KR102536420B1 - 차도용 고보조명 장치 및 그 제작 방법 - Google Patents

차도용 고보조명 장치 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

차도용이나 디지털 사이니지 장치용로 사용할 수 있는 고보조명 장치 및 그 제작 방법이 개시된다. 고보조명 장치는 LED 광원과 LED 광원의 출사면 상에 결합하는 콜리메이터 렌즈를 구비하는 광원 모듈, 광원 모듈이 그 일단부에 설치되는 브라켓 프레임, 브라켓 프레임의 중간부에 설치되는 제1 결상 광학 모듈, 브라켓 프레임의 타단부에 설치되는 제2 결상 광학 모듈, 광원 모듈과 제1 결상 광학 모듈 사이에 설치되는 회전판, 및 회전판의 회전축에 연결되고 브라켓 프레임에 의해 광원 모듈 상에 설치되는 모터를 포함하며, 제1 결상 광학 모듈과 제2 결상 광학 모듈의 배치 관계는 회전판의 개구부에 착탈가능하게 설치되는 고보이미지 필터의 고보이미지 사이즈와 노면 상에 표시될 프로젝션 이미지의 사이즈를 토대로 결정된다.

Description

차도용 고보조명 장치 및 그 제작 방법{GOBO LIGHTING APPARATUS FOR ROADWAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 고보조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차도용이나 디지털 사이니지 장치용로 사용할 수 있는 고보조명 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
고보조명 장치는 극장 조명, 건축 조명, 호텔, 레스토랑, 오피스 공간 등에서 착색광(colored light)을 이용하여 장면 설정이나 분위기를 조성하는데 주로 이용된다.
최근, 고보조명 장치는 가게 앞의 도로에 간판을 대신하여 로고 이미지를 투사하거나 가게에서 판매하는 상품에 대한 광고 내용을 투사하는데 이용되는 등, 그 사용범위가 확대되고 있다.
이러한 고보조명 장치는 다색 LED(light emitting diode)를 구비함으로써 색상을 바꾸기 위해 필터를 설치할 필요가 없을 뿐만 아니라 다수의 LEDs를 조합하여 거의 모든 조명 색상을 생성하고 LED에 결합된 전자기기에 의해 조명 색상을 원격 변경할 수 있다. 또한, 다양한 색상의 생성이나 변경은 자동 프로그래밍 방법을 통해 수행할 수 있는 장점이 있어, 그 시장이 급속히 성장하고 있다.
그러나, 기존 고보조명 장치 대부분은 이미지 크기 및 식별 한계로 인하여 인도 혹은 벽면에 투사하고 있으며, 아직까지 도로 상의 교통 상황이나 위험 상황 등을 실시간 운전자에게 전달하기 위한 용도로 사용되고 있지는 못하다.
보행자를 위한 고보조명의 이미지는 약 10M 이내의 근거리에서 식별 가능하게 설치되므로 통상 원형의 이미지를 투사하도록 형성된다. 하지만, 60M 이상의 원거리에 위치하는 운전자에게는 원형의 이미지가 선으로 보이게 되어 메시지를 전달할 수 없다.
또한, 최근 정보통신 기술을 활용해 영상이나 문자 등 다양한 정보를 디스플레이하고 네트워크로 원격 관리하는 안내판이나 광고판에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 하지만, 전술한 디지털 사이니지는 주행 중인 차량과 관련한 도로 특성이나 운전자 시야의 특성상 아직까지 차도 상에 적용되지 못하고 있다.
이와 같이 차도용으로 적합하거나 디지털 사이니지로서 활용할 수 있는 고보조명 장치에 대한 요구가 크게 증가하고 있다.
등록특허공보 제10-1251370호(2013.04.05.)
본 발명은 차도용 고보조명 장치에 대한 요구에 부응하기 위한 연구개발 노력을 통해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 도로의 길이 방향으로 장축을 가진 타원형의 이미지로써 타원형 이미지의 앞 부분의 폭이 작고 뒷 부분의 폭이 넓어 원거리 운전자가 이미지를 보았을 때 원근감에 의해 같은 폭을 가진 이미지로 볼 수 있고 도로 상의 차량을 운행 중인 운전자가 직관적으로 인식할 수 있는 고보조명 이미지를 프로젝터의 빔(beam) 형태로 구현하는, 차도용 고보조명 장치 및 그 제작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 일반도로, 자동차 전용도로, 고속도로 등과 같이 차량이 운행하는 도로 상에 도로번호, 제한속도, 교차로, 횡단보도, 터널, 스쿨존(school zone), 결빙도로, 전방 사고 발생 등의 도로 정보나 도로 상황 정보를 도로 상의 고보조명 이미지를 통해 차량을 운행 중인 운전자에게 직접 제공할 수 있는, 차도용 고보조명 장치 및 그 제작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 차도 상에 영상이나 문자 등 다양한 정보를 디스플레이할 수 있고, 해당 정보나 장치를 네트워크로 원격 관리하는 디지털 사이니지 장치로 활용할 수 있는 고보조명 장치 및 그 제작 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 차도용 고보조명 장치는, LED(light emitting diode) 광원과 상기 LED 광원의 출사면 상에 결합하는 콜리메이터 렌즈를 구비하는 광원 모듈; 상기 광원 모듈이 그 일단부에 설치되는 브라켓 프레임; 상기 브라켓 프레임의 중간부에 설치되는 제1 결상 광학 모듈; 상기 브라켓 프레임의 타단부에 설치되는 제2 결상 광학 모듈; 상기 광원 모듈과 상기 제1 결상 광학 모듈 사이에 설치되는 회전판; 및 상기 회전판의 회전축에 연결되고 상기 브라켓 프레임에 의해 상기 광원 모듈 상에 설치되는 모터;를 포함하며, 상기 제1 결상 광학 모듈과 상기 제2 결상 광학 모듈의 배치 관계는 상기 회전판의 개구부에 착탈가능하게 설치되는 고보이미지 필터의 고보이미지 사이즈와 노면 상에 표시될 프로젝션 이미지의 사이즈를 토대로 결정된다.
일실시예에서, 상기 광원 모듈은 상기 콜리메이터 렌즈 상에 배치되는 메인 렌즈의 틸트(tilt) 또는 피치(pitch)를 조절하여 상기 LED 광원의 광에 의해 생성되는 고보이미지의 균제도를 제어한다.
일실시예에서, 상기 제1 결상 광학 모듈은 상기 LED 광원의 빔 패턴의 아웃 포커싱(out focusing) 및 인 포커싱(in focusing)을 제어한다.
일실시예에서, 고보조명 장치는 상기 제1 결상 광학 모듈 내 복수의 렌즈와 상기 제2 결상 광학 모듈 내 복수의 렌즈들을 미리 설정된 간격과 배치로 지지하는 광학계 고정용 브라켓을 더 포함한다.
일실시예에서, 상기 콜리메이터 렌즈는, 상기 고보 이미지의 입사 광 균일도를 위해 상기 고보 이미지의 상면 입사각도를 0도로 맞추도록 형성된다.
일실시예에서, 고보조명 장치는, 상기 LED 광원에 접하고 상기 모터의 하부를 지지하며 상기 브라켓 프레임의 상기 일단부에 서브 브라켓을 통해 설치되는 히트싱크를 더 포함한다.
일실시예에서, 고보조명 장치는 상기 브라켓 프레임 상에 배치되는 제어 보드를 더 포함한다. 상기 제어 보드에는 마이크로컨트롤러 유닛, 부스트/벅 컨버터, 상기 부스트/벅 컨버터와의 사이에 설치되는 제어 집적회로, 및 모터 인터페이스가 탑재될 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러 유닛은, 상기 부스트/벅 컨버터를 통해 상기 LED 광원에 전력을 공급하고, 상기 제어 집적회로를 통해 상기 LED 광원으로 공급되는 전압 또는 전류를 감지하고 상기 전압 또는 전류를 정밀 제어하며, 상기 모터 인터페이스를 통해 상기 모터 또는 상기 모터에 탑재된 모터 드라이버의 동작을 제어할 수 있다.
