KR102448239B1

KR102448239B1 - 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법

Info

Publication number: KR102448239B1
Application number: KR1020200089641A
Authority: KR
Inventors: 이상열; 김영로
Original assignee: 주식회사 지엔피컴퍼니
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-09-29
Also published as: KR20220010916A

Abstract

본 발명은 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도체 및 부도체 물체가 전계가 형성된 스트립(선)에 비접촉 근접하는 경우에, 도체 및 부도체에 따른 스트립의 전계의 변화가 생기는 것을 센싱하며, 전계의 변화가 생긴 스트립 열 혹은 행의 위치 변화를 저장하여 비접촉 근접 센싱 모듈의 전원을 온오프하기 위한 트리거 역할로 활용하는 물체의 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은 첫째, 감지선에 고주파를 인가하여 전계를 형성하고, 고주파에 해당하는 교류신호가 잘 통과할 수 있도록 임피던스값을 높여줌으로써 전계의 작은 변화도 감지 할 수 있다. 둘째, 작은 전계의 변화도 감지할 수 있으므로 정전용량 측정회로 및 보정회로와 같은 Bulk(벌크)한 전자소자가 필요하지 않아서 회로의 전체부피를 줄일 수 있다. 셋째, 일정주기를 갖고 하나의 감지선에만 고주파가 인가되어 전계가 형성됨으로 이웃한 감지선의 전계의 영향으로 간섭현상이 일어나지 않는다. 넷째, 이웃한 감지선의 전계의 간섭현상이 일어나지 않으므로 간섭의 따른 데드포인트가 형성되지 않는다.

Description

물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법{non-contacting serial point or line sensing module and method of Object}

본 발명은 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도체 및 부도체 물체가 전계가 형성된 스트립(선)에 비접촉 근접하는 경우에, 도체 및 부도체에 따른 스트립의 전계의 변화가 생기는 것을 센싱하며, 전계의 변화가 생긴 스트립 열 혹은 행의 위치 변화를 저장하여 비접촉 근접 센싱 모듈의 전원을 온오프하기 위한 트리거 역할로 활용하는 물체의 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 물체 접근을 감지하는 장치는 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분된다.

접촉식은 장애물과 같은 물체의 접촉으로 인해 발생하는 전기적 부하의 변화나 공압의 변화를 감지하여 물체의 접근 여부를 판단하는 방식이고, 비접촉식은 정전용량의 변화 및 자기장 또는 전계(electric field)의 변화 등을 이용하여 장애물의 접근 여부를 판단하는 방식이다. 종래의 일예에 따른, 정전용량 방식 장애물 감지장치는 정전용량을 감지하는 정전용량 센싱 모듈에서 출력된 신호 변화를 감지하여 물체의 접근여부를 판단한다.

특히, 차량의 도어나 윈도우 주변부를 따라 설치되는 센서 스트립의 경우, 유연성이 좋은 고무재질의 절연체 내부에 얇은 띠 형태의 전도체가 삽입된 것으로 상기 스트립(전도체)이 커패시터의 전극역할을 하여, 상기 스트립 근처에 도체 및 부도체가 비접촉 근접했을 때 스트립의 정전용량이 변화하며 이에 따라 전계가 변화한다. 이에 따라서, 센서 스트립과 연결된 RF발진기의 발진 주파수가 달라짐에 따라 정전용량 감지회로의 출력신호가 허용 주파수범위를 벗어나 상기 센서 스트립에 도체 및 부도체 물체의 접근이 있는 것으로 판단한다.

그런데, 이러한 종래의 물체 접근 감지 장치는 물체나 장치 중 어느 하나가 이동하는 경우, 이동속도에 대비하여 물체를 감지하는 거리가 상대적으로 짧으므로 물체나 장치의 이동속도가 빠른 경우 물체가 장치와 상호 충돌할 수 있다는 문제점이 있다.

한국공개특허 제10-2019-0065017호 (2019.06.11)

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명은 상기 센서스트립에 도체 및 부도체의 물체가 비접촉 센서에 접근 하였을 때, 상기 스트립에 형성된 전계의 작은 변화도 예민하게 감지하여 물체가 상기 스트립에 근접해 있음을 확인하며, 상기 스트립 각각에 연결되어 있는 RF스위치 각각을 수 마이크로초 이내에 주기적으로 온오프 시킴으로써, 주기반복적으로 단 하나의 패턴 감지선에 RF(주파수)가 걸릴 수 있도록 하여, 상기 패턴 감지선과 이웃한 패턴 감지선에는 주파수가 인가되지 않아 미약한 유도전계만 형성되어 서로 간섭현상으로 일어날 수 있는 오동작 현상을 완화시킬 수 있다.

