JP2013025808A - モーション感知スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】タッチ無しに外部動作を感知できるモーション感知スイッチであって、小型機器に装着しても遠距離で外部動作の認識率を高め、外部動作に対して敏感に反応して各種機器の制御が便利なモーション感知スイッチを提供する。
【解決手段】本発明はベースと、前記ベースに装着される受光素子と、前記ベースに前記受光素子を中心に対称するよう離隔配置されて光を発散する多数の発光素子と、前記発光素子を作動させる制御部と、から成り、前記発光素子は前記受光素子の反対方向に傾斜するよう配置され、前記受光素子は前記発光素子から発散されて反射体に反射される光を感知して前記制御部に動作信号を送り、前記制御部は前記動作信号を受けて前記反射体のモーションを認識することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モーション感知スイッチであって、タッチすることなく外部動作を感知することのできるモーション感知スイッチに関する。

電子通信科学の発展につれて移動電話またはＰＤＡなどの携帯端末機は、現代生活では、なくてはならない必須品であり、このような携帯端末機は新たな特殊機能を有し、操作が便利なように改善されて消費者の視線を引いている。

現在、携帯端末機は固有な電話通話機能の他にもインターネットアクセス機能、ゲーム機能など様々な付加機能を提供しており、このような様々な機能を選択及び制御できるよう多数のキーボタンを備えている。

このような携帯端末機は、移動性と携帯性を保障できるよう小型化設計されるので、装着スペース及び具現可能なキーボタンの個数が限定される。

これにより、狭小なスペース上に設けられたキーボタンを正確に選択し難く、特に、移動中だったり運転中だったりするとユーザの活動が制約を受けて入力動作を行なうのに困難がある。

また、キーボタンを押下する単純な入力パターンに因って、スクロール機能、ズームイン／アウト機能など連続的な動作を実行するのにも数回のキーボタンの入力動作を必要とし、実行される機能の特性が入力動作に反映されないのでユーザが操作機能を記憶するのに困難があった。

このような問題点を解決するために、キーパッドなどの入力装置と直接接触することなく非接触動作によって携帯端末機の機能を制御できるようユーザ動作感知を通じた制御機能を持つ技術が開発されている。

このような制御機能は、携帯端末機だけでなく各種機器のインターフェイス装置、モーション認識ゲーム、自動車パネル、厨房機器など様々な分野に適用することができる。

このような非接触式制御機能は、動作の認識率及び反応性を向上させるために非接触式制御機能を持つ装置のサイズを大きくしなければならない。

非接触式制御装置のサイズを大きくすれば、動作を感知する各センサー間の距離が遠くなって、遠距離でも動作を認識することが容易になる。

しかし、小型化された機器にこのような非接触式制御機能を適用するためには、非接触式制御装置のサイズを縮めなければならないので、各センサー間の距離が狭くなって遠距離から動作を認識することがうまく行かなかったり、制御動作に敏感に反応できず小型化された様々な機器を制御するのに不便だった。

本発明は上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、小型機器に装着しても遠距離で外部動作の認識率を高め、外部動作に対して敏感に反応して各種機器の制御が便利なモーション感知スイッチを提供するところに目的がある。

上述した目的を達成するために、本発明に係るモーション感知スイッチは、ベースと、前記ベースに装着される受光素子と、前記ベースに受光素子を中心に対称するよう離隔配置されて光を発散する多数の発光素子と、前記発光素子を作動させる制御部と、から成り、前記発光素子は前記受光素子の反対方向に傾斜するよう配置され、前記受光素子は前記発光素子から発散されて反射体に反射される光を感知して前記制御部に動作信号を送り、前記制御部は前記動作信号を受けて前記反射体のモーションを認識する。

前記ベースは、前記受光素子が装着される平面部と、前記平面部の外側方向に下向きに傾斜するよう形成され、前記発光素子が傾斜するよう装着される傾斜部と、から成る。

前記平面部と傾斜部との間には隔壁が突出形成される。

前記傾斜部は４つから成り、前記平面部を中心に相互９０°間隔に配置され、前記隔壁は各面がそれぞれの前記傾斜部に対応するよう前記受光素子の外側を覆いながら配置され、前記隔壁の上部には前記受光素子を覆って前記反射体に反射された光が透過する投光カバーが結合され、前記傾斜部は同一の角度に傾斜するよう形成されてそれぞれの前記発光素子が前記傾斜部に同一の角度に傾斜するよう配置される。

