KR20220105067A - Uv led를 이용한 자외선 살균 장치 및 시스템과 그 운용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치 및 시스템과 그 운용 방법 에 관한 것으로서, 자외선 살균 시스템은 자외선 살균장치; 및 자외선 살균장치로부터 수집된 환경정보를 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 입력을 통해 세균/바이러스의 살균/불활화 정책을 설정하고, 제어명령을 자외선 살균장치에게 전달하는 앱/서버를 포함하고, 그 자외선 살균장치는 소정의 조사각도로 자외선을 출력하는 자외선 출력소자; 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 수집하는 기울기센서; 자성소자로부터 발생한 자기장의 세기를 감지하는 마그네틱센서; 센싱을 통해 살균대상 면적에 대한 최단 거리를 획득하고, 감지범위 내의 설치환경 데이터를 획득하고, 자외선 조사 범위 및 자외선 조사 범위 주변의 움직임을 감지하는 모션센서; 및 자외선 조사시간을 앱/서버에 통보하고 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 분석하여 자외선 조사 방향이 유효각도 범위를 벗어나면 자외선 출력을 차단하여 앱/서버에 차단정보를 전달하고, 자기장의 세기를 이용하여 자외선 살균장치가 부속체와 결합되어 있는지 여부를 앱/서버에 보고하고, 모션센서로부터 움직임 정보가 수신되면 자외선(UV) 조사를 중단하고 일정기간 움직임 정보가 없으면 자외선에 의한 살균 동작을 수행하게 하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 자외선을 이용하는 세균과 바이러스 살균에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
자외선은 인체에 장시간 직접 노출되는 경우 인체에 유해하며, 특히 안구와 피부에 끼치는 유해성이 크다고 알려져 있다. 자외선 대역은 파장에 따라 UVA, UVB, UVC 대역으로 구분된다. 직접적인 세균 살균효과 및 바이러스 불활화 성능을 기대할 수 있는 자외선 대역은 UVB와 UVC 대역이다.
지표면의 태양광은 가시광선 44%, 자외선 3%, 나머지는 적외선으로 구성되어 있다. 지구 대기권 상층부 진공상태에서 태양광은 적외선 50%, 가시광선 40%, 자외선 10% 로 구성된다. 대기권은 약 77% 의 태양 자외선을 차단하는데, 파장이 더 짧은 자외선은 거의 전부 차단된다. 지표면의 도달하는 자외선 중 95% 는 UVA이며, UVB가 나머지를 차지하며 UVC는 천연 환경에서는 존재하지 않는다.
도 1은 자외선/가시광선/적외선 대역 파장을 나타낸 것이고, 도 2는 자외선 대역 파장별 살균효과를 나타낸 것이다. 자외선 응용기술을 살펴보면, 1801년 자외선이 발견되었고 1878년에 자외선의 박테리아 살균 효과가 있음을 알게 되었고 1903년에 살균에 효과가 있는 파장이 확인되었다. 그리고 1960년 DNA를 대상으로 하는 살균 효과 및 원리가 입증되었다.
1901년에 수은을 이용한 자외선 램프가 처음 개발되어, 인공적으로 자외선을 만들어 활용할 수 있게 되었으며, 저비용으로 쉽게 구현할 수 있어 다양한 분야에 폭넓게 보급되었다. 2000년에 들어 반도체 기술의 발전에 힘입어 단일 파장만 만들어 낼 수 있는 UV LED 기술이 상용화되기 시작하였다. UV LED 기술은 상대적으로 구현이 용이한 UVA 부터 상용화되기 시작하여 최근에는 살균효과를 기대할 수 있는 UVC가 상용화되었다. 그리고 수은 폐해가 심각하여, 2020년 이후 수은제품 생산/수출입 금지하는 미나마타 협약이 2017년 8월에 발효되었고, 한국은 2014년 협약 서명 후 2019년 국회 비준을 통과하였다.
세균/바이러스 대상 살균/불활화 효과에 정비례하는 요인으로는 자외선 출력장치의 자외선 세기가 있으며, 살균/불활화 효과에 반비례하는 요인으로는 자외선 살균장치와 살균대상 사이의 거리, 자외선 조사 시간이 있다. 자외선 세기, 자외선 살균장치와 살균대상 사이의 거리, 자외선 조사 시간의 상관관계에 따른 단위면적당 누적 자외선 조사 총량은 살균/불활화 대상인 세균/바이러스 별로 차이가 있다.
그런데, 자외선 파장은 가시광선 대역이 아니므로, 사용자가 육안으로 직접 확인할 수 없다. 따라서, 자외선 살균 장치가 작동 중일 때 사용자가 자외선에 직접 노출이 되어 피해를 입을 수 있는 지 직관적으로 즉시 판단할 수 없는 문제점이 있다.
UV LED 칩은 전원을 공급받아 목표한 파장대역의 자외선 출력을 제공하는데, 이 때 광변환 효율이 조명용 LED 등 일반적인 경우와 대비하여 매우 낮아서, 공급된 에너지의 일부만 자외선으로 변환되고 나머지 대부분은 열에너지로 변환되기 때문에 발열이 심하고, 특히 고출력 칩의 경우는 발열의 정도가 더욱 심해지는 문제점이 있다. 통상적인 방법으로 UV LED 살균장치를 구현할 경우 고발열에 의해 온도가 올라갈수록 UV 광변환 효율은 더욱 저하되며, 살균성능이 떨어지게 되며, 살균장치 내부에 자외선 출력소자 주변에 센서들이 근접 배치되어 있는 경우 일반적인 상온에 대비하여 수집된 센싱 정보들이 부정확해지거나 오동작할 위험성이 높아지는 문제점이 있다.
그리고 자외선 살균 장치를 폐쇄형(박스형)으로 만들 경우에는 살균 면적과 자외선 조사 거리가 사전에 확정되기 때문에, 단위면적당 누적 자외선 조사 총량을 기준으로 자외선 조사 시간을 사전에 확정 지을 수 있지만, 자외선 살균 장치를 개방형으로 만들 경우에는 살균 대상 면적과 조사 거리 등이 불특정 되기 때문에 자외선 조사 시간을 사전에 확정 지을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 기존의 근접 센서와 모션 센서와의 조합을 이용할 경우나, 거리측정 기능이 있는 모션센서를 이용할 경우 대상 살균 면적과 조사 거리 정보를 획득하여 살균에 필요한 자외선 조사 시간을 임의로 지정하더라도, 대부분의 실제 환경에서 살균장치로부터 살균대상까지 완벽한 LoS(Line of Sight)를 제공하지 못하기 때문에, 예를 들어 중간에 장애물(사람이 아닌 일반 사물)이 존재할 경우 대상 살균면적과 조사거리를 오판하여 살균 완료에 필요한 조사시간보다 적은 조사시간을 수행하여 불완전 살균동작을 수행하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 사용자의 눈에 보이지 않는 자외선의 특성을 감안하여, 자외선 살균 장치의 자외선 조사범위를 사용자가 육안으로 명확하게 확인할 수 있는 가이드라인을 제공하고, UV LED의 광변환효율로 인해 발생하는 고발열에 의한 살균 성능 저하나 살균장치에 실장된 센서 등의 핵심소자들의 불완전동작을 없애고, 살균 대상이나 면적이 특정되지 않는 다양한 환경에서도 불필요한 전력소모 없이 효율적으로 살균/불활화 동작을 수행할 수 있는, UV LED를 이용한 자외선 살균 장치 및 시스템과 그 운용 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치는, 소정의 조사각도(Field of View, FoV)로 자외선을 출력하는 자외선 출력소자; 상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 수집하는 기울기센서; 상기 자외선 출력소자에 설치된 보조갓, 지지대를 포함한 부속체에 포함되어 있는 자성소자로부터 발생한 자기장의 세기를 감지하는 마그네틱센서; 센싱을 통해 살균대상 면적에 대한 최단 거리를 획득하고, 감지범위 내의 설치환경 데이터를 획득하고, 자외선 조사 범위 및 상기 자외선 조사 범위 주변의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 모션센서; 및 상기 자외선 출력소자의 자외선 조사시간을 외부 단말의 앱이나 서버 (앱/서버)에 통보하고, 상기 기울기 센서에서 수집된 상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 분석하여 자외선 조사 방향이 기설정된 유효각도 범위를 벗어난 경우 자외선 동작을 차단하고, 자외선 차단 정보를 상기 앱/서버에 전달하고, 상기 마그네틱 센서가 감지한 자기장의 세기를 이용하여 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부를 상기 앱/서버에 보고하고, 상기 모션센서로부터 움직임 정보가 수신되면 UV 조사를 중단하고 일정기간 움직임 정보가 없으면 자외선에 의한 살균 동작을 수행하게 하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치는, 상기 자외선 출력소자와 인접하여 배치되고, 레이저 빔을 출력하는 레이저 출력소자; 및 상기 레이저 출력소자로부터 출력되는 레이저 빔을 입사광으로 하여 살균장치의 자외선 조사범위를 육안으로 인지될 수 있도록 상기 레이저 출력소자의 출력광이 형성되도록 상기 레이저 출력소자와 배치되는 액시콘 렌즈를 더 포함할 수 있다. 상기 액시콘 렌즈는 입사면은 평면이고 출사면은 원추형 표면을 가진 특수 유형의 렌즈로서 입사된 베셀 빔(Bessel beam)을 고리형 패턴으로 생성하고, 상기 자외선 살균장치의 실효 FoV 정보를 기준으로 액시콘의 꼭지각을 좁히거나 넓힘으로써 자외선 실효 FoV에 맞는 가이드라인을 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치는, 빔(beam)을 출력하는 광원소자; 상기 빔 패턴의 확산 각도를 조절하며, 자외선 살균장치의 실효 FoV정보를 기준으로 렌즈의 곡률이 결정되고 컨벡스(Convex) 렌즈; 및 상기 광원소자와 컨벡스 렌즈 사이에 원 형태로 배치되고, 자외선 조사범위를 고보패턴으로 생성하는 고보(gobo) 필터를 더 포함하고, 상기 컨벡스 렌즈는 상기 고보필터에서 생성된 고보패턴을 확산투영하여 사용자가 확인할 수 있는 고보패턴으로 생성할 수 있다.
