KR101033115B1 - 에너지 절약형 인체감지 조명등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복도나 현관 등에 설치되어 출입하거나 대기하는 사람을 감지하여 자동으로 점멸시키는 에너지 절약형 인체감지 조명등에 관한 것이다.

이러한 본 발명은, 감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 자동으로 점멸되는 조명등에 있어서, 상기 감지영역 내로 출입하거나 감지영역 내에서 대기하는 인체에서 방사되는 열에너지에 의한 저항 변화에 따라 검출 및 증폭하여 감지신호를 지속적으로 출력하는 마이크로 볼로미터 모듈; 상기 마이크로 볼로미터에서 출력된 감지신호에 따라 조명등의 점멸을 제어하는 제어모듈;로 구성된다.

따라서, 본 발명은 감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 조명등을 자동으로 점멸시킬 뿐만 아니라, 감지영역 내로 들어온 사람이 움직이거나 미동 없이 대기하고 있더라도 조명등의 점등을 유지하며, 이에 따라 사용자의 편리성 및 에너지 절감을 기대할 수 있는 장점이 있다.

감지영역, 자동 점멸, 조명등, 인체감지, 마이크로 볼로미터, 저항 변화.

Description

에너지 절약형 인체감지 조명등{SENSOR LAMP}

본 발명은 에너지 절약형 인체감지 조명등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 자동으로 점멸될 뿐만 아니라, 감지영역 내에서 정지하거나 대기하고 있는 인체를 감지하여 점등상태를 자동으로 유지하며, 이에 의해 에너지를 절감하면서 사용의 편리성을 향상시킬 수 있는 에너지 절약형 인체감지 조명등에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 조명등은 복도나 현관 등에 설치되어 어두운 실내 또는 실외를 필요에 따라 밝게 비춘다.

최근에는 에너지를 절약하기 위해 인체의 유무를 감지하여 자동으로 점멸되는 센서 조명등이 널리 사용되고 있으며, 이런 센서 조명등에는 초전도센서가 구비되어 어두운 실내 또는 실외의 천정에 설치된다.

상술한 초전도센서는 실내로 출입하는 인체의 유무를 감지하는데, 이러한 초전도센서는 입사된 적외선 에너지에 의해 감지물질이 분극되고, 여기에 전기장을 걸어주면 전류가 흐르게 되는 물리적 특성을 이용하며, 이때 발생하는 전류의 양은 아래의 식 1로 나타낼 수 있다.

[식 1]

I_ph=A_p(dT/dt)

따라서 상기 초전도센서는 단위 시간당 변화되는 에너지량을 감지하기 때문에, 감지영역 내로 사람이 들어오게 되면 인체를 감지하여 타이머에 기설정된 시간만큼만 점등하고, 기설정된 시간이 경과 되면 자동으로 센서 조명등을 소등시키게 된다. 부연하면, 해당 감지영역 내로 출입한 사람이 동일한 자세로 대기하고 있거나 미동이 없을 경우, 단위 시간당 에너지량에 대한 변화가 없기 때문에, 타이머에서 기설정된 시간 이후에는 자동으로 소등되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 센서 조명등은, 감지영역 내에서 정지하거나 대기하고 있는 사람이 소등된 센서 조명등을 다시 점등시키기 위해, 자신의 팔이나 신체의 일부분을 움직이면서 초전도센서가 인식할 정도의 단위 시간당 에너지량에 대한 변화를 주어야하므로, 사용자의 불편함으로 이어지게 되는 문제점이 있었다.

근래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 다양한 방법이 제안되고 있다. 예컨대, 대한민국 공개특허 제2002-69466호 “조명등용 인체감지센서 구동장치”는, 사람이 불규칙적으로 이동하는 곳에 설치되어 사람이 있는 동안에 계속해서 감지하여 자동으로 온되고 사람이 지나가면 자동으로 오프되는 인체감지센서에 있어서, 상기 인체감지센서는 시이소부재에 고정되어 감속모터의 회전을 받아 시이소 회동되도록 구성된 것을 기술적인 특징으로 하는 내용이 개시되어 있으며, 공개특허 제2002-29874호 “인체 연속 감지방법 및 장치”는, 사람이 불규칙적으로 이동하는 곳에 설치되어 조명등을 자동으로 온, 오프하거나 사람의 침입을 감지하는 인체감지센서에 있어서, 상기 인체감지센서의 렌즈를 인체감지센서와는 별도의 회전체에 고정하여 인체감지센서는 고정된 상태를 유지시키고, 프리즘면을 갖는 렌즈는 회전시켜 움직이는 사람은 물론 서있는 사람으로부터 방사되어 인체감지센서로 입사되는 입사에너지 값을 굴절 변화를 시키는 것을 기술적인 특징으로 하는 내용이 개시되어 있다.

