KR100840280B1 - 위치 감지 장치 및 방법 - Google Patents

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KR100840280B1
KR100840280B1 KR1020060130316A KR20060130316A KR100840280B1 KR 100840280 B1 KR100840280 B1 KR 100840280B1 KR 1020060130316 A KR1020060130316 A KR 1020060130316A KR 20060130316 A KR20060130316 A KR 20060130316A KR 100840280 B1 KR100840280 B1 KR 100840280B1
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Abstract

위치 감지 장치 및 방법이 개시된다. 외부에 돌기가 형성된 기어 연결축; 상기 기어 연결축의 회전에 따라 상기 돌기의 접촉을 감지하는 복수의 스위치; 상기 기어 연결축에 회전 동력을 전달하는 모터; 및 복수의 상기 스위치 중 상기 돌기가 접촉한 상기 스위치를 식별하고, 상기 기어 연결축의 회전을 제어하는 제어부를 포함하는 위치 감지 장치가 제공된다. 장치의 구성을 단순하게 하면서 외부 자기장이나 전압 등의 노이즈에 영향을 받지 않고 회전량이나 회전에 따른 소정 기기의 위치를 감지할 수 있다.
회전 제어, 스위치, 기어, 모터

Description

위치 감지 장치 및 방법{Device and Method of Sensing Position}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 위치 감지 장치가 사용될 수 있는 회전 제어 장치의 구동모터부를 나타낸 구조도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 감지 장치의 수직 방향의 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 위치 감지 장치의 수직 방향의 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 감지 장치의 수평 방향의 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 감지 장치에 장착 가능한 메탈돔 스위치의 구조도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 위치 감지 장치에 장착 가능한 러버돔 스위치의 구조도
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 위치 감지 장치에 장착 가능한 택트 스위치를 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 스위치가 장착된 모터 하우징 내벽의 전개도
도 9은 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 감지 방법의 흐름도
도 10는 본 발명의 다른 실시예에 의한 위치 감지 방법의 흐름도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 기어 연결축
120 : 모터 하우징
220 : 스위치
240 : 돌기
본 발명은 위치 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TV 등의 디스플레이 장치를 비롯한 각종 장치의 회전에 의한 위치 또는 위치의 변화를 감지하기 위한 위치 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
LCD, PDP, LED 등이 적용된 TV나 모니터와 같은 평판형 디스플레이 장치는 좁은 공간을 효율적으로 사용하기 위해 벽걸이형이 선호되고 있으며, 앞으로도 벽걸이형 디스플레이 장치의 수요는 늘어날 전망이다. 특히 평판형 LCD나 PDP TV는 벽걸이형 뿐만 아니라 Stand형의 수요가 늘어나고 있다.
이와 같은 평판형 TV를 시청할 경우에는, 시청자가 TV의 정면에 위치할 때 가장 넓게 화면을 볼 수 있게 된다. 그러나 TV가 고정되어 있을 경우에는 TV 화면을 가장 넓게 볼 수 있는 시청자의 위치 또한 고정되어야 한다. 따라서 시청자가 위치를 변경하더라도 원만한 TV 시청이 곤란하게 될 수도 있다.
시청자의 위치가 변하면 변화된 위치에서 최대한의 시청각을 확보할 수 있도록 리모콘을 이용하여 자동으로 TV 등을 회전시키는 장치가 필요하게 되었다. 이러한 장치에 의할 경우 3차원으로 TV 등의 디스플레이 장치가 움직이게 되는데, 이러한 장치가 TV 등의 3차원 움직임을 인식하여 제어하기 위해서는 변위각도, 회전량과 위치를 파악하는 기능이 필요하게 된다.
그 예가 Auto Wall Mount 와 Auto Swivel Stand형을 탑재한 FPD-TV이다. Auto Wall Mount 와 Auto Swivel Stand형을 탑재한 FPD-TV 제작시 3차원으로 TV가 움직이게 되는데, Auto Wall Mount 와 Auto Swivel Stand가 TV의 3차원 움직임을 인식하여 제어할 수 있어야 하기 때문에 변위각도와 위치를 파악하는 기능이 필요하게 된다.
TV 등을 포함하는 디스플레이 장치 등의 소정 기기의 변위 각도나 위치를 파악하는 시스템으로는 포텐셔미터(PotentioMeter), 홀 소자와 마그넷(Hall Element & Magnet) 그리고 자이로 시스템(Gyro System) 등이 있을 수 있다.
