KR100994008B1 - 광센서를 이용한 통합키 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광센서를 이용한 통합키에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 중심점을 기준으로 더욱 세분화된 외부방향들로의 이동조작이 가능하고, 회전 및 푸시조작이 가능한 광센서를 이용한 통합키에 관한 것이다.
본 발명의 광센서를 이용한 통합키는 상부가 개방되며 내부에 수용공간이 형성된 하우징; 상측에는 손잡이가 형성되고 저면에는 반사부가 형성되며 상단 및 하단의 사이에는 상기 하우징에 밀착하는 가이드부가 형성된 조작부재; 및 상기 반사부와의 이격거리, 상기 조작부재의 회전여부 또는 상기 조작부재의 평면상의 위치좌표 값 중 어느 하나 이상을 측정하고 이에 따른 감지신호를 출력하는 광센서부를 포함한다.
통합키, 광센서, 위치이동, 상하이동, 감지, 스위치, 엘모스, ELMOS

Description

광센서를 이용한 통합키{Integrated key using optical sensor}
본 발명은 키의 회전, 푸시, 전후좌우 이동 등을 감지하는 통합키에 관한 것이다.
일반적으로 8방향 버튼은 전후좌우 버튼 및 4개의 대각선방향 버튼이 마련되어 8방향으로 버튼을 조작할 수 있는 장치다. 상기 8방향 버튼은 전후좌우 및 각 대각선방향 등의 8가지 방향에 대한 버튼으로만 조작할 수 있으나 최근 네비게이션, 게임 등에서 8가지 방향뿐만 아니라 중심점을 기준으로 더욱 세분화된 외부방향으로의 이동조작 필요성이 대두된다.
본 발명은 중심점을 기준으로 더욱 세분화된 외부방향들로의 이동조작이 가능하고, 회전 및 푸시조작이 가능한 광센서를 이용한 통합키를 제공하고자 한다.
본 발명의 광센서를 이용한 통합키는 상부가 개방되며 내부에 수용공간이 형성된 하우징; 상측에는 손잡이가 형성되고 저면에는 반사부가 형성되며 상단 및 하단의 사이에는 상기 하우징에 밀착하는 가이드부가 형성된 조작부재; 및 상기 반사부와의 이격거리, 상기 조작부재의 회전여부 또는 상기 조작부재의 평면상의 위치좌표 값 중 어느 하나 이상을 측정하고 이에 따른 감지신호를 출력하는 광센서부를 포함한다.
여기서 본 발명은 상기 조작부재의 가이드부를 감싸며 상기 조작부재의 상하운동을 가능하게 하는 지지부재를 더 포함한다.
한편 본 발명의 상기 지지부재는 상기 조작부재의 가이드부를 감싸는 본체; 상기 가이드 홈에 대응되는 상기 본체의 저면에 설치된 홈; 상기 홈에 삽입된 탄성체; 및 상기 탄성체에 의해 상기 가이드 홈에 상하운동이 가능하게 지지되는 상하이동체를 포함한다.
한편 본 발명의 상기 가이드부는 상기 조작부재의 외주면에 형성된 복수의 홈; 상기 복수의 홈에 각각 삽입되는 탄성체; 및 상기 탄성체의 수축 또는 팽창력에 따라 상기 조작부재를 중심점에서 외부방향으로 이동시켜 상기 조작부재가 다양 한 위치좌표 값을 갖게 하거나, 상기 지지부재의 내주면과 접촉되어 회전 운동하는 회전체로 이루어진다.
한편 본 발명의 상기 광센서부는 패널 형상의 본체; 상기 본체 상의 중앙부에 설치되어, 상기 조작부재와의 이격거리 측정을 통해 상기 조작부재의 상하운동을 감지하고, 상기 조작부재 반사판의 회전여부를 감지하는 거리 및 회전감지센서; 및 상기 본체 상의 테두리에 각각 설치되어, 상기 조작부재와의 이격거리, 상기 회전감지센서와 조작부재와의 이격거리 및 상기 본체의 가로/세로 길이를 이용하여 상기 조작부재의 위치좌표 값을 산출함으로써 이동거리 및 이동방향을 계산하는 위치측정센서를 포함한다.
