KR102364509B1 - 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정밀급 선형특성을 가진 광도 센서를 통해 디지털 선형특성을 가진 광량을 절대값으로 측정 하여 정확한 LED 휘도를 제어 함으로서 효율적으로 전력을 사용할수 있는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판에 관한 것으로서,
빛을 방출하는 LED를 복수개 포함하는 전광판(10); 전광판 외부에 부착되거나 상기 LED에 실장되며 상기 전광판 일면의 광도를 측정하는 광도 센서(20); 상기 전광판(10)의 LED의 휘도를 제어하는 제어모듈(30);을 포함하여,상기 광도 센서(20)는,
광도를 센싱하는 다이오드로 부터 입력된 신호를 증폭하는 앰프(11; AMP);
주기적인 시간 변화 신호를 생성하는 오실레이터(OSC; 14);
앰프로 부터 증폭된 신호를 전달받아 상기 오실레이터를 이용하여 일정한 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC; 12);
상기 아날로그-디지털 컨버터의 디지털 신호를 일정 로직에 의해 디지털 16비트 절대값으로 변환하여 통신하는 인터페이스(13);를 포함한다.
빛을 방출하는 LED를 복수개 포함하는 전광판(10); 전광판 외부에 부착되거나 상기 LED에 실장되며 상기 전광판 일면의 광도를 측정하는 광도 센서(20); 상기 전광판(10)의 LED의 휘도를 제어하는 제어모듈(30);을 포함하여,상기 광도 센서(20)는,
광도를 센싱하는 다이오드로 부터 입력된 신호를 증폭하는 앰프(11; AMP);
주기적인 시간 변화 신호를 생성하는 오실레이터(OSC; 14);
앰프로 부터 증폭된 신호를 전달받아 상기 오실레이터를 이용하여 일정한 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC; 12);
상기 아날로그-디지털 컨버터의 디지털 신호를 일정 로직에 의해 디지털 16비트 절대값으로 변환하여 통신하는 인터페이스(13);를 포함한다.
Description
본 발명은 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정밀급 선형특성을 가진 광도 센서를 통해 디지털 선형특성을 가진 광량을 절대값으로 측정하여 정확한 LED 휘도를 제어 함으로서 효율적으로 전력을 사용할 수 있는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판에 관한 것이다.
먼저 정의를 하자면, 광도(Luminous Intensity)는 광원에서 특정 방향으로 나오는 빛의 양이다.
조도(Illuminance)는 대상 물체에 입사하는 빛의 양을 말하고, 휘도(Luminance)는 대상 물체에 반사되는 빛의 양을 말한다.
일반적으로 조도센서(CDS)는 가장 기본적인 조도센서로서 빛의 밝기에대한 특성을 저항값을 변화시켜 전압으로 변환하여 측정하는 소자이다.
조도센서의 특성은 어두운 곳에서 저항값이 높고 밝으면 저항이 낮아지는 성질을 갖고 있다.
즉 외부 빛에 밝기에 따라 선형적으로 변화하는 것이 아니고 비선형적으로 변화한다.
예를 들어, 종래의 조도센서는 10LUX일때 저항 값이 10~20K OHM이다.
원래 조도 센서가 저가의 소자이므로 많은 오차를 가지고 있어 전광판에 휘도 제어용으로 적용시 상대적으로 밝다 또는 어둡다 정도로 정밀도가 떨어져 간단하게 사용되는 소자이다.
즉 전광판에 휘도 적용시 비효율적으로 제어되어 많은 전력을 낭비되고 있는 실정이다.
