KR101820194B1 - 광학 모션 센서 - Google Patents

Abstract

상대적으로 단순한 회로 구성으로 폭넓게 달라지는 밝기 조건에서 사람의 움직임을 용이하게 그리고 효과적으로 검출할 수 있는 광학 모션 센서를 제공하기 위해, 광-수신 엘리먼트(15) 및 전압 균등화 회로(21)는 직렬로 연결되고, 그리고 광-수신 엘리먼트(15)와 전압 균등화 회로(21) 사이의 연결 포인트는 회로를 구성하도록 차동 증폭기 회로(31)와 펄스-형성 회로(37)를 통해 신호 출력 단자(39)에 연결된다. 전압 균등화 회로는 이미터 접지 트랜지스터, 이러한 트랜지스터의 베이스와 이미터 사이에 삽입된 커패시터, 및 이러한 트랜지스터의 베이스와 콜렉터 사이에 삽입된 레지스터를 포함하고, 그리고 트랜지스터의 콜렉터는 광-수신 엘리먼트에 연결된다.

Description

광학 모션 센서{OPTICAL MOTION SENSOR}

본 발명은 광검출기를 사용하여 센서 앞의 동작의 존재를 검출하기 위한 광학 모션 센서에 관한 것이다.

현재, 광다이오드 또는 광트랜지스터와 같은 광검출기를 사용하는 것에 의해 사람 또는 대상의 움직임을 검출하는 것이 폭넓게 사용되고 있다. 예를 들어, KOKAI(일본 미심사 특허 출원) No. 10-27451(특허 문헌 1)은 대상의 움직임뿐만 아니라 광범위로 움직이는 방향도 검출할 수 있는 고정(stationary) 검출기 유니트를 제안한다.

부가적으로, 광다이오드와 같은 광검출기를 사용하는 광통신 수신기가 있다. 예를 들어, KOKAI(일본 미심사 특허 출원) No.11-186971(특허 출원 2)은 다른 진폭 팩터를 갖는 복수의 진폭기 디바이스가 광학 수신기에 제공되고, 그리고 광검출기에 의해 수신된 광의 강도가 강도 모니터링 디바이스에 의해 검출되며, 그로써 광 민감도를 감소시키지 않는 한편 다이나믹 범위를 유지하도록 광검출기에 의해 수신된 광의 강도에 따라서 증폭기 디바이스가 스위치되는 광학 수신기를 제안한다.

덧붙여, 광다이오드와 같은 광검출기는 크기가 작고, 중량이 가벼우며 그리고 가격이 저렴하기 때문에, 광검출기는 사람의 움직임이 검출될 때 가정의 내부 장식이 활성화되도록 실내에서 사람의 움직임을 검출하기 위한 센서로의 사용을 위해 가정의 내부 장식에 병합된다.

관련된 기술 문헌

특허 문헌

특허 문헌 1: KOKAI(일본 미심사 특허 출원) No. 헤이10-27451

특허 문헌 2: KOKAI(일본 미심사 특허 출원) No.헤이11-186971

내부 장식이 방에 놓일 때, 내부 장식이 방에 놓이는 위치에 따라서, 기기가 놓이는 환경의 조도는 수십 내지 수백 룩스의 범위가 되는 경향이 있다. 부가적으로, 낮 시간에 창 옆의 위치의 조도는 2000 룩스에 달하거나 또는 때때로 그보다 크다.

이 때문에, 예를 들어, 광검출기의 검출 민감도가 낮 시간에 어떠한 태양광도 들어오지 않는 방의 밝기에 기반해 설정되는 경우에, 센서가 놓인 방에 태양광이 들어올 때 센서의 검출 값은 포화 상태에 도달하여, 사람의 움직임을 검출하는 것이 불가능해진다. 다른 한편으로, 광검출기의 검출 민감도가 태양광을 고려하여 밝은 방에 적용가능하도록 설정되는 경우에, 센서의 검출 민감도는 밤에 방에서 감소하여서 센서의 적절한 작동이 보장되지 않는 상황이 있었다.

덧붙여, 다른 진폭 팩터를 갖는 복수의 증폭기 회로는 증폭기 회로가 센서의 검출 민감도를 보장하도록 검출된 조도에 의존해서 스위치될 수 있도록, 낮과 밤 사이의 조도의 차이를 고려하여 센서에 병합되고, 센서의 회로 구성은 사람의 움직임을 검출하기 위해 단순히 내부 기기에 병합되는 모션 센서로서는 복잡해지는 결함이 있다.

