KR20130067326A - 가속도 센서 조립체 및 이를 구비한 이동 단말기 - Google Patents

가속도 센서 조립체 및 이를 구비한 이동 단말기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따르는 가속도 센서 조립체는 기판에 고정되는 프레임 및 상기 프레임에 대하여 상대이동하도록 형성되고, 서로 교차하는 복수의 방향으로 가속도가 작용시, 각 방향마다 서로 다른 커패시턴스(C)를 발생시키도록 형성되는 이동체를 포함함으로써, 복수의 방향에 대해 효과적으로 가속도를 측정할 수 있는 가속도 센서 조립체를 제공할 수 있다.

Description

가속도 센서 조립체 및 이를 구비한 이동 단말기{ACCELERATION SENSOR ASSEMBLY AND MOBILE TERMINAL HAVING THE SAME}
본 발명의 일 실시예들은 완구, 자동차, 항공기, 이동 단말기 등에 사용될 수 있는 가속도 검출용 가속도 센서 조립체에 관한 것이다.
단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
단말기는 이동 가능 여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 이동 단말기는 휴대가 가능하면서 음성 및 영상 통화를 수행할 수 있는 기능, 정보를 입·출력할 수 있는 기능 및 데이터를 저장할 수 있는 기능 등을 하나 이상 갖춘 휴대용 기기이다.
가속도 센서 조립체가 이동 단말기에 장착되는 경우에는 단말기에 가해지는 충격, 단말기의 기울어진 정도, 진동 및 가속도 등을 측정할 수 있다. 이로 인해 보다 다양한 사용자 환경을 제공할 수 있다.
가속도 센서는 용량형 가속도 센서와 압전형 가속도 센서로 나누어질 수 있다.
용량형 가속도 센서에 기초한 측정은 가속도 측정에 있어서 신뢰성 있는 방법을 제공하며, 단순한 원리를 가지는 것으로 검증되어 있다. 일반적으로, 용량형 가속도 센서에 기초한 가속도의 측정은 센서의 전극 쌍의 두 표면 사이의 갭(gap)의 변화에 기초한다. 표면 사이의 커패시턴스(capacitance), 즉, 전하 저장 용량은 표면 사이의 거리 및 표면의 면적에 의존한다.
직교 좌표계(X, Y, Z)의 X, Y, Z 방향 모두에 대하여 가속도를 측정하고자 하는 경우, 각각의 방향에 대해 센싱수단를 구성하게 되면, 가속도 센서 조립체의 구성이 복잡해지고, 필요 이상으로 부피를 차지하게 되므로, 이를 최소화할 수 있는 방안이 고려될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는, 보다 효율적으로 이동 단말기에 장착될 수 있는 가속도 센서 조립체를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르는 가속도 센서 조립체는, 기판에 고정되는 프레임 및 상기 프레임에 대하여 상대이동하도록 형성되고, 서로 교차하는 복수의 방향으로 가속도가 작용시, 각 방향마다 서로 다른 커패시턴스(C)를 발생시키도록 형성되는 이동체를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 어느 일 방향으로 가속도가 작용시 상기 프레임에 대해 상기 이동체가 편향되어 이동하도록 일단이 상기 이동체에 연결되는 스프링을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 스프링의 타단은 상기 기판에 연결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 스프링의 타단은 상기 프레임에 연결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 방향은, 서로 수직으로 교차하는 직교 좌표계의 X축, Y축, 및 Z축을 향하는 방향들 중 어느 하나가 될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판에 고정되는 프레임과, 상기 프레임에 대하여 서로 교차하는 제1, 제2 및 제3 방향으로 상대 이동 가능하도록 형성되는 이동체 및 상기 각 방향에 대한 가속도를 감지할 수 있도록 형성되는 복수의 감지부를 포함하는 가속도 센서 조립체를 개시한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 기판은 직교 좌표계(X, Y, Z)의 어느 일 평면에 평행하게 형성되고, 상기 프레임은 상기 기판에 대해서 상대 이동하는 상기 이동체의 적어도 일부를 제1 방향 내지 제3 방향에서 각각 덮도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 어느 일 방향으로 가속도가 작용시 상기 프레임에 대해 상기 이동체가 편향되어 이동하도록 일단이 상기 이동체에 연결되는 적어도 하나의 스프링을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 이동체가 적어도 두방향으로 이동시 이를 각각 지지할 수 있도록, 상기 스프링은 서로 다른 방향으로 연장되는 제1 연장부와 제2 연장부를 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 제1 감지부는 상기 프레임의 제1 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제1 이동부를 포함하고, 제2 감지부는 상기 프레임의 제2 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제2 이동부를 포함하고, 제3 감지부는 상기 프레임의 제3 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제3 이동부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 감지부들은, 상기 각 방향에 대한 가속도에 대해 각각 다른 범위의 커패시턴스(c)를 감지하도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 감지부들은, 그 재질, 형상 또는 유전체 중 적어도 어느 하나가 서로 다르도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1 감지부 내지 제3 감지부는 복수로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1 이동부 내지 제3 이동부는 각각 상기 제1 방향 내지 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로만 이동 가능하도록 형성될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단말기 본체 및 상기 본체에 장착되는 가속도 센서 조립체를 포함하고, 상기 가속도 센서 조립체는, 기판에 고정되는 프레임과, 상기 프레임에 대하여 서로 교차하는 제1, 제2 및 제3 방향으로 상대 이동 가능하도록 형성되는 이동체 및 상기 각 방향에 대한 가속도를 감지할 수 있도록 형성되는 복수의 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기를 개시한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 가속도 센서 조립체는, 상기 감지부들로부터 출력되는 가속도 정보를 샘플링하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 가속도 정보로부터 노이즈를 제거하도록 형성되는 필터부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 가속도 센서 조립체는, 소형이고 염가이며, 복수의 방향에 대해 효과적으로 가속도를 측정할 수 있는 가속도 센서 조립체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 이동 단말기의 전면 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 이동 단말기의 후면 사시도.