따라서 광도 센서를 사용하여 정확하게 휘도를 제어 함으로서 전력을 효율적으로 관리할 필요가 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 디지털 선형특성을 가진 광량을 절대값으로 측정하여 정확한 LED 휘도를 제어하는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수개의 주변장치를 동일 버스 상으로 손쉽게 2개의 통신선으로 구현할 수 있는 I²C BUS 인터페이스를 이용하여 시감도에 가까운 분광 감도 특성을 가져 밝기에 대응한 값을 디지털 값으로 출력하여 정밀하게 제어하는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 빛을 방출하는 LED를 복수개 포함하는 전광판; 전광판 외부에 부착되거나 상기 LED에 실장되며 상기 전광판 일면의 광도를 측정하는 광도 센서; 상기 전광판의 LED의 휘도를 제어하는 제어모듈;을 포함하는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판에 있어서, 상기 광도 센서는, 광도를 센싱하는 다이오드로 부터 입력된 신호를 증폭하는 앰프; 주기적인 시간 변화 신호를 생성하는 오실레이터; 앰프로 부터 증폭된 신호를 전달받아 상기 오실레이터를 이용하여 일정한 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 상기 아날로그-디지털 컨버터의 디지털 신호를 일정 로직에 의해 디지털 16비트 절대값으로 변환하여 통신하는 인터페이스;를 포함한다.
상기 인터페이스는 디지털 16비트 절대값으로 변환하는 로직을 포함한다.
상기 제어모듈은, 상기 광도 센서의 센싱값을 일정치와 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교 결과에 따라 디지털 선형특성을 가진 절대값으로 변환하여 LED 휘도를 제어하는 제어부; LED 휘도를 일정하게 제어하기 위한 기준치를 저장하는 메모리;를 포함하여, 디지털 선형특성을 가진 광량을 절대값으로 측정 하여 LED 휘도를 제어한다.
상기 제어부는 외부 전원 또는 휴대용 배터리부에서 공급되는 출력 전원에 의해 전광판이 점등되면, 미리 설정된 제1광도로 상기 전광판을 제1설정시간 동안 발광시키는 제1발광 모드; 광도 센서에 의해 주기적으로 주변의 광도를 측정하고, 상기 제1설정시간이 만기되면, 상기 측정된 광도 값에 따라 제2광도로 상기 전광판을 제2설정시간 동안 발광시키는 제2발광 모드; 및 상기 제2설정시간이 만기되면, 상기 제1광도보다 작은 값을 갖는 제3광도로 상기 전광판을 발광시키는 제3발광 모드;로 전환되도록 상기 배터리부의 출력 전원을 각 모드에 맞도록 조절한다.
상기 광도 센서는 외부광의 광도를 디지털 16비트 절대값으로 변환한 후 적색광, 녹색광, 청색광으로 나누어 정밀하게 검출하며, 상기 제어부가 상기 광도 센서로부터 검출된 외부광의 상태와 미리 설정된 소정의 표시 모드에 따라서 일정한 연산처리과정을 수행하여 상기 전광판의 휘도를 적색광, 녹색광, 청색광으로 나누어 제어한다.
상기 광도 센서를 통해 일정 크기로 나뉜 전광판의 각 블럭의 평균 휘도값이 디지털 16비트 절대값으로 변환된 후 평균하여 산출되고, 비교부에서 산출된 평균 휘도값을 휘도 임계값과 비교하고, 제어부가 각각의 블럭마다 평균 휘도의 대표값을 합산하여 일정한 시간 간격으로 평균 휘도 대표값의 합이 변화하는지 판단하여 제어한다.
상기 제어부는 상기 광도 센서를 통해 디지털 16비트 절대값으로 변환된 후 최대 광도 신호를 수신하며, 상기 최대 광도 신호를 기반으로 제1 기준 최대 광도보다 낮은 경우 한 블록 내에서 상기 LED들 중 일부 LED들만 발광시키고, 상기 최대 광도가 상기 제1 기준 최대 광도보다 높고 제2 기준 최대 광도보다 낮은 경우 상기 LED들이 한 블록 중 일부 기간에 발광하지 않도록 제어한다.
상기 제어부는 온도 센서에서 감지된 전광판의 온도 정보를 기초로, 복수의 블록의 단위 시간당 휘도 감소량을 각각 연산하고, 광도 센서를 통한 복수의 블록의 단위 시간당 휘도 감소량을 기초로, 전광판의 열화 보상 시점을 연산한다.
본 명세서에서 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.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 디지털 선형특성을 가진 광량을 절대값으로 측정하여 정확한 LED 휘도를 제어 함으로서 전력 낭비를 방지하고, 효율적으로 전력을 사용할수 있다.
