KR101802189B1 - 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법 - Google Patents

지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101802189B1
KR101802189B1 KR1020170080492A KR20170080492A KR101802189B1 KR 101802189 B1 KR101802189 B1 KR 101802189B1 KR 1020170080492 A KR1020170080492 A KR 1020170080492A KR 20170080492 A KR20170080492 A KR 20170080492A KR 101802189 B1 KR101802189 B1 KR 101802189B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
plant
light
wavelength
image
Prior art date
Application number
KR1020170080492A
Other languages
English (en)
Inventor
윤좌문
문종혁
Original Assignee
주식회사 쉘파스페이스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 쉘파스페이스 filed Critical 주식회사 쉘파스페이스
Priority to KR1020170080492A priority Critical patent/KR101802189B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101802189B1 publication Critical patent/KR101802189B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/04—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches
    • F21V23/0442—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches activated by means of a sensor, e.g. motion or photodetectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/68—Details of reflectors forming part of the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/109—Outdoor lighting of gardens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14—Measures for saving energy, e.g. in green houses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

본 발명은 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 맞춤형 인공광을 출력하는 조명 장치와 영상분석기술을 이용하여 재배 식물의 성장 단계 및 성장 정도를 판단하고, 식물 종 별, 성장주기 별, 식물(잎, 꽃, 열매)의 크기 별, 및 영양 성분 함유량(목표량)에 따라 필요로 하는 인공광의 조건(광 조사 면적, 조도, 및 광파장)을 제어함으로써, 조명 장치의 불필요 전력을 줄여 효율적으로 사용하고, 식물의 성장을 최적화시키고 식물의 품질을 향상시켜 제공할 수 있도록 하는 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법{Intelligent illumination apparatus and intelligent plant cultivating system based on situation recognition having the same, and a method thereof}
본 발명은 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 맞춤형 인공광을 출력하는 조명 장치와 영상분석기술을 이용하여 재배 식물의 성장 단계 및 성장 정도를 판단하고, 식물 종 별, 성장주기 별, 식물(잎, 꽃, 열매)의 크기 별, 및 영양 성분 함유량(목표량)에 따라 필요로 하는 인공광의 조건(광 조사 면적, 조도, 및 광파장)을 제어함으로써, 조명 장치의 불필요 전력을 줄여 효율적으로 사용하고, 식물의 성장을 최적화시키고 식물의 품질을 향상시켜 제공할 수 있도록 하는 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 식물 재배에 있어 환경적인 제약을 극복하기 위해서 실내에서 식물을 재배하고자 하는 시도들이 증가하고 있다. 이러한 실내 식물재배, 밀폐형 식물 공장 혹은 도시농업에서 식물을 재배하고자 할 경우, 인공광이 절대적으로 필요하다.
식물은 엽록체가 햇빛(인공광)에 의해 탄산가스와 물로부터 탄수화물을 합성하는 탄소동화작용을 하여 생태계에 영양소를 생성하고 산소를 공급하는 중요한 역할을 하기 때문이다.
한편, 식물이 빛에너지를 화학에너지로 바꾸는 과정인 광합성 및 엽록소 작용의 효율을 높이기 위하여 햇빛을 대체할 수 있는 특정영역의 파장대에 속하는 광원이 요구된다. 상기 특정영역의 파장대는 식물의 종 별, 생장주기 별로 다르다.
종래에는 온실(유리 온실)이나 비닐하우스에서 식물의 생육을 촉진하는 방법으로서 형광등이나 고압 나트륨 램프(natrium lamp)에 의한 광선조사장치를 설치하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 형광등이나 고압 나트륨 램프는 식물의 광합성에 유효한 파장의 빛 이외의 빛도 다량으로 포함하여 식물의 생육에 유효한 파장의 빛만을 강하게 조사할 수 없는 단점이 있다.
또한, 종래에는 식물의 성장 및 재배를 위한 조명 수단으로 백열등, 형광등, 할로겐 전구, 및 고압나트륨 전구 등을 사용해왔으나, 에너지 절감 및 환경 보호를 위한 대체용으로 식물 재배용 반도체 발광 다이오드가 개발되었다.
상기 식물 재배용 발광다이오드를 이용하여 식물의 성장 특성에 따라 최적의 파장대역 및 밝기의 광을 조절하기 위해, 대한민국 등록특허 10-0883691에는 여러 종류의 LED를 적당한 비율로 조합하여 다수의 LED를 보드상에 배치하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허 10-2004-0010426에는 원적외선광 730nm, 적색광 660nm, 청색광 450nm의 LED 램프를 광원으로 사용하는 시스템이 개시되어 있다.
이와 같은 종래 기술은 제어 시스템 용도로 개발되어 일반적인 식물을 재배하는 농가에서 사용하기에 부담이 되며, 투자 비용대비 효율성의 문제가 있다.
상기와 같은 문제는 LED 램프가 다양한 용도로 활용되고는 있으나, 하나의 발광물질을 이용하여 제조되는 것이 일반적이며 자연광에 가까운 다양한 파장의 빛을 방출하지 못하는 한계가 있으며, 무기물 형광체의 발광효율이 낮으며 연색성 지수가 낮아 자연광을 얻기 어려운 단점이 있기 때문이다.
한편, 대한민국 공개특허 10-2013-0052306에는, 하나 이상의 제1 LED와 제2 LED가 마련되어 모듈에 일체로 장착시키되, 상기 제1 LED와 제2 LED는 상호 교차되게 배치시키고, 상기 제1 LED와 제2 LED는 엽록소 작용 파장 440~655nm 및 광합성 작용 파장 430~670nm을 갖는 식물 조명장치를 개시하고 있다. 그러나, 상기 식물 조명장치는 여전히 제한되고 고정된 파장을 가지는 빛을 제공하기 때문에, 다양한 파장의 빛을 방출하지 못하는 한계가 있다.
한편, 대한민국 등록특허 10-1185618에는, 1~5개의 서로 다른 입경을 갖는 양자점을 혼합하여 사용함으로써 LED로부터 방출되는 빛이 양자점을 포함하는 충진층을 지나면서 식물재배를 위한 광합성 및 엽록성의 효율을 높일 수 있는 파장으로 변환되어 방출되도록 하는 식물생장용 LED에 대하여 개시하고 있다.
여기서, 양자점(quantum dot)은 특정 원자가 수백~수천개 모인 입자들로써, 여기서 입자란 양자(quantum)를 나노미터(nm) 단위로 합성시킨 반도체 결정을 말한다. 양자점에 자외선을 쪼이면 같은 성분의 입자라도 입자의 크기에 따라 다양한 색을 나타내는 특징을 가지고 있다.
그러나, 상기 양자점을 사용한 식물생장용 LED 또한 고정되거나 제한된 종류의 파장을 가지는 빛을 발하도록 할 뿐, 식물 생장에 따라 필요한 파장을 가지는 빛을 제공하지 못하는 단점이 있다.
한편, 통상의 식물재배장치에서의 조명은 장치 상부에 바 또는 평판형 타입으로 고정되게 설치되어 있다. 이러한 경우, 빛이 식물에 조사될 때, 일부 영역에서는 충분히 조명되지 못하거나, 또는 과도한 빛이 조사되어 잎이 마르거나 끝이 타는 팁번 현상을 발생시킨다. 또한, 불필요한 빛이 일률적으로 조사될 때, 16~18 시간 이상 빛을 조사해야 하는 상황에서 에너지 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 식물의 종 별, 성장주기 별, 크기(잎, 꽃, 열매) 별 및 주요 성분 생성(영양 성분 함유량)을 위해 시기에 따라 필요로 하는 광 조사 면적, 조도(광량), 광파장 조건이 다른데 통상의 식물재배용 조명 장치로는 이러한 상황을 고려하여 맞춤형 빛을 제공할 수 없는 한계점이 있다.
예를 들어, 식물의 광합성에 관련된 광량은 식물마다 차이가 있다. 작물별 광포화점을 살펴보면 토마토, 수박은 843μmol m-2 s-1, 양상추는 302μmol m-2 s-1, 난 종류는 121μmol m-2 s-1, 인삼은 145μmol m-2 s-1이다. 여기서, 'μmol m-2 s-1(μmol/m2/s)' 을 읽는 법은 ' 마이크로 몰 퍼 스퀘어 미터 퍼 세컨드 ' (micro mol per square meter per second) 라고 읽고, 1평방미터당 1초 동안 내려쬐는 광합성광양자량(PPFD: Photosynthetic Photon Flux Density)을 나타낸다.
따라서, LED 광원 적용시 해결해야 할 과제로 실용화를 위한 작목별 생장단계별 최적광 조사 시스템 개발의 필요성 대두되고 있다.
