KR101571565B1 - 인체 감지 에어컨 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

서로 다른 스캔 영역을 갖는 복수의 써모 파일 센서가 배열되는 센서부; 상기 센서부를 회전시키는 스캐닝부; 상기 스캐닝부의 동작을 제어하고, 상기 각각의 스캔 영역에 대한 열원 감지 정보를 입수하며, 상기 열원 감지 정보를 분석하여 실제 열원 및 허상 열원을 식별하고, 상기 실제 열원의 시간 변동량을 체크하여 재실자 수 및 재실자 위치에 관한 재실자 정보를 파악하며, 상기 재실자 정보에 따라 냉난방 온도 및 송풍 방향을 조절하는 제어부; 를 포함하는 인체 감지 에어컨 및 그 제어 방법이 개시된다.

Description

인체 감지 에어컨 및 그 제어 방법{AIR CONDITIONER DETECTING HUMAN BODY AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 실내 온도를 조절하는 에어컨에 관한 것으로서, 특히 실내의 인체 존재 유무 및 인체 존재 위치를 감지하여 실내 온도 및 송풍 방향을 지능적으로 제어할 수 있는 인체 감지 에어컨 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 에어컨 사용 고객의 니즈(needs)가 다양해짐에 따라 단순 기능을 수행하는 에어컨을 탈피하여 냉난방 이외의 다양한 기능을 수행할 수 있는 지능형 에어컨에 대한 요구가 증가하고 있다.
예를 들어, 인체에 직접 차가운 공기가 송풍되는 경우 에어컨 사용자는 쉽게 추위를 느끼므로 간접풍에 대한 니즈가 발생하며, 이와 반대로 습도나 평균 온도가 높은 경우 빠른 시간에 쾌적함을 느끼고 싶어하므로 직접풍에 대한 니즈가 발생한다. 이와 같이 간접풍 또는 직접풍에 대한 선호도는 사용자의 취향과 사용 조건에 따라 다르게 나타난다.
따라서, 에어컨 설치 공간 내의 인체 또는 기타 열원의 유무와 그 위치를 감지하는 온도 감지 센서를 구비하고, 센서 정보를 토대로 에어컨의 송풍 기류 제어를 수행하는 인체 감지 에어컨을 이용하면 에어컨의 감성 품질을 크게 향상시킬 수 있다.
일반적으로 온도를 측정하는 온도계로서 접촉식 온도계 및 비접촉식 온도계 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 접촉식 온도계로는 수은 온도계, 알콜 온도계, NTC온도계 및 공업용으로는 열전대(Thermocouple) 및 백금 측온계 등이 있다. 그 중에서, 직접 열원에 접촉할 수 없는 경우나 매우 빠른 온도 계측을 위해서는 비접촉식 온도 센서가 적합하다.
비접촉식 온도 센서의 예로서 초전형(焦電型, pyroelectric) 센서를 들 수 있다. 초전형 센서는, 센서 자체는 움직임이 없이 고정되어 있는 경우가 대부분이므로 실사용시 인체의 유무나 위치를 정확하게 판별하는데 곤란한 점이 있다.
본 발명은 이러한 필요성을 감안한 것으로서, 에어컨이 설치된 공간 내에 인체의 존재 유무와 위치를 정확하게 감지하여 최적의 냉난방 온도 및 송풍 방향을 결정할 수 있는 인체 감지 에어컨 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체 감지 에어컨은, 서로 다른 스캔 영역을 갖는 복수의 써모 파일 센서가 배열되는 센서부; 상기 센서부를 회전시키는 스캐닝부; 상기 스캐닝부의 동작을 제어하고, 상기 각각의 스캔 영역에 대한 열원 감지 정보를 입수하며, 상기 열원 감지 정보를 분석하여 실제 열원 및 허상 열원을 식별하고, 상기 실제 열원의 시간 변동량을 체크하여 재실자 수 및 재실자 위치에 관한 재실자 정보를 파악하며, 상기 재실자 정보에 따라 냉난방 온도 및 송풍 방향을 조절하는 제어부; 를 포함한다.
