KR100642497B1 - 전기적 접촉센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기적 접촉센서를 공개한다. 이 전기적 접촉센서는 적어도 하나 이상의 접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드에 대한 접촉 물체의 접촉 유무에 따라 서로 다른 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 접촉 신호 발생부와, 상기 접촉 신호 발생부의 출력 신호의 펄스폭에 상응하는 전압을 발생하는 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 전도성이 충분하지 않더라도 일정이상의 전하 축적 능력을 가진 접촉 물체이면 접촉 유무를 정확하게 판단할 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 제공하여 준다. 또한 하나의 접촉 패드만으로도 접촉 물체의 접촉 유무를 판단할 수 있도록 하여 제품의 레이아웃을 감소시켜 준다.

Description

전기적 접촉센서{electrical touch sensor}
도 1a는 종래의 기술에 따른 전기적 접촉센서의 회로도를 도시한 도면.
도 1b는 도 1a의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉하지 않았을 경우의 동작 회로도.
도 1c는 도 1a의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉한 경우의 동작 회로도.
도 2는 도 1의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉된 경우와 접촉되지 않은 경우의 전기적 접촉센서의 출력 레벨 변화를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 기술에 따른 전기적 접촉센서의 회로도를 도시한 도면.
도 4a는 도 3의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉하지 않았을 경우의 동작 회로도.
도 4b는 도 3의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉하지 않은 경우의 신호 파형도를 도시한 도면.
도 4c는 도 3의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉한 경우의 동작 회로도.
도 4d는 도 3의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉한 경우의 신호 파형도를 도시한 도면.
도 5는 도 3의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉된 경우와 접촉되지 않은 경우의 전기적 접촉센서의 출력 레벨 변화를 도시한 도면.
도 6은 도 3의 전기적 접촉센서에 추가되는 디지털 신호 발생장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 7은 도 3의 전기적 접촉센서에 추가되는 디지털 신호 발생장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 8a는 본 발명의 전기적 접촉센서를 이용하는 무선 마우스 장치를 도시한 도면.
도 8b는 8a의 무선 마우스 장치의 동작 전원 제어 방법을 도시한 도면.
본 발명은 접촉센서에 관한 것으로, 특히 접촉 물체의 접촉 유무를 전기적으로 감지하여 통보하는 전기적 접촉센서에 관한 것이다.
일반적으로 접촉센서는 크게 기구적 방법으로 동작하는 푸시버튼과 비기구적 방법으로 동작하는 전기적 접촉센서로 나뉜다.
푸시버튼은 제품의 생산 비용이 저렴한 반면에 사용자의 선택을 감지하기 위한 기구적 접점과 버튼의 복원력을 위한 스프링 장치를 필요로 하게 되어, 제품의 소형화가 어려울 뿐만 아니라 구조도 복잡한 단점이 있으며, 전기적 접촉센서는 제품의 생산 비용은 푸시 버튼에 비해 많이 소요되나 소형화에 더 유리한 장점을 제 공한다.
본 발명에서 특히 관심을 가지는 분야는 전기적 접촉센서에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1c은 종래의 기술에 따른 전기적 접촉센서를 도시한 도면이다.
도 1a는 전기적 접촉센서의 회로도이며, 도 1b 접촉 물체가 접촉하지 않았을 경우의 전기적 접촉센서의 동작 회로도이며, 도 1c는 접촉 물체가 접촉한 경우의 전기적 접촉센서의 동작 회로도이다.
계속하여 도 1a를 참조하면, 전기적 접촉센서는 접촉 물체가 접촉되는 두개의 접촉 패드들(또는 접촉 핀들)(PAD1, PAD2)과, 접촉물체로부터 전달되는 정전기로부터 내부 회로를 보호하기 위한 제 1 저항(R1)과, 능동 소자 N형 FET(Q1)와, N형 FET(Q1)의 바이어스 전압 설정을 위한 제 2 저항(R2)과, N형 FET(Q1)의 부하(load)가 되는 제 3 저항(RL)과, N형 FET(Q1)의 출력 전압을 버퍼하는 출력 버퍼(B1)를 구비한다.