本発明に係るモーション感知スイッチは、次のような効果がある。

発光素子から発散される光は受光素子の反対方向に傾斜するよう発散されそれぞれの発光素子から発散された光の干渉区間を最少化することによって、モーションスイッチを小型化しながら遠距離でも外部反射体のモーションを敏感に感知して小型化された機器をタッチ無しに制御することが容易になる。

また、平面部と傾斜部との間に隔壁が突出形成されることによって、発光素子から発散される光が反射体に反射されず直接受光素子に感知されて反射体の位置に混乱を発生させるのを防止することができる。

また、傾斜部が同一の角度に傾斜するよう形成され、それぞれの発光素子が傾斜部に同一の角度に傾斜するよう配置されることによって、各発光素子から発散された光が重なり合わない距離を増加させて反射体のモーションを敏感に感知する範囲を増加させることができる。

本発明の実施形態に係るモーション感知スイッチの斜視図である。 本発明の実施形態に係るモーション感知スイッチの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線を切取った断面図である。 図１のＢ−Ｂ線を切取った断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る発光素子から発散される光の発散角度を示した図である。（ｂ）は、本発明の実施形態に係る発光素子から発散される光の発散角度を示した図である。 （ａ）は、図５のＤ１高さから見た光の分布断面を示した図である。（ｂ）は、図５のＤ１高さから見た光の分布断面を示した図である。 （ａ）は、図５のＤ２高さから見た光の分布断面を示した図である。（ｂ）は、図５のＤ２高さから見た光の分布断面を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態をさらに詳しく説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るモーション感知スイッチの斜視図であり、図２は本発明の実施形態に係るモーション感知スイッチの分解斜視図で、図３は図１のＡ−Ａ線を切取った断面図で、図４は図１のＢ−Ｂ線を切取った断面図である。図５（ａ）は本発明の実施形態に係る発光素子から発散される光の発散角度を示した図であり、図５（ｂ）は平面部と平行に形成された傾斜部に装着された発光素子から発散される光の発散角度を示した図で、図６（ａ）は図５（ａ）のＤ１高さから見た光の分布断面を示した図で、図６（ｂ）は図５（ｂ）のＤ１高さから見た光の分布断面を示した図で、図７（ａ）は図５（ａ）の Ｄ２高さから見た光の分布断面を示した図で、図７（ｂ）は図５（ｂ）の Ｄ２高さから見た光の分布断面を示した図である。

本発明の実施形態に係るモーション感知スイッチは図１ないし図４に示されたように、ベース１００、受光素子２００、発光素子３００、補償素子４００、回路基板５００及び制御部（図示せず）から成る。

前記ベース１００は携帯端末機やその他の外部物体のモーションを感知して作動される様々な機器などに装着される。

特に、本実施形態に係るモーション感知スイッチは、全体のサイズを小型化しながら外部物体のモーションをより敏感に感知することができるようにするための装置であって、携帯し易くするよう小型化及びスリーム化された小型機器に装着して使用するのがより効果的である。

しかも、モーション感知スイッチは自動車に装着される様々な便宜装置や安全装置などに適用することができる。

このような前記ベース１００は平面部１１０と傾斜部１２０とから成る。

前記平面部１１０は、図２及び図３に示されたように上部に前記受光素子２００が装着される。

また前記平面部１１０の側面には前記補償素子４００が装着される装着部１１１が延びて形成される。

前記傾斜部１２０は図１ないし図３に示されたように、前記平面部１１０の外側方向に下向きに傾斜するよう形成されて上部に前記発光素子３００が傾斜するよう装着される。

具体的に、前記傾斜部１２０は４つから成り、前記平面部１１０を中心に相互９０°間隔に配置される。

また前記傾斜部１２０は前記平面部１１０の外側方向に同一の角度に下向きに傾斜するよう形成される。

このような前記傾斜部１２０にはそれぞれ上下貫通される結合孔１２１が形成される。

前記結合孔１２１には前記発光素子３００が結合されて前記発光素子３００が前記傾斜部１２０に傾斜するよう配置される。

図５は前記発光素子３００から発散される光の角度を調べるために前記ベース１００のみを簡略に示した。

図５（ａ）は本実施形態に係るモーション感知スイッチから光の発光及び受光角度を示した図で、図５（ｂ）は傾斜部１２０が平面部１１０と平行に形成されたモーション感知スイッチから光の発光及び受光角度を示した図である。

