KR101324627B1 - 3차원 공간인식 센서모듈 - Google Patents

3차원 공간인식 센서모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 공간인식 센서모듈에 관한 것으로, 특히 동작감지영역을 확대하여 소형화에 적합한 3차원 공간인식 센서모듈에 관한 것이다.
피검체의 움직임을 검출하는 공간인 동작감지영역으로 광을 조사하고 반사되는 광을 검출함으로써 피검체의 움직임을 검출하는 본 발명에 의한 3차원 공간인식 센서 모듈은 인쇄회로기판; 인쇄회로기판의 일면에 형성되고, 동작감지영역으로 광을 조사하는 발광다이오드; 발광다이오드에서 조사되어 피검체에 의해서 반사되는 광을 검출하는 수광소자; 발광다이오드 및 수광소자 사이에 형성되는 격벽; 및 동작감지영역을 확대하기 위해서 수광소자에서 방출된 광을 수광소자가 배치된 방향의 반대 방향으로 굴절시키는 굴절수단;을 구비한다.

Description

3차원 공간인식 센서모듈{The Sensor Module Detecting Target over 3-Dimension}
본 발명은 3차원 공간인식 센서모듈에 관한 것으로, 특히 피검체를 감지할 수 있는 영역을 확대하여, 피검체의 움직임을 더 정확히 파악하며 모듈의 소형화에 적합한 3차원 공간인식 센서모듈에 관한 것이다.
3차원 공간인식 센서는 움직임을 감지하기 위한 모션 센서(Motion Sensor)의 일종으로서, 피검체로 광을 조사하고, 피검체에 의해서 반사하는 광을 수광하여 피검체의 움직임을 유추하고 파악하는 센서로서 모션 디텍터(Motion Detector)라고도 불리운다. 즉, 3차원 공간인식 센서는 센서 주위의 다른 대상인 피검체의 움직임을 감지한 것을 바탕으로 특정한 기능을 수행하도록 제어신호를 생성한다.
이러한 3차원 공간인식 센서는 다양한 전자기기에 응용될 수 있다. 예컨대, 자동차의 블랙박스 또는 후방 감지기에 적용될 수도 있고, 사람의 신체 움직임을 바탕으로 진행되는 게임기에 이용될 수도 있다.
또한 3차원 공간인식 센서는 응용분야가 확대되면서 소형화된 전자기기에 이용되기도 하고 따라서, 피검체인 사람의 손이나 신체의 일부에 비해서 전체적인 센서모듈의 크기는 매우 작게 형성되기도 한다. 이처럼 3차원 공간인식 센서 모듈의 크기가 작아지면서 센서모듈의 수직상부 방향에서 피검체의 동작을 감지할 수 있는 영역도 작게 된다. 특히, 이러한 문제는 발광다이오드로 이용되는 발광다이오드에서 조사되는 광이 강한 직진성을 갖기 때문에 두드러진다. 즉, 발광다이오드에서 조사되는 광은 중심을 벗어난 영역에서는 매우 적은 광량을 갖고, 이에 따라서 피검체의 움직임을 검출할 수 있는 영역은 한정될 수밖에 없다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피검체의 움직임을 검출할 수 있는 영역을 확대하기 위한 3차원 공간인식 센서모듈을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 피검체의 움직임을 검출하는 공간인 동작감지영역으로 광을 조사하고 반사되는 광을 검출함으로써 피검체의 움직임을 검출하는 본 발명에 의한 3차원 공간인식 센서 모듈은 인쇄회로기판; 인쇄회로기판의 일면에 형성되고, 동작감지영역으로 광을 조사하는 발광다이오드; 발광다이오드에서 조사되어 피검체에 의해서 반사되는 광을 검출하는 수광소자; 발광다이오드 및 수광소자 사이에 형성되는 격벽; 및 동작감지영역을 확대하기 위해서 발광다이오드소자에서 방출된 광을 수광소자가 배치된 방향의 반대 방향으로 굴절시키는 굴절수단;을 구비한다.
