KR101091005B1

KR101091005B1 - 인덕티브 터치 센싱장치

Info

Publication number: KR101091005B1
Application number: KR1020090106768A
Authority: KR
Inventors: 김종률; 이종혁
Original assignee: 위니아만도 주식회사
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-12-08
Also published as: KR20110049975A

Abstract

본 발명은 디스플레이 패널에 표시되는 각종 상태정보를 전환하기 위한 입력수단으로써 인덕티브 센서를 이용하는 인덕티브 터치 센싱장치에 관한 것으로, 구형파신호를 입력받아 교류신호로 변환하여 출력하는 교류발생부, 인덕티브 센서를 포함하고, 상기 교류신호를 입력받으며, 외부의 압력에 대해 인덕턴스의 변화를 발생하는 인덕티브 센서부 및 상기 교류신호가 상기 인덕티브 센서부에 입력되어지는 상태에서 상기 인덕티브 센서에서 상기 인덕턴스의 변화가 발생하면 상기 인덕턴스의 변화를 감지하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 터치를 통한 입력수단으로 인덕티브 센서를 이용함으로써 터치시 코일의 인덕턴스 변화를 통하여 키 입력으로 인식하기 때문에 액체 또는 습기 등이 터치 표면에 존재하여도 동작이 잘되고, 장갑 등을 착용한 손으로 터치하여도 동작이 잘되며, 터치 표면을 비전도성 재질뿐만 아니라, 구리, 스테인리스 스틸, 황동 또는 알루미늄 등의 전도성 재질로도 형성할 수 있어서 디자인을 다양화 또는 고급화할 수 있다.

Description

인덕티브 터치 센싱장치{Input device using inductive sensor}

본 발명은 인덕티브 터치 센싱장치에 관한 것으로, 상세하게는 디스플레이 패널에 표시되는 각종 상태정보를 전환하기 위한 입력수단으로써 인덕티브 센서를 이용하는 인덕티브 터치 센싱장치에 관한 것이다.

일반적으로 가전기기에는 각종 작동상태 및 에러발생 여부 등을 알리는 디스플레이 패널이 구비된다.

이러한 가전기기 중 예를 들어, 김치냉장고의 디스플레이 패널(10)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 표시부(11)와 입력부(15)로 나눌 수 있으며, 표시부(11)는 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 LED(Light Emitting Diode)를 이용하여 이루어질 수 있다.

그리고, 표시부(11)에는 김치냉장고의 상부 칸, 중간 칸 및 하부 칸 정보, 온도상태 및 온도조절 정보 등의 모드(mode) 정보가 표시되고, 입력부(15)는 터치 센서를 통하여 김치냉장고의 상부, 중간 또는 하부 칸을 변경하거나, 김치냉장고의 온도 등을 조절할 수가 있다.

이러한 입력부(15)에 적용되는 종래의 터치 센서는 커패시티브(capacitive) 센서를 이용하여 이루어질 수 있는데, 커패시티브 센서(20)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(미도시) 위에 전도성 플레이트(21)를 배치하여 전도성 플레이트(21)에 전압을 인가한 구조로써, 사람의 손(30)이 전도성 플레이트(21)에 접촉될 때 손(30)과 전도성 플레이트(21) 사이의 유전율에 따른 기생 정전용량(parasitic capacitance)을 검출하는 원리로 작동을 한다.

그러나, 이러한 커패시티브 센서(20)를 이용하면 입력부(15)의 커버 표면에 물 등의 액체가 묻거나 습기가 많으면 오동작을 일으켜 사용자가 원하지 않는 운전모드 등으로 동작하는 문제점이 있으며, 장갑 등을 낀 손으로 입력부(15)를 터치하면 동작이 되는 않는 문제점이 있었다.

