KR102117271B1 - 거리-온도 스캔형 센서 장치 - Google Patents

거리-온도 스캔형 센서 장치 Download PDF

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윤재순
한준모
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주식회사 쓰리에이치굿스
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Abstract

본 발명은 거리-온도 스캔형 센서 장치에 관한 것으로, 미러의 전면부에 위치하고 상기 미러로부터 반사되는 빛을 수광하여 측정 영역 내 존재하는 대상체와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서, 상기 미러의 후면부에 위치하고 상기 미러로부터 반사되는 빛을 수광하여 상기 측정 영역 내 존재하는 대상체의 온도를 측정하는 온도 측정 센서, 2개의 회전축을 형성하는 복수의 모터들을 구비하고 좌우 360도 회전 및 상하 180도 회전을 통해 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서의 측정 영역을 확보하는 회전 구동부, 및 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서에서 각각 측정된 거리정보와 열분포정보를 합성하여 열상이미지에 거리정보를 반영하는 합성처리부를 포함한다.

Description

거리-온도 스캔형 센서 장치 {DISTANCE-TEMPERATURE SCANNING SENSOR DEVICES}
본 발명은 거리-온도 스캔형 센서 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2축 회전을 통한 스캔으로 넓은 시야각을 확보하고 거리와 온도를 감지하여 열화상 이미지에 거리정보를 반영할 수 있도록 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치에 관한 것이다.
사람이 추위를 느끼는 것은 냉기에 의해 몸의 열이 평상시 활동의 온도보다 낮아지기 때문이다. 즉, 인체의 신진대사는 체온과 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 따라서, 쾌적한 주거환경이나 건강을 위해 사람의 신체온도를 적절하게 유지하는 것이 중요하다.
최근 많은 건물들에 에어컨, 히터 등 다양한 냉/난방장치들이 널리 설치되고 있다. 그러나, 지금까지의 냉/난방장치들은 사용자가 더우면 끄고 추우면 켜야 하는 다소 수동적인 기능의 구조로 동작하여 왔으며, 개별적 사용자의 특성을 고려할 수 있는 능동적인 기능의 구조는 전무한 상태이다. 간혹, 쾌적한 냉/난방기능을 갖는 시스템이 있지만 이는 일반 통계를 적용한 것으로 사용자 개개인의 특성을 반영하지 못한체 이미 결정되어 있는 온도기준을 맞추기 위해 작동하고 있는 수준이다.
이와 같은 기존의 냉/낭방장치들이 갖는 한계는 실내온도를 정확히 파악하지 못하고 대상체가 느끼는 온도나 상황에 대한 정보가 단절되어 있기 때문이라 할 수 있다. 따라서, 냉/난방장치들에 대상체의 정보와 주변환경에 대한 정확한 정보가 전달되며 보다 쾌적하고 질 높은 생활환경을 구축하고 과소-과대의 에너지 동작상황을 조절할 수 있는 기술을 개발하고자 노력하고 있다.
일예로, 일본 미쓰비시전기가 인공지능(A.I)을 탑재해 인간의 체감온도를 측정할 수 있는 룸에어컨을 개발하였다. 이 에어컨은 실내를 360도 감지하고 외부 온도와 일사광선으로부터 오는 열을 분석해 사람의 체감 온도를 예측하는 적외선 센서를 탑재하여 덥거나 춥다는 느낌을 가지기 전에 자동으로 전환해 쾌적성을 높이고 에너지 효율성을 높일 수 있게 하였다.
적외선은 사람의 눈에는 보이지 않지만 적외선 카메라를 사용하면 눈으로 볼 수 있는 보통의 실화상으로 변환할 수 있으므로 대상 물체 또는 임의의 범위에 존재하는 열의 차이(온도)를 조사할 수 있다. 전자기파의 스펙트럼에서 적외선이 차지하는 영역은 대략 900~14,000 나노미터(0.9 - 14㎛) 부분이다. 온도가 절대온도 이상인 모든 물체는 적외선을 방사하며 그 방사하는 양은 온도에 따라서 증가한다.
열화상은 대상 물체나 장면 내에 있는 온도값의 차이를 보여주는 적외선 카메라를 사용하여 이미지로 작성하는 방법이라 할 수 있다.
그러므로 열화상은 대상 물체의 온도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있는 것이다.
현재 냉난방 공조시스템에서는 열화상 센서를 4차 산업혁명 제품을 적용하는데 중요한 요소로 받아들이고 있다.
