WO2017010653A1 - 방향 감지 장치 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a direction detection device, and more particularly to a sheet or mat-type direction detection device.
- the direction sensing function has been limited to perform additional functions by being applied to devices such as a video display device, an automobile, and an electronic device.
- a device for detecting a direction in a variety of applications as well as home safety devices are required. For example, by installing a direction detection device at the entrance of the building to detect whether there is a person in the building it can automatically cut off electricity, gas, etc. of the building.
- An object of the present invention is to provide a direction detection device capable of a direction detection function using a change in capacitance.
- a direction sensing apparatus includes a dielectric layer, a first electrode layer disposed on a first surface of the dielectric layer, and including a plurality of first electrode patterns arranged in a first direction, and facing the first surface.
- a second electrode layer disposed on a second surface of the dielectric layer, at least one selected from the plurality of first electrode patterns and a first region overlapping the second electrode layer, and at least one selected from the remaining plurality of first electrode patterns
- a capacitance detecting unit detecting a change in capacitance having a time difference in a second region where the second electrode layer overlaps with the second electrode layer; And a direction detecting unit connected to the capacitance detecting unit and detecting a moving direction based on the time difference between the first area and the second area.
- the direction detecting unit compares the first area in which the capacitance changes in the first time T1 with the second area in which the capacitance changes in the second time T2> T1, and the direction detecting unit determines the first area in the first area. It can be determined that the object has moved in the direction of the two regions.
- an entrance and exit detection device includes a dielectric layer, a first electrode layer disposed on a first surface of the dielectric layer, and including a plurality of first electrode patterns arranged in a first direction, and facing the first surface.
- a second electrode layer disposed on a second surface of the dielectric layer, wherein at least one selected from the plurality of first electrode patterns and the first region overlapping the second electrode layer are selected from the plurality of first electrode patterns;
- a capacitance detector configured to detect a change in capacitance having a time difference in a second region where at least one and the second electrode layer overlap each other;
- a direction detecting unit connected to the capacitance detecting unit and detecting a moving direction based on the time difference between the first area and the second area; And a controller for outputting a control signal according to the moving direction.
- the first direction may cross the moving direction.
- Orientation sensing apparatus has the following effects.
- a moving direction of an object may be sensed by comparing at least two regions having a time difference and varying capacitance between the first and second electrodes.
- the adult and the child may be distinguished according to the pressure applied to the capacitance detecting unit in which the capacitance changes.
- FIG. 1 is a block diagram of a direction detecting apparatus of the present invention.
- FIG. 2A is a perspective view of a capacitance detection unit of an embodiment of the present invention.
- FIG. 2B is a cross-sectional view of II ′ of FIG. 2A.
- 3 is a plan view showing a moving direction.
- 4A to 4D are cross-sectional views illustrating capacitance changes in the direction of FIG. 3.
- FIG. 5 is a graph showing the capacitance change of FIGS. 4A to 4D.
- 6A and 6B are plan views illustrating a case in which the moving direction is not detected.
- 7A to 7E are plan views illustrating shapes of the first electrode pattern of FIG. 2A.
- FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views of a capacitance detecting unit according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 9A is a perspective view of a capacitance detection unit according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 9B is a cross-sectional view of II-II 'of FIG. 9A.
- 9C and 9D are views illustrating a direction sensing method of FIG. 9A.
- FIG. 10 is a block diagram of an entrance and exit detection device to which the direction detection device of the present invention is applied.
- FIG. 11A and 11B illustrate an example in which the entrance and exit detection device of FIG. 10 is applied.
- first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
- the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
- FIG. 1 is a block diagram of a direction detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
- 2A is a perspective view of a capacitance detection unit according to an embodiment of the present invention
- FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2A.
- the direction sensing apparatus 100 compares the capacitance detecting unit 110 including at least two regions having a time difference and changing capacitance, and at least two regions having changing capacitance. It includes a direction detecting unit 120 for detecting a moving direction.
- the capacitance detecting unit 110 is disposed on the first surface of the dielectric layer 10 and the dielectric layer 10, and includes a plurality of first electrode patterns 20a, 20b, and 20c arranged in the first direction. And a first electrode layer 20 including 20d and a second electrode layer 30 disposed on the second surface of the dielectric layer 10 opposite the first surface.
- the second electrode layer 30 may be integrally formed, and the plurality of first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may completely overlap the second electrode layer 30 with the dielectric layer 10 therebetween.
- four first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d are illustrated, but the number of first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d is not limited thereto.