한국등록특허 [10-0883691](등록일자: 2009. 02. 06) 한국공개특허 [10-2004-0010426](공개일자: 2004. 09. 03) 한국공개특허 [10-2013-0052306](공개일자: 2013. 05. 22) 한국등록특허 [10-1185618](등록일자: 2012. 09. 18)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 맞춤형 인공광을 출력하는 조명 장치와 영상분석기술을 이용하여 재배 식물의 성장 단계 및 성장 정도를 판단하고, 식물 종 별, 성장주기 별, 식물(잎, 꽃, 열매)의 크기 별, 및 영양 성분 함유량(목표량)에 따라 필요로 하는 인공광의 조건(광 조사 면적, 조도, 및 광파장)을 제어함으로써, 조명 장치의 불필요 전력을 줄여 효율적으로 사용하고, 식물의 성장을 최적화시키고 식물의 품질을 향상시켜 제공할 수 있도록 하는 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치는, 적어도 하나 이상의 LED를 포함하는 광원(101); 폐곡면으로 상기 광원을 포함하고, 상기 광원으로부터 출력되는 광을 반사하되 하부에 형성된 개구(103)를 통해 빛을 조사하는 반사경(102); 상기 반사경의 옆면부 길이를 상하로 조절하는 반사경구동부(104); 및 기설정 조사 면적에 따라 상기 반사경구동부를 제어하여 상기 반사경의 옆면부 길이를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어하는 제어부(105)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치는, 적어도 하나 이상의 LED를 포함하는 광원(201); 상기 광원의 후방에 배치되는 반사경(206); 다수의 회동부재(301)를 구비하되, 상기 다수의 회동부재의 움직임에 따라 형성되는 개구를 통해 빛을 출력하는 리프셔터부(202); 상기 리프셔터부의 회동부재를 구동하여 개구(203)의 면적을 조절하는 개구조절부(204); 및 기설정 조사 면적에 따라 상기 개구조절부를 제어하여 상기 리프셔터부의 개구 범위를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어하는 제어부(205)를 포함하고, 상기 반사경 및 상기 리프셔터부는 상기 개구를 제외하고 폐곡면을 이루는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른상황인식 지능형 식물 재배 시스템은, 재배 식물의 영상을 획득하기 위한 영상획득부(802); 상기 획득한 영상을 분석하여 상기 재배 식물의 정보 및 성장 단계를 확인하기 위한 영상분석부(803); 상기 확인한 식물의 정보 및 성장 단계에 따른 맞춤형 인공광을 제공하는 다수의 조명부(801); 식물정보 DB(데이터베이스)를 저장하고 있고, 상기 획득한 영상, 분석 데이터 및 운영이력을 저장하기 위한 저장부(804); 및 상기 영상분석부의 분석 결과에 따라 상기 식물정보 DB에 기반하여 상기 조명부를 제어하는 제어부(805)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 방법은, 조명부를 통해 초기 설정 조건을 가지는 인공광을 조사하는 단계(S1410); 영상획득부를 통해 재배 식물의 영상을 촬영하는 영상획득단계(S1420); 영상분석부가 상기 재배 식물의 영상을 분석하여 분석 데이터를 획득하는 분석단계(S1430); 제어부가 상기 분석 데이터로부터 식물의 정보 및 성장 단계를 확인하는 단계(S1440); 상기 제어부가 상기 식물의 정보 및 성장 단계에 따라, 상기 조명부를 기설정 조건으로 제어하는 제어단계(S1450); 상기 제어부가 상기 기설정 조건에 따른 식물 성장 상태를 전달받는 피드백단계(S1460); 상기 제어부가 상기 식물 성장 상태에 따라 상기 기설정 조건을 조정하는 조정단계(S1470); 저장부에 상기 기설정 조건 및 상기 조정된 조건이 운용이력으로 저장되는 기록단계(S1480); 및 상기 운영이력을 기반으로 식물정보 데이터베이스를 업데이트하는 업데이트 단계(S1490)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 의하면, 맞춤형 인공광을 출력하는 조명 장치와 영상분석기술을 이용하여 재배 식물의 성장 단계 및 성장 정도를 판단하고, 식물 종 별, 성장주기 별, 식물(잎, 꽃, 열매)의 크기 별, 및 영양 성분 함유량(목표량)에 따라 필요로 하는 인공광의 조건(광 조사 면적, 조도, 및 광파장)을 제어함으로써, 조명 장치의 불필요 전력을 줄여 효율적으로 사용하고, 식물의 성장을 최적화시키고 식물의 품질을 향상시켜 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 의하면, 기설정 파장으로 변환되어 출력되도록 하는 양자점이 도포된 파장변환필름을 설치하고, 상기 파장변환필름의 조사 영역을 가변시켜, 식물의 생장 단계별로 필요한 파장 및 식물의 종 별로 최적의 생장을 위해 필요한 파장을 가지는 빛을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 의하면, 식물 각각의 재배영역을 집중적으로 조명하여 그 외 지역으로 낭비되는 불필요한 LED 및 전력 비용을 최소화 할 수 있으므로, 식물재배를 위한 운영비용(OPEX: Operating Expenditure) 및 자본지출비(CAPEX : Capital Expenditures)를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 의하면, 식물의 상황을 인식하여 동작되는 지능형 조명은 식물에게 부족하거나 과한 조도를 제공함에 따른 광환경 스트레스를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 의하면, 다양한 종의 식물을 기르더라도 개별적으로 조명부의 제어가 가능하므로 각 식물 별 맞춤형 빛을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 의하면, 기존 식물정보 데이터베이스(생육정보 데이터베이스)에서 제공하는 상황에 따른 조도 뿐만 아니라, 시스템에 구비된 영상획득부(카메라)를 이용하여 식물 상태 및 성분을 분석함으로써, 각 식물에 대한 이벤트 발생 시 즉각적으로 조명 환경 설정이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 구성도.
도 3은 도 2의 리프셔터부의 일실시예 도면.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 제 1 실시예 도면.
도 4b는 도 4a의 파장가변부의 상세 설명도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 제 2 실시예 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 제 3 실시예 도면.
도 7a 및 7b는 본 발명에 이용되는 양자점(quantum dot)을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템에서 영상분석부가 식물(잎)의 크기 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 방법을 도시한 설명도.
도 11a 및 11b는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 조명부를 설명하기 위한 일 실시예 도면.
도 12a 및 12b는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 조명부를 설명하기 위한 다른 실시예 도면.
도 13a 및 13b는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 조명부의 효율을 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 방법에 대한 일 실시예 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치(100)는, 광원(101), 반사경(102), 반사경구동부(104), 및 제어부(105)를 포함한다.
상기 광원(101)은 적어도 하나 이상의 LED를 포함한다. 도면에는 5개의 LED를 포함한 것으로 도시되어 있다.
상기 반사경(102)은 상기 광원(101)의 상부와 하부를 감싸는 오목 거울 두 개가 마주한 형태이고, 폐곡면으로 상기 광원(101)을 포함하고, 상기 광원(101)으로부터 출력되는 광을 반사하되 하부에 형성된 개구(103)를 통해 빛이 출력된다.
한편, 상기 광원(101)의 상부에 위치한 반사경은 상부로 진행하는 빛을 반사시켜 하부의 반사경쪽으로 보내주어 광효율을 높여줄 수 있다.
또한, 하단부 반사경은 반사되는 빛을 출광면 방향으로 다시 빛을 반사시켜 광 이용 효율을 높여 주기 위한 목적으로 사용된다. 또한, 반사경을 사용함으로써,빛이 산란되어 부드럽게 되며, 주변광이 풍부해지는 효과를 얻을 수도 있다.
상기 반사경구동부(104)는 상기 반사경(102)의 옆면부의 길이를 상승/하강으로 조절하는 엑추에이터로 구현될 수 있다.
상기 제어부(105)는 기설정 조사 면적에 따라 상기 반사경구동부(104)를 제어하여 상기 반사경(102)의 옆면부 길이를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원(101)의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어한다.
상기 반사경(102)의 옆면부 길이가 짧은 경우의 광 조사 면적(A)은, 상기 반사경(102)의 옆면부 길이가 긴 경우의 광 조사 면적(B)보다 크다.
반사경(102)의 옆면부 길이를 조정하기 위한 반사경구동부(104)는 액추에이터 또는 모터 등으로 구현이 가능하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치(200)는, 광원(201), 리프셔터부(202), 개구조절부(204), 및 제어부(205)를 포함한다.
상기 광원(201)은 적어도 하나 이상의 LED를 포함한다. 도면에는 5개의 LED를 포함한 것으로 도시되어 있다.
한편, 상기 광원(201)의 후방에는 반사경(206)이 위치하여, 상부로 진행하는 빛을 반사시켜 상기 리프셔터부(202)쪽으로 보내주어 광효율을 높여줄 수 있다.
상기 리프셔터부(202)는 상기 광원(201)의 하부에 위치하고, 다수의 회동부재를 구비하되, 상기 회동부재의 움직임에 따라 형성되는 개구(203)를 통해 빛이 출력된다.
상기 개구조절부(204)는 상기 리프셔터부(202)의 회동부재를 구동하여 개구(203)의 면적을 조절한다. 상기 반사경(206) 및 상기 리프셔터부(202)는 상기 개구(203)를 제외하고 폐곡면을 이룬다.
상기 제어부(205)는 기설정 조사 면적에 따라 상기 개구조절부(204)를 제어하여 상기 리프셔터부(202)의 개구 범위를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원(201)의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어한다.
