KR20120062050A - 다양한 자동제어 기술로 전력을 절감시키는 오토센서등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적인 센서등의 단점을 보완하여 인체감지를 지속적으로 할 수 있기 때문에 보다 효율적으로 전력을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 그리고 일반 센서등의 단점을 보완함과 동시에 일반 가정이나 사무실에서 쓰이는 전등 또한 본 발명의 오토센서등으로 교체하게 되면, 사람이 실내에 있는 재실(在室)상황일 경우에는 항상 전등이 켜져 있으며, 사람이 없는 무인(無人)상황에서는 자동으로 전등이 꺼지기 때문에 보다 지능적으로 전력을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
또한 전등의 내부에 인체감지 또는 화재감지, 흡연감지, 가스감지, 기타의 감지가 용이한 센서를 적어도 하나 장착하여 실내외 일정한 지역에서 센서등을 대체하여 사용할 수 있으며, 녹음 기능이 추가되어 있기 때문에 메시지를 녹음 및 재생할 수 있으며, 화재나 흡연, 가스 누출을 감지할 수도 있으면서 동시에 화재 등으로 인하여 정전이 되었을 경우에 내장된 충전지가 작동하여 전등을 온(On) 시킬 수 있는, 비상시에 스스로 작동하는 오토라이트에 관한 것이다.
그리고 일반적인 전등과 교체하면 전등의 기능을 수행하면서, 인체를 감지하여 필요한 시간대에만 전등을 점등/소등시킬 수 있으며, 공기 중의 불꽃에너지를 검출하여 출력부에서 경보를 울리거나, 신호처리부에서 흡연을 자제하는 방송을 하거나, 신호처리부에서 무선으로 관제실에 재난 감지신호를 보낼 수 있으며 화재 시에는 구명등의 역할도 할 수 있는 비상시에 스스로 작동하는 오토라이트에 관한 것이다.

Description

다양한 자동제어 기술로 전력을 절감시키는 오토센서등{Automatic Control Sensor Lamp For Reducing Electric Power}

일반적으로 백열등은 필라멘트에 전류를 흘리면 필라멘트가 발열하여 빛을 내는 구조로 되어 있으며, 가장 많이 쓰이는 전구로서 태양광선에 가까운 자연스러운 빛을 낸다. 1879년 에디슨(Thomas Alva Edison)이 탄소 필라멘트의 전구를 발명하면서 사용되기 시작하여, 1908년에 미국의 쿨리지(William David Coolidge)가 텅스텐 필라멘트를 만드는 데 성공한 이후 지금까지 사용되고 있다.

백열등은 진공의 유리구 안에 필라멘트를 넣고 전류를 통하면 필라멘트 선에서 열을 발생시켜 빛을 얻는 광원이다. 필라멘트는 융점이 높은 텅스텐을 사용한다. 텅스텐은 최고의 융점(3400℃)을 갖는 금속으로, 전류가 흐르면 필라멘트는 약 3,000℃의 고온으로 가열되면서 온도복사에 의해 빛을 낸다. 효율은 많이 떨어져 에너지의 대부분(95％)이 열로 방출되고 약 5％만 빛으로 이용된다.

필라멘트의 수명을 연장하기 위해 아르곤과 질소의 혼합가스를 유리구에 주입하는데 이것이 가스입전구이다. 110V 백열등은 아르곤 85％, 질소 15％의 비율이나 220V 백열등에서는 아르곤 비율이 50％로 낮아진다.

백열등은 일반적으로 휘도(輝度)가 높아 눈이 부시고 열복사가 많아 붉은빛을 띤다. 형광등에 비해 수명이 짧고(1,000?2,000시간) 점등시간 역시 짧다. 비교적 좁은 장소의 전반조명이나 국부조명용으로 많이 쓰인다.

백열등에서 흔히 볼 수 있는 흑화현상(黑化現想)이란 필라멘트의 재료인 텅스텐이 산화하며 그 산화물이 전구의 안쪽 유리 표면에 검게 달라붙는 것을 말한다. 흑화현상이 생기면 필라멘트가 쉽게 끊어져 전구의 수명이 짧아지고 색 온도가 변하며 조도가 떨어진다.

또한, 3파장 램프를 처음 개발한 곳은 네덜란드 필립스사인데 국내 여러 조명회사들도 3파장 전구를 시장에 내놓고 있다. 3파장 전구, 오스람 전구보다 정확한 이름은 ‘전구형 형광등’이다.

실제 이름에서 알 수 있듯이 3파장 램프는 백열전구가 아니라 형광등의 일종이다. 뜨거운 금속이 빛을 내는 것처럼 백열전구는 저항인 필라멘트에 전류를 흘리면 열을 발생하면서 빛을 낸다. 이 때문에 필라멘트가 오래 버티지 못해 수명이 짧고 에너지 손실이 많다. 실제로 백열전등의 경우 가시광선으로 나오는 에너지의 양은 전체의 약 5% 정도이고 수명은 1천 시간 정도다. 그러나 태양과 거의 흡사한 빛을 낸다는 장점이 있다.

형광등은 원자가 에너지를 흡수했다가 방출할 때 발생하는 빛을 이용한다. 한쪽 전극의 필라멘트로부터 방출된 전자가 안에 채워져 있는 수은증기와 충돌하면서 에너지를 얻었다가 잃으면서 빛을 낸다. 이때의 빛은 사람의 눈으로 볼 수 없는 자외선. 형광등 내부 표면에 도포 된 형광물질은 이 자외선을 가시광선으로 바꿔 밖으로 방출한다. 따라서 열로 인한 손실이 적어 가시광선으로 나오는 에너지의 양이 25% 이상으로 효율이 높고 최대 1만6천 시간 이상으로 수명도 길다.