일실시예에서, 고보조명 장치는 상기 모터에 결합하는 포토 인터럽터를 더 포함한다. 상기 마이크로컨트롤러 유닛은 상기 포토 인터럽터의 하이 또는 로우 신호에 기초하여 상기 모터의 전원, 회전 방향 및 동작 주파수를 제어하기 위한 신호를 상기 모터 드라이버에 전달할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 차도용 고보조명 장치의 제작 방법은, LED(light emitting diode) 광원의 근축광선 추적을 통해 콜리메이터 렌즈를 형성하는 단계; 상기 LED 광원과 상기 콜리메이터 렌즈를 결합하여 광원 모듈을 형성하는 단계; 기준비된 고보이미지 필터의 고보이미지 사이즈와 노면 상에 표시될 프로젝션 이미지의 사이즈를 토대로 결상 광학 모듈을 형성하는 단계; 및 상기 광원 모듈과 하나 또는 복수의 상기 결상 광학 모듈을 브라켓 프레임 상에 배열 및 고정하는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 상기 콜리메이터 렌즈를 형성하는 단계는, 상기 고보 이미지의 입사 광 균일도를 위해 상기 고보 이미지의 상면 입사각도를 0도 수준으로 맞추도록 상기 콜리메이터 렌즈를 형성할 수 있다.
일실시예에서, 고보조명 장치의 제작 방법은, 상기 광원 모듈과 상기 결상 광학 모듈 사이에 상기 고보이미지 필터가 착탈가능하게 부착되는 회전판을 상기 브라켓 프레임 상에 회전가능하게 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 고보조명 장치의 제작 방법은, 상기 LED 광원에 접촉하도록 상기 브라켓 프레임의 상기 일단부에 서브 브라켓을 통해 히트싱크를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 회전판을 회전시키는 모터는 상기 히트싱트에 의해 그 하부가 지지될 수 있다.
전술한 본 발명의 차도용 고보조명 장치 및 그 제작 방법에 의하면, 도로의 길이 방향으로 장축을 가진 타원형의 이미지로써 타원형 이미지의 앞 부분의 폭이 작고 뒷 부분의 폭이 넓어 원거리 운전자가 이미지를 보았을 때 원근감에 의해 같은 폭을 가진 이미지로 볼 수 있고 도로 상의 차량을 운행 중인 운전자가 직관적으로 인식할 수 있는 고보조명 이미지를 프로젝터의 빔(beam) 형태로 효과적으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 일반도로, 자동차 전용도로, 고속도로 등과 같이 차량이 운행하는 도로 상에 도로번호, 제한속도, 교차로, 횡단보도, 터널, 스쿨존(school zone), 결빙도로, 전방 사고 발생 등의 도로 정보나 도로 상황 정보를 도로 상의 고보조명 이미지를 통해 도로 상에서 차량을 운행 중인 운전자에게 직관적으로 정확하게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 차도 상에 영상이나 문자 등 다양한 정보를 디스플레이할 수 있고, 해당 정보나 장치를 네트워크로 원격 관리하는 디지털 사이니지 장치로 활용할 수 있는 고보조명 장치 및 그 제작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 차도용 고보조명 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 고보조명 장치에 의한 고보이미지의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 고보이미지의 사이즈를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고보조명 장치의 개략적인 블록도이다.
도 5는 도 4의 고보조명 장치의 조명 어셈블리에 채용할 수 있는 전장 부품을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 4의 제어부의 주요 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고보조명 장치에 대한 사시도이다.
도 8은 도 7의 고보조명 장치의 좌측면도이다.
도 9는 도 7의 고보조명 장치의 정면도이다.
도 10은 도 7의 고보조명 장치의 평면도이다.
도 11은 도 7의 고보조명 장치의 회전판과 고보이미지 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 고보이미지 플레이트에 대한 도면이다.
도 13은 도 7의 고보조명 장치에 채용할 수 있는 렌즈 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 렌즈 어셈블리를 지지하는 고정용 브라켓을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 13의 렌즈 어셈블리의 고보시스템 레이아웃을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 7의 고보조명 장치에 채용할 수 있는 제어보드를 설명하기 위한 블록도이다.
도 17은 도 16의 제어보드에 채용할 수 있는 주요 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 18은 도 16의 제어보드에 채용할 수 있는 또 다른 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 19는 도 16의 제어보드의 모터 제어 원리를 설명하기 위한 블록도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고보조명 장치의 작동 방법에 대한 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고보조명 장치의 작동 방법에 대한 흐름도이다.
도 22는 본 실시예의 고보조명 장치의 점등 상태에 대한 예시도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 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.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 차도용 고보조명 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 고보조명 장치에 의한 고보이미지의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 1의 고보이미지의 사이즈를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 고보조명 장치(1000)는 입체효과를 가진 고보이미지를 표시하는 조명 장치로서 지지대, 기둥, 폴대 혹은 지주(10) 상의 일정 높이에 소정의 체결수단(20)에 의해 고정 설치될 수 있다. 지주(10)에는 조명전원제어박스(30), 전력제어장치(40) 및 태양전지모듈(50)이 설치될 수 있다.
조명전원제어박스(30)는 고보조명 장치(1000)에 전력을 공급하고 고보조명 장치(1000)의 동작을 제어하는 장치일 수 있고, 전력제어장치(40)는 태양전지모듈(50)의 전력변환과 제어를 수행하는 장치일 수 있다.
고보조명 장치(1000)는 지주(10)에서 일정 거리 떨어진 장소의 보도면, 차도면 등의 바닥에 문자, 도형 등을 입체적으로 표시하는 소위 고보이미지(500)를 생성할 수 있다.
고보이미지(500)는 도 2에 도시한 바와 같이 지주(10) 근방의 높이(h1) 1.5m의 시점 예컨대, 차량(400) 운전자의 시야에서 지주(10)로부터 거리(d1)가 약 60m 떨어진 장소의 바닥에 형성될 때 가장 좋은 시인성을 갖도록 형성될 수 있다.
이러한 고보이미지(500)의 평면상 폭 사이즈는 차량(400)의 주행 도로의 인접한 두 차선들 사이에 설치되는 노면표시 정도의 크기에서 수 배 이상 큰 크기를 가질 수 있다.
일례로, 도 3에 도시한 바와 같이 고보이미지(500)의 전체 문자의 하단폭(X1)과 상단폭(Y1)의 비율(폭 비율)은 대략 1:7이고, 하단폭(X1)과 상단폭(Y1) 사이의 간격(Z1)과 상단폭(Y1)의 비율(깊이 비율)은 대략 4.46:1인 것이 바람직하다. 또한, 입체효과 고보이미지(500)의 단위글자 또는 단위문자의 하단폭(x2)과 상단폭(y2)의 비율은 대략 1:1.43인 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시예에 따른 고보이미지(500)에서, 하단폭(X1)과 상단폭(Y1) 사이의 간격(Z1)과 상단폭(Y1)의 깊이 비율은 대략 3:1 내지 5:1일 수 있고, 이러한 깊이 비율에 대응하여 폭 비율도 약간 조절될 수 있다. 이러한 사이즈의 입체효과 고보이미지에 의하면 수십 미터의 거리에서 보행자나 운전자 등에게 우수한 시인성의 노면표시를 제공할 수 있다.
전술한 고보이미지를 구현하는 고보조명 장치(1000)의 일례를 도 4를 참조하여 좀더 구체적으로 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고보조명 장치의 개략적인 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 고보조명 장치는 조명 어셈블리(100)와 제어보드(200)를 포함하며, 제어보드(200)는 제어부(210)와 통신부(220)를 구비하고, 제어부(210)는 센서(230)에 연결될 수 있다.