도 3은 도 1의 이동 단말기의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 가속도 센서 조립체를 도시한 개념도.
도 5는 도 4의 라인 Ⅳ - Ⅳ를 따라 절단한 상태에서의 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 가속도 센서 조립체를 도시한 개념도.
도 7은 도 6의 평면도.
도 8은 도 6의 라인 Ⅴ - Ⅴ를 따라 절단한 상태에서의 단면도.
도 9a 내지 도 9b는 도 6에 도시된 가속도 센서 조립체에서 X축 방향으로 가속도가 작용하는 경우 이동체 및 스프링의 동작을 도시한 개념도.
도 10a 내지 도 10b는 도 6에 도시된 가속도 센서 조립체에서 Y축 방향으로 가속도가 작용하는 경우 이동체 및 스프링의 동작을 도시한 개념도.
도 11은 도 6에 도시된 가속도 센서 조립체에서 Z축 방향으로 가속도가 작용하는 경우 이동체 및 스프링의 동작을 도시한 개념도.
이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 이동 단말기 및 그 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명과 관련된 이동 단말기(100)의 일 실시예를 전면에서 바라본 사시도이다.
상기 단말기의 본체의 외관을 이루는 케이스(케이싱, 하우징, 커버 등)는 프론트 케이스(111)와 리어 케이스(121)에 의해 형성된다. 상기 프론트 케이스(111)와 리어 케이스(121)에 의해 형성된 공간에는 각종 전자부품들이 내장된다. 프론트 케이스(111)와 리어 케이스(121) 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스들이 추가로 배치될 수도 있다. 상기 케이스들은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 재질, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS) 또는 티타늄(Ti) 등과 같은 금속 재질을 갖도록 형성될 수도 있다.
상기 프론트 케이스(111)에는 디스플레이부(113), 제1 음향출력부(114), 제1 영상 입력부(115), 제1 조작부(116), 음향 입력부(117) 등이 배치될 수 있다.
상기 디스플레이부(113)는 정보를 시각적으로 표현하는 LCD(liquid crystal display) 모듈, OLED(Organic Light Emitting Diodes) 모듈 등과 같은 디스플레이 모듈(141, 도 3 참조)을 포함한다. 상기 디스플레이부(113)는 터치 스크린으로 형성되어 사용자의 터치에 의한 정보의 입력 또한 가능하게 할 수도 있다.
상기 제1 음향출력부(114)는 리시버(Receiver) 또는 스피커(speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
상기 제1 영상 입력부(115)는 사용자 등에 대한 이미지 또는 동영상을 촬영하기 위한 카메라 모듈과 같은 형태로 구현될 수 있다.
상기 제1 조작부(116)는 본 발명의 일예에 관련된 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받는다. 제1 조작부(116)는 윈도우부 상의 사용자의 터치 입력을 받도록 형성되는 키 영역일 수 있다.
상기 음향 입력부(117)는 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력받기 위해, 예를 들어 마이크로폰(Microphone)과 같은 형태로 구현될 수 있다.
상기 이동 단말기(100)의 배면 측에 장착된 리어 케이스(121)에는 제2 조작부(123), 인터페이스(124), 전원 공급부(125) 등이 배치될 수 있다.
상기 제2 조작부(123)는 리어 케이스(121)의 측면에 설치될 수 있다. 상기 제1 조작부(116)와 더불어 제2 조작부(123)는 조작부(manipulating portion)라 통칭될 수 있으며, 사용자가 촉각적인 느낌을 가면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 조작부는 사용자의 푸시 또는 터치 조작에 의해 명령 또는 정보를 입력받을 수 있는 돔 스위치 또는 터치 스크린, 터치 패드로 구현되거나, 키를 회전시키는 휠 또는 조그 방식이나 조이스틱과 같이 조작하는 방식 등으로도 구현될 수 있다.
기능적인 면에서, 제1 조작부(116)는 시작, 종료 등과 같은 메뉴 등을 입력하기 위해 사용될 수 있으며, 제2 조작부(123)는 스크롤 기능 외에 제1 영상 입력부(115)의 활성화 등과 같은 특수한 기능을 수행하는 핫 키(hot-key)로서 작동할 수 있다. 제1 및 제2 조작부(116, 123)이 예시된 바와 같이 최소화된다면, 전화 번호나 문자 등은 디스플레이부(113)에 구비되는 터치 스크린에 의해 입력될 수 있다.
