KR101525429B1 - 압력 센서 및 압력 센서를 구비하는 위치 지시기 - Google Patents

압력 센서 및 압력 센서를 구비하는 위치 지시기 Download PDF

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    • G06F3/03545—Pens or stylus

Abstract

본 발명은 압력 센서 및 압력 센서를 구비하는 위치 지시기에 관한 것으로, 본 발명의 압력 센서는 일면과 상기 일면의 반대의 타면을 갖는 유전체, 상기 유전체의 일면에 형성되는 제1전극, 상기 유전체의 일면에서 상기 유전체의 타면까지 연장되어 형성되는 제2전극 및 상기 유전체의 타면에 형성되는 제3전극을 포함한다.

Description

압력 센서 및 압력 센서를 구비하는 위치 지시기{PRESSURE SENSOR AND POSITION POINTING DEVICE WITH PRESSURE SENSOR}
본 발명은 압력 센서 및 압력 센서를 구비하는 위치 지시기에 관한 것이다.
최근 태블릿 컴퓨터, 일러스트용 태블릿뿐만 아니라 스마트폰에도 펜 형태의 위치 지시기가 널리 사용되고 있다. 특히 위치 지시기의 위치 검출 방법에 있어서, 전자유도식 위치 검출 방법은 정전식 위치 검출 방법보다 위치 지시기가 사용될 때 가해지는 압력, 소위 필압(筆壓)을 감지할 수 있다는 장점이 있다.
전자유도식 위치 방법의 위치 지시기는 필압을 감지하기 위해 압력 센서를 구비할 수 있다. 종래에는 압력 센서의 구조는 일본등록특허 제3071553호에 개시되어 있다. 종래의 압력 센서는 첨부한 도 1에 도시된 것과 같이 유전체의 일면에 제1전극이 형성되고, 유전체의 타면에 가요성의 제2전극이 형성되는 구조이다. 첨부한 도 2에 도시된 것과 같이 필압의 변화에 따라 가요성의 제2전극이 유전체의 타면과 맞닿는 면적이 변화됨에 따라 필압을 측정할 수 있었다.
그러나 종래의 발명은 최소 감지 압력이 상대적으로 커서 작은 압력을 감지하기 어렵고, 압력 센서의 제품별 출력 편차가 커서 압력을 정밀하게 감지하는 것이 불가능하였다. 또한, 제2전극의 가요성이 장기간 일정하게 유지될 수 없어 장기간 사용시 압력의 정확도가 지속적으로 감소한다는 단점이 있었다. 또한, 가요성의 제2전극을 공진회로와 결합하는 구조이므로, 그 결합의 내구성이 낮다는 단점이 있었다.
따라서 최소 감지 압력이 작아 작은 압력을 감지할 수 있으면서, 압력 측정의 정밀도가 높고, 장기간 압력 측정의 신뢰성을 보장할 수 있으며, 내구성이 높은 압력 센서에 대한 요구가 있어 왔다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 최소 감지 압력이 작아 작은 압력이 작아 작은 압력을 감지할 수 있으면서, 압력 측정의 정밀도가 높고, 장기간 압력 측정의 신뢰성을 보장할 수 있으며, 내구성이 높은 압력 센서 및 그러한 압력 센서를 구비하는 위치 지시기를 제공하는 것에 있다.
상술한 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 압력 센서는 일면과 상기 일면과 마주보는 타면을 갖는 유전체, 상기 유전체의 일면에 형성되는 제1전극, 상기 유전체의 일면에서 상기 유전체의 타면까지 연장되어 형성되는 제2전극 및 상기 유전체의 타면에 형성되는 제3전극을 포함하되, 상기 제2전극 및 상기 제3전극은 상기 유전체의 타면에서 서로 이격되어 형성되어 있다가 감지하려는 압력이 가해지면 상기 제2전극 및 상기 제3 전극은 서로 전기적으로 연결된다.