본 발명에 의한 센서모듈은 인쇄회로기판의 가장자리를 둘러싸며 모듈 전체를 덮으며, 발광다이오드의 상부 방향의 영역은 수광소자의 반대방향으로 갈수록 낮아지는 경사면을 갖는 커버;를 더 구비한다. 이때 굴절수단은 커버의 경사면에 결합된 볼록렌즈로 이루어질 수 있다.
또는 센서모듈은 인쇄회로기판의 가장자리를 둘러싸며 모듈 전체를 덮으며, 발광다이오드의 상부 방향의 영역은 수광소자의 반대방향으로 갈수록 낮아지는 경사면을 갖는 커버;를 더 구비하되, 커버의 경사면이 볼록렌즈로 형성될 수 있다.
그리고 발광다이오드는 볼록렌즈의 렌즈의 중심 수직 하부 방향에서 내측에 형성될 수 있다.
센서모듈은 인쇄회로기판의 가장자리를 둘러싸며 모듈 전체를 덮으며, 발광다이오드의 상부 방향의 영역은 수광소자의 반대방향으로 갈수록 낮아지는 경사면을 갖는 커버;를 더 구비하되, 경사면은 발광다이오드에서 출사되는 광을 센서모듈의 바깥쪽을 향하여 굴절시키는 프리즘으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 공간인식 센서모듈은 발광다이오드에서 출사되는 중심광을 굴절시켜서 개별적인 발광다이오드의 동작감지영역을 센서모듈의 외곽방향으로 변경시킬 수 있다. 이에 따라서 각각의 발광다이오드의 조사영역에 의해서 규정할 수 있는 전체적인 센서모듈의 동작감지영역은 확대되는 효과를 야기한다. 따라서 피검체의 움직임을 놓치는 오작동을 감소시키고 정확한 피검체의 움직임을 파악할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 센서모듈을 나타내는 도면들.
도 3은 굴절수단에 의한 동작감지영역의 변경을 나타내는 도면.
도 4는 제 2 실시 예에 의한 센서모듈의 나타내는 단면도.
도 5 및 도 6은 제 3 실시 예에 의한 센서모듈을 나타내는 도면들.
도 7은 제 4 실시 예에 의한 센서모듈을 나타내는 도면.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서 동일 구성에 대해서는 동리 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서 모듈은 피검체의 공간상의 움직임을 검출하기 위한 동작감지영역으로 광을 조사하고 반사되는 광을 검출함으로써 피검체의 움직임을 검출하기 위한 것이다.
도 1의 (a)는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서 모듈(100)을 나타내는 평면도이고, 도 1의 (b)는 (a)에서 I-I'를 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 2는 도 1의 (b)에서 일측을 확대한 것을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서 모듈(100)은 인쇄회로기판(110), 발광다이오드(112), 수광소자(114), 격벽(118) 및 굴절수단(130)을 구비한다.
인쇄회로기판(110)은 3차원 공간인식 센서 모듈(100)의 베이스 기판이 되는 것으로, 전면(110a)에는 각각 발광다이오드(112) 및 수광소자(114)가 결합된다. 이때, 인쇄회로기판(110)의 전면(110a)은 피검체의 공간상 움직임을 감지하는 동작감지영역을 향해서 배치되는 면을 의미한다.
