KR20170013911A - 자동차용 센서 장치 - Google Patents

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후버트 벡스터묄러
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후프 휠스벡 운트 퓌르스트 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은, 복수의 금속화 평면이 형성되어 있는 다층 회로 기판(2)을 구비한 자동차용 센서 장치에 관한 것이다. 용량성 접근 감지법을 이용한 검출을 위해, 용량성 센서 전극이 금속화 평면들 중 하나에 형성된다. 평가 장치를 이용해서 센서 전극으로의 사용자의 접근을 검출하기 위해, 제어 장치(3)가 용량성 센서 전극으로서의 센서 전극을 제어한다. 복수의 금속화 평면상에 각각 하나 이상의 평면 전극 영역(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)이 형성되며, 이 경우 각각의 전극 영역이 제어 장치(3)와 연결된다. 상이한 금속화 평면상의 2개 이상의 전극 영역은 시간상 교대로 센서 전극으로서 제어 및 평가되며, 상이한 금속화 평면상의 2개 이상의 전극 영역은 시간상 교대로 접지로서 제어 및 평가된다.

Description

자동차용 센서 장치{SENSOR DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은, 자동차용 센서 장치, 특히 센서 장치로의 사용자의 용량성 접근 감지를 위한 센서 장치에 관한 것이다.
센서 장치는, 복수의 금속화 평면을 가진 하나 이상의 다층 회로 기판을 구비하여 형성된다. 용량성 센서 전극은 검출을 위해 금속화 평면들 중 하나에 형성된다. 센서 전극에 기준 전위에 대한 전기 전압을 공급하기 위해, 센서 전극과 제어 장치가 연결된다. 센서 전극으로의 사용자의 접근을 감지하기 위해, 평가 장치가 센서 전극에서의 커패시턴스 변동을 검출한다. 이때, 제어 장치와 평가 장치는 하나의 장치로 통합될 수 있다.
접근의 용량성 감지 시스템은 종래 기술에 공지되어 있다. 사전 설정된 전위에 놓이게 될 센서 전극과, 기준 전극, 예컨대 차량 접지 또는 차량 하측 바닥의 접지 사이에 커패시턴스가 형성된다. 이 커패시턴스는, 센서 장치의 감지 영역에서 몸체, 예를 들어 사용자의 발이 움직일 때 변동될 수 있다. 커패시턴스 자체의 검출은 다양한 방식으로 가능하다.
예를 들어, 커패시턴스를 위한 측정값으로서 클럭 제어된 일련의 방전 과정 또는 방전 기간이 사용될 수 있다. 예를 들어, DE 196 17 038 A1호로부터도, 차량 도어 손잡이에의 접근에 대한 용량성 감지가 공지되어 있다.
DE 10 2012 109 034 A1호는, 예를 들어 센서 장치가 통합된 차량 도어 손잡이를 개시한다. 이 센서 장치는, 스루 홀들(through hole)을 갖는 인접한 회로 기판 평면들 내에 놓인 복수의 도체 구조물로 형성된 센서 전극을 갖는 다층 회로 기판을 사용한다.
센서 전극, 차폐 전극(유도 전극으로도 지칭됨) 및 기준 전극을 이용한 용량성 접근 감지의 개념도 마찬가지로 종래 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 해당 개념은 EP 2 568 605호에 개시되어 있다. DE 10 2009 002 566 A1호도, 상이한 금속화 평면들 및 하나의 센서 전극과 하나의 차폐 전극을 갖는 센서 장치를 개시한다.
전술된 유형의 센서 전자 장치는 예를 들어 차량의 도어 손잡이 또는 트렁크 리드(trunk lid)로 차량 사용자의 손이 접근하는 것을 감지하기 위해 사용된다. 이러한 접근이 감지되면, 예를 들어 차량 측 전자 장치에 의해 차량용 액세스 키와의 무선 대화가 시작된다.
