KR101632405B1 - 모사 조명 제어장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따르면, 모사조명제어장치에 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호가 입력되는 조명조건 입력 단계; 상기 조명조건 입력 단계에서 입력된 조건 신호를 충족하는 방향별 조명용 스펙트럼을 생성하는 조명 스펙트럼 생성단계; 상기 스펙트럼 생성단계에서 제시된 방향별 스펙트럼의 조명을 생성시키기 위한 각 엘이디 모듈별 조명 제어값을 산출하는 단계; 및 상기 조명 제어값에 따라 각 엘이디 모듈에 대하여 조명 제어 신호를 출력하는 단계: 를 포함하는 모사조명 제어방법이 제공된다.
Description
본 발명은 외부 환경 변화에 따라 내부 조명을 제어하는 모사 조명제어장치 및 그 방법에 관한 기술이다.
빛은 어두움을 밝게 해 줄 뿐만 아니라, 인간의 생체리듬, 감성 등에도 영향을 미친다. 오랜 시간 자연광에 노출되어 생활해 온 인류에게 있어서, 자연광은 생체 리듬 조절에 큰 역할을 할 뿐 아니라, 인간의 감성 및 인지에도 영향을 미치게 된다.
이러한 자연광은 장소나 시간 및 방향에 따라 달라질 뿐 아니라, 기후 환경에 영향을 받게 된다. 이러한 기후환경 모사 조명은 자연광을 대체하는 인공광 효과를 위해서 필요할 뿐만 아니라, 카메라 테스트 베드와 같이 자연 조명 환경을 시뮬레이션하기 위한 인공조명 시설에서도 요구된다.
이러한 자연광의 효과를 모사하기 위하여 조명에서도 기존에 색온도 조절 기능을 가지는 조명이 제안되고 개발되어 왔다.
이러한 색온도는 자연과의 일부 속성만을 나타내며, 스펙트럼 분포에 있어서는 자연광과 큰 차이를 보이고 있다.
따라서 보다 효율적인 자연광의 모사 효과를 가지기 위해서는 방향을 포함하는 외부 환경에 따라 스펙트럼제어가 용이한 엘이디 조명장치가 요구된다.
본 발명과 관련된 배경기술은 대한민국 공개특허공보 KR 2013-0043868A(자동 해돋이모사 조명방법 및 조명등장치)에 개시된다.
본 발명의 목적은 다수의 광원으로 형성된 평판 조명을 이용하여 외부 환경의 방향별 자연광 변화에 따라 실시간으로 제어될 수 있는 모사 조명제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 요구되는 기후 조건과 환경 조건을 고려한 조명 모듈 스펙트럼을 생성하여, 기후에 의한 영향 및 자연물 및 인공물 환경에 의한 영향을 내부 조명에 반영되는 모사조명제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 모사조명제어장치에 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호가 입력되는 조명조건 입력 단계; 상기 조명조건 입력 단계에서 입력된 조건 신호를 충족하는 방향별 조명용 스펙트럼을 생성하는 조명 스펙트럼 생성단계; 상기 스펙트럼 생성단계에서 제시된 방향별 스펙트럼의 조명을 생성시키기 위한 각 엘이디 모듈별 조명 제어값을 산출하는 단계; 및 상기 조명 제어값에 따라 각 엘이디 모듈에 대하여 조명 제어 신호를 출력하는 단계: 를 포함하는 모사조명 제어방법이 제공된다.
또한, 상기 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호에는 사용자에 의하여 지정된 CCT 또는 CRI 표준조명의 일부 및 중요도에 따른 가중치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호는, 상기 모사조명제어장치에 포함된 센싱부로부터 실시간으로 입력된 수직 상방 및 동, 서, 남, 북의 방향별로 측정된 색온도 및 스펙트럼 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호는, 입력부를 통하여 특정 위치 및 특정 시간대의 조명 환경을 요구하는 신호를 포함하며, 상기 조명 스펙트럼 생성단계에서는, 상기 입력된 조건 신호에 따라, 위치 및 시간에 따라 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼에 대한 자료가 축적된 데이터베이스로부터, 상기 요구된 특정 위치 및 특정 시간대에 매칭되는 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼을 추출하여 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명 제어값을 산출하는 단계는, 조명장치에서 방향별로 기준이 되는 엘이디 모듈에 상기 조명 스펙트럼 생성단계에서 생성된 해당 방향의 색온도값 및 스펙트럼 분포 조건을 해당 방향 영역의 엘이디 모듈 개수를 감안하여 배분된 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하고, 상기 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값으로부터 거리 비율에 따라 배분하여 상기 해당 영역 방향의 각 엘이디 모듈별로 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하는 과정을 포함하여 상기 조명 제어값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명장치에서 각 방향의 중간 영역은 제1 방향에 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값 및 제2 방향에 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값을 바탕으로 interpolation 함수를 이용하여 산출하는 과정을 포함하여 상기 조명 