상기 인터페이스(124)는 상기 이동 단말기(100)가 외부 기기와 데이터 교환 등을 할 수 있게 하는 통로가 된다. 예를 들어, 상기 인터페이스(124)는 유선 또는 무선으로, 이어폰과 연결하기 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트{예를 들어 적외선 포트(IrDA port), 블루투스 포트(Bluetooth port), 무선 랜 포트(wireless Lan port)등}, 또는 상기 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급 단자들 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 인터페이스(124)는 SIM(subscriber identification module) 또는 UIM(user identity module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 카드 소켓일 수도 있다.
상기 전원 공급부(125)는 상기 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 리어 케이스(121)에 장착된다. 상기 전원 공급부(125)는, 예를 들어 충전 가능한 배터리로서 충전 등을 위하여 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
도 2는 도 1의 이동 단말기(100)의 후면 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 리어 케이스(121)에는 제2 영상 입력부(127), 제2 음향출력부(130), 방송신호 수신용 안테나(131) 등이 추가로 배치될 수도 있다.
상기 제2 영상 입력부(127)는 제1 영상 입력부(115, 도 1 참조)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 제1 영상 입력부와 서로 다른 화소를 가지는 카메라일 수 있다. 예를 들어, 제1 영상 입력부(115)는 화상 통화 등의 경우에 사용자의 얼굴을 촬영하여 상대방에 전송함에 무리가 없도록 저 화소를 가지며, 제2 영상 입력부(127)는 일반적인 피사체를 촬영하고 바로 전송하지는 않는 경우가 많기에 고 화소를 가지는 것이 바람직하다.
제2 영상 입력부(127)에 인접하게는 플래쉬(128)와 거울부(129)가 추가로 배치된다. 상기 플래쉬(128)는 제2 영상 입력부(127)로 피사체를 촬영하는 경우에 상기 피사체를 향해 빛을 비추게 된다. 거울부(129)는 사용자가 제2 영상 입력부(127)를 이용하여 자신을 촬영(셀프 촬영)하고자 하는 경우에, 사용자 자신의 얼굴 등을 비춰볼 수 있게 한다.
상기 제2 음향출력부(130)는 제1 음향출력부(114, 도1 참조)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 스피커폰 모드로 통화를 위하여 사용될 수도 있다.
상기 방송신호 수신용 안테나(131)는 통화 등을 위한 안테나와 별도로 리어 케이스(121)의 일 측에는 배치될 수 있다. 상기 안테나(131)는 리어 케이스(121)에 인출 가능하게 설치될 수 있다.
이상에서는 제1 조작부(116) 등은 프론트 케이스(111)에, 제2 조작부(123) 등은 리어 케이스(121)에 장착되는 것으로 설명하였으나, 반드시 그러한 위치에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제2 조작부(123)가 제1 조작부(116)와 인접하게 프론트 케이스(111)에 배치될 수도 있다. 나아가, 제2 영상 입력부(127)가 별도로 구비되지 않더라도, 제1 영상 입력부(115)가 회전 가능하게 형성되어 제2 영상 입력부(127)의 촬영 방향까지 촬영 가능하도록 구성될 수도 있다.
도 3은 도 1의 이동 단말기(100)의 분해 사시도이다.
본 도면을 참조하면, 프론트 케이스(111)의 일면을 덮도록 윈도우부(140)가 결합 된다. 윈도우부(140)는, 디스플레이 모듈(141)에서 출력되는 시각 정보가 외부에서 인지되도록 디스플레이 모듈(141)의 일면을 덮는다. 이러한 디스플레이 모듈(141)과 윈도우부(140)가 디스플레이부(113, 도 1 참조)를 이룬다.
윈도우부(140)는 사용자의 터치를 인식할 수 있도록 형성되며, 정보(명령, 신호 등)의 입력을 가능하게 한다.
윈도우부(140)는 디스플레이 모듈(141)에 대응하는 면적을 가질 수 있으며, 빛이 투과할 수 있는 소재로 구성될 수 있다. 윈도우부(140)에는 빛이 투과되지 않거나 빛의 투과율이 아주 낮은 불투명영역이 형성될 수 있다. 예를 들어 윈도우부(140)의 가장자리를 따라 빛이 투과할 수 없도록 표면 처리될 수 있다.
프론트 케이스(111)에는 제1 조작부(116)에 대응하여 조작 패드가 형성될 수 있다. 조작 패드는 사용자가 터치 또는 누름 조작하는 대상이 된다. 이러한 조작 패드 윈도우부(140)의 일부분에 조작 영역으로 형성될 수도 있다.
프론트 케이스(111)에는 음향홀(114b), 윈도우홀(112b), 그리고 영상윈도우가 형성될 수 있다.
음향홀(114b)은 음향출력부(114)에 대응하도록 형성되어 이동 단말기의 음향, 예를 들어 벨소리, 음악 등이 외부로 방출되도록 한다. 윈도우홀(112b)은 디스플레이부(113)에 대응하도록 형성된다. 제1 영상 입력부(115, 이상 도 1 참조)에 대응하여서는 광 투과성의 영상윈도우가 형성될 수 있다.