열화상 센서는 적외선 파장대에 민감한 다양한 물질로 만들어지는 마이크로미터 크기의 픽셀로 구성되는 초점면 배열(focal plane array: FPA)로, 넓은 시야각을 가지기 위해서는 픽셀수가 증대되어야 한다. 그러나, 열화상 센서는 픽셀수에 비례하여 단가가 높아지는 한계를 가진다. 이에 보다 넓은 화각을 갖기 위해서 회전형 방식을 통해 측정영역을 넓힐 수 있도록 하고 있다.
한편, 열화상 카메라를 360도 회전하여 전공간의 온도정보를 측정할 수 있으나, 열화상 이미지에는 거리정보가 반영되지 않고 각도정보만 알기 때문에 공간온도 분포를 알 수 없다.
이에, 냉/난방장치에 기존 열화상 센서를 적용하더라도, 냉풍시 찬공기의 특성상 대상체 앞으로 바람이 떨어지는 특성을 나타내는 한계를 극복하기 위해 바람의 방향을 발을 지향하는 형태로 작동하도록 해도 거리가 먼 경우 오차가 심해져 냉기가 도달하지 않는 문제점을 가지게 된다. 이는 냉풍과 온풍을 동시에 사용할 경우 오차는 더 심해질 수 있다.
한국 등록특허공보 제10-1720226(2017.03.21)호는 온도측정용 적외선 센서를 가지는 천장형 히터에 관한 것으로, 히터 설치 공간 천장부에 설치되는 히터 본체와, 상기 히터 설치 공간 내의 복수 개소의 온도 관련 정보를 얻는 온도감지장치와, 상기 온도감지장치에서 얻은 상기 복수 개소의 온도 관련 정보를 이용하여 상기 히터 설치 공간의 대표 온도를 획득하도록 연산처리하는 온도연산장치와, 상기 온도연산장치에서 얻은 온도를 이용하여 상기 히터 본체의 동작을 조절하는 조절기를 구비하며, 상기 온도감지장치는 상기 복수 개소에 대한 적외선 복사를 감지하기 위한 센서로 마이크로 볼로메터가 행렬을 이루어 복수 개소 온도 분포 측정이 가능한 행렬(어레이)형 볼로메터인 것을 특징으로 한다.
일본 공개특허공보 특개2017-219247(2017.12.14)호는 공조기제어장치에 관한 것으로, 공기조화기를 제어하는 공조기제어장치에 있어서, 상기 공기조화기가 설치된 실내 공간의 실온과 상기 실내 공간에 존재하는 사람의 체온과 상기 사람의 동작을 검지하는 센서부와, 적어도 상기 센서부에서 검출된 상기 실온, 상기 체온 및 상기 동작에 관한 검출 정보를 토대로 하여 상기 실내 공간에 존재하는 사람의 몸의 각 부분의 상대 위치 변화로부터 사람의 몸짓을 추정하여 추정한 사람의 몸짓에 대응한 공조제어를 실시하는 제어량 정보를 생성하여 상기 공기조화기로 출력하는 제어부를 구비한다.
한국 등록특허공보 제10-1720226(2017.03.21)호 일본 공개특허공보 특개2017-219247(2017.12.14)호
본 발명의 일 실시예는 저해상도의 열화상 센서를 사용하되 2축(軸) 회전을 통해 좌우 360도 및 상하 180도의 공간분포를 스캔하여 보다 넓은 시야각을 확보할 수 있도록 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 온도 측정을 통해 획득된 열화상 이미지에 거리 측정을 통해 획득된 거리정보를 반영하여 공간온도 분포를 알 수 있도록 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 거리-온도 스캔형 센서 장치는 미러의 전면부에 위치하고 상기 미러로부터 반사되는 빛을 수광하여 측정 영역 내 존재하는 대상체와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서, 상기 미러의 후면부에 위치하고 상기 미러로부터 반사되는 빛을 수광하여 상기 측정 영역 내 존재하는 대상체의 온도를 측정하는 온도 측정 센서, 2개의 회전축을 형성하는 복수의 모터들을 구비하고 좌우 360도 회전 및 상하 180도 회전을 통해 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서의 측정 영역을 확보하는 회전 구동부, 및 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서에서 각각 측정된 거리정보와 열분포정보를 합성하여 열상이미지에 거리정보를 반영하는 합성처리부를 포함한다.
상기 미러는 상기 회전 구동부의 회전에 따라 입사되는 빛의 반사방향이 바뀌어 입사되는 빛의 경로를 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서로 분리할 수 있다.