상기 리프셔터부(202)의 개구(203)가 큰 경우의 광 조사 면적(C)은, 상기 리프셔터부(202)의 개구(203)가 작은 경우의 광 조사 면적(D)보다 크다.
도 2에서는 기설정 광량에 따라, LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어한 것을 함께 도시하였다. 개구(203)가 작은 경우, 가운데 LED 하나만을 턴 온 시켰고, 개구(203)가 큰 경우, 가운데 위치한 세 개의 LED를 턴 온 시켰다.
상기 리프셔터부(202)는 카메라에서 조리개 역할을 하는 리프 셔터 또는 렌즈 기술을 활용할 수 있으며, 엑추에이터, 서보 모터, 스텝 모터 등으로 구동하여 개구의 크기 조절이 가능하다.
도 3은 도 2의 리프셔터부의 일실시예 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 조명장치의 리프셔터부(202)는 다수의 회동부재(301) 및 톱니바퀴(302)를 포함한다.
상기 리프셔터부(202)는 현미경용 광원 조리개(microscope condenser aperture diaphragm) 기술을 활용하여, 톱니바퀴(302)의 회전수 제어를 통해 상기 다수의 회동부재(301)를 구동시켜 개구의 크기(직경)을 조절함으로써, 광 조사 면적을 제어할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 제 1 실시예 도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 제 1 실시예 도면이고, 도 4b는 도 4a의 파장가변부의 상세 설명도이고, 도 4b는 도 4a의 파장가변부의 상세 설명도이다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치는, 광원(401), 반사경(402), 반사경구동부(404), 제어부(405) 및 파장변환부(410)를 포함한다.
상기 광원(401)은 적어도 하나 이상의 LED를 포함한다. 도면에는 5개의 LED를 포함한 것으로 도시되어 있다.
상기 반사경(402)은 상기 광원(401)의 상부와 하부를 감싸는 오목 거울 두 개가 마주한 형태이고, 폐곡면으로 상기 광원(401)을 포함하고, 상기 광원(401)으로부터 출력되는 광을 반사하되 하부에 형성된 개구를 통해 빛이 출력된다.
상기 반사경구동부(404)는 상기 반사경(402)의 옆면부의 길이를 상하로 조절한다.
상기 제어부(405)는 기설정 조사 면적에 따라 상기 반사경구동부(404)를 제어하여 상기 반사경(402)의 옆면부 길이를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원(401)의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어한다.
상기 파장변환부(410)는 파장변환필름(406) 및 구동부(407)를 포함한다.
상기 파장변환필름(406)은 다수의 분리된 각 영역에 기설정 파장에 대응되는 빛을 출력하는 양자점이 도포되어 있으며, 양측에 두 개의 축(롤러)(408)에 감겨있다.
상기 구동부(407)는 상기 파장변환필름(406)의 광 조사 영역을 변경시키기 위해 상기 파장변환필름(406)의 양측에 구비된 축(롤러) 및 상기 파장변환필름(406)을 감거나 푸는 모터로 구현되며, 상기 제어부(405)의 제어에 따라 상기 파장변환필름(406)를 감거나 풀어 너비방향(L)의 위치를 조절할 수 있다.
상기 파장변환필름(406)을 구성하는 양자점 크기(색) 선정과 필름 구성 순서는 필요한 파장을 고려하되, 개구의 직경, 식물 종, 생장 주기 별 요구되는 파장 정보에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
상기 파장변환필름(406)은, 너비 방향으로 분리된 다수의 영역을 포함하고 있으며, 상기 각 분리된 영역은, 적색을 발하는 양자점이 포함된 제 1 영역, 녹색을 발하는 양자점이 포함된 제 2 영역, 청색을 발하는 양자점이 포함된 제 3 영역, 상기 적색, 녹색 및 청색을 발하는 양자점 중 2가지 종류 이상의 양자점들을 혼합하여 임의의 색을 발하는 양자점이 포함된 제 4 영역, 상기 적색, 녹색, 청색 및 상기 임의의 색을 발하는 양자점 중 2개 이상의 양자점들을 적층하여 형성된 제 5 영역, 및 상기 개구를 통한 빛이 그대로 출력되도록 하는 제 6 영역을 포함할 수 있다.
상기 제어부(405)는 상기 구동부(407) 각각의 동작을 제어하여, 파장변환필름(406)에서 필요한 파장을 출력할 수 있는 부분에 반사경(402)의 개구를 통해 출력되는 빛이 통과 되도록 하여, 재배 식물 측으로 출력되는 빛의 파장을 조절한다.
상세하게는, 제어부(405)는 식물의 생장 단계에 따라 달라지는 파장 및 파장의 혼합비율에 대한 정보와, 파장변환부(410)의 영역 제어에 따른 출력 파장 정보를 참고하여, 생장 단계에 맞추어 상기 파장변환필름(406)의 위치를 변경함으로써, 출력되는 파장을 조절할 수 있다.
즉, 상기 양자점을 이용한 파장변환필름은, 다수 파장이 조합되어 가변되는 파장을 가지는 빛을 출력할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 제 2 실시예 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치는, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치에 파장변환부(510)를 더 포함한다.
상기 파장변환부(510)는 양자점을 포함하는 파장변환필름이 다층으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
각 층의 파장변환필름(512)은 엑츄에이터(Actuator) 또는 모터(구동부)(513)를 이용해 프레임(511) 내로 이동시킨다. 층간 겹침 현상을 이용하여 양자점의 적층 효과와 동일한 효과를 누릴 수 있다.
파장변환부(510)를 다층으로 구현 시, 층별 양자점 크기(색) 선정은 식물 종, 생장 주기 별 요구되는 파장 정보에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 도면에서는 각 층별로 한 종류의 파장변환필름으로 구성한 것으로 도시하였으나, 각 층별로 다양한 색의 양자점이 혼합된 필름으로 구성할 수도 있다.
즉, 상기 파장변환필름은, 적색을 발하는 양자점이 포함된 제 1 영역, 녹색을 발하는 양자점이 포함된 제 2 영역, 청색을 발하는 양자점이 포함된 제 3 영역, 상기 적색, 녹색 및 청색을 발하는 양자점 중 2가지 종류 이상의 양자점들을 혼합하여 임의의 색을 발하는 양자점이 포함된 제 4 영역, 상기 적색, 녹색, 청색 및 상기 임의의 색을 발하는 양자점 중 2개 이상의 양자점들을 적층하여 형성된 제 5 영역, 및 상기 개구를 통한 빛이 그대로 출력되도록 하는 제 6 영역을 포함할 수 있다.
상기 파장변환필름의 구분된 영역 중 임의의 영역은 다수의 양자점들이 적층되어 형성될 수도 있다.
한편, 양자점을 포함하는 파장변환필름을 다층으로 구성하는 경우, 고효율을 달성하기 위해 단파장인 청색 양자점을 상부, 즉 태양광에 인접하여 위치시키는 것이 효과적이다.
한편, 적색, 녹색, 청색 양자점들 또는 적색, 녹색 양자점들을 혼합하여 파장변환필름을 형성할 때에는 장파장의 양자점일 수록 더 적은 농도로 섞는 것이 바람직하다. 이는 양자점이 자신의 발광 영역 이전의 빛을 모두 여기에 사용하게 되므로 적색 양자점은 청색 양자점의 발광을 흡수 및 발광하게 된다. 따라서 각기 다른 발광의 양자점을 같은 비율로 섞게 되면 같은 크기의 발광을 얻을 수 없기 때문이다.
제어부(미도시)는 상기 엑추에이터 또는 모터(구동부)(513)의 동작을 제어하여, 필요한 파장을 출력할 수 있는 파장변환필름(512)을 반사경의 개구를 통해 출력되는 빛이 통과되도록 하여, 재배 식물 측으로 출력되는 빛의 파장을 조절한다.
상세하게는, 상기 제어부는 식물의 생장 단계에 따라 달라지는 파장 및 파장의 혼합비율에 대한 정보와, 파장변환부(510)에 포함된 파장변환필름(512)의 층 제어에 따른 출력 파장 정보를 참고하여, 생장 단계에 맞추어 상기 파장변환필름(512)의 위치를 변경함으로써, 출력되는 파장을 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치의 제 3 실시예 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치는, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치에 파장변환부(610)를 더 포함한다.
상기 파장변환부(610)는 휠 형태를 가지고 있으며 다수의 파장변환필름을 포함한다. 빛이 출력되는 개구에 기설정된 파장에 대응하는 양자점을 포함하는 파장변환필름이 위치하여, 개구를 통해 출력되는 빛이 상기 기설정된 파장으로 변환되어 출력되는 것을 특징으로 한다.
