KR101841175B1 - 스펙트럼에 따른 엘이디들의 최적 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법 및 장치 - Google Patents

스펙트럼에 따른 엘이디들의 최적 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 스펙트럼 제어장치와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈을 포함하는 조명제어장치가 스펙트럼에 따른 개별 엘이디들의 조합을 산출하는 조명제어방법에 있어서, 상기 조명제어장치에 조명조건이 입력되는 조명조건 입력 단계; 상기 조명제어장치가 상기 조명조건에 만족하는 목표 스펙트럼 분포값을 생성하는 단계; 상기 조명제어장치에서 상기 목표 스펙트럼을 위한 엘이디 조합군에 포함될 개별 엘이디 갯수 및 개별 엘이디 PWM 듀티비 값이 포함된 조명 제어값을 산출하는 단계; 및 상기 조명제어장치에서 산출된 조명 제어값에 의하여 개별 엘이디들을 조합하고 산출된 듀티비에 따라 전력을 공급하여 조명을 제어하는 단계; 를 포함하되, 상기 조명 제어값을 산출하는 방법은, 상기 목표 스펙트럼 분포에 대한 각 파장별 상대적 강도 세기 값의 분포 비율을 나타낸 행렬 값에서, 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 집합에 대한 상대적 강도 세기값의 분포비율을 나타낸 행렬 값과 상기 엘이디 조합을 이루는 개별 엘이디의 갯수 행렬 및 PWM 듀티비 행렬의 곱에 대한 차이를 최소화하는 L2-norm 함수의 반복적인 해를 풀어서 상기 엘이디 조합군을 이루는 개별 엘이디 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어방법이 제공된다.