상기 거리 측정 센서는 상기 미러의 전면부에 위치하고 상기 회전 구동부의 회전에 따라 상기 미러의 전면에 입사한 후 반사되는 빛을 렌즈를 통해 수광하여 거리정보를 측정하여 출력하는 디텍터를 포함할 수 있다.
상기 온도 측정 센서는 상기 미러의 후면부 빈 공간에 위치하고 상기 회전 구동부의 회전에 따라 상기 미러의 후면으로 입사되는 빛을 수광하여 열화상신호로 변환하여 출력하는 볼로메타를 포함할 수 있다.
상기 온도 측정 센서는 상기 미러에서 반사되는 빛으로부터 가시광선의 광학상을 실화상신호로 변환하여 출력하는 CCD센서부를 기판 상에 함께 탑재할 수 있다.
상기 회전 구동부는 제1 축(Y-축) 상에 위치하고 상기 회전체가 좌우 360도 회전하도록 구동하는 제1 모터와, 제2 축(X-축) 상에 위치하고 상기 회전체가 상하 180도 회전하도록 구동하는 제2 모터를 포함하는 복수의 모터들, 및 상기 복수의 모터들의 회전 구동에 따라 좌우 360도 및 상하 180도 방향으로 회전하는 회전체를 포함할 수 있다.
상기 복수의 모터들은 축을 주변부로 이동하여 동력을 전달하고 중앙부에 케이블 배선을 위한 빈 공간을 형성할 수 있다.
상기 합성 처리부는 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서에서 각각 측정된 거리정보 및 열분포정보를 각각 이미지화하여 거리정보 레이어 및 열분포 레이어의 2개 레이어를 구성하고 이들을 합성할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치는 복수의 모터들에 의해 서로 직교하는 2개의 축을 형성하여 좌우 360도 및 상하 180도 회전하여 스캔함으로써 고가의 고해상도 열화상 센서를 사용하지 않아도 넓은 시야각을 확보하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치는 미러를 기준으로 전면 및 후면의 빈 공간에 거리 측정 센서 및 온도 측정 센서를 각각 배치하여 열화상 이미지에 거리정보를 반영할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치를 냉난방기 제어에 이용할 경우 공간 온도 분포를 토대로 정확한 냉난방 제어를 할 수 있어 항시 쾌적한 상태를 유지할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 마이크로 볼로메터 기본 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 거리-온도 스캔형 센서 장치의 기구적 메커니즘을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 있는 미러의 입사에 따라 빛이 경로 분리되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 있는 회전 구동부를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 합성 처리부의 합성 처리 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 거리-온도 스캔형 센서 장치(100)는 거리 측정 센서(110), 온도 측정 센서(120), 회전 구동부(130) 및 합성처리부(140)를 포함하여 구성된다.
거리 측정 센서(110)는 측정 영역내 존재하는 대상체와의 거리를 측정할 수 있다. 일반적으로 거리 측정 센서에는 초음파센서, 적외선(Infrared Ray)센서, 라이다(Lidar)센서, 레이더(Radar)센서, 가시광선을 이용하는 카메라센서 등이 주로 사용된다. 여기에서, 거리 측정 센서(110)는 라이다 센서로 구현할 수 있다. 라이다는 레이저 펄스를 발사하고 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지의 거리 등을 측정할 수 있다.
온도 측정 센서(120)는 측정 영역내 존재하는 대상체에서 방사되는 자외선이나 주로 적외선을 검출하여 온도를 측정할 수 있다. 여기에서, 온도 측정 센서(120)는 열화상 센서로, 볼로메터(121)를 포함한다.
볼로메터(121)는 금속 또는 반도체를 소재로 제조되며, 입사되는 적외선에 반응하고 광자 디텍터(quantum detector)에 비해 그 반응속도와 민감도가 훨씬 더 낮다.
볼로메터(121)는 기존에 알려진 바와 같이 지향하는 방향에 있는 물체가 내는 적외선 복사를 받아들이는 렌즈(미도시) 혹은 윈도우를 가지고, 대개 행렬을 이루도록 배열된 복수의 마이크로볼록메터(microbolometer)를 가진다. 모든 물체는 자신의 온도에 따른 패턴으로 적외선을 방출하고, 물체의 온도가 높을수록 적외선의 방출량도 많다는 것에 착안하여 대상의 적외선 방출량을 측정하여 온도를 측정하는 방법을 사용한다.