본 발명은 관련된 기술에 내재하는 결함을 제거하도록 고안되고 그리고 그것의 목적은 내부 기기에 병합하기에 적합하고 그리고 조도가 낮과 밤 사이에 완전히 달라지는 실내에서 낮과 밤에 결쳐 용이하게 그리고 보장된 방식으로 사람의 움직임을 검출할 수 있는 상대적으로 단순한 회로 구성을 갖는 작은 광학 모션 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라서, 광검출기와 전압 균등화 회로가 직렬로 연결되고 그리고 광검출기와 전압 균등화 회로 사이의 연결 포인트가 차동 증폭기 회로와 펄스 형성 회로를 통해 신호 출력 단자에 연결되는 회로 구성을 갖는 광학 모션 센서가 제공된다.

부가적으로, 전압 균등화 회로는 이미터가 접지되는 트랜지스터, 트랜지스터의 베이스와 이미터 사이에 삽입되는 콘덴서 및 트랜지스터의 베이스와 콜렉터 사이에 삽입되는 저항을 포함하고, 그리고 트랜지스터의 콜렉터는 광검출기에 연결된다.

덧붙여, 차동 증폭기 회로는 결합 콘덴서와 반전 증폭기를 포함하고 그리고 전압 균등화 회로의 콜렉터 포텐셜에서의 변화가 결합 콘덴서를 통해 반전 증폭기에 입력되고, 그로써 반전 증폭기가 출력을 위해 콜렉터 포텐셜에서의 변화에 대응하는 양에 의해 콜렉터 포텐셜을 증폭시키도록 구성된다.

또한, 펄스 형성 회로는 바람직하게 이진화 회로이다.

부가적으로, 일 단부에 개구부를 갖는 원통형 바디의 내부에서, 광검출기는 바람직하게, 개구부가 제공되는 단부와 다른 단부인 원통형 바디의 다른 단부 부근에 고정된다.

본 발명에 따른 광학 모션 센서에서, 광검출기와 전압 균등화 회로는 직렬로 연결되고, 그리고 광검출기에 들어오는 광의 양이 적정하게 그리고 크게 변화함에도, 광검출기의 이미터 포텐셜은 작게 변화하고, 그로써 광학 모션 센서가 밝은 위치에 놓이든 또는 불빛이 어둑한 곳에 놓이든 광검출기의 적절한 작동이 유지될 수 있다.

덧붙여, 이미터가 접지되는 트랜지스터의 베이스와 이미터 사이에 콘덴서가 삽입되고, 그리고 트랜지스터의 베이스와 콜렉터 사이에 저항이 삽입되도록 전압 균등화 회로가 연결된다. 따라서, 트랜지스터의 콜렉터에 공급되는 전류의 값이 크게 변화하는 경우에도, 전류의 값이 적정하게 변화할 때, 콜렉터 포텐셜의 변화는 작게 유지되고, 반면에 콜렉터에 공급되는 전류의 값이 급격하게 변화할 때, 콜렉터 포텐셜은 분명하게 변화하게 할 수 있다.

부가적으로, 단순한 회로 구성을 가짐에도, 차동 증폭기 회로는 입력 포텐셜에서의 변화를 용이하게 증폭시킬 수 있고, 그리고 단순한 회로 구성을 갖는 펄스 형성 회로에 의해 안정된 출력 신호가 형성될 수 있다.

또한, 광검출기가 시야를 제한하도록 원통형 바디의 내부의 일 단부 부근에 고정되는 경우에, 더 보장된 방식으로 시야를 가로질러 움직이는 대상을 검출하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 광학 모션 센서의 회로 구성을 나타내는 도해이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 모션 센서의 광 감지부의 구성을 나타내는 도해이다.
도 3은 광학 모션 센서가 병합되는 내부 장식의 일 실시예를 나타내는 도해이다.
도 4는 각각, 실내에서 밝기에서의 변화 및 본 발명에 따른 광학 모션 센서의 전압에서의 변화를 나타내는 (1) 및 (2)에서의 그래프를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 모션 센서가 동작을 검출할 때의 전압 신호를 나타내는 (1), (2) 및 (3)에서의 도해를 각각 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 모션 센서는 광검출기(15)로서 전류-유형 출력 광검출기인 광트랜지스터를 사용한다. 광트랜지스터가 전압 균등화 회로(21)와 포지티브 파워 서플라이 사이에 삽입되도록 광검출기(15)와 전압 균등화 회로(21)는 파워 서플라이 단자 사이에 직렬로 배치된다. 광검출기(15)와 전압 균등화 회로(21) 사이의 연결 포인트가 차동 증폭기 회로(31)의 입력 단자에 연결된다. 그런 후에, 차동 증폭기 회로(31)의 출력 단자가 펄스 형성 회로(37)를 통해 신호 출력 단자(39)에 연결된다.

