KR20130122213A - 광학 근접 ｃｍｏｓ 센서, 광학 근접 ｃｍｏｓ 센서를 포함하는 디바이스 및 오토 캘리브레이션 방법 - Google Patents

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KR20130122213A KR1020120045366A KR20120045366A KR20130122213A KR 20130122213 A KR20130122213 A KR 20130122213A KR 1020120045366 A KR1020120045366 A KR 1020120045366A KR 20120045366 A KR20120045366 A KR 20120045366A KR 20130122213 A KR20130122213 A KR 20130122213A
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Abstract

광학 근접 CMOS 센서, 광학 근접 CMOS 센서를 포함하는 디바이스 및 오토 캘리브레이션 방법이 개시된다. 광학 근접 센서를 포함하는 디바이스 장치는, 적외선 광을 방출하도록 구성된 방사기; 상기 방사기에 수평적으로 인접하여 배치되고, 상기 방사기로부터 방출된 적외선 광의 진행 방향에 위치한 물체에 의해 반사되어 유입되는 적외선 광에 상응하는 광 신호 전압을 출력하는 수신기; 및 상기 방사기 및 상기 수신기의 상부에 배치되는 광 흡수판을 포함하되, 상기 광 흡수판에는 하나의 연통 홀이 천공되고, 상기 방사기 및 상기 수신기는 상기 연통 홀을 통해 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 근접 센서를 포함한다. 본 발명에 의해, 감지 물체가 밀착된 경우에도 블랙헤어(black hair) 현상 등을 야기하지 않고 근접한 것으로 오류없이 인식할 수 있다.

Description

광학 근접 ＣＭＯＳ 센서, 광학 근접 ＣＭＯＳ 센서를 포함하는 디바이스 및 오토 캘리브레이션 방법{Proximity CMOS sensor, device having proximity CMOS sensor and auto calibration method}
본 발명은 광학 근접 CMOS 센서, 광학 근접 CMOS 센서를 포함하는 디바이스 및 오토 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
근접 센서(Proximity Sensor)는 물리적인 접촉 없이 전자계의 힘 등을 이용하여 물체의 존재여부, 통과, 연속흐름, 적체 등의 감지 및 위치 제어에 이용되는 센서이다. 근접 센서는 검출 원리에 따라 고주파 발진형, 정전 용량형, 자기형, 광학형, 초음파형 등으로 분류할 수 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 광학 근접 센서를 구비한 이동통신 단말기의 외형을 나타낸 도면이고, 도 1b는 종래기술에 따른 광학 근접 센서의 구성 및 동작 원리를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 종래기술에 따른 2홀(hole) 방식의 근접 센서의 물체 감지 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이 이동통신 단말기의 일 측에는 광학 근접 센서의 방사기(emitter)(130)로부터 빛이 방사되기 위한 광 방사 홀(100)과 방사된 빛이 감지 물체 등에 의해 반사되어 수신기(140)로 유입되도록 하는 광 입사 홀(110)이 각각 구비된다.
광학 근접 센서는 예를 들어 스마트폰 등의 이동통신 단말기에 일반적으로 적용되고 있으며, 이는 전화통화시 스마트폰의 터치센서 및 LCD를 오프(off)하기 위함이다.
도 1b에는 적외선 발광체와 발광체 구동 회로를 포함하는 방사기(130) 및 광 검출기와 광 검출 감지 회로를 포함하는 수신기(140)를 포함하는 광학 근접 센서가 도시되어 있다. 일반적으로, 적외선 발광체는 LED(Light Emitted Diode)이고, 수신기는 포토 다이오드(Photo Diode)를 포함하는 포토 트랜지스터일 수 있다.
방사기(130) 및 수신기(140)는 각각의 개구부(즉, 광 방사 홀(100)과 광 입사 홀(110))를 통해 광 방사 및 광 감지를 수행한다. 즉, 방사기(130)에 의해 방출되고 감지 물체에 의해 반사되는 빛(즉, 적외선)은 수신기(140)에 의해 검출되고, 이에 의해 감지 물체가 위치가 감지될 수 있다.
