KR20240056232A - 회전 타입 렌즈가 구비된 물체의 위치 검출 장치 - Google Patents

Abstract

회전 타입 렌즈가 구비된 물체의 위치 검출 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 근접 센서는 거리측정을 위한 기준광을 조사하는 발광 소자, 상기 기준광이 물체에 반사되어 되돌아오는 반사광을 수광하는 수광 소자, 상기 기준광 및 반사광을 굴절시킴으로써 경로를 변경시키는 렌즈 및 상기 렌즈를 회전축을 중심으로 회전시키는 모터를 포함하여 구성된다.

Description

회전 타입 렌즈가 구비된 물체의 위치 검출 장치 {OBJECT POSITION DETECTION APPARATUS EQUIPPED WITH A RORATING TYPE LENS}

본 발명은 물체의 위치 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전 타입 렌즈를 통한 빛의 굴절을 이용하여 3차원 공간에서 물체의 위치를 검출하는 장치에 관한 것이다.

광센서 기술은 발광부에서는 빛을 방출하고 수신부에서는 빛이 반사되어 돌아오는 신호를 감지함으로써 방향 또는 좌표를 추적하는 기술이다. 최근에는 빛을 발생시키고 반사되어 돌아오는 시간을 측정함으로써 물체의 위치를 감지하는 기술이 개발되었다. 이러한 기술을 응용함으로써 디스플레이 화면에 인접한 위치에서 가리키는 사람의 손가락의 위치를 측정함으로써 사용자가 손가락으로 가리키는 영역에 메뉴를 팝업시키는 등의 기술을 구현할 수 있다.

다만, 일반적인 광센서는 발광부의 빛 방출 방향이 디스플레이의 전방 하단에서 상단으로 향하는 수직 방향인 것이 보통이다. 따라서, 손가락이 디스플레이에 인접한 상태에서 디스플레이 화면에 대한 손가락의 상대적 위치 검출은 가능하나, 디스플레이 화면 전방에서 조금만 손가락이 멀어져도 감지 자체가 어렵다.

최근 광센서를 활용한 기술이 자동차를 포함하여 여러 분야에 확대되고 있다. 예를 들어, ToF(Time of Flight) 센서, IR(Infrared Ray) 센서, 라이다 센서 등이 다양한 용도로 활용되고 있다. 주로 활용되는 분야는 위치, 방향, 속도, 온도 등 다양한 측정 및 관측에 사용되고 있다. 특히, ToF 센서는 3차원 센서로 적외선 파장을 통해 물체로 발사한 빛이 튕겨져 돌아오는 거리를 시간으로 계산, 사물의 입체감과 공간 정보, 움직임을 인식한다. 하지만 이러한 기술은 높은 연산 능력이 요구되며 생산 비용을 증가시킨다.

한편, ToF 센서를 제외한 다른 광센서를 활용한 기술들은 일반적으로 3차원 공간에서 물체의 위치 측정이 불가능하며 2차원 공간에서만 물체의 위치 측정이 가능하다. 또한, ToF 센서의 경우, 방출 가능한 광원의 양이 한정되어 있어 수평 방향으로는 넓은 범위에서의 물체의 위치 측정이 가능한 반면, 수직 방향으로는 측정 범위가 협소하다는 단점이 존재한다.

따라서, 본 기술분야에서는 저비용으로도 3차원 공간에서 물체의 위치 검출이 가능하며, 수직 방향으로도 넓은 범위에서 측정 가능한 광센싱 기술이 요구되고 있는 실정이다.

한국등록특허 제10-1080512호, 2021년 9월 16일 등록(명칭: 제스쳐 인식 시손가락 포인트 보정 방법 및 그 장치) 한국등록특허 제10-1080512호, 2011년 10월 31일 등록(명칭: 터치 스크린 보정 시스템 및 그 방법)

본 발명의 기술적 과제는 회전 타입 렌즈를 통한 빛의 굴절을 이용하여 3차원 공간에서 물체의 위치를 검출하는 장치를 제공하기 위함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 ToF 센서 등의 광센서에 적용 시, 수직 방향으로 측정 범위가 확장되어, 차량의 내부 또는 외부 등에서 활용 가능한 물체의 위치 검출 장치를 제공하기 위함에 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 합리적인 비용으로 3차원 공간에서 물체의 위치를 검출할 수 있는 광센서 구조를 제공하기 위함에 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 근접 센서는 거리측정을 위한 기준광을 조사하는 발광 소자, 상기 기준광이 물체에 반사되어 되돌아오는 반사광을 수광하는 수광 소자, 상기 기준광 및 반사광을 굴절시킴으로써 경로를 변경시키는 렌즈 및 상기 렌즈를 회전축을 중심으로 회전시키는 모터를 포함한다.

이 때, 상기 렌즈는 양 옆이 평평하게 절단된 원통형으로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 렌즈는 절단된 면에 대하여 수직으로 자른 단면이 내부의 중심축을 기준으로 선대칭 또는 점대칭을 이룰 수 있다.

이 때, 상기 상기 내부의 중심축은 상기 회전축과 평행할 수 있다.

이 때, 상기 렌즈는, 상기 회전축을 따라 연장되는 원통형으로 이루어진 내측 렌즈 및 상기 내측 렌즈를 둘러싸고, 원통형이되 서로 마주보는 두 측면이 평면인 외측 렌즈를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 내측 렌즈는 제1 매질로 구성되고, 상기 외측 렌즈는 상기 제1 매질과 굴절율이 서로 다른 제2 매질로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 근접 센서는, 상기 모터의 회전축과 연결된 모터 기어 및 상기 모터 기어와 맞물려 있으며 상기 렌즈의 회전축과 연결된 렌즈 기어를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 근접 센서는, 상기 근접 센서를 외부 충격으로부터 보호하고, 투명한 재질로 이루어져 상기 기준광과 상기 반사광을 그대로 투과시키는 커버 글라스를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 근접 센서는, 상기 렌즈가 타이트하게 수납될 수 있는 공간을 형성하여 상기 렌즈를 외부 충격으로부터 보호하는 렌즈 홀더를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 모터는, 상기 근접 센서에 의해 검출된 물체의 위치가 변경됨에 따라 상기 물체를 추적하도록 회전할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 검출 장치는 일 방향으로 소정 간격 이격되어 집합을 이루는 근접 센서를 복수개 포함하되, 상기 근접 센서는, 거리측정을 위한 기준광을 조사하는 발광 소자, 상기 기준광이 물체에 반사되어 되돌아오는 반사광을 수광하는 수광 소자, 상기 기준광 및 반사광을 굴절시킴으로써 경로를 변경시키는 렌즈 및 상기 렌즈를 회전시키는 모터 거리측정을 위한 기준광을 조사하는 발광 소자, 상기 기준광이 물체에 반사되어 되돌아오는 반사광을 수광하는 수광 소자, 상기 기준광 및 반사광을 굴절시킴으로써 경로를 변경시키는 렌즈 및 상기 렌즈를 회전시키는 모터를 포함한다.