Description

스펙트럼에 따른 엘이디들의 최적 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법 및 장치{Illumination control method and apparatus having a function of calculating the optimum combination of the LEDs according to the spectrum}
본 발명은 목표 스펙트럼에 따라 최대 파장이 각각 다른 다수의 LED 소자들의 최적 조합을 포함하는 조명값을 산출하여 스펙트럼 조명을 제어할 수 있는 조명제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.
사람이 인식할 수 있는 가시광선(Visible Light)은 약 380 ~ 780nm의 범위에 있는 스펙트럼이다. 가시광선은 짧은 파장에서는 보라색, 파란색을 띠며 긴 파장에서는 빨간색을 나타내게 되며, RGB LED를 이용하여 이러한 색상을 구현하기도 한다. 하지만, RGB LED로 색상은 구현할 수 있지만 그 스펙트럼은 단파장 스펙트럼의 조합이기 때문에 연색성이 매우 낮다. 이는 단파장의 경우 스펙트럼에 존재하지 않은 파장에 의해 색상을 완전히 표현하지 못 하기 때문이다.
인간이 느끼는 자연광(태양광)은 380 ~ 780nm 파장의 전 대역에 걸쳐서 고르게 방출되고 인간의 시각 활동이 이 자연광에 적응하여 왔기 때문에, 이러한 자연광을 실현할 수 있는 조명장치가 필요하며 또한, 자연광 아래에서의 색상과 동일하게 보이는 정도인 연색성을 개선하여, 자연광 아래에서의 색상과 동일하게 인식할 수 있도록 하는 것이 중요한 과제이다.
종래의 LED를 이용하는 조명장치에서는 자연광에 근접하도록 다양한 파장의 LED를 조합하여 연색성을 개선하려고 시도하고 있으나, 각 파장의 LED를 제조하는 것이 제조비용이나 제조 공정상의 수율 문제 등으로 인해 어려운 문제점이 있다.
단파장과 장파장의 엘이디를 조합하여 주광 형태의 스팩트럼을 구현하기 위한 연구들이 진행되어 왔다.
이러한 연구를 통하여 특정 스펙트럼을 구현시키는 LED 패키지의 조합이 제조될 수 있다.
조명 환경에 따라 인간의 인지 능력이나 업무 효율 등이 달라지기 때문에 복잡한 현대사회에서는 같은 장소에서도 다양한 조명환경이 요구된다.
따라서 수요자가 각각 파장이 다른 엘이디 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈로부터 요구되는 다양한 조명환경에 따른 스펙트럼을 구현하기 위한 엘이디의 최적의 조합을 자동으로 연산하여 적용할 수 있는 스펙트럼 제어를 위한 조명제어방법 및 장치가 요구된다.
본 발명 기술에 대한 배경기술은 대한민국 특허공보 KR 10-130679호(스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법)에 게시되어 있다.
대한민국 특허공보 KR 10-130679호(스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법)
본 발명은 최대 파장이 각각 다른 다수의 엘이디 소자들로부터 목표 스펙트럼을 구현할 수 있는 최적의 엘이디 조합군을 산출하여 조명 제어를 수행할 수 있는 조명제어방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 최대 파장이 각각 다른 다수의 엘이디 소자들로부터 목표 스펙트럼을 최소갯수로 조합하여 구현할 수 있는 최적의 엘이디 조합군을 산출하여 조명 제어를 수행할 수 있는 조명제어방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 최대 파장이 각각 다른 다수의 엘이디 소자들로부터 효율적인 에너지 소비에 맞추어 최적의 엘이디 조합군으로 조합하여 요구되는 스펙트럼 조명 조건으로 스펙트럼 제어를 수행할 수 있는 조명제어방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어장치에 있어서, 상기 조명제어장치는 스펙트럼 제어장치와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈을 포함하며, 상기 스펙트럼 조명 제어장치는, 조명조건 입력부; 상기 조명조건 입력부에서 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포 특성을 생성하는 스펙트럼 생성부; 상기 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포 특성 및 엘이디 조명 모듈에 장착된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 특성이 축적된 정보를 포함하는 조명정보값이 저장된 조명정보 데이터베이스부; 상기 조명조건 입력부에서 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포에 해당하는 스펙트럼을 구현하기 위한 엘이디의 조합 및 개별 소자에 대한 조명 제어값을 산출하는 조명 제어 연산부; 상기 조명 제어 연산부에서 산출된 조명 제어값에 따라 엘이디 조명 모듈의 엘이디들을 조합하여 조명을 위한 조합군으로 접속시키고, 산출된 PWM 제어값으로 접속된 엘이디들을 구동시키는 엘이디 드라이버 모듈; 을 포함하며, 상기 조명 제어값을 산출하는 것은, (a) 개별 엘이디의 갯수 β를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계; (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구하는 단계;
Figure 112016041651884-pat00001
Figure 112016041651884-pat00002
(c) 개별 엘이디의 PWM ratio α의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β값을 구하는 단계;[수학식 6]
Figure 112016041651884-pat00003
Figure 112016041651884-pat00004
(여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터행렬, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.) (d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계; 를 포함하여 상기 조합군을 이루는 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어장치가 제공된다.
또한, 상기 스펙트럼 조명 제어장치는 상기 입력조건을 입력 또는 선택할 수 있는 화면을 제공하고 상기 조명 제어 연산부에서 산출된 출력 정보를 출력시키는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스펙트럼 제어장치와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈을 포함하는 조명제어장치가 스펙트럼에 따른 개별 엘이디들의 조합을 산출하는 조명제어방법에 있어서, 상기 조명제어장치에 조명조건이 입력되는 조명조건 입력 단계; 상기 조명제어장치가 상기 조명조건에 만족하는 목표 스펙트럼 분포값을 생성하는 단계; 상기 조명제어장치에서 상기 목표 스펙트럼을 위한 엘이디 조합군에 포함될 개별 엘이디 갯수 및 개별 엘이디 PWM 듀티비 값이 포함된 조명 제어값을 산출하는 단계; 및 상기 조명제어장치에서 산출된 조명 제어값에 의하여 개별 엘이디들을 조합하고 산출된 듀티비에 따라 전력을 공급하여 조명을 제어하는 단계; 를 포함하되, 상기 조명 제어값을 산출하는 방법은, 상기 목표 스펙트럼 분포에 대한 각 파장별 상대적 강도 세기 값의 분포 비율을 나타낸 행렬 값에서, 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 집합에 대한 상대적 강도 세기값의 분포비율을 나타낸 행렬 값과 상기 엘이디 조합을 이루는 개별 엘이디의 갯수 행렬 및 PWM 듀티비 행렬의 곱에 대한 차이를 최소화하는 L2-norm 함수의 반복적인 해를 풀어서 상기 엘이디 조합군을 이루는 개별 엘이디 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어방법이 제공된다.
또한, 상기 조명 제어값을 산출하는 것은, (a) 개별 엘이디의 갯수 β를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계; (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구하는 단계;