마이크로 볼로메터의 기본 구성을 살펴보면, 도 2와 같이 신호처리회로(ROIC) 기판(210) 위에서 적외선 복사 에너지를 감지할 수 있는 대략 사각형의 구조체(감지체:220)가 그 양측에 있는 두개의 지지대(230a,230b)에 의해 기판(210)과 이격된 상태로 지지되는 형태를 가진다.
감지체(220)는 적외선 복사 에너지를 잘 흡수하여 작은 에너지로도 쉽게 온도 상승할 수 있으며, 미세한 온도 증가에도 저항 수치가 예민하게 반응하는 가령 산화반나듐과 같은 반도체 물질을 포함하는 물질을 사용한다. 지지대에는 금속 전극이 들어 있으며 하나는 감지체(220) 및 Y 금속층(240)에, 다른 하나는 감지체(220) 및 ROIC 기판(210) 상의 회로소자(트랜지스터 등 회로소자)에 연결되어 있다.
감지체(202)의 열을 주변에 쉽게 옮기지 못하도록 감지체(220)에 결합된 지지대(230a,230b)는 열전도성이 낮은 것을 사용하고, 기판(210)과 감지체(220) 사이의 공간은 진공으로 되어 있다. 감지체 온도 변화로 저항이 변화하면 이에 따라 회로소자에 인가되는 출력전압도 높아지며, 회로소자를 통해 전류가 흐르도록 한다. 이런 출력전압이나 전류는 이 마이크로 볼로메터에 대응하는 대상물의 온도 관련 정보가 된다.
단, 이 마이크로 볼로메터의 감지체에서 감지된 적외선 복사 에너지는 대상물이 방출한 전체 복사에너지가 아니고, 대상물과 온도 측정 센서 사이의 거리, 대기 상태에 따라 달라질 수 있는 것이므로 보정프로그램 등을 통해 대상물의 실제 온도를 획득하도록 처리한다.
볼로메터의 렌즈 혹은 윈도우는 대상물인 복사체가 내는 적외선을 흡수하지 않고 잘 통과시킬 수 있는 물질, 가령 게르마늄이 많이 함유된 적외선 통과 물질의 창(window)으로 이루어질 수 있고, 자체 열 흡수 용량을 줄이기 위해 볼록렌즈 대신에 용적이 작은 프레넬 렌즈를 채용할 수 있다. 표면에는 특정 (온도) 대역 주파수를 잘 감지할 수 있는 필터가 설치될 수 있다.
통상의 볼로메터에서는 감지하는 전체 대상 영역을 하나의 화상으로 보면 화상을 이루는 개별 화소(픽셀:pixel)를 담당하는 마이크로 볼로메터를 통해 얻은 대상 영역의 온도를 디스플레이장치에 다른 색상으로 표시하게 된다.
일 실시예에서, 볼로메터(121)는 대상 영역을 넓이기 위해 행렬을 이루는 마이크로 볼로메터 숫자를 다수로 느릴 필요 없이 회전 구동부(130)의 회전을 통해 대상 영역을 넓힐 수 있다. 그런 의미에서 일 실시예에서, 볼로메터(121)가 해상도가 낮은(화소수가 적은) 열화상 카메라 형태로 온도 측정 센서를 이룰 수 있다.
회전 구동부(130)는 거리 측정 센서(110) 및 온도 측정 센서(120)의 측정 가능한 면적을 확보할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 회전 구동부(130)는 2개의 회전축을 형성하는 복수의 모터들(131)을 포함한다.
복수의 모터들(131) 중 하나는 좌우 360도 방향으로 회전하고 다른 하나는 상하 180도 방향으로 회전한다.
합성처리부(140)는 거리 측정 센서(110)와 온도 측정 센서(120) 각각에 의해 측정된 거리정보와 열분포정보를 합성하여 열상이미지에 거리정보를 반영할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 합성처리부(140)는 거리 측정 센서(110) 및 온도 측정 센서(120)에서 측정된 거리정보 및 열분포정보를 각각 이미지화하여 거리정보 레이어와 열분포 레이어의 2개 레이어를 구성하고 이들을 합성할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 거리-온도 스캔형 센서 장치(100)의 기구적 메커니즘을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 거리-온도 스캔형 센서 장치(100)는 미러(310)를 기준으로 미러(310)의 전후면 각각에 거리 측정 센서(110)와 온도 측정 센서(120)를 배치할 수 있다. 일 실시예에서, 온도 측정 센서(120)는 미러(310)의 후면 빈 공간 상에 위치하도록 할 수 있다. 여기에서, 미러(310)는 45도 각도로 기울어져 위치하여 입사되는 빛이 반사될 수 있도록 한다. 이때, 미러(310)는 회전 구동부(130)에 의해 좌우 360도 및 상하 180도 회전이 되면서 각도가 바뀌게 되어 빛이 미러(310)의 전면 또는 후면에 입사되고, 입사면에 따라 반사방향이 달라지게 된다. 즉, 입사되는 빛의 경로가 분리될 수 있다.