본 발명의 광센서를 이용한 통합키는 조작부재의 반사부와의 이격거리, 회전여부 또는 상기 조작부재의 위치좌표 값 중 어느 하나 이상을 측정하고 이에 따른 감지신호를 출력한다. 이에 따라 조작부재의 더욱 세분화된 이동방향 및 이동거리를 측정가능하게 하여 네비게이션 등의 전자장치에의 세밀한 조작을 가능하게 하는 효과를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다.
도 1은 본 발명의 광센서를 이용한 통합키(100)의 정단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광센서를 이용한 통합키(100)는 하우 징(10), 조작부재(20), 지지부재(30) 및 광센서부(40) 등을 포함한다.
이하 구성요소 별로 상세히 설명한다.
하우징(10)은 직육면체의 형상으로 이루어져, 상부에는 일부에 개구부(14)가 형성되고 측면 및 바닥면은 밀폐되어 그 내부에 수용공간이 형성된다. 그리고 상기 하우징(10)의 수용공간에는 조작부재(20)가 삽입되는 지지부재(30)를 지지하기 위한 고정부(12)가 형성된다. 상기 고정부(12)는 중앙부에 조작부재(20)의 하단부가 통과 가능하도록 관통공(18)이 형성되어 있다. 여기서 상기 관통공(18)은 상기 조작부재(20)의 하단부가 조작부재(20)의 위치좌표 값(x, y)에 대한 광센서부(40)의 측정영역 내에 위치하도록 전후좌우 방향으로 조작부재(20)의 위치좌표 값(x, y)을 초과하지 않는 범위에 해당하는 직경으로 형성된다. 그리고 상기 고정부(12)의 상부에는 지지부재(30)의 저면에 설치된 상하이동편(32b)가 삽입되어 상기 회전체(32b)의 상하운동을 가이드 하도록 가이드 홈(16)이 형성된다.
한편 조작부재(20)는 손잡이(21), 반사부(23a) 및 가이드부(22) 등을 포함한다.
손잡이(21)는 조작부재(20)의 상측에 형성되되, 사용자가 파지하여 중심점에서 외부방향으로의 이동조작, 회전조작 및 푸시동작을 수행할 수 있도록 원통형으로 형성된다.
한편 반사부(23a)는 상기 조작부재(20)의 저면부에 형성되어 중심점을 기준으로 한쪽 반지름 및 다른 쪽 반지름에 각각 적어도 하나의 반원문양이 서로 대칭 되게 형성된다. 여기서 상기 반원문양은 그레이 컬러로 도포된다.
한편 가이드부(22)는 상기 손잡이(21) 및 반사부(23a)의 사이에서 중심점에서 원주방향으로 연장 형성된다. 상기 가이드부(22)의 외주면에는 일정 간격을 두고 복수의 홈(22-1, 22-2)이 형성되고 상기 복수의 홈(22-1, 22-2)에는 각각 탄성체(22a) 및 회전체(22b)가 수용되며, 상기 회전체(22b)는 홈(22-1, 22-2)의 입구부의 양측에 설치된 지지편(22c)에 의해 홈의 외부로 일부만 노출되며 지지된다. 상기 가이드부(22)의 회전체(22b)는 상기 지지부재(30)의 내주면과 접촉된다.
상기 가이드부(22)의 회전체(22b)는 상기 지지부재(30)의 내주면과 접촉되어 회전하면서 상기 조작부재(20)의 회전이동이 가능하게 한다. 한편 상기 가이드부(22)의 회전체는 홈에서 왕복 운동함으로써 상기 조작부재(20)의 중심점방향에서 원주방향으로의 이동이 가능하게 한다.