제어값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명 제어값을 산출하는 단계는, 엘이디 소자별로 상기 데이터베이스로부터 상기 엘이디 모듈별로 산출된 스펙트럼 분포값에 대한 모델링 분포를 검색하는 단계; 상기 모델링 분포의 검색 결과 제시된 스펙트럼 및 색온도를 포함하는 상기 조명 특성에 대한 조건을 기반으로 최적 광원소자 그룹을 선택하는 단계; 및 상기 엘이디 모듈별로 상기 선택된 엘이디 소자 그룹들에 대하여 스위칭 신호를 포함하는 조명 제어값을 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 최적의 광원 소자를 선택하는 단계는, 상기 산출된 스펙트럼 분포값을 포함하는 조건에 적합한 범위를 가지도록 장파장 엘이디 소자와 단파장 엘이디 소자의 조합으로 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 조명 조건이 입력되는 입력부; 상기 입력부에서 입력된 조건 신호를 만족하는 각 방향별 조명 색온도 및 조명 스펙트럼을 생성하는 조명 스펙트럼 생성부; 상기 생성된 스펙트럼이 분포에 따라 각 엘이디 모듈별 조명 제어값을 산출시키는 조명 제어값 산출부; 상기 조명 제어값을 출력하여 각 엘이디 모듈을 제어하는 모듈 조명 제어부; 및 상기 모듈 조명 제어부의 제어신호에 따라 스펙트럼 조명을 수행하며, 장파장 엘이디 소자와 단파장 엘이디 소자의 그룹의 조합으로 이루어진 LED모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모사조명 제어장치는 외부에서 각 방향별 자연광의 특성 정보를 실시간으로 센싱하여 센싱신호를 발생시키는 센싱부를 더 포함하며, 상기 입력부는, 실시간 자연광 모사조명 모드 및 특정 환경 자연광 모사조명 모드에 대한 선택모드를 포함하고, 상기 실시간 자연광 모사조명 모드에서는 상기 입력부에 상기 센싱부로부터 실시간으로 센싱된 색온도 및 스펙트럼 센싱신호가 입력되고, 상기 조명 스펙트럼 생성부에서 상기 입력된 센싱신호로부터 조명 스펙트럼을 생성하는 것을 특징으로 하며, 상기 특정 환경 자연광 모사조명 모드에서는 상기 입력부에 입력된 조명조건 신호에 따라, 상기 조명 스펙트럼 생성부에서 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼에 대한 자료가 축적된 데이터베이스로부터, 상기 조명 조건 신호 조건에 매칭되는 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼을 추출하여 생성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 방향별 외부 환경에 따른 자연광 변화에 맞추어 실시간으로 정확하게 실내 모사조명을 외부의 자연광 환경과 동일하게 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 다양한 외부 자연광의 조명 상태를 창이 없는 실내에서 유사하게 연출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 방향별로 조명 특성을 달리 적용함으로써, 기후 (구름의 정도, 비 또는 눈 여부 등) 조건과 자연광의 전경에 있는 건물의 위치, 크기, 건물에서 나오는 조명의 특성 등뿐 아니라 후면에 산, 전면에 바다가 위치되는 위치 등에 대한 자연 환경 조명 효과를 실내에서 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모사조명제어장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모사조명제어방법에 대한 과정을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명조건이 입력되는 다양한 예를 도시한 것이다.
도 4는 측정 방향에 따른 태양광 및 하늘에 대한 스펙트럼 분포의 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 조명 스펙트럼 생성단계의 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어값 산출부에서 각 모듈별 제어값을 산출하는 과정의 예를 도시한 것이다.
도 7은 각 엘이디 소자별 조명제어값을 산출하는 예를 도시한 것이다.
도 8은 단파장 LED 소자의 스펙트럼 분포에 대한 모델링의 예를 도시한 것이다.
도 9는 D65의 스펙트럼 분포에 적용된 엘이디 소자의 조합 스펙트럼 예를 도시한 예이다.
도 10은 모듈제어 조명부의 제어신호에 따라 각 엘이디 모듈이 엘이디 소자의 조합군을 형성한 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예 따른 모사조명제어장치의 제어에 의한 조명 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모사조명제어방법에 대한 과정을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명조건이 입력되는 다양한 예를 도시한 것이다.
도 4는 측정 방향에 따른 태양광 및 하늘에 대한 스펙트럼 분포의 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 조명 스펙트럼 생성단계의 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어값 산출부에서 각 모듈별 제어값을 산출하는 과정의 예를 도시한 것이다.
도 7은 각 엘이디 소자별 조명제어값을 산출하는 예를 도시한 것이다.
도 8은 단파장 LED 소자의 스펙트럼 분포에 대한 모델링의 예를 도시한 것이다.
도 9는 D65의 스펙트럼 분포에 적용된 엘이디 소자의 조합 스펙트럼 예를 도시한 예이다.
