KR20220117018A - 스마트 조명 - Google Patents

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KR20220117018A
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이산해
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조민성
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    • F21—LIGHTING
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Abstract

본 발명은 사용자가 실제로 사용하는 공간에서 발광되거나 조도를 변화시키는 스마트 조명을 제공한다. 이에 본 발명의 일 측면에 따른 스마트 조명은 사용자의 손 또는 시선을 감지하는 감지부, 감지값으로부터 사용자의 작업공간을 특정하는 제어부 및 상기 작업공간의 중심을 향해 광을 출력하는 발광부를 포함한다.

Description

스마트 조명{SMART LIGHTING}
본 발명은 조명에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 행위를 인식하여 빛의 강도와 방향을 조절하는 스마트 조명에 대한 것이다.
최근 친환경 저전력 조명이 각광받고 있고, 이 가운데 핵심은 LED(Light Emitting Diode) 조명 기술이라 해도 과언이 아니며, 최근에는 LED 조명기기의 보급이 활발하게 진행되고 있다. 최근의 조명기기는 단순히 켜고 끄는 것에서 나아가, 사용자 자신이 원하는 밝기로 자유롭게 조절할 수 있는 기능들이 적용되고 있다.
나아가 최근에는 선행기술문헌에서와 같이 사용자의 행위를 반영하거나 생체 리듬을 손상시키지 않는 스마트 조명의 개발이 이루어지고 있다. 그러나, 선행기술문헌들에서는 실제 사용자의 움직임에 따른 조명제어는 이루어지지 않고 있다. 예를 들어, 학습 환경에서 사용자가 높은 조도의 빛이 필요한 경우에는 불필요하게 전체 공간이 밝도록 발광하는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1332944호(2013. 11. 25.), 사용자의 행위를 반영한 시나리오에 의해 동작하는 스마트 실내 조명 시스템{Smart indoor lighting system operated by scenario reflecting user''s behavior}
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 사용자가 실제로 사용하는 공간에서 발광되거나 조도를 변화시키는 스마트 조명을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 스마트 조명은 사용자의 손 또는 시선을 감지하는 감지부, 감지값으로부터 사용자의 작업공간을 특정하는 제어부 및 상기 작업공간의 중심을 향해 광을 출력하는 발광부를 포함한다.
이때 상기 감지부는 레이더, 라이더 및 카메라 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광부는 복수개의 LED를 포함하여 이루어지고 상기 사용자의 작업 공간 중심에 대응하는 LED가 발광되도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 스마트 조명은 구동부를 더 포함하여 이루어지고, 상기 발광부가 상기 사용자의 작업 공간 중심 방향에 대응하지 않는 경우에 상기 발광부의 발광 방향을 물리적으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 발광부는 가시광LED, 적외선LED, 및 자외선LED를 포함하여 이루어지고, 상기 제어부는 사용자의 작업 공간 중심을 설정 시간 동안 판단할 수 없는 경우에는 적외선LED 또는 자외선LED를 발광하도록 제어할 수 있다.
본 발명은 발광부의 LED 중 작업 공간 중심에 대향하는 것을 발광하도록 하고 작업 공간 중심에 대향하지 않는 경우에는 물리적으로 발광부의 대향면을 구동시켜 더욱 사용자의 작업 공간 중심에 대향하는 광을 출사하도록 하여 업무 효율을 높이면서 광출력의 낭비도 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 스마트 조명 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서의 발광부를 더욱 자세하게 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3에서의 감지부를 더욱 자세하게 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 스마트 조명 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서의 발광부를 더욱 자세하게 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 시스템의 구성도이고, 도 4는 도 3에서의 감지부를 더욱 자세하게 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 시스템(1000)은 사용자의 작업 공간을 감지하여 발광하는 스마트 조명(100)과 서버(200)를 포함하여 이루어진다. 서버(200)는 스마트 조명(100)을 자동 모드로 설정한 경우에 발광 데이터를 스마트 조명(100)의 통신부(160)에 전송하는 역할을 수행한다.
