KR102434637B1 - Contact force and gas concentration sensing apparatus - Google Patents

Contact force and gas concentration sensing apparatus Download PDF

Info

Publication number
KR102434637B1
KR102434637B1 KR1020200176640A KR20200176640A KR102434637B1 KR 102434637 B1 KR102434637 B1 KR 102434637B1 KR 1020200176640 A KR1020200176640 A KR 1020200176640A KR 20200176640 A KR20200176640 A KR 20200176640A KR 102434637 B1 KR102434637 B1 KR 102434637B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
sensing
light path
path
gas
Prior art date
Application number
KR1020200176640A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220086307A (en
Inventor
전동환
김성수
Original Assignee
(재)한국나노기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (재)한국나노기술원 filed Critical (재)한국나노기술원
Priority to KR1020200176640A priority Critical patent/KR102434637B1/en
Priority to PCT/KR2020/018947 priority patent/WO2022131427A1/en
Publication of KR20220086307A publication Critical patent/KR20220086307A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102434637B1 publication Critical patent/KR102434637B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/0364—Cuvette constructions flexible, compressible
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G01N2021/3536—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis using modulation of pressure or density

Abstract

본 발명은 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 접촉 압력 감지 장치는, 외부로부터의 접촉 압력에 따라 변위를 발생하는 프레임과; 프레임에 광을 조사하는 적어도 하나의 광원; 및 광원으로부터 조사된 광이 프레임에 부딪쳐 프레임의 변위에 따라 대응하여 반사하는 광을 감지하는 적어도 하나의 광센서를 포함하고, 상기 광센서에 의해 상기 프레임의 접촉 압력에 의한 변위 발생 부위에 조사된 광의 반사광을 검출함으로써 상기 프레임의 변위에 따른 접촉 압력을 감지한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 물체의 변위를 광조사 및 광센싱에 의해 감지함으로써, 작은 변위를 감지할 수 있고, 이에 따라 고감도 센서로 활용할 수 있으며, 광원과 광센서의 간소한 구조로 되어 있어 감지 장치의 크기를 소형화할 수 있고, 이에 따라 작은 크기의 전자기기에도 하나의 스위치 수단으로 쉽게 적용할 수 있다.The present invention relates to a contact pressure and gas concentration sensing device.
A contact pressure sensing device according to the present invention comprises: a frame for generating displacement according to a contact pressure from the outside; at least one light source irradiating light to the frame; and at least one optical sensor that detects light reflected from the light source by hitting the frame and correspondingly reflected according to the displacement of the frame, wherein the optical sensor is irradiated to the region where the displacement occurs due to the contact pressure of the frame By detecting the reflected light of the light, the contact pressure according to the displacement of the frame is sensed.
According to the present invention as described above, by detecting the displacement of an object by light irradiation and light sensing, it is possible to detect a small displacement, and thus can be used as a high-sensitivity sensor, and has a simple structure of a light source and an optical sensor. The size of the device can be miniaturized, and accordingly, it can be easily applied to a small electronic device as a single switch means.

Figure 112020136920221-pat00004
Figure 112020136920221-pat00004

Description

접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치{Contact force and gas concentration sensing apparatus}Contact force and gas concentration sensing apparatus

본 발명은 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광조사 및 광센싱을 이용하여 프레임의 접촉 압력과 전자기기 내에 침투된 특정 가스의 농도를 검출할 수 있는 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a contact pressure and gas concentration sensing device, and more particularly, a contact pressure and gas concentration capable of detecting the contact pressure of a frame and the concentration of a specific gas permeated into an electronic device using light irradiation and light sensing. It relates to the sensing device.

일반적으로, 전자기기 또는 그 부품은 사용자의 제어를 위한 스위치를 포함하고 있다. 이와 같은 스위치는 기능성 및 사용상의 편의성뿐만 아니라 미적 만족을 위해 스위치 형상을 최소화할 필요가 있으며, 따라서 프레임 자체를 스위치로 활용하는 것이 필요할 수 있다. 강한 프레임에 힘(압력)을 가하면 그 변위가 작아서 일반 센서로는 측정이 어려우며, 따라서 작은 변위를 측정할 수 있고, 크기를 소형화할 수 있는 고감도 압력(힘) 센서가 필요하다.In general, an electronic device or a component thereof includes a switch for user control. In such a switch, it is necessary to minimize the switch shape for aesthetic satisfaction as well as functionality and convenience of use, and therefore it may be necessary to utilize the frame itself as a switch. When a force (pressure) is applied to a strong frame, the displacement is small and it is difficult to measure with a general sensor. Therefore, a high-sensitivity pressure (force) sensor capable of measuring small displacement and reducing the size is required.

한편, 한국 공개특허공보 제10-2019-0032124호(특허문헌 1)에는 "스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서"가 개시되어 있는바, 이에 따른 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서는, 상시 탄압상태에서 터치에 의해 탄성변형 가능한 터치 플레이트; 상기 터치 플레이트에 부착되어 연동하는 스트레인 게이지; 및 상기 스트레인 게이지로부터 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하여 사용자의 터치로 인식하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0032124 (Patent Document 1) discloses a "force touch sensor using a strain gauge", and the force touch sensor using a strain gauge according to this is a touch in a state of constant repression. A touch plate that can be elastically deformed by; a strain gauge attached to and interlocking with the touch plate; and a control unit that detects a minute displacement of the touch plate from the strain gauge and recognizes it as a user's touch.

이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 스트레인 게이지가 부착된 다양한 구조물에 간편하게 적용할 수 있고, 터치 알고리즘을 융합하여 기존 터치 방식들을 대체하거나 단점을 보완하고 기능의 향상과 응용분야를 다변화할 수 있는 장점이 있을지는 모르겠으나, 상시 탄압상태에서 터치에 의해 탄성변형 가능한 터치 플레이트를 근간으로 하고 있어, 외부로부터 가해지는 힘에 따른 터치를 감지하기 위해서는 비교적 큰 변위가 요구되고, 센서의 전체 크기가 커서 크기가 작은 전자기기에 적용하기 어려운 문제점을 내포하고 있다.In the case of Patent Document 1 as described above, it can be easily applied to various structures to which strain gauges are attached, and by fusion of touch algorithms, it can replace existing touch methods or supplement shortcomings, improve functions, and diversify application fields. I do not know if there is this, but since it is based on a touch plate that can be elastically deformed by touch in a state of constant pressure, a relatively large displacement is required to detect a touch according to a force applied from the outside, and the overall size of the sensor is large. It has a problem that it is difficult to apply to small electronic devices.