일반 형광등과 원리가 같기 때문에 오래 쓰고 전기가 적게 드는 것이 장점이다. 그렇다면, 왜 굳이 전구형 형광등을 만든 것일까. 생활수준이 높아지면서 전기제품에 의한 에너지 사용량이 매년 약 10%씩 급격히 증가하고 있다. 여기서 조명이 차지하는 비중은 약 18%다. 그 중 백열전구의 전력소모는 약 56%에 달하는데, 형광등의 장점을 가진 전구로 대체할 수 있다면 상당한 에너지를 절약할 수 있다.

이를 위해 백열전구와 형광등을 결합해 탄생한 것이 삼파장램프이다. 삼파장 램프가 개발되기까지는 몇 가지 문제가 있었다. 먼저, 형광등을 전구처럼 작게 만들어야 했다. 그러기 위해서 길이는 짧고 두께가 가는 램프가 좋겠지만 무작정 짧고 가늘게 할 수는 없는 일이다. 램프의 길이와 두께가 에너지 효율과 관련되기 때문이다.

전구형 형광등은 지름이 12mm정도로 가늘다. 그리고 전체 램프 모양의 길이를 짧게 하기 위해 U자 모양으로 구부린 후 다시 2-3개를 연결한다. 이렇게 하면 긴 형광등이 백열전구처럼 작아진다. 다음 문제는 램프가 작아지면 일반형광등보다 온도가 높아져 효율이 저하되며 수명도 짧아진다는 점이다. 주위 온도가 20℃이고 형광등의 온도가 40℃일 때 형광등을 가장 오래 사용할 수 있다. 그런데 전구형 형광등은 이보다 온도가 높아져 수명을 단축하게 한다. 또 수은 원자가 방출하는 자외선 양이 줄어들어 효율도 떨어뜨린다. 이를 개선하기 위해 전구형 형광등은 3파장 형광물질을 사용한다. 이 때문에 전구형 형광등이 3파장 전구라고도 불리는 것이다.

3파장 형광물질은 열로 방출되는 에너지의 양을 줄여 온도가 올라가는 것을 억제해 효율을 높이고 수명을 길게 한다. 참고로 3파장 형광물질은 적, 녹, 청의 세 가지 발광색 성분으로 이뤄져 있다. 이는 기존 형광물질에 빠져있는 적색의 발광성분이 추가된 것이다. 따라서 기존 형광등의 차가운 푸른빛에서 부드러운 빛을 내는 백열전구의 장점을 삼파장램프도 가지게 된다.

삼파장램프의 효율을 높이는 데는 3파장 형광물질 외에 전자식 안정기가 큰 몫을 한다. 형광등은 반드시 안정기가 필요하다. 그 이유는 처음 빛이 들어오면 형광 램프 안의 초기 저항이 급격히 감소한다. 이때 안정기가 없으면 전류가 급격히 상승해 램프가 파손된다.

안정기의 종류는 재래식과 전자식이 있는데, 그중 전자식은 60Hz의 교류전류 주파수를 20 - 50kHz로 바꿔줘 형광등을 켤 때 소비되는 전기량을 줄여준다. 따라서 전자식 안정기는 형광등이 불을 자주 켰다 끄는 장소에서 부적합하다는 일반상식을 깨뜨린다. 같은 양의 빛을 내는 재래식 안정기를 사용하는 전구형 형광등은 17W, 전자식 안정기를 사용하는 삼파장램프는 11W의 전력을 필요로 할 정도로 효율이 높아진다.

또 다른 문제는 무게다. 삼파장램프는 램프 유리관을 비롯한 일반형광등에는 분리돼 있는 안정기까지 포함해야 하기 때문에 백열전구에 비해 상당히 무겁다. 이 때문에 전자식 안정기를 사용한다. 전자식이 재래식보다 훨씬 가볍기 때문이다.

이처럼 모양, 효율, 수명, 그리고 무게 문제를 해결한 삼파장램프는 성공적으로 백열전구의 자리를 차지해가고 있다. 특히 상점, 복도, 엘리베이터와 같이 장시간 불을 커 놓는 곳은 더욱 그렇다.

형광등의 원리를 이용한 삼파장램프는 별로 색달라 보이지는 않는다. 그러나 ‘백열전구를 대신하는 형광등’이라는 발상은 에너지를 절약할 수 있다는 점에서 일반적으로 널리 사용하게 되었다.

또한, 인체감지센서로 가장 많이 쓰이고 있는 PIR Sensor는 초전형적외선센서라고 불리는데 인체나 물체의 미약한 열을 포착하여 감지신호를 발생하는 센서의 일종이다.

정전시에는 가령 화재감지등이 비상등의 역할을 하며 건물의 출입구 쪽에 설치되어 있는데, 이는 화재 등의 비상시에 전기가 나가면 자동으로 전등이 켜지는 구조로 되어 있다.

초전형 적외선 센서는 인체로부터의 적외선 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 적외선 검출기로서 HgCdTe, InSb등의 양자형 검출기와 초전 서모파일, 써미스터 볼로미터 등의 열형 검출기의 2종류가 있다.

대개 양자형 검출기는 감도가 높고 응답 속도가 빠른 등의 장점이 있으나 고가이며, 액체 질소 등으로 냉각할 필요가 있는 등의 단점이 있다. 열형 검출기에는 서모파일, 써미스터 볼로미터와 같이 DC로 동작하는 것과 초전검출기와 같이 미분형 동작을 하는 것의 2종류가 있다. 이중 초전 검출기는 써미스터 볼로미터, 서모 파일에 비해 감도가 높고 사람의 움직임을 포착하는 데는 최적인 검출기라고 할 수 있다.