리어 케이스(21)에는 회로기판(170), 디스플레이 모듈(141), 스피커 모듈(114a), 카메라 모듈(115a), 그리고 스위치등이 장착될 수 있다.
회로기판(170)은 이동 단말기(100)의 각종 기능을 동작시키기 위한 제어부의 일 예로서 구성될 수 있다. 회로기판(170)은 사용자가 윈도우부(140)를 터치함에 따라 발생하는 윈도우부(140) 내부에서 발생하는 전기적 변화, 예를 들어 정전용량 또는 전하량의 변화를 감지할 수 있다.
윈도우부(140)의 내부에는 전극이 내장되도록 형성된다. 전극은 도전성 패턴으로 형성될 수 있다. 전극에는 전하가 충전될 수 있으며, 도전체가 가까운 거리에서 움직이면 그에 따라 충전되어 있는 전하량의 변화할 수 있다. 도전체, 예를 들어 사용자의 손가락이 윈도우를 터치하면 전극에 충전된 전하량이 변하며, 이는 결국 손가락과 전극 사이의 정전용량이 변하는 것과 같다.
윈도우부(140)의 전극은 전하량의 변화를 감지하는 제어부, 예를 들어 회로기판(170)과 전기적으로 연결된다. 이러한 전기적 연결을 위하여 연성회로기판(150)이 홀(152)을 관통하여 회로기판(170, 이상 도 3 참조)과 연결될 수 있다. 전하량의 변화의 감지에 따라 회로기판(170)은 이동 단말기(100)와 관련한 기능 중 적어도 하나의 상태를 변화시킬 수 있다.
연성회로기판(150)는 윈도우부(140)의 일단에서 연장된다. 연성회로기판(150)의 일단에는 연결부(151)가 형성되어 전극과 연결되며 타단은 커넥터(185)에 의해 회로기판(170)과 연결될 수 있다. 연결부(151)는 일정 강성(stiffness)와 탄성을 유지하도록 금속 재질로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 가속도 센서 조립체(300)를 도시한 개념도이고, 도 5는 도 4의 라인 Ⅳ - Ⅳ를 따라 절단한 상태에서의 단면도이다.
직교 좌표계(X, Y, Z)의 X, Y, Z 방향 모두에 대하여 가속도를 측정하고자 하는 경우에는, X 및 Y 방향에 대하여만 평면 형상의 이동체를 구성하여 측정하고, Z 방향에 대해서는 별개의 이동체를 구성하여 측정할 수 있다. 하지만, 각 좌표 방향에 대해 별개로 측정부(또는 감지부)를 형성하는 경우에는 가속도 센서 조립체의 크기가 증가하고, 각 방향마다 감지된 커패시턴스를 측정하고 이를 필터링 및 샘플링하는 회로를 구현하여야 한다. 이로 인해, 단말기에 장착되는 경우 무게 증가를 가져오고 필요 이상으로 부피를 차지하게 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르는 가속도 센서 조립체(300)는 이동체(310)를 3차원 형상으로 구현한 뒤, X, Y, Z 방향 모두에 대하여 가속도를 측정할 수 있도록 한 점에 특징이 있다.
본 발명의 일실시예에 따르는 가속도 센서 조립체(300)는 프레임(320)과 이동체(310)를 포함한다.
프레임(320)은 기판 상에 고정될 수 있다. 이동체(310)는 프레임(320)에 대하여 상대 이동하도록 형성된다. 여기서 이동은 병진 운동이나 회전 운동이 될 수 있다.
프레임(320)이 고정 전극으로서 동작하는 경우에 이동체(310)는 가속도에 따라 이동하는 가동 전극이 될 수 있다. 가동 전극은 가속도에 응답하는 가속도 센서 조립체(300)의 일 부분으로서, 가해진 가속도에 의해 고정 전극에 대하여 이동할 수 있도록 형성된다.
이러한 가동 전극과 고정 전극은 가속도를 전기적으로 측정될 수 있는 양, 즉 커패시턴스로 변환하는 전극 쌍으로 구성될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 마주보는 이동체(310)와 프레임(320)은 커패시터를 형성할 수 있다. 커패시턴스의 크기는 이동체(310)의 일면과 프레임(320)의 일면의 면적 및 이동체(310)의 일면과 프레임(320)의 일면 사이의 거리에 의존한다. 즉, 이동체(310)가 프레임(320)에 가까워지거나 멀어질수록 커패시턴스가 변화한다.
그리고, 이동체(310)와 프레임(320) 사이에는 가속도가 사라지는 경우 이동체(310)가 원래의 위치로 돌아갈 수 있도록 복원력을 제공하는 스프링(330)이 형성될 수 있다. 이러한 복원력 제공수단으로서, 스프링(330) 외에 유체가 사용될 수도 있다. 유체가 사용되는 경우에는 어느 일 방향으로 가속도가 가해지면, 유체가 압축되거나 별도로 구비된 공간으로 이동해 있다가. 가속도가 사라지면 이동체(310)를 원래의 위치로 복귀시킬 수 있다.
