WO2018111046A1 - 물체 감지 센서 및 이를 포함하는 차량 안전 장치 - Google Patents

물체 감지 센서 및 이를 포함하는 차량 안전 장치 Download PDF

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WO2018111046A1
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sensor
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이선화
장기철
지칠영
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엘지이노텍 주식회사
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    • G01V3/104—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils

Definitions

  • the present invention relates to an object detecting sensor, and in particular, an object detecting sensor capable of detecting an object through a CMC sensor using a carbon micro coil (CMC) and controlling the operation of a window of the vehicle based on the object, and a vehicle safety device including the same. It is about.
  • CMC carbon micro coil
  • the vehicle is a device for moving in the direction desired by the user on board.
  • An example is a car.
  • the vehicle is provided with a window for circulation of air in the vehicle.
  • These windows are opened and closed in a power window manner for the convenience of the user.
  • the power window method is a method in which the user completely opens or closes the window with a single switch operation.
  • the window switch when the user operates the window switch once in the open state, the window continues to operate until it is completely closed without further manipulation by the user.
  • the window operation method as described above continues to operate even if a part of the user's body is present on the opening / closing path of the window, thereby causing a safety accident.
  • an optical sensor exists in a sensor applied to the vehicle window.
  • the optical sensor also referred to as PSD (Position Sensing Device)
  • PSD Position Sensing Device
  • the optical sensor has a large difference in reflectance of the sensing material but no difference in the sensor output voltage, and in the case of the light quantity type sensing operation, the optical sensor is greatly affected by the reflectance of the object.
  • optical sensor is a complex calculation and algorithm requires analysis and database according to various usage environments.
  • the optical sensor can measure up to 1 to 2 m, but there is a problem in that accuracy in a close area such as a practical use environment inside the vehicle is inferior.
  • the optical sensor has a predetermined measurable angle, and there is a problem in that the detection power for an object of 120 degrees or more is inferior.
  • the optical sensor is interfered with the external light (light using a similar frequency, such as a fluorescent lamp), and thus there is a problem that an additional filter is required to increase the product cost and volume.
  • an object detection sensor and a vehicle safety device including the same, which accurately detects an object by applying a non-contact carbon micro coil (CMC) sensor and controls the operation of a window of the vehicle accordingly.
  • CMC non-contact carbon micro coil
  • the present invention provides an object detection sensor and a vehicle safety device including the same capable of detecting the presence or absence of an object in a detection area through a change in capacitance by applying a carbon micro coil.
  • Object detection sensor is a sensing layer including a resin and a carbon fine coil in the resin; And a sensing electrode embedded in the sensing layer, wherein the sensing layer changes in impedance as an object approaches a predetermined sensing region based on a reference impedance value.
  • a substrate on which the sensing layer and the sensing electrode is disposed On which the sensing layer and the sensing electrode is disposed; And a protective layer surrounding the substrate, the sensing layer, and the sensing electrode.
  • the sensing electrode further comprises an elastic member including an insertion groove into which the sensing layer is embedded, the elastic member is inserted into the window frame of the door vehicle body.
  • the resin constituting the sensing layer is a rubber resin of an elastic member inserted into a window frame of a door vehicle body, and the sensing layer is the elastic member in which the carbon fine coil is mixed in the rubber resin.
  • the sensing electrode includes a copper wire inserted into the sensing layer.
  • the impedance value of the sensing layer decreases based on the reference impedance value as the target object approaches the sensing area, and increases based on the reference impedance value as the foreign material contacts the sensing layer.
  • the carbon fine coil has a content of 0.1 ⁇ 10wt% is included in the sensing layer.
  • the thickness of the sensing layer satisfies a range of 100 ⁇ m to 20 mm.
  • the ratio of the upper surface area of the sensing electrode and the substrate satisfies the range of 1% to 50%.
  • the sensing electrode satisfies a thickness in the range of 25 ⁇ m to 2 mm.
  • the vehicle safety device door body; A window disposed on the door body; And a sensor disposed on the door body and configured to sense an object present on an opening / closing path of the window, wherein the sensor includes a sensing layer including a resin and a carbon micro coil in the resin, and a buried in the sensing layer. And a sensing electrode, wherein the sensing layer changes an impedance value as an object approaches the opening / closing path based on a reference impedance value.
  • the sensor may further include a substrate on which the sensing layer and the sensing electrode are disposed; And a protective layer surrounding the substrate, the sensing layer, and the sensing electrode.
  • the apparatus further includes an elastic member inserted into the window frame of the door vehicle body, and the sensing layer constituting the sensor is inserted into the insertion groove of the elastic member.
  • the resin constituting the sensing layer is a rubber resin of an elastic member inserted into a window frame of the door vehicle body, and the sensing layer is mixed with the carbon fine coil in the rubber resin to form the elastic member.
  • the sensing electrode includes a copper wire inserted into the sensing layer.
  • the apparatus may further include a driving condition determining unit configured to determine a driving condition of the window based on the change of the impedance value, wherein the impedance value of the sensing layer is configured to determine the reference impedance value as the target object approaches the sensing region of the sensor.
  • the reference value decreases, and as the foreign material contacts the sensing layer, the reference value increases, and the driving condition determining unit drives the window only when the impedance value decreases based on the reference impedance value. Determine.
  • the driving condition determiner may reduce the opening / closing speed of the window according to a decrease degree of the impedance value.
  • the carbon micro coil is included in the sensing layer having a content of 0.1 ⁇ 10wt%, the thickness of the sensing layer, satisfies the range of 100 ⁇ m ⁇ 20mm, the sensing electrode, 25 ⁇ m ⁇ 2mm Meet the thickness.
  • a contact type sensor applied to the carbon micro coil accurately detects the object, and thereby controls the operation of the window of the vehicle, it is possible to prevent a safety accident.
  • the present invention compared to the conventional optical sensor, by providing a sensor of low cost, slim thickness and flexible form, it is possible to increase the degree of freedom of the attachment position and area of the sensor.
  • the conventional proximity sensor has a low accuracy for detecting an object other than metal and a short detectable distance, but the sensor of the present invention has a high detection accuracy for non-metals and a human body. have.
  • the object detection sensor of the present invention can be applied to not only a vehicle but also a subway opening and closing safety door, an elevator proximity sensor, a rotating door safety sensor, and the like, and also used as an alternative sensor of a security sensor in a smart window and a distance sensor in a signature refrigerator. It is possible.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of a vehicle having a vehicle safety device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a door part of the vehicle of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a vehicle safety device.
  • 4A is a diagram illustrating a detailed structure of an object detecting sensor 200 according to a first embodiment of the present invention.
  • 4B is a diagram illustrating a modified structure of the object detection sensor 200 shown in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the sensing layer shown in FIG. 4A.
  • FIG. 6 is a plan view of the sensing electrode illustrated in FIG. 4A.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a method of manufacturing the sensor 130 illustrated in FIG. 4A.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed structure of an object detecting sensor 300 according to a second embodiment of the present invention.
  • 9 to 12 are views illustrating an operation principle of the object detecting sensor 200 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a detailed configuration of the processor 170 illustrated in FIG. 3.
  • 17 is a diagram illustrating a change of a difference frequency value according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a graph showing a change characteristic of a carbon micro coil according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a flowchart illustrating a step-by-step method of operating the window 730 according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle described herein may be a concept including an automobile and a motorcycle.
  • a vehicle is mainly described for a vehicle.
  • the vehicle described herein may be a concept including both an internal combustion engine vehicle having an engine as a power source, a hybrid vehicle having an engine and an electric motor as a power source, an electric vehicle having an electric motor as a power source, and the like.
  • the left side of the vehicle means the left side of the driving direction of the vehicle
  • the right side of the vehicle means the right side of the driving direction of the vehicle
  • LHD left hand drive
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of a vehicle having a vehicle safety device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged view of the door portion of the vehicle of Figure 1
  • Figure 3 is a block of the vehicle safety device Shows a figure.
  • the vehicle 700 includes wheels 13FL and 13FR rotating by a power source, and a driving operation means (not shown) and a vehicle for controlling the driving of the vehicle. It may include a safety device (100).
  • the vehicle safety device 100 may execute a function of assisting driving by sending and receiving necessary information through data communication with the vehicle 700 as a separate device, and collecting a part of a unit of the vehicle 700. It may also be defined as a safety device (100).
  • the device When the device is a separate device, some of the units of the vehicle safety device 100 may not be included in the vehicle safety device 100, but may be units of a vehicle or another device mounted on the vehicle 700. These units may be understood to be included in the vehicle safety apparatus 100 by transmitting and receiving data through the interface unit of the vehicle safety apparatus 100.
  • each unit directly installed in the vehicle 700 through the interface unit 130, and the vehicle ( It may also be implemented as a combination of each unit directly installed in 700).
  • the vehicle safety device 100 may be an idle limit device for turning off the vehicle when the vehicle is stopped. In the following description, the vehicle safety device 100 will be mainly described in terms of starting the vehicle.
  • the vehicle safety device 100 includes an input unit 110, a communication unit 120, an interface unit 130, a memory 140, a monitoring unit 150, a camera 160, a processor 170, and a display unit ( 180, an audio output unit 185, and a power supply unit 190 may be included.
  • the vehicle safety device 100 may include an input unit 110 that detects a user's input. The user may perform an execution input of turning on / off a function of the vehicle safety apparatus through the input unit 110 or turning on / off a power of the vehicle safety apparatus 100.
  • the input unit 110 may include at least one of a gesture input unit for detecting a user gesture, a touch input unit for detecting a touch, and a microphone for detecting a voice input to detect a user input.
  • the vehicle safety device 100 may include a communication unit 120 for communicating with another vehicle 510, the terminal 600, the server 500, and the like.
  • the vehicle safety device 100 may receive navigation information and / or traffic information through the communication unit 120.
  • the communication unit 120 may exchange data with the mobile terminal 600 or the server 500 in a wireless manner.
  • a wireless data communication method various data communication methods such as Bluetooth WiFi, Direct WiFi, APiX, or NFC are possible.
  • the vehicle safety device 100 may include an interface unit 130 that receives vehicle-related data or transmits a signal processed or generated by the processor 170 to the outside.
  • the vehicle safety device 100 may receive navigation information and / or sensor information through the interface unit 130.
  • the interface unit 130 may perform data communication with a controller (not shown), an AVN device 400, a sensor unit 760, and the like in a vehicle by wired or wireless communication.
  • the interface unit 130 may receive the navigation information by data communication with the AVN device 400 and / or the separate navigation device.
  • the interface unit 130 may receive sensor information from the object detecting sensor 200.
  • the sensor information is information measured by the object detecting sensor 200 and may be simple voltage information.
  • the interface unit 130 may be connected to various sensors to receive information, and the received information includes direction information, location information, vehicle speed information, acceleration information, tilt information, and forward / reverse information of the vehicle 700. And at least one of fuel information, distance information between the front and rear vehicles, distance information between the vehicle and the lane, and turn signal information.
  • the interface unit 130 may include a heading sensor, a yaw sensor, a gyro sensor, a position module, a vehicle forward / reverse sensor, and a wheel sensor.
  • the information may be connected to a vehicle speed sensor, a vehicle body tilt sensor, a battery sensor, a fuel sensor, a tire sensor, a steering sensor by steering wheel steering, a vehicle internal temperature sensor, a vehicle internal humidity sensor, and the like.
  • the position module may include a GPS module for receiving GPS information.
  • the interface unit 130 may receive a user input received through the user input unit 110 of the vehicle 700.
  • the interface unit 130 may receive various information obtained from the server 500.
  • the memory 140 may store various data for the overall operation of the vehicle safety apparatus 100 such as a program for processing or controlling the processor 170.
  • the memory 140 may be hardware, and various storage devices such as a ROM, a RAM, an EPROM, a flash drive, a hard drive, and the like.
  • the vehicle safety device 100 may include a monitoring unit 150 for capturing a vehicle interior image.
  • the monitoring unit 150 may detect and obtain biometric information of the user.
  • Such biometric information includes image information of a user, fingerprint information, finger-iris information, iris-scan information, retina-scan information, hand geo-metry information, and facial recognition ( Facial recognition information, and voice recognition information. That is, the monitoring unit 150 may include a sensor for sensing the biometric information of the user.
  • the monitoring unit 150 may acquire an image for biometrics recognition of the user. That is, the monitoring unit 150 may include an image acquisition module disposed in the vehicle.
  • the vehicle safety apparatus 100 may include a camera 160 that acquires an image of the vehicle surroundings.
  • the obtained vehicle surrounding image may be processed by the processor 170 and used to generate image information.