상기 파장변환부(610)에 포함된 다수의 파장변환필름별 양자점 크기(색) 선정은 식물 종, 생장 주기 별 요구되는 파장 정보에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 도면에서는 노란색, 빨간색, 파란색, 및 보라색의 양자점이 도포된 파장변환필름으로 구성한 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
즉, 상기 파장변환필름은, 적어도 하나 이상의 분리된 영역을 포함하고, 적색을 발하는 양자점이 포함된 제 1 영역, 녹색을 발하는 양자점이 포함된 제 2 영역, 청색을 발하는 양자점이 포함된 제 3 영역, 상기 적색, 녹색 및 청색을 발하는 양자점 중 2가지 종류 이상의 양자점들을 혼합하여 임의의 색을 발하는 양자점이 포함된 제 4 영역, 상기 적색, 녹색, 청색 및 상기 임의의 색을 발하는 양자점 중 2개 이상의 양자점들을 적층하여 형성된 제 5 영역, 및 상기 개구를 통한 빛이 그대로 출력되도록 하는 제 6 영역을 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 구동부(미도시)의 동작을 제어하여, 필요한 파장을 출력할 수 있는 파장변환필름(611, 612)을 반사경의 개구를 통해 출력되는 빛이 통과되도록 하여, 재배 식물 측으로 출력되는 빛의 파장을 조절한다.
상세하게는, 상기 제어부는 식물의 생장 단계에 따라 달라지는 파장 및 파장의 혼합비율에 대한 정보와, 파장변환부(610)에 포함된 파장변환필름(611, 612)의 위치 제어에 따른 출력 파장 정보를 참고하여, 생장 단계에 맞추어 상기 파장변환필름(611, 612)의 위치를 변경함으로써, 출력되는 파장을 조절할 수 있다.
도 4a, 5 및 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치들은, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 조명 장치에 각각 파장변환부(410, 510, 610)가 부가된 것이다. 물론, 도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 조명 장치에 파장변환부(410, 510, 610)를 부가하는 것도 가능하다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 이용되는 양자점(quantum dot)을 설명하기 위한 도면이다.
??양자점(quantum dot)은 양자(quantum)를 나노미터(nm) 단위로 합성시킨 반도체 결정을 말한다. 양자점에 자외선(블루 라이트)을 쪼이면 같은 성분의 입자라도 입자의 크기에 따라 다양한 색을 나타내는데, 이러한 특성은 일반 물질보다는 반도체 물질들이 더욱 잘 나타낸다. 양자점 반도체 결정에는 이러한 특성이 강한 카드뮴, 황화카드뮴, 카드뮴셀레나이드, 인화인듐 등의 원소들이 활용된다. 최근에는 인화인듐 중심체에 아연-셀레늄-황 합금(ZnSeS)으로 바깥을 감싸 중금속인 카드뮴을 없애기도 한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 양자점의 크기가 작으면 녹색과 같은 짧은 파장의 가시광선을 방출하며, 크기가 커질수록 빨간색과 같은 파장이 긴 가시광선을 방출한다. 일반적으로, 양자구속효과(Quantum Confinement Effect)에 의해 양자점의 크기에 따라 밴드갭 에너지가 조절되어 다양한 파장의 에너지를 방출하는 특성을 가진다. 즉, 양자점 내부에서 전자의 에너지 준위가 낮아지면서 빛을 방출하는데, 양자점의 크기가 클수록 에너지 준위 사이가 좁기 때문에 상대적으로 낮은 에너지를 가진 긴 파장의 빨간색이 방출된다. (도 7a의 출처: http://informationdisplay.org)
양자구속효과란, 입자가 수십 나노미터 이하인 경우, 전자가 공간 벽에 의해 불연속적인 에너지 상태를 형성하며, 공간의 크기가 작아질수록 전자의 에너지상태가 높아지고 넓은 띠 에너지를 갖게 되는 현상이다.
도 7b를 참고하면, 양자점(quantum dot)의 원리는 양자들이 뭉쳐진 특히 반도체물질 내부의 전자들이 자외선 등의 에너지를 받으면 더 높은 에너지 준위로 퀀텀점프(quantum jump,양자도약)하여 올라가게 되고, 다시 에너지를 방출하며 낮은 에너지준위로 떨어지게 되는 것을 반복하는데, 이러한 에너지는 양자점의 크기에 따라 다양한 파장의 에너지를 방출한다. 그 파장(에너지)의 영역이 가시광선대의 영역(380nm~800nm)이라면 눈에 보이는 다양한 색상을 에너지형태의 파장으로 방출하는 원리이다.
즉, 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 양자점의 에너지 밴드갭(band gap)에 해당하는 에너지를 방출하게 된다. 따라서, 양자점의 크기 또는 물질 조성을 조절하게 되면 에너지 밴드 갭(band gap)을 조절할 수 있게 되어 자외선 영역에서부터 적외선 영역까지 전 영역에서 발광이 가능하게 된다.
양자점을 제조하는 방법으로는 유기금속화학증착법(MOCVD : metal organic chemical vapor deposition)이나 분자선결정성장법(MBE : molecular beam epitaxy)와 같은 기상 증착법이 사용될 수도 있고, 화학적 습식 합성법이 사용될 수도 있다. 화학적 습식 합성법에 의해 제조된 양자점은 콜로이드 상태로 용매 내에 분산되어 있으므로, 원심분리를 통해 용매로부터 양자점을 분리해 내고, 분리해 낸 양자점은 제조된 금속-유기물 전구체 용액에 분산될 수 있다. 이 때, 양자점은 금속-유기물 전구체의 유기물과의 결합에 의하여 안정화될 수 있다.
하기 <표 1>은 빛의 파장이 식물에 미치는 작용효과를 나타낸 것이다. <표 1>을 참조하면, 대체로 식물은 청색파장 영역 또는 적색파장 영역에서 식물생장에 필요한 에너지를 공급받게 된다. 식물의 생장에 있어 예를 들어 광합성 작용과 엽록소 작용이 중요하다. 광합성 작용은 430 nm 근방의 파장과 670 nm 근방의 파장에서 최대 효과를 나타내며, 엽록소 작용은 440 nm 근방의 파장과 655 nm 근방의 파장에서 최대 효과를 나타낼 수 있다.
파장 (nm) 작용 효과
적외선 IR-A 1400 ~ 1000 식물에 대해 특별한 작용은 없음, 열의 영향을 미침
780 식물에 특별한 신장 효과를 촉진시키는 파장
가시
광선		 적색 700 발아저지(730), 광합성 작용의 최대(670)
660 엽록소 작용 최대(655), 발아작용과 잎 배포 화아 형성(660)
적황색 610 광합성에 유익하지 않음, 해충방제(580~650)
녹황색 510 노란 색소에 의한 일부 흡수
청색 430-440 광합성 작용의 최대(430), 엽록소 작용의 최대(44), 해충 유인
자외선 UV-A 400~315 일반적으로 식물의 잎을 두껍게 하는 작용,
색소의 발색 촉진 작용, 해충 유인
UV-B 280 많은 합성 과정에 중요한 작용(면역체 형성), 강하면 해가됨
UV-C 100 식물을 급속하게 시들리게 하는 작용
(<표 1> 출처: http://www.parus.co.kr/main.php?mm=s13)
한편, 하기 <표 2>는 식물의 생장 단계 별로 필요한 파장의 조합을 나타낸다.
구분 생장단계 작용 모드 유효 파장 혼합 비율
1 싹트기
(발아)		 발아유도 A 적색, 청색, 원적색 a:b:c
2 영양생장 생장조절(세포분열 및 성장) B 적색, 청색, 원적색 d:e:f
C 청색 g
형태형성 D 적색, 청색, 원적색 h:i:j
E 청색 k
굴광성 F 청색 l
기공열림 G 청색 m
엽록체 운동 H 청색 n
3 생식생장 화아 형성 I 적색, 청색, 원적색 o:p:q
청색 r
4 노화 색소합성/생성 J 적색, 청색, 원적색 s:t:u
청색 v
<표 2>에 도시된 바와 같이, 식물의 생장 단계 별로 필요한 파장의 다르며, 식물의 종류에 따라서도 필요한 파장이 달라지게 된다. <표 2>에서 혼합 비율인 a 내지 v 는 식물의 종류 및 식물의 생장 단계에 따라 임의의 비율로 설정될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 생장 단계에 따라 가변되는 파장을 가지는 빛을 출력하는 태양광 변환 장치를 개시한다.
(<표 2>의 출처: 경상북도 농업기술원 (발간등록번호 75-6470332-000114-01) LED 식물공장을 이용한 상추, 아이스플랜트, 크레송 재배기술 매뉴얼)
도 8은 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템은, 조명부(801), 영상획득부(802), 영상분석부(803), 저장부(804), 및 제어부(805)를 포함한다.
상기 조명부(801)는 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 내에서 식물의 정보 및 성장 단계에 따라 맞춤형 인공광을 제공한다.
상기 조명부(801)는 도 1에서 설명한 광원(101), 반사경(102) 및 반사경구동부(104)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 조명부(801)는 도 2 및 3에서 설명한, 광원(201), 리프셔터부(202) 및 개구조절부(204)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 조명부(801)는 도 4 내지 6에서 설명한, 파장변환부(410, 510, 610)를 더 포함할 수 있다. 상기 파장변환부(410, 510, 610)는 파장변환필름(406, 512, 611, 612), 및 구동부(407, 513, 613)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 영상획득부(802)는 재배 식물의 영상을 획득한다. 상기 영상획득부(802)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 카메라를 포함한다.
상기 영상분석부(803)는 상기 획득한 영상을 분석하여 상기 재배 식물의 정보 및 성장 단계를 확인한다.