또한, 전계의 변화가 생긴 감지선의 위치를 정확하게 파악할 수 있으며 이러한 전계 변화가 생긴 패턴 감지선들의 변화 패턴을 저장하여, 상기 센서 패턴 감지선을 포함하고 있는 모듈의 전원을 온오프 시키는 트리거로써 활용할 수 있는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른, 물체의 비접촉 근접 시리얼 위치 센싱 모듈은 n행의 감지선들 및 m열의 감지선들이 격자무늬로 배치되어 있고, 상기 nxm 배열의 감지선들이 연결되어 있는 플레이트를 포함하고 있는 감지선보드부;와 상기 감지선보드부의 상기 n행 및 m열 감지선들 각각에 연결되어 있는 발진 주파수가 인가될 수 있도록, 발진기의 전원의 스위치(Radio frequency Switches)들의 온오프를 조절하는 RF스위칭제어회로부;와 상기 RF스위칭제어회로부에서 상기 n행중에 어느 하나의 행 혹은 상기 m열중에 어느 하나의 열에 연결된 RF스위치가 on되었을 때, 상기 감지선에 전계가 형성되도록 고주파를 인가해주는 RF전계형성부;와 상기 RF전계형성부에서 전계가 형성된 감지선에 연결되어 있는 상기 플레이트 위를 물체가 비접촉 근접함에 따른 전계가 변화하는 것을 센싱하는 전계센싱부;및 상기 전계센싱부가 측정한 상기 감지선의 전계 값의 변화를 통해, 상기 감지선보드부에 물체가 비접촉 근접한 패턴 또는 비접 근접한 지점을 판단하는 판단부;를 포함하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 감지선보드부는 상기 n행과 m열의 감지선들이 상기 nxm 배열의 격자무늬 형태로 배열되어 있으며, 상기 감지선들은 유연성이 좋은 고무재질의 절연체 내부에 전도체가 삽입되어 캐페시터(capacitor)역할을 하는 상기 감지선들이 연결되어 있는 플레이트;와 상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 패턴 정보를 상기 판단부로부터 입력받는 보드전원부; 및 상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 일부 지점(위치)에 대한 정보를 상기 판단부로부터 입력받는 시크릿포인팅부;를 포함하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 보드전원부는 상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 패턴 정보를 상기 판단부로부터 입력받아, 상기 감지선보드부의 전원 스위치를 온(On)하거나 오프(Off)하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 시크릿포인팅부는 상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 일부 지점에 대한 정보를 상기 판단부로부터 입력받아, 상기 nxm의 감지선들의 일부 지점에 연결되어 있는 번호소자 전원 온(On)하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 RF스위칭제어회로부는, 수초이내의 주기를 갖고 반복적으로 상기 nxm 배열의 감지선들 중의 어느 단 하나의 행 혹은 열의 감지선에 연결된 주파수 발진기 스위치(RF스위치)를 온(on)시키며, 상기 어느 하나의 감지선에 연결된 RF스위치가 온(on)되면, 이 외의 감지선들에 연결된 RF스위치가 모두 off 되도록 하여, 상기 nxm의 감지선들에 연결된 각 각의 RF스위치가 주기 반복적으로 하나씩만 온(on)되도록 하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 RF전계형성부는 상기 nxm배열의 감지선들 중에서 어느 하나의 전선에 연결된 RF스위치가 on되었을 때, 상기 온(on)된 RF스위치에 연결된 감지선에는 구동전압(DC)이 걸리고, 상기 감지선에 고주파의 발진 주파수를 인가하여 전계가 형성되도록 하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 RF전계형성부는 수초이내의 일정주기로 오로지 하나의 감지선에만 고주파를 인가하며, 상기 전계가 형성된 감지선 이 외의 감지선들에는 고주파를 인가하지 않는 것을 특징으로 하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 전계센싱부는 상기 RF전계형성부에서 고주파 발진 주파수를 인가하여 전계가 형성된 감지선과 연결되어 있는 상기 플레이트에 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접했을 때, 상기 감지선에 형성된 전계의 변화한 값을 측정하고,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 판단부는 상기 감지선보드부 위를 도체 및 부도체의 물체가 접근하지 않았을 때, 상기 온(on)된 RF스위치에 연결되어 있는 감지선에 형성된 전계의 설계값이 입력되어 있는 것을 특징으로 하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 판단부는 상기 전계가 형성된 감지선 위를 상기 도체 및 부도체의 물체가 비접촉 근접할 때, 상기 감지선에 측정된 전계의 측정값을 입력받아 상기 전계의 설계값과 비교하고, 상기 전계의 측정값과 전계의 설계값이 서로 상이할 경우에 상기 감지선에 물체가 비접촉 근접한 것으로 판단하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 판단부는 상기 판단된 정보를 기반으로 상기 감지선보드부를 제어할 신호 정보를 생성하여, 상기 감지선보드부에 전달하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 판단부는 상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)에 물체가 비접촉 근접했다고 판단한 상기 감지선의 행 혹은 열의 위치 정보를 저장하는 위치저장부;와 상기 위치저장부에서 입력되는 위치 정보가 n행에서 n+1행으로 순차적으로 증가하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우와 혹은, m열에서 m+1열로 순차적으로 증가하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우를 확인하였을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 온(on)시키라는 신호를 생성하여 상기 보드전원부에 전달하는 패턴신호전달부;를 포함하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 판단부는 상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)에 물체가 비접촉 근접했다고 판단한 상기 감지선의 행 혹은 열의 위치 정보를 저장하는 위치저장부;와 상기 위치저장부에서 입력되는 위치 정보가 n행에서 n-1행로 순차적으로 감소하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우 혹은, m열에서 m-1열로 순차적으로 감소하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우를 확인하였을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 오프(off)시키라는 신호를 생성하여 상기 보드전원부에 전달하는 패턴신호전달부;를 포함하며,