도 2에는 종래기술에 따른 2홀(hole) 방식의 근접 센서의 물체 감지 방법이 도시되어 있다.
도 2의 (a)는 감지 물체가 광학 근접 센서로 접근하는 경우를 나타낸 것으로 방사기(130)에서 방사된 빛은 감지 물체의 표면에 반사되어 수신기(140)로 유입되는 a 경로, 유리 패널(210)의 상부 표면에 반사되어 수신기(140)로 유입되는 b 경로를 통해 수신기(140)로 유입된다.
이후, (b)에 도시된 바와 같이 감지 물체가 광학 근접 센서로 더 접근하여 광학 근접 센서 상부의 유리 패널(210)에 접촉되면 유리 패널(210)의 상부 표면과 감지 물체의 표면에 반사되는 b 경로를 통해 방사기(130)에서 방사된 빛이 수신기(140)로 유입된다.
그러나, 종래 기술에 따른 광학 근접 센서는 빛을 잘 흡수하는 검은 색의 감지 물체가 유리 패널(210)에 접촉된 경우 반사된 빛이 광 흡수판(220)에 대부분의 빛이 흡수되어 극소수의 빛(즉, 근접으로 판단할 수 있는 만큼의 빛 양 미만) 만이 수신기(140)로 유입되어 감지 물체의 접근 또는 접촉을 인식하지 못하는 문제점이 있었다.
전화통화시 스마트폰의 터치센서 및 LCD를 오프(off)하기 위해 스마트폰 등에 적용되는 종래 기술에 따른 광학 근접 센서의 경우, 사용자가 검은색 머리카락을 가진 경우 빛 반사율이 낮아 간혹 사용자가 스마트폰을 귀에 대고 통화를 하고 있음에도 불구하고 전술한 문제점으로 인해 근접으로 인식하지 못하여 터치센서가 동작하는 원인이 된다. 이에 의해, 사용자 얼굴의 볼이 터치 센서를 접촉하게 되고 이는 스마트폰 오동작 현상(블랙헤어(black hair) 현상)의 원인이 된다.
본 발명은 1홀(hole) 방식을 채택함으로써 감지 물체가 밀착된 경우에도 블랙헤어(black hair) 현상 등을 야기하지 않고 근접한 것으로 오류없이 인식할 수 있도록 하는 광학 근접 CMOS 센서, 광학 근접 CMOS 센서를 포함하는 디바이스 및 오토 캘리브레이션 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 가변 임계방식을 적용하여 광학 근접 센서가 채택된 각각의 디바이스마다 환경에 맞게 오토 캘리브레이션(auto calibration) 함으로써 동작의 신뢰도와 생산성을 향상시킬 수 있는 광학 근접 CMOS 센서, 광학 근접 CMOS 센서를 포함하는 디바이스 및 오토 캘리브레이션 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광학 근접 센서를 포함하는 디바이스 장치에 있어서, 적외선 광을 방출하도록 구성된 방사기; 상기 방사기에 수평적으로 인접하여 배치되고, 상기 방사기로부터 방출된 적외선 광의 진행 방향에 위치한 물체에 의해 반사되어 유입되는 적외선 광에 상응하는 광 신호 전압을 출력하는 수신기; 및 상기 방사기 및 상기 수신기의 상부에 배치되는 광 흡수판을 포함하되, 상기 광 흡수판에는 하나의 연통 홀이 천공되고, 상기 방사기 및 상기 수신기는 상기 연통 홀을 통해 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 근접 센서를 포함하는 디바이스 장치가 제공된다.
상기 디바이스 장치는, 상기 광 흡수판의 상부에 적층되는 유리 패널을 더 포함하되, 상기 물체는 상기 유리 패널 및 상기 디바이스 외부의 감지 물체 중 하나 이상일 수 있다.