상기 영상분석부(803)는, 광원과 식물 간의 거리를 연산하고, 식물 잎의 크기에 따른 광 조사 면적을 연산하고, 광흡수 또는 광반사 상태를 분석하여 식물의 성장 단계(생장 주기)에 따라 재배시 필요한 광 조건(광 조사 면적, 광 강도, 광 파장)을 설정한다.
한편, 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템은, 영상을 통해 식물의 길이(높이) 계측이 가능한 눈금이 표시된 측정자표시부(806)를 더 구비할 수도 있다. 상기 측정자표시부(806)는 재배 식물의 근처에 실제 측정자를 설치할 수도 있고, 획득한 영상에 미리 촬영해 둔 측정자 이미지를 투영하여 구현할 수도 있다.
상기 영상분석부(803)는, 상기 측정자표시부(806)를 이용하여 상기 재배 식물의 크기 및 식물의 광반사 또는 광흡수 상태를 연산하고, 상기 재배 식물의 크기, 잎 또는 꽃 또는 열매의 크기, 잎 또는 꽃 또는 열매의 개수, 잎 또는 꽃 또는 열매의 색, 광반사 값, 성장속도, 및 스트레스 상태를 포함하는 분석 데이터를 획득할 수 있다.
한편, 상기 조명부(801)는 적외선 LED(미도시)를 더 포함할 수 있고, 상기 영상획득부(802)는, 적외선 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 영상분석부(803)는 상기 적외선 센서가 구비된 영상획득부802)를 이용하여 상기 재배 식물로부터 반사되는 반사량에 따른 색상 분석을 통해 상기 재배 식물과 상기 영상획득부(802) 사이의 거리를 연산할 수도 있다.
상세하게는, 적외선만 투과하는 필터를 포함하는 카메라(영상획득부)는 적외선 LED를 통해 조사되는 적외선이 재배 식물에 부딪혀 반사되면 적외선 촬영부에서 이를 촬영하여 적외선 영상을 획득할 수 있다. 반사량은 거리의 제곱에 반비례하므로, 반사량이 많으면 센서와 재배 식물과와의 거리가 가까운 것이다. 예를 들어, 초기시점에서 카메라와 30 cm 거리에 있는 식물은 조사된 IR 파장에 대한 반사량이 있다. 식물이 키가 자라면서 카메라와의 거리가 점점 가까워지므로, 반사량이 많아지고, 카메라와 식물과의 거리를 연산할 수 있다.
상기 영상분석부(803)는 적외선 영상에 포함된 식물 영역(부분)을 추출하고 반사량에 따른 색상 분석을 통해 식물과의 거리를 연산할 수 있다. 적외선 LED는 블랙 IR(Infrared) LED를 사용할 수 있으며, 빨간 색상을 발산하는 일반적인 적외선 LED와 달리 색상이 나타나지 않는 특징이 있다.
상기 저장부(804)는 식물재배를 위해 필요한 생육 데이터를 저장하고 있는 식물정보 데이터베이스(DB)(804A), 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 조명부(광원)(801)의 제어 조건에 관한 히스토리를 저장하기 위한 운용이력 데이터베이스(DB)(804B), 및 상기 영상분석부(803)에서 분석한 분석 데이터를 저장하기 위한 분석데이터 저장소(804C)를 포함한다.
상기 식물정보 데이터베이스(DB)(804A)에 저장된 데이터는, 식물의 종 별 및 생장주기 별 광포화점, 식물 종 별 및 생장주기 별 광보상점, 식물의 종 별 및 생장주기 별 필요 파장 등을 포함할 수 있다.
운용이력 데이터베이스(DB)(804B)에 저장되는 데이터는 초기 광 조사 면적, 초기 광강도(조도), 초기 광파장, 1,2, ..., N번째 조정 광 조사 면적, 1,2, ..., N번째 조정 광강도, 1,2, ..., N번째 조정 광파장, 최적 광강도 및 최적 광파장 등을 포함할 수 있다.
상기 분석데이터 저장소(804C)에는 식물 높이(크기), 잎 또는 꽃 또는 열매의 크기, 잎 또는 꽃 또는 열매의 개수, 잎 또는 꽃 또는 열매의 색, 광반사 값, 성장속도, 및 스트레스 상태 등을 저장할 수 있다.
상기 제어부(805)는 상기 영상분석부(803)의 분석 결과에 따라 상기 식물정보 데이터베이스(DB)(804A)에 기반하여 상기 조명부(801)의 광 조건을 제어한다. 상기 광 조건은, 광 조사 범위, 광 강도(조도, 광량), 및 광 파장을 포함한다.
상기 제어부(805)는 식물의 종 및 생장 주기(성장 단계)에 따라, 상기 조명부(801)에 포함된 반사경구동부(104) 또는 개구조절부(204)를 제어하여 광원으로부터 출력되는 빛의 조사 범위를 제어하여 필요한 면적으로만 빛이 출력되도록 한다.
또한, 상기 제어부(805)는 식물의 종 및 생장 주기(성장 단계)에 따라, 상기 조명부(801)에 포함된 구동부(407, 513, 613)를 제어하여 상기 파장변환필름(406, 511, 512, 611, 612)의 조사 위치를 변경시켜 광원으로부터 출력되는 빛의 파장을 변경시켜 필요한 파장으로 변환되어 출력되도록 한다.
상기 구동부(407, 513, 613)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
즉, 상기 제어부(805)는 상기 구동부(407, 513, 613) 각각의 동작을 제어하여, 파장변환필름(406, 511, 512, 611, 612)에서 필요한 파장을 출력할 수 있는 부분이 광원에 노출되도록 하여, 조사 범위가 조정되어 출력되는 인공광의 파장을 조절한다.
한편, 상기 영상분석부(802)는 상기 제어부(805)(마이크로프로세서)의 일부로 구현될 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템에서 영상분석부가 식물(잎)의 크기 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 영상획득부(802)는 촬영하는 영역에 높이 측정 가능한 지표 또는 투명 자를 설치한 이후 상기 높이 측정 가능한 지표 또는 투명 자와 재배 식물의 영상을 함께 획득할 수 있고, 상기 재배 식물의 영상을 획득한 후 미리 촬영해 둔 측정 가능한 지표 또는 투명 자의 영상을 투영하여 중첩된 영상을 획득할 수도 있다.
본 발명에 따른 영상분석부(803)는 식물(잎)과 상기 영상획득부(802)의 렌즈(902) 간의 거리 및 상기 영상획득부(802)의 센서와 렌즈(902) 간의 거리를 이용하여 잎의 실제 크기를 연산할 수 있다.
상기 영상분석부(803)은 식물의 높이(크기)를 연산 한 이후, 영상획득부(802)의 렌즈(902)와 피사체(식물)(901) 간의 거리와 영상획득부(802)의 렌즈(902)와 센서 간의 거리 비, 및 실제 피사체(식물)의 크기와 센서에 맺힌 상에서의 피사체(식물)(903)의 크기 간의 비례 관계식을 이용하면 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 1>
실제 식물(잎)의 크기 : 상에서의 식물(잎)의 크기 = a : b
여기서, a는 영상획득부(802)의 렌즈와 피사체(식물) 간의 거리이고, b는 영상획득부(802)의 렌즈와 상이 맺히는 센서와의 거리이다.
상기 <수학식 1>을 정리하면, 실체 식물의 크기는 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 2>
실제 식물(잎)의 크기 = 상에서의 식물(잎)의 크기 x (a/b)
도 10는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 방법을 도시한 설명도이다.
처음에는, 초기 설정 조건으로 조명부(1001)를 동작시킨다
식물정보 데이터베이스(DB)를 활용하여 식물의 종 별, 성장주기 별, 잎 크기 별 및 주요 성분 생성(영양 성분 함유량)을 위해 시기에 따라 필요로 하는 광 조사면적, 조도, 광 파장 조건으로 조명부(1001)의 설정 조건을 제어한다.
이후, 영상획득부(1002)를 통해 재배 식물의 영상을 획득하고, 영상분석부(1003)는 상기 획득한 영상을 분석하여 재배 식물에게 필요한 광 조건(광 조사면적, 광 강도(조도), 광 파장)을 찾아낸다.
제어부(1005)는 상기 영상분석부(1003)에서의 분석 데이터에 따라 식물의 종 및 생장주기 별 요구되는 광 조건으로 조명부(1001)를 제어한다.
이에 따라, 제어부(1005)는 상기 조명부(1001)가 상기 광 조건을 가지도록 상기 조명부(1001)의 광 조사 면적을 조절하기 위한 구동부(반사경구동부(104), 개구조절부(204))를 제어하여 광 조사 면적이 조절되어 식물에게 공급될 수 있다.
또한, 상기 제어부(1005)는 상기 조명부(1001)에 포함된 LED들의 출력 강도(조도), LDE의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 조절하여 광 강도가 조절된 빛이 식물에게 공급될 수 있다.
또한, 상기 제어부(1005)는 광 파장을 조절하기 위한 구동부(407, 513, 613)를 제어하여, 파장변환필름의 광 조사 영역을 가변시켜 광 파장이 조절된 빛이 식물에게 공급될 수 있다.