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 판단부는 상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)의 일부 지점에 물체가 비접촉 근접했다고 판단했을 때, 상기 감지선의 행 혹은 열의 일부 지점의 위치 정보를 저장하는 위치저장부;와 상기 위치저장부로부터 상기 일부 지점의 위치 정보를 입력받아, 상기 감지선 일부 지점 위치에 연결되어 있는 번호 소자를 온(on)시키라는 신호를 생성하며, 상기 제어 신호를 상기 시크릿포인팅부에 전달하는 위치신호전달부;를 포함하며,

본 발명의 실시예에 따른, 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱을 통해 상기 감지선보드부의 전원을 on 혹은 off하는 방법에 있어서, 플레이트와 연결되어 있는 nxm 배열의 감지선들에 연결되어 있는 RF스위치들이 일정주기로 on 혹은 off되는 단계;와 상기 RF스위치와 연결되어 있는 행과 열의 감지선들에 일정주기마다 반복적으로 전계가 형성되는 단계;와 상기 플레이트에 도체 및 부도체가 비접촉 근접함에 따른, 상기 RF스위치들과 연결되어 있는 어느 하나의 감지선에 전계 변화가 측정되는 단계;와 상기 행 혹은 열의 위치 정보가 입력 및 저장되는 단계;와 상기 저장된 행의 위치 정보가 n행에서 n+1행의 패턴으로, 열의 정보가 m에서 m+1로 순차적으로 입력되었을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 on시키라는 신호를 생성하는 단계;와 상기 감지선보드부에서 상기 신호를 전달받으면, 상기 감지선보드부의 전원을 on 시키는 단계;와 반대로, 상기 저장된 행의 위치 정보가 n+1행에서 n행의 패턴으로, 열의 정보가 m+1열에서 m열로 순차적으로 입력되었을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 off시키라는 신호를 생성하는 단계; 및 상기 감지선보드부에서 상기 신호를 전달받으면, 상기 감지선보드부의 전원을 off 시키는 단계;를 포함하며,

본 발명의 실시예에 따른, 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱을 통해 상기 감지선보드부의 번호소자를 on시키는 방법에 있어서, 플레이트와 연결되어 있는 nxm 배열의 감지선들에 연결되어 있는 RF스위치들이 일정주기로 on 혹은 off되는 단계;와 상기 RF스위치와 연결되어 있는 행과 열의 감지선들에 일정주기마다 전계가 형성되는 단계;와 상기 플레이트의 상기 번호소자와 연결되어 있는 행 혹은 열의 감지선의 일부 지점에서 도체 및 부도체가 비접촉 근접함에 따라, 상기 감지선의 일부 지점의 전계 변화가 측정되는 단계;와 상기 전계 변화가 측정된 감지선의 일부 지점 위치 정보가 입력 및 저장되는 단계; 및 상기 입력된 지점 위치 정보에 따라서 상기 번호소자 전원을 on시키는 단계;를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같은 물체의 비접촉 근접 시리얼 위치 센싱 모듈 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 고주파가 인가된 감지선에는 전계가 형성되고, 고주파에 해당하는 교류신호가 잘 통과할 수 있도록 임피던스값을 높여줌으로써 전계의 작은 변화도 감지 할 수 있다.

둘째, 감지선에 고주파를 인가하여 동작하게 하고, 물체의 근접을 인지하기 위하여 고속의 PLL을 이용하여 전계의 작은 변화를 수십 나노의 속도로 감지 할 수 있게 하였다.

셋째, 일정주기를 갖고 하나의 감지선에만 고주파 전계가 인가되어 전계가 형성됨으로 이웃한 감지선의 전계의 영향으로 간섭현상이 일어나지 않는다.

넷째, 이웃한 감지선의 RF 전계에 의한 유도 전계에 의한 간섭현상은 있으나 Common Mode로 동작시켜 상쇄 시키고 감지선의 외각 주변에 GND를 보강하면 문제가 없다.