또한, 입력부(15)의 커버는 유리(glass), 플라스틱(plastic) 또는 아크릴(acrylic) 등의 비전도성 재질로 이루어져야만 동작이 잘되는 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 터치를 통한 입력수단으로 인덕티브 센서를 이용함으로써 터치시 코일의 인덕턴스 변화를 통하여 키 입력으로 인식하기 때문에 액체 또는 습기 등이 터치 표면에 존재하여도 동작이 잘되고, 장갑 등을 착용한 손으로 터치하여도 동작이 잘되며, 터치 표면을 비전도성 재질뿐만 아니라, 구리, 스테인리스 스틸, 황동 또는 알루미늄 등의 전도성 재질로도 형성할 수 있는 인덕티브 터치 센싱장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인덕티브 터치 센싱장치는 구형파신호를 입력받아 교류신호로 변환하여 출력하는 교류발생부, 인덕티브 센서를 포함하고, 상기 교류신호를 입력받으며, 외부의 압력에 대해 인덕턴스의 변화를 발생하는 인덕티브 센서부 및 상기 교류신호가 상기 인덕티브 센서부에 입력되어지는 상태에서 상기 인덕티브 센서에서 상기 인덕턴스의 변화가 발생하면 상기 인덕턴스의 변화를 감지하는 제어부를 포함한다.

상기 인덕티브 센서부에는 분압저항이 연결될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 분압저항 양단에 인가되는 전압 값을 입력받아 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 인덕티브 센서에서의 상기 인덕턴스 변화를 감지할 수 있다.

상기 인덕티브 센서는 회로기판부, 상기 회로기판부 상면에 형성되는 코일부, 상기 코일부에 대응하는 관통공이 형성되고, 상기 회로기판부의 상면에 적층되는 스페이서, 상기 스페이서 상면에 적층되는 상판부 및 상기 상판부 상면에 적층되는 커버부를 포함할 수 있다.

상기 인덕티브 센서는 외부의 압력으로 인해 상기 상판부가 편향하여 상기 코일부로 이동함으로써 상기 코일부의 상기 인덕턴스가 변화할 수 있다.

상기 커버부는 전도성 재질 또는 비전도성 재질일 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕티브 터치 센싱장치를 나타낸 회로도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 인덕티브 터치 센싱장치는, 도 3에 나타낸 바와 같이 구형파신호를 출력하는 발진부(410), 구형파신호를 입력받아 교류신호로 변환하여 출력하는 교류발생부(300), 교류신호를 입력받으며, 외부의 압력으로 인해 인덕턴스의 변화가 발생하는 인덕티브 센서부(100) 및 교류신호가 인덕티브 센서 부(100)에 입력되었을 때 인덕턴스의 변화가 발생하면 키 입력으로 인식되었다는 신호를 입력받는 제어부(400)를 포함한다.

제어부(400)는 마이크로 컨트롤러(microcontroller)를 사용하는 것이 바람직하며, 발진부(410)는 마이크로 컨트롤러 즉, 제어부(400)에 내장된 형태로 구비될 수 있다.

교류발생부(300)는 제1저항(R1)과 제1커패시터(C1)로 이루어진 RC 회로이며, 구형파신호를 입력받아 인덕티브 센서부(100)를 구동하기 위하여 RC 회로의 시정수에 따른 교류신호를 출력한다.

인덕티브 센서부(100)는 인덕티브 센서(105)가 한 개 또는 다수 개로 구성될 수 있으며, 인덕티브 센서(105)가 다수 개일 경우는 스위치부(200)를 통하여 입력되는 교류신호가 다수 개의 인덕티브 센서(105) 중에서 어느 하나로 입력되도록 스위칭한다.

여기서, 스위칭부(200)는 멀티플렉서(multiplexer) 형태로 동작을 하며 교류신호를 입력받으면서 매우 빠른 속도로 다수 개의 인덕티브 센서(105)를 하나씩 차례로 반복하여 스위칭을 한다. 즉, 스위칭부(200)는 각각 온(on) 또는 오프(off)를 반복하면서 다수 개의 인덕티브 센서(105)를 주기적으로 스위칭을 하는 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕티브 센서를 나타낸 결합사시도이다.

인덕티브 센서(105)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 회로기판부(110), 회로기판부(110) 상면에 에칭(etching)하여 형성하는 코일부(120), 코일부(120)에 대응하는 관통공(140)을 형성하여 회로기판부(110)의 상면에 적층하는 스페이서(130), 스페이서(130) 상면에 적층하는 상판부(150) 및 상판부(150) 상면에 적층하는 커버부(160)로 이루어진다.