- the capacitance detection unit 110 When the capacitance detection unit 110 is applied with pressure to the capacitance detection unit 110 from the outside, the capacitance detection unit 110 of the dielectric layer 10 between the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 in the pressure is applied. A change in capacitance occurs.
- the external pressure may be, for example, a human foot. That is, when a person walks on the capacitance detecting unit 110, the capacitance of the dielectric layer 10 is changed by the pressure. At this time, the capacitance has a time difference and changes in at least two regions.
- a power failure is performed at a first time T1 in a first region where the first electrode pattern 20a and the second electrode layer 30 selected from the plurality of first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d overlap each other.
- the second region in which the selected first electrode pattern 20c and the second electrode layer 30 overlap with each other except the first electrode pattern 20a except for the first electrode pattern 20a is formed.
- the capacitance changes at two hours (T2> T1). That is, the first electrode pattern 20a corresponding to the first region and the first electrode pattern 20c corresponding to the second region are different from each other.
- FIG. 3 is a plan view illustrating a moving direction
- FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views illustrating capacitance changes in the direction of FIG. 3.
- 5 is a graph showing the capacitance change of FIGS. 4A to 4D.
- pressure may be applied to the capacitance detecting unit 110.
- the sole of the person may apply pressure to two different first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d among the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d. Pressing one electrode pattern 20a, 20b, 20c, and 20d in turn is shown.
- the capacitance C1 of the dielectric layer 10 is changed between the first electrode pattern 20a and the second electrode layer 30 at the time T1.
- the capacitance C2 of the dielectric layer 10 corresponding to the second electrode pattern 20b and the second electrode layer 30 changes at a time T2 (T2> T1).
- the capacitance C3 of the dielectric layer 10 is changed between the third electrode pattern 20c and the second electrode layer 30 at the time T3 (T3> T2), and finally at the time T4 (T4> T3).
- the capacitance C4 changes between the first electrode pattern 20d and the second electrode layer 30.
- the direction detecting unit 120 connected to the capacitance detecting unit 110 receives the information of the region in which the capacitance is changed, and finally, in the region in which the capacitance is changed, that is, in the first electrode pattern 20a, lastly It can be determined that the person has moved in the region where the capacitance is changed, that is, in the direction of the fourth electrode pattern 20d.
- the capacitance detecting unit 110 may determine the moving direction by using information of at least two regions in which the capacitance changes.
- the human foot must apply pressure to at least two different first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d.
- 6A and 6B are plan views illustrating a case in which the moving direction is not detected.
- the human foot when the length of a human foot is wider than the width of the first electrode pattern 20a, the human foot applies pressure to only one first electrode pattern 20a. Therefore, the moving direction cannot be detected.
- 6B when the gap between the adjacent first electrode patterns 20a and 20b is too wide, the human foot applies pressure only to the dielectric layer 10 between the first electrode patterns 20a and 20b. There is no change in capacity. Therefore, the width of the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d and the spacing between the adjacent first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d should have a predetermined range.
- the width a of the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may be 10 mm or more and less than 120 mm in consideration of the length of a human foot.
- the interval b between the adjacent first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may be 5 mm or more and less than 60 mm.
- two adjacent first first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d are disposed so that a human foot applies pressure to at least two first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d.
- An interval c between the electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may be less than 130 mm.
- the dielectric layer 10 may be a material having elastic restoring force, since the dielectric layer 10 needs to be restored again after the pressure is applied.
- the dielectric layer 10 is not easy to measure the capacitance change value if the thickness is not restored to the initial thickness within 3 seconds after the thickness is reduced by 50% or more. That is, when the thickness of the dielectric layer 10 is too thin or thick, it is difficult to measure the capacitance value or the dielectric layer 10 may be deformed by pressure and may not be restored. Therefore, the thickness d of the dielectric layer 10 may be 0.5 mm or more and 30 mm or less.
- some widths of the plurality of first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may be different from each other, or widths of the plurality of first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may be different from each other.
- the plurality of first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may have the same width.
- the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may have various shapes.
- 7A to 7E are plan views illustrating various forms of the first electrode pattern of FIG. 2A.
- the first electrode patterns 20a, 20b, 20c and 20d may have a rod shape having the same width, or as shown in FIG. 7B, the plurality of first electrode patterns 20a, 20b, 20c and 20d may be formed. They can all have different widths.
- the front of the foot or the heel may apply pressure to at least two different first electrode patterns 20a, 20b, 20e, and 20f.
- the widths of the first electrode patterns 20a, 20b, 20e, and 20f and the center first electrode patterns 20c and 20d may be different from each other.