도 10은 모듈제어 조명부의 제어신호에 따라 각 엘이디 모듈이 엘이디 소자의 조합군을 형성한 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예 따른 모사조명제어장치의 제어에 의한 조명 예를 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
그리고 특정 실시 예들은 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 요구되는 조명에 대한 조건의 입력과 이를 바탕으로 한 조명 스펙트럼을 생성하여 개별 조명을 제어하는 방법을 제시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모사조명제어장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스펙트럼 제어 가능한 모사조명제어장치(10)는 외부에서 각 방향별 자연광의 특성 정보를 실시간으로 센싱하여 센싱신호를 발생시키는 센싱부(21), 사용자가 필요로 하는 조명 조건이 입력되는 조명조건 입력부(11), 상기 입력부의 조명조건에 따라 조명 조건을 만족하는 스펙트럼 분포를 생성시키는 스펙트럼 생성부(11), 생성된 스펙트럼분포에 따라 각 모듈별 조명 제어값을 산출시키는 조명 제어값 산출부(14), 상기 조명 제어값을 출력하도록 각 모듈을 제어하는 모듈 조명 제어부(15), 상기 모듈 조명 제어부의 제어신호에 따라 스펙트럼 조명을 수행하며, 장파장 소자와 단파장 소자의 그룹의 조합으로 이루어진 LED모듈(20-1…20-n) 들로 이루어진 조명장치(20), 그리고 각 부의 기능이 정해진 프로세서에 따라 제어를 수행하도록 각 부를 제어하는 중앙 제어부(12)를 포함한다.
상기 입력부(22)는 실시간 자연광 모사조명 모드 및 특정 환경 자연광 모사조명 모드를 선택할 수 있는 선택모드가 포함된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱부(21)는 외부에 설치되면, 각 방향별로 자연광의 특성을 센싱하는 다수의 센서 및 센싱제어부를 포함하며, 상기 센싱제어부는 센서로부터 각 방향별 센싱신호를 입력받아 각 방향별 색온도 및 스펙트럼 신호를 발생시킨다.
상기 센싱부(21)에서 발생된 각 방향별 색온도 및 스펙트럼 신호는 실시간으로 상기 입력부(22) 및 데이터베이스(19)에 전송된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 다수의 센서는 수직 상방, 동, 서, 남, 북 방향으로 형성된 광 가이드 관내에 각각 장착된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 다수의 센서는 수직 상방 및 수평면상에서의 4 방위와 상기 수평면상에서 45도의 상향 각도를 가진, 동, 서, 남, 북 방향으로 형성된 광 가이드 관내에 각각 장착될 수 있다.
또는 필요할 경우 수평간격 및 수직간격을 더 세분하여 센서를 배치할 수 있다.
상기 센싱부(21)의 센싱제어부는 다수개의 입력부가 형성된 spectrometer 등을 포함하여 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모사조명제어방법에 대한 과정을 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 31단계에서 입력부(22)에서 사용자에 의하여 선택적으로 지정된 조명 조건을 조합하여 조명 스펙트럼 생성을 위한 조명 조건 신호가 생성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명조건이 입력되는 다양한 예를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자연광의 색온도 및 스펙트럼은 기후(구름의 정도, 비 또는 눈 여부 등) 조건, 또는 동일 기후 조건이더라도 자연광의 전경에 있는 건물의 위치, 크기, 건물에서 나오는 조명의 특성 등에 따라 각각 다르게 나타난다.
또한, 산, 바다 등 동일위치에서도 보는 방향에 따라서 각각 다르게 나타난다.
도 4는 측정 방향에 따른 태양광 및 하늘에 대한 스펙트럼 분포의 예를 도시한 것이다.
예를 들면, 도 4를 참조하면, 구름의 양에 따라 달라지는 태양광 및 하늘에 대한 스펙트럼 분포를 알 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 이를 감안하여 조명 조건 입력 단계(31)에서 입력부(22)에서는 각 방향별 색온도 및 스펙트럼 신호에 대한 센싱신호가 입력된다(도 3의 111, 112).
본 발명의 일 실시 예에서는 이를 감안하여 조명 조건 입력 단계(31)에서는 실시간 자연광 모사조명 모드 또는 특정 환경 자연광 모사조명 모드를 선택적으로 적용된다.
실시간 자연광 모사조명 모드가 선택되면, 입력부(22)에 센싱부(21)로부터 전송된 각 방향별 색온도 및 스펙트럼 신호에 대한 센싱 신호가 실시간으로 입력된다(도 3의 111).
다음, 조명 스펙트럼 생성단계(32)에서 상기 실시간으로 입력된 센싱신호를 디코딩하여 조명 색온도 및 조명 스펙트럼을 생성한다.
특정 환경 자연광 모사조명 모드에서는 사용자에 의한, 조명 조건이 입력부(22)를 통하여 이 입력된다(도 3의 112).
상기 사용자의 의한 조명 조건은 특정 위치(바다, 산, 방위 등) 및 특정 시간 또는 일출 일몰 맑은 날씨, 구름 낀 정도별 흐린 날씨, 강우, 강설 등의 특정 환경을 선택할 수 있다.
조명 스펙트럼 생성단계(32)에서, 상기 특정 환경이 입력된 조건 신호에 따라, 위치 및 시간에 따라 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼에 대한 자료가 축적된 데이터베이스로부터, 상기 요구된 특정 위치 및 특정 시간대에 매칭되는 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼을 추출하여 생성한다.
또한, 스펙트럼분포가 저장된 데이터베이스(19)에서 해당 조건이 결여된 경우에는 스펙트럼분포 데이터베이스의 인접한 데이터를 바탕으로 구성된 interpolation 함수를 이용하여 산출하도록 프로그램될 수 있다.
