KR20210034969A - Uvb led 전반 조명장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Uvb led 전반 조명장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내에 설치되어 UVB LED 전반 조명장치(LED) 조명장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내에서 생활하는 사용자의 건강을 해치지 않는 안전한 자외선 광량을 제공하고, 사용자에게 필요한 최적의 비타민D를 생성할 수 있도록 하는 UVB LED 전반 조명장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

Description

UVB LED 전반 조명장치 및 그 제어 방법{Ultraviolet-B emitting type light emitting diode overall lighting apparatus and control method of thereof}
본 발명은 실내에 설치되어 중파장 자외선 조사용 발광다이오드 전반 조명장치(Ultraviolet-B emitting type light emitting diode: 이하 "UVB LED"라 함) 조명장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내에서 생활하는 사용자의 건강을 해치지 않는 안전한 자외선 광량을 제공하고, 사용자에게 필요한 최적의 비타민D를 생성할 수 있도록 하는 UVB LED 전반 조명장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
태양광은 지구의 자연계에 지대한 영향을 주는 요소로, 적외선, 가시광선, 자외선 등을 포함한다.
태양광의 자외선은 315~400nm의 장파장 자외선(Ultraviolet A: UVA), 280~315nm의 중파장 자외선(Ultraviolet B: UVB), 200~280nm의 단파장 자외선(Ultraviolet C: UVC)으로 구성된 200~400nm 파장 대역의 전자기파다. 이중 UVC와 UVB는 대부분 오존층에 흡수되고 전체 자외선 중 10~30%의 UVB와 UVC가 지표에 도달하여 인체 건강에 영향을 미친다.
자외선에 과다 노출될 경우에는 인체에 유해하며, UVA는 피부 노화를 촉진하고, UVB는 피부암을 유발할 수 있다. 또한 315nm 이하의 파장은 각막염이나 백내장을 유발하는 등 안구에 좋지 않은 영향을 미친다.
그러나 자외선 중 UVB에 대한 적정 노출은 인체 건강을 위한 중요 요소인 비타민D의 합성을 지원하고 정신 건강에 도움을 주는 등 인체 건강에 유익하게 작용한다. 이렇듯 태양광의 자외선은 노출 정도에 따라 인체에 유해하거나 유익할 수 있다.
그러나 많은 사람은 자연광에 대한 노출 시간이 절대적으로 부족한 실정이며, 그에 따른 비타민D 결핍의 문제가 부각되고 있다.
비타민D의 결핍은 구루병, 골연화증, 근력 약화 등을 유발하며, 당뇨병, 고혈압, 심근경색 등의 발병 위험률을 증가시킨다. 이러한 이유로 비타민D는 인체 건강 유지를 위한 필수 요소로 인식되고 있다.
따라서 사람에게 비타민D를 보충할 수 있는 다양한 방법들이 연구되어 소개되고 있다. 체내 비타민D는 음식물이나 보충제를 섭취하거나 자외선B에 대한 피부 노출을 통해서 생성된다. 그러나 섭취를 통한 비타민D의 지원은 제한적인 것으로 알려져 있다. 반면 태양광은 짧은 노출을 통해서도 충분한 양의 비타민D의 생성을 지원할 수 있다.
그러나 최근 현대인들은 자외선을 포함하고 있지 않은 항시 고정된 밝기의 실내 빛 환경에서 오랜 시간 생활함에 따라 자연광 노출 시간이 감소하여 비타민D의 결핍 문제에 직면해 있다.
이러한 비타민D 결핍 문제를 해소하기 위해, UVB 자외선을 조사하는 UVB 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)가 적용된 UVB 조사 장치가 소개되고 있다. 그러나 이러한 UVB 조사 장치는 일정한 거리에서 특정 신체 부위를 노출해야 하는 등의 사용상 제약이 있는 치료를 위한 특수조명이라는 한계가 있다. 치료를 위한 특수조명은 사용자가 비용과 시간을 들여 의식적으로 기구를 사용해야 하므로 태양광처럼 일상생활에서 자연스럽게 UVB 광량을 제공하지는 못한다.
