KR20100012285A - 태양광과 일치하는 색 온도 제어 방법 및 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광과 일치하는 색 온도 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것으로 포토 센서를 통해 입사되는 태양광을 색 온도에 따른 색 좌표로 나타내고, 색 좌표에 따라 R,G,B 발광 다이오드 각각의 색을 변화시켜 화이트(White) 영역에서 태양광과 일치하는 색 온도를 표현할 수 있다. 본 발명에 의하면, 기존의 태양광의 색온도를 하나의 고정된 색 온도로 표시하던 조명 방식을 시간에 따라 변화하는 태양의 색 온도를 나타냄으로써 실시간으로 태양광과 동일한 색을 나타내는 조명 장치를 구현할 수 있다.

태양광, PWM, 색 온도 제어

Description

태양광과 일치하는 색 온도 제어 방법 및 제어장치{The color temperature control method which agrees with the solar light and its equipment}

본 발명은 태양광과 일치하는 색 온도 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것으로 발광 다이오드를 구현하기 위하여 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: 이하 PWM)방법을 사용하여 센서로부터 센싱 된 태양광의 색 온도와 일치하는 색 온도를 다수개의 발광 다이오드를 통해 표현하는 색 온도 제어 방법 및 제어장치에 관한 것이다.

종래에는 태양광과 일치하는 색 온도를 나타내기 위하여 태양광의 평균적인 온도인 6500K가 되도록 광원이나 형광물질을 사용하여 조명 장치의 색 온도를 제어하였다.

최근에는 발광 다이오드를 이용하는 조명이 늘어나고 있는 추세로 R,G,B 색상을 혼합하여 White를 표현하고, 각 R,G,B를 조절하여 발광다이오드의 밝기를 제어하여 전체 조명의 색을 조절하는 점을 고려하여 발광 다이오드를 통해 태양광과 동일한 색 온도를 나타내는 조명이 많이 발명되고 있다.

하지만, 태양은 시간에 따라 다양한 색 온도를 나타내고, 사람은 이렇게 변화하는 색 온도를 바탕으로 일상생활을 하고 있기 때문에 실시간으로 태양광의 색 온도와 일치하는 색 온도를 나타낼 수 있는 방법이 아직은 미비한 실정이다.

또한, 국내에 출원되어 있는 발광 다이오드 조명장치 중 태양광을 이용하는 경우에는 태양전지를 사용하여 태양광을 에너지로 하여 전기 에너지로 변환하여 발광 다이오드를 점등하고 실시간으로 태양광의 색 온도 변화에 따라 제어는 이루어지지 않고 있음을 알 수 있다.

국내 공개특허 20-2006-0009005(출원번호)는 '발광 다이오드 및 태양광을 이용한 가로등 기구'로서, 태양광을 이용하여 조명을 제어하는 부분에 있어서는 본원발명과 유사성을 나타내지만 그 방법에 있어서 태양광을 이용하여 전기 에너지로 충전하고, 충전된 전기 에너지를 통해 발광 다이오드를 제어하는 구조로 되어있다.

국내 공개특허 10-2005-0069767 '주변 광에 따른 색 온도 보정 기능을 수행하는 디스플레이 장치 및 그 방법'은 주변 광의 조도를 측정하여 조도에 상응하여 기 설정된 색 온도를 보정하는 내용으로 주변 광의 조도를 측정하여 측정값에 대응하는 전기 신호를 생성하여 생성된 전기 신호와 기 설정되어 있는 기준치 영역을 판단하여 전기 신호가 기준치 이상일 경우 제1 LED를 발광시키고, 기준치일 경우 제2 LED를 발광시키며, 기준치 이하일 경우 제3 LED를 발광시킴으로써 색 온도를 기준치에 따라 보정하는 내용이다.

상기와 같이 기준치에 따라 색 온도를 보정하는 것은 기존에 고정되어 있는 태양의 온도 6500K를 기준으로 함으로써 실시간으로 태양광과 일치하는 색 온도를 나타내지 못하는 단점이 있다.

또한, 상기 두 특허 모두 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환한 후 발광 다이오드를 통해 제어하는 방법으로서, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 구성이 필요하며 그에 따른 비용이 소모되는 문제 및 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정에 의한 오류가 발생할 수 있는 문제가 있다. 또한, 기준치에 따라 색 온도를 보정하기 때문에 시간에 따라 태양광과 일치하는 색 온도를 구현하기 힘든 단점이 나타난다.

