KR101427509B1 - 능동 배광 제어 조명 기구 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 수광부와 발광부가 패키지화된 단위 광원이 복수로 배열되어 있는 평면 광원과, 상기 평면 광원 상부에 이격되어 배치되며 평면 광원의 발광부로부터 발생되는 빛을 외부로 확산시키고 피조면의 조도 분포를 평면 광원의 수광부로 결상시키는 평면 렌즈와, 상기 평면 광원의 수광부로부터 조도 분포를 전달받아 발광부의 점등 또는 밝기를 개별적으로 제어하는 제어부를 포함하는 능동 배광 제어 조명 기구를 제공한다. 상기 수광부를 통해 피조면의 조도 분포를 결상시켜 피조면의 조도 분포를 측정하고, 측정된 조도 분포 결과에 따라 상기 발광부의 밝기 또는 점등을 개별적으로 제어할 수 있다.

Description

능동 배광 제어 조명 기구 및 그 제어 방법 {Light system with active light distribution and control method thereof}

본 발명은 배광 제어 조명 기구에 관한 것으로서, 상세하게는 수광부와 발광부가 패키지화된 평면 광원을 통해 피조면의 조도 분포를 측정하여 발광부를 개별적으로 제어하는 새로운 조명 기구 및 제어 방법을 제안한다.

광원에 대한 조사면의 조도는 광원과 조사면의 거리에 따라 결정되며, 조사면의 조도는 거리의 제곱에 비례하여 감소하게 된다.동일한 광원에서 나온 빛은 동일한 조사면이라고 하더라도 광원의 발산각에 따라 조도가 달라지며 따라서 동일한 광원과 조사면이라도 조도가 균일하지 않고 차이가 나게 된다.

통상의 발광 다이오드 배광은 0도를 기준으로 높은 광도를 가지고 있고 발산각에 따라 광원과의 거리가 크기 때문에 조사면의 조도 분포가 발산각의 각도에 따라 빛의 감소가 매우 크게 발생하여 조사면의 조도가 매우 불균일하게 되는 단점이 있다.

한편, 실내의 피조면의 상태에 따라 조도가 달라질 수 있는데 이러한 경우 조명 기구를 일관적으로 동작시키게 되면 불필요한 에너지의 소모를 야기하거나 효과적인 배광을 하기 어렵다.

기존에는 실내의 조도 분포에 따라 램프의 배광 분포와 광량을 제어하기 위한 방법으로 조명 기구의 외부에 별도의 CCD 카메라를 설치하여 주위 밝기를 인식하거나 실내 주위에 조도 센서를 설치하여 실내 밝기를 인식하고 조명 기구의 밝기를 제어하였다.

이러한 배광 제어의 경우 외부에 센서를 설치해야 하는 문제가 있으며, LED가 아닌 기존의 백열 램프 등기구와 형광 램프 등기구에서는 배광 분포를 실시간적으로 변경할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 형광 램프는 조광 제어의 범위 또한 넓지 않다.

다양한 조명 기구에 대해서 효율적인 배광 제어를 하여 실내 밝기에 따른 조광 변화를 이루기 위해서는 새로운 조명 기구의 개발이 요구되고, 이에 적합한 제어 방법이 필요하다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 외부 센서 없이 능동적으로 배광 제어할 수 있는 조명 기구를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 피조면의 조도 분포에 따라 발광부의 점등 또는 밝기를 실시간으로 제어할 수 있는 조명 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 조명 기구만으로 실내 조명을 효율적으로 제어할 수 있는 배광 제어 방법을 제공하는데 있다.

기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수광부와 발광부가 패키지화된 단위 광원이 복수로 배열되어 있는 평면 광원과, 상기 평면 광원 상부에 이격되어 배치되며 평면 광원의 발광부로부터 발생되는 빛을 외부로 확산시키고 피조면의 조도 분포를 평면 광원의 수광부로 결상시키는 평면 렌즈와, 상기 평면 광원의 수광부로부터 조도 분포를 전달받아 발광부의 점등 또는 밝기를 개별적으로 제어하는 제어부를 포함하는 능동 배광 제어 조명 기구를 제공한다.