한국 공개특허공보 제10-2019-0032124호(2019.03.27. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2019-0032124 (published on March 27, 2019) 한국 특허출원번호 제10-2019-0150792호(2019.11.21. 출원)Korean Patent Application No. 10-2019-0150792 (filed on Nov. 21, 2019)

본 발명은 상기와 같은 사항을 종합적으로 감안하여 창출된 것으로서, 프레임의 접촉 압력에 의한 변위 발생 부위에 조사된 광의 반사광을 검출함으로써 변위에 따른 접촉 압력을 감지할 수 있고, 전자기기 내에 침투된 특정 가스에 조사된 광의 파장이 특정 가스에 흡수되도록 함으로써 광의 세기 변화에 따른 특정 가스의 농도를 검출할 수 있는 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in consideration of the above matters, and it is possible to sense the contact pressure according to the displacement by detecting the reflected light of the light irradiated to the displacement generating portion due to the contact pressure of the frame, and to detect the specific penetration into the electronic device. An object of the present invention is to provide a contact pressure and gas concentration sensing device capable of detecting a concentration of a specific gas according to a change in light intensity by allowing a wavelength of light irradiated to the gas to be absorbed by the specific gas.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 압력 감지 장치는,In order to achieve the above object, a contact pressure sensing device according to an embodiment of the present invention,

외부로부터의 접촉 압력에 따라 변위를 발생하는 프레임과;a frame generating displacement according to a contact pressure from the outside;

상기 프레임에 광을 조사하는 적어도 하나의 광원; 및at least one light source irradiating light to the frame; and

상기 광원으로부터 조사된 광이 상기 프레임에 부딪쳐 프레임의 변위에 따라대응하여 반사하는 광을 감지하는 적어도 하나의 광센서를 포함하고,Comprising at least one photosensor for detecting the light irradiated from the light source hits the frame and reflects the light in response to the displacement of the frame,

상기 광센서에 의해 상기 프레임의 접촉 압력에 의한 변위 발생 부위에 조사된 광의 반사광을 검출함으로써 상기 프레임의 변위에 따른 접촉 압력을 감지하는 점에 그 특징이 있다.The optical sensor is characterized in that the contact pressure according to the displacement of the frame is sensed by detecting the reflected light of the light irradiated to the portion where the displacement occurs due to the contact pressure of the frame by the optical sensor.

여기서, 상기 프레임은 전자기기의 디스플레이 자체 또는 디스플레이를 감싸는 프레임을 포함할 수 있다.Here, the frame may include the display itself of the electronic device or a frame surrounding the display.

또한, 상기 프레임은 프레임의 일부 또는 전체가 반사체로 구성될 수 있다.In addition, the frame may be partially or entirely composed of a reflector.

또한, 상기 프레임에는 반사도가 0(zero)보다 큰 별도의 반사체가 더 설치될 수도 있다.In addition, a separate reflector having a reflectivity greater than 0 (zero) may be further installed in the frame.

또한, 상기 광센서에는 상기 광원에서 조사된 광의 목표(target) 파장에 감응하는 필터가 장착될 수 있다.In addition, the optical sensor may be equipped with a filter that responds to a target wavelength of the light irradiated from the light source.

이때, 상기 광원은 상기 프레임의 최대 변위점에서 최대 변위점의 접선에 대해 조사광 경로가 직각을 이루지 않도록 광을 조사하도록 구성될 수 있고, 상기 광센서는 상기 프레임의 최대 변위점에서 상기 직각을 이루지 않도록 조사되는 광의 반사광을 감지하도록 구성될 수 있다.In this case, the light source may be configured to irradiate light so that the irradiation light path does not form a right angle with respect to the tangent of the maximum displacement point at the maximum displacement point of the frame, and the photosensor is the right angle at the maximum displacement point of the frame. It may be configured to sense the reflected light of the irradiated light so as not to be achieved.

또한, 상기 광센서는 한 개의 광센서 또는 다수의 광센서가 열을 지어 배치된 광센서 어레이(array) 형태로 구성될 수 있다.In addition, the photosensor may be configured in the form of one photosensor or an array of photosensors in which a plurality of photosensors are arranged in a row.

또한, 상기 광원은 원소 주기율표상의 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ족 원소 중 적어도 하나의 원소를 함유한 물질로 구성될 수 있다.In addition, the light source may be composed of a material containing at least one element among II, III, IV, V, and VI elements on the periodic table of elements.

또한, 상기 광센서는 원소 주기율표상의 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ족 원소 중 적어도 하나의 원소를 함유한 물질로 구성될 수 있다.In addition, the photosensor may be made of a material containing at least one element among II, III, IV, V, and VI elements on the periodic table of elements.

또한, 상기 광원과 전기적으로 연결되며, 광원을 구동 또는 광원의 동작을 정지시키는 광원 구동부와; 상기 광센서와 전기적으로 연결되며, 광센서를 구동 또는 광센서의 동작을 정지시키는 광센서 구동부를 더 포함할 수 있다.In addition, the light source driving unit is electrically connected to the light source to drive the light source or stop the operation of the light source; The optical sensor may further include an optical sensor driving unit electrically connected to the optical sensor and configured to drive the optical sensor or stop the operation of the optical sensor.

이때, 상기 광원 구동부는 문턱 전압에서 ±3V에 바이어스(bias)하고, 상기 광센서는 1∼-3V에 바이어스하도록 구성될 수 있다.In this case, the light source driver may be configured to bias ±3V from a threshold voltage, and the photosensor may be configured to bias 1-3V.

또한, 상기 광원, 광센서, 광원 구동부 및 광센서 구동부와 전기적으로 연결되며, 광원, 광센서, 광원 구동부 및 광센서 구동부의 상태를 체크 및 상기 광원 구동부에 광원의 구동 또는 동작정지 제어신호를 전송하고, 상기 광센서 구동부에 광센서의 구동 또는 동작정지 제어신호를 전송하며, 상기 광센서에 의해 감지된 반사광 신호를 바탕으로 광의 최대 파워의 위치 변화를 계측하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, the light source, the optical sensor, the light source driving unit and the optical sensor driving unit are electrically connected, and the state of the light source, the optical sensor, the light source driving unit and the optical sensor driving unit is checked and a driving or operation stop control signal of the light source is transmitted to the light source driving unit and a control unit that transmits a driving or operation stop control signal of the optical sensor to the optical sensor driving unit, and measures a change in position of the maximum power of light based on the reflected light signal sensed by the optical sensor.

또한, 상기 광센서는 광학 브리지(optical bridge) 회로를 구비할 수 있다.In addition, the photosensor may include an optical bridge circuit.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치는,In addition, in order to achieve the above object, the contact pressure and gas concentration sensing device according to another embodiment of the present invention,

전자기기의 내부 공간에서 다른 물체와의 접촉 없이 일직선으로 진행하는 기준 광경로(LR)의 광과, 상기 전자기기의 프레임의 내부 표면에 의한 반사광 경로 또는 내부 공간에 설치된 별도의 반사판에 의한 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)의 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과;Light of the reference light path (L R ) that travels in a straight line without contact with other objects in the internal space of the electronic device, and the reflected light path by the inner surface of the frame of the electronic device or reflected light by a separate reflector installed in the internal space At least one light source for irradiating the light of the sensing light path ( LS ) that is a path;

상기 광원으로부터 조사된 일직선의 기준 광경로(LR)의 광과, 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)의 광을 각각 감지하는 적어도 2개의 광센서를 포함하고,At least two optical sensors for sensing the light of the reference light path (L R ) of the straight line irradiated from the light source and the light of the sensing light path ( LS ), which is the reflected light path, respectively,

상기 광센서에 의해 상기 프레임의 접촉 압력에 의한 변위 발생 부위에 조사된 광의 반사광을 검출함으로써 상기 프레임의 변위에 따른 접촉 압력을 감지하거나, 상기 기준 광경로(LR)와 센싱 광경로(LS)의 차이를 이용하여 상기 전자기기의 내부에 침투한 가스의 농도를 측정하는 점에 그 특징이 있다.The optical sensor detects the contact pressure according to the displacement of the frame by detecting the reflected light of the light irradiated to the portion where the displacement occurs due to the contact pressure of the frame, or the reference light path L R and the sensing light path L S ) is characterized in that the concentration of the gas that has penetrated into the electronic device is measured using the difference.