포텐셔미터는 전위차계(電位差計)라고도 하며, 직류전압을 정확하게 측정하는 장치이다. 정확하게 값이 알려진 저항과 짝지우면 직류전류를 정확하게 측정할 수 있다.
포텐셔미터의 원리는 다음과 같다. 포텐셔미터 내부의 저항이 포텐셔미터의 주요부이다. 이 저항은 온도 등으로 값이 변하지 않고, 또한 정확하게 값이 알려진 것으로서 전원(電源)에 의해 전류를 흐르게 한다. 가변저항을 가감하여 전류의 값을 임의의 지정값(예컨대 1 mA)으로 확정하면 전압을 정확하게 측정할 수 있다.
전류가 지정값이 되느냐의 여부는 표준전지를 연결하고 스위치를 표준전지 쪽으로 넣어 저항 가운데 지정된 위치를 표준전지 값의 눈금에 고정하고, 가변저항을 가감하여 검류계(檢流計)의 지시가 영(零)임을 확인하면 된다. 다음에 측정하고자 하는 전압을 연결하고 스위치를 전지 쪽으로 넣은 다음 지정된 위치를 이동하여 검류계의 지시가 영인 상태를 만든다. 이때의 지정된 위치의 눈금이 전압의 값이다.
위치 감지 장치에 포텐셔미터를 이용하면, 회전축에 기어를 물려 포텐셔미터의 저항값을 조정하면서 전압값을 측정하고, 측정된 전압값에 의해 회전의 정도나 위치를 알 수 있다. 그러나 포텐셔미터를 이용한 위치 감지 장치는 가변저항을 사용하기 위해 회전량을 전달할 수 있는 별도의 보조 기구물이 추가적으로 필요하다. 그리고, 포텐셔미터를 이용한 위치 감지 장치는 주변 전압 노이즈(Noise)에 취약하여 정확한 위치 정보를 감지(Sensing)하기 어렵다.
홀 소자는 홀 효과를 이용한 자전변환소자(磁電變換素子)이다. 여기서 홀 효과는 전류가 흐르고 있는 가느다란 금속판에 수직으로 자기 마당을 가하면 전류와 자기 마당의 수직 방향으로 전위차가 생기는 현상을 말한다.
마그넷과 홀 소자를 이용한 위치 감지 장치는 회전축에 마그넷을 고정시키고 회전축의 회전 시 마그넷의 위치변이를 홀소자의 전압 출력값의 변이로 위치 파악하여 회전이나 위치 변화를 감지하는 원리에 의한다.
마그넷과 홀 소자를 이용한 위치 감지 장치 역시, 회전축의 변위값을 인식하기 위한 영구자석과 홀 소자를 별도의 장치로 부착하여야 한다. 그리고, 주변 자기 장 노이즈(Noise)에 취약하여 정확한 위치 정보를 감지하기 어렵다.
자이로 시스템은 자이로 센서를 이용하는 위치 감지 시스템이다.
자이로 센서는 "각속도(1초 동안에 각도가 얼마나 커지거나 작아지는가)"를 검출하는 센서이다. 운동하고 있는 물체가 회전하면, 그 속도 방향에 수직으로 "코리오리스"의 힘이 작용한다. 자이로센서는 이러한 물리현상을 이용하여 코리오리스의 힘으로부터 각속도를 검출한다.
일반적으로 자이로 센서의 출력형태는 아날로그 신호이며, 이 아날로그 신호를 A/D 변환기(A/D Converter)로 디지털 신호로 변환하여 제어부에서 처리한다. A/D 변환기는 아날로그 신호를 디지탈 수치신호로 변환하는 장치로서 각종 디지탈 신호처리를 위해 사용된다. 만일 제어부에서 검출된 각속도를 적분 연산을 하게 되면 각도 산출이 가능하다.
위 산출된 결과들을 이용하여 자이로 시스템의 위치 감지 대상이 되는 물체의 현재 위치를 파악할 수 있다.
자이로 시스템은 절대 위치 정보에 대한 오류가 많아 시스템의 정밀도를 높이기 위해서는 보정 시스템이 필요하고, 상대적으로 가격이 고가여서 제품에 적용하기에 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 전압 노이즈(noise) 또는 자기장 노이즈 등 주변 노이즈에 관계없이 위치 감지 장치에 부착된 소정 기기의 정확한 회전량이나 위치 정보를 감 지할 수 있는 위치 감지 장치 및 위치 감지 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상대적으로 생산 원가를 절감하면서 정확한 위치 정보를 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 위치 감지 장치에 부착된 소정 기기의 회전 각도나 회전 각속도를 비롯한 회전량과 관계된 정보들을 산출함으로써 소정 기기의 위치를 감지할 수 있는 장치나 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 터치감이 우수한 스위치를 위치 감지 장치에 사용함으로써, 위치 감지의 정밀도나 정확도를 개선하는 것이다.
