KR101114873B1 - 근접센서를 이용한 이동 감지장치 및 이동 감지방법 - Google Patents

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조관형
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박병진
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Abstract

터치영역 상에서 피대상물의 이동을 감지하기 위한 이동 감지장치는 터치영역에 2차원적으로 서로 분리되어 배치되며, 터치영역 상의 피대상물과의 거리에 대응하는 전기적 스칼라를 각각 측정하는 3개 이상의 근접 센서, 및 소정의 시간 차를 두고 측정되는 제1 전기적 스칼라 및 제2 전기적 스칼라를 이용하여, 1차 터치 위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터를 산출하는 제어부를 구비하며, 피대상물의 이동을 벡터로 산출하여 이동 신호를 생성할 수 있다.

Description

근접센서를 이용한 이동 감지장치 및 이동 감지방법{TOUCH PANEL SENSOR ANDMETHOD OF SENSING MOVEMENT USING PROXIMITY SENSOR}
본 발명은 이동 감지장치 및 이동 감지방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 근접센서를 이용하여 피대상물의 이동을 기준점에 대한 상대적 벡터로 산출하여 이동 신호를 생성하는 이동 감지장치 및 이동 감지방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰이나 PDA(Personal Digital Assistants) 등의 개인휴대단말기는 키패드를 이용한 사용자 인터페이스를 채용하고 있다. 좀더 설명하면, 종래 개인휴대단말기는 숫자 및 문자를 입력하기 위한 복수개의 버튼으로 구성된 키패드를 구비하여, 사용자가 상기 키패드의 버튼을 통해서 전화번호나 문장 등을 입력할 수 있게 한다.
근래 들어 무선 인터넷 서비스가 상용화됨에 따라, 개인휴대단말기에도 GUI(Graphical User Interface)를 지원하는 윈도우즈 운영체제(예를 들어, Windows CE)가 채용되고 있다. 또한, 기술의 발달과 더불어 개인휴대단말기는 다양한 부가서비스를 구비하게 되었으며, 상기 다양한 부가서비스의 편리한 운용을 위해서도 GUI를 지원하는 윈도우즈 운영체제가 채용되기도 하였다.
상기와 같이 개인휴대단말기의 사용자 인터페이스로서 GUI의 운영체제가 채용됨에 따라, 기존에는 GUI의 운영체제에 불리한 키패드 대신 광 포인팅 장치 혹은 터치패널센서와 같은 다른 입력 장치가 채용되고 있다. 일반적으로 광 포인팅 장치는 광원으로부터 광을 조사하여 얻어진 피사체(손가락) 표면의 이미지 데이터를 소정의 광학 경로를 따라 이미지센서로 전달함으로써, PC의 마우스 커서(또는 포인터)와 동일한 사용성을 얻을 수 있도록 구성된다.
또한 터치패널센서는 영상을 표시할 수 있는 유기전계발광장치(organic light emitting diode), 액정표시장치(liquid crystal display device)등의 디스플레이 상에 제공될 수 있으며, 디스플레이에서 제공되는 영상에 대응하여 접촉되는 신체 또는 접촉 대상체의 좌표를 측정할 수 있다. 터치패널센서는 다양한 방법으로 신체 접촉을 감지할 수 있는데, 예를 들면, 소정의 압력에 의해서 상부 및 하부 전극이 선택적으로 접촉되는 감압 방식 혹은 터치된 부분에서 정전용량의 변화를 감지하여 그 위치를 파악하는 정전 방식 혹은 저항막 방식 등을 채용하여 신체 접촉을 감지할 수 있다.
개인휴대단말기에서 방향 전환을 위한 광 포인팅 장치가 있기는 하지만, 이들 광포인팅 장치는 광의 이동 경로를 확보하기 위해 최소한의 두께 및 경통을 확보해야 하기 때문에 특정 두께 및 길이 이하로 형성하는 것이 제한되며, 누름을 감지하기 위한 메커니즘을 추가하는 경우 그 구조가 상당히 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 광 포인팅 장치에서도 피사체로 광을 조사하기 위한 광원, 광을 분석하기 위한 이미지센서, 및 피사체로부터 반사된 광을 이미지 센서로 안내하기 위한 광학 경로를 제공하는 프리즘과 같은 부품 역시 개인휴대단말기 자체의 두께를 증가시키는 원인이 되고 있다.
본 발명은 터치영역 상에서 피대상물의 터치위치의 이동을 감지하기 위하여, 피대상물의 최초 위치 및 변경된 위치의 접촉 좌표를 계산할 필요가 없는 이동 감지장치 및 이동 감지방법을 제공한다.
본 발명은 단말기의 두께에 영향이 적은 이동 감지장치 및 이동 감지방법을 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일실시예에 따르면, 터치영역 상에서 피대상물의 이동을 감지하기 위한 이동 감지장치는, 터치영역에 인접한 동일 면 상에서 2차원적으로 서로 분리되어 배치되며, 터치영역 상의 피대상물과의 거리에 대응하는 전기적 스칼라(scalar)를 각각 측정하는 3개 이상의 근접 센서, 및 소정의 시간 차를 두고 측정되는 제1 전기적 스칼라 및 제2 전기적 스칼라를 이용하여, 1차 터치위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터(vector)를 산출하는 제어부를 구비하며, 피대상물의 이동을 벡터로 산출하여 기준점에 대한 상대적 이동 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 피대상물이라 함은, 근접 센서에서 측정되는 전기적 스칼라에 영향을 줄 수 있는 물체를 의미할 수 있으며, 예를 들면, 손가락과 같은 신체일부, 및 스타일러스 펜이나 터치 펜 등과 같은 도구, 또는 이들을 대체할 수 있는 다른 물질을 의미할 수 있다. 이때, 근접 센서의 전기적 스칼라라 함은, 이러한 피대상물에 접근 또는 후퇴에 의해서 가변되는 전기적 특성을 의미하며, 전기적 특성의 크기 또는 변화량에 의해서 각 근접 센서로부터 피대상물까지의 거리 또는 접근/후퇴 여부를 감지할 수 있는 물리적 측정량을 의미할 수 있다.
즉, 본 실시예에서 도전성 물질로 이루어진 3개 이상의 근접센서는 동일 또는 실질적인 동일 면 상에 위치시키되, 평면적으로는 이들을 터치영역 내 또는 터치영역의 주변에 배치시킴으로써 피대상물까지의 거리 또는 접근/후퇴 여부를 스칼라 양으로 감지하게 할 수가 있다. 전기적 스칼라 양은 저항의 변화, 정전용량의 변화 등이 될 수 있으며, 이들 스칼라 양의 증가 또는 감소를 통해서 피대상물의 접근 또는 후퇴 등을 각 근접 센서 별로 인지할 수가 있다. 참고로, 근접센서로는 금속, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(indium zinc oxide), 탄소나노튜브(CNT) 등과 같은 도전성 물질 또는 이들 도전성 물질을 이용한 센서 칩을 이용할 수 있으며, 이들 센서는 일종의 전극으로서 기능을 하여 피대상물의 접근, 후퇴,통과 등에 대응하여 전기적 스칼라를 생성할 수 있다.
또한, 터치영역이라 함은, 이동 감지장치에서 피대상물의 이동을 예정하는 특정 영역을 의미할 수 있으며, 휴대단말기 등의 외관에는 터치영역이 경계와 함께 정의될 수도 있지만, 다르게는 경계 없이 대략적인 위치로만 표시될 수도 있다. 터치영역은 디스플레이에 인접하게 배치된 별도의 영역일 수도 있지만, 디스플레이 전부 또는 일부에 정의될 수도 있다.
이동 감지장치는 앞서 언급한 바와 같이, 피대상물의 접근이나 접촉에 따라서 전기적인 스칼라가 변경되는 근접 센서를 포함할 수 있으며, 근접 센서는 터치영역 상에 서로 분리되어 2차원적으로 배치된다.
또한, 세 개 이상 제공되는 근접 센서의 위치 역시 터치영역에 접근하거나 접촉하는 피대상물에 의해서 전기적 스칼라가 변경될 수 있는 범위 내에서 위치가 얼마든지 자유롭게 변경될 수 있다. 그 개수 역시 3개, 4개, 6개, 9개 등 다양하게 선택될 수 있으며, 위치도 등간격 또는 불규칙 간격을 형성하며 배치될수 있다.