여기서, 상기 광원으로는 LED 또는 반도체 레이저가 사용될 수 있다.Here, an LED or a semiconductor laser may be used as the light source.

이때, 상기 반도체 레이저는 수직 캐비티 표면 발광 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL)일 수 있다.In this case, the semiconductor laser may be a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).

또한, 상기 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)는 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로로 구성되되, 상기 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로는 상기 프레임의 내부 표면에 의한 반사광 경로로서 동일한 반사광 경로를 가지도록 구성될 수 있다.In addition, the sensing light path LS , which is the reflected light path, is composed of a pressure sensing light path and a gas sensing light path, and the pressure sensing light path and the gas sensing light path are the same reflected light as a reflected light path by the inner surface of the frame. It can be configured to have a path.

또한, 상기 기준 광경로(LR)의 광을 감지하는 광센서와 상기 센싱 광경로(LS)의 광을 감지하는 광센서 사이에는 기준 광경로(LR)의 광과 센싱 광경로(LS)의 광 간의 상호 간섭을 차단하기 위한 격벽이 구비될 수 있다.In addition, between the optical sensor sensing the light of the reference light path (L R ) and the optical sensor sensing the light of the sensing light path ( LS ), the light of the reference light path (L R ) and the sensing light path (L) S ) A barrier rib for blocking mutual interference between light may be provided.

또한, 상기 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)는 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로로 구성되되, 상기 압력 센싱 광경로는 상기 프레임의 내부 표면에 의한 반사광 경로를 가지도록 구성되고, 상기 가스 센싱 광경로는 상기 별도의 반사판에 의한 반사광 경로를 가지도록 구성될 수 있다.In addition, the sensing light path L S as the reflected light path is composed of a pressure sensing light path and a gas sensing light path, the pressure sensing light path is configured to have a reflected light path by the inner surface of the frame, the gas The sensing optical path may be configured to have a reflected light path by the separate reflector.

이때, 상기 압력 센싱 광경로의 광과 상기 가스 센싱 광경로의 광을 하나의 광센서에 의해 감지하도록 구성될 수 있다.In this case, it may be configured to sense the light of the pressure sensing optical path and the light of the gas sensing optical path by one optical sensor.

이때, 또한 상기 압력 센싱 광경로의 광과 상기 가스 센싱 광경로의 광을 압력 센싱용 광센서와 가스 센싱용 광센서에 의해 각각 감지하도록 구성될 수 있다.At this time, it may also be configured to sense the light of the pressure sensing light path and the light of the gas sensing light path by an optical sensor for pressure sensing and an optical sensor for gas sensing, respectively.

이때, 상기 가스 센싱용 광센서는 가스의 종류에 따라 각각의 가스 센싱 광경로의 광을 감지하는 광센서로 구성될 수 있고, 상기 가스 센싱용 광센서의 표면에는 상기 광원에서 조사된 광의 목표(target) 파장에 감응하는 필터가 구비될 수 있다. In this case, the optical sensor for gas sensing may be configured as an optical sensor that detects light in each gas sensing optical path according to the type of gas, and the surface of the optical sensor for gas sensing includes a target ( A filter that is sensitive to target) wavelength may be provided.

이와 같은 본 발명에 의하면, 물체의 변위를 광조사 및 광센싱에 의해 감지함으로써, 작은 변위를 감지할 수 있고, 이에 따라 고감도 센서로 활용할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention as described above, by detecting the displacement of an object by light irradiation and light sensing, it is possible to detect a small displacement, and accordingly, there is an advantage that it can be utilized as a high-sensitivity sensor.

또한, 광원과 광센서의 간소한 구조로 되어 있어 감지 장치의 크기를 소형화할 수 있고, 이에 따라 작은 크기의 전자기기에도 하나의 스위치 수단으로 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the light source and the optical sensor have a simple structure, the size of the sensing device can be miniaturized, and accordingly, there is an advantage that it can be easily applied to a small electronic device as a single switch means.

또한, 전자기기 내에 침투된 특정 가스의 농도를 광조사 및 광센싱에 의해 감지함으로써, 특정 작업 공간이나 장소에서의 유해 가스(포름알데이히드 등)의 농도를 측정할 수 있고, 이에 따라 유해 가스에의 노출에 따른 안전 사고 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by detecting the concentration of a specific gas that has penetrated into the electronic device by light irradiation and light sensing, it is possible to measure the concentration of a harmful gas (formaldehyde, etc.) in a specific work space or place, and, accordingly, the harmful gas It has the effect of preventing the occurrence of safety accidents due to exposure to in advance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 압력 감지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 접촉 압력 감지 장치의 광센서가 광센서 어레이(array) 형태로 구성된 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 접촉 압력 감지 장치에 광원 구동부와 광센서 구동부가 더 포함된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 접촉 압력 감지 장치에 제어부가 더 포함된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 접촉 압력 감지 장치의 광센서에 도입된 광학 브리지(optical bridge) 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치에서 프레임의 반사에 의한 압력 센싱 광경로와 별도의 반사판의 반사에 의한 가스 센싱 광경로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로의 광을 압력 센싱용 광센서와 가스 센싱용 광센서에 의해 각각 감지하는 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 초기 방출 빔 세기와 거리와의 관계, 기준 경로와 센싱 경로에 대한 광센서의 출력과 가스 농도와의 관계 및 기준 경로 광센서의 출력에 대한 센싱(신호) 경로 광센서 출력의 정규화 비(ratio)를 각각 나타낸 도면이다. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a contact pressure sensing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an example in which the photosensor of the contact pressure sensing device shown in FIG. 1 is configured in the form of a photosensor array.
FIG. 3 is a view illustrating a state in which a light source driver and an optical sensor driver are further included in the contact pressure sensing device illustrated in FIG. 2 .
FIG. 4 is a view illustrating a state in which a control unit is further included in the touch pressure sensing device illustrated in FIG. 3 .
5 is a view showing an optical bridge circuit introduced into the optical sensor of the contact pressure sensing device according to the present invention.
6 is a diagram schematically showing the configuration of a contact pressure and gas concentration sensing device according to another embodiment of the present invention.
7 is a view showing the configuration of a pressure sensing optical path by reflection of a frame and a gas sensing optical path by reflection of a separate reflector in the contact pressure and gas concentration sensing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration in which the pressure sensing light path and the gas sensing light path shown in FIG. 7 are respectively sensed by the pressure sensing optical sensor and the gas sensing optical sensor.
9 shows the relationship between the initial emission beam intensity and the distance, the relationship between the optical sensor output and the gas concentration for the reference path and the sensing path, and the normalization ratio of the sensing (signal) path optical sensor output to the reference path optical sensor output; (ratio) is a diagram showing each.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, “module”, and “device” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or a combination of hardware and software. can be implemented as

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

여기서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 본 출원의 출원인과 동일 출원인에 의해 선출원된 "콘택 압력 센싱 장치 및 전자 기기"(출원번호: 10-2019-0150792, 출원일: 2019. 11. 21. 이하 '선출원 발명'이라 함)에 대하여 먼저 간단히 살펴보기로 한다.Here, before describing an embodiment of the present invention, "contact pressure sensing device and electronic device" previously filed by the same applicant as the applicant of the present application (application number: 10-2019-0150792, filing date: 2019. 11. 21. Hereinafter referred to as 'pre-application invention'), let's first take a brief look at it.