- first, second, fifth, and sixth first electrode patterns 20a when six first electrode patterns 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, and 20f are arranged along the first direction, the first, second, fifth, and sixth first electrode patterns 20a,
- the widths of the 20b, 20e, and 20f may be narrower than the widths of the third and fourth first electrode patterns 20c and 20d. That is, when n (n is a natural number of 2 or more) is arranged in the first direction of the first electrode pattern, the widths of the first, second, n-1th, and nth first electrode patterns are third to n ⁇ It is narrower than the width of a 3rd 1st electrode pattern.
- the width a of the first, second, n-1 th and n th first electrode patterns 20a, 20b, 20e, and 20f may be selected from 10 mm or more and less than 30 mm.
- an interval between the first first electrode pattern 20a and the second first electrode pattern 20b and an interval between the n ⁇ 1 th first electrode pattern 20e and the n th first electrode pattern 20f ( b) is at least 5 mm and may be selected from less than 15 mm.
- an interval between two adjacent first electrode patterns with the first electrode pattern selected from among the first, second, n-1th and nth first electrode patterns 20a, 20b, 20e, and 20f interposed therebetween. (c) is less than 40 mm.
- the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may be formed in a zigzag form, or as shown in FIG. 7E, the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d may be in the form of waves.
- the shape of the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d is not limited thereto.
- the second electrode layer 30 may also include a plurality of second electrode patterns like the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d.
- FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views of a capacitance detecting unit according to another embodiment of the present invention.
- the plurality of second electrode patterns 30a, 30b, 30c, and 30d are arranged in a first direction in which the second electrode layer 30 is parallel to the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d. It may include.
- the width of the second electrode patterns 30a, 30b, 30c, and 30d is equal to or greater than 10 mm and less than 120 mm, such as the width of the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d.
- 20a, 20b, 20c, and 20d and the second electrode patterns 30a, 30b, 30c, and 30d may be completely overlapped with the dielectric layer 10 interposed therebetween.
- first electrode layer 20 is disposed on the dielectric layer 10 in the drawing, as shown in FIG. 8B, the first electrode layer 20 is disposed below the dielectric layer 10, and the dielectric layer 10 is disposed.
- An integral second electrode layer 30 may be disposed on the upper portion of the second electrode layer 30.
- FIG. 9A is a perspective view of a capacitance detecting unit according to still another embodiment of the present invention
- FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 9A.
- 9C and 9D illustrate the direction sensing method of FIG. 9A.
- the first electrode patterns 20a, 20b, 20c and 20d of the first electrode layer 20 and the second electrode patterns 30a, 30b, 30c and 30d of the second electrode layer 30 may be formed.
- the dielectric layers 10 may intersect with each other. That is, the first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d are arranged along the first direction, and the second electrode patterns 30a, 30b, 30c, and 30d are arranged along the second direction crossing the first direction. Can be. In this case, the movement in the diagonal direction can be detected.
- FIG. 9C since the first electrode patterns 20a, 20b, 20c and 20d and the second electrode patterns 30a, 30b, 30c and 30d cross each other, FIG. 9D when a person moves in the C direction. As described above, C1, C2, and C3 are changed in sequence. Therefore, the movement of the person in the diagonal direction can be detected.
- the direction detecting apparatus according to the embodiment of the present invention as described above may be applied to various application fields.
- FIG. 10 is a block diagram of an entrance and exit detection device to which the direction detection device of the present invention is applied.
- 11A and 11B illustrate an example in which the entrance and exit detection device of FIG. 10 is applied.
- the entrance and exit detection device 200 includes a capacitance detection unit 110, a direction detection unit 120, and a controller 130.
- the capacitance detecting unit 110 may be included in a mat or a sheet, and the direction detecting unit 120 and the control unit 130 may be included in a separate device.
- the capacitance detecting unit 110 corresponds to the capacitance detecting unit 110 described with reference to FIGS. 1 to 9. That is, the capacitance detecting unit 110 is disposed on the dielectric layer 10 and the first surface of the dielectric layer 10 and includes a plurality of first electrode patterns 20a, 20b, 20c, and 20d arranged in the first direction. A first electrode layer 20 and a second electrode layer 30 disposed on a second surface of the dielectric layer 10 opposite to the first surface, wherein the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 overlap each other. Capacitance changes in at least two regions.
- the direction detecting unit 120 may be connected to the capacitance detecting unit 110 to detect a moving direction by comparing the time at which the capacitance changes in at least two areas.
- the controller 130 outputs a control signal according to the detected movement direction.
- the control signal may be an alarm signal or a lock signal.
- the capacitance detecting unit 110 when a mat or a sheet including the capacitance detecting unit 110 is disposed at the front door, when a person leaves and applies pressure to the mat or the sheet, the capacitance detecting unit 110 includes at least two areas. Changes in capacitance.
