KR101166649B1 - 스트링 형태의 터치 센서 모듈 - Google Patents

스트링 형태의 터치 센서 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 터치 센서 모듈은 단일점에 대한 터치를 감지하기 위한 다수의 단일점 터치 센서 및 구동 신호를 상기 각 단일점 터치 센서에 전달하는 다수의 시간 지연 소자를 포함하며, 상기 각 시간 지연 소자와 각 단일점 터치 센서가 병렬로 연결되어 스트링 형태로 배열되며, 상기 구동 신호가 상기 시간 지연소자에 입력되어 스트링 형태의 배열에 따라 전달됨에 따라 순차적으로 상기 단일점 터치 센서들이 활성화된다. 본 발명에 의하면 일차원 멀티 터치 센서라고 할 수 있는 스트링 형태의 터치 센서 모듈을 제공함으로써, 별도의 설계나 제작공정 없이 다양한 형태의 곡면에 터치 센서를 적용하여 디자인할 수 있는 효과가 있다.

Description

스트링 형태의 터치 센서 모듈 {String type touch sensor module}
본 발명은 스트링 형태의 터치 센서 모듈에 관한 것으로서, 임의의 형태의 비평면멀티 터치 감지 표면을 1차원 형태의 터치 센서 모듈로 구현할 수 있도록 하는 터치 센서에 관한 것이다.
터치 센서는 물체 표면의 접촉된 위치의 위치 정보를 입력받기 위한 장치이다. 터치 센서에는 저항막 방식, 정전 용량 방식, 초음파 방식, 그리고 적외선 방식 등이 있다. 저항막 방식의 터치 센서에는 4 선 방식과 5 선 방식이 있다.
최근 정전용량 센서 기반, 반사광 센서 기반, 압력센서 기반, 카메라 비전 기반 등의 다양한 방식의 멀티 터치 감지 기술이 이용되고 있다.
대부분의 경우 이러한 멀티 터치 감지 기술은 평면의 형태로 구현되었고, 동일 기술을 곡면에 적용하는 것은 용이하지 않다. 예를 들어, 곡면에 멀티 터치 감지 기능을 구현한 사례로서 US 특허 2009/20273570 A1에서는 정전용량식 터치 센서를 깐 얇은 전도성 층을 이용한 곡면 터치 방법을 제시하였고, US 특허 2010/0242274 A1에서는 정전식 센서를 곡면에 설치하여 버튼 대신 멀티터치를 이용한 마우스를 예시하였다.
비평면 터치 감지 기술의 다른 예로서 옷감에 터치센서를 구현한 사례가 있고, 특히 US 특허 4,659,874에서는 전도성 실로 이루어진 섬유로 만들어진 시트를 이용한 터치 센서를 고안하여 터치한 부분의 위치정보를 제공해줄 수 있도록 하였고, 전도성 섬유를 이용하여 로봇이 입을 수 있는 옷을 만들고, 옷 전반에 터치 센서를 달아서 사람이 로봇을 만지면 감지할 수 있도록 하는 방법이 소개된 바 있다. 이와 같이, 종래 비평면 형태의 멀티 터치 감지 기술의 사례가 있으나, 주어진 형태에 따라 각각 설계 및 제작을 해야 한다는 부담이 있다.
이처럼 종래 멀티 터치 감지 표면 기술은 주로 평면 형태의 표면을 구현하기에 적합하고 구면, 원기둥 등과 같은 비평면 표면에 적용하기에는 용이하지 않다. 물론 주어진 곡면에 따라 전용 멀티 터치 센서를 디자인할 수 있으나, 다양한 형태의 곡면에 개별적으로 대응하기에는 설계와 구현의 부담이 너무 크다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정보 가전 기기나 사용자 인터페이스 장치의 프로토타이핑 단계에서 특히 중요하다고 할 수 있는, 다양한 형태의 곡면에 멀티 터치 감지 기능을 쉽게 구현할 수 있는 터치 센서 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 센서 모듈은 단일점에 대한 터치를 감지하기 위한 다수의 단일점 터치 센서 및 구동 신호를 상기 각 단일점 터치 센서에 전달하는 다수의 시간 지연 소자를 포함하며, 상기 각 시간 지연 소자와 각 단일점 터치 센서가 병렬로 연결되어 스트링 형태로 배열되며, 상기 구동 신호가 상기 시간 지연소자에 입력되어 스트링 형태의 배열에 따라 전달됨에 따라 순차적으로 상기 단일점 터치 센서들이 활성화된다.
