KR20190093315A - 잠금 해제 장치 및 이의 잠금 해제 방법 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 잠금 해제 장치는 잠금부; 상기 잠금부를 구동시키는 잠금 구동부; 상기 잠금부의 구동을 위한 패턴을 입력받는 센서; 기설정된 패턴 정보가 저장되는 저장부; 및 상기 센서를 통해 입력되는 패턴과 상기 저장부에 저장된 패턴 정보를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 잠금부의 구동을 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 센서는, 상호 일정 간격 이격되는 복수의 센서 유닛을 포함하고, 상기 복수의 센서 유닛 각각은, 기판과, 상기 기판 위에 상호 이격되어 배치되는 제 1 및 2 전극과, 상기 기판 위에 상기 제 1 및 2 전극을 덮으며 배치되고, 내부에 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층을 포함하고, 상기 제어부는, 객체의 접근에 따라 상기 복수의 센서 유닛으로부터 각각 출력되는 감지 값을 수신하고, 상기 수신한 감지 값이 기설정된 기준 값보다 작은지 여부를 판단하며, 상기 감지 값이 상기 기준 값보다 작으면, 상기 기준 값과 상기 감지 값의 차이 값을 토대로 상기 복수의 센서 유닛을 통해 입력되는 패턴을 인식한다.

Description

잠금 해제 장치 및 이의 잠금 해제 방법{A LOCKING REMOVING DEVICE AND UNLOCK METHOD}

본 발명은 센서에 관한 것으로, 특히 비접촉식으로 잠금 해제를 위한 패턴을 입력받는 센서 및 이를 포함하는 잠금 해제 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 잠금 해제 장치는 비밀번호를 입력하는 번호 입력부와 그 번호 입력부로부터 입력되는 신호를 판단하는 제어부 및 그 제어부의 제어신호에 의해 잠금부를 구동시키는 잠금 구동부 등을 구비한다. 여기서, 그 번호 입력부는 대부분 물리적으로 신호를 입력하기 위한 스위치로 구성된다. 즉, 사용자가 물리적으로 스위치를 누르게 되면 제어부는 미리 저장되어 있는 스위치의 배열 구조에 따른 가중치를 적용하여 현재 입력된 눌림 신호에 상응하는 번호를 파악하고 그 파악된 번호가 기저장되어 있는 비밀번호와 동일하면 잠금 구동부를 제어하여 잠금부의 잠금 상태를 해제시킨다.

그런데, 이와 같은 방식의 디지털 잠금장치는 번호 입력부를 구성하는 스위치가 빈번하게 조작됨에 따라 스위치의 접점이 마모되어 더 이상의 사용이 불가능하게 되는 문제가 발생된다.

그에 따라, 이와 같은 스위치 구조가 아닌 접촉식 정전용량 센서를 사용하는 디지털 잠금장치가 제안되어 있는데, 그 접촉식 정전용량 센서를 사용한 디지털 잠금장치는 스위치의 물리적인 접촉은 없으나 금속성 감지부가 외부로 돌출되어 정전기나 외부환경에 취약하다는 문제가 있다.

이러한 문제 발생시 사용이 불가능하게 된 스위치를 정비하기 위해서는 물리적인 교체를 해야만 원상복구를 할 수 있으며, 특히 비밀번호 입력을 위한 스위치의 불량 발생시 잠금장치의 해제가 불가능하다는 문제가 있다.

또한, 상기와 같은 접촉식 잠금 해제 장치는, 사용자가 직접 특정 영역을 접촉하는 것으로 비밀번호를 입력받기 때문에, 외부에서 사용자가 접촉하는 영역에 대한 지문 흔적이 그대로 남아있어 보안에 취약한 문제가 있다.

또한, 종래의 잠금 해제 장치는, 잠금 해제 대상물과 결합하고 있으며, 이에 따라 상기 잠금 해제 장치의 유무 및 이에 대한 위치가 그대로 외부에 노출되어 있어 보안에 취약한 문제가 있다.

본 발명에 따른 실시 예에서는 잠금 해제 장치의 설치된 영역과 그 이외의 영역의 구분이 불가능한 센서 및 이를 포함한 잠금 해제 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 인체의 접근과 그 이외의 물체의 접근을 구분하여, 인체의 접근 시에만 동작할 수 있는 센서 및 이를 포함한 잠금 해제 장치를 제공한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 예에 따른 잠금 해제 장치는 잠금부; 상기 잠금부를 구동시키는 잠금 구동부; 상기 잠금부의 구동을 위한 패턴을 입력받는 센서; 기설정된 패턴 정보가 저장되는 저장부; 및 상기 센서를 통해 입력되는 패턴과 상기 저장부에 저장된 패턴 정보를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 잠금부의 구동을 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 센서는, 상호 일정 간격 이격되는 복수의 센서 유닛을 포함하고, 상기 복수의 센서 유닛 각각은, 기판과, 상기 기판 위에 상호 이격되어 배치되는 제 1 및 2 전극과, 상기 기판 위에 상기 제 1 및 2 전극을 덮으며 배치되고, 내부에 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층을 포함하고, 상기 제어부는, 객체의 접근에 따라 상기 복수의 센서 유닛으로부터 각각 출력되는 감지 값을 수신하고, 상기 수신한 감지 값이 기설정된 기준 값보다 작은지 여부를 판단하며, 상기 감지 값이 상기 기준 값보다 작으면, 상기 기준 값과 상기 감지 값의 차이 값을 토대로 상기 복수의 센서 유닛을 통해 입력되는 패턴을 인식한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 수신한 감지 값이 상기 기설정된 기준 값보다 크면, 상기 접근한 객체가 인체를 제외한 다른 객체인 것으로 인식한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 센서 유닛을 통해 출력되는 각각의 감지 값과 상기 기준 값의 차이 값을 비교하고, 상기 차이 값이 가장 큰 값을 가지는 센서 유닛 상에 상기 객체가 위치한 것으로 인식한다.

또한, 상기 센서는, 상기 복수의 센서 유닛 사이에 배치되며, 상기 복수의 센서 유닛 사이에 발생하는 신호 간섭을 차단하는 차단부를 더 포함한다.

또한, 상기 복수의 센서 유닛 각각은, 상기 기판 상에 배치되고, 상기 제 1 전극의 주위를 둘러싸는 제 1 격벽과, 상기 기판 상에 배치되고, 상기 제 2 전극의 주위를 둘러싸는 제 2 격벽을 포함하고, 상기 감지층은, 상기 제 1 격벽 내에 배치되는 제 1 감지층과, 상기 제 2 격벽 내에 배치되며, 상기 제 1 감지층과 물리적으로 분리된 제 2 감지층을 포함한다.

또한, 상기 제 1 격벽은, 상기 제 2 격벽과 비접촉한다.

또한, 상기 제 1 및 2 전극 각각은, 급전 단자와 연결되는 급전 전극과, 접지 단자와 연결되는 플로팅 전극을 포함한다.

또한, 상기 감지 값은, 상기 각각의 센서 유닛으로 상기 객체가 접근함에 따라 변화하는 커패시턴스 값을 포함하며, 상기 제어부는, 상기 커패시턴스 값의 감소 폭이 가장 큰 센서 유닛에 대응하는 패턴을 상기 입력 패턴으로 인식한다.

또한, 상기 기판은 공통 기판이며, 상기 차단부는, 상기 공용 기판을 복수의 영역으로 구획하며, 상기 각각의 센서 유닛을 구성하는 상기 제 1 및 2 전극은, 상기 차단부를 통해 구획된 서로 다른 영역 상에 각각 배치된다.

한편, 실시 예에 따른 잠금 해제 방법은 내부에 탄소 미세 코일을 분산된 감지층을 포함하는 복수의 센서 유닛을 통해 출력되는 감지 값을 수신하는 단계; 상기 수신된 감지 값을 이용하여 객체의 접근에 따라 입력되는 패턴을 인식하는 단계; 상기 인식된 패턴과 기저장된 패턴을 비교하는 단계; 및 상기 인식된 패턴과 상기 저장된 패턴이 동일하면, 잠금 해제 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 감지 값을 수신하는 단계는, 상기 복수의 센서 유닛으로부터 상기 객체의 접근에 따라 변화하는 커패시턴스 값을 각각 수신하는 단계를 포함하고, 상기 패턴을 인식하는 단계는, 상기 수신한 커패시턴스 값이 기설정된 기준 값보다 작은지 여부를 판단하는 단계와, 상기 커패시턴스 값이 상기 기준 값보다 작으면, 상기 각각의 센서 유닛의 커패시턴스 값과 상기 기준 값의 차이 값을 확인하는 단계와, 상기 차이 값을 이용하여 상기 객체와 가장 근접한 센서 유닛을 확인하는 단계와, 상기 확인된 센서 유닛에 대응하는 패턴을 상기 입력된 패턴으로 인식하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 수신한 커패시턴스 값이 상기 기설정된 기준 값보다 크면, 상기 접근한 객체가 인체를 제외한 다른 객체인 것으로 인식하고, 상기 수신한 커패시턴스 값을 무시하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 가장 근접한 센서 유닛을 확인하는 단계는, 상기 기준 값보다 작으면서, 상기 기준 값과의 차이 값이 가장 큰 커패시턴스 값이 감지된 센서 유닛을 상기 가장 근접한 센서 유닛으로 확인하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 인체가 접근하면 이에 따른 커패시턴스 값이 감소하는 탄소 미세 코일의 특성을 이용하여, 인체가 접근한 경우에만 잠금 해제 장치를 동작시킬 수 있으며, 이에 따른 장치 오작동을 사전에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 잠금 해제 장치에 직접 접촉하지 않아도 사용자가 원하는 패턴을 입력할 수 있으며, 이에 따른 잠금 해제 장치에 인체의 접촉 흔적(예를 들어, 지문)이 남지 않아 보안을 강화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 다수의 센싱 영역의 감지층을 물리적으로 분리시키면서, 각각의 센싱 영역에서도 전극별 감지층을 물리적으로 분리시킴으로써, 사용자의 입력 패턴의 인식 정확도를 높일 수 있으며, 이에 따른 사용자 만족도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 잠금 해제 장치를 잠금 해제 대상과 분리시킴으로써, 잠금 해제 장치의 위치가 외부로 노출되지 않음에 따른 보안을 강화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 실내, 실외, 임의의 장소 또는 구조물 등에 잠금 해제 장치의 위장 설치가 가능하며, 이에 따른 설치자 및 사용자 이외에 잠금 해제 장치의 위치 파악에 어려움이 있어 보안 강화에 유리하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 센서의 상세 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 각각의 센서부의 상세 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 전극의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 감지층 내에 포함된 탄소 미세 코일을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 탄소 미세 코일이 가지는 커패시터 기능을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5의 탄소 미세 코일의 특성을 나타낸 것이다.
도 8은 도 3에 도시된 각각의 센서부의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인체 감지에 따른 커패시턴스 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 이물질에 의한 커패시턴스 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도 2의 센서부의 상세 구조를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 도 1의 센서의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 11과 비교되는 2라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 11에 도시된 4라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 일 예의 구성을 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 20은 감지물의 종류에 따라 변화하는 탄소 미세 코일의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 잠금 해제 장치의 잠금 해제 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 잠금 해제 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 잠금 해제 장치(100)는 센서(110), 잠금부(120), 잠금 구동부(130), 저장부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.