상술한 근접 센서가 배치되는 터치영역 상에 피대상물이 접근하면, 근접 센서들의 전기적 스칼라가 변경된다. 일단, 먼저 측정된 전기적 스칼라를 제1 전기적 스칼라라 하고, 소정의 시간 차를 두고 다시 측정되는 전기적 스칼라를제2 전기적 스칼라라 할 때, 피대상물의 위치가 변경되면, 제1 전기적 스칼라와 제2 전기적 스칼라 간에는 차이가 발생한다. 본 발명에 따른 이동 감지장치의 제어부는 이러한 스칼라의 차이만으로, 각각의 근접 센서는 변경된 거리 또는 접근/후퇴 여부를 감지할 수 있으며, 제어부는 이러한 3개 이상의 스칼라 변화값을 이용하여 1차 터치위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터를 산출할 수 있다.
산출된 벡터 값은 휴대단말기의 제어부로 전달되며, 휴대단말기의
제어부는 전달된 벡터 값을 이용하여 현재 포인터, 현재 활성화된 메뉴, 현재 스크롤 위치를 대표하는 기준점으로부터 포인터 위치 변경, 메뉴 변경, 스크롤 방향 등을 변경할 수 있다. 종래의 터치패널센서에서 화면의 절대적 좌표를 미리 정의하고, 정의된 절대적 좌표를 화면에 투영하던 방식과는 달리, 본 발명에 따른 이동 감지장치 및 방법은 상대적인 벡터만 산출함으로써 전극 구조를 단순하게 할 수 있으되 기능적으로 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 이동 감지장치는 피대상물의 이동에 의한 벡터를 이용하여, 이동 신호를 생성할 수 있으며, 이동 신호는 이동 감지장치가 장착된 개인휴대단말기의 디스플레이 상의 포인터 이동, 스크롤, 확대/축소, 또는 화면패닝(panning) 자체를 이동시킬 수 있는 신호로서 활용될 수 있다.
또한, 이동 감지장치는 근접 센서의 중심에 배치되는 접촉 센서를 더 포함할 수 있으며, 피대상물이 상기 접촉 센서에 접촉되는 경우에 한하여, 1차 터치위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터를 산출하도록 제한할 수 있다.
또한, 이동 감지장치에서 근접 센서는 터치영역 상에 3개 이상이 제공되고, 근접 센서 사이로 수평 및 수직 방향으로 배열된 스크롤 센서를 더 포함할 수 있다. 스크롤 센서는 스크롤 센서를 통과하는 피대상물의 수직 또는 수평 방향이동에 대해서 근접 센서보다 우선적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이동 감지장치에서, 근접 센서는 터치영역의 주변에 형성된 케이스 전극 및 케이스 전극에 대응하여 제어부가 장착된 회로기판에 형성된 기판 전극을 포함하며, 케이스 전극이 배치되는 케이스 및 회로기판의 조립 과정에서 케이스 전극과 기판 전극은 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 이동 감지장치의 터치영역은 근접 센서의 형성만으로도 형성될 수 있으며, 실질적인 단층 구조로서 제작이나 설계가 매우 용이하다. 또한, 광 포인팅 장치와는 달리 감도를 향상시킬 수 있는 것은 물론 케이스에 전극구조를 직접 형성하거나 그 저면에 박막의 필름을 붙여서 형성할 수 있기 때문에 두께도 현저하게 줄일 수가 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 터치영역 상에서 피대상물의 이동을 감지하기 위한 이동 감지방법이 개시된다. 이동 감지방법은, 터치영역에 2차원적으로 서로 분리되어 배치되며, 터치영역 상의 피대상물과의 거리에 대응하는 전기적 스칼라를 각각 측정하는 3개 이상의 근접 센서를 이용하여, 소정의 시간 차를 두고 피대상물의 1차 터치위치 및 2차 터치위치에 대응하는 1차 전기적 스칼라 및 2차 전기적 스칼라를 측정하는 단계, 및 1차 터치위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터를 산출하는 단계를 구비하며, 피대상물의 이동을 벡터로 산출하여 이동 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 이동 감지장치 및 이동 감지방법은 터치영역 상에서 이동하는 피대상물의 이동 벡터를 피대상물의 최초 위치와 변경된 위치에서 측정되는 근접 센서의 전기적 스칼라 만으로 산출하기 때문에, 종래의 터치패널센서와 같이 이동벡터를 최초 위치와 변경된 위치의 각각의 좌표를 구하고, 이를 이용하여 벡터를 계산하는 것과 비교할 때, 좌표 계산을 위한 복잡한 연산식이 필요치 않으며, 벡터의 계산에 필요한 시간 지연이 발생하지 않는다.
본 발명의 이동 감지장치 및 이동 감지방법에 있어서, 이동 감지장치의 터치영역은 개인휴대단말기의 케이스와 함께 외면 일부를 형성하고, 근접 센서 역시 케이스의 저면에 부착되고, 근접 센서와 제어부를 전기적으로 연결하는 기판 전극 역시 회로기판 상에 장착되기 때문에, 이동 감지장치의 구성요소는 개인휴대단말기의 두께에 거의 영향을 주지 않는다.
본 발명의 이동 감지장치 및 이동 감지방법에서, 근접 센서 사이로 수평 및 수직 방향으로 배열된 스크롤 센서가 더 배치되는 경우, 스크롤 센서는 근접 센서를 보조하여 피대상물의 수직 또는 수평 방향 이동에 대한 감지도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 이동감지장치 및 이동 감지방법에서, 근접센서를 복수 층으로 구비하는 경우, 한정된 터치면적에서 센싱영역을 넓게 구비할 수 있다. 따라서 좁은 터치공간에서 사용자의 손가락 등의 피대상물의 이동에 대한 전기적 스칼라를 보다 정밀하게 감지할 수 있다. 나아가 피대상물의 이동에 대한 전기적 스칼라를 터치단자로 전달하고, 평면보다 넓은 면적을 형성하도록 곡면으로 형성되거나, 표면에 함몰부가 형성된 도전체를 이용하는 경우 한정된 터치영역에서 피대상물의 이동을 감지할 수 있는 센싱면적을 넓게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 감지장치가 적용된 개인휴대단말기의 정면도;
도 2는 도 1의 개인휴대단말기의 단면도;
도 3은 도 1의 이동 감지장치에서 수행되는 이동 감지방법을 설명하기 위한 일부 확대도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도;
도 8은 도 7의 개인휴대단말기의 이동 감지방법을 설명하기 위한 확대도;
도 9는 도 7의 개인휴대단말기의 이동 감지방법에 따른 작동을 설명하기 위한 정면도;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 감지장치의 구성요소 중에서 근접센서 및 스크롤 센서를 확대한 도면;
도 11 및 도 12는 도 10의 근접 센서 및 스크롤 센서의 작동 조건을 설명하기 위한 도면;
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도;
도 14는 도 13의 이동 감지장치의 터치영역별 작동 내용을 설명하기 위한 확대도;
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도;
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치를 도시한 도면;
도18은 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치의 단면도;
도19는 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치의 연성회로기판을 나타내는 도면;
도20은 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치의 연성회로기판을 나타내는 도면;
도 21는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동감지장치의 전극 구조를 설명하기 위한 도면;
도 22 및 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 포인팅 장치의 쉴드층을 설명하기 위한 단면도;
도24은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동감지장치가 적용된 개인휴대단말기의 정면도;
도25은 본 발명의 다른 실시예의 연성회로기판의 개략 분해 사시도;
도26는 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치를 나타내는 사시도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 감지장치가 적용된 개인휴대단말기의 정면도이며, 도 2는 도 1의 개인휴대단말기의 단면도이고, 도 3은 도 1의 이동 감지장치에서 수행되는 이동 감지방법을 설명하기 위한 일부 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 개인휴대단말기(100)로서 정면에는 디스플레이(110)가 제공되며, 디스플레이(100) 하부에는 터치영역(140)이 제공될 수 있다. 디스플레이(110)는 그 자체만으로 터치 인식이 가능할 수도 있지만, 다르게는 이미지 디스플레이만 가능하도록 제공될 수도 있다.
본 실시예에 따른 개인휴대단말기(100)에서 사용자는 터치영역(140)에 손가락 끝은 올려 놓고 이동시킴으로써 화면의 포인터를 이동시키거나, 화면에서 선택된 메뉴를 이동시키거나, 화면을 확대 축소하거나, 화면에서 상하 좌우로 스크롤하거나, 화면 자체를 전환(panning) 시킬 수가 있다.