상기 시간 지연 소자는 D 플립플롭(Flip-Flop)으로 구현될 수 있다.
상기 단일점 터치 센서는 반사형, 정전용량형, 또는 압력감지형 터치 센서를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 터치 센서 모듈은 상기 시간 지연 소자는 D 플립플롭으로 구성되고, 상기 단일점 터치 센서는 LED와 포토 트랜지스터로 구성되며, 상기 스트링 배열의 입력측에 위치한 첫번째 D 플립플롭의 제1입력단자에는 구동 신호로써 트리거 펄스가 입력되고, 제2입력단자에는 클럭 펄스가 입력되고, 출력단자는 다른 D 플립플롭의 제1입력단자와 상기 LED에 연결되고, 상기 다수의 포토 트랜지스터의 콜렉터는 하나의 출력단에 공통적으로 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서 터치 센서 모듈은 상기 시간 지연 소자는 D 플립플롭으로 구성되고, 상기 단일점 터치 센서는 저항성 센서와 트랜지스터로 구성되며, 상기 스트링 배열의 입력측에 위치한 첫번째 D 플립플롭의 제1입력단자에는 구동 신호로써 트리거 펄스가 입력되고, 제2입력단자에는 클럭 펄스가 입력되고, 출력단자는 다른 D 플립플롭의 제1입력단자와 상기 저항성 센서에 연결되고, 상기 다수의 트랜지스터의 베이스는 상기 다수의 저항성 센서에 각각 연결되고, 콜렉터는 하나의 출력단에 공통적으로 연결되어 있을 수 있다.
상기 저항성 센서는 피부 전도도를 감지하는 전극쌍 또는 힘에 따라 저항치가 변하는 FSR(Force Sensitive Resistor) 센서로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면 일차원 멀티 터치 센서라고 할 수 있는 스트링 형태의 터치 센서 모듈을 제공함으로써, 별도의 설계나 제작공정 없이 다양한 형태의 곡면에 터치 센서를 적용하여 디자인할 수 있는 효과가 있다.
특히, 정보 가전 인터페이스에서 멀티 터치 감지 기능이 점점 더 중요해 지고 있으므로, 정보 가전의 인터랙션 디자인에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상되고, 더 나아가 스트링형태의 터치 센서 모듈의 대량/저가 생산이 가능해 지면 인터랙션 디자인 프로토타이핑 범위를 넘어서 주변 장치, 가전, 완구 등의 다양한 상품에 쉽게 멀티 터치 기능을 구현하기 위하여 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 다양한 형태의 곡면에 스트링 형태의 멀티 터치 센서 모듈을 적용한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 스트링 형태의 터치 센서 모듈의 개념도이다.
도 3은 도 2에서의 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트링 형태의 터치 센서 모듈의 회로도이다.
도 5는 도 4에서의 신호를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스트링 형태의 터치 센서 모듈의 회로도이다.
도 7은 도 6에서의 신호를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 스트링 형태의 터치 센서 모듈을 이용하여 사용자 인터페이스를 구현한 시스템 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 다양한 형태의 곡면에 스트링 형태의 멀티 터치 센서 모듈을 적용한 예시도이다. 도 1에서 (a)는 사각형 형태, (b)는 도넛 형태, (c)는 원통 형태, (d)는 원뿔 형태의 터치 감지 곡면을 구현하는 예이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 스트링 형태 터치 센서 모듈을 이용하여 다양한 형태의 터치 감지 곡면을 구현할 수 있다. 이처럼, 스트링 형태의 터치 센서 모듈은 선을 따라서 멀티 터치 감지가 가능해야 하고, 최대한 간단한 단위 구조의 반복으로 구성되어 저렴하게 생산 가능해야 하며, 임의의 길이로 잘라서 사용할 수 있어야 한다.
도 2는 본 발명의 스트링 형태의 터치 센서 모듈의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 터치 센서 모듈은 다수의 시간 지연 소자(100)와, 다수의 단일점 터치 센서(200)를 포함하여 이루어진다.