  • the image information may include at least one of a photographed object, a type of object, traffic signal information displayed by the object, a distance between the object and the vehicle, and a location of the object.
  • the processor 170 is connected to the object detection sensor 200 through the interface unit 130 and receives a signal output from the object detection sensor 200.
  • the processor 170 may be configured as a simple analog output circuit as shown in FIG. 12, and may alternatively include components as shown in FIG. 13.
  • the processor 170 may be a circuit that simply amplifies the output signal of the object detecting sensor 200 and outputs a switching signal. Alternatively, the processor 170 analyzes the signal acquired by the object detection sensor 200 to analyze the distance from the object detected by the object detection sensor 200 and based on the analyzed distance of the window. It may include a number of components that determine operating conditions.
  • the vehicle 700 is bent opening and closing doors disposed in a plurality of areas.
  • the open / close door includes a door body 710 and an elastic member 720 inserted into a window frame of the door body 710 to protect the window 730.
  • the elastic member 720 as shown in the drawing, the receiving groove 725 is formed therein, based on the elastic force generated by the receiving groove 725 at the opening and closing operation of the window 730 The window 730 is protected.
  • the object detecting sensor 200 is disposed in the receiving groove 725 of the elastic member 720.
  • the object detecting sensor 200 detects an object existing in a predetermined sensing area on the arranged area, and outputs sensing information of the object.
  • the object detecting sensor 200 is disposed in the receiving groove of the elastic member 720, so that the window In addition, the object detection sensor 200 is also protected by the elastic member 720.
  • the object detection sensor 200 may be disposed in a position other than the receiving groove of the elastic member (720). That is, the object detection sensor 200 may be disposed on the window opening and closing path of the door body 710 separately from the elastic member 720.
  • the position that can detect the presence or absence of the object on the opening and closing path of the window differently, the person having ordinary knowledge in the field of the present embodiment does not deviate from the essential characteristics of the object sensor 200
  • the mounting position can be changed.
  • 4A is a diagram illustrating a detailed structure of an object detecting sensor 200 according to a first embodiment of the present invention.
  • the senor 200 includes a substrate 210, a sensing electrode 220, a sensing layer 230, a driver 240, and a protective layer 250.
  • the object detection sensor 200 of the present invention has been exemplified as a package including a drive unit 240
  • the drive unit 240 is a package for selectively configuring the object detection sensor 200 Can be omitted.
  • the driver 240 may be disposed outside the object detection sensor 200 and connected to the detection electrode 220 of the object detection sensor 200, which is one component of the vehicle safety device 100. Can be replaced with
  • the object sensor 200 as described above is disposed in the elastic member 720 of the door body 710, and thus detects a change in impedance according to whether the object approaches on the opening and closing path of the window 730, A sensing signal for determining an operating state of the window 730 is output.
  • the object detecting sensor 200 is disposed in the insertion groove 725 of the elastic member 720.
  • the protective layer 250 constituting the object detection sensor 200 may be replaced with the elastic member 720.
  • the sensing electrode 220 and the sensing layer 230 are disposed on the substrate 210 to form a single patch-shaped sensor package, and thus the configured sensor package is inserted into the groove of the elastic member 720. 725 may be disposed. Accordingly, the protective layer 250 of the object detection sensor 200 may be deleted and thus protected by the elastic member 720.
  • the substrate 210 is a base substrate on which the sensing electrode 220, the sensing layer 230, and the driver 240 are mounted.
  • the sensing electrode 220 is formed on the substrate 210.
  • the sensing electrode 220 is buried by the sensing layer 230 and is formed on an upper surface of the substrate 210.
  • the sensing electrode 220 is formed in plural and senses an impedance that changes as a reaction of the sensing layer 230 occurs by an object located adjacent to the sensing layer 230.
  • the sensing electrode 220 may include a first sensing electrode having a positive polarity and a second sensing electrode having a negative polarity.
  • the sensing layer 230 is formed on the substrate 210, and is formed by filling the upper surface of the substrate 210 and the sensing electrode 220.
  • the sensing layer 230 has a predetermined thickness and is formed on the substrate 210 on which the sensing electrode 220 is formed.
  • the sensing layer 230 is formed of a conductive material and has a property of changing impedance according to an approach of an external object.
  • the sensing layer 230 is a carbon micro coil (CMC) having a spring shape. That is, the sensing layer 230 is formed by depositing at least one of hydrocarbon-based, acetylene, methane, propane and benzene on the substrate 210 by a chemical vapor deposition (CVD) process.
  • CMC carbon micro coil
  • the sensing layer 230 may be manufactured using a metal catalyst based on nickel or nickel-iron.
  • the carbon micro coil may have a shape that is curled like a pig tail rather than a straight shape, and is an amorphous carbon fiber having a unique structure that the fiber material may not have. And, the carbon micro coil has a super elasticity that extends to a length of 10 times or more of the original coil length.
  • FIG. 5A illustrates a carbon micro coil formed in the sensing layer 230
  • FIG. 5B is a detailed view of the carbon micro coil.
  • Morphology of the sensing layer 230 has a 3D-helical / spiral structure, and the crystal structure is amorphous.
  • the sensing layer 230 is formed by growing carbon fibers in a coil shape, and thus the sensing layer 230 has a cross-sectional structure in which carbon fibers are grown in a coil shape.
  • the sensing layer 230 causes an impedance change as an object exists in a position adjacent to the area where the object detecting sensor 200 is mounted.
  • the sensing layer 230 is manufactured by mixing a carbon fine coil (CMC) in the curing agent and epoxy resin.
  • CMC carbon fine coil
  • the carbon micro coil has an impedance change due to the interaction between the carbon micro coils according to the concentration of the solution between the mixture as described above.
  • the carbon micro coil has a different property from that of the carbon nanotubes. That is, the carbon nanotubes have a form in which carbon is connected in a hexagon in the form of nanotubes.
  • the carbon fine coil in the present invention has a form in which carbon is grown into coils of micro units using a catalyst rather than structural forms of carbon.
  • the carbon nanotubes as described above obtain specific measurement values by changing the impedance from the conductor to the non-conductor by using the characteristics of the conductor and the non-conductor according to the form of bonding of the elements themselves.
  • the carbon micro coil itself has a property of a conductor, but since the hardener and epoxy resin as described above have intrinsic properties of the insulator, the carbon micro coil has an inherent capacitance value internally. When the distance between the coils changes, the characteristics of the capacitance value change accordingly.
  • the sensing electrode 220 senses an impedance change of the sensing layer 230, and accordingly transmits a sensing signal according to the impedance change to the driver 240.
  • the driving unit 240 is selectively formed on the lower surface of the substrate 210, and accordingly detects the change in concentration of the solution and the concentration according to the detection signal transmitted through the sensing electrode 220, the detected concentration Print information about.
  • REAL TERM of impedance is made of resistance
  • POSITIVE IMAGINARY TERM is made of inductance
  • NEGATIVE IMAGINARY TERM is made of capacitance, and the resistance, inductance, and capacitance are summed up.
  • the object detection sensor 200 also needs a pair of sensing electrodes 220 to detect the impedance change occurring in the sensing layer 230.
  • the sensing electrode 220 serves to connect the sensing layer 230 and the driver 240 while optimizing the sensing characteristics of the sensing layer 230.
  • the capacitance of the sensing layer 230 is increased, and thus the resistance value and the inductance value are reduced in contrast to the capacitance.
  • the sensed impedance value is the sum of the resistance value, the inductance value, and the capacitance. Accordingly, the impedance value decreases linearly according to the degree of force or permittivity applied to the surface.
  • the sensing electrode 220 has a structure as shown in FIG. 6 and is formed on the substrate 210.
  • the sensing electrode 220 extends from a first electrode portion formed at an edge region of the substrate 210 to a central region of the substrate from one end of the first electrode portion and has a predetermined inclination angle with respect to one end of the first electrode portion. It includes a second electrode portion.
  • the impedance change state generated in the sensing layer 230 is changed according to the shape of the sensing electrode 220.
  • the sensing electrode 220 including the first electrode part and the second electrode part is formed on the substrate 210 as described above. .
  • a via 221 is formed under the one end of the second electrode portion.
  • the via 221 is formed by filling through holes penetrating the upper and lower surfaces of the substrate 210 with a metal material.
  • One end of the via 221 penetrates the substrate 210 and is connected to the sensing electrode 220, and the other end of the via 221 is connected to the driving unit 240 attached to the bottom surface of the substrate 210. do.
  • the driver 240 includes an analog front end (AFE), and the sensing electrode 220 is connected to the via 221.
  • AFE analog front end
  • the shape of the sensing electrode is only one embodiment, preferably, the sensing electrode may have a spiral structure (radial) or a radial (Radial) structure to turn a predetermined number of times.
  • the line width, pitch, and number of turns of the sensing electrode may be determined as a condition for maximizing the performance of the sensor.
  • the AFE performs a differential amplification function. There is a difference in the state of impedance change according to the concentration change depending on whether the differential amplification is positive amplification or negative amplification.
  • the driver 240 detects a change state of the impedance value based on a reference value according to the differential amplification state, and when the degree of the change state is out of a threshold value, the driver 240 is on the opening / closing path of the window 730. It can be determined that an object exists in the.
  • 4B is a diagram illustrating a modified structure of the object detection sensor 200 shown in FIG. 4A.
  • the object detection sensor 200 illustrated in FIG. 4B has a different structure of the sensing layer 230 compared to FIG. 4A. That is, in FIG. 4A, the sensing layer covering the plurality of electrodes is formed as one common layer. In contrast, the object detection sensor illustrated in FIG. 4B has a structure in which a sensing layer covering a plurality of electrodes is physically separated from each other.
  • (B) is sectional drawing of an object detection sensor, (b) is a top view thereof.
  • the sensing layers covering the plurality of electrodes may be physically separated from each other. That is, the sensing layer may include a first sensing layer 230a covering one electrode of the plurality of electrodes and a second sensing layer 230b covering the other electrode of the plurality of electrodes.
  • the first sensing layer 230a and the second sensing layer 230b may be physically separated from each other.
  • the first sensing layer 230a and the second sensing layer 230b may include partitions 260a and 260b to be physically separated as described above. That is, the first sensing layer 230a and the second sensing layer 230b may be disposed only in a specific region through a jig (not shown), and the jig may be removed after the sensing layer is formed. .
  • the first sensing layer 230a and the second sensing layer 230b may include the partitions 260a and 260b which serve as the jig, and the partitions 260a and 260b may be the sensing. After all the layers have been formed, they may remain as a component of the sensor.
  • the area of the object detection sensor is divided by the partitions 260a and 260b.
  • the partitions 260a and 260b may surround the first partition 260a surrounding the one sensing electrode 220 of the plurality of sensing electrodes 220 and the other sensing electrode 220. Includes a second partition wall portion 260b.
  • the sensing layer 230 is disposed in the first partition wall portion 260a, the first sensing layer 230a covering the one sensing electrode, and disposed in the second partition wall portion 260b and the other one. And a second sensing layer 230b covering the sensing electrodes of the second sensing layer 230b.
  • each area in which the plurality of sensing electrodes is disposed is separated by the partition wall part.
  • the sensing layers 230a and 230b may be disposed in respective regions partitioned by the partition wall to be physically separated from each other.
  • the sensing layers 230a and 230b covering the plurality of sensing electrodes may be physically separated from each other by the partitions 260a and 260b, thereby minimizing signal interference generated between the sensing electrodes. Can be.
  • the partitions 260a and 260b physically separate the sensing layers 230a and 230b from each other, so that each sensing layer may be disposed only on a designated sensing area, and planarization of the sensing layers 230a and 230b may be performed. It is wrapped around the sensing layers 230a and 230b to align the angle. That is, the partitions 260a and 260b may function as a dam for dispensing while maintaining the flatness of the upper surfaces of the sensing layers 230a and 230b, and may be formed of silicon.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a method of manufacturing the sensor 130 illustrated in FIG. 4A.
  • a liquid 810 for forming the sensing layer 230 in the plating bath 800 is prepared.
  • the liquid 810 may be formed of a carbon fine coil.
  • the liquid 810 may include only a carbon micro coil, and alternatively, a resin and a dispersant may be further added.
  • the carbon fine coil material and the resin are added and mixed in the plating bath 800, and the dispersant is further added and dispersed accordingly.
  • the dispersant is for evenly dispersing the liquid on the substrate 210 later.
  • the carbon fine coil may have a content of 0.1 to 10 wt% and be included in the liquid 810. That is, if the content of the carbon fine coil is 10wt% or more, the R value is further affected.
  • the carbon fine coil may determine the content of a large electromagnetic field value as a proximity sensor, but shows the highest efficiency at 5 wt%, and thus has a content of 5 wt% in the liquid 810. Fine coils can be constructed.