코일부(120)는 회로기판부(110)의 상면에 전도성 재질로 나선형으로 형성하고, 스페이서(130)는 코일부(120)와 상판부(150) 사이에 간격을 주기 위해서 적층된다.

따라서, 관통공(140)이 코일부(120) 상면으로 놓이도록 하여 스페이서(130)를 상판부(150)와 회로기판부(110) 사이에 적층함으로써, 스페이서(130)의 두께만큼 코일부(120)와 상판부(150) 사이에 간격이 주어진다.

참고로, 스페이서(130)의 두께는 관통공(140)의 지름 길이의 1% 내지 3%에 해당하는 두께로 형성할 수 있으며, 스페이서(130)는 기계적으로 딱딱해야 하고 전기적으로 절연되어야하기 때문에 FR4(Flame Retardant composition 4), FR2(Flame Retardant composition 4), resin bound paper, ABS 등의 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

상판부(150)는 전도성 재질로 형성하며, 커버부(160)는 인덕티브 센서(105)의 제일 바깥쪽에 해당하는 것으로 사용자가 키 입력을 위해 직접 접촉하는 부분이다. 따라서, 커버부(160)의 일면은 키 입력을 위한 터치 표면(touch surface)에 해당하고, 타면으로 상판부(150)가 접면하는 것이다.

커버부(160)는 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄(aluminum) 등의 전도성 재질 또는 플라스틱(plastic), 나무(wood) 등의 비전도성 재질 등으로 형성 할 수 있다.

한편, 전도성 재질로 커버부(160)를 형성하면 별도로 상판부(150)를 적층 할 필요없이 커버부(160)가 상판부(150) 역할도 할 수 있으며, 금속재질로 커버부(160)를 형성하면 비전도성 재질보다 미적으로 우수한 커버부(160)가 될 수 있다.

그리고, 인덕티브 센서부(100)에는 분압저항(R2)이 직렬로 연결되며, 인덕티브 센서부(100)와 분압저항(R2) 사이에는 분압저항(R2)의 양단에 인가되는 전압을 증폭하기 위한 증폭부(500)가 연결된다.

따라서, 분압저항(R2) 양단의 전압은 증폭부(500)의 증폭도에 해당하는 비율로 증폭이 되어서 출력된다.

한편, 증폭부(500)를 통하여 증폭된 분압저항(R2) 양단의 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하는 비교부(450)가 구비될 수 있으며, 비교부(450)에서 미리 설정된 기준전압과 분압저항(R2) 양단의 전압을 비교한다. 그래서, 분압저항(R2) 양단의 전압이 기준전압보다 낮거나 또는 높으면 제어부(400)로 이에 해당하는 신호를 출력한다.

참고로, 코일부(120)와 상판부(150) 사이의 거리가 가까울수록 코일부(120)의 인덕턴스가 증가하게 되고, 인덕턴스가 증가하면 그에 따라 코일부(120) 양단에 인가되는 전압 또한 증가하게 된다.

코일부(120) 양단 전압이 증가하면 상대적으로 분압저항(R2) 양단에 인가되는 전압의 크기는 감소하게 된다.

따라서, 평상시 분압저항(R2) 양단에 인가되는 전압의 크기를 기준전압이라고 한다면, 분압저항(R2) 양단에 인가되는 전압의 크기가 기준전압보다 낮을 때 비교부(450)에서 키 입력으로 인식하는 신호를 출력할 수 있다.

그래서, 제어부(400)는 키 입력이 되었다는 신호를 비교부(450)로부터 받아들여 키 입력에 해당하는 기기의 모드변경 등의 동작이 수행될 수 있는 제어신호를 출력한다.

이하, 인덕티브 터치 센싱장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 발진부(410)에서 출력되는 구형파신호는 교류발생부(300)를 통하여 교류신호로 변환되고, 온 되는 스위칭부(200)를 통하여 인덕티브 센서(105)로 교류신호를 인가한다.

이어서, 인덕티브 센서(105)의 양단과 분압저항(R2) 양단 사이에 일정한 전압이 각각 인가되고, 분압저항(R2) 양단에 인가된 전압은 증폭부(500)에 의해 증폭된 후 비교부(450)에서 비교된다.