한편 지지부재(30)는 상부 및 하부에 각각 제1통공(30a) 및 제2통공(30b)이 형성된 본체를 구비하며, 상기 본체의 내부에 수용공간이 형성되어 전체적으로 원통의 형상으로 이루어진다. 이에 상기 지지부재(30)의 본체의 수용공간에는 조작부재(20)의 가이드부(22)가 삽입되고, 상기 조작부재(20)의 손잡이(21)는 제1통공(30a)에 의해 외부로 노출되어 하우징(10)의 상측으로 노출되고, 상기 조작부재(20)의 하단은 제2통공에 의해 외부로 노출되어 하우징(10)의 관통공(18)에 삽입된다.
한편 상기 지지부재(30)의 본체의 저면부에는 복수의 홈(32-1, 32-2)과, 상기 복수의 홈(32-1, 32-2)에 삽입되는 탄성체(32a)와, 상기 탄성체(32a)에 의해 상 하 운동하고 상기 하우징(10)의 가이드 홈(16)에 가이드 되는 상하이동편(32b) 및 상기 상하이동편(32b)을 홈에서 이탈 방지하는 지지편(32c)이 마련된다.
한편 광센서부(40)는 상기 조작부재(20)의 하우징(10)의 바닥면에 설치되어, 상기 반사부(23a)와 설정 거리만큼 이격되어 있다. 상기 광센서부(40)는 ELMOS 사의 광센서로 구비되어, 상기 조작부재(20)의 반사부(23a)와의 이격거리, 회전여부 또는 상기 조작부재(20)의 위치좌표 값 중 어느 하나 이상을 측정하고 이에 따른 감지신호를 출력한다.
도 2는 본 발명의 광센서부(40) 및 조작부재(20)의 하단부의 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광센서부(40)는 본체(41), 거리 및 회전감지센서(42) 및 위치측정센서(44)로 이루어진다.
상기 본체(41)는 정사각형의 패널로 형성되어, 상부에 마련되는 거리측정센서 및 위치측정센서(44)를 지지한다.
상기 거리 및 회전감지센서(42)는 본체(41)의 중앙부에 한 개 설치된다. 이러한 거리측정센서는 발광부(미도시), 수광부(미도시) 및 거리측정부(미도시), 회전감지부(미도시) 등을 포함한다.
발광부는 설정 주기 간격으로 조작부재(20)의 하단부의 반사부(23a)로 빛을 발광한다. 상기 수광부는 상기 발광부에 의해 발광되고 반사부(23a)에 의해 반사된 빛을 수광한다.
한편 도 3은 본 발명의 광센서부(40)의 거리측정부가 광센서부(40)와 조작부재(20) 하단 간의 거리를 측정하는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 거리측정부는 상기 수광된 빛의 왕복속도를 통해 상기 광센서부(40)와 조작부재(20) 하단 간의 거리를 측정한다. 이에 상기 거리측정부는 상기 측정된 거리가 기 설정 거리 이내이면 상기 조작부재(20)가 푸시동작을 하는 것으로 판단하고 푸시동작에 따른 감지신호를 발생시킨다.
한편 회전감지부는 상기 수광부에서 수광된 빛의 파동을 분석하여 상기 조작부재(20)의 회전여부를 감지한다.
이하 회전감지부가 빛의 파동을 분석하여 상기 조작부재(20)의 회전여부를 감지하는 방법을 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 조작부재(20)의 반사부(23a)의 모습을 나타내는 정면도이고, 도 5는 본 발명의 회전감지부가 조작부재(20)의 회전을 감지하는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 4a 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 우선 상기 반사부(23a)는 한쪽 반지름 및 다른 쪽 반지름에 각각 적어도 하나의 반원문양이 서로 대칭되게 형성되어 있고 발광부는 동일한 직경 상에서 두 포인트 즉 P1 및 P2에 동시에 서로 주파수가 상이한 빛을 발광한다.