전술한 것 외의 다른 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외부에 돌기가 형성된 기어 연결축; 상기 기어 연결축의 회전에 의한 상기 돌기의 접촉 여부에 따라 온오프되는 복수의 스위치; 상기 기어 연결축에 회전 동력을 전달하는 모터; 및 상기 복수의 스위치 중 상기 돌기가 접촉한 스위치를 식별하고, 상기 기어 연결축의 회전을 제어하는 제어부를 포함하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 스위치는 기어 연결축 외부를 둘러싸는 모터 하우징에 장착되며 기어 연결축의 회전에 따라 돌기와 접촉 가능하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스위치는 돌기와 돔의 접촉에 의해 돔 하부의 회로 기판과의 접촉에 의해 신호를 전달하는 메탈돔 스위치인 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스위치는, 외부 압력에 의해 상하 방향으로 형태가 변화되는 탄성체와, 회로 기판과, 그리고 탄성체 하면에 장착되어 탄성체의 돌기에 의한 접촉에 따라 회로 기판에 접촉되는 전도성 물질로 이루어진 접촉부를 포함하는 러버돔 스위치인 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스위치는 돌기의 접촉 여부에 따라 회로 스위치가 오픈(open) 또는 클로즈(close)되는 택트 스위치인 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어부는 상기 기어 연결축의 회전이 정지하기 전 최종적으로 접촉된 스위치의 식별 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어부는 돌기에 접촉된 스위치 중 회전이 정지하기 전 두 개의 스위치에 돌기가 접촉된 시간을 저장하여, 두 개의 스위치 간의 간격과 시간을 이용하여 기어 연결축의 회전 속도를 구하는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어부는 회전 속도 및 최종적으로 스위치가 돌기에 접촉된 시점과 기어 연결축이 정지한 시점 간의 시간차를 이용하 여 돌기가 두 개의 스위치 사이의 어느 지점에 정지하여 있는지를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기어 연결축에 형성된 돌기와 기어 연결축 외부를 둘러싸는 모터 하우징내벽에 장착된 스위치의 접촉을 감지하는 단계-여기서, 상기 스위치는 상기 기어 연결축의 회전에 따라 돌기와 순차적으로 접촉 가능한 위치에 장착됨-; 스위치의 위치를 식별하는 단계; 및 스위치 중 기어 연결축의 회전이 정지하기까지 최종적으로 돌기와 접촉된 최종 접촉 스위치의 식별 정보를 저장하는 단계를 포함하는 위치 감지 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 두 개의 스위치가 돌기와 접촉된 시간 간격을 측정하는 단계; 및 시간 간격 및 두 개의 스위치 간 거리로부터 기어 연결축의 회전 속도를 연산하는 단계를 더 포함하는 위치 감지 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 최종적으로 스위치에 돌기가 접촉된 최종 접촉 시간과 기어 연결축의 회전이 정지한 정지시간이 상이한 경우, 상기 최종 접촉 시간과 정지 시간 간의 시간 간격에 회전 속도를 곱하여 최종 이동 거리를 산출하는 단계; 최종 이동 거리와 최종 접촉 스위치의 식별 정보를 이용하여 돌기의 최종 위치를 산출하는 단계를 포함하는 위치 감지 방법이 제공된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발 명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하는" 또는 "저장된" "장착된" "삽입된" 등의 용어는 명세서 상에 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. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의 하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 위치 감지 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 위치 감지 장치가 사용될 수 있는 회전 제어 장치의 구동모터부(100)를 나타낸 구조도이다. 회전 제어 장치에 부착되어 회전될 수 있는 소정 기기에는 디스플레이 장치, 조명 장치 등을 포함하며 그 종류에 특별한 제한이 없다.
도 1에 도시된 구동 모터부(100)는 회전 제어 장치에 부착된 소정 기기의 회전을 위한 회전력을 제공한다. 여기서, 구동 모터부(100)는 모터(140), 기어 박스(130), 모터 하우징(120), 기어 연결축(110), 힌지핀(150), 힌지(160) 등을 포함한다.