복수개의 주변장치를 동일 버스 상으로 손쉽게 2개의 통신선으로 구현할 수 있는 I²C BUS 인터페이스를 이용하여 시감도에 가까운 분광 감도 특성을 가져 밝기에 대응한 값을 디지털 값으로 출력하여 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 넓은 입력광 범위에 대응할 수 있고, 정밀하게 광도 센서를 이용한 파워 다운 기능으로 저전류화가 가능하다.
도 1은 종래 발명에 따른 데이터 시트를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DIGITAL 16BIT 정밀급 선형특성을 가진 광도 센서 특성 그래프를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 앵글 각도를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광도 센서의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판의 작동 방법을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DIGITAL 16BIT 정밀급 선형특성을 가진 광도 센서 특성 그래프를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 앵글 각도를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광도 센서의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판의 작동 방법을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명은 디지털 16비트 절대값 광도 센서(또는 휘도 센서)를 사용하여 정확하게 휘도를 제어 함으로서 전력을 효율적으로 관리 할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 DIGITAL 16BIT 정밀급 선형특성을 가진 광도 센서 특성 그래프이다.
따라서 본 발명은 상기 디지털 선형특성을 가진 광량을 광도 센서 등을 통해 절대값으로 측정하여 정확한 LED 휘도를 제어함으로서 효율적으로 전력을 사용할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 일정 앵글 각도 내의 광도를 측정할 수 있는 광도 센서를 통해 상기 제어부(32)는 전광판의 적어도 일부 영역의 LED 휘도를 하나 이상의 단계들로 조절하여 전력을 효율적으로 관리 할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 빛을 방출하는 LED(발광 모듈)를 복수개 포함하는 전광판(10); 전광판 외부에 부착되거나 상기 LED에 실장되며 상기 전광판 일면의 광도를 측정하는 광도 센서(20); 상기 전광판의 LED의 휘도를 제어하는 제어모듈(30);을 포함한다.
상기 제어모듈(30)은, 상기 광도 센서의 센싱값을 일정치와 비교하는 비교부(31); 상기 비교부(31)의 비교 결과에 따라 전광판의 LED를 제어하는 제어부(32); LED 휘도를 일정하게 제어하기 위한 기준치를 저장하는 메모리(33);를 포함한다.
따라서 광도 센서(20)에서 디지털 선형특성을 가진 광량을 절대값으로 측정하여 비교부(31)에 인가하면 해당 비교부(31)에 의해 기설정된 값과 감지된 값을 비교하여 제어부(32)에 제어신호를 인가함으로써, 자동으로 전력을 효율적으로 관리 할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 광도 센서(20)는, 광도를 센싱하는 다이오드로 부터 입력된 신호를 증폭하는 앰프(11; AMP); 주기적인 시간 변화 신호를 생성하는 오실레이터(OSC; 14); 앰프로부터 증폭된 신호를 전달받아 상기 오실레이터를 이용하여 일정한 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC; 12); 상기 아날로그-디지털 컨버터의 디지털 신호를 일정 로직에 의해 디지털 16비트 절대값으로 변환하여 통신하는 인터페이스(13);를 포함한다.
이때 상기 광도 센서(20)는 광도뿐만 아니라 조도, 휘도 등을 감지할 수도 있다.
그리고 상기 인터페이스(13)의 I²C(Inter Integrated Circuit)는 풀업 저항이 연결된 직렬 데이터(SDA)와 직렬 클럭(SCL)이라는 두 개의 양 방향 신호를 외부에 전송한다.
실시예
상기 비교부(31)가 상기 광도 센서에 의하여 측정된 전광판(10)의 측정 광도값을 미리 설정된 기준 광도값과 비교하여, 제어부(32)가 상기 측정 광도값이 상기 기준 광도값에 가까워지도록 상기 LED의 광도를 점진적으로 높이거나 낮춘다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(32)가 광도 센서가 일정 Lux(예 :4000 Lux) 이상 또는 이하일 경우(S101), 고해상도(H-resolution) 또는 저해상도(L-resolution)를 일정 시간(예 : 120ms) 동안 선택하는 모드로 제어한다(S102, S103).