따라서 태양광처럼 일상생활에서 자연스럽게 UVB 광량을 제공할 수 있고, 적정량의 비타민D 생성을 지원하면서도 안전한 전반 조명 장치의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1562208호(2015.10.26.공고)
따라서 본 발명의 목적은 실내에서 생활하는 사용자의 건강을 해치지 않고 안전한 자외선 광량을 제공하고, 사용자에게 필요한 최적의 비타민D를 생성할 수 있도록 하는 UVB LED 전반 조명장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 UVB LED 전반 조명장치 조명장치는: 실내 공간에 설치되고, 설정된 밝기의 가시광을 조사하는 제1광원부 및 설정된 광량의 UVB 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 UVB 광원을 구비하는 제2광원부를 포함하여 상기 가시광 및 UVB 광을 포함하는 전반 조명을 제공하는 조명모듈; 바닥에서 상기 조명모듈이 설치된 높이에 대한 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간에 대한 조명 설정정보를 저장하는 저장부; 및 조명이 온되면 상기 저장부의 조명 설정정보에 따라 상기 조명모듈을 제어하여 상기 전반 조명을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 저장부는, 높이별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 조명모듈의 높이를 획득하고, 높이에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 UVB 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는: 상기 조명모듈에 설치되어 조명모듈에서 바닥까지의 거리인 높이를 측정하여 출력하는 거리 측정부; 및 경보를 발생하는 경보부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 조명이 온되면 상기 거리 측정부를 구동하여 상기 높이를 측정하고, 측정된 높이가 상기 높이 설정정보의 높이보다 일정치 이상 벗어나면 상기 경보부를 통해 높이가 낮거나 높음을 경보하는 설치 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 높이별 설정 DB는, 높이별 서로 다른 가시광 밝기 정보를 더 포함하는 높이별 조명 설정정보를 포함하고, 상기 제어부의 조명 설정부는, 상기 거리 측정부에서 측정되는 거리에 대응하는 가시광 밝기 정보에 따라 가시광 밝기를 설정하는 조명 설정부를 더 포함하되, 상기 조명 제어부는, 설정된 상기 가시광 밝기에 따라 제1광원부의 가시광 밝기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는: 이동신호 및 선택신호를 출력하는 입력부; 및 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 높이별 설정 DB의 조명 설정정보는, 피부색별 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 정의한 면적별 조명 설정정보를 더 포함하되, 상기 제어부의 UVB 설정부는, 상기 피부색 및 높이에 대응하는 조명 설정정보를 결정하고, 설정된 조명 설정정보에 따라 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는: 상기 조명모듈에 설치되어 조명이 조사되는 광 조사영역을 촬영한 광 조사영역 영상을 출력하는 카메라부를 더 포함하고, 상기 높이별 설정 DB의 조명 설정정보는, 면적별 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 정의한 면적별 조명 설정정보를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 카메라부를 제어하여 상기 광 조사영역 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 광 조사영역 영상에서 사람을 검출하고, 검출된 사람의 노출된 적어도 하나 이상의 피부 영역을 관심영역으로 검출하여 출력하는 관심영역 검출부; 및 상기 관심영역의 면적인 피부 노출 면적을 계산하는 피부 노출 면적 계산부를 더 포함하고, 상기 조명 설정부는, 상기 피부 노출 면적에 대응하는 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1광원부는 500lux 밝기의 가시광을 조사하고, 상기 제2광원부는, 20mW의 출력을 가지는 4개의 UVB 광원을 포함하고, 상기 높이는 2.4m 내지 2.8m이고, 상기 조사시간은 16시간이며, 상기 UVB 광의 광량은 상기 높이 20mW의 4개의 UVB 광원, 및 상기 높이 및 조사시간을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 UVB LED 전반 조명장치 조명장치의 제어방법은: 제어부가 조명이 온되면 저장부의 조명 설정정보를 로드하여 적용하는 설정정보 설정 과정; 및 제어부가 상기 설정된 조명 설정정보에 따라 실내 공간에 설치되고 설정된 밝기의 가시광을 조사하는 제1광원부 및 설정된 광량의 UVB 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 UVB 광원을 구비하는 제2광원부를 포함하여 상기 가시광 및 UVB 광을 포함하는 전반 조명을 제공하는 조명모듈을 제어하여 전반 조명을 제어하는 조명 제어 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 설정정보 설정 과정은, 상기 제어부가 상기 조명모듈의 높이를 획득하는 높이 획득 단계; 및 상기 제어부가 높이별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB로부터 상기 높이에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 높이 획득 단계는, 상기 제어부가 조명모듈에 설치되어 조명모듈에서 바닥까지의 높이를 측정하여 출력하는 거리 측정부를 구동하는 거리 측정부 구동 단계; 및 상기 제어부가 상기 거리 측정부로부터 높이를 획득하는 높이 획득 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은: 상기 제어부가 상기 거리 측정부를 통해 상기 높이가 측정되면 측정된 높이가 상기 높이 설정정보의 높이보다 일정치 이상 벗어났는지를 판단하여 벗어났으면 경보부를 통해 높이가 낮거나 높음을 경보하는 경보 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 설정정보 설정 과정은, 상기 제어부가 디스플레이부 및 입력부를 통해 사용자로부터 피부색을 선택 또는 획득하는 피부색 획득 단계를 더 포함하고, 상기 설정 단계는, 