KR20140121103A - 비어홀이 구비된 3 차원 모션 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온액체가 주입된 센서와 상기 센서 벽에 전극 패턴이 형성되고, 상기 전극이 이온액체의 움직임을 감지하여, 센서 출력을 하는 3차원 모션 센서에 있어서, 상기 센서 벽에, 기판이 삽입되어 구비되고, 상기 기판에 전극 패턴이 형성되는 구조를 가질 때, 상기 전극 패턴에 비어 홀이 형성되므로서, 물체의 3차원 자세(이동방향, 회전방향, 회전각도 등)변화를 감지하는 모션 센서 내부에 이온액체를 포함하고 있으며, 특히 센서에 구비되는 기판에 형성되는 전극 패턴의 오차 범위를 넓히도록 하여, 더 정밀한 귀울기 변화 측정이 가능하도록 한다.

Description

비어홀이 구비된 3 차원 모션 센서{The 3-dimensional motion sensor with the via hole}

본 발명은 3차원 모션(Motion)(움직임) 센서에 관한 것으로서, 특히 물체의 이동 및 회전 방향, 이동 및 회전속도 등을 측정할 수 있는 자세 측정 장치를 적용한 3 차원 모션센서에서, 센서 제어부 기판에서 전극 연결부의 오차를 줄이기 위한 설계 구조를 제공한 3 차원 모션 센서 기술이다.

종래의 통상적인 위치변화 측정장치는 2차원 상에서 흔히 사용되는 컴퓨터용 마우스가 있다. 종래의 컴퓨터용 마우스는 볼의 구름을 측정하고 단위 시간마다 구른 횟수를 측정하여 상대적인 물체의 이동을 추출하거나 광센서를 이용하여 물체의 상대적인 위치 변화를 측정한다.

또한, 종래의 위치변화 측정장치에는 노트북이나 PDA 등에서 사용되는 터치패드 또는 터치 펜 등이 있다. 이러한 종래의 통상적인 위치변화 측정장치들은 그 움직임이 2차원 공간으로 제한되어 있어서 움직임이 자유롭지 못하다는 문제점이 있으며, 이들로부터 얻을 수 있는 좌표도 2차원 좌표에 불과하다는 문제점이 있다.

한편 3차원 위치변화 즉 3차원 자세측정을 하기 위한 장치가 개발되고 있으나, 그 구조가 복잡하다는 단점이 있다.

또한, 3차원 영상 데이터를 고속으로 획득할 수 있도록 지원하는 3차원 영상 획득 센서를 제공하기 위해, 3차원 영상 데이터를 획득하고자 하는 대상체에 소정의 쉬트빔을 조사하는 쉬트빔 발생부; 상기 대상체에 조사된 쉬트빔의 반사광을 입력받아 상기 대상체의 단면 형상에 관한 2차원 영상 데이터를 생성하는 2차원 이미지 센서를 포함하는 영상 처리부; 생성된 상기 2차원 영상 데이터를 상기 영상 처리부로부터 전송받아 상기 대상체에 대한 3차원 영상 데이터를 산출하는 신호처리부; 및 상기 대상체에 따라 상기 2차원 이미지 센서의 동작 영역을 지정하는 제어수단을 포함하는 3차원 영상 데이터를 획득하는 기술(대한민국 특허 등록 번호 : 10-0422987)은 존재하지만, 실질적으로 3 차원의 움직임을 정확히 실시간으로 감지하는 센서는 부족한 실정이다.

이때, 3 차원 모션센서에서 기울기 변화를 정확히 알기위해서는 센서에 눈금이 구비되어야 하며, 또한, 각 센서에는 전극에 구비되어야 한다. 하지만 정밀한 귀울기 감지를 위해서는 전극 눈금 사이의 간격이 작을 수 밖에 없고, 전극 눈금 간격이 적을 때에서 오차범위를 넓혀 정밀한 센서를 만들 필요가 있게 된다.

선행기술 1 : 대한민국 특허 등록 번호 : 10-0422987

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 물체의 3차원 자세(이동방향, 회전방향, 회전각도 등)변화를 감지하므로서, 모션((Motion)의 방향을 간단한 구조를 이용하여 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 3차원 모션 센서에서, 제어부 기판에 구비된 전극의 간격이 적게 되어도 센서 감지에 있어서는 충분한 정확성을 갖도록 데에 그 목적이 있다.

상기 목적은, 이온액체가 주입된 센서와 상기 센서 벽에 전극 패턴이 형성되고, 상기 전극이 이온액체의 움직임을 감지하여, 센서 출력을 하는 3차원 모션 센서에 있어서, 상기 센서 벽에, 기판이 삽입되어 구비되고, 상기 기판에 전극 패턴이 형성되는 구조를 가질 때, 상기 전극 패턴에 비어 홀이 형성되므로서 해걀된다.