부가적으로, 도 2에 도시된 바와 같은, 광검출기(15)가 제공되는, 광 감지부(10)에서, 광검출기(15)는 원통형 바디(11)의 깊은 부분에 배치되고, 그리고 광검출기(15)는 고정 부재(13)에 의해 원통형 바디(11)의 일 단부 부근에 고정된다. 광검출기(15)로부터 원통형 바디(11)의 개구부(17)까지의 거리는 원통형 바디(11)의 내경보다 몇 배 더 크게 제작된다.

부가적으로, 이러한 광학 모션 센서는 예를 들어, 도 3에 도시된 클록 유니트(40)에 병합된다. 클록 유니트(40)는 디지털 시계로 제작되고 그리고 시/분 설정 스위치 및 알람 설정 스위치와 같은 복수의 설정 스위치(43)를 가지며, 클록 유니트(40)의 외부에 노출되도록 배치된 원통형 바디(11)의 개구부(17)를 갖는 시/분 표시부(41) 위의 광학 모션 센서의 광 감지부(10)를 그 안에 수용한다. 덧붙여, 클록 유니트(40)는 이동가능한 장식 유니트(45)인 피규어를 가진다.

덧붙여, 이동가능한 장식 유니트(45)는 사람의 움직임 또는 그와 유사한 것이 광학 모션 센서에 의해 클록 유니트(40) 앞에서 검출될 때 손을 움직이거나 또는 스피커로부터 음성 또는 소리를 생성하는 바와 같은 작동을 하도록 구성된다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같은, 광학 모션 센서의 전압 균등화 회로(21)에서, 바이어스 콘덴서(25)인, 콘덴서가 이미터가 접지되는 트랜지스터인 전압 조절 트랜지스터(23)의 베이스와 이미터 사이에 삽입되고, 그리고 조절 저항(27)인, 저항이 전압 조절 트랜지스터(23)의 베이스와 콜렉터 사이에 삽입된다. 전압 조절 트랜지스터(23)의 콜렉터는 광트랜지스터의 이미터에 연결되고 차동 증폭기 회로(31)에 연결된다.

이러한 차동 증폭기 회로(31)는 결합 콘덴서(33) 및 반전 증폭기(35)를 포함하고 전압 균등화 회로(21)의 출력을 결합 콘덴서(33)를 통해 반전 증폭기(35)에 입력한다.

덧붙여, 펄스 형성 회로(37)는 이진화 회로를 사용하고 그리고 입력 전압이 예를 들어, 1.5V의 임계값을 초과할 때 확정 값의 온 신호를 출력하고 그리고 입력 전압이 임계값과 같거나 또는 그보다 낮을 때 약 0V의 오프 신호를 출력한다.

그런 후에, 광검출기(15)가 도 4에서 (1)에 도시된 바와 같이, 원통형 바디(11)에 깊게 배치되는 경우에, 방에서의 밝기가 (A)로 표시된 곡선에 의해 나타나는 바와 같이 수 룩스에서 대략 2000 룩스까지 변할 때, 원통형 바디(11)에 깊게 배치된 광검출기(15)인 광트랜지스터에 의해 감지된 조도는 (B)로 표시된 곡선에 의해 나타나는 바와 같이 수 룩스에서 대략 수백 룩스까지 변한다.