스프링(330)은 기판과 이동체(310)를 서로 연결하거나, 프레임(320)과 이동체(310)를 서로 연결할 수 있다.
서로 마주보는 이동체(310)와 프레임(320)의 일부는 커패시턴스를 형성시키는 감지부를 구성한다. 이 때, X, Y,또는 Z 방향 모두에 대하여 가속도를 측정하여야 하므로, 적어도 세 개의 감지부가 요구된다. 각 감지부로부터 출력되는 커패시턴스 값이 유사하게 되면, 각 감지부로부터 출력되는 커패시턴스를 서로 구분하여야 하므로, 각 감지부를 별도로 구성할 수 있도록 다수의 전기적 소자들이 요구된다.
하지만, 각 감지부로부터 출력되는 커패시턴스의 범위를 다르게 하면, 보다 적은 전기적 소자들로도 X, Y,또는 Z 방향 모두에 대하여 가속도를 측정할 수 있다.
예를 들면, 이동체(310)가 가속도에 따라 이동하면서, X방향에서 출력되는 커패시턴스가 제1 범위의 값을 갖도록 하고, Y방향에서 출력되는 커패시턴스가 제2 범위의 값을 갖도록 하고, Z 방향에서 출력되는 커패시턴스가 제3 범위의 값을 갖도록 하면, 보다 적은 전기적 소자들로도 X, Y,또는 Z 방향 모두에 대하여 가속도를 측정할 수 있다.
감지부에서 출력되는 커패시턴스를 결정하는 요소는 이동체(310)와 프레임(320)간의 거리, 면적 및 유전체의 종류 등이 되므로, X, Y, 또는 Z 방향에서 출력되는 커패시터를 감지하는 각 감지부를 다르게 구성하거나, 적어도 어느 두 방향을 측정하는 감지부들을 다르게 구성하여, 가속도 센서 조립체(300)의 단순화 및 소형화를 추구할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 가속도 센서 조립체(200)를 도시한 개념도이고, 도 7은 도 6의 평면도이고, 도 8은 도 6의 라인 Ⅴ - Ⅴ를 따라 절단한 상태에서의 단면도이다. 본 실시예에서는 앞선 실시예와 동일 유사한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하고, 앞선 설명에 갈음한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 가속도 센서 조립체(200)는, 이동체(210)와 프레임(220)을 포함하고, 가속도 센서 조립체(200)를 구성하는 적어도 일부가 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 제조 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 가속도 센서 조립체(200)는 이동체(210)와 프레임(220)을 포함하고, 각 이동체(210)와 프레임(220)의 크기는 수십μm에서 수백μm의 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 제조 공정은, 실리콘 위에 다결정 실리콘, 실리콘 질화막 및 산화막, 금속막 등을 증착하고, 설계된 형상을 따라 식각하여 구조물 제작하는 Surface micromachining 공정, 실리콘을 bulk etching하여 기계적인 구조체, 혹은 구조체의 일부로 만드는 공정인 Bulk micromachining 공정, 기판에 감광막을 코팅하고, 포토마스크를 대고 자외선이나 x-ray를 조사하여 노광 시킨 뒤, 현상액에 넣어 포토 마스크의 모양을 감광막에 각인시키고, 감광막이 녹아 기판의 표면이 드러난 곳을 전해도금액에 넣고 전류 인가하여, 도금액에 녹아있던 양전하를 띤 금속 이온이 음극에 걸려 있는 반도체 기판 표면에 붙어 금속 기어 형성하고, 감광막 제거하는 단계들을 포함하는 LIGA micromachining 공정들을 예로 들 수 있지만, 이 중에 어느 공정을 적용하여도 상관없다.
프레임(220)은 기판(240)에 고정될 수 있는 데, 기판(240)은 결정질 또는 다결정질 실리콘, 반도체 재료 또는 금속들을 포함하는 층을 적어도 하나 이상 구비하여 형성될 수 있다. 기판(240)은 직교 좌표계(X, Y, Z)의 어느 일 평면(예를 들면, X-Y 평면)에 평행하게 형성된다.
프레임(220)은 직교 좌표계(X, Y, Z)의 3개의 축 중에서 어느 하나의 축에 해당하는 이동체(210)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 프레임(220)은 내주와 외주를 구비하고, 그 일부가 개방되거나 폐쇄되는 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 이동체(210)의 어느 일면에 대해 적어도 그 일부를 덮을 수 있다.
이동체(210)는 프레임(220)에 대하여 서로 교차하는 제1, 제2 및 제3 방향으로 상대 이동할 수 있도록 형성된다. 여기서 제1 내지 제3 방향은 직교 좌표계(X, Y, Z)의 X, Y, 또는 Z 방향이거나, 제1 내지 제3 방향 중 적어도 어느 하나의 방향은 X, Y, 또는 Z 축 중 어느 하나의 축을 중심으로 회전하는 회전 방향일 수 있다.
이동체(210)와 프레임(220) 사이에는 가속도가 사라지는 경우 이동체(210)가 원래의 위치로 돌아갈 수 있도록 복원력을 제공하는 스프링(230, 233)이 형성될 수 있다. 스프링(230, 233)은 기판(240)과 이동체(210)를 서로 연결하거나, 프레임(220)과 이동체(210)를 서로 연결할 수 있다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 이동체(210) 또는 프레임(220)은 소위 빗(Comb)형으로 형성될 수 있다.