또한, 추가로 산출된 데이터 및 추가로 측정된 데이터들은 상기 스펙트럼분포 데이터베이스에 업그레이드되어 축적될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 조명조건 입력 단계(31단계)에서 상기 외부 환경에 매칭되는 실시간 자연광 모사 조명 또는 특정 위치 및 시간대에 매칭되는 특정 자연광 모사 조명을 선택적으로 설정할 수 있다.
즉, 31단계에서는 입력부(22)에서 사용자에 의하여 조명조건이 선택적으로 지정될 수 있다.
또한, 사용자가 특정 자연 환경 제어를 선택하면, 요구되는 특정 시간 및 위치, 기후조건 등에 매칭되는 색온도 및 스펙트럼 데이터가 데이터베이스(19)로부터 추출되어 선택된다(112 단계).
또한, 상기 111 또는 112 단계에서 선택된 조건에 CCT/CRI 표준조명 등과 같은 조명 특성 중에 일부 또는 전체가 120단계와 같이 선택적으로 입력될 수 있으며, 또한 중요도에 따른 가중치가 입력될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 32단계에서 스펙트럼 생성부(11)는 상기 조명조건 입력 단계에서 생성된 조건 신호를 만족하는 조명 색온도 및 조명 스펙트럼을 생성한다.
일 실시 예에서는 스펙트럼 생성부(11)는 상기 조명조건 입력 단계(310의 실시간 자연광 모사조명 모드에서 상기 실시간으로 입력된 센싱신호를 디코딩하여 색온도 및 스펙트럼을 생성한다.
또는 스펙트럼 생성부(11)는 상기 조명조건 입력 단계(310의 특정 환경 자연광 모사조명 모드에서 입력된 조명조건 신호에 따라, 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼에 대한 자료가 축적된 데이터베이스로부터, 상기 요구된 특정 환경 조건에 매칭되는 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼을 추출하여 생성한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 조명 스펙트럼 생성단계의 예를 도시한 것이다.
또 다른 실시 예에서는 상기 32단계에서 생성된 색온도 및 스펙트럼에 내부의 조명 환경과 자연광과의 특성을 비교하여 그 차이값을 산출하고 이 차이값에 따라 보정값을 산출하는 단계가 더 포함되어 수행될 수 있다(도 5의 210 참조).
상기 차이값은 설치된 조명기기에 따라 축적된 데이터베이스(19)의 자료로부터 추출하여 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 내부의 조명 환경 및 조명기기별로 발광 시 측정된 색온도 및 스펙트럼 분포와 자연광으로부터 측정된 색온도 및 스펙트럼 분포와의 차이에 대한 변화를 각각 데이터화하여 데이터베이스(19)에 축적 관리된다.
또한, 데이터 자료가 없는 경우에는 데이터를 바탕으로 구성된 interpolation 함수를 이용하여 산출될 수 있다.
또는, 특정 전경/배경 광원에 따른 파장 별 스펙트럼 보정단계를 더 추가하여 선택적으로 수행될 수 있다(210-1 단계).
210-1 단계에서는 자연광 외에 인공광이나 반사광 등이 특정 전경/배경 광원으로 건물 주위에 존재할 경우, 그 영향을 배제하거나 또는 배가하기 위한 파장 별 스펙트럼 보정이 선택적으로 수행될 수 있다.
230 단계에서 스펙트럼 생성부(12)는 210 단계에서 보정된 값을 고려하여 입력된 조명조건을 만족하는 파장 별 스펙트럼 테이블을 형성한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 파장 별 스펙트럼 테이블은 스펙트럼 분포를 일정한 파장 간격으로 나누고, 각 파장에서 얼만큼의 값을 가지는 지를 테이블로 나타낸 것을 의미한다.
240 단계에서는 최종적으로 각 방향 영역별로 조명용 스펙트럼 분포가 제시되어 출력된다.
240 단계에서는 조명의 질에 대한 요구조건인 CCT(Correlated Color Temperature, 상관 색온도), CRI(color rendering index, 컬러렌더링인덱스) 등으로부터의 조건에 맞추어 상기 230 단계의 파장별 스펙트럼 테이블을 수정하는 단계가 더 포함될 수 있다.
또한, 기준 광원에서 광원이 보정 또는 추가할 때에는 주어진 가중치에 따라 각 방향별 스펙트럼 분포가 240 단계에서 수정하여 제시될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 조명 제어값 산출부(14)에서 상기 32단계에서 제시된 조명 스펙트럼과 각 엘이디 소자별 스펙트럼 분포를 바탕으로 각 모듈별 제어값을 산출하는 단계가 수행된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어값 산출부(14)에서 각 모듈별 제어값을 산출하는 예를 도시한 것이다.
먼저, 730단계에서는 전체 조명장치(20)의 각 LED모듈(20-1 …20-n)별로 조명맵을 형성한다.
상기 조명맵은 각 방향 영역별로 조명을 담당할 엘이디 모듈이 매칭될 수 있도록 LED모듈의 개수를 기반으로 균등하게 배분하여 엘이디 모듈별 어드레스를 지정한다.