삭제
상기 압력 센서에 있어서, 상기 유전체의 타면에 대향되도록 배치되는 전도체를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 전도체는 상기 전도체에 가해지는 압력에 의해 상기 유전체에 대한 상대적인 위치가 가변될 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 전도체는 상기 전도체에 가해지는 압력이 없거나 일정 정도 미만의 압력이 가해지는 경우 상기 제2전극 또는 상기 제3전극과 이격되고, 상기 전도체에 일정 정도 이상의 압력이 가해지는 경우 상기 제2전극 및 상기 제3전극과 접촉할 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 전도체는 가요성 재질로 형성될 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 전도체는 도전성 고무로 형성될 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 전도체는 상기 전도체에 가해지는 압력이 증가할수록 상기 유전체의 타면과 맞닿는 면적이 증가할 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 유전체의 일면에서 서로 이격되어 형성될 수 있다.
삭제
상기 압력 센서에 있어서, 상기 제2전극은 상기 유전체의 일면, 상기 유전체의 타면 및 상기 일면 및 타면을 연결하는 측면에 연속하여 형성될 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 제1전극의 일부분과 상기 제2전극 중 일부분은 상기 유전체를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 제1전극의 일부분과 상기 제3전극 중 적어도 일부분은 상기 유전체를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 제1전극의 면적은 상기 유전체의 타면에 형성된 제2전극 및 상기 제3전극의 합보다 크게 형성될 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 제1전극은 제1단자를 구비할 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 유전체의 일면에 형성된 제2전극은 제2단자를 구비할 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 제1단자 또는 제2단자는 회로기판 상에 실장될 수 있는 도전성 패드일 수 있다.
상기 압력 센서에 있어서, 상기 유전체는 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
상술한 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 위치 지시기는 개구부를 구비하고 내부의 수용공간을 구비하는 하우징, 상기 개구부를 관통하는 닙(nib), 상기 수용공간에 수용되는 압력 센서 및 공진회로부를 포함하되, 상기 압력 센서는, 일면과 상기 일면과 마주보는 타면을 갖는 유전체, 상기 유전체의 일면에 형성되는 제1전극, 상기 유전체의 일면에서 상기 유전체의 타면까지 연장되어 형성되는 제2전극 및 상기 유전체의 타면에 형성되는 제3전극을 포함하되, 상기 제2전극 및 상기 제3전극은 상기 유전체의 타면에서 서로 이격되어 형성되어 있다가 감지하려는 압력이 가해지면 상기 제2전극 및 상기 제3 전극은 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 압력 센서는 일단이 상기 유전체의 타면에 대향되도록 배치되고, 타단이 상기 닙과 결합되는 전도체를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 전도체는 상기 닙에 가해지는 압력에 의해 상기 유전체에 대한 상대적인 위치가 가변될 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 전도체는 상기 닙에 가해지는 압력이 없거나 일정 정도 미만인 경우 상기 제2전극 또는 상기 제3전극과 이격되고, 상기 닙에 일정 정도 이상의 압력이 가해지는 경우 상기 제2전극 및 상기 제3전극과 접촉할 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 전도체는 가요성 재질로 형성될 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 전도체는 도전성 고무로 형성될 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 전도체의 일단면은 상기 닙에 가해지는 압력이 증가할수록 상기 유전체의 타면과 맞닿는 면적이 증가할 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 공진회로부는 코일부 및 커패시터부를 포함하고, 상기 압력 센서는 상기 커패시터부와 병렬로 연결될 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 제1전극은 제1단자를 구비하고, 상기 유전체의 일면에 형성된 제2전극은 제2단자를 구비하고, 상기 제1단자 및 상기 제2단자는 상기 공진회로부와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 위치 지시기에 있어서, 상기 공진회로부는 코일부, 커패시터부 및 상기 커패시터부가 실장되는 기판을 포함하고, 상기 기판은 상기 제1단자 및 상기 제2단자와 연결되는 단자를 구비할 수 있다.
본 발명의 압력 센서 및 압력 센서를 구비하는 위치 지시기는 최소 감지 압력이 작아 작은 압력을 정밀하게 감지할 수 있으면서, 압력 측정의 정밀도가 높고, 장기간 압력 측정의 신뢰성을 보장할 수 있으며, 내구성이 높은 장점이 있다.
도 1은 종래의 압력 센서의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 종래의 압력 센서의 압력이 가해진 경우의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 압력 센서의 단면도이다.
도 4는 도 3의 압력 센서에 압력이 가해진 경우의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 압력 센서의 유전체의 투시사시도이다.
도 6은 본 발명과 종래 발명의 결과를 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 압력 센서를 구비하는 위치 지시기의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 공진회로를 간략하게 도시한 회로도이다.