그러나 상기 공개특허 제2002-69466호 및 제2002-29874호는 인체감지센서로 램프를 점등한 후, 정지된 사람을 감지하기 위해 감속모터 및 다양한 기어를 이용하여 인체감지센서를 회전시키거나 프리즘면을 갖는 렌즈만을 회전시킴에 따라, 구성이 복잡해지며 구성요소의 증가로 인한 원가부담 및 조립공정의 지연으로 이어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 자동으로 점멸될 뿐만 아니라, 감지영역 내에서 정지하거나 대기하고 있는 인체를 감지하여 점등상태를 자동으로 유지하여, 사용의 편리성 및 에너지 절감을 기대할 수 있는 에너지 절약형 인체감지 조명등을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 타이머 및 감속모터 등의 구성요소에 대한 추가 없이도, 감지영역 내로 출입하는 인체의 감지 및 감지영역 내에서 정지하고 있는 인체를 지속적으로 감지하여 점등상태를 자동으로 유지하도록 구성을 단순화하며, 이에 따라 원가를 절감하고 조립공정에 대한 효율성을 제고시켜서 생산량을 증대시킬 수 있는 에너지 절약형 인체감지 조명등을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 자동으로 점멸되는 조명등에 있어서, 상기 감지영역 내로 출입하거나 감지영역 내에서 대기하는 인체에서 방사되는 열에너지에 의한 저항의 변화를 검출하여 감지신호를 지속적으로 출력하는 마이크로 볼로미터; 상기 마이크로 볼로미터에서 출력된 감지신호에 따라 조명등의 점멸을 제어하는 제어모듈;를 포함하거나,

감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 자동으로 점멸되는 조명등에 있어서, 상기 감지영역 내로 출입하거나 감지영역 내에서 대기하는 인체에서 방사되는 열에너지에 의한 저항의 변화를 검출 및 증폭된 감지신호를 지속적으로 출력하는 마이크로 볼로미터 모듈; 상기 마이크로 볼로미터에서 출력된 감지신호에 따라 조명등의 점멸을 제어하는 제어모듈;를 포함하여 구성하는 것이다.

이러한 본 발명은 상기 주변영역의 조도를 측정한 측정값에 따라 작동신호를 마이크로 볼로미터 또는 마이크로 볼로미터 모듈로 출력하는 조도센서를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 제어모듈은, 상기 마이크로 볼로미터로부터 입력된 감지신호의 노이즈를 제거하는 신호처리부, 상기 신호처리부에서 출력된 처리신호의 크기를 판단하여 제어신호를 출력하는 제어부, 상기 제어부로부터 입력된 제어신호에 따라 조명등을 점멸시키도록 구동시키는 구동부를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 마이크로 볼로미터 모듈은, 상기 감지영역으로 출입하는 인체를 감지한 감지신호를 출력하는 마이크로 볼로미터와, 상기 마이크로 볼로미터로부터 입력된 감지신호를 증폭시키는 증폭부로 구성될 수 있다.

이때, 상기 마이크로 볼로미터는 증폭부가 구비된 웨이퍼 상에 모노리식으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 마이크로 볼로미터 모듈은, 인체에서 방사되는 열에너지를 감지하도록 해당 파장을 투과시키는 밴드패스필터와, 상기 마이크로 볼로미터에서 감지 할 수 있는 감지영역을 결정하도록 배치된 렌즈를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 상기 마이크로 볼로미터 모듈은, 상기 감지영역으로 출입하는 인체를 감지한 감지신호를 출력하는 마이크로 볼로미터 및, 상기 마이크로 볼로미터로부터 입력된 감지신호를 증폭시키는 증폭부로 이루어진 하부웨이퍼; 상기 인체에서 방사되는 열에너지를 감지하도록 해당 파장을 투과시키는 밴드패스필터가 코팅된 상부웨이퍼;를 포함하되, 상기 상부웨이퍼 및 하부웨이퍼는 웨이퍼레벨상태에서 패키징되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 인체에서 방사되는 열에너지를 감지하여 저항의 변화를 검출하는 마이크로 볼로미터의 물리적 성질을 이용하므로, 감지영역-사람들이 불규칙적으로 이동하는 강의실, 화장실, 복도, 현관, 계단 등의 공간- 내로 출입하는 인체를 감지하여 조명등을 자동으로 점멸시킬 뿐만 아니라, 감지영역 내로 들어온 사람이 움직임 없이 대기하고 있더라도 조명등의 점등을 지속적으로 유지하며, 이에 따라 사용자의 편리성 및 에너지 절감을 기대할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래의 조명등과는 달리 일정시간 동안 점등 후 소등시키기 위한 별도의 타이머와, 센서 또는 렌즈를 구동시키기 위한 모터 따위의 구성요소가 필요치 않으므로 조명등을 단순화시킬 수 있으며, 이에 의해 원가 절감 및 조립공 정의 효율성 제고에 따른 생산량 증대를 기대할 수 있는 효과도 있다.