- the direction detecting unit 120 may determine a moving direction of the person, that is, whether or not to leave the control unit, and the control unit 130 may cut off electricity and gas in the building.
- the capacitance detecting unit 110 changes the capacitance in at least two areas.
- the direction detecting unit 120 determines a moving direction of the person, that is, whether or not to enter the room, and the control unit 130 may allow electricity, gas, and the like in the building.
- the capacitance detection unit 110 may distinguish between the adult and the child according to the pressure applied, and accordingly, the control signal may also vary.
- the control signal may further include a viewing age restriction of the TV.
- the entrance and exit detection device may be disposed such that a first direction in which the first electrode patterns of the capacitance detecting unit 110 are arranged intersects with a direction in which a person moves.
- the direction sensing apparatus of the present invention may detect a moving direction of an object by comparing at least two regions having a time difference and varying capacitance between the first and second electrodes.
- the adult and the child may be classified according to the pressure applied to the capacitance detecting unit 110.
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Abstract
본 발명의 한 실시 예에 따른 방향 감지 장치는 유전층, 상기 유전층의 제 1면에 배치되며 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 1 전극 패턴을 포함하는 제 1 전극층 및 상기 제 1 면과 대향되는 상기 유전층의 제 2 면에 배치된 제 2 전극층을 포함하며, 상기 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 1 영역과, 나머지 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 2 영역에서 시간차를 가지며 정전 용량이 변하는 것을 검출하는 정전 용량 검출부; 및 상기 정전 용량 검출부와 연결되어, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에서의 상기 시간차에 기초하여 이동 방향을 감지하는 방향 감지부를 포함한다.
Description
본 발명은 방향 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시트 또는 매트형 방향 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 방향을 감지하는 기능은 영상 표시 장치, 자동차, 전자 기기 등과 같은 장치에 추가로 적용되어 부가적인 기능을 수행하는데 국한되어 있었다.
그런데, 최근 가정용 안전 장치뿐만 아니라 다양한 응용 분야에서 방향을 감지하기 위한 장치가 요구되고 있다. 예를 들어, 건물의 입구에 방향 감지 장치를 설치하여 건물 내에 사람이 있는지 없는지 감지함으로써 건물의 전기, 가스 등을 자동으로 차단할 수 있다.
그러나, 방향 감지를 위해 새로운 기술을 개발하는 데는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정전 용량 변화를 이용하여 방향 감지 기능이 가능한 방향 감지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시 예에 따른 방향 감지 장치는 유전층, 상기 유전층의 제 1면에 배치되며 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 1 전극 패턴을 포함하는 제 1 전극층 및 상기 제 1 면과 대향되는 상기 유전층의 제 2 면에 배치된 제 2 전극층을 포함하며, 상기 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 1 영역과, 나머지 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 2 영역에서 시간차를 가지며 정전 용량이 변하는 것을 검출하는 정전 용량 검출부; 및 상기 정전 용량 검출부와 연결되어, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에서의 상기 시간차에 기초하여 이동 방향을 감지하는 방향 감지부를 포함한다.
상기 방향 감지부가 제 1 시간(T1)에 정전 용량이 변한 제 1 영역과 제 2 시간(T2>T1)에 정전 용량이 변한 제 2 영역을 비교하여, 상기 방향 감지부는 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역 방향으로 물체가 이동했다고 판단할 수 있다.
본 발명의 한 실시 예에 따른 입, 퇴실 감지 장치는 유전층, 상기 유전층의 제 1면에 배치되며 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 1 전극 패턴을 포함하는 제 1 전극층 및 상기 제 1 면과 대향되는 상기 유전층의 제 2 면에 배치된 제 2 전극층을 포함하며, 상기 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 1 영역과, 나머지 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 2 영역에서 시간차를 가지며 정전 용량이 변하는 것을 검출하는 정전 용량 검출부; 상기 정전 용량 검출부와 연결되어, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에서의 상기 시간차에 기초하여 이동 방향을 감지하는 방향 감지부; 및 상기 이동 방향에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
상기 제 1 방향은 이동 방향과 교차할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방향 감지 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 시간차를 가지며 제 1, 제 2 전극 사이에 정전 용량이 변하는 적어도 두 영역을 비교하여 물체의 이동 방향을 감지할 수 있다.