다음, 740단계에서는 각 방향 영역별 및 각 엘이디 모듈별로 색온도 값 및 스펙트럼 분포 조건을 산출하는 단계가 수행된다.
상기 32단계에서 제시된 각 방향 영역별 색온도값 및 스펙트럼 분포 조건에 만족되도록, 각 방향 영역에 지정된 각 엘이디 모듈 어드레스별로 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출한다.
상기 각 엘이디 모듈 어드레스별로 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하는 것은 각 방향 영역에 지정된 엘이디 모듈이 모두 발광하였을 때, 상기 제시된 각 방향 영역별 색온도값 및 스펙트럼 분포 조건을 만족할 수 있도록 배분하여 산출된다. 본 발명의 일 실시 예에서는 먼저, 전체 조명장치(20)에서 방향별로 기준이 되는 엘이디 모듈에 상기 조명 스펙트럼 생성단계에서 생성된 해당 방향의 색온도값 및 스펙트럼 분포 조건을 해당 방향 영역의 엘이디 모듈 개수를 감안하여 배분된 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하고, 상기 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값으로부터 거리 비율에 따라 배분하여 상기 해당 영역 방향의 각 엘이디 모듈별로 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하는 과정을 통하여 상기 조명 제어값을 산출한다.
또한, 제1방향 및 제2방향의 중간 영역은 제1 방향에 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값 및 제2 방향에 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값을 바탕으로 interpolation 함수를 이용하여 산출하는 단계 및 나머지 중간 영역들도 이러한 산출된 색온도 및 스펙트럼 분포값을 바탕으로 interpolation 함수를 이용하여 산출하는 단계를 반복적으로 수행하여 산출될 수 있다.
도 7은 각 엘이디 소자별 조명제어값을 산출하는 예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 엘이디 모듈별 조명 제어값에 포함된 전 단계에서 제시된 스펙트럼(241)을 연출하기 위한 엘이디 모듈 내의 각 소자에서 발굉되는 각 소자별 스펙트럼 분포를 모델링(310)하여 각 엘이디 소자의 조명 제어값이 산출된다.
상기 각 엘이디 소자의 조명 제어값을 참조하여 상기 엘이디 모듈별 엘이디 소자 그룹을 형성시킬 수 있다.
도 8은 단파장 LED 소자의 스펙트럼 분포에 대한 모델링의 예를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 가로축은 파장을 나타내고 세로축은 엘이디 소자의 세기를 정규화한 비율을 나타낸다. 도 8로부터 각 개별 소자에 대한 정규분포에서의 중심과 파장 폭을 가지는 개별 소자들의 발광 특징이 검색될 수 있다.
750 단계에서는 각 엘이디 소자의 모델링 검색 결과 제시된 스펙트럼 및 제한 요구 조건을 기반으로 최적 소자 그룹을 선택하는 과정이 수행된다.
제한 요구 조건으로는 에너지 최소화, 구동 소자수의 최소화 등의 조건들을 둘 수 있다. 또한, 다양한 종류의 스펙트럼을 조합하여 생성해야 할 경우에는 요구되는 생성 스펙트럼의 분포들과 측정 또는 모델링된 개별 소자들의 스펙트럼 분포를 바탕으로 최적화 기법을 이용하여 최적 소자들이 선택될 수 있다.
최적의 소자를 선택하는 과정에서는 제시된 색온도 및 스펙트럼분포에 적합한 분포를 가지도록 장파장 소자와 단파장 소자의 조합으로 선택될 수 있다.
또한, 최적 소자를 선택하는 과정은 개별 소자에 대한 측정 스펙트럼 분포 또는 스펙트럼 분포 모델을 바탕으로 주어진 스펙트럼 조건과 최적의 매칭이 되는 엘이디 소자 또는 엘이디 소자의 조합이 선택될 수 있다.
예를 들면, 제시된 스펙트럼 분포들의 집합을 바탕으로 측정된 또는 모델링된 개별 소자 스펙트럼 분포를 바탕으로 최적의 엘이디 소자 그룹을 선정하는 방법이 포함될 수 있다.
또한, 선택된 개별 엘이디 소자에서 각 엘이디 소자마다 출력 광량의 차이를 고려하여, 선택된 엘이디 소자조합이 제시된 일정한 수준이상의 광량을 만족할 수 있는 수량으로 선택된다.
즉, 선택된 엘이디 소자 조합은 제시된 조도 및 스펙트럼 분포를 만족하도록 선택된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 각 엘이디 모듈 내에 색온도 및 스펙트럼별 단파장 소자 그룹 및 장파장 소자 그룹이 혼합된 형태로 장착되며, 각 엘이디 소자들의 조합이 이루는 색온도 및 스펙트럼분포 조합을 데이터베이스화 하고 데이터베이스(19)에 축적 저장된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 최적의 소자를 선택하는 과정에서 제시된 색온도 및 스펙트럼분포에 적합한 분포를 가지도록 각 엘이디 소자들의 조합이 이루는 색온도 및 스펙트럼분포 조합을 데이터베이스(19)로부터 검색된 장파장 엘이디 소자와 단파장 엘이디 소자의 조합으로 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 조명원 모듈(LED module)은 색온도 별로 단파장 및 장파장을 가지는 광원의 조합으로 구성된다.
