KR20120058597A - 비분산 요소들을 이용하는 높은 스펙트럼 해상도의 컬러 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 필터 장치(11) - 필터 장치(11)는 입사 광(L)을 필터링하기 위한 다수의 스펙트럼 필터들(F1, F2, ..., Fn)을 포함하며, 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)는 입사 광(L)의 구별되는 성분을 통과시키도록 구현됨 -; 입사 광(L)의 일부를 수용하기 위한 어퍼처 장치(12); 수용되는 필터링된 광(L')을 집광하도록 구현된 센서 장치(13) - 센서 장치(13)는, 이미지 관련 신호들(S, S1, S2, ..., Sn)을 발생시키기 위한 센서 요소들(130)의 어레이를 포함하고, 센서 어레이는 다수의 구역들(R1, R2, ..., Rn)로 세분되며, 특정 구역(R1, R2, ..., Rn)의 센서 요소(130)에 의해 발생된 이미지 관련 신호(S)가 대응하는 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)에 의해 통과된 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성에 관한 정보를 포함하도록, 대응하는 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)가 센서 어레이의 구역(R1, R2, ..., Rn)에 할당됨 - 를 포함하는 광 센서(1)를 기술한다. 본 발명은, 광 센서 디바이스(10)에 입사하는 광(L)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위한 광 센서 디바이스(10), 입사 광(L)을 집광하는 방법, 및 입사 광(L)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하는 방법을 또한 기술한다.
Description
본 발명은, 입사 광의 기점의 방향(direction of origin) 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위한 광 센서 및 광 센서 디바이스를 기술한다. 본 발명은, 입사 광을 집광하는 방법, 및 입사 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하는 방법을 또한 기술한다.
많은 조명 시스템들에 있어서, 예를 들어 균일한 조명 효과가 달성되어야 하는 사무실 환경 또는 임의의 조명된 모든 실내 공간에서, 몇몇 구역들은 추가적인 자연 광(예를 들어, 창문 영역들)을 갖는 한편 다른 구역들은 인공 광에 의해서만 조명되는지 여부에 관계없이, 광 세기 및 광 컬러의 정확한 제어가 바람직할 것이다. 본질적으로 백색광을 발생시키는 형광 램프, 할로겐 램프 또는 백열 램프와 같은 백색 광원들을 사용하는 종래 기술의 조명 시스템들의 경우, 제어는, 환경에서 너무 밝거나 너무 어두운 구역들을 검출하며 대응하는 광원들을 조절하는 것으로 제한된다. 방 또는 환경에서의 광의 분포는 광의 '각도 분포'로 언급된다.
결합되어 예를 들어 백색광을 생성하는 상이한 컬러의 광원들을 포함하는 조명 기구들을 사용하는 보다 개선된 조명 시스템들의 경우, 제어는 보다 복잡한데, 그 이유는 적색, 청색 및 녹색 성분들 각각이 광의 전체 컬러 포인트 또는 컬러 온도에 영향을 미치기 때문이다. 따라서, 방에서의 광은 균일하지 않은 '스펙트럼 분포'를 가질 수 있는데, 여기서 방의 상이한 부분들은 상이한 컬러 온도들의 광으로 조명된다.
조명 장치들(lighting arrangements)을 제어할 목적으로 이러한 스펙트럼 및 각도 광 분포를 분석하는 몇몇 시도는 대역 통과 필터들의 역할을 하는 프리즘들 또는 회절 격자들과 같은 분산 요소들(dispersive elements)의 이용에 기초하였다. 여기서, 스펙트럼 분포는 각도 범위에 걸쳐 광 투과를 측정함으로써 획득된다. 일반적으로, 이는, 그러한 분산 요소를 포함하는 센서의 기하학적 구성을 계속해서 조정하고, 그 다음에 포토다이오드 또는 광전자 증배관(photomultiplier) 상에 광 투과를 투영함으로써 이루어진다. 종래 기술들을 이용하여 광원을 스펙트럼으로 특성화하기 위해서, 분산 센서를 광원에 대하여 공지된 고정 위치에 탑재할 필요가 있고, 수광각(acceptance angle)은 개별 필터들에 대해 잘 정의된 투과 스펙트럼을 획득하기 위해서 좁은 원뿔로 제약되어야 한다. 그러나, 방 또는 환경에서 광의 각도 분포의 정확한 임프레션을 획득하기 위해서, 광이 넓은 각도에 걸쳐 집광되어야 한다. 현재의 방법들을 이용하면, 방에서의 광의 스펙트럼 구성 및 공간 분포의 정확한 결정을 획득하기 위해서 다수의 센서들이 그 방 여기저기에 분포되어야 할 것이다. 명백하게도, 그러한 해결책은 복잡할 뿐만 아니라 엄청나게 고비용이 소요될 것인데, 그 이유는 방에서의 광원(들)에 대한 적절한 제어 신호들을 발생시키기 위해서 모든 센서들의 출력들이 비교되며 분석되어야 할 것이기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광의 스펙트럼 구성 및 공간 분포를 정확하게 결정하는 간단하며 경제적인 방식을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 청구항 1에 따른 광 센서, 청구항 8에 따른 광 센서 디바이스, 청구항 11에 따른 입사 광을 집광하는 방법, 및 청구항 12에 따른 입사 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 광 센서는 입사 광을 필터링하기 위한 다수의 스펙트럼 필터들을 포함하는 필터 장치(filter arrangement)를 포함하며, 각각의 스펙트럼 필터는 입사 광의 구별되는 성분(distinct component)을 통과시키도록 구현된다. 광 센서는, 입사 광의 일부를 수용하기 위한 어퍼처 장치, 및 수용되는 필터링된 광(admitted filtered light)을 집광하도록 구현된 센서 장치를 더 포함하고, 센서 장치는 이미지 관련 신호들을 발생시키기 위한 센서 요소들의 어레이(또는 "센서 어레이")를 포함하고, 센서 어레이는 다수의 구역들로 세분되며, 특정 구역의 센서 요소에 의해 발생된 이미지 관련 신호가 대응하는 스펙트럼 필터에 의해 통과된 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성에 관한 정보를 포함하도록, 센서 어레이의 구역에 대응하는 스펙트럼 필터가 할당된다.