  • the base material mixed with the carbon micro coil may be a silicone base epoxy resin, or alternatively, a rubber-based resin may be used.
  • the liquid 810 is configured to include the carbon fine coil in the resin, wherein the carbon fine coil may have a content of 0.1 ⁇ 10wt%.
  • the substrate 210 is prepared, and the sensing electrode 220 is formed on the prepared substrate 210.
  • the sensing electrode 220 is formed in plural and has a planar structure as shown in FIG. 6. In this case, it is preferable that the sensing electrode is designed to have a large reference impedance value or a large capacitance value, but a design that distorts or reduces the frequency of the carbon fine coil itself in the form of an antenna should be avoided.
  • an area ratio of the substrate 210 and the sensing electrode 220 is included within a range of 1% to 50%, and the sensing electrode 220 includes copper (Cu), platinum (Pt), or a metal electrode. It may be configured as.
  • the thickness of the sensing electrode 220 to be included in the range 25 ⁇ m ⁇ 2mm.
  • the frame 820 is formed in the edge region of the substrate 210.
  • the frame 820 is formed on the substrate 210 while covering the edge region of the substrate 210, exposing the central region of the substrate 210.
  • the prepared liquid 810 is introduced into the mold 820 of the substrate 210.
  • the sensing layer 230 is formed based on the injected liquid 810 through an elapsed process.
  • the curing process may be performed for 30 minutes at a temperature of 120 °C.
  • the sensing electrode 220 is embedded in the sensing layer 230 made of the carbon fine coil.
  • the sensing electrode 220 is connected to the driver 240 mounted under the substrate 210 through the via 221.
  • the sensing layer 230 may detect whether an object approaches according to the impedance change amount by itself, and the measurement sensitivity may also vary depending on the shape of the sensing electrode 220. Accordingly, in the embodiment, the sensing electrode 220 having the planar shape as described above is formed.
  • optimization of various factors such as the composition by adjusting the content ratio of the carbon fine coil, the optimized electrode shape, and the mounting position of the driving unit 240 is important.
  • the impedance includes a real part and an imaginary part
  • the imaginary part comprises a positive imaginary part and a negative imaginary part
  • the carbon micro coil is included.
  • the sensor 130 measures by using two characteristic changes of the positive imaginary part (inductive) and the negative imaginary part (capacitive).
  • the object detection sensor 200 has a detection area of a predetermined range, and the detection area may be determined by an electromagnetic field generated by the object detection sensor 200.
  • carbon micro coils (CMC: Carbon Micro Coil) is made of a very fine coil group as its name, it is also a dielectric having a dielectric constant.
  • the real part may be adjusted according to the area of the sensing layer 230, and when an object exists, the impedance value may change due to the inductive and capacitive value changes as described above.
  • the change of the impedance value according to the inductive and capacitive values of the sensor 130 as described above is sensed to detect whether the object approaches.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed structure of an object detecting sensor 300 according to a second embodiment of the present invention.
  • the object detection sensor 300 may include an elastic member 720 including an insertion groove 725, a sensing layer 310 filling the insertion groove 725 of the elastic member 720, and And a sensing electrode 320 embedded in the sensing layer 310.
  • the object detection sensor 200 as shown in FIG. 4A may be manufactured or inserted into and attached to a region of the window frame rubber of a general vehicle that contacts the actual window 730.
  • the sensing electrode 320 made of copper wire is inserted into the insertion groove 725 of the elastic member 720 of the window frame rubber as described above, thereby filling the insertion groove 725 with carbon.
  • the sensing layer 310 including the fine coil and the resin may be formed.
  • the elastic member 720 may be manufactured as the object detection sensor 200.
  • the elastic member 720 is made of a rubber-based resin. Accordingly, when the elastic member 720 is manufactured, the carbon fine coil powder is mixed into the rubber-based resin, and thus the elastic member (using the rubber-based resin mixed with the carbon fine coil powder) is used. 720 may be manufactured to use the elastic member 720 itself as the object detection sensor 200.
  • the object detecting sensor 200 operates as a simple switch sensor for controlling the driving of the window 730, not for obtaining a specific signal value. Accordingly, the object detecting sensor 200 does not need to acquire a specific signal value. You only need to know if there is a change in the signal value. Therefore, in the above case, as described above, the elastic member 720 may be manufactured and used as the object detection sensor 200. In this case, when the elastic member 720 is manufactured, an electrode for confirming the impedance change state of the elastic member 720 may be manufactured to be inserted into the elastic member 720.
  • 9 to 12 are views illustrating an operation principle of the object detecting sensor 200 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the object detection sensor 200 is installed in the door body 710 as described above, and thus is present on the opening / closing path of the window 730 when the window 730 is operated. Detect objects
  • the object detection sensor 200 has a detection area W of a predetermined range, and changes in characteristics of the detection layer occur as objects exist in the detection area W.
  • the impedance of the object detection sensor 200 has a specific reference value.
  • the specific reference value may vary within a predetermined range, not a fixed value.
  • the reference value has a value of A ⁇ ⁇ .
  • the capacitance value has a -signal compared to the reference value as the object is sensed in the sensing area (W).
  • the capacitance value of the object detecting sensor 200 is reduced based on the reference value as the object O approaches the sensing area W.
  • the object O in the sensing area W when the capacitance value decreases below a threshold set based on a reference value by using characteristics of the sensing layer of the object detecting sensor 200, the object O in the sensing area W. Determines that the vehicle has approached, and accordingly outputs a signal for stopping the operation of the window 730.
  • the capacitance value is maintained below a predetermined threshold value based on the reference value as in the state 1.
  • the capacitance value returns to the reference value as in the state 2.
  • the object detection sensor 200 also reacts with other foreign matter (moisture, such as rain water), not an object such as a human body. In this case, when the capacitance value of the object detecting sensor 200 is changed by the foreign matter, the operation of the window 730 should not be stopped.
  • moisture moisture, such as rain water
  • the operation of the window 730 is controlled by distinguishing a situation in which an object such as the human body is detected.
  • the capacitance value of the object detecting sensor 200 decreases from the reference value.
  • the capacitance value of the object detecting sensor 200 increases with respect to a reference value.
  • the capacitance value has a + signal compared to the reference value as the foreign material contacts the object detection sensor 200.
  • the capacitance value of the object detecting sensor 200 is increased based on the reference value as the foreign material contacts.
  • the capacitance value increases by using a characteristic of the sensing layer of the object detecting sensor 200 above the threshold set based on the reference value, the foreign matter contacts the object detecting sensor 200. In this case, the operation of the window 730 is continued.
  • the capacitance value is maintained above the predetermined threshold value based on the reference value.
  • the capacitance value is returned to the reference value as in the state 2.
  • FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example of a driver according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the driver includes a first capacitor C1, a first resistor R1, a second resistor R2, an amplifier AMP, and a chip.
  • the chip is connected to the sensing electrode 220 of the object sensing sensor 200, and thus receives a signal sensed by the sensing electrode 220.
  • the chip outputs an impedance value for the sensing layer of the object detecting sensor 200 based on the signal received from the sensing electrode 220.
  • the first capacitor C1 is a smoothing circuit, thereby smoothing the input power supply Vin to remove the AC signal to ground, thereby providing only the DC signal to the chip.
  • the first resistor R1 and the second resistor R2 are disposed for the operational stability of the circuit.
  • the amplifier AMP receives a signal output from the chip and accordingly outputs an optional output voltage Vout according to the magnitude of the signal.
  • one terminal of the amplifier AMP is connected to ground and the other terminal is connected to the chip. Therefore, if the signal received through the other terminal is greater than or equal to a predetermined reference value, the amplifier removes the signal to ground and does not generate an output voltage Vout.
  • the amplifier generates an output voltage Vout based on the signal when a signal received through the other terminal decreases below a predetermined threshold value from a preset reference value.
  • the output voltage may be connected to a window driver (not shown) that controls the operation of the window 730. Accordingly, when the output voltage is received, the window driver may be provided with an object on the opening / closing path of the window. Recognize that the operation of the window is stopped.
  • a driving circuit that generates or does not generate an output voltage only with respect to whether a simple object is detected may be disposed at an output terminal of the object detecting sensor 200. Accordingly, the object detecting sensor 200 may be It can work as a simple switch.
  • the output value of the object detection sensor 200 is accurately recognized, and the degree of approach of the object detection sensor 200 is determined based on the recognized output value, and thus, the simple window 730 is used. It is possible to determine the specific operating condition of the operation stop.
  • the processor 170 is connected to the object detection sensor 200, and outputs different digital values (ADC values) according to the characteristic change of the object detection sensor 200.
  • the value output through the processor 170 may change linearly according to whether the object is approaching and the approaching distance.
  • the digital value has a value of 0 (reference value) when the object does not approach, and gradually decreases according to whether the object approaches or the degree of approach.
  • the value that changes according to the degree of access of the object is stored in the memory, and the distance from the object corresponding to the digital value can be calculated using the digital value output through the processor 170. have.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a detailed configuration of the processor 170 illustrated in FIG. 3.
  • the processor 170 includes a first frequency generator 171, a second frequency generator 172, a difference frequency generator 173, a filter 174, and an analog to digital converter 175.
  • the first frequency generator 171 is connected to the object detection sensor 200 and generates a first frequency according to the impedance change of the object detection sensor 200.
  • the first frequency generator 171 may be configured as an LC oscillation circuit.
  • the first frequency generator 171 uses a carbon micro coil and a capacitor constituting the sensor unit 310 to generate an oscillation frequency changed by a change in inductance value or capacitance value of the carbon micro coil. Configured to occur.
  • the first frequency generator 171 oscillates the oscillation frequency by the object detection sensor 200 using the carbon micro coil of the object detection sensor 200.
  • the inductance value of the carbon micro coil constituting the object detection sensor 200 and the capacitance value of the capacitor determine the oscillation frequency of the first frequency generator 171.
  • the second frequency generator 172 may be a reference oscillator, and generates a second frequency corresponding to the reference oscillation frequency.
  • the filter 174 is configured as a low pass filter.
  • the filter 174 is configured as a low pass filter.
  • the first frequency generated in a state where no object exists on the sensing region of the object detecting sensor 200 and the second frequency generated by the second frequency generator 172 may be set to have the same value.
  • the difference between the first frequency and the second frequency increases according to the approaching degree of the object, and based on the increasing difference value, Allows you to determine the proximity and distance to objects.
  • the first frequency ⁇ 0 generated by the first frequency generator 171 is represented by the following equation. Same as 1.
  • the first voltage value V 0 corresponding to the first frequency generated by the first frequency generator 171 is represented by Equation 2 below.
  • Equation 3 the second voltage value Vr corresponding to the second frequency generated by the second frequency generator 172 is expressed by Equation 3 below.
  • the difference frequency generator 173 is connected to the first frequency generator 171 and the second frequency generator 172, and includes a first frequency generated by the first frequency generator 171 and a second frequency generator 172. Outputs a difference value corresponding to the difference in the second frequency generated by
  • Equation 4 the difference value Vdmod generated by the difference frequency generator 173 is expressed by Equation 4 below.
  • the reason why the difference value has the same value as that of Equation 4 is that the first frequency generator 171 generated by the first frequency generator 171 when the object does not exist in the sensing area of the object detecting sensor 200. This is because the first frequency and the second frequency generated by the second frequency generator 172 have the same value.
  • the filter 174 filters the output value generated by the difference frequency generator 173 and outputs the filtered output value.
  • the filter 174 includes a filtering region corresponding to a frequency range having a predetermined size, and filters the output value of the difference frequency generator 173 within the filtering region.
  • the filtering region may be determined by a type of the filter 174 and a change characteristic of the carbon micro coils when an object approaches the sensing region.
  • the type of the filter 174 may be determined by the structure of the carbon fine coil.
  • the filter 174 may be configured as a low pass filter.
  • the filter 174 may be configured as a band pass filter.
  • the type of the filter 174 may be determined by a structure such as the area of the carbon micro coil constituting the object detecting sensor 200.
  • the analog-to-digital converter 175 converts the output value output through the filter 174 into a digital value and outputs it.
  • a first frequency generated by the first frequency generator 171 and a second frequency generated by the second frequency generator 172 are the same. May have a frequency.
  • the output value filtered by the filter 174 according to the output value output from the difference frequency generator 173 is almost a DC voltage level.
  • the difference frequency between the first frequency and the second frequency increases as the approach distance of the object gets closer.
  • whether the object approaches or the approach distance can be measured according to the value of the difference frequency between the first frequency and the second frequency.