도1은 본 발명의 구성도이다.
도2는 본 발명의 감지선보드부의 구성도이다.
도3과 도4는 본 발명의 감지선보드부의 모식도 및 회로도이다.
도5는 본 발명의 판단부의 구성도이다.
도6와 도7은 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱을 통해, 상기 감지선보드부의 전원을 온오프하는 방법 및 상기 감지선보드부의 번호소자를 on시키는 방법의 단계별 흐름도이다.
도8은 본 발명의 하나의 실시예로서 상기 감지선보드부의 전원을 온(on)시키는 방법의 모식도이다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도1은 본 발명의 구성도이다.

도1을 참고하면, 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱모듈은n행의 감지선들 및 m열의 감지선들이 격자무늬로 배치되어 있고, 상기 nxm 배열의 감지선들이 연결되어 있는 플레이트를 포함하고 있는 감지선보드부(10);와 감지선보드부(10)의 상기 n행 및 m열 감지선들 각각에 연결되어 있는 발진 주파수가 인가될 수 있도록, 발진기의 전원의 스위치(Radio frequency Switches)들의 온오프를 조절하는 RF스위칭제어회로부(20);와 RF스위칭제어회로부(20)에서 상기 n행중에 어느 하나의 행 혹은 상기 m열중에 어느 하나의 열에 연결된 RF스위치가 on되었을 때, 상기 감지선에 전계가 형성되도록 고주파를 인가해주는 RF전계형성부(30);와 RF전계형성부(30)에서 전계가 형성된 감지선에 연결되어 있는 상기 플레이트 위를 물체가 비접촉 근접함에 따른 전계가 변화하는 것을 센싱하는 전계센싱부(40); 및 전계센싱부(40)가 측정한 상기 감지선의 전계 값의 변화를 통해, 감지선보드부(10)에 물체가 비접촉 근접한 패턴 또는 비접 근접한 지점을 판단하는 판단부(50);를 포함한다.

도2는 본 발명의 감지선보드부의 구성도이며, 도3과 도4는 본 발명의 감지선보드부의 모식도 및 회로도이다.

도2 내지 도4를 참고하면, 감지선보드부(10)는 상기 n행과 m열의 감지선들이 상기 nxm 배열의 격자무늬 형태로 배열되어 있으며, 상기 감지선들은 유연성이 좋은 고무재질의 절연체 내부에 전도체가 삽입되어 캐페시터(capacitor)역할을 하는 상기 감지선들이 연결되어 있는 플레이트;와 상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 패턴 정보를 상기 판단부로부터 입력받는 보드전원부(10a); 및 상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 일부 지점(위치)에 대한 정보를 상기 판단부로부터 입력받는 시크릿포인팅부(10b);를 포함한다. 상세하게 설명하자면, 감지선보드부(10)는 보드전원부(10a)와 시크릿포인팅부(10b)를 포함하고 있으며, 판단부(50)으로부터 보드전원부(10a)와 시크릿포인팅부(10b)를 제어하는 신호를 전달받는다. 보드전원부(10a)의 경우, 판단부(50)로부터 상기 물체가 비접촉 접근한 감지선들의 열 혹은 행 위치 변화(패턴 정보)에 따른, 감지선보드부(10)의 전원의 스위치를 온(on)시킬 것인지 혹은 오프(off)시킬 인지의 정보를 입력받아, 패턴정보에 따라서 감지선보드부(10)의 전원을 온(on) 혹은 오프(off)시킨다.

시크릿포인팅부(10b)의 경우, 상기 nxm의 감지선들의 일부 지점에 연결되어 있는 일부 번호소자에 도체 및 부도체가 비접촉 근접함에 따른 판단부(50)로부터 상기 일부 번호소자의 전원을 on시키라는 정보를 제공받아, 감지선보드부(10)의 상기 입력받은 번호소자의 전원을 on시켜준다.

RF스위칭제어회로부(20)는, 수초이내의 주기를 갖고 반복적으로 상기 nxm 배열의 감지선들 중의 어느 단 하나의 행 혹은 열의 감지선에 연결된 주파수 발진기 스위치(RF스위치)를 온(on)시키며, 상기 어느 하나의 감지선에 연결된 RF스위치가 온(on)되면, 이 외의 감지선들에 연결된 RF스위치가 모두 off 되도록 하여, 상기 nxm의 감지선들에 연결된 각 각의 RF스위치가 주기 반복적으로 하나씩만 온(on)되도록 한다.

즉, 상기 nxm개의 감지선들에 연결되어 있는, nxm개의 주파수 발진기 스위치들 각각은 각 주기마다 한 개씩만 turn on 되며, 하나의 감지선에 연결된 RF스위치가 on이 되면 이 외의 감지선들에 연결된 RF스위치는 모두 off 되도록 한다. 따라서 오로지 하나의 감지선에 연결된 RF스위치만이 작동되도록 한다.