이 때, 상기 렌즈는 양 옆이 평평하게 절단된 원통형으로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 렌즈는 절단된 면에 대하여 수직으로 자른 단면이 내부의 중심축을 기준으로 선대칭 또는 점대칭을 이룰 수 있다.

이 때, 상기 상기 내부의 중심축은 상기 회전축과 평행할 수 있다.

이 때, 상기 렌즈는, 상기 회전축을 따라 연장되는 원통형으로 이루어진 내측 렌즈 및 상기 내측 렌즈를 둘러싸고, 원통형이되 서로 마주보는 두 측면이 평면인 외측 렌즈를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 내측 렌즈는 제1 매질로 구성되고, 상기 외측 렌즈는 상기 제1 매질과 굴절율이 서로 다른 제2 매질로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 근접 센서는, 상기 모터의 회전축과 연결된 모터 기어 및 상기 모터 기어와 맞물려 있으며 상기 렌즈의 회전축과 연결된 렌즈 기어를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 근접 센서는, 상기 근접 센서를 외부 충격으로부터 보호하고, 투명한 재질로 이루어져 상기 기준광과 상기 반사광을 그대로 투과시키는 커버 글라스를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 근접 센서는, 상기 렌즈가 타이트하게 수납될 수 있는 공간을 형성하여 상기 렌즈를 외부 충격으로부터 보호하는 렌즈 홀더를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 위치 검출 장치는, 상기 모터, 상기 발광 소자, 상기 수광 소자를 제어하여 상기 발광 소자와 상기 수광 소자에 의해 형성되는 센싱 필드를 가변시키는 컨트롤러를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 위치 검출 장치에 의해 검출된 물체의 위치가 변경됨에 따라 상기 물체를 추적하도록 상기 모터를 회전시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의해, 회전 타입 렌즈를 통한빛의 굴절을 이용하여 3차원 공간에서 물체의 위치를 검출하는 장치가 제공된다.

또한, TOF 센서 등의 광센서에 적용 시, 수직 방향으로 측정 범위가 확장되어, 차량의 내부 또는 외부 등에서 활용 가능한 물체의 위치 검출 장치가 제공된다.

또한, 합리적인 비용으로 3차원 공간에서 물체의 위치를 검출할 수 있는 광센서 구조가 제공된다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 위치 검출 장치의 디스플레이부의 센싱 영역의 일예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 센서 모듈을 나타낸다.
도 4는 도 3의 선형 센서 모듈을 구성하는 근접 센서의 내부 구조의 일예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A'방향으로 자른 단면의 일예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 센서 모듈 및 이를 구성하는 근접센서를 나타낸다.
도 8(a)는 도 7의 근접 센서를 A-A'방향으로 자른 단면의 일예를 나타내고, 도 8(b)는 도 7의 근접 센서를 B-B'방향으로 자른 단면의 일예를 나타낸다.
도 9(a) 내지 도 9(d)는 렌즈가 회전함에 따라 발광 소자에서 방출되는 기준광 또는 수광 소자로 입사되는 반사광이 굴절됨을 예시적으로 나타낸다.
도 10은 도 7의 선형 센서 모듈을 이용하여 손가락의 위치가 인식됨을 예시적으로 나타낸다.
도 11은 도 7의 선형 센서 모듈을 포함하는 디스플레이 장치의 일예를 나타낸다.
도 12(a) 내지 도 12(d)는 도 7의 선형 센서 모듈이 디스플레이 화면에 적용되었을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13(a) 내지 도 13(d)는 도 7의 선형 센서 모듈이 윈도우 프로젝션에 적용되었을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 7의 선형 센서 모듈이 차량의 외부 전방에 적용되는 일예를 나타낸다.

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 명세서에서, "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 일 실시예에 따른 위치 검출 장치를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 위치 검출 장치(100)는 디스플레이부(110)과 센서부(130)를 포함할 수 있다.

디스플레이부(110)는 화면 상에 정보를 표시한다.

예를 들어, 디스플레이부(110)는 일축(여기서는 제2축) 방향으로 연장되는 장축 방향과 일축과 교차하는 타축 방향(여기서는 제3축)으로 연장되는 단축 방향을 갖는 사각형 디스플레이 영역을 가질 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 디스플레이 영역의 형상이 사각형이 아닌 다각형이나 원형, 타원형일 수도 있으고, 장축 방향과 단축 방향이 서로 반대일 수도 있으며, 장축과 단축의 구분이 없는 정사각형일 수도 있다.

또한, 디스플레이부(110)는 차량의 운전석과 보조석 사이에 배치된 AVN(Audio, Video, Navigation) 시스템의 디스플레이 화면일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(110)에는 멀티미디어 재생 화면, 차량에 탑승 중인 운전자에게 경로를 안내하기 위한 내비게이션 화면 등이 표시되거나, 차량의 각종 기능을 설정하기 위한 사용자 인터페이스 등이 표시될 수 있다.

아울러, 디스플레이부(110)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 사용자에 대한 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부로써 기능함과 동시에, 사용자에 대한 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.

