MULTI-PURPOSE SMART LIGHTING DEVICE

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 다용도 스마트 조명 장치는, 도1 내지 도3을 참조하면 알 수 있듯이, 조명어레이(100), 고정바(300), 제1모터부(500), 제1와이어부(700), 및 제어부(900)를 포함한다.

먼저, 조명어레이(100)는 유연성을 가지는 장방형의 프레임에 길이방향으로 복수개의 조명유닛(120)이 마련된다.

상기한 조명어레이(100)의 구성 중 프레임(140)은 스테인리스로 이루어져 중력이 작용하는 공간에서 연직 방향으로 처짐 현상이 발생하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 조명어레이(100)는 중앙부가 고정바(300)에 의해 고정되면 양단부가 연직 방향으로 자연스럽게 휘어지게 되며, 이를 통해 후술할 제1모터부(500) 및 제1와이어부(700)를 통해 휨 반경의 조절이 가능해지는 것이다.

여기서, 상기 프레임(140)은 스테인리스 304가 선택될 수 있으며, 스테인리스 304는 니켈이 함유되어 있어 내식성과 내열성이 뛰어나며, 저온 강도를 가지며 기계적 성질이 양호하여 본 실시예에 적합하게 사용될 수 있다.

그리고 상기 조명유닛(120)은 복수개의 RGB LED(122)가 점 행렬(dot matrix)로 배치되어 복수의 색상을 선택적으로 발광될 수 있다. 이러한 조명유닛(120)은 다양한 색상 및 밝기 연출을 통해 여러 용도의 조명 기능을 수행할 수 있음은 물론 기존의 획일적인 조명에 탈피하여 3차원 형태의 전시 디스플레이나 예술 디자인으로 활용될 수 있다. 이때, 상기 점 행렬로 배치된 복수개의 RGB LED(122)는 폴리카보네이트로 감싸 면발광이 가능하도록 함으로써 또 다른 조명 효과를 나타낼 수 있다.

나아가, 상기 조명어레이(100)는 복수개 배치되어 실내 공간이나 조명의 기능에 따라 다양하게 활용될 수 있으며, 각각의 조명어레이(100)가 서로 개별적으로 작동하여 다양한 조명 연출이 가능하다.

다음으로, 고정바(300)는 상기 조명어레이(100)가 일정 높이에서 지지될 수 있도록 하는 것으로, 일단부는 상기 조명어레이(100)의 중앙부에 고정되고 타단부는 구조물의 천장에 고정된다. 여기서, 상기 고정바(300)는 상기 조명어레이(100)를 보다 견고히 지지할 수 있도록 강성이 높은 스틸 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기한 고정바(300)는 단순히 조명어레이(100)를 지지하는 것이 아닌 그 중앙부에 고정됨으로써 후술할 제1와이어부(700) 및 제2와이어부(720)와의 유기적인 결합을 통해 상기 조명어레이(100)의 휨 반경을 다양하게 조절할 수 있는 기초가 되는 것이다.

다음으로, 상기 제1모터부(500)는 상기 조명어레이(100)의 양단부 위치에 대응하도록 상기 천장에 설치되는 한 쌍의 스텝모터를 포함한다. 여기서, 도3을 참조하면 알 수 있듯이, 상기 스텝모터의 회전축에는 풀리(fully)가 결합되어 후술할 와이어의 감김 및 풀림을 용이하게 할 수 있으며, 상기 풀리와 연결된 와이어를 통해 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환할 수 있게 된다. 이때, 와이어의 상하 위치이동에 대한 오차범위를 최소화하기 위해 모터 회전을 통한 이동거리 측정하고 상기 풀리의 지름값을 최적화하는 것이 바람직하다.

상기 스텝모터는 펄스 신호를 줄 때마다 일정 각도씩 회전하는 것으로서, 입력 펄스 수와 모터의 회전각도가 완전히 비례하므로 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다. 이러한 스텝모터는 철판을 성층하여 만든 스테이터에 2개의 코일이 감기며, 2개의 자극쌍(pole pair)을 형성하고 각 자극쌍의 N극과 S극은 서로 마주보도록 설계된다. 그리고 스테이터에 통합된 이(teeth)는 자극 휠(pole wheel)의 기능을 하도록 분포된다.

다음으로, 상기 제1와이어부(700)는 상기 한 쌍의 스텝모터와 상기 조명어레이(100)의 양단부에 각각 연결되는 한 쌍의 와이어로 구성되며, 상기 스텝모터의 회전각도에 의해 상기 한 쌍의 와이어의 상하 길이가 개별 또는 동시에 가변된다. 즉, 상기 와이어가 스텝모터의 회전축에 장착된 풀리에 감기거나 풀림으로써 상하 길이가 가변되는 것이다.

