KR100971501B1 - 접촉센서 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접촉센서 장치를 공개한다. 이 장치는 접촉 물체가 접촉하는 위치를 나타내는 복수개의 접촉 키들을 구비한 판넬, 판넬의 복수개의 접촉 키들에 대응하는 위치에 부착되어 접촉 물체의 접촉 정보를 제1 전기 신호로 발생하는 복수개의 제1 접촉 패드들, 복수개의 제1 접촉 패드들 사이에 부착되어 접촉되는 접촉 물체에 묻은 전도성 물질의 접촉 정보를 제2 전기 신호로 발생시키는 복수개의 제2 접촉 패드들, 제1 전기 신호를 인가받아 접촉된 접촉 키들에 설정된 동작을 수행하게 하는 복수개의 감지 신호들을 출력하고, 제1 및 제2 전기 신호를 이용하여 접촉 물체의 정상적인 접촉 여부를 감지하는 접촉 센싱부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 접촉 물체의 비정상 접촉을 정확하게 판단하여 본래 의도하였던 작동이 아닌 오동작의 유발을 방지하고, 비정상 접촉을 감소시켜 불필요한 전력 소모를 절감하여 접촉 센서 장치 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

접촉센서 장치 {Touch sensor device}
본 발명은 접촉센서 장치에 관한 것으로, 접촉 패드에 비정상인 접촉으로 인한 오동작을 방지할 수 있는 접촉센서 장치에 관한 것이다.
터치 패드는 데이터 입력 장치의 하나로서, 평면상에 매트릭스 형상의 감지점이 배치되어 있고, 사용자가 어디를 눌렀고 어느 방향으로 접촉점이 이동했는지를 감지할 수 있어서 마우스 대용으로 널리 사용되고 있다. 터치 패드는 전기적 스위치들을 평면상으로 배열하거나, 커패시터형 센서, 저항형 센서, 표면파 센서, 또는 광학 센서를 평면상에 배열한 것 등 여러 종류가 있다.
이들 중 노트북 컴퓨터 등에서 커서의 움직임을 조절하는데 많이 쓰이는 것은 커패시터형 센서를 사용한 복수개의 터치 패드들로 구성된 터치 판넬이다. 이 터치 판넬의 표면은 절연막으로 덮여 있고, 그 절연막의 아래쪽에 가로선과 세로선이 일정 간격으로 배열되어 있다. 이 가로선과 세로선 사이에는 전기적 등가회로로서 커패시터가 나타나는데, 가로선은 제1 전극을 이루고 세로선은 제2 전극을 이루게 된다.
감지 표면에 손가락이라는 일종의 도체가 접촉되면 이 가로선과 세로선 사이 에 나타나는 정전용량이 접촉되지 않은 곳의 여타선 사이의 정전 용량과는 다른 값을 나타내게 된다. 예를 들어, 가로선에 전압 신호를 인가하고 세로선에서 유도된 전압을 읽어서 커패시터의 정전 용량의 변화를 읽어내어 어느 부분의 감지면이 접촉되어 있는지를 알 수 있게 된다.
또 다른 터치 판넬의 일종으로서 저항형 2D 매트릭스 터치 판넬은 도전성 도체가 두 층의 필름에 배치되어 있고 두 층간에 미세한 간격으로 공간이 있어서 평소에는 단락이 되어있지 않다가 사용자가 터치 판넬의 특정한 접촉 영역에 손가락으로 약간의 힘을 주어서 누르게 되면 그 접촉 영역에 있는 두 층간의 도체가 서로 단락 되어 단락된 위치의 전위 혹은 전류를 감지하여 해당 도체의 좌표를 인식하게 된다.
이때, 두 층간 도체의 단락 여부 즉 신호의 on/off에 대해서만 인식되는 2진 개념의 신호가 발생하고 이러한 2진 신호들이 손가락의 크기만큼 접촉된 영역 주위에 복수개 분포하게 되어 특정한 접촉 영역의 좌표를 결정하게 된다.
이와 같은 터치 판넬은 최근에 휴대폰, PDA, PMP와 같은 휴대용 통신 기기나 노트북 PC 및 자동차의 네비게이션 장치 뿐 아니라 주방 기기나 가습기와 같은 가전 전자 제품에도 장착되어 다양하게 사용되고 있다.
그런데, 터치 판넬에 접촉하는 수단으로서 손가락을 사용할 경우에는 손가락에 물이 묻거나 터치 판넬에 소정의 액체가 흘러내릴 수도 있고 접촉되는 면적이 넓어 복수개의 터치 패드들이 접촉될 수도 있어 접촉 센서 장치가 접촉 물체의 정확한 접촉 위치를 인식하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있었다.
도 1은 종래 기술에 따라 오동작을 할 수 있는 접촉센서 장치 일부의 단면도로서, 전도성 물질(5), 터치 판넬(10), 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2), 복수개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2), 접촉 센서(20)를 구비한다. 터치 판넬(10)의 상부에는 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2)이 장착되고 하부에는 복수개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2)이 장착된다.
도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 접촉센서 장치가 오동작을 할 수 있는 경우의 동작을 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 사람이 전기밥솥의 터치 판넬(10)에 물이 묻은 손가락으로 터치 판넬(10) 상의 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2) 중 특정한 접촉 키(B11)에 접촉하여 원하는 작동을 시키려고 의도하였다고 가정한다.
그런데, 손가락에 묻은 물은 전도성 물질(5)이기 때문에 본래 의도하였던 특정한 접촉 키(B11) 외에 인접한 접촉 키(B12)에도 전류가 전달되어 2개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12)이 함께 접촉 물체가 접촉된 것으로 인식하게 된다.
이에 따라 터치 판넬(10)은 2개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12)을 통해 접촉 물체인 손가락의 접촉 정보를 인가 받아 그에 상응하는 전기 신호(sig2-11 및 sig2-13)로 발생시키고, 접촉 센서(20-1)는 2개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12)을 통해 전기 신호(sig2-11 및 sig2-13)를 인가 받아 손가락이 비정상적으로 접촉한 2개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12)의 위치를 감지하여 전기적인 상태 변화를 감지 신호들(s_sig11 및 s_sig13)로 출력함에 따라 본래 의도하였던 작동이 아닌 오동작 을 유발한다.
또한, 종래에 접촉센서 장치가 오동작을 할 수 있는 또 다른 경우로서 접촉 물체가 복수개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2)을 일정시간 이상 빠르게 접촉을 하는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 접촉키를 사용하는 가전기기에서 접촉 키상에 묻어 있는 이물질을 제거하기 위해 청소 도구로 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2)을 순차적으로 빠르게 스쳐 지나가는 수가 있다.
그런데, 가전기기 사용자의 본래 의도는 특정한 접촉 키상에 묻어 있는 이물질을 청소하기 위한 것이었음에도 불구하고 접촉되는 인접한 접촉키에도 인체로부터 전류가 전달되어 의도하지 않게 접촉 물체가 접촉된 것으로 인식하게 된다.