힌지핀(150) 및 힌지(160)는 소정 기기와 결합(연결)되어 소정 기기의 회전을 유도할 수 있다. 또는 힌지핀(150) 및 힌지(160)가 받침부와 결합(연결)되고, 모터(50) 및 기어 박스(55)가 소정 기기에 결합(연결)되며, 받침부가 고정되어 있 음으로 인해 기어 연결축(110)이 고정되고 기어 연결축(110)의 회전력이 모터(140) 자체를 반대 방향으로 회전시켜 소정 기기의 회전을 유도할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 의한 위치 감지 장치는 모터 하우징(120)과 모터 하우징(120) 내부의 기어 연결축(110)에 위치할 수 있다. 기어 연결축(110)이 회전하면서, 모터 하우징(120) 내벽에 설치된 스위치를 접촉하게 되고, 접촉된 스위치의 위치를 식별 또는 감지함으로써 최종적으로 회전 제어 장치에 부착된 소정 기기의 회전량을 연산할 수 있다.
또한 도면 상에는 도시되어 있지 않으나, 위치 감지 장치는 제어부를 포함한다. 제어부는 스위치가 돌기와 연결되었는지, 돌기와 연결된 스위치가 어느 스위치인지 여부 또는 스위치가 장착된 위치를 감지하고 식별할 수 있다. 또한 제어부는 각 스위치마다 돌기가 접촉된 시간을 저장할 수 있으며, 임의의 두 스위치가 돌기가 접촉된 시간의 간격을 측정 또는 감지한다. 그 시간 간격으로 두 스위치 간 거리를 나누어서 기어 연결축(110)의 회전에 따른 돌기의 회전 속도를 연산 또는 산출할 수 있다. 또는 기어 연결축(110)의 회전 반경을 시간 간격으로 나누는 연산에 의해, 기어 연결축에 의한 회전 각속도 역시 연산할 수 있다.
본 명세서에서는 기어 연결축(110)이 일정한 각속도를 유지하면서 회전하는 경우를 중심으로 설명한다. 그러나, 기어 연결축은 회전 속도 또는 돌기의 속력은 회전 도중 변화할 수 있다. 이 경우에 제어부는 각 스위치의 지점별 속도를 측정하고, 상기 속도의 변화량을 측정하는 등의 방법에 의하여 각가속도 또는 가속도를 산출하고, 가속도 법칙을 이용하여 연산할 수 있다. 이하에서는 전자, 즉 일정한 각속도에 의한 회전의 경우의 예시를 가정하여 설명하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아님은 자명하다. 또한 기어 연결축(110)은 시계 방향 또는 반시계 방향 모두로 회전이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 감지 장치의 수직 방향의 단면도이다. 설명과 이해의 편의를 위해 도면 상에는 모터 하우징(120), 스위치(220), 기어 연결축(110) 그리고 돌기(240)만이 도시되어 있다.
모터 하우징(120)의 내부에는 기어 연결축(110)이 위치하여 회전한다. 그리고 모터 하우징 내벽에는 기어 연결축(110)의 회전 방향을 따라 스위치(220)가 장착되어 있다. 그리고 기어 연결축(110) 외벽에는 기어 연결축(110)의 회전에 따라 모터 하우징(120) 내벽에 장착된 스위치(220)를 누르거나 스위치(220)에 접촉할 수 있는 돌기(240)가 형성되어 있다. 기어 연결축(110)이 회전하면서 돌기(240)가 복수의 스위치(220) 중 어느 스위치(220)에 접촉되는지에 따라 회전 제어 장치에 부착된 소정 기기가 어느 정도 회전하였는지를 위치 감지 장치가 알 수 있게 된다. 보다 정확히는, 위치 감지 장치의 제어부가 현재 또는 과거에 돌기(240)가 접촉한 스위치(220)를 식별함으로써 회전의 정도를 감지하거나 계산할 수 있게 된다. 따라서 스위치(220) 간의 간격이 촘촘하고, 스위치(220)와 돌기(240)의 단면의 넓이가 작을수록 회전 정도에 따른 소정 기기의 미세한 위치 감지가 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 위치 감지 장치의 수직 방향의 단면도이다. 설명과 이해의 편의를 위해 도면 상에는 모터 하우징(120), 스위치(220), 기 어 연결축(110) 그리고 돌기(240)만이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 실시예에 의하면, 스위치(220)는 모터 하우징(120)의 최하단에 위치할 수 있다. 이는 제조 공정상 기어 연결축(110)과 모터 하우징(120)간의 결합의 편의를 도모할 수 있다. 기어 연결축(110)의 돌기(240)에 의한 돌출부가 있으므로, 모터 하우징(120)을 기어 연결축(110) 상하 방향으로 씌우는 방식에 의해는 양자를 한번에 결합시키기가 어렵기 때문이다. 다만 돌기(240)가 기어 연결축(110)의 내부로 유동성있게 출입할 수 있도록 구성된다면 돌기(240)와 스위치(220)의 위치가 문제되지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 감지 장치의 수평 방향의 단면도이다. 도 4는 도 2 또는 도 3에 도시된 위치 감지 장치를 A-A'선을 따라 절단된 면을 도시한 도면이다. 기어 연결축(110)이 회전함에 따라, 돌기(240)가 각 스위치(220)들을 차례로 접촉하게 된다. 돌기(240)가 특정 스위치(220)에 접촉되면 그 스위치(220)를 통해 전류가 흐르는 등의 방식에 의해 위치 감지 장치의 제어부가 현재 회전 등의 정도를 인식한다.
여기서 돌기(240)에 접촉되는 스위치(220)의 순서나 접촉의 시간 간격 등을 통해 제어부는 회전의 속도, 방향 등을 계산할 수 있다.
또한 스위치(220)는 그 구조나 재료 등에 따라 여러 가지 종류가 있을 수 있다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 위치 감지 장치에 장착될 수 있는 메탈돔(metal dome) 스위치의 구조도이다. 메탈돔 스위치는 PCB나 FPCB 또는 기타 박막회로 기판 등의 위에 얇은 접착테이프 등의 수단으로 안착되어 기판 표면과 순간적인 접촉으로 전기신호를 전달하도록 고안된 하나의 스위치 기구물이다. 기존의 멤브레인(MEMBRANE) 스위치나 폴리 돔(POLY DOME) 스위치 등이 가지는 클릭감, 수명, 생산성 및 기구적인 측면 등에서의 단점들을 개선한 스위치이다.
본 실시예에 의한 메탈돔 스위치는 브릿지부(510), 평판(520), 평판 사이에 위치한 메탈돔(530)을 상부에 포함한다. 그리고 그 하부에는 회로 기판(560)이 위치한다. 회로 기판(560)에는 지지층(570)이 있을 수 있다. 그리고 회로 기판(560)과 상부의 메탈돔(530) 사이에는 하면에 회로 기판(560)과 닿으면 전기적인 연결이 가능한 접촉부(550)가 장착된 플렉스부(540)가 있다. 메탈돔(530)이 압력을 받음으로써 플렉스부(540)가 함께 아래 방향으로 눌러지고, 접촉부(550)가 회로 기판에 닿을 수 있게 된다.
플렉스부(540)와 회로 기판(560) 사이에는 평소, 압력이 가해지지 않는 동안 그 공간을 유지하기 위한 스페이서부(580)가 존재할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 위치 감지 장치에 장착될 수 있는 러버돔 스위치의 구조도이다. 고무 등으로 된 돔 형태의 탄성체(혹은 키 자체)인 러버돔(rubber dome)(610)의 아랫면에는 탄소 등의 전도성 물질로 이루어진 접촉부(620)가 있다. 그리고 그 아래에 회로 패턴(630)이 있는 PCB 기판(640)이 있는 데, 본 실시예에서는 양자를 하나의 구성요소로 묶어 회로 기판(650)이라고 한다.
즉, 러버돔(610)이 아래 방향으로 압력을 받으면, 그 하면에 부착된 접촉부(620)가 아래로 이동하여 회로 기판(650) 상의 접점 회로에 닿으면 스위치가 연결된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 위치 감지 장치에 장착될 수 있는 택트 스위치를 나타낸 도면이다. 택트 스위치(tact switch)는 on/off 스위치로 이해할 수 있다. 즉 택트 스위치는 압력에 의해 돌기가 접촉되면 회로 상의 열린 상태의 회로 스위치가 닫히는 원리에 의해 작동되는 스위치이다. 도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 택트 스위치의 외형을 도시한 도면이다. 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 도시된 택트 스위치의 내부 구조를 나타낸 도면이다. ①, ②, ③, ④는 각각 택트 스위치가 사용될 회로에 연결되기 위한 접지부이다. 이는 도 7의 (a), (b) 및 (c)에 공통된다.