둘째, 정전 용량이 변하는 정전 용량 검출부에 가해진 압력에 따라 성인 및 어린이를 구분할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방향 감지 장치의 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 한 실시 예의 정전 용량 검출부의 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 3은 이동 방향을 나타내는 평면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 방향에 따른 정전 용량 변화를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4a 내지 도 4d의 정전 용량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 이동 방향을 검출하지 못하는 경우를 나타낸 평면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 도 2a의 제 1 전극 패턴의 형태를 나타낸 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시 예의 정전 용량 검출부의 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시 예의 정전 용량 검출부의 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다.
도 9c 및 도 9d는 도 9a의 방향 감지 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 방향 감지 장치가 적용되는 입, 퇴실 감지 장치의 블록도이다.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 입, 퇴실 감지 장치가 적용되는 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예의 방향 감지 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 방향 감지 장치의 블록도이다. 그리고, 도 2a는 본 발명의 한 실시 예의 정전 용량 검출부의 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 방향 감지 장치(100)는 시간차를 가지며 정전 용량이 변하는 적어도 두 영역을 포함하는 정전 용량 검출부(110)와, 정전 용량이 변하는 적어도 두 영역을 비교하여 이동 방향을 감지하는 방향 감지부(120)를 포함한다.
정전 용량 검출부(110)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 유전층(10), 유전층(10)의 제 1면에 배치되며, 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)을 포함하는 제 1 전극층(20) 및 제 1 면과 대향되는 유전층(10)의 제 2 면에 배치된 제 2 전극층(30)을 포함한다. 이 때, 제 2 전극층(30)은 일체형으로 이루어져, 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)은 유전층(10)을 사이에 두고 제 2전극층(30)과 완전히 중첩될 수 있다. 그리고, 도면에서는 4 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)을 도시하였으나, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 개수는 이에 한정하지 않는다.
상기와 같은 정전 용량 검출부(110)는 외부로부터 정전 용량 검출부(110)에 압력이 가해지면, 압력이 가해지는 영역에서 제 1 전극층(20)과 제 2 전극층(30) 사이의 유전층(10)의 정전 용량의 변화가 발생한다. 이 때, 외부의 압력은 예를 들어, 사람의 발일 수 있다. 즉, 사람이 정전 용량 검출부(110)를 밟고 지나가는 경우, 압력에 의해 유전층(10)의 정전 용량이 변한다. 이 때, 정전 용량은 시간차를 가지며 적어도 두 영역에서 변한다.
예를 들어, 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d) 중 선택된 제 1 전극 패턴(20a)과 제 2 전극층(30)이 중첩되는 제 1 영역에서 제 1 시간(T1)에 정전 용량이 변한 후, 제 1 전극 패턴(20a)을 제외한 나머지 제 1 전극 패턴(20b, 20c, 20d) 중 선택된 제 1 전극 패턴(20c)과 제 2 전극층(30)이 중첩되는 제 2 영역은 제 2 시간(T2>T1)에 정전 용량이 변한다. 즉, 제 1 영역에 대응되는 제 1 전극 패턴(20a)과 제 2 영역에 대응되는 제 1 전극 패턴(20c)이 서로 다르다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 이동 방향을 검출하는 방법에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 이동 방향을 나타내는 평면도이며, 도 4a 내지 도 4d는 도 3의 방향에 따른 정전 용량 변화를 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 5는 도 4a 내지 도 4d의 정전 용량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3과 같이, 방향 감지 장치를 지나가며 사람이 A 방향으로 이동할 때, 정전 용량 검출부(110)에 압력을 가할 수 있다. 이 때, 사람의 발바닥은 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d) 중 서로 다른 두 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)에 압력을 가할 수 있으며, 도면에서는 네 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)을 차례로 가압하는 것을 도시하였다.
즉, 시간차를 가지며 첫 번째 제 1 전극 패턴(20a), 두 번째 제 1 전극 패턴(20b), 세 번째 제 1 전극 패턴(20c) 및 네 번째 전극 패턴(20d)에 차례로 압력이 가해진다.
구체적으로, 도4a내지 도 4d 및 도 5를 참조하면, T1 시간에 첫 번째 전극 패턴(20a)과 제 2 전극층(30) 사이에서 유전층(10)의 정전 용량(C1)이 변한다. 그리고, T2(T2>T1) 시간에 두 번째 전극 패턴(20b)과 제 2 전극층(30) 사이에 대응되는 유전층(10)의 정전 용량(C2)이 변한다. 이어, T3(T3>T2) 시간에 세 번째 전극 패턴(20c)과 제 2 전극층(30) 사이에서 유전층(10)의 정전 용량(C3)이 변하고, 마지막으로 T4(T4>T3) 시간에 네 번째 전극 패턴(20d)과 제 2 전극층(30) 사이에서 정전 용량(C4)이 변한다.
