KR101312533B1

KR101312533B1 - 고감도 조도 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101312533B1
Application number: KR1020120109066A
Authority: KR
Inventors: 유재우; 채정석; 김경환; 주현웅
Original assignee: (주) 넥스트칩
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-09-30

Abstract

본 발명은 고감조 조도 검출 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치 및 방법은 광을 직접 수신하는 제1 다이오드와, 가시광선 차단 필터를 통하여 광을 수신하는 제2 다이오드를 구성하고, 제1 다이오드의 출력의 문턱값 및 제2 다이오드의 출력의 문턱값을 설정하고, 제1 다이오드의 출력을 문턱값을 기준으로 각 조도 구간별로 제2 다이오드의 출력값을 보정하고, 제2 다이오드의 보정된 출력값과 제2 문턱값의 크기를 비교함으로써 광원을 분별함을 특징으로 한다.

Description

고감도 조도 검출 장치 및 방법{LUMINOUS INTENSITY DETECTING APPARATUS AND METHOD HAVING HIGH SENSITIVITY}

본 발명은 조도 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 주변 광원 환경에 따른 편차를 보정할 수 있는 조도 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

텔레비전, 컴퓨터 모니터, 스마트폰 등의 휴대용 단말기 등의 장치가 대중화되면서 다양한 광원 환경 하에서 디스플레이의 밝기를 자동으로 조절하도록 하는 기능이 채택되고 있다. 이러한 디스플레이의 자동 밝기 조절은 주변의 밝기에 따라서 밝기를 자동 조절하여 사용자로 하여금 화면을 선명한 화면을 볼 수 있게 하도록 하거나, 배터리 또는 전기에너지의 소모를 최소화시키도록 적용되는 것이다.

이렇게 여러 장치의 디스플레이의 밝기를 자동으로 조절하기 위해서는 장치 외부의 환경의 조도를 감지하여 주변 조도를 수치화하여 출력하는 광 센서인 조도 검출 장치가 필요하다. 이러한 조도 검출 장치는 주변 광원 환경의 밝기를 검출한다는 점에서 주변 광 센서(ambient light sensor: ALS)라고도 불리운다.

하지만, 이러한 자동 밝기 조절은 사람의 눈인 휴먼 아이(Human Eye)에 기초하여 수행되어야 하는데, 실제 광 센서의 분광 특성은 사람의 눈의 분광 특성과 상이하여 정확한 밝기 조절이 수행되지 못하는 문제점이 발행하였다. 예를 들어, 형광등 또는 백열등과 같은 특정 광원 환경에 대해서 주변의 밝기를 인간의 눈과 유사하게 판별하지 못하는 문제가 있는 것이다.

도 1에는 백열등, 형광등 및 휴먼 아이의 분광 특성이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 휴면 아이는 350㎚ ~ 700㎚ 주파수 영역대의 분광 특성을 가지며, 형광등은 350㎚ ~750㎚ 주파수 영역대의 분광 특성을 가지며, 백열등은 350㎚ 이상의 모든 주파수 영역대의 분광 특성을 가지고 있다.

형광등의 경우 휴면 아이의 분광 특성과 일정 부분 일치하는 반면에, 백열등의 경우에는 가시광선 영역에서는 상대적으로 에너지가 작으며, 파장이 긴 IR 영역대의 에너지가 커서, 사람의 눈으로 두 가지 빛을 접하게 되면, 밝기를 서로 다르게 느끼게 된다. 하지만, 추가적인 보정을 하지 않는 경우 광 센서는 IR 영역대의 에너지까지 계산하여 출력 신호를 발생시키기 때문에 사람이 상대적으로 어둡게 느끼는 백열등의 경우에도 밝은 환경이라고 판단하는 문제점이 생긴다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 IR을 제거하는 IR 제거 필터를 사용함으로써, IR 영역의 에너지에 따른 영향을 최소화하는 광 센서가 개발되었지만, 이러한 방법을 사용하더라도 투과되는 IR 영역의 에너지가 존재하며, 이러한 에너지가 광 센서의 감도를 저하시켜, 휴먼 아이와 유사한 고감도의 광 검출 기능을 제공하는 데에는 한계가 있었다.