実際、前記発光素子３００から発散される光は図５に示されたように直線に発散されず流線型に発散されるが、直線に単純化して示した。

図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較してみると、本実施形態のように前記傾斜部１２０が前記平面部１１０の外側方向に下向きに傾斜するよう形成されて前記傾斜部１２０に装着される前記発光素子３００から発散される光は図５（ｂ）と比べて前記平面部１１０に装着される前記受光素子２００の反対方向に傾斜するよう発散される。

図６に示されたように、モーション感知スイッチからの距離がＤ１以内ではそれぞれの前記発光素子３００から発散される光の重なり合いが発生しないので、前記制御部（図示せず）が前記発光素子３００から発散されて前記反射体Ｆに反射された光を区分し易い。

しかし、前記傾斜部１２０が前記平面部１１０と平行なモーション感知スイッチからの距離がＤ１を超過して移動する反射体Ｆの場合には、図７（ｂ）に示されたように前記受光素子２００が光を受光する範囲Ｒ内で前記発光素子３００から発散された光の発光範囲Ｔが重なり合う部分が現れる。

前記のように、それぞれの前記発光素子３００から発散された光の発光範囲Ｔが重なり合う部分で前記反射体Ｆが移動すると、前記制御部は前記反射体Ｆで反射されて前記受光素子２００に感知される光がどの位置の発光素子３００から発散された光であるか区別し難くなり、これに因って前記反射体Ｆの位置及び移動を確認し難くなる。

これに対し、本実施形態では、前記傾斜部１２０を前記平面部１１０に傾斜するよう形成され、このような前記傾斜部１２０に前記発光素子３００を装着して光を発散させることによって、図７（ａ）に示されたようにモーション感知スイッチからの距離がＤ１以上Ｄ２以内でもそれぞれの前記発光素子３００から発散された光の発光範囲Ｔが重なり合わないので、前記受光素子２００に感知される光がどの位置の発光素子３００から発散された光であるか区別し易く、前記反射体Ｆの位置及び移動を敏感に感知することができる。

このように、前記傾斜部１２０を前記平面部１１０に傾斜されるように形成して前記発光素子３００から光を発散することによって、モーション感知スイッチを小型化しながら遠距離でも前記反射体Ｆの位置及び移動を敏感に感知することができる。

前述したモーション感知スイッチと前記反射体Ｆとの距離Ｄ１、Ｄ２は、前記傾斜部１２０の傾斜された角度及び前記発光素子３００から発散される光の発散角度に応じて異なる。

前述したような前記平面部１１０と傾斜部１２０との間には隔壁１３０が突出形成される。

図２ないし図４に示されたように、前記隔壁１３０は各面がそれぞれの前記傾斜部１２０に対応するよう前記受光素子２００の外側を囲いながら配置される。

また、前記隔壁１３０は前記補償素子４００の外側を覆いながら配置される。

これによって、前記隔壁１３０の内側に前記受光素子２００と補償素子４００が配置される。

また、前記隔壁１３０の上部には前記受光素子２００を覆って前記反射体Ｆに反射された光が透過する投光カバー１３１が結合される。

前記受光素子２００は前記ベース１００に装着される。

即ち、前記受光素子２００は、前述したように前記平面部１１０に装着されて前記隔壁１３０に囲まれるよう配置される。

このような前記受光素子２００は、前記発光素子３００から発散されて前記反射体Ｆに反射されない光を直接感知できず、前記発光素子３００から発散されて前記反射体Ｆに反射される光を感知して前記制御部に動作信号を送る。

これによって、前記受光素子２００が前記反射体Ｆに反射されない光を感知して前記制御部が前記反射体Ｆのモーションを認識するに当たって発生し得る混乱を防止することができる。

具体的に、前記受光素子２００は、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）から成り、光を感知すると、電流を発生させる。

前記のように、前記受光素子２００から発生された電流は、動作信号となって前記制御部に伝達される。

前記発光素子３００は、前記ベース１００に前記受光素子２００を中心に対称するよう離隔配置されて光を発散する。

前記発光素子３００は、４つが前記傾斜部１２０に形成された前記結合孔１２１にそれぞれ結合されて前記受光素子２００の反対方向に傾斜するよう配置される。

また、それぞれの前記発光素子３００は同一の角度に傾斜するよう配置される。

場合によって、前記傾斜部１２０を、前述したように傾斜されるよう形成せず、前記平面部１１０と平行に形成して前記発光素子３００を前記傾斜部１２０に傾斜されるよう装着することもできる。

