가 발생된다. 도플러 시프트의 양은 송신된 에너지의 반사에 비례하고 마이크로 볼트의 영역에 있는데, 이 도플러 시프트를 처리가능한 레벨로 증폭하기 위하여 고이득 저주파수 증폭기를 IF단자에 연결된다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 즉, 마이크로웨이브 센서를 통해 감지된 도플러 시프는 2단 연산증폭기(OP_AMP)로 증폭되어 사람이나 동물 등의 유무 및 움직임 여부의 판단에 이용된다. 증폭도는 첫 번째 비반전 증폭단에서는 (1+R8/R10)의 증폭율을 나타내며, 두번째 반전 증폭단에서는 (R11/R9)의 증폭율을 나타낸다.

한편, 저항(R9)을 가변저항으로 구성하여 감도조절을 하는 것이 가능하며, 이 경우 비반전 증폭단에서의 출력은 고정되어 있고 반전 증폭단의 출력은 가변될 수 있는 회로가 된다. 전체적인 증폭율은 비반전 증폭단의 증폭율과 반전 증폭단의 중폭율의 곱으로 정해진다.

또한, 가능한한 인체나 동물만을 감지하기 위하여 저항과 커패시터로 구성된 밴드패스필터(BPF) 기능을 갖도록 구성한다. 여기서 로우 컷오프 주파수(f₀L)는 f₀L=1/2πC8R10, 하이 컷오프 주파수(f₀H)는 f₀H= 1/2πC6R8의 식에 의해 구해진다.

상기 비교회로부(30)는 윈도우 콤퍼레이터(Window Comparator)회로로 구성되며 신호증폭부(20)를 통해 입력된 전압의 변화가 설정된 값 이상인지 여부를 비교하여 사람이나 동물의 유무를 판단하고, 마이크로웨이브 센서에서 검출된 신호의 변화에 비감지 폭을 갖도록 해서 검출 오류를 일으키지 않도록 하는 구성이다.

U1(LP2902N)의 5번핀에 +3.3V가 기준전압으로 정입력에 공급되며 상한 리미트 전압검출회로를 구비하고 있다. 따라서, 만약 부입력단자(U1의 6번핀)의 전압이 +3.3V 이하가 되면 출력은 하이레벨(High Level)이 되고, 부입력 단자(U1의 6번핀)의 전압이 +3.3V 이상이 되면 출력은 급격히 로우레벨(Low Level)로 된다.

U1의 2번핀에 +1.7V가 기준전압으로 부입력 단자에 공급이 되며 최소전압 검출회로를 구비하고 있다. 따라서, 만약 정입력 단자(U1의 3번핀)의 전압이 +1.7V이상이면 출력은 하이레벨로 되고, 정입력 단자(U1의 3번핀)의 전압이 +1.7V이하로 되면 출력은 급격히 로우레벨로 된다. +2.5V가 U1의 6번핀의 부입력 단자와 U1의 3번핀의 정입력 단자에 공급되고 있다.

그리고 마이크로웨이브 센서가 사람의 움직임을 감지하면 이 전압이 변화한다. U1의 7번핀과 U1의 1번핀의 어느 쪽이라도 로우레벨로 되면 출력은 로우레벨로 된다. U1의 7번핀과 U1의 1번핀의 출력에 있는 다이오드(SD1, SD2)는 어느 한쪽 출력이 로우레벨로 되었을 때 다른 쪽으로부터 과전류가 흘러들어오지 못하게 방지하 기 위한 것이다.

출력회로부(40)는 상기 비교회로부(30)의 출력에 따라 램프의 점등 또는 소등을 위한 신호를 출력하는 회로이다. 본 발명에서 센서가 인체의 움직임을 감지했을 때 상기 비교회로부의 출력(U1의 1번핀)은 로우레벨이 된다. 출력회로부(40)에서는 이 신호를 가지고 램프를 점등하기 위하여 슈미트 트리거회로(Hex Schmitt Trigger)를 응용하였다.

먼저 U2(MC14584D)의 1번핀의 입력이 로우레벨이면 U2의 2번핀에서는 +5V의 하이 신호가 출력되며, 다이오드(SD3)를 패스하여 커패시터(C11)에 급속히 충전된다. 충전과 동시에 U2의 4번핀에서는 로우 신호가 출력되고 6번핀에서는 하이 신호가 출력된다. 이 하이 신호는 U3(광커플러: MOC3021)를 트리거하게 되는데, 이 트리거 신호가 트라이액(TRI1: BTA06)의 게이트 신호가 된다. 트라이액의 특성상 게이트에 신호가 있으면 항상 턴온(turn-on) 되는데, U2의 1번핀에 로우 신호의 입력 타임은 매우 짧기 때문에 램프는 켜지지 않게 된다.