한국공개특허 제10-2012-0061198호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광을 직접 수신하는 제1 다이오드와, 블랙 컬러 필터를 통하여 적외선(IR) 광을 수신하는 제2 다이오드를 구성하고, 제1 다이오드의 출력의 문턱값 및 제2 다이오드의 출력의 문턱값을 설정하여, 제1 다이오드의 출력의 문턱값을 기준으로 각 조도 구간별로 제2 다이오드의 출력값을 보정하고, 제2 다이오드의 보정된 출력값과 제2 문턱값의 크기를 비교함으로써 광원을 분별하는 고감도 조도 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 광을 수신하는 제1 다이오드와, 가시광선 광을 차단하는 가시광선 차단 필터와, 상기 가시광선 차단 필터를 통과한 광을 수신하는 제2 다이오드와, 상기 제1 다이오드로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호인 제1 신호를 생성하고, 상기 제2 다이오드로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호인 제2 신호를 생성하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터와, 상기 아날로그 디지털 컨버터에서 생성된 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 광원의 종류를 판별하는 광원 판별부와, 상기 광원 판결부에서 판별된 광원의 종류에 따라 조도 데이터를 보정하여 출력하는 조도 출력부를 포함하고, 상기 광원 판별부는, 미리 구축된 제1 광원 및 제2 광원에 대한 조도별 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 값을 기준으로 상기 제2 신호의 제2 문턱값을 결정하고, 입사되는 광량에 대한 상기 제2 신호의 미리 설정된 가중치 계수를 곱하여 보정하고, 상기 보정된 제2신호의 값이 상기 제2 문턱값보다 크거나 작은지로 광원을 분별할 수 있다.상기 제2 문턱값은 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원에 대하여 광원 보상을 하지 않아도 되는 가장 큰 조도에서의 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값 중 더 큰 값일 수 있다.

상기 광원 판별부는, 상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값보다 크고, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값 이하인 가장 큰 조도 Lmax에서의 상기 제1 신호의 값을 제1-1 문턱값으로 결정하고, 조도가 Lmax 보다 큰 구간에서, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값이 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값보다 작거나 같도록 상기 가중치 계수를 결정할 수 있다.상기 광원 판별부는, 조도가 Lmax 보다 큰 구간에서, 미리 설정된 조도 구간 별로 상기 가중치 계수를 각각 다르게 설정하고, 각 조도 구간 별 상기 제1 광원의 상기 제2 신호가 최대일 때의 상기 제1 광원의 상기 제1 신호의 값들을 각각 제1-2 문턱값에서부터 제1-n 문턱값(n은 미리 설정된 자연수)으로 설정하고, 입사되는 광원에 대한 상기 제1 신호의 값이 상기 제1-1 문턱값, 상기 제1-2 문턱값, 상기 제1-n 문턱값을 기준으로 상기 미리 설정된 조도 구간 중 어느 구간에 속하는지를 판단하여 상기 가중치 계수를 결정할 수 있다.

상기 광원 판별부는, 입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 작거나 같으면 광원이 상기 제1 광원인 것으로 판별하고, 입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 크면 광원이 상기 제2 광원인 것으로 판별할 수 있다.

상기 제1 광원은 형광등 또는 삼파장등이고, 상기 제2 광원은 백열등일 수 있다.

상기 조도 출력부는, 광원이 상기 제1 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값과 상기 제2 신호의 값과의 차이를 조도 데이터로 출력하고, 광원이 상기 제 2 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값에 가중치 계수 X를 곱한 값과 상기 제2 신호의 값에 가중치 계수 Y를 곱한 값과의 차이를 조도 데이터로 출력할 수 있다.