  • whether the object is approaching or approaching distance is measured according to the frequency domain change amount according to the signal output from the filter 174.
  • the filtering region of the filter 174 is determined according to the change characteristic of the carbon fine coil generated by a foreign object and an object such as the human body, and the first frequency and the second within the determined filtering region. It is possible to selectively measure the distance to the object only when a difference in frequency occurs.
  • the difference frequency when the difference between the first frequency and the second frequency is caused by a foreign matter that is not approached by an object such as the human body, the difference frequency may have a frequency outside the filtering region of the filter 174. have.
  • 17 is a diagram illustrating a change of a difference frequency value according to the second embodiment of the present invention.
  • the filter 174 may be configured as a band pass filter.
  • the filtering region of the filter 174 may have a different frequency range than that of the low pass filter.
  • whether or not the object approaches or the approach distance may be measured according to the degree of movement of the difference frequency generated by the change of the difference frequency in the filtering area.
  • the filter 174 is a band pass filter
  • the output value of the difference frequency generator 173 is expressed by Equation 5 below.
  • FIG. 18 is a graph showing a change characteristic of a carbon micro coil according to an embodiment of the present invention.
  • an output value of the processor 170 may change according to whether an object exists on a sensing area of the object detecting sensor 200 and an approaching degree of the object.
  • the reduction of the output value is the smallest
  • the decreasing of the outputting is largest
  • whether the object is approaching and the approaching distance can be calculated using the output value of the processor 170, and the driving condition of the window 730 can be determined accordingly.
  • the driving speed of the window 730 is reduced, and when the approach distance of the object decreases below a predetermined threshold value, the driving of the window 730 may be stopped.
  • 19 is a flowchart illustrating a step-by-step method of operating the window 730 according to an embodiment of the present invention.
  • the first frequency generator 171 generates a first frequency according to an inductance value or capacitance value of the carbon micro coil constituting the object detecting sensor 200 (operation 110).
  • the second frequency generator 172 In operation 120, the second frequency generator 172 generates a second frequency corresponding to the preset reference oscillation frequency.
  • the difference frequency generator 173 receives the first frequency generated by the first frequency generator 171 and the second frequency generated by the second frequency generator 172, and thus the first frequency and the second frequency.
  • the difference frequency of the two frequencies is output (step 130).
  • the filter 174 filters the output difference frequency to determine whether the difference frequency exists in a predetermined filtering region. If the difference frequency is present in the predetermined filtering region, the analog-to-digital converter 175 generates and outputs an output value corresponding to the difference frequency. In operation 140, the controller receives the output value and calculates whether the object is approached or approached based on the received output value.
  • the filter 174 does not output an output value corresponding to the received difference frequency, and thus may ignore the received difference frequency. This is because the impedance change of the object detection sensor 200 is due to the contact of foreign matter.
  • the processor 170 outputs a driving signal for driving the window 730 based on the output value.
  • a contact type sensor applied to the carbon micro coil accurately detects the object, and thereby controls the operation of the window of the vehicle, it is possible to prevent a safety accident.
  • the present invention compared to the conventional optical sensor, by providing a sensor of low cost, slim thickness and flexible form, it is possible to increase the degree of freedom of the attachment position and area of the sensor.
  • the conventional proximity sensor has a low accuracy for detecting an object other than metal and a short detectable distance, but the sensor of the present invention has a high detection accuracy for non-metals and a human body. have.
  • the object detection sensor of the present invention can be applied to not only a vehicle but also a subway opening and closing safety door, an elevator proximity sensor, a rotating door safety sensor, and the like, and also used as an alternative sensor of a security sensor in a smart window and a distance sensor in a signature refrigerator. It is possible.

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Abstract

실시 예에 따른 물체 감지 센서는 레진 및 상기 레진 내에 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층; 및 상기 감지층 내에 매립되는 감지 전극을 포함하며, 상기 감지층은, 기준 임피던스 값을 기준으로, 기설정된 감지 영역 내로 물체가 접근함에 따라 임피던스 값이 변화한다.

Description

물체 감지 센서 및 이를 포함하는 차량 안전 장치
본 발명은 물체 감지 센서에 관한 것으로, 특히 CMC(Carbon Micro Coil)를 사용한 CMC 센서를 통해 물체를 감지하고, 이를 토대로 차량의 윈도우의 동작을 제어할 수 있는 물체 감지 센서 및 이를 포함하는 차량 안전 장치에 관한 것이다.
차량은 탑승하는 사용자가 원하는 방향으로 이동시키는 장치이다. 대표적으로 자동차를 예를 들 수 있다.
차량을 이용하는 사용자의 편의를 위해, 각 종 센서와 전자 장치 등이 구비되고 있는 추세이다. 특히, 사용자의 운전 편의를 위한 다양한 장치 등이 개발되고 있다.
일반적으로, 상기 차량에는 차량 내부 공기의 순환을 위한 윈도우가 구비되어 있다. 이러한 윈도우는 사용자의 편의를 위해 파워 윈도우 방식으로 개폐되고 있다. 상기 파워 윈도우 방식은 사용자가 한번의 스위치 조작으로 상기 윈도우를 완전히 개방 또는 폐쇄하는 방식이다.
즉, 상기 윈도우가 개방된 상태에서, 사용자가 윈도우 스위치를 1회 조작하면, 상기 윈도우는 사용자의 추가 조작 없이도 완전히 폐쇄될때까지 계속하여 동작하게 된다. 그러나, 상기와 같은 윈도우 동작 방식은 사용자의 신체 일부가 상기 윈도우의 개폐 경로 상에 존재하여도 계속 동작하게 되며, 이에 따른 안전 사고가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 최근에는 상기와 같은 안전사고를 방지하기 위해 상기 윈도우의 동작 중에 물체가 감지되는 경우, 상기 윈도우의 동작을 중지시키는 센서들이 개발되고 있다.
이때, 상기 차량 윈도우에 적용되는 센서에는 광 센서가 존재한다.
상기 광 센서는, PSD(Position Sensing Device)라고도 하며, 측정 거리 별로 제품화가 가능하고, 편리한 장점이 있으나, 광을 사용하는 장치이기 때문에 주변 환경에 영향을 많이 받으며, 이에 따른 오동작 문제가 발생하는 문제점이 있다.
즉, 상기 광 센서는 감지 물질의 반사율 차이가 크나 센서 출력 전압에 차이가 없었으며, 광량 방식의 감지 동작일 경우에는 물체의 반사율에 많은 영향을 받는다.
또한, 광 센서는 복잡한 계산과 알고리즘으로 다양한 사용 환경에 따른 분석 및 데이터베이스화가 필요하다.
또한, 광 센서는 최대 1~2m까지 측정이 가능하나, 실질적인 차량 내부에서의 사용 환경과 같은 근접 영역에서의 정확도는 떨어지는 문제가 있다. 또한, 상기 광 센서는 측정 가능한 각도가 정해져 있으며, 통상 120도 이상의 물체에 대한 감지력이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 상기 광 센서는, 외부의 빛(형광등처럼 비슷한 주파수를 사용하는 빛)에 간섭이 있으며, 이에 따라 추가적인 필터가 필요하여 제품 비용의 상승 및 부피가 커지는 문제가 있다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 비접촉식의 CMC(Carbon Micro Coil)이 적용된 센서를 적용하여 물체를 정확히 감지하고, 그에 따라 차량의 윈도우의 동작을 제어할 수 있는 물체 감지 센서 및 이를 포함하는 차량 안전 장치를 제공한다.
또한, 탄소 미세 코일을 적용한 정전 용량의 변화를 통해 감지 영역 내에 물체의 존재 여부를 감지할 수 있는 물체 감지 센서 및 이를 포함하는 차량 안전 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 물체 감지 센서는 레진 및 상기 레진 내에 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층; 및 상기 감지층 내에 매립되는 감지 전극을 포함하며, 상기 감지층은, 기준 임피던스 값을 기준으로, 기설정된 감지 영역 내로 물체가 접근함에 따라 임피던스 값이 변화한다.
또한, 상면에 상기 감지층 및 상기 감지 전극이 배치되는 기판; 및 상기 기판, 상기 감지층 및 상기 감지 전극의 주위를 둘러싸는 보호층을 더 포함한다.
또한, 상기 감지 전극이 매립된 감지층이 삽입되는 삽입 홈을 포함하는 탄성 부재를 더 포함하고, 상기 탄성 부재는, 도어 차체의 창틀 내에 삽입된다.
또한, 상기 감지층을 구성하는 상기 레진은, 도어 차체의 창틀 내에 삽입되는 탄성 부재의 고무 레진이며, 상기 감지층은, 상기 고무 레진 내에 상기 탄소 미세 코일이 혼합된 상기 탄성 부재이다.
또한, 상기 감지 전극은, 상기 감지층 내에 삽입되는 구리 와이어를 포함한다.
또한, 상기 감지층의 임피던스 값은, 상기 감지 영역 내에 목표 물체가 접근함에 따라 상기 기준 임피던스 값을 기준으로 감소하고, 상기 감지층에 이물질이 접촉함에 따라 상기 기준 임피던스 값을 기준으로 증가한다.
또한, 상기 탄소 미세 코일은, 0.1 ~ 10wt%의 함량을 가지고 상기 감지층 내에 포함된다.
또한, 상기 감지층의 두께는, 100㎛ ~ 20mm 범위를 만족한다.
또한, 상기 감지 전극 및 상기 기판의 상면 면적의 비율은, 1% ~ 50% 범위를 만족한다.
또한, 상기 감지 전극은, 25㎛ ~ 2mm 범위의 두께를 만족한다.
한편, 실시 예에 따른 차량안전 장치는 도어 차체; 상기 도어 차체에 배치되는 윈도우; 및 상기 도어 차체에 배치되며, 상기 윈도우의 개폐 경로 상에 존재하는 물체를 감지하는 센서를 포함하며, 상기 센서는, 레진 및 상기 레진 내에 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층과, 상기 감지층 내에 매립되는 감지 전극을 포함하며, 상기 감지층은, 기준 임피던스 값을 기준으로, 상기 개폐 경로 상에 물체가 접근함에 따라 임피던스 값이 변화한다.
또한, 상기 센서는, 상면에 상기 감지층 및 상기 감지 전극이 배치되는 기판; 및 상기 기판, 상기 감지층 및 상기 감지 전극의 주위를 둘러싸는 보호층을 더 포함한다.
또한, 상기 도어 차체의 창틀 내에 삽입되는 탄성 부재를 더 포함하며, 상기 센서를 구성하는 감지층은, 상기 탄성 부재의 삽입 홈 내에 삽입된다.
또한, 상기 감지층을 구성하는 상기 레진은, 상기 도어 차체의 창틀 내에 삽입되는 탄성 부재의 고무 레진이며, 상기 감지층은, 상기 고무 레진 내에 상기 탄소 미세 코일이 혼합되어 상기 탄성 부재를 구성한다.
또한, 상기 감지 전극은, 상기 감지층 내에 삽입되는 구리 와이어를 포함한다.
또한, 상기 임피던스 값의 변화를 토대로 상기 윈도우의 구동 조건을 결정하는 구동 조건 결정부를 더 포함하며, 상기 감지층의 임피던스 값은, 상기 센서의 감지 영역 내에 목표 물체가 접근함에 따라 상기 기준 임피던스 값을 기준으로 감소하고, 상기 감지층에 이물질이 접촉함에 따라 상기 기준 임피던스 값을 기준으로 증가하며, 상기 구동 조건 결정부는, 상기 임피던스 값이 상기 기준 임피던스 값을 기준으로 감소하는 경우에만 상기 윈도우의 구동 조건을 결정한다.
또한, 상기 구동 조건 결정부는, 상기 임피던스 값의 감소 정도에 따라 상기 윈도우의 개폐 속도를 감소시킨다.
또한, 상기 탄소 미세 코일은, 0.1 ~ 10wt%의 함량을 가지고 상기 감지층 내에 포함되고, 상기 감지층의 두께는, 100㎛ ~ 20mm 범위를 만족하며, 상기 감지 전극은, 25㎛ ~ 2mm 범위의 두께를 만족한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 접촉식의 CMC(Carbon Micro Coil)이 적용된 센서를 적용하여 물체를 정확히 감지하고, 그에 따라 차량의 윈도우의 동작을 제어함으로써, 안전 사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 기존의 광학식 센서에 대비하여, 저가, 두께 슬림화 및 플렉서블 형태의 센서를 제공함으로써, 센서의 부착 위치 및 면적에 대한 자유도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 기존의 근접 센서는 금속 이외의 물체의 감지에 대한 정확도가 떨어지고 검출 가능 거리가 짧으나, 본 발명에서의 센서는 비금속 및 인체에 대한 감지 정확도가 높은 장점이 있다.