개인휴대단말기(100)의 정면으로 4개의 근접 센서(120)가 노출된다. 근접 센서(120)는 케이스에 형성된 케이스 전극으로 제공되며, 디스플레이(110)의 하부 중 터치영역(140)의 주변으로부터 약간 벗어난 주변에 위치한다. 케이스 내부의 회로기판((150)의 기판 전극(152)과 연결되어 회로기판(150)의 마이크로 칩과 기능적으로 연결될 수 있다.
별도의 장비 없이, 근접 센서(120)를 이용한 전극 연결 구조로 포인팅 장치를 대체할 수 있으며, 단순한 전극 구조이기 때문에 종래의 광 포인팅 장치보다는 현저히 저렴한 비용에서 제작될 수가 있다. 본 실시예의 경우, 근접 센서(120)가 케이스 외부로 노출되어 있으며, 근접 센서(120)의 하부 또는 기판 전극(152)의 상부에 도전성 탄성고무(122)를 형성하여 케이스 조립과 함께 근접 센서(120)의 케이스 전극과 기판 전극(152)이 상호 전기적으로 연결되도록 할 수가 있다.
바(bar) 형태의 단말기인 경우, 케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스의 조립 형태로 제공된다. 상부 케이스의 전면 상부에는 디스플레이(110)를 외부로 노출시키기 위한 장착 홀이 형성될 수 있으며, 디스플레이(110)는 내부의 회로기판(105) 상에 장착된 제어수단과 연결되며, 제어수단을 통해서 화상신호를 수신하고, 화상신호에 의해서 결정된 영상을 제공할 수 있다. 디스플레이(110)의 상면에 터치 인식이 가능한 필름들을 적층할 수도 있지만, 경우에 따라서는 터치 인식기능 없이 디스플레이만 가능하게 하여 단말기 제작단가를 낮출 수도 있다.
본 실시예에서 근접 센서(120)는 디스플레이(110) 하부에 배치되며,터치영역(140) 및 그 주변에서의 손가락 움직임을 전기적 스칼라로 감지할 수가 있다. 하지만, 손가락이 직접 근접 센서(120)를 터치하는 경우 전기적 스칼라는 현저하게 증가할 것이며, 이러한 전기적 접촉은 손가락 이동 감지가 아닌 버튼 터치 또는 버튼 클릭으로 인식할 수가 있다. 즉, 근접 센서(120)를 이용하여 손가락의 이동을 감지하는 것 외에도, 케이스 외면으로 노출되거나 저면에 장착되는 케이스 전극을 이용하여 버튼 입력에 준하는 입력 기능도 부여할 수 있다.
도 3을 참조하면, 터치영역 내에서 손가락이 일 지점(실선)에서 다른 지점(점선)으로 이동할 수 있다. 이때 4개의 근접 센서(120)를 통해서 거리에 대응하는 제1 전기적 스칼라(a1, b1, c1, d1)를 감지할 수 있으며, 손가락의 이동 후 제2 전기적 스칼라(a2, b2, c2, d2)를 감지할 수 있다.
이 경우 제1 전기적 스칼라 및 제2전기적 스칼라의 차이를 아래와 같은 수식으로 정의한다.
Figure 112011050676112-pat00001
그리고 도3의 4개의 지점의 각 좌표를 (Xn,Yn), (Xn+1,Yn), (Xn,Yn+1), (Xn+1,Yn+1)이라고 정의할 때, 이동벡터의 시작점의 좌표는 (0,0), 끝점의 좌표는 아래의 (X,Y)가 된다. 한편, 좌표의 기준이 되는 지점은 상기 터치영역 외의 일지점 또는 상기 터치영역 내의 일지점으로 설계조건에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
Figure 112011050676112-pat00002
즉, 이동벡터의 크기는
Figure 112011050676112-pat00003
, 이동벡터의 방향은
Figure 112011050676112-pat00004
으로 결정된다. 결국 피대상물의 이동에 대한 경로는 상기 이동벡터를 통하여 디스플레이에 구현되게 된다. 이 경우 터치영역과 디스플레이의 크기에 대응하여 이동벡터의 크기는 적절한 크기와 변환되어 디스플레이상에 구현될 수 있다.
즉 피대상물의 터치영역의 터치에 의하여 시작점만 결정이 되면, 상기 수식에 의하여 피대상물의 이동이 디스플레이상에 구현이 될 수 있다. 그리고 상기 시작점 및 (X,Y)에 따라서 종점에 대한 좌표 역시 구하여 진다.
그리고 이후 피대상물의 이동에 따라서는 상기 종점이 시작점이 되고 상기와 같은 방법에 의하여 피대상물의 터치영역상에서의 이동이 디스플레이상에 구현이 된다.
따라서 제1 및 제2 전기적 스칼라를 각각 이용하여 1차 터치위치 및 2차 터치위치를 직접적으로 산출하는 것이 아니라, 제1 및 제2 전기적 스칼라의 차이를 이용하여 1차 터치위치에서 2차 터치위치로의 이동 벡터를 상대적으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 1차 터치위치 및 2차 터치위치를 절대적으로 검출하기 위한 복잡한 구조를 생략할 수 있으며, 단순한 단층 전극 구조로 자유로운 포인팅 장치 구현이 가능하다. 물론 단층 전극 구조를 형성하는 근접 센서(120)는 금속 또는 투명 전극 물질로도 가능하며, 그 위치도 케이스 외면 및 내면, 또는 케이스의 일부로서 형성하는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도이다.
도 4를 참조하면, 개인휴대단말기는 이전 실시예에서와 같이 디스플레이(110) 및 터치영역(140), 근접 센서(120)를 포함하며, 이들에 대해서는 이전실시예의 설명 및 도면을 참조할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 개인휴대단말기는 터치영역(140)의 중앙부에 위치한 접촉 센서(160)를 포함한다. 접촉 센서(160)는 터치 영역(140) 상에서 손가락이 직접 접촉하였는지를 판단하기 위한 것으로서,근접 센서(120)에서 손가락 이동이 감지되더라도 접촉 센서(160)를 통해서 일정 강도 이상의 신호가 생성되지 아니하면 손가락 이동을 반영하지 않도록 할 수도 있다.
본 실시예에서는 접촉 센서(160)도 도전성 탄성고무를 이용해서 기판의 전극(162)과 연결되어 있으며, 회로기판에 전극 구조를 추가하여 간단하게 구현할 수가 있다. 접촉 센서(160)는 단수 또는 복수 개로 형성될 수 있으며, 그 배치도 터치영역의 중심부가 아닌 주변에 형성될 수도 있다.
접촉 센서(160)는 근접 센서(120)와 동일한 구조로 형성될 수 있지만, 단지 손가락 이동을 감지하기 위해서 직접적인 접촉 또는 특정 강도 이상의 신호를 필요로 한다는 점에서 차이를 둘 수 있다. 물론, 접촉 센서(160)를 통해서 감지되는 신호의 세기 또는 신호의 유지 시간 등을 이용하여 다양한 입력 조건을 제시할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도다.
도 5를 참조하면, 개인휴대단말기(200)는 디스플레이 하부로 터치영역(240)을 포함할 수 있으며, 터치영역(240)의 배면 또는 그 적층 구조 하부로 4개의 근접 센서(220)를 제공할 수 있다. 근접 센서(220)는 터치 영역(240)의 경계를 따라 4변에 각각 배치될 수 있으며, 터치 영역(240) 내의 손가락 움직임에 따라 1차 터치위치 및 2차 터치위치 간의 상대적 이동 벡터를 산출할 수가 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도다.