그리고, 정전 용량 검출부(110)와 연결된 방향 감지부(120)는 정전 용량이 변한 영역의 정보를 전달받아, 첫 번째로 정전 용량이 변한 영역, 즉, 첫 번째 전극 패턴(20a)에서 마지막으로 정전 용량이 변한 영역, 즉 네 번째 전극 패턴(20d) 방향으로 사람이 이동했다고 판단할 수 있다.
즉, 본 발명 실시 예의 정전 용량 검출부(110)는 정전 용량이 변하는 적어도 두 영역의 정보를 이용하여 이동 방향을 판단할 수 있다. 이를 위해, 사람의 발은 서로 다른 적어도 두 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)에 압력을 가해야 한다.
도 6a 및 도 6b는 이동 방향을 검출하지 못하는 경우를 나타낸 평면도이다.
도 6a와 같이, 사람의 발의 길이가 제 1 전극 패턴(20a)의 폭보다 넓은 경우, 사람의 발이 하나의 제 1 전극 패턴(20a)에만 압력을 가하게 된다. 따라서, 이동 방향을 검출할 수 없다. 그리고, 도 6b와 같이, 인접한 제 1 전극 패턴(20a, 20b) 사이의 간격이 너무 넓은 경우에는 사람의 발이 제 1 전극 패턴(20a, 20b) 사이의 유전층(10)에만 압력을 가하므로, 정전 용량의 변화가 없다. 따라서, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 폭 및 인접한 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 이격 간격이 일정 범위를 가져야 한다.
이를 위해, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 폭(a)은 사람의 발의 길이를 고려하여10㎜ 이상이며 120㎜ 미만일 수 있다. 또한, 인접한 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 사이의 간격(b)은 5 ㎜ 이상이며 60 ㎜ 미만일 수 있다. 특히, 사람의 발이 적어도 두 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)에 압력을 가하도록 하나의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)을 사이에 두고 인접한 두 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)사이의 간격(c)이 130㎜ 미만일 수 있다.
그리고, 유전층(10)은 압력이 가해진 후 다시 복원 되야 하므로, 탄성 복원력을 갖는 물질일 수 있다. 특히, 유전층(10)은 압력에 의해 두께가 50% 이상 감소된 후 3초 이내 초기 두께로 복원되지 않을 경우 정전 용량 변화 값 측정이 용이하지 않다. 즉, 유전층(10)의 두께가 너무 얇거나 두꺼운 경우에는 정전 용량 값을 측정하기 어렵거나 유전층(10)이 압력에 의해 변형되어 복원되지 않을 수 있다. 따라서, 유전층(10)의 두께(d)는 0.5㎜ 이상이며 30㎜이하일 수 있다.
특히, 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d) 중 일부의 폭이 서로 상이하거나, 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 폭이 모두 상이할 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)이 모두 동일한 폭을 가질 수 있다. 그리고, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)은 다양한 형태일 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 도 2a의 제 1 전극 패턴의 다양한 형태를 나타낸 평면도이다.
도 7a와 같이, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)은 동일한 폭을 갖는 막대 형태로 이루어지거나, 도 7b와 같이, 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)이 모두 다른 폭을 가질 수 있다.
또한, 도 7c와 같이, 사람이 가장자리만 밟았을 경우에도 발 앞부분 또는 뒤꿈치가 적어도 두 개의 서로 다른 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20e, 20f)에 압력을 가할 수 있도록 정전 용량 검출부의 가장자리의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20e, 20f)과 중앙의 제 1 전극 패턴(20c, 20d)의 폭이 서로 상이할 수 있다.
구체적으로, 제 1 방향을 따라 여섯 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f)이 배열된 경우, 첫 번째, 두 번째, 다섯 번째 및 여섯 번째 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20e, 20f)의 폭이 세 번째 및 네 번째 제 1 전극 패턴(20c, 20d)의 폭보다 좁을 수 있다. 즉, 제 1 전극 패턴이 제 1 방향을 따라 n(n은 2 이상의 자연수)개가 배열된 경우, 첫 번째, 두 번째, n-1 번째 및 n 번째 제 1 전극 패턴의 폭이 세 번째 내지 n-3번째 제 1 전극 패턴의 폭보다 좁다.