이동체(210)는 스프링(230, 233)에 의해 기판(240) 또는 프레임(220)으로부터 이격되어 있고, 제1, 제2 및 제3 방향으로 상대 이동할 수 있도록 형성된다. 이동체(210)는 제1 방향으로 연장되는 바디로부터 제2 방향으로 연장되는 하나 이상의 제1 브랜치(branch)를 가질 수 있다. 제1 브랜치의 일단에는 제1 방향으로 다시 연장되도록 형성되는 제2 브랜치를 가질 수 있다.
프레임(220)은 복수의 바디로 형성되어 이동체(210)의 일면 중 적어도 일부를 덮을 수 있도록 형성된다. 프레임(220)도 제1 방향으로 연장되는 바디로부터 제2 방향으로 연장되는 하나 이상의 프레임 브랜치(branch)를 가질 수 있다.
제1 브랜치와 프레임 브랜치는 서로 대면하도록 형성된다. 제1 브랜치와 프레임 브랜치는 각각 이동체(210)의 제1 이동부(212a, 212b)와 프레임(220)의 제1 프레임부(222a, 222b)로서, 제1 감지부(201, 201')를 형성할 수 있다. 제1 감지부(201, 201')는 제1 방향의 가속도가 작용할 때, 일정 값을 갖는 커패시턴스를 발생시킬 수 있다.
제2 브랜치 및 제2 브랜치와 마주보는 프레임(220)의 일면은 각각 이동체(210)의 제2 이동부(211a, 211b)와 프레임(220)의 제2 프레임부(221a, 221b)로서, 제2 감지부(202, 202')를 형성할 수 있다. 제2 감지부(202, 202')는 제2 방향의 가속도가 작용할 때, 일정 값을 갖는 커패시턴스를 발생시킬 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스프링(230, 233)은 이동체(210)가 적어도 두방향으로 이동시 이를 각각 지지할 수 있도록, 서로 다른 방향으로 연장되는 제1 연장부와 제2 연장부를 구비할 수 있다. 예를 들면, 제1 연장부(231)는 제2 방향으로 연장되고, 제2 연장부(232)는 제1 방향으로 연장될 수 있다. 이와 같이 형성되는 스프링(230, 233)은 가속도 조립 센서를 보다 소형화할 수 있으며, 단순화시킬 수 있다.
도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 이동체(210)를 Z축과 교차하는 방향으로 덮도록 제3 프레임부(223a)가 형성된다. 제3 프레임부(223a)과 마주보는 이동체(210)의 일면은 제3 이동부(213a)이며, 제3 프레임부(223a)와 제3 이동부(213a)는 제3 감지부를 형성한다.
스프링(230, 233)과 이동체(210)는 제1 이동부(212a, 212b) 내지 제3 이동부(213a)의 움직임을 제한하여, 각각 제1 방향 내지 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로만 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 가속도를 보다 정확하게 감지할 수 있다.
감지부들은, 상기 각 방향에 대한 가속도에 대해 각각 다른 범위의 커패시턴스(c)를 감지하도록 형성된다. 예를 들면, 이동체(210)가 가속도에 따라 이동하면서, X방향에서 출력되는 커패시턴스가 제1 범위가 되도록 하고, Y방향에서 출력되는 커패시턴스가 제2 범위가 되도록 하고, Z 방향에서 출력되는 커패시턴스가 제3 범위가 되도록 한다.
출력되는 커패시턴스를 결정하는 요소는 이동체(210)와 프레임(220)간의 거리, 면적 및 유전체의 종류 등이 되므로, X, Y, 또는 Z 방향에서 출력되는 커패시터를 감지하는 각 감지부를 다르게 구성하거나, 적어도 어느 두 방향을 측정하는 감지부들을 다르게 구성한다. 즉, 어느 하나의 감지부의 형상을 변경하여 그 면적이나 이동체(210)와 프레임(220)간의 거리를 변경시키거나, 이동체(210)와 프레임(220)의 재질을 변경하여 다른 커패시터가 되도록 하거나, 이동체(210)와 프레임(220) 사이에 충진되는 유전체를 다른 종류로 할 수 있다.
각 감지부를 구성하는 이동체(110), 프레임(220)부 및 유전체는 커패시터로서 동작하고, 이러한 커패시터는 알루미늄 전해 커패시터, 탄탈륨 커패시터, 세라믹 커패시터, 적층 세라믹 커패시터, 필름 커패시터, 슈퍼 커패시터, 마일러 커패시터, 폴리프로필렌 커패시터, 가변 용량 커패시터 등 각각 어느 하나의 커패시터일 수 있다.
여기서, 알루미늄 커패시터는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 사용하고 있다. 유전체를 매우 얇게 할 수 있으므로 커패시터의 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다.