선행 기술 및 전술된 간행물들로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서 전극은 감지 영역을 향해 배향된다. 감지 영역으로부터 먼 쪽에는 차폐 전극이 위치하며, 이 경우 차폐 전극의 전위는 센서 전극을 따르거나 상기 전위에 비해 변동한다. 하지만, 차폐 전극의 커패시턴스 변동이 아니라 센서 전극의 커패시턴스 변동이 평가된다. 차폐 전극 뒤에는, 커패시턴스 감지를 위한 기준 전위로서 이용하기 위해 접지 전극이 위치할 수 있다.
최근의 차량 및 조작 시스템은 점점 더 복잡하고 더 유연한 조작 가능성을 요구한다.
본 발명의 과제는, 용량성 접근 감지를 위한 개선된 센서 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 특허 청구항 1의 특징들을 갖는 센서 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 중요한 특징은, 상이한 평면에 있는 전극 영역을 수용하는, 복수의 금속화 평면을 갖는 다층 회로 기판을 사용하는 것이다. 복수의 금속화 평면을 갖는 각각의 회로 기판 어셈블리가 다층 회로 기판으로서 간주된다. 예컨대, 금속화된 전면 및 후면을 갖는 단일 회로 기판이 형성될 수 있다. 본 발명의 범주에서 2개 이상의 금속화 평면도 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 다층 회로 기판은 예컨대 압입(press fit) 방법을 통해 하나의 다층 어셈블리로 연결된 복수의 개별 회로 기판으로 이루어진 결합체로도 이해될 수 있다.
하지만, 이와 같은 전극 영역에는 부동의 기능성이 설치되지 않는다. 상이한 전극 영역들이 교대로 제어될 수 있음으로써, 이들 전극 영역은 시간에 따라 상이한 기능들을 충족시킨다. 다시 말해, 일종의 시간 다중화 모드에서는, 하나의 전극 영역이 일시적으로 센서 전극으로서 이용될 수 있고, 또 다른 시간 범위 및 감지 패턴에서는 측정 전극으로서 이용되거나 차폐 전극으로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 복수의 전극 영역을 가지며, 이들 전극 영역은 예를 들어 상이한 평면들에서 부분적으로 중첩되어 존재할 수 있고, 이와 같은 방식으로 일시적으로 다중화된 제어에 의해 상이한 조작 패턴을 구현한다.
중요한 사실은, 복수의 금속화 평면에 각각 하나 이상의 평면 전극 영역이 형성된다는 것이다. 본 발명을 위해서 사용되는 각각의 전극 영역은, 전극 영역에 상이한 전압을 공급할 수 있는 전자 제어 장치와 연결되어 있다.
커패시턴스 변동을 검출하기 위해, 평가 장치가 전극 영역들의 하나 이상의 선택과 연결된다. 감지 패턴과 전극 영역 제어 간의 전환을 동기화하기 위해, 평가 장치와 제어 장치가 서로 연결된다. 이들은 통합된 형태로도 형성될 수 있고, 그 결과 하나의 회로가 제어와 평가를 구현한다. 전극 영역의 선택에는 상이한 전압이 공급되고, 평가 장치는 다름 아닌 현재의 제어 평가 패턴에 따라 상이한 전극 영역을 센서 전극으로서 평가한다.