또한, 광검출기(15) 상의 입사 광의 조도가 위에 설명된 방식으로 수 룩스 내지 대략 수백 룩스로 변할 때, 전압 균등화 회로(21)의 바이어스 콘덴서(25)의 용량이 대략 10 ㎌라고 가정하면, 조절 저항(27)의 저항 값은 수백 킬로-옴 내지 대략 1 ㏁의 범위에 있고, 그리고 파워 서플라이 전압은 3V이며, 도 4에서 (2)에 도시된 바와 같이, 전압 균등화 회로(21)의 출력 전압인 전압 조절 트랜지스터(23)의 콜렉터 포텐셜이 0.5V보다 약간 더 큰 값에서 0.7V보다 약간 더 작은 값으로 변하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

즉, 전압 균등화 회로(21)에서, 광검출기(15)의 출력 전류는 네거티브 파워 서플라이로 흐르게 되는 한편 그것을 조절 저항(27)을 통해 흐르는 저항 전류와 전압 조절 트랜지스터(23)의 콜렉터 전류로 나누고, 그래서 전압 조절 트랜지스터(23)의 콜렉터 포텐셜은 약 0.5V인 전압 조절 트랜지스터(23)의 베이스와 이미터 사이의 포텐셜보다 약간 더 높은 값을 갖는 전압으로 안정된다. 따라서, 광검출기(15) 상의 입사 광의 조도가 적정하게 변할지라도, 콜렉터 포텐셜은 전압 조절 트랜지스터(23)의 콜렉터 포텐셜에서의 변화를 작게 유지하는 것에 의해 안정될 수 있다.

이 방식으로, 광검출기(15) 상의 입사 광의 조도가 적정하게 그리고 크게 변할지라도, 전압 균등화 회로(21)의 출력을 실질적으로 일정하게 유지하는 것에 의해, 광검출기(15)의 이미터 포텐셜에서의 변화가 작게 유지되고 그로써 광검출기(15)는 안정된 방식으로 작동되도록 허용된다.

결과적으로, 사람이 클록 유니트(40)의 앞을 가로질러 이동하거나 또는 클록 유니트(40)에 제공된 개구부 부근에 그의 또는 그녀의 손을 이동할 때, 사람의 움직임이 원통형 바디(11)를 통해 광검출기(15)의 시야 내에 발생하게 하고, 광검출기(15) 상의 입사 광의 양이 감소되며, 그리고 광검출기(15)의 이미터 전류에서의 감소하는 변화가 보장된 방식으로 발생하게 할 수 있다.

이 방식으로, 광검출기(15)의 이미터 전류가 감소될 때, 조절 저항(27)으로 흐르는 전류가 감소되고, 그로써 전압 조절 트랜지스터(23)는 바이어스 콘덴서(25)에 의해 홀딩되는 전압의 결과로서 가압 유지된다. 따라서, 영 점 몇 볼트의 전압 강하가 도 4에 (2)에서 X로 표시된 곡선에 의해 나타나는 바와 같이 전압 균등화 회로(21)의 출력에 생성된다.

도 5에 (1)에서 도시된 바와 같이, 이러한 전압 강하는 일반인의 움직임으로 영 점 몇 초 내지 대략 1 초의 전압 강하에 대응한다. 이러한 전압 변동에 대응하는 전압이 차동 증폭기 회로(31)의 결합 콘덴서(33)를 통해 반전 증폭기(35)에 입력되고, 그로써 변동 전압이 도 5에 (2)에서 도시된 바와 같이 대략 2V까지 증폭될 수 있다.

덧붙여, 도 5에 (3)에서 도시된 바와 같이, 펄스 형성 회로(37)와 같이 대략 1.5V의 임계값을 갖는 이진화 회로를 사용하는 것에 의해, 피크값이 약 3V인 전압을 갖는 펄스 신호가 신호 출력 단자(39)로의 출력을 위해 형성될 수 있다.

이진화 회로의 임계값은 1.5V로 한정되지 않고 이런 이유로 광검출기(15) 또는 반전 증폭기(35)의 진폭 팩터의 광전 변환 효율성에 의존하는 차동 증폭기 회로(31)의 출력에 따라서 1V로 또는 요구되는 바와 같이 설정될 수 있다는 점이 언급되어야만 한다. 이진화 회로를 대신해서, 단안정 멀티바이브레이터(single-shot multivibrator)와 같은 펄스 발생 회로 역시 펄스 형성 회로(37)로서 사용될 수 있다. 그럼에도, 이진화 회로가 펄스 형성 회로(37)로서 사용되는 경우에, 펄스 형성 회로(37)는 단일 트랜지스터 및 여러 개의 저항을 사용하는 것에 의해 작은 크기로 용이하게 형성될 수 있다.