아울러, 본 발명은 마이크로 볼로미터 모듈이 웨이퍼레벨상태에서 패키징됨에 따라 크기 또는 면적의 소형화를 기대할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 주변영역의 조도를 측정한 측정값에 따라 작동신호를 출력하는 조도센서(10), 상기 조도센서(10)로부터 입력된 작동신호에 따라 감지영역 내로 출입하는 인체의 방사열을 감지하여 감지신호를 증폭하여 출력하는 마이크로 볼로미터 모듈(20), 상기 마이크로 볼로미터모듈(20)에서 출력된 감지신호에 따라 조명등의 점멸을 제어하는 제어모듈(CM)로 구성된 것을 기술적인 사상으로 한다.

조도센서(10)는 주변영역의 조도를 측정한 측정값에 따라 마이크로 볼로미터 모듈(20)로 작동신호를 출력하는 것으로서, 이러한 조도센서(10)는 광을 받으면 저항이 감소하는 광전도효과(Photo conductive effect)를 갖는 CdS 센서(반도체 포토센서)로 구현될 수 있다. 따라서, 조도센서(10)는 주변영역의 측정값이 기설정된 값보다 크면, 주변영역의 조도가 밝은 경우에 해당-사람이 존재하더라도 조명등의 점등이 필요치 않게 된다-하므로 마이크로 볼로미터 모듈(20)로 작동신호를 출력하지 않고, 이와는 달리 조도센서(10)에서 주변영역의 측정값이 기설정된 값보다 작 으면, 주변영역의 조도가 어두운 경우에 해당-사람의 출입에 따라 조명등의 점등이 필요-하므로 마이크로 볼로미터 모듈(20)로 작동신호를 출력한다.

마이크로 볼로미터 모듈(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 조도센서(10)로부터 입력된 작동신호에 따라 감지영역 내로 출입하는 인체에서 방사되는 열에너지를 감지하는 마이크로 볼로미터(22)와, 이 마이크로 볼로미터로(22)부터 입력된 감지신호를 증폭시키는 증폭부(24)를 포함한다.

먼저, 마이크로 볼로미터(22)는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)기술에 기반한 저항 센서로서, 이러한 마이크로 볼로미터(22)는 인체에서 방사되는 열에너지에 의해 소자의 온도가 상승되고, 이같은 소자의 온도변화로 인한 저항의 변화를 검출하여 감지신호를 출력하게 된다. 여기서 출력 전압의 변화는 아래의 식 2로 나타낼 수 있다.

[식 2]

ΔV=IΔR=IRaΔT

상기 식 2를 통해, 마이크로 볼로미터(22)는 그 물리적인 특성상 시간에 따른 온도변화에 의존하지 않음을 알 수 있다.

따라서, 마이크로 볼로미터(22)는 감지영역으로 사람이 출입하는 경우, 저항의 변화에 따라 감지신호를 출력하여 자동으로 점등시킬 뿐만 아니라, 감지영역으로 들어온 후 인체의 움직임이 없이 대기하는 경우에도, 인체에서 방사되는 열에너지에 의한 저항의 변화가 계속되므로 감지신호를 출력하여 점등을 지속적으로 유지 하게 된다. 그리고 마이크로 볼로미터(22)는 감지영역 밖으로 사람이 이동하게 되면, 달라진 저항에 따라 변화된 감지신호를 출력하여 조명등을 자동으로 소등시킨다.