발광다이오드(Light Emitting Diode)(112)는 피검체의 동작을 검출하기 위한 것으로, 동작감지영역으로 광을 방출한다. 이러한 발광다이오드(112)는 인쇄회로기판(110)에서 하나 이상이 형성될 수 있으며, 이때 형성되는 발광다이오드(112)의 개수에 따라서 움직임을 감지할 수 있는 동작의 종류 및 범위가 달라진다. 예컨대, 1개의 발광다이오드(112)가 형성된 3차원 공간인식 센서 모듈은 모듈로부터 피검체의 간격 변화를 감지할 수 있다. 그리고 2개의 발광다이오드(112)가 형성된 3차원 공간인식 센서 모듈은 발광다이오드들을 연결하는 가상의 선을 따라 이동하는 피검체의 2차원 움직임을 검출할 수 있다. 또한 3개 이상의 발광다이오드(112)가 형성된 3차원 공간인식 센서 모듈은 피검체의 3차원 움직임을 감지할 수 있다. 이때 발광다이오드(112)의 개수에 따른 발광다이오드(112)의 구동과 수광소자(130)에서 검출되는 광을 기초로 피검체의 움직임을 감지하는 방법은 당업자에 있어서 잘 알려진 바이기에 자세한 설명은 생략하기로 한다.
수광소자(130)는 발광다이오드(112)에서 조사한 광이 동작감지영역에 있는 피검체에 반사되는 것을 검출하기 위한 것으로, 포토다이오드(Photo Diode)를 이용할 수 있다.
격벽(118)은 발광다이오드(112)에서 방출된 광이 피검체에 반사되기 이전에 바로 수광소자(114)로 입사되는 것을 방지한다.
그리고 컨트롤러(116)는 인쇄회로기판(110)에 예컨대, 후면(114)의 일측에 형성되어, 수광소자(114)가 검출하는 광의 세기 및 광량을 이용하여 피검체의 움직임을 파악한다.
굴절수단(130)은 발광다이오드(112)에서 방출하는 광을 모듈(100)의 바깥쪽으로 굴절시킨다.
특히, 굴절수단(130)은 도 3에서와 같이 발광다이오드(112)의 수직 상부방향으로 향하는 중심광을 센서모듈(100)의 외곽 방향으로 변경시킨다.
이처럼 굴절수단(130)을 이용하여 중심광이 조사되는 영역을 변경시키는 것은 피검체의 동작을 감지할 수 있는 영역인 동작감지영역을 변경시키는 것을 의미한다. 이와 같은 이유는 피검체의 동작감지영역이 발광다이오드(112)의 중심광이 조사되는 영역에 큰 영향을 받기 때문이다.
따라서, 본 발명의 굴절수단(130)은 중심광에 의해 영향을 받는 동작감지영역을 "A"영역에서 "B"영역으로 변경시킬 수 있다. 그리고, 각각의 발광다이오드(112)에서 조사되는 중심광이 센서모듈(100)의 외곽방향으로 변경됨으로써, 센서모듈(100)을 기준으로 할 때 전체적인 동작감지영역은 확대되는 효과를 야기한다.
이러한 굴절수단(130)은 인쇄회로기판(110)의 전면(110a)을 전체적으로 감싸는 커버(120)의 일측에 형성될 수 있다. 즉, 커버(120)는 굴절수단(130)의 결합 또는 지지수단으로 이용되며, 발광다이오드(112)에서 출사되는 광 및 피검체에서 반사되는 광이 용이하게 투과되도록 투명재질로 형성된다. 특히, 커버(120)에서 굴절수단(130)이 형성되는 영역은 인쇄회로기판(110)의 가장자리로 갈수록 낮아지도록 경사진 형태를 갖는다.
이러한 굴절수단(130)은 일 실시 예로서, 커버(120)의 일측에 형성되는 볼록렌즈로 구현될 수 있다. 그리고 굴절수단(130)이 형성되는 영역이 경사면이기 때문에, 굴절수단(130)은 렌즈축(ℓ)이 인쇄회로기판(110)의 바깥쪽 상부 방향을 향하도록 배치된다.
그리고, 굴절수단(130)은 렌즈의 중심(f)이 발광다이오드(112)의 수직 상부 방향에서 바깥쪽에 위치하도록 형성된다.