다음에, "광의 구별되는 성분" 또는 "특정 광 파장"이라는 용어는 필터 특성들에 따라 비교적 좁거나 비교적 넓을 수 있는 특정 광 파장 범위로 해석되어야 한다. 필터 장치의 스펙트럼 필터들은 파장 대역들의 광을 통과시키도록 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나의 필터는 400nm 내지 440nm의 파장의 광을 통과시킬 수 있고; 다른 필터는 440nm 내지 480nm의 파장의 광을 통과시킬 수 있는 식이다. 컷오프 필터들, 즉 단파장 통과 필터들(short-pass filters) 또는 장파장 통과 필터들(long-pass filters)이 이용되는 경우, 파장 범위는 각각 0으로부터 필터의 컷오프 파장으로 또는 필터의 컷오프 파장으로부터 무한대로 확장된다. 다음에, 단순화를 위해, 필터 장치의 필터에 의해 통과되는 광의 '파장'에 대한 임의의 언급은 관련 파장 대역을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 스펙트럼 필터는, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 특정 파장 또는 파장 범위를 통과하도록 구현된 임의의 각도-종속 또는 각도-독립 필터, 예를 들어 컬러 유리와 같은 컬러 필터, 광 필터, 다이크로익 필터 등인 것으로 이해되어야 한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 광 센서는 단일 필터/센서 장치를 이용한 스펙트럼 분석과 각도 분석 모두를 허용한다. 본 발명에 따른 광 센서에서의 센서 장치는, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 단일 센서 칩일 수 있다. 이러한 간단함은, 광원(들)에 대하여 전략적으로 배열된 수개의 센서들 및 그에 따른 수개의 센서 칩들을 요구하는 종래 기술의 센서들과 대조된다. 본 발명에 따른 광 센서에서, 상이한 스펙트럼 필터들은 입사 광을 그 파장에 따라 단일 센서 어레이의 상이한 구역들 상에 선택적으로 통과시키는데 이용된다. 따라서, 임의의 또는 모든 방향들로부터 들어오는 입사 광이 스펙트럼 필터에 의해 파장에 따라 센서의 상이한 위치들에 개별적으로 이미징되므로, 본 발명에 따른 단일 광 센서의 스펙트럼 해상도는 종래 기술의 광 센서의 스펙트럼 해상도와 비교하여 매우 유리하다. 본 발명에 따른 광 센서가 인입 광의 광 컬러 및 기점의 방향 모두에 관한 정보를 전달할 수 있으므로, 방 또는 다른 환경에서의 광 분포의 정확한 '픽처'가 획득될 수 있다.
그 간단한 구성 때문에, 종래 기술의 센서들에 대한 경우와 같이, 동작 중에 상이한 입사각들에서의 측정치들을 획득하여 광 센서를 '튜닝'하기 위한 기계적 또는 전자적 회전 또는 변환 메커니즘들이 불필요하므로, 본 발명에 따른 광 센서의 제조 비용은 종래 기술의 센서들과 비교하여 상당히 낮다.
이에 대응하여, 본 발명에 따른 입사 광을 집광하는 방법은, 필터 장치를 통해 입사 광을 필터링하는 단계 - 필터 장치는 입사 광을 필터링하기 위한 다수의 스펙트럼 필터들을 포함하며, 스펙트럼 필터는 입사 광의 구별되는 성분을 통과시키도록 구현됨 -, 및 어퍼처 장치에 의해 필터 장치에 입사하는 광을 수용하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 이미지 관련 신호들을 발생시키기 위한 센서 요소들의 어레이를 포함하는 센서 장치에서 수용되는 필터링된 광을 집광하는 단계를 더 포함하고, 센서 어레이는 다수의 구역들로 세분되고, 특정 구역의 센서 요소에 의해 발생된 이미지 관련 신호가 대응하는 스펙트럼 필터에 의해 통과되는 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성에 관한 정보를 포함하도록 대응하는 스펙트럼 필터가 센서 어레이의 구역에 할당된다.
본 발명에 따른 광 센서 디바이스에 입사하는 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위한 광 센서 디바이스는, 광 센서에 의해 집광된 수용되는 필터링된 광에 응답하여 이미지 관련 신호들을 발생시키기 위한 그러한 광 센서, 및 이미지 관련 신호들을 분석하여, 광 센서 디바이스에 입사하는 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위한 분석 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 입사 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하는 대응하는 방법은, 전술한 방법을 이용하여 광 센서에 의해 집광된 수용되는 필터링된 광에 응답하여 이미지 관련 신호들을 발생시키기 위해서 광 센서에서 광을 집광하는 단계, 및 광 센서 디바이스에 입사하는 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위해서 이미지 관련 신호들을 분석하는 단계를 포함한다.
종속 청구항들 및 후속 설명은 특히 본 발명의 유리한 실시예들 및 특징들을 개시하고 있다.
광 센서에 의해 측정되는 인입 광은 임의의 개수의 광원으로부터 그리고/또는 자연광, 예를 들어 창문을 통해 입사하는 광으로부터 유래할 수 있다. 광 센서는 방 또는 복도 또는 건물의 임의의 부분에 위치할 수 있지만, 실외 위치에도 또한 위치될 수 있다. 단순화를 위해, 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한하지 않으면서, 다음에 광 센서의 위치가 '방에 있는 것으로' 취해질 수 있다.
인입 광의 유리한 이미지를 획득하기 위해서, 본 발명의 특히 바람직한 실시예의 광 센서는, 어퍼처 장치의 어퍼처가 필터 장치의 스펙트럼 필터와 센서 장치의 대응하는 구역 사이에 위치되도록 구현된다. '어퍼처'라는 용어는 가장 넓은 의미로, 즉 필터에 도달하는 광의 일부를 수용하는 개구부를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 개구부는 불투명 층의 '홀'일 수 있지만, 반드시 그러하지는 않다. 예를 들어, 필터를 통한 인입 광이 센서 어레이의 대응하는 구역에 '섀도우'를 드리우도록 배치된 투명 층에서의 불투명 구역들에 의해 어퍼처가 주어질 수 있다. 어퍼처가 불투명 층의 단순한 홀인 경우, 그것은 광의 각도 분포의 (역방향) 이미지를 획득하기 위해서 일종의 핀홀 카메라의 역할을 한다. 또한, 어퍼처는, 임의의 코마(coma) 또는 블러(blur)를 감소시킴으로써 센서 어레이에서 획득된 이미지의 품질을 개선하여 보다 선명한 이미지를 제공하는 역할을 한다. 필터 장치가 센서 어레이의 위에 배열된 복수의 스펙트럼 필터들을 포함하는 것이 바람직하므로, 어퍼처 장치도 또한 각각의 스펙트럼 필터를 통과하는 광의 일부를 수용하도록 복수의 대응하는 어퍼처들을 포함하는 것이 바람직하다. 그러면, 본 발명에 따른 광 센서의 하나의 가능한 구현에서, 스펙트럼 필터들의 어레이는 대응하는 어퍼처들의 어레이의 위에 위치되어, 인입 광의 이미지의 결과적인 어레이는 센서 어레이의 대응하는 구역들에서 집광된다. 센서 어레이 상의 각각의 '이미지'는 따라서 하나의 별도의 스펙트럼 필터에 의해 생성되며, 특정 각도 및 스펙트럼 정보와 연관된다. 필터, 어퍼처, 렌즈 및 센서 어레이가 '조립'되는 순서는 광 센서가 이용될 애플리케이션에 의존할 수 있다. 예를 들어, 특정 상황에서는 어퍼처가 필터 어레이의 '위에' 있는 광 센서 디바이스를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
필터 장치가 센서 어레이로부터 떨어져 배치되며, 필터 장치의 각각의 필터가 센서 어레이의 구역에 허용되며, 각각의 구역이 복수의 센서 요소들을 포함하는 본 발명에 따른 광 센서는, 상이한 구성 - 즉, 센서 어레이의 각각의 픽셀의 상부에 배치된 단일의 소형 필터 - 을 특징으로 하며, 완전히 상이한 목적을 제공하는 Bayer 필터와 같은 "컬러 필터 어레이"와 혼동되어서는 안 된다.