또한 증폭부(24)는 마이크로 볼로미터(22)에서 출력된 감지신호를 증폭시키는데, 이러한 증폭부(24)는 도 2에 도시된 바와 같이, 모노리식(Monolithic)으로 형성된 마이크로 볼로미터(22)에 일체로 구비되는 것이 바람직하며, 이같이 증폭부(24)가 구비된 마이크로 볼로미터(22)는 마이크로 볼로미터 모듈(20)의 하부웨이퍼(21)를 구성하게 된다. 그리고 하부웨이퍼(21)의 상부에는 밴드패스필터(Band-pass filter, 25)가 박막코팅된 상부웨이퍼(23)가 적층되는데, 이러한 밴드패스필터(25)는 인체에서 방사되는 열에너지를 감지하도록 선택된 특정 파장을 갖는 적외선만을 투과시키며, 바람직하게는 8~14㎛의 파장을 투과시킨다. 예컨대, 사람은 전 파장에 걸쳐 열에너지를 방사하지만 8~14㎛의 파장에서 가장 많은 열에너지를 방사하기 때문에 해당 파장을 투과시킴으로써 사람의 존재 및 움직임을 파악할 수 있다. 이에 따라, 인체에서 방사된 열에너지가 밴드패스필터(25)를 투과하여 마이크로 볼로미터(22)로 입사되면, 마이크로 볼로미터(22)는 이를 감지하여 해당 열에너지를 방사하는 사람의 존재 및 대기 상태를 감지하게 된다.

상기와 같이 구성된 마이크로 볼로미터 모듈(20)은 상부웨이퍼(23)와 하부웨이퍼(21)를 웨이퍼레벨상태에서 진공 패키징하여, 그 크기 또는 면적을 감소시키는 것이 바람직하다.

아울러, 마이크로 볼로미터 모듈(20)은 마이크로 볼로미터(22)에서 감지할 수 있는 감지영역을 결정하도록 배치된 렌즈(도시생략)를 더 포함할 수 있으며, 상기 렌즈는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)로 구현되는 것이 바람직하다.

제어모듈(CM)은 마이크로 볼로미터 모듈(20)에서 출력된 감지신호의 노이즈를 제거하는 신호처리부(30), 상기 신호처리부(30)에서 제거된 감지신호의 크기를 판단하여 제어신호를 출력하는 제어부(40), 상기 제어부(40)로부터 입력된 제어신호에 따라 조명등의 점멸을 구동시키는 구동부(50)로 구성된다.

먼저, 신호처리부(30)는 마이크로 볼로미터 모듈(20)의 증폭부(24)에서 증폭된 신호의 노이즈를 제거하고 보정하는 기능을 수행한 후, 2차로 증폭시켜서 인체의 유무를 판단하는 감지신호를 제어부모듈(CM)로 출력한다. 선택적으로 신호처리부에서는 노이즈를 제거한 감지신호가 양호할 경우 2차 증폭을 생략할 수 있다.

그리고 제어부(40)에서는 신호처리부(30)로부터 입력된 감지신호의 크기를 판단하여 제어신호를 구동부로 출력하게 된다. 즉, 신호처리부(30)에서 출력된 감지신호가 일정 레벨 이상을 이루게 되면, 사람이 존재하는 것으로 판단하여 조명등을 점등하도록 제어신호를 발생시키는 것이다. 이와 함께, 조도센서(10) 및 마이크로 볼로미터 모듈(20)로부터 입력되는 신호에 따라, 감지영역 내에 사람이 존재하는가는 주기적으로 확인해서 조명등의 점멸을 제어하도록 제어신호를 구동부(50)로 출력하게 된다.

구동부(50)는 제어부(40)에서 출력된 제어신호에 따라 조명등을 점등시키거나 소등시키도록 구동신호를 조명등으로 출력하게 된다.

이하에서는 첨부된 도 3을 참조하여 본 발명의 전체적인 작동관계를 상세히 설명한다.

먼저, 조도센서(10)는 주변영역의 조도를 측정하여 기설정된 값보다 측정값이 크면(일정조도 이상) 조도가 밝은 경우에 해당하므로 마이크로 볼로미터 모듈(20)로 작동신호를 출력하지 않고, 기설정된 값보다 측정값이 작으면(일정조도 이하) 마이크로 볼로미터 모듈(20)로 작동신호를 출력한다.