상기 평면 광원의 발광부는 LED 를 사용할 수 있고, 상기 평면 광원의 수광부는 광센서 또는 포토다이오드를 사용할 수 있다.

상기 평면 렌즈는 상면이 동심원 상으로 배열되고 곡률이 다른 복수의 환형 렌즈부를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 환형 렌즈부는 외곽에서 동심원의 중심으로 갈수록 곡률 반경이 커지도록 형성될 수 있다.

상기 평면 광원의 단위 광원을 개별적으로 점등 또는 밝기를 제어하는 복수의 제어 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 평면 광원과 평면 렌즈는 기구부에 의해 지지되며, 기구부의 내면에는 반사판이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 수광부와 발광부가 패키지화된 단위 광원이 복수로 배열되어 있는 평면 광원과, 상기 평면 광원 상부에 이격되어 배치되는 평면 렌즈와, 상기 평면 광원을 개별적으로 제어하는 제어부를 포함하는 조명 기구에 있어서, 상기 수광부를 통해 피조면의 조도 분포를 결상시켜 피조면의 조도 분포를 측정하는 광검출 단계와, 측정된 조도 분포 결과에 따라 상기 발광부의 밝기 또는 점등을 제어하는 발광 단계를 포함하며, 상기 광검출 단계와 발광 단계가 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 방법을 제공한다.

상기 광검출 단계가 진행되는 동안에 발광부는 꺼져 있는 것이 바람직하다. 상기 평면 렌즈는 발광부로부터 발생되는 빛을 외부로 확산시키고 피조면의 조도 분포를 평면 광원의 수광부로 결상시키며, 상기 발광부의 밝기 또는 점등은 단위 광원 별로 개별적으로 제어되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 피조면의 조도 분포를 측정하기 위하여 외부 센서 없이 발광 및 수광 다이오드 패키지를 이용함으로써 조도 분포를 판단하는 마이콤과 제어 장치, 구동 회로 등을 하나의 시스템으로 구현 가능하다.

또한, 수광부 배열에 들어온 빛의 조도 분포에 따라 램프의 배광 분포 및 밝기를 최적화할 수 있으므로 실내 조명을 효율적으로 제어할 수 있다.

특히 본 발명의 조명 기구는 실내 환경에 따라 실시간으로 실내 조명을 제어하여 조명 기구의 수명을 연장시킬 수 있고, 불필요한 에너지 사용을 억제하는데 효과적이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명 기구를 보인 모식도
도 2는 본 발명의 조명 기구의 평면 렌즈를 보인 평면도
도 3은 본 발명의 조명 기구의 평면 렌즈를 보인 측면도
도 4는 본 발명의 조명 기구의 평면 광원의 수광부 및 발광부 패키지를 보인 단면 모식도
도 5는 본 발명에 따른 조명 기구 제어 방법을 보인 도면

본 발명은 수광부와 발광부가 일체화된 조명 기구를 이용하여 피조면의 조도 분포에 따라 조명 기구의 배광 분포와 밝기를 능동적으로 실시간 제어하는 조명 장치를 제안한다.

구체적으로 본 발명에 따른 조명 기구는 수광부와 발광부가 하나의 패키지로 이루어져 있고, 이 패키지를 다수 배열한 평판 광원과 평면 렌즈를 사용하여 평판 광원의 수광면 상에 피조면의 조도 분포를 결상시켜 밝은 곳과 어두운 곳을 인식하며, 인식된 결과에 다라 발광부의 부분 점등 및 조광 점등을 실시하여 효율적으로 실내 밝기를 제어한다.

이하 도면을 참조하며 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명 기구를 보인 모식도이다. 도시된 바에 따르면, 본 발명의 조명 기구는 수광부와 발광부가 패키지화된 단위 광원이 복수로 배열되어 있는 평면 광원(20)을 포함한다.