전술한 어퍼처 장치는, 인입 광을 상당히 알맞게 허용하면서, 센서 어레이 상의 수용되는 필터링된 광의 '확산(spread)'과 연관될 수 있다. 따라서, 본 발명의 더 바람직한 실시예에서는, 광 센서의 광 집광 성능을 개선하기 위해서, 광 센서가 센서 장치의 구역 상에 수용되는 필터링된 광을 포커싱하기 위한 렌즈 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 렌즈 장치의 일례로는, 마이크로렌즈들의 어레이를 들 수 있으며, 그 구현에 따라, 어퍼처 장치의 위에 또는 아래에 위치될 수 있다. 이용가능한 마이크로렌즈들의 수개의 상이한 유형이 존재하는데, 예를 들어 마이크로렌즈는 하나의 평면 표면 및 하나의 구형의 볼록 표면을 가질 수 있다. 마이크로렌즈의 다른 유형은 비구면 표면을 가질 수 있다. 또 다른 유형은 인입 광을 원하는 방식으로 굴절시키기 위한 상이한 굴절률을 갖는 광학 재료들의 평탄 층들을 포함할 수 있다. 마이크로렌즈는 대체로 수 마이크로미터 내지 약 1 밀리미터까지의 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 마이크로렌즈 어레이는 단순히 단일 구조체로서 제조된 마이크로렌즈들의 반복 배열(repeating arrangement)을 포함한다.
스펙트럼 필터의 일례는 '광 필터', 즉 흡수 필터와 같이 그것을 통과하는 광의 특정 파장 또는 광을 감소시키는 투명 필터이다. 다른 예는, 간섭의 원리에 따라 동작하여, 작은 컬러 범위의 광은 선택적으로 통과시키는 한편 다른 컬러는 반사시킴으로써, 실제로 입사 광에 대한 대역 통과 필터의 역할을 하는 다이크로익 필터이다. 그러한 스펙트럼 필터는 다음에 각도-종속 필터로 언급될 수 있는데, 그 이유는 광이 그 파장에 따라 그리고 그 입사각에 따라 필터에 의해 통과되기 때문이다. 다이크로익 필터에서는, 교대하는 광학 코팅층들이 기판(일반적으로, 유리)에 도포되어, 광의 특정 파장을 선택적으로 '강화'하며 다른 파장과 '간섭'한다. 층의 두께 및 개수에 대한 적절한 선택에 의해, 필터에 의해 통과되는 광 주파수들의 대역은 요구되는 바와 같이 넓어지거나 좁아질 수 있다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 그러한 필터들은 각각의 입사각에서 고유한 스펙트럼 응답을 갖는데, 즉 인입 광의 각각의 입사각에 대하여, 투과는, 표면 법선 각도(surface normal angles)의 경우의 장파장 투과로부터 증가하는 입사각에 대해 보다 더 단파장 투과로 변하는 잘 정의된 좁은 Lorentzian이다. 다시 말하면, 스펙트럼의 '적색' 끝을 향하는 광은 필터를 바로 위에서 충돌하는 경우에 강하게 통과하는 한편, 스펙트럼의 '청색' 끝으로부터의 광은 스펙트럼 필터에 경사각(oblique angle)으로 도달하는 경우에 강하게 통과한다. 이는 때때로 필터 응답의 '청색-시프트(blue-shift)'로 언급된다. 본 발명에 따른 광 센서의 일 실시예는, 스펙트럼 필터들이 각도-종속 필터들을 포함하는 필터 장치를 포함한다. 당업자라면, 투과 피크들(transmission peaks)이 필터들에 입사하는 광의 컬러, 광의 입사각, 및 물론 필터들의 스펙트럼 특성들에 의존할 것이라는 것을 인식한다. 따라서, 센서 어레이의 구역들에 의해 전달되는 신호들의 분석은 이러한 사실들을 고려하는 것이 바람직하다.
필터 장치에서 상이한 스펙트럼 필터들을 결합함으로써, 본질적으로 인입 광의 전체 파장이 분석될 수 있다. 예를 들어, 10-100개 또는 그 이상의 스펙트럼 필터들의 어레이를 갖는 필터 장치가 이용될 수 있는데, 여기서 스펙트럼 필터들은 400nm 내지 800nm의 파장 범위에서 스펙트럼 피크 위치에서의 증분 단계들을 갖도록 선택된다. 하나의 스펙트럼 필터는 400nm-440nm의 범위의 광만을 통과시킬 수 있고, 다른 스펙트럼 필터는 약 440nm-470nm의 광만을 통과시키거나 할 수 있으며, 그에 따라 이는 본질적으로 가시광 스펙트럼의 파장을 커버한다. 필터 장치는 각도-독립 필터들만을, 각도-종속 필터들만을, 또는 이들 유형들의 조합을 포함할 수 있다. 장파장 통과 필터들 또는 단파장 통과 필터들도 이용될 수 있다. 또한, 필터들은 적층될 수 있는데, 예를 들어 단파장 통과 필터들과 결합된 장파장 통과 필터들은 대역 통과 필터를 제공한다. 또한, 상이한 컷오프 파장들을 갖는 단파장 통과 필터들 또는 장파장 통과 필터들의 세트는 인접한 컷오프 파장들을 갖는 한 쌍의 필터들을 통과하는 광의 차동 검출(differential detection)과 관련하여 이용될 수 있다. 이는, 예를 들어 2개의 인접 필터들을 통과하는 각각의 광의 세기를 측정하며 측정된 신호들을 차감함으로써 달성될 수 있다. 명백하게는, 보다 좁은 대역 통과 구역들을 갖는 보다 많은 스펙트럼 필터들을 이용하는 것은 인입 광의 스펙트럼 및 각도 분포의 보다 정확한 '픽처'를 제공할 것이다. 각도-종속 필터들이 이용되는 경우, 센서 어레이의 대응하는 구역들에서 획득된 각도 정보는 인입 광의 스펙트럼 특성들을 도출하는데 이용될 수 있다. 각도-독립 필터들의 경우, 센서 어레이의 대응하는 구역들에서 획득된 스펙트럼 및 각도 정보는 서로 독립적으로 고려될 수 있다. 필터들의 각도 종속성은 가파른 에지들을 갖는 흡수 필터들을 이용함으로써 감소될 수 있다.