본 발명에서의 상기 잠금 해제 장치(100)는, 잠금 기능이 구비된 다양한 구조물에 설치될 수 있다. 예를 들어, 잠금 해제 장치(100)는 주택, 사무실 및 자동차 등의 출입문 상에 설치되어, 상기 주택, 사무실 및 자동차 등의 내부로의 외부인 침입을 방지할 수 있다. 또한, 상기 잠금 해제 장치(100)는 금고 등과 같은 개인적인 보안을 요구하는 구조물 상에 설치될 수 있다.

종래의 잠금 해제 장치(100)는 외부에서 상기 잠금 해제 기능을 수행하기 위한 센서가 노출되어 있다. 따라서, 상기 센서의 작동을 통해 누구나 상기 잠금 해제 장치(100)를 동작시킬 수 있다.

이와 다르게, 본 발명에서의 잠금 해제 장치(100)에 구비된 센서(110)는 외부에서 상기 센서(110)의 설치 위치가 노출되지 않도록 하여, 설치자나 사용자를 제외한 다른 외부인이 상기 잠금 해제를 위한 패턴 입력 영역의 위치를 파악할 수 없도록 한다.

센서(110)는 상기와 같은 보안이 필요한 구조물(S) 상에 설치된다. 이때, 상기 센서(110)는 상기 보안이 필요한 구조물(S)과 접촉하며 설치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 잠금 해제 장치(100)가 출입문에 설치되는 경우, 상기 센서(110)는 상기 출입문을 구성하는 구조물(S) 상에 설치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 센서(110)는 상기 보안이 필요한 구조물(S)과 분리되어 설치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 잠금 해제 장치(100)가 출입문에 설치되는 경우, 상기 센서(110)는 상기 출입문을 구성하는 구조물(S)과 분리된 벽면에 설치될 수 있다. 이때, 상기 센서(110)는 감지 영역을 포함하는데, 상기 감지 영역은 다른 영역과 구분이 되지 않는다. 다시 말해서, 상기 센서(110)는 외부를 덮는 케이스와 같은 보호층을 포함하는데, 상기 보호층을 상기 설치되는 구조물(S)과 동일한 물질이나 색상을 갖도록 하여, 상기 센서(110)의 감지 영역과 다른 영역의 구분이 어렵도록 할 수 있다.

또한, 상기 센서(110)는 복수의 센서부(110a~110i)를 포함한다. 상기 각각의 센서부(110a~110i)는 객체의 접근을 인식하고, 상기 인식 결과에 따른 감지 값을 출력한다. 이때, 상기 센서부(110a~110i)는 적어도 2개 이상 설치되는 것이 바람직하다.

상기 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i)는 외부의 객체의 접근에 따라 변화하는 커패시턴스 값을 출력하고, 상기 출력된 커패시턴스 값에 따라 객체의 위치 및 이에 따른 입력 패턴의 인식이 가능하도록 한다. 상기 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i)의 구체적인 구성에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

잠금부(120)는 통상의 잠금 해제 장치(100)를 구성하는 잠금부로 구성되며, 이미 공지된 기술에 의해 상기 잠금부(120)를 쉽게 구현할 수 있을 것이다.

잠금 구동부(130)는 상기 잠금부(120)를 구동시키며, 이에 따라 상기 잠금부(120)를 잠금 해제 상태 또는 잠금 상태로 변경할 수 있다. 이를 위해, 상기 잠금 구동부(130)는 모터(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 상기 모터는 정회전함에 따라 상기 잠금부(120)를 잠금 상태로 변경할 수 있으며, 이와 다르게 역회전함에 따라 상기 잠금부(120)를 잠금 해제 상태로 변경할 수 있다.

저장부(140)는 상기 잠금 해제 장치(100)의 동작에 필요한 데이터나, 상기 잠금 해제 장치(100)의 동작 중에 발생하는 데이터를 저장할 수 있다. 바람직하게, 상기 저장부(140)는 상기 잠금 해제 장치(100)의 잠금부(120)의 잠금 해제 기능을 실행하기 위한 패턴 정보를 저장할 수 있다. 상기 패턴 정보는 흔히 알고 있는 비밀번호일 수 있으며, 이와 다르게 객체의 이동 궤적에 따른 제스처 정보일 수 있다. 다시 말해서, 잠금부(120)의 잠금 해제는 사용자가 입력한 복수의 패턴을 통한 비밀번호를 가지고 진행할 수 있으며, 이와 다르게 상기 복수의 패턴을 연결함에 따른 이동 궤적에 대응하는 제스처 정보를 가지고 진행할 수 있다. 이하에서는, 상기와 같은 잠금부(120)의 잠금 해제 기능을 실행하기 위한 정보를 패턴 정보라고 하며, 상기 패턴 정보에는 상기와 같은 비밀번호나 제스처 등과 같은 다양한 정보를 포함할 수 있을 것이다. 이러한 저장부(140)는 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있다.

제어부(150)는 상기 센서(110)를 통해 출력되는 감지 값을 토대로 상기 잠금부(120)의 상태를 변경하기 위한 제어 신호를 출력한다. 즉, 상기 제어부(150)는 상기 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i)의 감지 값을 조합하여, 외부 객체의 접근에 따라 입력되는 패턴 정보를 인식한다.

이를 위해, 상기 제어부(150)는 제 1 시점에서 상기 각각의 센서부(110a~110i)에서 출력되는 감지 값을 획득하여, 객체가 상기 센서부(110a~110i)가 배치된 영역 중 어느 센서부 상에 위치하는지를 인식할 수 있다. 또한, 이와 같이, 제어부(150)는 제 1 시점 이후의 제 2 시점에서, 상기 각각의 센서부(110a~110i)에서 출력되는 감지 값을 획득하여, 객체가 상기 센서부(110a~110i)가 배치된 영역 중 어느 센서부 상에 위치하는지를 인식할 수 있다. 이와 같이, 상기 제어부(150)는 시간에 따라 입력되는 상기 복수의 감지 값을 토대로 상기 객체를 통해 입력되는 패턴을 인식할 수 있다.

그리고, 제어부(150)는 상기 입력되는 패턴과 상기 저장부(140)에 저장된 패턴을 비교한다. 이때, 제어부(150)는 상기 입력된 패턴과 상기 저장부(140)에 저장된 패턴이 서로 동일하면, 상기 잠금 구동부(130)에 상기 잠금부(120)의 상태를 변경하기 위한 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 상기 제어부(150)는 상기 잠금 구동부(130)에 상기 잠금부(120)가 잠금 해제 상태로 변경되도록 하기 위한 제어신호를 출력할 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 입력된 패턴과 상기 저장부(140)에 저장된 패턴이 서로 상이하면, 상기 제어부(150)는 상기 잠금부(120)의 현 상태를 그대로 유지시킨다. 또한, 제어부(150)는 상기 2개의 패턴의 상이함에 따른 오류 정보가 디스플레이부(미도시)를 통해 디스플레이되도록 할 수 있고, 스피커(미도시)를 통해 경보 신호가 출력되도록 할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 센서(110)의 상세 구조 및 이에 따른 제어부(150)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 센서의 상세 구조를 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 2의 각각의 센서부의 상세 구조를 나타내는 도면이며, 도 4는 도 3의 전극의 변형 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 감지층 내에 포함된 탄소 미세 코일을 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5의 탄소 미세 코일이 가지는 커패시터 기능을 설명하는 도면이고, 도 7은 도 5의 탄소 미세 코일의 특성을 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 인체 감지에 따른 커패시턴스 값의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이물질에 의한 커패시턴스 값의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2 내지 도 9를 참조하면, 센서(110)는 상기 구조물(S) 상에 상호 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 센서부(110a~110i)를 포함할 수 있다. 상기 각각의 센서부(110a~110i)는 외부 객체의 접근에 따른 객체와의 거리에 대응하는 감지 값을 획득하고, 상기 획득한 감지 값을 상기 제어부(150)에 각각 전달할 수 있다.