또한, 상기 제어부(1005)는 광원으로부터 출력되는 광 조건 및 식물의 영상분석 정보 피드백(Feedback) 정보를 참고하여, 상기 설정된 광 조건(광 조사면적, 광 강도(조도), 광 파장)을 조정함으로써, 능동적으로 맞춤형 파장을 제공할 수 있다. 피드백 제어를 통해 최적 광 강도 및 최적 광 파장이 검증될 수 있다.
검증 완료 후, 영상정보와 식물정보 데이터베이스 값, 광원 출력 조정 값에 대한 이력이 매칭되어 운영이력 데이터베이스(DB)(804B)에 저장되며, 추후 상기 운영이력 데이터베이스(DB)(804)를 기반으로 상기 식물정보 데이터베이스(804A)의 업데이트가 가능하다.
도 11a 및 11b는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 조명부를 설명하기 위한 일 실시예 도면이다.
도 11a는 재배 식물이 어린 단계인 경우, 조명부(1110)의 반사경의 옆면부의 길이를 길게 하여 광 조사 면적을 작게 제어한 상태를 도시하였고, 도 11b는 재배 식물의 크기가 커진 경우, 조명부(1110)의 반사경의 옆면부의 길이를 짧게 하여 광 조사 면적을 크게 제어한 상태를 도시하였다.
도 11a 및 11b에서는 광 조사 면적을 제어하기 위해 반사경의 옆면부의 길이를 조절한 예를 도시하였으나, 리프셔터부의 크기(조리개의 구경)를 조절하여 광 조사 면적을 제어하는 것도 가능하다.
재배 식물의 종류 및 성장 단계에 따라, 필요 광 조사 면적 및 조도가 확인되며, 확인된 광 조사 면적 및 조도에 따라 조명부(1110)에 포함된 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치가 조절될 수도 있다.
도 12a 및 12b는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 조명부를 설명하기 위한 다른 실시예 도면이다.
도 12a는 재배 식물이 어린 단계인 경우, 조명부(1210)의 반사경의 옆면부의 길이를 길게 하여 광 조사 면적을 작게 제어한 상태를 도시하였고, 도 12b는 재배 식물의 크기가 커진 경우, 조명부(1210)의 반사경의 옆면부의 길이를 짧게 하여 광 조사 면적을 크게 제어한 상태를 도시하였다.
또한, 도 12a 및 12b에서는, 광 조사 면적이 제어되어 출력되는 빛의 파장을 파장변환부(1211)를 이용하여 재배 식물의 필요 파장 조건에 따라 가변시킨다.
도 12a 및 12b에서는 광 조사 면적을 제어하기 위해 도 1과 같이 반사경의 옆면부의 길이를 조절한 예를 도시하였으나, 리프셔터부의 크기(조리개의 구경)를 조절하여 광 조사 면적을 제어하는 것도 가능하다.
또한, 도 12a 및 12b에서는 광 파장을 제어하기 위해 도 4와 같은 양측에 위치한 두 개의 롤러에 감긴 형태의 파장변환부(1211)를 사용한 예를 도시하였으나, 도 5의 다층 구조를 가지는 파장변환부(510) 또는 도 6의 휠 형태를 가지는 파장변환부(610)를 이용하여 광 파장을 제어하는 것도 가능하다.
재배 식물의 종류 및 성장 단계에 따라, 필요 광 조사 면적 및 조도가 확인되며, 확인된 광 조사 면적 및 조도에 따라 조명부(1210)에 포함된 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치가 조절될 수도 있다.
양자점이 도포된 파장변환필름을 포함하는 식물 별로 제어 가능한 식물 집중형 조명 사용으로 인해, 기존 당사 보유 특허 대비 양자점이 도포된 파장변환필름을 사용량을 줄여 자본지출비(CAPEX : Capital Expenditures)를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 13a 및 13b는 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템의 조명부의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a는 본 발명에 따른 조명부(1310)의 배치 및 구성이고, 도 13b는 기존의 조명부(1320)의 배치 및 구성을 도시하였다.
예를 들어, 재배 면적은 0.1764 m2이고, 높이는 0.4 m 이고, 식물이 6개 심겨진 상태인 경우를 도시하였다.
기존에 일반적으로 조명부로 사용되는 판 형 또는 바형의 LED를 사용할 때는 상부의 전 면적에 균일하게 LED가 분포되어 있다. 본 발명에서는 빛의 조사가 필요한 부분의 상부에만 LED를 배치하거나, 해당하는 영역의 LED 만을 턴 온 시킬 수 있다. 따라서, 설치되는 LED의 개수는 상황에 따라 다르겠지만, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 불필요한 면적으로 빛의 조사하지 않음으로써 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 기존의 조명부 대비 효율적이다.
도 14은 본 발명에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 방법에 대한 일 실시예 흐름도이다.
먼저, 조명부(801)를 통해 초기 설정 조건을 가지는 인공광을 조사한다(S1410).
이후, 영상획득부(802)가 상기 재배 식물의 영상을 촬영한다(S1420).
이후, 영상분석부(803)가 상기 재배 식물의 영상을 분석하여 분석 데이터를 획득한다(S1430).
이후, 제어부(805)가 상기 분석 데이터로부터 식물의 정보 및 성장 단계를 확인한다(S1440).
상기 제어부(805)가 상기 식물의 정보 및 성장 단계에 따라, 상기 조명부(801)를 기설정 조건으로 제어한다(S1450).
이후, 상기 제어부(805)가 상기 기설정 조건에 따른 식물 성장 상태를 피드백받는다(S1460). 상기 제어부(803)는 상기 조명부(801)의 제어에 따른 광 조사범위, 광량(조도), 광 파장 및 상기 재배하는 식물의 영상 정보를 피드백받을 수 있다.
상기 제어부(805)가 상기 식물 성장 상태에 따라 상기 기설정 조건을 조정한다(S1470),
저장부(804)에 상기 기설정 조건 및 상기 조정된 조건이 운용이력으로 저장된다(S1480).
제어부(805)는 상기 운영이력을 기반으로 식물정보 데이터베이스를 업데이트한다(S1490).
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법에 대하여 설명하였지만, 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.
즉, 상술한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
101, 201, 401: 광원 102, 402, 206: 반사경
202: 리프셔터부 103, 203: 개구
104, 404: 반사경구동부 204: 개구조절부
105, 205, 405: 제어부 301: 회동부재
302: 톱니바퀴 410, 510, 610, 1211 : 파장변환부
406, 512, 611, 612: 파장변환필름 407, 513, 613: 구동부
408: 축(Roller) 511: 프레임
801, 1001, 1110, 1210, 1310: 조명부
802, 1002: 영상획득부 803, 1003: 영상분석부
804: 저장부 804A: 식물정보 데이터베이스
804B, 1004: 운영이력 데이터베이스
804C: 분석 데이터 저장소 805, 1005: 제어부
806: 측정자표시부 902: 렌즈

Claims (15)

  1. 지능형 조명 장치에 있어서,
    적어도 하나 이상의 LED를 포함하는 광원(101);
    폐곡면으로 상기 광원을 포함하고, 상기 광원으로부터 출력되는 광을 반사하되 하부에 형성된 개구(103)를 통해 빛을 조사하는 반사경(102);
    상기 반사경의 옆면부 길이를 상하로 조절하는 반사경구동부(104); 및
    기설정 조사 면적에 따라 상기 반사경구동부를 제어하여 상기 반사경의 옆면부 길이를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어하는 제어부(105)
    를 포함하고,
    상기 개구를 통해 출력되는 빛의 파장을 기설정 파장으로 변환하기 위해 기설정 파장에 대응되는 빛을 출력하는 양자점이 도포된 파장변환필름을 구비한 파장변환부(410, 510, 610); 및
    상기 파장변환필름의 조사영역을 가변시키는 구동부(407, 513, 613)
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 파장변환부를 통해 출력되는 파장이 상기 기설정 파장이 되도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 조명 장치.
  2. 지능형 조명 장치에 있어서,
    적어도 하나 이상의 LED를 포함하는 광원(201);
    상기 광원의 후방에 배치되는 반사경(206);
    다수의 회동부재(301)를 구비하되, 상기 다수의 회동부재의 움직임에 따라 형성되는 개구를 통해 빛을 출력하는 리프셔터부(202);
    상기 리프셔터부의 회동부재를 구동하여 개구(203)의 면적을 조절하는 개구조절부(204); 및
    기설정 조사 면적에 따라 상기 개구조절부를 제어하여 상기 리프셔터부의 개구 범위를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어하는 제어부(205)
    를 포함하고,
    상기 반사경 및 상기 리프셔터부는 상기 개구를 제외하고 폐곡면을 이루는 것을 특징으로 하고,
    상기 개구를 통해 출력되는 빛의 파장을 기설정 파장으로 변환하기 위해 기설정 파장에 대응되는 빛을 출력하는 양자점이 도포된 파장변환필름을 구비한 파장변환부(410, 510, 610); 및
    상기 파장변환필름의 조사영역을 가변시키는 구동부(407, 513, 613)
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 파장변환부를 통해 출력되는 파장이 상기 기설정 파장이 되도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 조명 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장변환부(410)는,
    상기 파장변환필름이 양측에 구비된 두 개의 축(롤러)에 감겨있는 것을 특징으로 하고,
    상기 구동부(407)에 의해 상기 두 개의 롤러를 감거나 풀어 상기 파장변환필름의 조사 영역이 가변되는 것을 특징으로 하는 지능형 조명 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장변환부(510)는,
    상기 파장변환필름(512)이 다층으로 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 구동부(513)에 의해 상기 각 층의 파장변환필름의 위치를 변경시켜 상기 광원의 조사 영역이 가변되어 파장이 가변되는 것을 특징으로 하는 지능형 조명 장치.