본 발명에 따른 장치를 사용하면, 상이한 조작 컨셉을 검출하기 위해 복수의 센서 장치를 구현할 필요가 없다. 이와 같은 조작 컨셉들은 다층 회로 기판상에서 다기능 전극 어셈블리에 의해 구현된다. 이때, 하나의 평면에서는, 예를 들어 손잡이 영역 내로의 동작을 손잡이 축을 따라 형성되는 동작점에 의존해서 감지하기 위해, 전기적으로 분리된 제어 영역들이 형성될 수 있다. 또한, 회로 기판으로부터 출발하는 검출 방향들이 변경되고 역전될 수 있다. 이는, 예를 들어 센서 전극 및 차폐 전극 그리고 접지 전극을 위한 층들의 순서가 바뀜으로써 가능하다. 다시 말해, 이와 같은 다층 회로 기판이 예를 들어 하나의 차량 도어 손잡이 내에 배치되면, 회로 기판의 커버 면의 일측은 도어 손잡이의 내부면의 방향으로 배향될 수 있고, 타측은 외부면의 가시 방향으로 배향될 수 있다. 금속화 영역들의 기능 평면들의 교체를 통해, 검출 영역이 한 번은 도어 손잡이의 내부면 쪽으로 정렬될 수 있고, 시간 다중화 방법에서는 시간에 따라 도어 손잡이의 외부면 쪽으로도 정렬될 수 있다. 그럼으로써, 예를 들어, 도어의 내부면에 손을 삽입했을 때 조작자의 개방 요구뿐만 아니라, 예를 들어 손을 손잡이의 외부면에 올려놓았을 때의 폐쇄 요구도 검출될 수 있다.
한 간단한 구성에서, 하나의 회로 기판이 2개의 금속화 평면을 가지며, 이들 금속화 평면의 센서 전극으로서의 그리고 접지 전극으로서의 기능은, 검출 방향을 전환하기 위해 시간 흐름에 따라 전환된다. 또 다른 한 간단한 구성은 3개의 금속화 평면을 사용하며, 이들 중 중간 금속화 평면은 차폐 전극으로서 유지되지만, 바깥쪽에 놓인 전극들은 시간 변화에 따라 센서 전극으로서의 기능과 접지 전극으로서의 기능을 교환한다. 더 많은 수의 금속화 평면이 사용될 수도 있다는 점이 더 분명해진다.
본 발명의 일 개선예에서는, 앞에서 이미 명시된 바와 같이, 다층 회로 기판의 상이한 평면들에 금속화 영역들이 용량성 센서를 위한 전극 영역으로서 형성될 뿐만 아니라, 하나의 평면 내에 개별적으로 제어되거나 평가될 수 있는 복수의 분리된 전극 영역이 형성되기도 한다.
원칙적으로, 센서로서 작용하는 하나의 전극 및 복수의 전극 면으로 이루어진 하나의 센서 전극 결합체가 하나의 차폐 전극에 의해 가급적 전체 표면이 차폐되고, 이와 같은 차폐가 하나의 접지 전극에 의해서 보호될 때 특히 우수한 감지가 가능하다. 그에 상응하게, 각각의 평면의 복수의 전극 영역이 상호 연결에 의해 상기와 같은 센서 전극, 차폐 전극 또는 접지 전극을 형성할 수 있다.
상기와 같은 일 실시예에서는, 예를 들어 엄지 또는 손가락을 손잡이 섹션 위에 올려놓음으로써 의도된 작동을 위해 검출을 수행하는 검출 영역이 제공될 수 있다.
이와 같이 하나의 평면에 있는 분리된 센서 전극들은 전술한 것처럼 하나의 공통 접지 전극 또는 차폐 전극을 형성하기 위해, 다른 패턴으로 함께 제어될 수 있다.
전극 기능이 전환되는 상기와 같은 모든 상이한 감지 패턴은 시간적 순서로 주기적으로 순환될 수 있다. 물론, 전극 영역의 기능이 차량 상태에 따라 선택되는 방식으로 시간 의존적 제어도 이루어질 수 있다. 예를 들어 차량의 잠김 상태가 해제되면, 센서들과 전극 영역들은 잠금 기능만이 검출되도록 제어된다. 한편, 차량이 잠김 상태에 있으면, 잠김 해제 감지 상태로 전환된다.
본 발명의 범주에서, 예를 들어 하나의 시간 범위 안에 동일한 기능을 제공하고, 또한 동일한 전압을 공급하기 위해, 상이한 평면들에 있는 복수의 전극 영역을 통합하여 기능 유닛들을 형성하는 것이 전적으로 가능하다.