상기 선출원 발명에 따른 압력 센싱 장치는 적어도 일부에 자기장을 갖는 프레임; 및 압력에 의해 상기 프레임이 변형됨에 따라 변화하는 자기장의 세기를 감지하는 자기 센서를 포함하여 구성된다. 이와 같은 선출원 발명의 압력 센싱 장치는 자기장의 변화를 감지함으로써 프레임에 가해진 압력을 감지하는 메커니즘인데 반해, 본 실시예의 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치는 프레임의 변위 부분에 광을 조사하고, 프레임의 변위에 따른 반사광의 최대 파워의 위치 변화를 감지함으로써 프레임에 가해진 압력을 감지하거나 전자기기 내부에 침투된 가스 농도를 측정하는 메커니즘이라는 점에서 차이가 있다.The pressure sensing device according to the present invention includes a frame having a magnetic field at least in part; and a magnetic sensor for sensing the strength of a magnetic field that changes as the frame is deformed by pressure. The pressure sensing device of the present invention as described above is a mechanism for sensing the pressure applied to the frame by detecting a change in the magnetic field, whereas the contact pressure and gas concentration sensing device of this embodiment irradiates light to the displacement portion of the frame, and the displacement of the frame It is different in that it is a mechanism for detecting the pressure applied to the frame or measuring the gas concentration that has penetrated into the electronic device by detecting the change in the position of the maximum power of the reflected light according to the

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 압력 감지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a contact pressure sensing device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 압력 감지 장치(100)는,Referring to FIG. 1 , a contact pressure sensing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes:

외부로부터의 접촉 압력에 따라 변위를 발생하는 프레임(예를 들면, 전자기기의 프레임)(160)과; 그 프레임(160)에 광을 조사하는 적어도 하나의 광원(110); 및 상기 광원(110)으로부터 조사된 광이 상기 프레임(160)에 부딪쳐 프레임의 변위에 따라 대응하여 반사하는 광을 감지하는 적어도 하나의 광센서(120)를 포함하여 구성된다.a frame (eg, a frame of an electronic device) 160 that generates displacement according to a contact pressure from the outside; at least one light source 110 irradiating light to the frame 160; and at least one photosensor 120 for detecting the light irradiated from the light source 110 colliding with the frame 160 and correspondingly reflected according to the displacement of the frame.

이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 압력 감지 장치(100)는, 상기 광센서(120)에 의해 상기 프레임(160)의 접촉 압력에 의한 변위 발생 부위에 조사된 광의 반사광을 검출함으로써 상기 프레임(160)의 변위에 따른 접촉 압력을 감지한다. 즉, 본 발명에서는 압력에 의해 변위가 발생하는 프레임(160)의 부위에 광을조사하는 광원(110)과, 프레임(160)으로부터 반사되는 광의 세기를 검출하는 광센서(120)를 프레임(160)으로부터 일정 거리 떨어진 지점에 각각 위치시킨다. 이때, 접촉 압력에 의해 변위가 발생하는 프레임(160)의 부위는 광을 일정 부분 이상 반사하는 특성을 가진다. 따라서, 일정 이상의 반사도를 갖는 프레임에 압력이 가해지면, 가해진 압력에 의해 변위가 발생하고, 그 변위에 의해 광이 반사되어 반사광의 최대 파워를 나타내는 위치가 변하게 되며, 이 위치 변화를 광센서(120)에 의해 감지하게 된다. 결국, 이러한 일련의 메카니즘을 통해 프레임(160)의 변위에 따른 접촉 압력을 감지하게 되는 것이다. 도 1에서 (A)는 프레임(160)에 압력이 가해지기 전의 광반사 상태를 나타낸 것이고, (B)는 프레임(160)에 압력이 가해진 후의 광반사 상태를 나타낸 것이며, (C)는 프레임에 가해진 압력과 광센서에 의해 감지되는 반사광의 파워(세기)와의 관계를 나타낸 그래프이다.As described above, the contact pressure sensing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention detects the reflected light of the light irradiated to the displacement generating portion due to the contact pressure of the frame 160 by the photosensor 120. The contact pressure according to the displacement of the frame 160 is sensed. That is, in the present invention, a light source 110 that irradiates light to a portion of the frame 160 where displacement occurs by pressure and an optical sensor 120 that detects the intensity of light reflected from the frame 160 are included in the frame 160 . ) at a certain distance from each other. In this case, the portion of the frame 160 that is displaced by the contact pressure has a characteristic of reflecting light more than a certain portion. Therefore, when a pressure is applied to a frame having a reflectivity greater than or equal to a certain level, displacement occurs due to the applied pressure, and the position in which the light is reflected and the maximum power of the reflected light is changed by the displacement, and this position change is reflected by the optical sensor 120 ) is detected by As a result, the contact pressure according to the displacement of the frame 160 is sensed through this series of mechanisms. 1, (A) shows the light reflection state before pressure is applied to the frame 160, (B) shows the light reflection state after pressure is applied to the frame 160, (C) is the frame It is a graph showing the relationship between the applied pressure and the power (intensity) of the reflected light detected by the optical sensor.

여기서, 상기 프레임(160)은 전자기기의 디스플레이 자체 또는 디스플레이를 감싸는 프레임을 포함할 수 있다.Here, the frame 160 may include the display itself of the electronic device or a frame surrounding the display.

또한, 상기 프레임(160)은 프레임(160)의 일부 또는 전체가 반사체로 구성될 수 있다.In addition, a part or the whole of the frame 160 may be formed of a reflector.

또한, 상기 프레임(160)에는 반사도가 0(zero)보다 큰 별도의 반사체가 더 설치될 수도 있다. 이는 프레임(160) 자체가 반사가 잘 안되는 재질로 구성되어 있을 경우, 이와 같이 프레임(160)에 별도의 반사체를 설치(부착)함으로써 원활한 반사를 얻기 위한 것이다.In addition, a separate reflector having a reflectivity greater than 0 (zero) may be further installed in the frame 160 . This is to obtain smooth reflection by installing (attaching) a separate reflector to the frame 160 as described above when the frame 160 itself is made of a material that does not reflect well.

또한, 상기 광센서(120)에는 상기 광원(110)에서 조사된 광의 목표(target) 파장에 감응하는 필터가 장착될 수 있다. 이는 광센서(120)에 입사되는 반사광에 어떤 원인에 의해 다른 광이 하나의 노이즈(noise) 요소로 혼입되어 입사될 경우 원하는 광에 대한 광센서(120)의 감응도가 떨어지는 것을 방지하기 위한 것이다. In addition, the optical sensor 120 may be equipped with a filter that responds to a target wavelength of the light irradiated from the light source 110 . This is to prevent a decrease in the sensitivity of the photosensor 120 to the desired light when the reflected light incident on the photosensor 120 is mixed with other light for some reason as a noise element.