Figure 112016041651884-pat00005
Figure 112016041651884-pat00006
(여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.) (c) 개별 엘이디의 PWM ratio α의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β 값을 구하는 단계;
Figure 112016041651884-pat00007
Figure 112016041651884-pat00008
(d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계; 를 포함하여 상기 조합군을 이루는 상기 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명 제어값을 산출하는 또 다른 방법은, (a) 개별 엘이디의 갯수 β를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계; (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구하는 단계;
Figure 112016041651884-pat00009
Figure 112016041651884-pat00010
(여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.) (c) 개별 엘이디의 PWM ratio α의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β 값을 구하는 단계;
Figure 112016041651884-pat00011
Figure 112016041651884-pat00012
(d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계; 를 포함하여 상기 조합군을 이루는 상기 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명 제어값을 산출하는 또 다른 방법은, (a) 개별 엘이디의 갯수 β를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계; (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구하는 단계;
Figure 112016041651884-pat00013
Figure 112016041651884-pat00014
(여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.) (c) 개별 엘이디의 PWM ratio α의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β 값을 구하는 단계;
Figure 112016041651884-pat00015
Figure 112016041651884-pat00016
(d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계; 를 포함하여 상기 조합군을 이루는 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임계값은 이전 오차와의 차이인 오차변화율이 일정한 값 이하로 감소할 때의 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임계값은 반복되는 횟수 범위로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 최대 파장이 각각 다른 다수의 엘이디 소자들로부터 요구되는 스펙트럼을 구현할 수 있는 최적의 엘이디 조합군을 자동으로 산출하여 조명 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 최대 파장이 각각 다른 다수의 엘이디 소자들로부터 효율적인 에너지 소비 또는 최소 엘이디 갯수로 조합할 수 있는 최적의 엘이디 조합군을 산출함으로써, 요구되는 스펙트럼을 구현하면서, 효율적인 에너지 소비 조건으로 스펙트럼 제어가 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어장치의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법에 대한 과정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에서 사용된 엘이디 조명 모듈의 개별 엘이디의 스펙트럼 분포를 측정한 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 8개의 표준 광원(Standard Illuminant A, B, C, D50, D55, D65, D75 그리고 Illuminant E) 스펙트럼 분포에 대해 재구성된 스펙트럼 분포를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시뮬레이션을 위한 프로토타입의 스펙트럼 조절 LED모듈 및 그 조명 부스를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 구현된 표준 조명에 대한 이미지를 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
이하 본 발명의 구현에 따른 최대 파장이 각각 다른 다수의 LED 소자의 조합에 의하여 조명의 스펙트럼을 조절하여 제어할 수 있는 조명제어방법 및 그 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어장치의 블럭도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어장치(1)는 스펙트럼 조명 제어장치(10)와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명모듈(20)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스펙트럼 조명 제어장치(10)는 조명조건 입력부(11), 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포 특성을 생성하는 스펙트럼 생성부(12), 조명조건에 따른 스펙트럼 분포 특성 및 엘이디 조명 모듈(20)에 장착된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 특성이 축적된 정보를 포함하는 조명정보값이 저장된 조명정보 데이터베이스부(19), 조명조건 입력부(11)에서 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포에 해당하는 스펙트럼을 구현하기 위한 엘이디의 조합 및 개별 소자에 대한 조명 제어값을 산출하는 조명 제어 연산부(14), 상기 조명 제어 연산부(14)에서 산출된 제어값에 따라 엘이디 조명모듈(20)의 엘이디들을 조합하여 조명을 위한 조합군으로 접속시키고, 산출된 PWM 제어값으로 접속된 엘이디들을 구동시키는 엘이디 드라이버 모듈(15)을 포함한다.
또한, 입력조건 선택화면을 제공하고 상기 조명 제어 연산부(14)에서 산출된 출력 정보를 출력시키는 디스플레이부(16)를 더 포함할 수 있다.
목표 스펙트럼 분포의 광원을 구현하기 위해서는 다양한 파장의 LED가 필요하며, 각 파장에 대해서 서로 다른 LED 갯수와 제어를 위한 PWM이 필요하다. 많은 LED 수와 높은 정밀도를 갖는 PWM을 사용한다면 더 정확하게 목표 광원을 구현하겠지만 실제 환경에서는 최소한의 LED 수와 구현 가능한 정밀도의 PWM을 사용해야 하기 때문에 장치를 설계할 때의 특성을 고려해야 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법은, 요구되는 목표 스펙트럼에 만족하는 스펙트럼을 구현시키기 위한 서로 다른 파장을 가지는 엘이디들의 최적의 조합과 개별 엘이디의 최적의 듀티비를 산출하여 에너지 소비를 최소화할 수 있는 알고리즘 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법은, 요구되는 목표 스펙트럼에 만족하는 스펙트럼을 구현시키기 위한 서로 다른 파장을 가지는 엘이디들의 최적의 조합과 개별 엘이디의 최적의 듀티비를 산출하여 최소의 엘이디로 조명 조합군을 형성할 수 있는 알고리즘 방법이 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법에 대한 과정을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 110단계에서 조명 조건 입력단계가 수행된다.