한편, 본 발명의 인체 감지 에어컨의 제어 방법은, 복수의 써모 파일 센서가 배열되는 센서부와 상기 센서부를 회전시키는 스캐닝부를 구비하는 인체 감지 에어 컨의 제어 방법에 있어서, 상기 써모 파일 센서의 서로 다른 스캔 영역에 대한 열원 감지 정보를 입수하는 단계; 상기 센서부를 일정 각도만큼 회전시킴으로써 상기 센서부의 회전 전후에 상기 스캔 영역이 다른 각도에서 교차되도록 한 다음 열원 감지 정보를 다시 입수하는 단계; 상기 센서부의 회전 전후의 열원 감지 정보를 비교하여 실제 열원과 허상 열원을 식별하고 상기 실제 열원의 위치를 더 높은 분해능으로 감지하는 단계; 상기 실제 열원의 시간 변동량을 체크하여 재실자 정보를 파악하는 단계; 상기 재실자 정보를 토대로 냉방 온도 및 송풍 방향을 결정하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에 따르면, 써모 파일 센서의 시야각을 확장하는 시야각 확장 센서를 구비함으로써 넓은 공간의 복사 온도를 사각 지대 없이 스캐닝할 수 있으며, 써모 파일 센서가 복수로 배열된 센서부를 다양한 각도로 회전하여 열원 감지 정보를 획득함으로써 실제 열원 및 허상 열원을 간단하게 식별할 수 있고 실제 열원의 위치를 더욱 높은 분해능으로 인식할 수 있으며, 이와 같이 획득된 재실자 수 및 재실자 정보에 따라 냉난방 온도 및 송풍 방향을 조절할 수 있으므로 에어컨 소비자가 느끼는 감성 품질을 크게 향상시킬 수 있다.
비접촉식 열원 감지 센서로서 적합한 써모 파일(Thermopile)은 최근 수은 온 도계를 대신하여 귓속형 체온계등의 온도 센서 소자로 널리 보급되고 있으며 온도의 정밀계측과 빠른 응답속도와 열원에 직접 닿지 않고도 계측할 수 있는 장점으로 인해 자동차 내부의 온도 측정 및 가전 기기의 온도측정 등의 다양한 분야로 그 응용범위가 급속히 확대되고 있다.
써모 파일은 두 가지 서로 다른 물질의 접점들 즉, 냉접점과 온접점 사이에 온도차가 생기면 온도차의 크기에 비례하는 기전력(thermoelectric power)이 발생한다는 제백효과(seebeck effect)를 이용하여 온도를 감지한다.
써모 파일 타입의 적외선 센서는 반도체 MEMS 공정을 이용하여 축소화된 써모 커플을 반도체 칩 위에 수백~수천 개 직렬로 연결하여 감도를 높인 형태로 제작되며, 센서의 시야각(FOV : Field Of View)내에서 입사되는 적외선 양에 비례하는 전압을 발생한다.
도 1은 본 발명과 비교를 위한 것으로 써모 파일 센서에 대한 가상의 실시예를 도시한 설명도이다. 도시된 써모 파일 센서(1)는 가로×세로가 1×4 의 형태로 배열되며, 단위 칩으로부터 통상 4~8°정도의 시야각을 가지므로 원형의 스캔 영역(2)을 형성한다.
그러나 시야각 및 스캔 영역의 범위가 좁아 인체 유무 및 위치를 정확하게 파악하는데 곤란한 점이 있고, 넓은 실내 공간을 균일한 분해능으로 정확하게 스캔할 수 없는 문제점이 있다. 인체 존재 유무 및 존재 위치에 대하여 감지 불가능한 사각 지대가 발생할 수 있다.
이에 비하여 본 발명은 써모 파일 센서의 렌즈 구조를 특수 설계하여 시야각 을 확장함으로써 스캔 영역이 띠 형상을 이루도록 하여 상기 문제점을 개선한다. 즉, 본 발명의 써모 파일 센서는 사람이 생활하는 실내 공간의 충분한 크기를 고려하여 넓은 시야각을 갖는 것이 특징이다. 이를 위하여 적외선을 받아들이는 렌즈부에 시야각 확장 렌즈를 구비한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 2는 본 발명의 센서부의 제1 실시예의 시야각을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 센서부를 회전시키는 스캐닝부를 도시한 측면도이다. 도 4 및 도 5는 도 2의 센서부의 스캔 영역을 도시한 설명도이다. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 인체 감지 에어컨을 제어하여 실제 열원 및 허상 열원을 식별하는 원리를 설명하는 설명도이다. 도 2 내지 도 8을 참조하며 본 발명의 인체 감지 에어컨의 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 설명의 편의상, 이들 도면에는 제1축(H축)에서 보았을 때 더 볼록한 시야각 확장 렌즈(110)가 마련되는 센서부(100)의 제1 실시예가 도시된다.