도 7의 (c)에 의하면, 상기 택트 스위치의 상단(710)이 눌러지면 택트 스위치 내부에 있는 회로의 스위치(720)가 닫히게 된다. 또한 택트 스위치의 눌림이 없는 경우에는 내부 회로의 스위치(720)는 열려있는 상태가 도시되어 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 스위치가 장착된 모터 하우징 내벽(800)의 전개도이다. 모터 하우징(120) 내벽에는 기어 연결축의 회전 방향을 따라 스위치가 장착되어 있다. 일 실시예에 의하면 스위치(220)는 일렬로 정렬되어 있으며, 일정한 간격을 가지고 배열되어 있다(221 내지 226). 또한 본 실시예에 의한 스위치(220)는 여러 종류가 있을 수 있으며, 특히 도 5 내지 도 7에서 도시된 메탈돔 스위치, 러버돔 스위치 또는 택트 스위치 중 어느 하나일 수 있다.
각 스위치는 본 실시예에 의하면 별도의 회선에 의해 위치 감지 장치의 제어부로 연결될 수 있다. 돌기의 접촉에 의해 스위치가 동작하게 되면, 각각의 회선에 의해 스위치의 동작 신호를 제어부가 감지하고, 동작이 감지된 스위치의 식별 정보를 제어부가 검출 또는 감지한다.
각 스위치 사이의 간격을 d라고 가정한다. 실시예에 따라서는 스위치 사이의 간격이 일정하지 않을 수도 있다. 다만 본 명세서에서는 설명과 이해의 편의를 위해 두 개의 스위치 사이의 거리는 d로 일정한 값을 갖는 것으로 가정한다.
d는 미리 지정된 값이므로 따로 구할 필요가 없다. 그리고 기어 연결축이 회전하면서 돌기가 접촉한 최종적 두 개의 스위치의 접촉 시간을 s1, s2라고 할 때, s1~s2간 시간 간격으로 d를 나누면 기어 연결축의 회전에 의한 돌기의 속력를 구할 수 있다. 기어 연결축이 완전히 정지한 시점을 s3라 하면, s3와 s2의 시간 간격에 상기 속력을 곱해서, 최종적 스위치를 지나 돌기가 이동한 거리를 구함으로써 돌기가 정지해 있는 지점의 위치가 산출될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 감지 방법의 흐름도이다.
기어 연결축이 정지되어 있다가 회전을 시작하면(S901), 스위치와 돌기가 접 촉된다. 그러면 위치 감지 장치의 제어부는 접촉된 스위치의 동작에 의한 전기적 연결 등을 감지함으로써 스위치의 접촉을 감지할 수 있다(S902). 위치 감지 장치에 부착된 소정 기기의 위치가 정해지면 기어 연결축은 회전을 정지(S903)할 수 있다. 기어 연결축의 회전이 정지된 경우(S903), 제어부는 최종적으로 돌기에 의해 접촉된 스위치의 식별 정보를 저장한다(S904). 어느 스위치에 돌기가 접촉되었는지에 의해 제어부는 위치 감지 장치의 회전량 또는 소정 기기가 어느 위치에서 정지되었는지 파악(S905)할 수 있다.
최종적으로 접촉된 스위치의 식별 정보는 소정 기기의 위치를 파악하는 데에만 사용되고 저장되지 않을 수 있다. 다만, 추후 다시 회전에 의해 소정 기기의 위치를 변경하여야 할 경우, 또는 기어 연결축이 회전하기 이전의 상태로 복귀시키고자 할 경우에는, 소정 기기의 위치 감지 이후, 기어 연결축의 회전량과 회전 방향 등을 설정하는 데에 제어부는 저장된 스위치 식별 정보를 사용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 위치 감지 방법의 흐름도이다.
도 9와의 차이점은 기어 연결축의 회전 속도 또는 기어 연결축에 부착되어 있음으로 인해, 기어 연결축이 회전함에 따라 이동하게 되는 돌기의 이동 속력 또는 속도를 측정하는 단계가 추가된다는 점이다. 다만 본 실시예에서는 돌기의 속력을 구하는 경우를 중심으로 예를 들어 설명하도록 한다.
정지상태에 있던 기어 연결축이 회전(S1001)하면, 기어 연결축에 장착된 돌기가 스위치들을 순차적으로 접촉하게 된다. 돌기의 접촉에 의해 스위치가 동작하 면서 위치 감지 장치의 제어부는 돌기의 접촉 사실을 감지(S1002)한다. 물론 이로 인해 기어 연결축의 회전과 회전의 방향 등도 감지할 수 있다.
제어부는 돌기에 접촉되는 스위치들의 식별 정보와 접촉 시간이 기록 또는 저장될 수 있다(S1003). 스위치와 스위치 사이의 간격은 일정하지 않을 수도 있으나, 본 실시예에서는 각 간격이 일정한 경우를 설명한다. 본 실시예에서 인접한 두 스위치 사이의 간격은 d이며, 이는 제어부에 이미 설정된 값일 수 있다.