Color temperature | If | Vf | company | product |
6500 | 20 | 3.05 | OSRAM | LUW JNSH.EC-BSBU-5C8E-1 |
5700 | 20 | 3.05 | OSRAM | LUW JNSH.EC-BSBU-5E8G-1 |
5000 | 20 | 3.05 | OSRAM | LCW JNSH.EC-BRBT-5H7I-1 |
4000 | 20 | 3.05 | OSRAM | LCW JNSH.EC-BRBT-5L7N-1 |
3000 | 20 | 3.05 | OSRAM | LCW JNSH.EC-BQBS-5R8T-1 |
2700 | 20 | 3.05 | OSRAM | LCW JNSH.EC-BRBT-5U8X-1 |
Peak Wavelength |
If | Vf | company | product |
380 | 20 | 3.2~4.5 | OSA OPTO LIGHT | OCU-400 378 OT |
390 | 15 | 3.4 | Bivar | UV3TZ-390-30 |
400 | 20 | 3.2~4.5 | OSA OPTO LIGHT | OCU 400 403 OS |
410 | 20 | 3.2~4.5 | OSA OPTO LIGHT | OCU 400 411 OS |
430 | 20 | 3.5 | LUMEX | SML-LX2835SISUGSBC |
460 | 20 | 3.2 | OSA OPTO LIGHT | OCL-400 BE460-X-T |
470 | 20 | 3.2 | OSRAM | LB T67C-Q2S1-35-Z |
500 | 20 | 3.5 | OSRAM | LV T67C-T1U2-35 |
520 | 20 | 3.5 | OSRAM | LT T67C-S2U1-35-Z |
530 | 20 | 3.4 | Cree | CLM3A-GKW |
560 | 20 | 2 | OSRAM | LP T676-L1M2-25-Z |
570 | 20 | 2 | OSRAM | LG T676-P2R1-24-Z |
580 | 20 | 2.1 | 서울반도체 | UYGT801S |
590 | 20 | 2 | OSRAM | LY T676-S1T1-26-Z |
600 | 20 | 2.2 | OSRAM | LY T67F-U1AA-36-1-Z |
610 | 20 | 2 | OSRAM | LO T676-S1T1-24-Z |
620 | 20 | 2 | OSRAM | LA T676-S1T1-24-Z |
630 | 20 | 2.05 | OSRAM | LR T67F-U1AA-1-1-Z |
640 | 20 | 2 | Lumex | SML-LX23SIC-TR |
650 | 20 | 2.1 | 서울반도체 | ERT801-S |
660 | 20 | 2.1 | Kingbright | KA-3528SRCT-J4 |
680 | 20 | 1.8 | Marktech Optoelectronics | MTE6800N2-UR |
표1, 2는 각각 장파장 및 단파장을 가진 엘이디 소자 광원의 특성을 보여준다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 위 표1, 2의 광원의 특성과 표3과 같은 각 peak wavelength에 대한 CIA 표준광원에 대한 상관계수를 적용하여 광원의 조합을 선택할 수 있다.
l,nm | A | B | C | D50 | D55 | D65 | D75 |
315 | 1.622190 | 0 | 0.00 | 4.914 | 6.648 | 11.765200 | 17.470 |
320 | 1.925080 | 0.02 | 0.01 | 7.778 | 11.224 | 20.236000 | 29.808 |
325 | 2.269800 | 0.26 | 0.20 | 11.263 | 15.936 | 28.644700 | 42.369 |
… | … | … | … | … | … | … | … |
520 | 72.495900 | 89.5 | 96.90 | 97.129 | 99.987 | 104.790000 | 108.659 |
525 | 75.790300 | 90.43 | 96.78 | 99.614 | 102.098 | 106.239000 | 109.552 |
595 | 125.386000 | 98.44 | 91.22 | 95.593 | 92.926 | 89.345900 | 87.112 |
… | … | … | … | … | … | … | … |
770 | 237.008000 | 85.4 | 58.20 | 82.923 | 75.927 | 66.805400 | 61.352 |
775 | 239.370000 | 86.1 | 58.50 | 80.599 | 73.872 | 65.094100 | 59.838 |
780 | 241.675000 | 87 | 59.10 | 78.274 | 71.818 | 63.382800 | 58.324 |
도 9는 D65의 스펙트럼 분포에 적용된 광원의 조합 스펙트럼을 도시한 예이다.
도 9(a)는 서로 다른 피크치 특성을 갖는 엘이디 집단(a ~ g)을 조합하여 근접한 제시된 조명 스펙트럼 분포(ET)를 형성한 예를 도시한 것이다.