도 6을 참조하면, 개인휴대단말기(300)는 디스플레이 하부로 터치영역(340)을 포함할 수 있으며, 터치영역(340)의 배면 또는 그 적층 구조 하부로 4개의 근접 센서(320)를 제공할 수 있다. 근접 센서(320)는 터치 영역(340)의 4개 코너에 각각 배치될 수 있으며, 터치 영역(340) 내의 손가락 움직임에 따라 1차 터치위치 및 2차 터치위치 간의 상대적 이동 벡터를 산출할 수가 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도며, 도 8은 도 7의 개인휴대단말기의 이동 감지방법을 설명하기 위한 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 개인휴대단말기(400)는 터치영역(440) 및 터치영역(440) 내에 배치되는 근접 센서(420)를 포함한다. 이전 실시예와는 달리, 복수개의 근접 센서(420)는 터치 영역(440)의 주변 또는 바깥에 배치되지 않고, 터치 영역(440)의 내부에 배치되며, 피대상물과의 상대적인 거리 역시 손가락에 의해서 겹쳐지는 면적에 따라 크게 영향을 받도록 설계될 수도 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 손가락이 일 지점에서 타 지점으로 이동하면, 근접센서(422~428) 각각에서 손가락과 겹쳐지는 면적에 따라 정전용량이 가변될 수 있으며, 가변되는 정전용량 등의 전기적 스칼라에 따라 1차 터치위치 및 2차 터치위치 간의 상대적인 이동 벡터를 산출할 수가 있다.
이동 벡터는 개인휴대단말기의 제어수단으로 전달되며, 웹 서핑 등이 현재 진행되는 작업인 경우, 터치 영역에서의 손가락 이동에 대응하여 기준점에서 포인터의 상대적 이동량을 결정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 감지장치의 구성요소 중에서 근접 센서 및 스크롤 센서를 확대한 도면이며, 도 11 및 도 12는 도 10의 근접 센서 및 스크롤 센서의 작동 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 이동 감지장치는 피대상물의 접근이나 접촉에 따라서 전기적인 스칼라가 변경되는 근접 센서(520)를 포함하며, 각각의 근접 센서(520)는 터치영역 상에 서로 분리되어 2차원적으로 배치된다.
근접 센서(520)는 사각형이 아닌 부채꼴 형상으로도 제공될 수 있으며, 경우에 따라서, 근접 센서(520)는 터치영역에 접근하거나 접촉하는 피대상물에 의해서 전기적 스칼라가 변경될 수 있는 범위 내에서라면 그 형태가 얼마든지 자유롭게 변경될 수 있다.
근접 센서(520)가 배치되는 터치영역 상에 피대상물이 접근하면, 근접 센서(520)들의 전기적 스칼라가 변경된다. 먼저 측정된 전기적 스칼라를 제1전기적 스칼라라 하고, 소정의 시간 차를 두고 다시 측정되는 전기적 스칼라를 제2전기적 스칼라라 할 때, 피대상물의 위치가 도 11과 같이 변경되면, 각각의 근접센서(520)에서 측정되는 제1 전기적 스칼라와 제2 전기적 스칼라 간에는 차이가 발생한다. 본 발명에 따른 이동 감지장치의 제어부는 이러한 스칼라의 차이만으로,1차 터치위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터를 산출할 수 있다.
여기서, 피대상물과 각각의 근접 센서(520)간의 거리에 대응하여,각각의 근접 센서(520)의 정전용량 스칼라가 정해질 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 피대상물이 터치영역(204)의 근접 센서(520)와 부분적으로 겹쳐져 이동하는 관계로 근접 센서(520)의 정전용량 스칼라는 피대상물과 각각의 근접 센서(520)가 겹쳐지는 면적에도 비례한다고 할 수 있다.
본 실시예에 따른 이동 감지장치는 근접 센서(520) 외에도 근접 센서(520) 사이로 수평 및 수직 방향으로 배열된 스크롤 센서(530)를 더 포함한다. 스크롤 센서(530)는 스크롤 센서(530)를 통과하는 피대상물의 수직 또는 수평 방향이동에 대해서 근접 센서(520)보다 우선적으로 적용될 수 있다. 즉, 피대상물이 스크롤 센서의 상부를 통과하는 경우, 스크롤 센서(530)에 의한 전기적 변화의 강도가 현저히 증가할 것이며, 이 경우 근접 센서(520)에 의한 이동보다 스크롤 센서(530)에 의한 스크롤 작업을 우선적으로 수행하도록 할 수 있다.
스크롤 센서(530)는 화면 전환이 필요한 경우에 유용하게 사용될 수있으며, 예를 들면, 디스플레이 화면의 상하좌우의 단순한 화면 전환이나, 전화번호 목록을 검색할 경우, 메시지 등을 검색하는 경우에도 용이하게 사용될 수 있다. 따라서, 내비게이션 이동이 필요로 하지 않는 경우에는 근접 센서(520)에 의한 기능을 비활성화하고, 스크롤 센서(530)에 의한 기능만 활성화하여 스크롤 기능을 보다 자연스럽고 정밀하게 사용할 수 있도록 할 수도 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도며, 도 14는 도 13의 이동 감지장치의 터치영역별 작동 내용을 설명하기 위한 확대도이다
도 13 및 도 14를 참조하면, 이동 감지장치는 복수개의 터치영역(640, 645)을 포함할 수 있다. 도시된 바에 따르면, 좌측 터치영역(640)은 포인터의 이동에 따른 기능을 수행할 수 있으며, 이를 위한 근접 센서(620)을 포함하며, 우측 터치영역(645)는 스크롤, 회전, 화면 전환, 축소/확대 등과 같이 포인터 이동과는 구분되는 기능을 별도로 부여할 수가 있다.
또한, 현재 구동되는 프로그램이나 당시 기능의 성격에 따라, 좌우터치영역(640, 645)에서 포인터 이동, 스크롤, 화면 전환, 축소/확대 등의 기능을 적절히 배분하여 명령 신호 간의 혼선이 생기지 않도록 할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도다.
도 15를 참조하면, 디스플레이의 하부에 터치영역(740)이 제공되며,터치영역(740) 내에는 9개의 근접 센서(720)가 배치될 수 있다. 9개의 근접 센서(720)는 동일한 면에 제공되며, 각 기판의 금속라인을 따라 마이크로 칩과 연결될 수 있다. 9개의 근접 센서(720)를 사용하여 좀 더 정밀한 제어가 가능하며, 기판의 전극 수 및 전극 정밀도를 적절히 유지하는 선에서 근접 센서(720)의 배치 및 크기, 개수 등을 다양하게 변경할 수 있다.
또한, 복수개의 근접 센서를 사용함으로써 다양한 조건의 명령도 구분시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 터치 영역 내에서의 이동에 따라 포인터 및 메뉴를 이동시키는 것 외에도, 터치영역의 경계를 통과하는 경우, 즉 손가락이 터치영역 밖에 있다가 안으로 들어오던지 아니면 터치영역을 횡단 또는 종단하여 완전히 통과하던지 등의 경우에 따라 스크롤이나 화면 전환 등의 기능을 수행할 수도 있고, 경계를 따라 회전 또는 이동하는 경우에는 확대/축소 등의 기능을 수행하도록 제어할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 정면도다.
도 16를 참조하면, 디스플레이의 하부에 터치영역(740)이 제공되며,터치영역(740) 내에는 9개의 근접 센서(720)가 배치될 수 있다. 9개의 근접 센서(720)는 실질적으로 동일한 면에 제공되며, 각 기판의 금속라인을 따라 마이크로칩과 연결될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 터치영역(740)의 경계를 따라 제공되는 테두리전극(750)을 더 제공할 수 있다. 테두리 전극(750)은 터치영역(740)의 테두리 또는 그에 인접하게 제공될 수 있으며, 링(ring)과 같이 연속적으로 연결된 형태 또는 부분적으로 끊어져서 독립적으로 칩과 연결된 형태로 제공될 수가 있다. 본 실시예에서는 4변에 각각 대응되도록 형성되어 상하 좌우에서의 손가락 접근이나 터치를 감지할 수가 있으나, 코너에도 형성될 수 있고, 터치 영역이 원형인 경우 원형으로도 형성될 수가 있다.
테두리 전극(750)을 이용하는 경우, 보다 분명한 제어가 가능하다.예를 들어, 터치 영역 내에서의 이동에 따라 포인터 및 메뉴를 이동시키는 것 외에도, 터치영역의 경계를 통과하는 경우, 즉 손가락이 터치영역 밖에 있다가 안으로 들어오는 경우 방향에 따라 상하 좌우 스크롤(scroll)로 사용할 수 있으며, 테두리전극(750), 근접 센서(740) 및 테두리 전극(750)에서 차례로 감지되는 경우와 같이 터치영역을 횡단 또는 종단하여 완전히 통과하는 경우 방향에 따라 화면 전환이나 페이지 넘김 등으로 사용할 수가 있다. 또한 테두리 전극(750)을 따라 손가락이 선회하면서 이동하는 경우 이미지나 텍스트 확대/축소 등의 임의로 설정 가능한 다양한 기능을 수행하도록 제어할 수도 있다. 또한, 좌우 테두리 전극(750)을 가볍게 터치하는 것에 대응하여 컴퓨터 마우스의 좌우 클릭 및 더블 클릭 등에 대응하여 반응하도록 할 수도 있다.