인체 감지 에어컨(10)은 센서부(100), 스캐닝부(501), 제어부(600)를 포함한다.
도 2 내지 도 8에 도시된 센서부(100)의 제1 실시예는 서로 다른 스캔 영역(200a~200d)을 갖는 복수의 써모 파일 센서(102a~102d)를 배열한 것으로서 스캐 닝부(501)에 의하여 단속 각도(斷續 角度)로 회전된다. 이때, 4개의 써모 파일 센서(102a~102d)가 배열되어 4개의 서로 다른 스캔 영역(200a~200d)이 형성된다.
스캐닝부(501)의 단속 구동을 위하여 스텝 모터(미도시)가 마련되는 것이 바람직하다. 스캐닝부(501)를 구비하여 센서부(100)를 회전시키면 다양한 각도에서의 열원 감지 정보를 얻을 수 있게 된다. 즉, 도 4와 같이 에어컨(10)이 설치된 공간의 복사 온도를 수직 방향으로 4등분하여 얻을 수도 있고, 도 5와 같이 스캐닝부(501)를 소정의 각도로 회전시키면 임의의 각도로 회전된 자세에서 4등분된 공간의 열원 감지 정보를 얻을 수 있다.
제어부(600)는 스캐닝부(501) 및 센서부(100)의 동작을 제어하며, 센서부(100)에서 출력되는 열원 감지 정보를 입수한다. 제어부(600)는 열원 감지 정보를 분석하여 실제 열원(510) 및 허상 열원(520)을 식별하는 한편, 실제 열원(510)의 시간 변동량을 체크하여 재실자 수 및 재실자 위치를 포함하는 재실자 정보를 파악한다. 이와 같이 파악된 재실자 정보에 따라 냉난방 온도 및 송풍 방향을 조절한다.
한편, 각각의 써모 파일 센서(102a~102d)는 서로 다른 스캔 영역(200a~200d)을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 서로 다른 스캔 영역(200a~200d)은 써모 파일 센서(102a~102d) 중 하나에 대응되며, 서로 겹쳐지는 구간이 없도록 배치된다. 만약 스캔 영역이 서로 겹쳐지도록 써모 파일 센서를 배치하면, 센서 활용도 측면에서 비효율적임은 물론, 해당 스캔 영역에 열원이 존재할 때 하나가 아닌 여러 개의 써모 파일 센서에서 열원을 인식하여 측정 오차가 발생되므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명은 열원 감지 영역의 확장 및 측정 정확도 향상을 위하여 스캔 영역(200a~200d)을 도 2와 같은 띠 모양으로 형성하는 것이 특징이다. 이를 위하여, 써모 파일 센서(102a~102d)에 적외선을 집광하는 렌즈의 구조를 특수 설계하여 시야각이 확장된 시야각 확장 렌즈(110)가 마련된다.
일 실시예로서 시야각 확장 렌즈(110)는, 써모 파일 센서(102a~102d)의 배열 방향과 평행한 가상의 제1축(도 2 및 후술하는 도 9를 참조하면 수평축인 H축) 및 제1축에 수직한 가상의 제2축(도 2 및 후술하는 도 9를 참조하면 수직축인 V축) 중 어느 하나의 방향에서 본 형상이 나머지 방향에서 본 형상보다 더 볼록한 비구면 볼록 렌즈이다.
도 2에 도시된 센서부(100)의 제1 실시예는 제1축(H축)에서 보았을 때 더 볼록한 시야각 확장 렌즈(110)를 구비한다. 따라서, 곡률 반경 rb 는 곡률 반경 ra 보다 더 작고, 시야각 b가 시야각 a보다 더 크다. 서로 다른 스캔 영역(200a~200d)은 써모 파일 센서(102a~102d)의 배열 방향인 제1축(H축) 방향을 따라 복수로 배열되며, 제2축(V축) 방향으로 길게 연장되는 띠 형상이다. 시야각 a는 일반적인 써모 파일 센서의 통상의 시야각 4~8°보다 약간 크게 확장되며, 시야각 b는 100°이상인 것이 바람직하다.