이 때, 첫 번째, 두 번째, n-1 번째 및 n 번째 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20e, 20f)의 폭(a)은 10㎜ 이상이며 30㎜ 미만에서 선택될 수 있다. 그리고, 첫 번째 제 1 전극 패턴(20a)과 두 번째 제 1 전극 패턴(20b) 사이의 간격 및 n-1 번째 제 1 전극 패턴(20e)과 n 번째 제 1 전극 패턴 사이(20f)의 간격(b)은 5 ㎜ 이상이며 15 ㎜미만에서 선택될 수 있다. 또한, 첫 번째, 두 번째, n-1 번째 및 n 번째 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20e, 20f) 중 선택된 하나의 제 1 전극 패턴을 사이에 두고 인접한 두 개의 제 1 전극 패턴 사이의 간격(c)은 40㎜미만이다.
또한, 도 7d과 같이, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)은 지그재그 형태로 이루어지거나, 도 7e와 같이, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)은 물결 형태일 수 있으며, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 형태는 이에 한정하지 않는다.
그리고, 제 2 전극층(30) 역시 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)과 같이 복수 개의 제 2 전극 패턴을 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시 예의 정전 용량 검출부의 단면도이다.
도 8a와 같이, 제 2 전극층(30)이 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)과 평행하는 제1 방향으로 배열된 복수 개의 제 2 전극 패턴(30a, 30b, 30c, 30d)을 포함할 수 있다. 이 때, 제 2 전극 패턴(30a, 30b, 30c, 30d)의 폭은 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)의 폭과 같이 10㎜ 이상이며 120㎜ 미만이고, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)과 제 2 전극 패턴(30a, 30b, 30c, 30d)이 유전층(10)을 사이에 두고 완전히 중첩될 수 있다.
또한, 도면에서는 제 1 전극층(20)이 유전층(10)의 상부에 배치된 것을 도시하였으나, 도 8b와 같이, 제 1 전극층(20)이 유전층(10)의 하부에 배치되고, 유전층(10)의 상부에 일체형의 제 2 전극층(30)이 배치될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예의 정전 용량 검출부를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시 예의 정전 용량 검출부의 사시도이며, 도 9b는 도 9a의 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다. 그리고, 도 9c 및 도 9d는 도 9a의 방향 감지 방법을 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b와 같이, 제 1 전극층(20)의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)과 제 2 전극층(30)의 제 2 전극 패턴(30a, 30b, 30c, 30d)은 유전층(10)을 사이에 두고 교차할 수 있다. 즉, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)은 제 1 방향을 따라 배열되고, 제 2 전극 패턴(30a, 30b, 30c, 30d)은 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 배열될 수 있다. 이 경우, 대각 방향의 이동을 검출할 수 있다.
즉, 도 9c와 같이, 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)과 제 2 전극 패턴(30a, 30b, 30c, 30d)은 서로 교차하므로, 사람이 C 방향으로 이동한 경우에 도 9d와 같이, C1, C2, C3가 차례로 변하게 된다. 따라서, 사람의 대각 방향의 이동을 검출할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 방향 감지 장치는 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 방향 감지 장치가 적용되는 입, 퇴실 감지 장치의 블록도이다. 그리고, 도 11a 및 도 11b는 도 10의 입, 퇴실 감지 장치가 적용되는 예를 나타낸 도면이다.
도 10과 같이, 입, 퇴실 감지 장치(200)는 정전 용량 검출부(110), 방향 감지부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 예를 들어, 정전 용량 검출부(110)는 매트 또는 시트 내에 포함되며, 방향 감지부(120) 및 제어부(130)는 별도의 장치 내에 포함될 수 있다.
정전 용량 검출부(110)는 도 1 내지 도 9에서 설명한 정전 용량 검출부(110)에 대응된다. 즉, 정전 용량 검출부(110)는 유전층(10), 유전층(10)의 제 1 면에 배치되며, 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 1 전극 패턴(20a, 20b, 20c, 20d)을 포함하는 제 1 전극층(20) 및 제 1 면과 대향되는 유전층(10)의 제 2 면에 배치된 제 2 전극층(30)을 포함하여 이루어져, 제 1 전극층(20)과 제 2 전극층(30)이 중첩되는 적어도 두 영역에서 정전 용량이 변한다.
그리고, 방향 감지부(120)는 정전 용량 검출부(110)와 연결되어, 적어도 두 영역에서 정전 용량이 변한 시간을 비교하여 이동 방향을 감지할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 검출된 이동 방향에 따라 제어 신호를 출력한다. 이 때, 제어 신호는 알람 신호 또는 잠금 신호일 수 있다.
구체적으로, 도 10a와 같이, 정전 용량 검출부(110)를 포함하는 매트 또는 시트가 현관에 배치된 경우, 사람이 퇴실하며 매트 또는 시트에 압력을 가하는 경우, 정전 용량 검출부(110)는 적어도 두 영역에서 정전 용량이 변한다. 그리고, 방향 감지부(120)가 사람의 이동 방향, 즉 퇴실 여부를 판단하며, 제어부(130)가 건물 내의 전기, 가스 등을 차단할 수 있다.