상기 액시콘렌즈를 통해 형성되는 UV FoV 가이드라인은 상기 자외선 출력소자의 UV실효 FoV 보다 넓고, 상기 모션센서에 의해 형성되는 모션 센서 FoV은 상기 UV FoV 가이드라인 보다 넓은 것을 특징으로 한다. 상기 컨벡스 렌즈를 통해 형성되는 확산 투영된 고보패턴은 상기 자외선 출력소자의 UV실효 FoV 보다 넓고, 상기 모션센서에 의해 형성되는 모션 센서 FoV은 상기 확산 투영된 고보패턴 보다 넓은 것을 특징으로 한다. 상기 자외선 출력소자는 상기 기울기 센서, 마그네틱 센서 및 모션센서와 분리된 별개의 MI-PCB(Metal Insert PCB)에 실장되는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템은, 자외선을 이용하여 소정의 영역에 대해 살균하는 자외선 살균장치; 및 상기 자외선 살균장치로부터 수집된 환경정보를 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 입력되는 자외선 조사시간, 조사면적 또는 조사거리를 이용하여 세균/바이러스의 살균/불활화 정책을 설정하고, 상기 설정된 정책 정보가 포함된 제어명령을 상기 자외선 살균장치에게 전달하는 외부 단말의 앱 이나 서버(앱/서버)를 포함하고, 상기 자외선 살균장치는 소정의 조사각도(Field of View, FoV)로 자외선을 출력하는 자외선 출력소자; 상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 수집하는 기울기센서; 상기 자외선 출력소자에 설치된 보조갓, 지지대를 포함한 부속체에 포함되어 있는 자성소자로부터 발생한 자기장의 세기를 감지하는 마그네틱센서; 센싱을 통해 살균대상 면적에 대한 최단 거리를 획득하고, 감지범위 내의 설치환경 데이터를 획득하고, 자외선 조사 범위 및 상기 자외선 조사 범위 주변의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 모션센서; 및 상기 자외선 출력소자의 자외선 조사시간을 상기 앱/서버에 통보하고, 상기 기울기 센서에서 수집된 상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 분석하여 자외선 조사 방향이 기설정된 유효각도 범위를 벗어난 경우 자외선 동작을 차단하고, 자외선 차단 정보를 상기 앱/서버에 전달하고, 상기 마그네틱 센서가 감지한 자기장의 세기를 이용하여 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부를 상기 앱/서버에 보고하고, 상기 모션센서로부터 움직임 정보가 수신되면 자외선(UV) 조사를 중단하고 일정기간 움직임 정보가 없으면 자외선에 의한 살균 동작을 수행하게 하는 제어부를 포함한다.
상기 자외선 살균장치는 상기 앱/서버로부터 수신한 제어명령이 조사시간일 경우, 상기 조사시간을 반영하여 살균동작을 수행하고, 상기 앱/서버로부터 수신한 제어명령이 조사거리 또는 조사면적일 경우, 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템 운용방법은, 기울기 센서, 마그네틱 센서, 모션 센서 및 통신부를 구비하는 자외선 살균장치 및 상기 자외선 살균장치와 통신하는 외부 단말의 앱 이나 서버 (앱/서버)를 포함하는 자외선 살균시스템의 운용방법에 있어서, 상기 자외선 살균장치가 기울기 센서, 마그네틱 센서, 모션 센서 및 통신부의 정상동작 여부를 점검하고 자외선 출력 준비(UV ready)를 수행하는 단계; 상기 앱/서버가 상기 자외선 살균장치로부터 자외선 조사 시간 정보를 획득하는 단계; 상기 자외선 살균장치의 유효각도 범위를 체크하는 단계; 상기 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부를 체크하는 단계; 상기 모션센서가 감지 범위 내의 설치환경을 분석하는 학습모드를 진행하여 상기 모션센서의 감지 범위내 환경 데이터를 획득하는 단계; 앱/서버는 상기 자외선 조사 시간 정보, 자외선 살균장치의 유효각도 범위 체크 정보, 상기 자외선 살균장치와 부속체의 결합 체크 정보 및 모션센서의 감지 범위내 환경 데이터를 수신하여 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 설정되는 상기 자외선 살균장치의 살균 또는 불활화 정책을 포함하는 제어명령을 상기 자외선 살균장치로 전송하는 단계; 및 상기 자외선 살균장치는 상기 제어명령을 수신하고 상기 제어명령에 상응하도록 살균을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자외선 살균장치의 유효각도 범위 체크는 상기 기울기센서에 의해 수집된 상기 자외선 살균장치의 각도 정보를 분석하여 상기 자외선 살균장치의 자외선 조사 방향이 미리 정의된 유효각도 범위를 벗어나는지 여부를 통해 이루어질 수 있다.
상기 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부는 상기 마그네틱 센서가 상기 자외선 살균장치의 부속체에 포함된 네오디늄으로부터 발생한 자기장 세기를 감지하여 상기 자기장의 세기가 미리 설정된 유효범위를 벗어나는지 여부를 통해 이루어질 수 있다.