이를 위해 스마트 조명(100)은 입력부(110), 감지부(120), 발광부(130), 제어부(140), 구동부(150), 및 통신부(160)로 구성된다.
입력부(110)는 목적에따라 스마트 조명(100)의 발광 세기 및 발광 파장을 제어하는 입력을 수행한다. 예를 들어, 입력부(110)는 학습 모드, 휴식 모드를 선택하여 적절할 광이 발광되도록 선택할 수 있다.
감지부(120)는 사용자의 손 또는 시선을 인식하는 역할을 수행한다. 이때 감지부(120)는 레이더(121), 라이더(122) 및 카메라(123)를 포함하여 이루어진다.
우선, 레이더(121)는 전파를 이용하여 사용자의 손과 같은 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 레이더(121)는 전자파 송신부, 전자파 수신부 및 전자파 송신부 및 전자파 수신부와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리되는 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
레이더(121)는 전파 발사 원리상 펄스 레이더(Pulse Radar) 방식 또는 연속파 레이더(Continuous Wave Radar) 방식으로 구현될 수 있다. 레이더(121)는 연속파 레이더 방식 중에서 신호 파형에 따라 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식 또는 FSK(Frequency Shift Keyong) 방식으로 구현될 수 있다. 레이더(121)는 전자파를 매개로, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다.
다음으로, 라이다(122)는 레이저 광을 이용하여 손 등의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 라이다(122)는 광 송신부(미도시), 광 수신부(미도시) 및 광 송신부 및 광 수신부와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
라이다(122)는 TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식으로 구현될 수 있다. 라이다(122)는 구동식 또는 비구동식으로 구현될 수 있는데, 구동식으로 구현되는 경우 라이다(122)는 모터에 의해 회전되며 오브젝트를 검출할 수 있다. 비구동식으로 구현되는 경우, 라이다(122)는 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트를 검출할 수 있다.
라이다(122)는 레이저 광 매개로 TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다. 이때 라이다(122)는 발광부(130)에 인접하여 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 카메라(123)는 영상을 이용하여 손 등 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 카메라(123)는 적어도 하나의 렌즈, 적어도 하나의 이미지 센서 및 이미지 센서와 전기적으로 연결되어 수신되는 신호를 처리하고, 처리되는 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
카메라(123)는 모노 카메라, 스테레오 카메라, AVM(Around View Monitoring) 카메라 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 카메라(123)는 다양한 영상 처리 알고리즘을 이용하여, 오브젝트의 위치 정보, 오브젝트와의 거리 정보 또는 오브젝트와의 상대 속도 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어, 카메라(123)는 획득된 영상에서 시간에 따른 오브젝트 크기의 변화를 기초로, 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 또한, 카메라(123)는, 핀홀(pin hole) 모델, 노면 프로파일링 등을 통해, 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다.
또한, 카메라(123)는 스테레오 카메라에서 획득된 스테레오 영상에서 디스패러티(disparity) 정보를 기초로 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 카메라(123)는 FOV(field of view) 확보가 가능하도록 발광부(130)에 인접하여 장착될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 카메라(123)는 사용자의 시선을 인식한다. 이 경우 카메라(123)는 넓은 영역에서 눈의 위치를 찾기 위한 광각(wide view field) 카메라와 찾아진 눈의 위치로 팬(Pan)-틸트(Tilt)-포커싱(Focusing)하여 고화질의 눈 영상을 획득하기 위한 협각(narrow view field) 카메라로 구성될 있다.
또한, 카메라(123)는 사용자의 시선을 추적하기 위해서 스테레오 카메라의 캘리브레이션과 랙티피케이션을 수행하고, 스테레오 카메라와 협각 카메라 간의 캘리브레이션을 수행하며, 사용자 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 이때 각 캘리브레이션의 수행이 완료되면, 스테레오 카메라로부터 영상들을 입력 받고 입력된 각 영상들에서 얼굴 영역 및 눈 영역을 검출할 수 있다.