상기 디바이스 장치는, 미리 설정된 복수의 임계 전압값들 중 상기 유리 패널에 반사되어 유입되는 적외선 광에 상응하는 광 신호 전압보다 큰 어느 하나의 임계 전압값을 기본 임계 전압값으로 지정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 미리 설정된 복수의 임계 전압값들 중 상기 광 신호 전압보다 큰 임계 전압값이 존재하지 않는 경우, 상기 광 신호 전압이 감소되도록 하기 위해 상기 적외선 광의 출력이 감소되도록 제어할 수 있다.
상기 기본 임계 전압값보다 큰 광 신호 전압이 출력되는 경우 상기 감지 물체가 접근 또는 상기 유리 패널에 접촉된 것으로 인식될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 1홀(hole) 방식을 채택함으로써 감지 물체가 밀착된 경우에도 블랙헤어(black hair) 현상 등을 야기하지 않고 근접으로 오류없이 인식할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 가변 임계방식을 적용하여 광학 근접 센서가 채택된 각각의 디바이스마다 환경에 맞게 오토 캘리브레이션(auto calibration) 함으로써 동작의 신뢰도와 생산성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 광학 근접 센서를 구비한 이동통신 단말기의 외형을 나타낸 도면.
도 1b는 종래기술에 따른 광학 근접 센서의 구성 및 동작 원리를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 종래기술에 따른 2홀(hole) 방식의 광학 근접 센서의 물체 감지 방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 근접 센서를 구비한 이동통신 단말기의 외형을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1홀(hole) 방식의 광학 근접 센서의 물체 감지 방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 근접 센서의 오토 캘리브레이션 방법을 나타낸 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 근접 센서를 구비한 이동통신 단말기의 외형을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1홀(hole) 방식의 광학 근접 센서의 물체 감지 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 이동통신 단말기의 일 측에는 광학 근접 센서의 방사기(emitter)(130)로부터 빛이 방사되고, 방사된 빛이 감지 물체 등에 의해 반사되어 수신기(140)로 유입되도록 하는 연통 홀(300)이 구비된다.
연통 홀(300)은 도 4에 도시된 바와 같이 방사기(130) 영역과 수신기(140) 영역이 일체로 노출되도록 수평방향으로 길게 형성된다. 즉, 광 흡수판(220)에는 연통 홀(300)이 천공되고, 방사기(130) 및 수신기(140)가 해당 연통 홀을 통해 노출되도록 배치된다.
도 4에 도시된 1홀(hole) 방식의 근접 센서의 물체 감지 방법을 참조하면, (a)는 감지 물체가 광학 근접 센서로 접근하는 경우를 나타낸 것으로서, 방사기(130)에서 방사된 빛은 감지 물체의 표면에 반사되어 수신기(140)로 유입되는 a 및 b 경로, 유리 패널(210)의 상부 표면에 반사되어 수신기(140)로 유입되는 c 및 d 경로, 유리 패널(210)의 하부 표면에 반사되어 수신기(140)로 유입되는 e 경로를 통해 수신기(140)로 유입된다.
앞서 도 2를 참조하여 설명한 종래기술에 따른 광학 근접 센서에 비해, 본 실시예에 따른 광학 근접 센서는 b 경로, d 경로 및 e 경로를 더 포함한다.
이는, 2홀 구조로 구성된 종래기술에 따른 광학 근접 센서의 경우 방사기(130)에 의해 방사된 광들 중 방사기(130) 영역과 수신기(140) 영역 사이에 배치된 광 흡수판(220)에 흡수되는 광들이 존재하였으나, 본 실시예에 따른 광학 근접 센서인 경우 방사기(130) 영역과 수신기(140) 영역 사이에 광 흡수판(220)이 존재하지 않고 연통 홀(300)이 형성되어 있어 방사기(130)로부터 방사되는 보다 많은 양의 빛이 유리 패널(210)의 상부 및 하부 표면이나 감지 물체에 의해 반사되어 수신기(140)로 유입될 수 있다.