  6. 상황인식 지능형 식물 재배 시스템에 있어서,
    재배 식물의 영상을 획득하기 위한 영상획득부(802);
    상기 획득한 영상을 분석하여 상기 재배 식물의 정보 및 성장 단계를 확인하기 위한 영상분석부(803);
    상기 확인한 식물의 정보 및 성장 단계에 따른 맞춤형 인공광을 제공하는 다수의 조명부(801);
    식물정보 DB(데이터베이스)를 저장하고 있고, 상기 획득한 영상, 분석 데이터 및 운영이력을 저장하기 위한 저장부(804); 및
    상기 영상분석부의 분석 결과에 따라 상기 식물정
    보 DB에 기반하여 상기 조명부를 제어하는 제어부(805)
    를 포함하고,
    상기 각 조명부는,
    적어도 하나 이상의 LED를 포함하는 광원;
    폐곡면으로 상기 광원을 포함하고, 상기 광원으로부터 출력되는 광을 반사하되 하부에 형성된 개구를 통해 빛을 조사하는 반사경;
    상기 반사경의 옆면부 길이를 상하로 조절하는 반사경구동부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 식물정보 DB에 근거한 기설정 조사 면적에 따라 상기 반사경구동부를 제어하여 상기 반사경의 옆면부 길이를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원의 세기 및 상기 LED의 턴 온 개수 및 턴 온 위치를 제어하는 것을 특징으로 하고,
    상기 각 조명부는,
    상기 개구를 통해 출력되는 빛의 파장을 기설정 파장으로 변환하기 위해 기설정 파장에 대응되는 빛을 출력하는 양자점이 도포된 파장변환필름을 구비한 파장변환부; 및
    상기 파장변환부의 위치 및 형태에 따라 상기 파장변환필름의 조사영역을 가변시키는 구동부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 식물정보 데이터베이스에 근거하여 상기 파장변환부를 통해 출력되는 파장이 상기 기설정 파장이 되도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 상황인식 지능형 식물 재배 시스템.
  7. 삭제
  8. 상황인식 지능형 식물 재배 시스템에 있어서,
    재배 식물의 영상을 획득하기 위한 영상획득부(802);
    상기 획득한 영상을 분석하여 상기 재배 식물의 정보 및 성장 단계를 확인하기 위한 영상분석부(803);
    상기 확인한 식물의 정보 및 성장 단계에 따른 맞춤형 인공광을 제공하는 다수의 조명부(801);
    식물정보 DB(데이터베이스)를 저장하고 있고, 상기 획득한 영상, 분석 데이터 및 운영이력을 저장하기 위한 저장부(804); 및
    상기 영상분석부의 분석 결과에 따라 상기 식물정보 DB에 기반하여 상기 조명부를 제어하는 제어부(805)
    를 포함하고,
    상기 각 조명부는,
    적어도 하나 이상의 LED를 포함하는 광원;
    상기 광원의 후방에 배치되는 반사경;
    다수의 회동부재를 구비하되, 상기 다수의 회동부재의 움직임에 따라 형성되는 개구를 통해 빛을 조사하는 리프셔터부;
    상기 리프셔터부의 회동부재를 구동하여 개구의 면적을 조절하는 개구조절부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 식물정보 DB에 근거한 기설정 조사 면적에 따라 상기 개구조절부를 제어하여 상기 리프셔터부의 개구 범위를 조절하고, 기설정 광량에 따라 상기 광원의 세기 및 LED의 턴 온 개수 및 턴온 위치를 제어하고,
    상기 반사경 및 상기 리프셔터부는 상기 개구를 제외하고 폐곡면을 이루는 것을 특징으로 하고,
    상기 각 조명부는,
    상기 개구를 통해 출력되는 빛의 파장을 기설정 파장으로 변환하기 위해 기설정 파장에 대응되는 빛을 출력하는 양자점이 도포된 파장변환필름을 구비한 파장변환부; 및
    상기 파장변환부의 위치 및 형태에 따라 상기 파장변환필름의 조사영역을 가변시키는 구동부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 식물정보 데이터베이스에 근거하여 상기 파장변환부를 통해 출력되는 파장이 상기 기설정 파장이 되도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 상황인식 지능형 식물 재배 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 영상획득부는,
    길이(높이) 계측이 가능한 눈금이 표시된 측정자표시부 및 상기 재배 식물의 영상을 함께 획득하며,
    상기 영상분석부는,
    상기 측정자표시부를 이용하여 상기 재배 식물과 상기 영상획득부 사이의 거리를 연산하고, 상기 영상획득부의 특성과 관계된 값들을 이용하여 상기 재배 식물의 크기를 연산하고,
    상기 재배 식물의 영상을 분석하여 광반사 또는 광흡수 상태를 연산하고,
    상기 재배 식물의 크기(높이), 잎 또는 꽃 또는 열매의 크기, 잎 또는 꽃 또는 열매의 개수, 잎 또는 꽃 또는 열매의 색, 광반사 값, 성장속도, 및 스트레스 상태를 포함하는 분석 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 상황인식 지능형 식물 재배 시스템.
  11. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 조명부는,
    적외선 LED를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 영상획득부는,
    적외선 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 영상분석부는,
    상기 적외선 센서가 구비된 영상획득부를 이용하여 상기 재배 식물로부터 반사되는 반사량에 따른 색상 분석을 통해 상기 재배 식물과 상기 영상획득부 사이의 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 상황인식 지능형 식물 재배 시스템.
  12. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 영상분석부로부터 전달받은 분석 데이터 및 광 조건(광 조사 면적, 광 강도, 광 파장)을 운영이력으로 저장하고,
    상기 운영이력을 기반으로 식물정보 데이터베이스를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 상황인식 지능형 식물 재배 시스템.
  13. 청구항 6 또는 청구항 8의 상황인식 지능형 식물 재배 시스템에서의 상황인식 지능형 식물 재배 방법에 있어서,
    조명부를 통해 초기 설정 조건을 가지는 인공광을 조사하는 단계(S1410);
    영상획득부를 통해 재배 식물의 영상을 촬영하는 영상획득단계(S1420);
    영상분석부가 상기 재배 식물의 영상을 분석하여 분석 데이터를 획득하는 분석단계(S1430);
    제어부가 상기 분석 데이터로부터 식물의 정보 및 성장 단계를 확인하는 단계(S1440);
    상기 제어부가 상기 식물의 정보 및 성장 단계에 따라, 상기 조명부를 기설정 조건으로 제어하는 제어단계(S1450);
    상기 제어부가 상기 기설정 조건에 따른 식물 성장 상태를 전달받는 피드백단계(S1460);
    상기 제어부가 상기 식물 성장 상태에 따라 상기 기설정 조건을 조정하는 조정단계(S1470);
    저장부에 상기 기설정 조건 및 상기 조정된 조건이 운영이력으로 저장되는 기록단계(S1480); 및
    상기 운영이력을 기반으로 식물정보 데이터베이스를 업데이트하는 업데이트 단계(S1490)
    를 포함하는 상황인식 지능형 식물 재배 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 분석단계는,
    길이(높이) 계측이 가능한 눈금이 표시된 측정자표시부와 상기 재배 식물의 영상을 함께 획득하고,
    상기 측정자표시부를 이용하여 상기 재배 식물과 상기 영상획득부 사이의 거리를 연산하고, 상기 영상획득부의 특성과 관계된 값들을 이용하여 상기 재배 식물의 크기를 연산하고,
    상기 재배 식물의 영상을 분석하여 광반사 또는 광흡수 상태를 연산하고,
    상기 재배 식물의 크기(높이), 잎 또는 꽃 또는 열매의 크기, 잎 또는 꽃 또는 열매의 개수, 잎 또는 꽃 또는 열매의 색, 광반사 값, 성장속도, 및 스트레스 상태를 포함하는 분석 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 상황인식 지능형 식물 재배 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    상기 조명부로부터 출력되는 광 조사면적을 제어하는 단계;
    상기 조명부의 광 강도(조도, 광량)를 제어하는 단계; 및
    상기 조명부로부터 출력되는 광 파장을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상황인식 지능형 식물 재배 방법.