실제 센서 어레이 또는 '이미지 센서'는 센서 요소들로서 임의의 적합한 모든 포토센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하 결합 디바이스(charge-coupled device)가 사용될 수 있다. 최근에 반도체 포토센서들의 개발로 인해, 활성 픽셀 센서(APS: active-pixel sensor) 기술에 기초한 정확하며 경제적인 CMOS 디바이스가 이용가능한데, 여기서 이미지의 각각의 '픽셀' 또는 센서 요소는 광검출기 및 능동 증폭기를 포함한다. 따라서, 바람직하게는, 본 발명에 따른 광 센서에서의 센서 장치는 활성 픽셀 센서들의 센서 어레이를 포함한다. 그러한 APS 센서 어레이는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 프로세스를 이용하여 제조되며, 종종 단순히 CMOS 센서로도 언급된다. 어레이의 각각의 활성 픽셀은 그 픽셀에서의 인입 광의 세기에 직접 관련된 신호값을 발생시킨다. 그 다음, 스펙트럼 필터와 함께, APS 이미지 센서의 픽셀들은, 그 특정 스펙트럼 성분의 세기에 대한 정보 및 인입 광의 입사각에 대한 정보를 제공하는 출력 신호들을 전달할 수 있다.
센서 어레이의 구역들에는, 이미지 센서 치수들에 따라, 대응하는 스펙트럼 필터들이 할당될 수 있다. 예를 들어, 1.3 메가픽셀 CMOS 센서(1280 x 1024 픽셀)는 사실상 각각의 스펙트럼 필터에 대해 51 x 51 픽셀(2601 픽셀)을 포함하는 구역들로 분할될 수 있다. 물론, 다른 센서 어레이 지오메트리, 예를 들어 각각 51 x 51 픽셀 크기인 24개의 채널들 또는 구역들을 갖는 '좁은' 1280 x 51 어레이가 이용될 수 있다. 정방형인지 또는 장방형인지 간에, 스펙트럼 필터들의 공간 배열에 따라, 이미지 센서의 외부 에지들과 같은 몇몇 구역들 또는 구역들 사이의 '스트립들'은 실제로 미사용 상태(unused) 또는 중복 상태(redundant)로 남을 수 있다. 또한, 이미지 센서는 애플리케이션에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 실리콘을 포함하는 이미지 센서는 190nm와 1100nm 사이의 광 파장에 민감하다. 게르마늄 센서 요소들은 400nm 내지 1700nm의 파장에 응답한다. 인듐-갈륨-비화물 센서들은 800nm와 2600nm 사이의 파장에 민감한 한편, 황화 납(lead sulphide) 센서 요소들은 약 1000nm 내지 3500nm까지의 파장에 응답한다. 스펙트럼 필터가 인입 광을 보다 장파장으로 시프트하는 것을 특징으로 하므로, 적외선 구역(보다 장파장)에서 잘 응답하는 재료는 인입 광에서의 '레드니스(redness)' 레벨을 보다 양호하게 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 광 센서에서, 스펙트럼 필터와 연관된 구역의 각각의 픽셀은 따라서 특정 광 파장 및/또는 특정 입사각과 연관된다. 광이 어퍼처를 통과하며, 가능하게는 마이크로렌즈에 의해 포커싱된다고 고려하면, 구역의 특정 픽셀에 도달하는 광이 특정 파장 및 특정 입사각과 연관된다는 것은 명백하다. 필터 장치의 스펙트럼 필터들에 도달하는 방의 광은 따라서 센서 어레이의 각각의 구역 상에 상이한 '이미지들'을 초래할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 광 센서의 분석 유닛은 바람직하게는 기준값들의 세트를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하며, 각각의 기준값은 센서 장치의 센서 요소 또는 픽셀과 연관된다. 각도-종속 필터들이 필터 장치에 사용되는 경우, 바람직하게는 센서 어레이의 구역의 각각의 센서 요소에 대한 기준값들은 대응하는 필터의 각도 종속 스펙트럼 특성들 및 필터의 중심에 대한 각각의 픽셀 또는 센서 요소의 상대 위치를 고려하도록 계산된다. 그 다음, 구역들의 센서 요소들에 의해 발생된 픽셀값들 또는 광 구성 값들은 대응하는 기준값들과 비교될 수 있다. 이를 위해, 광 센서 디바이스는 바람직하게는 활성 픽셀 센서에 의해 발생된 광 구성 값과 대응하는 기준값을 비교하기 위한 비교기를 더 포함한다. 이미지 센서가 흑백인 경우, 기준값은 단순한 최소 세기 임계값을 포함할 수 있다. 대응하는 파장 및 입사각에서의 '약한' 광 세기에 대응하는 이 임계값 미만의 값들은 예를 들어 무시될 수 있다. RGB 이미지 센서의 경우에, 광의 적색, 청색 및 녹색 성분들에 대한 상이한 기준값들이 각각의 픽셀에 대해 저장될 수 있다. 흑백인지 RGB인지 간에 이미지 센서의 선택은 사용되는 스펙트럼 필터들의 유형 및 원하는 하드웨어/소프트웨어의 복잡도의 레벨에 기초하여 이루어질 수 있다. 그러면, 비교기 결과들을 이용하기 위해서, 광 센서 디바이스는 바람직하게는 광원의 컬러 및/또는 세기를 조정하기 위해서 입사 광의 구성에 관한 광 구성 값들에 기초하여 광원에 대한 제어 신호를 발생시키기 위한 제어 신호 발생기를 포함한다. 예를 들어, 센서 어레이의 특정 구역들은, 방의 특정 부분으로부터의 광이 너무 차갑고 불충분한 세기임을 나타낼 수 있다. 그 경우, 방의 그 영역에서 보다 따뜻하며 보다 밝은 광을 발생시키기 위해서 대응하는 조명 기구들에 대해 적절한 제어 신호들이 발생될 수 있다.
본 발명에 따른 조명 장치는, 광을 발생시키기 위한 다수의 광원들, 및 광 센서 디바이스에 입사하는 광원들로부터 유래하는 인입 광(및 가능하게는 일광)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하며, 그에 따라 광원들 중 적어도 하나에 대한 제어 신호들을 발생시키기 위한 광 센서 디바이스를 포함한다. 이 조명 장치는, 제어 신호를 대응하는 광원에 인가하기 위한 제어 인터페이스를 더 포함한다. 제어 인터페이스는 유선 또는 무선(예를 들어, Bluetooth® 또는 Zigbee 인터페이스)일 수 있으며, 제어 신호들은 적절한 프로토콜을 이용하여 발생되며 송신될 수 있다. 조명 장치의 각각의 광원은 바람직하게는 제어 신호들을 수신하며 인가하기 위한 적합한 수신기를 포함한다.