이와 같은 전기적 접촉센서에 접촉 물체가 접촉하지 않으면, 도 1b도 1c 같이, 접촉 패드들(PAD1, PAD2)은 개방상태가 되며, 이에 따라 N형 FET(Q1)의 게이트는 제 2 저항(R2)을 통해 접지전압과 연결된다.
접지 전압과 게이트가 연결된 N형 FET(Q1)는 오프가 되고, N형 FET(Q1) 및 제 3 저항(RL)을 통한 전류의 흐름은 없게 된다. 이에 N형 FET(Q1)의 드레인에는 전원 전압(VDD)이 인가되고, 출력 버퍼(B1)는 N형 FET(Q1)의 드레인에 인가된 전원 전압(VDD)을 입력 받아 "H" 신호를 발생하여 출력한다.
반면에 전기적 접촉센서에 접촉 물체가 접촉하게 되면, 전기적 접촉센서는 도 1c의 동작 회로도를 가지게 된다.
이때의 접촉 물체는 일반적으로 전도성이 있는 저항체인 사람의 손가락이 된다.
계속하여 도 1c를 참조하면, 두개의 접촉 패드들(PAD1, PAD2)은 저항체(RH)를 통해 연결되며, 저항체(RH)를 통해서 전원 전압(VDD)과 접지 전압(VGND)의 전압차에 의해 발생된 전류가 흐르게 된다. 이하에서는 접촉 패드에 접속된 사람의 저항체(RH)를 제 4 저항(RH)으로 칭하기로 한다.
그러면 N형 FET(Q1)의 게이트에는 "전원 전압(VDD) × 제 2 저항(R2)/(제 1 저항(R1) + 제 4 저항(RH))"의 전압이 인가되게 된다.
그리고 N형 FET(Q1)의 게이트에 인가되는 전압이 N형 FET(Q1)의 문턱 전압(Threshold Voltage ; 이하 Vth)보다 크게 되면, N형 FET(Q1)는 온이 되어 N형 FET(Q1)와 제 3 저항(RL)을 통해서 "A × (VG - Vth)2"의 드레인 전류(IL)가 흐르게 된다. 이때 A는 각 FET의 고유 상수값이고, Vth는 각 FET의 문턱 전압값이다.
즉, N형 FET(Q1)의 드레인에는 "전원 전압(VDD) - 드레인 전류(IL)× 제 3 저항(RL)"의 전압(VD)이 인가되게 된다.
특히, N형 FET(Q1)의 게이트에 "드레인 전류(IL) × 제 3 저항(RL) > 전원 전압(VDD)"으로 계산되는 드레인 전류(IL)를 흐르게 하는 전압이 인가되면, N형 FET(Q1)의 드레인 전압은 "0"이 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 두개의 접촉 패드들(PAD1, PAD2)에 충분히 작은 저항값을 가지는 접촉 물체가 접촉하게 되면, N형 FET(Q1)의 드레인에는 "0"에 근접한 값을 가지는 드레인 전압이 발생하게 되고, 드레인 전압은 출력 버퍼(B1)를 거쳐서 "L" 신호로 출력된다.
이와 같이 종래의 전기적 접촉센서는 두개의 접촉 패드를 구비하고, 전도성 이 있는 접촉 물체가 동시에 두 접촉 패드에 접촉되면 이를 전기적으로 감지하고, 이에 따른 신호를 발생하여 출력하여 주었다.
종래의 전기적 접촉센서는 기구적 구성없이 순수히 전기적 접촉으로만 접촉 사실을 전기적 신호로 변환하여 각종 전기 전자 기기에 응용할 수 있도록 하였으나, 접촉 물체의 접촉을 감지하기 위해서는 반드시 두개의 접촉 패드를 필요로 하였다.
이상과 같이 종래의 전기적 접촉센서는 두개의 접촉 패드를 반드시 구비해야 함에 따라 소형화의 한계가 있었으며, 두개의 접촉 패드에 접촉되는 접촉 물체도 반드시 전도성을 가진 물체여야 하는 제약을 가진다.