상기 제어부가 피부색 및 높이별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB로부터 상기 피부색 및 높이에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은: 카메라를 통해 상기 조명모듈이 설치되어 조명이 조사되는 광 조사영역을 촬영한 광 조사영역 영상을 획득하는 영상획득 과정을 더 포함하되, 상기 설정정보 설정 과정은, 상기 제어부가 상기 조명모듈의 높이를 획득하는 높이 획득 단계; 상기 영상 획득 과정에서 획득된 광 조사영역 영상에서 사람을 검출하고, 검출된 사람의 피부 노출 면적을 측정하는 피부 노출 면적 측정 단계; 및 상기 제어부가 높이 및 피부 노출 면적별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB로부터 상기 높이 및 피부 노출 면적에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 피부 노출 면적 측정 단계는, 상기 제어부가 상기 광 조사영역 영상에서 사람을 검출하는 사람 검출 단계; 상기 제어부가 검출된 상기 사람의 노출된 적어도 하나 이상의 피부영역을 관심영역으로 검출하여 출력하는 관심영역 검출 단계; 및 상기 제어부가 상기 관심영역의 면적인 피부 노출 면적을 계산하는 피부 노출 면적 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 특수 조명장치가 아닌 실내조명장치와 같은 전반 조명장치의 형태로 제공하므로 사용자가 태양광처럼 일상생활에서 자연스럽게 UVB에 노출되도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용자가 일상생활에서 자연스럽게 UVB에 노출되도록 하되, 사용자에게 필요한 적정량의 비타민D를 생성할 수 있는 UVB 광량 및 인체에 해롭지 않은 UVB 광량과 시간을 적용하여 UVB 광을 제공하므로 UVB에 과다하게 노출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 사용자의 신체가 적절한 비타민D의 생성할 수 있도록 유도하고 UVB의 과다노출에 대한 안정성 및 신뢰성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용자가 UVB에 적정하게 노출될 수 있도록 설계된 대로 조명모듈을 설치할 수 있도록 바닥으로부터 적정 범위를 벗어나 설치되는 경우 경보를 발생하므로 사용자의 안전성을 보장하고 신뢰성을 줄 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 피부색, 즉 인종에 따른 적정 비타민D를 생성할 수 있는 UVB 광량 제어를 수행할 수 있고, 조명모듈의 설치 높이에 따른 UVB 광량 제어를 수행할 수 있도록 하므로 사용자에게 안정성 및 신뢰성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 카메라를 통해 UVB 조사영역을 촬영하고, 촬영된 영역의 사람 및 그 사람의 피부를 검출하고, 검출된 피부의 면적을 추정하여 노출 피부 면적에 따른 UVB 광량 제어를 수행하므로 보다 높은 안전성 및 신뢰성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 UVB LED 전반 조명장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 UVB LED 전반 조명장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 조명장치 제어 방법 중 사용자의 피부색, 설치 조건에 따른 UVB 광량 설정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치에서 조사되는 광의 분광분포 및 일반적인 발광다이오드 조명장치에서 조사되는 광의 분광분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치의 분광분포와 화학적 위해 가중함수를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 UVB LED 전반 조명장치의 구성 및 동작을 상세히 설명하고, 상기 장치에서의 생체리듬 유지 조명 제어 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 UVB LED 전반 조명장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 UVB LED 전반 조명 장치는 조명모듈(10), 저장부(70) 및 제어부(80)를 포함하고, 실시예에 따라 입력부(20), 거리 측정부(30), 디스플레이부(40), 경보부(50) 및 카메라부(60)를 더 포함할 수 있을 것이다.
조명모듈(10)은 제1광원부(11) 및 제2광원부(12)를 포함하고, 실내 공간의 천장 및 벽 측면 상단부 등에 설치되어 아래 방향으로 광을 조사한다. 조명모듈(10)은 전반 조명을 위해 천장에 설치되는 것이 바람직하며, 바닥으로부터 일정 높이 이상에 설치되는 것이 바람직할 것이다. 상기 일정 높이는 2.4m, 2.8m 등이 될 수 있을 것이다.
특히, 본 발명의 조명모듈(10)은 자외선 및 가시광을 포함하는 광을 조사한다.
제1광원부(11)는 실내 공간에 조명모듈(10)로부터 1.5m의 거리에서 500Lux의 밝기의 가시광이 제공될 수 있도록 다채널의 화이트 발광다이오드(White LED)로 구성될 수 있을 것이다.
제2광원부(12)는 적어도 하나 이상의 UVB 광을 조사하는 자외선 광원(13)을 포함한다. 상기 자외선 광원(13)은 조명모듈(10)에서 조사되는 UVB 광의 광량을 조절하기 위해 둘 이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 자외선 광원(13)은 전류량의 출력 제어가 가능한 UVB LED 광원인 것이 바람직하고, 상기 자외선 광원(13)의 수는 4개인 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 자외선 광원(13)의 출력 규격은 20mW 또는 100mW일 수 있으며, 20mW인 것이 바람직할 것이다.
입력부(20)는 조명모듈(10)을 켜고 끄기 위한 온/오프 스위치와, 전후좌우 이동신호를 출력하는 검색버튼 및 선택신호를 출력하는 선택버튼을 포함하는 버튼입력장치를 포함할 수 있을 것이다.
거리 측정부(30)는 물리적으로 조명모듈(10)에 설치되고, 적외선 센서, 초음파 센서 등 중 어느 하나를 포함하여 천장 등에 설치된 조명모듈(10)에서 바닥까지의 높이를 측정하여 제어부(80)로 출력한다.
디스플레이부(40)는 텍스트(Text) 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LED), 그래픽 LCD 등 중 어느 하나를 적용할 수 있으며, 다양한 정보를 텍스트, 그래픽 등 중 어느 하나 이상으로 표시한다.