KR1020170080492A 2017-06-26 2017-06-26 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법 KR101802189B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170080492A KR101802189B1 (ko) 2017-06-26 2017-06-26 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170080492A KR101802189B1 (ko) 2017-06-26 2017-06-26 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101802189B1 true KR101802189B1 (ko) 2017-11-28

Family

ID=60811236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170080492A KR101802189B1 (ko) 2017-06-26 2017-06-26 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101802189B1 (ko)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200004962A (ko) * 2018-07-05 2020-01-15 경북대학교 산학협력단 양자점의 선택적 광속성 변환을 이용한 식물재배용 등기구
KR20200011320A (ko) * 2018-07-24 2020-02-03 주식회사 선포탈 자연광과 인공 조명을 이용한 하이브리드 디밍 제어 장치
KR20200036103A (ko) * 2018-09-27 2020-04-07 한양대학교 에리카산학협력단 Led 조명
EP3685656A1 (en) * 2019-01-23 2020-07-29 Merck Patent GmbH System for controlling a light-dependent condition of an organism and method of determining a configuration of the system
WO2021005589A1 (en) * 2019-07-05 2021-01-14 Arugga A.I Farming Ltd Automated plant monitoring systems and methods
KR20210034969A (ko) * 2019-09-23 2021-03-31 공주대학교 산학협력단 Uvb led 전반 조명장치 및 그 제어 방법
WO2021162527A1 (ko) * 2020-02-14 2021-08-19 서울바이오시스주식회사 식물 재배용 광원 장치
CN113840434A (zh) * 2021-09-24 2021-12-24 中国农业科学院都市农业研究所 一种基于动态扫描的农业照明设备、系统及方法
KR20220020760A (ko) * 2020-08-12 2022-02-21 주식회사 금강에너텍 식물 성장 촉진 및 성장 관리가 가능한 led 조명 시스템
KR102434102B1 (ko) * 2022-01-27 2022-08-19 농업회사법인 상상텃밭 주식회사 인공지능 능동보조 서버가 탑재된 지능형 의료용 헴프 식물공장 시스템
CN115096879A (zh) * 2022-05-30 2022-09-23 广东昊朗医疗科技有限责任公司 反应参数的确定方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015159028A (ja) * 2014-02-24 2015-09-03 スタンレー電気株式会社 配光角可変型ダウンライト
KR101612392B1 (ko) * 2013-11-28 2016-04-14 농업회사법인 주식회사 제농 Led 광원 장치 및 이를 이용한 표준재배시설 통합 관제, 관리 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101612392B1 (ko) * 2013-11-28 2016-04-14 농업회사법인 주식회사 제농 Led 광원 장치 및 이를 이용한 표준재배시설 통합 관제, 관리 시스템
JP2015159028A (ja) * 2014-02-24 2015-09-03 スタンレー電気株式会社 配光角可変型ダウンライト

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102071289B1 (ko) 2018-07-05 2020-01-30 경북대학교 산학협력단 양자점의 선택적 광속성 변환을 이용한 식물재배용 등기구
KR20200004962A (ko) * 2018-07-05 2020-01-15 경북대학교 산학협력단 양자점의 선택적 광속성 변환을 이용한 식물재배용 등기구
KR102125021B1 (ko) 2018-07-24 2020-06-19 주식회사 선포탈 자연광과 인공 조명을 이용한 하이브리드 디밍 제어 장치
KR20200011320A (ko) * 2018-07-24 2020-02-03 주식회사 선포탈 자연광과 인공 조명을 이용한 하이브리드 디밍 제어 장치
KR102235256B1 (ko) 2018-09-27 2021-04-02 한양대학교 에리카산학협력단 Led 조명
KR20200036103A (ko) * 2018-09-27 2020-04-07 한양대학교 에리카산학협력단 Led 조명
EP3685656A1 (en) * 2019-01-23 2020-07-29 Merck Patent GmbH System for controlling a light-dependent condition of an organism and method of determining a configuration of the system
WO2020152133A1 (en) * 2019-01-23 2020-07-30 Merck Patent Gmbh System for controlling a light-dependent condition of an organism and method of determining a configuration of the system
CN113329618A (zh) * 2019-01-23 2021-08-31 默克专利股份有限公司 用于控制生物体光依赖性条件的系统和确定该系统的配置的方法
WO2021005589A1 (en) * 2019-07-05 2021-01-14 Arugga A.I Farming Ltd Automated plant monitoring systems and methods
KR20210034969A (ko) * 2019-09-23 2021-03-31 공주대학교 산학협력단 Uvb led 전반 조명장치 및 그 제어 방법
KR102300843B1 (ko) * 2019-09-23 2021-09-13 공주대학교 산학협력단 Uvb led 전반 조명장치 및 그 제어 방법
WO2021162527A1 (ko) * 2020-02-14 2021-08-19 서울바이오시스주식회사 식물 재배용 광원 장치
US11707022B2 (en) 2020-02-14 2023-07-25 Seoul Viosys Co., Ltd. Light device for plant cultivation
KR102446011B1 (ko) * 2020-08-12 2022-09-22 주식회사 금강에너텍 식물 성장 촉진 및 성장 관리가 가능한 led 조명 시스템
KR20220020760A (ko) * 2020-08-12 2022-02-21 주식회사 금강에너텍 식물 성장 촉진 및 성장 관리가 가능한 led 조명 시스템
CN113834014A (zh) * 2021-09-24 2021-12-24 中国农业科学院都市农业研究所 一种农业照明装置、系统及方法
CN113847566B (zh) * 2021-09-24 2023-09-12 中国农业科学院都市农业研究所 一种多自由度转动光源的转光单元及方法
CN113883477A (zh) * 2021-09-24 2022-01-04 中国农业科学院都市农业研究所 一种基于后向反射的动植物照明设备、系统及方法
CN113853048A (zh) * 2021-09-24 2021-12-28 中国农业科学院都市农业研究所 一种农业照明的动态光源装置、系统及方法
CN113853048B (zh) * 2021-09-24 2024-05-28 中国农业科学院都市农业研究所 一种农业照明的动态光源装置、系统及方法
CN113840433A (zh) * 2021-09-24 2021-12-24 中国农业科学院都市农业研究所 一种农业发光装置
CN113840433B (zh) * 2021-09-24 2024-01-16 中国农业科学院都市农业研究所 一种农业发光装置
CN113840434A (zh) * 2021-09-24 2021-12-24 中国农业科学院都市农业研究所 一种基于动态扫描的农业照明设备、系统及方法
CN113840434B (zh) * 2021-09-24 2023-08-22 中国农业科学院都市农业研究所 一种基于动态扫描的农业照明设备、系统及方法
CN113883477B (zh) * 2021-09-24 2023-09-05 中国农业科学院都市农业研究所 一种基于后向反射的动植物照明设备、系统及方法
CN113847566A (zh) * 2021-09-24 2021-12-28 中国农业科学院都市农业研究所 一种多自由度转动光源的转光单元及方法
CN113834014B (zh) * 2021-09-24 2023-10-20 中国农业科学院都市农业研究所 一种农业照明装置、系统及方法
KR102434102B1 (ko) * 2022-01-27 2022-08-19 농업회사법인 상상텃밭 주식회사 인공지능 능동보조 서버가 탑재된 지능형 의료용 헴프 식물공장 시스템
CN115096879A (zh) * 2022-05-30 2022-09-23 广东昊朗医疗科技有限责任公司 反应参数的确定方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101802189B1 (ko) 지능형 조명 장치, 이를 포함한 상황인식 지능형 식물 재배 시스템 및 그 방법
KR101795443B1 (ko) 양자점을 이용한 파장변환필름을 포함하는 태양광 변환 장치 및 이를 이용한 식물 재배 방법
CN103563101B (zh) 用于暗生长箱的植物照明装置和方法
CN113834014B (zh) 一种农业照明装置、系统及方法
US8579465B2 (en) Plant growing system
US9445551B2 (en) Method and apparatus for using light emitting diodes in a greenhouse setting
CN103503173B (zh) 增强温室光线的方法与装置
US8384047B2 (en) Fluorescence-based ultraviolet illumination
CN103563102A (zh) 植物照明装置与方法
CN105746202A (zh) 基于pc/移动端远程控制的led植物照明系统及方法
CN103582413B (zh) 用于在植物培育中通过提高昆虫授粉成功率改善植物生产率的方法和设备
KR20190140148A (ko) 보조 광원 시스템 및 이에 사용되는 광 측정장치
KR101730965B1 (ko) 양자점을 이용한 가변 파장을 가지는 식물 생장용 발광 장치
KR101164006B1 (ko) 지능형 식물 재배용 조명장치 및 방법
KR20090124155A (ko) 발광다이오드를 이용한 식물재배 등기구 및 지능형 광환경제어 시스템
KR101414473B1 (ko) 상,하부 성장 촉진램프를 이용한 식물 재배방법 및 장치
KR20230149195A (ko) Led 재배등을 포함하는 작물 재배 장치 제어 방법
KR20200000398A (ko) 보조 광원 시스템 및 이에 사용되는 광 측정장치
JP2007082489A (ja) 植物栽培方法
JP3203925U (ja) 光線出力制御装置
Wang et al. Study on Diffuse Light Ratio Adjustable Device for Plant Growth Illumination
KR20220129298A (ko) 스마트팜의 조명 제어 시스템 및 그 방법
CN116158279A (zh) 一种满足动植物照明需求的宽范围发光装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant