KR101137411B1 - 근접센서 - Google Patents

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Abstract

근접센서가 개시(disclose) 된다. 일 실시예로서, 외부로 빛을 방출하는 발광부; 상기 방출된 빛이 상기 외부의 객체에 의해 반사되는 빛을 수렴하는 수광부; 및 상기 수광부 상부에 위치하는 차광막을 구비하되, 상기 차광막은 상기 수광부 상부에 있는 광투과성 절연막 위에 놓이고, 소정의 입사각보다 큰 각도로 상기 수광부에 입사하는 빛을 차단하며, 상기 수광부는 상기 수광부에 수렴하는 빛의 양에 근거하여, 상기 외부의 상기 객체와의 거리를 인식하는 근접센서가 개시된다.

Description

근접센서{Proximity Sensor}
개시된 기술은 근접센서에 관한 것이다
검출용 센서에는 응용하는 매체에 따라 여러 가지로 구분되는데, 특히 “光”을 매체로서 응용한 것을 포토센서(광전센서)라고 부른다. 포토센서는 무 접촉식 검출방식으로 물체의 유무, 통과 여부뿐만 아니라, 물체의 대소, 색상, 명암 등을 검출할 수 있다.
포토센서는 검출방식에 따라 크게 3가지로 분류할 수 있다.
첫째, 투과형 포토센서는 발광부와 수광부를 동일 광축선 상에 서로 마주보게 설치해 두고, 그 사이를 통과하는 검출물체에 의해 광량(光量)의 변화가 발생하는 것을 검출하여 출력하는 센서이다.
둘째, 미러반사형 포토센서는 발광부 및 수광부가 일체로 된 포토센서로서, 반사경(미러) 사이를 통과하는 검출물체에 의해 반사광량의 변화가 발생하는 것을 검출하여 출력하는 센서를 말한다.
셋째, 직접 반사형 포토센서는 발광부 및 수광부가 일체로 되어 있으며, 발광부로부터 투사된 광이 검출물체에 부딪혀서 반사된 광을 수광부가 직접 검출하여 출력하는 포토센서를 말한다.
개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용자의 원근을 판별할 수 있고 외부 광원에 의한 노이즈를 최소화 할 수 있는 근접센서를 제공하는 데 있다. 또한 사용자의 원근을 판별하여 디스플레이를 켜고 끔으로써 단말기의 불필요한 전력낭비를 막을 수 있는 근접센서를 제공하는 데 있다.
개시된 기술의 일 측면은 외부로 빛을 방출하는 발광부; 상기 방출된 빛이 상기 외부의 객체에 의해 반사되는 빛을 수렴하는 수광부; 및 상기 수광부 상부에 위치하는 차광막을 구비하되, 상기 차광막은 상기 수광부 상부에 있는 광투과성 절연막 위에 놓이고, 소정의 입사각보다 큰 각도로 상기 수광부에 입사하는 빛을 차단하며, 상기 수광부는 상기 수광부에 수렴하는 빛의 양에 근거하여, 상기 외부의 상기 객체와의 거리를 인식하는 근접센서를 제공한다.
상기에서 제시한 본 개시의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 개시의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 개시의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
사용자의 원근을 판별할 수 있고 외부 광원에 의한 노이즈를 최소화 할 수 있다.
사용자의 원근을 판별하여 단말기의 디스플레이를 켜고 끔으로써 불필요한 전력낭비를 막을 수 있다.
본 개시의 실시예들에 관한 설명은 본 개시의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 본 개시의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 개시의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 개시의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 개시에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
본 개시에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 개시가 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 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 근접센서의 원리를 나타내는 모식도이다. 도 1 (a)을 참조하면, 근접센서(15)는 발광부(10) 및 수광부(20)를 포함한다. 발광부(10)는 빛을 방출하는 부분이다. 방출된 빛(12, 14)의 일부는 사용자(30-1, 30-2)로부터 반사되어 나온다(12-1, 14-1). 수광부(20)는 사용자(30-1, 30-2)로부터 반사된 빛(12-1, 14-1)을 받는 부분이다. 수광부(20)에서 떨어진 사용자(30-1, 30-2)의 위치에 따라 반사된 빛이 수광부(20)로 향하는 입사각 및 강도가 다르다. 이로써 사용자(30-1, 30-2)의 위치를 가늠할 수 있다. 근접센서는 일 예로 단말기에 포함될 수 있다. 단말기는 휴대전화, 유선전화, 무선전화 또는 무전기 일 수 있다. 도 1(b)는 수광부와 사용자 사이의 거리에 따라 수광부로 입사되는 빛의 세기가 변하는 관계를 나타내는 그래프이다. 사용자에 의해 반사되어 수광부에 입사하는 빛의 세기가 일정 강도 이상이면 단말기의 디스플레이가 꺼지고 일정 강도 이하일 때 디스플레이가 켜진다. 즉 단말기의 수광부로부터 사용자가 일정거리 이내에 있을 때 휴대용 단말기의 디스플레이가 꺼지고 사용자가 일정 거리 밖에 있을 때 단말기의 디스플레이가 켜진다. 따라서 사용자가 통화하고 있을 때처럼 사용자가 디스플레이를 볼 필요가 없는 경우 단말기의 디스플레이가 꺼짐으로써 전력낭비를 줄일 수 있다.
도 2는 기존 근접 센서가 오작동하는 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 발광부(10) 외에 외부 광원(40)이 있을 때 사용자(30-1, 30-2)로부터 반사되어 수광부(20)로 입사하는 빛(12-1, 14-1)에 더하여, 외부 광원에서 방출하는 빛(42)이 수광부(20)로 입사하면 근접센서가 근접센서와 사용자 사이의 거리를 가늠하는 데 오류가 발생할 수 있다. 즉, 강한 외부 빛이 수광부(20)에 입사하면 수광부(20)가 미세한 신호 차이를 감지하기 어려우므로 근접센서의 거리 감지 능력이 저하된다.
도 3은 완전 노출된 수광부의 시야(field of view)를 나타내는 도면이다. 도 3(a)를 참조하면, 수광부로 입사하는 평행한 광선(15, 16)의 입사각은 θ1이다. 수광부(20)의 폭은 w1이다. 수광부(20)의 양 끝으로 입사하는 광선(15, 16) 사이의 거리는 d1이다.
d1 = w1 cosθ1
따라서 입사각에 따른 근접센서의 상대감도는 d1/ w1은 다음과 같다.
d1 / w1= cosθ1