조명조건 입력단계(110)에서는 조명 위치에 따른 엘이디 조명 모듈 선택하여 목표 스펙트럼이 포함된 조명조건이 입력될 수 있으며, 또한, 요구되는 조명 특성, 예를 들면, 주광 표준조명, 또는 아침 조명 등과 같은 조명 환경이 입력될 수 있다. 필요에 따라서는 목표 스펙트럼 분포값을 직접 입력할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명을 구현하기 위한 실험 예를 들어서 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 표준 조명(Standard Illuminant A, B, C, D50, D55, D65, D75)과 이상적인 스펙트럼이라고 불리는 E광원(FULL SPECTRUM) 환경을 목표 조명 조건으로 설정하여 스펙트럼을 조절하여 제어할 수 있는 조명제어방법에 대하여 구현하여 보았다.
110단계에서 조명 조건이 입력되면, 스펙트럼 생성 부에서는 데이터베이스부(19)로부터 조명 조건 환경을 만족하는 목표 스펙트럼 분포를 생성하여 조명제어 연산부(14)에 목표 스펙트럼 분포 값으로 입력된다.
이와 동시에 112단계에서는 선택된 엘이디 조명 모듈(20)에 설치된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 및 최대 갯수가 조명제어 연산부(14)에 입력된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 엘이디 조명모듈(20)은 2종류의 장파장 LED와 16 종류의 단파장 LED의 최대 갯수 각 7개로 준비하여 실험하였다.
Figure 112016041651884-pat00017
표 1은 본 발명의 일 실시 예에서 사용된 엘이디 조명 모듈(20)에 설치된 개별 엘이디의 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에서 사용된 엘이디 조명 모듈의 개별 엘이디의 스펙트럼 분포를 측정한 예를 도시한 것이다.
개별 엘이디의 스펙트럼 분포는 Onwafertest 장비를 통하여 측정하였다.
도 3을 참조하면, 장파장에서 단파장에 이르는 18종류의 LED의 스펙트럼 분포값을 구할 수 있다.
조명조건에 따른 입력 제어값이 입력이 되면, 조명제어 연산부(14)에서 목표 스펙트럼을 만족하는 최적의 개별 엘이디 조합 및 개별 엘이디의 PWM 듀티비 값이 포함된 조명 제어값을 산출하는 단계가 수행된다.
엘이디 드라이버 모듈(15)은 산출된 조명 제어값에 의하여 개별 엘이디들을 조합하고 산출된 듀티비에 따라 엘이디 전력을 공급하여 조명을 제어하는 단계를 수행하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에서 조명 제어값을 산출하는 과정에 대한 알고리즘은 다음과 같이 제1 내지 3 실시 예에 의하여 구현될 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제3실시 예는 목표 스펙트럼 분포에 대한 각 파장별 상대적 강도 세기 값의 분포 비율을 나타낸 행렬 값에서, 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 집합에 대한 상대적 강도 세기값의 분포비율을 나타낸 행렬 값과 엘이디 조합을 이루는 개별 엘이디 각각의 갯수 행렬 및 PWM 듀티비 행렬의 곱에 대한 차이를 최소화하는 L2-norm 함수의 반복적인 해를 풀어서 조합군을 이루는 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 방법을 채택한 것을 특징으로 한다.
[제1 실시 예]
목표 광원을 구현하기 위해서는 다양한 파장의 LED가 필요하며, 각 파장에 대해서 서로 다른 LED 갯수와 제어를 위한 PWM이 필요하다. 많은 LED 수와 높은 정밀도를 갖는 PWM을 사용한다면 더 정확하게 목표 광원을 구현하겠지만 실제 환경에서는 최소한의 LED 수와 구현 가능한 정밀도의 PWM을 사용해야 하기 때문에 회로를 설계할 때의 특성을 고려해야 한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 LED 수와 듀티비를 이용한 최적화를 위해 sparse coding을 이용한 LED 광원 수와 재구성 에러를 줄이는 최적화 방법을 채택하였다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제1 실시 예 및 제3 실시 예들은, 목표 스펙트럼을 각 파장별 상대적 방사강도 세기의 분포비율에 대한 행렬 값에서, 개별 엘이디 각각의 스펙트럼을 파장별 방사 강도 세기의 분포비율에 대한 행렬 값과 개별 엘이디의 갯수행렬 및 pwm 행렬의 차이값을 상기 개별 엘이디의 갯수값이 최소로 되는 L2 Lorn 함수 해를 반복적으로 수행하여, 상기 목표 스펙트럼의 행렬 값에서 상기 개별 엘이디 조합을 위한 개별 엘이디 각각의 갯수 및 PWM 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어방법으로 수행된다.
LED 회로를 구성할 때에는 LED의 갯수는 0을 포함한 양의 정수가 되어야 하고 듀티비는 PWM의 비트 수에 의존적이기 때문에 이를 고려하였다.
본 발명의 일 실시 예에서는 듀티비를 constraint로 사용하여 다음 수학식 1을 산출하였다.
제1 실시 예는 듀티비에 희소성 제약(sparsity constraint)을 만족시키는 최적화 알고리즘을 통하여 α와 β를 구할 수 있다.
제1 실시 예에서 다음과 같은 알고리즘에 의해 조명 제어값인 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 과정을 수행하게 된다.
1 단계; 먼저, 개별 엘이디의 갯수인 β 는 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정한다.
1. Initialize β = 1
2 단계; 개별 엘이디의 갯수인 β 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 수학식 1의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구한다.
Figure 112016041651884-pat00018
Figure 112016041651884-pat00019
α is solved with fixed β,
3 단계: 개별 엘이디의 PWM ratio α 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 수학식 2의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수인 β 값을 구한다.
Figure 112016041651884-pat00020
Figure 112016041651884-pat00021
β is solved with fixed α,
4 단계: 다음은 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 2, 3단계를 계속한다.
여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터행렬, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터 행렬, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.
X, D, M 이 입력되면 연산 알고리즘 경과로 PWM ratio α, 각 엘이디의 갯수 β 를 출력으로 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 목표 스펙트럼 분포값인 X와 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수 D는 각 파장별 분포비율에 대한 행렬로 입력될 수 있다.
[제2 실시 예]
제2 실시 예는 에너지 소비를 최적화하는 알고리즘을 채택한 것이다.
제2 실시 예는 듀티비와 상기 듀티비와 매칭되는 엘이디 갯수의 곱에 희소성 제약(sparsity constraint)을 만족시키는 최적화 알고리즘을 통하여 α와 β를 구할 수 있다.
제2 실시 예는 에너지 소비 최적화를 위한 엘이디 조합에 따른 개별 엘이디의 PWM ratio α와 개별 엘이디 갯수 β를 구할 수 있다.
LED의 에너지 소모는 다음과 같이 구할 수 있다.
전력(W) = LED의 갯수(β) × 전압(V) × 전류(A) × 듀티비(α)
여기서 전압은 LED의 순방향 전압 그리고 전류는 LED 구동을 위한 정전류로 사용하는 LED에 따라 정해져 있는 값이기 때문에 상수라고 볼 수 있고, 따라서 전력은 α와 β에 종속적이라고 할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에서는 목표 스펙트럼을 구현하는 조합군중 α와 β 곱이 최소로 되는 군을 산출할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에서 α와 β는 수학식 3, 4와 같이 L2-norm에 의해 구할 수 있다.