이에 따라 상기 반사부(23a)가 제1위치(state1, 도 4a)에 위치할 경우 상기 P1 및 P2에는 반달문양이 존재하지 않아 P1 및 P2에 빛을 발광하면 수광부로 수광된 광은 P1 및 P2가 모두 반달문양을 접촉하지 않은 파형으로 분석된다.
한편 반사부(23a)가 제2위치(state2, 도 4b)에 위치할 경우 상기 P1 및 P2에는 모두 반달문양이 존재하여 P1 및 P2에 빛을 발광하면 수광부로 수광된 광은 P1 및 P2가 모두 반달문양을 접촉한 파형으로 분석된다.
한편 반사부(23a)가 제3위치(state3, 도 4c)에 위치할 경우 상기 P1에는 반달문양이 존재하고 P2에는 반달문양이 존재하지 않게 되므로 P1 및 P2에 빛을 발광하면 수광부로 수광된 광은 P1은 반달문양을 접촉한 파형으로 분석되고 P2는 반달문양을 접촉하지 않은 파형으로 분석된다.
이에 따라 상기 회전감지부는 P1 및 P2의 빛의 파형을 설정 주기 간격으로 분석하여 조작부의 파형이 state1→state2→state3→state1로 변화하면 상기 조작부재(20)가 반시계방향으로 회전하는 것으로 판단하고 이에 따른 감지신호를 출력한다. 물론 상기 감지신호는 state1에서 state2가 되는 순간, state3이 되는 순간 및 tate1이 되는 순간에 따라 설정된 회전각도에 따라 발생시킨다. 여기서 상기 반사부(23a)의 반달문양의 개수를 더 증가시켜 상기 조작부재(20)의 회전각도를 더욱 세밀하게 측정할 수 있다.
한편 상기 회전감지부는 P1 및 P2의 파형을 설정 주기 간격으로 분석하여 조작부의 파형이 state1→state3→state2→state1로 변화하면 상기 조작부재(20)가 시계방향으로 회전하는 것으로 판단하고 이에 따른 감지신호를 출력한다. 물론 상기 감지신호는 state1에서 state3이 되는 순간, state2가 되는 순간 및 state1이 되는 순간에 따라 설정된 회전각도에 따라 발생시킨다.
한편 위치측정센서(44)는 바람직하게는 본체(41)의 테두리에 각각 설치된 4쌍의 발광부(미도시), 수광부(미도시) 및 거리측정부(미도시)와, 하나의 위치계산 부(미도시) 등을 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 4개의 발광부는 설정 주기 간격으로 조작부재(20)의 하단부의 반사부(23a)로 서로 상이한 주파수의 빛을 발광한다. 한편 상기 4개의 수광부는 각 발광부에 의해 발광되고 반사부(23a)에 의해 반사된 빛을 수광한다. 한편 거리측정부는 4개의 발광부에서 각각 발광되고 4개의 수광부에서 각각 수광한 빛의 왕복속도를 통해 상기 광센서부(40)와 조작부재(20) 하단과의 거리를 측정한다.
한편 도 6은 본 발명의 위치계산부가 조작부재(20)의 위치를 계산하는 모습을 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면 위치계산부는 상기 4개의 위치측정센서(44)의 거리측정부로부터 전달받은 각 발광부와 조작부재(20) 하단과의 대각선 거리(ⓐⓑⓒⓓ), 상기 회전감지부 및 조작부재(20)와의 기본적으로 설정된 이격거리(ⓗ) 및 상기 본체(41)의 가로 및 세로길이(ⓛ)를 이용하여 상기 조작부재(20)의 위치좌표 값(ⓧ,ⓨ)을 피타고라스의 정리를 이용하여 산출한다.