상기 제어명령에 상응하는 살균을 수행하는 단계는 상기 제어명령이 조사시간 정보를 포함하는 경우에는 상기 자외선 살균장치는 상기 조사시간에 상응하는 살균 동작을 수행하고, 상기 제어명령이 조사거리나 조사면적 정보를 포함하는 경우에는 상기 자외선 살균장치는 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균 동작을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치 및 시스템과 그 운용 방법에 의하면, UV FoV(Field of View, 자외선 조사범위) 보다 더 넓은 FoV를 감지하는 모션센서를 이용함으로써 UV 조사범위 뿐만 아니라 그 주변의 움직임이 감지되면 UV 조사를 즉시 중단하고, 일정 시간 동안 움직임이 포착되지 않으면 안전 상태 진입으로 판단하여 UV 살균 동작을 시행함으로써 인체에 자외선이 노출되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 본 발명에 의하면, UV 출력 소자가 실장된 살균 장치에서 자외선 조사 영역을 설계하고 실측하는 단계에서 UV 실효 FoV(Field of View, 자외선 조사범위) 확인이 가능하며, UV 출력소자와 필터와 특수렌즈를 UV 실효 FoV와 동일한 각도 또는 안전 마진을 포함한 조금 더 넓은 각도로 구성하여 UV 조사범위를 육안으로 확인할 수 있는 가이드라인을 제공함으로써 사용자는 자외선에 노출되지 않는 정보를 알 수 있고 자외선 살균장치를 보다 안전하게 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 자외선 출력소자를 별도의 PCB로 분리하고, 고발열 대응 가능한 MI-PCB(Metal Insert-PCB)를 적용함으로써 UV LED의 광변환효율의 한계로 구조적으로 발생하는 고발열에 의한 자외선 살균장치의 살균 성능 저하를 방지하고 살균장치에 실장된 센서 등의 핵심소자들의 불완전동작을 막을 수 있고 살균장치의 품질을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 개방형 자외선 살균 장치에서는 살균 대상 면적과 조사 거리 등이 불특정되기 때문에 자외선 조사 시간을 사전에 확정 지을 수 없는 종래의 구조적인 문제점을 해결하기 위해, 하나 이상의 센서를 통해 살균 대상/면적 등의 환경 분석을 시행하고, 수집된 Raw data를 살균장치가 자체 분석, 앱/서버 연동을 통해 사용자의 살균/불활화 정책을 반영함으로써, 살균 대상/면적이 불특정된 다양한 환경에서도 불필요한 전력소모 없이 효율적으로 정확하게 살균/불활화 동작을 시행할 수 있다.
도 1은 자외선/가시광선/적외선 대역 파장을 나타낸 것이다.
도 2는 자외선 대역 파장별 살균효과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치의 일 구현 예에 대한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 일실시예에 대한 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 다른 실시예에 대한 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 6은 자외선 출력소자의 방사 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 자외선 출력 소자가 실장된 살균장치의 최종 방사특성을 나타낸 것이다.
도 8은 액시콘 렌즈의 형상을 나타낸 것이다.
도 9는 레이저 출력 소자와 액시콘 렌즈 배치로 육안으로 확인 가능한 가이드라인 생성을 나타낸 것이다.
도 10은 광원소자와 고보(Gobo) 필터와 컨벡스(Convex) 렌즈 배치로 육안으로 확인 가능한 가이드라인 생성을 나타내고 있다.
도 11은 육안으로 보이지 않는 자외선 살균장치의 자외선 조사범위인 UV 실효 FoV와 육안으로 확인 가능한 자외선 가이드라인을 나타내고 있다.
도 12는 자외선 살균장치의 자외선 조사범위인 UV 실효 FOV, 자외선 조사범위 가이드라인 및 모션감지영역인 모션센서 FoV을 나타낸 것이다.
도 13은 UV LED 칩의 고발열 대응을 위한 별도 분리된 MI-PCB 적용을 나타낸 것이다.
도 14는 UV LED 칩의 고발열 대응을 위한 별도 분리된 MI-PCB 구현 예를 나타낸 것이다.
도 15는 도 15는 자외선 살균장치(40, 50)와 부속체(보조갓, 지지대) 및 이들이 결합된 형태를 나타내고 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 운용 방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 17은 자외선 살균장치와 앱/서버의 연동을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 18은 자외선 살균장치와 부속체(보조갓, 지지대)가 결합된 형상에서 센싱된 Raw data를 나타내는 그래프이다.
도 19는 앱/서버에 의해 중면적 살균정책이 반영된 경우의 유효한 최단거리 정보 획득방법의 예시를 나타낸 것이다.
도 2는 자외선 대역 파장별 살균효과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치의 일 구현 예에 대한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 일실시예에 대한 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 다른 실시예에 대한 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 6은 자외선 출력소자의 방사 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 자외선 출력 소자가 실장된 살균장치의 최종 방사특성을 나타낸 것이다.
도 8은 액시콘 렌즈의 형상을 나타낸 것이다.
도 9는 레이저 출력 소자와 액시콘 렌즈 배치로 육안으로 확인 가능한 가이드라인 생성을 나타낸 것이다.
도 10은 광원소자와 고보(Gobo) 필터와 컨벡스(Convex) 렌즈 배치로 육안으로 확인 가능한 가이드라인 생성을 나타내고 있다.
도 11은 육안으로 보이지 않는 자외선 살균장치의 자외선 조사범위인 UV 실효 FoV와 육안으로 확인 가능한 자외선 가이드라인을 나타내고 있다.
도 12는 자외선 살균장치의 자외선 조사범위인 UV 실효 FOV, 자외선 조사범위 가이드라인 및 모션감지영역인 모션센서 FoV을 나타낸 것이다.
도 13은 UV LED 칩의 고발열 대응을 위한 별도 분리된 MI-PCB 적용을 나타낸 것이다.
도 14는 UV LED 칩의 고발열 대응을 위한 별도 분리된 MI-PCB 구현 예를 나타낸 것이다.
도 15는 도 15는 자외선 살균장치(40, 50)와 부속체(보조갓, 지지대) 및 이들이 결합된 형태를 나타내고 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 운용 방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 17은 자외선 살균장치와 앱/서버의 연동을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 18은 자외선 살균장치와 부속체(보조갓, 지지대)가 결합된 형상에서 센싱된 Raw data를 나타내는 그래프이다.
도 19는 앱/서버에 의해 중면적 살균정책이 반영된 경우의 유효한 최단거리 정보 획득방법의 예시를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치의 일 구현 예에 대한 사진이다. 도 3의 (a)는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치의 측면부(30)의 형상을 나타낸 것으로서, 핸디버튼(310)과 전원 버튼(320)이 구비되어 있다. 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치의 후면부(32)의 형상을 나타낸 것으로서, 전원공급을 위한 주방용 액세서리 킷 컨택부(330)과 USB 충전포트(340)이 구비되어 있다. 도 3의 (c)는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 장치의 저면부(34)의 형상을 나타낸 것으로서, UV LED(350)과 레이저출력소자 및 액시콘렌즈(360) 및 초음파 ToF(370)이 구비되어 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템 대한 구성을 블록도로 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템은 자외선 살균장치(40) 및 외부 단말의 앱 이나 서버(45, 이하, 앱/서버라 한다)을 포함하여 이루어진다.
자외선 살균장치(40)는 소정의 영역에 대해 자외선을 조사(照射)하여 세균, 박테리아, 바이러스 등을 살균하며, 통신부(455)를 통해 앱/서버(45)와 통신하며 앱/서버(45)로부터 제어명령을 수신하여 제어명령에 따라 자외선을 조사하여 살균한다. 앱/서버(45)는 자외선 살균장치(40)로부터 수집된 환경정보를 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 입력되는 자외선 조사시간, 조사면적 또는 조사거리를 이용하여 세균/바이러스의 살균/불활화 정책을 설정하고, 상기 설정된 정책 정보가 포함된 제어명령을 자외선 살균장치(45)에게 전달한다.
자외선 살균장치(40)는 앱/서버(45)로부터 수신한 제어명령이 조사시간일 경우, 상기 조사시간을 반영하여 살균동작을 수행하고, 앱/서버(45)로부터 수신한 제어명령이 조사거리 또는 조사면적일 경우, 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균동작을 수행할 수 있다.
자외선 살균장치(40)는 자외선 출력소자(410), 기울기센서(420), 마그네틱센서(430), 적어도 하나의 모션센서(440), 제어부(450) 및 통신부(455)를 포함하여 이루어지고, 레이저 출력소자(460) 및 액시콘 렌즈(Axicon lens, 470)를 더 포함할 수 있다.
자외선 출력소자(410)는 소정의 조사각도(Field of View, FoV)로 자외선을 출력한다. 도 6은 자외선 출력소자(410)의 방사 특성을 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 자외선 출력 소자(410)는 제조사/제품 별로 고유의 FoV (Field of View, 조사각도) 범위를 갖는 자외선 조사 특성을 갖는다. 도 7은 자외선 출력 소자(410)가 실장된 자외선 살균장치(40)의 최종 방사 특성을 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, 자외선 출력 소자(410)가 실장된 자외선 살균 장치(40)는 장치 설계 기법과 형상에 따라 조정된 범위의 UV 실효 FoV(710)를 갖는 자외선 조사 특성을 가질 수 있다.
기울기센서(420)는 자외선 출력소자(410)의 조사각도 정보를 수집한다.
마그네틱센서(430)는 자외선 출력소자(410)에 설치된 부속체(미도시)에 포함되어 있는 자성소자로부터 발생한 자기장의 세기를 감지한다. 상기 부속체는 보조갓, 지지대 등을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 모션센서(440)는 센싱을 통해 살균대상 면적에 대한 최단 거리를 획득하고, 감지범위 내의 설치환경 데이터를 획득하고, 자외선 조사 범위 및 상기 자외선 조사 범위 주변의 움직임을 감지한다.
제어부(450)는 자외선 출력소자(410)의 자외선 조사시간을 앱/서버(45)에 통보하고, 기울기 센서(420)에서 수집된 자외선 출력소자(410)의 조사각도 정보를 분석하여 자외선 조사 방향이 기설정된 유효각도 범위를 벗어난 경우 자외선 동작을 차단하고, 자외선 차단 정보를 앱/서버(45)에 전달하고, 마그네틱 센서(430)가 감지한 자기장의 세기를 이용하여 자외선 살균장치(40)가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부를 앱/서버(45)에 보고하고, 모션센서(440)로부터 움직임 정보가 수신되면 UV 조사를 중단하고 일정기간 움직임 정보가 없으면 자외선에 의한 살균 동작을 수행하게 한다.
레이저 출력소자(460)는 자외선 출력소자(410)와 인접하여 배치되고, 레이저 빔을 출력한다.
액시콘 렌즈(470)는 레이저 출력소자(460)로부터 출력되는 레이저 빔을 입사광으로 하여 살균장치의 자외선 조사범위를 육안으로 인지될 수 있도록 레이저 출력소자(460)의 출력광이 형성되도록 레이저 출력소자(460)와 배치된다.
도 8은 액시콘 렌즈의 형상을 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 액시콘 렌즈(Axicon lens, 470)는 입사면은 평면이고 출사면은 원추형 표면을 가진 특수 유형의 렌즈로, 입사된 bessel beam을 고리형 패턴으로 변환할 수 있다.
자외선 살균장치(40)의 실효 FoV 정보를 기준으로 액시콘 렌즈(470)의 꼭지각(472)을 좁히거나 넓힘으로써 자외선 실효 FoV에 맞는 가이드라인을 제공할 수 있다. 즉, bessel beam의 확산 정도는 원추형 형상의 중앙부 꼭지각(472)을 어떻게 설정하는가에 따라 가변할 수 있다. 꼭지각(472)을 좁히면 확산 비율을 크게 만들 수 있으며, 꼭지각(472)을 넓히면 확산 비율을 작게 만들 수 있다. 따라서, 자외선 살균 장치(40)의 실효 FoV 정보를 기준으로 엑시콘의 꼭지각(472)을 설계하면, 자외선의 실효 FoV에 맞는 가이드라인을 제공할 수 있다.
도 9는 레이저 출력 소자(460)와 액시콘 렌즈(470) 배치로 육안으로 확인 가능한 가이드라인(910) 생성을 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 레이저 출력 소자(460)에 UV 실효 FoV와 정렬된(aligned) 엑시콘 렌즈(470)를 추가 배치하여 자외선 살균 장치(40)의 자외선 조사 범위를 육안으로 인지할 수 있도록 가이드라인(910)을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템 대한 구성을 블록도로 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템은 자외선 살균장치(50) 및 앱/서버(45)를 포함하여 이루어진다.
다른 실시예에 따른 자외선 살균장치(50)는 소정의 영역에 대해 자외선을 조사(照射)하여 세균, 박테리아, 바이러스 등을 살균하며, 통신부(455)ㄹ르 통해 앱/서버(45)와 통신하며 앱/서버(45)로부터 제어명령을 수신하여 제어명령에 따라 자외선을 조사하여 살균한다. 앱/서버(45)는 자외선 살균장치(50)로부터 수집된 환경정보를 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 입력되는 자외선 조사시간, 조사면적 또는 조사거리를 이용하여 세균/바이러스의 살균/불활화 정책을 설정하고, 상기 설정된 정책 정보가 포함된 제어명령을 자외선 살균장치(50)에게 전달한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 살균장치(50)는 앱/서버(45)로부터 수신한 제어명령이 조사시간일 경우, 상기 조사시간을 반영하여 살균동작을 수행하고, 앱/서버(45)로부터 수신한 제어명령이 조사거리 또는 조사면적일 경우, 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균동작을 수행할 수 있다.
다른 실시예에 따른 자외선 살균장치(50)는 자외선 출력소자(410), 기울기센서(420), 마그네틱센서(430), 적어도 하나의 모션센서(440) 및 제어부(450)를 포함하여 이루어지고, 광원소자(510), 고보필터(520) 및 컨벡스 렌즈(530)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 출력소자(410), 기울기센서(420), 마그네틱센서(430), 적어도 하나의 모션센서(440) 및 제어부(450)는 도 4와 동일하므로 설명을 생략한다.
광원소자(510)는 빔(beam)을 출력하며, 고보(gobo) 필터(520)는 광원소자(510)와 컨벡스 렌즈(530) 사이에 원 형태로 배치되고, 자외선 조사범위를 고보패턴으로 생성한다. 컨벡스 렌즈(510)는 고보필터(520)에서 생성된 고보패턴을 확산투영하여 사용자가 확인할 수 있는 고보패턴으로 생성한다. 컨벡스(Convex) 렌즈(530)는 상기 빔 패턴의 확산 각도를 조절하며, 자외선 살균장치(50)의 실효 FoV정보를 기준으로 렌즈의 곡률이 결정된다.
도 10은 광원소자(510)와 고보(Gobo) 필터(520)와 컨벡스(Convex) 렌즈(530)의 배치로 육안으로 확인 가능한 가이드라인(1010) 생성을 나타내고 있다. 도 10을 참조하면, Convex lens(볼록 렌즈, 530)의 직경은 광원 소자(510)의 형상과 사이즈에 맞춰 가변적으로 설계될 수 있으며, 렌즈의 두께는 실물 가공성, 신뢰성, 광원의 흡수/감쇄율을 고려하여 가변적으로 결정될 수 있다. 렌즈의 곡률을 조정하여 최종 조사되는 빔 패턴의 확산 각도를 조정할 수 있다. 자외선 살균 장치(40, 50)의 UV 실효 FoV(710) 정보를 기준으로 렌즈의 곡률을 설계하고 광원 소자(510)와 컨벡스 렌즈(530) 사이의 원 형태의 고보 필터(Gobo filter, 520)를 배치하면 최종적으로 확산 투영된 Gobo 패턴(1010)을 확인하여 자외선 조사범위를 사용자가 인지할 수 있게 된다.
도 11은 육안으로 보이지 않는 자외선 살균장치의 자외선 조사범위인 UV 실효 FoV(710)와 육안으로 확인 가능한 자외선 가이드라인(1110)을 나타내고 있다. 도 11을 참조하면, 자외선 출력 소자(410)에 인접 배치된 레이저 출력 소자(460)에 UV 실효 FoV(710)와 align된 엑시콘 렌즈(470)를 추가 배치하거나 광원소자(510), Gobo filter(520), UV 실효 FoV(710)와 align된 컨벡스 렌즈(530)를 추가함으로써 자외선 살균 장치(40, 50)의 자외선 조사 범위를 육안으로 인지할 수 있도록 가이드라인(1110)을 제공한다.