경보부(50)는 제어부(80)의 제어를 받아 경보를 발생한다. 상기 경보는 음성, 부저음 등과 같은 오디오 경보일 수도 있고, 광의 조사 및 광을 점멸하는 등의 시각 경보일 수도 있을 것이다. 전자의 경우, 상기 경보부(50)는 스피커를 포함하여 제어부(80)로부터 입력되는 오디오 신호에 따란 부저음을 발생시키는 부저일 수도 있고, 제어부(80)로부터 입력되는 오디오 데이터에 따른 음성 등의 오디오를 출력하는 오디오 처리 장치일 수도 있을 것이다. 그리고 후자의 경우, 상기 경보부(50)는 적색, 노랑, 파랑 등을 표시하는 발광다이오드 등이 될 수도 있을 것이다. 후자의 경우, 디스플레이부(40) 및 조명모듈(10)을 이용하여 경보를 발생하도록 구성될 수도 있을 것이다.
카메라부(60)는 상기 조명모듈(10)에 설치되어 조명모듈(10)에서 출사되는 광이 조사되는 영역인 광 조사영역을 촬영하여 광 조사영역 영상을 제어부(80)로 출력한다.
저장부(70)는 본 발명에 따른 발광다이오드 전반 조명장치의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어프로그램을 저장하는 프로그램영역, 상기 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 일시 저장하는 임시영역, 상기 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터 및 상기 제어프로그램 수행에 필요한 데이터를 반영구적으로 저장하는 데이터영역을 포함한다. 본 발명에 따라 상기 데이터영역에는 높이별 설정 DB(71)를 포함할 수 있을 것이다.
상기 높이별 설정 DB(71)는 높이별로, 가시광 조도, UVB 광의 광량, UVB 광 조사시간 등의 정보를 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장한다. 또한, 실시예에 따라 상기 높이별 설정 DB(71)는 피부색("인종"을 의미할 수 있음)별 가시광 조도, UVB 광의 광량, UVB 광 조사시간 등의 정보를 포함하는 피부색별 조명 설정정보를 저장할 수도 있을 것이다.
또한, 실시예에 따라 상기 높이별 설정 DB(71)는 나이별 가시광 조도, UVB 광의 광량, UVB 광 조사시간 등의 정보를 포함하는 아이별 조명 설정정보를 저장할 수도 있을 것이다.
또한, 실시예에 따라 상기 높이별 설정 DB(71)는 UVB 광에 노출되는 사람의 피부 노출 면적에 따른 피부 노출 면적별 가시광 밝기, UVB 광의 광량, UVB 광의 조사시간 등의 정보를 포함하는 피부 노출 면적별 조명 설정정보를 저장할 수도 있을 것이다.
또한, 실시예에 따라 상기 높이별 설정 DB(71)는 상기 높이 및 피부색, 높이 및 피부 노출 면적, 높이, 피부 및 피부 노출 면적. 나이 및 피부색, 나이 및 높이, 나이 및 피부 노출 면적, 나이, 피부색, 피부 노출 면적 등에 따른 조합별 가시광 밝기, UVB 광의 광량, UVB 광의 조사시간 등의 정보를 포함하는 복합적 구성별 조명 설정정보를 저장할 수도 있을 것이다.
상기 높이, 피부색, 피부 노출 면적 등에 따른 UVB 광량 및 UVB 광의 조사시간은 일정량 이상의 비타민D 생성을 지원할 수 있으면서도 인체의 건강을 해치지 않도록 설정된다. 피부색이 황색인 동양인의 경우, 상기 인체의 건강을 해치지 않도록(홍반 등이 발생하지 않도록) 하기 위한 홍반자외선복사량(Erythemally weighted UV radiation: EUV)B는 0.15W/m2일 수 있으며, 상기 목표 비타민D 생성 지원 양은 상기 EUVB가 0.15W/m2인 강도에서 12분간 노출되었을 때 생성할 수 있는 200IU 등이 될 수 있을 것이다.
즉, 본 발명에 따른 조명모듈(10)을 통해 200IU 이상의 비타민D 합성을 지원하기 위해서는 0.15W/m2*720S =108J/m2(Joule=Watt*Time[24]) 이상의 EUVB가 투여되어야 한다.
또한, 상기 신체 노출 면적에 따라 UVB 광의 광량 및 광 조사시간은 달라진다. 예를 들어 신체 노출 면적이 9~15%일 때, 목표 EUVB 투여량은 70J/m2일 수 있을 것이다. 이 경우 20mW, 100mW의 자외선 광원(13)에 350mA의 전류를 16시간 동안 인가할 경우 각각 88J/, 304J/ 의 UV를 투여할 수 있으므로 70J/m2 이상의 EUVB 투여량을 제공하기 위해서 상기 자외선 광원(13)은 20mW의 UVB LED 4개를 적용하는 것이 바람직할 것이다.
제어부(80)는 본 발명에 따른 UVB LED 전반 조명장치의 동작을 제어하는 것으로, 저장부(70)에 미리 저장된 조명모듈(10)의 일정 설치 높이에 대한 UVB 광의 광량 및 UVB 광의 조사시간을 포함 조명 설정정보에 따라 조명모듈(10)을 제어하여 실내의 가시광 밝기, UVB 광의 광량(UVB 투여량)의 광을 상기 조사시간 동안 조사한다. 상기 제어부(80)는 일 단위로 상기 조사시간의 조사여부를 판단하고, 상기 조사시간을 초과하는 경우 제1광원부(11)만 오프하여 가시광만 제공하도록 구성될 수 있을 것이다. 또한 상기 제어부(80)는 일 단위로 상기 조사시간을 초기화하도록 구성될 수도 있을 것이다.