RF전계형성부(30)는 상기 nxm배열의 감지선들 중에서 어느 하나의 전선에 연결된 RF스위치가 on되었을 때, 상기 온(on)된 RF스위치에 연결된 감지선에는 구동전압(DC)이 걸리고, 상기 감지선에 고주파의 발진 주파수를 인가하여 전계가 형성되도록 하며, 즉, RF스위칭제어회로부(20)에서 수초마이크로세컨드 주기로 오로지 하나의 감지선에 연결된 RF스위치만 turn-on 될 수 있도록 제어하기 때문에, 하나의 감지선에 연결된 RF스위치가 온(on)되며, 상기 감지선에만 구동전압(DC)가 인가된다. 이 때, RF전계형성부(30)는 상기 감지선에 고주파의 발진 주파수를 인가하여 상기 감지선에 전계가 형성되도록 한다. 이와 같이 상기 하나의 감지선에 고주파 인가에 따른 전계가 형성될 때, 상기 감지선 이 외의 다른 감지선은 전계가 형성되지 않아 서로 간섭현상이 생기지 않는 것을 특징으로 한다. 즉, 일정주기를 갖고 하나의 감지선에만 고주파가 인가되어 전계가 형성됨으로 이웃한 감지선의 전계의 영향으로 간섭현상이 일어나지 않도록 한다.

전계센싱부(40)는 RF전계형성부(30)에서 고주파 발진 주파수를 인가하여 전계가 형성된 감지선과 연결되어 있는 상기 플레이트에 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접했을 때, 상기 감지선에 형성된 전계의 변화한 값을 측정한다. 즉, 전계센싱부(40)에는 이미 상기 플레이트에 도체 및 부도체가 비접촉하기 전에 기존의 RF 발진 주파수를 감지선에 인가하였을 때, 생성되는 정전용량값 및 전계의 계측값(설계값) 정보가 저장되어 있으며, 주기에 따라 상기 감지선에 다시 한 번 더 전계가 형성이 되며, 이 때 경우에 전계센싱부(40)는 상기 감지선에 상기 도체 및 부도체의 물체가 비접촉 접근함에 따른 전계값의 변화를 측정한다.

추가적으로 상기 도체 및 부도체의 물체가 도3과 도4와 같이, 상기 플레이트 위를 1,2,3 으로 순차적으로 열 혹은 행의 위치가 커지는 순으로 이동하는 경우 보드전원부(10a)로 하여금 전원을 on 시키도록 하며, 반대로 이동하는 경우 전원을 off시키도록 한다. 혹은 이와 반대의 경우로 진행되도록 하는 것도 가능하다. 즉, 상기 플레이트 위를 1,2,3으로 순차적으로 열 혹은 행의 위치가 커지는 순으로 이동하는 경우 보드전원부(10a)로 하여금 전원을 off시키도록 하며, 반대로 이동하는 경우 전원을 on시키도록 한다.

도5는 본 발명의 판단부의 구성도이다.

도5를 참고하면 판단부(50)는 감지선보드부(10) 위를 도체 및 부도체의 물체가 접근하지 않았을 때, 상기 온(on)된 RF스위치에 연결되어 있는 감지선에 형성된 전계의 설계값이 입력 저장되어있다. 이로써 판단부(50)는 상기 전계가 형성된 감지선 위를 상기 도체 및 부도체의 물체가 비접촉 근접할 때, 상기 감지선에 측정된 전계의 측정값을 입력받아 상기 전계의 설계값과 비교하고, 상기 전계의 측정값과 전계의 설계값이 서로 상이할 경우에 상기 감지선에 물체가 비접촉 근접한 것으로 판단한다. 이로써 판단부(50)는 상기 판단된 정보를 기반으로 감지선보드부(10)를 제어할 신호 정보를 생성하여, 감지선보드부(10)에 전달한다.

상세하게 설명하면, 판단부(50)는 위치저장부(51)와 패턴신호전달부(50a) 및 위치신호전달부(50b)로 구성되어 있다. 위치저장부(51)는 상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)에 물체가 비접촉 근접했다고 판단한 상기 감지선의 행 혹은 열의 위치 정보를 저장하며, 패턴신호전달부(50a)는 위치저장부(51)에서 입력되는 위치 정보가 n행에서 n+1행으로 순차적으로 증가하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우와 혹은, m열에서 m+1열로 순차적으로 증가하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우를 확인하였을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 온(on)시키라는 신호를 생성하여 보드전원부(10a)에 전달한다. 반대로, 위치저장부(51)에서 입력되는 위치 정보가 n행에서 n-1행로 순차적으로 감소하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우 혹은, m열에서 m-1열로 순차적으로 감소하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우를 확인하였을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 오프(off)시키라는 신호를 생성하여 상기 보드전원부(10a)에 전달한다.