본 발명은 일 형태는 압력 센서에 관한 것이다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 압력 센서에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 압력 센서의 단면도이고, 도 4는 도 3의 압력 센서에 압력이 가해진 경우의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 압력 센서의 유전체의 투시사시도이고, 도 6은 본 발명과 종래 발명의 결과를 비교한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 압력 센서(100)는 유전체(110), 제1전극(120), 제2전극(130), 제3전극(140), 전도체(150)를 포함한다.
유전체(110)(dielectric substance)는 정전기장을 가할 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질이다. 유전체(110)에 생기는 단위부피당 쌍극자모멘트 P와 전기장의 세기 E와의 비 P/E를 이 유전체(110)의 편극률이라 하고, 이것을 콘덴서의 극판 사이에 넣었을 때와 넣지 않았을 때의 전기용량의 비를 물질의 유전율이라고 한다. 본 발명의 유전체(110)의 편극률과 유전율은 본 발명의 유전체(110)의 면적, 두께, 측정하고자 하는 압력의 범위 등에 따라 선택될 수 있다. 유전체(110)는 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
유전체(110)는 일면과 상기 일면(111)과 마주보는 타면(113)을 가질 수 있다. 유전체의 일면(111)과 타면(113)은 동일한 면적을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 첨부한 도 5에 도시된 것과 같이, 육면체로 형성될 수 있다. 육면체의 마주보는 두 면이 일면(111)과 타면(113)을 형성할 수 있다. 일면(111)과 타면(113)을 연결하는 면들이 측면(112)이 될 수 있다. 또한, 유전체는 원통형으로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 원통의 마주보는 하면과 상면이 각각 일면과 타면을 형성할 수 있다. 일면과 타면을 연결하는 면이 측면이 될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하여 제1전극(120), 제2전극(130) 및 제3전극(140)에 대해 설명한다.
제1전극(120)은 유전체의 일면(111)에 형성된다. 더욱 구체적으로, 제1전극(120)은 유전체의 일면(111) 중 일측단에 치우치게 형성될 수 있다. 제1전극(120)은 도전성의 금속판으로 형성될 수 있다. 제1전극(120)은 유전체의 일면(111)에 결합될 수 있다.
제2전극(130)은 유전체의 일면(111)에서 유전체의 타면(113)까지 연장되어 형성된다. 더욱 구체적으로, 제2전극(130)은 유전체의 일면(111), 유전체의 타면(113) 및 상기 일면 및 타면을 연결하는 측면(112)에 연속하여 형성될 수 있다. 유전체의 일면에 형성된 제2전극(131)은 유전체의 일면(111)의 타측단에 치우치게 형성될 수 있다. 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133)은 유전체의 타면(113) 중 제2전극(130)이 형성된 측면과 맞닿는 일측단에 치우치게 형성될 수 있다. 제2전극(130)은 유전체의 일면(111), 타면(113) 및 측면(112)의 형상에 맞게 절곡되어 형성된 금속판으로 형성될 수 있다. 제2전극(130)은 유전체의 일면(111), 타면(113) 및 측면(112)에 결합될 수 있다.
제3전극(140)은 유전체의 타면(113)에 형성된다. 더욱 구체적으로, 제3전극(140)은 유전체의 타면(113) 중 타측단에 치우치게 형성될 수 있다. 제3전극(140)은 도전성의 금속판으로 형성될 수 있다. 제3전극(140)은 유전체의 타면(113)에 결합될 수 있다.
제1전극(120) 및 제2전극(130)은 유전체의 일면(111)에서 서로 이격되어 형성된다. 제1전극(120) 및 제2전극(130)은 유전체의 일면(111) 상에 이격 공간을 두고 분리되어 형성되어, 제1전극(120) 및 제2전극(130)은 전기적으로 절연된다.
제2전극(130) 및 제3전극(140)은 유전체의 타면(113)에서 서로 이격되어 형성된다. 제2전극(130) 및 제3전극(140)은 유전체의 타면(113) 상에 이격 공간을 두고 분리되어 형성되어, 제2전극(130) 및 제3전극(140)은 전기적으로 절연된다.