도17은 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치를 도시한 도면이고, 도18은 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치의 단면도이다.
도17 및 도18을 참조하면, 본 실시예의 이동감지장치는 근접센서(1130)가 배치되는 연성회로기판(1150)을 포함한다. 그리고 연성회로기판(1150)은 내측에 유동공간부(1153)가 형성된 테두리기판부(1152), 상기 유동공간부(1153)에 누름 조작 가능하게 배치되는 유동기판부(1154) 및 상기 테두리기판부(1152)와 유동기판부(1154)를 연결하는 연결기판부(1156)를 포함하며, 포인팅 영역(1120) 상에 제공된다.
상기 연성회로기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)(1150)으로서는, 복잡한 회로를 유연한 절연 필름 위에 형성한 회로 기판인 통상의 연성회로기판이 사용될 수 있으며, 연성회로기판의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 테두리기판부(1152)는 내측에 유동공간부(153)를 갖도록 형성되며, 테두리기판부(1152)의 구조 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 테두리기판부(1152)는 내부에 대략 원형의 유동공간부(1153)를 갖는 원형 링 형상으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 테두리기판부가 비원형, 다각형 또는 여타 다른 기하학적 형상으로 형성될 수 있으며, 테두리기판부의 외형과 유동공간부가 서로 다른 형상을 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 테두리기판부(1152)가 폐루프(close loop)형상을 이루도록 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 테두리기판부가 오픈 루프(open loop) 형상을 갖도록 형성하는 것도 가능하다.
상기 유동기판부(1154)는 테두리기판부(1152)의 유동공간부(1153) 내부에 누름 조작 배치되며, 연결기판부(1156)를 매개로 테두리기판부(152)와 연결될 수 있다. 일 예로, 상기 유동기판부(1154)는 유동공간부(1153)에 대응되는 원형 형상으로 형성될 수 있다. 참고로, 상기 유동기판부(1154)가 누름 조작 가능하게 배치된다 함은, 유동기판부(1154)의 상부에 가압력이 가해질 경우, 유동기판부(1154)의 적어도 일부가 테두리기판부(1152)에 대해 하부로 유동될 수 있음을 의미한다.
상기 연결기판부(1156)는 유동기판부(1154)와 테두리기판부(1152)를 연결하도록 제공되며, 연결기판부(1156)의 형성 위치 및 개수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 단 하나의 연결기판부(1156)가 제공될 수 있으며, 상기 유동기판부(1154)는 하나의 연결기판부(1156)를 매개로 외팔보(cantilever) 방식으로 테두리기판부(1152)에 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 단 하나의 연결기판부가 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 복수개의 연결기판부가 소정 간격을 두고 이격되게 제공될 수도 있다.
아울러, 상기 테두리기판부(1152), 유동기판부(1154) 및 연결기판부(156)는 하나의 기판을 부분적으로 제거하여 일체로 형성될 수 있다. 일 예로, 통상의 펀칭 또는 절단 가공 등을 통해 기판을 부분적으로 제거함으로써 테두리기판부(1152), 유동기판부(1154) 및 연결기판부(1156)를 포함하는 일체형 연성회로기판(1150)을 형성할 수 있다. 경우에 따라서는 별도의 기판을 이용하여 테두리기판부, 유동기판부 및 연결기판부를 각각 형성한 후, 연결하는 것도 가능하다.
또한, 상기 포인팅 영역(1120) 중 일부는 누름 조작 버튼 형태로 제공될 수 있으며, 버튼(1172,1174)의 내부 또는 표면에는 유동기판부(1154)가 장착될 수 있다. 아울러, 상기 유동기판부(1154)에는 후술할 근접센서(1130)가 제공될 수 있는 바, 사용자는 버튼(1172,1174)의 상면 또는 노출된 면 상에서 손가락을 이동시켜 포인팅 장치로 사용하는 것이 가능하며, 아래로는 버튼(1172,1174)을 눌러 돔스위치(1176) 등을 작동시킬 수가 있다.
이와 같은 구조는 기존 광포인팅 장치에 비해 현저히 간단하면서 효율적인 구조로 제공될 수 있으며, 기존의 버튼에서 전혀 구조적인 변화가 없기 때문에 내구성에 있어서도 문제가 발생하지 않는다. 참고로, 종래의 광 포인팅 장치는 버튼 조작을 위해서 렌즈, 경통, 및 센서 등을 포함하는 포인팅 장치가 전체적으로 움직여야 하지만, 본 실시예에 따른 포인팅 메커니즘은 FPCB 상에 형성될 수 있기 때문에, 버튼에 적용하는 것이 매우 용이하다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 버튼(1172,1174)의 위치를 구조적으로 한정하고, 손가락이 용이하게 움직일 수 있도록, 버튼(1172,1174)의 상면이 오목한 곡면으로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 버튼이 평면적인 형태를 이루도록 형성될 수 있다.
상기 근접센서(1130)는 유동기판부(1154) 상에 제공되어 포인팅영역(1120)내에서의 손가락(또는 스타일러스 펜) 이동을 감지할 수 있으며, 피대상물의 이동에 대응하여 근접센서(1130)에서 발생하는 신호에 따라 방향 감지 기능을 수행할 수 있다.
상기 근접센서(130)의 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 근접센서(1130)가 복수개의 방향전극을 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 상기 근접센서(1130)는 중심전극(1132), 상기 중심전극(1132)의 둘레에 하나 이상이 배치되는 주변전극(1134)을 포함한다. 그리고 주변전극(1134)은 중심전극(1132)의 외측에 방사상으로(radially) 원주 방향을 따라 등각도로 배열될 수 있다. 그리고 중심전극(1132) 및 주변전극(1134)은 1:1로 단말기의 제어 칩 또는 포인팅 장치의 마이크로 칩과 연결될 수 있다. 아울러, 상기 중심전극(1132) 및 주변전극(1134)의 각 연결라인은 연결기판부(1156)을 따라 포인팅 장치의 마이크로 칩에 연결될 수 있다. 본 실시예의 경우, 중심전극 및 주변전극이 연성회로기판의 동일면에 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 연성회로기판의 상호 반대면에 중심전극 및 주변전극이 각각 형성되도록 구성할 수도 있다.
상기 주변전극(1134)은 일종의 그라운드 전극과 같이 그라운드 역할을 수행하기 위한 전극으로서 사용될 수 있으며, 다르게는 중심전극 및 방사전극과 같이 손가락 접촉 면적에 따른 정전용량 변화를 감지하기 위한 전극으로 사용될 수 있다. 이하에서는 상기 주변전극(1134)이 그라운드 역할을 수행하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
참고로, 상기 중심전극(1132) 및 주변전극(1134)은 단순한 전극 구조이기 때문에 종래의 광 포인팅 장치보다는 현저히 저렴한 비용에서 제작될 수가 있다.
본 발명의 실시예에서는 중심전극(1132)을 중심으로 8개의 주변전극
(1134)이 방사상으로 배열된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 방사전극의 개수가 더 세분화되어 보다 정밀하게 손가락 이동을 감지할 수 있다. 또한, 중심전극을 기준으로 서로 다른 방사거리(radial distance)를 갖도록 2열 이상의 주변전극이 배치되도록 구성할 수도 있다.
아울러, 중심전극 및 주변전극을 비원형, 다각형 또는 여타 다른 기하학적 형상으로 형성하는 것도 가능하며, 중심전극 및 주변전극이 이루는 외형 역시 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 원형, 타원형 또는 다각형 등으로 다양하게 변경될 수 있다. 아울러, 복수개의 주변전극은 중심전극을 기준으로 동일 거리상에서 등각도 배열을 이루도록 배치되되, 각각의 주변전극은 서로 다른 형상 및 크기를 갖도록 제공될 수도 있다.