조명 어셈블리(100)는 주로 회로부인 제어보드(200)와 결합하는 고보조명 장치의 기구부일 수 있고, 체결수단 등에 의해 지주의 일정 높이나 건물 내벽 혹은 외벽 등에 설치될 수 있다. 조명 어셈블리(100)는 기구부 대부분을 둘러싸는 하우징을 구비할 수 있다.
제어보드(200)는 조명 어셈블리(100)의 하우징 내부에 일체로 설치될 수 있고, 조명전력제어박스 등의 형태로 조명 어셈블리(100)의 전기부품이나 전자부품에 전선 케이블 등을 통해 연결될 수 있다. 이 경우 조명 어셈블리(100)는 그 자체로 제어보드(200)가 탑재된 고보조명 장치(도 1의 1000 참조)로 지칭될 수 있다. 물론, 제어보드(200)는 다른 구현에 따라서 조명 어셈블리(100)의 하우징 외부에 설치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 고보조명 장치가 하우징에 제어보드를 일체로 탑재한 조명 어셈블리 형태를 가진 것으로 가정하기로 한다.
전술한 제어보드(200)는 제어부(210)와 통신부(220)를 구비할 수 있는데, 제어부(210)는 논리회로, 마이컴, 마이크로프로세서, 컨트롤러 등으로 설치될 수 있고, 통신부(220)는 유선 통신이나, 와이파이(WiFi), 저전력블루투스(bluetooth low energy, BLE), Z-wave, Zigbee, LoRa, UWB 등의 근거리 무선 통신이나, 웨이브(wireless access invehicular environments, WAVE) 기반의 근거리전용무선통신(Dedicated short range communication, DSRC)이나, 롱텀에볼로션(LTE), 차세대(5G, 6G 등의) 이동통신 혹은 광대역 네트워크 등을 지원하는 어느 하나 이상의 통신 프로토콜을 지원하는 서브통신시스템으로 설치될 수 있다.
센서(230)는 안개 감지 센서일 수 있다. 센서(230)는 카메라로 촬영된 영상에서 유효영역에 대한 분석을 통해 안개를 감지하거나 유효영역 내 시정거리를 계산하여 안개를 감지하도록 구성될 수 있다.
또한, 센서(230)는 주변의 조도를 측정하여 주간과 야간을 판단하거나 맑은 날과 흐린 날을 판단하기 위한 조도 센서, 스노우(snow) 감지를 위한 스노우 감지 장치, 노면 및 주위 온도를 감지하는 온도 감지장치, 강설량을 계측하는 강설량 계측장치, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 고보조명 장치의 조명 어셈블리에 채용할 수 있는 전장 부품을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 고보조명 장치의 조명 어셈블리(100)는 전동 부품으로써 메인렌즈 틸트부(120a), 고보이미지 회전부(160a), 포커싱 렌즈 액추에이터(140a), 굴절각도 제어유닛(150a)을 구비할 수 있다.
메인렌즈 틸트부(120a), 고보이미지 회전부(160a) 및 포커싱 렌즈 액추에이터(140a)는 전술한 조명 어셈블리(도 4의 100 참조)에 구비될 수 있고, 굴절각도 제어유닛(150a)은 조명 어셈블리에서 생성되는 내부의 라이트 빔 패턴이 출사되는 출사면 상에서 굴절각도를 제어하도록 설치될 수 있다.
메인렌즈 틸트부(120a)는 후술하는 광원 모듈의 제1 고정용 브라켓에 내장되는 메인렌즈를 틸팅할 수 있도록 제1 고정용 브라켓에 일체로 혹은 결합된 형태로 설치된다. 메인렌즈 틸트부(120a)는 제어부의 제어신호에 따라 메인 렌즈의 틸트(tilt)를 조절할 수 있다. 메인렌즈 틸트부(120a)는 모터 등의 액추에이터를 포함할 수 있다.
고보이미지 회전부(160a)는 제어부의 제어신호에 따라 메인렌즈 출사면 전방에 설치되는 회전판에 탈부착가능하게 설치되는 고보이미지 필터를 회전시킨다. 고보이미지 회전부(160a)는 메인렌즈를 통해 생성되는 빛의 일부만을 차단 혹은 투과시키는 클로저나 제1 엘리먼트의 특정 패턴 필름을 통해 라이트 빔 패턴이 소정의 고보이미지 빔 패턴을 생성하도록 동작할 수 있다. 고보이미지 회전부(160a)는 회전판의 중심축에 결합하는 모터와 모터 드라이버 혹은 액추에이터와 액추에이터 구동부를 구비할 수 있다.
포커싱 렌즈 액추에이터(140a)는 제어부의 제어신호에 따라 볼록렌즈와 오목렌즈를 포함하는 포커싱 렌즈 배열 내 렌즈들 간의 간격이나 틸트 각을 조정하도록 설치될 수 있다. 포커싱 렌즈 배열은 후술하는 결상 모듈 혹은 제1 결상 광학 모듈의 제2 고정용 브라켓에 내장되는 볼록렌즈와 오목렌즈를 포함할 수 있다. 포키싱 렌즈 액추에이터(140a)는 제2 고정용 브라켓에 내장되거나 결합하는 모터 등의 액추에이터를 구비할 수 있다.
굴절각도 제어유닛(150a)은 포커싱 렌즈를 통해 조사되는 라이트 빔 패턴을 미리 설정된 각도로 굴절시켜 고보이미지를 가변시킬 수 있다. 굴절각도 제어유닛(150a)은 프리즘 렌즈(prism lens), 프레스넬 렌즈(fresnel lens), 프리폼 렌즈(free-form lens) 등 다양한 형태의 굴절 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 굴절각도 제어유닛(150a)은 포커싱 렌즈가 탑재되는 후술할 결상 모듈 혹은 제2 결상 광학 모듈의 제3 고정용 브라켓에 의해 지지될 수 있고, 제2 결상 광학 모듈에 탑재되거나 결합하는 모터나 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
굴절각도 제어유닛(150a)를 사용하면, 고보조명 장치에서 나오는 라이트 빔 패턴을 소정의 제1 각도로 굴절시킬 수 있고, 그에 의해 노면에 표시되는 고보이미지는 하단폭과 상단폭 사이의 폭간격이 그 상단폭의 수 배 예컨대, 약 1.4배 이상, 약 7배 이하의 범위에서 더욱 효과적으로 가변할 수 있다.
도 6은 도 4의 고보조명 장치의 제어부의 주요 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 고보조명 장치의 제어부(210)는 광원 제어부(211), 균제도 제어부(213), 포커싱 제어부(215) 및 이미지 가변 제어부(119)를 구비한다. 광원 제어부(211), 균제도 제어부(213) 및 포커싱 제어부(215)는 라이트 빔 패턴 자체를 제어하는 고보조명 제어부로 통칭될 수 있고, 그 경우 고보조명 제어부는 광원과 메인 렌즈의 틸트 각도와 포커싱 렌즈 배열을 제어할 수 있다.
좀더 구체적으로 각 구성에 대하여 설명하면, 광원 제어부(211)는 다수의 LED 광원의 동작을 제어하여 고보이미지의 광량을 확보하고 고보이미지의 라이트 빔 패턴을 집광하고 최적화한다.
균제도 제어부(213)는 광원의 출사면 전방에 배치되는 메인 렌즈의 틸트(tilt) 또는 피치(pitch)를 조절하여 광원의 광에 의해 생성되는 고보이미지의 균제도를 제어한다. 이를 위해 균제도 제어부(213)는 메인렌즈 틸트부의 동작을 제어할 수 있다.