도 12는 자외선 살균장치의 자외선 조사범위인 UV 실효 FOV, 자외선 조사범위 가이드라인 및 모션감지영역인 모션센서 FoV을 나타낸 것이다. 도 12를 참조하면, 자외선 조사범위인 UV 실효 FOV(710)은 자외선 조사범위 가이드라인(1110)에 포함되고, 자외선 조사범위 가이드라인(1110)은 모션감지영역인 모션센서 FoV(1210)에 포함된다. 예를 들어, 액시콘렌즈(470)를 통해 형성되는 UV FoV 가이드라인(910, 1110)은 자외선 출력소자(410)의 UV실효 FoV(710) 보다 넓고, 모션센서(440)에 의해 형성되는 모션 센서 FoV(1210)은 UV FoV 가이드라인(1110) 보다 넓다. 또한, 도 5의 컨벡스 렌즈(530)를 통해 형성되는 확산 투영된 고보패턴(1010, 1110)은 자외선 출력소자(410)의 UV 실효 FoV(710) 보다 넓고, 모션센서(440)에 의해 형성되는 모션 센서 FoV(1210)은 상기 확산 투영된 고보패턴(1010, 1110) 보다 넓다.
이를 통해, 자외선 실효 FoV(710) 를 포함할 뿐만 아니라 주변 영역까지 감지할 수 있는 하나 또는 복수개의 모션센서(440)를 설치하여, 사용자나 반려동물 등이 자외선 살균장치(40, 50)에 접근할 경우 자외선에 노출되지 않도록 자외선 조사를 차단할 수 있다. UV FoV(710)보다 더 넓은 FoV(1210)를 감지하는 모션센서(440)를 이용하여 UV조사범위(710) 뿐만 아니라 그 주변의 움직임을 감지하여 UV 조사를 즉시 중단하고, 일정 기간 동안 움직임이 포착되지 않는 안전 상태에 진입 후 UV 살균동작을 시행하여 인체에 자외선이 노출되지 않도록 하는 안전설계 방안으로 기존의 문제점 해결이 가능하다.
또한, 기존의 일반적인 모션센서를 이용할 경우 별도의 보완조치를 취하지 않을 경우, 주변 환경의 변화에 의해 사용자나 반려동물 움직임 정보를 오탐지하거나 미탐지할 가능성이 높아진다. 즉, 별도의 정책을 반영하지 않는 경우, 실제로 자외선이 미치지 않는 영역에서의 움직임도 감지하여 불필요하게 살균동작을 수행하지 못하거나, 필요이상의 전력과 시간이 소모될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자외선 살균장치(40, 50)의 자외선 출력소자(410)는 기울기 센서(420), 마그네틱 센서(430) 및 모션센서(440)와 분리된 별개의 MI-PCB(Metal Insert PCB)에 실장될 수 있다. 도 13은 자외선 출력소자(410) 중 하나인 UV LED 칩의 고발열 대응을 위한 별도 분리된 MI-PCB 적용을 나타낸 것이고, 도 14는 UV LED 칩의 고발열 대응을 위한 별도 분리된 MI-PCB 구현 예를 나타낸 것이다.
도 13과 도 14를 참조하면, UV LED 칩(410)은 전원을 공급받아 목표한 파장 대역의 자외선을 출력한다. 이 때 UV LED 칩(410)의 광변환 효율은 조명용 LED와 비교할 때 매우 낮아 공급된 에너지의 일부만 자외선으로 변환되고 나머지 대부분은 열에너지로 변환되기 때문에 UV LED 칩(410)의 발열이 심하고, 특히 고출력 칩의 경우는 발열의 정도가 더욱 심해지는 문제점이 있다. 이러한 UV LED 칩(410)의 고발열 문제를 개선하기 위해 UV 출력소자(410)를 발열에 취약한 기타 센서소자들(1330), 예를 들어 기울기센서(420), 마그네틱센서(430), 모션센서(440)이 배치된 메인 PCB(1320)와는 분리된 별도의 MI-PCB(Metal Insert PCB, 1310)에 실장한다. 메인 PCB(1320)에는 UV FoV 가이드라인을 위한 소자들(1340), 예를 들어 도 4의 레이저출력소자(460) 및 액시콘레즈(470) 또는 도 5의 광원소자(510), 고보필터(520) 및 컨벡스렌즈(530)이 배치될 수 있다. 이와 같이 고발열에 대응한 MI-PCB(1310)를 통해 UV LED 소자의 안정적인 자외선 출력 성능을 유지할 수 있으며, 자외선 살균 장치(40, 50) 내 적용된 여러 센서들(420, 430, 440)의 정확한 동작을 담보할 수 있다.
도 15는 자외선 살균장치(40, 50)와 부속체(보조갓, 지지대) 및 이들이 결합된 형태를 나타내고 있다. 도 15를 참조하면, (a)는 자외선 살균장치로부터 조사되는 자외선을 가이드하는 보조갓(1510)과 자외선 살균장치(1520)가 결합되기 전의 형상을 나타낸 것이고, (b)는 보조갓(1510)과 자외선 살균장치(1520)이 결합된 형상(1530)을 나타낸 것이다. 도 15의 (c)는 자외선 살균장치(1520)와 부속체인 보조갓(1510) 및 스탠드형 지지대(1540) 결합된 형상(1550) 예시이다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 운용 방법을 설명하기로 한다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 UV LED를 이용한 자외선 살균 시스템의 운용 방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 4, 도 5 및 도 16을 참조하면, 먼저 자외선 살균장치(40, 50)가 기울기 센서(420), 마그네틱 센서(430), 모션 센서(440) 및 통신부(455)의 정상동작 여부를 점검하고 자외선 출력 준비(UV ready)를 수행한다.(S1610단계)
앱/서버(45)가 자외선 살균장치(40, 50)로부터 자외선 조사 시간 정보를 획득한다.(S1620단계) 자외선 살균장치(40, 50)의 유효각도 범위를 체크한다.(S1630단계) 자외선 살균장치(40, 50)의 유효각도 범위 체크는 기울기센서(420)에 의해 수집된 자외선 살균장치(40, 50)의 각도 정보를 분석하여 자외선 살균장치(40, 50)의 자외선 조사 방향이 미리 정의된 유효각도 범위를 벗어나는지 여부를 통해 이루질 수 있다.
자외선 살균장치(40, 50)가 부속체(보조갓, 지지대 등)와 결합되어 있는지 여부를 체크한다.(S1640단계) 자외선 살균장치(40, 50)가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부는 마그네틱 센서(430)가 자외선 살균장치(40, 50)의 부속체에 포함된 네오디늄으로부터 발생한 자기장 세기를 감지하여 상기 자기장의 세기가 미리 설정된 유효범위를 벗어나는지 여부를 통해 이루어질 수 있다. 모션센서(440)는 감지 범위 내의 설치환경을 분석하는 학습모드를 진행하여 모션센서(440)의 감지 범위내 환경 데이터를 획득한다.(S1650단계)
앱/서버(45)는 상기 자외선 조사 시간 정보, 자외선 살균장치의 유효각도 범위 체크 정보, 자외선 살균장치(40, 50)와 부속체의 결합 체크 정보 및 모션센서(440)의 감지 범위내 환경 데이터를 수신하여 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 설정되는 자외선 살균장치(40, 50)의 살균 또는 불활화 정책을 포함하는 제어명령을 자외선 살균장치(40, 50)로 전송한다.(S1660단계) 자외선 살균장치(40, 50)는 상기 제어명령을 수신하고 상기 제어명령에 상응하도록 살균을 수행한다.(S1670단계) 이 때, 상기 제어명령이 조사시간 정보를 포함하는 경우에는 자외선 살균장치(40, 50)는 상기 조사시간에 상응하는 살균 동작을 수행하고, 상기 제어명령이 조사거리나 조사면적 정보를 포함하는 경우에는 자외선 살균장치(40, 50)는 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균 동작을 수행할 수 있다.
도 17은 자외선 살균장치(40, 50)와 앱/서버(45)의 연동을 흐름도로 나타낸 것이다. 도 4, 도 5 및 도 17을 참조하면, 살균장치와 앱/서버 연동구조를 통하여 살균장치에 적용된 센서 정보를 사용자에게 제공하여 오류나 불필요한 동작을 제거하는 방법으로 보다 안전하고 효율적인 사용이 가능하다.