이는, (b)에 도시된 바와 같이 감지 물체가 광학 근접 센서로 더 접근하여 광학 근접 센서 상부의 유리 패널(210)에 접촉된 경우에도, 유리 패널(210)의 상부 표면이나 감지 물체에 반사되어 수신기(140)로 유입되는 c 및 d 경로, 유리 패널(210)의 하부 표면에 반사되어 수신기(140)로 유입되는 e 경로를 통해 수신기(140)로 종래기술에 비해 보다 많은 양의 빛이 유입될 수 있다.
이로써 본 실시예에 따른 근접 센서는 1홀(hole) 방식을 채택함으로써 감지 물체가 밀착된 경우에도 블랙헤어(black hair) 현상 등을 야기하지 않고 오류없이 인식할 수 있도록 하는 장점을 가진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 근접 센서의 오토 캘리브레이션 방법을 나타낸 순서도이다.
광학 근접 센서에서 방사기(130)로부터 방사된 빛이 감지 물체 등에 반사되어 수신기(140)에 유입되면, 수신기(140)의 광 검출 감지 회로는 해당 빛 양에 부합하는 전압(즉, 광 신호의 전압)을 출력한다. 이 때, 감지 물체가 가까울수록 빛이 많이 유입되어 전압이 커질 것이고, 반사 물체가 멀수록 빛이 적게 반사되어 유입되므로 전압은 작아질 것이다.
이 광 신호의 전압은 설정된 임계 전압값과 비교되어, 광 신호의 전압이 임계 전압값보다 크면 근접으로 인식할 수 있고, 광 신호의 전압이 임계 전압값보다 작으면 근접으로 인식하지 않는다.
본 실시예에 따른 광학 근접 센서는 전술한 임계 전압값을 레지스터 세팅(register setting)으로 가변할 수 있도록 구성되며, 이에 의해 후술되는 바와 같이 본 실시예에 따른 광학 근접 센서가 적용된 각 디바이스는 적용 환경(예를 들어, 동작 환경, LED 드라이버의 성능 오차, 유리 패널(210)의 적외선 투과율 오차 등 중 하나 이상)에 부합하도록 오토 캘리브레이션을 수행하여 동작의 신뢰도와 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 5를 참조하면, 단계 510에서 광학 근접 센서가 구비된 디바이스의 제어부(예를 들어 마이크로컨트롤러 등)는 전원 인가(예를 들어, 부팅 등)되면 초기의 수광량(즉, 광 신호의 전압값)을 측정한다.
초기의 수광량은 외부의 감지 물체 없이 방사기(130)로부터 방사된 빛이 유리 패널의 상부 및 하부 표면에 반사되어 수신기(140)로 입사되는 빛의 수광량이다. 이는, 앞서 도 2를 참조하여 설명된 2홀 구조의 광학 근접 센서에 비해 많은 양의 빛이 유입되기 때문에 감지 물체의 접근 여부에 대한 보다 정밀한 감지를 위해 수행되는 단계일 수 있다. 또는 전술한 적용 환경에서 감지 물체의 접근 여부에 대한 보다 정밀한 감지를 위해 수행될 수도 있다.
제어부는 단계 520에서 측정된 광 신호의 전압값과 미리 설정된 복수의 임계 전압값들을 비교하고, 단계 530에서 해당 광 신호의 전압값에 부합되는 유효한 임계전압값이 존재하는지 여부를 판단한다.
임계 전압값은 예를 들어 아날로그 회로에서 여러 개(예를 들어 30개)의 전압값을 미리 설계한 후 레지스터로 이중 하나의 전압값을 광 신호의 전압값과 비교할 수 있도록 구성될 수 있다.