이에 사람의 손가락이 전기적 접촉 패드에 접촉되었으나, 사람이 비전도성을 가지는 장갑을 끼거나, 맨손이라 할지라도 손의 표면이 건조하여 충분한 전도성을 가지게 못하게 되면, 전기적 접촉센서는 도 2에 도시된 바와 같은 출력신호를 발생하게 된다.
즉, 접촉 패드들(PAD1, PAD2)에 접촉 물체가 접촉되었음(구간 (1), 구간 (3))에도 불구하고 접촉 물체가 충분한 전도성을 가지지 못하게 되면, 접촉 패드들(PAD1, PAD2)에는 매우 높은 저항값을 가지는 저항이 연결되는 것과 같은 상태가 된다. 이에 N형 FET(Q1)에는 미소한 전류만이 인가되어 전기적 접촉센서는 "H" 신호를 발생하게 된다.
이와 같이 종래의 전기적 접촉센서의 경우, 접촉 물체가 접촉되었음에도 불구하고, 접촉 물체가 충분한 전도성을 가지게 못하게 되면, 전기적 접촉센서는 이를 감지하지 못하여 오동작되는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은 전도성이 충분하지 않은 접촉 물체가 접촉되어도 접촉을 감지할 수 있도록 하는 전기적 접촉센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 접촉 패드만으로도 접촉 물체의 접촉 유무를 감지할 수 있도록 하는 전기적 접촉센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기적 접촉센서를 통해 접촉 물체의 접촉 유무를 통보받고, 접촉 물체가 접촉된 경우에만 동작되도록 하는 휴먼 입력 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기적 접촉센서는 적어도 하나 이상의 접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드에 대한 접촉 물체의 접촉 유무에 따라 서로 다른 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 접촉 신호 발생부와, 상기 접촉 신호 발생부의 출력 신호의 펄스폭에 상응하는 전압을 발생하는 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때의 접촉 신호 발생부는 제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생부와, 상기 접촉 패드의 비접촉시에는 상기 제 1 신호와 동일한 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하고, 상기 접촉 물체의 접촉시에는 상기 접촉 물체의 캐패시턴스 성분에 따라 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생부와, 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 위상차에 상응하는 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 위상 비교 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 휴먼 입력 장치는 동작 전원을 공급하는 전원 공급부와, 접촉 물체의 접촉 유무를 감지하고 통보하는 전기적 접촉센서와, 상기 접촉 물체가 접촉된 경우에만 상기 전원 공급부가 상기 동작 전원을 공급하도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 전기적 접촉센서는 적어도 하나 이상의 접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드에 대한 접촉 물체의 접촉 유무에 따라 서로 다른 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 접촉 신호 발생부와, 상기 접촉 신호 발생부의 출력신호의 펄스폭에 상응하는 전압을 발생하는 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하면 본 발명의 전기적 접촉센서를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 기술에 따른 전기적 접촉센서의 회로도를 도시한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기적 접촉센서(40)는 기준 신호인 AC(Alternate Current) 신호를 발생하는 기준 신호 발생부(10)와, 하나의 접촉 패드(PAD1)를 구비하고, 접촉 패드(PAD1)에 대한 접촉 물체의 접촉 유무에 따라 서로 다른 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 접촉 신호 발생부(20)와, 접촉 신호 발생부(20)의 출력신호의 펄스폭에 상응하는 전압을 발생하는 전압 발생부(30)를 구비한다. 전압 발생부(30)는 저역 통과 필터로 구성되어 접촉 신호 발생부(20)의 출력신호의 펄스폭에 상응하는 직류 전압을 발생한다.