제1전극(120)의 일부분과 제2전극(130)의 일부분은 유전체를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성된다. 상기 마주보는 제1전극(120)의 일부분과 제2전극(130)의 일부분 사이에서 커패시턴스가 발생될 수 있다.
제1전극(120)의 일부분과 제3전극(140)의 적어도 일부분은 유전체를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성된다. 제3전극(140)이 제2전극(130)과 전기적으로 연결되는 경우, 상기 마주보는 제1전극(120)의 일부분과 제3전극(140)의 적어도 일부분 사이에서 커패시턴스가 발생될 수 있다.
유전체의 일면(111)에 형성된 제1전극(120)과 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133)과 제3전극(140) 사이의 이격 공간은 서로 마주보는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 압력 센서(100)에 압력이 가해지는 경우, 후술할 전도체(150)가 상기 제2전극(130)과 제3전극(140) 사이의 이격 공간에 접촉하여 제2전극(130)과 제3전극(140)을 전기적으로 연결하는 경우, 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133), 제3전극(140) 및 전도체의 일단면(151)과 제1전극(120) 사이에서 커패시턴스가 발생될 수 있다.
제1전극(120)의 면적은 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133) 및 제3전극(140)의 합보다 크게 형성될 수 있다. 제1전극(120)의 면적은 유전체의 일면(111)의 면적의 50%이상 95%이하를 차지하도록 형성되는 것이 바람직하다. 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133) 및 제3전극(140)은 그 면적의 합이 유전체의 타면(113)의 면적의 50%이하로 형성되는 것이 바람직하다.
제1전극(120)은 제1단자(125)를 구비할 수 있다. 유전체의 일면(111)에 형성된 제2전극(130)은 제2단자(135)를 구비할 수 있다. 제1단자(125) 및 제2단자(135)는 본 발명의 압력 센서(100)가 디바이스에 실장되는 경우, 디바이스의 다른 부분과 전기적으로 연결될 수 있는 부분이다. 디바이스는 위치 지시기일 수 있다.
제1단자(125) 및 제2단자(135)는 회로기판 상에 실장될 수 있는 도전성 패드일 수 있다. 본 발명의 압력 센서(100)가 디바이스의 회로기판 상에 표면실장방식으로 실장되는 경우, 디바이스의 회로기판의 도전성 패드와 제1단자(125) 및 제2단자(135)가 땝납 등을 통해서 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 압력 센서(100)는 디바이스의 다른 부분과 도전성 와이어를 통해 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제1단자(125) 및 제2단자(135)는 와이어와 결합할 수 있는 단자로서 형성될 수 있다.
제1단자(125) 및 제2단자(135)가 구비되는 제1전극(120) 및 유전체의 일면에 형성된 제2전극(131)은 압력 센서(100)에 압력이 가해지는 경우라도 고정되어 형성되고, 움직임이 없는 부분이므로 디바이스의 연결 단자와의 결합이 견고할 수 있다. 또한, 제1단자(125) 및 제2단자(135)가 동일한 방향으로 형성되어 있으므로, 디바이스와의 결합 시 그 구조가 간단할 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 6을 참조하여 전도체(150)에 대해 설명한다.
전도체(150)는 유전체의 타면(113)에 대향되도록 배치된다. 전도체(150)는 전류가 흐를 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 전도체(150)는 가요성 재질로 형성될 수 있다. 가요성의 전도체(150)는 가해지는 압력에 의해 그 형상이 변화될 수 있다. 바람직한 일 실시예로, 전도체(150)는 도전성의 고무로 형성될 수 있다.
전도체(150)에 있어서, 유전체의 타면(113)과 마주보는 일단면(151)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 유전체의 타면(113)과 평평한 면을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 중앙 부분이 볼록하게 돌출되어 있는 완곡한 원뿔형으로 형성될 수도 있다.
전도체(150)는 전도체(150)에 가해지는 압력에 의해 유전체(110)에 대한 상대적인 위치가 가변될 수 있다. 전도체(150)에 유전체의 타면(113)에 대해 수직한 방향으로 압력이 가해질 수 있고, 이 때 전도체(150)는 유전체의 타면(113)에 대해 수직한 방향으로 움직일 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 전도체(150)에 가해지는 압력이 없거나 일정 정도 미만인 경우 전도체(150)와 유전체의 타면(113)은 이격되어 있다. 또한, 전도체(150)와 유전체의 타면(113)에 형성된 제2전극(130) 또는 제3전극(140)과도 이격되어 있다. 도 4에 도시된 것과 같이, 전도체(150)에 유전체의 타면(113) 방향으로 압력이 가해지는 경우, 전도체(150)는 유전체의 타면(113)에 가까워지도록 움직인다. 일정 정도 이상의 압력이 가해지는 때에 전도체의 일단면(151)이 유전체의 타면(113)과 접촉하게 된다.