이에 따라 터치 판넬(10)은 특정한 접촉 키 및 인접한 접촉키에 연결된 접촉 패드들을 통해 접촉 물체인 손가락의 접촉 정보를 인가 받아 그에 상응하는 전기 신호로 발생시키고, 접촉 센서(20)는 해당 접촉 패드들을 통해 전기 신호를 인가 받아 손가락이 비정상적으로 접촉한 접촉 패드들의 위치를 감지하여 전기적인 상태 변화를 전기 신호로 출력함에 따라 본래 의도하지 않았던 접촉키의 해당 동작을 하는 오동작을 하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 숨겨진 접촉 패드를 이용하거나 접촉 패드의 접촉시간을 이용하여 접촉 패드의 비정상 접촉을 판단하는 접촉센서 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접촉 패드의 비정상 접촉을 감소시키는 접촉센서 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 접촉센서 장치를 이용하여 포인팅 장치의 포인팅 좌표를 결정할 수 있는 접촉센서 장치의 포인팅 좌표 결정 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉 센서 장치는 접촉 물체가 접촉하는 위치를 나타내는 복수개의 접촉 키들을 구비한 판넬, 판넬의 복수개의 접촉 키들에 대응하는 위치에 부착되어 접촉 물체의 접촉 정보를 제1 전기 신호로 발생하는 복수개의 제1 접촉 패드들, 복수개의 제1 접촉 패드들 사이에 부착되어 접촉되는 접촉 물체에 묻은 전도성 물질의 접촉 정보를 제2 전기 신호로 발생시키는 복수개의 제2 접촉 패드들, 제1 전기 신호를 인가받아 접촉된 접촉 키들에 설정된 동작을 수행하게 하는 복수개의 감지 신호들을 출력하고, 제1 및 제2 전기 신호를 이용하여 접촉 물체의 정상적인 접촉 여부를 감지하는 접촉 센싱부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉 센서 장 치는 복수개의 접촉 패드들 각각이 연결선에 의해 직렬로 연결된 터치패턴을 구비하는 터치 판넬, 클록신호를 발생하여 터치패턴의 일단에 인가하고, 복수개의 접촉 패드들을 통과시키는 동안 지연된 지연 클록신호를 터치패턴의 타단으로부터 인가받아 신호 레벨을 판별하여 펄스 클록신호를 발생시켜 펄스 클록신호와 클록신호의 지연시간 차이 값을 출력하는 접촉 지연 시간 처리부, 접촉 물체의 접촉시 실제 접촉한 접촉 지연 시간과 지연시간 차이 값을 비교할 복수개의 접촉 패드들 각각의 접촉 지연 시간 문턱 값들을 저장하는 지연 시간 문턱값 저장부, 상기 지연시간 차이 값을 인가받아 상기 접촉 지연 시간 문턱값들과 비교하여 상기 복수개의 접촉 패드들이 시간적으로 접촉되는 순서를 감지하고 최초로 접촉된 접촉 패드의 위치를 판단하여 접촉 위치 데이터를 출력하는 정상 접촉 패드 판별부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉 센서 장치는 복수개의 접촉 패드들 각각이 연결선에 의해 직렬로 연결된 터치패턴을 구비하는 터치 판넬, 클록신호를 발생하여 상기 터치패턴의 일단에 인가하고, 상기 복수개의 접촉 패드들을 통과시키는 동안 지연된 지연 클록신호를 상기 터치패턴의 타단으로부터 인가받아 펄스 클록신호를 생성하여 상기 클록신호와의 지연시간 차이 값을 출력하는 접촉 지연 시간 처리부, 접촉 물체의 접촉시 실제 접촉한 접촉 지연 시간과 상기 지연시간 차이값을 비교할 복수개의 접촉 패드들 각각의 접촉 지연 시간 문턱값들을 저장하는 지연 시간 문턱값 저장부, 접촉 지연 시간 문턱값들을 인가받아 상기 지연 시간과 비교하여 상기 지연 시간이 소정의 상기 접촉 지연 시간 문턱값을 초과하여 일정 시간 유지되는 접촉 패드를 선택하여 상기 최초로 접촉된 접촉 패드의 위치를 판별하고 접촉 위치 데이터를 출력하는 정상 접촉 패드 판별부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 접촉 센서 장치는 접촉 물체의 비정상 접촉을 정확하게 판단하여 본래 의도하였던 작동이 아닌 오동작의 유발을 방지하고, 비정상 접촉을 감소시켜 불필요한 전력 소모를 절감하여 접촉 센서 장치 동작의 신뢰성을 향상시킨다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 접촉센서 장치 및 이 장치의 포인팅 좌표 결정 방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉센서 장치 일부의 단면도로서, 전도성 물질(5), 터치 판넬(10), 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2), 복수개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2, 2P-11 내지 2P-N1), 접촉 센싱부(200)를 구비하고, 접촉 센싱부(200)는 접촉 센서(20) 및 정상 접촉패드 판별부(50)로 구성된다.
터치 판넬(10)의 상부에는 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2)이 장착되고 하부에는 복수개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2, 2P-11 내지 2P-N1)이 장착되는데, 복수개의 접촉 패드들은 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2)이 각각 부착되는 제1 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2)과 접촉키가 부착되지 않은 숨은 제2 접촉 패드들(2P-11 내지 2P-N1)로 구성된다.
도 1에 나타낸 종래 기술에 따른 접촉센서 장치의 구성도와 차이점은 접촉키가 부착되지 않은 터치 판넬(10)의 하부에 숨은 접촉 패드들(2P-11 내지 2P-N1)이 부착된다는 점이다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 접촉 센서 장치의 각 구성요소의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2)은 전자 기기의 의도하는 작동을 시키려는 접촉 물체의 접촉을 인가받아 접촉 물체의 전류를 전달한다.
복수개의 제1 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2)은 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2)로부터 접촉 물체의 전류를 인가 받아 그에 상응하는 접촉 정보를 제1 전기 신호(sig2-11 및 sig2-13 ~ sig2-N1 및 sig2-N3)로 발생시킨다.
복수개의 제2 접촉 패드들(2P-11 내지 2P-N1)은 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2) 사이에 개입된 전도성 물질(5)로 인하여 본래 의도하였던 특정한 접촉 키(B11) 외에 인접한 접촉 키(B12)에도 전류가 전달되어 의도하지 않은 접촉 패드들이 함께 접촉된 것으로 인식하여 제2 전기 신호(sig2-12 ~ sig2-N2)를 발생시킨다.
접촉 센싱부(200)는 복수개의 제1 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12) 및 제2 접촉 패드(2P-11)로부터 각각 제1 전기 신호(sig2-11 및 sig2-13) 및 제2 전기 신호(sig2-12)를 인가 받아 접촉 물체를 감지하여 접촉된 접촉키들(B11 및 B12)에 설정된 전자 기기의 작동을 수행하게 하는 감지 신호들(s_sig11 내지 s_sig13)을 출 력하는데, 만일 제1 전기 신호가 복수개의 제1 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12)로부터 복수개(sig2-11 및 sig2-13)로 인가되고 제2 접촉 패드(2P-11)로부터 제2 전기 신호(sig2-12)가 인가되는 경우에는 의도하지 않은 인접한 접촉 키(B12)가 함께 비정상적으로 접촉된 것으로 인지하여 입력되는 동작을 수행하지 않도록 복수개의 제1 전기 신호들(sig2-11 및 sig2-13)을 무시하는 동작 제어 신호(op_con)를 출력한다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 접촉센서 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, "보온" 접촉 키(B11)와 "취사" 접촉 키(B12)가 바로 인접하게 위치하고 있고, 사람이 전기밥솥의 터치 판넬(10)에 물이 묻은 손가락으로 터치 판넬(10) 상의 복수개의 접촉키들(B11 및 B12 ~ BN1 및 BN2) 중 "보온" 접촉 키(B11)에 접촉하여 원하는 "보온" 작동을 시키려고 의도하였다고 가정한다.
"보온" 접촉 키(B11)는 전기밥솥의 의도하는 "보온" 작동을 시키려는 사람의 물이 묻은 손가락 접촉을 인가받아 인체의 전류를 전달한다. 이때 "보온" 접촉 키(B11)와 인접한 위치에 "취사" 접촉 키(B12)가 위치하고 있어 손가락에 묻은 물이 "취사" 접촉 키(B12)까지 전도되어 "취사" 접촉 키(B12)에도 전류가 전달된다.
"보온" 접촉 키(B11)에 전기적으로 연결되어 있는 제1 접촉 패드(1P-11)와 "취사" 접촉 키(B12)에 전기적으로 연결되어 있는 제1 접촉 패드(1P-12)는 각각의 접촉키들(B11 및 B12)로부터 인체의 전류를 인가 받아 그에 상응하는 접촉 정보를 제1 전기 신호(sig2-11 및 sig2-13)로 발생시킨다.
또한, "보온" 접촉 키(B11)와 "취사" 접촉 키(B12) 사이에 위치한 접촉키가 부착되지 않은 숨은 제2 접촉 패드(2P-11)는 양 접촉키들(B11 및 B12) 사이에 개입된 전도성 물질(5)로 인하여 본래 의도하였던 "보온" 접촉 키(B11) 외에 인접한 "취사" 접촉 키(B12)에도 전류가 전달되어 의도하지 않은 "취사" 제1 접촉 패드(1P-12)가 함께 접촉된 것으로 인식하여 제2 전기 신호(sig2-12)를 발생시킨다.