상기 가시광선 차단 필터는 블랙 컬러 필터(Black Color Filter)일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 조도 검출 장치는 상기의 구성에 적외선 광을 차단하는 적외선 차단 필터를 더 포함하고, 제1 다이오드는 상기 적외선 차단 필터를 통과한 광을 수신하고, 제2 다이오드는 상기 적외선 차단 필터 및 상기 가시광선 차단 필터를 모두 통과한 광을 수신하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법은, 입사되는 광에 의해서 발생하는 제1 다이오드의 전류값을 측정하는 단계와, 가시광선 차단 필터를 통과한 입사되는 광에 의해서 발생하는 제2 다이오드의 전류값을 측정하는 단계와, 아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 상기 제1 다이오드의 측정된 전류값으로부터 디지털 신호인 제1 신호를 생성하는 단계와, 아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 상기 제2 다이오드의 측정된 전류값으로부터 디지털 신호인 제2 신호를 생성하는 단계와, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 광원의 종류를 판별하는 단계와, 상기 판별된 광원의 종류에 따라 조도 데이터를 보정하여 출력하는 단계를 포함하고, 상기 광원의 종류를 판별하는 단계는, 미리 구축된 제1 광원 및 제2 광원에 대한 조도별 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 값을 기준으로 상기 제2 신호의 제2 문턱값을 결정하는 단계와, 입사되는 광량에 대한 상기 제2 신호의 값에 미리 설정된 가중치 계수를 곱하여 보정하는 단계와, 상기 보정된 제2 신호의 값이 상기 제2 문턱값보다 크거나 작은지로 광원을 분별하는 단계를 포함할 수 있다.또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법은, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원에 대하여 광원 보상을 하지 않아도 되는 가장 큰 조도에서의 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값 중 더 큰 값을 상기 제2 문턱값으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 광원의 종류를 판별하는 단계는, 상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값보다 크고, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값 이하인 가장 큰 조도 Lmax 에서의 상기 제1 신호의 값을 제1-1 문턱값으로 결정하는 단계와, 조도가 Lmax 보다 큰 구간에서, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값이 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값보다 작거나 같도록 상기 가중치 계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.또한, 상기 광원의 종류를 판별하는 단계는, 조도가 Lmax 보다 큰 구가에서, 미리 설정된 조도 구간 별로 상기 가중치 계수를 각각 다르게 설정하는 단계와, 각 조도 구간 별로 상기 제1 광원의 상기 제2 신호가 최대일 때의 상기 제1 광원의 상기 제1 신호의 값들을 각각 제1-2 문턱값에서부터 제1-n 문턱값(n은 자연수)으로 설정하는 단계와, 입사되는 광원에 대한 상기 제1 신호의 값이 상기 제1-1 문턱값, 상기 1-2 문턱값, 상기 제1-n 문턱값을 기준으로 상기 미리 설정된 조도 구간 중 어느 구간에 속하는지를 판단하여 상기 가중치 계수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 광원의 종류를 판별하는 단계는, 입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 작거나 같으면 광원이 제1 광원인 것으로 판별하는 단계와, 입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 크면 광원이 상기 제2 광원인 것으로 판별하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 조도 데이터를 보정하여 출력하는 단계는, 광원이 상기 제1 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값과 상기 제2 신호의 값과의 차이를 조도 데이터로 출력하는 단계와, 광원이 상기 제2 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값에 가중치 계수 X 를 곱한 값과 상기 제2 신호의 값에 가중치 계수 Y 를 곱한 값과의 차이를 조도 데이터로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 조도 검출 장치 및 방법에 의하면, 형광등, 백열등 등의 여러 종류의 광원이 포함된 환경에서 오차 없이 정확하게 사람의 눈과 동일한 빛의 밝기를 측정할 수 있다.

또한, 정확하게 주변 빛의 밝기를 측정함으로써, 텔레비전이나 모니터 등의 밝기 또한 보다 정확하고 세밀하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 휴먼 아이, 형광등 및 백열등의 분광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 다이오드 및 가시광선 차단 필터의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법을 설명하는 개략 순서도이다.
도 5는 도 4의 단계 460 및 470의 세부 순서도이다.
도 6은 형광등 및 백열등의 조도 변화에 따른 제2 신호의 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제2 문턱값을 기준으로 제2 신호를 보정한 후의 조도 변화에 따른 제2 신호의 값을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 다이오드 및 가시광선 차단 필터 및 적외선 차단 필터의 배치를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공하는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprise)” 및/또는 “포함하는(comprising)”은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 “및/또는”은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면, 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 개략 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치(100)는 제1 다이오드(10)와, 제2 다이오드(20)와, 가시광선 차단 필터(30)와, 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC: 40)와, 광원 판별부(50)와, 조도 출력부(60)를 포함하여 구성된다.

제1 다이오드(10)는 및 제 2 다이오드(20)는 광원(1)으로부터 빛을 수신하여 전류값을 생성시키는 역할을 한다. 이때, 제1 다이오드(10)는 광원(1)의 빛을 직접 수신하며, 제2 다이오드(20)는 가시광선 차단 필터(30)를 통과한 광원(1)의 빛을 수신한다. 도 3에는 이러한 제1 다이오드(10), 제2 다이오드(20) 및 가시광선 차단 필터(30)의 배치 관계가 도시되어 있다.

가시광선 차단 필터(30)는 가시광역 영역의 빛을 차단하고, 적외선 영역의 빛을 투과시키는 역할을 하며, 블랙 컬러 필터(Black Color Filter)로 구성될 수 있다. 하지만, 가시광선 영역의 빛을 차단하는 필터라면 블랙 컬러 필터 이외의 어떠한 형태의 필터라도 적용될 수 있을 것이다.