2-1 단계; 먼저 개별 엘이디의 갯수인 β 는 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정한다. Initialize β = 1
2-2 단계; 개별 엘이디의 갯수인 β 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 수학식 1의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구한다.
Figure 112016041651884-pat00022
Figure 112016041651884-pat00023
α is solved with fixed β,
2-3 단계: 개별 엘이디의 PWM ratio α 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 수학식 2의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수인 β 값을 구한다.
Figure 112016041651884-pat00024
Figure 112016041651884-pat00025
β is solved with fixed α,
2-4 단계: 다음은 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 2-1, 2-3 단계를 계속 수행한다.
여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.
X, D, M가 입력되면 연산 알고리즘 경과로 PWM ratio α, 각 엘이디의 갯수 β 를 출력으로 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 제1, 2 실시 예에 따라, 스펙트럼을 구현을 시뮬레이션을 하기 위해서 각 파장 특성별로 최대 7개의 LED를 사용할 수 있도록 설정을 하였으며, 12bit PWM을 사용하여 PWM 값은 11비트 4096단계(0∼4095)를 [0, 1] 의 구간으로 설정하였다. 이를 8개의 광원(Standard Illuminant A, B, C, D50, D55, D65, D75 그리고 Illuminant E)에 대해 재구성 에러와 LED의 갯수, 전력 소모를 평가해 보았다
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 8개의 표준 광원(Standard Illuminant A, B, C, D50, D55, D65, D75 그리고 Illuminant E) 스펙트럼 분포에 대해 재구성된 스펙트럼 분포를 도시한 것이다.
도 4에서 red 점선은 목표 스펙트럼이며, blue 선은 제1실시 예, green 선은 제2실시 예에 의하여 엘이디 조합군으로 구현된 스펙트럼 분포를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제1 실시 예 및 제2 실시 예 모두 목표 스펙트럼 분포를 만족하는 범위의 분포를 갖는 스펙트럼의 결과를 보여준다. 대체로 블루 파장에서 피크가 나오는 것은 LED의 수를 줄이기 위해서 장파장 LED의 갯수를 늘려서 생기는 현상으로 분석된다.
스펙트럼
Figure 112016041651884-pat00026
Figure 112016041651884-pat00027
 스펙트럼
Figure 112016041651884-pat00028
Figure 112016041651884-pat00029
A 170.293 169.810 D55 97.003 92.896
B 105.014 90.734 D65 126.632 116.605
C 83.665 99.945 D75 93.122 103.821
D50 101.314 96.077 E 190.546 183.962
표 2는 제1, 2 실시 예에 대한 재구성 오차를 나타낸 것이다.
표 2를 참조하면, 전반적으로 제2 실시 예의 재구성 오차가 작은 것을 알 수 있다.
스펙트럼
Figure 112016041651884-pat00030
(W)
Figure 112016041651884-pat00031
(W)		 스펙트럼
Figure 112016041651884-pat00032
(W)
Figure 112016041651884-pat00033
(W)
A 0.559 0.548 D55 1.529 1.461
B 1.388 1.202 D65 1.361 1.357
C 1.207 1.102 D75 1.231 1.245
D50 1.515 1.147 E 1.592 1.260
표 3은 제1 실시 예와 제2 실시 예에 따른 전력 소모 차이를 보여준다. 에너지 소모를 constraint로 사용한 제2 실시 예가 전반적으로 전력을 적게 쓰는 것을 알 수 있다
표 4 ~ 8은 표준 광원 A, C, D55, E에 따라 사용하는 LED의 수와 PWM 값을 보여준다.
제1 실시 예에 경우 PWM 값(듀티비)에 sparsity constraint를 두었기 때문에 PWM 값에 sparsity가 높다. 반면에 제2 실시 예는 PWM 값과 LED의 갯수에 희소성 제약(sparsity constraint)을 두었기 때문에 목표 스펙트럼을 구현할 수 있는 엘이디 조합군을 제1 실시 예보다 적은 갯수로 조합될 수 있다.
Index
Figure 112016041651884-pat00034
Figure 112016041651884-pat00035
 Index
Figure 112016041651884-pat00036
Figure 112016041651884-pat00037
LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값
1 0 837 0 1980 10 0 0 0 1980
2 5 4043 5 4095 11 3 0 0 1980
3 7 45 1 319 12 3 0 0 1980
4 3 0 3 0 13 0 837 0 1980
5 7 32 1 197 14 3 0 0 1980
6 3 0 3 0 15 3 0 0 1980
7 3 0 3 0 16 0 837 0 1980
8 3 0 0 1980 17 3 0 0 1980
9 0 0 0 1980 18 7 2484 4 4095
A 스펙트럼에 대한 제1, 2 실시 예의 LED 수와 PWM 값
Index
Figure 112016041651884-pat00038
Figure 112016041651884-pat00039
 Index
Figure 112016041651884-pat00040
Figure 112016041651884-pat00041
LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값
1 3 3117 3 4095 10 4 4094 3 4095
2 5 4001 4 4095 11 3 0 0 2023
3 1 1525 1 2237 12 3 0 0 2023
4 0 730 0 0 13 0 730 0 2023
5 1 3215 1 3368 14 0 730 0 2023
6 0 730 0 2023 15 0 730 0 2023
7 7 2433 3 4095 16 0 730 0 2023
8 0 730 1 4095 17 3 0 0 2023
9 0 730 0 2023 18 7 2126 3 4095
C 스펙트럼에 대한 제1, 2 실시 예의 LED 수와 PWM 값
Index
Figure 112016041651884-pat00042
Figure 112016041651884-pat00043
 Index
Figure 112016041651884-pat00044
Figure 112016041651884-pat00045
LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값
1 2 1870 1 4095 10 6 1812 4 4095
2 7 4089 7 4095 11 3 0 0 2002
3 7 436 1 2883 12 3 0 0 2002
4 0 459 0 2002 13 0 0 0 2002
5 2 1497 1 2657 14 0 0 0 2002
6 3 0 0 2002 15 3 0 0 2002
7 7 2658 4 4095 16 0 459 0 2002
8 5 4091 3 4095 17 3 0 0 2002
9 3 0 0 2001 18 7 2288 4 4095
D55 스펙트럼에 대한 제1, 2 실시 예의 LED 수와 PWM 값
Index
Figure 112016041651884-pat00046
Figure 112016041651884-pat00047
 Index
Figure 112016041651884-pat00048
Figure 112016041651884-pat00049
LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값 LED수 PWM값
1 4 2016 3 4095 10 7 1055 1 4095
2 7 4095 7 4095 11 3 0 0 1520
3 3 2289 1 4095 12 3 0 0 1519
4 3 0 0 44 13 3 0 0 1518
5 2 1601 1 4095 14 3 0 0 1518
6 0 0 0 1518 15 3 0 0 1518
7 7 2121 2 4095 16 3 0 0 1519
8 7 2625 1 4095 17 3 0 1 4095
9 3 0 1 4095 18 7 3035 3 4095
E 스펙트럼에 대한 제1, 2 실시 예의 LED 수와 PWM 값
제3 실시 예는 목표스펙트럼을 구현하기 위한 엘이디 조합군에 형성되는 개별 엘이디 갯수의 최소화하기 위한 방안의 알고리즘을 고안한 것이다.
제3 실시 예의 구현 예에 대한 시뮬레이션 결과, 제2 실시 예와 스펙트럼 파형 분포는 유사한 패턴을 보이면서 전체적으로 엘이디 갯수가 최소로 조합되는 것으로 나타난다.
[실시 예 3]
3-1 단계; 먼저 개별 엘이디의 갯수인 β 는 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정한다.
Initialize β = 1
3-2 단계; 개별 엘이디의 갯수인 β 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 수학식 5의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구한다.
Figure 112016041651884-pat00050
Figure 112016041651884-pat00051
α is solved with fixed β,
3-3 단계: 개별 엘이디의 PWM ratio α 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 수학식 6의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수인 β 값을 구한다.
Figure 112016041651884-pat00052
Figure 112016041651884-pat00053
β is solved with fixed α
여기서 입력값인 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수이며, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수이다. M은 각 엘이디의 최대 갯수를 나타낸다.
X, D, M가 입력되면 연산 알고리즘 경과로 PWM ratio α, 각 엘이디의 갯수 β 를 출력으로 얻을 수 있다.
3-4 단계: 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 2, 3단계를 계속한다.
실시 예 3의 알고리즘은 목표 스펙트럼을 구현하는 데 있어서 최소 LED의 조합으로 광원의 스펙트럼을 구성하기 위한 최적의 해를 구할 수 있는 방법이다.
실시 예3 알고리즘에서 X, D를 입력으로 하고, 3-2 단계와 3-3단계 과정을 통해서 각각 α와 β를 계산한다. 2번과 3번 과정을 반복해서 목적함수를 최소화하는 α와 β의 최적의 해를 구할 수 있다.
3-2 단계의 수식은 X, D, β를 입력으로 사용해서 수식을 만족시키는 α를 계산하는 목적함수이다. 즉, 목표 스펙트럼과 LED를 사용해 제구성된 스펙트럼의 차가 최소가 되도록 하는 α의 값을 찾는 과정이며, α의 값이 0 에서 1 사이에서 구해진다.
3-3 단계는 X, D, α를 입력으로 사용해서 수식을 만족시키는 β를 계산하는 목적함수이다. 원본 스펙트럼과 LED를 사용해 제구성된 스펙트럼의 차가 최소가 되도록 하는 β의 값을 찾는 과정이며, β의 값은 0 에서 M 사이에서 구해진다.
수식에서
Figure 112016041651884-pat00054
항에 의해 β의 값이 정당히 작아질수록 error가 작아지기 때문에 β의 값이 최소가 되면서 목적함수를 최소화할 수 있도록 최적화가 수행된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 최소 에러를 가지는 α, 최소 에러와 희소행렬을 가지는 β를 구하기 위해 최소 임계값을 설정한다.
반복 회수를 증가해 가면서, 오차를 계산했을 때 이전 오차와의 차이가 임계값인 ε보다 작으면 반복을 종료하거나, 이전 오차와의 차이가 계속적으로 ε보다 크게 줄어든다면 최대 반복 횟수는 미리 정의된 횟수만큼 반복 후 종료될 수 있다.
또한, 상기 임계값은 이전 오차와의 차이인 오차변화율이 일정한 값 이하로 감소할 때의 값으로 설정될 수 있다.
다양한 시뮬레이션 결과, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 ε=1.2206×10^(-4) 값이 효율적인 임계값으로 적용되었다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 상기 임계값 범위를 정해진 횟수만큼 반복하는 과정으로 설정할 수 있다. 이때의 반복 횟수는 유사 스펙트럼에 대한 경험치에 따라 최대 반복 횟수로 설정될 수 있다.
제3 실시 예는 엘이디 갯수에 희소성 제약(sparsity constraint)을 만족시키는 최적화 알고리즘을 통하여 α와 β를 구할 수 있다.
제3 실시 예는 목표 스펙트럼 분포를 만족하는 범위의 스펙트럼 분포를 가지면서 엘이디 갯수를 최소화할 수 있는 엘이디 조합군을 위한 개별 엘이디의 PWM ratio α와 개별 엘이디 갯수 β를 구할 수 있다.
제3 실시 예는 LED의 갯수를 줄이는 쪽으로 최적화가 된 것으로써, 목표 스펙트럼 분포를 만족하는 범위의 스펙트럼 분포를 가지면서 엘이디 갯수를 최소화하는 조합군으로 조명을 실시할 수 있다.
엘이디 갯수를 최소화하면 결과적으로 소비전력도 줄어들게 되므로, 제3 실시 예는 목표 스펙트럼을 구현하는 엘이디 조합군을 형성하는 엘이디 갯수를 최소화함에 따라 전체 에너지 소비량도 줄일 수 있는 효과를 가질 수 있다.
실험결과 제3 실시 예는 제2 실시 예와 전력소비 면에서 유사한 결과를 나타낸다.
소비전력은 제2 실시 예 및 제3 실시 예 모두 유사한 결과를 나타내며, 제1 실시 예에 비하여 적은 소비전력으로 요구된 조명 형태를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시뮬레이션을 위한 프로토타입의 스펙트럼 조절 LED모듈 및 그 조명 부스를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 시뮬레이션용 프로토타입의 조명 부스는 66×55×60㎤의 크기로 제작하였으며 조명 부스의 색상은 회색인 먼셀 N7으로 도장을 하였다. 스펙트럼 조절 조명 모듈과 LED 드라이버 모듈은 15 개를 사용하였다.
조명 부스를 통해 8개의 광원(Standard Illuminant A, B, C, D50, D55, D65, D75 그리고 Illuminant E)을 구현해 보았으며 스펙트럼 측정은 코니카 미놀타(Konika Minolta) 사의 CL-500A를 통해 측정을 진행하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 구현된 표준 조명에 대한 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 상기 제3 실시 예에 따라 8개의 표준 광원(Standard Illuminant A, B, C, D50, D55, D65, D75 그리고 Illuminant E) 스펙트럼을 재구성하여 구현한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 구현된 표준 조명에 대한 이미지를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 최대 파장이 각각 다른 다수의 엘이디 소자들로부터 요구되는 스펙트럼을 구현할 수 있는 최적의 엘이디 조합군을 자동으로 산출하여 조명 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 최대 파장이 각각 다른 다수의 엘이디 소자들로부터 효율적인 에너지 소비 또는 최소 갯수로 조합할 수 있는 최적의 엘이디 조합군을 산출함으로써, 요구되는 스펙트럼을 구현하면서, 효율적인 에너지 소비 조건으로 스펙트럼 제어가 수행될 수 있다.
1; 조명제어장치
10: 스펙트럼 조명 제어장치
11: 조명조건 입력부
12: 스펙트럼 생성부
14: 조명제어 연산부
15: 엘이디 드라이버 모듈
16: 디스플레이부
19: 데이터베이스부
20: LED 조명 모듈