한편, 상기 테두리기판부(1152)에는 방향 감지 기능 외에 여타 다른 기능을 수행하기 위한 다양한 센싱 메커니즘이 적용될 수 있으며, 이러한 센싱 메커니즘에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 테두리기판부(1152)에는 테두리 전극(1140)이 제공될 수 있으며, 상기 테두리 전극(1140)에서 피대상물의 이동이 감지됨에 따라 발생하는 신호에 대응하여 방향 감지와 구분되는 다른 기능을 수행할 수 있다.
이하에서는 테두리기판부(1152)를 따라 8개의 테두리 전극(1140)이 제공된 예를 들어 설명하기로 한다. 이들 테두리 전극(1140) 역시 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 원형, 비원형, 다각형 또는 여타 다른 기하학적 형상으로 형성될 수 있으며, 각각의 테두리 전극은 서로 동일 또는 다른 형상 및 크기를 가지도록 구성될 수 있다. 이들 테두리 전극(1140) 역시 단말기의 제어 칩 또는 포인팅 장치의 마이크로 칩과 1:1로 연결되어 있다. 참고로, 본 실시예에서는 테두리 전극(1140)이 8개로 구분되어 있지만, 테두리 전극의 개수는 더 세분화되어 정밀하게 손가락 이동을 감지할 수 있으며, 반대로 테두리 전극이 연속적으로 일체로 이어지도록 구성할 수도 있다.
아울러, 터치영역(220)이 대략 1㎝ * 1㎝ 이내와 같이 매우 작은 공간으로 제공될 경우, 방향전극(방사전극)은 격자 배열보다 원형 배열(방사상 배열)로 배치되는 것이 유리할 수 있다. 가령, 방향전극이 3*3 격자 배열로 배치될 경우, 중심전극을 기준으로 상하 및 좌우에 배치되는 전극과, 대각선 방향을 따라 배치되는 전극의 이격 거리가 각각 다르기 때문에, 계산이 복잡하고 오차가 발생할 가능성이 있다. 반면, 방향전극이 동일 거리 및 등간격을 갖는 방사상 배열로 배치될 경우, 각 방향전극은 중심전극을 기준으로 모두 동일한 이격 거리를 갖도록 배치될 수 있기 때문에, 복잡한 연산식이 필요치 않고 오차 발생을 최소화할 수 있으며, 손가락의 이동을 보다 효율적으로 감지할 수 있다.
나아가 터치영역이 1㎝ * 1㎝이내의 매우 적은 영역에 구현되는 경우, 본 실시예와 같이 개인휴대단말기에서 디스플레이를 크게 하면서 전체 단말기를 작게 하여야 하는 제품 트렌드에 따라서 전체 디스플레이 자체에 터치입력을 구현하지 않고도 적은 영역에 근접센서를 구비하여 피대상물의 이동에 따른 신호를 디스플레이상에 구현을 할 수 있게 된다. 따라서 디스플레이 하부에 터치영역을 구현하는 경우에 비하여 제품 생산단가를 현저히 줄이면서 터치에 의한 입력을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 실시예에서는 개인휴대단말기에 구현되는 경우를 설명하였으나, 터치영역이 1㎝ * 1㎝로 적게 형성될 수 있어서 디스플레이부 자체가 터치영역으로 구현되는 다양한 제품에 적용될 수 있을 것이다. 구체적으로 일반적으로 디스플레이부의 터치로 구현되는 자동차의 네이게이션 등에 있어서, 디스플레이 하부에 터치 인식을 위한 터치패드를 구비하지 않고, 핸들 또는 기어헤드 등 사용자가 주행을 하면서 일반적으로 손을 위치시키는 위치에 본 실시예의 터치영역을 구현하는 경우, 사용자는 주행중에도 편리하게 네이게이션 등의 조작을 할 수 있다는 장점이 있다.
다시 도 17을 참조하면, 연결기판부(1156)에는 적어도 하나 이상의 유동슬릿(1156a)이 형성될 수 있으며, 상기 유동슬릿(1156a)을 통해 테두리기판부(1152)에 대한 유동기판부(1154)의 유동성이 확보될 수 있다. 특히, 상기 유동슬릿(1156a)은 연결기판부(1156)가 복수개가 제공될 경우, 누름 조작시 연결기판부(1156)가 비틀어지거나 유동될 수 있게 함으로써, 유동기판부(1154)의 유동성이 보다 안정적으로 확보될 수 있게 한다.
본 발명의 실시예에서는 연결기판부의 횡 방향을 따라 소정 구간 유동슬릿이 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 종 방향 또는 여타 다른 경사 방향을 따라 적어도 하나 이상의 유동슬릿이 형성될 수 있으며, 다르게는 복수개의 유동슬릿을 교차된 형태로 형성하는 것도 가능하다.
도19는 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치의 연성회로기판을 나타내는 도면이다. 본 실시예의 근접센서(1230)는 복수 개의 전극을 포함한다. 도19를 참조하면, 원형 형상을 갖는 전극(1230)이 원형 배열로 배치된 이동감지장치의 연성회로기판 구조가 개시되어 있다.
그리고 상기 근접센서(1230)은 터치영역(1220) 내부에 배치되는 원형형상의 중심전극(1232) 및 상기 중심전극(1232)을 중심으로 방사 방향을 따라 등각도로 배열되는 원형 형상의 주변전극(1234)을 포함한다. 그리고 상기 각 전극(1232, 1234)들은 우측의 마이크로 칩에 1:1로 전기적으로 연결되며, 통상의 연결 단자들을 통해서 단말기의 메인 회로기판과 연결될 수가 있다.
도20은 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치의 연성회로기판을 나타내는 도면이다. 도 20을 참조하면, 본 실시예의 근접센서는 복수 개가 국화 형상으로 배열되는 방향전극(1330)을 포함한다.
방향전극은 포인팅 영역(1320)의 내부에 배치되는 중심전극(1332) 및 중심전극(1332)을 중심으로 방사 방향을 따라 등각도로 배열되는 주변전극(1334)을 포함하되, 상기 주변전극(1334)은 중심전극(1332)에 인접한 일단에서 타단으로 갈수록 확장된 크기를 갖도록 제공되어, 상기 중심전극(1332)과 함께 대략 국화 형상을 이루도록 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에서도 전술한 바와 마찬가지로, 터치영역(1320)의 경계에서 손가락의 이동이 감지되면 방향 감지와 구분되는 다른 기능을 수행할 수 있다. 아울러, 상기와 같이 국화 형상으로 배열되는 근접센서(1330)은 중심전극(1332)에 대해 각 주변전극(1334)이 보다 인접하게 배치될 수 있는 장점이 있다.
한편, 도19 및 도20과 같이, 상기 복수개의 전극 중 손가락의 감지가 이루어지는 방향전극에 인접한 다른 방향전극의 연결라인이 전기적으로 차폐시키기 위한 그라운드 전극(1236,1336)이 제공될 수 있다.
즉, 손가락이 특정 방향전극에 위치하는 경우 해당 방향전극 또는 그 주변으로 정전용량 등 전기적 특성에 변화를 줄 수 있으며, 이러한 전기적 특성변화가 손가락의 감지가 이루어지는 전극에 인접한 다른 전극의 연결라인에 영향을 미칠 경우, 손가락 이동의 계산에서 노이즈가 발생될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 그라운드 전극을 이용하여, 특정 방향전극에서 손가락의 감지가 이루어지는 동안 발생되는 전기적 특성 변화가 인접한 다른 전극의 연결라인에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
상기 그라운드 전극(1236,1336)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 도 19과 같이, 그라운드 전극(1236)은 각 전극(1232,1234)의 사이에 평면적으로 제공될 수 있으며, 상기 그라운드 전극(1236)에 의해 특정 전극(1232,1234)에서 손가락의 감지가 이루어지는 동안 발생되는 전기적 특성 변화가 인접한 다른 방향전극의 연결라인에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
다르게는 도 20과 같이, 그라운드 전극(1336)은 각 전극(1332,1334)의 연결라인(1334a)이 통과하기 위한 비아홀(1336a)을 구비하여 각 전극(1332,1334)의 하부에 제공될 수 있으며, 상기 각 전극(1332,1334)의 연결라인(1334a)은 비아홀(1336a)을 통과하여 그라운드 전극(1336)의 하부에 배치될 수 있다. 이와 같이, 각 전극(1332,1334)의 연결라인(1334a)은 그라운드 전극(1336)의 하부에 배치되기 때문에, 특정 전극(1332,1334)에서 손가락의 감지가 이루어지는 동안 발생되는 전기적 특성 변화가 인접한 다른 방향전극의 연결라인에 영향을 미치는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
도 21는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동감지장치의 전극 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 21를 참조하면, 본 실시예에 따른 개인휴대단말기도 기판(1450) 상에서 터치영역을 제공한다. 터치영역 내에는 근접센서(1430)가 제공되며, 근접센서(1430)는 평면적으로 터치영역 내에 형성되는 복수개의 상부 전극(1432) 및 상부 전극(1432)과 전기적으로 분리되면서 상부 전극(1432)의 하부에 위치하는 하부 전극층(1434)을 포함할 수 있다. 하부 전극층(1434)은 기판(1450)의 저면에 형성되며, 외부로부터 전달되는 펄스 신호를 전면적(全面的)으로 발생시킬 수 있다. 손가락이 특정 상부 전극(1432)에 위치하는 경우 그 상부 전극(1332) 또는 그 주변으로 정전용량 등 전기적 특성에 변화를 줄 수 있으며, 이 때 다른 상부 전극(1432)에 비해 변화된 펄스 신호를 수신하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 이동감지장치는 피대상물의 이동을 감지할 수가 있다.