디스플레이부(110)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

센서부(130)는 디스플레이부(110)가 연장되는 일 방향(여기서는 제2축 방향)을 따라 연장되며, 디스플레이부(110)와 나란히 배치되어, 디스플레이부(110)에 접근하는 물체의 존재 여부, 위치, 움직임 등을 감지한다. 센서부(130)는 그 형상을 따라 "선형 센서"라 칭할 수도 있다.

선형 센서(130)는 선형으로 배치된 적어도 하나의 발광 수단과 선형으로 배치된 복수의 수광 수단을 포함한다.

이 때, 선형 센서(130)는 상부에 위치한 디스플레이부(110)에 물체, 예컨대 손가락(이하, 설명의 편의를 위해 감지되는 물체는 손가락으로 가정함)이 접근하면 발광 수단에서 방출된 광(예컨대, 적외선)이 손가락에 반사되어 수광 수단에서 검출되는 원리를 이용하여 디스플레이부(110)에 접근하는 손가락을 감지할 수 있다. 구체적인 발광 수단과 수광 수단의 배치 형태는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.

선형 센서(130)는 디스플레이부(110)와 분리 및 이격되도록 마련될 수도 있고, 도 1과 같이 디스플레이부(110) 하단에 접하도록 배치될 수도 있으며, 디스플레이부(110)의 내부에 매립된, 예컨대, 디스플레이부(110)의 화면을 덮는 커버글라스 후면에 히든 타입으로 매립된 일체형으로 구성될 수도 있다.

한편, 선형 센서(130)의 센싱 영역(즉, 센싱 필드)이 디스플레이부(110) 화면의 전방 일정 영역 내에 형성되도록 발광 수단이 배치될 수 있다. 즉, 발광 수단은 발광 방향이 적어도 제1축 방향을 포함하도록 배치될 수 있다. 또한, 발광 수단의 발광 패턴이 부채꼴 형상으로 확산되는 패턴인 경우, 센싱 필드는 디스플레이부(110) 화면 전방으로 향할수록 제3축 방향을 따라 확장될 수 있다. 아울러, 센싱 필드는 디스플레이부(110)의 화면 전방, 즉, 제1축 방향을 따라 디스플레이부(110)의 화면으로부터 이격된 거리 범위에 따라 복수의 단계로 구분되고, 디스플레이부(110)의 일 연장 방향(여기서는 제2축 방향)을 따라 복수의 구역으로 구분될 수 있다. 예컨대, 센싱 필드는 제1축 방향을 따라 2 단계, 제2축 방향을 따라 12 구역으로 구분될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 아울러, 센싱 필드의 크기는 발광 수단의 발광 강도, 발광시 조사각, 수광 수단의 수광 감도, 발광 수단과 수광 수단의 배치 패턴이나 개수 등에 의해 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.

센싱 필드가 디스플레이 화면에 대하여 수직 방향으로 마련된 일반적인 위치 검출 장치 대비, 실시예에 따른 위치 검출 장치(100)는 상술한 바와 같이 선형 센서(130)의 센싱 필드가 디스플레이부(110)의 화면 전방으로 향할수록 확장되는 형태를 가짐으로 인해, 손가락이 디스플레이부(110)에 인접한 상황은 물론, 비교적 먼 거리로부터 디스플레이부(110) 전방으로 접근해오는 손가락도 감지가 가능하다.

도 2는 도 1의 위치 검출 장치의 디스플레이부의 센싱 영역의 일예를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 선형 센서(130)의 센싱 영역은 제2축 방향을 따라 12개의 구역으로 이루어질 수 있다. 센싱 영역의 개수는 선형 센서(130)를 이루는 발광 수단과 수광 수단의 구성에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 전술한 바와 같다.

위치 검출 장치(100)는 디스플레이부(110)에 근접한 손가락이 어느 구역에 속하는지 감지하고, 감지된 구역에 대응하여 디스플레이부(110)를 통해 사용자 인터페이스를 제공 또는 변형(예컨대, 세부 메뉴의 팝업, 정보 표시 등)할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 센싱 영역은 제2축 방향을 따라 좌측에서 우측으로 1번 내지 12번의 12개의 구역으로 이루어질 수 있다. 여기서, 위치 검출 장치(100)는 손가락이 1번 내지 3번 영역에 위치한 경우에는 네비게이션(navigation) 메뉴를 실행(또는 확대/활성화/팝업 등)시키고, 손가락이 4번 내지 6번 영역에 위치한 경우에는 미디어(media) 메뉴를 실행시키고, 손가락이 7번 내지 9번 영역에 위치한 경우에는 날씨(weather) 메뉴를 실행시킬 수 있다.

또한, 위치 검출 장치(100)는 손가락이 선형 센서(130)에 근접한 정도를 수광 강도를 기반으로 측정할 수 있으며, 예를 들어, 손가락이 선형 센서(130)로부터 5cm 이내에 근접한 경우에는 근거리 영역(near zone), 5cm 이상 15cm 이내에 근접한 경우에는 원거리 영역(zone)으로 2단계로 분류할 수 있다. 이 때, 위치 검출 장치(100)(130)는 손가락이 근거리 영역에 위치한 경우와 원거리 영역에 위치한 경우에 따라서 서로 다른 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 위치 검출 장치(100)는 손가락이 원거리 영역에 위치한 경우에는 디스플레이 화면에 선택된 메뉴를 확대/색상 변경 등 시각 효과를 부여하는 방식으로 강조해서 표시하고, 손가락이 근거리 영역에 위치한 경우에는 선택된 메뉴를 실행하도록 설정될 수 있다.