그리고 접촉 신호 발생부(20)는 접촉 물체의 접촉 유무에 상관없이 항상 동일한 위상을 가지는 제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생부(21)와, 접촉 물체가 접촉 하지 않은 경우에는 제 1 신호 발생부(21)의 제 1 신호와 동일한 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하고, 접촉 물체가 접촉된 경우에는 접촉 물체의 캐패시턴스 성분에 비례하여 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 출력하는 제 2 신호 발생부(22)와, 제 1 신호와 제 2 신호의 위상차에 상응하는 펄스폭을 가지는 출력신호를 발생하는 위상 비교 신호 발생부(23)를 구비한다.
이에 제 1 신호 발생부(21)는 기준 신호 발생부(10)와 직렬 연결되는 제 1 저항(R11) 및 제 1 입력 버퍼(B11)를 구비하고, 제 1 신호 발생부(21)는 기준 신호 발생부(10)와 직렬 연결되는 제 2 저항(R12) 및 제 2 입력 버퍼(B12)와, 제 2 저항(R12)과 제 2 입력 버퍼(B12)의 사이에 위치하되 별도의 신호라인을 통해 연결되는 접촉 패드(PAD1)를 구비한다.
그리고 위상 비교 신호 발생부(23)는 배타적인 논리합 소자(exclusive OR; 이하 XOR)(XOR1)를 구비하고, 전압 발생부(30)는 저역 통과 필터의 구조를 가지는 제 3 저항(R13)과 캐패시터(C1)를 구비한다.
이하 도 4a 내지 도 4d의 도면을 참조로 하여 본 발명의 전기적 접촉센서의 동작을 설명하기로 한다.
도 4a는 접촉 물체가 접촉하지 않았을 경우의 전기적 접촉센서(40)의 동작 회로도이고, 도 4b는 접촉 물체가 접촉하지 않은 경우의 전기적 접촉센서(40)의 출력신호 파형도이고, 도 4c는 접촉 물체가 접촉한 경우의 전기적 접촉센서(40)의 동작 회로도이고, 도 4d는 접촉 물체가 접촉한 경우의 전기적 접촉센서(40)의 출력신호 파형도이다.
먼저 도 4a 및 도 4b를 참조하여 접촉 패드(PAD1)에 접촉 물체가 접촉하지 않은 경우의 전기적 접촉 센서(40)의 동작을 설명하기로 한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 접촉 패드(PAD1)에 아무런 접촉 물체가 접촉되지 않으므로, 제 2 신호 발생부(22)의 지연 성분은 증가하지 않는다. 즉, 제 2 신호 발생부(22)와 제 1 신호 발생부(21)는 동일한 기준 지연 성분을 가진다.
도 4a의 제 1 신호 발생부(21)에 인가된 AC 신호는 제 1 저항(R11)의 기준 지연 성분을 거쳐 제 1 입력버퍼(17)로 입력된다. 제 1 입력 버퍼(B11)는 입력된 AC 신호의 위상과 동일한 위상을 가지는 제 1 신호를 발생하여 출력한다.
또한 제 2 신호 발생부(22)에 인가된 AC 신호도 제 2 저항(R12)의 기준 지연 성분을 거친 후, 제 2 입력버퍼(B12)로 입력되고, 제 2 입력버퍼(B12)는 입력된 AC 신호의 위상과 동일한 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하여 출력한다.
이에 제 1 신호와 제 2 신호는 동일한 위상을 가진다. 그러나 이는 이상적인 환경에서의 출력 상태이고, 실질적으로는 도 4b에 도시된 바와 같이 약간의 위상차를 가지는 제 1 신호와 제 2 신호가 출력되는 경우가 더욱 빈번하다.
위상 비교 신호 발생부(23)의 XOR(XOR1)는 제 1 입력 버퍼(B11) 및 제 2 입력버퍼(B12) 각각에서 출력되는 제 1 신호와 제 2 신호를 수신하고, 이 두 신호의 전압 레벨을 비교하여, 전압 레벨이 동일하면 "L" 신호를, 동일하지 않으면 "H" 신호를 발생하여 출력한다.
이에 XOR(XOR1)는 제 1 신호 및 제 2 신호의 위상차에 비례하는 펄스폭을 가지는 신호를 발생하여 출력한다.