도 3(b)는 완전 노출된 수광부의 입사각에 따른 근접센서의 상대감도(Relative Response)를 나타내는 그래프이다. 도 3(b)를 참조하면, 입사각이 0도 일 때 상대감도가 최고치에 도달하고 절대 입사각이 증가함에 따라 상대 감도는 완만하게 감소하므로 외부 광원에 의한 노이즈를 구별하기 어렵다.
도 4는 본 개시의 근접 센서의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면 본 개시의 근접 센서(100)는 발광부(110), 수광부(120), 광투과성 절연막(126) 및 차광막(125)을 포함한다. 발광부(110)는 빛을 방출하는 부분이다. 발광부(110)는 사용자(130-1, 130-2)를 감지하는 데 필요한 빛(112, 114)을 발생시킨다. 발광부(110)가 방출하는 빛(112, 114)은 일 예로 적외선 또는 가시광선일 수 있다. 발광부(110)는 일 예로 발광 다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등 일 수 있다. 수광부(120)는 빛을 받는 부분이다. 수광부(120)는 일 예로 광다이오드(photodiode) 또는 광트랜지스터(photo-transistor)일 수 있다. 광투과성 절연막(126)은 수광부(120) 상부에 위치하고 수광부(120)로 입사하는 광을 투과시킨다. 또한 광투과성 절연막(126)은 수광부(120)와 차광막(125)을 전기적으로 절연한다. 차광막(125)은 광투과성 절연막(126)의 상부에 위치하고 일정한 간격으로 적어도 하나의 구멍이 뚫려 있어 소정의 입사각보다 큰 각도로 수광부(120)에 입사하는 빛(142)을 차단한다. 외부 광원(140)으로부터 입사하는 빛(142)은 발광부에서 발생하여 사용자(130-1, 130-2)에 반사되어 수광부(120)에 입사하는 빛(112-1, 114-1)보다 입사각(도 3의 θ1 참조)이 크다. 따라서 차광막(125)은 외부 광원(140)으로부터 나온 빛(142)이 수광부(120)에 도달하는 것을 차단함으로써 외부 광원(140)에 의한 노이즈를 줄인다. 차광막(125)은 일 예로 금속으로 제조하여 빛 투과율을 낮 추고 근접센서의 각 부분을 전기적으로 연결할 수 있다. 본 개시의 근접센서(100)에 포함된 발광부(110)와 수광부(120)는 소정 거리로 이격되어 있다. 그리하여 본 개시의 근접센서(100)는 발광부(110) 또는 수광부(120)로부터 떨어져 있는 사용자(130-1, 130-2)의 원근을 용이하게 판별할 수 있다. 본 개시의 근접 센서는 일 예로 단말기에 포함될 수 있다. 단말기는 휴대전화, 유선전화, 무선전화 또는 무전기 일 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예로서 상부에 차광막이 있는 수광부의 시야를 나타내는 도면이다. 도 5(a)를 참조하면, 광투과성 절연막(126) 상부에 있는 차광막(125)에는 하나 이상의 구멍이 뚫려 있고 구멍의 지름은 W이다. 수광부(120)로 입사하는 평행한 광선(122, 124)의 입사각은 θ2이고 평행한 광선(122, 124) 사이의 거리는 d2이다. 수광부(120)에 광선이 입사할 수 있는 폭은 w2이다.
w2 = W -H tan θ2
d2 = w cosθ2 = W cos θ2 -H cos θ2 tan θ2
= W cos θ2 -H sin θ2
따라서 차광막이 있는 수광부의 상대감도 d2/W 는 다음과 같다.
d2/W = cos θ2 - (H/W) sin θ2
도 5(b)는 차광막이 있는 수광부의 입사각에 따른 상대감도(Relative Response)를 나타내는 그래프이다. 도 5(b)를 참조하면, H/W 값이 클수록 입사각에 따른 상대감도가 급격히 변화함을 알 수 있다. 예를 들어 H/W = 4 일 때, 입사각이 0도 일 때 상대감도가 최대가 되는 것은 도 3(b)와 같지만, 입사각이 약 13도 일 때 상대감도가 0.1로 현격하게 감소함을 알 수 있다. 따라서 수광부의 상부에 차광막이 있을 때 입사각이 큰 외부광원의 빛을 잘 차단할 수 있음을 알 수 있다. 상기 차광막의 두께와 상기 차광막 구멍의 지름의 비율(H/W)은 일 예로 0.5이상 4.0이하 일 수 있다. 본 개시의 근접센서는 일 예로 상대감도가 0.05 이상 1이하 일 때 외부의 객체, 바람직하게는 사용자를 감지 할 수 있다.
도 6는 본 개시의 일 실시예로 수광부 및 차광막의 구조를 나타내는 도면이다. 도 6를 참조하면, 차광막(125-1)은 수광부(120)의 상부에 있는 광투과성 절연막(126) 위에 놓이고, 구멍이 뚫린 다층(Multi-layer) 구조로 할 수 있다. 이러한 구조는 상기 수광부(120)의 상부에 예를 들어 산화막 혹은 질화막으로 된 광투과성 절연막(126)과 전기적 신호 인가를 위한 금속으로 된 차광막(125-1)을 형성하고 사진식각기술을 이용하는 반도체 제조 기술로 제조 가능하다. 또한 차광막(125-1)은 단일 층 구조로 할 수도 있다.
도 7은 본 개시의 일 예로 차광막의 평면도를 나타낸다. 도 7(a)를 참조하면, 차광막(125-2)의 구멍은 각각의 행과 열이 직교하도록 배열되어 있다. 도 7(b)를 참조하면 차광막(125-3)의 구멍은 각각의 행과 열이 60˚가 되도록 배열되는 벌집(honeycomb) 구조로 되어 있다. 상술한 바와 같이 수광부의 상대감도는 차광막 구멍의 지름(W)과 차광막의 두께(H)에 의해 결정되므로 차광막 구멍의 배열은 다양한 모양 및 밀도로 구현할 수 있다. 또한 각 구멍은 원형인 것이 바람직하나 제조 공정이 용이하도록 사각형, 육각형, 팔각형 등 다양한 형태로 만들 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 근접센서는 발광부, 수광부 및 차광막을 포함하여, 사용자의 원근을 판별할 수 있고 외부 광원에 의한 노이즈를 최소화 할 수 있다. 또한 사용자의 원근을 판별하여 휴대용 단말기의 디스플레이를 켜고 끔으로써 불필요한 전력낭비를 막을 수 있다.
이러한 본원 개시인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 근접센서의 원리를 나타내는 모식도이다.
도 2는 기존 근접 센서가 오작동하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 완전 노출된 수광부의 시야(field of view)를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 근접 센서의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예로서 상부에 차광막이 있는 수광부의 시야를 나타내는 도면이다.
도 6는 본 개시의 일 실시예로 수광부 및 차광막의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 예로 차광막의 평면도를 나타낸다.