이후, 검출해 낸 눈의 2차원 좌표와 캘리브레이션을 통해 획득한 사용자의 눈 영역에 대한 3차원 위치 정보를 계산하고 이를 기반으로 협각 카메라에 대한 패닝(Panning), 틸팅(Tilting), 오토포커스(Auto-Focus)를 수행하고, 이를 통해 고화질의 눈 영상을 획득한다. 그리고, 획득된 고화질의 눈 영상으로부터 동공 중심을 검출하고, 적외선 조명에 의해 눈에 반사된 각막 반사광을 검출한다. 이와 같은 과정을 통해 검출된 동공 중심에 대한 정보와 각막 반사광에 대한 정보로부터 사용자의 시선 위치와 이동을 계산해 낼 수 있다. 이러한 감지부(120)의 감지값에 의해 제어부(140)는 사용자의 작업 공간을 특정한다. 작업 공간은 사용자의 손이 주로 머무는 장소와 사용자의 시선이 주로 향하는 방향을 의미한다. 이때 제어부(130)는 설정시간 동안 머무는 손의 위치와 시선의 고정 방향을 연산하여 주된 작업 공간을 특정한다.
작업 공간이 특정되면 제어부(140)는 발광부(130)를 제어하여 주된 작업 공간의 중심을 향해 광을 출사하도록 한다. 도 1에서와 같이 사용자의 손(10)이나 시선방향(20)이 향하는 곳이 주된 작업 공간이 된다.
이를 위해 발광부(130)는 도 2에서 도시한 바와 같이 복수개의 LED로 구성된다. 이때 발광부(130)를 이루는 복수개의 LED는 가시광LED(131), 적외선LED(132) 및 자외선LED(133)으로 이루어진다. 또한, 본 실시예에서는 광의 직진성을 높이기 위해 석영 재질의 확산렌즈(134)를 더 포함할 수 있다.
이때, 작업 공간의 특정에 따라 복수개 LED 중에서 작업 공간의 중심 방향과 이격된 것은 비점등하도록 제어된다. 즉, 사용자의 작업 공간 중심에 대응하는 LED 만 발광되도록 한다.
그런데, 도 2에 도시한 바와 같은 발광부(130)의 구조에서는 LED가 사용자의 작업 공간 중심 쪽과 대향하지 않을 수 있다. 이 경우에는 제어부(140)가 구동부(150)를 제어하게 된다. 구동부(150)는 물리적으로 발광부의 발광 중심을 이동하도록 한다. 이를 위해 구동부(150)는 틸팅 및 회전이 가능하도록 모터를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서의 발광부(130)는 적외선LED(132)와 자외선LED(133)를 포함하여 이루어지는데 적외선LED(132)와 자외선LED(133)는 전술한 작업 공간 중심을 설정 시간 동안 판단할 수 없는 경우에 발광되도록 제어된다. 다시 말해, 사용자의 손이나 시선이 학습 등을 위해 설정 범위에서 고정된 경우가 아니라고 판단되는 경우에 근시 억제 또는 온열 효과가 나오도록 비가시광 LED를 발광하게 된다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000: 스마트 조명 시스템
100: 스마트 조명
110: 입력부
120: 감지부
121: 레이더
122: 라이다
123: 카메라
130: 발광부
131: 가시광 LED
132: 적외선 LED
133: 자외선 LED
134: 확산렌즈
140: 제어부
150: 구동부
10: 손
20: 눈동자

Claims (5)

  1. 사용자의 손 또는 시선을 감지하는 감지부;
    감지값으로부터 사용자의 작업공간을 특정하는 제어부; 및
    상기 작업공간의 중심을 향해 광을 출력하는 발광부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 조명.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 레이더, 라이더 및 카메라 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 조명.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는 복수개의 LED를 포함하여 이루어지고 상기 사용자의 작업 공간 중심에 대응하는 LED가 발광되도록 제어되는 특징으로 하는 스마트 조명.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스마트 조명은 구동부를 더 포함하여 이루어지고, 상기 발광부가 상기 사용자의 작업 공간 중심 방향에 대응하지 않는 경우에 상기 발광부의 발광 방향을 물리적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 스마트 조명.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는 가시광LED, 적외선LED, 및 자외선LED를 포함하여 이루어지고, 상기 제어부는 사용자의 작업 공간 중심을 설정 시간 동안 판단할 수 없는 경우에는 적외선LED 또는 자외선LED를 발광하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 조명.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

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KR101332944B1 (ko) 2013-04-30 2013-11-25 강원대학교산학협력단 사용자의 행위를 반영한 시나리오에 의해 동작하는 스마트 실내 조명 시스템

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