또한, 초전형 검출기는 파장 선택성을 갖지 않으므로 광범위한 응용이 기대되지만 반면에 검출기만으로는 용도를 한정할 수 없고 광학 필터가 중요한 역할을 갖게 된다. 인체에서는 약 10㎛를 중심으로 한 적외선이 복사되지만 대부분은 6.5㎛에서 15㎛의 범위에 분포한다. 따라서 사람을 대상으로 한 검출기는 6.5㎛에서부터 15㎛의 적외선 영역에 감도를 맞추면 되고 그 외에는 감도가 없는 편이 좋다. 그래서 인체 검지용 초전검출기는 검출기의 창(일부 파장만 투과 목적) 재료로서 7㎛의 커트론필터 (7㎛에서 14㎛의 적외선만을 투과시키는 광학 필터)를 표준으로 장착하여 사용한다.

본 발명에서는 실내/외의 일정한 장소에 설치하는 일반적인 전등을 개량한 것으로서, 사람이 다가서면 전등이 켜지는 일반적인 센서등을 하나의 램프 안에 모두 수납하는 구조로 하면서 정전이 되었을 때에는 내장된 충전지가 작동하여 전등을 켜는 것을 기술적인 과제로 삼았다.

이를 실현하기 위하여 기존 전등의 발광부인 필라멘트와 이를 감싼 유리등 구조의 내부에 필라멘트발광부 대신에 소형으로 수납 가능한 고효율 파워엘이디를 삽입하여 공간을 확보하고, 확보된 공간에 인체감지센서와 정전감지부 및 콘트롤러부를 추가하여 전등 내부에서 기존의 커다란 센서등 모듈을 모두 실현시키는 방식을 기본으로 설계하였다.

또한 일반적인 센서등의 인체감지회로부에 재동작회로를 추가하여 인체감지센서의 재동작을 반복하게 하여 사람을 감지할 경우에는 항상 전등이 켜져 있는 회로를 구현할 수 있는 기술을 구현하는데 기술적 과제를 두었다.

본 발명의 또 다른 목적은, LED를 이용하므로 시스템의 수명을 획기적으로 증가시킬 수 있고, 소형화, 소전력 수요가 가능하여 능률 있고 수명이 오래가는 인체감지 센서 램프 모듈을 제공하는 데 있다.

또한, 녹음집적회로(Record IC)부를 추가하여 본 발명품의 내부에서 리모컨으로 동작하는 메시지 저장/재생 기능을 갖춘 비상시에 스스로 작동하는 오토라이트에 최종 기술적 과제를 두었다.

상기와 같은 기술적 과제가 해결된다면 보다 안정된 인체감지센서등과 수명이 오래가는 엘이디 램프가 병행해서 한 모듈(Module)로 제작되기 때문에 전력의 수요를 획기적으로 절감할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 일반적으로 사용하고 있는 백열등이나 삼파장램프의 광원을 엘이디의 광원으로 교체하여 광원의 설치공간을 줄이고, 남은 공간에 본 발명의 장치인 정전감지부 및 충전지와 적어도 하나의 센서(광센서, 초전형적외선 센서 등등)를 내장하도록 하는 구조를 도모하였다.

일반적인 센서등의 인체감지회로부에 타이머부를 추가하여 타이머에 의한 인체감지센서의 재동작이 반복되기 때문에 이를 이용하여 사람을 감지할 경우에는 항상 전등이 켜져 있는 회로를 구현할 수 있는 기술을 구현하는데 기술적 과제를 두었다.

그런데 일반적인 전구의 구조는 그 내부 공간이 적기 때문에 전원부, 센서부, 컨트롤러부, 신호처리부와 함께 인체감지센서를 구동하는데 필요한 제어부를 모두 추가하기 위하여 SMT(Surface Mounted Technology:표면실장기술) 공법을 사용하여 부품의 미니에이쳐(Miniature) 화를 꾀하도록 하는데 기술적 과제를 두었다.

상기의 설명에서와 같이 본 발명은 일반적인 전등과 교체하면 전등의 기능을 수행하는 동시에, 인체를 감지하여 필요한 시간대에만 전등을 점등/소등시킬 수 있으며, 공기 중의 불꽃에너지를 검출하여 출력부에서 경보를 울리거나, 신호처리부에서 흡연을 자제하는 방송을 하거나, 신호처리부에서 무선으로 관제실에 신호를 보낼 수 있는 효과 또한 기대할 수 있다.

또한, 엘이디를 이용한 전등의 내부에 정전을 감지하는 정전감지부를 내장하여 정전이 되었을 때에 자동으로 전등이 켜지게 하기 위하여 충전식 전지를 필수로 내장시켰으며, 인체감지 또는 화재감지, 흡연감지, 가스감지, 기타의 감지가 용이한 센서 중에서 적어도 하나를 장착하여 실내 외 일정한 지역에서 센서등을 대체하여 사용할 수 있게 하였으며, 녹음 기능이 추가되어 있기 때문에 메시지를 녹음 및 재생할 수 있으므로, 화재나 흡연, 가스 누출을 감지하였을 대 비상상황을 스스로 방송으로 송출할 수 있는 음향장치를 내장한 비상시에 스스로 작동하는 오토센서램프에 관한 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, LED를 이용하므로 센서램프 모듈의 수명을 획기적으로 증가시킬 수 있으며, 소형화가 가능하여 자원과 전력의 낭비를 막을 수 있는 부가적인 효과도 있다.

도 1은 일반적인 인체감지센서(PIR Sensor)의 설명도.
도 2는 일반적인 인체감지센서(PIR Sensor)의 감지각도를 보여주는 표.
도 3은 일반적인 인체감지센서(PIR Sensor)의 연결 개요를 보여주는 규격도.
도 4는 본 발명품의 내부구조를 보여주는 구조도.
도 5는 본 발명의 변형인 센서소켓컨버터의 외관을 보여주는 사시도.
도 6은 일반 전등과 본 발명 센서소켓컨버터를 연결하는 예시도.
도 7은 음향장치의 일부인 녹음집적회로부의 회로도.
도 8은 면광원의 일종으로 사무실의 천정에 평면조명식으로 장착하는 설치 예시도.
도 9는 LM555 Timer를 이용한 시간지연 스위칭의 기본 회로도이다.