또한, 상기 비어 홀은 상기 기판이 센서벽에 삽입될 때, 센서 벽에 삽입되는 부분 혹은 이온액체와 만나는 부분에 형성되고, 상기 비어 홀 주변에 도전체가 형성된다.

한편, 상기 비어홀이 연속해서 2 개 이상 형성될 수도 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 물체의 3차원 자세(이동방향, 회전방향, 회전각도 등)변화를 감지하는 모션 센서 내부에 이온액체를 포함하고 있으며, 특히 센서에 구비되는 기판에 형성되는 전극 패턴의 오차 범위를 넓히도록 하여, 더 정밀한 귀울기 변화 측정이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 구형 형상을 가진 3 차원 모션 센서의 원리를 나타낸 도면이다.
도 2와 도 3은 이온액체를 포함한 3 차원 모센 센서의 실시예의 도면이다,
도 4 는 센서에 삽입되는 피씨비 기판을 나타내는 실시예의 도면이다.
도 5는 전극 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 6과 도 7은 전극 패턴의 오차 범위를 넓히기 위한 또 다른 실시예의 도면이다.
도 8은 비어가 형성된 전극 패턴의 단면 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 3 차원 모션 센서에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 구형 형상을 가진 3 차원 모션 센서의 원리를 나타낸 도면이다.

도면에서처럼, 구형 형상을 가진 센서(10) 내부에는 이온액체(20)이 주입되고, 구형 형상을 가진 센서 벽에는 전극 패턴(11)이 형성된다. 그리고, 전극봉(21)이 구형 센서(10) 내부로 삽입되어 이온액체(20)에 잠겨져 있는 상태가 된다.

그리고, 상기 전극봉(21)은 금속 재질의 막대 형상을 가지며, 플러스(+, Plus) 전극이 연결되게 된다. 또한, 상기 모든 전극 패턴(11)은 MCU 와 연결되어 있다.

즉, 도면에서 볼 때, 눈금 형상을 가진 것이 전극 패턴이며, 하나의 눈금은 하나의 전극 패턴(11)이 된다. 그리고 상기 각각의 모든 전극 패턴(11)이 MCU와 연결이 된다는 것이다.

따라서, 전극봉(21)에 플러스 전극이 연결되면 이온액체(20)을 중간 매개로 하여 전극 패턴(11)과 연결되고 연결된 상황은 MCU가 감지할 수 있게 된다.

현편, 본 발명의 센서(10)가 각도 α 만큼 오른쪽으로 이동하게 되면, 센서의 기울기가 변하게 되고, 센서(10) 내에 이온액체(20)의 위치도 바뀌게 된다.(도1 왼쪽 도면에서 도시된 이온액체(20)의 위치에서 도 1 오른쪽에 도시된 이온액체(20)의 위치로 바뀐다.)

결과적으로 지구 중력 방향에서 볼 때 이온액체(20)의 위치는 바뀌지 않았지만, 센서(10) 내에서는 이온액체(20)의 위치가 바뀐 것이 된다. 그림에서 보면, 도1의 왼쪽 도면에서는 이온액체(20)의 경계가 전극 패턴(11)의 14번째와 15번째 사이이지만, 도 1의 오른쪽에서는 이온액체(20)의 경계가 전극 패턴(11)의 7번째와 8번째 사이로 바뀌게 된다.

그리고, 상기 전극 패턴(11)의 위치 변화는 전기 신호에 의해 MCU가 감지할 수 있게 된다.

도 2와 도 3은 이온액체를 포함한 3 차원 모센 센서의 실시예의 도면이다,

도 2에서처럼, 본 발명에서는 센서(10)에 피시비(30)(PCB)를 삽입하므로서, 전극 패턴(11)을 형성하는 방법을 사용한다. 즉 도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 센서는 구형 센서(10)에 120도 간격으로 전극 패턴(11)이 형성된 피씨비(30)를 3개 삽입하는 구조를 가진다.

그리고, 상기 피씨비(30)에는 MCU(31)(혹은 CPU)가 구비되며, 연결 전극(33)과 커넥터(32)도 더 구비된다. 상기 연결 전극(33)을 통해 각 피씨비(30)간에 배선(34)이 연결되게 된다. 또한, 상기 커넥터(32)를 통해 또 다른 센서부의 본체와 회로적으로 연결되게 된다.

한편, 본 발명의 구형 센서는 몇 개로 나누어서 제조된 다음 연결되는 구조를 가지며, 본 발명에서는 3 개로 나누어 제조한 다음 연결되는 실시예를 보였다. 따라서, 본 발명의 센서(10)에서는 센서 분리부(10a)가 존재하게 된다.