시간 지연 소자(100)는 구동 신호, 즉 트리거 펄스를 각 단일점 터치 센서(200)에 전달하는 역할을 한다.
단일점 터치 센서(200)는 단일점에 대한 터치를 감지하는 역할을 한다.
본 발명에서 터치 센서 모듈은 각 시간 지연 소자(100)와 각 단일점 터치 센서(200)가 병렬로 연결되어 스트링 형태로 배열되며, 구동 신호, 즉 트리거 펄스가 시간 지연소자(100)에 입력되어 스트링 형태의 배열에 따라 전달됨에 따라 순차적으로 단일점 터치 센서(200)들이 활성화되는 방식으로 동작한다. 이에 따라 단일점 센서(200)의 측정값은 도 3에 도시된 바와 같이 순차적으로 출력될 수 있다. 도 3에서는 트리거 펄스를 가하고 출력되는 시계열을 측정하는 과정을 반복함으로써 터치 센서 모듈 상의 멀티 터치 상태를 연속적으로 측정할 수 있다.
본 발명의 스트링 형태의 터치 센서 모듈은 다양한 형태로 구현될 수 있음은 당연하며, 회로 상으로 다양한 구현 소자를 사용하여 구현될 수 있다.
예를 들어, 시간 지연 소자(100)는 D 플립플롭(Flip-Flop)이 사용될 수 있다. 또한, 단일점 터치 센서(200)는 반사형 터치 센서, 정전용량형 터치 센서 또는 압력감지형 터치 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서는 스트링 형태의 터치 센서 모듈의 실제 구현 회로로서, 2가지 실시예를 제안하고자 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트링 형태의 터치 센서 모듈의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 시간 지연 소자(100)는 D 플립플롭(D1, D2,...Dn)으로 구성되고, 단일점 터치 센서(S1, S2,...Sn)는 다수의 LED(LED1, LED2,...LEDn)와 다수의 포토 트랜지스터(TR1, TR2,...TRn)로 구성된다.
스트링 배열의 입력측에 위치한 첫번째 D 플립플롭(D1)의 제1입력단자(D)에는 구동 신호로써 트리거 펄스가 입력되고, 제2입력단자(E)에는 클럭 펄스가 입력되고, 출력단자는 다른 D 플립플롭(D2)의 제1입력단자와 LED(LED1)에 연결된다. 이런식으로 순차적으로 스트링 형태로 배열된다.
그리고, 다수의 포토 트랜지스터(TR1, TR2,...TRn)의 콜렉터는 하나의 출력단에 공통적으로 연결되어 있다.
트리거 펄스가 D 플립플롭 배열을 따라서 클럭신호가 상승할 때마다(상승 에지 래치 타입 플립플롭이라고 가정한다) 한 칸씩 오른쪽으로 전달되고, 그에 따라서 LED가 순차적으로 점멸한다. 도 4에서 LED와 포토 트랜지스터 쌍은 단일점 센서를 나타낸다. 모든 포토트랜지스터의 콜랙터는 하나로 연결되어 출력라인을 시분할 공유한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 결과적으로 LED와 포토 트랜지스터가 순차적으로 작동되고, 그 출력이 순차적으로 출력된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스트링 형태의 터치 센서 모듈의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 시간 지연 소자(100)는 D 플립플롭(D1, D2,...Dn)으로 구성되고, 단일점 터치 센서(S1, S2,...Sn)는 다수의 저항성 센서(R1, R2,...Rn)와 다수의 트랜지스터(TR11, TR22,...TRnn)로 구성된다.
스트링 배열의 입력측에 위치한 첫번째 D 플립플롭(D1)의 제1입력단자(D)에는 구동 신호로써 트리거 펄스가 입력되고, 제2입력단자(E)에는 클럭 펄스가 입력되고, 출력단자는 다른 D 플립플롭(D2)의 제1입력단자(D)와 저항성 센서(R1)에 연결된다. 이런식으로 순차적으로 스트링 형태로 배열된다.
그리고, 다수의 트랜지스터(TR11, TR22,...TRnn)의 베이스는 다수의 저항성 센서(R1, R2,...Rn)에 각각 연결되고, 콜렉터는 하나의 출력단에 공통적으로 연결되어 있다.