렌즈(320)는 미러(310)의 전면 측에 위치하고 미러(310)에 의해 반사되는 빛을 수광하여 거리 측정 센서(110)의 디텍터(111)에 집속시킬 수 있다.
거리 측정 센서(110)의 디텍터(detector)(111)는 이미터(emitter)(미도시)에서 빛을 쏘아 반사된 빛을 탐지하여 거리를 측정할 수 있다.
온도 측정 센서(120)는 미러(310)의 후면 측 빈 공간에 위치하고 회전 구동부(130)의 회전에 따라 미러(310)의 각도가 바뀌면 미러(310)의 후면으로 입사되어 반사되는 빛을 수광하여 온도를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 온도 측정 센서(120)는 대상체에 방사되는 파장을 분석하여 대상체의 온도를 측정하는데 이때 볼로메타(121)를 통해 파장 분석과 온도 측정을 할 수 있다.
회전 구동부(130)는 복수의 모터들(131)과 복수의 모터들(131)에 의해 회전되는 회전체(133)를 포함하여 구성된다. 일 실시예에서, 복수의 모터들(131)은 회전체(133)를 좌우 360도 회전 구동하는 제1 모터(131a)와 회전체(133)를 상하 180도 회전 구동하는 제2 모터(131b)를 포함할 수 있다. 여기에서, 복수의 모터들(131)의 구동에 따라 회전체(133)가 회전함에 따라 미러(210)의 양면을 사용하여 빛이 양쪽 센서(110,120)로 나눠질 수 있게 하여 거리 및 온도 측정이 모두 가능할 수 있게 한다.
도 4는 도 3에 있는 미러(310)의 입사에 따라 빛이 경로 분리되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3를 참조하면, 회전 구동부(130)의 회전 구동에 따라 미러(310)의 일면으로 입사되는 빛은 렌즈(320)를 통해 거리 측정 센서(110)의 디텍터(111)로 반사된다. 여기서, 미러(310)의 일면은 설명의 편의상 전면이라 할 때 타면은 미러(310)의 후면이라 할 수 있다. 거리 측정 센서(110)는 광축방향으로 렌즈(320)의 후측에 위치하여 렌즈(320)를 투과하는 빛으로부터 거리정보를 측정하여 출력할 수 있다.
회전 구동부(130)의 회전 구동에 따라 미러(310)의 후면으로 빛이 입사되는 경우에는 온도 측정 센서(120) 측으로 반사된다.
일 실시예에서, 온도 측정 센서(120)는 볼로메터(121)를 통해 미러(310)에서 반사되는 원적외선의 광화상을 열화상신호로 변환하여 출력할 수 있다. 여기에서, 온도 측정 센서(120)는 미러(310)에서 반사되는 가시광선의 광학상을 실화상신호로 변환하여 출력하는 CCD센서부(123)를 포함할 수 있다. 이때, 온도 측정 센서(120)는 단일 PCB 기판 상에 CCD센서부(123)가 함께 탑재할 수 있다.
도 5는 도 3에 있는 회전 구동부(130)를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 회전 구동부(130)는 복수의 모터들(131)을 포함할 수 있다. 복수의 모터들(131)은 제1 모터(131a)와 제2 모터(131b)를 포함하여 구성할 수 있다.
제1 모터(131a)는 제1 축(Y-축) 상에 위치하여 일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치(100)를 좌우 360도 회전할 수 있게 한다.
제2 모터(131b)는 제2 축(X-축) 상에 위치하여 일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치(100)를 상하 180도 회전할 수 있게 한다.
여기에서, 제1 모터(131a)와 제2 모터(131b)는 축을 중심에 두지 않고 옆으로 2단계 방식으로 동력전달할 수 있게 하여 중앙부(A)에 빈 공간을 형성할 수 있게 한다. 제1 모터(131a)와 제2 모터(131b)의 중앙부(A) 빈 공간에는 케이블이 들어갈 수 있는 배선공간으로 사용하거나 빛이 지나갈 수 있는 광축을 형성하여 거리 측정 센서(110) 및 온도 측정 센서(120)를 한정된 공간상에서 효율적으로 배치할 수 있게 할 수도 있다. 제1 모터(131a)와 제2 모터(131b)의 중앙부(A) 빈 공간을 배선공간으로 사용할 경우에는 전원 및 신호용 케이블이 엉키지 않게 배선할 수 있다.