한편, 본 발명에서의 물체 감지 센서는 차량뿐 아니라, 지하철 개폐 안전 도어, 엘리베이터 근접 센서, 회전문 안전 센서 등으로도 적용 가능하며, 스마트 윈도우 내의 방범 센서, 시그니처 냉장고 내의 거리 센서의 대체 센서로도 활용 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 안전 장치를 구비하는 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는, 도 1의 차량의 도어 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 차량 안전 장치의 블록도를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 물체 감지 센서(200)의 상세 구조를 보여주는 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 물체 감지 센서(200)의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4a에 도시된 감지층을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4a에 도시된 감지 전극의 평면도이다.
도 7은 도 4a에 도시된 센서(130)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 물체 감지 센서(300)의 상세 구조를 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 물체 감지 센서(200)의 동작 원리를 보여주는 도면이다.
도 13은 도 3에 도시된 프로세서(170)의 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 14 내지 16은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 윈도우(730)의 동작 방법을 단계별로 나타낸 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.
본 명세서에서 기술되는 차량은, 자동차, 오토바이를 포함하는 개념일 수 있다. 이하에서는, 차량에 대해 자동차를 위주로 기술한다.
본 명세서에서 기술되는 차량은, 동력원으로서 엔진을 구비하는 내연기관 차량, 동력원으로서 엔진과 전기 모터를 구비하는 하이브리드 차량, 동력원으로서 전기 모터를 구비하는 전기 차량 등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
이하의 설명에서 차량의 좌측은 차량의 주행 방향의 좌측을 의미하고, 차량의 우측은 차량의 주행 방향의 우측을 의미한다.
이하의 설명에서 별도로 언급되지 않는 한 LHD(Left Hand Drive) 차량을 중심으로 설명한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 물체 감지 센서 및 이를 포함하는 차량 안전 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 안전 장치를 구비하는 차량의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는, 도 1의 차량의 도어 부분을 확대한 도면이며, 도 3은 차량 안전 장치의 블록도를 나타낸다.
도 1 내지 3을 참조하면, 실시예에 따른 차량(700)은, 동력원에 의해 회전하는 바퀴(13FL, 13FR)를 포함하며, 차량의 주행을 제어하기 위한 운전 조작 수단(도시하지 않음) 및 차량 안전 장치(100)를 포함할 수 있다.
여기서, 차량 안전 장치(100)는 별도의 장치로서, 차량(700)과 데이터 통신을 통해 필요 정보를 주고 받으며 운전을 보조하는 기능을 실행할 수 있고, 차량(700)의 유닛 중 일부의 집합을 차량 안전 장치(100)로 정의할 수도 있다.
그리고 별도의 장치일 때, 차량 안전 장치(100)의 각 유닛들 중 일부는 차량 안전 장치(100)에 포함되지 않고, 차량 또는 차량(700)에 탑재된 다른 장치의 유닛일 수 있다. 이러한 유닛들은 차량 안전 장치(100)의 인터페이스부를 통해 데이터 송수신함으로써, 차량 안전 장치(100)에 포함되는 것으로 이해할 수 있다.
실시예에 따른 차량 안전 장치(100)는 도 3에 도시한 각 유닛들을 직접 포함하는 것으로 설명하나, 차량(700)에 직접 설치된 각 유닛들을 인터페이스부(130)를 통해 이용하는 것도 가능하고, 차량(700)에 직접 설치된 각 유닛들의 조합으로도 구현될 수도 있다.
이러한 차량 안전 장치(100)는 정차시 시동을 오프(off)하는 공회전 제한장치일 수 있으나, 이하 설명에서는 차량 안전 장치(100)가 시동을 온(on)하는 관점을 주로 설명하기로 한다.
자세히, 이러한 차량 안전 장치(100)는 입력부(110), 통신부(120), 인터페이스부(130), 메모리(140), 모니터링부(150), 카메라(160), 프로세서(170), 디스플레이부(180), 오디오 출력부(185) 및 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다.
먼저, 차량 안전 장치(100)는 사용자의 입력을 감지하는 입력부(110)를 포함할 수 있다. 사용자는 입력부(110)를 통해 차량 안전 장치의 기능을 온/오프하거나, 차량 안전 장치(100)의 전원을 온/오프시키는 실행 입력을 할 수 있다.
이러한 입력부(110)는 사용자 제스쳐를 감지하는 제스쳐 입력부, 터치를 감지하는 터치 입력부 및 음성 입력을 감지하는 마이크로 폰 중 적어도 하나 이상을 포함하여, 사용자 입력을 감지할 수 있다.
다음으로, 차량 안전 장치(100)는 타차량(510), 단말기(600) 및 서버(500) 등과 통신하는 통신부(120)를 포함할 수 있다. 차량 안전 장치(100)는 통신부(120)를 통해 내비게이션(Navigation) 정보 또는/및 교통 정보를 수신할 수 있다.
자세히, 통신부(120)는 이동 단말기(600) 또는 서버(500)와 무선(wireless) 방식으로 데이터를 교환할 수 있다. 무선 데이터 통신 방식으로는 블루투스(Bluetooth) WiFi, Direct WiFi, APiX 또는 NFC 등 다양한 데이터 통신 방식이 가능하다.
다음으로, 차량 안전 장치(100)는 차량 관련 데이터를 수신하거나 프로세서(170)에서 처리 또는 생성된 신호를 외부로 전송하는 인터페이스부(130)를 포함할 수 있다.
자세히, 차량 안전 장치(100)는 인터페이스부(130)를 통해 내비게이션 정보 또는/및 센서 정보를 수신할 수 있다.
인터페이스부(130)는 유선 통신 또는 무선 통신 방식에 의해 차량 내부의 제어부(도시하지 않음), AVN(Audio Video Navigation) 장치(400) 및 센서부(760) 등과 데이터 통신을 수행할 수 있다.
인터페이스부(130)는 AVN 장치(400) 또는/및 별도의 내비게이션 장치와의 데이터 통신에 의해 내비게이션 정보를 수신할 수 있다.
또한, 인터페이스부(130)는 물체 감지 센서(200)로부터 센서 정보를 수신할 수 있다. 상기 센서 정보는 상기 물체 감지 센서(200)를 통해 측정된 정보로 단순한 전압 정보일 수 있다.
또한, 상기 인터페이스부(130)는 다양한 센서와 연결되어 정보를 수신할 수 있으며, 상기 수신되는 정보에는 차량(700)의 방향 정보, 위치 정보, 차속 정보, 가속도 정보, 기울기 정보, 전진/후진 정보, 연료 정보, 전후방 차량과의 거리 정보, 차량과 차선과의 거리 정보 및 턴 시그널 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 인터페이스부(130)는 헤딩 센서(heading sensor), 요 센서(yaw sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 포지션 모듈(position module), 차량 전진/후진 센서, 휠 센서(wheel sensor), 차량 속도 센서, 차체 경사 감지센서, 배터리 센서, 연료 센서, 타이어 센서, 핸들 회전에 의한 스티어링 센서, 차량 내부 온도 센서, 차량 내부 습도 센서 등과 연결되어 상기 정보를 수신할 수 있다. 한편, 포지션 모듈은, GPS 정보 수신을 위한 GPS 모듈을 포함할 수 있다.
인터페이스부(130)는 차량(700)의 사용자 입력부(110)를 통해 수신되는 사용자 입력을 수신할 수 있다.
인터페이스부(130)는 서버(500)로부터 획득된 다양한 정보를 수신할 수도 있다.
다음, 메모리(140)는 프로세서(170)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등 차량 안전 장치(100) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(140)는 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있다.
다음으로, 차량 안전 장치(100)는 차량 내부 영상을 촬영하는 모니터링부(150)를 포함할 수 있다.
자세히, 모니터링부(150)는 사용자의 생체 인식 정보를 감지하여 획득할 수 있다.
이러한 생체 인식 정보는 사용자를 촬영한 영상 정보, 지문 인식(Fingerprint) 정보, 홍채 인식(Iris-scan) 정보, 망막 인식(Retina-scan) 정보, 손모양(Hand geo-metry) 정보, 안면 인식(Facial recognition) 정보, 음성 인식(Voice recognition) 정보를 포함할 수 있다. 즉, 모니터링부(150)는 사용자의 생체 인식 정보를 센싱하는 센서를 포함할 수 있다.
또한, 모니터링부(150)는 사용자의 생체 인식을 위한 이미지를 획득할 수 있다. 즉, 모니터링부(150)는 차량 내부에 배치된 영상 획득 모듈을 포함할 수 있다.
다음으로, 차량 안전 장치(100)는 차량 주변 영상을 획득하는 카메라(160)를 포함할 수 있다. 그리고 획득된 차량 주변 영상은 프로세서(170)에서 이미지 처리되어 영상 정보를 생성하는데 이용될 수 있다.
여기서, 영상 정보는 촬영된 오브젝트, 오브젝트의 종류, 오브젝트가 표시하는 교통 신호 정보, 오브젝트와 차량 사이의 거리 및 오브젝트의 위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특히, 프로세서(170)는 상기 인터페이스부(130)를 통해 상기 물체 감지 센서(200)와 연결되어, 상기 물체 감지 센서(200)로부터 출력되는 신호를 수신한다.
이때, 상기 프로세서(170)는 도 12와 같은 간단한 아날로그 출력 회로로 구성될 수 있으며, 이와 다르게 도 13과 같은 구성요소들을 포함할 수 있다.
즉, 프로세서(170)는 상기 물체 감지 센서(200)의 출력 신호를 단순히 증폭하여 스위칭 신호를 출력하는 회로일 수 있다. 이와 다르게, 상기 프로세서(170)는 상기 물체 감지 센서(200)를 통해 획득된 신호를 분석하여 상기 물체 감지 센서(200)에서 감지된 물체와의 거리를 분석하고 상기 분석한 거리를 토대로 상기 윈도우의 동작 조건을 결정하는 다수의 구성요소들을 포함할 수 있다.
상기 프로세서(170)의 구체적인 동작에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 차량(700)에는 복수의 영역에 배치되는 개폐 도어가 구부된다. 상기 개폐 도어는 도어 차체(710)와, 상기 도어 차체(710)의 창틀 내에 삽입되어 윈도우(730)를 보호하는 탄성 부재(720)를 포함한다.
이때, 탄성 부재(720)는 도면에 도시된 바와 같이, 내부에 수용 홈(725)이 형성되어 있으며, 상기 수용 홈(725)에 의해 발생하는 탄성력을 토대로 상기 윈도우(730)의 개폐 동작 시에 상기 윈도우(730)를 보호한다.
한편, 본 발명에서는 상기 탄성 부재(720)의 수용 홈(725) 내에 상기 물체 감지 센서(200)를 배치한다. 그리고, 상기 물체 감지 센서(200)는 상기 배치된 영역 상에서 일정 감지 영역 내에 존재하는 물체를 감지하고, 상기 물체의 감지 정보를 출력한다.
상기 탄성 부재(720)는 현재 일반적인 차량에 모두 적용된 구성이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 본 발명에서는 상기 탄성 부재(720)의 수용 홈 내에 상기 물체 감지 센서(200)를 배치하여, 상기 윈도우와 함께 상기 물체 감지 센서(200)도 상기 탄성 부재(720)에 의해 보호되도록 한다.
한편, 상기 물체 감지 센서(200)는 상기 탄성 부재(720)의 수용 홈이 아닌 다른 위치에 배치될 수도 있을 것이다. 즉, 상기 물체 감지 센서(200)는 상기 탄성 부재(720)와는 별개로 상기 도어 차체(710)의 윈도우 개폐 경로 상에 배치될 수 있다.
또한, 이와 다르게 상기 윈도우의 개폐 경로 상에서 물체의 존재 여부를 감지할 수 있는 위치라면, 본 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 물체 감지 센서(200)의 장착 위치의 변경이 가능하다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 물체 감지 센서(200)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 물체 감지 센서(200)의 상세 구조를 보여주는 도면이다.
도 4a를 참조하면 센서(200)는, 기판(210), 감지 전극(220), 감지층(230), 구동부(240) 및 보호층(250)을 포함한다.
여기에서, 본 발명의 물체 감지 센서(200)는 구동부(240)를 포함하여 하나의 패키지로 구성되는 것을 예시로 하였으나, 상기 구동부(240)는 선택적으로 상기 물체 감지 센서(200)를 구성하는 패키지 내에서 생략될 수 있다. 다시 말해서, 상기 구동부(240)는 상기 물체 감지 센서(200)의 외부에 배치되어 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 전극(220)과 연결될 수 있으며, 이는 상기 차량 안전 장치(100)의 일 구성으로 대체될 수 있다.