도 3 은 센서의 구성과 제조 방법을 나타내는 실시예의 도면이다.

도면에서처럼 전극 패턴이 구비된 피씨비(30a)와 MCU(31) 등이 구비된 피씨비(30)는 일체로 되어 있지만, 제조 공정상 상기 두 개의 피씨비는 분리된 형태를 가질 수가 있게 된다.

본 발명에서 센서(10)는 이온액체(20)이 주입된 구형 형상을 가지게 된다. 그리고, 본 발명에서는 전극 패턴이 형성된 피씨비(30a)를 센서(10) 벽에 삽입하는 방법을 제시하게 된다.

본 발명의 구형 센서(10)는 플라스틱 수지 등의 재질을 사용하여 사출 공정을 통하여 만들어 진다. 즉, 구형 센서(10) 사출시에 전극 패턴이 형성된 피씨비(30a)를 삽입한 상태로 사출이 이루어지는 것이다. 그렇게 하므로서, 센서(10) 벽에 전극 패턴(11)이 형성되게 된다.

그리고, 구형 센서(10)를 한번의 사출로 만드는 것이 아니라, 각각 세 등분으로 분리를 해서 사출 공정을 통해 만들어 지게 된다. 즉, 제 1 센서부(10-1)가 전극 패턴이 형성된 피씨비(30a)가 삽입된 상태로 사출되어 만들어 지고, 마찬가지로 제2 센서부(10-2)가 만들어 지고, 또한 제 3 센서부(도면에서는 편의상 도시 생략되었다.) 만들어 지게 된다.

그런 다음에, 상기 제 1 센서부, 제 2 센서부 및 제 3 센서부는 센서 분리부(10a)를 중심으로 서로 접합되게 된다. 접합되는 방법으로는 각각의 센서부 단면에 접착재를 코팅하여 상호 부착할 수도 있고, 접착 테이프 등을 통해 상호 부착할 수도 있다.

결과적으로, 상기 센서 벽은 적어도 2 개 이상의 부분으로 나누어 사출 제작 되어, 부착되는 것을 특징으로 하는 3 차원 모션 센서를 제공하는 것이다.

도 4 는 센서에 삽입되는 피씨비 기판을 나타내는 실시예의 도면이다.

(A)도에서처럼 전극 패턴(11)이 형성된 피시비(30a) 기판과 MCU 등이 형성된 피시비(30)로 분리가 되는 구조를 가지지만, 상기 두 개의 피씨비가 일체로 되어 있을 수도 있음은 물론이다.

그리고, 상기 전극 패턴(11)은 MCU(31)와 연결 배선(11a)를 통해 각각 연결되게 된다.

이때. 각각의 전극 패턴(11)에 비어를 형성하여 만드는데, 이에 대한 도면은 (B)도에 도시되어 있다, 즉 비어 주변(11c))에 도전체 물질이 코팅되어 있고, 상기 도전제 물질이 전극 패턴(11)과 연결 되는 것이다.

즉, 상기 센서 벽에, 기판이 삽입되어 구비되고, 상기 기판에 전극 패턴이 형성되는 구조를 가질 때, 상기 전극 패턴에 비어 홀이 형성되고, 상기 비어 홀은 상기 기판이 센서벽에 삽입될 때, 센서 벽에 삽입되는 부분 혹은 이온액체와 만나는 부분에 형성되는 것이다. 물론, 상기 비어홀이 연속해서 2 개 이상 형성될 수도 있다.

도 5는 전극 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.

최초로 만들어지는 피씨비 기판은 도 5의 (A)에 도시된 바와 같다, 그리고 미리 정해진 크기와 위치에 따라 반원 형태로 작은 비어(1b)를 각각의 전극 패턴(11)에 형성한다,

그런 다음 반원 형태의 커팅선(도면에서 C로 표시)을 경계로 절단하게 된다. 그러면 절단 영역(30c)가 피씨비 기판에서 분리되게 된다,

즉, 상기 절단후에 도5의 (A)도는 도 4의 (A)도의 형태로 되고, 도 5의(B)도는 도4의 (B)도 형태로 되게 된다.

도 6과 도 7은 전극 패턴의 오차 범위를 넓히기 위한 또 다른 실시예의 도면이다.

도 6에서처럼 비어(11b)를 복수개 만들어 제 1 비어(11-1), 제2 비어(11b-2) 및 (11b-c)를 형성한다. 그러면 비어 주면의 도전체 코팅부(11c)도 제 1(11c-1), 제 2(11c-1) 및 제 3(11c-1)처럼 3 개가 만들어지게 된다.