이를 위해, 상기 구조물(S) 상에는 상기 복수의 센서부(110a~110i)가 상호 이격되어 배치되어 있으며, 각각의 센서부(110a~110i) 사이에는 비어있는 공간이 존재하게 된다. 그리고, 상기 비어있는 공간 상에는, 상기 복수의 센서부(110a~110i) 사이에서 발생하는 상호 간의 신호 간섭을 방지하는 격벽(110j)가 위치하고 있다.

상기 격벽(110j)은 상기 구조물(S) 상에 가로 방향으로 배열되는 제 1 파트와, 세로 방향으로 배열되는 제 2 파트를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 파트는, 상기 복수의 센서부(110a~110i) 중 세로 방향으로 배열된 각각의 센서부 사이의 신호 간섭을 방지하도록 한다. 또한, 상기 제 2 파트는 상기 복수의 센서부(110a~110i) 중 가로 방향으로 배열된 각각의 센서부 사이의 신호 간섭을 방지하도록 한다. 상기 격벽(110j)은 실리콘을 포함할 수 있으며, 이와 다르게 신호 간섭을 차폐하는 차폐 시트로 구성할 수도 있을 것이다.

이하에서는, 상기 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i)의 구체적인 구조에 대해 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 상기 각각의 센서부(110A)는 기판(111), 제 1 전극(112), 제 2 전극(113), 제 1 격벽(114), 제 2 격벽(115), 제 1 감지층(116), 제 2 감지층(117), 구동 소자(118) 및 보호층(119)을 포함한다.

상기와 같은 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110A)는 보안이 필요한 구조물(S) 상에 설치되고, 상기 센서(110)의 전면 영역으로 접근하는 객체와의 거리에 따라 변화하는 감지 값을 출력할 수 있다. 이때, 상기 감지 값은 상기 객체와의 거리에 따라 변화하는 커패시턴스 값일 수 있고, 이와 다르게 인덕턴스 값일 수 있으며, 이와 다르게 임피던스 값일 수 있다.

기판(111)은 제 1 전극(112), 제 2 전극(113), 제 1 격벽(114), 제 2 격벽(115), 제 1 감지층(116) 및 제 2 감지층(117)이 장착되는 베이스 기판이다. 이러한 기판(111)은 50㎛~125㎛ 사이의 범위를 만족하는 두께를 가질 수 있다.

제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)은 상기 기판(111) 위에 일정 간격 이격된 위치에 각각 배치된다. 즉, 전극은 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)과 같이 복수 개로 구성되며, 이에 따라 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)과 인접하여 위치한 물체에 의하여, 상기 제 1 감지층(116) 및 제 2 감지층(117)의 상태가 변함에 따른 임피던스를 감지한다. 상기 제 1 전극(112) 및 상기 제 2 전극(113) 각각은 25㎛의 두께로 형성될 수 있다.

이때, 상기 제 1 전극(112)은 포지티브 극성의 전극일 수 있고, 상기 제 2 전극(113)은 네거티브 극성의 전극일 수 있다.

상기 기판(111) 위에는 상기 제 1 전극(112)의 주위를 둘러싸며 배치되는 제 1 격벽(114)과, 상기 제 2 전극(113)의 주위를 둘러싸며 배치되는 제 2 격벽(115)을 포함한다.

상기 제 1 격벽(114)은 상기 제 1 전극(112)과 일정 간격 이격된 위치에서, 단일폐루프 형상을 가지며 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 격벽(114)은 상기 제 1 전극(112)과 일정 간격 이격된 위치에서, 사각 형상을 가지며 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 1 격벽(114)은 원 형상, 다각 형성, 타원 형상, 삼각 형상 등 다양한 형상으로 변형이 가능하다.

상기 제 2 격벽(115)은 상기 제 2 전극(113)과 일정 간격 이격된 위치에서, 단일폐루프 형상을 가지며 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 격벽(115)은 상기 제 2 전극(113)과 일정 간격 이격된 위치에서, 사각 형상을 가지며 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 2 격벽(115)은 원 형상, 다각 형성, 타원 형상, 삼각 형상 등 다양한 형상으로 변형이 가능하다.

한편, 상기 제 1 격벽(114)과 상기 제 2 격벽(115)은 일정 간격 이격되어 배치된다. 바람직하게, 상기 제 1 격벽(114)과 상기 제 2 격벽(115) 사이에는 일정 공간이 형성된다.

즉, 상기 제 1 격벽(114)과 상기 제 2 격벽(115)이 서로 접촉하고 있다면, 상기 제 1 전극(112)을 덮는 제 1 감지층(116)과, 상기 제 2 전극(113)을 덮는 제 2 감지층(117) 사이의 공간이 존재하지 않는다. 이에 따라, 상기 제 1 감지층(116)과 상기 제 2 감지층(117) 사이에는 감지물의 감지 감도가 상대적으로 낮은 영역이 존재하게 된다. 다시 말해서, 본 발명에서는 상기 제 1 전극(112)과 상기 제 2 전극(113)의 주위로 전기장이 발생하게 된다. 이때, 상기 제 1 감지층(116)과 상기 제 2 감지층(117) 사이에 이격 공간이 존재하지 않게 되면, 상기 전기장이 상호 상쇄됨에 따라 특정 영역에서 상기 전기장이 약한 영역이 존재하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 제 1 격벽(114)과 상기 제 2 격벽(115) 사이에 일정 이격 공간을 형성하여, 상기 전기장의 발생 강도가 전체적으로 균일하게 나타날 수 있도록 한다.

또한, 상기 제 1 격벽(114)과 상기 제 2 격벽(115)은 상기 제 1 감지층(116)과 상기 제 2 감지층(117)을 물리적으로 분리시키는 댐 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 격벽(114)과 상기 제 2 격벽(115)은 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)의 상면의 평탄도를 유지하면서 디스펜싱하기 위해 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 격벽(114) 및 상기 제 2 격벽(115)은 실리콘으로 형성될 수 있다.

상기 기판(111) 위에는 상기 제 1 전극(112)을 덮으며 제 1 감지층(116)이 배치된다. 그리고, 상기 기판(111) 위에는 상기 제 2 전극(113)을 덮으며 제 2 감지층(117)이 배치된다.

이때, 상기 제 1 감지층(116)은 상기 제 1 격벽(114) 내에 배치된다. 그리고, 상기 제 2 감지층(117)은 상기 제 2 격벽(115) 내에 배치된다. 즉, 상기 제 1 격벽(114)은 상기 제 1 감지층(116)의 주위를 둘러싸며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 격벽(115)은 상기 제 2 감지층(117)의 주위를 둘러싸며 배치될 수 있다.

상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 소정 두께를 가지며 상기 기판(111) 위에 각각 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 감지층(116)의 두께는 상기 제 1 격벽(114)의 두께와 동일할 수 있다. 또한, 상기 제 2 감지층(117)의 두께는 상기 제 2 격벽(115)의 두께와 동일할 수 있다.

즉, 본 발명에서는, 제 1 전극(112)을 덮는 제 1 감지층(116)과, 상기 제 2 전극(113)을 덮는 제 2 감지층(117)이 상호 물리적으로 분리되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(112) 및 상기 제 2 전극(113)이 상호 동일한 감지층 내에 배치되는 경우, 상호 간의 간섭에 의한 SNR(신호대잡음비, Signal to Noise Ratio)가 나빠지는 문제가 있다. 반면, 본 발명에서는 상기 제 1 전극(112)을 덮는 제 1 감지층(116)과, 상기 제 2 전극(113)을 덮는 제 2 감지층(117)이 상호 물리적으로 분리하여 신호 감지 특성을 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 내부에 분산 배치된 전도성 물질로 형성되며, 외부로부터의 객체의 접근에 따라 임피던스가 변화하는 성질을 가진다.

바람직하게, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 내부에 스프링 형상을 갖는 탄소 미세 코일(CMC: Carbon Micro Coil)이 분산 배치되어 있다. 즉, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 탄화수소계, 즉 아세틸렌, 메탄, 프로판 및 벤젠 중 적어도 하나를 상기 기판(111) 위에 화학기상증착법(CVD) 공정으로 증착하여 형성된다.

또한, 이와 다르게 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 니켈이나 니켈-철 등을 토대로 금속 촉매를 이용하여 제조될 수 있다.

상기와 같은, 탄소 미세 코일은 도 5에 도시된 바와 같이, 직선 모양이 아닌 돼지 꼬리처럼 말려져 있는 형상을 가질 수 있으며, 섬유 소재가 가질 수 없는 독특한 구조를 지닌 비정질 탄소 섬유이다. 그리고, 탄소 미세 코일은 원래 코일 길이의 10배 이상의 길이로 늘어나는 초 탄력성을 가진다.

도 5의 (a)는 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117) 내에 형성되는 탄소 미세 코일을 보여주며, (b)는 상기 탄소 미세 코일의 상세 도면이다.

상기제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)의 모폴로지(Morphology)는 3D- 헬리컬(helical)/스파이럴(spiral) 구조를 가지며, 크리스털 구조는 비결정질(amorphous)이다.

다시 말해서, 상기와 같은 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시키는 것에 의해 형성되며, 이에 따라 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시킨 형태의 단면 구조를 가진다.