전도체의 일단면(151)이 평평하게 형성되어 있는 경우, 전도체의 일단면(151)이 유전체의 타면(113)과 접촉되는 때에 전도체의 일단면(151)은 제2전극(130) 및 제3전극(140)과도 접촉될 수 있다.
전도체의 일단면(151)이 원뿔형으로 형성되어 있는 경우, 전도체의 일단면(151)이 유전체의 타면(113)과 접촉되는 때에는 전도체의 일단면(151)이 제2전극(130) 및 제3전극(140) 모두와는 접촉되어 있지 않는다. 전도체(150)에 더 큰 압력이 가해지는 경우, 전도체(150)의 형상이 변화되면서, 유전체의 타면(113)과 접촉되는 전도체의 일단면(151)이 넓어질 수 있다. 전도체의 일단면(151)이 넓어지면서 전도체의 일단면(151)은 제2전극(130) 및 제3전극(140)과 접촉될 수 있다.
전도체의 일단면(151)이 제2전극(130) 및 제3전극(140)과 접촉되는 경우, 제2전극(130) 및 제3전극(140)은 전기적으로 연결된다. 이러한 경우, 유전체의 타면(113)에는 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133), 제3전극(140) 및 유전체의 타면(113)과 접촉된 전도체의 일단면(151)이 전기적으로 하나의 전극을 형성하게 된다. 이때 형성된 상기 하나의 전극은 유전체(110)를 사이에 두고 마주보는 제1전극(120)과의 사이에서 커패시턴스를 형성한다.
커패시턴스의 값은 아래의 식에 의해 정해진다.
(C : 커패시턴스, ε : 비유전율, A : 전극의 면적, d : 전극 사이의 유전체 두께)
이 때, 비유전율(ε) 및 전극 사이의 유전체(110) 두께(d)는 유전체(110)에 의해 정해진 값으로 변경될 수 없다. 전극의 면적(A)이 증가하면 커패시턴스 값도 증가하게 된다.
본 발명의 압력 센서(100)에서 전도체의 일단면(151)에 의해 유전체의 타면(113)에 형성된 전극의 면적(A)이 변화될 수 있다. 전도체의 일단면(151)이 제2전극(130) 및 제3전극(140)을 전기적으로 연결시키지 않은 상태에서는 유전체의 타면(113)에 형성된 전극은 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133)의 면적만이 해당한다. 제3전극(140)은 다른 회로 부분과 전기적으로 되어 있지 않아 면적에 포함되지 않는다. 전도체의 일단면(151)에 의해 제2전극(130) 및 제3전극(140)이 전기적으로 연결되면, 유전체의 타면(113)에 형성된 전극은 유전체의 타면에 형성된 제2전극(133), 제3전극(140) 및 유전체의 타면(113)에 접촉된 전도체의 일단면(151)의 면적의 합으로 형성된다. 즉, 제3전극(140) 및 유전체의 타면(113)에 접촉된 전도체의 일단면(151)의 면적의 합만큼 전극의 면적이 증가하게 된다. 따라서 본 발명의 압력 센서(100)의 커패시턴스 값이 증가하게 된다. 결과적으로 압력 센서(100)에 가해진 압력을 커패시턴스 값으로 측정할 수 있다.
전도체의 일단면(151)이 제2전극(130)과 제3전극(140)을 전기적으로 연결시키는 때에 전도체(150)에 가해진 압력이 본 발명의 압력 센서(100)의 최소 감지 압력에 해당한다. 도 6에 도시한 것과 같이, 전도체의 일단면(151)이 제2전극(130)과 제3전극(140)을 전기적으로 연결시키는 때 유전체의 타면(113)의 전극의 면적은 계단식으로 급격하게 증가하게 된다. 따라서 최소 감지 압력을 정확하게 측정할 수 있다.