이 점을 보완하기 위하여 C11과 R18의 회로구성을 추가하였다. 이로써, 사람의 움직임이 감지되면 C11은 SD3을 통해 급속히 충전되고 사람이 없거나 움직임이 없을 때에는 2번핀에 로우 신호가 걸리게 된다. 이때 C11은 R18에 의해 서서히 방전되는데 이 방전시간이 램프가 켜지는 시간이 된다. 이 방전시간, 즉 램프의 점등시간은 R18을 가변저항으로 구성함으로써 조정할 수 있다. 또한, 출력회로부(40)에서 광커플러(U3: MOC3021)는 트라이액(TRI1)과 회로상의 전위차 및 DC 신호로 AC를 입력전원으로 하는 부하를 컨트롤하기 위해 사용되었다.

상술한 바와 같은 마이크로웨이브 작동센서모듈이 내장된 조명장치의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

(1) 비금속 커버로 되어 있는 어떠한 조명등에도 적용할 수 있다. 즉, 기존의 적외선센서를 이용하는 조명등이 그 작동을 위하여, 아크릴, 유리 등으로 이루어진 커버를 천공하여 센서부를 노출시켜야만 했기 때문에 디자인 설계의 다양성이 제한되었던 문제를 극복할 수 있다.

(2) 대기전력이 1.5W 이내이므로 충분한 절전효과가 있다. 센서조명등의 특징상 전원이 온 되면 센서단에는 항상 일정 대기전압 또는 센서동작용 예비전원이 걸리게 되고, 인체의 동작이 감지되면 전압이 발생하여 이 전압으로 인하여 대기전압이 도통됨으로써 점등이 되는데, 본 발명의 조명장치는 상기 대기전압이 비교적 낮아 절전을 도모할 수 있다.

(3) 사람이나 동물 이외에는 감지되지 않아 주변환경에 영향을 받지 않는다. 본 발명의 조명장치는 밴드패스필터 기능을 구비하기 때문에, 주변사물에 제약을 받지 않아 감지 오차가 적은 이점이 있다.

(4) 감지거리가 5m 정도로 비교적 높은 곳에 설치되어도 오차 없이 동작할 수 있다.

(5) 물체의 움직임이 계속되면 항시 점등되어 있으며 움직임이 멈추면 일정시간 경과 후 자연 소등되므로, 에너지 절약의 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

본 발명의 조명장치에 의하면, 센서모듈로서 마이크로웨이브 작동 센서모듈(Microwave Motion-Sensor Module)을 내장하여 조명장치의 커버 외부로 센서부가 노출되지 않고도 인체의 움직임 등을 감지하여 점등 및 소등을 제어할 수 있게 되어, 센서부의 설치위치와 무관하게 조명장치의 디자인을 다양화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 조명장치는 절전효과가 우수하며 감지거리가 길어서 높은 곳에 설치되어도 오동작없이 정밀하게 작동할 수 있는 이점이 있다.

Claims

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상용의 교류전원을 공급받아 소정의 직류전압으로 변환하는 전원부와; 마이크로웨이브 센서를 이용하여 검출된 신호를 증폭하는 신호증폭부와; 상기 신호증폭부를 통해 입력된 전압이 설정된 값 이상인지 여부를 비교하여 사람이나 동물 등의 유무를 판단하는 비교회로부와; 상기 비교회로부의 출력에 따라 램프의 점등 또는 소등을 위한 신호를 출력하는 출력회로부;를 포함하여, 마이크로웨이브 대역의 전자파를 이용하여 인체의 유무를 감지하는 마이크로웨이브 작동 센서모듈이, 램프에 전기적으로 연결되어 커버의 내부에 내장된 조명장치에 있어서,

상기 신호증폭부가, 2단 연산증폭기(OP-AMP)로 구성되고, 그 두 번째 단의 연산증폭기의 입력단에는 감도조절을 위한 가변저항(R9)이 구비되고,

상기 출력회로부가, 커패시터(C11)와 저항(R18)이 접속된 슈미트 트리거 회로로 구성되어 램프의 점등시간 조절이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제6항에 있어서,

상기 저항(R18)은 가변저항인 것을 특징으로 하는 조명장치.