예를 들어, 기준전압보다 분압저항(R2)의 양단 전압이 높으면 키 입력이 없는 상태이고 낮으면 키 입력이 있는 상태로 정하였다면, 비교한 결과 분압저항(R2)의 양단에 인가된 전압이 기준전압보다 크면 비교부(450)는 키 입력이 없다는 신호를 출력한다.

이어서, 온 되는 스위칭부(200)를 통하여 인덕티브 센서(105)로 교류신호가 인가되는 중에 사용자가 커버부(160) 즉 터치 표면을 터치하여 압력을 가하면, 커 버부(160) 및 상판부(150)가 편향한다.

여기서, 편향하는 거리는 10 마이크론(micron) 정도의 매우 미세한 편향이 될 수도 있다.

이어서, 상판부(150)와 코일부(120) 사이의 간격이 줄어들게 되면서, 코일부(120)의 인덕턴스가 증가하게 되고, 인덕턴스가 증가함에 따라 코일부(120)에 인가되는 전압 또한 증가한다.

이어서, 코일부(120) 양단의 전압이 증가하면 상대적으로 분압저항(R2) 양단 전압은 줄어들게 된다.

이어서, 분압저항(R2) 양단에 인가된 전압은 증폭부(500)에 의해 증폭된 후 비교부(450)에서 비교된다.

비교한 결과 분압저항(R2) 양단에 인가된 전압이 기준전압보다 낮으면 비교부(450)는 제어부(400)로 키 입력이 있다는 신호를 출력하고, 제어부(400)는 키 입력에 해당하는 기기의 모드변경 등의 동작이 수행될 수 있는 제어신호를 출력한다.

이렇게, 커버부(160) 및 상판부(150)가 편향을 하여 센싱 동작을 하기 때문에 커버부(160) 표면에 액체 또는 습기 등이 있거나 어떠한 두께의 장갑 등을 끼고 있어도 센싱 동작하는데 영향을 받지 않는다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 김치냉장고의 디스플레이 패널을 나타낸 예시도,

도 2는 종래의 커패시턴스 센서의 동작상태를 나타낸 예시도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕티브 터치 센싱장치를 나타낸 회로도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 인덕티브 센서부 300: 교류발생부

400: 제어부

Claims

구형파신호를 입력받아 교류신호로 변환하여 출력하는 교류발생부;

인덕티브 센서를 포함하고, 상기 교류신호를 입력받으며, 외부의 압력에 대해 인덕턴스의 변화를 발생하는 인덕티브 센서부 및

상기 교류신호가 상기 인덕티브 센서부에 입력되어지는 상태에서 상기 인덕티브 센서에서 상기 인덕턴스의 변화가 발생하면 상기 인덕턴스의 변화를 감지하는 제어부

를 포함하는 인덕티브 터치 센싱장치.
제1항에 있어서,

상기 인덕티브 센서부에는 분압저항이 연결되는 것을 특징으로 하는 인덕티브 터치 센싱장치.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 분압저항 양단에 인가되는 전압 값을 입력받아 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 인덕티브 센서에서의 상기 인덕턴스 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 인덕티브 터치 센싱장치.
제1항에 있어서, 상기 인덕티브 센서는,

회로기판부;

상기 회로기판부 상면에 형성되는 코일부;

상기 코일부에 대응하는 관통공이 형성되고, 상기 회로기판부의 상면에 적층되는 스페이서;

상기 스페이서 상면에 적층되는 상판부 및

상기 상판부 상면에 적층되는 커버부

를 포함하는 인덕티브 터치 센싱장치.
제4항에 있어서, 상기 인덕티브 센서는,

외부의 압력으로 인해 상기 상판부가 편향하여 상기 코일부로 이동함으로써 상기 코일부의 상기 인덕턴스가 변화하는 것을 특징으로 하는 인덕티브 터치 센싱장치.
제4항에 있어서,

상기 커버부는 전도성 재질 또는 비전도성 재질인 것을 특징으로 하는 인덕티브 터치 센싱장치.