부가적으로, 차동 증폭기 회로(31)의 반전 증폭기(35) 역시 단일 트랜지스터 및 여러 개의 저항 또는 콘덴서를 사용하는 것에 의해 용이하게 형성될 수 있고, 그로써 차동 증폭기 회로(31)의 작고 그리고 단순한 회로 구성이 용이하게 구현될 수 있다.

덧붙여, 본 광학 모션 센서에서, 광검출기(15)는 개구부(17)가 형성되는 일 단부와 다르게 다른 단부에 위치되는 원통형 바디(11)의 깊은 위치에 배치되고, 그로써 광검출기(15)의 시야의 범위가 제한된다. 이 때문에, 예를 들어, 사람이 클록 유니트(40)의 앞을 가로질러 이동할 때, 많은 경우에, 광검출기(15)의 시야의 전체가 사람의 신체의 부분에 의해 완전히 가로막히고, 그로써 시야 내의 변화는 광검출기(15)에 의해 감지된 광의 양의 변화 팩터를 증가시키도록 커지며, 그로써 더 보장된 방식으로 사람의 움직임을 검출하는 것을 가능하게 한다.

결과적으로, 광학 모션 센서는 각각이 트랜지스터를 사용하는 것에 의해 회로 구성에서 단순하게 형성되는, 전압 균등화 회로(21), 차동 증폭기 회로(31) 및 펄스 형성 회로(37)로 구성되고, 그러므로 광학 모션 센서는 밝기가 크게 변하는 환경에서도 작고 그리고 단순한 회로로 사람의 움직임을 확실하게 검출할 수 있다.

그런 후에, 사람이 내부 장식인 클록 유니트(40) 앞으로 이동할 때, 이동가능한 장식 유니트(45)의 제어 회로는 클록 유니트(40)의 이동가능한 부분인 이동가능한 장식 유니트(45)를 활성화시키도록 광학 모션 센서의 출력 신호인 펄스 신호에 의해 활성화된다.

산업적 이용가능성

본 발명에 따른 광학 모션 센서는 사람의 움직임을 검출하고 그로써 밝기가 크게 변하는 환경에서도 작고 그리고 단순한 회로 구성으로 보장된 방식으로 출력 신호를 형성할 수 있기 때문에, 광학 모션 센서는 내부 장식을 활성화하도록 사람의 움직임에 응답하는 내부 장식에 용이하게 병합될 수 있다.

10: 광 감지부
11: 원통형 바디
13: 고정 부재
15: 광검출기
17: 개구부
21: 전압 균등화 회로
23: 전압 조절 트랜지스터
25: 바이어스 콘덴서
27: 조절 저항
31: 차동 증폭기 회로
33: 결합 콘덴서
35: 반전 증폭기
37: 펄스 형성 회로
39: 신호 출력 단자
40: 클록 유니트
41: 시/분 표시부
43: 설정 스위치
45: 이동가능한 장식 유니트

Claims (5)

1. 광검출기와 전압 균등화 회로가 직렬로 연결되고 그리고 상기 광검출기와 상기 전압 균등화 회로 사이의 연결 포인트가 차동 증폭기 회로와 펄스 형성 회로를 통해 신호 출력 단자에 연결되는 회로 구성을 갖고, 그리고 상기 전압 균등화 회로는 이미터가 접지되는 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 베이스와 상기 이미터 사이에 삽입되는 콘덴서 및 상기 트랜지스터의 상기 베이스와 콜렉터 사이에 삽입되는 저항을 포함하며, 상기 트랜지스터의 상기 콜렉터는 상기 광검출기에 연결되고, 상기 광검출기는 일단을 개구부로 하는 원통형 바디의 내부에 있어서 원통형 바디의 타단 근방에 고정되고, 상기 광검출기로부터 상기 원통형 바디의 상기 개구부까지의 거리가 상기 원통형 바디의 내경의 수배로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 모션 센서.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 차동 증폭기 회로는 결합 콘덴서와 반전 증폭기를 포함하고, 그리고 상기 전압 균등화 회로의 콜렉터 포텐셜에서의 변화는 상기 결합 콘덴서를 통해 상기 반전 증폭기에 입력되고, 그리고 상기 반전 증폭기는 출력을 위해 상기 콜렉터 포텐셜에서의 변화에 대응하는 양에 의해 상기 콜렉터 포텐셜을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 광학 모션 센서.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 펄스 형성 회로는 이진화 회로인 것을 특징으로 하는 광학 모션 센서.
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