그런데, 제1 전기 신호가 복수개의 제1 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12)로부터 복수개(sig2-11 및 sig2-13)로 인가되고 제2 접촉 패드(2P-11)로부터 제2 전기 신호(sig2-12)가 인가되는 경우에는 접촉 센싱부(200)는 접촉키가 부착되지 않은 숨은 제2 접촉 패드(2P-11)로부터 제2 전기 신호(sig2-12)를 인가 받아 의도하지 않은 인접한 접촉 키(B12)가 함께 비정상적으로 접촉된 것으로 인지하여 "보온" 제1 접촉 패드(1P-11)와 "취사" 제1 접촉 패드(1P-12)로부터 인가되는 제1 전기 신호들(sig2-11 및 sig2-13)을 무시하고 입력되는 동작을 수행하지 않도록 하는 동작 제어 신호(op_con)를 출력한다.
만일, 접촉 센싱부(200)가 "보온" 제1 접촉 패드(1P-11)로부터 제1 전기 신호(sig2-11)를 인가 받고 제2 접촉 패드(2P-11)로부터 제2 전기 신호(sig2-12)를 인가 받았거나, "취사" 제1 접촉 패드(1P-12)로부터 제1 전기 신호(sig2-13)를 인가 받고 제2 접촉 패드(2P-11)로부터 제2 전기 신호(sig2-12)를 인가 받았다면 각 접촉 키(B11 또는 B12)에 사람의 손가락 접촉을 감지하여 접촉된 "보온" 접촉 키(B11) 또는 "취사" 접촉 키(B12)에 설정된 전자 기기의 작동을 수행하게 하는 감지 신호(s_sig11 또는 s_sig13)를 출력한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉센서 장치는 접촉키가 부착되지 않은 숨은 제2 접촉 패드(2P-11)를 통해 손가락이 비정상적으로 접촉한 접촉 키(B12)의 본래 의도하였던 작동이 아닌 오동작을 방지하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉센서 장치의 블록도로서, 기준 신호 발생부(21), 제 1 신호 발생부(23), 제 2 신호 발생부(22), 감지 신호 발생부(24), 정상 접촉패드 판별부(50), MCU(70), 비정상 접촉 알림부(90)를 구비한다. 제 2 신호 발생부(22)는 복수개의 제1 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12) 및 제2 접촉 패드(2P-11)로 구성되고, 감지 신호 발생부(24)는 복수개의 플립플롭들(D1 내지 D3)로 구성된다.
도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉센서 장치의 각 블록들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
기준 신호 발생부(21)는 클록 신호를 기준 신호(ref_sig)로서 발생한다.
제 1 신호 발생부(23)는 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 기준 신호(ref_sig)를 항상 제 1 시간(t1) 지연하여 제 1 신호(sig1)를 발생한다.
제 2 신호 발생부(22)는 접촉 물체가 접촉되는 복수개의 제1 및 제2 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12, 2P-11)을 구비하고, 접촉 패드(10-N)에 접촉 물체가 접촉되지 않으면 기준 신호(ref_sig)를 지연하지 않고, 접촉 패드(10-N)에 접촉 물체가 접촉되면 기준 신호(ref_sig)를 제 1 시간(t1) 보다 더 많이 지연하여 제 2 신호들(sig2-11 ~ sig2-13)을 발생한다.
즉, 제 2 신호 발생부(22)는 접촉 물체의 비접촉시에는 제 1 신호(sig1)의 위상보다 빠른 위상을 가지는 제 2 신호들(sig2-11 ~ sig2-13)을 생성하고, 접촉시에는 제 1 신호(sig1)의 위상보다 느린 위상을 가지는 제 2 신호들(sig2-11 ~ sig2-13)을 생성한다.
여기에서 접촉 물체는 소정의 정전 용량을 가지는 모든 물체가 적용될 수 있으며, 대표적인 예로 많은 양의 전하를 축적할 수 있는 사람의 인체가 있다.
감지 신호 발생부(24)는 제 1 신호(sig1)에 동기되어 제 2 신호들(sig2-11 ~ sig2-13)을 샘플링 및 래치하여 복수개의 감지 신호들(s_sig11 내지 s_sig13)을 발생한다.
정상 접촉패드 판별부(50)는 복수개의 감지 신호들(s_sig11 내지 s_sig13) 중 제2 접촉 패드(2P-11)로부터 인가되는 제2 전기 신호(sig2-12)에 응답하여 출력되는 감지 신호(s_sig12)를 인가받아 하이 레벨 유지 시간을 일정한 문턱 시간(Tth)과 비교하여 정상 접촉 여부를 판별하고 접촉키에 해당하는 동작 수행을 제어하는 동작 제어 신호(op_con)를 출력한다.
MCU (70)는 정상 접촉패드 판별부(50)로부터 동작 제어 신호(op_con)를 인가받아 하이 레벨에 응답하여 접촉된 접촉 패드에 해당하는 동작을 수행하도록 전자 기기를 제어하는 제어 신호(d_con)를 출력하고, 로우 레벨에 응답하여 기준 신호 발생부(21)가 클록 신호를 발생하지 않도록 차단 신호(s_sd)를 출력한다.
비정상 접촉 알림부(90)는 정상 접촉패드 판별부(50)로부터 동작 제어 신호(op_con)를 인가받아 로우 레벨에 응답하여 접촉 패드(10-N)가 비정상적으로 접촉된 사실을 알람 또는 LED로 표시하여 사용자에게 알린다.
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 일 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치의 신호 파형도로서, 기준 신호(ref_sig), 제 1 신호(sig1), 제 2 신호(sig2-12), 정상 접촉시 감지 신호(s_sig12), 비정상 접촉시 감지 신호(s_sig12'), 동작 제어 신호(op_con)로 구성된다.
기준 신호(ref_sig)는 일정한 진폭과 주기를 가지고 토글된다.
제 1 신호(sig1)는 기준 신호(ref_sig)에서 제 1 시간(t1) 만큼 지연되어 기준 신호(ref_sig)와 동일한 진폭과 주기를 가지고 토글된다.
제 2 신호(sig2-12)는 접촉시에는 기준 신호(ref_sig)에서 제 2 시간(t2) 만큼 지연되어 토글되고, 비접촉시에는 기준 신호(ref_sig)와 동일하게 토글된다.
정상 접촉시 감지 신호(s_sig12)는 접촉시 및 비접촉시에 제 1 신호(sig1)의 하강 에지에 동기되어 제 2 신호(sig2-12)를 래치하여 접촉시에는 문턱 시간(Tth)보다 긴 시간동안 하이 레벨을 유지하여 출력한다.
비정상 접촉의 일례로, 비정상 접촉의 경우 감지 신호(s_sig12')는 정상 접촉시에 맞추어 설정된 주기보다 더 작은 주기를 가지고 문턱 시간(Tth)보다 짧은 시간동안 하이 레벨을 유지하는 펄스 신호를 출력한다.
동작 제어 신호(op_con)는 정상 접촉시 감지 신호(s_sig12)를 인가받아 소정 시간 지연하여 출력한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제 1 신호 발생부(23)는 제 1 캐패시터(CAP1)에 따라 기준 신호(ref_sig)를 제 1 시간(t1) 만큼 지연시킨 제 1 신호(sig1)를, 제 2 신호 발생부(22)는 접촉 물체의 정전용량에 따라 제 1 시간(t1) 보다 더 지연(t2)시킨 제 2 신호(sig2-12)를 각각 발생한다.
즉, 접촉 물체의 접촉시에 제 2 신호(sig2-12)의 위상은 제 1 신호(sig1)의 위상보다 느려져 제 1 신호(sig1)의 상승 에지 또는 하강 에지보다 지연되어 발생되고, 접촉 물체의 비접촉시에는 기준 신호(ref_sig)를 시간의 지연 없이 그대로 출력한다.