이때의 XOR(XOR1)에 입력된 제 1 신호와 제 2 신호는 동일하거나 극히 미소한 위상차를 가지므로, 없거나 극히 좁은 펄스폭을 가지는 신호를 발생한다.
전압 발생부(30)의 캐패시터(C1)는 저항(R13)을 통해 전송되는 XOR(XOR1)의 출력신호의 펄스폭만큼 전하를 충전하여 극히 미소한 전압 즉, "L" 레벨에 상응하는 전압을 가지는 출력신호를 발생한다.
반면에 접촉 패드(PAD1)에 접촉 물체가 접촉한 경우의 전기적 접촉 센서(40)의 동작을 도 4c 및 도 4d를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 접촉 패드(PAD1)에 접촉 물체가 접촉되면, 제 2 신호 발생부(22)의 지연 성분은 접촉 물체의 캐패시턴스(CH) 만큼의 더 증가된다.
이는 사람의 몸과 같은 접촉 물체가 많은 량의 전하를 축적하는 캐패시턴스(CH)의 성질과 능력을 갖고 있기 때문이다.
제 1 신호 발생부(21)는 제 1 입력버퍼(R11)는 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 제 1 저항(R11)의 기준 지연 성분을 거친 AC 신호를 입력받아, 입력된 AC 신호의 위상과 동일한 위상을 가지는 제 1 신호를 발생한다.
그러나 제 2 신호 발생부(22)의 제 2 입력 버퍼(R12)는 접촉 물체가 접촉됨에 따라 제 2 저항(R12)의 기준 지연 성분과 캐패시터(CH)의 지연 성분을 거친 AC 신호 즉, 증가된 캐패시터(CH)의 지연 성분만큼 지연된 위상을 가지는 AC 신호를 입력받아, AC 신호의 위상보다 소정의 값만큼 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 발생한다.
더욱 상세하게는 제 2 입력버퍼(B12)의 입력되는 AC 신호는 도 4d에 도시된 바와 같이 "1/(제 2 저항(R12) × 접촉 물체(CH))"의 지연된 위상 즉, 시간 지연을 가진다. 이에 제 2 입력 버퍼(R12)는 AC 신호보다 "1/(제 2 저항(R12) × 접촉 물체(CH))" 만큼의 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 발생한다.
XOR(XOR1)는 AC 신호와 동일한 위상을 가지는 제 1 신호와 "1/(제 2 저항(R12) × 접촉 물체(CH))" 만큼의 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 수신하여, "1/(제 2 저항(R12) × 접촉 물체(CH))"만큼의 펄스폭을 가지는 신호를 발생한다.
그러면 전압 발생부(30)는 "1/(제 2 저항(R12) × 접촉 물체(CH))" 위상차에 대응되는 펄스폭을 가지는 XOR(XOR1)의 출력신호를 수신하고, "1/(제 2 저항(R12) × 접촉 물체(CH))" 만큼 전하를 충전하여 "H" 레벨에 상응하는 전압을 가지는 출력신호를 발생하여 준다.
이상과 같이 본 발명의 전기적 접촉센서는 하나의 접촉 패드(PAD1)에 접촉 물체가 접촉되면, 접촉 물체의 캐패시턴스 성분(CH) 만큼 증가된 지연 성분을 거치는 AC 신호에는 시간 지연이 발생하는 원리를 이용한다.
이에 본 발명의 전기적 접촉센서는 하나의 접촉 패드(PAD1) 만으로도 접촉 물체의 접촉 및 비접촉을 전기적으로 감지하고, 그에 상응하는 전기적 신호를 발생한다.
또한 필요에 따라서는 본 발명의 전기적 접촉센서는 복수개의 접촉 패드들을 구비하여 줄 수도 있다. 이때의 접촉 패드들 각각은 독립적으로 지연 경로에 지연 성분을 증가시켜 주는 역할을 하여, 접촉 물체가 복수개의 접촉 패드에 접촉되면, 지연 경로의 지연 성분은 접촉된 접촉 패드의 수에 비례하여 증가된다.