아날로그 디지털 컨버터(40)는 제1 다이오드(10) 및 제2 다이오드(20)에서 생성된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 역할을 한다. 즉, 아날로그 디지털 컨버터(40)는 제1 다이오드(10)에서 생성된 아날로그 전류 신호로부터 디지털 신호인 제1 신호를 생성하여 출력하며, 제2 다이오드(20)에서 생성된 아날로그 전류 신호로부터 디지털 신호인 제2 신호를 생성하여 출력한다.

광원 판별부(50)는 아날로그 디지털 생성부(40)에서 생성된 제1 신호 및 제2 신호를 수신하고, 이를 분석하여 광원의 종류를 판별하는 역할을 한다.

조도 출력부(60)는 광원 판별부(50)에서 판별된 광원의 종류에 따라서, 각각 다른 수식을 적용하여 보정된 조도를 출력한다. 이렇게 보정된 조도를 출력하는 이유는 휴먼 아이와 동일한 분광 특성을 나타내기 위하여임은 앞에서 이미 설명하였으므로 이에 관한 설명은 생략한다.

본 발명의 가장 큰 특징은 광원 판별부(50)의 동작으로써, 제2 다이오드의 출력 신호를 미리 설정된 문턱값과 비교한 후, 입사된 광의 제2 다이오드의 출력 신호의 값이 미리 설정된 문턱값보다 크거나 작은 지에 따라서 광원의 종류를 판별하는 것을 특징으로 한다. 이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법을 설명하는 개략 순서도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 방법은, 먼저 조도별 제1 다이오드(10) 및 제2 다이오드(20)의 출력 신호인 제1 신호 및 제2 신호를 측정하고(S400), 이 측정된 결과로부터 광원 판별의 기준인 제2 신호의 문턱값인 제2 문턱값을 결정한다(S410).

도 6을 참조하면, 빛의 세기 즉, 조도별 제2 다이오드의 출력 신호 즉, 제2 신호의 크기의 변화를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도 6에는 광원 1 및 광원 2이 표시되어 있는데, 광원 1은 적외선 영역의 에너지가 상대적으로 적은 형광등 또는 삼파장등을 나타내며, 광원 2는 적외선 영역의 에너지를 많이 포함하는 백열등을 나타낸다.

이렇게, 형광등, 삼파장등 및 백열등을 광원 1 및 광원 2의 예로 들어 설명하는 이유는, 실제 조도 검출 장치가 형광등, 삼파장등 및 백열등과 같이 분광 특성이 매우 상이한 광원에 대하여 오차 없이 주면 밝기를 휴먼 아이와 동일하게 감지하도록 하는 것이 중요한 목적이기 때문이다.

즉, 본 발명에서 제2 다이오드(20)는 가시광선 차단 필터(30)를 통과한 빛을 수신하기 때문에, 제2 다이오드(30)의 출력 신호인 제2 신호는 적외선(IR) 영역의 에너지를 얼마나 많이 포함하고 있는가를 판단할 수 있는 지표가 된다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여 적외선 영역의 에너지가 상이한 두 가지 광원에 대하여 제2 다이오드의 출력 신호의 기준값인 제2 문턱값을 기초로 두 가지 광원의 종류를 판별한다.

본 명세서에는 형광등 및 백열등을 그 예로 들어 설명하고 있지만, 적외선 영역의 에너지가 달라 제2 문턱값을 이용하여 판별될 수 있는 광원이라면 어떠한 광원이라도 적용될 수 있음은 자명하다.

다시 도 6을 참조하면, 제2 문턱값이 표시되어 있는데, 이 제2 문턱값은 본 발명에서 제일 먼저 결정되어야 할 파라미터이다. 구체적으로, 제2 문턱값은 제1 광원 및 제2 광원에 대하여 광원 보상을 하지 않아도 되는 가장 큰 조도에서의 제1 광원 및 제2 광원에 대하나 제2 신호의 값 중 더 큰 값을 의미한다.

이때, 형광등인 제1 광원은 백열등인 제2 광원보다 제2 신호의 값이 모든 구간에서 당연히 작으므로, 보상을 하지 않아도 되는 가장 큰 조도 Lmax 에서의 제2 광원의 제2 신호의 값이 제2 문턱값으로 설정된다. 즉, 도 6에서 조도가 구간 1에 진입하기 전에는 제1 광원 및 제2 광원의 제2 신호의 값이 모두 제2 문턱값보다 작으며, 이때에는 보상을 할 필요가 없는 것으로 취급한다.

한편, 도 6에서 구간 1에서는 제1 광원의 제2 신호의 값은 제2 문턱값보다 작으나, 제2 광원의 제2 신호의 값은 제2 문턱값보다 크므로, 제2 신호의 값이 문턱값보다 크거나 작은지에 따라서 형광등인지 또는 백열등인지 명확하게 구별이 가능하다. 따라서, 구간 1에서는 제2 다이오드의 출력값이 제2 신호의 보정이 불필요하다.