즉, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 센서(110)가 장착되는 영역에 물체가 접근하고, 그에 따라 상기 접근한 물체와의 거리에 따라 임피던스 변화가 발생한다. 다시 말해서, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117) 내에 배치된 탄소 미세 코일은, 상기 물체의 접근에 따른 물체와의 거리 또는 상기 물체가 접촉함에 따라 상기 물체로부터 가해지는 압력에 따라 길이가 변화하게 된다.

한편, 상기와 같은 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 경화제 및 에폭시 레진 내에 탄소 미세 코일(CMC)를 혼합하여 제조된다. 또한, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 상기 에폭시 레진 대신에 실리콘을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)은 상기 에폭시나 상기 실리콘 대신에 유리 프릿을 사용할 수도 있다.

그리고, 상기 탄소 미세 코일은 상기와 같이 혼합된 혼합물 사이에서 상기 용액이 농도에 따른 각 탄소 미세 코일 간의 상호 작용으로 임피던스 변화가 발생한다. 여기에서, 상기에서는 임피던스 변화라고 설명하였지만, 상기 임피던스 변화는 커패시턴스 변화나 인덕턴스 변화라고도 할 수 있다.

여기에서, 상기 탄소 미세 코일은 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube)와는 다른 성질을 가진다. 즉, 상기 탄소 나노 튜브는, 나노 튜브의 형태로 육각형으로 탄소가 연결된 형태를 가진다.

그러나, 본 발명에서의 탄소 미세 코일은 탄소끼리의 구조 형태가 아닌 촉매를 이용하여 탄소를 마이크로 단위의 코일로 성장시킨 형태를 가진다.

상기와 같은 탄소 나노 튜브는 원소 자체의 결합의 형태에 따른 도체와 부도체가 되는 특성을 이용해 도체에서 부도체로 임피던스가 변하는 것을 이용해 특정 측정 값을 획득하게 된다.

그러나, 탄소 미세 코일의 경우, 마이크로단위의 탄소로 제작된 코일의 형태로, 힘이나 유전율 변화에 의해 코일이 늘어나고 수축함에 따라 달라지는 L의 특성 및 각각의 탄소 미세 코일 간의 거리에 의한 C의 특성 등에 의해, 상기 탄소 미세 코일 간의 상호 작용에 따라 임피던스가 변하는 특성을 갖는다.

즉, 탄소 미세 코일 자체는, 도체의 성질을 지니지만 상기와 같은 경화제나 에폭시 레진 등은 부도체의 특성을 지니기 때문에 내부적으로 고유의 커패시턴스 값을 가지고, 상기와 같은 힘이나 유전율 변화에 의해 상기 탄소 미세 코일 간의 거리가 변할 경우 그에 따른 커패시턴스 값의 특성이 변하게 된다.

그리고, 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)은 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)의 임피던스 변화를 감지하고, 그에 따라 상기 임피던스 변화에 따른 감지 신호를 제어부(150)에 전달한다.

즉, 일반적으로 임피던스의 REAL TERM은 저항, POSITIVE IMAGINARY TERM은 인덕턴스, 그리고 NEGATIVE IMAGINARY TERM은 커패시턴스로 이루어지며, 상기 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스의 합산으로 이루어진다.

따라서, 일반적인 저항, 인덕터 및 커패시터와 같이 상기 센서(110)도 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)에서 발생하는 임피던스 변화를 감지하기 위해 한 쌍의 전극(112, 113)이 필요하다. 상기 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)은 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)의 감지 특성을 최적화시키면서, 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)과 상기 구동 소자(118) 사이를 연결하는 역할을 한다.

여기에서, 상기 센서(110) 상으로 객체가 접근하는 경우, 상기 접근한 객체와의 거리에 따라 커패시턴스는 감소하게 되며, 이에 따라 저항값과 인덕턴스 값은 상기 커패시턴스와 반대로 증가하게 된다.

이때, 상기 감지되는 임피던스 값은 상기 저항 값, 인덕턴스 값 및 커패시턴스를 모두 합한 값이 되며, 이에 따라 표면에 가해지는 힘이나 유전율의 정도에 따라 상기 임피던스 값은 선형적으로 감소하게 된다. 또한, 실시 예에서는 상기 인덕턴스 값이나 커패시턴스 값만을 감지할 수 있으며, 이에 따라 상기 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i) 중 어느 센서부 상에 상기 객체가 위치하는지를 확인할 수 있다.

도 4은 도 3에 도시된 전극의 형상의 다양한 실시 예를 나타낸 도면이다.

이때, 상기 전극(112, 113)은 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 가지며 상기 기판(111) 위에 형성된다. 이때, 상기 전극(112, 113)의 각각의 선폭은 10㎛~2mm의 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 전극(112, 113)은 상호 일정 간격 이격되어 배치되며 길이 방향으로 연장된 막대 형상을 가질 수 있다.

또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전극(112, 113)는 상호 일정 간격 이격되어 배치되며, 적어도 1회 이상 절곡되는 물결 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 전극(112, 113)은 상호 대칭 형상을 가질 수 있다.

또한, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 전극(112, 113)는 상호 일정 간격 이격되어 배치되며, 복수 회 이상 절곡되는 사각 나선 형상을 가질 수 있다. 또한, 도 4의 (c)의 변형 예로, 상기 전극(112, 113)은 2회 절곡되는 "ㄷ"자 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 전극(112, 113)은 상기 기판(111)의 가장자리 영역에 배치되어, 더욱 넓은 범위 내에서의 임피던스 변화 감지가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 전극(112, 113)은 복수 개로 구성될 수 있다. 다시 말해서, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 전극(112, 113)은 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)을 포함한다. 그리고, 상기 제 1 전극(112)은 일정 간격 이격되어 배치되는 막대 형상의 제 1-1 전극(112A)과 제 1-2 전극(112B)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극(113)은 상기 제 1 전극(112)의 상부에 배치되며, 상호 일정 간격 이격되는 막대 형상의 제 2-1 전극(113A)과 제 2-2 전극(113B)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 전극(112)은 상기 기판(111) 위에 가로 방향으로 배치될 수 있으며, 상기 제 2 전극(113)은 상기 제 1 전극 상에 상기 제 1 전극과 교차하는 세로 방향으로 배치될 수 있다.

한편, 센서(110)는 기판(111) 하면에 배치되는 구동 소자(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 구동 소자는 AFE(Analog Front End)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 AFE는 차동 증폭 기능을 수행하는데, 상기 차동 증폭을 Positive 증폭으로 할 것인지, 아니면 Negative 증폭으로 할 것인지에 따라 상기 감지물에 따른 임피던스의 변화 상태에 차이가 있다. 따라서, 상기 구동 소자는 상기 차동 증폭 상태에 따라 기준 값을 기준으로 상기 임피던스 값의 변화 상태를 감지하며, 상기 변화 상태의 정도가 임계값을 벗어나는 경우에 상기 객체가 접근한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 기판(111) 위에는 보호층(미도시)이 추가로 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 보호층은 상기 제 1 감지층(116) 및 상기 제 2 감지층(117)을 보호할 수 있다. 상기 보호층은 외부 환경 요인으로부터 상기 제 1 및 2 감지층(116, 117)을 보호하는 보호필름일 수 있다. 이때, 상기 보호층은 접착성을 가지는 필름일 수 있다. 이에 따라, 상기와 같은 센서(110)는 상기 보호층이 접착성을 가지고 있으며, 이에 따라 상기 보호층(119)을 접착 부재로 상기 구조물(S) 상에 직접 부착될 수 있다.

또한, 상기 설명한 바와 같이 임피던스는 실수(real)부와 허수(reactace)부로 구성되며, 허수부는 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부 (capacitive)로 구성되는데, 이때 상기 탄소 미세 코일을 포함하는 센서(110)는 상기 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부(capacitive)의 두 가지 특성 변화를 이용하여 객체의 접근 및 객체와의 거리를 감지할 수 있다.

즉, 상기 탄소 미세 코일은 그 이름과 같이 아주 미세한 코일 집단으로 이루어져 있으며, 유전상수를 가지고 있는 유전체이기도 하다. 이때, 상기 객체가 접근함에 따라 상기 inductive 성분의 변화, 즉 탄소 미세 코일의 특성 변화를 통해 측정하고, 상기 물체의 접근 여부 및 거리는 유전상수 변화에 의한 capacitive 변화에 의해 측정될 수 있다.

즉, 상기 센서(110)를 구성하는 각각의 층은 특정 유전상수를 가진 유전체 역할을 하는데, 상기와 같이 객체가 접근한다면, 전극 입장에서는 내부 유전체층의 두께가 달라지며, 이에 따라 내부에 배치된 탄소 미세 코일 사이의 거리 변화나, 각각의 탄소 미세 코일의 길이 변화에 따라 capacitive 변화가 생기게 된다. 따라서, 실시 예에서는 상기와 같은 센서(110)의 inductive와 capacitive 값 변화에 따른 임피던스 값 변화를 감지하여 상기 객체의 접근 여부 및 접근한 객체와의 거리를 감지할 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 도 6의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일은 다수의 커패시터가 서로 직렬로 연결된 직렬 커패시터 역할을 수행할 수 있다.

또한, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일은 다수의 커패시터가 상호 병렬로 연결된 병렬 커패시터 역할을 수행할 수도 있다.

도 8은 도 3에 도시된 각각의 센서부의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 먼저 도금조(800) 내에 상기 감지층(116, 117)을 형성하기 위한 액(810)을 제조한다.