상기 평면 광원 상부에는 평면 렌즈(10)가 이격되어 배치되어 있다. 이 평면 렌즈는 평면 광원의 발광부로부터 발생되는 빛을 외부로 확산시키고 피조면의 조도 분포를 평면 광원의 수광부로 결상시키는 역할을 담당한다.

또한, 본 발명의 조명 기구는 상기 평면 광원의 수광부로부터 조도 분포를 전달받아 발광부의 점등 또는 밝기를 개별적으로 제어하는 제어부를 포함하여 능동 적으로 조명 기구의 배광을 제어한다.

이와 같은 기술적 구성을 통해 본 발명은 피조면의 조도 분포를 측정하기 위한 외부 센서를 별도로 구비할 필요 없이 발광부 및 수광부가 다이오드 패키지를 이용함으로써 조도 분포를 판단하는 마이콤과 제어 장치, 구동 회로 등을 하나의 조명장치 시스템으로 구현 가능하다.

상기 평면 광원의 단위 광원에는 각각 제어 스위치가 연결되어 개별적으로 점등 또는 밝기가 제어되는 것이 바람직하다. 상기 평면 광원과 평면 렌즈는 기구부에 의해 지지되며, 기구부의 내면에는 조명 기구의 광 효율을 높여주기 위해 반사판(40)을 부착할 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 조명 기구에서 평면 렌즈(10)의 구조를 보인 평면도와 측면도이다. 도시된 바와 같이 평면 렌즈는 피조면의 조도 분포가 수광부 배열에 결상되도록 배율이 설계되어 있고, 발광부에서 발생한 빛을 의도된 배광 분포로 퍼뜨려 주는 구조로 되어 있다.

구체적으로 상기 평면 렌즈는 상면이 동심원 상으로 배열되고 곡률이 다른 복수의 환형 렌즈부로 나누어져 있고, 이 때 상기 환형 렌즈부는 외곽(14)에서 동심원의 중심(12)으로 갈수록 곡률 반경이 커지도록 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 조명 기구의 평면 광원의 수광부 및 발광부가 패키지화된 단위 광원을 보인 단면 모식도이다.

평면 광원의 발광부로서 예를 들어 LED 를 사용할 수 있고, 수광부로는 광센서 또는 포토다이오드를 사용할 수 있다. 또한, 발광부인 LED와 수광부인 포토다이오드를 하나의 패키지로 형성하거나, 두 가지 기능을 겸비한 일체화된 구조로 형성할 수도 있을 것이다.

이와 같은 단위 광원을 개별적으로 제어하여 전체적인 배광 분포를 실내의 조명 환경에 맞게 효율적으로 변화시킬 수 있다.

구체적으로, 평면 광원(20)은 발광부 및 수광부가 패키지화된 단위 광원이 균일하게 복수로 배열되어 평면 광원으로서 사용된다. 조명 기구 전방의 피조면의 조도 분포는 패키지화된 단위 광원의 수광부에 결상된다. 발광부에서 나오는 빛은 평면 렌즈를 통해 전방으로 확산된다.

제어부는 수광부로부터 측정된 피조면의 조도 분포에 따라 발광부의 밝기 또는 점등 여부를 변화시켜 조명 기구의 배광 분포를 제어한다. 즉, 발광부 및 수광부가 패키지화된 단위 광원들의 배열에 피조면의 조도분포가 각각의 수광부에 결상되면 각 단위 광원들 수광되는 광량을 제어부(30)가 검출하여 각 단위 광원에서 발광부의 밝기를 조광 제어하게 된다.

수광부의 외부 및 검출과 발광부의 조광 제어는 예를 들어 PWM 방식을 사용하여 발광부 배열의 휘도를 제어할 수 있다.

본 발명은 수광부와 발광부가 패키지화된 단위 광원이 복수로 배열되어 있는 평면 광원과, 상기 평면 광원 상부에 이격되어 배치되는 평면 렌즈와, 상기 평면 광원을 개별적으로 제어하는 제어부를 포함하는 조명 기구에 있어서, 상기 수광부를 통해 피조면의 조도 분포를 결상시켜 피조면의 조도 분포를 측정하는 광검출 단계와, 측정된 조도 분포 결과에 따라 상기 발광부의 밝기 또는 점등을 제어하는 발광 단계를 포함하며, 상기 광검출 단계와 발광 단계가 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 방법을 제공한다.