원하는 목표 수준의 세균 살균과 바이러스 불활화에 필요한 단위면적당 자외선조사누적 총량을 실증을 통해 사전 확보할 수 있다. 상기 당위면적당 자외선조사누적 총량을 달성하기 위해 자외선 살균 장치(40, 50)와 살균대상면적 사이의 최단거리 및 최장거리 정보를 획득한 후 살균 성능의 열화 조건인 최장거리를 기준으로 필요조사시간을 획득할 수 있다. 이 때, 최단거리 정보는 별도의 근접센서 또는 근접거리 센싱이 가능한 모션센서(440)로부터 획득할 수 있다. 최장거리 정보는 상기 최단거리 정보와 살균 장치의 실효 FoV의 상관관계를 통해 확정할 수 있다.
또한 자외선 살균장치(40, 50)와 살균 대상 사이에 별도의 사물이나 지형이 장애물 역할을 하여 센서가 정확한 최단거리 정보를 획득하기 위해 센서에서 획득한 정보를 사후 조정하는 알고리즘을 적용할 수 있다. 이와 별도로 또는 추가하는 방법으로 스마트폰 앱/서버(45) 연동을 통해 사용자가 살균 면적을 지정하거나, 장애물 지형을 제외하는 정책을 반영하여 정확한 살균 동작을 시행할 수 있다.
자외선 살균장치(40, 50)가 가동되면 실장되어 있는 센서들(420, 430, 440)의 정상동작 여부와 앱/서버와의 통신 가능 여부를 자체 점검한 후, 공장 초기화 값으로 가지고 있는 자외선 조사 시간을 앱/서버(45)에 통보한다.
자외선 살균장치(40, 50)에 실장되어 있는 기울기센서(420)에서 수집된 자외선 살균장치(40, 50)의 각도 정보를 분석하여, 현재 자외선 살균장치(40, 50)의 자외선 조사 방향이 측면이나 상면을 바라보는 등 사전 정의된 유효각도 범위를 벗어난 경우, 자외선 조사 동작을 사전차단 조치하고 앱/서버(45)에 그 정보를 리포트하여 사용자가 자외선 살균장치(40, 50)를 올바르게 세팅 하도록 안내한다.
자외선 살균장치(40, 50)에 실장되어 있는 마그네틱 센서(430)가 자외선 살균장치의 부속체(보조갓, 스탠드형 지지대, 벽걸이형 지지대 등)에 포함된 네오디늄 등 자성소자로부터 발생한 자기장의 세기를 감지하여 자외선 살균장치(40, 50)가 부속체와 결합되어 구성되어 있는 지 여부를 앱/서버(45)에 리포트한다. 해당 정보를 기반으로 살균대상/면적/거리 정보의 정확도를 높일 수 있다.
자외선 살균장치(40, 50)의 물리 버튼, 음성인식, 모션인식, 앱/서버(45)로부터의 제어명령, 사전에 설정된 스케쥴러 등 다양한 방법으로 기동되어 모션센서(440)가 감지범위 내의 설치환경을 분석하는 학습모드를 진행하고, 해당 Raw data를 획득한다. 이 때 자외선 살균장치(40, 50)와 부속체가 결합되어 있는 경우 해당 Raw data를 자체 필터링 할 수 있으며, 자체 필터링 여부와 상관없이 수집된 전체 Raw data 또는 ??터링 후 업데이트된 Raw data 정보를 앱/서버(45)에 리포트 한다.
앱/서버(45)는 수집된 환경정보를 스마트폰 앱을 통해 사용자에게 제공하고, 사용자는 자외선 조사시간 또는 조사면적 또는 조사거리 등 세균/바이러스의 살균/불활화 정책을 설정하며, 이 정보는 자외선 살균장치(40, 50)에게 제어명령으로 전달된다.
자외선 살균장치(40. 50)는 앱/서버(45)로부터의 제어명령이 조사시간 형태로 내려올 경우 해당 정책을 반영하여 살균 동작을 시행하며, 조사거리나 조사면적 형태로 내려올 경우 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균 동작을 시행한다.
자외선 살균장치(40, 50)의 설치 환경에서 앱/서버(45) 연동이 처음부터 고려되지 않을 경우나, 설치 환경에서는 앱/서버(45) 연동 구조가 적용되더라도 동작 환경에서 앱/서버(45) 연동이 불가할 경우 등에는 모든 앱/서버(45) 연동 플로우를 자외선 살균장치(40, 50)가 자체적으로 판단하여 동작하는 보완 조치를 시행할 수 있다.
도 18은 자외선 살균장치와 부속체(보조갓, 지지대)가 결합된 형상에서 센싱된 Raw data를 나타내는 그래프이다. 도 18을 참조하면, 자외선 살균장치(40, 50)와 부속체(보조갓, 스탠드형 지지대)가 결합된 형상에서 모션센서(440)의 학습모드 시행을 통해 수집된 감지범위 내 설치환경 Raw data 정보로서, 자외선 살균장치(40, 50)와의 상대거리에 따른 신호세기를 나타내고 있다. 다섯 개의 유의미한 설치환경 정보(1810, 1820, 1830, 1840, 1850)가 수집된 경우이며 세번째 데이터(1830) 만이 측정/판정하려는 정보이며, 세번째 데이터(1830) 이외에는 정보분석 등 후처리를 통해 필터링되어야 하는 정보이다.
도 19는 앱/서버(45)에 의해 중면적 살균정책이 반영된 경우의 유효한 최단거리 정보 획득방법의 예시를 나타낸 것이다. 도 4, 도 5 및 도 19를 참조하면, x축은 살균장치와 감지된 사물과의 거리정보를 나타내며, y축은 해당 사물에 의해 발생한 신호세기 정보를 나타낸다.
x축에 평행하게 정렬된 정규 거리 정보 판정을 위한 신호세기 기준값을 통해 가우시안 노이즈나 멀티패스 페이딩에 의한 불필요정보는 모두 사전에 필터링될 수 있다. 참조번호 197은 소면적 살균 구간으로서 앱/서버(45)로 정책반영되며, 필터링 대상임을 나타낸다. 참조번호 198은 앱/서버(45)로 정책 반영되며, 유효한 정보구간을 나타낸다. 참조번호 199는 대면적 살균으로서 앱/서버(45)로 정책반영되며 필터링 대상임을 나타낸다. 참조번호 196은 정규거리 정보판정을 위한 신호세기 기준값을 나타낸다.
제1데이터(191)는 자외선 살균장치(40, 50)의 부속체(보조갓)에 의한 발생한 거리정보로, 마그네틱 센서(430)를 통해 부속체와 결합된 설치환경임을 알 수 있고, 자외선 살균장치(40, 50)와 최근접거리에서 발생한 패턴이므로 디바이스에서 자체 필터링되거나, 앱/서버(45) 연동을 통해 필터링되거나, 사용자의 정책 설정에 의해 필터링 가능하다.
제2데이터(192)는 자외선 살균장치(40, 50)의 부속체(스탠드형 지지대)에 의한 발생한 거리정보로, 마그네틱 센서(430)를 통해 부속체와 결합된 설치환경임을 알 수 있고, 자외선 살균장치(40, 50)와 최근접거리에서 발생한 패턴이므로 디바이스에서 자체 필터링되거나, 앱/서버(45) 연동을 통해 필터링되거나, 사용자의 정책 설정에 의해 필터링 가능하다.
제3데이터(193)는 자외선 살균장치(40,50)가 목표로 하는 살균대상/면적에 의해 발생한 최단거리정보로, 마그네틱 센서(430)를 통해 부속체와 결합된 설치환경이지만, 측정된 거리가 부속체와의 결합배치 구간을 벗어나 있으며, 신호세기 기준 값 이상이므로 디바이스에서 자체 필터링되지 않으며, 앱/서버(45) 연동 및 사용자의 정책 설정에 의해서도 유효한 범위 내에 있는 정보이므로 필터링되지 않고 목표한 정규값으로 판정된다. 만약 이 범주의 데이터가 복수개 존재할 경우 상대적으로 가까운 거리 정보들은 중간에 배치된 사물/환경에 기인한 것이므로, 복수개의 데이터 중 유효거리가 가장 먼 값을 기준값으로 설정한다.