한편, 도 6에서 구간 2에서는 제1 광원의 제2 신호의 값 역시 제2 문턱값보다 커지기 때문에 보정을 하지 않으면, 두 광원 모두 제2 광원 즉, 백열등인 것으로 잘못 판단될 수 있다. 이렇게 되면, 형광등을 백열등으로 잘못 판단하게 되고, 형광등의 다이오드 출력 값에 백열등의 조도 보정을 하게 되므로 조도 검출 장치의 조도 데이터 값은 큰 오차를 발생시키게 된다.

따라서, 구간 2에서는 제1 광원과 제2 광원의 제2 신호의 값을 보정해야 하는데, 근본적으로 제1 광원이 제2 광원에 비하여 제2 신호의 값이 작으므로, 이러한 점에 착안하여, 제1 광원의 제2 신호의 값이 제2 문턱값을 넘지 못하도록 보정을 한다. 이렇게 보정을 하게 되면 보정 후의 제2 신호의 값이 제2 문턱값보다 크거나 작은지에 따라서 두 광원을 구별할 수 있게 된다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 적용에 의하여 제2 신호의 값이 보정된 후의 조도에 따른 제2 신호의 값이 도시되어 있음을 알 수 있다. 구간 1에서는 보정이 적용되지 않았으며, 구간 2 및 구간 3에서는 보정이 적용되었다.

이때, 각 조도 구간별로 이러한 보정을 하기 위해서는, 제1 신호 및 제2 신호의 값 중 하나로 구간을 판단하여야 하는 바, 본 발명에는 제1 신호의 값을 기준으로 구간들을 구별한다. 즉, 도 7을 참조하면, 구간 1과 구간 2 사이의 세로 점선에 제1-1 문턱값이 표시되어 있으며, 구간 2와 구간 3 사이의 세로 점선에 제1-2 문턱값이 표시되어 있다.

이 제1-1 문턱값 및 제1-2 문턱값은 제1 신호의 기준 문턱값을 나타내는 것으로서, 제1 광원을 기준으로 제2 신호의 값이 제2 문턱값보다 작거나 같은 최대의 빛의 세기에서의 제1 신호의 값을 측정함으로써 결정된다. 즉, 도 7에서 구간 1에서 제1 광원의 제2 신호의 값이 제2 문턱값 또는 제2 문턱값보다 작은 미리 설정된 값에 도달하는 경우, 그 때의 조도값에서의 제1 광원의 제1 신호의 출력값을 제1-1 문턱값으로 설정한 것이다. 마찬가지로, 구간 2에서도 광원 1의 보정에 의하여 작아진 제2 신호의 값의 다시 제2 문턱값 또는 제2 문턱값보다 작은 미리 설정된 값에 도달하는 경우를 기준으로 제1-2 문턱값을 설정하였다. 이러한 방식으로, 구간 3, 구간 4, … , 구간 n에 대하여 각각의 문턱값을 설정할 수 있다.

다시 도 4로 돌아가면, 단계 410에서 제2 문턱값이 결정되면, 제2 문턱값을 기초로 상기와 같은 방식으로 제1 신호의 제1-1, 1-2, …, 1-n 문턱값을 결정한다(S420). 다음, 각 구간에 대하여 제2 신호를 보정할 가중치 계수를 결정한다(S430).

제2 신호를 보정할 가중치 계수까지 결정되면, 입사광의 제1 다이오드(10) 및 제2 다이오드(20)의 출력 신호인 제1 신호 및 제2 신호를 측정하고(S440), 제1 신호의 값에 따라서 속하는 구간을 판별하고, 판별된 구간에 따른 가중치 계수를 적용하여 입사광의 제2 신호를 보정한다(S450).

입사광의 제2 신호의 값이 보정되면, 보정된 제2 신호의 값과 제2 문턱값을 비교하여 광원의 종류를 판별한다(S460). 이후, 판별된 광원의 종류에 따른 조도값을 보정하고(S470), 보정된 조도 데이터를 출력한다(S480).

도 5에는 도 4의 단계 460 및 단계 470의 단계가 구체적으로 도시되어 있다.

즉, 입사광의 보정된 제2 신호의 값이 제2 문턱값보다 작은지를 판단하고(S461), 작은 경우에는 제1 광원 즉, 형광등이 광원인 것으로 판단하고(S463), 수식 1을 적용한 다음(S471), 조도 데이터를 출력한다.