도 9(b)는 목표 스펙트럼 분포(TT)에 근접한 제시된 조명 스펙트럼 분포(ET)를 대비한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에서는, 서로 다른 피크치 특성을 갖는 엘이디 집단(a ~ g)을 조합한 조합군을 근접한 예측 스펙트럼 분포(ET)를 스펙트럼 분포 대역 별로 데이터베이스화 하여 축적된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제시된 각 엘이디 모듈의 스펙트럼 분포에 따라 데이터베이스(19)로부터 엘이디 소자의 조합군을 검색하여 최적의 엘이디 소자군을 선택한 다음, 각 엘이디 모듈별로 적정 엘이디 소자 그룹이 산출될 수 있다.
760 단계에서는 각 엘이디 모듈별 제어 신호가 산출된다.
상기 각 엘이디 모듈별 제어 신호에는 제시된 색온도 및 스펙트럼을 생성하기 위하여 필요한 광원의 조합군을 이루기 위한 스위칭 신호가 포함될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 조명 제어값 산출부(14)에서 상기 33단계에서 산출된 각 엘이디 모듈별 제어값에 따라, 모듈제어 조명부(15)는 각 엘이디 모듈에 제어신호를 전송하여 발광시킨다.
도 10은 모듈제어 조명부의 제어신호에 따라 각 엘이디 모듈이 엘이디 소자의 조합군을 형성한 예를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 엘이디 모듈(M1 ~M4)은 장파장과 단파장이 서로 다른 비율로 접속된 다수의 엘이디 소자 조합으로 형성되며, 모듈 제어 조명부(15)에서는 각 엘이디 소자를 병렬 또는 직렬로 접속하거나, 각 엘이디 모듈에 접속된 소자들의 온/오프 및 pwm 제어를 통하여 필요한 광량 및 스펙트럼 분포를 제어할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시 예에서는 제시된 최적의 색온도 및 스펙트럼 분포를 얻기 위하여 장파장 및 단파장으로 이루어진 엘이디 소자 집단 중에서 최적의 조합을 산출하고 스위칭 신호에 의하여 연결시켜서 하나의 조명군으로 형성시킨다.
이렇게 매번 산출된 최적의 조합은 색온도 및 스펙트럼 분포 별로 데이터베이스에 업그레이드되어 축적되면 보다 정밀한 제어가 이루어질 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모사조명제어장치의 제어에 의한 조명 예를 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 석양에 전경에 있는 건물에 대하여 각 엘이디 모듈별로 각각 다른 밝기로 조명된 실 예를 보여준다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자연광 환경을 효과적으로 나타내기 위하여 개별 엘이디 모듈에서 발광되는 광원이 격자형태를 이루도록 함으로, 환경조건으로 인한 경계를 효과적으로 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 방향별 외부 환경에 따른 자연광 변화에 맞추어 실시간으로 정확하게 실내 모사조명을 외부의 자연광 환경과 동일하게 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 방향별로 조명 특성을 달리 적용함으로써, 기후 (구름의 정도, 비 또는 눈 여부 등) 조건과 자연광의 전경에 있는 건물의 위치, 크기, 건물에서 나오는 조명의 특성 등뿐 아니라 후면에 산, 전면에 바다가 위치되는 위치 등에 대한 자연 환경 조명 효과를 실내에서 구현될 수 있다.
10: 모사조명 제어장치
11: 조명 스펙트럼 생성부
12: 중앙제어부
14: 조명 제어값 산출부
15: 모듈 제어 조명부
19: 데이터베이스
20: 조명장치
20-1, 20-n, M1 ~M4: 엘이디 모듈
21: 센싱부
22: 입력부
11: 조명 스펙트럼 생성부
12: 중앙제어부
14: 조명 제어값 산출부
15: 모듈 제어 조명부
19: 데이터베이스
20: 조명장치
20-1, 20-n, M1 ~M4: 엘이디 모듈
21: 센싱부
22: 입력부
Claims (10)
- 모사조명제어장치가 자연광 환경을 고려한 실내의 모사조명제어방법에 있어서,
상기 모사조명제어장치에 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호가 입력되는 조명조건 입력 단계;
상기 조명조건 입력 단계에서 입력된 조건 신호를 충족하는 방향별 조명용 스펙트럼을 생성하는 조명 스펙트럼 생성단계;
상기 스펙트럼 생성단계에서 제시된 방향별 스펙트럼의 조명을 생성시키기 위한 각 엘이디 모듈별 조명 제어값을 산출하는 단계; 및
상기 조명 제어값에 따라 각 엘이디 모듈에 대하여 조명 제어 신호를 출력하는 단계: 를 포함하되,
상기 조명 제어값을 산출하는 단계는,
조명장치에서 방향별로 기준이 되는 엘이디 모듈에 상기 조명 스펙트럼 생성단계에서 생성된 해당 방향의 조도, 색온도값 및 스펙트럼 분포 조건을 해당 방향 영역의 엘이디 모듈 개수를 감안하여 배분된 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하고,
상기 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값으로부터 거리 비율에 따라 배분하여 상기 해당 영역 방향의 각 엘이디 모듈별로 조도, 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하는 과정을 포함하여 상기 조명 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어방법 - 제1항에 있어서,
상기 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호에는 자연환경에 대한 특정위치, 일출, 일몰, 맑은 날씨, 구름 낀 정도별 흐린 날씨, 강우, 강설 중 어느 하나 이상을 포함하는 특정 환경에 대하여, 사용자에 의하여 지정된 CCT 또는 CRI 표준조명의 일부 및 중요도에 따른 가중치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어방법 - 제1항에 있어서,