제4데이터(145)는 살균장치의 목표로 하는 살균대상/면적에 의해 발생한 최장거리 정보로, 마그네틱 센서(430)를 통해 부속체와 결합된 설치환경이지만, 측정된 거리가 부속체와의 결합배치 구간을 벗어나 있으며, 신호세기 기준 값 이상이므로 디바이스에서 자체 필터링 되지 않으며, 앱/서버(45) 연동 및 사용자의 정책 설정에 의해 유효한 범위를 벗어나는 정보이므로 필터링 가능하다.
제5데이터(195)는 자외선 살균장치(40, 50)의 설치환경에서 멀티패스 페이딩에 의한 중첩반사로 인해 발생한 거리정보로, 마그네틱 센서(430)를 통해 부속체와 결합된 설치환경이지만, 신호세기 기준 값 미만이므로 디바이스에서 자체 필터링되며, 앱/서버(45) 연동 및 사용자의 정책 설정에 의해 유효한 범위를 벗어나는 정보이므로 필터링 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
30 : 자외선 살균 장치 측면부
32 : 자외선 살균 장치 후면부
34 : 자외선 살균 장치 저면부 310 : 근거리 통신모듈
220 : 서버 통신 인터페이스부 230 : 콘텐츠 재생부
232 : 인포 앱 234 : 미들웨어
236 : 운영체제 238 : 하드웨어
310 : 핸디버튼 320 : 전원 버튼
330 : 주방용 액세서리 킷 컨택부 340 : USB 충전포트
350 : UV LED 360 : 레이저출력소자 및 액시콘렌즈
370 : 초음파 ToF 40 : 자외선 살균장치
45 : 앱/서버 410 : 자외선 출력소자
420 : 기울기 센서 430 : 마그네틱 센서
440 : 모션센서 450 : 제어부
455 : 통신부 460 : 레이저 출력소자
470 : 액시콘 렌즈 472 : 액시콘 렌즈 꼭지각
50 : 자외선 살균장치 510 : 광원소자
520 : 고보 필터 530 : 컨벡스 렌즈
710 : UV 실효 FoV 910 : UV FoV 가이드라인
1010 : UV FoV 가이드라인 1110 : UV FoV 가이드라인
1210 : 모션 센서 FoV 1310 : MI-PCB
1320 : 메인 PCB 1330 : 메인PCB의 센서소자들
1340 : UV FoV 가이드라인을 위한 소자들
1510 : 보조갓 1520 : 자외선 살균장치
1530 : 보조갓이 결합된 자외선 살균장치
1540 : 자외선 살균장치 지지대
1550 : 보조갓 및 지지대와 결합된 자외선 살균장치
34 : 자외선 살균 장치 저면부 310 : 근거리 통신모듈
220 : 서버 통신 인터페이스부 230 : 콘텐츠 재생부
232 : 인포 앱 234 : 미들웨어
236 : 운영체제 238 : 하드웨어
310 : 핸디버튼 320 : 전원 버튼
330 : 주방용 액세서리 킷 컨택부 340 : USB 충전포트
350 : UV LED 360 : 레이저출력소자 및 액시콘렌즈
370 : 초음파 ToF 40 : 자외선 살균장치
45 : 앱/서버 410 : 자외선 출력소자
420 : 기울기 센서 430 : 마그네틱 센서
440 : 모션센서 450 : 제어부
455 : 통신부 460 : 레이저 출력소자
470 : 액시콘 렌즈 472 : 액시콘 렌즈 꼭지각
50 : 자외선 살균장치 510 : 광원소자
520 : 고보 필터 530 : 컨벡스 렌즈
710 : UV 실효 FoV 910 : UV FoV 가이드라인
1010 : UV FoV 가이드라인 1110 : UV FoV 가이드라인
1210 : 모션 센서 FoV 1310 : MI-PCB
1320 : 메인 PCB 1330 : 메인PCB의 센서소자들
1340 : UV FoV 가이드라인을 위한 소자들
1510 : 보조갓 1520 : 자외선 살균장치
1530 : 보조갓이 결합된 자외선 살균장치
1540 : 자외선 살균장치 지지대
1550 : 보조갓 및 지지대와 결합된 자외선 살균장치
Claims (16)
- 소정의 조사각도(Field of View, FoV)로 자외선을 출력하는 자외선 출력소자;
상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 수집하는 기울기센서;
상기 자외선 출력소자에 설치된 보조갓, 지지대를 포함한 부속체에 포함되어 있는 자성소자로부터 발생한 자기장의 세기를 감지하는 마그네틱센서;
센싱을 통해 살균대상 면적에 대한 최단 거리를 획득하고, 감지범위 내의 설치환경 데이터를 획득하고, 자외선 조사 범위 및 상기 자외선 조사 범위 주변의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 모션센서; 및
상기 자외선 출력소자의 자외선 조사시간을 외부 단말의 앱이나 서버 (앱/서버)에 통보하고, 상기 기울기 센서에서 수집된 상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 분석하여 자외선 조사 방향이 기설정된 유효각도 범위를 벗어난 경우 자외선 동작을 차단하고, 자외선 차단 정보를 상기 앱/서버에 전달하고, 상기 마그네틱 센서가 감지한 자기장의 세기를 이용하여 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부를 상기 앱/서버에 보고하고, 상기 모션센서로부터 움직임 정보가 수신되면 UV 조사를 중단하고 일정기간 움직임 정보가 없으면 자외선에 의한 살균 동작을 수행하게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 살균장치. - 제1항에 있어서,
상기 자외선 출력소자와 인접하여 배치되고, 레이저 빔을 출력하는 레이저 출력소자; 및
상기 레이저 출력소자로부터 출력되는 레이저 빔을 입사광으로 하여 살균장치의 자외선 조사범위를 육안으로 인지될 수 있도록 상기 레이저 출력소자의 출력광이 형성되도록 상기 레이저 출력소자와 배치되는 액시콘 렌즈를 더 포함하는, 자외선 살균장치. - 제2항에 있어서, 상기 액시콘 렌즈는
입사면은 평면이고 출사면은 원추형 표면을 가진 특수 유형의 렌즈로서 입사된 베셀 빔(Bessel beam)을 고리형 패턴으로 생성하고, 상기 자외선 살균장치의 실효 FoV 정보를 기준으로 액시콘의 꼭지각을 좁히거나 넓힘으로써 자외선 실효 FoV에 맞는 가이드라인을 제공하는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균장치. - 제1항에 있어서,
빔(beam)을 출력하는 광원소자;
상기 빔 패턴의 확산 각도를 조절하며, 자외선 살균장치의 실효 FoV정보를 기준으로 렌즈의 곡률이 결정되고 컨벡스(Convex) 렌즈; 및
상기 광원소자와 컨벡스 렌즈 사이에 원 형태로 배치되고, 자외선 조사범위를 고보패턴으로 생성하는 고보(gobo) 필터를 더 포함하고,
상기 컨벡스 렌즈는 상기 고보필터에서 생성된 고보패턴을 확산투영하여 사용자가 확인할 수 있는 고보패턴으로 생성하는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균장치. - 제2항에 있어서,
상기 액시콘렌즈를 통해 형성되는 UV FoV 가이드라인은 상기 자외선 출력소자의 UV실효 FoV 보다 넓고, 상기 모션센서에 의해 형성되는 모션 센서 FoV은 상기 UV FoV 가이드라인 보다 넓은 것을 특징으로 하는, 자외선 살균장치. - 제4항에 있어서,
상기 컨벡스 렌즈를 통해 형성되는 확산 투영된 고보패턴은 상기 자외선 출력소자의 UV실효 FoV 보다 넓고, 상기 모션센서에 의해 형성되는 모션 센서 FoV은 상기 확산 투영된 고보패턴 보다 넓은 것을 특징으로 하는, 자외선 살균장치. - 제1항에 있어서,
상기 자외선 출력소자는 상기 기울기 센서, 마그네틱 센서 및 모션센서와 분리된 별개의 MI-PCB(Metal Insert PCB)에 실장되는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균장치. - 자외선을 이용하여 소정의 영역에 대해 살균하는 자외선 살균장치; 및