종래의 압력 센서(100)는 유전체의 타면(113)의 전극의 면적이 연속적으로 점차 증가했기 때문에, 커패시턴스 값도 최소 감지 압력 부근에서 서서히 증가하였다. 그러나 위치 검출기에서 감지할 수 있는 커패시턴스 변화값이 충분하게 민감하지 못한 경우 최소 감지 압력을 정확하게 검출하는 것이 어려웠다. 결국 커패시턴스 값이 충분하게 커질 때까지 압력이 가해지고 나서 위치 검출기에서 압력의 변화를 감지할 수 있었다. 또한, 해당 압력에서 나타나는 커패시턴스의 편차가 크기 때문에 최소 감지 압력이 일정하지 않았다.
그러나 본 발명의 압력 센서(100)는 최소 감지 압력 부근에서 커패시턴스 값이 급격하게 변화되므로 위치 검출기에서 최소 감지 압력을 정확하게 검출할 수 있다. 또한 해당 압력에서 나타나는 커패시턴스의 편차가 크더라도 해당 압력 부근에서 커패시턴스가 급격하게 증가하므로 상대적으로 최소 감지 압력이 일정하게 유지될 수 있다.
전도체(150)에 가해지는 압력이 증가함에 따라 유전체의 타면(113)과 접촉하는 전도체의 일단면(151)의 면적은 증가한다. 이에 따라 유전체의 타면(113)에 형성되는 전극의 총 면적도 증가하게 된다. 따라서 본 발명의 압력 센서(100)의 커패시턴스 값이 증가하게 된다. 결과적으로 본 발명의 압력 센서(100)는 증가하는 압력을 증가하는 커패시턴스 값으로 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 형태는 압력 센서를 구비하는 위치 지시기에 관한 것이다.
이하, 첨부한 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 압력 센서를 구비하는 위치 지시기에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 압력 센서를 구비하는 위치 지시기의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 공진회로를 간략하게 도시한 회로도이다.
압력 센서를 구비하는 위치 지시기를 설명하는데 있어서, 설명의 편의성을 위해 상술한 압력 센서(100)에서 이미 설명한 부분 중 일부는 생략하였다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 압력 센서를 구비하는 위치 지시기(500)는 하우징(400), 닙(nib)(200), 압력 센서(100) 및 공진회로부(300)를 포함한다.
하우징(400)은 개구부(410)를 구비하고 내부의 수용공간을 구비한다. 하우징(400)은 긴 막대 형태로 형성될 수 있으며, 일단에 개구부(410)가 형성될 수 있다. 하우징(400)의 내부의 수용공간에는 후술할 닙(200), 압력 센서(100) 및 공진회로부(300)를 수용한다.
닙(200)은 막대 형태로 형성될 수 있으며, 하우징(400)의 개구부(410)를 관통하여 일단(210)이 외부로 노출되고, 타단(230)이 압력 센서(100)의 전도체(150)와 결합되어 압력을 전달할 수 있다.
압력 센서(100)는 상술한 것과 같이 유전체(110), 제1전극(120), 제2전극(130), 제3전극(140) 및 전도체(150)를 포함할 수 있다.
유전체(110)는 일면과 상기 일면(111)과 마주보는 타면(113)을 갖는다.
제1전극(120)은 유전체의 일면(111)에 형성된다.
제2전극(130)은 유전체의 일면(111)에서 유전체의 타면(113)까지 연장되어 형성된다.
제3전극(140)은 유전체의 타면(113)에 형성된다.
닙(200)에 압력이 가해지면 제2전극(130)과 제3전극(140)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
압력 센서(100)는 일단이 유전체의 타면(113)에 대향되도록 배치되고, 타단이 닙(200)과 결합되는 전도체(150)를 더 포함할 수 있다. 전도체(150)는 닙(200)에 가해지는 압력에 의해 유전체(110)에 대한 상대적인 위치가 가변될 수 있다. 전도체의 일단면(151)은 닙(200)에 압력이 가해지지 않는 때에 유전체의 타면(113)과 이격되고, 닙(200)에 일정 정도 이상의 압력이 가해지는 때에 상기 유전체의 타면(113)과 접촉할 수 있다. 전도체의 일단면(151)은 상기 닙(200)에 압력이 가해지지 않는 때에 상기 제2전극(130) 또는 제3전극(140)과 이격되고, 닙(200)에 일정 정도 이상의 압력이 가해지는 때에는 제2전극(130) 및 제3전극(140)과 접촉할 수 있다.