탄탈륨 커패시터는 전극에 탄탈륨이라는 재료를 사용하고 있는 전해 커패시터로서, 알루미늄 전해 커패시터와 마찬가지로, 비교적 큰 용량을 얻을 수 있다. 그리고 온도 특성(온도의 변화에 따라 용량이 변화는 특성) 주파수 특성 모두 알루미늄 전해커패시터 보다 우수하다.
세라믹 커패시터는 전극간의 유전체로 티탄산 바륨(Titanium-Barium)과 같은 유전율이 큰 재료가 사용되고 있다. 이 커패시터는 인덕턴스(코일의 성질)가 적어 고주파 특성이 양호하다는 특성을 가지고 있어, 고주파의 바이패스(고주파 성분 또는 잡음을 어스로 통과시킨다)에 사용될 수 있다.
또한, 커패시턴스를 출력하는 제1 감지부(201, 201') 내지 제3 감지부(203)는 복수로 형성되어 보다 정확한 가속도 측정이 되도록 형성될 수 있다.
이하 도 9 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 따르는 가속도 센서 조립체(200)의 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 9a 내지 도 9b는 도 6에 도시된 가속도 센서 조립체(200)에서 X축 방향으로 가속도가 작용하는 경우 이동체(210) 및 스프링(200)의 동작을 도시한 개념도이다.
도시한 바와 같이, 가속도가 X 방향으로 정(+) 또는 부(-)로 작용함에 따라, 이동체(210)는 프레임(220)에 대하여 상대적으로 이동한다. 이 때, 스프링(200)의 제1 연장부가 정(+) 또는 부(-)로 휘어지게 된다.
이로 인해, 제1 감지부(201, 201')를 구성하는 제1 이동부(212a, 212b)와 제1 프레임부(222a, 222b)는 서로 가까워지거나 멀어진다. 이러한 상대 이동에 의하여 커패시턴스가 변하게 되며, 변경되는 커패시턴스의 값을 일정 시간 단위로 측정하여 가속도를 측정할 수 있다.
이후 가속도가 사라지면, 스프링(200)의 복원력에 의해, 이동체(210)는 원래의 자리로 복귀하게 된다.
도 10a 내지 도 10b는 도 6에 도시된 가속도 센서 조립체(200)에서 Y축 방향으로 가속도가 작용하는 경우 이동체(210) 및 스프링(200)의 동작을 도시한 개념도이다.
도시한 바와 같이, 가속도가 Y 방향으로 정(+) 또는 부(-)로 작용함에 따라, 이동체(210)는 프레임(220)에 대하여 상대적으로 이동한다. 이 때, 스프링(200)의 제2 연장부가 정(+) 또는 부(-)로 휘어지게 된다.
이로 인해, 제2 감지부(202, 202')를 구성하는 제2 이동부(211a, 211b)와 제2 프레임부(221a, 221b)는 서로 가까워지거나 멀어진다. 이러한 상대 이동에 의하여 커패시턴스가 변하게 되며, 변경되는 커패시턴스의 값을 일정 시간 단위로 측정하여 가속도를 측정할 수 있다.
이후 가속도가 사라지면, 스프링(200)의 복원력에 의해, 이동체(210)는 원래의 자리로 복귀하게 된다.
도 11은 도 6에 도시된 가속도 센서 조립체(200)에서 Z축 방향으로 가속도가 작용하는 경우 이동체(210) 및 스프링(233)의 동작을 도시한 개념도이다.
도시한 바와 같이, 가속도가 Z 방향으로 정(+) 또는 부(-)로 작용함에 따라, 이동체(210)는 프레임(220)에 대하여 상대적으로 이동한다. 이 때, 스프링(233)이 정(+) 또는 부(-)로 휘어지게 된다.
이로 인해, 제3 감지부(203)를 구성하는 제3 이동부(213a)와 제3 프레임부(223a)는 서로 가까워지거나 멀어진다. 이러한 상대 이동에 의하여 커패시턴스가 변하게 되며, 변경되는 커패시턴스의 값을 일정 시간 단위로 측정하여 가속도를 측정할 수 있다.
이후 가속도가 사라지면, 스프링(233)의 복원력에 의해, 이동체(210)는 원래의 자리로 복귀하게 된다.
본 발명의 실시예들을 따르는 가속도 센서 조립체(200)는 단말기 본체에 장착될 수 있다. 보다 자세하게는 회로기판(170, 도 3 참조)에 장착될 수 있다. 또한, 이와 달리 회로기판(170)에 일체로 형성될 수 있다.
가속도 센서 조립체(200)는 출력되는 가속도 정보를 샘플링하는 센서 제어부를 포함할 수 있다. 그리고, 센서 제어부는 가속도 정보로부터 보다 정확한 가속도 측정을 위해, 노이즈를 제거하도록 형성되는 필터부를 포함할 수 있다. 이러한 필터부는 ASIC 내부에 필터링 알고리즘을 추가함으로써 이루어질 수 있다.
제어부는 제1 내지 제3 감지부(203)에서 출력되는 커패시턴스를 샘플링하고, 각각의 출력되는 커패시턴스를 구분하기도 한다. 이 때, 필터부는 샘플링되는 커패시턴스에 대한 노이즈를 제거한다. 노이즈는 제1 감지부(201, 201')의 커패시턴스 샘플링시 불필요한 제2 또는 제3 감지부의 커패시턴스이거나, 단말기에서 파생되는 기타 불필요한 신호들일 수 있다.