이에 비하여 후술하는 도 9에 도시된 센서부(100)의 제2 실시예는 제2축(V축)에서 보았을 때 더 볼록한 시야각 확장 렌즈(110)를 구비한다. 따라서, 곡률 반경 ra 는 곡률 반경 rb 보다 더 작고, 시야각 a가 시야각 b보다 더 크다. 서로 다른 스캔 영역(200a~200d)은 써모 파일 센서(102a~102d)의 배열 방향인 제1축(H축) 방향으로 길게 연장되는 띠 형상이다. 시야각 b는 일반적인 써모 파일 센서의 통상의 시야각 4~8°보다 약간 크게 확장되며, 시야각 a의 총합(Σa, 도시된 예에서 시야각 a의 4배수)은 실내 공간을 넓게 감지할 수 있도록 충분히 큰 100°이상인 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 센서부(100), 스캐닝부(501), 제어부(600)의 결합 구조가 도시된다. 도시된 예에서, 써모 파일 센서(102a~102d)가 스캐닝부(501)의 회전 중심축(C)에 대하여 축대칭으로 배열되어 있다. 따라서, 센서부(100)의 회전시 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이 스캔 영역(200a~200d)이 회전된다.
여기서, 시야각 확장 렌즈(110)에 의하여 스캔 영역(200a~200d)이 확장된 경우 열원의 존재 범위가 스캔 영역(200a~200d)의 크기만큼 확장되어 위치 검출 정확도가 떨어질 수 있으므로, 센서부(100)를 회전시킴으로써 인체 존재 위치를 정확하게 검출한다.
부연 설명하면, 특정의 써모 파일 센서(102a~102d)의 스캔 영역(200a~200d)에 열원이 존재하는 경우, 상기 써모 파일 센서(102a~102d)는 자신의 스캔 영역(200a~200d) 내부에 열원이 존재하는 것을 알 수 있을 뿐 스캔 영역(200a~200d)의 어느 부분에 열원이 존재하는지 더 이상의 구체적인 정보는 알 수 없다.
이때, 센서부(100)를 회전시키고 센서부(100)의 회전에 따라 스캔 영역(200a~200d)을 다른 각도에서 교차시키면, 실제 열원(510)과 허상 열원(520)을 식별할 수 있고, 이와 동시에 실제 열원(510)의 위치를 더 높은 분해능으로 감지할 수 있다.
도 6 내지 도 8에 실제 열원(510) 및 허상 열원(520)을 식별하는 원리가 도시되었다. 도 6을 참조하면, 다양한 각도로 회전되는 센서부(100)가 도시된다. 도 7을 참조하면 센서부(100)를 90°회전시켜 수평 방향 및 수직 방향과 같은 직교 방향의 열원 감지 정보만을 얻었을 때를 예로 들었다.
공간상에 2개의 실제 열원(510)이 있다고 가정하면, 센서부(100)의 0°회전시 측정된 열원 감지 정보인 수평 방향 복사 온도는 빗금 친 2개의 스캔 영역(200b,200d) 각각의 전체 범위에 대하여 하이(high)값으로 검출된다.
그리고, 센서부(100)의 90°회전시 측정된 열원 감지 정보인 수직 방향 복사 온도는 빗금 친 2개의 스캔 영역(290a,290c) 각각의 전체 범위에 걸쳐 하이(high)값으로 검출된다.
즉, 센서부(100)의 0°회전시 얻을 수 있는 열원 감지 정보는 제1 스캔 영역(200a~200d) 각각의 전체 범위에 걸쳐지는데 비하여, 센서부(100)의 90°회전시 제2 스캔 영역(290a~290d)에서 획득된 열원 감지 정보를 함께 활용하면 열원 감지 분해능이 향상된다. 위 예에서, 제1 스캔 영역(200a~200d) 중 하이값이 출력된 스캔 영역(200b,200d) 및 제2 스캔 영역(290a~290d) 중 하이값이 출력된 스캔 영역(290a,290c)의 교차 영역이 열원 존재 위치로 인식된다.
이와 같이, 2개의 다른 각도의 스캔 영역(예를 들어 직교되는 스캔 영역)에서 획득한 열원 감지 정보의 교집합을 활용하여 인체 존재 유무 및 인체 존재 위치를 감지할 수 있다. 하지만, 2 자세에서 획득된 열원 감지 정보(예를 들어 직교 정 보)만으로는 도 7과 같이 2개의 허상 열원(520)을 감지하는 측정 오차를 유발한다.
도 8에는 이러한 측정 오차를 제거하기 위하여 도 7의 직교 정보 이외에 다른 각도에서 획득한 추가적인 열원 감지 정보를 이용하여 허상 열원(520)을 배제하는 원리가 도시된다.