전도체(150)는 가요성 재질로 형성될 수 있다. 전도체(150)는 닙(200)에 가해지는 압력에 의해 그 형상이 변화될 수 있다. 전도체의 일단면(151)은 닙(200)에 가해지는 압력이 증가할수록 유전체의 타면(113)과 맞닿는 면적이 증가할 수 있다.
본 발명의 압력 센서(100)를 구비하는 위치 지시기의 압력 센서(100)에 대한 상세한 설명은 상술한 본 발명의 압력 센서(100)에 대한 설명으로 갈음한다.
도 8을 참조하여 설명하면, 공진회로부(300)는 코일부(310)와 커패시터부(330)를 포함하고, 미리 정해진 공진주파수(f0)를 갖는다. 공진주파수는 다음과 같은 식에 의해서 정해진다.
Figure 112013063927825-pat00002
(f0 : 공진주파수, L : 인덕턴스 값, C : 커패시턴스 값)
코일부(310)는 닙(200)의 주변에 권선된 코일(311)과 코일(311)이 권선되어 있는 자성체를 포함한다. 자성체는 페라이트 코어(313)로 형성될 수 있다. 커패시터부(330)는 다수 개의 커패시터들(333)이 병렬로 연결되어 있을 수 있다. 다수 개의 커패시터들(333)은 회로기판(331)에 실장되어 있을 수 있다. 다수 개의 커패시터들(333)은 고정 커패시터와 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
커패시터부(330)와 압력 센서(100)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 더욱 구체적으로 커패시터부(330)의 양 단이 압력 센서(100)의 제1단자(125) 및 제2단자(135)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 더욱 구체적으로, 커패시터부(330)의 양 단은 회로기판(331) 상에 형성된 도전성 패드일 수 있고 제1단자(125) 및 제2단자(135)는 회로기판 상의 도전성 패드에 실장되는 도전성 패드일 수 있다.
공진회로부(300)의 커패시터부(330)와 압력 센서(100)가 병렬 연결되면 병렬 연결 공진회로의 커패시턴스 값은 다음과 같은 식에 의해서 정해진다.
Figure 112013063927825-pat00003
(C : 병렬 연결의 커패시턴스 값, Cf : 커패시터부의 커패시턴스 값, CS : 압력 센서의 커패시턴스 값)
커패시터부(330)와 압력 센서(100)가 서로 병렬로 연결되면 압력 센서(100)는 압력에 따라 커패시턴스 값이 가변되는 가변 커패시터로 작동한다. 따라서 압력 센서(100)의 커패시터 값(CS)이 변화되면 공진회로부(300)의 공진주파수가 변화될 수 있다.
예를 들어, 닙(200)에 압력이 가해지면, 압력 센서의 커패시턴스 값(CS)이 증가하고, 공진회로부(300)의 커패시턴스 값(C)도 증가한다.
압력 센서(100)가 연결된 공진회로부(300)의 공진주파수는 다음과 같은 식에 의해서 정해진다.
Figure 112013063927825-pat00004
따라서 닙(200)에 압력이 가해지면 결과적으로 공진주파수(f0)가 감소한다. 감소된 공진주파수를 위치 검출기에서 검출하여 위치 지시기에 가해진 압력을 검출할 수 있다.