상기 액(810)은 탄소 미세 코일로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 액(810)은 탄소 미세 코일만을 포함할 수 있으며, 이와 다르게 수지 및 분산제가 더 첨가될 수 있다.

상기와 같이, 제 1 단계는, 도금조(800) 내에 탄소 미세 코일 물질과 수지를 첨가하여 혼합시키고, 그에 따라 상기 분산제를 추가 첨가하여 분산시킨다. 상기 분산제는 추후 기판(111) 위에 상기 액을 골고루 분산시키기 위한 것이다.

이때, 상기 탄소 미세 코일은, 0.1~10wt%의 함량을 가지고 상기 액(810) 내에 포함될 수 있다. 즉, 상기 탄소 미세 코일의 함량이 10wt% 이상이면, R 값에 더 영향을 받게 되기 때문이다.

또한, 더욱 바람직하게 상기 탄소 미세 코일은 근접 센서로서의 전자기장 값이 큰 함량을 정할 수 있으나, 5wt%에서 가장 높은 효율을 나타나며, 이에 따라 상기 상기 액(810) 내에는 5wt%의 함량을 가지고 상기 탄소 미세 코일이 구성될 수 있다.

또한, 상기 탄소 미세 코일과 혼합되는 베이스 물질은 실리콘 베이스 에폭시 레진일 수 있으며, 이와 다르게 고무 계열의 레진을 사용할 수도 있다.

다시 말해서, 상기 액(810)은 레진 내에 상기 탄소 미세 코일이 포함되어 구성되며, 이때 상기 탄소 미세 코일은 0.1~10wt%의 함량을 가질 수 있다.

다음으로, 기판(111)을 준비하고, 상기 준비된 기판(111) 위에 전극(112, 113)을 형성한다.

상기 전극(111, 112)은 복수 개로 형성되며, 도 3에 도시된 바와 같은 평면 구조를 가진다. 이때, 상기 감지 전극은 기준 임피던스 값이나 커패시턴스 값이 크도록 설계하는 것이 바람직하나, 안테나 형태로 탄소 미세 코일 자체의 주파수를 왜곡시키거나 감소시키는 디자인은 지양해야 한다.

이때, 상기 기판(111)과 상기 전극(111, 112)의 면적 비율은 1%~50% 내의 범위 내에 포함되도록 하며, 상기 전극(111, 112)은, 구리(Cu), 백금(Pt)이나 메탈 전극으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 전극(111, 112)의 두께는 25㎛~2mm 범위 내에서 포함되도록 한다.

다음으로, 상기 기판(111)의 가장자리 영역에 틀(820)을 형성한다. 상기 틀(820)은 상기 기판(111)의 가장자리 영역을 덮으면서, 상기 기판(111)의 중앙 영역을 노출하며 상기 기판(111) 위에 형성된다.

다음으로, 상기 기판(111)의 틀(820) 내에 상기 제조한 액(810)을 투입한다.

그리고, 경과 과정을 거쳐 상기 투입한 액(810)을 토대로 감지층(116, 117)을 형성한다.

이때, 상기 경화 과정은 120℃의 온도에서 30분 동안 수행될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인체 감지에 따른 커패시턴스 값의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 이물질에 의한 커패시턴스 값의 변화를 나타낸 그래프이다.

센서(110)는 상기 설명한 바와 같은 구조물(S)에 설치되며, 그에 따라 상기 잠금 해제 기능을 동작시키기 위한 객체의 접근을 감지한다.

이때, 상기 센서(110)는 일정 범위의 감지 영역(W)을 가지고 있으며, 상기 감지 영역(W) 내에 물체가 존재함에 따라 각각의 센서부(110a~110i)의 감지층의 특성 변화가 발생한다.

도 9의 A 영역에서와 같이, 상기 감지 영역(W) 내에 물체가 존재하지 않는 경우, 상기 각각의 센서(110)의 임피던스는 특정 기준 값(reference)을 가지고 있다. 이때, 상기 특정 기준 값은 고정된 하나의 값이 아니라, 일정 범위 내에서 변화할 수 있다.

상기와 같은 상태에서, 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역(W) 내에 객체가 접근하게 되면, 상기 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i)물체 감지 센서(200)의 커패시턴스 값에 변화가 발생한다.

도 9의 B 영역에서와 같이, 상기 커패시턴스 값은 상기 감지 영역(W) 내에 물체가 감지함에 따라 상기 기준 값 대비 마이너스(-) 신호를 가지게 된다. 다시 말해서, 상기 센서(110)의 커패시턴스 값은 상기 감지 영역(W) 내에 객체가 접근함에 따라 상기 기준 값을 기준으로 감소하게 된다. 바람직하게, 상기 객체가 인체인 경우, 상기 센서(110)의 커패시턴스 값은 상기 기준 값을 기준으로 감소하게 된다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i)의 감지층의 특성을 이용하여 상기 커패시턴스 값이 기준 값을 기준으로 기설정된 임계치 이하로 감소하게 되면, 상기 감지 영역(W) 내에 인체에 해당하는 객체가 접근하였다고 판단할 수 있다.

이때, 도 9의 C 영역에서와 같이 상기 객체가 감지된 이후에, 상기 객체가 일정 거리를 유지한 채 상기 감지 영역 내에 계속하여 머무르고 있는 상태이면, 상기 감소된 값을 계속 유지한다. 또한, 상기 객체가 상기 감지 영역에서 사라지면, 상기 커패시턴스 값은 상기 기준 값으로 복귀한다.

한편, 도 10에서와 같이, 센서(110)의 감지 영역 상에 상기 인체를 제외한 다른 이물질과 같은 객체가 접근하면, 상기 센서(110)의 커패시턴스 값은 기준 값 대비 증가하게 된다.

다시 말해서, 도 10의 B 영역에서와 같이, 센서(110)에 인체를 제외한 다른 객체가 접근함에 따라 상기 커패시턴스 값은 상기 기준 값 대비 플러스(+) 신호를 가지게 된다. 다시 말해서, 상기 이물질과 같은 객체가 접근함에 따라 상기 기준 값을 기준으로 증가하게 된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도 3의 센서의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.

도 11을 참조하면, 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부는 도 1과 비교하여, 전극의 구조만이 상이하며, 나머지 다른 구성에 대해서는 동일하다. 따라서, 도 10의 설명에서는 상기 전극의 구조에 대해서만 설명하기로 한다.

도 3에서는, 전극이 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)을 포함하였으며, 상기 각각의 전극은 포지티브 극성 및 네거티브 극성의 전원을 인가받는 급전 전극이었다.

이와 다르게, 도 11을 참조하면, 제 1 전극(112)은 제 1 급전 전극(112A)과, 제 1 플로팅 전극(112B)을 포함한다. 또한, 제 2 전극(113)은 제 2 급전 전극(113A)과, 제 2 플로팅 전극(113B)을 포함한다.

즉, 상기 제 1 전극(112)은, 급전되는 제 1 급전 전극(112A) 및 상기 제 1 급전 전극(112A)의 주위에 플로팅되는 제 1 플로팅 전극(112B)을 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극(113)은 급전되는 제 2 급전 전극(113A)과, 상기 제 2 급전 감지 전극(208)의 주위에 플로팅되는 제 2 플로팅 전극(113B)을 포함한다.

상기 제 1 급전 전극(112A) 및 제 2 급전 전극(113A)은 급전 단자(도시하지 않음)와 연결되고, 그에 따라 상기 구동 소자와 전기적으로 연결되는 전극이다.

상기 제 1 플로팅 전극(112B) 및 제 2 플로팅 전극(113B)은 상기 제 1 급전 전극(112A) 및 제 2 급전 전극(113A)과 각각 긴밀히 배치되며, 그에 따라 상기 제 1 감지층(116) 및 제 2 감지층(117) 내부에서의 커패시턴스 값의 변화 비율을 증가시킨다. 다시 말해서, 본 발명의 제 1 실시 예에서는 상기 급전 전극만을 포함하는 전극 구조를 가졌다.

상기 급전 전극만을 포함하는 전극 구조는, 상기 급전 전극들 사이에서 발생하는 커패시턴스 값의 변화만을 가지고 상기 객체의 접근을 감지하였다. 그러나, 이와 같은 감지 전극 구조는, 객체가 존재하지 않았을 때의 커패시턴스 값과, 상기 객체가 접근할 경우에서의 커패시턴스 값의 차이 값이 상대적으로 낮으며, 이에 따라 세밀한 감지 감도를 확보하는 데에는 어려움이 있었다.

즉, 상기와 같은 급전 전극만을 포함하는 2라인의 전극 구조는, 전형적인 안테나 구조로써, 상기 2라인 전극의 전체 파장이 특정 주파수의 1/4 파장과 동기화될 때 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 이슈가 발생하게 된다.

또한, 일반적인 센서의 메커니즘은 기본 커패시턴스 값 대비 커패시턴스 변화량의 비율로 변화량을 계측한다. 이때, 감지 감도를 높이기 위해서는, 기본 커패시턴스 값이 낮거나 상기 커패시턴스 변화량이 커야만 한다. 그러나, 상기 2 라인 전극 구조에서는 상기 기본 커패시턴스 값을 낮추거나 커패시턴스 변화량을 크게 하는데에 한계가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 급전 전극 주위에 플로팅 전극을 배치한다. 이때, 상기 제 1 플로팅 전극(112B) 및 제 2 플로팅 전극(113B) 각각은 접지 단자(도시하지 않음)와 연결되어 접지될 수 있다.