반대로, 입사광의 보정된 제2 신호의 값이 제2 문턱값보다 큰 경우에는 제2 광원 즉, 백열등인 것으로 판단하고(S465), 수식 2를 적용한 다음(S473), 조도 데이터를 출력한다.

이상과 같은 방법으로 조도 데이터를 출력하면, 광원의 종류에 따른 오차 없이 정확한 조도 데이터를 출력하여, 주변의 밝기를 사람의 눈과 동일하게 판단할 수 있다.

이하에서는, 상기 내용 중 제2 신호의 보정 가중치 계수를 결정하는 방법과, 광원이 판별된 경우 수식 1 및 수식 2의 적용에 대하여 상세히 설명한다.

다시 도 7을 참조하면, 보정이 적용되는 구간 2 및 구간 3의 구간에서 제2 신호의 값이 제1 광원 및 제2 광원 모두 감소했음을 확인 할 수 있다. 즉, 도 6의 그래프에서 구간 2 및 구간 3의 값에 대하여 일정 가중치 계수를 곱하면 도 7과 같이 도시될 수 있다.

가중치 계수는 광원 특성 및 외부 환경에 따라서 다양하게 설정될 수 있지만, 본 발명은 일실시예로서, 구간 2에서는 가중치 계수를 1/2로, 구간 3에서는 1/4로 설정하였다. 도 7에 도시되지는 않았지만, 구간 4에서는 1/8로 설정하며, 구간 n에서는 1/2^(n-1)로 설정할 수 있다.

또한, 앞에서도 언급한 바 있지만, 제1-1, 제1-2 문턱값을, 제1 광원의 제2 신호의 값이 제2 문턱값과 동일해지는 경우 또는 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값과 동일해지는 경우를 기준으로 결정할 수 있음을 설명한 바 있다. 이때, 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값을 이용하는 것은 설계 여유(margin)를 확보하려는 것으로, 도 7에서는 이렇게 설계 여유를 고려한 경우가 도시되어 있다.

또한, 조도 출력부(60)는 수식 1 및 수식 2를 이용하여 조도 데이터를 출력할 수 있는데 수식 1 및 수식 2는 아래와 같다.

이때, 가중치 계수 X는 0.25로, 가중치 계수 Y는 0.5로 설정할 수 있다. 물론, 광원 및 외부 환경에 따라서, 가중치 계수 X 및 Y는 다른 값으로 변경될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 조도 검출 장치 및 방법을 이용하여 실제 조도값이 출력되는 과정을 예를 들어서 설명하기로 한다.

1. 형광등 50 Lux 환경인 경우

(1) 제1신호의 값: 60 Lux, 제2 신호의 값: 10 Lux

(2) 제1신호의 값 < 200 Lux 이므로, 구간 1에 속함

(3) 수식보정 불필요

(4) 제2 신호의 값 < 제2 문턱값: 40 Lux 이므로, 형광등으로 판단

(5) 조도 출력 데이터 = 60-10 = 50 Lux

2. 백열등 50 Lux 환경인 경우

(1) 제1신호의 값: 1200 Lux, 제2 신호의 값: 500 Lux

(2) 제1신호의 값 > 400 Lux 이므로, 구간 3에 속함

(3) 수식보정 필요, 구간 3이므로 가중치 계수 1/4

(4) 제2 신호의 값= 500/4= 125 > 제2 문턱값: 40 Lux 이므로, 백열등으로 판단

(5) 조도 출력 데이터 = 0.25*1200-0.5*10 = 50 Lux

3. 형광등 200 Lux 환경인 경우

(1) 제1신호의 값: 240 Lux, 제2 신호의 값: 40 Lux

(2) 200 Lux <제1신호의 값 < 400 Lux 이므로, 구간 2에 속함

(3) 수식보정 필요, 구간 2이므로 가중치 계수 1/2

(4) 제2 신호의 값= 40/2= 20 < 제2 문턱값: 40 Lux 이므로, 형광등으로 판단

(5) 조도 출력 데이터 = 240-40 = 200 Lux

4. 백열등 200 Lux 환경인 경우

(1) 제1신호의 값: 4800 Lux, 제2 신호의 값: 2000 Lux

(2) 제1신호의 값 > 400 Lux 이므로, 구간 3에 속함

(3) 수식보정 필요, 구간 3이므로 가중치 계수 1/4

(4) 제2 신호의 값= 2000/4=500 > 제2 문턱값: 40 Lux 이므로, 백열등으로 판단

(5) 조도 출력 데이터 = 0.25*4800-0.5*2000 = 200 Lux

이상의 예에서와 같이, 본 발명에 따르면 실제 조도계의 값과 동일한 조도 출력 데이터가 출력됨을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 개략 구성도이다.