판단부(50)는 전계센싱부(40)로부터 상기 도체 및 부도체의 물체가 상기 nxm 배열의 감지선에 접근하지 않은 상태에서, 상기 On된 RF스위치와 연결된 감지선에 RF의 발진 주파수가 인가된 전계의 계측값(설계값)과, 상기 감지선에 물체가 비접촉 근접할 때의 상기 감지선에 측정된 전계의 값을 입력받아 상기 두 전계의 값을 비교한다. 상기 두 전계의 값이 서로 다를 경우에 상기 감지선에 물체가 비접촉 근접한 것으로 판단한다. 또한, 위치저장부(51)는 상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)의 일부 지점에 물체가 비접촉 근접했다고 판단했을 때, 상기 감지선의 행 혹은 열의 일부 지점의 위치 정보를 저장하며, 위치신호전달부(50b) 위치저장부로(51)부터 상기 일부 지점의 위치 정보를 입력받아, 상기 감지선 일부 지점 위치에 연결되어 있는 번호 소자를 온(on)시키라는 신호를 생성하며, 상기 제어 신호를 상기 시크릿포인팅부(10b)에 전달한다.

즉, 판단부(50)에서 상기 어느 하나의 감지선의 전계 변화의 측정값을 전계센싱부(40)으로부터 입력받아 상기 감지선에 물체가 비접촉 근접함을 판단하였을 때, 그 때의 그 감지선의 열의 위치 정보 혹은 행의 위치 정보를 위치저장부(51)에 저장한다. 위치저장부(51)에 저장된 위치정보들이 일련의 열의 정보이거나 혹은 행의 정보로 나타나내지는 것을 확인한 경우, 예를 들어 저장되어 있는 위치정보가 1행에서 2행으로 물체가 비접촉 접근했음한 패턴을 확인했을 때, 감지선보드부(10)의 전원 스위치를 오프시키라는 신호를 생성하여 보드전원부(10a)로 전달한다. 이에 따라서 보드전원부(10a)는 해당 신호를 받자마자 감지선보드부(10)의 전원을 오프시킨다.

또한, 판단부(50)의 위치저장부(51)는 상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 라인(Line)의 일부 지점에 물체가 비접촉 근접했다고 판단한, 상기 감지선의 행 혹은 열의 일부 지점의 위치 정보를 저장한다. 상기 저장된 감지선의 지점의 위치 정보는 상기 지점에 연결된 감지선보드부(10)의 번호 소자의 위치 값이다. 위치저장부(51)로부터 상기 감지선의 지점의 위치 정보를 입력받았을 때, 상기 지점 위치에 연결된 번호 소자를 온(on)시키라는 신호를 생성하며 이를 시크릿포인팅부(10b)에 전달한다. 이에 따라 시크릿포인팅부(10b) 상기 입력받은 감지선의 지점 위치에 연결된 상기 번호 소자를 (on)시킨다.

도6와 도7은 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱을 통해, 상기 감지선보드부의 전원을 온오프하는 방법 및 상기 감지선보드부의 번호소자를 on시키는 방법의 단계별 흐름도이다.

도6를 참고하면, 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱을 통해 상기 감지선보드부의 전원을 on 혹은 off하는 방법에 있어서, 플레이트와 연결되어 있는 nxm 배열의 감지선들에 연결되어 있는 RF스위치들이 일정주기로 on 혹은 off되는 단계;와 상기 RF스위치와 연결되어 있는 행과 열의 감지선들에 일정주기마다 반복적으로 전계가 형성되는 단계;와 상기 플레이트에 도체 및 부도체가 비접촉 근접함에 따른, 상기 RF스위치들과 연결되어 있는 어느 하나의 감지선에 전계 변화가 측정되는 단계;와 상기 행 혹은 열의 위치 정보가 입력 및 저장되는 단계;와 상기 저장된 행의 위치 정보가 n행에서 n+1행의 패턴으로, 열의 정보가 m에서 m+1로 순차적으로 입력되었을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 on시키라는 신호를 생성하는 단계;와 상기 감지선보드부에서 상기 신호를 전달받으면, 상기 감지선보드부의 전원을 on 시키는 단계;와 반대로, 상기 저장된 행의 위치 정보가 n+1행에서 n행의 패턴으로, 열의 정보가 m+1열에서 m열로 순차적으로 입력되었을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 off시키라는 신호를 생성하는 단계; 및 상기 감지선보드부에서 상기 신호를 전달받으면, 상기 감지선보드부의 전원을 off 시키는 단계;를 포함한다.