즉 a2 = h2 + x2 + y2, b2 = h2 + x2 + (L-y)2, c2 = h2 + (L-x)2 + (L-y)2, d2 = h2 + (L-x)2 + y2가 된다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 위치계산부가 조작부재(20)의 다양한 이동방향 및 이동거리에 따른 위치를 계산하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 위치계산부는 조작부재(20)의 다양한 이동방향 및 이동거리에 따른 위치좌표 값(ⓧ,ⓨ)에 따른 감지신호를 발생시킬 수 있다.
이하 본 발명의 광센서를 이용한 통합키(100)의 동작을 설명한다.
(실시예1)- 푸시동작
도 1 및 도 3을 참조하면, 우선 조작부재(20)의 손잡이(21)가 사용자로부터 가압되면 상기 지지부재(30)의 저면부에 설치된 상하이동편(32b)이 탄성체(32a)를 수축시키며 홈(32-1)으로 이동되며 상기 조작부재(20)의 하단이 광센서부(40)의 거리 및 회전감지센서(42)에 접근한다.
이어서 상기 거리 및 회전감지센서(42)의 거리측정부는 발광부에 의해 발광되고 반사부(23a)에 의해 반사된 빛의 왕복속도를 통해 상기 광센서부(40)와 조작부재(20) 하단과의 거리를 측정한다.
이어서 상기 거리 및 회전감지센서(42)의 거리측정부는 상기 측정된 거리가 기 설정 거리 이내이면 상기 조작부재(20)가 푸시동작을 하는 것으로 판단하고 푸시동작에 따른 감지신호를 발생시킨다.
이어서 우선 조작부재(20)의 손잡이(21)가 사용자로부터 가압 해제되면 기 지지부재(30)의 저면부에 설치된 상하이동편(32b)이 탄성체(32a)의 팽창력에 의해 본래의 위치로 복귀하며 상기 조작부재(20)의 손잡이(21)를 본래의 위치로 이동시킨다.
(실시예2)- 회전동작
도 1 및 도 5를 참조하면, 우선 조작부재(20)의 가압부가 사용자로부터 회전력을 전달받으면 상기 조작부재(20)의 가이드부(22)에 의해 상기 조작부재(20)가 지지부재(30)의 수용공간의 내부에서 지지부재(30)의 내주면을 따라 회전한다.
이어서 거리 및 회전감지센서(42)의 회전감지부는 상기 수광부가 설정 주기 간격으로 수광한 P1 및 P2의 빛의 파형의 파동을 분석하여 조작부의 파형이 state1→state2→state3→state1로 변화하면 상기 조작부재(20)가 반시계방향으로 회전하는 것으로 판단한다.
이어서 상기 거리 및 회전감지센서(42)의 회전감지부는 state1에서 state2가 되는 순간, state3이 되는 순간 및 tate1이 되는 순간마다 반시계방향으로의 회전에 따른 state 별 설정이동각도에 따른 감지신호를 발생시킨다.
한편 상기 거리 및 회전감지센서(42)의 회전감지부는 상기 수광부가 설정 주기 간격으로 수광한 P1 및 P2의 빛의 파형의 파동을 분석하여 조작부의 파형이 state1→state3→state2→state1로 변화하면 상기 조작부재(20)가 시계방향으로 회전하는 것으로 판단한다.
이어서 상기 거리 및 회전감지센서(42)의 회전감지부는 state1에서 state3이 되는 순간, state2가 되는 순간 및 state1이 되는 순간 시계방향으로의 회전에 따른 state 별 설정이동각도에 따른 감지신호를 발생시킨다.
(실시예3)- 위치이동
도 2 및 도 6을 참조하면, 우선 조작부재(20)의 가압부가 사용자에 의해 중심점을 기준으로 특정 방향으로 특정 거리만큼 이동하면 상기 조작부재(20)의 가이드부(22)에 의해 상기 조작부재(20)가 지지부재(30)의 수용공간의 내부에서 특정 방향으로 특정 거리만큼 이동된다.