제어부는 회전이 개시된 때의 돌기의 위치와, 최종적으로 또는 일시적으로 회전이 종료된 때의 돌기의 위치를, 스위치의 식별 정보로부터 산출할 수 있다. 그러면 "(인접한 두 스위치 사이의 간격) ⅹ (회전 개시 이후 돌기에 접촉된 총 접촉 스위치의 개수)"를 연산하여 돌기의 총 이동 거리를 산출할 수 있다. 산출된 이동 거리를 회전 시간으로 나누면 돌기의 이동 속력이 산출(S1004)된다. 또는 기어 연결축의 총 회전량(예컨대 회전각도)를 총 회전 시간으로 나누거나, 인접한 두 스위치간의 각도를 그에 상응하는 시간으로 나누면, 기어 연결축 또는 돌기의 회전 각속도를 산출할 수 있다.
이 후 기어 연결축의 회전이 정지(S1005)하면, 위치 감지 장치에 부착된 소정 기기의 위치를 감지하기 위해 스위치의 식별 정보가 필요하게 된다.
다만, 기어 연결축의 회전이 정지한 시점에 돌기가 임의의 스위치 상에서 정지하지 않은 경우(S1007), 돌기의 이동 속력 또는 기어 연결축/돌기의 회전 각속도가 소정 기기의 위치를 감지하는 데에 사용될 수 있다.
최종적으로 돌기가 스위치에 접촉된 시간(즉, 최종 접촉 시간)과 기어 연결 축이 정지한 시간과의 간격에 해당하는 시간에, 이전단계(S1004)에서 산출된 이동 속력을 곱하여 돌기의 최종 이동 거리를 산출할 수 있다(S1009). 돌기의 회전 각속도에 최종적으로 돌기가 스위치에 접촉된 시간(즉, 최종 접촉 시간)과 기어 연결축이 정지한 시간과의 간격에 해당하는 시간을 곱하여도 마찬가지로 돌기의 최종 회전량을 알 수 있다.
즉, 기어 연결축의 회전이 정지하기 직전에 돌기에 접촉된 스위치까지의 거리또는 회전량에, 돌기의 최종 이동 거리 또는 최종 회전량을 더하면 돌기의 정확한 위치를 알 수 있고, 이를 이용하여 돌기의 위치에 상응하여 소정 기기의 위치도 감지할 수 있다(S1010).
만약 돌기가 어느 스위치에 접촉된 상태에서 기어 연결축의 회전이 정지하였다면, 그 스위치의 위치로부터 바로 소정 기기의 위치를 감지(S1008)할 수 있으므로, 돌기의 위치 산출을 위해서는 돌기의 속력이나 회전 각속도를 산출할 필요가 없다.
다만, 이후 이동을 위한 에너지를 계산하거나, 기어 연결축이 회전하기 이전의 상태로 기어 연결축을 복귀시키고자 하는 등의 경우에는 돌기의 회전 각속도(기어 연결축의 회전 각속도와 동일함) 또는 돌기의 이동 속력을 산출할 필요가 있을 수 있다.
예컨대, 복수의 스위치 중 하나의 스위치 또는 복수의 스위치 중 두 개의 스위치 사이의 임의의 지점을 원점으로 설정하는 실시예를 가정할 수 있다. 이 경우 제어부는 돌기가 원점에 위치할 때까지 기어 연결축을 회전하도록 제어할 수 있다. 전원을 위치 감지 장치의 전원이 켜지거나 꺼지는 경우, 자동으로 소정 기기를 원상복귀하도록 설정하는 경우가 상기 실시예에 해당될 수 있다. 그러면 제어부는 돌기의 회전 각속도나 이동 속력을 이용하여 원점까지 회전하기 위한 회전량 등을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 상기 회전량만큼 기어 연결축이 회전하도록 제어할 수 있다.
또는 복수의 스위치 중 하나의 스위치 또는 복수의 스위치 중 두 개의 스위치 사이의 임의의 지점을 사용자모드(사용자가 선호하는 소정 기기의 각도 등)로 저장할 수 있다. 그러면 제어부는 외부로부터 미리 설정된 신호를 수신하면 그 신호에 상응하여 돌기가 사용자모드에 위치할 때까지 기어 연결축을 회전하도록 제어할 수 있다. 자동으로 소정 기기를 사용자모드에 위치하도록 설정하는 것도 가능하다.