도 2는 이러한 굴절수단(130)을 경유하는 광 경로를 모식화한 도면이다. 이때, 발광다이오드(112)는 매우 작은 크기로 형성됨에 따라서 점광원으로 간주될 수 있다.
발광다이오드(112)에서 출사되는 광 중에서 ⓐ와 같이 볼록렌즈인 굴절수단(130)의 중심을 경유하는 광은 그대로 직진한다.
그리고 ⓑ와 같이 발광다이오드(112)의 수직 상부 방향으로 출사되는 중심광은 굴절수단(130)을 경유하면서 굴절수단(130)의 중심방향으로 굴절한다. 이때 발광다이오드(112)가 굴절수단(130)의 초점(f) 위치에 배치된다면, 발광다이오드(112)에서 수직 상부 방향으로 출사되는 중심광은 굴절수단(130)에서 렌즈축(ℓ)에 평행한 방향으로 굴절된다.
또한, 도면에서와는 다르게 발광다이오드(112)가 렌즈의 초점(f) 위치에 배치되지 않더라도 렌즈 중심의 수직 하부 위치보다 내측에 있다면, 발광다이오드(112)에서 출사되는 광은 굴절수단(130)을 경유하는 과정에서 광축 방향으로 굴절하여 진행한다.
이와 같이, 발광다이오드(112)에서 출사되는 중심광은 수직 상부 방향보다 바깥쪽으로 굴절되어 진행한다. 따라서, 발광다이오드(112)의 중심광 조사영역을 인쇄회로기판의 바깥쪽으로 확장할 수 있다.
피검체의 동작감지영역은 주로 중심광 조사영역 주위에서 형성되기 때문에, 굴절수단(130)에 의한 광의 굴절은 결국 동작감지영역을 모듈의 외측으로 넓히는 효과를 야기한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서모듈(200)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서모듈(200)은 인쇄회로기판(110), 발광다이오드(112), 수광소자(114), 격벽(118), 커버(120) 및 굴절수단(230)을 구비한다. 이 실시 예에서 전술한 실시 예와 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 자세한 설명을 생략하기로 한다.
굴절수단(230)은 발광다이오드(112)에서 방출하는 광을 인쇄회로기판(110)의 바깥쪽으로 굴절시키기 위한 것으로, 커버(120)와 일체화되어서 형성된다. 이때, 굴절수단(230)을 포함하는 커버(120)는 투명한 수질계열의 물질을 이용하여 몰드물로서 제작될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서모듈(300)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서모듈(300)은 인쇄회로기판(110), 발광다이오드(112), 수광소자(114), 격벽(118), 커버(120) 및 굴절수단(330)을 구비한다. 이 실시 예에서 전술한 실시 예와 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 자세한 설명을 생략하기로 한다.
굴절수단(330)은 프리즘을 이용할 수 있다. 이때 프리즘 단면의 3개의 면은 도 5에서와 같이, 발광다이오드(112)의 출사광이 조사되는 입사면(332), 프리즘을 경유하여 외부로 굴절된 광을 방출하는 출사면(334), 인쇄회로기판(110)의 바깥쪽을 향하는 제 3 면(336)을 포함한다.
입사면(332)은 발광다이오드(112)에서 출사되는 광 경로와 직각으로 형성되거나, 도면에서와 같이 수광소자(114)의 반대방향으로 갈수록 낮은 높이를 갖도록 경사지게 형성될 수 있다.
입사면(332)이 경사진 형태를 가질 경우에는, 도 5에서와 같이 발광다이오드(112)에서 조사되는 ⓒ의 경로를 갖는 중심광은 입사면(332)에서 일차적으로 굴절한다. 그리고, 입사면(332)에서 굴절한 광은 굴절수단 내부에서 직진하다가 출사면(334)에서 다시 한 번 굴절되어 진행한다.