본 발명은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 태양광을 포토 센서를 사용하여 센싱 된 태양광 색 온도 데이터를 디지털 값으로 변환하여 색 좌표로 계산하고, 계산된 색 좌표값을 PWM 신호와 결합하여 생성된 PWM 구동신호를 발광 다이오드를 통해 나타냄으로써 태양광과 일치하는 색 온도를 구현하는 색 온도 제어 방법 및 제어장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 센싱 된 태양광을 발광 다이오드로 나타내는 과정에서 I2C통신 및 매칭 테이블(Matchimg Table)을 사용하여 색 좌표로 계산된 발광 다이오드 각각의 색을 태양광과 일치하도록 보정 할 수 있는 색 온도 제어 방법 및 제어장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양광과 일치하는 색 온도 제어 방법 및 제어장치에 관한 것으로, 포토 센서를 통해 센싱한 태양광의 색 온도를 색 좌표로 계산하고, 계산된 색 좌표에 PWM 신호를 결합하여 PWM 구동신호를 발광 다이오드를 통해 출력할 수 있다.

본 발명은 태양광과 일치하는 색 온도 제어 장치에 관한 것으로 하나 이상의 센서로 구성되며, 태양광을 R,G,B 각각의 색 온도별로 수신하는 센서부를 포함하 고, 상기 센서부에 의해 수신된 태양광의 색 온도와 일치하는 색 좌표를 계산하는 제어부를 포함한다. 그리고, 상기 제어부의 색 좌표 및 태양광의 PWM 신호를 수신하여 PWM 구동신호를 발생하는 PWM 제너레이터를 포함하며, 상기 PWM 구동신호를 레드(R), 그린(G), 블루(B), 엘로우(Y) 및 화이트(W) 발광 다이오드를 통해 출력하는 출력부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제어부는 상기 PWM 제너레이터의 듀티비(Duty ratio)를 결정하는 신호를 발생하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 태양광과 일치하는 색 온도 제어 방법에 관한 것으로 태양광이 센서를 통해 입력되는 단계를 포함하고, 상기 입력된 태양광의 색 온도 신호를 추출하여 등색 함수 변환 및 CIE 색 좌표 계산을 통해 PWM 구동신호를 발생하는 단계를 포함하며, 상기 발생된 PWM 구동신호를 레드(R), 그린(G), 블루(B), 엘로우(Y) 및 화이트(W) 발광 다이오드를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 PWM 구동신호를 발생하는 단계는 상기 CIE 색 좌표에 의한 데이터의 PWM 구동 신호를 색 좌표에 따른 PWM 신호를 나타낸 테이블과 매칭하여 PWM 구동 신호를 발생하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 PWM 구동신호를 발생하는 단계는 외부에서 I2C 통신을 통해 발광 다이오드 보정 값을 입력하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 태양광과 일치하는 온도를 구현하기 위하여 전기에너지로 변경하지 않기 때문에 회로 구현 및 제어가 간단하며 그에 따른 비용이 감소되는 효과가 있다.

또한, I2C통신을 통해 외부에서 발광 다이오드의 색 온도를 보정할 수 있기 때문에 제어가 편리해지는 효과가 있다.

그리고, 기존의 R,G,B 발광 다이오드 외에 Y,W 발광 다이오들 추가하여 연색성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 색 온도 제어 장치를 IC칩으로 구현한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 센서부, 아날로그-디지털 변환부(ADC)(110), 제어부(120), PWM 제너레이터(130) 및 출력부(140)를 포함한다.

센서부는 한정되는 것은 아니나 포토 센서(100)에 의해 수신되는 태양광을 레드(Red: 이하 "R"이라 함), 그린(Green: 이하 "G"이라 함) 및 블루(Blue: 이하 "B"이라 함) 각각의 센서(102, 104, 106)를 이용하여 색 온도별로 수신할 수 있다.

아날로그-디지털 변환부(110)는 각각의 센서(102, 104, 106)에 의해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부(120)로 전송할 수 있다.

제어부(120)는 디지털 신호로 변환된 색 온도를 등색함수로 변환 한 후 CIE 색 좌표 계산을 통해 각각의 센서(102, 104, 106)에 의해 태양광 색 온도의 색 좌표를 계산할 수 있다.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

상기의 식1, 2, 3은 등색함수 변환 식을 나타내며, 식4, 5는 CIE 색 좌표 계산식으로서, 제어부(120)는 색 좌표를 나타내기 위하여 상기 등색함수 변환 및 색 좌표 계산 외에 메칭 테이블(Matching Table) 적용 및 보정계수, 통신 설정 등을 할 수 있으며, 이 내용은 하기의 도 2를 참조할 수 있다.

PWM 제너레이터(130)는 PWM 신호 발생부(132)에 의해 발생하는 PWM 신호와 OSC(내장형으로 장착)에서 발생하는 구형파 및 제어부(120)에 의해 수신되는 각 색의 색 좌표를 통해 PWM 구동신호를 발생할 수 있다.

이때, 제어부(120)는 PWM 제너레이터(130)에 발생하는 듀티비(Duty ratio)를 미리 결정하여 PWM 구동신호를 제어할 수 있다.