도 8를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 검출 장치(200)는 제1 다이오드(210)와, 제2 다이오드(220)와, 가시광선 차단 필터(230)와, 적외선 차단 필터(225)와, 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC: 240)와, 광원 판별부(250)와, 조도 출력부(260)를 포함하여 구성된다.

또한, 도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 조도 검출 장치의 다이오드 및 가시광선 차단 필터 및 적외선 차단 필터의 배치를 나타내는 도면이다.

도 2의 구성에 적외선 차단 필터(225)가 부가된 것을 제외하고는 동일하므로, 부호만 다르고 명칭이 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

적외선 차단 필터(225)는 적외선 영역의 빛을 차단하고, 가시광선 영역을 통과시키는 역할을 한다. 즉, 적외선 차단 필터(225)는 최초 광원 입력을 광학 필터를 사용하여 휴먼 아이와 유사한 영역만을 통과시킴을 목적으로 한다.

이 경우 제2 다이오드(220)의 출력 값은 적외선 차단 필터(225)가 없을 경우보다 작아지게 된다. 본 실시예의 경우 광원 편차가 더 줄어드는 효과를 가지게 되는데, 제2 다이오드의 출력 신호가 작아지고, 제1 신호에서 제2 신호의 차이값에서 가시광선 성분이 커지므로 적외선 영역의 크기가 다른 광원들 간의 가시광선 성분을 맞추는 데에 효과적이다.

이 외의 데이터 처리 과정은 앞의 도 2의 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

이상 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하셔 설명하였다. 하지만, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 기술된 것이고 본 발명의 내용을 이에 한정하거나 제한하기 위하여 기술된 것은 아니다, 그러므로, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예를 실시하는 것이 가능할 것이다, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 조도 검출 장치 10: 제1 다이오드
20: 제2 다이오드 30: 가시광선 차단 필터
40: 아날로그 디지털 컨버터 50: 광원 판별부
60: 조도 출력부