포커싱 제어부(215)는 포커싱 렌즈부에 대응하는 결상 모듈 내 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 포함한 포커싱 렌즈 배열에서 렌즈들 간의 간격을 조절하여 고보이미지를 위한 라이트 빔 패턴의 아웃 포커싱(out focusing)과 인 포커싱(in focusing)을 제어한다. 이를 위해 포커싱 제어부(215)는 포커싱 렌즈 액추에이터의 동작을 제어할 수 있다.
이미지 가변 제어부(119)는 굴절각도를 조절하는 굴절각도 제어유닛의 동작을 제어하여 원하는 특정 라이트 빔 패턴을 생성하도록 동작할 수 있다.
전술한 광원 제어부(211), 균제도 제어부(213), 포커싱 제어부(215) 및 이미지 가변 제어부(119)는 메모리에 저장되어 각 기능을 수행하는 명령어들이나 프로그램으로 구현될 수 있고, 이러한 명령어들이나 프로그램은 제어부에 탑재되어 제어부가 해당 기능을 수행하도록 기능할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고보조명 장치에 대한 사시도이다. 도 8은 도 7의 고보조명 장치의 좌측면도이다. 도 9는 도 7의 고보조명 장치의 정면도이다. 도 10은 도 7의 고보조명 장치의 평면도이다. 도 11은 도 7의 고보조명 장치의 회전판과 고보이미지 플레이트를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 도 11의 고보이미지 플레이트에 대한 도면이다. 도 13은 도 7의 고보조명 장치에 채용할 수 있는 렌즈 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 도 13의 렌즈 어셈블리를 지지하는 고정용 브라켓을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 14를 참조하면, 본 실시에에 따른 고보조명 장치의 조명 어셈블리(100)는 광원이 결합된 광원 모듈(120), 브라켓 프레임(130), 제1 결상 광학 모듈(140), 제2 결상 광학 모듈(150), 회전판(160), 고보이미지 필터(165), 서브 브라켓(170), 모터(180), 히트싱크(190)를 구비한다.
광원 모듈(120)은 광원, 콜리메이터 렌즈(122), 제1 지지 브라켓(123), 메인 렌즈(124), 제2 지지 브라켓(125), 제1 고정용 브라켓(126)을 구비한다. 광원 모듈(120)에서, 광원은 LED(light emitting dioed) 광원이나 LED 패키지를 포함하고 콜리메이터 렌즈의 일면에 부착된 형태로 설치될 수 있으며, 콜리메이터 렌즈(122)는 제1 지지 브라켓(123)에 의해 지지될 수 있고, 메인 렌즈(124)는 제2 지지 브라켓(125)에 의해 지지될 수 있다. 메인 렌즈(124)는 양면의 곡률 반경이 다른 양면 볼록 렌즈 형태를 가질 수 있다.
또한, 제1 지지 브라켓(123)과 제2 지지 브라켓(125)는 원통 형상의 제1 고정용 브라켓(126)의 양측 개구부에 결합되고, 이들의 결합 구조 즉, 제1 브라켓 구조에 의해 콜리메이터 렌즈(122)와 메인 렌즈(124)가 제1 고정용 브라켓(126) 내부에 수납되거나 지지되는 형태를 갖는다. 그리고 광원 모듈(120)은 메인렌즈 틸트부를 더 구비할 수 있고, 메인렌즈 틸트부는 제어보드에 전기적으로 연결될 수 있다.
광원(도 15의 121 참조)은 발광다이오드(light emitting diode, LED)를 포함한다. 발광다이오드는 적색, 청색, 녹색, 백색 LEDs 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 광원은 방열판이나 방열체 상에 설치되어 발광 동작시에 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 광원은 히트싱크(190)와 결합될 수 있다. 히트싱크(190)는 표면적을 극대화시킨 구조를 구비하고, 광원의 열을 대기중으로 방출하도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 히트싱크(190)는 냉매나 유체를 이용하여 열교환을 수행하도록 구성될 수도 있다.
콜리메이터 렌즈(122)는 광원의 광 출사면 상에 배치되는 평면 볼록 렌즈 형태를 갖으며, 이때 렌즈의 볼록한 부분이 광원의 출사면 반대측에 위치하도록 설치된다.
메인 렌즈(124)는 양면 볼록 렌즈 형태를 구비하고, 메인렌즈 틸트부에 의해 틸트 또는 피치 각도가 조절되도록 설치될 수 있다. 메인 렌즈(124)의 틸트 각도를 조절하면 광원의 종류나 광량에 따라 고보조명 장치에서 생성되는 고보이미지의 균제도를 향상시킬 수 있다. 즉, 메인 렌즈(124)의 틸트를 제어하면, 라이트 빔 패턴이 굴절 렌즈를 통과하여 굴절된 후 노면에 조사되어 최종적으로 생성되는 고보이미지의 균제도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 균제도는 조명이 비추는 노면에서 조도의 균일한 정도를 의미한다. 즉, 균제도는 노면에 표시되는 입체효과 고보이미지의 영역별 밝기 차이로 인하여 조도가 고르지 않은 부분이 어느 정도인지를 판단하는 기준이 될 수 있다.
제1 결상 광학 모듈(140)은 제1 볼록 렌즈(141), 제3 지지 브라켓(142), 제1 오목 렌즈(143), 제2 볼록 렌즈(144), 제2 오목 렌즈(145), 제4 지지 브라켓(146) 및 제2 고정용 브라켓(147)을 구비한다. 제1 결상 광학 모듈(140)에서, 제1 볼록 렌즈(141)는 제3 지지 브라켓(142)에 의해 지지되고, 제2 오목 렌즈(145)는 제4 지지 브라켓(146)에 의해 지지되고, 제2 볼록 렌즈(144)와 제2 오목 렌즈(145)는 제2 고정용 브라켓(147) 내부의 돌기나 홈 또는 요철 구조에 의해 지지될 수 있다.
제3 지지 브라켓(142)과 제4 지지 브라켓(146)는 다단 원통 형상의 제2 고정용 브라켓(147)의 양측 개구부에 결합되고, 이들의 결합 구조 즉, 제2 브라켓 구조에 의해 제1 볼록 렌즈(141), 제1 오목 렌즈(143), 제2 볼록 렌즈(144) 및 제2 오목 렌즈(145)가 제2 고정용 브라켓(147) 내부에 수납되거나 지지되는 형태를 갖는다. 그리고 제1 결상 광학 모듈(140)은 포커싱 렌즈 액추에이터를 더 구비할 수 있고, 포키싱 렌즈 엑추에이터는 제어보드에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 결상 광학 모듈(150)은 제3 볼록 렌즈(151), 제4 볼록 렌즈(152), 제3 오목 렌즈(153), 제5 볼록 렌즈(154), 제5 지지 브라켓(155), 제3 고정용 브라켓(156) 및 제6 지지 브라켓(158)을 구비한다. 제2 결상 광학 모듈(150)에서, 제3 볼록 렌즈(151)는 제5 지지 브라켓(158)에 의해 지지되고 제4 볼록 렌즈(152)와 볼록면들이 서로 마주하도록 배치되며, 제5 볼록 렌즈(154)는 제5 지지 브라켓(155)에 의해 지지되고 그 볼록면이 제5 지지 브라켓(155)의 중앙 개구부를 통해 노출되거나 돌출되도록 설치되며, 제4 볼록 렌즈(152)와 제3 오목 렌즈(153)는 다단 원통 형상의 제3 고정용 브라켓(156) 내부의 단차부, 돌기, 홈 또는 요철 구조에 의해 지지될 수 있다.
제5 지지 브라켓(155)과 제6 지지 브라켓(158)는 제3 고정용 브라켓(156)의 양측 개구부에 결합되고, 이들의 결합 구조 즉, 제3 브라켓 구조에 의해 제3 볼록 렌즈(151), 제4 볼록 렌즈(152), 제3 오목 렌즈(153) 및 제5 볼록 렌즈(154)가 제3 고정용 브라켓(156) 내부에 수납되거나 지지되는 형태를 갖는다.