도 5는 도 3의 전기적 접촉센서에 있어서, 접촉 물체가 접촉된 경우와 접촉되지 않은 경우의 전기적 접촉센서의 출력 레벨 변화를 도시한 도면으로, 전기적 접촉센서에 접촉 물체가 접촉하지 않은 경우에는 구간 (1)과 구간 (3)과 같이 "H"의 신호를 발생하고, 전기적 접촉센서에 접촉 물체가 접촉된 경우에는 구간 (2)과 구간 (4)과 같이 "L"의 신호를 발생함을 알 수 있다.
이때 접촉 물체가 사람인 경우, 사람마다 손에서 발생하는 캐패시턴스 성분은 조금씩 차이가 날 수 있다. 캐패시턴스 성분이 많이 발생하는 손이 접촉된 경우에는 본 발명의 전기적 접촉센서(40)는 전압차가 큰 출력신호를 발생하게 되고, 이에 따라 전기적 접촉센서(40)는 안정적인 동작을 수행한다.
그러나 캐패시턴스 성분이 적게 발생하는 손이 접촉된 경우, 본 발명의 전기적 접촉센서(40)는 전압차가 작은 출력신호를 발생하게 되고, 이에 따라 전기적 접촉센서(40)는 안정적인 동작을 수행하지 못하게 된다. 이에 본 발명에서는 전기적 접촉센서(40)에 별도의 회로를 추가함으로서 도 3의 전기적 접촉센서(40)가 항상 안정적인 동작이 수행할 수 있도록 지원하여 준다.
이러한 회로에 대해서는 이하 도 6 및 도 7을 통해 설명하기로 한다.
도 6은 도 3의 전기적 접촉센서에 추가되는 디지털 신호 발생장치의 제 1 실시예를 도시한 도면으로, 본 발명의 디지털 신호 발생장치는 도 3의 전기적 접촉센서(40)와, 증폭기(50)와, 아날로그 비교기(60)를 구비한다.
이에 증폭기(50)는 전기적 접촉센서(40)의 출력신호를 수신하고, 접촉시의 출력신호와 비 접촉시의 출력신호의 전압차가 아날로그 비교기(60)가 인식할 수 있는 일정 범위를 가지도록 증폭한다. 아날로그 비교기(60)는 증폭기(50)의 출력신호를 자신의 기준 전압과 비교하여 출력신호의 전압이 기준 전압보다 크면 "H" 신호를 발생하고, 출력신호의 전압이 기준 전압보다 작으면 "L" 신호를 발생한다.
이때의 증폭기(50)로는 외부의 제어에 따라 이득을 조정할 수 가변 이득 증폭기를 적용하고, 아날로그 비교기(60)는 외부의 제어에 따라 기준 전압을 조정할수 있도록 한다.
도 7은 도 3의 전기적 접촉센서에 추가되는 디지털 신호 발생장치의 제 2실시예를 도시한 도면으로, 본 발명의 디지털 신호 발생기는 도 3의 전기적 접촉센서(40)와, ADC(analog to digital convertor)(70)와, 프로그래머블 레벨 검출기(80)를 구비한다.
이에 ADC(70)는 도 3의 전기적 접촉센서(40)로부터 출력되는 신호를 수신하고, 수신된 신호의 전압을 소정 비트의 디지털 신호로 변환한다. 프로그래머블 레벨 검출기(80)는 기준 디지털 신호와 ADC(70)로부터 제공되는 소정 비트의 디지털 신호를 비교하여, 소정 비트의 디지털 신호가 기준 디지털 신호 보다 크면 "H" 신호를 발생하고, 기준 디지털 신호 보다 작으면 "L" 신호를 발생한다.
이때의 프로그래머블 레벨 검출기(80)는 외부의 제어에 따라 "H" 신호 또는 "L" 신호의 판단 기준이 되는 기준 디지털 신호를 조정하여 준다.