도7을 참고하면, 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱을 통해 상기 감지선보드부의 번호소자를 on시키는 방법에 있어서, 플레이트와 연결되어 있는 nxm 배열의 감지선들에 연결되어 있는 RF스위치들이 일정주기로 on 혹은 off되는 단계;와 상기 RF스위치와 연결되어 있는 행과 열의 감지선들에 일정주기마다 전계가 형성되는 단계;와 상기 플레이트의 상기 번호소자와 연결되어 있는 행 혹은 열의 감지선의 일부 지점에서 도체 및 부도체가 비접촉 근접함에 따라, 상기 감지선의 일부 지점의 전계 변화가 측정되는 단계;와 상기 전계 변화가 측정된 감지선의 일부 지점 위치 정보가 입력 및 저장되는 단계; 및 상기 입력된 지점 위치 정보에 따라서 상기 번호소자 전원을 on시키는 단계;를 포함한다.

도8은 본 발명의 하나의 실시예로서 상기 감지선보드부의 전원을 온(on)시키는 방법의 모식도이다.

상기 플레이트와 연결되어 있는 상기 nxm 배열의 감지선들에 연결되어 있는 스위치들이 일정주기로 on 되었을 때, 상기 감지선에 고주파가 인가되어 전계가 형성되고, 상기 전계가 형성된 감지선의 일부 지점에 도체 및 부도체가 비접촉 근접함에 따라 전계변화가 측정됨에 따라 상기 감지선의 일부지점의 위치정보가 위치저장부(51)에 저장이 되며, 위치저장부(51)에 저장된 상기 감지선의 일부 지점 위치정보를 위치신호전달부(50b)가 시크릿포인팅부(10b)로 전달하면, 시크릿포인팅부(10b)는 상기 위치정보에 해당하는 번호소자를 온(on)시켜 물체가 비접촉 근접한 감지선의 일부 지점 즉 비접촉 선택한 번호소자가 선택됨을 LED 소자로 구현해 낼 수 있다.

본 발명인 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈 및 방법을 실시함으로써, 첫째, 고주파가 인가된 감지선에는 전계가 형성되고, 고주파에 해당하는 교류신호가 잘 통과할 수 있도록 임피던스값을 높여줌으로써 전계의 작은 변화도 감지 할 수 있다. 또한, 감지선에 고주파를 인가하여 동작하게 하고, 물체의 근접을 인지하기 위하여 고속의 PLL을 이용하여 전계의 작은 변화를 수십 나노의 속도로 감지 할 수 있게 하였으며, 일정주기를 갖고 하나의 감지선에만 고주파 전계가 인가되어 전계가 형성됨으로 이웃한 감지선의 전계의 영향으로 간섭현상이 일어나지 않는다는 특장점이 있다. 마지막으로 이웃한 감지선의 RF 전계에 의한 유도 전계에 의한 간섭현상은 있으나 Common Mode로 동작시켜 상쇄 시키고 감지선의 외각 주변에 GND를 보강하면 문제가 없다는 특장점이 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 감지선보드부 10a: 보드전원부
10b: 시크릿포인팅부 20: RF스위칭제어회로부
30: RF전계형성부 40: 전계센싱부
50: 판단부 51; 위치저장부
50a: 패턴신호전달부 50b: 위치신호전달부