회전판(160)은 고보이미지 회전부(도 5의 160a 참조)의 일부 구성으로 포함될 수 있다. 회전판(160)의 하나 이상의 개구부 각각에는 고보이미지 필터(165)가 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 고보이미지 회전부는 회전판(160) 외에 회전판(160)의 회전축에 연결되어 회전판(160)을 회전시키는 모터(180)를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 회전판(160)은 모터(180)의 구동력이나 회전각에 따라 회전하며, 특정 고보이미지 필터(165)가 메인 렌즈(124) 상에 정렬되도록 동작할 수 있다.
이러한 회전판(160)은 클로저(closer)로 지칭될 수 있고, 고보이미지 필터(165)는 패턴 필름으로 지칭될 수 있다. 회전판(160)은 다크 플레이트(dark plate)로서 고보조명 장치의 하우징의 중간부에서 하우징 내부 공간의 횡단면 전체를 가로막도록 설치되고, 분산 또는 무지향성 산란광을 최소화하며 유효(collimating) 광도 영역을 가이드한다.
고보이미지 필터(165)는 회전판(160)에서 유효 광도 영역을 가이드하는 개구부(160a)에 설치되고 광원으로부터 메인 렌즈(124)를 통해 나오는 광 중에서 일부 광만을 통과시켜 특정 라이트 빔 패턴을 생성한다. 특정 라이트 빔 패턴은 3차원 형상의 로고나 고보이미지를 위한 빔 패턴을 포함한다. 이를 위해 고보이미지 필터(165)는 원판형 플레이트나 원판형 필름에 소정 모양의 개구부(165a)를 구비하도록 형성될 수 있다.
또한, 복수의 고보이미지 필터(165)는 회전판(160)의 복수의 개구부에 각각 설치되어 다수의 고보이미지 표출 형상들을 선택적으로 형성하도록 설치될 수 있다. 이 경우, 고보이미지 회전부(도 5의 160a 참조)는 모터(180)의 동작에 의해 미리 설정된 특정 고보이미지 표출 형상을 선택하거나 변경하도록 동작할 수 있다.
전술한 광원 모듈(120), 제1 결상 광학 모듈(140), 제2 결상 광학 모듈(150), 회전판(160), 모터(180) 및 히트싱크(190)는 브라켓 프레임(130)에 의해 일체로 고정되거나 지지될 수 있다.
브라켓 프레임(130)은 플레이트 형태의 몸체 혹은 바닥판과, 바닥판의 길이 방향의 일단부, 중간부 및 타단부에 소정 높이로 중간부가 오목하게 각각 돌출하는 제1 내지 제3 안착부들(130a, 130b, 130c)과, 각 안착부와 각각 마주하여 그 중간부가 오목하게 굽은 형태를 갖는 제1 내지 제3 지지 커버들(131, 132, 133)을 구비한다.
이러한 브라켓 프레임(130)의 구성에 의해, 광원 모듈(120)은 제1 안착부(130a)와 제1 지지 커버(131)와의 사이에 안착되고, 제1 결상 광학 모듈(140)은 제2 안착부(130b)와 제2 지지 커버(132)와의 사이에 안착되고, 제2 결상 광학 모듈(150)은 제3 안착부(130c)와 제3 지지 커버(133)와의 사이에 안착될 수 있다. 각 지지 커버는 볼트, 볼트와 너트, 나사 체결 구조 등의 체결 수단에 의해 각 안착부에 착탈가능하게 결합될 수 있다.
제1 안착부(130a)의 측면에는 서브 브라켓(170)이 결합될 수 있다. 서브 브라켓(170)은 모터(180)를 지지하는 체결 수단이 관통하는 관통공들과 모터(180)의 회전축이 연장하는 개구부를 구비하고 광원 모듈(120)의 일면 즉, LED 광원이 부착되어 있는 일면과 마주하는 메인 플레이트와, 메인 플레이트의 양측 하부 가장자리에서 절곡되어 제1 안착부(130a)의 측면상에까지 연장하고 소정의 체결 수단에 의해 제1 안착부(130a)의 측면 상에 고정되는 한 쌍의 측면 플레이트들을 구비할 수 있다.
제1 안착부(130a)의 상부에는 회전판(160)의 회전 중심부에 끼워져 고정되는 회전축(161)을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부(163)가 설치된다. 회전판(160)의 직경은 바닥판의 폭의 대략 2배 정도가 될 수 있다. 회전축(161)은 회전판(160) 측에서 회전축 지지부(163)를 관통하여 소정 길이 연장하는 일단부를 구비하고, 이 일단부에 모터(180)의 회전축과 결합하는데 사용되는 축결합구조를 더 구비할 수 있다. 회전축(161)의 타단부는 제2 지지 커버(132) 상에서 자유롭게 회전할 수 있도록 플로팅(floating) 형태로 설치될 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 광학계 각각의 정렬과 고정을 위해 각각의 렌즈와 렌즈군을 선택적으로 분류하여 근거리간 구성되어 있는 렌즈들을 3군으로 설정하고 이를 브라켓 프레임과 여러 고정용 브라켓으로 지지하도록 설계하고 장치 구성을 소형화할 수 있다.
또한, 기구부 대부분의 재질을 알루미늄이나 TIM(Thermal Interface Material)로 형성할 수 있으며, 그 경우 경량화, 가공용이성 및 방열 특성에서 우수한 장점을 가질 수 있다. 브라켓이나 알루미늄 재질에 대한 아노다이징 등 표면 처리를 수행하면, 난반사를 제거하고 경도를 향상시킬 수 있다. 외함 또는 하우징의 경우, 절곡 타입의 소정 두께의 알루미늄 재질로 형성할 수 있다.
또한, 브라켓을 적용한 기구부와 회전판 및 다른 부품들과의 체결을 위한 스테이지(stage) 구성과 부품 배열을 통해 장치의 소형화 및 내구성 향상의 장점이 있다. 기구부에서의 유지보수 편의성을 고려하여 브라켓 및 고정 장치 부분의 나사 크기 및 종류를 가능한 통일하고 구동에 따른 회로부와의 간섭을 피하기 위한 하우징 내부 배열을 고려하여 설계한 구성을 가질 수 있다.
또한, 디지털 사이니지 적용을 위해 회전판의 각도 설정이나 기동 시 시작점을 검출할 수 있도록 구성된다. 특히, 회전판 구조로 인해 장치의 크기가 커지를 것을 방지하기 위해 히트싱크의 일부를 절단하여 모터와 히트싱크가 접하도록 구성한다. 이러한 구성에 의해 설계 변경전 대비 높이를 30mm 정도 감소할 수 있다.
또한, 외함 또는 하우징에 팬(fan)을 설치하여 능동 냉각(active cooling)을 수행하도록 구성될 수 있다. 아울러, 히트파이프(Heapipe) 등의 방열 구조를 대체/추가하여 냉각 성능을 추가로 향상시키도록 구성될 수 있다.
도 15는 도 13의 렌즈 어셈블리의 고보시스템 레이아웃을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에서 렌즈 어셈블리의 길이(L1)는 255㎜이고, 그 직경(D1)은 70㎜이다. 실제로 렌즈 어셈블리는 작업자가 한 손으로 간단히 잡을 수 있는 정도의 사이즈를 가진다.
렌즈 어셈블리는 오른쪽에서부터 기재된 순서대로 LED 광원(121), 콜리메이터 렌즈(122) 및 메인 렌즈(124)를 구비한 광원 모듈이 위치하고, 고보이미지 필터(165)를 사이에 두고 광원 모듈과 마주하는 측에 결상 모듈이 설치되는 구조를 가진다.