상기와 같은 물체 감지 센서(200)는 상기 도어 차체(710)의 탄성 부재(720) 내에 배치되고, 그에 따라 상기 윈도우(730)의 개폐 경로 상에의 물체 접근 여부에 따라 임피던스 변화를 감지하여, 상기 윈도우(730)의 동작 상태를 결정하기 위한 감지 신호를 출력한다.
이때, 상기 물체 감지 센서(200)는 상기 탄성 부재(720)의 삽입 홈(725) 내에 배치된다. 다시 말해서, 상기 물체 감지 센서(200)를 구성하는 보호층(250)은 상기 탄성 부재(720)로 대체될 수 있다.
다시 말해서, 기판(210) 위에 상기 감지 전극(220)과 감지층(230)을 배치하여 하나의 패치 형태의 센서 패키지를 구성하고, 그에 따라 상기 구성된 센서 패키지를 상기 탄성 부재(720)의 삽입 홈(725) 내에 배치할 수 있다. 그에 따라, 상기 물체 감지 센서(200)의 상기 보호층(250)은 삭제될 수 있으며, 이에 따라 상기 탄성 부재(720)에 의해 보호될 수 있다.
기판(210)은 감지 전극(220) 및 감지층(230), 그리고 구동부(240)가 장착되는 베이스 기판이다.
감지 전극(220)은 상기 기판(210) 위에 형성된다. 상기 감지 전극(220)은 상기 감지층(230)에 의해 매립되면서 상기 기판(210)의 상면 위에 형성된다.
상기 감지 전극(220)은 복수 개로 형성되며, 상기 감지층(230)과 인접하여 위치한 물체에 의해 상기 감지층(230)의 반응이 일어남에 따라 변화하는 임피던스를 감지한다.
바람직하게, 상기 감지 전극(220)은 포지티브 극성의 제 1 감지 전극과, 네거티브 극성의 제 2 감지 전극을 포함할 수 있다.
감지층(230)은 기판(210) 위에 형성되며, 상기 기판(210)의 상면 및 상기 감지 전극(220)을 매립하며 형성된다.
바람직하게, 상기 감지층(230)은 소정의 두께를 가지며 상기 감지 전극(220)이 형성되어 있는 기판(210) 위에 형성된다.
상기 감지층(230)은 전도성 물질로 형성되며, 외부의 객체의 접근에 따라 임피던스가 변화하는 성질을 가진다.
바람직하게, 상기 감지층(230)은 스프링 형상을 갖는 탄소 미세 코일(CMC: Carbon Micro Coil)이다. 즉, 상기 감지층(230)은 탄화수소계, 즉 아세틸렌, 메탄, 프로판 및 벤젠 중 적어도 하나를 상기 기판(210) 위에 화학기상증착법(CVD) 공정으로 증착하여 형성된다.
또한, 이와 다르게 상기 감지층(230)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 초탄력성을 가진다.
도 5의 (a)는 감지층(230) 내에 형성되는 탄소 미세 코일을 보여주며, (b)는 상기 탄소 미세 코일의 상세 도면이다.
상기 감지층(230)의 모폴로지(Morphology)는 3D- 헬리컬(helical)/스파이럴(spiral) 구조를 가지며, 크리스털 구조는 비결정질(amorphous)이다.
다시 말해서, 상기와 같은 감지층(230)은 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시키는 것에 의해 형성되며, 이에 따라 상기 감지층(230)은 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시킨 형태의 단면 구조를 가진다.
즉, 상기 감지층(230)은 물체 감지 센서(200)가 장착되는 영역의 인접 위치에 물체가 존재함에 따라 임피던스 변화가 발생한다.
한편, 상기와 같은 감지층(230)은 경화제 및 에폭시 레진 내에 탄소 미세 코일(CMC)를 혼합하여 제조된다. 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, 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, 감지 전극(220)은 상기 감지층(230)의 임피던스 변화를 감지하고, 그에 따라 상기 임피던스 변화에 따른 감지 신호를 구동부(240)로 전달한다.
구동부(240)는 선택적으로 상기 기판(210)의 하면에 형성되며, 그에 따라 상기 감지 전극(220)을 통해 전달되는 감지 신호에 따라 용액의 농도 변화 및 그에 따른 농도를 감지하고, 상기 감지한 농도에 대한 정보를 출력한다.
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 물체 감지 센서(200)도 상기 감지층(230)에서 발생하는 임피던스 변화를 감지하기 위해 한쌍의 감지 전극(220)이 필요하다. 상기 감지 전극(220)은 상기 감지층(230)의 감지 특성을 최적화시키면서, 상기 감지층(230)과 상기 구동부(240) 사이를 연결하는 역할을 한다.
여기에서, 상기 물체 감지 센서(200)의 인접 영역에 물체나 존재하는 경우, 상기 감지층(230)의 커패시턴스는 증가하게 되며, 이에 따라 저항값과 인덕턴스 값은 상기 커패시턴스와 반대로 감소하게 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.
이때, 상기 감지 전극(220)은 도 6에 도시된 바와 같은 구조를 가지며 상기 기판(210) 위에 형성된다.
상기 감지 전극(220)은 상기 기판(210)의 가장자리 영역에 형성된 제 1 전극부와, 상기 제 1 전극부의 일단에서 상기 기판의 중앙 영역으로 연장되며 상기 제 1 전극부의 일단에 대하여 일정 경사각을 가지는 제 2 전극부를 포함한다.
즉, 상기 감지 전극(220)의 형상에 따라 상기 감지층(230)에서 발생하는 임피던스 변화 상태가 달라지게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 감지층(230)의 임피던스 변화 상태를 최적으로 조정하기 위하여, 상기와 같이 제 1 전극부와 제 2 전극부를 포함하는 감지 전극(220)을 상기 기판(210) 위에 형성한다.
한편, 상기 제 2 전극부의 일단의 하부에는 비아(221)가 형성된다.
상기 비아(221)는 상기 기판(210)의 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀을 금속 물질로 매립함에 따라 형성된다.
상기 비아(221)의 일단은 상기 기판(210)을 관통하여 상기 감지 전극(220)과 연결되고, 상기 비아(221)의 타단은 상기 기판(210)의 하면에 부착되는 구동부(240)와 연결된다.
한편, 상기 구동부(240)는 AFE(Analog Front End)를 구비하며, 여기에 상기상기 비아(221)를 통해 상기 감지 전극(220)이 연결된다.
한편, 상기 감지 전극의 형상은 일 실시 예에 불과하며, 바람직하게 상기 감지 전극은 일정 회수로 턴 하는 스파이럴(spiral) 구조나, 라디얼(Radial) 구조를 가질 수 있다.
그리고, 상기 감지 전극이 스파이럴(spiral) 구조나, 라디얼(Radial) 구조를 가지는 경우, 상기 센서의 성능을 최대로 하기 위한 조건으로 상기 감지 전극의 선폭, 피치 및 턴 수가 결정될 수 있다.
이때, 상기 AFE는 차동 증폭 기능을 수행하는데, 상기 차동 증폭을 Positive 증폭으로 할 것인지, 아니면 Negative 증폭으로 할 것인지에 따라 상기 농도 변화에 따른 임피던스의 변화 상태에 차이가 있다.
따라서, 상기 구동부(240)는 상기 차동 증폭 상태에 따라 기준 값을 기준으로 상기 임피던스 값의 변화 상태를 감지하며, 상기 변화 상태의 정도가 임계값을 벗어나는 경우에는 상기 윈도우(730)의 개폐 경로 상에 물체가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
도 4b는 도 4a에 도시된 물체 감지 센서(200)의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 4b에 도시된 물체 감지 센서(200)는 도 4a 대비 감지층(230)의 구조가 상이하다. 즉, 도 4a에서는 복수의 전극을 덮는 감지층이 하나의 공통된 층으로 형성되었다. 이에 반하여, 도 4b에 도시된 물체 감지 센서는 복수의 전극을 덮는 감지층이 서로 물리적으로 분리된 구조를 갖는다.
도 4b의 (a)는 물체 감지 센서의 단면도이고, (b)는 이의 평면도이다.
도 4b를 참조하면, 복수의 전극을 덮는 감지층은, 상호 물리적으로 분리될 수 있다. 즉, 상기 감지층은, 복수의 전극 중 하나의 전극을 덮는 제 1 감지층(230a)과, 상기 복수의 전극 중 다른 하나의 전극을 덮는 제 2 감지층(230b)을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 감지층(230a) 및 상기 제 2 감지층(230b)은 상호 물리적으로 분리될 수 있다.
이때, 상기 제 1 감지층(230a) 및 상기 제 2 감지층(230b)는 상기와 같이 물리적으로 분리되기 위하여, 격벽부(260a, 260b)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 감지층(230a) 및 상기 제 2 감지층(230b)은 지그(도시하지 않음)를 통해 특정 영역에만 배치될 수 있으며, 상기 지그는 상기 감지층이 형성된 이후에 제거될 수 있다. 또한, 상기 제 1 감지층(230a) 및 상기 제 2 감지층(230b)은 상기 지그 기능을 하는 상기 격벽부(260a, 260b)를 포함할 수도 있으며, 상기 격벽부(260a, 260b)는 상기 감지층이 모두 형성된 이후에도 센서의 일 구성요소로 계속 남아있을 수 있다.
그리고, 상기 격벽부(260a, 260b)가 포함되는 경우, 상기 물체 감지 센서는 복수의 전극이 배치된 각각의 영역이 격벽부(260a, 260b)에 의해 구획된다.
즉, 상기 격벽부(260a, 260b)는 상기 복수의 감지 전극(220) 중 하나의 감지 전극의 주위를 둘러싸는 제 1 격벽부(260a)와, 다른 하나의 감지 전극(220)의 주위를 둘러싸는 제 2 격벽부(260b)를 포함한다.
그리고, 상기 감지층(230)은 제 1 격벽부(260a) 내에 배치되며, 상기 하나의 감지 전극을 덮는 제 1 감지층(230a)과, 상기 제 2 격벽부(260b) 내에 배치되며 상기 다른 하나의 감지 전극을 덮는 제 2 감지층(230b)을 포함한다.
이에 따라, 상기 복수의 감지 전극이 배치된 각각의 영역은 상기 격벽부에 의해 분리된다. 그리고, 상기 감지층(230a, 230b)은 상기 격벽부에 의해 구획된 각각의 영역 내에 배치되어 상호 물리적으로 분리될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 감지 전극을 덮는 감지층(230a, 230b)은 상기 격벽부(260a, 260b)에 의해 상호 물리적으로 분리될 수 있으며, 이에 따라 상호 감지 전극 사이에서 발생하는 신호 간섭을 최소화할 수 있다.
상기 격벽부(260a, 260b)는 상기 감지층(230a, 230b)을 상호 물리적으로 분리시키면서, 각각의 감지층이 지정된 감지 영역 상에만 배치될 수 있도록 하며, 상기 감지층(230a, 230b)의 평탄도를 맞추기 위해 상기 감지층(230a, 230b)의 주위를 둘러싼다. 즉, 상기 격벽부(260a, 260b)는 상기 감지층(230a, 230b)의 상면의 평탄도를 유지하면서 디스펜싱하기 위한 댐 기능을 할 수 있으며, 이를 위해 실리콘으로 형성될 수 있다.
도 7은 도 4a에 도시된 센서(130)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 먼저 도금조(800) 내에 상기 감지층(230)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 첨가 하여 분산시킨다. 상기 분산제는 추후 기판(210) 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(210)을 준비하고, 상기 준비된 기판(210) 위에 감지 전극(220)을 형성한다.
상기 감지 전극(220)은 복수 개로 형성되며, 상기 도 6에 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(210)과 상기 감지 전극(220)의 면적 비율은 1%~50% 내의 범위 내에 포함되도록 하며, 상기 감지 전극(220)은, 구리(Cu), 백금(Pt)이나 메탈 전극으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 감지 전극(220)의 두께는 25㎛~2mm 범위 내에서 포함되도록 한다.
다음으로, 상기 기판(210)의 가장자리 영역에 틀(820)을 형성한다. 상기 틀(820)은 상기 기판(210)의 가장자리 영역을 덮으면서, 상기 기판(210)의 중앙 영역을 노출하며 상기 기판(210) 위에 형성된다.
다음으로, 상기 기판(210)의 틀(820) 내에 상기 제조한 액(810)을 투입한다.
그리고, 경과 과정을 거쳐 상기 투입한 액(810)을 토대로 감지층(230)을 형성한다.
이때, 상기 경화 과정은 120℃의 온도에서 30분 동안 수행될 수 있다.