Claims (8)

  1. 스펙트럼에 따른 엘이디들의 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어장치에 있어서,
    상기 조명제어장치는 스펙트럼 제어장치와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈을 포함하며,
    상기 스펙트럼 조명 제어장치는,
    조명조건 입력부;
    상기 조명조건 입력부에서 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포 특성을 생성하는 스펙트럼 생성부;
    상기 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포 특성 및 엘이디 조명 모듈에 장착된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 특성이 축적된 정보를 포함하는 조명정보값이 저장된 조명정보 데이터베이스부;
    상기 조명조건 입력부에서 입력된 조명조건에 따른 스펙트럼 분포에 해당하는 스펙트럼을 구현하기 위한 엘이디의 조합 및 개별 소자에 대한 조명 제어값을 산출하는 조명 제어 연산부; 및
    상기 조명 제어 연산부에서 산출된 조명 제어값에 따라 엘이디 조명 모듈의 엘이디들을 조합하여 조명을 위한 조합군으로 접속시키고, 산출된 PWM 제어값으로 접속된 엘이디들을 구동시키는 엘이디 드라이버 모듈; 을 포함하며,
    상기 조명 제어값을 산출하는 것은,
    (a) 개별 엘이디의 갯수 β를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계;
    (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00055

    Figure 112017073278661-pat00056

    (c) 개별 엘이디의 PWM ratio α의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β 값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00057

    Figure 112017073278661-pat00058

    (여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터행렬, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.)
    (d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계;
    - 여기서 상기 임계값은 이전 오차와의 차이인 오차변화율이 일정한 값 이하로 감소할 때의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것임,
    를 포함하여 상기 조합군을 이루는 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼 조명 제어장치는
    상기 입력조건을 입력 또는 선택할 수 있는 화면을 제공하고 상기 조명 제어 연산부에서 산출된 출력 정보를 출력시키는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명제어장치
  3. 삭제
  4. 스펙트럼 제어장치와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈을 포함하는 조명제어장치가 스펙트럼에 따른 개별 엘이디들의 조합을 산출하는 조명제어방법에 있어서,
    상기 조명제어장치에 조명조건이 입력되는 조명조건 입력 단계;
    상기 조명제어장치가 상기 조명조건에 만족하는 목표 스펙트럼 분포값을 생성하는 단계;
    상기 조명제어장치에서 상기 목표 스펙트럼을 위한 엘이디 조합군에 포함될 개별 엘이디 갯수 및 개별 엘이디 PWM 듀티비 값이 포함된 조명 제어값을 산출하는 단계; 및
    상기 조명제어장치에서 산출된 조명 제어값에 의하여 개별 엘이디들을 조합하고 산출된 듀티비에 따라 전력을 공급하여 조명을 제어하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 조명 제어값을 산출하는 방법은,
    상기 목표 스펙트럼 분포에 대한 각 파장별 상대적 강도 세기 값의 분포 비율을 나타낸 행렬 값에서, 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 집합에 대한 상대적 강도 세기값의 분포비율을 나타낸 행렬 값과 상기 엘이디 조합을 이루는 개별 엘이디의 갯수 행렬 및 PWM 듀티비 행렬의 곱에 대한 차이를 최소화하는 L2-norm 함수의 반복적인 해를 풀어서 상기 엘이디 조합군을 이루는 개별 엘이디 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하며,
    상기 조명 제어값을 산출하는 것은,
    (a) 개별 엘이디의 갯수 β 를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계;
    (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00059

    Figure 112017073278661-pat00060

    (여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.)
    (c) 개별 엘이디의 PWM ratio α의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β 값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00061