렌즈 어셈블리가 회로부와 결합하여 고보조명 장치를 구성하면, 회로부의 광원 제어부에 의해 광원 모듈이 관리되고, 고보이미지 생성부에 의해 고보이미지 필터(165)의 위치가 관리되고, 포커싱 제어부에 의해 결상 모듈이 관리될 수 있다.
LED 광원(121)에서 생성되는 광은 콜리메이터 렌즈(122)와 메인 렌즈(124)를 통해 집광되어 회전판에 조사된다. 회전판은 고보이미지 필터(165) 부분을 제외하고 광원 모듈과 결상 모듈 사이에서 광 전달을 차단하는 클로저로서 기능한다. 이때 광원 제어부는 고보이미지 필터(165)에 대한 최대 광량을 확보할 수 있도록 집광을 최적화할 수 있다. 또한, 광원 제어부는 메인 렌즈(124)의 틸트 제어를 통해 고보이미지의 균제도를 향상시킬 수 있다.
고보이미지 필터(165)가 부착된 회전판에서는 회전판의 클러저 기능을 통해 광원의 광에 대한 분산 또는 무지향성 산란광을 최소화하고 고보이미지 필터(165)를 통과하는 유효 광도 영역을 가이드한다. 고보이미지 필터를 통과한 광은 고보이미지 형태를 위한 특정 라이트 빔 패턴으로 변환된다.
라이트 빔 패턴은 결상 모듈의 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 배열을 통과한다. 이때, 포커싱 제어부에 의해 제어되는 포커싱 렌즈 액추에이터의 동작에 따라 결상 모듈의 렌즈 배열은 라이트 빔 패턴을 통해 출사되는 고보이미지의 아웃 포커싱과 인 포커싱을 제어하도록 조작된다.
전술한 고보조명 장치의 렌즈 어셈블리의 구성에 의하면, 단순히 광원과 볼록 렌즈 및 클로저를 포함한 기존 조명 장치에 의한 고보이미지와 달리, 시정 거리가 먼 곳에서도 잘 인식되는 입체효과 고보이미지를 효과적으로 생성할 수 있다. 이러한 입체효과 고보이미지는 수십 미터 거리에서 떨어진 사람이나 운전자가 볼 때 노면에서 세워진 형태의 입체효과를 가진 고보이미지로 보여지므로, 차도용으로 사용가능하다.
또한, 본 실시예에 따른 고보조명 장치는 광원(121)으로서 멀티 패키지 어레이를 사용한다. 멀티 패키지 어레이는 복수의 LEDs가 광원(121)의 발광면에 인접하게 배열되고, 멀티 배열 렌즈를 사용하므로 점광원 형태의 단일 LED보다 상대적으로 출사면이 수배 내지 수십 내 넓은 면광원 형태를 가질 수 있다. 이러한 멀티 패키지 어레이를 광원(121)으로 이용하면, 광원(121)의 출사면에 위치한 렌즈의 굴절각에 따른 라이트 빔 패턴에서의 균제도 저하를 효과적으로 보상할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 광원 모듈의 메인 렌즈(124)의 틸트 제어를 통한 조도 균제도 보상에 더하여 광원(121)의 멀티 패키지 디밍 구성을 통해 입체효과 고도이미지의 조도 균제도를 효과적으로 보상할 수 있다.
일례로, 차도 상에 투사되는 입체효과 고도이미지에서 그 중간 및 상단 부분에서 조도 균제도의 불균형이나, 상단 부분과 하단 부분에서의 조도 균제도의 불균형이나, 상단 부분에서의 조도 균제도의 불균형이 나타날 수 있으나, 광원(121)의 멀티 패키지 디밍 구성과 메인 렌즈(124)의 틸트 제어를 통해 이를 보상하여 조도 균제도가 우수한 입체효과 고도이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이러한 입체효과 고보이미지는 수십 미터 거리에서 떨어진 차량의 운전자가 볼 때 노면에서 세워진 형태의 입체효과를 가진 이미지로 보여질 수 있다(도 2 참조).
본 실시예에 따른 고보조명 장치는 회전판의 다수의 개구부 각각에 서로 다른 고보이미지 필터(165)를 장착함으로써 여러 형태의 이미지를 표출할 수 있다. 이미지 표출 형상은 결빙 도로 지점을 나타내는 이미지 표출 형상, 교통 사고 발생을 나타내는 이미지 표출 형상, 어린이보호구역을 나타내는 이미지 표출 형상 등을 포함할 수 있다. 이러한 이미지 표출 형상들은 교차로, 횡단보도, 터널, 스쿨존(school zone), 결빙도로 등의 고보조명 장치에 적용되어 보행자나 운전자를 대상으로 도로 상황 정보를 제공하도록 사용될 수 있다(도 22 참조).
또한, 고보조명 장치는 이미지 가변 제어부의 제어에 따라 굴절각도 제어유닛을 작동시켜 회전파에 결합된 고보이미지 필터들 중 어느 하나를 선택함으로써 다수의 이미지 표출 형상들 중에서 선택된 특정 라이트 빔 패턴을 생성하고, 생성된 라이트 빔 패턴을 굴절 렌즈를 통해 굴절시킴으로써 조도 균제도가 보상되고 아웃 포커싱과 인 포커싱이 제어된 입체효과 고보이미지를 노면에 표시할 수 있다. 이러한 특징 이미지 표출 형상을 선택하는 것은 센서를 통한 주변 센싱 결과에 따라 수행될 수 있다.
고보이미지는 도로 표시 사양을 만족하도록 제작될 수 있다. 예를 들어 고보이미지는 운전자 관점에서 입체로 인식되는 이미지 크기 및 비율, 입사 면적을 고려한 외경 사이즈, 왜곡 발생을 역보상하기 위한 이미지 형태로 구성될 수 있다.
도 16은 도 7의 고보조명 장치에 채용할 수 있는 제어보드를 설명하기 위한 블록도이다. 도 17은 도 16의 제어보드에 채용할 수 있는 구동부 형태를 설명하기 위한 블록도이다. 도 18은 도 16의 제어보드에 채용할 수 있는 또 다른 구동부 형태를 설명하기 위한 블록도이다.
도 16을 참조하면, 고보조명 장치는 회로부로서 제어보드(200)를 구비한다. 제어보드(200)는 렌즈 어셈블리의 브라켓 프레임의 하부에 부착되거나 소정의 체결 수단에 의해 결합될 수 있다.
제어보드(200)는 마이크로컨트롤러(microcontroller unit, MCU), 통신 모듈(Communication module), 제어회로부(Control IC), 부스트/벅 컨버터(Boost/Buck converter), 내부 전원 컨버터(internal VCC converter), 내부 제어(internal control) LED 및 스위치(SW), 모터 인터페이스(Motor interface), FND(flexible numeric display) 등의 외부 신호 디스플레이(External signal display), 외부 신호수신 회로(External pickup circuit), 광 인터럽터 픽업 회로(Photo interrupter pickup circuit)를 구비한다.
MCU는 내부 전원 컨버터로부터 전원을 받고, 통신모듈의 동작을 제어하고, 부스트/벅 컨버터를 통해 광원 모듈의 LED 광원(121)의 동작을 제어하고, 제어회로부에 감지되는 부스트/벅 컨버터의 전압 또는 전류에 기초하여 부스트/벅 컨버터의 동작을 정밀 제어한다.
또한, MCU는 내부 LED와 스위치를 내부 제어하고, 외부 신호 디스플레이에 숫자 등의 소정 정보를 표시하고, 외부 신호수신 회로를 통해 외부 스위치나 센서(External switch/sensor)로부터의 신호나 데이터를 수신한다.