본 발명은 실내/외의 일정한 장소에 설치하는 전등을 개량한 것으로서, 일반 센서등의 단점을 보완함과 동시에 일반 가정이나 사무실에서 쓰이는 전등 또한 본 발명의 오토센서등으로 교체하게 되면, 사람이 실내에 있는 재실(在室)상황일 경우에는 항상 전등이 켜져 있으며, 사람이 없는 무인(無人)상황에서는 자동으로 전등이 꺼지기 때문에 보다 지능적으로 전력을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 오토센서등을 기본 핵심으로 구성하기 위하여 보다 자세한 내용을 기술하도록 한다.

또한 정전이 일어나는 비상 상황에서 내장된 충전수단이 작동하여 전등을 켜는 작업을 수행하며, 인체감지센서와 녹음집적회로(Record IC)부가 함께 설치되어 있기 때문에 비상상황을 알리거나 침입상황을 경고하는 메시지를 송출할 수도 있으며, 메시지 저장/재생 장치로도 쓰일 수가 있다.

또한, 백열등에 비해 수명이 수십 배는 오래가는 엘이디를 채용하여 반영구적으로 사용할 수 있기 때문에 전기비의 절감에도 탁월한 효과를 볼 수 있는 발명이라고 할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 일반적으로 사용하고 있는 백열등이나 삼파장램프의 광원을 엘이디의 광원으로 교체하여 광원의 설치공간을 줄이고, 남은 공간에 본 발명의 장치를 내장하도록 하는 구조로 구성하였다.

먼저, 본 발명에서 중요하게 비중을 차지하는 엘이디(LED)의 특성에 관해서 설명해 보자면, LED를 크게 나누어 보자면 다음과 같이 설명할 수 있다.

1. LED 는 자유 캐리어의 재결합에 의한 것과, 2, 불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것이 있다. 1, 에서 발광파장은 대략 ch/Eg(c 는 광속, h 는 플랑크 상수, EG 에너지 폭)와 같으며, 비소화 갈륨의 경우에 약 900nm인 근적외광이 되고 갈륨-비소-인에서는 인의 함유량 증가에 따라 EG 증가하므로 가시발광 다이오드가 된다. 2, 에서 발광파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르고 인화 갈륨인 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이며 발광 다이오드는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다.

또한, 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광 통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 주입형 반도체 레이저는 주입 밀도가 매우 높은 발광 다이오드의 일종이며, 반전분포가 발생하여 간섭성 빛을 생기게 할 수 있다.

LED 불빛의 색깔은 기본적으로 햇빛처럼 백색도 있고, 빨간색, 청색, 노란색, 녹색 또는 어떤 것은 빨강, 파랑, 녹색이 같이 혼합되어 있는 것도 있고 본원 발명의 자외선을 발생하는 LED 램프도 있어 자외선을 이용하여 유해 공기를 살균하고 순환시키는 효과도 가질 수 있으며, LED 소자는 질소(N)와 갈륨(Ga), 인다움(In)을 나노(10억 분의 1)미터 구조 안에 배치한 것으로 혼합물 조성비에 따라 다양한 색깔의 빛을 내고 질화물 반도체를 이용한 LED는 빛의 삼원색뿐 아니라 적외선 자외선까지 마음대로 만들 수 있는 것이다.

또한, 인체감지센서로 가장 많이 쓰이고 있는 PIR Sensor는 초전형적외선센서라고 불리는데 인체나 물체의 미약한 열을 포착하여 감지신호를 발생하는 센서의 일종이다.

초전형 적외선 센서는 인체로부터의 적외선 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 적외선 검출기로서 HgCdTe, InSb등의 양자형 검출기와 초전 서모파일, 써미스터 볼로미터 등의 열형 검출기의 2종류가 있다.

대개 양자형 검출기는 감도가 높고 응답 속도가 빠른 장점이 있으나 고가이며, 액체 질소 등으로 냉각할 필요가 있는 등의 단점이 있다. 열형 검출기에는 서모파일, 써미스터 볼로미터와 같이 DC로 동작하는 것과 초전검출기와 같이 미분형 동작을 하는 것의 2종류가 있다. 이중 초전 검출기는 써미스터 볼로미터, 서모 파일에 비해 감도가 높고 사람의 움직임을 포착하는 데는 최적인 검출기라고 할 수 있다.

또한, 초전형적외선 센서는 파장 선택성을 갖지 않으므로 광범위한 응용이 기대되지만 반면에 검출기만으로는 용도를 한정할 수 없고 광학 필터가 중요한 역할을 갖게 된다. 인체에서는 약 10㎛를 중심으로 한 적외선이 복사되지만 대부분은 6.5㎛에서 15㎛의 범위에 분포한다. 따라서 사람을 대상으로 한 검출기는 6.5㎛에서부터 15㎛의 적외선 영역에 감도를 맞추면 되고 그 외에는 감도가 없는 편이 좋다. 그래서 인체 검지용 초전검출기는 검출기의 창(일부 파장만 투과 목적) 재료로서 7㎛의 커트론필터 (7㎛에서 14㎛의 적외선만을 투과시키는 광학 필터)를 표준으로 장착하여 사용한다.

상기에 설명한 엘이디와 초전형센서는 현재 '센서등'이라는 상품이 상용화되어 아파트의 엘리베이터 도어 앞이나 현관 등등의 장소에서 전기절전형 램프로 인식되어 많이 설치되어 있다.

즉, 다시 말해 본 발명의 핵심구조는 상기와 같은 부피가 큰 '센서등'을 일반 3파장램프의 공간 내부에 모두 수납가능하게 설계하여 기존의 전등과 바로 교체하여 사용할 수 있는 것을 기본 특징으로 한다.