Claims (11)

  1. 외부로 빛을 방출하는 발광부;
    상기 발광부에서 방출된 빛 중 상기 외부의 객체에 반사된 빛을 수렴하는 수광부; 및
    상기 수광부 상부에 위치하는 차광막을 구비하되,
    상기 차광막은 상기 수광부 상부에 있는 광투과성 절연막 위에 놓이고, 소정의 입사각보다 큰 각도로 상기 수광부에 입사하는 빛을 차단하며,
    상기 수광부는 상기 수렴된 빛의 양에 근거하여, 상기 외부의 상기 객체와의 거리를 인식하는 근접센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막은 금속으로 된 근접센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막은 다층(Multi-layer)으로 된 근접센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광막은 광투과성 절연막과 교차되어 쌓여 있는 근접센서.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광막은 반도체 제조 공정의 사진식각기술을 이용하여 제조한 근접센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는 발광다이오드(LED) 또는 유기발광다이오드(OLED)인 근접센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광부는 광다이오드(photo-diode) 또는 광트랜지스터(photo-transistor)인 근접센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부와 상기 수광부는 소정 거리로 떨어져 있어 상기 발광부 또는 상기 수광부에서 떨어져 있는 사용자의 원근를 판별하는 근접센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광부의 상대감도(d2/W)는 cos θ2 - (H/W) sin θ2 인 근접센서(θ2 : 수광부에 입사하는 광선의 입사각, H: 차광막의 두께, W : 차광막 구멍의 지름).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수광부의 상대감도(d2/W)가 0.1이하가 될 때 상기 입사각이 30도 이상인 근접센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 차광막의 두께와 상기 차광막 구멍의 지름의 비율(H/W)은 0.5이상 4.0 이하인 근접센서.
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