예를 들어, 이러한 방식으로, 하나의 차폐 전극이 다층 회로 기판의 복수의 평면에 걸쳐 연장될 수 있고, 하나의 센서 전극을 이러한 방식으로 유사하게 포괄하거나 에워쌀 수 있다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 센서 장치가 설치된 자동차를 위한 정형화된 도어 손잡이(1)를 도시한 도이다.
도 2는, 제어- 및 평가 장치(3), 그리고 다층 회로 기판(2) 및 그 내부에 배치된 전극 영역들로의 연결 상태를 확대 도시한 개략도이다.
도 3은, 층 어셈블리를 하나의 다층 회로 기판상에 정형화된 형태로 도시한 또 다른 일 실시예의 도이다.
도 1은, 본 발명에 따른 센서 장치가 설치된 자동차용의 정형화된 도어 손잡이(1)를 보여준다. 도어 손잡이에서 그립부 내에, 다시 말해 도어 개구에서 손으로 감싸쥘 영역에 다층 회로 기판(2)이 배치되어 있다. 다층 회로 기판(2) 상에는, 이하에서 계속 기술되는 바와 같이, 센서 전극 영역을 갖는 복수의 평면이 형성되어 있다. 제어- 및 평가 장치(3)가 회로 기판(2) 및 그 위에 배치된 전극 영역과 연결되어 있다. 상기 제어- 및 평가 장치(3)는 케이블 하니스(cable harness)를 통해 차량 측 중앙 제어 유닛과 연결되어 있다.
도 1에는 작용 원리가 도시되어 있으며, 이 작용 원리에 따르면 동일한 하나의 다층 회로 기판(2) 및 또한 동일한 전극 영역에 의해 상이한 센서 기능 및 감지 영역을 얻을 수 있다. 제어- 및 평가 장치(3)에 의해 제1 패턴에 따라 센서 전극들의 스위칭 시, 도 1에 제1 파선으로 표시되어 있는 자력선 영역을 갖는 검출 영역(5)이 구현된다. 도어 손잡이 내부에 있는 상기 영역 안에 사용자가 접근하면, 이와 같은 상황이 센서 전극 어셈블리에 의해서 검출되고, 상응하는 차량 기능이 트리거될 수 있다. 하지만, 제어- 및 평가 장치(3)가 제2 패턴에 따라 다층 회로 기판(2) 상에 있는 센서 전극에 접속되면, 센서 전극에 의해 제2 유형의 파선으로 도시된 자력선 파형(6)이 구현된다. 즉, 자력선 파형 "5"와 "6"은 시간차를 가지며, 동시에 구현되지 않는다.
도 2는, 제어- 및 평가 장치(3), 그리고 다층 회로 기판(2) 및 그 내부에 배치된 전극 영역들로의 연결 상태를 확대된 개략도로 보여준다. 회로 기판(2) 내에 복수의 전극 평면이 형성되어 있고, 금속화된 전극 영역(4a, 4b, 4c 및 4d)이 배치되어 있다. 도 2에 도시된 회로 기판 상부에 검출 영역을 갖는 자력선 형성을 구현하기 위해, 예를 들어 전극(4a)이 센서 전극으로서 제어되며, 다시 말하자면 기준 전극에 대하여 사전 설정된 전압이 공급되고, 평가 회로에 의해 모니터링된다. 전극(4b)은 차폐 전극으로서 이용되며, 이 전극은 예를 들어 센서 전극(4a)과 동일한 전위에서 안내되지만, 센서 전극(4a)에서만 커패시턴스 변동이 모니터링되고, 차폐 전극(4b)에서는 커패시턴스 변동이 모니터링되지 않는다. 본 구성에서, 전극 영역(4c)은 무전위(floating) 상태로 유지되고, 전극 영역(4d)은 접지와 연결된다. 이러한 방식으로, 위로 향하는 검출 영역이 구현된다(도 1의 영역 "5").