여기서, 상기 와이어는 조명어레이(100)를 안전하게 지지하기 위한 금속선으로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 강선과 마사를 꼬아 합쳐 내구도를 증대시켜 안정성이 더욱 향상되도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 조명어레이(100)의 크기나 무게에 따라 합성수지나 합성수지 등의 재질로 이루어진 와이어가 사용되어도 무방하다.

다음으로, 제어부(900)는 상기 스텝모터의 회전 각도를 제어하여 상기 조명어레이(100)의 휨 반경에 따른 조사각을 조절한다.

이러한 제어부(900), 도9에 도시된 바와 같이, 외부신호를 입력받아 기기정된 알고리즘에 따라 스텝모터의 제어신호를 전송하는 아두이노(920)와, 상기 아두이노(920)로부터 제어신호를 수신하여 스텝모터를 구동시키는 구동드라이버(940)를 포함할 수 있다. 예시된 도면에는 아두이노(920)와 구동드라이버(940)가 보드 형태로 분리된 구성이지만, 이에 한정되지 않고 하나의 보드에 아두이노(920)와 구동드라이버(940)의 회로 구성이 동시에 집적될 수 있음은 물론이다.

여기서, 상기 아두이노(920)는 손쉬운 개발 환경을 제공하는 오픈소스 기반의 하드웨어 플랫폼으로, 손쉬운 개발 툴 및 USB 기반 연결 인터페이스, 저렴한 하드웨어 비용, 모든 구조의 개방으로 하드웨어에 대한 깊은 지식 없이도 애플리케이션 구축이 가능한 특징이 있다. 이러한 아두이노의 가장 큰 장점은 마이크로 컨트롤러를 쉽게 동작시킬 수 있다는데 있다. 일반적으로 AVR 프로그래밍이 WinAVR로 컴파일하여 ISP 장치를 통해 업로드를 해야하는 등 번거로운 과정을 거쳐야하는데 비해, 아두이노는 USB를 통해 컴파일 및 업로드를 쉽게 할 수 있다. 또한, 아두이노는 다른 모듈에 비해 비교적 저렴하고, Windows를 비롯해 Mac OSX, 리눅스와 같은 여러 OS를 모두 지원하고 있으며, 아두이노 보드의 회로도가 CCL에 따라 공개되어 있으므로 누구나 직접 아두이노 보드를 만들고 수정할 수 있다. 특히, 스마트기기의 운영체제와의 뛰어난 호환성을 활용해 블루투스나 NFC 등과의 근거리통신을 이용하여 스텝모터 등과 같은 주변장치를 쉽게 제어함으로써 주변환경과의 상호 작용성을 제공할 수 있다.

그리고, 상기 구동드라이버(940)는 도10에 구체적으로 도시된 바와 같이, 모터 LED(941), 5V LED(942), 가변저항(943), 모터 전원 커넥터(944a,944b), 모터 컨트롤 커넥터(945), 스텝모터 커넥터(946a,946b)를 포함한다.

상기 모터 LED(941)와 5V LED(942)는 스텝모터를 구동시키기 위한 전원전압과 전기적으로 연결되어 전원전압이 흔들릴 경우 LED의 밝기가 변하게 된다. 이를 통해 사용자가 전원이상 여부를 쉽게 알 수 있게 된다.

상기 가변저항(943)은 스텝모터에 공급되는 전류량을 조절하기 위한 것으로, 스텝모터의 열과 탈조 여부에 따라 전류를 조절할 수 있다.

상기 모터 전원 커넥터(944a,944b)는 12V와 24V가 각각 구성되어 둘 중 한곳만 연결하면 되나, 필요시 둘 다 연결하여도 무방하다.

상기 모터 컨트롤 커넥터(945)는 케이블을 통해 아두이노(920)와 전기적으로 연결되며 제어신호를 전달받아 스텝모터를 구동할 수 있도록 한다.

상기 스텝모터 커텍터(946a,946b)는 보드의 양쪽에 2개가 배치되어 2개의 스텝모터가 연결될 수 있도록 함으로써 2개의 스텝모터를 동시에 구동시키거나 개별 구동시킬 수 있도록 한다.

덧붙여, 상기 제어부(900)에는 별도의 통신모듈이 구비되어 원격지의 서버와의 통신을 통해 양방향 제어가 가능하며, 원격지 서버에서 파일전송을 통해 스텝모터의 구동 알고리즘 파일을 직접 제어부에 설치될 수 있도록 한다. 이에, 하나의 서버가 다수의 제어부와 통신함으로써 원격지에서 여러 곳의 시설을 관리할 수 있어 유지 및 인건 비용을 절감할 수 있도록 한다.