반대로, 도 10b와 같이, 사람이 입실하며 매트 또는 시트에 압력을 가하는 경우, 정전 용량 검출부(110)는 적어도 두 영역에서 정전 용량이 변한다. 그리고, 방향 감지부(120)가 사람의 이동 방향, 즉 입실 여부를 판단하며, 제어부(130)가 건물 내의 전기, 가스 등을 허용할 수 있다.
특히, 정전 용량 검출부(110)는 가해지는 압력에 따라 성인 및 어린이를 구별할 수 있으며, 이에 따라 제어 신호도 달라질 수 있다. 예를 들어, 어린이의 입, 퇴실의 경우에 제어 신호는 TV의 시청 연령 제한을 더 포함할 수 있다. 더욱이, 입, 퇴실 감지 장치는 정전 용량 검출부(110)의 제 1 전극 패턴이 배열된 제 1 방향이 사람이 이동하는 방향과 교차하도록 배치될 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 본 발명의 방향 감지 장치는 시간차를 가지며 제 1, 제 2 전극 사이에 정전 용량이 변하는 적어도 두 영역을 비교하여 물체의 이동 방향을 감지할 수 있다. 또한, 정전 용량 검출부(110)에 가해진 압력에 따라 성인 및 어린이를 구분할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (16)
- 유전층, 상기 유전층의 제 1면에 배치되며 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 1 전극 패턴을 포함하는 제 1 전극층 및 상기 제 1 면과 대향되는 상기 유전층의 제 2 면에 배치된 제 2 전극층을 포함하며, 상기 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 1 영역과, 나머지 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 2 영역에서 시간차를 가지며 정전 용량이 변하는 것을 검출하는 정전 용량 검출부; 및상기 정전 용량 검출부와 연결되어, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에서의 상기 시간차에 기초하여 이동 방향을 감지하는 방향 감지부를 포함하는 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 방향 감지부가 제 1 시간(T1)에 정전 용량이 변한 제 1 영역과 제 2 시간(T2>T1)에 정전 용량이 변한 제 2 영역을 비교하여, 상기 방향 감지부는 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역 방향으로 물체가 이동했다고 판단하는 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 정전 용량 검출부는 적어도 두 영역에서 정전 용량이 변하며, 상기 적어도 두 영역은 서로 다른 제 1 전극 패턴과 중첩되는 영역인 방향 감지 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 방향 감지부는 상기 적어도 두 영역 중 처음으로 정전 용량이 변한 영역에서 마지막으로 정전 용량이 변한 영역으로 물체가 이동했다고 판단하는 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극 패턴은 막대 형태, 지그재그 형태, 물결 형태 중 선택된 형태인 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수 개의 제 1 전극 패턴의 폭이 모두 동일한 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 적어도 일부의 폭이 상이한 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극 패턴의 폭은 10㎜ 이상이며 120㎜ 미만인 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,인접한 상기 제 1 전극 패턴 사이의 간격은 5㎜ 이상이며 60㎜ 미만인 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수 개의 제 1 전극 패턴이 제 1 방향을 따라 n(n은 자연수)개가 배열된 경우, 첫 번째, 두 번째, n-1 번째 및 n 번째 상기 제 1 전극 패턴의 폭이 세 번째 내지 n-3번째 제 1 전극 패턴의 폭보다 좁은 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극 층은 상기 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 2 전극 패턴을 포함하는 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극 층은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수 개의 제 2 전극 패턴을 포함하는 방향 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서,제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극 층은 일체형으로 이루어진 방향 감지 장치.
- 유전층, 상기 유전층의 제 1면에 배치되며 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 1 전극 패턴을 포함하는 제 1 전극층 및 상기 제 1 면과 대향되는 상기 유전층의 제 2 면에 배치된 제 2 전극층을 포함하며, 상기 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 1 영역과, 나머지 복수 개의 제 1 전극 패턴 중 선택된 적어도 하나와 상기 제 2 전극층이 중첩되는 제 2 영역에서 시간차를 가지며 정전 용량이 변하는 것을 검출하는 정전 용량 검출부;상기 정전 용량 검출부와 연결되어, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에서의 상기 시간차에 기초하여 이동 방향을 감지하는 방향 감지부; 및상기 이동 방향에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 입, 퇴실 감지 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1 방향은 이동 방향과 교차하는 입, 퇴실 감지 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 제어 신호는 알람 신호 또는 잠금 신호인 입, 퇴실 감지 장치.
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