또한, 다른 실시예에 따라 상기 제어부(80)는 높이 획득부(81), 피부색 획득부(82), 피부 노출 면적 획득부(83), UVB 설정부(87), 설치 경보부(88), 조명 설정부(89) 및 조명 제어부(90)를 포함하여 LED 전반 조명장치의 전반적인 동작을 제어하도록 구성될 수도 있을 것이다.
구체적으로 설명하면, 상기 높이 획득부(81)는 입력부(20) 및 디스플레이부(40)를 통해 높이를 입력받아 획득하거나, 거리 측정부(30)로부터 높이를 수신하여 획득하고, 획득된 높이를 UVB 설정부(87) 및 조명 설정부(89)로 제공한다.
피부색 획득부(82)는 입력부(20) 및 디스플레이부(40)를 통해 피부색을 입력 또는 선택받아 획득하여 UVB 설정부(87) 및 조명 설정부(89)로 제공한다.
상기 제어부(80)는 상기 입력부(20)로부터 입력되는 이동신호에 따라 변경되는 피부색 설정(메뉴) 및 높이 설정(메뉴)을 상기 디스플레이부(40)에 표시하고, 선택 신호의 입력 시 디스플레이부(40)에 표시된 피부색 설정 및 높이 설정 중 어느 하나가 선택되면 높이 획득부(81) 및 피부색 획득부(82) 중 대응하는 하나를 구동시킨다.
피부색 설정의 선택 시 피부색 획득부(82)는 입력부(20)의 이동신호에 따라 다수의 피부색을 변경하면서 선택신호에 의해 피부색이 선택되면 선택된 피부색에 대한 정보를 UVB 설정부(87) 및 조명 설정부(89)로 제공하고, 높이 설정의 선택 시 높이 획득부(81)는 이동신호에 따라 설치 높이를 변경하면서 선택신호에 의해 높이가 결정되면, 결정된 높이에 대한 정보를 UVB 설정부(87) 및 조명 설정부(89)로 제공한다.
피부 노출 면적 획득부(83)는 영상 획득부(84), 관심영역 검출부(85) 및 피부 노출 면적 계산부(86)를 포함하여, 입력부(20) 및 디스플레이부(40)를 통해 피부 노출 면적을 입력 또는 선택받아 획득하거나, 카메라부(60)로부터 입력되는 광 조사영역 영상으로부터 사람의 노출된 피부를 검출하고 검출된 노출 피부 영역에 대한 피부 노출 면적을 계산하여 획득하여 상기 UVB 설정부(87) 및 조명 설정부(89)로 제공한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 영상 획득부(84)는 카메라부(60)를 구동하여 광 조사영역 영상을 획득하여 관심영역 검출부(85)로 출력한다.
관심영역 검출부(85)는 입력된 광 조사영역 영상에서 사람을 검출하고, 검출된 사람의 신체 중 적어도 하나 이상의 노출영역을 관심영역으로 검출하여, 관심영역을 피부 노출 면적 계산부(86)로 출력한다.
피부 노출 면적 계산부(86)는 상기 관심영역 검출부(85)로부터 노출 영역이 입력되면 노출 영역들 각각에 대한 면적을 계산한 후 합산하여 피부 노출 면적을 계산하여 UVB 설정부(87) 및 조명 설정부(89)로 출력한다.
상기 UVB 설정부(87)는 상기 조명모듈의 높이를 획득하고, 높이에 따른 조명 설정정보를 높이별 설정 DB(71)로부터 로드하여 설정한다. 상기 높이는 상기 높이 획득부(82)를 통해 획득할 수 있을 것이다.
또한, 상기 UVB 설정부(87)는 피부색 획득부(82)로부터 출력되는 피부색 및 피부 노출 면적 획득부(83)로부터 피부 노출 면적 중 어느 하나 이상을 더 입력받고, 높이를 포함하고 상기 피부색 및 피부 노출 면적 중 어느 하나 이상을 포함하는 조명 설정정보를 높이별 설정 DB(71)로부터 로드하여 설정한다.
설치 경보부(88)는 제어부(80)의 구동 시 높이 획득부(81)로부터 획득되는 높이가 실시예에 따라 미리 설정된 기준 높이 또는 다른 실시예에 따라 UVB 설정부(81)에 의해 설정된 기준 높이를 비교하여 측정 높이가 기준 높이의 일정 범위에서 벗어났는지를 검사하고, 일정 범위를 벗어난 경우 범위를 벗어난 형태에 따라 경보부(40)를 통해 조명모듈(10)의 설치 높이가 높게 설치되었거나 낮게 설치되었음을 경보한다. 상기 기준 높이는 일반 건물의 천정 높이인 2.4m, 2.8m 등이 될 수도 있고, 상기 2.4m, 2.8m에서 조명모듈(10)의 높이를 고려한 높이가 될 수 있을 것이다.