이때, 3 개를 만드는 것은 본 발명의 일 실시예 일 뿐이며, 2 개 이상을 만들 수 있다는 것을 의미한다. 그리고 도 5의 실시예에서처럼 거팅선(C)을 기준으로 절단을 실시하게 된다.

도 7는 도 6에 도시된 피씨비 기판을 절단한 실시예의 도면이다.

결과적으로 비어 주면에 도전체 코팅부가 패턴 전극(11)가 연결되는 유효 면적을 더 넓히는 기능을 하게 된다.

즉, 비어가 1 개 일 경우에는 커팅선(C)을 통하여 절단될 때, 절단 오차에 의하여 비어의 중간 부분에 절단이 되지 않은 경우가 존재하게 된다, 즉 각각의 전극(11)에 형성된 여러개의 비어 중에서 일부는 비어의 중간 부분에 절단이 되지 않은 경우가 발생하게 된다.

이 경우에는 전극 패턴으로서의 역할을 하지 못하게 되는 경우가 발생되며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여. 비어를 복수개 형성하게 되는 것이며 결과적으로 오차 범위를 넓혀서 전극 패턴의 불량률이 감소되게 된다.

도 8은 비어가 형성된 전극 패턴의 단면 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.

통상의 피씨지 기판은 다층 피씨비 기판을 사용하게 된다. 즉, 도면에서처럼 전극 패턴이 형성된 제 1 피씨비 기판(30a-1), 제 2 피씨비 기판(30a-2), 제 3 피씨비 기판(30a-3) 그리고, 제 4 피씨비 기판(30a-4)이 상호 밀착되어 다층 피씨비 기판을 형성할 수가 있다.

그리고, 제 1 피씨비 기판(30a-1)에는 제 1 전극 패턴(11-1)이 형성되고, 제 2 피씨비 기판(30a-2)에는 제 2 전극 패턴(11-2)이 형성되고, 제 3 피씨비 기판(30a-3)에는 제 3 전극 패턴(11-3)이 형성되고 그리고, 제 4 피씨비 기판(30a-4)에는 제 4 전극 패턴(11-4)이 형성된다. 그리고 상기 각각의 전극 패턴은 일정한 간격으로 형성된다.

따라서, 하나의 피씨비 기판에 만 전극 패턴이 형성될 때에는 전극 패턴과 전극 패턴 사이의 간격이 a 가 되지만, 네 개의 피씨비 기판에 모두 전극 패턴이 형성될 때에는 전극 패턴과 전극 패턴 사이의 간격은 b 가 된다. 즉 전극 패턴 사이의 거리를 더 가깝게 하므로서 더 정밀한 각도 측정이 가능한 센서를 제작할 수가 있는 것이다.

이때, 상기 기판에서 비어가 형성되는 실시예는 원으로 표시하였다, 즉, 기판에 홀을 형성하여 만들어 진 것이 비어(11b)이며, 비어 주변에 도전체 영역(11c)이 존재하게 된다.

물론, 상기 제 1 전극 패턴(11-1), 제 2 전극 패턴(11-2), 제 3 전극 패턴(11-3) 및 제 4 전극 패턴(11-4) 모두에 비어가 형성되며, 단지 일부 패턴에만 비어가 형성됨을 보인 것이다.

10 ; 센서 구 11 ; 전극 패턴
12 : 수지 보충재 20 ; 전해질
21 : 전극봉 10a : 센서 분리부
10-1 : 제 1 센서부 10-2 : 제 2 센서부
10-3 : 제 3 센서부 30 ; 피시비(PCB)
30a : 패턴 형성된 피씨비 31 : MCU(혹은 CPU)
32 : 커넥터 33 ; 연결 전극
34 : 배선 11-1 제 1 전극 패턴

Claims (4)

1. 이온액체가 주입된 센서와 상기 센서 벽에 전극 패턴이 형성되고, 상기 전극이 이온액체의 움직임을 감지하여, 센서 출력을 하는 3차원 모션 센서에 있어서,
   상기 센서 벽에, 기판이 삽입되어 구비되고, 상기 기판에 전극 패턴이 형성되는 구조를 가질 때, 상기 전극 패턴에 비어 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 비어홀이 구비된 3 차원 모션 센서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 비어 홀은 상기 기판이 센서벽에 삽입될 때, 센서 벽에 삽입되는 부분 혹은 이온액체와 만나는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 비어홀이 구비된 3 차원 모션 센서.
3. 제 2항에 있어서, 상기 비어 홀 주변에 도전체가 형성된 것을 특징으로 하는 비어홀이 구비된 3 차원 모션 센서.
4. 상기 비어홀이 연속해서 2 개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 비어홀이 구비된 3 차원 모션 센서.
   

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