상기와 같은 효과를 한 모듈에 구성하기 위하여 본 발명에서 게시하는 도면을 이용하여 설명해 보는 것이 본 발명의 원리 및 장치 배열의 흐름을 쉽게 이해할 수 있으므로 아래에 후술해 본다.

도 1은 일반적인 인체감지센서(PIR Sensor)의 설명도인데, 초전형센서의 동작 원리에 대해서는 상기에 자세한 설명을 하였으므로 이를 생략한다.

도 2는 일반적인 인체감지센서(PIR Sensor)의 적외선파장대를 보여주는 표인데, 이 표에서 알 수 있듯이 적외선 영역 중에서도 감지 능력이 우수한 대역을 선택하는 것이 바람직하다.

도 3은 일반적인 인체감지센서(PIR Sensor)의 연결 및 증폭의 개요를 보여주는 규격도인데, 초전형적외선 센서의 센싱 신호는 극히 미약하기 때문에 그 차이를 감지신호로 인식시켜 주기 위하여 증폭앰프(OP Amp)가 필요한 회로의 개요도이다.

도 4는 본 발명품의 내부구조를 보여주는 구조도인데 본 발명의 핵심 구조를 파악할 수 있기 때문에 보다 자세한 설명을 하기로 한다.

먼저, 도 4의 하부를 기준으로 설명하자면, 맨 하단에는 일반적인 백열등의 소켓 구조로 되어 있으며 이 소켓을 통해서 전원이 인가된다. 인가된 전류는 하중단(下中段)에 있는 인쇄회로 기판(2nd PCB이며 Signal Processor:정전신호처리부임) 내부의 전원부(도면에는 미 게시)에 의해서 신호처리부(Signal Processor)와 1st PCB인 초전형적외선센서앰프(PIR Sensor Amplifier)인 하상단(下上段)의 인쇄회로 기판에 직류전원을 공급하게 된다.

또한 2nd PCB(Signal Processor)는 동작감지회로부 도는 정전신호처리부의 기능도 수행하게 하여 상기 정전신호처리부에서 평상시에는 하단의 충전지(Rechargeable Battery)에 충전을 시키며, 정전이나 화재 등으로 인한 비상시에는 맨 상단의 센서에서 감지된 신호와 함께 정전감지부의 자체 판단 기능이 동작하여 전등을 온(On) 시키는 동작을 수행하며, 동작감지회로부를 내장할 경우에는 상기 초전형적외선 센서와 병행하여 인체의 감지 여부를 지속적으로 센싱가능하게 회로를 구성할 수가 있다.

그러므로, 상기 초전형적외선센서앰프에 의해 최상단의 초전형적외선센서(PIR)가 동작을 하게 되며, 인체의 이동 유무를 포착한 인체감지 신호는 하상단(下上段)의 콘트롤러부(Controller)에 의해 센서 유무를 판단하여 하중단의 신호처리부(Signal Processor)에 제어신호를 보내게 된다. 상기 하중단의 신호처리부에서는 상기 제어신호를 감지하여 엘이디를 온/오프(On/Off)하게 되는 원리로 되어 있으며 이를 특징으로 한다.

한편, 도 4의 최상단(最上段) 좌측(左側)에 있는 제2센서(2nd Sensor)는 적어도 하나를 수납하는데 이렇게 하면 다양한 목적으로 쓰일 수 있다.

예를 들자면,

설명1. 일반적으로 가정에서 많이 사용하는 리모컨의 적외선 신호(IR Soignal:Infra Red Signal)를 수신하는 적외선 센서로 활용할 수 있는데 이 신호를 받아 본 오토라이트를 리모컨으로 제어할 수도 있으며, 동작감지센서를 추가하여 인체의 지속적 감지 수단의 보조로 쓰일 수 있다.

한편, 도 4의 최상단(最上段) 우측(右側)에 있는 제3센서(3rd Sensor)는 적어도 하나를 수납하는데 이 또한 다양한 목적으로 활용할 수 있다.

예를 들자면,

설명2. 편의상 센서라고 하였지만 소리를 수신하는 마이크(MIC:Microphone)로 사용할 수도 있기 때문에 본 발명의 내부에 있는 음향장치에 녹음 기능도 추가할 수 있는데, 가령 상기 제2센서에 의해 리모컨 신호를 받아 녹음 모드로 진입하면, 제3센서는 마이크로 설정하였을 때 임의의 메시지를 녹음하는 과정을 수행할 수 있으며, 다시 제2센서에 의해 리모컨으로 재생 모드로 설정해 놓으면, 상기 PIR Sensor가 인체를 감지하였을 때에 도4에 내장되어 있는 스피커가 작동하여 임의의 메시지를 재생할 수 있게 하는 용도로 사용할 수도 있다.

이와 같은 상기의 설명을 다시 동작 순서대로 설명하자면,

설명1에서와 같이 2nd Sensor를 IR Sensor로 장착하고 설명2에서와 같이 3rd Sensor를 MIC로 장착하여 아파트의 현관에 설치된 기존의 센서등을 대체하여 상기 설명1과 설명2의 장치가 추가된 본 발명품이 장착되어 있다면;

본 발명의 비상시에 스스로 작동하는 오토라이트의 장점은 그대로 이용하면서, 일반적으로 흔히 사용하는 적외선 리모컨을 이용하여 2nd Sensor를 구동시켜 메시지를 녹음할 수 있으며, 녹음된 메시지는 녹음집적회로(Record IC)부에 저장되어 있다가, 현관으로 들어오는 사람이 있다면 이를 감지(PIR센서가 감지하여 등을 켜주기 때문에 이 신호를 이용하여 녹음집적회로부를 구동시킨다는 원리를 적용)하여 녹음된 메시지를 자동으로 재생할 수 있으며 이를 특징으로 한다.