아울러, 도시되지는 않았으나 위치 검출 장치(100)는 처음 손가락이 감지된 영역에 따라 메뉴의 정렬 상태를 변경할 수도 있다. 예컨대, 손가락이 1번 영역에서 처음 검출된 경우 메뉴들이 좌측으로 편중되어 제공될 수 있고, 손가락이 12번 영역에서 처음 검출된 경우 메뉴들이 우측으로 편중되어 제공될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 센서 모듈을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 선형 센서 모듈(130)은 발광소자(131)와 수광소자(133)를 포함하는 센서 어레이(SA)가 일 방향을 따라 소정 간격 이격된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 센서 어레이(SA)는 도 3에 도시된 바와 같이 중앙에 발광 소자(131)가 배치되고, 발광 소자(131)의 양측 각각에 수광 소자(133)가 배치된 배열 패턴을 가질 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

발광 소자(131)는 광을 방출하며, 수광 소자(133)는 발광 소자(131)에서 방출된 광이 물체에서 반사되어 수광 소자(133)로 입사될 경우, 이를 감지할 수 있다. 이를 위해, 발광소자(131)는 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있으며, 수광부(133)는 포토다이오드(Photo Diode, PD)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 발광소자(131)는 적외선을 방출하는 IR LED일 수 있다. 발광소자(131)가 IR LED일 경우, 특히 센싱 필드의 형성 방향 및 형상을 고려할 때 사용자가 디스플레이부(110)를 바라봄에 있어 시각적 불편함이 방지될 수 있다.

위치 검출 장치(100)는 각 센서 어레이(SA)에 구비된 발광소자(131)를 연속적으로 동시에 동작시킬 수도 있고, 시분할 방식을 통해 한 순간에 일부(예컨대, 하나)의 발광소자(131)만 동작시킬 수도 있다. 시분할 방식을 이용할 경우, 센싱을 위한 전력이 절감되며, 인접한 발광소자(131)의 동시 발광에 의한 광 간섭 현상이 저감될 수 있다.

한편, 센서 어레이(SA)의 개수는 감지 영역과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 예컨대, 제2축 방향을 따라 센싱 필드가 12개 영역으로 구분될 경우, 한 영역에 하나의 센서 어레이(SA)가 대응되도록 12개의 센서 어레이(SA)가 이용될 수 있다. 다른 예로, 도 3에 도시된 바와 같이 개별 센서 어레이(SA)의 발광 영역이 인접한 센서 어레이(SA)의 발광 영역과 적어도 일부가 중첩되도록 하되, 센싱 필드의 영역 보다 적은 수의 센서 어레이(SA)를 이용할 수도 있다. 이러한 경우, 센싱 영역은 복수의 센서 어레이(SA) 각각의 수광소자(133)에서 감지된 광의 상대적 강도를 종합적으로 판단함으로써 센서 어레이(SA)보다 많은 수의 영역이 제공될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 검출 장치(400)의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 위치 검출 장치를 A-A'방향으로 자른 단면의 일예를 나타낸다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치(400)는 커버 글라스(410), 액정 디스플레이(430), 판넬(450), 근접 모듈(470), 리어 커버(490)를 포함한다.

커버 글라스(410)는 위치 검출 장치의 가장 전방에 위치하며 액정 디스플레이(430)를 외부 충격으로부터 보호하되, 투명한 재질로이루어져 액정 디스플레이 (430)에 표시된 정보를 그대로 투과시킨다.

액정 디스플레이(430)는 전술한 디스플레이부(110)의 일 구현예에 해당하며, 커버 글라스(410)의 내측에 배치되며 화면 상에 정보를 표시한다. 예를 들어, 액정 디스플레이(430)는 차량의 운전석과 보조석 사이에 배치된 AVN(Audio, Video, Navigation) 시스템의 디스플레이 화면일 수 있다. 예를 들어, 액정 디스플레이(430)에는 차량에 탑승 중인 운전자에게 경로를 안내하기 위한 내비게이션 화면이 표시될 수 있다. 이 때, 액정 디스플레이(430)는 사용자의 손가락이 접촉하면 접촉된 위치를 탐지할 수 있는 터치스크린일 수 있다.

판넬(450)은 액정 디스플레이(430)의 후면에 위치하며, 액정 디스플레이(430)를 수납하고 외부 충격으로부터 보호할 수 있도록 액정 디스플레이(430)가 타이트하게 수납될 수 있는 공간을 형성한다.

이 때, 판넬(450)은 액정 디스플레이(430)의 아래에 배치된 근접 모듈(470)을 보호하기 위하여 위치 검출 장치(400)의 전방에서 보았을 때, 커버 글라스(410)와 평평하게 보이도록 하우징(471)의 앞쪽에 돌출되게 배치될 수 있다.

근접 모듈(470)은 판넬(450)과 리어 커버(490)의 사이에 위치하며, 하우징(471), 프리즘(473), 인쇄회로기판(475)을 포함하며, 전술한 선형 센서(130)에 해당한다. 하우징(471) 전방에는 센서 커버(460)가 배치되며, 센서 커버(460)는 커버 글라스(410)와 일체감을 주도록 그 전면이 커버 클라스(410)의 전면과 정렬될 수 있다. 센서 커버(460)는 폴리카보네이트(PC)와 같은 투광성 재질로 구성될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

하우징(471)은 프리즘(473)과 인쇄회로기판(475)이 수납될 수 있는 공간을 제공한다.

프리즘(473)은 빛의 굴절 현상을 이용하여 인쇄회로기판(475) 상에 실장된 발광소자로부터 발산된 빛이 외부의 물체에 의해 반사되어 수광소자로 돌아오도록 한다.

인쇄회로기판(475)은 위치 검출 장치(400) 전방에 위치한 물체를 감지할 수 있도록 빛을 발산하는 적어도 하나의 발광소자와 물체에 의해 반사된 빛을 수신하는 적어도 하나의 수광소자를 실장한다.

리어 커버(490)는 위치 검출 장치(400)의 후면을 외부 충격으로부터 보호한다.

도 4 및 도 5에서는 커버글라스(410)와 센서 커버(460)가 별물로 도시되었으나, 다른 구현에 의하면 커버글라스(410)가 하방으로 연장되어 센서 커버(460)를 대체할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 위치 검출 장치(100)는 디스플레이부(110), 위치 검출 센서(130), 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예와 관련된 구성 요소를 위주로 도시한 것으로, 위치 검출 장치(100)가 이보다 더 많은 구성 요소를 포함할 수 있음은 물론이다.