이때, 감지 감도를 높이기 위해서는, 상기 제 1 플로팅 전극(112B)과 상기 제 1 급전 전극(112A) 사이의 간격을 최소화하면서 상기 제 1 플로팅 전극(112B)과 제 1 급전 전극(112A)의 길이를 최대화해야 한다.

따라서, 제 1 플로팅 전극(112B)과 제 1 급전 전극(112A)은 상기 기판(101) 위에 일정 간격 이격되면서 상호 긴밀히 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 플로팅 전극(112B)과 상기 제 1 급전 전극(112A)은 한정된 공간 내에서 최대의 길이를 가질 수 있도록, 상기 기판(101) 위에 사각형 형상으로 적어도 한번 턴(Turn) 하여 배치될 수 있다. 상기 제 1 플로팅 전극(112B) 및 상기 제 1 급전 전극(112A)은 각각 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제 1 급전 전극(112A)은 급전 단자와 연결되는 일단에서 제 1 감지층(116) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다. 즉, 상기 제 1 급전 전극(112A)은 일단에서 직선으로 연장되다가 직각 방향으로 경로가 변경되어 사각 형상이 되도록 1회 턴하고, 내측에서 2회째 턴하는 식으로 복수 회 턴할 수 있다.

또한, 상기 제 1 플로팅 전극(112B)은 상기 제 1 급전 전극(112A)과 일정 간격 이격된 위치에서, 상기 제 1 급전 전극(112A)과 동일한 형상을 가지며 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 플로팅 전극(112B)은 접지 단자와 연결되는 일단에서 상기 제 1 감지층(116) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다.

한편, 상기 제 1 감지층(116) 내에서 상기 제 1 급전 전극(112A)이 최 외곽 부분에 배치되고, 상기 제 1 플로팅 전극(112B)은 상기 제 1 급전 전극(112A) 내에 긴밀히 배치될 수 있다.

또한, 상기 제 1 급전 전극(112A)의 타단과, 상기 제 1 플로팅 전극(112B)의 타단이 동일 방향에 배치되는 것이 아니라, 상기 제 1 감지층(116) 내에서 상기 제 1 급전 전극(112A)의 타단을 포함하는 전극 부분과, 상기 제 1 플로팅 전극(112B)의 타단을 포함하는 전극 부분이 서로 마주보며 배치될 수 있다.

또한, 이와 같이 상기 제 2 전극(113)도 제 2 급전 전극(113A) 및 제 2 플로팅 전극(113B)이 배치될 수 있다.

이하에서는 제어부(150)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

제어부(150)는 상기 설명한 바와 같이 구동 소자를 포함할 수 있다. 상기 구동 소자는, 상기 기판(111)의 하면에 부착될 수 있으며, 그에 따라 상기 기판을 관통하는 비아를 통해 상기 기판 상면에 배치된 전극들과 전기적으로 연결될 수 있다.

다시 말해서, 본 발명에서의 센서(110)를 통한 감지 값 획득은, 상기 기판 하면에 부착된 구동 소자를 통해 이루어질 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 센서(110)와 별개로 구성된 별도의 제어부(150)를 통해 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 구동 소자는 상기 전극을 통해 전달되는 값을 디지털 값으로 변환하여 상기 제어부(150)에 전달할 수 있다.

이하에서는 상기 제어부(150)에 의해 상기 감지 값의 획득이 이루어지는 것으로 설명하기로 한다.

상기 제어부(150)는 상기 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)과 연결되며, 그에 따라 상기 객체의 접근 여부 및 상기 접근한 객체와의 거리에 대응한 임피던스 변화에 따른 발진 주파수를 발생하고, 상기 발진 주파수와 기준 주파수의 차이에 따라 객체의 접근 여부 및 상기 접근한 객체와의 거리를 판단한다.

이때, 상기 제어부(150)는 기설정된 필터링 영역 내에서 상기 발진 주파수와 기준 주파수의 차이 주파수가 속해있는지를 감지하며, 상기 차이 주파수가 상기 기설정된 필터링 영역 내에 존재하는 경우에만 상기 차이 주파수에 대응하는 디지털 값을 출력할 수 있다.

즉, 상기 제어부(150)는 센서(110)를 구성하는 각각의 센서부(110a~110i)의 특성에 따라 저역 통과 필터(LPF) 및 대역 통과 필터(BPF) 중 어느 하나의 필터가 포함될 수 있다.

그리고, 상기 저역 통과 필터와 대역 통과 필터는 그의 필터링 주파수의 범위가 서로 다르게 나타난다.

이때, 센서(110)의 상기 커패시턴스 값은 상기 탄소 미세 코일 위에 놓이는 객체의 종류에 따라서도 서로 다른 감소량을 가질 수 있으며, 또한 상기 객체의 종류에 따라 증가할 수도 있다. 이에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.

즉, 상기 커패시턴스 값은 상기 탄소 미세 코일에 인체가 접근하는 경우에는 감소할 수 있으며, 이와 다르게 인체가 아닌 다른 객체가 접근하는 경우에는 증가하게 된다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 센서(110)의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 3에서는, 각각의 센서부(110a~110i)를 구성하는 기판이 별개로 형성되어 있었으며, 그에 따라 각각의 센서부는 각각의 기판을 사용하여 상기 전극 및 감지층을 배치하였다.

이와 다르게, 도 12를 참조하면, 상기 각각의 센서부(110a~110i)는 하나의 기판을 공통으로 사용할 수 있다. 즉, 하나의 기판 위에 격벽(110j)을 형성한다. 그리고 상기 형성된 격벽(110j) 내에 상기 각각의 센서부(110a~110i)를 구성하는 전극 및 감지층을 형성한다.

이하에서는 일반적인 2라인 감지 전극 구조의 감지 감도와, 본 발명의 실시 예에 따른 4라인 감지 전극 구조의 감지 감도에 대해 설명하기로 한다.

도 13은 종래 기술에 따른 2라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 4라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 13을 참조하면, 제어부(150)는 제 1 주파수(f1)를 발생하고, 그에 따라 내부 커패시턴스 값(Cr)과, 감지층의 커패시턴스 값(Cs)에 따른 커패시턴스 값의 변화량에 따라 최종 변화량을 출력하게 된다.

이때, 센서(110) 상에 객체가 접근하지 않았을 경우에서의 변화비와, 비가 내렸을 때의 변화비를 나타내면 아래와 같다.

Ro = Cs/Cr : 객체가 접근하지 않았을 경우에서의 변화비

Rr= (Cs+△Cr)/Cr : 객체가 접근했을 경우에서의 변화비

여기에서, Cs는 감지층 내의 커패시턴스 값이고, Cr은 상기 제어부(150) 내의 기준 커패시턴스 값이며, △Cr은 객체가 접근했을 경우에 추가로 발생할 수 있는 커패시턴스 값을 의미한다.

상기와 같이, 동일한 Cr 조건에서는 상기 △Cr을 가능한 최대로 증가시킬 때, 이에 따른 Rr이 커지고, 이를 토대로 상기 제어부(150)는 상기 커지는 Rr에 따른 변화 비율을 신호화 한다.

도 14를 참조하면, 도 13의 (a)는 센서(110)의 상부 방향 및 하부 방향으로 발생할 수 있는 커패시턴스 값을 보여주고, 도 14의 (b)는 센서(110)의 측면 방향으로 발생할 수 있는 커패시턴스 값을 보여준다.

도 14의 (a)를 참조하면, 제 1 급전 전극(112A) 및 제 2 급전 전극(113A) 사이에서, 상부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C21이라 하고, 하부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C1이라할 수 있다. 그리고, 제 1 급전 전극(112A)과 제 1 플로팅 전극(112B) 사이에서, 상부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C31이라 할 수 있다. 또한, 제 2 급전 전극(113A)과 제 2 플로팅 전극(113B) 사이에서, 상부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C32라 할 수 있다. 또한, 제 1 플로팅 전극(112B)과 제 2 플로팅 전극(113B) 사이에서, 하부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C0이라 할 수 있다.

또한, 도 14의 (b)를 참조하면, 상기 제 1 플로팅 전극(112B)과 제 2 플로팅 전극(113B) 사이에서, 측부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C22이라 할 수 있다.

여기에서, C0 및 C1은 본 발명의 4라인 전극 구조와, 종래의 2 라인 전극 구조에서 공통으로 적용되는 사항이므로, 아래의 비교에서는 제외한다.

그리고, 본 발명에서는 상기와 같이 급전 전극 이외에 플로팅 전극을 적용하여, 객체가 접근했을 경우에 추가로 발생하는 커패시턴스 값을 의미하는 △Cr을 최대한 크게 한다.

아래에서는, 객체가 접근하지 않았을 경우와, 객체가 접근했을 경우에서의 종래의 2 라인 전극 구조와, 본 발명의 4 라인 전극 구조를 비교하면 아래와 같다.

먼저, 기존의 2라인 전극 구조는 아래와 같이 표현될 수 있다.

(1) Cs1=C21, Ro=C21/Cr

: 객체가 접근하지 않았을 경우의 종래의 2라인 전극 구조의 변화비

여기에서, 상기 Cs1은 2라인 전극 구조의 감지층 내의 커패시턴스 값을 의미하고, Cr은 제어부(150) 내의 기준 커패시턴스 값을 의미하며, Ro은 압력이 가해지지 않았을 때의 커패시턴스 값의 변화비를 의미한다.

(2) Cs1 = C21 + △Cr21, Rr= (C21/Cr) + (△Cr21/Cr)

: 객체가 접근했을 경우에의 종래의 2 라인 전극 구조의 변화비

다음으로, 본 발명에 따른 4라인 전극 구조는 아래와 같이 표현될 수 있다.