이어서, 조도센서(10)의 작동신호에 따라 작동되는 마이크로 볼로미터(22)는 감지영역 내에 출입하는 인체의 열에너지를 감지하여 조명등을 자동으로 점등시키도록 감지신호를 출력하고, 감지영역 내에 사람의 출입이 없으면 조명등을 자동으로 소등시키도록 변화된 감지신호를 출력하게 된다.

이때, 마이크로 볼로미터(22)에서는 감지영역 내에 들어온 인체의 유무를 지속적으로 확인하므로, 감지영역 내에 들어온 인체의 움직임이 없더라도 조명등의 점등 상태를 자동으로 유지하게 된다.

상기와 같이 마이크로 볼로미터(22)에서 출력된 감지신호는 신호처리부(30)를 거치면서 노이즈 등이 제거된 후, 제어부(40)에서 크기를 판단하여 구동부(50)로 출력하고, 구동부(50)에서는 제어부(40)에서 출력된 제어신호에 따라 조명등을 구동시켜서 점등시키거나 소등시킨다.

따라서 본 발명은 인체에서 방사되는 열에너지를 감지하여 저항의 변화를 검출하는 물리적 성질을 이용하므로, 감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 조명등을 자동으로 점멸시킬 뿐만 아니라, 감지영역 내로 들어온 사람이 움직이거나 미 동 없이 대기하고 있더라도 조명등의 점등을 유지할 수 있으며, 이에 의해 사용자의 편리성 및 에너지 절감을 기대할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 종래의 조명등과는 달리 일정시간 동안 점등 후 소등시키기 위한 별도의 타이머와, 센서 또는 렌즈를 구동시키기 위한 모터 따위의 구성요소가 필요치 않음에 따라, 조명등의 단순화와 함께 원가 절감 및 조립공정의 효율성 제고에 따른 생산량 증대를 기대할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 개량, 변경, 대체, 부가할 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체, 부가에 의한 실시가 이하의 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것임은 자명하다.

도 1은 본 발명의 블럭도.

도 2는 본 발명의 마이크로 볼로미터 모듈을 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 순서도.

도 4는 본 발명의 마이크로 볼로미터의 출력 전압을 도시한 그래프.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 조도센서 20 : 마이크로 볼로미터 모듈

22 : 마이크로 볼로미터 24 : 증폭부

30 : 신호처리부 40 : 제어부

50 : 구동부

Claims (10)

1. 감지영역 내로 출입하는 인체를 감지하여 자동으로 점멸되는 조명등에 있어서,

   상기 감지영역 내로 출입하거나 감지영역 내에서 대기하는 인체에서 방사되는 열에너지에 의한 저항의 변화를 검출 및 증폭하여 감지신호를 지속적으로 출력하는 마이크로 볼로미터 모듈; 및

   상기 마이크로 볼로미터 모듈에서 출력된 감지신호에 따라 조명등의 점멸을 제어하는 제어모듈;을 포함하되,

   상기 마이크로 볼로미터 모듈은, 상기 감지영역으로 출입하는 인체를 감지한 감지신호를 출력하는 마이크로 볼로미터 및, 상기 마이크로 볼로미터로부터 입력된 감지신호를 증폭시키는 증폭부로 이루어진 하부웨이퍼; 및 상기 인체에서 방사되는 열에너지를 감지하도록 8~14㎛ 파장을 투과시키는 밴드패스필터가 코팅된 상부웨이퍼;를 포함하며, 상기 상부웨이퍼 및 하부웨이퍼는 웨이퍼레벨 패키징된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 인체감지 조명등.
2. 청구항 1에 있어서,

   주변영역의 조도를 측정한 측정값에 따라 작동신호를 상기 마이크로 볼로미터로 출력하는 조도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 인체감지 조명등.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어모듈은,

   상기 마이크로 볼로미터로부터 입력된 감지신호의 노이즈를 제거하는 신호처리부, 상기 신호처리부에서 출력된 처리신호의 크기를 판단하여 제어신호를 출력하는 제어부, 상기 제어부로부터 입력된 제어신호에 따라 조명등의 점멸을 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 인체감지 조명등.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 마이크로 볼로미터는 상기 증폭부가 구비된 웨이퍼 상에 모노리식으로 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 인체감지 조명등.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 마이크로 볼로미터에서 감지할 수 있는 감지영역을 결정하도록 배치된 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 인체감지 조명등.
10. 삭제

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