조명 설정부(89)는 상기 높이 획득부(81), 피부색 획득부(82) 및 피부 노출 면적 획득부(83) 중 어느 하나 이상으로부터 입력되는 높이, 피부색 및 피부 노출 면적 중 어느 하나 이상에 대응하는 조명 설정정보의 가시광 밝기 정보를 로드하여 설정한다.
조명 제어부(90)는 상기 UVB 설정부(87) 및 조명 설정부(89)에 의해 설정된 조명 설정정보에 따라 상기 조명모듈(10)의 제1광원부(11) 및 제2광원부(12)를 제어하여 조명모듈(10)에서 조사되는 가시광의 밝기, UVB 광원의 광량 및 UVB 광원의 조사시간을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 UVB LED 전반 조명장치 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 우선 제어부(80)는 일간 타이머를 구동하여 1일 시간을 카운트한다(S111). 즉, 제어부(80)는 00:00부터 24:00까지 주기적으로 반복하여 카운트를 수행한다.
1일 시간이 카운트되기 시작하면 제어부(80)는 입력부(20)의 조명 스위치의 조작에 의해 조명이 온되는지를 모니터링한다(S113).
조명이 온되면 제어부(80)는 일 단위로 카운트되어 누적 저장되는 제2광원부(12)를 통해 조사되는 UVB 광의 조사시간이 조명 설정정보의 UVB 광의 조사시간(이하 "기준 조사시간"이라 함)을 초과했는지를 판단한다(S115).
카운트되어 저장된 조사시간이 기준 조사시간을 초과했으면 제어부(80)는 UVB 광원부인 제2광원부(12)를 오프하고, 가시광 광원부인 제1광원부(11)만 온시킨다(S133).
반면, 카운트되어 저장된 UVB 광 조사시간이 상기 기준 조사시간을 초과하지 않았으면 제어부(80)는 제1광원부(11) 및 제2광원부(12)를 모두 온시킨다(S125).
실시예에 따라 상기 카운트되어 저장된 UVB 광 조사시간이 상기 기준 시간을 초과하지 않은 것으로 판단되었을 때, 제어부(80)는 거리 측정부(30)를 제어하여 조명모듈(10)에서 바닥까지의 높이를 측정하고(S117), 측정된 높이가 조명 설정정보에 설정된 높이(이하 "기준 높이"라 함)로부터 일정 범위 이내인지를 판단하고(S119), 측정된 높이가 기준 높이로부터 일정 범위를 벗어난 것으로 판단되면 경보부(50)를 통해 경보를 발생시키도록 구성될 수 있을 것이다(S121). 상기 경보는 입력부(20)를 통해 경보 해제 명령이 입력될 때까지 발생되도록 구성될 수 있을 것이다(S123).
따른 다른 실시예에 따라 조명모듈(10)의 최초 구동시에만 상술한 S117 내지 S123을 수행하도록 구성될 수도 있을 것이다.
상기 제1광원부(11) 및 제2광원부(12)가 모두 온되면 제어부(80)는 일간 제2광원부(12)의 UVB 광 조사시간을 카운트하여 지속적으로 누적 저장한다(S127).
상기 UVB 광 조사시간이 카운트되기 시작하면 제어부(80)는 다시 UVB 광 조사시간이 기준 조사시간을 초과하는지를 검사하고(S129), 기준 조사시간을 초과하면 제2광원부(12)를 오프하고(S133), 초과하지 않으면 설정된 UVB 광의 광량 및 가시광 밝기에 따른 조명 제어를 수행한다(S131).
상술한 S127 내지 S133의 과정은 조명이 오프될 때까지 지속적으로 반복 수행될 것이다(S135).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 조명장치 제어 방법 중 사용자의 피부색, 설치 조건에 따른 UVB 광량 설정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(80)는 전원이 공급되면 설정된 조명 설정정보가 존재하는지(S211), 조명 설정 정보 재설정이 선택되는지를 검사한다(S213).
조명 설정 정보가 존재하고 조명 설정 정보의 재설정 명령이 발생되지 않으면 제어부(80)는 종료하고, 조명 설정 정보가 존재하지 않거나 조명 설정 정보의 재설정 명령이 발생되면 UVB 모드가 설정되는지를 검사한다(S215).
UVB 모드가 설정되지 않으면 제어부(80)는 일반 조명 모드를 설정한(S217) 후 종료한다. 상기 일반 조명 모드는 제1광원부(11)만 구동하는 모드이다.
반면, UVB 모드가 설정되면 제어부(80)는 디스플레이부(40)를 통해 조명 제어 조건을 선택할 것을 요청한다(S219). 상기 조명 제어 조건은 피부색, 높이, 나이 등이 될 수 있을 것이다.
상기 조명 제어 조건의 선택을 요청한 후 제어부(80)는 피부색 조건이 선택되는지(S221), 높이 조건이 선택되는지(S223)를 검사한다.
피부색 조건이 선택되면 제어부(80)는 피부색을 선택할 것을 요청하고(S225), 입력부(20)를 통해 피부색 조건이 선택되는지를 검사한다(S227).