Claims

광을 수신하는 제1 다이오드;
가시광선 광을 차단하는 가시광선 차단 필터;
상기 가시광선 차단 필터를 통과한 광을 수신하는 제2 다이오드;
상기 제1 다이오드로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호인 제1 신호를 생성하고, 상기 제2 다이오드로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호인 제2 신호를 생성하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터; 및
상기 아날로그 디지털 컨버터에서 생성된 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 광원의 종류를 판별하는 광원 판별부; 및
상기 광원 판결부에서 판별된 광원의 종류에 따라 조도 데이터를 보정하여 출력하는 조도 출력부를 포함하고,
상기 광원 판별부는,
미리 구축된 제1 광원 및 제2 광원에 대한 조도별 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 값을 기준으로 상기 제2 신호의 제2 문턱값을 결정하고,
입사되는 광량에 대한 상기 제2 신호에 미리 설정된 가중치 계수를 곱하여 보정하고,
상기 보정된 제2 신호의 값이 상기 제2 문턱값보다 크거나 작은지로 광원을 분별하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 문턱값은,
상기 제1 광원 및 상기 제2 광원에 대하여 광원 보상을 하지 않아도 되는 가장 큰 조도에서의 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값 중 더 큰 값인 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원 판별부는,
상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값보다 크고, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값 이하인 가장 큰 조도 Lmax에서의 상기 제1 신호의 값을 제1-1 문턱값으로 결정하고,
조도가 상기 Lmax 보다 큰 구간에서, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값이 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값보다 작거나 같도록 상기 가중치 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제3항에 있어서,
상기 광원 판별부는,
조도가 상기 Lmax 보다 큰 구간에서, 미리 설정된 조도 구간 별로 상기 가중치 계수를 각각 다르게 설정하고,
각 조도 구간별 상기 제1 광원의 상기 제2 신호가 최대일 때의 상기 제1 광원의 상기 제1 신호의 값들을 각각 제1-2 문턱값에서부터 제1-n 문턱값(n은 미리 설정된 자연수)으로 설정하고,
입사되는 광원에 대한 상기 제1 신호의 값이 상기 제1-1 문턱값, 상기 제1-2 문턱값, 상기 제1-n 문턱값을 기준으로 상기 미리 설정된 조도 구간 중 어느 구간에 속하는지를 판단하여 상기 가중치 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원 판별부는,
입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 작거나 같으면 광원이 상기 제1 광원인 것으로 판별하고, 입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 크면 광원이 상기 제2 광원인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 광원은 형광등 또는 삼파장등이고, 상기 제2 광원은 백열등인 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제5항에 있어서,
상기 조도 출력부는,
광원이 상기 제1 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값과 상기 제2 신호의 값과의 차이를 조도 데이터로 출력하고,
광원이 상기 제 2 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값에 가중치 계수 X를 곱한 값과 상기 제2 신호의 값에 가중치 계수 Y를 곱한 값과의 차이를 조도 데이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 가시광선 차단 필터는 블랙 컬러 필터(Black Color Filter)인 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
제1항에 있어서,
적외선 광을 차단하는 적외선 차단 필터를 더 포함하고,
상기 제1 다이오드는 상기 적외선 차단 필터를 통과한 광을 수신하고,
상기 제2 다이오드는 상기 적외선 차단 필터 및 상기 가시광선 차단 필터를 모두 통과한 광을 수신하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 장치.
입사되는 광에 의해서 발생하는 제1 다이오드의 전류값을 측정하는 단계;
가시광선 차단 필터를 통과한 입사되는 광에 의해서 발생하는 제2 다이오드의 전류값을 측정하는 단계;
아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 상기 제1 다이오드의 측정된 전류값으로부터 디지털 신호인 제1 신호를 생성하는 단계;
아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 상기 제2 다이오드의 측정된 전류값으로부터 디지털 신호인 제2 신호를 생성하는 단계;
상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 광원의 종류를 판별하는 단계; 및
상기 판별된 광원의 종류에 따라 조도 데이터를 보정하여 출력하는 단계를 포함하고,
상기 광원의 종류를 판별하는 단계는,
미리 구축된 제1 광원 및 제2 광원에 대한 조도별 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 값을 기준으로 상기 제2 신호의 제2 문턱값을 결정하는 단계;
입사되는 광량에 대한 상기 제2 신호에 미리 설정된 가중치 계수를 곱하여 보정하는 단계; 및
상기 보정된 제2 신호의 값이 상기 제2 문턱값보다 크거나 작은지로 광원을 분별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 광원 및 상기 제2 광원에 대하여 광원 보상을 하지 않아도 되는 가장 큰 조도에서의 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값 중 더 큰 값을 상기 제2 문턱값으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 방법.
제11항에 있어서,
상기 광원의 종류를 판별하는 단계는,
상기 제2 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값보다 크고, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값은 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값 이하인 가장 큰 조도 Lmax 에서의 상기 제1 신호의 값을 제1-1 문턱값으로 결정하는 단계; 및
조도가 상기 Lmax 보다 큰 구간에서, 상기 제1 광원의 상기 제2 신호의 값이 상기 제2 문턱값 또는 상기 제2 문턱값 이하의 미리 설정된 값보다 작거나 같도록 상기 가중치 계수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 방법.
제12항에 있어서
상기 광원의 종류를 판별하는 단계는,
조도가 상기 Lmax 보다 큰 구간에서, 미리 설정된 조도 구간 별로 상기 가중치 계수를 각각 다르게 설정하는 단계;
각 조도 구간 별로 상기 제1 광원의 상기 제2 신호가 최대일 때의 상기 제1 광원의 상기 제1 신호의 값들을 각각 제1-2 문턱값에서부터 제1-n 문턱값(n은 자연수)으로 설정하는 단계; 및
입사되는 광원에 대한 상기 제1 신호의 값이 상기 제1-1 문턱값, 상기 1-2 문턱값, 상기 제1-n 문턱값을 기준으로 상기 미리 설정된 조도 구간 중 어느 구간에 속하는지를 판단하여 상기 가중치 계수를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 방법.
제10항에 있어서,
상기 광원의 종류를 판별하는 단계는,
입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 작거나 같으면 광원이 제1 광원인 것으로 판별하는 단계; 및
입사되는 광원의 상기 제2 신호의 보정된 값이 상기 제2 문턱값보다 크면 광원이 상기 제2 광원인 것으로 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 방법.
제14항에 있어서,
상기 제1 광원은 형광등 또는 삼파장등이고, 상기 제2 광원은 백열등인 것을 특징으로 하는 조도 검출 방법.
제15항에 있어서,
상기 조도 데이터를 보정하여 출력하는 단계는,
광원이 상기 제1 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값과 상기 제2 신호의 값과의 차이를 조도 데이터로 출력하는 단계; 및
광원이 상기 제2 광원인 것으로 판별된 경우, 상기 제1 신호의 값에 가중치 계수 X 를 곱한 값과 상기 제2 신호의 값에 가중치 계수 Y 를 곱한 값과의 차이를 조도 데이터로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조도 검출 방법.