상기 자외선 살균장치로부터 수집된 환경정보를 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 입력되는 자외선 조사시간, 조사면적 또는 조사거리를 이용하여 세균/바이러스의 살균/불활화 정책을 설정하고, 상기 설정된 정책 정보가 포함된 제어명령을 상기 자외선 살균장치에게 전달하는 외부 단말의 앱 이나 서버(앱/서버)를 포함하고,
상기 자외선 살균장치는
소정의 조사각도(Field of View, FoV)로 자외선을 출력하는 자외선 출력소자;
상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 수집하는 기울기센서;
상기 자외선 출력소자에 설치된 보조갓, 지지대를 포함한 부속체에 포함되어 있는 자성소자로부터 발생한 자기장의 세기를 감지하는 마그네틱센서;
센싱을 통해 살균대상 면적에 대한 최단 거리를 획득하고, 감지범위 내의 설치환경 데이터를 획득하고, 자외선 조사 범위 및 상기 자외선 조사 범위 주변의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 모션센서; 및
상기 자외선 출력소자의 자외선 조사시간을 상기 앱/서버에 통보하고, 상기 기울기 센서에서 수집된 상기 자외선 출력소자의 조사각도 정보를 분석하여 자외선 조사 방향이 기설정된 유효각도 범위를 벗어난 경우 자외선 동작을 차단하고, 자외선 차단 정보를 상기 앱/서버에 전달하고, 상기 마그네틱 센서가 감지한 자기장의 세기를 이용하여 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부를 상기 앱/서버에 보고하고, 상기 모션센서로부터 움직임 정보가 수신되면 자외선(UV) 조사를 중단하고 일정기간 움직임 정보가 없으면 자외선에 의한 살균 동작을 수행하게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 살균시스템. - 제8항에 있어서, 상기 자외선 살균장치는
상기 앱/서버로부터 수신한 제어명령이 조사시간일 경우, 상기 조사시간을 반영하여 살균동작을 수행하고,
상기 앱/서버로부터 수신한 제어명령이 조사거리 또는 조사면적일 경우, 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균동작을 수행하는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균시스템. - 제8항에 있어서, 상기 자외선 살균장치는
상기 자외선 출력소자와 인접하여 배치되고, 레이저 빔을 출력하는 레이저 출력소자; 및
상기 레이저 출력소자로부터 출력되는 레이저 빔을 입사광으로 하여 살균장치의 자외선 조사범위를 육안으로 인지될 수 있도록 상기 레이저 출력소자의 출력광이 형성되도록 상기 레이저 출력소자와 배치되고, 입사면은 평면이고 출사면은 원추형 표면을 가진 특수 유형의 렌즈로서 입사된 베셀 빔(Bessel beam)을 고리형 패턴으로 생성하고, 상기 자외선 살균장치의 실효 FoV 정보를 기준으로 액시콘의 꼭지각을 좁히거나 넓힘으로써 자외선 실효 FoV에 맞는 가이드라인을 제공하는 액시콘 렌즈를 더 포함하는, 자외선 살균시스템. - 제8항에 있어서, 상기 자외선 살균장치는
빔(beam)을 출력하는 광원소자;
상기 빔 패턴의 확산 각도를 조절하며, 자외선 살균장치의 실효 FoV정보를 기준으로 렌즈의 곡률이 결정되고 컨벡스(Convex) 렌즈; 및
상기 광원소자와 컨벡스 렌즈 사이에 원 형태로 배치되고, 자외선 조사범위를 고보패턴으로 생성하는 고보(gobo) 필터를 더 포함하고,
상기 컨벡스 렌즈는 상기 고보필터에서 생성된 고보패턴을 확산투영하여 사용자가 확인할 수 있는 고보패턴으로 생성하는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균시스템. - 제8항에 있어서, 상기 자외선 출력소자는
상기 기울기 센서, 마그네틱 센서 및 모션센서와 분리된 별개의 MI-PCB(Metal Insert PCB)에 실장되는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균시스템. - 기울기 센서, 마그네틱 센서, 모션 센서 및 통신부를 구비하는 자외선 살균장치 및 상기 자외선 살균장치와 통신하는 외부 단말의 앱 이나 서버 (앱/서버)를 포함하는 자외선 살균시스템의 운용방법에 있어서,
상기 자외선 살균장치가 기울기 센서, 마그네틱 센서, 모션 센서 및 통신부의 정상동작 여부를 점검하고 자외선 출력 준비(UV ready)를 수행하는 단계;
상기 앱/서버가 상기 자외선 살균장치로부터 자외선 조사 시간 정보를 획득하는 단계;
상기 자외선 살균장치의 유효각도 범위를 체크하는 단계;
상기 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부를 체크하는 단계;
상기 모션센서가 감지 범위 내의 설치환경을 분석하는 학습모드를 진행하여 상기 모션센서의 감지 범위내 환경 데이터를 획득하는 단계;
앱/서버는 상기 자외선 조사 시간 정보, 자외선 살균장치의 유효각도 범위 체크 정보, 상기 자외선 살균장치와 부속체의 결합 체크 정보 및 모션센서의 감지 범위내 환경 데이터를 수신하여 사용자에게 제공하고, 사용자에 의해 설정되는 상기 자외선 살균장치의 살균 또는 불활화 정책을 포함하는 제어명령을 상기 자외선 살균장치로 전송하는 단계; 및
상기 자외선 살균장치는 상기 제어명령을 수신하고 상기 제어명령에 상응하도록 살균을 수행하는 단계를 포함하는, 자외선 살균장치 및 앱/서버를 이용한 자외선 살균시스템 운용방법. - 제13항에 있어서, 상기 자외선 살균장치의 유효각도 범위 체크는
상기 기울기센서에 의해 수집된 상기 자외선 살균장치의 각도 정보를 분석하여 상기 자외선 살균장치의 자외선 조사 방향이 미리 정의된 유효각도 범위를 벗어나는지 여부를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균장치 및 앱/서버를 이용한 자외선 살균시스템 운용방법. - 제13항에 있어서, 상기 자외선 살균장치가 상기 부속체와 결합되어 있는지 여부는
상기 마그네틱 센서가 상기 자외선 살균장치의 부속체에 포함된 네오디늄으로부터 발생한 자기장 세기를 감지하여 상기 자기장의 세기가 미리 설정된 유효범위를 벗어나는지 여부를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균시스템 운용방법. - 제13항에 있어서, 상기 제어명령에 상응하는 살균을 수행하는 단계는
상기 제어명령이 조사시간 정보를 포함하는 경우에는 상기 자외선 살균장치는 상기 조사시간에 상응하는 살균 동작을 수행하고,
상기 제어명령이 조사거리나 조사면적 정보를 포함하는 경우에는 상기 자외선 살균장치는 사전 매핑된 조사시간 정보를 도출하여 살균 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는, 자외선 살균시스템 운용방법.
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR101043967B1 (ko) * | 2010-05-03 | 2011-06-24 | 주식회사 테코맥스 | 출입구 공기 정화장치 |
| JP6532338B2 (ja) * | 2015-07-28 | 2019-06-19 | 日立造船株式会社 | 紫外線照射装置 |
| KR20200028611A (ko) * | 2018-09-07 | 2020-03-17 | 강원대학교산학협력단 | 렌즈 어레이를 이용한 자외선 살균 장치 |
| KR20200073830A (ko) | 2018-12-14 | 2020-06-24 | 김명숙 | 휴대 지능형 uvc led 살균기 |
| KR20200093186A (ko) * | 2019-01-28 | 2020-08-05 | 김현석 | 자외선엘이디 공간살균기 |
-
2021
- 2021-01-19 KR KR1020210007667A patent/KR102654490B1/ko active IP Right Grant
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