이하에서는, 상기 물체 감지 센서(200)의 구동 원리에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기와 같이, 탄소 미세 코일로 이루어진 감지층(230) 내에는 감지 전극(220)이 매립된다. 그리고, 상기 감지 전극(220)은 비아(221)를 통해 기판(210)의 하부에 장착된 구동부(240)와 연결된다.
이때, 상기 감지층(230)은 그 자체로도 임피던스 변화량에 따른 물체 접근 여부를 감지할 수 있으며, 상기 감지 전극(220)의 형상에 따라서도 그 측정 감도가 달라진다. 이에 따라, 실시 예에서는 상기와 같은 평면 형상을 가진 감지 전극(220)을 형성한다.
따라서, 실시 예에서는 탄소 미세 코일의 함량비 조절에 의한 조성, 최적화된 전극 형상 및 구동부(240) 장착 위치 등과 같은 다양한 요소의 최적화가 중요하다.
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(130)는 상기 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부(capacitive)의 두가지 특성 변화를 이용하여 측정한다.
즉, 상기 물체 감지 센서(200)는 일정 범위의 감지 영역을 가지고 있으며, 상기 감지 영역은 상기 물체 감지 센서(200)에서 발생하는 전자기장에 의해 결정될 수 있다. 이때, 탄소 미세 코일(CMC:Carbon Micro Coil)은 그 이름과 같이 아주 미세한 코일 집단으로 이루어져 있으며, 유전상수를 가지고 있는 유전체이기도 하다.
이때, 물체가 접근함에 따라 inductive 성분의 변화, 즉 탄소 미세 코일의 특성 변화가 발생하고, 그에 따라 상기 물체의 접근 여부는 유전상수 변화에 의한 capacitive 변화에 의해 측정된다.
이때, 상기 감지층(230)의 면적에 따라 실수(real)부는 조절이 가능하고, 물체가 존재하는 경우에, 상기 설명과 같이 inductive와 capacitive값 변화에 의해 임피던스 값 변화가 생긴다.
따라서, 실시 예에서는 상기와 같은 센서(130)의 inductive와 capacitive 값 변화에 따른 임피던스 값 변화를 감지하여 상기 물체의 접근 여부를 감지한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 물체 감지 센서(300)의 상세 구조를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 물체 감지 센서(300)는 삽입 홈(725)을 포함하는 탄성 부재(720)와, 상기 탄성 부재(720)의 삽입 홈(725)을 채우는 감지층(310)과, 상기 감지층(310) 내에 매립되는 감지 전극(320)을 포함한다.
즉, 본 발명에서는 일반적인 차량의 창틀 고무 중에 실제 윈도우(730)와 맞닿는 영역에 도 4a와 같은 물체 감지 센서(200)를 패치 형태로 제작하여 삽입 또는 부착할 수 있다.
또한, 이와 다르게 본 발명에서는 상기와 같은 창틀 고무의 탄성 부재(720)의 삽입 홈(725) 내에 구리 와이어로 구성된 감지 전극(320)을 삽입하고, 그에 따라 상기 삽입 홈(725)을 채우도록 탄소 미세 코일 및 레진을 포함하는 감지층(310)을 형성할 수도 있다.
또한, 이와 다르게 본 발명에서는 상기 탄성 부재(720) 자체를 물체 감지 센서(200)로 제조할 수도 있다.
다시 말해서, 상기 탄성 부재(720)는 고무계열의 레진으로 제조된다. 이에 따라, 상기 탄성 부재(720)를 제조할 시에 상기 고무 계열의 레진 내에 상기 탄소 미세 코일 파우더를 혼합하고, 그에 따라 상기 탄소 미세 코일 파우더가 혼합된 고무 계열의 레진을 이용하여 상기 탄성 부재(720)를 제조하여, 상기 탄성 부재(720) 자체를 상기 물체 감지 센서(200)로 사용할 수도 있다.
즉, 상기 물체 감지 센서(200)는 구체적인 신호 값의 획득이 목적이 아닌, 윈도우(730)의 구동을 제어하기 위한 단순한 스위치 센서로 동작하며, 그에 따라 구체적인 신호 값의 획득이 필요한 것이 아니라, 상기 신호 값의 변화가 있는지 없는지만 알면 된다. 따라서, 상기와 같은 경우에는 상기 설명한 바와 같이 상기 탄성 부재(720) 자체를 물체 감지 센서(200)로 제조하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 탄성 부재(720) 제조 시에, 상기 탄성 부재(720)의 임피던스 변화 상태를 확인하기 위한 전극이 상기 탄성 부재(720) 내에 삽입되도록 제조할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 물체 감지 센서의 실제 구현 예에 대해 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 물체 감지 센서(200)의 동작 원리를 보여주는 도면이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 물체 감지 센서(200)는 상기 설명한 바와 같은 도어 차체(710)에 설치되며, 그에 따라 상기 윈도우(730)의 동작 시에 상기 윈도우(730)의 개폐 경로 상에 존재하는 물체를 감지한다.
이때, 상기 물체 감지 센서(200)는 일정 범위의 감지 영역(W)을 가지고 있으며, 상기 감지 영역(W) 내에 물체가 존재함에 따라 감지층의 특성 변화가 발생한다.
그리고, 상기 감지 영역(W) 내에 물체가 존재하지 않는 경우, 상기 물체 감지 센서(200)의 임피던스는 특정 기준 값(base)을 가지고 있다. 이때, 상기 특정 기준 값은 고정된 하나의 값이 아니라, 일정 범위 내에서 변화할 수 있다. 다시 말해서, 상기 기준 값은 A±α의 값을 가진다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 상기와 같은 상태에서, 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역(W) 내에 물체(O)가 접근하게 되면, 상기 물체 감지 센서(200)의 커패시턴스 값에 변화가 발생한다.
즉, 상기 커패시턴스 값은 상기 감지 영역(W) 내에 물체가 감지함에 따라 상기 기준 값 대비 -신호를 가지게 된다. 다시 말해서, 상기 물체 감지 센서(200)의 커패시턴스 값은 상기 감지 영역(W) 내에 물체(O)가 접근함에 따라 상기 기준 값을 기준으로 감소하게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 물체 감지 센서(200)의 감지층의 특성을 이용하여 상기 커패시턴스 값이 기준 값을 기준으로 기설정된 임계치 이하로 감소하게 되면, 상기 감지 영역(W) 내에 물체(O)가 접근하였다고 판단하고, 그에 따라 상기 윈도우(730)의 동작을 중지시키기 위한 신호를 출력한다.
이때, 상기 물체가 감지된 이후에도 상기 물체가 상기 감지 영역 내에 계속하여 머무르고 있는 상태이면, ①번 상태에서와 같이 상기 커패시턴스 값은 상기 기준 값을 기준으로 일정 임계치 이하로 감소된 값을 유지하게 된다. 이와 다르게, 상기 물체가 감지된 이후에 상기 물체가 상기 감지 영역으로부터 벗어난 경우, ②번 상태에서와 같이 상기 커패시턴스 값은 상기 기준 값으로 복귀하게 된다.
한편, 상기 물체 감지 센서(200)는 사람의 인체와 같은 물체가 아닌 다른 이물질(빗물 등과 같은 수분)에 의해서도 반응한다. 이때, 상기 이물질에 의해 상기 물체 감지 센서(200)의 커패시턴스 값이 변화하는 경우에는 상기 윈도우(730)의 동작을 중지시키지 않아야 한다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 이물질이 감지된 경우, 상기 인체와 같은 물체가 감지된 상황을 구분하여 상기 윈도우(730)의 동작을 제어한다.
즉, 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역 상에 상기 인체와 같은 물체가 접근하면 상기 물체 감지 센서(200)의 커패시턴스 값은 기준 값 대비 감소하게 된다.
그러나, 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역 상에 상기 이물질과 같은 물체가 접촉하면, 상기 물체 감지 센서(200)의 커패시턴스 값은 기준 값 대비 증가하게 된다.
다시 말해서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 커패시턴스 값은 상기 물체 감지 센서(200)에 이물질이 접촉함에 따라 상기 기준 값 대비 + 신호를 가지게 된다. 다시 말해서, 상기 물체 감지 센서(200)의 커패시턴스 값은 상기 이물질이 접촉함에 따라 상기 기준 값을 기준으로 증가하게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 물체 감지 센서(200)의 감지층의 특성을 이용하여 상기 커패시턴스 값이 기준 값을 기준으로 기설정된 임계치 이상으로 증가하게 되면, 상기 물체 감지 센서(200)에 이물질이 접촉하였다고 판단하고, 이에 따라 상기 윈도우(730)의 동작이 계속하여 이루어지도록 한다.
이때, 상기 이물질이 접촉한 이후에도 상기 이물질의 접촉이 계속 유지된 상태이면, ①번 상태에서와 같이 상기 커패시턴스 값은 상기 기준 값을 기준으로 일정 임계치 이상으로 증가된 값을 유지하게 된다. 이와 다르게, 상기 이물질이 접촉한 이후에 상기 이물질이 제거되면, ②번 상태에서와 같이 상기 커패시턴스 값은 상기 기준 값으로 복귀하게 된다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 구동부의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 12를 참조하면, 구동부는 제 1 커패시터(C1), 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 증폭기(AMP) 및 칩을 포함한다.
상기 칩은 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 전극(220)과 연결되며, 그에 따라, 상기 감지 전극(220)으로부터 감지된 신호를 수신한다. 이때, 상기 칩은 상기 감지 전극(220)으로부터 수신되는 신호를 토대로 상기 물체 감지 센서(200)의 감지층에 대한 임피던스 값을 출력한다.
제 1 커패시터(C1)는 평활 회로이며, 그에 따라 입력 전원(Vin)을 평활하여 교류 신호를 그라운드로 제거하고, 그에 따라 직류 신호만을 상기 칩으로 제공한다.
제 1 저항(R1) 및 제 2 저항(R2)은 회로의 동작 안정성을 위해 배치된다.
증폭기(AMP)는 상기 칩으로부터 출력되는 신호를 수신하고, 그에 따라 상기 신호의 크기에 따라 선택적인 출력 전압(Vout)을 출력한다.
다시 말해서, 상기 증폭기(AMP)의 일 단자는 그라운드와 연결되고, 다른 일 단자는 상기 칩과 연결된다. 따라서, 상기 증폭기는 상기 다른 일 단자를 통해 수신된 신호가 기설정된 기준 값보다 크거나 같으면, 상기 신호를 그라운드로 제거하여 출력 전압(Vout)을 발생하지 않는다. 그리고, 상기 증폭기는 상기 다른 일 단자를 통해 수신된 신호가 기설정된 기준 값보다 일정 임계치 이하로 감소하게 되면, 상기 신호를 토대로 출력 전압(Vout)을 발생한다. 상기 출력 전압은 윈도우(730)의 동작을 제어하는 윈도우 구동부(도시하지 않음)에 연결될 수 있으며, 그에 따라 상기 윈도우 구동부는 상기 출력 전압이 수신되는 경우에는 상기 윈도우의 개폐 경로 상에 물체가 존재하는 것으로 인지하여 상기 윈도우의 동작을 중지시킨다.
상기와 같이, 물체 감지 센서(200)의 출력 단에는 상기와 같은 단순한 물체의 감지 여부에 대해서만 출력 전압을 발생하거나 발생하지 않는 구동 회로가 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 물체 감지 센서(200)는 단순한 스위치로 동작할 수 있다.
또한, 이와 다르게 본 발명에서는 상기 물체 감지 센서(200)의 출력 값을 정확히 인지하고, 상기 인지한 출력 값을 기준으로 상기 물체 감지 센서(200)의 접근 정도를 파악하여, 단순한 상기 윈도우(730)의 동작 중지가 아닌 구체적인 동작 조건을 결정할 수 있도록 한다.
이를 위해서, 프로세서(170)는 상기 물체 감지 센서(200)와 연결되어, 상기 물체 감지 센서(200)의 특성 변화에 따른 서로 다른 디지털 값(ADC 값)을 출력하게 된다.
이때, 상기 물체의 접근 여부 및 접근 거리에 따라 상기 프로세서(170)를 통해 출력되는 값은 선형적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 디지털 값은 상기 물체가 접근하지 않았을 경우에 0의 값(기준 값)을 가지며, 상기 물체의 접근 여부 및 접근 정도에 따라 점차 감소하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 물체의 접근 정도에 따라 변화하는 값을 메모리에 저장해놓고, 상기 프로세서(170)를 통해 출력되는 디지털 값을 이용하여 상기 디지털 값에 대응하는 물체와의 거리를 계산할 수 있다.