따라서, 감지 신호 발생부(24)는 초기에 제1 비접촉 상태에서는 제 1 신호(sig1)의 하강 에지에 동기되어 로우 레벨의 제 2 신호(sig2-12)를 래치하여 로우 레벨의 접촉 신호(s_sig12)를 출력하고, 정상적인 제1 접촉시에는 제 1 신호(sig1)의 하강 에지에 동기되어 하이 레벨의 제 2 신호(sig2-12)를 래치하여 시점(T2)까지 하이 레벨의 접촉 신호(s_sig12)를 출력한다.
또한, 제2 비접촉시에는 다시 로우 레벨의 제 2 신호(sig2-12)를 래치하여 구간(T2-T4)에 로우 레벨의 접촉 신호(s_sig12)를 출력하며, 정상적인 제2 접촉시에는 다시 하이 레벨의 제 2 신호(sig2-12)를 래치하여 시점(T4)부터 하이 레벨의 접촉 신호(s_sig12)를 출력한다.
하지만, 비정상적인 접촉시의 예로, 감지 신호(s_sig12')가 정상 접촉시에 맞추어 설정된 주기보다 더 작은 주기를 가지고 있는 경우 문턱 시간(Tth)보다 짧은 시간 동안 하이 레벨을 유지하는 펄스 신호로 출력된다. 이런 비정상적인 접촉 의 예로, 손가락의 일부가 접촉이 되거나 손가락이 근접되어 정상적인 접촉보다 작은 커패시턴스가 제 2접촉패드 (2P-11)에 감지 될 때이다.
또 다른 예로, 접촉키를 사용하는 가전기기에서 접촉 키상에 묻어 있는 이물질을 제거하기 위해 청소 도구로 도 2의 복수개의 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2, 2P-11 내지 2P-N1)을 순차적으로 빠르게 스쳐 지나가는 경우에는 접촉 물체가 접촉 패드들(1P-11 및 1P-12 ~ 1P-N1 및 1P-N2, 2P-11 내지 2P-N1)을 일정시간 이상 빠르게 접촉을 하게 되므로 감지 신호 발생부(24)에서는 정상적인 접촉시에 맞추어 설정된 주기보다 더 작은 주기와 일정한 문턱 시간(Tth)보다 더 짧은 시간동안 하이 레벨을 유지하는 펄스 신호로 감지 신호가 출력된다.
정상 접촉패드 판별부(50)는 감지 신호 발생부(24)로부터 감지 신호(s_sig12)를 인가받아 감지 신호(s_sig12)가 하이 레벨을 유지하는 시간을 일정한 문턱 시간(Tth)과 비교하여 접촉키에 정상적으로 접촉되었는지 여부를 판별한다.
만일, 접촉 물체가 정상적으로 접촉키에 접촉시에는 감지 신호(s_sig12)가 하이 레벨을 유지하는 시간이 일정한 문턱 시간(Tth)보다 길기 때문에 정상 접촉패드 판별부(50)는 정상 접촉으로 판단하고 해당 접촉키에 설정되어 있는 동작을 수행하도록 제어하는 동작 제어 신호(op_con)를 하이 레벨로 출력한다.
MCU (50)는 정상 접촉패드 판별부(50)로부터 하이 레벨의 동작 제어 신호(op_con)에 응답하여 사용자가 본래 접촉을 의도했던 접촉 패드에 해당하는 동작을 전자 기기가 수행하도록 기기 제어 신호(d_con)를 출력한다.
하지만, 접촉 물체가 비정상적으로 접촉키에 접촉시에는 감지 신호(s_sig12')가 하이 레벨을 유지하는 시간이 일정한 문턱 시간(Tth)보다 짧기 때문에 정상 접촉패드 판별부(50)는 비정상 접촉으로 판단하여 감지 신호(s_sig12')를 무시하고 해당 접촉키에 설정되어 있는 동작을 수행하지 못하도록 동작 제어 신호(op_con)를 로우 레벨로 출력한다.
정상 접촉패드 판별부(50)로부터 로우 레벨의 동작 제어 신호(op_con)에 응답하여 MCU (50)는 기준 신호 발생부(21)가 클록 신호를 발생하지 않도록 하는 차단 신호(s_sd)를 출력하고, 비정상 접촉 알림부(90)는 접촉 패드(10-N)가 비정상적으로 접촉된 사실을 알람 또는 LED로 표시하여 청각 또는 시각적으로 사용자에게 알린다.
이때, MCU 로부터 차단 신호(s_sd)를 인가받고 동작이 차단된 기준 신호 발생부(21)를 다시 동작시키기 위한 복원은 접촉 패드를 이용하여 패스워드를 입력하든지 리셋 스위치(미도시)와 같은 기계적 스위치를 누르는 것으로 수행할 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치는 감지 신호(s_sig12)가 하이 레벨을 유지하는 시간을 일정한 문턱 시간(Tth)과 비교하여 접촉 물체가 접촉키에 정상적으로 접촉되었는지 여부를 판별함으로써 사용자의 본래 의도와는 다르게 비정상적으로 접촉된 접촉키의 오동작을 방지하게 된다.
아울러서, 본 발명의 일 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치는 감지 신호(s_sig12)가 하이 레벨을 유지하는 시간을 일정한 최대 접촉 시간 또는 자 동 임피던스 조절(Auto impedance calibration) 결과 값과 비교하여 이물질의 부착 여부를 감지함으로써 접촉 물체가 접촉키에 정상적으로 접촉되었는지 여부를 판별할 수도 있다.
다음으로, 도 5는 본 발명을 2차원으로 확장한 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치의 구성도로서, 터치 판넬(120), 접촉 지연 시간 처리부(100), 지연 시간 문턱값 저장부(150), 및 정상 접촉패드 판별부(160)로 구성되어 있다.
도 5 에서는 터치 판넬(120)의 일면 전체에 터치패턴이 패터닝(Patterning)된다.
터치패턴은 각각이 소정의 저항 값을 갖는 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))과 복수개의 연결선들(CL1_1 ~ CL1_(n-1))로 구성되며, 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각은 인접한 접촉 패드와 연결선(CL1_1 ~ CL1_(n-1))에 의해 직렬로 연결되어 있다. 접촉물체의 접촉 영역이 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각의 크기보다 커서 4개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_3, P1_9)에 걸쳐 접촉되어 있다고 가정한다.
도 5 에 도시된 바와 같이 접촉물체의 접촉이 용이하도록 만든 큰 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))은 폭이 작은 연결선들(CL1_1 ~ CL1_(n-1))보다 저항 값이 작게 된다. 접촉 패드(P1_1 ~ P1_(n))가 연결선(CL1_1 ~ CL1_(n-1))보다 저항 값이 작기 때문에 접촉물체의 접촉위치는 연결선(CL1_1 ~ CL1_(n-1))의 저항 값과 접촉 커패시턴스에 의해 결정된다.
접촉 지연 시간 처리부(100)는 클록 출력 핀(out)과 클록 입력 핀(in)을 구비하고, 클록 출력 핀(out)은 터치패턴에 직렬 연결된 복수개의 접촉 패드(P1_1 ~ P1_(n)) 중 첫 번째의 접촉 패드(P1_1)와 연결되고, 클록 입력 핀(in)은 마지막의 접촉 패드(P1_(n))와 연결되어 있다.
도 5 을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉 센서 장치의 각 블록들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
접촉 지연 시간 처리부(100)는 클록신호(CLK)를 발생하여 클록 출력 핀(out)을 통해 첫 번째 접촉 패드(P1_1)로 출력하고, 복수개의 접촉 패드(P1_1 ~ P1_(n))를 통과하는 동안 지연된 지연 클록신호(D_CLK)를 클록 입력 핀(in)으로 인가받는다. 그리고 클록 입력 핀(in)으로 인가된 지연 클록신호(DCLK)를 이용하여 터치 판넬(120)에 접촉된 접촉물체의 위치를 계산하여 접촉위치 데이터(TS_OUT)를 출력한다.
지연 시간 문턱값 저장부(150)는 접촉 물체의 접촉시 실제 접촉한 접촉 지연 시간과 비교될 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각의 접촉 지연 시간 문턱값들(Td_th[n:1])을 저장한다.