도 8a는 본 발명의 전기적 접촉센서를 이용하는 무선 마우스 장치를 도시한 도면으로, 무선 마우스(90)는 도 3의 전기적 접촉센서(91)와, MCU(micro controller unit)(92)와, 이미지 센서(93)와, 전원 공급부(94)와, 무선 통신 인터페이스부(95)를 구비한다.
이에 MCU(92)는 전기적 접촉센서(91)를 통해 무선 마우스에 사람의 손이 접촉됨을 통보받게 된다.
그리고 MCU(92)는 도 8b에 도시된 바와 같이 전기적 접촉센서(91)로부터 사람의 손이 접촉되었음을 통보받은 경우(구간 (1), 구간 (3))에만 각 구성 요소에 동작 전원을 공급하여 준다.
도 8a의 무선 마우스(90)와 같은 무선 장치들은 충전지 또는 건전지를 전력원으로 사용하여 사용시간의 제약을 받기 때문에 최대한으로 사용시간을 늘리는 것이 무엇보다도 중요하다.
따라서 비사용시에는 전원을 꺼둠으로서 사용시간을 늘릴 수 있는데, 본 발명의 무선 마우스(90)는 사람이 무선 마우스(90)를 사용하기 위해 접촉한 경우에만 각 구성요소에 동작 전원을 제공함으로써, 전력원의 낭비를 방지하여 사용시간을 획기적으로 늘려 줄 수 있다.
이상에서는 전기적 접촉센서를 이용하는 무선 장치로 무선 마우스를 한정하여 설명하였지만, 전력 소모의 감소를 위해 사람이 접촉한 경우에만 동작될 필요가 있는 모든 종류의 휴먼 입력 장치는 상기의 방법을 채택하여 줄 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.
따라서 본 발명의 전기적 접촉센서는 전도성이 충분하지 않더라도 일정이상의 전하 축적 능력을 가진 접촉 물체이면 접촉 유무를 정확하게 판단할 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 제공하여 준다. 이는 특히, 날씨의 습도 유무와 사람간이 전도성 차이나 장갑 등의 피복 착용 유무에 상관없이 전기적 접촉센서가 안정적으로 동작 될 수 있도록 하여 준다.
또한 전기적 접촉센서는 하나의 접촉 패드만으로도 접촉 물체의 접촉 유무를 판단할 수 있도록 하여 제품의 레이아웃을 감소시켜 줄 수 있다.
또한 휴먼 입력 장치가 전기적 접촉센서를 구비하는 경우, 상기 전기적 접촉 센서를 통해 접촉 물체의 접촉 유무를 통보받고, 접촉 물체가 접촉된 경우에만 동작 전원을 공급하도록 하여 소모 전원을 획기적으로 감소시켜 준다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나 이상의 접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드에 대한 접촉 물체의 접촉 유무에 따라 서로 다른 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 접촉 신호 발생부; 및
    상기 접촉 신호 발생부의 출력 신호의 펄스폭에 상응하는 전압을 발생하는 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 접촉 신호 발생부는
    제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생부;
    상기 접촉 패드의 비접촉시에는 상기 제 1 신호와 동일한 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하고, 상기 접촉 물체의 접촉시에는 상기 접촉 물체의 캐패시턴스 성분에 따라 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생부; 및
    상기 제 1 신호와 제 2 신호의 위상차에 상응하는 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 위상 비교 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 신호 발생부는
    기준 지연 성분을 가지는 저항; 및
    상기 저항의 기준 지연 성분에 따라 지연된 위상을 가지는 제 1 신호를 발생하는 버퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 신호 발생부는
    기준 지연 성분을 가지는 저항;
    상기 접촉 물체의 접촉시에 상기 접촉 물체의 캐패시턴스 성분만큼 지연 성분을 증가시키는 접촉 패드; 및
    상기 접촉 물체의 비접촉시에는 상기 저항의 기준 지연 성분에 따라 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하고, 상기 접촉 물체의 접촉시에는 상기 저항과 상기 접촉 물체의 증가된 지연 성분에 따라 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하는 버퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 위상 비교 신호 발생부는
    배타적인 논리합 소자(exclusive OR)인 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 발생부는
    상기 접촉 신호 발생부의 출력 신호의 펄스폭에 상응하는 직류 전압을 발생하는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 접촉센서는
    상기 전압 발생부의 출력신호가 일정 범위내의 전압을 가지도록 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭기의 출력신호의 전압과 기준 전압을 비교하여 논리값을 발생하는 비교기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 증폭기는
    외부의 제어에 따라 이득을 가변하는 가변 이득 증폭기인 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 기준 전압은
    외부의 제어에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 접촉센서는
    상기 전압 발생부의 출력신호를 소정 비트의 디지털 신호로 변환하는 컨버터; 및
    상기 소정 비트의 디지털 신호와 기준 디지털 신호를 비교하여 논리값을 발생하는 비교기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 기준 디지털 신호는
    외부의 제어에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 전기적 접촉센서.