디스플레이부(110)와 선형 센서(130)의 구성 및 기능은 전술한 바와 같으므로, 중복되는 기재는 생략하고 프로세서(150)의 기능을 이하 설명한다.

프로세서(150)는 특히, 선형 센서(130)로부터 수광 소자의 광 감지 신호를 수신하고, 이를 기반으로 센싱 필드 중 어느 구역/영역에 손가락이 감지되는지 여부를 판단하고, 이를 기반으로 디스플레이부(110)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(150)는 디스플레이부(110)에 접근하는 손가락이 센싱 필드의 어느 구역/영역에 속하는지 감지하고, 이에 대응하는 세부 메뉴를 팝업시키거나 정보를 표시할 수 있다.

프로세서(150)는 상술한 센싱 필드 내의 물체 감지와 관련된 동작 외에도, 통상적으로 위치 검출 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서(150)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(미도시)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

또한, 프로세서(150)는 메모리에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 지금까지 상술한 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(150)는 응용 프로그램의 구동을 위하여, 위치 검출 장치(100)에 포함된 구성요소들 중 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수도 있다.

전술한 선형 센서(130) 및 이를 구성하는 근접 모듈(470)은 렌즈가 고정된 형태를 가졌으나, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 렌즈를 회동시켜 센싱 필드를 가변시킬 수 있다. 이를 이하에서 설명한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 센서 모듈 및 이를 구성하는 근접센서를 나타낸다. 한편, 도 8(a)는 도 7의 근접 센서를 A-A'방향으로 자른 단면의 일예를 나타내고, 도 8(b)는 도 7의 근접 센서를 B-B'방향으로 자른 단면의 일예를 나타낸다.

도 7, 도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 선형 센서 모듈(700)은 복수 개의 근접 센서(710, 730, 750)가 일 방향을 따라 소정 간격 이격되어 집합을 이룬다.

예를 들어, 근접 센서(730)는 커버 글라스(731), 렌즈(732), 렌즈 홀더(733), 모터(734), 모터 기어(735), 렌즈 기어(736), 기판(737), 수광 소자(738), 발광 소자(739), 패널(740), 커버(741)를 포함한다.

커버 글라스(731)는 근접 센서(730)의 가장 전방에 위치하며 근접 센서(730)를 외부 충격으로부터 보호하고, 투명한 재질로 이루어져 발광 소자(739)를 통하여 방출되는 기준광과 수광 소자(738)를 통하여 수신되는 반사광을 그대로 투과시킨다.

렌즈(732)는 도 8(b)와 같이 양 옆이 평평하게 절단된 원통형으로 이루어지며 렌즈(732)의 회전에 따라 발광 소자(739)를 통하여 방출되거나 수광 소자(738)를 통하여 수신되는 빛을 굴절시킨다.

이 때, 렌즈(732)를 절단된 면에 대하여 수직으로 자른 단면은 내부의 중심축을 기준으로 선대칭을 이루고, 내부의 중심점을 기준으로 점대칭을 이룰 수 있다.

이 때, 렌즈(732)는 원통형으로 이루어진 제1 매질, 및 상기 제1 매질을 둘러싸고 양 옆이 평평하게 절단된 원통형으로 이루어진 제2 매질을 포함할 수 있다(도시되지 않음).

이 때, 상기 제1 매질 및 제2 매질은 굴절율이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.

렌즈 홀더(733)는 렌즈(732)가 타이트하게 수납될 수 있는 공간을 형성하여 렌즈(732)를 외부 충격으로부터 보호한다.

모터(734)는 회전축에 모터 기어(735)가 연결되어 있어, 모터 기어(735)를 회전시킨다.

이 때, 렌즈(732)는 상기 중심점을 기준으로 회전할 수 있다.

이 때, 모터(734)는 일정한 각속도로 회전할 수 있다.

모터 기어(735)는 모터(734)의 회전축에 연결되어 있어, 모터(734)의 회전에의하여 회전하고, 렌즈 기어(726)와 맞물려 있어, 모터(734)의 회전력을 렌즈 기어(726)에 전달한다.

렌즈 기어(736)는 모터 기어(735)와 맞물려 모터 기어(735)가 회전할 때 동시에 회전하고, 렌즈(732)의 회전축과 연결되어 렌즈(732)를 회전시킨다.

기판(737)은 근접 센서(730) 전방에 위치한 물체를 감지할 수 있도록 빛을 발산하는 적어도 하나의 발광 소자(739)와 물체에 의해 반사된 빛을 수신하는 적어도 하나의 수광 소자(738)를 실장한다.

수광 소자(738)는 발광 소자(739)에서 방출된 광이 물체에서 반사되어 입사될 경우, 이를 감지한다.

이 때, 수광 소자(738)는 포토다이오드(Photo Diode, PD)를 포함할 수 있다.

발광 소자(739)는 거리측정을 위한 기준광을 조사한다. 상기 발광 소자(739)에 의해 방출된 기준광은 물체를 통해 반사되어 수광 소자(738)를 통하여 검출된 시간이 측정됨으로써 물체의 위치가 검출될 수 있다. 이를 위해, 발광 소자(739)는 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 발광 소자(739)는 적외선을 방출하는 IR LED일 수 있다.

패널(740)은 근접 센서(730)의 후면에 위치하며, 근접 센서(730)를 수납하고 외부 충격으로부터 보호할 수 있도록 근접 센서(730)가 타이트하게 수납될 수 있는 공간을 형성한다.

커버(741)는 근접 센서(730)의 전방에서 커버 글라스(731)에 의해 커버되지 않는 일부 하부 및 근접 센서(730)의 바닥면을 보호한다.

한편, 도 7에는 도시되지 않았으나, 선형 센서 모듈(700)은 복수 개의 근접 센서(710, 720, 730)를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

이 때, 컨트롤러는 근접 센서(730) 내의 모터(734), 수광 소자(738), 발광 소자(739)를 제어하여 선형 센서 모듈(730)의 센싱 필드를 가변시키며 물체의 위치를 검출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 디스플레이 화면 등에 접근하는 손가락이 센싱 필드의 어느 구역/영역에 속하는지 감지하고, 손가락의 위치가 변경됨에 따라 모터(734)를 회전시키면서 손가락의 위치를 추적하도록 센싱 필드를 가변시킬 수 있다.