(1) Cs2 = C21+(C31/C32/C22), Ro = (C21/Cr)+((C31/32/C22)/Cr)

: 객체가 접근하지 않았을 경우에의 본 발명의 4라인 전극 구조의 변화비

여기에서, 상기 Cs1은 4라인 전극 구조의 감지층 내의 커패시턴스 값을 의미하고, Cr은 제어부(150) 내의 기준 커패시턴스 값을 의미하며, Ro은 객체가 접근하지 않았을 경우의 커패시턴스 값의 변화비를 의미한다.

(2) Cs2=C21+△Cr21+((C31+△Cr31)/(C32+△Cr32)/(C22+△Cr22))

Rr= (C21/Cr)+(△Cr21/Cr)+((C31+△Cr31)/(C32+△Cr32)/(C22+△Cr22)/Cr)

: 객체가 접근했을 경우의 본 발명의 4라인 전극 구조의 변화비

상기와 같이, 본 발명의 4라인 전극 구조에서는, 기존의 2라인 전극에 대비하여, "(C31+△Cr31)/(C32+△Cr32)/(C22+△Cr22)/Cr" 부분에 해당하는 플로팅 감지 전극에 의한 추가적인 커패시턴스 값의 변화가 있으며, 상기 추가적인 커패시턴스 값의 변화를 토대로 감지 감도를 향상시킬 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(150)의 구성을 보여주는 도면이다.

도 15를 참조하면, 제어부(150)는 제 1 주파수 발생기(151), 제 2 주파수 발생기(152), 차이 주파수 발생기(153), 필터(154) 및 아날로그 디지털 컨버터(155)를 포함한다.

제 1 주파수 발생기(151)는 상기 센서(100)와 연결되며, 상기 센서(100)의 임피던스 변화에 따른 제 1 주파수를 발생한다.

상기 제 1 주파수 발생기(151)는 LC 발진 회로로 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제 1 주파수 발생기(151)는 상기 감지층을 구성하는 탄소 미세 코일과 커패시터를 사용하여, 상기 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값이나 커패시턴스 값의 변화에 의해 변화하는 발진 주파수를 발생하도록 구성된다.

즉, 상기 제 1 주파수 발생기(151)는 상기 센서(100)의 탄소 미세 코일을 사용하여, 상기 센서(100)에 의한 발진 주파수를 발진시킨다.

다시 말해서, 상기 센서(100)의 감지층을 구성하는 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값은 상기 제 1 주파수 발생기(151)의 발진 주파수를 결정한다.

제 2 주파수 발생기(152)는 기준 발진기일 수 있으며, 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다.

이때, 상기 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수는 미세한 변화를 가질 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 제 1 실시 예에서는 상기 필터(154)를 저역 통과 필터로 구성한다.

아래에서는 상기 필터(154)가 저역 통과 필터로 구성된 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

이때, 상기 센서(100)에 객체가 접근하지 않았을 경우에 발생한 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수 발생기(152)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 값을 가지도록 설정될 수 있다.

그리고, 상기 센서(100)에 객체가 접근하면, 상기 접근한 객체와의 거리에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 커지게 되며, 상기 커지는 차이 값을 토대로 상기 객체의 접근 여부 및 객체와의 거리를 판단할 수 있도록 한다.

이때, 상기 센서(100)에 포함되는 탄소 미세 코일의 인덕턴스를 L이라 하고, 커패시터의 커패시턴스를 C라 하면, 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수(ω₀)는 수학식 1과 같다.

그리고, 상기 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수에 대응하는 제 1 전압 값(V₀)은 아래의 수학식 2와 같다.

또한, 상기 제 2 주파수 발생기(152) 발생하는 제 2 주파수에 대응하는 제 2 전압 값(Vr)은 아래의 수학식 3과 같다.

차이 주파수 발생기(153)는 상기 제 1 주파수 발생기(151) 및 상기 제 2 주파수 발생기(152)와 연결되며, 상기 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생한 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(152)에서 발생한 제 2 주파수의 차이에 대응하는 차이 값을 출력한다.

이때, 상기 차이 주파수 발생기(153)에서 발생하는 차이 값(Vdmod)는 아래의 수학식 4와 같다.

여기에서, 상기 차이 값이 상기 수학식 4와 같은 값을 가지는 이유는, 상기 센서(100)로 객체가 접근하지 않았을 경우에는 상기 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(152)에서 발생하는 제 2 주파수가 서로 동일한 값을 가지기 때문이다.

필터(154)는 상기 차이 주파수 발생기(153)에서 발생하는 출력 값을 필터링하여 필터링된 출력 값을 출력한다.

이때, 상기 필터(154)에는 일정한 크기의 주파수 범위에 대응하는 필터링 영역이 존재하며, 상기 필터링 영역 내에서 상기 차이 주파수 발생기(153)의 출력 값을 필터링한다.

여기에서, 상기 필터링 영역은, 상기 필터(154)의 종류와, 상기 객체가 접근했을 경우에 나타나는 탄소 미세 코일의 변화 특성에 의해 결정될 수 있다.

한편, 상기 필터(154)의 종류는 상기 탄소 미세 코일의 구조에 의해 결정될 수 있다.

즉, 상기 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값이 객체와의 거리에 따라 큰 범위 내에서 변화하지 않고 미세하게 변화하며, 상기 미세하게 변화하는 값에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(152)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 없는 경우에는 상기 필터(154)를 저역 통과 필터로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값의 변화에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(152)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 있는 경우에는 상기 필터(154)는 대역 통과 필터로 구성할 수 있다.

다시 말해서, 상기 필터(154)의 종류는 상기 센서(100)를 구성하는 감지층 내의 탄소 미세 코일의 면적 등과 같은 구조에 의해 결정될 수 있다.

아날로그 디지털 컨버터(155)는 상기 필터(154)를 통해 출력되는 출력 값을 디지털 값으로 변환하여 출력한다.

도 16 내지 18은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.

도 16을 참조하면, 상기 객체가 접근하지 않았을 경우, 상기 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(152)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 주파수를 가질 수 있다.

따라서, 상기와 같은 일반적인 상황에서는, 상기 차이 주파수 발생기(153)에서 출력되는 출력 값에 따라 상기 필터(154)에서 필터링된 출력 값은 거의 DC 전압 수준이다.

그리고, 도 17을 참조하면, 상기 객체가 접근함에 따라 상기 필터(154)에서 필터링되는 출력 값은 기설정된 필터링 영역 내에서 주파수 쉬프트가 발생하게 된다.

다시 말해서, 압력이 가해짐에 따라 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값의 변화가 발생하게 되면, 제 1 주파수 발생기(151)에서 발생하는 제 1 주파수의 변화가 발생하게 되며, 이에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 존재하게 된다.

이때, 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수는 상기 객체와의 거리가 가까워질 수록 증가하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수의 값에 따라 상기 객체와의 거리를 측정할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 필터(154)에서 출력되는 신호에 따른 주파수 도메인 변화량에 따라 압력의 세기를 측정한다.

그리고, 실시 예에서는 상기 인체와 이물질을 구분하기 위해, 상기 인체의 의해 발생하는 상기 탄소 미세 코일의 변화 특성에 따라 상기 필터(154)의 필터링 영역을 결정하고, 상기 결정한 필터링 영역 내에서 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 발생하는 경우에만 선택적으로 상기 객체와의 거리를 판단할 수 있도록 할 수 있다.

도 18을 참조하면, 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 상기 인체가 아닌 다른 객체의 접근에 의해 발생한 경우, 상기 차이 주파수는 상기 필터(154)의 필터링 영역을 벗어난 주파수를 가질 수 있다.

이때, 상기 차이 주파수는 도 18에 도시된 바와 같이, 필터링 영역 내에 포함되어 있지 않기 때문에, 이와 같은 경우에는 상기 패턴 인식 동작을 하지 않을 수 있다.

도 19는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.

도 19를 참조하면, 상기 센서(100)의 설계가 상기 객체와의 거리가 가까워짐에 따라 제 1 주파수가 제 2 주파수와 차이가 존재하고, 상기 거리가 가까워질수록 제 1 주파수의 증감 정도가 큰 경우, 상기 필터(154)는 대역 통과 필터로 구성될 수 있다.

이때, 상기 필터(154)의 필터링 영역은 상기 저역 통과 필터로 구성된 경우와는 다른 주파수 범위를 가질 수 있다.

그리고, 상기 필터링 영역 내에서 상기 차이 주파수의 변화에 따라 발생하는 차이 주파수의 이동 정도에 따라 상기 객체와의 거리를 측정할 수 있다.

이때, 상기 필터(154)가 대역 통과 필터인 경우, 상기 차이 주파수 발생기(153)의 출력 값은 아래의 수학식 5와 같다.

도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.

도 20을 참조하면, 탄소 미세 코일은 돌, 물 및 인체의 접촉에 따른 서로 다른 변화 특성을 가지게 된다.

다시 말해서, 상기 탄소 미세 코일은 상기와 같은 물질에 따라 서로 다른 출력 값을 발생하게 된다.

상기 탄소 미세 코일의 출력 값의 변화를 보면, 동일한 돌이라도 접촉 면적 및 접촉 방향에 따라 서로 다른 변화가 발생하였으며, 돌의 크기가 클수록 무게와 접촉 면적이 증가하여 출력 값이 증가하게 된다.