예를 들어 센서부(100)의 45°회전시 제3 스캔 영역(245a~245d)에서 획득한 열원 감지 정보 또는 센서부(100)의 135°의 회전시 제 4 스캔 영역(2135a~2135d)에서 획득한 열원 감지 정보를 이용하면, 도 7과 같이 직교 정보만을 활용했을 때 발생하는 허상 열원(520)의 측정 오차를 배제할 수 있다.
일 실시예로서, 센서부(100)의 회전 전의 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제1 스캔 영역(200b,200d) 및 센서부(100)의 회전 후에 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제2 스캔 영역(290a,290c)의 교차 위치를 다른 각도에서 다시 스캐닝하여 로우(low)값이 출력되면 상기 교차 위치에 허상 열원(520)이 존재하는 것으로 인식한다.
이와 같이 실제 열원(510) 및 허상 열원(520)의 식별이 완료되면, 검출된 실제 열원(510)이 인체인지 여부를 판단한다. 이때 측정된 복사 온도값의 크기를 제1문턱값과 비교하고 복사 온도값의 시간 변동량을 제2 문턱값과 비교한다. 이와 같은 과정을 통하여 실제 열원(510)이 인체라고 판단되면, 실제 열원의 개수를 재실자 수로 파악하고 실제 열원의 위치를 재실자 위치로 인식한다. 이와 같이 파악된 재실자 수 및 재실자 위치를 토대로 냉난방 온도 및 송풍 방향을 조절한다.
센서부(100)를 더 작은 스텝 각도로 회전시킴으로써 더 다양한 자세의 스캔 영역으로부터 열원 감지 정보를 얻고 이를 분석하면, 인체 존재 유무를 더욱 정확하게 판단할 수 있고 인체 존재 위치를 더 향상된 분해능으로 감지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 센서부(100)의 제2 실시예의 시야각을 도시한 사시도이다. 도 10은 도 9의 센서부(100)의 스캔 영역(300a~300d)을 도시한 설명도이다. 도 2에 도시된 써모 파일 센서(102a~102d) 및 도 9에 도시된 써모 파일 센서(103a~103d)는 그 시야각에 차이가 있을 뿐 나머지 구성은 동일하다.
도 9 및 도 10에 도시된 센서부(100)의 제2 실시예는 제2축(V축)에서 보았을 때 더 볼록한 시야각 확장 렌즈(110)를 구비한다. 따라서, 서로 다른 스캔 영역(300a~300d)은 제1축(H축) 방향으로 길게 연장되는 띠 형상이다. 시야각 b는 앞에서 언급한 통상의 시야각 4~8°보다 다소 확장되며, 시야각 a의 모든 써모 파일 센서(103a~103d)에 대한 총합(Σa, 도시된 예에서 시야각 a의 4배수)은 실내 공간을 넓게 감지할 수 있도록 충분히 크게 100°이상인 것이 바람직하다.
설명의 편의상, 도 9에 도시된 센서부(100)의 제2실시예를 이용하여 실내 공간을 스캐닝하는 원리를 도 11 및 도 12를 통하여 설명한다. 인체 감지 에어컨(10)은 벽걸이 형태인 것, 거실에 놓이는 패키지 형태인 것, 천정에 설치되는 천정형, 제품일 수 있다. 센서부(100)의 회전을 통하여 여러 방향에 대한 열원 감지 정보를 얻을 수 있고, 얻어진 열원 감지 정보를 분석하여 해당 공간의 인체 유무 및 위치를 감지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 인체 감지 에어컨이 천정형인 경우 써모 파일 센서의 스캔 영역을 도시한 설명도이다. 도 12는 본 발명의 인체 감지 에어컨이 패키지형 또 는 벽걸이형인 경우 써모 파일 센서의 스캔 영역을 도시한 설명도이다.
센서부(100)의 회전 중심축(C)이 도 3과 동일하게 위치하여 써모 파일 센서(103a~103d)가 축대칭으로 배열되는 경우, 써모 파일 센서(103a~103d)가 공간을 바라보는 궤적인 풋 프린트(400, foot print)는 도 11 및 도 12의 우측에 도시된 것과 같으며, 스캐닝부(501)에 마련된 스텝 모터의 회전각을 조정함에 따라 공간이 분할되는 분해능(resolution)을 높이거나 낮출 수 있다.