또한, MCU는 모터 인터페이스를 통해 모터 드라이버(182)를 제어하고, 모터 드라이버(182)의 제어를 통해 모터(180)의 동작을 제어한다. 그리고 모터(180)의 회전자의 위치나 작동 상태를 검출하는 포토 인터럽터(Photo interrupter, 192)의 출력 신호를 광 인터럽터 픽업 회로를 통해 감지하여 모터(180)의 동작이나 모터 상태를 정밀하고 정확하게 제어할 수 있다.
모터(180)는 디지털 사이니지를 위한 고보이미지를 다른 고보이미지로 변환하도록 동작한다. 모터(180)는 각도 제어가 용이한 스텝 모터 등을 적용할 수 있다. 모터 드라이버(182)는 모터(180)에 일체형으로 설치될 수 있다.
마이크로컨트롤러(microcontroller unit, MCU) 및/또는 제어회로부(Control IC)는 제어 유닛(Control nuit)으로 지칭될 수 있다.
전술한 제어보드(200)는 도 17에 도시한 것과 같은 제1 구동부 형태와 도 18에 도시한 것과 같은 제2 구동부 형태를 가질 수 있다.
제1 구동부 형태는, 제어유닛(control unit, 200a), 단일의 절연형 전원공급장치(SMPS: switching mode power supply, 240), 스텝업 컨버터(step-up converter, 250) 및 인터페이스(interface, 260)를 구비한다. 여기서, 전원공급장치(240)는 제어유닛(control unit, 200a), 스텝업 컨버터(step-up converter, 250), LED 광원(121), 모터 드라이버(motor driver, 182) 및 모터(motor, 180)에 내부 전원 또는 내부 전원전압을 공급하도록 설치된다. 그리고 제어 유닛(200a)은 인터페이스(260)를 통해 디스플레이(display)와 통신(communication)을 위한 신호나 데이터를 송수신하고, 스텝업 컨버터(250)의 정전류 동작이나 정격 출력 동작을 제어하고, 모터 드라이버(182)의 동작을 제어하도록 설치된다.
제2 구동부 형태는, 제1 전원공급장치(SMPS#1, 240a)가 제어 유닛(200a)과 스텝다운 컨버터(250a) 및 LED 광원(121)에 전원을 공급하고, 제2 전원공급장치(SMPS#2, 240b)가 모터 드라이버(182)와 모터(180)에 전원을 공급하는 구성에서 제1 구동부 형태와 차이가 있다. 제1 전원공급장치(SMPS#1, 240a)의 공급 전압이나 전력은 제2 전원공급장치(SMPS#2, 240b)의 공급 전압이나 전력보다 높거나 클 수 있다.
LED 광원을 포함하는 광원 모듈 즉, 광학부에서 설계된 광량을 얻기 위해 회로부 또는 구동부에서 구동되어야 하는 전류가 결정되면, 전술한 제어보드는 스텝다운, 스텝업 형태의 컨버터를 통해 LED 광원에 요구되는 전류를 공급할 수 있다. 이러한 제어보드, 회로부 또는 구동부는 모터의 구동전압, 기구부의 내부 고주에 따른 구성요소의 크기 제한 등으로 고려하여 도 17 또는 도 18에 도시한 형태를 구비할 수 있다.
전술한 구동부는 디지털 사이니지의 광원 및 이미지 변환을 위한 모터의 구동 및 제어 동작을 수행하고, 유선 또는 무선 네트워크를 통한 외부 연동을 통해 제어될 수 있다. 이를 위해, 구동부는 디지털 사이니지 광원의 정격 구동, 이미지 변경을 위한 모터의 구동, 스마트 폴과의 연동을 위한 통신 인터페이스 제어, 수동 인터페이스를 통한 이미지 제어 등의 기능을 구현하기 위한 회로 및 펌웨어를 구비할 수 있다.
도 19는 도 16의 제어보드의 모터 제어 원리를 설명하기 위한 블록도이다.
도 19를 참조하면, 제어보드 또는 제어 유닛(200a)은 모터(180)의 기동 시, 포토 인터럽터(photo interrupter, 192)의 검출 신호(H/L signal)를 통해 모터(180)의 회전 동작의 시작점(start point)을 검출한다.
즉, 제어보드(control board)의 제어 유닛(200a)은 검출 신호에 기초하여 모터 회전 방향(Dir), 활성화(En), 속도 제어를 위한 클럭(Clk), 신호 전원(signal VCC) 등을 모터 드라이버(182)에 인가하여 모터(180)를 다단(A+, A-, B+, B-)으로 미세 제어하고 포토 인터럽트 신호가 하이(High, H)에서 로우(Low, L) 혹은 로우에서 하이로 변할 때를 찾아 모터의 초기 기동의 시작점을 설정할 수 있다.
그런 다음 제어 유닛(200a)은 입력 시그널에 따라 모터(180)를 정밀 제어하여 정해진 각도 혹은 고보이미지에 따른 각도를 정밀하게 제어할 수 있다.
한편, 전술한 고보조명 장치는 통신 모듈을 통해 메인 등주제어기, 관리자 단말 등과 통신할 수 있다. 통신 모듈의 통신 인터페이스는 RS485 시리얼 통신 인터페이스를 포함하고 메인 등주제어기에서 보낸 신호에 따라 고보이미지를 조절하도록 구성될 수 있다. 이러한 시리얼 통신 인터페이스를 이용한 통신 프레임 및 프로토콜은 메인 등주제어기의 외부 스위치 입력으로 제어될 수 있다. RS485 등의 시리얼 통신 인터페이스를 사용하는 경우, 제어보드 상의 TTL(transistor-transistor logic) 레벨 신호를 차동(differential) 신호로 변환하여 통신할 수 있으며, 이를 위한 레벨 컨버터 및 인에이블 신호 제어, 종단 저항 값 등이 제어보드의 설계에 반영될 수 있다.
전술한 차도용 고보조명 장치의 제작 방법의 일례를 다음과 같다.
먼저, LED(light emitting diode) 광원의 근축광선 추적을 통해 콜리메이터 렌즈를 형성하고, LED 광원과 콜리메이터 렌즈를 결합하여 광원 모듈을 형성하고, 기준비된 고보이미지 필터의 고보이미지 사이즈와 노면 상에 표시될 프로젝션 이미지의 사이즈를 토대로 결상 광학 모듈을 형성하고, 광원 모듈과 하나 또는 복수의 결상 광학 모듈을 브라켓 프레임 상에 배열 및 고정하는 일련의 단계들을 포함할 수 있다.
여기서, 콜리메이터 렌즈를 형성하는 단계는, 고보 이미지의 입사 광 균일도를 위해 고보 이미지의 상면 입사각도를 0도 수준으로 맞추도록 이루어질 수 있다.
전술한 고보조명 장치의 제작 방법은, 광원 모듈과 결상 광학 모듈 사이에 고보이미지 필터가 착탈가능하게 부착되는 회전판을 브라켓 프레임 상에 회전가능하게 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 고보조명 장치의 제작 방법은, LED 광원에 접촉하도록 브라켓 프레임의 일단부에 서브 브라켓을 통해 히트싱크를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 회전판을 회전시키는 모터는 히트싱트에 의해 그 하부가 지지될 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고보조명 장치의 작동 방법에 대한 흐름도이다.
도 20을 참조하면, 고보조명 장치의 작동 방법은, 먼저 고보조명 노면표시영역 주변을 센서로 센싱할 수 있다(S201). 센서는 조명 장치가 설치되는 지주 등에 설치될 수 있다.
다음, 고보조명 장치의 제어 유닛은 주변 센싱에 따라 미리 설정된 타겟이 감지되었는지를 판단할 수 있다(S202). 타겟은 보행자, 결빙, 교통사고 등을 포함할 수 있다.