이때, 상기 광원(110)은 상기 프레임(160)의 최대 변위점에서 최대 변위점의 접선에 대해 조사광 경로(즉, 입사광 경로)가 직각을 이루지 않도록 광을 조사하도록 구성될 수 있고, 상기 광센서(120)는 상기 프레임(160)의 최대 변위점에서 상기 직각을 이루지 않도록 조사되는 광의 반사광을 감지하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 프레임(160)의 최대 변위점에서 최대 변위점의 접선에 대해 조사광 경로(즉, 입사광 경로)가 직각을 이루지 않도록 광을 조사하도록 구성하는 이유는 상기 프레임(160)의 최대 변위점에서 최대 변위점의 접선에 대해 조사광 경로(즉, 입사광 경로)가 직각을 이루도록 광을 조사할 경우, 광원(110)에서 조사한 광이 프레임(160)의 최대 변위점에서 반사된 후 다시 광원(110)으로 되돌아갈 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다.In this case, the light source 110 may be configured to irradiate light so that the irradiation light path (ie, the incident light path) does not form a right angle with respect to the tangent of the maximum displacement point at the maximum displacement point of the frame 160 , and the light The sensor 120 may be configured to detect the reflected light of the irradiated light so as not to form the right angle at the maximum displacement point of the frame 160 . Here, the reason that the light is irradiated so that the irradiated light path (ie, the incident light path) does not form a right angle with respect to the tangent of the maximum displacement point at the maximum displacement point of the frame 160 is the maximum displacement point of the frame 160 . When irradiating light so that the irradiated light path (ie, the incident light path) is perpendicular to the tangent of the maximum displacement point in 110) to prevent this.

또한, 상기 광센서(120)는 한 개의 광센서 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 광센서가 열을 지어 배치된 광센서 어레이(array) 형태로 구성될 수 있다. 이와 같이 광센서를 어레이(array) 형태로 구성할 경우, 하나의 광센서를 사용할 때보다 상대적으로 반사광 감응도 및 측정의 정확도를 높일 수 있다.In addition, the photosensor 120 may be configured in the form of one photosensor or an array of photosensors in which a plurality of photosensors are arranged in a row as shown in FIG. 2 . When the photosensors are configured in the form of an array as described above, the sensitivity of reflected light and the accuracy of measurement can be relatively increased compared to when a single photosensor is used.

또한, 상기 광원(110)은 원소 주기율표상의 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ족 원소 중 적어도 하나의 원소를 함유한 물질로 구성될 수 있다. In addition, the light source 110 may be made of a material containing at least one element among II, III, IV, V, and VI elements on the periodic table of elements.

또한, 상기 광센서(120)는 원소 주기율표에서의 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ족 원소 중 적어도 하나의 원소를 함유한 물질로 구성될 수 있다.In addition, the photosensor 120 may be made of a material containing at least one element among II, III, IV, V, and VI elements in the periodic table of elements.

여기서, 이상과 같이 광원(110)과 광센서(120)가 원소 주기율표에서의 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ족 원소 중 적어도 하나의 원소를 함유한 물질로 구성되는 것은 광원(110)과 광센서(120)가 반도체 소자로 구성되는(이와 관련해서는 뒤에서 설명됨) 점을 고려할 때, 반도체 원소가 원소 주기율표상의 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ족에 주로 분포되어 있기 때문이다.Here, as described above, the light source 110 and the photosensor 120 are composed of a material containing at least one element from among II, III, IV, V, and VI elements in the periodic table of elements. This is because the semiconductor element is mainly distributed in groups II, III, IV, V, and VI on the periodic table of elements, considering that the sensor 120 is composed of a semiconductor element (which will be described later).

또한, 이상과 같은 본 발명의 접촉 압력 감지 장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광원(110)과 전기적으로 연결되며, 광원(110)을 구동 또는 광원 (110)의 동작을 정지시키는 광원 구동부(130)와; 상기 광센서(120)와 전기적으로 연결되며, 광센서(120)를 구동 또는 광센서(120)의 동작을 정지시키는 광센서 구동부(140)를 더 포함할 수 있다.In addition, the contact pressure sensing apparatus 100 of the present invention as described above, as shown in FIG. 3 , is electrically connected to the light source 110 , and drives the light source 110 or operates the light source 110 . a light source driver 130 for stopping; It may further include a photosensor driving unit 140 electrically connected to the photosensor 120 and driving the photosensor 120 or stopping the operation of the photosensor 120 .

이때, 상기 광원 구동부(130)는 문턱 전압에서 ±3V에 바이어스(bias)하고, 상기 광센서(1)는 1∼-3V에 바이어스하도록 구성될 수 있다.In this case, the light source driver 130 may be configured to bias ±3V from a threshold voltage, and the photosensor 1 may be configured to bias 1-3V.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광원(110), 광센서(120), 광원 구동부(130) 및 광센서 구동부(140)와 전기적으로 연결되며, 광원(110), 광센서(120), 광원 구동부(130) 및 광센서 구동부(140)의 상태를 체크 및 상기 광원 구동부(130)에 광원(110)의 구동 또는 동작정지 제어신호를 전송하고, 상기 광센서 구동부 (140)에 광센서(120)의 구동 또는 동작정지 제어신호를 전송하며, 상기 광센서 (120)에 의해 감지된 반사광 신호를 바탕으로 광의 최대 파워의 위치 변화를 계측하는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4 , the light source 110 , the photosensor 120 , the light source driver 130 and the photosensor driver 140 are electrically connected, and the light source 110 , the photosensor 120 . , check the state of the light source driving unit 130 and the optical sensor driving unit 140 , and transmit a driving or operation stop control signal of the light source 110 to the light source driving unit 130 , and the optical sensor driving unit 140 The control unit 150 may further include a control unit 150 that transmits a driving or operation stop control signal of 120 and measures a change in position of the maximum power of light based on the reflected light signal sensed by the optical sensor 120 .

또한, 상기 광센서(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 광학 브리지(optical bridge) 회로(510)를 구비할 수 있다. 여기서, 이와 같은 광학 브리지(optical bridge) 회로(510)와 관련하여 간략히 설명해 보기로 한다. In addition, as shown in FIG. 5 , the photosensor 120 may include an optical bridge circuit 510 . Here, the optical bridge circuit 510 will be briefly described.