  12. 동작 전원을 공급하는 전원 공급부와, 접촉 물체의 접촉 유무를 감지하고 통 보하는 전기적 접촉센서와, 상기 접촉 물체가 접촉된 경우에만 상기 전원 공급부가 상기 동작 전원을 공급하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 전기적 접촉센서는
    적어도 하나 이상의 접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드에 대한 접촉 물체의 접촉 유무에 따라 서로 다른 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 접촉 신호 발생부; 및
    상기 접촉 신호 발생부의 출력 신호의 펄스폭에 상응하는 전압을 발생하는 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 휴먼 입력 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 접촉 신호 발생부는
    제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생부;
    상기 접촉 패드의 비접촉시에는 상기 제 1 신호 와 동일한 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하고, 상기 접촉 물체의 접촉시에는 상기 접촉 물체의 캐패시턴스 성분에 따라 지연된 위상을 가지는 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생부; 및
    상기 제 1 신호와 제 2 신호의 위상차에 상응하는 펄스폭을 가지는 신호를 발생하는 위상 비교 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 휴먼 입력 장치.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100666699B1 (ko) * 2005-03-21 2007-01-09 주식회사 애트랩 전기적 접촉센서 및 이를 이용하는 휴먼 인터페이스 장치
KR100792670B1 (ko) * 2006-06-13 2008-01-09 주식회사 애트랩 반도체 장치 및 접촉센서 장치
KR100802656B1 (ko) * 2006-06-22 2008-02-14 주식회사 애트랩 접촉 감지 센서 및 이의 동작 방법
KR101063537B1 (ko) * 2009-02-23 2011-09-07 주식회사 애트랩 커패시턴스 측정 회로
US8456434B2 (en) 2006-06-22 2013-06-04 Atlab Inc. Touch sensor and operating method thereof
CN101150308B (zh) * 2006-09-21 2011-01-19 林泰宏 接触感应装置、方法及其应用
KR100971501B1 (ko) * 2008-10-24 2010-07-21 주식회사 애트랩 접촉센서 장치
DE102008057823A1 (de) * 2008-11-18 2010-08-19 Ident Technology Ag Kapazitives Sensorsystem
CN102541128B (zh) * 2010-12-29 2014-02-19 北京立博信荣科技有限公司 一种传感器的偏置电压控制电路
CN102332905A (zh) * 2011-09-28 2012-01-25 长沙中联重工科技发展股份有限公司 按键信号输入装置、按键信号输入方法以及按键板
CN102332906A (zh) * 2011-10-11 2012-01-25 中联重科股份有限公司 一种输出按键信号的方法和系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2271538A1 (en) * 1973-12-27 1975-12-12 Cii Capacitive proximity detector or switch - detects effective capacitance of object and activates logic circuit
US5594222A (en) * 1994-10-25 1997-01-14 Integrated Controls Touch sensor and control circuit therefor
US5825352A (en) * 1996-01-04 1998-10-20 Logitech, Inc. Multiple fingers contact sensing method for emulating mouse buttons and mouse operations on a touch sensor pad
DE20017457U1 (de) * 2000-10-11 2001-01-25 Dreefs Gmbh Schaltgeraete Berührungssensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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