예를 들어 상기 광도 센서(20)는 필요에 따라 외부광의 광도를 적색광, 녹색광, 청색광으로 나누어 정밀하게 검출하며, 상기 제어부(32)가 상기 광도 센서(20)로부터 검출된 외부광의 상태와 미리 설정된 소정의 표시 모드에 따라서 일정한 로직(연산처리과정)을 수행하여 상기 전광판(10)의 휘도를 적색광, 녹색광, 청색광으로 나누어 제어할 수도 있다.
상기 제어부(32)는 휘도를 제어하는 휘도 제어 신호와 발광 시간을 제어하는 발광 시간 제어 신호를 출력하는 데, 제어부(32)는 외부 전원 또는 휴대용 배터리부에서 공급되는 출력 전원에 의해 전광판이 점등되면, 미리 설정된 제1광도로 상기 전광판을 제1설정시간 동안 발광시키는 제1발광 모드; 광도 센서에 의해 주기적으로 주변의 광도를 측정하고, 상기 제1설정시간이 만기되면, 상기 측정된 광도 값에 따라 제2광도로 상기 전광판을 제2설정시간 동안 발광시키는 제2발광 모드; 및 상기 제2설정시간이 만기되면, 상기 제1광도보다 작은 값을 갖는 제3광도로 상기 전광판을 발광시키는 제3발광 모드;로 전환되도록 상기 배터리부의 출력 전원을 각 모드에 맞도록 조절할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 전광판에서 일정 크기로 나뉜 각 블럭의 평균 휘도값이 산출되고, 비교부(31)가 산출된 평균 휘도값을 휘도 임계값과 비교하여 각각의 블럭마다 평균 휘도의 대표값이 설정된다.
그리고, 제어부(32)가 각 블럭의 평균 휘도의 대표값을 합산하여 평균 휘도 대표값의 합이 산출되고, 일정한 시간 간격으로 평균 휘도 대표값의 합이 변화하는지 판단하여 제어한다.
일실시예로서 상기 제어부(32)는 최대 휘도 신호를 수신하며, 상기 최대 휘도 신호를 기반으로 결정된 최대 휘도가 제1 기준 최대 휘도보다 낮은 경우 한 블록 내에서 상기 LED들 중 일부 LED들만 발광시키고, 상기 최대 휘도가 상기 제1 기준 최대 휘도보다 높고 제2 기준 최대 휘도보다 낮은 경우 상기 LED들이 한 블록 중 일부 기간에 발광하지 않도록 제어할 수도 있다.
상기 제어부(32)는 온도 센서(21)에서 감지된 전광판의 온도 정보를 기초로, 복수의 서브 블록의 단위 시간당 휘도 감소량을 각각 연산하고, 복수의 서브 블록의 단위 시간당 휘도 감소량을 기초로, 전광판 서브 블록의 열화 보상 시점을 연산하여, 관리자에게 교체 알람을 전송하거나 열화에 의해 전광판의 얼룩이 발생하는 서브 블록에만 최소 전력을 전달하여 열화에 의한 파손을 방지할 수 있다.