피부색이 선택되면 제어부(80)는 선택된 피부색을 저장하고(S229), 조명 제어 조건에 따른 조명 제어 설정이 완료되는지를 검사한다(S237).
반면, 높이 조건이 선택되면 제어부(80)는 높이를 선택 또는 입력할 것을 요청하고(S231), 높이가 선택 또는 입력되는지를 검사한다(S233).
높이가 선택 또는 입력되면 제어부(80)는 입력 또는 선택된 높이를 저장하고(S235), 설정이 완료되는지를 검사한다(S237).
설정이 완료될 때까지 제어부(80)는 피부색 조건 및 높이 조건 중 어느 하나 이상에 대한 설정을 수행하고, 설정이 완료되면 조명 설정 정보를 생성하여 저장한다(S239).
상기 조명 설정 정보의 생성 및 저장 후 제어부(80)는 설정된 조명 설정 정보에 따른 가시광 밝기, UVB 광 광량 및 UVB 광 조사시간 제어를 수행한다(S241).
상기 도 3에서는 조명 제어 조건으로 높이 및 피부색만 설정하는 경우를 나타내었으나, 신체 노출 면적을 조건에 따른 조명 제어 설정을 더 수행하도록 구성될 수도 있을 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치에서 조사되는 광의 분광분포 및 일반적인 발광다이오드 조명장치에서 조사되는 광의 분광분포를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치의 분광분포와 화학적 위해 가중함수를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4에서 보이는 바와 같이 일반적인 실내 전반 조명 장치는 분광분포 401에서 보이는 바와 같이 UVB가 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 UVB LED 전반 조명장치는 자외선(280~400nm) 대역의 분광분포를 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 발광다이오드 전반 조명장치는 0.002W/m2의 UVB를 제공함을 알 수 있다.
또한, 도 5의 501은 화학적 위해 가중함수를 나타낸 것으로 자외선 300nm 이하에서 최대 1의 높은 가중치를 가짐을 나타내고 있다.
본 발명의 UVB LED 전반 조명장치는 도 5의 UV 영역에 화학적 위해 가중함수의 적용 전 및 후의 분광분포를 나타낸 502에서 보이는 바와 같이 280~320nm의 대역으로 위해도 분포가 조정되었음을 알 수 있다. 이를 수치로 표현한 결과는 하기 표 1과 같다.
항목 기준치 측정 결과 값 위험 등급
화학적 자외선 위해(AUV) 0.001 W/m2 0.001 W/m2 Exempt
근자외선 위해(NUV) 10 W/m2 0.002 W/m2 Exempt
본 발명의 발광다이오드 전반 조명장치는 AUV와 NUV의 측정치가 0.001W/m2, 0.002W/m2로 나타난 기준치 0.001W/m2, 10W/m2이하이며, 위험 등급이 모두 Exempt로 가장 안전한 등급에 해당함을 알 수 있다. 상기 수치와 등급(Exempt)은 조명의 광생물학적 안전성 기준인 IEC62471에 근거한 것이다.
이때, EUVB의 광량은 하기 수학식 1에 의해 0.00266W/m2이고, 노출시간(조사시간)은 16시간, 피부타입은 2.5(동양인), 그리고 노출면적은 15%(얼굴, 목, 손, 팔)인 경우를 가정하여 하기 수학식2에 적용하여 비타민 D의 합성량을 계산하면, 307IU의 비타민D를 생성할 수 있음을 알 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 조명모듈 11: 제1광원부
12: 제2광원부 13: 자외선 광원
20: 입력부 30: 거리 측정부
40: 디스플렝리부 50: 경보부
60: 카메라부 70: 저장부
71: 높이별 설정 DB 80: 제어부
81: 높이 획득부 82: 피부색 획득부
83: 피부 노출 면적 획득부 84: 영상 획득부
85: 관심영역 검출부 86: 피부 노출면적 계산부
87: UVB 설정부 88: 설치 경보부
89: 조명 설정부 90: 조명 제어부

Claims (14)

  1. 실내 공간에 설치되고, 설정된 밝기의 가시광을 조사하는 제1광원부 및 설정된 광량의 UVB 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 UVB 광원을 구비하는 제2광원부를 포함하여 상기 가시광 및 UVB 광을 포함하는 전반 조명을 제공하는 조명모듈;
    바닥에서 상기 조명모듈이 설치된 높이에 대한 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간에 대한 조명 설정정보를 저장하는 저장부; 및
    조명이 온되면 상기 저장부의 조명 설정정보에 따라 상기 조명모듈을 제어하여 상기 전반 조명을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저장부는,
    높이별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 조명모듈의 높이를 획득하고, 높이에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 UVB 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조명모듈에 설치되어 조명모듈에서 바닥까지의 거리인 높이를 측정하여 출력하는 거리 측정부; 및
    경보를 발생하는 경보부를 더 포함하되,
    상기 제어부는,
    조명이 온되면 상기 거리 측정부를 구동하여 상기 높이를 측정하고, 측정된 높이가 상기 높이 설정정보의 높이보다 일정치 이상 벗어나면 상기 경보부를 통해 높이가 낮거나 높음을 경보하는 설치 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 높이별 설정 DB는,
    높이별 서로 다른 가시광 밝기 정보를 더 포함하는 높이별 조명 설정정보를 포함하고,
    상기 제어부의 조명 설정부는,
    상기 거리 측정부에서 측정되는 거리에 대응하는 가시광 밝기 정보에 따라 가시광 밝기를 설정하는 조명 설정부를 더 포함하되,
    상기 조명 제어부는,
    설정된 상기 가시광 밝기에 따라 제1광원부의 가시광 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치.