이 경우, 제어부는 전술한 광 신호의 전압값과 아날로그 회로로 구현된 임계 전압값을 하나씩 차례로 비교하여 광 신호의 전압값이 현재 비교 대상인 임계 전압값과 높은지 낮은지를 판별한다. 예를 들어, 광 신호의 전압값이 현재 비교 대상인 임계 전압값보다 높으면 아날로그 비교회로에서 제1 신호(예를 들어, 1)를 출력하고 임계 전압값보다 낮으면 제2 신호(예를 들어, 0)를 출력하도록 구성될 수 있다.
외부에 감지 물체가 존재하지 않는 상태에서 감지 물체가 근접된 것으로 판별하면 안되므로 아날로그 비교 회로에서는 제2 신호가 출력될 때까지 낮은 임계전압값부터 하나씩 차례로 비교를 진행한다. 이러한 과정에서 광 신호의 전압값보다 큰 임계 전압값이 처음으로 찾아지면(즉, 비교회로가 처음으로 제2 신호를 출력하면), 제어부는 이때의 임계 전압값을 기본 임계 전압값으로 설정한다. 물론, 환경에 따라서는 이보다 한 단계 더 높은 임계 전압값이 기본 임계 전압값으로 설정되도록 구성될 수도 있음을 당연하다.
단계 530의 판단에 의해 유효한 임계 전압값이 존재하면, 단계 540에서 제어부는 해당 임계 전압값을 기본 임계 전압값으로 설정한다.
그러나 만일 단계 530의 판단에 의해 유효한 임계 전압값이 존재하지 않으면, 단계 550에서 제어부는 방사기(130)의 광량이 감소되도록 조절한 후 단계 510으로 다시 진행한다.
단계 550은, 전술한 과정에 의해 임계 전압값을 찾지 못하는 경우, 즉 유리 패널(210)에 반사되어 들어오는 빛의 세기가 너무 커서 현재 설계되어 있는 임계 전압값들의 최대 값보다도 더 클 경우 LED 컨트롤러에서 LED에 흐르는 전류량을 감소시켜 적외선(IR) LED에서 방사되는 빛을 감소시킴으로써 광 신호의 전압값을 감소시키기 위한 것이다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 광 방사 홀
110 : 광 입사 홀
130 : 방사기
140 : 수신기
210 : 유리 패널
220 : 광 흡수판
300 : 연통 홀

Claims (5)

  1. 광학 근접 센서를 포함하는 디바이스 장치에 있어서,
    적외선 광을 방출하도록 구성된 방사기;
    상기 방사기에 수평적으로 인접하여 배치되고, 상기 방사기로부터 방출된 적외선 광의 진행 방향에 위치한 물체에 의해 반사되어 유입되는 적외선 광에 상응하는 광 신호 전압을 출력하는 수신기; 및
    상기 방사기 및 상기 수신기의 상부에 배치되는 광 흡수판을 포함하되,
    상기 광 흡수판에는 하나의 연통 홀이 천공되고, 상기 방사기 및 상기 수신기는 상기 연통 홀을 통해 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 근접 센서를 포함하는 디바이스 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 흡수판의 상부에 적층되는 유리 패널을 더 포함하되,
    상기 물체는 상기 유리 패널 및 상기 디바이스 외부의 감지 물체 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 디바이스 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    미리 설정된 복수의 임계 전압값들 중 상기 유리 패널에 반사되어 유입되는 적외선 광에 상응하는 광 신호 전압보다 큰 어느 하나의 임계 전압값을 기본 임계 전압값으로 지정하는 제어부를 더 포함하는 디바이스 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 미리 설정된 복수의 임계 전압값들 중 상기 광 신호 전압보다 큰 임계 전압값이 존재하지 않는 경우, 상기 광 신호 전압이 감소되도록 하기 위해 상기 적외선 광의 출력이 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 디바이스 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 기본 임계 전압값보다 큰 광 신호 전압이 출력되는 경우 상기 감지 물체가 접근 또는 상기 유리 패널에 접촉된 것으로 인식되는 것을 특징으로 하는 디바이스 장치.
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