정상 접촉 패드 판별부(160)는 비교부(140)에서 출력되는 지연시간(DT)을 인가받아 시간의 차이를 통하여 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))이 시간적으로 접촉되는 순서를 감지하여 가장 처음 접촉된 접촉 패드의 위치를 판단하고, 지연 시간이 최초의 문턱 지연 시간(Td_th[n])을 초과하여 일정 시간 유지되는 접촉 패드를 선택한 후에 사용자가 접촉하려고 의도했던 접촉 패드를 결정하여 그 좌표를 접촉위치 데이터(TS_OUT)로 출력한다.
도 6은 도 5 에 나타낸 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치 내 접촉 지연 시간 처리부(100)의 블록도로서, 클록신호 발생부(110), 지연신호 검출부(130), 비교부(140)로 구성되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉 센서 장치의 각 블록들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
클록신호 발생부(110)는 클록신호(CLK)를 발생하여 클록 출력 핀(out)으로 출력한다.
이때, 접촉 패드(P1_1)로 입력된 클록신호(CLK)는 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))을 통과하여 클록 입력 핀(in)으로 출력된다. 터치패턴에 클록신호(CLK)가 입력되면, 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 및 복수개의 연결선들(CL1_1 ~ CL1_(n-1))의 저항 값과 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))에 접촉된 접촉물체의 정전용량에 의해 클록신호(CLK)가 지연 및 왜곡되어 지연 클록신호(D_CLK)가 출력된다.
지연신호 검출부(130)는 지연 클록신호(D_CLK)를 인가받고, 지연 클록신호(D_CLK)의 신호 레벨을 판별하여 펄스 클록신호(P_CLK)를 발생하여 출력한다.
비교부(140)는 지연신호 검출부(130)에서 출력되는 펄스 클록신호(P_CLK)와 클록신호 발생부(110)에서 출력되는 클록신호(CLK)를 입력받아 비교하여, 클록신호(CLK)에 대한 펄스 클록신호(P_CLK)의 지연시간(DT)을 출력한다.
상기에서는 이해의 편의상 클록신호라고 표현하였으나, 이 신호는 특정 시스템 또는 반도체에서 사용하는 클록 신호에 제한되지 않고 일정한 측정을 하기 위해 주기적으로 토글되는 임의의 디지털 신호를 의미함은 자명하다.
다음으로, 도 7a 및 도 7b 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치 내 복수개의 접촉 패드들의 레이아웃에 의해 오동작을 감소시키기 위한 2차원적인 패턴 배열을 설명하기 위한 패턴 배열도로서, 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)), 복수개의 연결선들(CL1_1 ~ CL1_(n-1)) 및 복수개의 절연 물질들(IM1, IM2)을 구비한다.
도 5 에 도시된 터치 판넬에 배치되는 터치패턴은 접촉 패드 간의 간격이 좁으면 좁을수록 터치 판넬의 해상도(Resolution)는 증가될 수 있으나, 접촉물체에 의해 복수개의 접촉 패드(P1_1, P1_(n))가 두 개 이상 한꺼번에 접촉되면, 잘못된 접촉 데이터를 출력할 수 있는 한계가 있다.
즉, 터치패턴을 도 7a와 같이 배열한다면 접촉 물체가 접촉 패드의 면적보다 넓은 면적이 접촉된 경우, 처음에는 작은 면적이었다가 점차로 면적이 증가되므로 터치 패턴 상 접촉된 영역이 TA와 같다고 하였을 때 종래에는 4개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_3, P1_9)에 걸쳐 접촉된 것으로 인식한다. 이에 따라 본 발명의 정상 접촉 패드 판별부는 각 접촉 패드들마다 설정되어 있는 저항 값에 따른 예상 지연 시간의 범위가 초과된 것을 인지하여 접촉 물체의 비정상적인 접촉으로 판단하게 된다.
이에 따라, 도 6의 정상 접촉 패드 판별부(160)는 인가되는 지연시간(DT)의 차이 및 지연 시간 문턱값 저장부(150)로부터 인가되는 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각의 접촉 지연 시간 문턱값들(Td_th[n:1])을 이용하여 시간적으로 접촉되는 순서를 감지하고 가장 처음 접촉된 접촉 패드의 위치를 판단함으로써 사용자가 접촉하려고 의도했던 접촉 패드를 결정한다.
예를 들어, 도 7a에서 터치 패턴 상 접촉된 영역이 TA와 같다고 하였을 때, 시간별로 분석하면 접촉 패드(P1_2)가 먼저 접촉이 되고, 그 이후 순차적으로 접촉 패드(P1_1)와 접촉 패드(P1_3) 그리고 접촉 패드(P1_9)가 접촉이 된다.
즉, 종래에는 4개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_3, P1_9)에 걸쳐 접촉된 것으로 인식할 수 있겠으나, 본 발명의 정상 접촉 패드 판별부는 4개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_3, P1_9) 각각에 의해 지연된 클록신호들(D_CLK1 내지 D_CLK3, D_CLK9)과 클록신호(CLK)의 시간차인 지연시간(DT1 내지 DT3, DT9)을 인가받아 지연시간(DT1, DT2, DT3, DT9)의 순서 및 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_3, P1_9)의 접촉 지연 시간 문턱값들(Td_th[1:3], Td_th[9])에 따라 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_3, P1_9)이 시간적으로 접촉되는 순서(P1_2, P1_1, P1_3, P1_9)를 감지하여 가장 처음 접촉된 접촉 패드(P1_2)의 위치를 판단한다.
즉, 접촉 물체의 저항이 복수개의 연결선들(CL1_1 ~ CL1_(n-1))의 저항보다 작다고 가정했을 때 지연시간(DT1 내지 DT3, DT9)은 복수개의 연결선들(CL1_1 ~ CL1_(n-1))의 저항에 의해 결정되므로 접촉 패드(P1_2)가 접촉이 된 후에 인접한 접촉 패드들(P1_1, P1_3)까지 접촉 면적이 증가 되면 연결선의 저항이 감소되어 지 연시간은 지연시간(DT2)에서 감소하여 지연시간(DT1)이 된다.
그 후에 접촉 면적이 더욱 증가되어 접촉 패드(P1_9)까지 접촉되어도 접촉 패드들(P1_1, P1_3)까지 접촉된 상태이므로 지연시간은 여전히 DT1이 된다.
정상 접촉 패드 판별부(160)는 상기 지연시간(DT1, DT2, DT3, DT9)의 순서 정보를 이용하여 접촉 지연 시간 문턱값들(Td_th[1:3], Td_th[9])과 비교하여 접촉 패드(P1_2)에서 최초 접촉이 있었다는 사실을 인식하고 사용자가 본래 접촉하려고 의도했던 접촉 패드를 결정하여 그 좌표를 접촉위치 데이터(TS_OUT)로 출력한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치는 도 7b와 같이 터치 판넬의 동일 면에 2 채널의 패턴 라인(CH1, CH2)을 나란히 배치하여 동일 채널에서 동시에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
제1 및 제2 터치패턴(CH1, CH2)이 나란히 배치되므로, 제1 터치패턴(CH1)과 제2 터치패턴(CH2) 각각은 복수개의 접촉 패드 사이의 간격을 충분히 확보하여 접촉물체에 의해 제1 터치패턴(CH1)의 복수개의 접촉 패드(P1_1 ~ P1_(n)) 또는 제2 터치패턴(CH2)의 복수개의 접촉 패드들(P2_1 ~ P2_(n))이 동시에 접촉되는 것을 막을 수 있다.
그리고, 두개의 터치패턴(CH1, CH2)이 나란히 배치 될 때 제1 터치패턴(CH1)의 연결선(CL1_1 ~ CL1_(n-1))과 제2 터치패턴(CH2)의 연결선(CL2_1 ~ CL2_(n-1))이 교차하는 교차지점(BP)은 단락 되지 않도록 절연 물질을 이용하여 교차지점(BP)의 두 연결선 사이를 절연한다. 여기에서, 절연 물질은 두개의 터치패턴(CH1, CH2) 이 하나의 층에 배치 될 때는 바이패스용 전도성 물질을 사용하고 2개의 층에 배치 될 때는 비아 홀을 사용한다.