이는, 예를 들어 창문 구역, 복도 구역, 및 다수의 광원들이 방 여기저기에 분포된 조명 장치를 갖는 방을 일례로 최상으로 설명될 수 있다. 스펙트럼 필터들의 어레이를 가지며 방 어딘가에 위치된 광 센서는 광 분포의 '이미지들'의 세트를 획득한다. 광의 각도 및 스펙트럼 분포가 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 이들 이미지들을 분석함으로써 용이하게 결정될 수 있기 때문에, 임의의 만족스럽지 못한 광 품질은 적절한 제어 신호들을 발생시킴으로써 보상될 수 있다. 예를 들어, 창문 영역에 대응하는 이미지들은 비교적 밝은 것(노르스름한 일광)으로 관측되는 한편, 복도 영역에 대응하는 이미지들은 너무 차가운 것(푸르스름한 인공 광)으로 관측되는 경우, 임의의 '불균일(unevenness)'을 보상하기 위해서, 방의 광원들에 대해 광 센서 디바이스에 의해 제어 신호들이 발생되어, 광 세기 또는 컬러 포인트를 변경할 수 있다. 대안적으로, 특정 '광 분위기(light atmosphere)', 예를 들어 특정 컬러의 특정 영역의 조명이 생성되어 유지될 수 있다. 이러한 유형의 폐루프 피드백 분석은 일정 간격으로 수행될 수 있어, 광 품질의 평활한 적응이 하루 내내 수행된다. 최적화된 광 제어는 에너지 소비의 유리한 감소를 초래한다.
본 발명의 다른 목적들 및 기능들은 첨부 도면들과 함께 고려되는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 이들 도면은 본 발명의 한계의 정의가 아니라 단지 예시를 위해서만 설계된다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 다이크로익 스펙트럼 필터를 통한 필터링 이전과 이후의 광에 대한 스펙트럼 분포의 그래프들을 도시한다.
도 2는 다이크로익 스펙트럼 필터에 의해 필터링된 광에 대한 투과 피크들의 보다 상세한 렌더링을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 광 센서의 센서 장치의 구역의 단순화된 렌더링 및 상이한 광 파장들과 연관된 환상 구역들을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 필터 장치 및 센서 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 광 센서의 일 실시예에서의 센서 장치의 구역, 마이크로렌즈 어레이 및 어퍼처를 도시한다.
도 6은 도 5의 장치에 도달하는 광의 빔의 경로를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서에서의 스펙트럼 필터 및 센서 장치의 단순화된 렌더링을 도시하는데, 여기서 광 빔은 스펙트럼 필터에 경사각으로 도달한다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서에서의 스펙트럼 필터 및 센서 장치의 단순화된 렌더링을 도시하는데, 여기서 광 빔은 스펙트럼 필터의 바로 위로부터 도달한다.
도 8은 본 발명에 따른 광 센서의 일 실시예를 통한 측면도를 도시한다.
도 9는 다수의 광원들을 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 디바이스의 블록도를 도시한다.
이들 도면에서, 유사한 번호들은 본 명세서 전체에 걸쳐 유사한 대상들을 나타낸다. 이들 도면에서의 대상들은 반드시 일정한 비율로 도시되지는 않는다.
도 2는 다이크로익 스펙트럼 필터에 의해 필터링된 광에 대한 투과 피크들의 보다 상세한 렌더링을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 광 센서의 센서 장치의 구역의 단순화된 렌더링 및 상이한 광 파장들과 연관된 환상 구역들을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 필터 장치 및 센서 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 광 센서의 일 실시예에서의 센서 장치의 구역, 마이크로렌즈 어레이 및 어퍼처를 도시한다.
도 6은 도 5의 장치에 도달하는 광의 빔의 경로를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서에서의 스펙트럼 필터 및 센서 장치의 단순화된 렌더링을 도시하는데, 여기서 광 빔은 스펙트럼 필터에 경사각으로 도달한다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서에서의 스펙트럼 필터 및 센서 장치의 단순화된 렌더링을 도시하는데, 여기서 광 빔은 스펙트럼 필터의 바로 위로부터 도달한다.
도 8은 본 발명에 따른 광 센서의 일 실시예를 통한 측면도를 도시한다.
도 9는 다수의 광원들을 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 디바이스의 블록도를 도시한다.
이들 도면에서, 유사한 번호들은 본 명세서 전체에 걸쳐 유사한 대상들을 나타낸다. 이들 도면에서의 대상들은 반드시 일정한 비율로 도시되지는 않는다.
도 1은 다이크로익 또는 각도-종속 스펙트럼 필터(10)를 통한 필터링 이전 및 이후의 광에 대한 스펙트럼 분포의 그래프들을 도시한다. 이 도면의 상부의 그래프는 광의 본질적으로 균일한 스펙트럼 분포를 나타내는데, 즉 광은 수개의 상이한 파장 성분들을 포함한다. 광이 스펙트럼 필터에 경사각으로 도달하는 경우, 스펙트럼의 청색 끝을 향하는 광만이 통과되며, 다른 파장들은 반사된다. 이는 이 도면의 좌측 필터(10)에 의해 예시된다. 위로부터, 즉 필터에 대해 표면 법선으로 도달하는 광은, 우세한 적색 파장을 갖는 광이 통과되는 한편, 다른 파장들은 반사되도록 필터링된다. 결과적인 투과 피크들이 이 도면의 하부에 도시되어 있는데, '청색' 파장들(파선)에 대해서는 보다 낮은 최대값을 가지며, '적색' 파장들(점선)에 대해서는 높은 최대값을 갖는 Lorentzian을 예시한다.
도 2는 다이크로익 스펙트럼 필터에 의해 필터링된 광에 대한 투과 피크들의 보다 상세한 렌더링을 도시한다. Y-축은 투과(T)(백분율 단위)를 나타내며, X-축은 파장(λ)(나노미터 단위)을 나타낸다. 여기서, 최강 피크는 필터에 대해 표면 법선으로, 즉 0°로 도달하는 광의 보다 장파장에 대해 획득된다. 연속적으로 보다 낮은 피크들이 증가하는 입사각들: 15°(적색), 30°(녹색) 및 45°(청색)에 대해 관측되는데, 이는 다이크로익 스펙트럼 필터의 시프트 특성들을 증명한다.