예를 들어 인체 감지의 사각 지대를 없애기 위하여 충분히 작은 각도인 한 스텝당 5°로 스캐닝을 실시할 경우, 천정형 에어컨(10)의 경우 반 바퀴에 해당하는 36회 스텝 구동을 하면 360°의 설치 공간 전체에 대한 열원 감지 정보를 균일 간격으로 얻을 수 있다. 패키지형이나 벽걸이형의 경우도 이와 마찬가지이다.
36회 스텝 구동을 통하여 전체 설치 공간에 대한 열원 감지 정보를 빠짐없이 입수하여 사각 지대를 제거하고, 상술한 바와 같이 직교 위치의 열원 감지 정보에 기타 각도의 열원 감지 정보를 추가함으로써 허상 열원(520)을 배제한다. 따라서, 인체 존재 유무 및 존재 위치를 정확하게 인식할 수 있게 된다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 인체 감지 에어컨이 천정형이고 센서부가 편심 회전되는 경우 스캔 영역을 도시한 설명도이다. 도 16은 도 13의 인체 감지 에어컨의 실제 동작 상태를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 13 내지 도 16을 참조하면 센서부(100)는 스캐닝부(501)의 회전 중심축(C)에 대하여 편심 위치에 배열된다.
풋 프린트(400)는 도 13에 도시된 것과 같으며, 한 스텝당 5°로 스캐닝을 실시할 경우, 천정형 에어컨(10)의 경우 한 바퀴에 해당하는 72회 스텝 구동을 하면 360°의 설치 공간 전체에 대한 열원 감지 정보를 균일 간격으로 얻을 수 있다.
하나의 써모 파일 센서에 관한 시야각 a가 예를 들어 15°인 경우 써모 파일 센서 배열 전체의 시야각 총합 Σa는 15×4=60°가 된다. 4개의 써모 파일 센서가 배열된 센서부(100)가 한 바퀴 회전하였을 때 스캔 영역(300a~300d)의 전체 개수는 72×4=288개가 된다.
도 15를 참조하면 실내 공간의 바닥면에 대한 투영 거리가 근거리, 중거리, 원거리로 구분되는 것을 알 수 있다.
도 16을 참조하면, 72×4=288개의 스캔 영역(300a~300d) 개수를 갖는 풋 프린트(400)가, 8×3=24개의 스캔 영역 개수를 갖는 풋 프린트(400)로 변환 처리된다.
따라서, 72×4=288개의 열원 감지 정보는 예를 들어 8×3=24개의 열원 감지 정보로 간략화되며, 근거리에 관한 스캔 영역은 병합 처리되고 중거리 및 원거리에 대한 스캔 영역은 그대로 유지되는 것이 바람직하다.
병합 개수는 베인(11,vane)의 기류 제어 능력을 고려하여 결정된다. 베인(11)이 기류 방향을 제어할 수 없을 정도로 좁은 영역은 여러 개의 스캔 영역(200a~200d)으로 나누어 탐지될 필요가 없으며, 베인(11)이 기류 방향을 제어할 수 최소 영역은 한 개 이상의 스캔 영역(200a~200d)으로 나누어 탐지될 필요가 있기 때문이다.
일 실시예로서, 제어부(600)는 회전 중심축(C)에 가까운 서로 다른 스캔 영 역(300a,300b)을 병합하여 동일한 스캔 영역으로 인식한다. 병합된 스캔 영역의 크기는 베인(11)의 기류 제어 가능한 최소 영역의 크기보다 작은 것이 바람직하다.
도 17은 본 발명의 인체 감지 에어컨의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
미리 캘리브레이션되어 있는 룩업 테이블(look-up table)을 써모 파일 센서의 출력 전압과 비교하여 측정 대상물의 복사 온도를 계산할 수 있다. 이때, 단위 칩 여러 개를 복수로 배열한 어레이(array) 타입의 써모 파일 센서를 활용하고, 스텝 모터와 같이 상기 센서를 회전 또는 이동시키는 스캐닝부를 마련하면 측정 공간 내에 존재하는 인체 또는 열원의 존재 여부 및 존재 위치를 정확하게 측정할 수 있다.
먼저 써모 파일 센서의 서로 다른 스캔 영역에 대한 열원 감지 정보를 입수한다. 센서부를 일정 각도만큼 회전시킴으로써 상기 센서부의 회전 전후에 상기 스캔 영역이 다른 각도에서 교차되도록 한 다음 열원 감지 정보를 다시 입수한다. 이를 반복하여 적어도 센서부가 한 바퀴 회전하도록 함으로써 실내 공간 전체를 스캐닝한 열원 감지 정보를 입수한다.