도 13은 도 3에 도시된 프로세서(170)의 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 13을 참조하면, 프로세서(170)는 제 1 주파수 발생기(171), 제 2 주파수 발생기(172), 차이 주파수 발생기(173), 필터(174) 및 아날로그 디지털 컨버터(175)를 포함한다.
제 1 주파수 발생기(171)는 상기 물체 감지 센서(200)와 연결되며, 상기 물체 감지 센서(200)의 임피던스 변화에 따른 제 1 주파수를 발생한다.
상기 제 1 주파수 발생기(171)는 LC 발진 회로로 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 주파수 발생기(171)는 상기 센서부(310)를 구성하는 탄소 미세 코일과 커패시터를 사용하여, 상기 탄소 미세 코일의 인덕터스 값이나 커패시턴스 값의 변화에 의해 변화하는 발진 주파수를 발생하도록 구성된다.
즉, 상기 제 1 주파수 발생기(171)는 상기 물체 감지 센서(200)의 탄소 미세 코일를 사용하여, 상기 물체 감지 센서(200)에 의한 발진 주파수를 발진시킨다.
다시 말해서, 상기 물체 감지 센서(200)를 구성하는 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값은 상기 제 1 주파수 발생기(171)의 발진 주파수를 결정한다.
제 2 주파수 발생기(172)는 기준 발진기일 수 있으며, 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다.
이때, 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생하는 제 1 주파수는 미세한 변화를 가질 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 제 1 실시 예에서는 상기 필터(174)를 저역 통과 필터로 구성한다.
아래에서는 상기 필터(174)가 저역 통과 필터로 구성된 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
이때, 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역 상에 물체가 존재하지 않는 상태에서 발생한 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수 발생기(172)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 값을 가지도록 설정될 수 있다.
그리고, 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역 상에 물체가 접근하면, 상기 물체의 접근 정도에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 커지게 되며, 상기 커지는 차이 값을 토대로 상기 물체의 접근 여부 및 물체와의 거리를 판단할 수 있도록 한다.
이때, 상기 물체 감지 센서(200)에 포함되는 탄소 미세 코일의 인덕턴스를 L이라 하고, 커패시터의 커패시턴스를 C라 하면, 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생하는 제 1 주파수(ω0)는 수학식 1과 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 20.02.2018]　
Figure WO-DOC-FIGURE-231
그리고, 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생하는 제 1 주파수에 대응하는 제 1 전압 값(V0)은 아래의 수학식 2와 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 20.02.2018]　
Figure WO-DOC-FIGURE-234
또한, 상기 제 2 주파수 발생기(172) 발생하는 제 2 주파수에 대응하는 제 2 전압 값(Vr)은 아래의 수학식 3과 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 20.02.2018]　
Figure WO-DOC-FIGURE-236
차이 주파수 발생기(173)는 상기 제 1 주파수 발생기(171) 및 상기 제 2 주파수 발생기(172)와 연결되며, 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생한 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(172)에서 발생한 제 2 주파수의 차이에 대응하는 차이 값을 출력한다.
이때, 상기 차이 주파수 발생기(173)에서 발생하는 차이 값(Vdmod)는 아래의 수학식 4와 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 20.02.2018]　
Figure WO-DOC-FIGURE-239
여기에서, 상기 차이 값이 상기 수학식 4와 같은 값을 가지는 이유는, 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역 상에 물체가 존재하지 않는 경우에는 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(172)에서 발생하는 제 2 주파수가 서로 동일한 값을 가지기 때문이다.
필터(174)는 상기 차이 주파수 발생기(173)에서 발생하는 출력 값을 필터링하여 필터링된 출력 값을 출력한다.
이때, 상기 필터(174)에는 일정한 크기의 주파수 범위에 대응하는 필터링 영역이 존재하며, 상기 필터링 영역 내에서 상기 차이 주파수 발생기(173)의 출력 값을 필터링한다.
여기에서, 상기 필터링 영역은, 상기 필터(174)의 종류와, 상기 감지 영역 상에 물체가 접근하였을 경우에 나타나는 탄소 미세 코일의 변화 특성에 의해 결정될 수 있다.
상기 탄소 미세 코일의 변화 특성에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 필터(174)의 종류는 상기 탄소 미세 코일의 구조에 의해 결정될 수 있다.
즉, 상기 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값이 물체 접근에 따라 큰 범위 내에서 변화하지 않고 미세하게 변화하며, 상기 미세하게 변화하는 값에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(172)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 없는 경우에는 상기 필터(174)를 저역 통과 필터로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 상기 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값의 변화에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(172)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 있는 경우에는 상기 필터(174)는 대역 통과 필터로 구성할 수 있다.
다시 말해서, 상기 필터(174)의 종류는 상기 물체 감지 센서(200)를 구성하는 탄소 미세 코일의 면적 등과 같은 구조에 의해 결정될 수 있다.
아날로그 디지털 컨버터(175)는 상기 필터(174)를 통해 출력되는 출력 값을 디지털 값으로 변환하여 출력한다.
도 14 내지 16은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 상기 감지 영역 상에 물체가 존재하지 않는 경우, 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(172)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 주파수를 가질 수 있다.
따라서, 상기와 같은 일반적인 상황에서는, 상기 차이 주파수 발생기(173)에서 출력되는 출력 값에 따라 상기 필터(174)에서 필터링된 출력 값은 거의 DC 전압 수준이다.
그리고, 도 15를 참조하면, 상기 감지 영역 상에 물체가 접근함에 따라 상기 필터(174)에서 필터링되는 출력 값은 기설정된 필터링 영역 내에서 주파수 쉬프트가 발생하게 된다.
다시 말해서, 물체가 접근함에 따라 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값의 변화가 발생하게 되면, 제 1 주파수 발생기(171)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 물체의 접근 거리가 가까워질 수록 증가하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수의 값에 따라 상기 물체의 접근 여부 및 접근 거리를 측정할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 필터(174)에서 출력되는 신호에 따른 주파수 도메인 변화량에 따라 물체의 접근 여부 및 접근 거리를 측정한다.
그리고, 실시 예에서는 이물질과 상기 인체와 같은 물체에 의해 발생하는 상기 탄소 미세 코일의 변화 특성에 따라 상기 필터(174)의 필터링 영역을 결정하고, 상기 결정한 필터링 영역 내에서 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 발생하는 경우에만 선택적으로 상기 물체와의 거리를 측정하도록 할 수 있다.
도 16을 참조하면, 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 상기 인체와 같은 물체의 접근이 아닌 이물질에 의해 발생한 경우, 상기 차이 주파수는 상기 필터(174)의 필터링 영역을 벗어난 주파수를 가질 수 있다.
이때, 상기 차이 주파수는 도 16에 도시된 바와 같이, 필터링 영역 내에 포함되어 있지 않기 때문에, 이와 같은 경우에는 상기 물체의 접근 여부나 거리를 측정하지 않을 수 있다.
도 17은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 상기 물체 감지 센서(200)의 설계가 물체의 접근에 따라 제 1 주파수가 제 2 주파수와 차이가 존재하고, 상기 물체의 접근 거리에 따라 제 1 주파수의 증감 정도가 큰 경우, 상기 필터(174)는 대역 통과 필터로 구성될 수 있다.
이때, 상기 필터(174)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 물체의 접근 여부 및 접근 거리를 측정할 수 있다.
이때, 상기 필터(174)가 대역 통과 필터인 경우, 상기 차이 주파수 발생기(173)의 출력 값은 아래의 수학식 5와 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 20.02.2018]　
Figure WO-DOC-FIGURE-266
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 18을 참조하면, 상기 프로세서(170)의 출력 값은 상기 물체 감지 센서(200)의 감지 영역 상에 물체가 존재하는지 여부와, 상기 물체의 접근 정도에 따라 변화할 수 있다.
즉, 접근 거리를 단계별로 구분하고, 접근 거리에 따라 상기 프로세서(170)의 출력 값을 살펴보면, 상기 접근 거리가 가까워질 수록 상기 출력 값은 더 큰 폭으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 접근 거리가 가장 먼 1단계에서서는 상기 출력 값의 감소폭이 가장 작고, 상기 접근 거리가 가장 가까운 30단계에서는, 상기 출력 값의 감소폭이 가장 크다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 프로세서(170)의 출력 값을 이용하여 물체의 접근 여부 및 접근 거리를 계산할 수 있으며, 이에 따른 윈도우(730)의 구동 조건을 결정할 수 있다.
즉, 상기 물체의 접근이 감지되면, 상기 윈도우(730)의 구동 속도를 감소시키며, 상기 물체의 접근 거리가 기설정된 임계 값 이하로 감소하면, 상기 윈도우(730)의 구동을 중지시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 윈도우(730)의 동작 방법을 단계별로 나타낸 흐름도이다.
도 19를 참조하면, 먼저 제 1 주파수 발생기(171)는 물체 감지 센서(200)를 구성하는 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값 또는 커패시턴스 값에 따른 제 1 주파수를 발생한다(110단계).
그리고, 제 2 주파수 발생기(172)는 기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다(120단계).
이어서, 차이 주파수 발생기(173)는 상기 제 1 주파수 발생기(171)에서 발생된 제 1 주파수와, 제 2 주파수 발생기(172)에서 발생된 제 2 주파수를 수신하고, 그에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수를 출력한다(130단계).
이에 따라, 필터(174)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(175)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(174)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 물체 감지 센서(200)의 임피던스 변화가 이물질의 접촉에 의한 것이기 때문이다.
이후, 상기 프로세서(170)는 상기와 같은 출력 값을 토대로 윈도우(730)의 구동을 위한 구동 신호를 출력한다(150단계).
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 접촉식의 CMC(Carbon Micro Coil)이 적용된 센서를 적용하여 물체를 정확히 감지하고, 그에 따라 차량의 윈도우의 동작을 제어함으로써, 안전 사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 기존의 광학식 센서에 대비하여, 저가, 두께 슬림화 및 플렉서블 형태의 센서를 제공함으로써, 센서의 부착 위치 및 면적에 대한 자유도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 기존의 근접 센서는 금속 이외의 물체의 감지에 대한 정확도가 떨어지고 검출 가능 거리가 짧으나, 본 발명에서의 센서는 비금속 및 인체에 대한 감지 정확도가 높은 장점이 있다.
한편, 본 발명에서의 물체 감지 센서는 차량뿐 아니라, 지하철 개폐 안전 도어, 엘리베이터 근접 센서, 회전문 안전 센서 등으로도 적용 가능하며, 스마트 윈도우 내의 방범 센서, 시그니처 냉장고 내의 거리 센서의 대체 센서로도 활용 가능하다.
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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 레진 및 상기 레진 내에 배치되는 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층; 및
    상기 감지층 내에 배치되는 감지 전극을 포함하며,
    상기 감지층은,
    기준 임피던스 값을 기준으로, 기설정된 감지 영역 내로 물체가 접근함에 따라 임피던스 값이 변화하는
    물체 감지 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상면에 상기 감지층 및 상기 감지 전극이 배치되는 기판; 및
    상기 기판, 상기 감지층 및 상기 감지 전극의 주위를 둘러싸는 보호층을 더 포함하는
    물체 감지 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 감지층이 삽입되는 삽입 홈을 포함하는 탄성 부재를 더 포함하고,
    상기 탄성 부재는,
    차량의 도어 차체의 창틀 내에 삽입되는
    물체 감지 센서.
  4. 제 4항에 있어서,
    상기 레진은,
    도어 차체의 창틀 내에 삽입되는 탄성 부재의 고무 레진이며,
    상기 감지층은,
    상기 고무 레진 내에 상기 탄소 미세 코일이 분산 배치된 상기 탄성 부재인
    물체 감지 센서.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 감지 전극은,
    상기 감지층 내에 삽입되는 구리 와이어를 포함하는
    물체 감지 센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 감지층의 임피던스 값은,
    상기 감지 영역 내에 목표 물체가 접근함에 따라 상기 기준 임피던스 값을 기준으로 감소하고,
    상기 감지층에 상기 목표 물체가 아닌 이물질이 접촉함에 따라 상기 기준 임피던스 값을 기준으로 증가하는
    물체 감지 센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소 미세 코일은,
    0.1 ~ 10wt%의 함량을 가지고 상기 감지층 내에 배치되는
    물체 감지 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 감지층의 두께는,
    100㎛ ~ 20mm 범위를 만족하는
    물체 감지 센서.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 감지 전극 및 상기 기판의 상면 면적의 비율은,
    1% ~ 50% 범위를 만족하는
    물체 감지 센서.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 감지 전극은,
    25㎛ ~ 2mm 범위의 두께를 만족하는
    물체 감지 센서.
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