컨트롤러는 상술한 센싱 필드 내의 물체 감지와 관련된 동작 외에도, 통상적으로 위치 검출 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(미도시)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

도 9(a) 내지 도 9(d)는 렌즈가 회전함에 따라 발광 소자에서 방출되는 기준광 또는 수광 소자로 입사되는 반사광이 굴절됨을 예시적으로 나타낸다. 도 9(a)는 렌즈가 회전되기 전의 상태를 나타내며, 도 9(b) 내지 도 9(d)는 렌즈가 시계 방향으로 점점 회전함에 따른 빛의 굴절 각도가 변화함을 나타낸다.

한편, 렌즈(910)는 원통형으로 이루어진 내부의 제1 매질(911), 및 상기 제1 매질(913)을 덮으며 양 옆이 평평하게 절단된 원통형으로 이루어진 외부의 제2 매질(913)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 9(a)를 참조하면, 발광 소자(939)로부터 방출되는 기준광은 공기중에서 제2 매질(913)로 입사될 때, 제2 매질(913)에서 제1 매질(911)로 입사될 때, 제1 매질(911)에서 제2 매질(913)로 입사될 때, 제2 매질(913)에서 공기중으로 입사될 때 굴절되어 총 4회 굴절되어 방출된다.

한편, 도 9에는 도시되어 있지 않으나, 수광 소자의 경우에도 발광 소자(939)를 통하여 방출될때의 역방향으로 반사광이 굴절되어 입사됨으로써 동일한 위치의 물체를 인식할 수 있게 된다.

이 때, 렌즈(910)가 도 9(a)와 같이 발광 소자(939)와 수직을 이루고 있을 때에는 발광 소자(939)로부터 방출된 기준광이 렌즈(910)에 수직 방향으로 입사되어 굴절되는 각도가 최소화된다. 하지만, 도 9(b) 내지 도 9(d)와 같이 렌즈(910)가 점점 회전하여 발광 소자(939)에 대하여 비스듬한 각도를 이룰수록 기준광이 굴절되는 각도가 점점 커지게 된다.

따라서, 도 9(a)와 같이 렌즈(910)가 회전하기 전에는 근접 센서를 기준으로상대적으로 높이가 낮거나 멀리 떨어져 근접 센서로부터의 회전각이 작은 위치의 물체를 인식할 수 있으며, 렌즈(910)의 회전각이 커질수록 상대적으로 높이가 높거나 가까이에 위치하여 근접 센서로부터의 회전각이 큰 위치의 물체를 인식할 수 있다.

이 때, 기준광 및 반사광이 굴절되는 각도는 렌즈(910)의 설계에 따라 변경 가능하다.

도 10은 도 7의 선형 센서 모듈을 이용하여 손가락의 위치가 인식됨을 예시적으로 나타낸다.

예를 들어, 선형 센서 모듈은 디스플레이 화면과 분리 및 이격되도록 마련되거나 디스플레이 화면에 접하도록 배치될 수 있으며, 디스플레이 화면의 내부에 매립되어, 예컨대, 디스플레이 화면을 덮는 커버글라스 후면에 히든 타입으로 매립된 일체형으로 구성될 수도 있다.

이 때, 디스플레이 화면을 기준으로 정면 방향을 x축, 디스플레이 화면의 수평 방향을 y축, 디스플레이 화면의 수직 방향을 z축이라고 가정할 수 있다.

이 때, 사용자 손가락의 위치(1010)는 (x, y, z)의 좌표에 의해 표시될 수 있으며, 선형 센서 모듈(1000)을 구성하는 근접 센서들 내의 렌즈가 회전함으로써 인식될 수 있다.

이 때, 근접 센서들 내의 렌즈는 선형 센서 모듈(1000) 내의 컨트롤러의 제어에 의해 일정한 각속도로 회전할 수 있다.

이 때, 선형 센서 모듈(1000)을 구성하는 근접 센서들 내의 렌즈가 회전하기 전의 센싱 영역을 제1 레이어, 렌즈가 제1 각도만큼 회전했을 때의 센싱 영역을 제2 레이어, 렌즈가 제2 각도만큼 회전했을 때의 센싱 영역을 제3 레이어, ?? 등으로 정의될 수 있다.

한편, 컨트롤러는 특정 레이어에서 사용자 손가락의 위치(1010)가 검출되기까지는 렌즈를 일정한 각속도로 회전시켜면서 사용자 손가락이 위치를 검출하고, 사용자의 손가락의 위치(1010)가 검출된 이후에는 근접 센서들이 사용자의 손가락의 위치(1010)를 계속해서 추적하도록 렌즈를 회전시킬 수 있다.

이 때, 사용자 손가락의 위치(1010)의 x 좌표는 어떠한 레이어에서 사용자 손가락이 인식되었는지 여부에 의해 결정될 수 있으며, y 좌표는 선형 센서 모듈(1000)을 구성하는 복수의 근접 센서들 중 어느 센서에 의해 인식되었는지 여부에 의해 결정될 수 있으며, z 좌표는 수광 소자에서 수신되는 신호의 강도에 의해 결정될 수 있다.

도 11은 도 7의 선형 센서 모듈을 포함하는 디스플레이 장치의 일예를 나타낸다.

도 11을 참조하면, 예를 들어, 선형 센서 모듈은 디스플레이 화면과 분리 및 이격되도록 마련되거나 디스플레이 화면에 접하도록 배치될 수 있으며, 디스플레이 화면의 내부에 매립되어, 예컨대, 디스플레이 화면을 덮는 커버글라스 후면에 히든 타입으로 매립된 일체형으로 구성될 수도 있다.

이 때, 디스플레이 화면을 기준으로 정면 방향을 x축, 디스플레이 화면의 수평 방향을 y축, 디스플레이 화면의 수직 방향을 z축이라고 가정할 수 있다.