또한, 2nd Sensor는 엘이디(LED)의 온/오프(On/Off) 제어를 위한 적외선 센서로도 사용할 수 있는데, 가령 본 발명품이 장착되어 활동하고 있는 동안, 전등의 역할을 하는 LED 광원을 리모컨에 의해 제어할 수 있는 적외선수신센서로 사용할 수 있으며 이를 특징으로 한다. 다시 설명하자면, 본 발명의 센서램프모듈이 작동하고 있는 동안에는 일정한 시간이 지나면 타이머에 의해 엘이디가 자동으로 Off되는 구조로 되어 있기 때문에 가령 일반 리모컨으로 적외선 신호를 두, 세번 발사하면 2nd Sensor가 수신하여 타이머에 의해 Off되는 엘이디의 점등 시간을 해제하고 상시 On 또는 상시 Off 상태로 할 수 있으며 이를 특징으로 하는 것이 바람직하다.

2. 인체감지는 초전형적외선센서(PIR Sensor)가 담당하면서, 제2센서(2nd Sensor)는 가스나 흡연의 유무를 판단하는 센서로 활용할 수 있을 것이다.

이때에 만일 흡연을 감지하는 예를 들어 설명한다면, 흡연센서로 활동하는 제2센서(2nd Sensor)가 감지각도 범위 안에서 흡연을 감지한 신호를 신호처리부(Signal Processor)로 보내면 신호처리부 아래에 장착되어 있는 스피커에 의해 '금연실이므로 흡연을 삼가시오!'라는 경고 문구를 음향으로 재생하는 구조를 설계할 수도 있으며 이를 특징으로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 원리로 만일 가스센서를 제3센서(3rd Sensor)로 활용한다면 부엌에서 가스가 누출될 때에 '가스가 누출되고 있으니 가스 밸브를 확인하시오!'라는 경보를 하상단 중앙에 안치되어 있는 스피커에서 음성출력으로 발령할 수도 있을 것이다. 이와 같이 제2센서 및 제3센서는 다양한 목적으로 변형하여 적용될 수 있다는 것을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 설명과 함께 빛을 조사하는 광원으로는 상단 좌우의 인쇄회로에 안치되어 있는 엘이디(LED)가 그 역할을 담당하면서 이러한 시스템이 일체화하여 전등의 구실을 병행하는 구조를 가지게 된다.

이와 같은 원리로 구성된 본 발명은 도 5의 이하와 같은 변형을 꾀할 수도 있으므로 이러한 변형품도 본 발명의 범주에 속한다고 볼 수 있으며 이를 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 변형인 센서소켓컨버터의 외관을 보여주는 사시도인데, 초전형적외선센서(PIR Sensor)를 우상단(右上段:적색 부분)에 안치하며, 제2센서(2nd Sensor)는 좌상단에 위치 변동 없이 안치시키게 되면 도 4의 설명과 같은 효과를 거둘 수 있으므로 이를 특징으로 하는 것이 가장 바람직하다.

즉, 다시 말해서 장시간 사용하는 엘이디(LED)의 수명이 다한다면 본 발명의 나머지 회로도 모두 폐기해야 하거나 가격적인 측면에서 경쟁력 있는 제품을 만들기 위하여 상기의 광원으로 사용하는 엘이디램프(LED Lamp)를 생략하고 도 5의 상단에 안치한 구조인 암소켓을 추가하여 일반전등을 꽂아 사용할 수 있게 하는 것도 바람직하기 때문에 이를 특징으로 한다.

상기와 같은 설명에 의해 본 발명의 변형품과 일반 전등을 병용 사용하는 방법을 설명한 것이 도 6과 같은 예시도인 것이다.

도 7은 녹음집적회로부의 회로도인데 현재 기성품이 많이 사용되고 있기 때문에 자세한 설명은 생략하지만, 본 발명의 내부에 상기 녹음집적회로부를 포함하는 음향장치를 내장하는 것을 특징으로 한다.

도 8은 면광원(面光源))의 일종으로 사무실의 천정에 평면조명식으로 장착하는 설치 예시도인데, 본 발명에서는 면광원의 일 측에 다양한 감지수단, 충전수단, 공기청정수단, 정전대비 수단 등으로 응용할 수 있는 특징이 있기 때문에 본 발명의 핵심기술이라고 할 수 있을 것이다. 그러므로 면광원을 포함한 모든 전등과 센서등의 내부에 상기 기술의 특징을 안치하게 되면, 전등의 표준의 일 예로서 면광원을 들어 설명하자면, 면광원의 일 측에 자외선등과 광촉매코팅부를 추가하고, 대기를 순환시킬 수 있는 순환수단을 추가하여 면광원이 천정에 부착되어 빛을 조사하는 기능 이외에도 공기를 청정하게 유지시킬 수 있는 추가적인 기능을 수행하는 특징을 갖게된다.

또한 면광원의 일 측에 지속적인 인체감지 센싱이 가능한 센싱수단을 추가하여, 사람이 있는 재실(在室)상황과 사람이 없는 무인(無人)상황을 읽어 상기 면광원(모든 전등도 포함된다)을 자동제어할 수 있기 때문에 전력절감의 커다란 장점을 지니게 되는 것이다.

또한 상기 면광원(모든 전등도 포함된다)의 일 측에 정전감지수단과 충전수단을 추가하게 되면 화재 등으로 인한 재난상황 발생시에 상기 면광원 전등이 정전을 스스로 읽어 전등이 온 모드(On Mode)로 전환함과 동시에 상기에 기술한 여러가지 재난대피 방송도 가능하게 되는 장점이 있기 때문에 이를 특징으로 한다.