시간차를 두고 또는 신속 전환을 통해, 검출 영역의 정렬 상태가 아래로 변경될 수 있다(도 1의 영역 "6"). 이 경우, 전극(4d)이 관련 전위 및 관련 평가를 갖는 센서 전극으로서 이용된다. 본 예에서, 전극(4c)은 무전위 상태로 유지될 수 있는 한편, 전극(4b)은 센서 전극(4d)과 동일한 전위에서, 그러나 커패시턴스 모니터링은 없이 차폐 전극으로서 형성된다. 이와 같은 패턴에 따르면, 전극(4a)은 접지 전위와 연결될 수 있다.
동일한 전극 영역들이 시간차를 두고 상이한 전극 기능을 수행한다는 것을 알 수 있다.
도 3은, 층 어셈블리가 하나의 다층 회로 기판상에 정형화된 형태로 도시되어 있는 또 다른 일 실시예를 보여준다. 이와 같은 어셈블리는 차량의 트렁크 리드 또는 측면 도어를 위한 관련 손잡이 어셈블리 내에도 배치될 수 있다.
전극 영역들(11 내지 19)은 다층 회로 기판 내에 4개의 상이한 평면에 형성된다. 이들 전극 영역은 재차 본 도면에는 도시되어 있지 않은 제어- 및 평가 장치와 연결된다.
제1 기능 패턴에 따르면, 복수의 전극 영역, 본 예에서는 영역들(13, 15 및 16)이 차폐 전압과 연결되는 한편, 영역(11)은 센서 전극으로서 스위칭된다. 전극 영역(16)에 추가로, 측면의 전극 영역(13 및 15)의 어셈블리는 센서 전극(11)의 작용을 프레임 형태로 둘러싼다. 전극(18)은 본 패턴에서 접지 전극으로서 스위칭될 수 있다.
전술한 패턴에 대해 시간차를 두고 활성화되는 제2 패턴에서는, 상기 전극들이 다른 기능을 획득하거나, 다른 전극 영역이 활성화된다. 이와 같은 다른 패턴에서는, 예를 들어 전극(14)에 차폐 전압이 공급되는 한편, 전극(18)은 센서 전극으로서 작용한다. 전극 영역(17 및 19)이 전극(14)과 동일한 전위와 연결됨으로써, 이 패턴에서도 센서 전극(18)은 전극(14, 17 및 19)에 놓여 있는 차폐 전압 전위에 의해 둘러싸인다. 이 패턴에서 전극(16)은 무전위 상태로 유지되는 한편, 예를 들어 전극(12)은 접지 전극으로서 작용한다.
시간차를 두고 활성화될 수 있는 또 다른 패턴에 따르면, 제한된 영역을 감지하기 위해 전극(12, 13, 15, 19)이 활성화될 수 있다. 예를 들어, 전극(19)은 손잡이에 엄지손가락이 올려지는 영역에 위치될 수 있다. 이때, 엄지가 올려진 상태를 식별하기 위한 감지 패턴이 활성화되면, 전극(19)은 센서로서 이용되고, 전극(18 및 16)은 차폐 전극으로서 이용되며, 전극(15)은 접지로서 이용된다.
본 발명에 따르면, 다층 회로 기판의 동일한 평면에 있는 상이한 전극 영역들뿐만 아니라, 회로 기판의 상이한 평면에 있는 상이한 전극 영역들도 시간적으로 변경 가능한 방식으로 기능이 제어됨을 알 수 있다. 이 경우, 복수의 전극 영역이 통합되어 기능 유닛들을 형성할 수 있다. 중요한 것은, 전극 영역들 중 몇몇이 상이한 제어 패턴으로 상이한 기능을 담당한다는 것이다.