이 때, 사용자 손가락의 위치(1110)는 (x, y, z)의 좌표에 의해 표시될 수 있으며, 선형 센서 모듈을 구성하는 근접 센서들 내의 렌즈가 회전함으로써 인식될 수 있다.

이 때, 사용자 손가락의 위치(1110)가 x축 방향으로 디스플레이 화면을 향하여 멀어지거나 가까워지는 경우에는 선형 센서 모듈을 구성하는 근접 센서들 내의 렌즈가 회전함으로써 사용자 손가락의 위치(1110)의 x 좌표가 검출될 수 있다.

한편, 사용자의 손가락의 위치(1110)가 x축 방향으로는 이동하지 않고, y축또는 z축 방향으로만 이동하는 경우에는 근접 센서들 내의 렌즈를 회전시키지 않고 렌즈의 회전각이 고정된 상태에서 y 좌표 및 z 좌표가 검출될 수 있다.

이 때, 상기와 같이 근접 센서들 내의 렌즈를 회전시키지 않고 각도가 고정된 상태에서 물체의 위치를 검출하는 것을 호버링(Hovering)이라 정의할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 센서 모듈은 차량에 적용되는 경우 디스플레이 화면뿐만 아니라 차량의 윈도우에 적용될 수 있으며, 차량의 윈도우의 터치 센서를 대체하여 사용자 손가락을 인식하기 위하여 사용될 수 있다.

도 12(a) 내지 도 12(d)는 도 7의 선형 센서 모듈이 디스플레이 화면에 적용되었을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 12(a)는 사용자의 손가락이 디스플레이 화면으로부터 원거리에서 선형 센서 모듈에 의해 위치 인식이 가능한 제1 임계 거리 이내로 접근했을 때의 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12(a)를 참조하면, 선형 센서 모듈은 사용자의 손가락이 제1 임계 거리 이내로 접근했을 때 사용자의 손가락이 접근한 방향을 검출할 수 있다.

이 때, 상기 사용자의 손가락이 접근한 방향은 디스플레이 화면을 기준으로 상하좌우 방향일 수 있다.

이 때, 사용자의 손가락이 제1 임계 거리 이내로 접근할 때 근접 신호가 생성될 수 있으며, 상기 근접 신호에 의하여 근접 센서 내의 렌즈를 회전시키는 모터가 구동될 수 있다.

도 12(b)는 사용자의 손가락이 디스플레이 화면으로부터 상기 제1 임계 거리 이내에서 이동할 때의 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12(b)를 참조하면, 선행 모듈 센서는 사용자의 손가락의 이동에 따라 근접 센서 내의 렌즈가 상기 사용자의 손가락을 트래킹하며 회전할 수 있다.

도 12(c)는 사용자의 손가락이 디스플레이 화면으로부터 상기 제1 임계 거리보다 가까운 제2 임계 거리 이내로 접근했을 때의 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12(c)를 참조하면, 선형 센서 모듈은 사용자의 손가락이 제1 임계 거리보다 가까운 제2 임계 거리 이내로 접근했을 때 근접 센서 내의 렌즈를 회전시키지 않고 렌즈의 회전각이 고정된 상태에서 사용자의 손가락의 위치를 검출할 수 있다.

도 12(d)는 사용자의 조작 종료시 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12(d)를 참조하면, 선형 센서 모듈은 사용자의 손가락 검출 결과 사용자의 손가락이 검출되지 않는 경우, 선행 모듈 센서는 근접 센서 내의 렌즈를 회전하기 이전의 초기 각도로 되돌릴 수 있다.

이 때, 상기 렌즈의 초기 각도는 발광 소자로부터 방출된 기준광이 수직 방향으로 입사되는 각도일 수 있다.

도 13(a) 내지 도 13(d)는 도 7의 선형 센서 모듈이 윈도우 프로젝션에 적용되었을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이 때, 상기 윈도우 프로젝션은 차량의 유리창에 HUD(Head Up Display) 등이 적용되어 디스플레이 화면과 같이 사용되는 경우일 수 있다.

도 13(a)는 사용자의 손가락이 윈도우로부터 선형 센서 모듈에 의해 위치 인식이 가능한 제1 임계 거리 이내로 접근했을 때의 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 13(a)를 참조하면, 선형 센서 모듈은 사용자의 손가락이 윈도우로부터 제1 임계 거리 이내로 접근했을 때 사용자의 손가락이 접근한 방향을 검출할 수 있다.

이 때, 상기 사용자의 손가락이 접근한 방향은 윈도우를 기준으로 상하좌우 방향일 수 있다.

이 때, 사용자의 손가락이 윈도우로부터 제1 임계 거리 이내로 접근할 때 근접 신호가 생성될 수 있으며, 상기 근접 신호에 의하여 근접 센서 내의 렌즈를 회전시키는 모터가 구동될 수 있다.

도 13(b)는 사용자의 손가락이 윈도우로부터 상기 제1 임계 거리 이내에서 이동할 때의 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 13(b)를 참조하면, 선행 모듈 센서는 사용자의 손가락의 이동에 따라 근접 센서 내의 렌즈가 상기 사용자의 손가락을 트래킹하며 회전할 수 있다.

도 13(c)는 사용자의 손가락이 윈도우로부터 상기 제1 임계 거리보다 가까운 제2 임계 거리 이내로 접근했을 때의 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 13(c)를 참조하면, 선형 센서 모듈은 사용자의 손가락이 윈도우로부터 제1 임계 거리보다 가까운 제2 임계 거리 이내로 접근했을 때 근접 센서 내의 렌즈를 회전시키지 않고 렌즈의 회전각이 고정된 상태에서 사용자의 손가락의 위치를 검출할 수 있다.

도 13(d)는 윈도우를 이용하여 터치리스 조작 시 선형 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 13(d)를 참조하면, 선형 센서 모듈은 사용자의 손가락 이 일정 시간 내에 상기 제2 임계 거리 이내로 접근했다가 멀어졌을 때 터치 신호가 생성될 수 있으며, 상기 터치 신호에 의하여 사용자가 버튼을 눌렀을 때와 동일한 기능이 수행될 수 있다. 예를 들어, 윈도우에는 특정한 메뉴 화면이 표시될 수 있으며, 사용자의 손가락이 일정 시간 내에 상기 메뉴 화면으로부터 제2 임계 거리 이내로 접근했다가 멀어졌을 때, 상기 메뉴 화면에 대응하는 기능이 수행될 수 있다.