이와 같이, 단면이 프리즘 형태인 굴절수단(330)은 발광다이오드(112)에서 출사되는 광을 제 3 면(336)의 방향, 즉 인쇄회로기판(110)의 바깥쪽 방향으로 굴절시킨다. 따라서 센서모듈(300)의 동작감지영역을 확대시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서모듈(400)을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제 4 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서모듈(400)은 인쇄회로기판(410), 발광다이오드(412), 수광소자(114), 커버(120) 및 굴절수단(130)을 구비한다. 이 실시 예에서 전술한 실시 예와 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 자세한 설명을 생략하기로 한다.
인쇄회로기판(110)은 3차원 공간인식 센서모듈(400)의 베이스 기판이 되는 것으로, 후면(110b)과 전면(110a)에는 각각 발광다이오드(112) 및 수광소자(114)가 탑재된다.
발광다이오드(112)는 인쇄회로기판(110)의 후면(114)에 형성되고, 관통홀(411)을 통해서 동작감지영역으로 광을 조사한다.
수광소자(114)는 인쇄회로기판(410)의 전면에 형성되고, 피검체에 반사되는 광을 감지한다.
이와 같이 제 4 실시 예에 의한 3차원 공간인식 센서모듈(400)은 발광다이오드(412)와 수광소자(114)가 인쇄회로기판(410)의 다른 면에서 형성된다. 따라서 인쇄회로기판(410)의 관통홀(411)의 측벽이 격벽의 역할을 수행하기 때문에, 별도의 격벽을 형성할 필요가 없다.
이처럼 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이고, 상술된 실시 예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시 예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 피검체의 움직임을 검출하는 공간인 동작감지영역으로 광을 조사하고 반사되는 광을 검출함으로써 상기 피검체의 움직임을 검출하는 3차원 공간인식 센서 모듈에 있어서,
    인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 일면에 형성되고, 상기 동작감지영역으로 광을 조사하는 발광다이오드;
    상기 발광다이오드에서 조사되어 상기 피검체에 의해서 반사되는 광을 검출하는 수광소자;
    상기 발광다이오드 및 상기 수광소자 사이에 형성되는 격벽;
    상기 인쇄회로기판의 상부를 덮으면서, 상기 발광다이오드의 상부 영역은 상기 수광소자의 반대방향으로 경사지는 경사면을 구비하는 커버; 및
    상기 커버의 경사면에 결합하여 상기 발광다이오드에서 조사되는 광을 상기 수광소자의 반대 방향으로 굴절시킴으로써 상기 동작감지영역을 확대하는 볼록렌즈;를 구비하는 3차원 공간인식 센서모듈.
  3. 피검체의 움직임을 검출하는 공간인 동작감지영역으로 광을 조사하고 반사되는 광을 검출함으로써 상기 피검체의 움직임을 검출하는 3차원 공간인식 센서 모듈에 있어서,
    인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 일면에 형성되고, 상기 동작감지영역으로 광을 조사하는 발광다이오드;
    상기 발광다이오드에서 조사되어 상기 피검체에 의해서 반사되는 광을 검출하는 수광소자;
    상기 발광다이오드 및 상기 수광소자 사이에 형성되는 격벽; 및
    상기 인쇄회로기판의 상부를 덮으면서, 상기 발광다이오드의 상부 영역은 상기 수광소자의 반대방향으로 갈수록 경사가 낮아지는 경사면을 구비하는 커버;를 구비하되, 상기 커버의 경사면은 상기 발광다이오드에서 조사되는 광을 상기 수광소자의 반대 방향으로 굴절시킴으로써 상기 동작감지영역을 확대하는 볼록렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 공간인식 센서모듈.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 발광다이오드는 상기 볼록렌즈의 렌즈의 중심 수직 하부 방향에서 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 공간인식 센서모듈.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 볼록렌즈는, 상기 발광다이오드에서 출사되는 광을 상기 센서모듈의 바깥쪽을 향하여 굴절시키는 프리즘으로 대체되는 것을 특징으로 하는 3차원 공간인식 센서모듈.
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