이러한 전극패턴구조 및 적층구조 역시 상술한 전극 구조보다는 다소 복잡하지만, 근접센서(1430)는 방향감지와 구분될 수 있는 별도의 기능, 예를 들어 스크롤, 화면 전환, 페이지 넘김, 회전, 확대/축소, 속도나 볼륨 조절 등 다양한 기능을 수행할 수 있다.
물론, 여기서도 상부 전극(1432)은 단말기의 제어 칩 또는 포인팅 장치의 마이크로 칩과 1:1로 연결되어 있으며, 하부 전극층(1434)은 하나의 넓은 전극으로서 단말기의 제어 칩 또는 포인팅 장치의 마이크로 칩과 연결되어 있다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 포인팅 장치의 쉴드층을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 22을 참조하면, 도 22의 근접센서(1430) 구조 하부에 쉴드 층(1450)을 더 추가할 수 있다. 하부 전극층(1434) 하부에 광학접착필름(OCA)와 절연층이 개재될 수 있으며, 그 하부로 도전물질이 도포되거나 필름이 적층되어 제공될 수가 있다. 쉴드 층(1450)은 하부로부터의 노이즈를 차단할 수 있으며, 노이즈 차단을 통해서 근접센서(1430)을 이용한 신호의 감도를 향상시키고 감도 오차를 현저하게 줄일 수가 있다. 따라서 쉴드 층(1450)을 이용한 경우는 그렇지 않은 경우보다 안정된 신호 값을 발생시킬 수 있으며, 장갑을 낀 손가락으로도 감지되는 것도 가능하다.
도 23을 참조하면, 근접센서(1430)가 하부전극층(1434)를 구비하지 않는 경우에도 근접센서(1430) 구조 하부에 쉴드 층(1450')을 더 추가할 수 있다. 쉴드 층(1450')은 기판을 기준으로 근접센서(1430)의 반대면에 형성될 수 있으며, 그 저면에 보호층이 더 형성될 수가 있다. 상기 쉴드 층(1450') 역시 안정된 신호 값을 발생시킬 수 있다.
도24은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동감지장치가 적용된 개인휴대단말기의 정면도이고, 도25은 본 발명의 다른 실시예의 연성회로기판의 개략 분해 사시도이다.
도24 및 도25을 참조하면, 본 실시예에서의 이동감지장치는 다양한 전자제품에 적용될 수 있고, 구체적으로 개인용휴대단말기(800)에 적용되는 경우를 설명한다.
본 실시예에서의 이동감지장치의 터치영역(840)은 개인용휴대단말기(800)의 디스플레이부(810)이외의 부분에 형성된다. 따라서 개인용휴대단말기(800)의 소형화 및 디스플레이부의 대형화 경향에 따라서 터치영역(840)은 작게 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로 본 실시예에서의 터치영역(840)은 디스플레이부(810)의 하부에 사용자의 손가락의 움직임에 따른 이동을 감지할 수 있도록 손가락보다 약간 넓은 면적으로 형성된다. 그리고 상기 설명한 실시예에서와 같이 개인휴대용단말기(800)에 조작을 위한 돔스위치 형태의 버튼과 함께 구현될 수도 있을 것이다.
본 실시예의 이동감지장치는 터치영역(840)의 인접한 제1면상에 복수 개가 배치되어 터치영역(840)상의 피대상물의 위치에 따른 전기적 스칼라를 측정하는 제1센서(820) 및 터치영역(840)의 인접한 제2면상에 복수 개가 배치되어 터치영역(840)상의 피대상물의 위치에 따른 전기적 스칼라를 측정하는 제2센서(830)를 포함한다.
제1센서(820) 및 제2센서(830)은 터치영역(840)의 외부에 서로 다른 평면을 형성하는 제1면 및 제2면상에 배치될 수 있다. 그리고 터치영역(840)의 내부에 서로 다른 평면을 형성하는 제1면 및 제2면상에 배치될 수 있다.
특히 터치영역, 상기 제1면 및 상기 제2면이 상, 하 방향으로 서로 대향되도록 배치되는 경우 터치영역(840)이라는 한정된 면적에 피대상물의 이동을 감지할 수 있는 센서가 형성하는 면적을 크게 할 수 있다는 장점이 있다.
그리고 일반적으로 터치영역(840)의 하부에 센서가 구비되는 경우, 피대상물이 각 센서 상에 위치하는 면적에 따라서 전기적 스칼라량이 변화하게 되고, 이에 따라서 피대상물의 이동에 따른 신호를 감지하게 된다.
이 때 상기 설명한 바와 같이 터치영역(840)이 사용자의 손가락보다 약간 큰 크기로 형성되는 경우, 한정된 터치영역(840)상에서 하나의 평면에 센싱할 수 있는 면적을 최대한 확보를 하기 위하여는 센서의 면적을 크게 하거나, 배치되는 센서의 개수를 늘려야 한다.
그러나 한정된 터치영역(840), 특히 터치영역(840)이 사용자의 손가락보다 조금 큰 면적으로 형성되고, 센서가 차지하는 영역이 커지는 경우 각 센서에서 수신하는 피대상물의 이동에 대한 전기적 스칼라량의 차이에 대한 감도가 떨어진다는 문제점이 있다.
결국 본 실시예에서는 제1센서(820) 및 제2센서(830)을 서로 다른 제1면 및 제2면상에 배치를 하여 피대상물의 이동을 센싱할 수 있는 면적을 극대화하면서도, 각 면에서의 센싱을 할 수 있는 부분과 센싱을 하지 않는 부분을 적절하게 구분할 수 있어서 센싱감도를 개선할 수 있다는 장점이 있다.
그리고 제1면에 배치되는 제1센서(820) 및 제2면에 배치되는 제2센서(830)는 각 면에서 차지하는 면적이 터치영역(840)상에서 겹치지 않도록 배치될 수 있다. 이 경우 각 면에 배치되는 센서 사이에 센싱을 하지 않는 영역을 충분히 형성하여 센싱의 감도를 증가시키면서, 전체적으로 피대상물의 이동을 센싱하는 센싱면적을 크게 할 수 있다는 장점이 있다.
또한 제1면에 배치되는 제1센서(820) 및 제2면에 배치되는 제2센서(830)는 각 면에서 차지하는 면적이 터치영역(840)상에 적어도 일부분이 중복되도록 배치될 수 있다.
이 경우 도24에서와 같이 터치영역(840)상에 센서가 위치하는 부분은 제1센서(820)가 위치하는 부분(S1), 제2센서가 위치하는 부분(S2) 및 제1센서 및 제2센서가 위치하는 부분(S3)으로 구획이 될 수 있다. 따라서 각 부분에서 피대상물의 이동에 따라서 수신되는 전기적 스칼라량을 비교하여 피대상물의 이동에 따른 동작을 보다 정밀하게 감지할 수 있다는 장점이 있다.
그리고 제1면 및 제2면은 서로 다른 PCB면으로 구현될 수 있고, 하나의 PCB의 표면층과 내층 또는 하면층으로 구현될 수 있을 것이다.