상기 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호는
상기 모사조명제어장치에 포함된 센싱부로부터 실시간으로 입력된 수직 상방 및 동, 서, 남, 북의 방향별을 포함하여 격자 형태로 구분된 영역별로 측정된 색온도 및 스펙트럼 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어방법 - 제1항에 있어서,
상기 방향별로 특정된 자연광 조명 조건 신호는
입력부를 통하여 특정 위치 및 특정 시간대의 조명 환경을 요구하는 신호를 포함하며,
상기 조명 스펙트럼 생성단계에서는,
상기 입력된 조건 신호에 따라, 위치 및 시간에 따라 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼에 대한 자료가 축적된 데이터베이스로부터, 상기 요구된 특정 위치 및 특정 시간대에 매칭되는 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼을 추출하여 생성하는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어방법 - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 조명장치에서 각 방향의 중간 영역은 제1 방향에 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값 및 제2 방향에 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 조도, 색온도 및 스펙트럼 분포값을 바탕으로 interpolation 함수를 이용하여 산출하는 과정을 포함하여 상기 조명 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어방법 - 제1항에 있어서,
상기 조명 제어값을 산출하는 단계는
위치 및 시간에 따라 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼에 대한 자료가 축적된 데이터베이스로부터 상기 엘이디 모듈별로 산출된 스펙트럼 분포값에 대한 모델링 분포를 검색하는 단계;
상기 모델링 분포의 검색 결과 제시된 스펙트럼 및 색온도를 포함하는 상기 조명 특성에 대한 조건에 해당하는 광원소자 그룹을 선택하는 단계; 및
상기 엘이디 모듈별로 상기 선택된 광원소자 그룹에 대하여 스위칭 신호를 포함하는 조명 제어값을 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어방법 - 제7항에 있어서,
상기 광원소자 그룹을 선택하는 단계는, 상기 산출된 스펙트럼 분포값을 포함하는 조건에 해당하는 범위를 가지도록 장파장 엘이디 소자와 단파장 엘이디 소자의 조합으로 선택되는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어방법 - 조명 조건이 입력되는 입력부;
상기 입력부에서 입력된 조건 신호를 만족하는 각 방향별 조명 색온도 및 조명 스펙트럼을 생성하는 조명 스펙트럼 생성부;
상기 생성된 스펙트럼이 분포에 따라 각 엘이디 모듈별 조명 제어값을 산출시키는 조명 제어값 산출부;
상기 조명 제어값에 의하여 각 엘이디 모듈을 제어하는 모듈 조명 제어부; 및
상기 모듈 조명 제어부의 제어신호에 따라 스펙트럼 조명을 수행하며, 장파장 소자와 단파장 소자의 그룹의 조합으로 이루어진 엘이디 모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하되,
상기 조명 제어값 산출부 에서는,
조명장치에서 방향별로 기준이 되는 엘이디 모듈에 상기 조명 스펙트럼 생성단계에서 생성된 해당 방향의 색온도값 및 스펙트럼 분포 조건을 해당 방향 영역의 엘이디 모듈 개수를 감안하여 배분된 조도, 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하고,
상기 기준이 되는 엘이디 모듈 어드레스의 색온도 및 스펙트럼 분포값으로부터 거리 비율에 따라 배분하여 상기 해당 영역 방향의 각 엘이디 모듈별로 색온도 및 스펙트럼 분포값을 산출하는 과정을 포함하여 상기 조명 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 모사조명 제어장치 - 제9항에 있어서,
상기 모사조명 제어장치는 외부에서 각 방향별 자연광의 특성 정보를 실시간으로 센싱하여 센싱신호를 발생시키는 센싱부를 더 포함하며,
상기 입력부는,
실시간 자연광 모사조명 모드 및 특정 환경 자연광 모사조명 모드에 대한 선택모드를 포함하고,
상기 실시간 자연광 모사조명 모드에서는 상기 입력부에 상기 센싱부로부터 실시간으로 센싱된 색온도 및 스펙트럼 센싱신호가 입력되고, 상기 조명 스펙트럼 생성부에서 상기 입력된 센싱신호로부터 조명 스펙트럼을 생성하는 것을 특징으로 하며,
상기 특정 환경 자연광 모사조명 모드에서는 상기 입력부에 입력된 조명조건 신호에 따라, 상기 조명 스펙트럼 생성부에서 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼에 대한 자료가 축적된 데이터베이스로부터, 상기 조명 조건 신호 조건에 매칭되는 각 방향별 자연광의 색온도 및 스펙트럼을 추출하여 생성한 것을 특징으로 하는 모사조명 제어장치
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KR101921690B1 (ko) * | 2017-05-22 | 2018-11-26 | 영남대학교 산학협력단 | 다중 엘이디 스펙트럼 조합을 제어하는 조명제어방법 및 장치 |
KR102013809B1 (ko) * | 2018-06-07 | 2019-08-23 | 주식회사 금강에너텍 | 자연광 led 조명 장치 및 그 제어 방법 |
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