그리고, 종이와 같은 비자성 물질이나, 서보 모터와 같은 자성 물질이 접촉하는 경우에도 자기장에 의한 영향 없이 출력 값의 큰 변화가 발생한다. 본 발명에 따른 탄소 미세 코일의 출력 값은 인체에 의해 압력이 가해지는 경우와, 물이나 휴대폰과 같은 다른 객체에 의해 압력이 가해지는 경우에 확연히 구분되는 특성을 가진다.

즉, 탄소 미세 코일의 출력 값은 인체가 접촉하는 경우에서 마이너스 값을 가지고 있으며, 물이나 휴대폰과 같은 객체가 접촉하는 경우에서 플러스 값을 가지고 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 탄소 미세 코일의 특성을 토대로 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생한 제 1 주파수와, 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생한 제 2 주파수의 차이가 인체에 의한 압력이 발생한 것인지, 아니면 다른 객체에 의해 발생한 것인지를 명확히 구분할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기 센서(100)의 반응 영역, 다시 말해서 상기 필터(154)의 필터링 영역을 상기 빗방울에 의해 반응하는 상기 탄소 미세 코일의 특성을 토대로 결정하도록 한다.

도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 잠금 해제 장치의 잠금 해제 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 21을 참조하면, 먼저 제 1 주파수 발생기(151)는 센서부(110a~110i) 각각의 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값 또는 커패시턴스 값에 따른 제 1 주파수를 발생한다(110단계).

그리고, 제 2 주파수 발생기(152)는 기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다(120단계).

이어서, 차이 주파수 발생기(153)는 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생된 제 1 주파수와, 제 2 주파수 발생기(152)에서 발생된 제 2 주파수를 수신하고, 그에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수를 출력한다(130단계). 이때, 상기 차이 주파수는 각각의 센서부(110a~110i)에 대해 각각 출력된다.

이에 따라, 필터(154)는 상기 출력되는 차이 주파수를 필터링하여, 기설정된 필터링 영역 내에 상기 차이 주파수가 존재하는지를 판단한다. 그리고, 상기 차이 주파수가 기설정된 필터링 영역 내에 존재하면, 아날로그 디지털 컨버터(155)는 상기 차이 주파수에 대응하는 출력 값을 생성하여 출력한다. 그리고, 제어부는 상기 출력되는 출력 값을 수신하고, 상기 수신한 출력 값을 토대로 물체의 접근 여부 및 접근 거리를 계산한다(140단계).

한편, 상기 필터(154)는 상기 수신한 차이 주파수가 기설정된 필터링 영역 내에 존재하지 않으면, 상기 수신한 차이 주파수에 대응하는 출력 값을 출력하지 않으며, 이에 따라 상기 수신한 차이 주파수를 무시할 수 있다. 이는 상기 센서부(110a~110i)의 임피던스 변화가 이물질의 접촉에 의한 것이기 때문이다.

그리고, 제어부(150)는 상기 각각의 센서부(110a~110i)의 상기 차이 값을 토대로 현재 객체가 복수의 센서부(110a~110i) 중 어느 센서부(110a~110i) 상에 위치하는지를 판단할 수 있다. 다시 말해서, 상기 제어부(150)는 상기 차이 값 중 가장 큰 차이 값을 가지는 센서부 상에 상기 객체가 위치하는 것으로 판단할 수 있다.

이후 제어부(150)는 상기와 같은 객체의 위치 판단 과정을 반복 수행하여, 그에 따라 상기 객체에 의해 입력된 패턴을 확인한다(150단계). 이후, 제어부(150)는 상기 입력된 패턴이 기저장된 패턴과 동일하면, 상기 잠금 해제 기능이 동작하도록 하고, 아니면 이에 대한 오류 메시지나 경고 신호를 출력한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 인체가 접근하면 이에 따른 커패시턴스 값이 감소하는 탄소 미세 코일의 특성을 이용하여, 인체가 접근한 경우에만 잠금 해제 장치를 동작시킬 수 있으며, 이에 따른 장치 오작동을 사전에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 잠금 해제 장치에 직접 접촉하지 않아도 사용자가 원하는 패턴을 입력할 수 있으며, 이에 따른 잠금 해제 장치에 인체의 접촉 흔적(예를 들어, 지문)이 남지 않아 보안을 강화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 다수의 센싱 영역의 감지층을 물리적으로 분리시키면서, 각각의 센싱 영역에서도 전극별 감지층을 물리적으로 분리시킴으로써, 사용자의 입력 패턴의 인식 정확도를 높일 수 있으며, 이에 따른 사용자 만족도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 잠금 해제 장치를 잠금 해제 대상과 분리시킴으로써, 잠금 해제 장치의 위치가 외부로 노출되지 않음에 따른 보안을 강화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 실내, 실외, 임의의 장소 또는 구조물 등에 잠금 해제 장치의 위장 설치가 가능하며, 이에 따른 설치자 및 사용자 이외에 잠금 해제 장치의 위치 파악에 어려움이 있어 보안 강화에 유리하다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 잠금부;
   상기 잠금부를 구동시키는 잠금 구동부;
   상기 잠금부의 구동을 위한 패턴을 입력받는 센서;
   기설정된 패턴 정보가 저장되는 저장부; 및
   상기 센서를 통해 입력되는 패턴과 상기 저장부에 저장된 패턴 정보를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 잠금부의 구동을 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고,
   상기 센서는,
   상호 일정 간격 이격되는 복수의 센서 유닛을 포함하고,
   상기 복수의 센서 유닛 각각은,
   기판과,
   상기 기판 위에 상호 이격되어 배치되는 제 1 및 2 전극과,
   상기 기판 위에 상기 제 1 및 2 전극을 덮으며 배치되고, 내부에 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층을 포함하고,
   상기 제어부는,
   객체의 접근에 따라 상기 복수의 센서 유닛으로부터 각각 출력되는 감지 값을 수신하고,
   상기 수신한 감지 값이 기설정된 기준 값보다 작은지 여부를 판단하며,
   상기 감지 값이 상기 기준 값보다 작으면, 상기 기준 값과 상기 감지 값의 차이 값을 토대로 상기 복수의 센서 유닛을 통해 입력되는 패턴을 인식하는
   잠금 해제 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 수신한 감지 값이 상기 기설정된 기준 값보다 크면, 상기 접근한 객체가 인체를 제외한 다른 객체인 것으로 인식하는
   잠금 해제 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 복수의 센서 유닛을 통해 출력되는 각각의 감지 값과 상기 기준 값의 차이 값을 비교하고,
   상기 차이 값이 가장 큰 값을 가지는 센서 유닛 상에 상기 객체가 위치한 것으로 인식하는
   잠금 해제 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 센서는,
   상기 복수의 센서 유닛 사이에 배치되며, 상기 복수의 센서 유닛 사이에 발생하는 신호 간섭을 차단하는 차단부를 더 포함하는
   잠금 해제 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 및 2 전극 각각은,
   급전 단자와 연결되는 급전 전극과,
   접지 단자와 연결되는 플로팅 전극을 포함하는
   잠금 해제 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 감지 값은,
   상기 각각의 센서 유닛으로 상기 객체가 접근함에 따라 변화하는 커패시턴스 값을 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 커패시턴스 값의 감소 폭이 가장 큰 센서 유닛에 대응하는 패턴을 상기 입력 패턴으로 인식하는
   잠금 해제 장치.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 기판은 공통 기판이며,
   상기 차단부는,
   상기 공용 기판을 복수의 영역으로 구획하며,
   상기 각각의 센서 유닛을 구성하는 상기 제 1 및 2 전극은,
   상기 차단부를 통해 구획된 서로 다른 영역 상에 각각 배치되는
   잠금 해제 장치.
8. 내부에 탄소 미세 코일을 분산된 감지층을 포함하는 복수의 센서 유닛을 통해 출력되는 감지 값을 수신하는 단계;
   상기 수신된 감지 값을 이용하여 객체의 접근에 따라 입력되는 패턴을 인식하는 단계;
   상기 인식된 패턴과 기저장된 패턴을 비교하는 단계; 및
   상기 인식된 패턴과 상기 저장된 패턴이 동일하면, 잠금 해제 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
   상기 감지 값을 수신하는 단계는,
   상기 복수의 센서 유닛으로부터 상기 객체의 접근에 따라 변화하는 커패시턴스 값을 각각 수신하는 단계를 포함하고,
   상기 패턴을 인식하는 단계는,
   상기 수신한 커패시턴스 값이 기설정된 기준 값보다 작은지 여부를 판단하는 단계와,
   상기 커패시턴스 값이 상기 기준 값보다 작으면, 상기 각각의 센서 유닛의 커패시턴스 값과 상기 기준 값의 차이 값을 확인하는 단계와,
   상기 차이 값을 이용하여 상기 객체와 가장 근접한 센서 유닛을 확인하는 단계와,
   상기 확인된 센서 유닛에 대응하는 패턴을 상기 입력된 패턴으로 인식하는 단계를 포함하는
   잠금 해제 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 수신한 커패시턴스 값이 상기 기설정된 기준 값보다 크면, 상기 접근한 객체가 인체를 제외한 다른 객체인 것으로 인식하고, 상기 수신한 커패시턴스 값을 무시하는 단계를 더 포함하는
   잠금 해제 방법.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 가장 근접한 센서 유닛을 확인하는 단계는,
    상기 기준 값보다 작으면서, 상기 기준 값과의 차이 값이 가장 큰 커패시턴스 값이 감지된 센서 유닛을 상기 가장 근접한 센서 유닛으로 확인하는 단계를 포함하는
    잠금 해제 방법.

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