    Figure 112017073278661-pat00062

    (d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계;
    - 여기서 상기 임계값은 이전 오차와의 차이에 대한 오차변화율이 일정한 값 이하로 감소할 때의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것임,
    를 포함하여 상기 조합군을 이루는 상기 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어방법.
  5. 스펙트럼 제어장치와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈을 포함하는 조명제어장치가 스펙트럼에 따른 개별 엘이디들의 조합을 산출하는 조명제어방법에 있어서,
    상기 조명제어장치에 조명조건이 입력되는 조명조건 입력 단계;
    상기 조명제어장치가 상기 조명조건에 만족하는 목표 스펙트럼 분포값을 생성하는 단계;
    상기 조명제어장치에서 상기 목표 스펙트럼을 위한 엘이디 조합군에 포함될 개별 엘이디 갯수 및 개별 엘이디 PWM 듀티비 값이 포함된 조명 제어값을 산출하는 단계; 및
    상기 조명제어장치에서 산출된 조명 제어값에 의하여 개별 엘이디들을 조합하고 산출된 듀티비에 따라 전력을 공급하여 조명을 제어하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 조명 제어값을 산출하는 방법은,
    상기 목표 스펙트럼 분포에 대한 각 파장별 상대적 강도 세기 값의 분포 비율을 나타낸 행렬 값에서, 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 집합에 대한 상대적 강도 세기값의 분포비율을 나타낸 행렬 값과 상기 엘이디 조합을 이루는 개별 엘이디의 갯수 행렬 및 PWM 듀티비 행렬의 곱에 대한 차이를 최소화하는 L2-norm 함수의 반복적인 해를 풀어서 상기 엘이디 조합군을 이루는 개별 엘이디 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하며,
    상기 조명 제어값을 산출하는 것은,
    (a) 개별 엘이디의 갯수 β를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계;
    (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00063

    Figure 112017073278661-pat00064

    (여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.)
    (c) 개별 엘이디의 PWM ratio α의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식 4의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β 값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00065

    Figure 112017073278661-pat00066

    (d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계;
    - 여기서 상기 임계값은 이전 오차와의 차이에 대한 오차변화율이 일정한 값 이하로 감소할 때의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것임,
    를 포함하여 상기 조합군을 이루는 상기 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어방법.
  6. 스펙트럼 제어장치와 단파장에서 장파장까지 최대 파장 특성이 다른 엘이디들의 조합으로 이루어진 엘이디 조명 모듈을 포함하는 조명제어장치가 스펙트럼에 따른 개별 엘이디들의 조합을 산출하는 조명제어방법에 있어서,
    상기 조명제어장치에 조명조건이 입력되는 조명조건 입력 단계;
    상기 조명제어장치가 상기 조명조건에 만족하는 목표 스펙트럼 분포값을 생성하는 단계;
    상기 조명제어장치에서 상기 목표 스펙트럼을 위한 엘이디 조합군에 포함될 개별 엘이디 갯수 및 개별 엘이디 PWM 듀티비 값이 포함된 조명 제어값을 산출하는 단계; 및
    상기 조명제어장치에서 산출된 조명 제어값에 의하여 개별 엘이디들을 조합하고 산출된 듀티비에 따라 전력을 공급하여 조명을 제어하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 조명 제어값을 산출하는 방법은,
    상기 목표 스펙트럼 분포에 대한 각 파장별 상대적 강도 세기 값의 분포 비율을 나타낸 행렬 값에서, 개별 엘이디의 스펙트럼 분포 집합에 대한 상대적 강도 세기값의 분포비율을 나타낸 행렬 값과 상기 엘이디 조합을 이루는 개별 엘이디의 갯수 행렬 및 PWM 듀티비 행렬의 곱에 대한 차이를 최소화하는 L2-norm 함수의 반복적인 해를 풀어서 상기 엘이디 조합군을 이루는 개별 엘이디 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하며,
    상기 조명 제어값을 산출하는 것은,
    (a) 개별 엘이디의 갯수 β 를 초기화 단계에서 모두 1의 값으로 구하여 설정하는 단계;
    (b) 상기 개별 엘이디의 갯수 β 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 PWM ratio α 값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00067

    Figure 112017073278661-pat00068

    (여기서 X는 목표 스펙트럼 분포 데이터 행렬 함수, D는 측정된 개별 엘이디의 스펙트럼 분포의 데이터행렬 함수, M은 각 엘이디의 최대 갯수, α는 개별 엘이디의 PWM ratio 행렬, β는 개별 엘이디의 갯수행렬을 나타낸다.)
    (c) 개별 엘이디의 PWM ratio α 의 값을 전 단계에서 구한 값으로 설정한 상태에서 다음 식의 L2-norm 함수의 해를 풀어서 개별 엘이디의 갯수 β 값을 구하는 단계;
    Figure 112017073278661-pat00069

    Figure 112017073278661-pat00070

    (d) 최소 오차가 설정된 임계값 범위가 될 때까지 상기 (b)-(c) 단계를 반복하여 수행하는 단계;
    - 여기서 상기 임계값은 이전 오차와의 차이에 대한 오차변화율이 일정한 값 이하로 감소할 때의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것임,
    를 포함하여 상기 조합군을 이루는 개별 엘이디의 PWM 듀티비 및 개별 엘이디의 갯수를 산출하는 것을 특징으로 하는 조명제어방법
  7. 삭제
  8. 제4항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임계값은 반복되는 횟수 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 조명제어방법
KR1020160053222A 2016-04-29 2016-04-29 스펙트럼에 따른 엘이디들의 최적 조합을 산출하는 기능을 가진 조명제어방법 및 장치 KR101841175B1 (ko)

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