도 14는 도 7의 선형 센서 모듈이 차량의 외부 전방에 적용되는 일예를 나타낸다.

도 14를 참조하면, 도 7 실시예에 따른 선형 센서 모듈은 차량의 외부 전방의 장애물을 검출하는데 사용될 수 있다.

이 때, 차량의 정면 방향을 z축, 차량의 측면 방향을 y축, 지표면으로부터 수직 방향을 x축이라고 가정할 수 있다.

이 때, 선형 센서 모듈은 장애물의 위치 및 높이를 검출할 수 있다.

이 때, 장애물의 위치 및 크기는 선형 센서 모듈을 구성하는 근접 센서들 내의 렌즈가 회전함으로써 인식될 수 있으며, (x, y, z)의 좌표에 의해 표시될 수 있다.

이 때, y축 및 z축은 장애물의 위치를 나타내고, x축은 장애물의 높이를 나타낼 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, 회전 타입 렌즈를 통한빛의 굴절을 이용하여 3차원 공간에서 물체의 위치를 검출하는 장치가 제공된다.

또한, TOF 센서 등의 광센서에 적용 시, 수직 방향으로 측정 범위가 확장되어, 차량의 내부 또는 외부 등에서 활용 가능한 물체의 위치 검출 장치가 제공된다.

또한, 합리적인 비용으로 3차원 공간에서 물체의 위치를 검출할 수 있는 광센서 구조가 제공된다.

Claims (20)

1. 거리측정을 위한 기준광을 조사하는 발광 소자;
   상기 기준광이 물체에 반사되어 되돌아오는 반사광을 수광하는 수광 소자;
   상기 기준광 및 반사광을 굴절시킴으로써 경로를 변경시키는 렌즈; 및
   상기 렌즈를 회전축을 중심으로 회전시키는 모터
   를 포함하는 근접 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 양 옆이 평평하게 절단된 원통형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 근접 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 렌즈는 절단된 면에 대하여 수직으로 자른 단면이 내부의 중심축을 기준으로 선대칭 또는 점대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
4. 제3항에 있어서, 상기 내부의 중심축은 상기 회전축과 평행한 것을 특징으로 하는 근접 센서.
5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는,
   상기 회전축을 따라 연장되는 원통형으로 이루어진 내측 렌즈 및
   상기 내측 렌즈를 둘러싸고, 원통형이되 서로 마주보는 두 측면이 평면인 외측 렌즈
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
6. 제5항에 있어서, 상기 내측 렌즈는 제1 매질로 구성되고,
   상기 외측 렌즈는 상기 제1 매질과 굴절율이 서로 다른 제2 매질로 이루어진 것을 특징으로 하는 근접 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는,
   상기 모터의 회전축과 연결된 모터 기어; 및
   상기 모터 기어와 맞물려 있으며 상기 렌즈의 회전축과 연결된 렌즈 기어
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
8. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는,
   상기 근접 센서를 외부 충격으로부터 보호하고, 투명한 재질로 이루어져 상기 기준광과 상기 반사광을 그대로 투과시키는 커버 글라스
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는,
   상기 렌즈가 타이트하게 수납될 수 있는 공간을 형성하여 상기 렌즈를 외부 충격으로부터 보호하는 렌즈 홀더
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 모터는,
    상기 근접 센서에 의해 검출된 물체의 위치가 변경됨에 따라 상기 물체를 추적하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
11. 일 방향으로 소정 간격 이격되어 집합을 이루는 근접 센서를 복수개 포함하는 위치 검출 센서에 있어서, 상기 근접 센서는,
    거리측정을 위한 기준광을 조사하는 발광 소자;
    상기 기준광이 물체에 반사되어 되돌아오는 반사광을 수광하는 수광 소자;
    상기 기준광 및 반사광을 굴절시킴으로써 경로를 변경시키는 렌즈; 및
    상기 렌즈를 회전시키는 모터
    를 포함하는 위치 검출 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 렌즈는 양 옆이 평평하게 절단된 원통형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 렌즈는 절단된 면에 대하여 수직으로 자른 단면이 내부의 중심축을 기준으로 선대칭 또는 점대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 내부의 중심축은 상기 회전축과 평행한 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 회전축을 따라 연장되는 원통형으로 이루어진 내측 렌즈 및
    상기 내측 렌즈를 둘러싸고, 원통형이되 서로 마주보는 두 측면이 평면인 외측 렌즈
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 내측 렌즈는 제1 매질로 구성되고,
    상기 외측 렌즈는 상기 제1 매질과 굴절율이 서로 다른 제2 매질로 이루어진 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
17. 제11항에 있어서, 상기 근접 센서는,
    상기 모터의 회전축과 연결된 모터 기어; 및
    상기 모터 기어와 맞물려 있으며 상기 렌즈의 회전축과 연결된 렌즈 기어
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
18. 제11항에 있어서, 상기 근접 센서는,
    상기 근접 센서를 외부 충격으로부터 보호하고, 투명한 재질로 이루어져 상기 기준광과 상기 반사광을 그대로 투과시키는 커버 글라스
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
19. 제11항에 있어서, 상기 근접 센서는,
    상기 렌즈가 타이트하게 수납될 수 있는 공간을 형성하여 상기 렌즈를 외부 충격으로부터 보호하는 렌즈 홀더
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
20. 제11항에 있어서, 상기 위치 검출 장치는,
    상기 모터, 상기 발광 소자, 상기 수광 소자를 제어하여 상기 발광 소자와 상기 수광 소자에 의해 형성되는 센싱 필드를 가변시키는 컨트롤러
    를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 위치 검출 장치에 의해 검출된 물체의 위치가 변경됨에 따라 상기 물체를 추적하도록 상기 모터를 회전시키는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.

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