상기 단계(S202)에서의 판단 결과, 타겟이 감지되면(S202의 Yes), 제어 유닛은 현재의 고보이미지 필터에 대응하는 패턴 필름을 타겟 이미지용으로 설정된 고보이미지 필터로 변경하거나 변경하고자 하는 고보이미지 필터가 타겟 이미지인 경우에 현재의 패턴 필름을 유지한다(S203).
한편, 상기 단계(S202)에서의 판단 결과, 타겟이 감지되지 않으면, 현재의 프로세스를 종료하거나 타겟 감지 단계를 소정 시간 간격으로 주기적으로 혹은 간헐적으로 수행할 수 있다(S202의 No).
다음, 제어 유닛은 다시 주변 센싱을 통해 보행자 보행 중, 결빙 유지 또는 교통사고 처리 중 등과 같이 현재 상태나 현재 상황에 해당하는 타겟이 유지되는지를 감지한다(S204).
상기 단계(S204)에서의 판단 결과, 타겟이 감지되지 않으면(S204의 No), 제어 유닛은 변경된 고보이미지 필터를 기본 고보이미지 필터로 복귀하여 기본 고보이미지의 노면표시를 다시 수행할 수 있다(S205).
한편, 상기 단계(S204)에서의 판단 결과, 타겟이 감지되면(S204의 Yes), 타겟 이미지용 고보이미지 필터를 유지하여 타겟에 대응하는 고보이미지(도 22 참조)가 계속 표출되도록 할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고보조명 장치의 작동 방법에 대한 흐름도이다. 도 22는 본 실시예의 고보조명 장치의 점등 상태에 대한 예시도이다.
도 21을 참조하면, 고보조명 장치는 네트워크를 통해 타겟 이미지 정보를 획득한다(S211). 타겟 이미지 정보는 디지털 사이니지를 위한 고보이미지 선택 정보, 고보이미지 식별 정보 등을 포함한다. 해당 고보이미지에 대한 고보이미지 필터는 고보조명 장치의 회전판에 적어도 하나 또는 복수 개가 미리 설치된다.
다음, 고보조명 장치는, 기본 고보이미지를 출력하고 있는 상태에서(S212), 타겟 이미지 정보에 따른 고보이미지를 출력할 타겟 타이밍인지를 판단한다(S213).
타겟 타이밍인 경우, 고보조명 장치는 기설정된 타겟 고보이미지를 출력한다(S214). 타겟 타이밍이 아니면, 고보조명 장치는 기본 고보이미지의 출력 상태를 유지할 수 있다.
이와 같이, 고보조명 장치는 원격지의 제어 신호나 정보에 기초하여 기탑재된 복수의 고보이미지들 중 선택되는 특징 고보이미지를 출력할 수 있으며, 또한 설정되는 시간에 따라 간헐적으로 혹은 주기적으로 특정 고보이미지를 출력하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 고보조명 장치는 디지털 사이니지 장치로 사용될 수 있으며, 미리 설치되는 고보이미지의 종류에 따라 차도용의 고보이미지 외에 다양한 문구, 광고 카피, 홍보 문구나 홍보 문양 등을 표시할 수 있음은 물론이다(도 22 참조).
또한, 본 실시예에 따른 고보조명 장치는 등주 또는 지주의 높이와 조명의 조사 각도로 인해 다수 렌즈들의 조합과 굴절 렌즈의 굴절 각도 차이에 의한 이미지 왜곡(상하단 크기가 달라지는) 현상을 이용하며, 그에 의해 지면에 조사된 이미지의 하단이 짧고 상단이 긴 입체효과의 특징을 가진 고보이미지를 효과적으로 표시할 수 있다.
이러한 입체효과 고보이미지는 기존에 노면표시 즉, 반사도료를 이용해 주의, 규제, 지시, 보조표지 등을 표시하는 노면표시와 구별된다. 특히 본 실시예의 입체효과 고보이미지는 기존의 반사도료를 이용한 노면표시가 도로상황정보를 전혀 반영할 수 없는 것과 달리 변화하는 도로 상황에 대한 정보를 반영한 가변형 노면표시를 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. LED(light emitting diode) 광원과 상기 LED 광원의 출사면 상에 결합하는 콜리메이터 렌즈를 구비하는 광원 모듈;
    상기 광원 모듈이 그 일단부에 설치되는 브라켓 프레임;
    상기 브라켓 프레임의 중간부에 설치되는 제1 결상 광학 모듈;
    상기 브라켓 프레임의 타단부에 설치되는 제2 결상 광학 모듈;
    상기 광원 모듈과 상기 제1 결상 광학 모듈 사이에 설치되는 회전판; 및
    상기 회전판의 회전축에 연결되고 상기 브라켓 프레임에 의해 상기 광원 모듈 상에 설치되는 모터;를 포함하며,
    상기 제1 결상 광학 모듈과 상기 제2 결상 광학 모듈의 배치 관계는 상기 회전판의 개구부에 착탈가능하게 설치되는 고보이미지 필터의 고보이미지 사이즈와 노면 상에 표시될 프로젝션 이미지의 사이즈를 토대로 결정되고,
    상기 광원 모듈은,
    멀티 패키지 어레이로 구성되어, 상기 콜리메이터 렌즈 상에 배치되는 메인 렌즈의 틸트(tilt) 또는 피치(pitch)를 조절하여 상기 LED 광원의 광에 의해 생성되는 고보이미지의 균제도를 제어하고,
    상기 제1 결상 광학 모듈은,
    제1 볼록 렌즈, 제1 오목 렌즈, 제2 볼록 렌즈 및 제2 오목 렌즈를 포함하고, 포커싱 렌즈 액추에이터를 더 구비하고,
    상기 제2 결상 광학 모듈은,
    제3 볼록 렌즈, 제4 볼록 렌즈, 제3 오목 렌즈 및 제5 볼록 렌즈를 포함하는, 고보조명 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 결상 광학 모듈은 상기 LED 광원의 빔 패턴의 아웃 포커싱(out focusing) 및 인 포커싱(in focusing)을 제어하는, 고보조명 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 결상 광학 모듈 내 복수의 렌즈와 상기 제2 결상 광학 모듈 내 복수의 렌즈들을 미리 설정된 간격과 배치로 지지하는 광학계 고정용 브라켓을 더 포함하는, 고보조명 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 콜리메이터 렌즈는, 상기 고보 이미지의 입사 광 균일도를 위해 상기 고보 이미지의 상면 입사각도를 0도로 맞추도록 상기 콜리메이터 렌즈를 형성하는, 고보조명 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 광원에 접하고 상기 모터의 하부를 지지하며 상기 브라켓 프레임의 상기 일단부에 서브 브라켓을 통해 설치되는 히트싱크를 더 포함하는 고보조명 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 브라켓 프레임 상에 배치되는 제어 보드를 더 포함하며,
    상기 제어 보드에는 마이크로컨트롤러 유닛, 부스트/벅 컨버터, 상기 부스트/벅 컨버터와의 사이에 설치되는 제어 집적회로, 및 모터 인터페이스가 탑재되고,
    상기 마이크로컨트롤러 유닛은,
    상기 부스트/벅 컨버터를 통해 상기 LED 광원에 전력을 공급하고,
    상기 제어 집적회로를 통해 상기 LED 광원으로 공급되는 전압 또는 전류를 감지하고 상기 전압 또는 전류를 정밀 제어하며,
    상기 모터 인터페이스를 통해 상기 모터 또는 상기 모터에 탑재된 모터 드라이버의 동작을 제어하는, 고보조명 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 모터에 결합하는 포토 인터럽터를 더 포함하며,
    상기 마이크로컨트롤러 유닛은 상기 포토 인터럽터의 하이 또는 로우 신호에 기초하여 상기 모터의 전원, 회전 방향 및 동작 주파수를 제어하기 위한 신호를 상기 모터 드라이버에 전달하는, 고보조명 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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