이때, 센서부의 회전 전후의 열원 감지 정보를 비교하여 실제 열원과 허상 열원을 식별한다. 예를 들어 센서부의 회전 전의 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제1 스캔 영역 및 센서부의 회전 후에 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제2 스캔 영역의 교차 위치를 다른 각도에서 다시 스캐닝하여 로우(low)값이 출력되면 상기 교차 위치의 열원 감지 정보는 허상 열원에 관한 것으로 인식하여 그 데이터를 버린다.
이와 같은 과정을 통하여 정리된 열원 감지 정보를 복사 온도값으로 변환시킨다. 변환된 복사 온도값의 크기를 미리 설정된 제1 문턱값과 비교하여 열원인지 비열원인지를 판단하는 열원 감지 판단을 수행한다. 상기 복사 온도값이 제1 문턱값보다 크면 열원으로 인식한다.
이 과정에서 TV, 전기 히터, 창가 등의 비인체 열원이 열원으로 감지될 수 있다. 열원을 인체인지 비인체인지를 구분하기 위한 과정이 온도 변화량을 비교하는 과정이다. 비인체 열원은 움직임이 없는 고정 열원인 반면 인체 열원의 경우 이동이나 움직임에 의해서 온도의 시간 변화량이 발생하게 된다.
온도의 시간 변화량을 미리 설정된 제2 문턱값과 비교하고 온도의 시간 변화량이 제2 문턱값보다 크면 재실자로 인식하며 재실자 수를 누적하여 증가시키고 그렇지 않으면 재실자 수를 감소시킨다.
이와 같이 파악된 재실자 수 및 재실자 위치에 따라 냉난방 온도 및 송풍 방향을 결정한다. 이에 따라 재실자 위치에 직접풍을 송풍하는 집중 냉방 모드 및 재실자 위치를 우회하여 간접풍을 송풍하는 간접 냉방 모드 등의 다양한 냉방 모드로 실내 온도를 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명과 비교를 위한 것으로 써모 파일 센서에 대한 가상의 실시예를 도시한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 센서부의 제1 실시예의 시야각을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 센서부를 회전시키는 스캐닝부를 도시한 측면도이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 센서부의 스캔 영역을 도시한 설명도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 인체 감지 에어컨을 제어하여 실제 열원 및 허상 열원을 식별하는 원리를 설명하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 센서부의 제2 실시예의 시야각을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 센서부의 스캔 영역을 도시한 설명도이다.
도 11은 본 발명의 인체 감지 에어컨이 천정형인 경우 써모 파일 센서의 스캔 영역을 도시한 설명도이다.
도 12는 본 발명의 인체 감지 에어컨이 패키지형 또는 벽걸이형인 경우 써모 파일 센서의 스캔 영역을 도시한 설명도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 인체 감지 에어컨이 천정형이고 써모 파일 센서가 편심 회전되는 경우 스캔 영역을 도시한 설명도이다.
도 16은 도 13의 인체 감지 에어컨의 실제 동작 상태를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 17은 본 발명의 인체 감지 에어컨의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...에어컨 11...베인(vane)
100...센서부 102a~102d, 103a~103d ...써모 파일 센서
110...시야각 확장 렌즈
200a~200d, 245a~245d, 290a~290d, 2135a~2135d, 300a~300d ...스캔 영역
400...풋 프린트(foot print) 501...스캐닝부
510...실제 열원 520...허상 열원
600...제어부 C...회전 중심축

Claims (14)

  1. 서로 다른 스캔 영역을 갖는 복수의 써모 파일 센서가 배열되는 센서부;
    상기 센서부를 회전시키는 스캐닝부; 및
    상기 스캐닝부의 동작을 제어하고, 각각의 스캔 영역에 대한 열원 감지 정보를 입수하며, 상기 열원 감지 정보를 분석하여 실제 열원 및 허상 열원을 식별하고, 상기 실제 열원의 시간 변동량을 체크하여 재실자 수 및 재실자 위치에 관한 재실자 정보를 파악하며, 상기 재실자 정보에 따라 냉난방 온도 및 송풍 방향을 조절하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 센서부의 회전에 따라 스캔 영역을 다른 각도에서 교차시킴으로써 실제 열원과 허상 열원을 식별하는 인체 감지 에어컨.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 센서부의 회전 전의 상기 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제1 스캔 영역 및 상기 센서부의 회전 후에 상기 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제2 스캔 영역의 교차 위치를 다른 각도에서 다시 스캐닝하여 로우(low)값이 출력되면 상기 교차 위치에 상기 허상 열원이 존재하는 것으로 인식하는 인체 감지 에어컨.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 써모 파일 센서의 시야각을 확장하여 상기 스캔 영역을 띠 모양으로 형성하는 시야각 확장 렌즈를 더 포함하는 인체 감지 에어컨.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시야각 확장 렌즈는, 상기 써모 파일 센서의 배열 방향과 평행한 가상의 제1축 및 상기 제1축에 수직한 가상의 제2축 중 어느 하나의 방향에서 본 형상이 나머지 방향에서 본 형상보다 더 볼록한 비구면 볼록 렌즈인 인체 감지 에어컨.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스캐닝부는, 상기 센서부를 단속 각도(斷續 角度)로 회전시키는 스텝 모터를 포함하는 인체 감지 에어컨.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 써모 파일 센서는, 상기 스캐닝부의 회전 중심축에 대하여 축대칭으로 배열되는 인체 감지 에어컨.