일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치(100)는, 제1 모터(131a) 및 제2 모터(131b)의 구동에 따라 좌우 360도 및 상하 180도 회전을 하여 측정영역을 2축 형태의 스캔방식으로 거리 및 온도 측정을 할 수 있다. 여기에서, 거리 측정 센서(110) 및 온도 측정 센서(120)에서 각각 측정된 거리정보 및 열화상정보, 실화상정보는 합성처리부(140)에서 합성 처리하여 냉난방기 제어 등에 사용할 수 있다.
도 6은 도 1에 있는 합성처리부(140)의 합성 처리를 통해 해상도 변환하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 합성처리부(140)는 거리 측정 센서(110)에서 측정된 거리정보로부터 좌표정보를 산출하고 산출된 좌표정보를 토대로 온도 측정 센서(120)에서 측정된 다수의 저해상도 실화상정보들을 시프트(shift)시켜 저해상도 이미지에서 상실되어 있는 고주파 성분을 획득하여 합성함으로써 선명하고 해상도가 높은 고해상도 이미지를 구현할 수 있다.
일 실시예에 따른 거리-온도 스캔형 센서 장치는 2축 형태의 스캔 방식을 통해 거리 및 온도 측정 범위를 넓힐 수 있고 열화상정보에 거리정보를 반영할 수 있어 냉난방기 제어 등에 적용시 냉난방 제어 효율을 높일 수 있게 하고, 모터의 축을 이동시키고 중앙에 빈 공간을 형성하여 케이블이 들어갈 수 있게 하여 전원 및 신호용 케이블이 엉키지 않는 깨끗한 배선을 할 수 있게 한다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 거리-온도 스캔형 센서 장치
110: 거리 측정 센서 111: 디텍터
120: 온도 측정 센서 121: 볼로메터
130: 회전 구동부 131: 복수의 모터들
131a: 제1 모터 131b: 제2 모터
133: 회전체
140: 합성처리부
310: 미러 320: 렌즈

Claims (8)

  1. 미러의 전면부에 위치하고 상기 미러로부터 반사되는 빛을 수광하여 측정 영역 내 존재하는 대상체와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서;
    상기 미러의 후면부에 위치하고 상기 미러로부터 반사되는 빛을 수광하여 상기 측정 영역 내 존재하는 대상체의 온도를 측정하는 온도 측정 센서;
    2개의 회전축을 형성하는 복수의 모터들 및 상기 복수의 모터들의 회전 구동에 따라 회전하는 회전체를 구비하고 좌우 360도 회전 및 상하 180도 회전을 통해 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서의 측정 영역을 확보하는 회전 구동부;
    상기 회전 구동부의 회전에 따라 입사되는 빛의 반사방향이 바뀌어 입사되는 빛의 경로를 상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서로 분리하는 미러; 및
    상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서에서 각각 측정된 거리정보와 열분포정보를 합성하여 열상이미지에 거리정보를 반영하는 합성처리부를 포함하는 거리-온도 스캔형 센서 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 거리 측정 센서는
    상기 미러의 전면부에 위치하고 상기 회전 구동부의 회전에 따라 상기 미러의 전면에 입사한 후 반사되는 빛을 렌즈를 통해 수광하여 거리정보를 측정하여 출력하는 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도 측정 센서는
    상기 미러의 후면부 빈 공간에 위치하고 상기 회전 구동부의 회전에 따라 상기 미러의 후면으로 입사되는 빛을 수광하여 열화상신호로 변환하여 출력하는 볼로메타를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도 측정 센서는
    상기 미러에서 반사되는 빛으로부터 가시광선의 광학상을 실화상신호로 변환하여 출력하는 CCD센서부를 기판 상에 함께 탑재하는 것을 특징으로 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 모터들은
    축을 주변부로 이동하여 동력을 전달하고 중앙부에 케이블 배선을 위한 빈 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 합성 처리부는
    상기 거리 측정 센서 및 상기 온도 측정 센서에서 각각 측정된 거리정보 및 열분포정보를 각각 이미지화하여 거리정보 레이어 및 열분포 레이어의 2개 레이어를 구성하고 이들을 합성하는 것을 특징으로 하는 거리-온도 스캔형 센서 장치.
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