도 6의 실시예에서 트리거 펄스가 D 플립플롭 배열을 따라서 클럭신호가 상승할 때마다(상승 에지 래치 타입 플립플롭이라고 가정한다) 한 칸씩 오른쪽으로 전달된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 결과적으로 저항성 센서와 트랜지스터가 순차적으로 작동되고, 그 출력이 순차적으로 출력된다.
본 발명에서 저항성 센서(R1, R2,...Rn)는 평상시 높은 값의 저항치를 갖고 있으며, 근접, 터치, 압력 등의 신호가 감지될 경우 낮은 값의 저항치를 갖는 것으로 한다. 본 발명에서 저항성 센서(R1, R2,...Rn)는 피부 전도도를 감지하는 전극쌍 또는 힘에 따라 저항치가 변하는 FSR(Force Sensitive Resistor) 센서로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 스트링 형태의 터치 센서 모듈을 이용하여 사용자 인터페이스를 구현한 시스템 예시도이다.
도 8은 다수의 스트링 형태의 터치 센서 모듈을 이용하여 사용자 인터페이스를 구현한 시스템 구성 사례이다.
마이컴은 임의의 형태의 장치 표면에 설치된 N개의 스트링 형태의 터치 센서 모듈로부터 순차적으로 시계열 신호를 읽어들인다. 이 신호는 다음 단계에서 임의형태 장치 표면의 터치맵(터치 상태를 표현하는 맵)으로 변환된다. 이러한 변환은 터치 센서 모듈의 어느 부분이 장치 표면의 어디에 위치해 있는가에 대한 정보를 이용하여 쉽게 구현 가능하다. 다음 단계에서는 터치맵 신호로부터 터치에 의한 조작 및 제스처를 인식하고 이 정보는 애플리케이션으로 전해지게 된다.
도 8은 스트링 형태의 터치 센서 모듈을 이용하여 멀티터치 곡면을 구성하여 사용자 인터페이스로 활용하는 한 가지 사례이며, 이러한 개념과 방식은 사용자 인터페이스 뿐 아니라 터치 감지가 필요한 다양한 용도에 적용 가능하다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100 시간 지연 소자 200 단일점 터치 센서

Claims (9)

  1. 단일점에 대한 터치를 감지하기 위한 다수의 단일점 터치 센서; 및
    구동 신호를 상기 각 단일점 터치 센서에 전달하는 다수의 시간 지연 소자를 포함하며,
    상기 각 시간 지연 소자와 각 단일점 터치 센서가 병렬로 연결되어 스트링 형태로 배열되며, 상기 구동 신호가 상기 시간 지연소자에 입력되어 스트링 형태의 배열에 따라 전달됨에 따라 순차적으로 상기 단일점 터치 센서들이 활성화되는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시간 지연 소자는 D 플립플롭(Flip-Flop)인 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단일점 터치 센서는 반사형 터치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단일점 터치 센서는 정전용량형 터치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단일점 터치 센서는 압력감지형 터치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시간 지연 소자는 D 플립플롭으로 구성되고, 상기 단일점 터치 센서는 LED와 포토 트랜지스터로 구성되며,
    상기 스트링 배열의 입력측에 위치한 첫번째 D 플립플롭의 제1입력단자에는 구동 신호로써 트리거 펄스가 입력되고, 제2입력단자에는 클럭 펄스가 입력되고, 출력단자는 다른 D 플립플롭의 제1입력단자와 상기 LED에 연결되고,
    상기 다수의 포토 트랜지스터의 콜렉터는 하나의 출력단에 공통적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시간 지연 소자는 D 플립플롭으로 구성되고, 상기 단일점 터치 센서는 저항성 센서와 트랜지스터로 구성되며,
    상기 스트링 배열의 입력측에 위치한 첫번째 D 플립플롭의 제1입력단자에는 구동 신호로써 트리거 펄스가 입력되고, 제2입력단자에는 클럭 펄스가 입력되고, 출력단자는 다른 D 플립플롭의 제1입력단자와 상기 저항성 센서에 연결되고,
    상기 다수의 트랜지스터의 베이스는 상기 다수의 저항성 센서에 각각 연결되고, 콜렉터는 하나의 출력단에 공통적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저항성 센서는 피부 전도도를 감지하는 전극쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 저항성 센서는 힘에 따라 저항치가 변하는 FSR(Force Sensitive Resistor) 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 스트링 형태의 터치 센서 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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