Claims

n행의 감지선들 및 m열의 감지선들이 격자무늬로 배치되어 있고, nxm 배열의 감지선들이 연결되어 있는 플레이트를 포함하고 있는 감지선보드부;와
상기 감지선보드부의 상기 n행 및 m열 감지선들 각각에 연결되어 있는 발진 주파수가 인가될 수 있도록, 발진기의 전원의 스위치(Radio frequency Switches)들의 온오프를 조절하는 RF스위칭제어회로부;와
상기 RF스위칭제어회로부에서 상기 n행중에 어느 하나의 행 혹은 상기 m열중에 어느 하나의 열에 연결된 RF스위치가 on되었을 때, 상기 감지선에 전계가 형성되도록 고주파를 인가해주는 RF전계형성부;
상기 RF전계형성부에서 전계가 형성된 감지선에 연결되어 있는 상기 플레이트 위를 물체가 비접촉 근접함에 따른 전계가 변화하는 것을 센싱하는 전계센싱부; 및
상기 전계센싱부가 측정한 상기 감지선의 전계 값의 변화를 통해, 상기 감지선보드부에 물체가 비접촉 근접한 패턴 또는 비접촉 근접한 지점을 판단하는 판단부;를 포함하며,
상기 RF전계형성부는, 상기 nxm배열의 감지선들 중에서 어느 하나의 전선에 연결된 RF스위치가 on되었을 때, 상기 온(on)된 RF스위치에 연결된 감지선에는 구동전압(DC)이 걸리고, 상기 감지선에 고주파의 발진 주파수를 인가하여 전계가 형성되도록 하며, 고주파에 해당하는 교류신호가 잘 통과할 수 있도록 임피던스값을 높여줌으로써 전계의 작은 변화도 감지하며, 수초이내의 일정주기로 오로지 하나의 감지선에만 고주파를 인가하며, 고주파를 인가하여 전계가 형성된 감지선과, 상기 고주파를 인가하여 전계가 형성된 감지선외의 감지선은 전계가 형성되지 않아 서로 간섭현상이 생기지 않는 것을 특징으로 하며,
상기 전계센싱부는, 상기 RF전계형성부에서 고주파 발진 주파수를 인가하여 전계가 형성된 감지선과 연결되어 있는, 상기 플레이트에 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접했을 때, 상기 감지선에 형성된 전계의 변화한 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제1항에 있어서,
상기 감지선보드부는,
상기 n행과 m열의 감지선들이 상기 nxm 배열의 격자무늬 형태로 배열되어 있으며,
상기 감지선들은 유연성이 좋은 고무재질의 절연체 내부에 전도체가 삽입되어 캐페시터(capacitor)역할을 하는 상기 감지선들이 연결되어 있는 플레이트;와
상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 패턴 정보를 상기 판단부로부터 입력받는 보드전원부;및
상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 일부 지점(위치)에 대한 정보를 상기 판단부로부터 입력받는 시크릿포인팅부;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제2항에 있어서,
상기 보드전원부는,
상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 패턴 정보를 상기 판단부로부터 입력받아,
상기 감지선보드부의 전원 스위치를 온(On)하거나 오프(Off)하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제2항에 있어서,
상기 시크릿포인팅부는,
상기 플레이트 위를 도체 및 부도체 물체가 비접촉 근접한 일부 지점에 대한 정보를 상기 판단부로부터 입력받아,
상기 nxm의 감지선들의 일부 지점에 연결되어 있는 번호 소자의 전원을 온(On)하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제1항에 있어서,
상기 RF스위칭제어회로부는,
수초이내의 주기를 갖고 반복적으로 상기 nxm 배열의 감지선들 중의 어느 단 하나의 행 혹은 열의 감지선에 연결된 주파수 발진기 스위치(RF스위치)를 온(on)시키며,
상기 어느 하나의 감지선에 연결된 RF스위치가 온(on)되면, 이 외의 감지선들에 연결된 RF스위치가 모두 off 되도록 하여,
상기 nxm의 감지선들에 연결된 각 각의 RF스위치가 주기 반복적으로 하나씩만 온(on)되도록 하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
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제1항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 감지선보드부 위를 도체 및 부도체의 물체가 접근하지 않았을 때, 상기 온(on)된 RF스위치에 연결되어 있는 감지선에 형성된 전계의 설계값이 입력되어 있는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제 9항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 전계가 형성된 감지선 위를 상기 도체 및 부도체의 물체가 비접촉 근접할 때, 상기 감지선에 측정된 전계의 측정값을 입력받아 상기 전계의 설계값과 비교하고,
상기 전계의 측정값과 전계의 설계값이 서로 상이할 경우에 상기 감지선에 물체가 비접촉 근접한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 판단된 정보를 기반으로 상기 감지선보드부를 제어할 신호 정보를 생성하여, 상기 감지선보드부에 전달하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제2항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)에 물체가 비접촉 근접했다고 판단한 상기 감지선의 행 혹은 열의 위치 정보를 저장하는 위치저장부;와
상기 위치저장부에서 입력되는 위치 정보가 n행에서 n+1행으로 순차적으로 증가하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우와 혹은,
m열에서 m+1열로 순차적으로 증가하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우를 확인하였을 때, 상기 감지선보드부의 전원을 온(on)시키라는 신호를 생성하여 상기 보드전원부에 전달하는 패턴신호전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제12항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)에 물체가 비접촉 근접했다고 판단한 상기 감지선의 행 혹은 열의 위치 정보를 저장하는 위치저장부;와
상기 위치저장부에서 입력되는 위치 정보가 n행에서 n-1행로 순차적으로 감소하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우 혹은,
m열에서 m-1열로 순차적으로 감소하는 패턴의 위치 정보로 변화하는 경우를 확인하였을 때,
상기 감지선보드부의 전원을 오프(off)시키라는 신호를 생성하여 상기 보드전원부에 전달하는 패턴신호전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
제2항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 어느 하나의 감지선의 행 혹은 열의 감지선(Line)의 일부 지점에 물체가 비접촉 근접했다고 판단했을 때,
상기 감지선의 행 혹은 열의 일부 지점의 위치 정보를 저장하는 위치저장부;와
상기 위치저장부로부터 상기 일부 지점의 위치 정보를 입력받아, 상기 감지선 일부 지점 위치에 연결되어 있는 번호 소자를 온(on)시키라는 신호를 생성하여, 상기 시크릿포인팅부에 전달하는 위치신호전달부;를 포함하는 것을 특징으로 물체의 연속적인 비접촉 근접 센싱 모듈.
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