또한 상기 면광원(모든 전등도 포함된다)의 일 측에 자동제어를 유/무선으로 할 수 있는 기술을 추가하게 되면, 리모컨 또는 컴퓨터 제어를 동해서 유/무선상의 제어가 가능하기 때문에 이 또한 전력절감의 효과를 기대할 수 있는 특징이 있다 할 것이다. 유선상 제어의 일 예로는, 추가적인 유선의 설치가 없어도 상기 전등에 상시 공급되는 교류 전선을 통하여 디지털제어신호를 함께 송출할 수가 있으며, 본 발명의 오토센서등 내부에서 이를 연산 분석하여 자동제어가 가능한 기술을 구현할 수가 있기 때문에 이를 특징으로 할 수 있으며, 전력선통신기술은 다양하게 공지되어 있기 때문에 자세한 설명은 생략하기로 한다.

마지막으로 본 발명의 핵심기술인 도 9를 설명하자면, 도 9는 LM555 Timer Chip을 이용한 시간 지연 스위칭 수단의 기본 회로도라 할 수 있다. 회로상의 영문설명은 2분 동안 스위치가 오프 모드(Off Mode)이고, 1초간 온 모드(On Mode)로 동작할 수 있다는 설명인데, 저항과 컨덴서를 이용하여 임의의 시간 지정은 얼마든지 가능하기 때문에 이 기술을 일반적인 센서등의 센싱회로(Sensing Circuit)에 연동시키면, 가령 초전형적외선센서(PIR Sensor)가 인체를 감지하여 2분10초 동안 전등을 온 모드(On Mode) 시킨 후에 오프 모드(Off Mode)로 전환하고 있다고 가정한다면 이 단점을 개선시켜, 상기 초전형적외선센서를 2분 이내에 다시 재동작(리셋:Reset) 시켜서 인체감지동작회로를 재가동시킬 수 있기 때문에; 사람이 감지범위 안에 있는 동안에는 계속해서 전등의 온 모드(On Mode)를 유지시킬 수 있는 핵심적인 특징을 가질 수 있게 되는 것이다.

그러므로 상기 LM555 또는 다른 타이머 회로부를 이용한 시간지연 회로를 일반적인 센서등의 인체감지회로에 적용시키면, 특출한 기능이 추가되기 때문에 보다 지속적인 인체감지가 가능한 기술을 구현할 수 있게 되는 것이다.

그동안 기존의 특허를 살펴 보면, 상기 초전형적외선센서의 외주면 상부에 모터에 의해 작동하는 부채꼴의 기계식 가리개로 상기 센서의 감지기능을 일시 중단시킨 후에 다시 센싱 시키는 방식 등등이 제안되고 있는데, 이는 모터와 메카니즘의 추가적인 비용이 발생하고 고장 확률 또한 많기 때문에 본 발명의 도 9와 같은 방식이 가장 바람직하다 할 것이며, 지속적인 인체감지센서 기술은 적어도 두 개 이상의 센서를 이용한다면 모두가 쉽게 구현이 가능하기 때문에, 본 발명에 대한 기술의 구성과 청구의 특징 외에 당업자라면 쉽게 기술의 추가 구성 및 응용이 가능한 경우에도 이를 본 발명의 범주 안에 두는 것은 당연하다 할 것이다.

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이상으로 도면을 통하여 본 발명품의 동작원리를 상술하였으나, 다시 한번 본 발명의 핵심을 설명하여 정리해 본다.

태양과 달을 대신하여 빛을 내는 구조인 조명수단을 갖춘 전등에 있어서,

감지용 센서인 인체감지 또는 동작감지 등을 추가하여 일반적으로 많이 쓰이는 센서등(Sensor Lamp)의 범용회로인 인체감지센서회로부 또는 감지센서회로부 중에서 적어도 하나의 회로부에 일정시간 후에 재동작하는 타이머 기능을 추가 연결시켜; 임의의 지정시간이 흐르고 나면 상기 적어도 하나의 감지센서를 다시금 재동작시키는 것을 타이머에 의해 반복 수행하게 하여; 인체가 있을 경우에는 지속적으로 전등이 켜져 있는 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 오토센서등인 것이 가장 바람직하다.

이를 응용하면 일반 센서등의 회로부에 타이머회로만 추가하면 되기 때문에 저렴한 경비로 지속적인 인체감지 센싱(Sensing)이 가능한 오토센서등을 구현할 수가 있는 것이다.

또한 일반적인 전등에 있어서,

인체감지센서, 동작감지센서, 일반감지센서 중에서 적어도 두 개를 추가하고; 일정시간 후에 재동작하는 타이머 기능을 추가 연결시켜; 임의의 지정시간이 흐르고 나면 상기 적어도 하나의 감지센서를 재동작 시키는 것을 반복하여 인체가 있을 경우에는 지속적으로 전등이 켜져 있는 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 오토센서등인 것 또한 바람직하다.

이를 응용하면 일반 전등에 속하는 백열등, 삼파장형광등, 엘이디램프, 면광원 등등의 회로부에 적어도 두 개의 센서를 동작시켜 지속적인 인체감지 및 동작감지 센싱(Sensing)이 가능한 오토센서등을 구현할 수가 있는 것이다.

그리고 소켓부를 갖춘 전등(백열등, 삼파장형광등, 엘이디램프 등등)에 있어서,

상기 전등의 일 측에 인체감지센서, 동작감지센서, 또는 일반감지센서 중에서 적어도 하나를 추가하여 소켓전등 자체의 내부에서 센싱회로를 갖추는 것을 특징으로 하는 소켓부를 내장한 센서등도 유용하다 할 것이며; 일정시간 후에 재동작하는 타이머 기능도 추가하여; 임의의 지정시간에 상기 적어도 하나의 감지센서를 재동작 시키는 것을 특징으로 하는 오토센서등도 매우 유용할 것이다.

또한 상기에서 거론하는 모든 전등의 일 측에 콘덴서, 축전지, 충전수단 중에서 적어도 하나를 추가하여 내장시키면, 가령 정전이 되었을 때와 비상을 요할 시에 자동으로 상기 전등을 온 모드(On Mode)로 전환시키기 때문에 이를 특징으로 하는 오토센서등도 재난대비용 전등으로는 바람직할 것이다.