상기 PWM 구동신호는 R,G,B 센서(102, 104, 106)를 통해 입력받은 색 온도와 동일한 PWM 출력신호를 나타낼 수 있다.

출력부(140)는 PWM 신호를 출력하는 PWM_R,PWM_G,PWM_B 발광 다이오드와 PWM-Y 발광 다이오드(142), PWM_W 발광 다이오드(144)로 구성할 수 있으며, 상기 PWM 구동신호를 출력할 수 있다.

특히, 기존의 PWM_R,PWM_G,PWM_B 발광 다이오드 외에 PWM-Y 발광 다이오드(142)와 PWM_W 발광 다이오드(144)를 추가적으로 구성함에 따라 각 색의 연색성을 향상시킴으로써 태양광과 일치하는 색을 발광할 수 있다.

도 1의 색 온도 제어 장치를 포함하는 IC칩은 조명 모듈(150)에 장착되어 조명장치의 전체 색 온도를 제어하는 데에 적용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 색 온도 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2를 참조하면, R, G, B센서를 통해 입력되는 태양광의 색 온도를 추출하여(S100), 추출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하다(S110). 변환된 색 온도 디지털 신호를 등색 함수 변환을 한 후(S120)하여 얻어진 신호를 CIE 색좌표 계산을 통해(S130) PWM 구동신호를 발생할 수 있다.(S140)

좀 더 자세하게 S120 단계의 등색 함수 변환 및 S130 단계의 CIE 좌표계산은 상기 도 1의 수학식1 내지 수학식5를 참조할 수 있다.

S140단계의 PWM 구동신호의 생성에 있어서, 등색 함수 변환 및 CIE 좌표 계산을 한 후 매칭 테이블(Matching Table)(S150), 통신설정(S160)을 통한 보정계수 설정(S170) 등을 통해 생성할 수 있다.

S150단계의 매칭 테이블은 CIE 좌표 계산에 의해 계산된 색 좌표에 따라 PWM 구동신호를 어떻게 출력할지 테이블 화한 데이터 베이스이며, S160단계의 통신설정은 I2C 통신으로 색 온도 제어 IC칩의 레지스터 값을 조절하고, S170단계의 보정계수 설정은 S160 단계의 통신 설정을 통해 수신된 발광 다이오드의 특성에 따라 발광 다이오드를 셋팅할 수 있다.

상기의 과정에 의해 설정된 PWM 구동신호는(S140) 발광 다이오드를 통해 출력할 수 있으며(S180), 태양광을 수신한 R,B,G 세 가지 색 이외의 Y(Yellow) 및 W(White)의 색을 나타내는 발광 다이오드를 추가 구성함으로써 태양광의 색을 표현하는 데에 있어서 연색성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 색 온도 제어 장치를 IC칩으로 구현한 구성도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 색 온도 제어 방법을 나타낸 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 포토 센서 102 : R-센서부

104 : G-센서부 106 : B-센서부

110 : 아날로그-디지털 변환부(ADC) 120 : 제어부

130 : PWM 제너레이터 132 : PWM 신호 발생부

134 : OSC 140 : 출력부

142 : PWM_Y LED 142 : PWM_W LED

Claims (5)

1. 하나 이상의 센서로 구성되며, 태양광을 R,G,B 각각의 색 온도별로 수신하는 센서부;

   상기 센서부에 의해 수신된 태양광의 색 온도와 일치하는 색 좌표를 계산하는 제어부;

   상기 제어부의 색 좌표를 PWM 신호에 따라 PWM 구동신호를 발생하는 PWM 제너레이터; 및

   상기 PWM 구동신호를 레드(R), 그린(G), 블루(B), 엘로우(Y) 및 화이트(W) 발광 다이오드를 통해 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 색 온도 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 PWM 제너레이터의 듀티비(Duty ratio)를 결정하는 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 색 온도 제어 장치.
3. 태양광이 센서를 통해 입력되는 단계;

   상기 입력된 태양광의 색 온도 신호를 추출하여 등색 함수 변환 및 CIE 색좌표 계산을 통해 PWM 구동신호를 발생하는 단계; 및

   상기 발생 된 PWM 구동신호를 레드(R), 그린(G), 블루(B), 엘로우(Y) 및 화이트(W) 발광 다이오드를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 색 온도 제어 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 PWM 구동신호를 발생하는 단계는

   상기 CIE 색좌표에 의한 데이터의 PWM 구동 신호를 색 좌표에 따른 PWM 신호를 나타낸 테이블과 매칭하여 PWM 구동 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 색 온도 제어 방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 PWM 구동신호를 발생하는 단계는

   외부에서 I2C 통신을 통해 발광 다이오드 보정 값을 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 색 온도 제어 방법.

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