이어서 위치측정센서(44)의 거리측정부는 4개의 발광부에서 각각 발광되고 4개의 수광부에서 각각 수광된 빛의 왕복속도를 통해 상기 광센서부(40)와 조작부재(20) 하단과의 거리를 측정한다.
이어서 거리 및 회전감지센서(42)의 위치계산부는 상기 4개의 위치측정센서(44)의 거리측정부로부터 전달받은 각 발광부와 조작부재(20) 하단과의 대각선 거리(ⓐⓑⓒⓓ), 상기 회전감지부 및 조작부재(20)와의 기 설정된 이격거리(ⓗ) 및 상기 본체(41)의 가로 및 세로길이(ⓛ)를 이용하여 상기 조작부재(20)의 위치좌표 값(ⓧ,ⓨ)을 피타고라스의 정리를 이용하여 산출한다.
이어서 상기 위치계산부는 조작부재(20)의 이동방향 및 이동거리에 따른 위치좌표 값(ⓧ,ⓨ)에 따른 감지신호를 발생시킨다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 광센서를 이용한 통합키의 측단면도.
도 2는 본 발명의 광센서부 및 조작부재의 하단부의 사시도.
도 3은 본 발명의 광센서부의 거리측정부가 광센서부와 조작부재 하단 간의 거리를 측정하는 모습을 나타내는 측면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 조작부재의 반사부의 모습을 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명의 회전감지부가 조작부재의 회전을 감지하는 모습을 나타내는 측면도.
도 6은 본 발명의 위치계산부가 조작부재의 위치를 계산하는 모습을 나타내는 구성도.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 위치계산부가 조작부재의 다양한 이동방향 및 이동거리에 따른 위치를 계산하는 모습을 나타내는 사시도.

Claims (5)

  1. 광센서를 이용한 통합키로서,
    상부가 개방되며 내부에 수용공간이 형성된 하우징;
    상측에는 손잡이가 형성되고 저면에는 반사부가 형성되며 상단 및 하단의 사이에는 상기 하우징에 밀착하는 가이드부가 형성된 조작부재; 및
    상기 반사부와의 이격거리, 상기 조작부재의 회전여부 또는 상기 조작부재의 평면상의 위치좌표 값 중 어느 하나 이상을 측정하고 이에 따른 감지신호를 출력하는 광센서부를 포함하는 통합키.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조작부재의 가이드부를 감싸며 상기 조작부재의 상하운동을 가능하게 하는 지지부재를 더 포함하는 통합키.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지부재는
    상기 조작부재의 가이드부를 감싸는 본체;
    상기 본체의 저면에 설치된 홈;
    상기 홈에 삽입된 탄성체; 및
    상기 탄성체에 의해 상하운동이 가능하게 지지되는 상하이동편을 포함한 통합키.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가이드부는
    상기 조작부재의 외주면에 형성된 복수의 홈;
    상기 복수의 홈에 각각 삽입되는 탄성체; 및
    상기 탄성체의 수축 또는 팽창력에 따라 상기 조작부재를 중심점에서 외부방향으로 이동시켜 상기 조작부재가 다양한 위치좌표 값을 갖게 하거나, 상기 지지부재의 내주면과 접촉되어 회전 운동하는 회전체로 이루어지는 통합키.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광센서부는
    패널 형상의 본체;
    상기 본체 상의 중앙부에 설치되어, 상기 조작부재와의 이격거리 측정을 통해 상기 조작부재의 상하운동을 감지하고, 상기 조작부재 반사판의 회전여부를 감지하는 거리 및 회전감지센서; 및
    상기 본체 상의 테두리에 각각 설치되어, 상기 조작부재와의 이격거리, 상기 회전감지센서와 조작부재와의 이격거리 및 상기 본체의 가로/세로 길이를 이용하여 상기 조작부재의 위치좌표 값을 산출함으로써 이동거리 및 이동방향을 계산하는 위치측정센서를 포함하는 통합키.
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