  8. 서로 다른 스캔 영역을 갖는 복수의 써모 파일 센서가 배열되는 센서부;
    상기 센서부를 회전시키는 스캐닝부; 및
    상기 스캐닝부의 동작을 제어하고, 각각의 스캔 영역에 대한 열원 감지 정보를 입수하며, 상기 열원 감지 정보를 분석하여 실제 열원 및 허상 열원을 식별하고, 상기 실제 열원의 시간 변동량을 체크하여 재실자 수 및 재실자 위치에 관한 재실자 정보를 파악하며, 상기 재실자 정보에 따라 냉난방 온도 및 송풍 방향을 조절하는 제어부를 포함하며,
    상기 써모 파일 센서는 상기 스캐닝부의 회전 중심축에 대하여 편심 위치에 배열되고,
    상기 제어부는 상기 회전 중심축에 가까운 서로 다른 스캔 영역을 병합하여 동일한 스캔 영역으로 인식하는 인체 감지 에어컨.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 병합된 스캔 영역의 크기는 베인(vane)의 기류 제어 가능한 최소 영역의 크기보다 작은 인체 감지 에어컨.
  10. 시야각 확장 렌즈에 의하여 시야각이 확장됨으로써 띠 모양의 스캔 영역을 갖는 써모 파일 센서가 복수로 배열된 센서부; 및
    상기 센서부를 회전시키는 스캐닝부를 포함하며,
    상기 센서부의 회전에 따라 상기 스캔 영역을 서로 다른 각도에서 교차시킴으로써 실제 열원과 허상 열원을 식별하는 인체 감지 에어컨.
  11. 복수의 써모 파일 센서가 배열되는 센서부와 상기 센서부를 회전시키는 스캐닝부를 구비하는 인체 감지 에어컨의 제어 방법에 있어서,
    상기 써모 파일 센서의 서로 다른 스캔 영역에 대한 열원 감지 정보를 입수하는 단계;
    상기 센서부를 일정 각도만큼 회전시킴으로써 상기 센서부의 회전 전후에 상기 스캔 영역이 다른 각도에서 교차되도록 한 다음 열원 감지 정보를 다시 입수하는 단계;
    상기 센서부의 회전 전후의 열원 감지 정보를 비교하여 실제 열원과 허상 열원을 식별하는 단계;
    상기 실제 열원의 시간 변동량을 체크하여 재실자 정보를 파악하는 단계; 및
    상기 재실자 정보를 토대로 냉방 온도 및 송풍 방향을 결정하는 단계를 포함하는 인체 감지 에어컨의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 써모 파일 센서의 시야각을 확장하여 상기 스캔 영역을 띠 모양으로 형성하는 인체 감지 에어컨의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서부의 회전 전의 상기 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제1 스캔 영역 및 상기 센서부의 회전 후에 상기 열원 감지 정보로서 하이(high)값이 출력된 제2 스캔 영역의 교차 위치를 다른 각도에서 다시 스캐닝하여 로우(low)값이 출력되면 상기 교차 위치에 상기 허상 열원이 존재하는 것으로 인식하는 인체 감지 에어컨의 제어 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원 감지 정보로부터 상기 실제 열원의 복사 온도값을 산출하며,
    상기 복사 온도값이 제1 문턱값보다 크고 상기 복사 온도값의 시간 변동량이 제2 문턱값보다 크면 재실자로 인식하고 재실자 수를 누적하는 인체 감지 에어컨의 제어 방법.
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