그리고 다른 응용방법으로는 상기 전등(백열등, 삼파장형광등, 엘이디램프, 면광원 등등)의 일 측에 공기를 정화하는 공기청정부 또는 공기살균부 중에서 적어도 하나를 추가하여 내장하게 하면 공항이나 여객 대합실, 식당 등등의 사람이 많이 몰리는 장소에서 유해한 대기질을 살균/정화시킬 수 있기 때문에 이를 특징으로 하는 오토센서등인 것도 매우 바람직하다 할 것이다.

또한 상기 전등(백열등, 삼파장형광등, 엘이디램프, 면광원 등등)의 메인등이 켜지기 전에는 전류 소비가 적은 보조등이 켜져 있게 한다면, 현재의 센서등이 갖는 결점을 보완해 줄 수 있기 때문에 방범 취약지역의 센서등을 어두운 모드에서 항상 희미하게라도 켜져 있게 할 수 있기 때문에 이 방법 또한 유용하다 할 것이다.

상기에 더해서 바람직한 실용의 방법을 추가해 보자면, 본 오토센서등의 우수한 특징으로는 상기 전등의 일 측에 상기 전등을 유선 또는 무선으로 제어할 수 있는 자동제어부를 추가하여 내장하는 것을 특징으로 하는 실용 예를 들 수도 있는데; 이렇게 구성한다면 다수개의 전등을 동시에 가령 스마트폰을 이용해서 온/오프 원격제어(On/Off Remote Control)하거나, 유선으로 상기 전등에 공급되는 교류전선을 타고 제어신호를 병행해서 보내게 하여 자동제어를 할 수도 있는 유/무선으로 얼마든지 전등의 제어가 가능한 시스템을 구축할 수도 있게 되는 오토센서등 시스템 구성도 가능하기 때문에 이를 특징으로 하는 것 또한 바람직하다 할 것이다.

본 발명은 구조가 간단하며, 가격이 저렴하여 경제적이고, 종래기술의 한 가지 기능을 할 수 있는 전등보다 월등히 향상된 자동제어라는 부가 기능을 가질 수 있으며, 점등과 동시에 인체감지기가 작동하여 지속적 점등모드를 구현해 줄 수 있기 때문에 획기적으로 전력절감을 얻을 수 있으며, 조명의 밝기가 균일하여 눈부심 방지가 탁월한 시너지 효과도 기대할 수 있는 등등, 여러 가지 장점을 구현할 수가 있는 것이다.

본 발명품은 일반적인 센서등의 단점을 보완하여 인체감지를 지속적으로 할 수 있기 때문에 보다 효율적으로 전력을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 그리고 일반 센서등의 단점을 보완함과 동시에 일반 가정이나 사무실에서 쓰이는 전등 또한 본 발명의 오토센서등으로 교체하게 되면, 사람이 실내에 있는 재실(在室)상황일 경우에는 항상 전등이 켜져 있으며, 사람이 없는 무인(無人)상황에서는 자동으로 전등이 꺼지기 때문에 보다 지능적으로 전력을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

2nd PCB: 전원부 겸 정전감지, 종합신호처리부의 기능을 한다.
1st PCB: PIR Sensor와 Photo Sensor 그리고 추가되는 센서들의 신호를 종합적으로 제어하는 PCB(Printed Circuit Board)이다.
Control Board1 & Board2: 상기 PCB의 동작상황을 조작할 수 있는 제어판이다.
Rechargeable Battery: 충전식 전지를 말한다. 평상시에는 교류전원을 충전제어부에 의해 직류로 받아 충전을 실시하며, 정전 등의 비상시에는 충전된 전력으로 전등을 온(On) 시키는 작업을 수행한다.

Claims (7)

1. 전등에 있어서,
   감지용으로 추가하여 센서등으로 활용하는 인체감지센서회로부 또는 감지센서회로부 중에서 적어도 하나의 회로부에 일정시간 후에 재동작하는 타이머 기능을 추가하여;
   임의의 지정시간에 상기 적어도 하나의 감지센서를 재동작 시키는 것을 특징으로 하는 오토센서등.
2. 전등에 있어서,
   인체감지센서, 동작감지센서, 일반감지센서 중에서 적어도 두 개를 추가하고;
   일정시간 후에 재동작하는 타이머 기능을 추가하여;
   임의의 지정시간에 상기 적어도 하나의 감지센서를 재동작 시키는 것을 특징으로 하는 오토센서등.
3. 소켓부를 갖춘 전등에 있어서,
   상기 전등의 일 측에 인체감지센서, 동작감지센서, 또는 일반감지센서 중에서 적어도 하나를 추가하고;
   일정시간 후에 재동작하는 타이머 기능을 추가하여;
   임의의 지정시간에 상기 적어도 하나의 감지센서를 재동작 시키는 것을 특징으로 하는 오토센서등.
4. 상기 청구항 1항, 2항, 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 전등의 일 측에 콘덴서, 축전지, 충전수단 중에서 적어도 하나를 추가하여 내장하는 것을 특징으로 하는 오토센서등.
5. 상기 청구항 1항, 2항, 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 전등의 일 측에 공기를 정화하는 공기청정부 또는 공기살균부 중에서 적어도 하나를 추가하여 내장하는 것을 특징으로 하는 오토센서등.
6. 상기 청구항 1항, 2항, 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 전등의 메인등이 켜지기 전에는 전류 소비가 적은 보조등이 켜져 있는 것을 특징으로 하는 오토센서등.
7. 상기 청구항 1항, 2항, 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 전등의 일 측에 상기 전등을 유선 또는 무선으로 제어할 수 있는 자동제어부를 추가하여 내장하는 것을 특징으로 하는 오토센서등.
   

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