상기와 같이 설명된 가속도 센서 조립체 및 이를 구비한 이동 단말기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (29)

  1. 기판에 고정되는 프레임; 및
    상기 프레임에 대하여 상대이동하도록 형성되고, 서로 교차하는 복수의 방향으로 가속도가 작용시, 각 방향마다 서로 다른 커패시턴스(C)를 발생시키도록 형성되는 이동체를 포함하는 가속도 센서 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    어느 일 방향으로 가속도가 작용시 상기 프레임에 대해 상기 이동체가 편향되어 이동하도록 일단이 상기 이동체에 연결되는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스프링의 타단은 상기 기판에 연결되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스프링의 타단은 상기 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방향은,
    서로 수직으로 교차하는 직교 좌표계의 X축, Y축, 및 Z축을 향하는 방향들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  6. 기판에 고정되는 프레임;
    상기 프레임에 대하여 서로 교차하는 제1, 제2 및 제3 방향으로 상대 이동 가능하도록 형성되는 이동체; 및
    상기 각 방향에 대한 가속도를 감지할 수 있도록 형성되는 복수의 감지부를 포함하는 가속도 센서 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 직교 좌표계(X, Y, Z)의 어느 일 평면에 평행하게 형성되고,
    상기 프레임은 상기 기판에 대해서 상대 이동하는 상기 이동체의 적어도 일부를 제1 방향 내지 제3 방향에서 각각 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    어느 일 방향으로 가속도가 작용시 상기 프레임에 대해 상기 이동체가 편향되어 이동하도록 일단이 상기 이동체에 연결되는 적어도 하나의 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스프링의 타단은 상기 기판에 연결되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이동체가 적어도 두방향으로 이동시 이를 각각 지지할 수 있도록, 상기 스프링은 서로 다른 방향으로 연장되는 제1 연장부와 제2 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스프링의 타단은 상기 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  12. 제6항에 있어서,
    제1 감지부는 상기 프레임의 제1 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제1 이동부를 포함하고,
    제2 감지부는 상기 프레임의 제2 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제2 이동부를 포함하고,
    제3 감지부는 상기 프레임의 제3 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제3 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 감지부들은,
    상기 각 방향에 대한 가속도에 대해 각각 다른 범위의 커패시턴스(c)를 감지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 감지부들은,
    그 재질, 형상 또는 유전체 중 적어도 어느 하나가 서로 다르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 감지부 내지 제3 감지부는 복수로 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 이동부 내지 제3 이동부는 각각 상기 제1 방향 내지 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로만 이동 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  17. 단말기 본체; 및
    상기 본체에 장착되는 가속도 센서 조립체를 포함하고,
    상기 가속도 센서 조립체는,
    기판에 고정되는 프레임;
    상기 프레임에 대하여 서로 교차하는 제1, 제2 및 제3 방향으로 상대 이동 가능하도록 형성되는 이동체; 및
    상기 각 방향에 대한 가속도를 감지할 수 있도록 형성되는 복수의 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가속도 센서 조립체는,
    상기 감지부들로부터 출력되는 가속도 정보를 샘플링하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 가속도 정보로부터 노이즈를 제거하도록 형성되는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 기판은 직교 좌표계(X, Y, Z)의 어느 일 평면에 평행하게 형성되고,
    상기 프레임은 상기 기판에 대해서 상대 이동하는 상기 이동체의 적어도 일부를 제1 방향 내지 제3 방향에서 각각 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 프레임 또는 상기 이동체는 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 제조 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  21. 제17항에 있어서,
    어느 일 방향으로 가속도가 작용시 상기 프레임에 대해 상기 이동체가 편향되어 이동하도록 일단이 상기 이동체에 연결되는 적어도 하나의 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 스프링의 타단은 상기 기판에 연결되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 이동체가 적어도 두방향으로 이동시 이를 각각 지지할 수 있도록, 상기 스프링은 서로 다른 방향으로 연장되는 제1 연장부와 제2 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 스프링의 타단은 상기 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  25. 제17항에 있어서,
    제1 감지부는 상기 프레임의 제1 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제1 이동부를 포함하고,
    제2 감지부는 상기 프레임의 제2 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제2 이동부를 포함하고,
    제3 감지부는 상기 프레임의 제3 프레임부와 이에 대향하는 상기 이동체의 제3 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 조립체.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 감지부들은,
    상기 각 방향에 대한 가속도에 대해 각각 다른 범위의 커패시턴스(c)를 감지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 감지부들은,
    그 재질, 형상 또는 유전체 중 적어도 어느 하나가 서로 다르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 제1 감지부 내지 제3 감지부는 복수로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 제1 이동부 내지 제3 이동부는 각각 상기 제1 방향 내지 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로만 이동 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10175725B2 (en) 2013-12-02 2019-01-08 Samsung Display Co., Ltd. Flexible display apparatus and image display method of the same

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US10175725B2 (en) 2013-12-02 2019-01-08 Samsung Display Co., Ltd. Flexible display apparatus and image display method of the same

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