채널을 달리하는 패턴 라인들(CH1, CH2)이 배치되면 도 6의 정상 접촉 패드 판별부(160)는 상기 도 7a에서와 동일한 방법으로 각 채널별로 접촉되는 위치를 계산하고(P1_2, P2_2), 각 접촉 위치가 좌표 평면상의 일정 거리 이하의 차이가 있는 경우에만 한 접촉 영역에서 유효한 접촉으로 판단한다.
따라서, 제1 채널(CH1)의 제2 접촉 패드(P1_2)와 제2 채널(CH2)의 제9 접촉 패드(P2_9)는 평면상 일정 거리 이상의 차이가 있으므로 한 접촉 영역에서 유효한 접촉으로 인정되지 않는다.
도 7a 에서는 두개의 터치패턴(CH1, CH2)만을 도시하였으나, 3채널 이상의 패턴 라인을 터치 판넬의 동일 면에 나란히 배치하여 동일 채널에서 동시에 접촉되는 것을 더욱 확실하게 방지할 수도 있고, 각 채널간의 간격을 최대한 줄여 터치 판넬의 해상도를 증가시킬 수도 있다.
또한, 도 7a에서 모든 접촉 패드들 (P1_1 ~P1_(n))을 다른 구조로 하여 비정상 접촉을 감지할 수 있고, 도 7b에서 설명의 편의상 두개의 터치패턴(CH1, CH2)이 동일한 구조로 되어 있으나, 제2 채널(CH2)을 비정상 접촉을 감지하는 목적으로 사용하는 경우에는 도 2의 제2 접촉패드(2P_11)와 유사한 구조로 할 수 있음은 당연하다.
상기 복수개의 채널을 이용한 터치 판넬 장치 및 이의 접촉위치 검출방법은 한국공개특허 제10-2008-0064100호에 공개되어 있으므로 여기에서는 터치 판넬 장 치의 동작방법에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 도 8a 및 도 8b 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치 내 복수개의 접촉 패드들의 레이아웃에 의해 오동작을 감소시키기 위한 원형 패턴 배열도로서, 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 및 복수개의 연결선들(CL1_1 ~ CL1_(n-1))을 구비한다.
마찬가지로, 도 5 에 도시된 터치 판넬에서 해상도(Resolution)를 증가시키기 위해 접촉 패드 간의 간격을 좁게 배치하면 접촉물체에 의해 복수개의 접촉 패드들(P1_1, P1_(n))이 동시에 접촉될 수 있는 한계를 극복하기 위하여 본 실시 예에서는 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각을 일정한 곡률을 가지고 회전시켜 원형으로 배치하고 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))간의 사이를 연결선을 이용하여 벌여 놓는다.
여기에서, 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각을 연결하는 연결선의 저항은 동일하고 도선 폭이 작아 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각의 저항 값보다 큰 값을 갖는다.
도 8b 는 도 8a 와 같이 배열된 복수개의 접촉 패드들의 원형 패턴 배열을 제1 채널(CH1)로 배치하고 제1 채널(CH1)을 형성하는 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 사이에 복수개의 접촉 패드들(P2_1 ~ P2_(n))의 원형 패턴 배열을 제2 채널(CH2)로 추가로 배치하여 복수개의 접촉 패드들의 회전 곡률의 정밀도를 더욱 증가시킨 것이다.
도 8b 에서는 두개의 터치패턴(CH1, CH2)만을 도시하였으나, 마찬가지로 3채널 이상의 패턴 라인을 터치 판넬의 동일 면에 나란히 배치하여 동일 채널에서 동시에 접촉되는 것을 더욱 확실하게 방지할 수도 있고, 각 채널간의 간격을 최대한 줄여 터치 판넬의 해상도를 증가시킬 수도 있다.
또한, 도 8b의 제2 채널(CH2)을 도 3의 제2 접촉패드(2P-11)와 같이 사용하여 비정상 접촉을 구분하여 접촉의 유효성을 판단하는데 사용할 수 있음은 당연하다.
다음으로, 도 9는 본 발명의 다른 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치 내 복수개의 접촉 패드들의 지연 시간 량에 의해 오동작을 감소시키기 위한 2차원적인 패턴 배열 및 접촉 시간의 경과에 따른 접촉 영역의 변화를 나타낸 도면으로서, 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 및 한 개의 채널을 구비한다.
도 9에서, 접촉 영역(TA1-N, TA2-N)은 2가지 접촉의 예로서, 도 9의 (1)은 접촉 물체가 접촉 영역(TA1-1, TA2-1) 모두 접촉 패드(P1_2, P1_4)의 일부분만 접촉한 것을 도시한 것이고, 도 9의 (2)는 접촉 영역(TA1-2, TA2-2)이 하나의 접촉 패드(P1_2 또는 P1_4)만을 접촉한 경우이며, 도 9의 (3) 및 (4)는 접촉 영역(TA1-3 및 TA2-3, TA1-4 및 TA2-4)의 면적이 더욱 증가하여 주변의 접촉 패드들(P1_1 및 P1_5 또는 P1_1 및 P1_3, P1_3 및 P1_5 )까지 접촉한 경우를 나타낸다.
도 9에서 보는 바와 같이, 접촉 상태를 시간 별로 비교하면 상당한 시간이 경과된 도 9의 (3) 및 (4)에서는 접촉 면적이 너무 증가되어 인접한 접촉 패드 들(P1_1 및 P1_3, P1_3 및 P1_5)에까지 접촉 영역이 확대되어 본래 접촉을 의도했던 접촉 패드(P1_2, P1_5)를 정확하게 인식하지 못하는 한계가 있다.
도 10 은 도 9에서 접촉물체의 접촉 시간의 경과에 대하여 접촉위치에 따른 지연시간의 변화를 나타낸 그래프로서, X축은 접촉 패드에 접촉한 시간의 경과이고, Y축은 복수개의 접촉 패드들 각각의 접촉위치에 따른 지연 시간량이다.
도 10의 (A)는 도 9에서 접촉 물체가 접촉 영역(TA1-N)에 접촉한 경우로서, T(1) 시점에서 제1 접촉 패드(P1_1)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[1]) 이하였으나 T(2) 시점에서 제2 접촉 패드(P1_2)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[2])으로 증가하고 T(3) 시점에서 제2 접촉 패드(P1_2)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[2]) 이상으로 다시 증가하였다가 T(4) 시점에서 제2 접촉 패드(P1_2)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[2]) 이상을 계속 유지한다.
또한, 도 10의 (B)는 도 9에서 접촉 물체가 접촉 영역(TA2-N)에 접촉한 경우로서, T(1) 시점에서 제2 접촉 패드(P1_2)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[2]) 이상이었으나 T(2) 시점에서 제4 접촉 패드(P1_4)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[4])으로 증가하고 T(3) 시점에서 제4 접촉 패드(P1_4)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[4]) 이상으로 다시 증가하였다가 T(4) 시점에서 제4 접촉 패드(P1_4)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[4]) 이상을 계속 유지한다.
도 10의 (A) 및 (B)의 경우 모두 T(3) 시점 이후에는 접촉 물체의 접촉 면적이 인접 접촉 패드로 확장되었지만, 접촉 지연시간의 증가량이 감소하게 되므로 접 촉 문턱 값이 초과되는 접촉 패드와 시간별 지연 시간의 증가량 감소 여부에 따라 도 10의 (A)의 경우에는 제2 접촉 패드(P1_2)에, 도 10의 (B)의 경우에는 제4 접촉 패드(P1_4)에 접촉된 것으로 판단할 수 있다.
도 5 및 도 6, 도 9 및 도 10 을 참조하여 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))의 접촉 시간의 경과에 따른 접촉 영역의 변화를 가지고 비정상 접촉의 오동작을 감소시키는 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5 및 도 6에서 지연 시간 문턱값 저장부(150)는 접촉 물체가 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n))에 접촉하였을 때에 실제 접촉한 접촉 지연 시간과 비교될 복수개의 접촉 패드들(P1_1 ~ P1_(n)) 각각의 접촉 지연 시간 문턱값들(Td_th[n:1])을 저장한다.
도 9 의 (1) 도면에서 접촉 물체가 T(1) 시점에서 접촉한 경우(TA1-N, TA2-N) 각각의 접촉 영역(TA1-1, TA2-1)은 도 10의 (A)를 참조할 때 비접촉 상태에서는 원점에서 시작할 뿐 아니라 접촉 지연 시간이 제1 접촉 패드(P1_1)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[1])보다 더 작아 정상 접촉 패드 판별부(160)는 마치 제1 접촉 패드(P1_1)에도 접촉하지 않은 것으로 인식하고, 도 10의 (B)를 참조할 때 접촉 지연 시간이 제2 접촉 패드(P1_2)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[2])보다 커서 정상 접촉 패드 판별부(160)는 마치 제2 접촉 패드(P1_2)에 접촉된 것으로 인식한다.
시점 T(1)로부터 소정 시간 경과하여 접촉 면적이 증가된 도 9 의 (2)에서 T(2) 시점에서 접촉한 경우(TA1-N, TA2-N) 각각의 접촉 영역(TA1-2, TA2-2)은 하나의 접촉 패트의 면적 만큼 접촉한 경우이다.
접촉(TA1-N)의 경우에는, 도 10의 (A)를 참조할 때 접촉 지연 시간이 2번째 접촉 패드(P1_2)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[2])으로 증가하여 정상 접촉 패드 판별부(160)는 마치 2번째 접촉 패드(P1_2)에 접촉한 것으로 인식한다.
접촉(TA2-N)의 경우에는, 도 10의 (B)를 참조할 때 접촉 지연 시간이 4번째 접촉 패드(P1_4)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[4])으로 증가하여 정상 접촉 패드 판별부(160)는 마치 4번째 접촉 패드(P1_4)에 접촉된 것으로 인식한다.
시점 T(2)로부터 소정 시간 경과하여 접촉 면적이 더욱 증가된 도 9 의 (3) 및 (4)에서는 접촉 영역이 더욱 증가하여 각각 주변의 접촉 패드까지 확장된다.
접촉(TA1-N)의 경우에는, 도 10의 (A)를 참조할 때 접촉 지연 시간이 2번째 접촉 패드(P1_2)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[2]) 이상으로 증가하여 계속 값을 유지하므로 정상 접촉 패드 판별부(160)는 2번째 접촉 패드(P1_2)에 접촉한 것으로 정확하게 인식하게 된다.
접촉(TA2-N)의 경우에는, 도 10의 (B)를 참조할 때 접촉 지연 시간이 4번째 접촉 패드(P1_4)의 접촉 지연 시간 문턱값(Td_th[4]) 이상으로 증가하여 계속 값을 유지하므로 정상 접촉 패드 판별부(160)는 4번째 접촉 패드(P1_4)에 접촉된 것으로 정확하게 인식한다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치는 접촉 물체의 접촉 신호가 전달되는 지연 시간이 최초의 문턱 지연 시간을 초과하여 일정 시간 유지되는 접촉 패드를 선택함으로써 비정상적으로 접촉된 접촉 패드를 접촉된 것으로 잘못 인식하는 것을 방지한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따라 오동작을 할 수 있는 접촉센서 장치 일부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉센서 장치 일부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉센서 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 일 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치의 신호 파형도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치의 구성도이다.
도 6은 도 5 에 나타낸 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치 내 접촉 센싱부(100)의 블록도이다.
도 7a 및 도 7b 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치 내 복수개의 접촉 패드들의 레이아웃에 의해 오동작을 감소시키기 위한 2차원적인 패턴 배열도이다.
도 8a 및 도 8b 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉센서 장치 내 복수개의 접촉 패드들의 레이아웃에 의해 오동작을 감소시키기 위한 원형 패턴 배열도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치 내 복수개의 접촉 패드들의 지연 시간량에 의해 오동작을 감소시키기 위한 2차원적인 패턴 배열 및 접촉 시간의 경과에 따른 접촉 영역의 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 또 다른 경우에 따른 접촉센서 장치에서 접촉물체의 접촉 시간의 경과에 대하여 접촉위치에 따른 지연시간의 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (25)

  1. 접촉 물체가 접촉하는 위치를 나타내는 복수개의 접촉 키들을 구비한 판넬;
    상기 판넬의 상기 복수개의 접촉 키들에 대응하는 위치에 부착되어 상기 접촉 물체의 접촉 정보를 제1 전기 신호로 발생하는 복수개의 제1 접촉 패드들;
    상기 복수개의 제1 접촉 패드들 사이에 부착되어 접촉되는 상기 접촉 물체에 묻은 전도성 물질의 접촉 정보를 제2 전기 신호로 발생시키는 복수개의 제2 접촉 패드들;
    상기 제1 전기 신호를 인가받아 상기 접촉된 접촉 키들에 설정된 동작을 수행하게 하는 복수개의 감지 신호들을 출력하고, 상기 제1 및 제2 전기 신호를 이용하여 상기 접촉 물체의 정상적인 접촉 여부를 감지하는 접촉 센싱부를 구비하고,
    상기 접촉 센싱부는 상기 제1 전기 신호가 복수개로 인가되고, 상기 제2 전기 신호가 인가되는 경우에는 비정상적인 접촉으로 판단하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 센싱부는
    측정용 디지털 신호를 발생하여 제 1 시간 지연시킨 제 1 신호를 생성하고 상기 접촉 물체의 접촉시 상기 측정용 디지털 신호를 더 많이 지연시킨 제 2 신호를 생성하여 상기 제 1 신호에 동기되어 상기 제 2 신호를 래치하여 상기 복수개의 감지 신호들을 발생하는 접촉 센서;
    상기 제1 전기 신호가 복수개로 인가되고 및 상기 제2 전기 신호가 인가되는 경우에는 비정상적인 접촉으로 판단하고 상기 제1 전기 신호를 무시하도록 하는 동작 제어 신호를 출력하는 정상 접촉 패드 판별부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정상 접촉 패드 판별부는
    상기 복수개의 제1 접촉 패드들 중 하나의 접촉 패드로부터 상기 제1 전기 신호를 인가 받고 상기 복수개의 제2 접촉 패드들 중 하나의 제2 접촉 패드로부터 상기 제2 전기 신호를 인가 받거나,
    상기 복수개의 제1 접촉 패드들 중 다른 하나의 접촉 패드로부터 상기 제1 전기 신호를 인가 받고 상기 하나의 제2 접촉 패드로부터 상기 제2 전기 신호를 인가 받는 경우에는 상기 정상적인 접촉으로 판단하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 정상 접촉 패드 판별부는
    상기 복수개의 감지 신호들 중 상기 제2 전기 신호에 응답하여 출력되는 감지 신호를 인가받아 하이 레벨 유지 시간을 일정한 문턱 시간과 비교하여 상기 정상적인 접촉 여부를 판별하고,
    상기 하이 레벨 유지 시간이 상기 문턱 시간보다 긴 상기 정상적인 접촉시에 는 상기 동작 제어 신호를 하이 레벨로 출력하고, 상기 하이 레벨 유지 시간이 상기 문턱 시간보다 짧은 상기 비정상적인 접촉시에는 상기 동작 제어 신호를 로우 레벨로 출력할 수 있는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정상 접촉 패드 판별부는
    상기 비정상적인 접촉시에는 상기 복수개의 감지 신호들이 정상적인 접촉시에 설정된 주기보다 더 작은 주기 및 설정된 문턱 시간보다 더 짧은 시간동안 하이 레벨을 유지하는 신호를 판별하여 상기 비정상적인 접촉을 결정하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접촉 센서는
    상기 측정용 디지털 신호를 기준 신호로 발생하는 기준 신호 발생부;
    상기 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 상기 기준 신호를 항상 상기 제 1 시간 지연하여 상기 제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생부;
    상기 접촉 물체가 접촉되지 않으면 상기 기준 신호를 지연하지 않고, 상기 접촉 물체가 접촉되면 상기 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생부;
    상기 제 1 신호에 동기되어 상기 제 2 신호들을 래치하여 상기 복수개의 감지 신호들을 발생하는 감지 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접촉 센서 장치는
    상기 동작 제어 신호에 응답하여 상기 설정된 동작 수행을 수행하도록 전자 기기를 제어하거나 상기 기준 신호의 발생을 차단하는 MCU;
    상기 동작 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제1 접촉 패드들이 비정상적으로 접촉된 사실을 알리는 비정상 접촉 알림부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 MCU 는
    상기 하이 레벨의 동작 제어 신호에 응답하여 상기 전자 기기가 상기 설정된 동작을 수행하도록 기기 제어 신호를 출력하고,
    상기 로우 레벨의 동작 제어 신호에 응답하여 상기 기준 신호 발생부가 상기 기준 신호를 발생하지 못하도록 하는 차단 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 접촉 패드들은
    상기 전자 기기가 상기 설정된 동작을 수행하도록 하기 위해 사용되고,
    상기 복수개의 제2 접촉 패드들은
    상기 접촉 센싱부가 상기 비정상적인 접촉을 감지하도록 하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 비정상 접촉 알림부는
    상기 로우 레벨의 동작 제어 신호에 응답하여 상기 비정상적인 접촉 사실을 알람 또는 LED로 표시하여 청각 또는 시각적으로 알리는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 접촉 센서 장치는
    상기 기준 신호의 발생이 차단된 상기 기준 신호 발생부를 다시 작동시키기 위하여 상기 판넬 상에 패스워드의 입력을 요구할 수 있는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 접촉 센서 장치는
    상기 기준 신호의 발생이 차단된 상기 기준 신호 발생부를 다시 작동시키기 위하여 상기 차단 신호를 리셋 시키는 리셋 스위치를 더 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 정상 접촉 패드 판별부는
    상기 복수개의 감지 신호들의 하이 레벨 유지 시간을 일정한 최대 접촉 시간 또는 자동 임피던스 조절 결과 값과 비교하여 이물질의 부착 여부를 감지함으로써 상기 비정상적인 접촉 사실을 판별할 수도 있는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  14. 복수개의 접촉 패드들 각각이 연결선에 의해 직렬로 연결된 터치패턴을 구비하는 터치 판넬;
    측정용 디지털 신호를 발생하여 상기 터치패턴의 일단에 인가하고, 상기 복수개의 접촉 패드들을 통과시키는 동안 지연된 지연 측정용 디지털 신호를 상기 터치패턴의 타단으로부터 인가받아 펄스 측정용 디지털 신호를 생성하여 상기 측정용 디지털 신호와의 지연시간 차이 값을 출력하는 접촉 지연 시간 처리부;
    접촉 물체의 접촉시 실제 접촉한 접촉 지연 시간과 상기 지연시간 차이값를 비교할 복수개의 접촉 패드들 각각의 접촉 지연 시간 문턱값들을 저장하는 지연 시간 문턱값 저장부;
    상기 지연시간 차이 값을 인가받아 상기 접촉 지연 시간 문턱값들과 비교하여 상기 복수개의 접촉 패드들이 시간적으로 접촉되는 순서를 감지하고 최초로 접촉된 접촉 패드의 위치를 판단하여 접촉 위치 데이터를 출력하는 정상 접촉 패드 판별부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 접촉 지연 시간 처리부는
    상기 측정용 디지털 신호를 발생하여 측정용 디지털 출력 핀을 통해 출력하는 측정용 디지털 신호 발생부;
    측정용 디지털 입력 핀을 통해 상기 지연 측정용 디지털 신호를 인가받아 신호 레벨을 판별하여 상기 펄스 측정용 디지털 신호를 발생시키는 지연 신호 검출부;
    상기 펄스 측정용 디지털 신호 및 상기 측정용 디지털 신호를 인가받아 비교하여 상기 지연시간 차이 값을 출력하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 터치패턴은
    상기 접촉 물체의 접촉 면적이 상기 복수개의 접촉 패드들 각각의 면적보다 크거나 시간의 경과에 따라 상기 접촉 물체의 접촉 면적이 점차로 증가되어 본래 의도했던 접촉 패드와 인접한 접촉 패드에 비정상적으로 접촉되는 오동작을 감소시키기 위하여 상기 복수개의 접촉 패드들이 2차원적인 레이아웃에 의해 패턴 배열이 되는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 터치 판넬은
    동일 면에 충분한 간격을 두고 나란히 배치되어 상기 복수개의 접촉 패드들이 동시에 접촉되는 것을 방지하는 복수 채널의 패턴 라인들;
    상기 복수 채널의 패턴 라인들이 교차하는 교차지점에 상기 연결선이 서로 단락 되지 않도록 절연하는 절연 물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 절연 물질은
    상기 복수 채널의 패턴 라인들이 하나의 층에 배치 될 때는 바이패스용 전도성 물질을 사용하고, 복수개의 층들에 배치 될 때는 비아 홀을 사용하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 정상 접촉 패드 판별부는
    상기 접촉 물체가 상기 복수 채널의 패턴 라인들의 각 채널별로 접촉되는 위치를 계산하고, 상기 접촉되는 위치가 좌표 평면상의 일정 거리 이하의 차이가 있는 경우에만 한 접촉 영역에서 유효하게 접촉한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 터치패턴은
    비정상적으로 접촉되는 오동작을 감소시키기 위하여 상기 복수개의 접촉 패드들이 원형 레이아웃에 의해 일정한 곡률을 가지고 회전하여 패턴 배열이 되는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 터치 판넬은
    상기 복수개의 접촉 패드들이 원형 패턴 배열을 가지고 제1 채널로 배치되고,
    또 다른 복수개의 접촉 패드들이 상기 복수개의 접촉 패드들 사이에 상기 원형 패턴 배열과 동일한 곡률을 가지고 회전하여 복수개의 채널로 배치되는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  22. 복수개의 접촉 패드들 각각이 연결선에 의해 직렬로 연결된 터치패턴을 구비하는 터치 판넬;
    측정용 디지털 신호를 발생하여 상기 터치패턴의 일단에 인가하고, 상기 복수개의 접촉 패드들을 통과시키는 동안 지연된 지연 측정용 디지털 신호를 상기 터치패턴의 타단으로부터 인가받아 펄스 측정용 디지털 신호를 생성하여 상기 측정용 디지털 신호와의 지연시간 차이 값을 출력하는 접촉 지연 시간 처리부;
    접촉 물체의 접촉시 실제 접촉한 접촉 지연 시간과 상기 지연시간 차이값을 비교할 복수개의 접촉 패드들 각각의 접촉 지연 시간 문턱값들을 저장하는 지연 시간 문턱값 저장부;
    상기 접촉 지연 시간 문턱값들을 인가받아 상기 지연 시간과 비교하여 상기 지연 시간이 소정의 상기 접촉 지연 시간 문턱값을 초과하여 일정 시간 유지되는 접촉 패드를 선택하여 최초로 접촉된 접촉 패드의 위치를 판별하고 접촉 위치 데이터를 출력하는 정상 접촉 패드 판별부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 접촉 지연 시간 처리부는
    상기 측정용 디지털 신호를 발생하여 측정용 디지털 출력 핀을 통해 출력하는 측정용 디지털 신호 발생부;
    측정용 디지털 입력 핀을 통해 상기 지연 측정용 디지털 신호를 인가받아 신호 레벨을 판별하여 상기 펄스 측정용 디지털 신호를 발생시키는 지연 신호 검출 부;
    상기 펄스 측정용 디지털 신호 및 상기 측정용 디지털 신호를 인가받아 비교하여 상기 지연시간 차이 값을 출력하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 접촉 센서 장치는
    상기 접촉 물체의 접촉 면적이 인접 접촉 패드로 확장되는 경우 상기 접촉 지연 시간 문턱값이 초과되는 접촉 패드 및 상기 지연 시간의 시간별 증가량 감소 여부에 따라 상기 최초로 접촉된 접촉 패드의 위치를 판별하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 접촉 센서 장치는
    비정상적으로 접촉되는 오동작을 감소시키기 위하여 상기 지연 시간량의 차이에 의해 비정상적으로 접촉된 접촉 패드를 판별하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
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