이 경우에도 그러면 사용자모드에 도달할 때까지 기어 연결축을 회전시키기 위한 회전량 등을 산출하기 위해서 제어부는 돌기의 회전 각속도나 이동 속력을 이용할 수 있다. 그리고 제어부는 산출된 회전량에 상응하여 기어 연결축의 회전을 제어할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면 전압 노이즈(noise) 또는 자기장 노이즈 등 주변 노이즈에 관계없이 위치 감지 장치에 부착된 소정 기기의 정확한 회전량이나 위치 정보를 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 상대적으로 생산 원가를 절감하면서 정확한 위치 정보를 감지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면 위치 감지 장치에 부착된 소정 기기의 회전 각도나 회전 각속도를 비롯한 회전량과 관계된 정보들을 산출함으로써 소정 기기의 위치를 감지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면 터치감이 우수한 스위치를 위치 감지 장치에 사용함으로써, 위치 감지의 정밀도나 정확도를 개선할 수 있다.

Claims (11)

  1. 외부에 돌기가 형성된 기어 연결축;
    상기 기어 연결축 외부를 둘러싸는 모터 하우징에 장착되며 상기 기어 연결축의 회전에 의한 상기 돌기의 접촉 여부에 따라 온오프되는 복수의 스위치;
    상기 기어 연결축에 회전 동력을 전달하는 모터; 및
    상기 복수의 스위치 중 상기 돌기가 접촉한 스위치를 식별하고, 상기 기어 연결축의 회전을 제어하는 제어부를 포함하는 위치 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 기어 연결축의 회전에 따라 상기 돌기와 순차적으로 접촉 가능한 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 돌기와 돔의 접촉에 의해 상기 돔 하부의 회로 기판과의 접촉에 의해 신호를 전달하는 메탈돔 스위치인 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는,
    외부 압력에 의해 상하 방향으로 형태가 변화되는 탄성체와,
    회로 기판과, 그리고
    상기 탄성체 하면에 장착되어 상기 탄성체의 상기 돌기에 의한 접촉에 따라 상기 회로 기판에 접촉되는 전도성 물질로 이루어진 접촉부를 포함하는 러버돔 스위치인 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 돌기의 접촉 여부에 따라 회로 스위치가 오픈(open) 또는 클로즈(close)되는 택트 스위치인 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기어 연결축의 회전이 정지하기 전 최종적으로 접촉된 상기 스위치의 식별 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 돌기에 접촉된 스위치 중 회전이 정지하기 전 두 개의 스위치에 상기 돌기가 접촉된 시간을 저장하여, 상기 두 개의 스위치 간의 간격과 상기 시간을 이용하여 상기 기어 연결축의 회전 속도를 구하는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 회전 속도 및 상기 돌기가 상기 스위치에 최종적으로 접촉된 시점과 상기 기어 연결축이 정지한 시점 간의 시간차를 이용하여, 상기 돌기가 최종 접촉된 스위치로부터 이동한 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 감지 장치.
  9. 기어 연결축에 형성된 돌기와 상기 기어 연결축 외부를 둘러싸는 모터 하우징 내벽에 장착된 스위치의 접촉을 감지하는 단계-여기서, 상기 스위치는 상기 기어 연결축의 회전에 따라 상기 돌기와 순차적으로 접촉 가능한 위치에 장착됨-;
    상기 스위치의 위치를 식별하는 단계; 및
    상기 스위치 중 상기 기어 연결축의 회전이 정지하기까지 최종적으로 상기 돌기와 접촉된 최종 접촉 스위치의 식별 정보를 저장하는 단계를 포함하는 위치 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    두 개의 상기 스위치가 상기 돌기와 접촉된 시간 간격을 측정하는 단계; 및
    상기 시간 간격 및 두 개의 상기 스위치 간 거리로부터 상기 기어 연결축의 회전 속도를 연산하는 단계를 더 포함하는 위치 감지 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    최종적으로 상기 스위치에 돌기가 접촉된 최종 접촉 시간과 상기 기어 연결축의 회전이 정지한 정지시간이 상이한 경우,
    상기 최종 접촉 시간과 상기 정지 시간 간의 시간 간격에 상기 회전 속도를 곱하여 최종 이동 거리를 산출하는 단계;
    상기 최종 이동 거리와 최종 접촉 스위치의 식별 정보를 이용하여 상기 돌기의 최종 위치를 산출하는 단계를 포함하는 위치 감지 방법.
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