이러한 제어 방법에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 제어부(30)가 평면 광원의 발광부 및 수광부를 제어하는 방식을 도시한다.

한 주기 내에서 광 검출 기간 동안에는 수광부로 들어오는 외부 빛의 양을 검출한다(광검출기간 A). 이 기간 동안 피조면의 조도 분포를 검출하게 되며, 이에 따라 각 발광부의 밝기를 결정한다. 결정된 각 발광부의 밝기는 발광 기간 동안의 점등 시간을 변화시켜 제어된다(발광 기간 B).

광검출 단계가 진행되는 동안에 발광부는 꺼져 있는 것이 바람직하며, 평면 렌즈는 피조면의 조도 분포를 평면 광원의 수광부로 결상시키며, 상기 발광부의 밝기 또는 점등은 단위 광원 별로 개별적으로 제어되어 발광부로부터 발생되는 빛이 평면 렌즈를 통해 외부로 확산된다.

이와 같이 수광부 배열에 들어온 빛의 조도 분포에 따라 램프의 배광 분포 및 밝기를 최적화할 수 있으므로 실내 조명을 효율적으로 제어할 수 있다. 특히 불필요한 에너지 사용을 억제할 뿐만 아니라 조명 기구의 수명을 연장시킬 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

10: 평면 렌즈 20: 평면 광원
30: 제어부 40: 반사판

Claims (11)

1. 수광부와 발광부가 패키지화된 단위 광원이 복수로 배열되어 있는 평면 광원과,
   상기 평면 광원 상부에 이격되어 배치되며 평면 광원의 발광부로부터 발생되는 빛을 외부로 확산시키고 피조면의 조도 분포를 평면 광원의 수광부로 결상시키는 평면 렌즈와,
   상기 평면 광원의 수광부로부터 조도 분포를 전달받아 발광부의 점등 또는 밝기를 개별적으로 제어하는 제어부를 포함하는
   능동 배광 제어 조명 기구.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 평면 광원의 발광부는 LED 인 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 조명 기구.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 평면 광원의 수광부는 광센서 또는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 조명 기구.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 평면 렌즈는 상면이 동심원 상으로 배열되고 곡률이 다른 복수의 환형 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 조명 기구.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 환형 렌즈부는 외곽에서 동심원의 중심으로 갈수록 곡률 반경이 커지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 조명 기구.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 평면 광원의 단위 광원을 개별적으로 점등 또는 밝기를 제어하는 복수의 제어 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 조명 기구.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 평면 광원과 평면 렌즈는 기구부에 의해 지지되며, 기구부의 내면에는 반사판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 조명 기구.
   
8. 수광부와 발광부가 패키지화된 단위 광원이 복수로 배열되어 있는 평면 광원과, 상기 평면 광원 상부에 이격되어 배치되는 평면 렌즈와, 상기 평면 광원을 개별적으로 제어하는 제어부를 포함하는 조명 기구의 능동 배광 제어 방법에 있어서,
   상기 수광부를 통해 피조면의 조도 분포를 결상시켜 피조면의 조도 분포를 측정하는 광검출 단계와,
   측정된 조도 분포 결과에 따라 상기 발광부의 밝기 또는 점등을 제어하는 발광 단계를 포함하며,
   상기 광검출 단계와 발광 단계가 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는
   능동 배광 제어 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 광검출 단계가 진행되는 동안에 발광부는 꺼져 있는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 방법.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 평면 렌즈는 발광부로부터 발생되는 빛을 외부로 확산시키고 피조면의 조도 분포를 평면 광원의 수광부로 결상시키는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 방법.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 발광부의 밝기 또는 점등은 단위 광원 별로 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 능동 배광 제어 방법.

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