100 : 압력 센서 110 : 유전체
120 : 제1전극 130 : 제2전극
140 : 제3전극 150 : 전도체
200 : 닙 300 : 공진회로부
400 : 하우징

Claims (29)

  1. 일면과 상기 일면과 마주보는 타면을 갖는 유전체;
    상기 유전체의 일면에 형성되는 제1전극;
    상기 유전체의 일면에서 상기 유전체의 타면까지 연장되어 형성되는 제2전극; 및
    상기 유전체의 타면에 형성되는 제3전극을 포함하되,
    상기 제2전극 및 상기 제3전극은 상기 유전체의 타면에서 서로 이격되어 형성되어 있다가 감지하려는 압력이 가해지면 상기 제2전극 및 상기 제3 전극은 서로 전기적으로 연결되는 압력 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전체의 타면에 대향되도록 배치되는 전도체를 더 포함하는 압력 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전도체는 상기 전도체에 가해지는 압력에 의해 상기 유전체에 대한 상대적인 위치가 가변되는 압력 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전도체는 상기 전도체에 가해지는 압력이 없거나 일정 정도 미만의 압력이 가해지는 경우 상기 제2전극 또는 상기 제3전극과 이격되고, 상기 전도체에 일정 정도 이상의 압력이 가해지는 경우 상기 제2전극 및 상기 제3전극과 접촉하는 압력 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전도체는 가요성 재질로 형성되는 압력 센서.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전도체는 도전성 고무로 형성되는 압력 센서.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 전도체는 상기 전도체에 가해지는 압력이 증가할수록 상기 유전체의 타면과 맞닿는 면적이 증가하는 압력 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 유전체의 일면에서 서로 이격되어 형성되는 압력 센서.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극은 상기 유전체의 일면, 상기 유전체의 타면 및 상기 일면 및 타면을 연결하는 측면에 연속하여 형성되는 압력 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극의 일부분과 상기 제2전극의 일부분은 상기 유전체를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성되는 압력 센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극의 일부분과 상기 제3전극의 적어도 일부분은 상기 유전체를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성되는 압력 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극의 면적은 상기 유전체의 타면에 형성된 제2전극의 면적 및 상기 제3전극의 면적의 합보다 크게 형성되는 압력 센서.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 제1단자를 구비하고 있는 압력 센서.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유전체의 일면에 형성된 제2전극은 제2단자를 구비하고 있는 압력 센서.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 제1단자 또는 제2단자는 회로기판 상에 실장될 수 있는 도전성 패드인 압력 센서.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는 세라믹 재질로 형성된 압력 센서.
  19. 개구부를 구비하고 내부의 수용공간을 구비하는 하우징, 상기 개구부를 관통하는 닙(nib), 상기 수용공간에 수용되는 압력 센서 및 공진회로부를 포함하되,
    상기 압력 센서는,
    일면과 상기 일면과 마주보는 타면을 갖는 유전체;
    상기 유전체의 일면에 형성되는 제1전극;
    상기 유전체의 일면에서 상기 유전체의 타면까지 연장되어 형성되는 제2전극; 및
    상기 유전체의 타면에 형성되는 제3전극을 포함하되,
    상기 제2전극 및 상기 제3전극은 상기 유전체의 타면에서 서로 이격되어 형성되어 있다가 감지하려는 압력이 가해지면 상기 제2전극 및 상기 제3 전극은 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  20. 삭제
  21. 제19항에 있어서,
    상기 압력 센서는 일단이 상기 유전체의 타면에 대향되도록 배치되고, 타단이 상기 닙과 결합되는 전도체를 더 포함하는 위치 지시기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전도체는 상기 닙에 가해지는 압력에 의해 상기 유전체에 대한 상대적인 위치가 가변되는 위치 지시기.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 전도체는 상기 닙에 가해지는 압력이 없거나 일정 정도 미만인 경우 상기 제2전극 또는 상기 제3전극과 이격되고, 상기 닙에 일정 정도 이상의 압력이 가해지는 경우 상기 제2전극 및 상기 제3전극과 접촉하는 위치 지시기.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 전도체는 가요성 재질로 형성되는 위치 지시기.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 전도체는 도전성 고무로 형성되는 위치 지시기.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 전도체의 일단면은 상기 닙에 가해지는 압력이 증가할수록 상기 유전체의 타면과 맞닿는 면적이 증가하는 위치 지시기.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 공진회로부는 코일부 및 커패시터부를 포함하고,
    상기 압력 센서는 상기 커패시터부와 병렬로 연결되는 위치 지시기.
  28. 제19항에 있어서,
    상기 제1전극은 제1단자를 구비하고, 상기 유전체의 일면에 형성된 제2전극은 제2단자를 구비하고,
    상기 제1단자 및 상기 제2단자는 상기 공진회로부와 전기적으로 연결되는 위치 지시기.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 공진회로부는 코일부, 커패시터부 및 상기 커패시터부가 실장되는 기판을 포함하고,
    상기 기판은 상기 제1단자 및 상기 제2단자와 연결되는 단자를 구비하는 위치 지시기.










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