이하, 상술한 설명을 바탕으로 도4a 내지 도4c를 참조하여 본 발명의 다용도 스마트 조명 장치의 구동 제어에 따른 작동 상태를 설명하기로 한다.

도4a의 실시예에 따르면, 제1와이어부(700)가 고정바(300)의 길이와 대비하여 더 감기거나 풀리지 않고 조명어레이(100)가 지면과 수평이 되도록 함으로써 전체적으로 고르게 빛이 조사될 수 있도록 한다.

도4b의 실시예에 따르면, 제1와이어부(700)가 고정바(300)의 길이와 대비하여 더 길어지도록 풀려 조명어레이(100)가 지면 방향으로 오목하게 되도록 함으로써 좁은 공간에 빛이 집중될 수 있도록 한다.

도4c의 실시예에 따르면, 제1와이어부(700)가 고정바(300)의 길이와 대비하여 더 짧아지도록 감겨 조명어레이(100)가 지면 방향으로 볼록하게 되도록 함으로써 넓은 공간에 빛이 확산될 수 있도록 한다.

나아가, 도5에 예시된 바에 따르면, 상기한 도4a 내지 도4c의 실시예가 다양하게 합쳐진 실시예로서 단순한 조명의 역할뿐만 아니라 시각적으로 미려한 인테리어의 효과를 나타낼 수 있는 것이다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예에 더하여, 도6에 도시된 바와 같이, 상기 고정바(300)와 상기 제1모터부(500) 사이에 설치되는 적어도 하나의 스텝모터를 포함하는 제2모터부(520)와, 상기 제2모터부(520)의 스텝모터 개수와 대응하도록 적어도 하나의 와이어로 구성되며 상기 제2모터부(520)의 스텝모터와 상기 조명어레이(100)의 양단부 사이의 적어도 한 지점을 연결하는 제2와이어부(720)를 더 포함할 수 있다.

즉, 단순히 조명어레이(100)의 양단부만을 가변시켜 집중광과 확산광을 제어하는 것이 아닌, 조명어레이(100)의 양단부와 고정바(300) 사이를 더 가변시킴으로써 더 다양한 조명 효과를 나타낼 수 있게 되는 것이다.

또한, 상술한 본 발명의 실시예에 더하여, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 조명어레이(100)와 인접한 천장, 벽면, 및 바닥면 중 적어도 한 곳에 마련되어 일정 공간 내의 객체를 감지하는 센서부(800)를 더 포함할 수 있으며, 이때 제어부(900)는 상기 센서부(800)로부터 감지신호를 입력받아 상기 제1모터부(500) 및 상기 제2모터부(520) 중 적어도 하나를 제어할 수 있게 된다.

즉, 조명어레이(100)가 사용자에 의해 수동으로 제어되거나 기설정된 알고리즘에 의해 반복되는 패턴으로 제어되는 것이 아닌, 상기 센서부(800)의 감지 범위 내의 객체의 움직임에 따라 상기 조명어레이(100)의 휨 반경의 자동으로 조절될 수 있도록 함으로써 다양한 분야에 키넥트(Kinect) 조명을 접목시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고 도시하고 있지는 않으나, 근접한 스마트기기와 페어링되어 상기 스마트기기로부터 패턴신호를 수신하는 블루투스부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부(900)는 상기 블루투스부로부터 패턴신호를 입력받아 상기 제1모터부(500) 및 상기 제2모터부(520) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

여기서, 패턴신호는 사용자의 스마트기기에 설치된 어플리케이션으로부터 입력이 가능하며, 상기 어플리케이션은 상술한 제어부의 아두이노와 호환 및 연동함으로써 다양한 조명연출이 가능하다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 와이어를 통해 각각의 조명어레이를 라인별로 펼치거나 오므려 빛을 확산 또는 집중시켜 공간의 부분별로 빛을 효율적으로 사용할 수 있으므로 다양한 용도로 활용될 수 있는 효과가 있다.

둘째, 기존의 조명에서 탈피하여 설치 장소나 위치 등 주변 환경에 따라 다양한 조명 효과를 표현할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 센서 또는 블루투스와 연동하는 제어부를 통해 조명의 조사 각도를 전자동으로 쉽게 제어할 수 있으며, 전자동을 구현함에 있어 복잡하지 않고 단순한 구조로 설계할 수 있는 효과가 있다.

넷째, dot matrix RGB LED를 조명어레이를 통해 다양한 굴곡으로 가변시키면서 다양한 색상을 연출할 수 있으므로 외관이 미려한 인테리어나 디스플레이용으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.