10 : 전광판
11 : 앰프
12 : 아날로그-디지털 컨버터
13 : 인터페이스
14 : 오실레이터
20 : 광도 센서
30 : 제어모듈
31 : 비교부
32 : 제어부
33 : 메모리
11 : 앰프
12 : 아날로그-디지털 컨버터
13 : 인터페이스
14 : 오실레이터
20 : 광도 센서
30 : 제어모듈
31 : 비교부
32 : 제어부
33 : 메모리
Claims (8)
- 빛을 방출하는 LED를 복수개 포함하는 전광판(10); 전광판 외부에 부착되거나 상기 LED에 실장되며 상기 전광판 일면의 광도를 측정하는 광도 센서(20); 상기 전광판(10)의 LED의 휘도를 제어하는 제어모듈(30);을 포함하여,
상기 광도 센서(20)는,
광도를 센싱하는 다이오드로 부터 입력된 신호를 증폭하는 앰프(11; AMP);
주기적인 시간 변화 신호를 생성하는 오실레이터(OSC; 14);
앰프로 부터 증폭된 신호를 전달받아 상기 오실레이터를 이용하여 일정한 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC; 12);
상기 아날로그-디지털 컨버터의 디지털 신호를 일정 로직에 의해 디지털 16비트 절대값으로 변환하여 통신하는 인터페이스(13);를 구비하고,
상기 제어모듈(30)은,
상기 광도 센서의 센싱값을 일정치와 비교하는 비교부(31);
상기 비교부(31)의 비교 결과에 따라 디지털 선형특성을 가진 절대값으로 변환하여 LED 휘도를 제어하는 제어부(32);
LED 휘도를 일정하게 제어하기 위한 기준치를 저장하는 메모리(33);를 포함하고, 디지털 선형특성을 가진 광량을 절대값으로 측정 하여 LED 휘도를 제어하며,
상기 제어부(32)는 외부 전원 또는 휴대용 배터리부에서 공급되는 출력 전원에 의해 전광판이 점등되면, 미리 설정된 제1광도로 상기 전광판을 제1설정시간 동안 발광시키는 제1발광 모드; 광도 센서에 의해 주기적으로 주변의 광도를 측정하고, 상기 제1설정시간이 만기되면, 상기 측정된 광도 값에 따라 제2광도로 상기 전광판을 제2설정시간 동안 발광시키는 제2발광 모드; 및 상기 제2설정시간이 만기되면, 상기 제1광도보다 작은 값을 갖는 제3광도로 상기 전광판을 발광시키는 제3발광 모드;로 전환되도록 상기 배터리부의 출력 전원을 각 모드에 맞도록 조절하며,
온도 센서(21)에서 감지된 전광판의 온도 정보를 기초로, 복수의 블록의 단위 시간당 휘도 감소량을 각각 연산하고, 광도 센서를 통한 복수의 블록의 단위 시간당 휘도 감소량을 기초로, 전광판의 열화 보상 시점을 연산하고,
일정 앵글 각도 내의 광도를 측정할 수 있는 상기 광도 센서(20)를 통해 상기 제어부(32)는 전광판의 적어도 일부 영역의 LED 휘도를 하나 이상의 단계들로 조절하여 전력을 효율적으로 관리하는 것을 특징으로 하는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 광도 센서(20)는 외부광의 광도를 디지털 16비트 절대값으로 변환한 후 적색광, 녹색광, 청색광으로 나누어 정밀하게 검출하며, 상기 제어부(32)가 상기 광도 센서(20)로부터 검출된 외부광의 상태와 미리 설정된 소정의 표시 모드에 따라서 일정한 연산처리과정을 수행하여 상기 전광판(10)의 휘도를 적색광, 녹색광, 청색광으로 나누어 제어하는 것을 특징으로 하는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판. - 청구항 1에 있어서,
상기 광도 센서를 통해 일정 크기로 나뉜 전광판의 각 블럭의 평균 휘도값이 디지털 16비트 절대값으로 변환된 후 평균하여 산출되고, 비교부에서 산출된 평균 휘도값을 휘도 임계값과 비교하고, 제어부가 각각의 블럭마다 평균 휘도의 대표값을 합산하여 일정한 시간 간격으로 평균 휘도 대표값의 합이 변화하는지 판단하여 제어하는 것을 특징으로 하는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판. - 청구항 1에 있어서,
상기 제어부(32)는 상기 광도 센서를 통해 디지털 16비트 절대값으로 변환된 후 최대 광도 신호를 수신하며, 상기 최대 광도 신호를 기반으로 제1 기준 최대 광도보다 낮은 경우 한 블록 내에서 상기 LED들 중 일부 LED들만 발광시키고, 상기 최대 광도가 상기 제1 기준 최대 광도보다 높고 제2 기준 최대 광도보다 낮은 경우 상기 LED들이 한 블록 중 일부 기간에 발광하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 광도 센서를 활용하여 정밀한 휘도 제어가 가능한 전광판. - 삭제
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