  5. 제4항에 있어서,
    이동신호 및 선택신호를 출력하는 입력부; 및
    디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 높이별 설정 DB의 조명 설정정보는,
    피부색별 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 정의한 면적별 조명 설정정보를 더 포함하되,
    상기 제어부의 UVB 설정부는,
    상기 피부색 및 높이에 대응하는 조명 설정정보를 결정하고, 설정된 조명 설정정보에 따라 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조명모듈에 설치되어 조명이 조사되는 광 조사영역을 촬영한 광 조사영역 영상을 출력하는 카메라부를 더 포함하고,
    상기 높이별 설정 DB의 조명 설정정보는,
    면적별 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 정의한 면적별 조명 설정정보를 더 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 카메라부를 제어하여 상기 광 조사영역 영상을 획득하는 영상 획득부;
    상기 광 조사영역 영상에서 사람을 검출하고, 검출된 사람의 노출된 적어도 하나 이상의 피부 영역을 관심영역으로 검출하여 출력하는 관심영역 검출부; 및
    상기 관심영역의 면적인 피부 노출 면적을 계산하는 피부 노출 면적 계산부를 더 포함하고,
    상기 조명 설정부는,
    상기 피부 노출 면적에 대응하는 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1광원부는 500lux 밝기의 가시광을 조사하고,
    상기 제2광원부는,
    20mW의 출력을 가지는 4개의 UVB 광원을 포함하고
    상기 높이는 2.4m 내지 2.8m이고, 상기 조사시간은 16시간이며, 상기 UVB 광의 광량은 상기 높이 20mW의 4개의 UVB 광원, 및 상기 높이 및 조사시간을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치.
  8. 제어부가 조명이 온되면 저장부의 조명 설정정보를 로드하여 적용하는 설정정보 설정 과정; 및
    제어부가 상기 설정된 조명 설정정보에 따라 실내 공간에 설치되고 설정된 밝기의 가시광을 조사하는 제1광원부 및 설정된 광량의 UVB 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 UVB 광원을 구비하는 제2광원부를 포함하여 상기 가시광 및 UVB 광을 포함하는 전반 조명을 제공하는 조명모듈을 제어하여 전반 조명을 제어하는 조명 제어 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 설정정보 설정 과정은,
    상기 제어부가 상기 조명모듈의 높이를 획득하는 높이 획득 단계; 및
    상기 제어부가 높이별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB로부터 상기 높이에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 높이 획득 단계는,
    상기 제어부가 조명모듈에 설치되어 조명모듈에서 바닥까지의 높이를 측정하여 출력하는 거리 측정부를 구동하는 거리 측정부 구동 단계; 및
    상기 제어부가 상기 거리 측정부로부터 높이를 획득하는 높이 획득 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 거리 측정부를 통해 상기 높이가 측정되면 측정된 높이가 상기 높이 설정정보의 높이보다 일정치 이상 벗어났는지를 판단하여 벗어났으면 경보부를 통해 높이가 낮거나 높음을 경보하는 경보 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치의 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 설정정보 설정 과정은,
    상기 제어부가 디스플레이부 및 입력부를 통해 사용자로부터 피부색을 선택 또는 획득하는 피부색 획득 단계를 더 포함하고,
    상기 설정 단계는,
    상기 제어부가 피부색 및 높이별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB로부터 상기 피부색 및 높이에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치의 제어 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    카메라를 통해 상기 조명모듈이 설치되어 조명이 조사되는 광 조사영역을 촬영한 광 조사영역 영상을 획득하는 영상획득 과정을 더 포함하되,
    상기 설정정보 설정 과정은,
    상기 제어부가 상기 조명모듈의 높이를 획득하는 높이 획득 단계;
    상기 영상 획득 과정에서 획득된 광 조사영역 영상에서 사람을 검출하고, 검출된 사람의 피부 노출 면적을 측정하는 피부 노출 면적 측정 단계; 및
    상기 제어부가 높이 및 피부 노출 면적별 서로 다른 UVB 광의 광량 및 UVB 광 조사시간을 포함하는 높이별 조명 설정정보를 저장하는 높이별 설정 DB로부터 상기 높이 및 피부 노출 면적에 따른 조명 설정정보를 로드하여 설정하는 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 피부 노출 면적 측정 단계는,
    상기 제어부가 상기 광 조사영역 영상에서 사람을 검출하는 사람 검출 단계;
    상기 제어부가 검출된 상기 사람의 노출된 적어도 하나 이상의 피부영역을 관심영역으로 검출하여 출력하는 관심영역 검출 단계; 및
    상기 제어부가 상기 관심영역의 면적인 피부 노출 면적을 계산하는 피부 노출 면적 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 UVB LED 전반 조명 장치의 제어 방법.
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