광학 브리지(optical bridge) 회로(510)는 전기/전자 회로 분야에서 주로 사용되는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)와 유사한 회로 구조를 갖는 것으로서, 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이 광학 브리지 회로(510)는 4개의 4분원호의 광검출기(photodetector)로 구성되며, 4개의 4분원호의 광검출기는 브리지형의 회로에 연결된 4개의 광검출기로 구성된다. 4개의 4분원호의 광검출기에서 서로 대향하는 광검출기는 2개의 차동 증폭기의 상응하는 입력단에 각각 연결되고, 각 차동 증폭기는 이미지의 변위에 비례하는 증폭 신호를 각각 출력한다. 도 5의 (C)는 4개의 4분원호의 광검출기가 하나의 센서로 패키지화된 것을 나타낸 것이고, 도 5의 (A)는 4개의 4분원호의 광검출기로 구성된 센서 상의 물체에 초점을 맞춘 것을 나타낸 것이다.The optical bridge circuit 510 has a circuit structure similar to that of a Wheatstone bridge mainly used in the field of electric/electronic circuits, and as shown in FIG. 5B , the optical bridge circuit ( 510) is composed of four quadrant arc photodetectors, and the four quadrant arc photodetectors are composed of four photodetectors connected to a bridge-type circuit. In the four quadrant arc photodetectors, opposing photodetectors are respectively connected to corresponding input terminals of two differential amplifiers, and each differential amplifier outputs an amplified signal proportional to the displacement of the image, respectively. FIG. 5C shows that four quadrant arc photodetectors are packaged as one sensor, and FIG. 5A shows that the object on the sensor composed of four quadrant arc photodetectors is focused. will be.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.6 is a diagram schematically showing the configuration of a contact pressure and gas concentration sensing device according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치(600)는, 전자기기의 내부 공간에서 다른 물체와의 접촉 없이 일직선으로 진행하는 기준 광경로(LR)의 광과, 상기 전자기기의 프레임(660)의 내부 표면에 의한 반사광 경로 또는 내부 공간에 설치된 별도의 반사판(650)에 의한 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)의 광을 조사하는 적어도 하나의 광원(610)과; 그 광원(610)으로부터 조사된 일직선의 기준 광경로(LR)의 광과, 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)의 광을 각각 감지하는 적어도 2개의 광센서(620a)(620b)를 포함한다.Referring to FIG. 6 , the contact pressure and gas concentration sensing device 600 according to another embodiment of the present invention provides a reference light path L R that proceeds in a straight line without contact with other objects in the internal space of the electronic device. At least one light source for irradiating light and light from the sensing light path ( LS ) that is the reflected light path by the inner surface of the frame 660 of the electronic device or the reflected light path by a separate reflector 650 installed in the inner space (610); At least two photosensors 620a and 620b for sensing the light of the straight reference light path L R irradiated from the light source 610 and the light of the sensing light path L S as the reflected light path, respectively. do.

이상과 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치(600)는, 상기 광센서(620a)(620b)에 의해 상기 프레임(660)의 접촉 압력에 의한 변위 발생 부위에 조사된 광의 반사광(즉, 압력 센싱 광경로의 광)을 검출함으로써 상기 프레임(660)의 변위에 따른 접촉 압력을 감지하거나, 상기 기준 광경로(LR)와 센싱 광경로(LS)의 차이를 이용하여 상기 전자기기의 내부에 침투한 가스(예를 들면, CO2, 포름알데히드 등)의 농도를 측정한다.The contact pressure and gas concentration sensing apparatus 600 according to another embodiment of the present invention as described above is irradiated to the portion where displacement caused by the contact pressure of the frame 660 is irradiated by the optical sensors 620a and 620b. The contact pressure according to the displacement of the frame 660 is sensed by detecting the reflected light of the light (ie, the light of the pressure sensing light path), or the difference between the reference light path L R and the sensing light path L S is used. to measure the concentration of the gas (eg, CO 2 , formaldehyde, etc.) penetrating into the electronic device.

여기서, 상기 광원(610)으로는 LED 또는 반도체 레이저가 사용될 수 있다.Here, an LED or a semiconductor laser may be used as the light source 610 .

이때, 상기 반도체 레이저는 수직 캐비티 표면 발광 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL)일 수 있다. 또한, 광원(610)이 레이저인 경우 각 광경로별로 각각의 광원이 필요하다.In this case, the semiconductor laser may be a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). In addition, when the light source 610 is a laser, each light source is required for each optical path.

또한, 상기 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)는 도 6에 도시된 바와 같이, 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로로 구성되되, 상기 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로는 상기 프레임(660)의 내부 표면에 의한 반사광 경로로서 동일한 반사광 경로를 가지도록 구성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6 , the sensing light path L S , which is the reflected light path, includes a pressure sensing light path and a gas sensing light path, and the pressure sensing light path and the gas sensing light path are the frame 660 . ) can be configured to have the same reflected light path as the reflected light path by the inner surface of the .

또한, 상기 기준 광경로(LR)의 광을 감지하는 광센서(620a)와 상기 센싱 광경로(LS)의 광을 감지하는 광센서(620b) 사이에는 기준 광경로(LR)의 광과 센싱 광경로(LS)의 광 간의 상호 간섭을 차단하기 위한 격벽(630)이 구비될 수 있다. 즉, 기준 광경로(LR)의 광과 센싱 광경로(LS)의 광 간에는 일측 광경로의 광에 대해 타측 광경로의 광이 노이즈 요소로 작용할 수 있으며, 이와 같은 노이즈 요소의 작용으로 인해 광센서(620a)(620b)의 감도가 저하될 수 있다. 따라서 서로 다른 광경로의 광 간의 상호 간섭을 차단하기 위해 격벽(630)을 설치하는 것이다. 도 6에서 참조번호 640은 상기 기준 광경로(LR)의 광을 감지하는 광센서(620a)와 상기 센싱 광경로(LS)의 광을 감지하는 광센서(620b)를 지지 및 고정하는 플레이트를 나타낸다.In addition, between the optical sensor 620a for detecting the light of the reference light path ( LR ) and the optical sensor 620b for detecting the light of the sensing light path ( LS ), the light of the reference light path ( LR ) A barrier rib 630 for blocking mutual interference between the light and the sensing light path L S may be provided. That is, between the light of the reference light path L R and the light of the sensing light path L S , the light of the other light path with respect to the light of one light path may act as a noise element. The sensitivity of the photosensors 620a and 620b may be reduced. Therefore, the barrier rib 630 is installed to block mutual interference between lights of different optical paths. In FIG. 6 , reference numeral 640 denotes a plate for supporting and fixing the optical sensor 620a for detecting the light of the reference light path L R and the optical sensor 620b for detecting the light from the sensing light path L S . indicates

또한, 상기 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)는 도 7에 도시된 바와 같이, 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로로 구성되되, 상기 압력 센싱 광경로는 상기 프레임(660)의 내부 표면에 의한 반사광 경로를 가지도록 구성되고, 상기 가스 센싱 광경로는 상기 별도의 반사판(650)에 의한 반사광 경로를 가지도록 구성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 7 , the sensing light path L S , which is the reflected light path, is composed of a pressure sensing light path and a gas sensing light path, and the pressure sensing light path is on the inner surface of the frame 660 . The gas sensing optical path may be configured to have a reflected light path by the separate reflection plate 650 .

이때, 상기 압력 센싱 광경로의 광과 상기 가스 센싱 광경로의 광을 하나의 광센서에 의해 감지하도록 구성될 수 있다.In this case, it may be configured to sense the light of the pressure sensing optical path and the light of the gas sensing optical path by one optical sensor.

이때, 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 압력 센싱 광경로의 광과 상기 가스 센싱 광경로의 광을 압력 센싱용 광센서(620c)와 가스 센싱용 광센서(620b)에 의해 각각 감지하도록 구성될 수 있다.At this time, as also shown in FIG. 8, the light of the pressure sensing light path and the light of the gas sensing light path are respectively detected by the pressure sensing optical sensor 620c and the gas sensing optical sensor 620b. can be

이때, 상기 가스 센싱용 광센서(620b)는 가스의 종류에 따라 각각의 가스 센싱 광경로의 광을 감지하는 광센서로 구성될 수 있고, 상기 가스 센싱용 광센서 (620b)의 표면에는 상기 광원(610)에서 조사된 광의 목표(target) 파장에 감응하는 필터가 구비될 수 있다. 이때, 이와 같은 필터는 코팅 등에 의해 부가될 수 있다.At this time, the optical sensor 620b for gas sensing may be configured as an optical sensor for sensing light in each gas sensing optical path according to the type of gas, and the light source is on the surface of the optical sensor 620b for gas sensing. A filter that responds to the target wavelength of the light irradiated in 610 may be provided. In this case, such a filter may be added by coating or the like.