このような前記発光素子３００は、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙｓ）ＬＥＤであって赤外線を発散する。

前記発光素子３００から上部に発散された赤外線は、モーション感知スイッチの上部で移動する反射体Ｆによって前記受光素子２００に反射される。

前記反射体Ｆは、モーション感知スイッチが装着された機器を作動させるためのユーザの身体またはユーザによって動く各種道具になり得る。

前記補償素子４００は、前記装着部１１１に装着されて前記受光素子２００に赤外線を発散する。

前記補償素子４００は、図４に示されたように前記受光素子２００と共に前記隔壁３００の内側に装着され、前記受光素子２００に向けて配置されているので、前記受光素子２００が前記補償素子４００から発散された光を直接感知することができる。

このように、前記補償素子４００は前記受光素子２００に光を発散することによって、前記発光素子３００から発散されて前記反射体Ｆに反射された光によって前記受光素子２００に発生された動作信号を補正する。

具体的な方法は後述する作動方法で詳細に説明する。

前記回路基板５００は前記ベース１００の下部に結合され、前記受光素子２００、発光素子３００及び補償素子４００と電気的に連結され、前記制御部が装着される。

前記制御部は前記発光素子３００を作動させる。

前述したように前記制御部は、前記回路基板５００に装着されて前記発光素子３００が光を発散するよう作動させる。

前記制御部は、後述するように４つの前記発光素子３００を順次に反復されるよう作動させる。

また、前記制御部は前記受光素子２００から発生された動作信号を受け、前記動作信号に応じて前記補償素子４００を作動させ、前記補償素子４００によって補正された前記動作信号で前記反射体Ｆのモーションを認識するようになる。

以下、前述した構成によるモーション感知スイッチの作動方法について見てみる。

前記制御部は前記発光素子３００を順次に反復点滅させて前記モーション感知スイッチの上部に光を発散させる。

前記発光素子３００を順次点滅させることによって、前記制御部で４つの前記発光素子３００から発散された光を区別し易い。

いずれか一つの前記発光素子３００から発散された光は、前記反射体Ｆに反射されて前記受光素子２００が感知するが、前記反射体Ｆが移動することにつれて前記反射体Ｆに反射される光はその強さが変わることになる。

このように、いずれか一つの前記発光素子３００から発散されて前記反射体Ｆに反射された光の強さが変わる間、残りの前記発光素子３００から発散された光は前記反射体Ｆに反射できず、前記受光素子２００で感知できなかったり、前記反射体に反射されて前記受光素子２００で感知するとしてもその強さの変化が小さいので、前記制御部は前記反射体Ｆに反射されて前記受光素子２００が感知した光によって発生された電流、即ち、動作信号の強さの変化につれて前記反射体Ｆに反射されて前記受光素子２００で感知した光が発散された受光素子２００を区別して確認することができる。

これによって前記制御部は前記反射体Ｆの位置及び移動を確認することができる。

具体的に前記発光素子３００から発散されて前記反射体Ｆに反射された光は一定の波形を持つため、この光を感知した前記受光素子２００は交流電流を発生させて前記制御部にこのような交流型動作信号を送る。

しかし、前記制御部はこのような交流型動作信号の強さを測定し難いので、前記受光素子２００が感知する光の強さ及び形態に応じて前記補償素子４００から光を発散することで前記受光素子２００が感知する光を補正する。

これによって、前記受光素子２００は補正された光によって直流電流を発生させて直流型動作信号を前記制御部に送る。

これによって前記制御部は前記動作信号によって前記信号の強さ及び特性を分析して前記反射体の位置及び移動を確認し、モーション感知スイッチが装着された機器を前記反射体Ｆのモーションにつれて作動させることができる。

さらに詳しくは、図６及び図７に示されたように、前記発光素子３００は第１発光素子３００ａ、第２発光素子３００ｂ、第３発光素子３００ｃ及び第４発光素子３００ｄから成り、前記反射体Ｆが前記第１発光素子３００ａ方向から第３発光素子３００ｃ方向に移動すると、前記第１発光素子３００ａから発散されて前記受光素子２００で感知する光の強さが大きくなっては小さくなった後、前記第３発光素子３００ｃから発散されて前記受光素子２００で感知する光が強さが大きくなっては小さくなる。