Claims (8)

  1. 복수의 금속화 평면이 형성되어 있는 다층 회로 기판(2)을 구비한 자동차용 센서 장치로서,
    용량성 접근 감지법을 이용한 검출을 위해, 용량성 센서 전극이 금속화 평면들 중 하나에 형성되며,
    센서 전극에 기준 전위에 대한 전기 전압을 공급하기 위해 제어 장치(3)가 센서 전극과 연결되고, 센서 전극으로의 사용자의 접근을 검출하기 위해 평가 장치(3)가 센서 전극의 커패시턴스 변화를 감지하는, 자동차용 센서 장치에 있어서,
    복수의 금속화 평면상에 각각 하나 이상의 평면 전극 영역(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)이 형성되고, 각각의 전극 영역이 제어 장치(3)와 연결됨으로써, 각각의 전극 영역에 기준 전위에 대해 개별적으로 할당된 전기 전압이 공급될 수 있으며,
    평가 장치(3)는 상이한 금속화 평면상의 2개 이상의 전극 영역과 연결되며,
    상기 평가 장치 및 상기 제어 장치는, 상이한 금속화 평면상의 2개 이상의 전극 영역은 시간상 교대로 센서 전극으로서 제어 및 평가되고, 상이한 금속화 평면상의 2개 이상의 전극 영역은 시간상 교대로 접지로서 제어 및 평가되도록, 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차용 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서, 교대로 센서 전극 및 접지 전극으로서 제어될 수 있는, 상이한 금속화 평면상의 2개의 전극 영역은 동일하며, 그럼으로써 각각의 전극이 시간에 따라 센서 전극으로서 그리고 시간에 따라 접지 전극으로서 제어될 수 있는, 자동차용 센서 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 금속화 평면 내에, 서로 별도로 제어될 수 있거나 평가될 수 있는 2개의 분리된 전극 영역(11, 12, 13; 14, 15; 17, 18, 19)이 형성되는, 자동차용 센서 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는, 연결된 전극 영역들 중 적어도 하나는 일시적으로 부유(floating) 상태로 스위칭될 수 있도록, 형성되는, 자동차용 센서 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치 및 평가 장치는, 다층 회로 기판의 상이한 평면상의 전극 영역들이 시간차를 두고 센서 전극으로서 스위칭되도록, 형성되는, 자동차용 센서 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 장치 및 평가 장치가 형성됨으로써,
    먼저, 전극 영역(4a)이 센서 전극으로서 스위칭되고, 상기 센서 전극의 다층 회로 기판의 평면은 다층 회로 기판의 제1 외부면으로부터 제1 간격을 가지며, 그와 동시에 다른 전극 영역(4c)은 차폐 전극으로서 스위칭되고, 상기 차폐 전극의 다층 회로 기판의 평면은 외부면으로부터 제1 간격보다 큰 제2 간격을 가지며,
    시간차를 두고, 전극 영역(4c)이 센서 전극으로서 스위칭되고, 상기 센서 전극의 다층 회로 기판의 평면은 다층 회로 기판의 제1 외부면으로부터 제1 간격보다 큰 제3 간격을 가지며,
    그와 동시에 다른 전극 영역(4b)은 차폐 전극으로서 스위칭되고, 상기 차폐 전극의 다층 회로 기판의 평면은 외부면으로부터 제3 간격보다 큰 제4 간격을 가지며,
    그 결과, 시간차를 두고 외부면에 대한 센서 전극과 차폐 전극의 공간적 시퀀스가 역전되는, 자동차용 센서 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전극 영역들은 회로 기판 평면에 대해 수직인 한 방향으로 적어도 쌍으로 그리고 적어도 부분적으로 중첩되는, 자동차용 센서 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 한 평면 내에 있는 하나 이상의 전극 영역이 센서 전극으로서 스위칭될 수 있고, 다른 한 평면 내에 있는 하나의 전극 영역은 차폐 전극으로서 스위칭될 수 있으며, 또 다른 한 평면 내에 있는 하나의 전극 영역은 접지 전극으로서 스위칭될 수 있는, 자동차용 센서 장치.
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