도26는 본 발명의 다른 실시예의 이동감지장치를 나타내는 사시도이다. 도26를 참조하면, 본 발명의 이동감지장치는 터치영역의 하부에 위치하는 전도체(922), 전도체(922)를 통한 터치영역 상의 피대상물의 이동에 따른 전기적 스칼라를 전달받는 터치단자(924) 및 상기 전도체(922) 및 상기 터치단자(924)를 연결하는 연결체(926)을 포함한다.
따라서 정하여진 평면형태의 터치단자를 구비하는 경우에 비하여 센싱할 수 있는 단면적을 크게 할 수 있다. 특히 본 실시예에서와 같이 디스플레이부와 별도로 구비되어 형성될 수 있는 면적이 제한되는 터치영역이 구비된 이동감지장치에 있어서, 한정된 터치영역에서 센싱을 할 수 있는 단면적을 크게 할 수 있어, 피대상물의 이동에 대하여 보다 정밀한 전기적 스칼라를 획득할 수 있다는 장점이 있다.
단면적을 크게 하기 위하여 전도체(922)는 평면의 경우보다 단면적을 크게 할 수 있는 다양한 형태의 곡면으로 형성될 수 있고, 구체적으로 본 실시예에서는 전도체(922) 전체가 상부 또는 하부로의 곡률반경을 가지는 곡면으로 형성된다.
또한 평면 형태의 전도체(922)에 단면적을 넓게 하기 위한 함몰부(922a)가 형성될 수도 있다. 즉 상부 또는 하부로 함몰된 복수의 함몰부(922a)에 의하여 피대상물의 이동을 감지할 수 있는 면적이 커지고, 이에 따라 피대상물의 이동에 따른 보다 정밀한 전기적 스칼라를 얻을 수 있게 된다.
한편, 도26와 같이 곡면형태의 전도체(922)에 엠보싱 형태로 함몰부(922a)가 형성되어 센싱할 수 있는 면적를 극대화 시킬 수도 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 개인휴대단말기 110: 디스플레이
120: 근접센서 140: 터치영역

Claims (35)

  1. 터치영역 상에서 상기 터치영역과 겹쳐지는 면적이 형성된 피대상물의 이동을 감지하기 위한 이동 감지장치에 있어서,
    상기 터치영역에 영역 내에 2차원적으로 서로 분리되어 상기 터치영역 내의 일정 면적을 형성하도록 배치되며, 상기 터치영역 상의 피대상물과 각각의 근접센서가 겹쳐지는 면적에 따른 전기적 스칼라(scalar)를 각각 측정하고, 각각의 면적이 상기 피대상물이 상기 터치영역과 겹쳐지는 면적보다 작게 형성되는 3개 이상의 근접 센서; 및
    상기 피대상물의 이동에 따라 상기 피대상물과 상기 3개 이상의 근접센서 각각이 겹쳐지는 면적의 변화에 따라 변화되는 제1전기적 스칼라 및 제2전기적 스칼라를 이용하여, 1차 터치위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터(vector)를 산출하는 제어부;를 구비하며,
    상기 피대상물의 이동을 벡터로 산출하여 기준점에 대한 상대적 이동 신호를 생성하는 이동 감지장치.
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  3. 삭제
  4. 삭제
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  6. 제1항에 있어서,
    상기 근접 센서는 소정의 면적을 갖는 원형, 직선형, 다각형 또는 부채꼴 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 이동 감지장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 근접 센서 사이로 일렬로 배열된 스크롤 센서를 더 포함하며,
    상기 스크롤 센서는 상기 스크롤 센서를 따라 근접하여 통과하는 상기 피대상물의 직선 이동에 대해서 상기 근접 센서보다 우선적으로 적용되는 것을 특징으로 하는 이동 감지장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 근접 센서는 상기 터치영역의 영역 내 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 통과하는 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 따르는 이동, 또는 상기 터치영역의 경계 터치를 감지하며, 상기 이동 또는 터치 중 적어도 하나에 대해 독립된 명령을 정의하는 것을 특징으로 하는 이동 감지장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 터치영역의 경계를 따라 제공되는 테두리 전극을 더 포함하며, 상기 테두리 전극에서의 신호 감지 여부에 따라 상기 터치영역의 영역 내 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 통과하는 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 따르는 이동 또는 상기 터치영역의 경계 터치 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 이동감지장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 근접 센서의 중심에 배치되는 접촉 센서를 더 포함하며,
    상기 피대상물이 상기 접촉 센서에 접촉되는 경우에, 상기 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동감지장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이동 신호를 이용하여 상기 이동 감지장치에 장착된 디스플레이 상의 포인터 또는 화면을 상기 기준점을 중심으로 산출된 상대적인 벡터에 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 이동 감지장치.
  12. 제1항에 있어서,
    복수개의 상기 터치영역을 포함하며, 각 터치영역에서 상호 구분되는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 감지장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 근접센서는 복수개의 방향전극을 포함하고,
    상기 복수 개의 방향 전극 중 상기 피대상물의 감지가 이루어지는 방향전극에 인접한 다른 방향전극의 연결라인을 전기적으로 차폐하는 그라운드 전극을 더 포함하는 이동감지장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 그라운드 전극은 상기 각 방향전극의 사이에 평면적으로 제공되는 이동감지장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 그라운드 전극은 상기 각 방향전극의 연결라인이 통과하기 위한 비아홀을 구비하여 상기 각 방향전극의 하부에 제공되며,
    상기 각 방향전극의 연결라인은 상기 비아홀을 통과하여 상기 그라운드 전극의 하부에 배치되는 이동감지장치.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제1항에 있어서,
    상기 근접센서의 하부에는 도전성 물질을 이용하여 형성된 쉴드 층을 더 포함하는 이동감지장치.
  23. 삭제
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  30. 터치영역 상에서 상기 터치영역과 겹쳐지는 면적이 형성된 피대상물의 이동을 감지하기 위한 이동 감지장치에서의 이동 감지방법에 있어서,
    상기 이동 감지장치는 상기 터치영역에 영역 내에 2차원적으로 서로 분리되어 상기 터치영역 내의 일정 면적을 형성하도록 배치되며, 상기 터치영역 상의 피대상물과 각각의 근접센서가 겹쳐지는 면적에 따른 전기적 스칼라(scalar)를 각각 측정하고, 각각의 면적이 상기 피대상물이 상기 터치영역과 겹쳐지는 면적보다 작게 형성되는 3개 이상의 근접 센서를 포함하고,
    상기 이동 감지방법은 상기 피대상물의 이동에 따라 상기 피대상물과 상기 3개 이상의 근접센서 각각이 겹쳐지는 면적의 변화에 따라 변화되는 제1전기적 스칼라 및 제2전기적 스칼라를 측정하는 단계; 및
    1차 터치위치에 대해서 상대적으로 변경된 2차 터치위치의 벡터를 산출하는 단계;를 구비하며,
    상기 피대상물의 이동을 벡터로 산출하여 기준점에 대한 상대적 이동 신호를 생성하는 이동 감지방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 근접 센서 사이로 일렬로 배열된 스크롤 센서를 더 제공하며,
    상기 스크롤 센서를 따라 근접하여 통과하는 상기 피대상물의 직선 이동에 대해서 상기 근접 센서보다 우선적으로 적용되는 것을 특징으로 하는 이동 감지방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 근접 센서를 이용하여, 상기 터치영역의 영역 내 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 통과하는 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 따르는 이동, 또는 상기 터치영역의 경계 터치를 감지하며, 상기 이동 또는 터치 중 적어도 하나에 대해 독립된 명령을 정의하는 것을 특징으로 하는 이동 감지방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 터치영역의 경계를 따라 제공되는 테두리 전극을 더 제공하며, 상기 테두리 전극에서의 신호 감지 여부에 따라 상기 터치영역의 영역 내 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 통과하는 이동, 상기 터치영역 영역의 경계를 따르는 이동 또는 상기 터치영역의 경계 터치 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 이동감지방법.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 근접 센서의 중심에 배치되는 접촉 센서를 더 제공하며,
    상기 피대상물이 상기 접촉 센서에 접촉되는 경우에, 상기 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 감지방법.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 이동 신호를 이용하여 상기 이동 감지장치에 장착된 디스플레이 상의 포인터 또는 화면을 상기 기준점을 중심으로 산출된 상대적인 벡터에 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 이동 감지방법.

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