그러면, 이하에서는 상기 기준 광경로(LR)와 센싱 광경로(LS)의 차이를 이용하여 상기 전자기기의 내부에 침투한 동작 가스(예를 들면, CO2, 포름알데히드 등)를 센싱하는 것에 대해 도 6 및 도 9를 참조하여 부연 설명해 보기로 한다.Then, in the following, by using the difference between the reference light path (L R ) and the sensing light path ( LS ), the operating gas (eg, CO 2 , formaldehyde, etc.) that has penetrated into the electronic device is sensed. This will be described in more detail with reference to FIGS. 6 and 9 .

도 6을 참조하면, 기준 경로의 길이를 LR, 센싱 신호 경로의 길이를 LS, 프레임(660)에 대한 입사광과 반사광 사이의 전체 각도를 2θ라 할 때, 센싱 신호 경로의 길이 LS와 기준 경로의 길이 LR 간의 관계는 다음과 같은 수식 관계로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 6 , when the length of the reference path is L R , the length of the sensing signal path is L S , and the total angle between the incident light and the reflected light for the frame 660 is 2θ, the length of the sensing signal path is L S and The relationship between the lengths L R of the reference path can be expressed by the following equation.

Figure 112020136920221-pat00001
Figure 112020136920221-pat00001

또한, 기준 경로의 광세기를 IR, 센싱 신호 경로의 광세기를 IS라 할 때, IR과 IS는 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert law)에 의해 다음과 같은 수식 관계로 나타낼 수 있다.In addition, when the light intensity of the reference path is IR , and the light intensity of the sensing signal path is I S , IR and IS can be expressed as the following equations by the Beer-Lambert law. have.

Figure 112020136920221-pat00002
Figure 112020136920221-pat00002

여기서, I0는 초기 방출 빔의 세기, α는 흡수 계수, LR은 기준 경로의 길이, LS는 센싱 신호 경로의 길이, C는 가스 농도를 각각 나타낸다.Here, I 0 is the intensity of the initial emission beam, α is the absorption coefficient, L R is the length of the reference path, L S is the length of the sensing signal path, and C is the gas concentration.

또한, 이상과 같은 IR과 IS는 다음의 수식과 같이 정리할 수 있다.In addition, IR and IS as described above can be arranged as follows.

Figure 112020136920221-pat00003
Figure 112020136920221-pat00003

여기서, LS = 2*LR 이라 가정하면, Here, L S = 2*L R Assuming that

ln(IR/IS) = C *α* LR ln(I R /I S ) = C *α* L R

즉, IR/IS(전류 비율)∝C(가스 농도)임을 알 수 있다.That is, it can be seen that I R /I S (current ratio)∝C (gas concentration).

이를 통해 기준 광경로(LR)와 센싱 광경로(LS)의 차이를 이용하여 전자기기의 내부에 침투한 가스(예를 들면, CO2, 포름알데히드 등)의 농도를 측정하게 되는것이다.Through this, the concentration of the gas (eg, CO 2 , formaldehyde, etc.) penetrating into the electronic device is measured using the difference between the reference light path (L R ) and the sensing light path ( LS ).

도 9는 광원에서 방출된 광의 세기와 거리와의 관계, 광센서와 가스 농도와의 관계 등을 나타낸 것으로서, (A)는 초기 방출 빔 세기와 거리와의 관계, (B)는기준 경로와 센싱 경로에 대한 광센서의 출력과 가스 농도와의 관계, (C)는 기준 경로 광센서의 출력에 대한 센싱(신호) 경로 광센서 출력의 정규화 비(ratio)를 각각 나타낸 그래프이다. 9 shows the relationship between the intensity of light emitted from the light source and the distance, and the relationship between the photosensor and the gas concentration, (A) is the relationship between the initial emission beam intensity and the distance, (B) is the reference path and sensing The relationship between the output of the photosensor with respect to the path and the gas concentration, (C) is a graph showing the normalized ratio of the output of the sensing (signal) path photosensor to the output of the reference path photosensor, respectively.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치는 물체의 변위를 광조사 및 광센싱에 의해 감지함으로써, 작은 변위를 감지할 수 있고, 이에 따라 고감도 센서로 활용할 수 있는 장점이 있다.As described above, the contact pressure and gas concentration sensing device according to the present invention senses the displacement of an object by light irradiation and light sensing, and thus can detect a small displacement, and thus has the advantage of being used as a high-sensitivity sensor. .

또한, 광원과 광센서의 간소한 구조로 되어 있어 감지 장치의 크기를 소형화할 수 있고, 이에 따라 작은 크기의 전자기기에도 하나의 스위치 수단으로 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다. In addition, since the light source and the optical sensor have a simple structure, the size of the sensing device can be miniaturized, and accordingly, there is an advantage that it can be easily applied to a small electronic device as a single switch means.

또한, 전자기기 내에 침투된 특정 가스의 농도를 광조사 및 광센싱에 의해 감지함으로써, 특정 작업 공간이나 장소에서의 유해 가스(포름알데이히드 등)의 농도를 측정할 수 있고, 이에 따라 유해 가스에의 노출에 따른 안전 사고 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by detecting the concentration of a specific gas that has penetrated into the electronic device by light irradiation and light sensing, it is possible to measure the concentration of a harmful gas (formaldehyde, etc.) in a specific work space or place, and, accordingly, the harmful gas It has the effect of preventing the occurrence of safety accidents due to exposure to in advance.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail through preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and it is common in the art that various changes and applications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. self-explanatory to the technician. Therefore, the true protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

110, 610: 광원 120, 620a, 620b, 620c: 광센서
130: 광원 구동부 140: 광센서 구동부
150: 제어부 160, 660: 프레임
510: 광학 브리지 회로 630: 격벽
640: 플레이트 650: 반사판110, 610: light source 120, 620a, 620b, 620c: optical sensor
130: light source driving unit 140: optical sensor driving unit
150: control unit 160, 660: frame
510: optical bridge circuit 630: bulkhead
640: plate 650: reflector