前記のような第１発光素子３００ａと第３発光素子３００ｃから発散された光の強さの変化につれて前記受光素子２００は動作信号を発生させ、前記制御部は前記動作信号を受けて前記反射体がｙ軸方向、即ち、前記第１発光素子３００ａから第３発光素子３００ｃ方向に移動することが分かる。

一方、前記反射体が前記第３発光素子３００ｃ方向から第１発光素子３００ａ方向に移動する際は、前記第３発光素子３００ｃから発散された光の強さが先に変化した後、前記第１発光素子３００ａから発散された光の強さが変わることになる。

また、前記反射体が前記第２発光素子３００ｂ方向から第４発光素子３００ｄ方向に移動すると、前記第２発光素子３００ｂから発散されて前記受光素子２００で感知する光の強さが大きくなっては小さくなった後、前記第４発光素子３００ｄから発散されて前記受光素子２００で感知する光の強さが大きくなっては小さくなる。

これによって、前記制御部は前記反射体Ｆがｙ軸方向に移動することと同様に、前記反射体Ｆがｘ軸方向に移動することが分かる。

また、前記反射体Ｆのｚ軸方向、即ち、前記反射体Ｆの上下移動は前記発光素子３００から発散されて前記受光素子２００が前記反射体Ｆに反射された光を感知する時間によって分かる。

即ち、前記反射体Ｆと受光素子２００との間の距離が遠くなるほど前記受光素子２００が光を感知する時間が長くなり、前記反射体Ｆと受光素子２００との間の距離が近くなるほど前記受光素子２００が光を感知する時間が短くなる。

このように、前記制御部は前記反射体Ｆの動きを立体的に認識して前記反射体Ｆの動きにつれてモーション感知スイッチが装着された機器を作動させることができる。

このようなモーション感知スイッチは、前述したように、前記傾斜部１２０が前記平面部１１０に傾斜するよう形成され、前記傾斜部１２０に前記発光素子３００が装着されて前記発光素子３００から発散される光が前記受光素子２００の反対方向に傾斜するよう発散されるので、前記反射体Ｆがモーション感知スイッチから遠くなってもそれぞれの前記発光素子３００から発散される光の発散範囲Ｔが重なり合うことを最少化してモーション感知スイッチを小型化しながらも遠距離で前記反射体Ｆのモーションを敏感に感知することができる。

これによって、小型機器にモーション感知スイッチを適用して様々な小型機器をタッチ無しに便利なように制御することができる。

本発明のモーション感知スイッチは、前述した実施形態に限らず、本発明の技術思想が許容される範囲内で様々に変形して実施することができる。

１００ ベース
１１０ 平面部
１１１ 装着部
１２０ 傾斜部
１２１ 結合孔
１３０ 隔壁
１３１ 投光カバー
２００ 受光素子
３００ 発光素子
３００ａ 第１発光素子
３００ｂ 第２発光素子
３００ｃ 第３発光素子
３００ｄ 第４発光素子
４００ 補償素子
５００ 回路基板

Claims (4)

1. ベースと、
   前記ベースに装着される受光素子と、
   前記ベースに前記受光素子を中心に対称するよう離隔配置されて光を発散する多数の発光素子と、
   前記発光素子を作動させる制御部と、から成り、
   前記発光素子は前記受光素子の反対方向に傾斜するよう配置され、
   前記受光素子は前記発光素子から発散されて反射体に反射される光を感知して前記制御部に動作信号を送り、
   前記制御部は前記動作信号を受けて前記反射体のモーションを認識することを特徴とするモーション感知スイッチ。
2. 前記ベースは、
   前記受光素子が装着される平面部と、
   前記平面部の外側方向に下向きに傾斜するよう形成されて前記発光素子が傾斜するよう装着される傾斜部と、
   から成ることを特徴とする請求項１に記載のモーション感知スイッチ。
3. 前記平面部と傾斜部との間には隔壁が突出形成されたことを特徴とする請求項２に記載のモーション感知スイッチ。
4. 前記傾斜部は４つから成り、前記平面部を中心に相互９０°間隔に配置され、前記隔壁は各面がそれぞれの前記傾斜部に対応するよう前記受光素子の外側を囲いながら配置され、
   前記隔壁の上部には前記受光素子を覆って前記反射体に反射された光が透過する投光カバーが結合され、
   前記傾斜部は同一の角度に傾斜するよう形成されてそれぞれの前記発光素子が前記傾斜部に同一の角度に傾斜するよう配置されることを特徴とする請求項３に記載のモーション感知スイッチ。

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