도 3은 상이한 광 파장들과 연관된 환상 구역들(31, 32)을 갖는 본 발명에 따른 광 센서의 센서 장치의 구역(30)의 단순화된 렌더링을 도시한다. 여기서, 도 1 및 도 2의 도움으로 전술한 바와 같이, 다이크로익 필터가 스펙트럼 필터로서 이용된다. 각각의 정방형은, 활성 픽셀 센서(APS)로서 구현될 수 있는 센서 요소(130) 또는 픽셀(130)을 나타낸다. (단일 어퍼처 또는 어퍼처/렌즈 조합 하에서) 구역(30)의 픽셀들 상의 방사상 패턴은 도 2에 설명된 바와 같이 상이한 스펙트럼 라인들에 관련된다. 내부 링(31)은 보다 장파장의 광에 대응하는 한편, 외부 링(32)은 보다 단파장의 광에 대응한다. 링들(31, 32) 내의 픽셀들은 대응하는 파장들에서의 인입 광 세기들을 등록할 수 있고, 구역(30)의 각각의 픽셀은 특정 파장과 연관될 수 있다. 외부 코너들에서의 픽셀들은 실제로 미사용 상태로 남을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(1)의 필터 장치(11) 및 센서 장치(13)을 도시한다. 명료화를 위해, 어퍼처 장치와 마이크로렌즈 어레이는 도시되지 않지만, 이들은 센서 장치(13)과 필터 장치(11) 사이에 위치하는 것으로 구체화될 수 있다. 이러한 매우 단순화된 도면은 단지 픽셀 장치만을 나타낸다. 실제로는, 훨씬 더 많은 픽셀 어레이, 예를 들어 1.3 메가픽셀 CMOS 센서가 사용될 것이다. 이는 광을 센서의 51 x 51 픽셀 어레이 구역들 상에 이미징하기 위한 대략 50개의 스펙트럼 필터들(F1, F2, ..., Fn)을 허용할 것이다. 이미지 센서의 치수는, 1.3 메가픽셀 CMOS 센서의 경우, 약 6.6 x 5.32mm를 포함할 수 있다. 이 도면에 도시된 각각의 다이크로익 필터(F1, F2, ..., Fn)의 크기는 약 1mm2이다. 다음에, 각각의 필터(F1, F2, ..., Fn)는 구역 또는 픽셀 어레이, 예를 들어 51 x 51 픽셀들의 어레이와 연관된다. 1.3 메가픽셀 CMOS 센서의 경우, 이것은 센서 어레이의 각각의 구역에 대해 약 0.255mm x 0.255mm의 면적을 제공한다.
도 5는 본 발명에 따른 광 센서의 일 실시예에서의 어퍼처 장치(12)의 어퍼처(120), 마이크로렌즈 어레이(14), 및 센서 장치(13)의 구역(R1)을 도시한다. 이 도면은 어퍼처 장치(12)과 이미지 센서(13) 사이의 마이크로렌즈 어레이(14)의 마이크로렌즈들의 바람직한 배열을 도시한다. 여기서, 어퍼처(120)는 장방형 개구부로 도시되어 있지만, 물론 임의의 다른 적절한 형상(예를 들어, 둥근 개구부 또는 어퍼처 장치(12)의 길이를 따른 슬릿)을 가질 수 있다. 명료화를 위해, 이 구역(R1)과 연관된 필터 장치의 스펙트럼 필터는 이 도면에 도시되지 않는다. 실제로, 센서 어레이의 하나의 구역(R1)에 단 하나의 마이크로렌즈만이 사용되지만, 마이크로렌즈들을 '하나의 부품으로(in one piece)' 제조하는 것이 보다 용이하다. 하나의 구역(R1)과 연관된 어퍼처 장치(12)의 그 부분만이 이 도면에 도시되어 있지만, 이것은 본질적으로 이미지 센서의 각각의 구역이 자신의 어퍼처와 자신의 스펙트럼 필터를 갖도록 본질적으로 반복된다.
도 6은 도 4의 장치의 다른 뷰뿐만 아니라 연관된 스펙트럼 필터(이 도면에 도시되지 않음)에 의해 필터링된 후에 어퍼처에 도달하는 광(L)의 빔(60)의 경로를 도시한다. 이 도면이 명백하게 예시하는 바와 같이, 광의 빔(60)은 구역(R1)의 대응하는 섹션(61)이 자극되도록 어퍼처/렌즈 조합에 의해 포커싱된다. 이들 픽셀만이 광의 인입 빔(60)에 응답하여 적절한 신호들을 발생시킬 것이고, 따라서 그 광의 빔(60)에 대한 광 세기 및 파장과 같은 광 구성 정보를 포함할 것이다. 또한, 이 도면은, 필터에 대응하는 센서의 구역 위에 위치된 마이크로렌즈들 중에서, 단 하나의 렌즈만이 광을 포커싱하는데 사용되는 한편, 이 구역 위의 다른 렌즈들은 중복된다는 것을 도시한다. 물론, 동일한 내용이 광 센서의 모든 다른 구역들/필터들에 적용되며, 여기서 예시의 목적을 위해 단 하나의 그러한 조합만이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 광 센서(1)의 기능을 보다 양호하게 예시하기 위해서, 도 7a 및 도 7b는 센서 장치의 스펙트럼 필터(F1) 및 대응하는 구역(R1)의 단순화된 렌더링을 도시한다. 여기서, 스펙트럼 필터들(F1, F2)은 각도 의존성이 없는 단순한 광 필터들일 수 있다. 명료화를 위해, 어퍼처도 그리고 마이크로렌즈도 이 도면에 도시되어 있지 않지만, 광(L')의 수용되는 필터링된 빔의 포커싱에 의해 지시되는 바와 같이 존재하는 것으로 가정된다. 도 7a에서, 광(L)의 빔은 스펙트럼 필터(F1)에 경사각(α)으로 도달한다. 스펙트럼 필터(F1)의 특성들에 따라, 특정 파장의 광만이 필터(F1)에 의해 통과되어 센서 어레이의 이 구역(R1)의 영역(71)에서의 픽셀들에 도달하고, 다른 파장들은 단순히 반사된다. 필터(F1)의 특성을 알면, 결과적인 신호(S1)가 분석되어, 인입 광에 대한 스펙트럼 정보를 추론할 수 있다. 구역(R1)의 중심(70)에 대한 영역(71)의 위치를 알면, 신호(S1)는 인입 광에 대한 각도 정보를 산출한다. 예를 들어, 이 스펙트럼 필터(F1)는, 이 파장의 광이 각도 α로 광 센서에 도달하는 광에서의 특정 세기로 존재한다는 정보를 제공한다. 필터 장치의 각각의 스펙트럼 필터는 그러한 정보를 제공한다. 예를 들어, 도 7b는 제2 파장의 광만을 통과시키는 추가 스펙트럼 필터(F2)를 도시한다. 여기서, 본질적으로 표면 법선 방향(실제로, 입사각=0°)으로부터 도달하는 그 파장의 광이 통과되어, 구역(71)에 도달한다. 역시, 결과적인 신호(S2)는 그 필터(F2)에 도달하는 광(L)에 대한 스펙트럼 및 각도 정보를 산출한다. 다이크로익 스펙트럼 필터들이 사용되는 경우, 결과적인 신호들은 필터들의 각도 의존성에 따라 해석될 것이다. 입사각은 광 센서(1)에 대한 광(L)의 기점에 직접적으로 관련되며, 센서 어레이 상의 '이미지'의 위치로부터 도출될 수 있다. 따라서, 센서 요소들에 의해 발생된 신호들(S1, S2)은 분석 유닛(2)에서 분석된다. 대신에 각도-종속 필터들이 사용된다면, 센서 요소들에 의해 전달되는 각도 정보는 인입 광(L)에 대한 스펙트럼 정보를 도출하는데 이용될 수 있다. 광 센서의 필터 장치에서의 모든 스펙트럼 필터들로부터의 결합된 정보는 방에서의 광의 각도 및 스펙트럼 분포의 전체 '픽처'를 제공한다.
도 8은 본 발명에 따른 광 센서(1)의 일 실시예를 통한 매우 단순화된 측면도를 도시하며, 마이크로렌즈(140)의 위에 위치한 어퍼처(120)를 갖는 어퍼처 장치(12)의 위에 스펙트럼 필터(F1)가 배치되는 배열을 예시한다. 스펙트럼 필터(F1)에 도달하는 광(L)의 일부는 어퍼처(120)에 의해 수용되며, 마이크로렌즈(140)에 의해 포커싱된다. 도시된 바와 같이 경사각으로 도달하는 광은 어퍼처(120)에 의해 집광되며 렌즈(140)에 의해 포커싱된다. 수용되는 필터링된 광(L')은 구역(R1)의 중심으로부터 떨어져 CMOS 센서(13)의 대응하는 구역(R1)에서의 (빗금으로 지시된) 픽셀들 중 일부에 충돌한다. 센서(13)는, 인입 광에 응답하여 신호를 각각 발생시킬 수 있는 활성 픽셀 센서들(130)의 어레이를 포함한다. 도 9의 도움으로 설명되는 바와 같이, 각각의 활성 픽셀 센서(130)의 신호들은 결합되어 그 구역(R1)에 대한 신호(S1)를 제공하며, 분석 유닛으로 포워딩된다.
도 9는 다수의 광원들(P1, P2, P3)을 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 디바이스(10)를 갖는 조명 장치의 블록도를 도시한다. 여기서, 광 센서 디바이스(10)는 광 센서(1) 및 분석 유닛(2)을 포함한다. 분석 유닛(2)은 임의의 적합한 디지털 처리 유닛(2)일 수 있다. 필터 장치(11)의 스펙트럼 필터들(F1, F2, ..., Fn)과 연관된 센서 어레이의 구역들의 센서 요소들에 의해 발생된 신호들(S1, S2, ..., Sn)은 분석 유닛(2)의 비교기(21)로 전달되는데, 여기서 개별 픽셀 값들은 메모리(20)로부터 검색된 기준값들(200)과 비교되어, 인입 광에 대한 광 구성 값들(210)을 도출한다. 비교기(210)는, 스펙트럼 필터들(F1, F2, ..., Fn)이 단파장 통과 필터들 또는 장파장 통과 필터들인 경우에 차동 검출을 제공하도록 구성될 수 있다. 이것은 인접한 컷오프 파장들을 갖는 한 쌍의 스펙트럼 필터들(F1, F2, ..., Fn)과 연관된 센서 요소들에 의해 발생된 한 쌍의 신호들(S1, S2, ..., Sn)을 차감함으로써 달성될 수 있다. 신호들(S1, S2, ..., Sn)의 분석은, 광원들(P1, P2, P3)로부터 인입 광이 특정 스펙트럼 및 각도 분포를 갖는다는 것, 예를 들어 너무 밝은 구역은 광원(P1)에 대응하고, 너무 붉은 구역은 광원(P2)에 대응하며, 너무 녹색을 띤 구역은 광원(P3)에 대응한다는 것을 나타낼 수 있다. 그 다음, 제어 신호 발생기(22)에서 제어 신호들(C1, C2, C3)이 발생되어, 광원들(P1, P2, P3)을 적절하게 제어할 수 있다. 이 예에서, 제어 신호(C1)는 광원(P1)을 디밍하는 역할을 할 수 있고, 제어 신호(C2)는 광원(P2)에 의해 발생된 광의 적색 성분을 감소시키는 역할을 할 수 있으며, 제어 신호(C3)는 광원(P3)에 의해 발생된 광의 녹색 성분을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 신호들은 광 센서 디바이스(10)의 송신기(23) 및 광원들(P1, P2, P3) 각각을 위한 수신기(24)를 포함하는 통신 인터페이스(23, 24)에 의해 광원으로 포워딩된다.
신호들의 분석은 계속해서 또는 미리 결정된 간격으로, 예를 들어 10분마다 또는 30분마다 적절하게 수행될 수 있다. 또한, 간격은, 예를 들어 창문을 통해 들어오는 임의의 자연광의 밝기에 따라 동적으로 적응될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 일광 또는 햇빛이 외부 조명을 변경하는 경우에도, 특정의 일정한 컬러 효과인 '광 분위기', 또는 섀도우 효과를 생성하기 위해서 제품들이 인공적으로 조명되는 진열창에 설치될 수 있다. 예를 들어, 진열창의 물체들 또는 제품들을 가능한 한 있는 그대로 조명하도록 미리 정의된 조명 파라미터들이 신호들(S1, S2, ..., Sn)의 분석 시에 고려될 수 있다. 외부 날씨 상태나 시간에 관계없이 바람직하게는 일광이 모방되어야 하는 사무실 환경에 조명 장치가 설치되는 경우, 광의 특정의 원하는 스펙트럼 특성이 정의될 수 있고, 광원들의 세기 및 컬러 온도는 하루 내내 계속해서 조정될 수 있다.
명료화를 위해, 본 명세서 전체에 걸쳐 단수 표현("a" 또는 "an")을 이용하는 것은 복수를 배제하지는 않으며, "포함하는"은 다른 단계들 또는 요소들을 배제하지는 않는다는 것을 이해하여야 한다. "유닛" 또는 "모듈"은, 다른 방식으로 명시되지 않는 한 다수의 유닛들 또는 모듈들을 포함할 수 있다.
Claims (13)
- 광 센서(1)로서,
필터 장치(filter arrangement; 11) - 상기 필터 장치(11)는 입사 광(L)을 필터링하기 위한 다수의 스펙트럼 필터들(F1, F2, ..., Fn)을 포함하며, 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)는 상기 입사 광(L)의 구별되는 성분(distinct component)을 통과시키도록 구현됨 -;
상기 입사 광(L)의 일부를 수용하기 위한 어퍼처 장치(aperture arrangement; 12);
수용되는 필터링된 광(L')을 집광하도록 구현된 센서 장치(13) - 상기 센서 장치(13)는 이미지 관련 신호들(S, S1, S2, ..., Sn)을 발생시키기 위한 센서 요소들(130)의 어레이를 포함하고, 센서 어레이는 다수의 구역들(R1, R2, ..., Rn)로 세분되며, 특정 구역(R1, R2, ..., Rn)의 센서 요소(130)에 의해 발생된 이미지 관련 신호(S)가 대응하는 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)에 의해 통과된 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성에 관한 정보를 포함하도록, 상기 대응하는 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)가 상기 센서 어레이의 구역(R1, R2, ..., Rn)에 할당됨 -
를 포함하는 광 센서. - 제1항에 있어서,
상기 어퍼처 장치(12)의 어퍼처(120)가 상기 필터 장치(11)의 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)와 상기 센서 장치(13)의 대응하는 구역(R1, R2, ..., Rn) 사이에 위치하도록 구현되는 광 센서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 센서 장치(13)의 구역(R1, R2, ..., Rn) 상에 상기 수용되는 필터링된 광(L')을 포커싱하기 위한 렌즈 장치(14)를 포함하는 광 센서. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터 장치(11)는 적어도 30개의 필터들(F1, F2, ..., Fn)의 어레이를 포함하고, 상기 센서 요소들(130)의 어레이는, 각각의 구역(R1, R2, ..., Rn)이 특정 필터(F1, F2, ..., Fn)에 대응하도록 대응하는 다수의 구역들(R1, R2, ..., Rn)로 세분되며, 상기 어퍼처 장치(12)의 특정 어퍼처(120) 및 상기 렌즈 장치(14)의 특정 렌즈(140)가 각각의 필터(F1, F2, ..., Fn)에 할당되는 광 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터 장치(11)의 필터(F1, F2, ..., Fn)는 각도 종속 필터(F1, F2, ..., Fn)를 포함하는 광 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터 장치(11)의 필터(F1, F2, ..., Fn)는 각도 독립 필터(F1, F2, ..., Fn)를 포함하는 광 센서. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 장치(13)는 활성 픽셀 센서들(130)의 어레이를 포함하는 광 센서. - 광 센서 디바이스(10) - 상기 광 센서 디바이스는, 상기 광 센서 디바이스(10)에 입사하는 광(L)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위한 것임 - 로서,
광 센서(1)에 의해 집광된 수용되는 필터링된 광(L')에 응답하여 이미지 관련 신호들(S, S1, S2, ..., Sn)을 발생시키기 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 상기 광 센서(1); 및
상기 이미지 관련 신호들(S1, S2, ..., Sn)을 분석하여, 상기 광 센서 디바이스(10)에 입사하는 광(L)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위한 분석 유닛(2)
을 포함하는 광 센서 디바이스. - 제8항에 있어서,
상기 센서 장치(13)의 각각의 센서(130)는 특정 광 파장 및/또는 특정 입사각과 연관되며,
상기 분석 유닛(2)은,
기준값들(200)의 세트를 저장하기 위한 메모리(20) - 각각의 기준값(200)은 상기 센서 장치(13)의 센서 요소(130)와 연관됨 -, 및
상기 센서 장치(13)의 센서 요소(130)에 의해 발생된 신호(S)와 대응하는 기준값(200)을 비교하여, 그 파장 및/또는 입사각에 대한 광 구성 값(210)을 도출하기 위한 비교기(21)
를 포함하는 광 센서 디바이스. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
광원(P1, P2, P3)의 컬러 및/또는 세기를 조정하기 위해서, 상기 입사 광(L)의 상기 구성에 관한 광 구성 값들(210)에 기초하여, 상기 광원(P1, P2, P3)에 대한 제어 신호들(C1, C2, C3)을 발생시키기 위한 제어 신호 발생기(22)를 포함하는 광 센서 디바이스. - 조명 장치(lighting arrangement; 90)로서,
광(L)을 발생시키기 위한 다수의 광원들(P1, P2, P3);
광 센서 디바이스(10)의 광 센서(1)에 입사하는 광(L)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하며, 그에 따라 상기 광원들(P1, P2, P3) 중 적어도 하나에 대한 제어 신호들(C1, C2, C3)을 발생시키기 위한 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 광 센서 디바이스(10); 및
제어 신호(C1, C2, C3)를 대응하는 광원(P1, P2, P3)에 인가하기 위한 통신 인터페이스(23, 24)
를 포함하는 조명 장치. - 입사 광(L)을 집광하는 방법으로서,
필터 장치(11)를 통해 상기 입사 광(L)을 필터링하는 단계 - 상기 필터 장치(11)는 입사 광(L)을 필터링하기 위한 다수의 스펙트럼 필터들(F1, F2, ..., Fn)을 포함하며, 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)는 상기 입사 광(L)의 구별되는 성분을 통과시키도록 구현됨 -;
어퍼처 장치(12)를 통해 상기 입사 광(L)의 일부를 수용하는 단계; 및
이미지 관련 신호들(S, S1, S2, ..., Sn)을 발생시키기 위한 센서 요소들(130)의 어레이를 포함하는 센서 장치(13)에서 상기 수용되는 필터링된 광(L')을 집광하는 단계 - 센서 어레이(13)는 다수의 구역들(R1, R2, ..., Rn)로 세분되며, 특정 구역(R1, R2, ..., Rn)의 센서 요소(130)에 의해 발생된 이미지 관련 신호(S)가 대응하는 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)에 의해 통과된 광의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성에 관한 정보를 포함하도록, 상기 대응하는 스펙트럼 필터(F1, F2, ..., Fn)가 상기 센서 어레이(13)의 구역(R1, R2, ..., Rn)에 할당됨 -
를 포함하는 방법. - 입사 광(L)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하는 방법으로서,
제11항에 따른 방법을 이용하여 광 센서(1)에 의해 집광된 수용되는 필터링된 광(L')에 응답하여 이미지 관련 신호들(S, S1, S2, ..., Sn)을 발생시키기 위해서, 상기 광 센서(1)에서 상기 광(L)을 집광하는 단계; 및
상기 광 센서 디바이스(10)에 입사하는 광(L)의 기점의 방향 및/또는 스펙트럼 구성을 결정하기 위해서, 상기 이미지 관련 신호들(S1, S2, ..., Sn)을 분석하는 단계
를 포함하는 방법.
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