Claims (22)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 전자기기의 내부 공간에서 다른 물체와의 접촉 없이 일직선으로 진행하는 기준 광경로(LR)의 광과, 상기 전자기기의 프레임의 내부 표면에 의한 반사광 경로 또는 내부 공간에 설치된 별도의 반사판에 의한 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)의 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과;
상기 광원으로부터 조사된 일직선의 기준 광경로(LR)의 광과, 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)의 광을 각각 감지하는 적어도 2개의 광센서를 포함하고,
상기 광센서에 의해 상기 프레임의 접촉 압력에 의한 변위 발생 부위에 조사된 광의 반사광을 검출함으로써 상기 프레임의 변위에 따른 접촉 압력을 감지하거나, 상기 기준 광경로(LR)와 센싱 광경로(LS)의 차이를 이용하여 상기 전자기기의 내부에 침투한 가스의 농도를 측정하며,
상기 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)는 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로로 구성되되, 상기 압력 센싱 광경로는 상기 프레임의 내부 표면에 의한 반사광 경로를 가지도록 구성되고, 상기 가스 센싱 광경로는 상기 별도의 반사판에 의한 반사광 경로를 가지도록 구성된 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치.
Light of the reference light path (L R ) that travels in a straight line without contact with other objects in the internal space of the electronic device, and the reflected light path by the inner surface of the frame of the electronic device or reflected light by a separate reflector installed in the internal space At least one light source for irradiating the light of the sensing light path ( LS ) that is a path;
At least two optical sensors for sensing the light of the reference light path (L R ) of the straight line irradiated from the light source and the light of the sensing light path ( LS ), which is the reflected light path, respectively,
The optical sensor detects the contact pressure according to the displacement of the frame by detecting the reflected light of the light irradiated to the portion where the displacement occurs due to the contact pressure of the frame, or the reference light path L R and the sensing light path L S ) to measure the concentration of the gas that has penetrated the inside of the electronic device using the difference,
The sensing light path L S as the reflected light path is composed of a pressure sensing light path and a gas sensing light path, wherein the pressure sensing light path is configured to have a reflected light path by the inner surface of the frame, and the gas sensing light path The furnace is configured to have a reflected light path by the separate reflector. Contact pressure and gas concentration sensing device.
 제14항에 있어서,
상기 광원은 LED 또는 반도체 레이저인 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치.
15. The method of claim 14,
The light source is an LED or a semiconductor laser contact pressure and gas concentration sensing device.
 제15항에 있어서,
상기 반도체 레이저는 수직 캐비티 표면 발광 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL)인 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치.
16. The method of claim 15,
wherein the semiconductor laser is a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).
 제14항에 있어서,
상기 반사광 경로인 센싱 광경로(LS)는 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로로 구성되되, 상기 압력 센싱 광경로와 가스 센싱 광경로는 상기 프레임의 내부 표면에 의한 반사광 경로로서 동일한 반사광 경로를 가지도록 구성된 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치.
15. The method of claim 14,
The sensing light path ( LS ), which is the reflected light path, is composed of a pressure sensing light path and a gas sensing light path, and the pressure sensing light path and the gas sensing light path are the same reflected light path as the reflected light path by the inner surface of the frame. A contact pressure and gas concentration sensing device configured to have.
 제14항에 있어서,
상기 기준 광경로(LR)의 광을 감지하는 광센서와 상기 센싱 광경로(LS)의 광을 감지하는 광센서 사이에는 기준 광경로(LR)의 광과 센싱 광경로(LS)의 광 간의 상호 간섭을 차단하기 위한 격벽이 구비된 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치.
15. The method of claim 14,
Between the optical sensor for detecting the light of the reference light path (L R ) and the optical sensor for sensing the light of the sensing light path ( LS ), the light of the reference light path (L R ) and the sensing light path ( LS ) A contact pressure and gas concentration sensing device provided with a barrier rib to block mutual interference between light.
 삭제delete 제14항에 있어서,
상기 압력 센싱 광경로의 광과 상기 가스 센싱 광경로의 광을 하나의 광센서에 의해 감지하도록 구성된 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치.
15. The method of claim 14,
A contact pressure and gas concentration sensing device configured to sense the light of the pressure sensing light path and the light of the gas sensing light path by one optical sensor.
 제14항에 있어서,
상기 압력 센싱 광경로의 광과 상기 가스 센싱 광경로의 광을 압력 센싱용 광센서와 가스 센싱용 광센서에 의해 각각 감지하도록 구성된 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치.
15. The method of claim 14,
A contact pressure and gas concentration sensing device configured to sense the light of the pressure sensing light path and the light of the gas sensing light path by an optical sensor for pressure sensing and an optical sensor for gas sensing, respectively.
 제21항에 있어서,
상기 가스 센싱용 광센서는 가스의 종류에 따라 각각의 가스 센싱 광경로의 광을 감지하는 광센서로 구성되고, 상기 가스 센싱용 광센서의 표면에는 상기 광원에서 조사된 광의 목표(target) 파장에 감응하는 필터가 구비된 접촉 압력 및 가스 농도 감지 장치. 22. The method of claim 21,
The optical sensor for gas sensing is composed of an optical sensor that detects light in each gas sensing optical path according to the type of gas, and the surface of the optical sensor for gas sensing has a target wavelength of light irradiated from the light source. Contact pressure and gas concentration sensing device with a sensitive filter.
KR1020200176640A 2020-12-16 2020-12-16 Contact force and gas concentration sensing apparatus KR102434637B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200176640A KR102434637B1 (en) 2020-12-16 2020-12-16 Contact force and gas concentration sensing apparatus
PCT/KR2020/018947 WO2022131427A1 (en) 2020-12-16 2020-12-23 Device for sensing contact pressure and gas concentration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200176640A KR102434637B1 (en) 2020-12-16 2020-12-16 Contact force and gas concentration sensing apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220086307A KR20220086307A (en) 2022-06-23
KR102434637B1 true KR102434637B1 (en) 2022-08-19

Family

ID=82057779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200176640A KR102434637B1 (en) 2020-12-16 2020-12-16 Contact force and gas concentration sensing apparatus

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102434637B1 (en)
WO (1) WO2022131427A1 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2538202A4 (en) * 2010-02-16 2018-03-21 Hamamatsu Photonics K.K. Gas concentration calculation device and gas concentration measurement module
US9619084B2 (en) * 2012-10-04 2017-04-11 Corning Incorporated Touch screen systems and methods for sensing touch screen displacement
US20140168153A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-19 Corning Incorporated Touch screen systems and methods based on touch location and touch force
US20170185231A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Ronald Paul Russ System and method of determining a touch input for selecting a feature on a touch display
KR101942273B1 (en) * 2017-02-03 2019-04-11 대양전기공업 주식회사 A semiconductor pressure sensor having four connection pads
KR101979647B1 (en) 2017-09-19 2019-05-17 주식회사 우정하이텍 Force touch sensor using strain gauge

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022131427A1 (en) 2022-06-23
KR20220086307A (en) 2022-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104678451B (en) Optical sensor
US8344314B2 (en) Pressure sensor
KR101581061B1 (en) Light barrier and method for detecting objects
KR20090019338A (en) Optical sensor
EP1103009B1 (en) Optical system for detecting an obstruction
KR102434637B1 (en) Contact force and gas concentration sensing apparatus
US9677873B2 (en) Apparatus, method and computer program for determining a distance to an object using a determined peak width of a self-mixing interference (SMI) signal
US20100096553A1 (en) Reflective optical sensor and switches and systems therefrom
JP2003532278A (en) Apparatus and method for capturing and detecting an object or person in a passenger compartment
US7242017B2 (en) Device to detect and/or characterize individual moving objects having very small dimensions
JPH0429477B2 (en)
JPH0815414A (en) Optical radar equipment for vehicle
US20230367009A1 (en) Distance measurement using field of view
JP6085030B2 (en) Information detector, information measuring instrument, and information detecting method
JPH06137862A (en) Optical sensor
KR102265564B1 (en) Scattered light type gas sensing system
JPH07208944A (en) Object detecting sensor for narrow space
US20230408658A1 (en) Verification of the functionality of a laser scanner
JP3270800B2 (en) Distance sensor
JP2017094173A (en) Information detection apparatus and information detection method
JPH09200022A (en) Touch key
CN117570857A (en) Correlation displacement detection sensor and detection method thereof
JP2015029760A (en) Information detector and information detection method
WO2016002560A1 (en) Measuring device
Lataire Optical Sensors For Factory Automation.

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant