KR101284913B1 - 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 수신하여, 타점의 위치를 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템에 관한 것이다.

Description

타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템{touch sensor system using of touch point vibration}
본 발명은 터치 센서 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 수신하여, 타점의 위치를 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템에 관한 것이다.
TV 혹은 컴퓨터 모니터에 국한되어 왔던 디스플레이 기술은 최근 휴대폰, PMP, MP3, 차량용 네비게이션을 포함한 모바일 기기에 적용되고 있고 차후 그 응용범위가 가상 디스플레이로까지 확장될 전망이다. 기존의 디스플레이는 단순한 시각적 정보전달에 그쳤으나, 더욱 편리한 인터페이스에 대한 요구로 인해 현재는 키보드나 마우스가 수행했던 정보 입력 창으로서의 역할을 수행하기에 이르렀다. 이러한 멀티 기능을 수행하는 디스플레이를 통칭해 터치스크린 혹은 터치 패널이라 한다.
터치 패널을 구현하기 위해 다양한 기술들이 도입되고 있으며, 외부 터치의 위치를 유추해 내는 방법에 의해 크게 세 부류로 나뉠 수 있다. 첫째, 가장 널리 활용되고 있는 전기저항 방식에 의한 터치 패널을 들 수 있다. 유리로 대표되는 디스플레이 창의 표면에 투명전극을 사용하여 세로 및 가로축 배열을 만든 후 그 상부에 절연막을 입혀 제작된다.
터치가 발생하면 발생한 지점이 눌리면서 통전이 발생하게 되며, 세로 가로축으로 배열된 투명전극으로부터 터치된 지점을 유추할 수 있다. 그 제작 방법이 까다로우나 발달된 반도체 공정을 사용하므로 그 기술이 많이 향상되어 있고, 터치가 발생하면 그 위치를 파악해내는 알고리즘이 매우 간단하다는 측면에서 그 활용도가 높다.
그러나 투명전극을 비롯한 유리기판에 추가적으로 장착되는 막들은 출력광의 휘도를 감소시키는 원인이 된다. 즉 같은 휘도를 내기 위해서는 많은 파워를 소모해야 하므로, 모바일과 같은 저용량 이동 전원이 부착된 디스플레이에는 치명적이라 할 수 있다. 또한 그 제작 기술이 기판 전체를 대상으로 하는 반도체 공정에 기반을 두므로, 대형 터치 패널의 제작에는 현실적으로 활용가치가 없다.
둘째, 캐패시턴스 측정 방식에 의한 터치 패널이 있다. 터치 패널의 상, 하, 좌, 우 외곽에 캐패시턴스 센서를 위치시킨 후 손가락과 같은 전하를 갖는 물질이 터치 패널에 위치할 때 각 캐패시턴스 센서에 대전된 전하량의 차이에 의거하여 그 위치를 유추하는 방식이다. 이 방식에 의한 터치 패널은 감도가 좋고 특히 손가락 움직임에 민감하다.
그러나 그 원리상 유리와 같은 투명 기판에 적용이 어려워 노트북 패드와 같이 별도의 터치 패널을 사용하고 있어, 집적화를 지향하는 측면에서는 커다란 제약으로 작용한다.
마지막으로, 본 발명과 관계된 탄성파 감응에 의한 터치 패널 구동방식이 있다. 유리로 대표되는 터치 패널의 상부 혹은 하부에 탄성파 송수신기를 주기적으로 배열하거나 탄성파 반사기를 사용하여 터치 패널 표면에 탄성파 경로를 만든 후, 손가락과 같은 탄성파 흡수물질이 터치 패널 표면에 닿았을 때 터치 지점에서 발생하는 탄성파 감쇄를 감지하여 위치를 파악해내는 방식으로 구현된다. 디스플레이에 기여하지 않는 터치 패널의 외곽부에 탄성파 송수신기를 위치시키므로, 광원의 휘도를 크게 향상시킬 수 있다는 측면에서 각광받는 기술이다.
그러나 터치가 발생되지 않는 시점에도 계속적인 탄성파의 송출이 필요하므로 많은 전력소모가 요구되며, 반사기나 송수신기의 배열을 해야 하므로 그 구성이 복잡하다.
이와 같이 종래에는 다양한 방식으로 터치 패널이 구현되고 있으나, 많은 전력소모가 요구되고 있기에 초소형 모바일에 적용하기에 무리가 있다. 또한 종래의 기술은 복잡한 구조를 요구하기 때문에 차후 예견되는 대형 디스플레이에 그 적용이 용이하지 않다. 따라서 구성이 보다 간단하면서도 전력소모를 줄일 수 있는 새로운 방식의 터치 패널의 구현이 요구된다.
한국 공개특허 제 2010-0088305호 국제 공개특허 제 2005-103873호 유럽 공개특허 제 1839110호
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 과제는 간단하고 용이한 구성으로 터치 입력이 진행되는 화면 상의 타점의 위치를 정확하고 빠르게 파악 가능하고, 제조공정이 간단하며, 단가가 낮을 뿐만 아니라, 다양한 장치에 적용할 수 있는 터치센서 시스템을 제공하고자 함에 있다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 특징은 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바; 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바; 상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바가 각각 수평(X) 및 수직(Y) 측면에 결합되어 있는 터치 플레이트; 상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부; 및 상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호와 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면에 대한 정보를 이용하여 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 터치 위치를 산출하는 타점 산출부를 포함하고, 여기에서 상기 타점 산출부는 상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호에서 상기 터치 플레이트 상의 터치 위치를 산출하는 제 1 타점 산출부; 및 상기 제 1 타점 산출부에 의해 산출된 터치 플레이트 상의 터치 위치를 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 위치에 맞추어 변환해주는 제 2 타점 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 타점 산출부는 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 대한 두 개 이상의 위치 정보를 통해 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기를 판단하는 화면 판단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 타점 산출부는 디스플레이 되는 화면으로부터의 빛을 감지하는 광센서를 이용하여 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기를 판단하는 화면 판단부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 2 타점 산출부는 디스플레이 되는 화면에서 벗어나는 타점이 입력되는 경우, 상기 타점에 대해서는 입력이 되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 타점 산출부는 터치 플레이트 상에 디스플레이 될 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 상기 터치 플레이트 상에 표시하는 설정 화면 제시부를 더 포함할 수 있다.
디스플레이 되는 화면으로부터의 빛을 감지하는 광센서를 이용하여 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기가 상기 설정 화면 제시부가 표시하는 화면의 위치 및 크기에 맞추어 디스플레이 되었는지를 판단하는 화면 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
이때, 상기 타점 산출부는 디스플레이 되는 화면으로부터의 빛을 감지하는 광센서를 이용하여 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기가 상기 설정 화면 제시부가 표시하는 화면의 위치 및 크기에 맞추어 디스플레이 되었는지를 판단하는 화면 판단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 타점 산출부에서 산출된 타점 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명은, 간단하고 용이한 구성으로 터치 입력이 진행되는 화면상의 타점의 위치를 정확하고 빠르게 파악 가능하고, 제조공정이 간단하며, 단가가 낮을 뿐만 아니라, 다양한 장치에 적용할 수 있는 터치센서 시스템을 제공할 수 있게 된다.
또한, 주변기기를 줄일 수 있고, 센서 시스템에 필요한 추가 전원이 적다는 점에서 전력 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로, 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템에서 타점의 위치를 화면의 위치 및 크기에 맞추어 변환하는 과정을 나타낸 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로, 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템의 활용예를 나타낸 도면이다.
이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 시스템은, 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바(bar)(11); 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바(bar)(12); 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)가 각각 수평(X) 및 수직(Y) 측면에 결합되어 있는 터치 플레이트(20); 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부(30); 상기 신호 처리부(30)에서 수신된 신호와 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면에 대한 정보를 이용하여 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 터치 위치를 산출하는 타점 산출부(40); 및 상기 타점 산출부(40)에서 산출된 타점 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부(50)를 포함한다.
여기에서 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바(bar)(11)는 터치 플레이트(20)의 수평(X) 측면 라인에 결합되어 있고, 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바(bar)(12)는 터치 플레이트(20)의 수직(Y) 측면 라인에 결합되어 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)는 터치 플레이트(20)의 측면 라인에 결합될 수 있도록 상기 측면 라인을 따라 길이 방향으로 연장된 바(bar) 형태로, 그 단면의 형상이 사각형, 삼각형 등 다면체 이거나 원형, 타원형과 같은 구면체 일 수 있다.
상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)는 터치 플레이트(20)의 측면 라인에 결합되는데, 특히 측면 라인의 정면, 측면 또는 배면 중 어느 면에 결합되는지는 제한이 없다. 상기 센서 바(11, 12)에 형성된 격자가 상기 터치 플레이트(20)를 통해 전달되는 진동을 효과적으로 수신하기 위하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자의 선택에 따라 바람직한 면에 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)가 터치 플레이트(20)의 측면라인에 결합될 때 상기 제 1 센서 바(11)의 일 끝단과 상기 제 2 센서 바(12)의 타 끝단을 구조적으로 결합시킬 수 있다. 이러한 결합 형태는 분리가 가능한 형태일 수 있으며, 당업자의 선택에 의하여 분리가 불가능하게 일체화되어 있을 수도 있다. 이렇게 일체화되어 있는 경우에는 상기 터치 플레이트(20)의 수평(X) 측면에 대응되는 부분은 제 1 센서 바(11)에 해당하고, 상기 터치 플레이트(20)의 수직(Y) 측면에 대응되는 부분은 제 2 센서 바(12)에 해당한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 터치 플레이트(20)는 플레이트 일부 지점을 터치하여 발생된 진동파 또는 탄성파를 수평(X) 측면 및 수직(Y) 측면까지 전달시키는 역할을 수행한다. 이러한 터치의 대상이 되는 화면은 터치 플레이트(20) 정면 또는 배면에 디스플레이 되거나, 별도의 인쇄된 용지 형태로 부착될 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 플레이트(20)는 글래스(glass), 플라스틱, 나무판 등과 같이 진동 감쇄 계수가 작아 일정 지점에 대한 터치로 인해 발생된 진동을 수평(X) 측면 및 수직(Y) 측면까지 전달시킬 수 있도록 진동 전달률이 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 진동파 또는 탄성파가 타점에서 격자(25) 지점까지 손실율이 낮게 잘 전달되어 격자(25)에 변형력을 유도함으로써 전기신호 발생 효율을 높이기 위함이다.
여기서, 탄성파란 탄성 매질 내에서 매질의 교란 상태 변화로 인해 에너지가 전달되는 파동으로서, 매질이 필요한 파동은 횡파이든 종파이든 간에 상관없이 모두 탄성파에 속한다. 탄성파의 예로는 공기를 주로 매질로 하는 음파, 물을 매질로 하는 수면파, 지구 내부 물질을 매질로 하는 지진파 등이 있다. 또한 탄성파는 파동 에너지가 운동 에너지와 위치 에너지의 형태로 존재하므로 역학적인 파동이라고도 한다. 이에 반해 전자기파는 매질 없이도 전달되므로 비탄성파이다.
이러한 탄성파는 터치 플레이트(20)와 같은 매질에서 진동파와 같은 형태로 전달되게 되는데, 터치 플레이트(20)를 터치하는 경우, 타점에서부터 탄성파가 퍼져나가게 된다. 이때 상기 탄성파는 타점에서 최단거리에 있는 격자(25)에 가장 빨리 도달하게 되고, 이 지점이 타점을 산출하기 위한 타점 격자 지점에 해당한다.
타점에서 각각의 격자(25)는 탄성파 또는 진동파를 흡수하게 되는데, 격자(25)는 압전물질을 재질로 하기 때문에 파동 에너지에 의한 격자(25)의 변형 스트레스 등이 가해지고, 이로 인하여 압전재질의 압전물질 격자(25)는 전기신호를 발생시킨다. 여기서 격자(25) 간격은 나노 스케일의 간격으로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 타점의 위치를 정확히 파악하고, 진동 감지율을 높이기 위함이다.
압전물질(壓電物質, piezoelectrics)은 외부에 기계적인 압력이 가해졌을 때 물질 내부에 분극이 유도되거나 혹은 외부 전기장에 의하여 기계적인 변형이 일어나는 재료를 말한다. 전자시계에 사용되는 수정이 대표적인 응용 사례이다. 수정 결정에 약한 전기를 흘려주면 결정의 방향이나 크기에 따라 일정한 주파수를 가지고 진동을 하게 되는데 이 진동 횟수를 계산하여 시계로 사용된다.
현재 압전물질로 가장 많이 사용되는 재료는 PZT 재료인데 페로브스카이트 결정 구조를 가지며 Pb(Zr,Ti)O3의 조성을 갖는다. 가스레인지 착화기, 초음파 발진기(가습기, 초음파 탐지, 비파괴 검사), 압전변압기 등에 널리 사용된다. 최근에는 아주 정밀한 변위가 가능하여 액츄에이터 응용에 대한 연구가 활발히 진행되어 원자력간현미경(AFM), 초음파 모터 등에 응용되고 있다.
이처럼 압전물질을 재질로 하는 격자(25)는 터치에 의해 전달되는 탄성파로 인해 기계적인 압력 또는 스트레스가 발생하고, 이로 인하여 분극이 유도되어 전기신호를 발생시키게 되고, 상기 전기신호는 각 격자(25)와 도선 등으로 신호 처리부(30)와 전기적으로 연결된다.
상기 신호 처리부(30)에서는 각각의 격자(25)에서 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하고, 상기 추출된 수평 및 수직축상에서 격자(25)지점에서 수신된 신호와 수신된 시간 또는 순서를 분리하여 구분한다.
상기 신호 처리부(30)는 격자(25)에서 발생한 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 구비하는 것이 바람직하다. A/D 컨버터는 일반적인 아날로그 물리량에 대한 측정신호를 디지털 신호로 변환하는 기기를 말한다.
전압, 전류, 온도, 습도, 압력, 유량, 속도, 가속도 등과 같은 아날로그 물리량을 측정하여, 컴퓨터로 제어 또는 분석하려면 디지털 값으로 변환하여 읽어 들여야 하는데 이러한 장치를 DAS(Data Acquisition System)라고 한다. DAS는 센서, A/D 컨버터, 컴퓨터 등으로 구성된다. 센서는 측정하려는 물리량을 전압, 전류 또는 주파수와 같은 전기량으로 변환하는 소자이며, A/D 컨버터는 이를 컴퓨터가 읽을 수 있는 병렬 또는 직렬 데이터로 변환하여 주는 장치이다. 대부분의 경우에는 센서와 A/D 컨버터의 사이에 잡음을 제거하고 필요한 신호만을 추출하기 위한 필터나 신호를 적절한 크기로 바꾸기 위한 증폭기와 같은 파형 정형회로가 사용된다.
이처럼 본 발명의 신호 처리부(30)는 압전물질을 재질로 하는 격자(25)에서 탄성파를 측정하고 이를 분석하기 위해 디지털 신호로 전환하는 기기로, 필터, 증폭기 등을 더 구비하여 타점 산출부(40)에서 타점의 위치를 정확히 산출할 수 있도록 정확하고 빠른 측정 또는 수신신호를 생성하게 된다.
상기 터치 플레이트(20)의 어느 한 지점을 터치하게 되면, 그 타점 지점에서부터 진동 또는 탄성파가 발생하게 된다. 그 결과 발생한 탄성파는 상기 터치 플레이트(20)를 매질로 하여 전방향으로 퍼지게 되고, 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)에 형성되어 있는 격자(25)에 도달하게 된다. 이와 같이 타점에서 전파된 탄성파가 각 격자(25)에 도달하게 되고, 압전물질을 재질로 하는 각 격자(25)는 상기 탄성파로 인하여 압력 또는 스트레스를 받게 되어, 전기신호를 발생하게 된다.
각 격자(25)에서 발생된 전기신호는 신호 처리부(30)에서 수신받아, 디지털 신호로 전환하고, 타점 산출부(40)에서 상기 디지털 신호를 분석하여 타점의 위치를 산출한다. 이때, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점 산출부(40)는 먼저 상기 신호 중 가장 최초로 탄성파 신호를 수신한 격자(25)의 위치를 추출한다. 격자(25)의 위치가 산출되면, 상기 터치 플레이트(20)의 매트릭스상에서 추출된 격자(25) 위치에서 라인을 연장하여 만나는 교차점을 추출하고, 이 지점을 타점으로 산출하게 된다.
타점 산출부(40)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템에 있어서, 상기 터치 플레이트(20)와 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기가 상이할 때, 상기 터치 플레이트(20) 상에 입력되는 타점의 위치 정보를 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 맞게 매핑(Mapping)시켜 상기 디스플레이 되는 화면을 기준으로 변환된 터치 위치 정보를 생성한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점 산출부(40)는 신호 처리부(30)에서 수신된 전기신호에서 터치 플레이트(20) 상의 터치 위치를 산출하는 제 1 타점 산출부(42) 및 상기 제 1 타점 산출부(42)에 의해 산출된 터치 플레이트 상의 터치 위치를 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 위치로 변환해주는 제 2 타점 산출부(48)를 포함한다.
상기 제 1 타점 산출부(42)는 각 격자(25)지점에서 수신된 전기신호 중에서 최초 수신된 전기신호를 추출하고, 상기 전기신호를 수신한 격자(25)지점을 타점(P)의 X 및 Y 좌표로 설정하고, 타점의 위치를 산출한다. 이때, 상기 제 1 타점 산출부(42)에서 산출된 좌표는 상기 터치 플레이트(20) 전체를 기준으로 타점 P의 위치를 산출한 것으로, 제 2 타점 산출부(48)를 이용하여 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 위치로 변환하는 작업이 필요하다.
이하 도 2를 통하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치센서 시스템의 제 2 타점 산출부(48)에서 타점의 위치 정보를 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 맞추어 변환하는 과정을 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템에 있어서, 제 2 타점 산출부(48)에서 타점의 위치 정보를 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 맞추어 변환하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 플레이트(20)의 P1, P2, P3 및 P4로 이루어진 일부 영역에 터치를 통한 입력이 필요한 화면이 디스플레이 되는 경우, 타점의 위치 정보를 단지 상기 터치 플레이트(20) 전체를 기준으로 산출하는 제 1 타점 산출부(42)만 있고, 상기 산출된 타점의 위치 정보를 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면 위치 및 크기에 맞추어 변환하는 제 2 타점 산출부(48)가 없으면, 상기 디스플레이 되는 화면에 대한 터치 위치와 상기 터치센서 시스템의 터치 플레이트(20)가 인식하는 터치 위치에 차이가 발생하게 된다. 예컨대 도 2에서 P1, P2, P3 및 P4로 이루어진 영역에 터치를 통한 입력이 필요한 화면이 디스플레이 되고 있다면, 상기 P1 지점은 상기 디스플레이 되는 화면상에서는 (0,0)을 의미할 수 있지만, 상기 제 2 타점 산출부(48)가 없는 터치센서 시스템은 (m,n)로 인식하게 된다. 따라서 사용자가 디스플레이 되는 화면의 (0,0) 지점을 클릭하기 위해 P1 지점을 터치하는 경우, 상기 터치 위치를 터치 플레이트(20) 전체를 기준으로 상기 제 2 타점 산출부(48)가 없는 터치센서 시스템은 (m,n) 지점이 터치되었다고 인식하게 되고, 최종적으로 상기 디스플레이 되는 화면을 생성한 컴퓨팅 장치는 상기 P1지점을 기준으로 X축 방향으로 m만큼 Y축 방향으로 n만큼 떨어져 있는 P5 지점이 터치 되었다고 판단하게 된다.
따라서 제 1 타점 산출부(42)에 의해 산출된 상기 터치 플레이트(20) 상의 터치 위치를 상기 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 맞는 터치 정보로 변환하는 제 2 타점 산출부(48)가 필요하다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이 되는 화면이 P1, P2, P3 및 P4를 네 꼭지점으로 하는 사각형인 경우, P1을 터치하면 상기 (m,n)이라는 터치 플레이트(20) 상의 위치 정보를 (0,0)이라는 디스플레이 되는 화면상의 위치 정보로 변환하는 과정이 필요하다. 보다 상세하게는, 터치 플레이트(20) 상에서의 P1은 (m,n)의 위치 정보를 갖지만, 디스플레이 되는 화면 상에서는 (0,0)의 위치 정보를 갖도록 변환해야 한다. 이와 같은 변환 과정을 통해 상기 디스플레이 되는 화면에 대해 알맞은 입력 정보로서 가공할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 제 2 타점 산출부(48)는 터치를 통한 입력이 필요한 화면이 상기 터치 플레이트(20) 상의 일부 영역에 디스플레이 되는 경우, 상기 터치 플레이트(20)에 대하여 이루어진 터치의 위치를 상기 디스플레이 되는 화면상의 위치로 맞추어 매핑시킨다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제 2 타점 산출부(48)는 상기 터치 플레이트(20)와 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기가 상이하여, 상기 화면이 디스플레이 되지 않는 부분에 대한 터치 정보가 입력되면, 제 2 타점 산출부(48)는 상기 타점에 대해서는 입력이 되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 터치센서 시스템은 디스플레이 되는 화면에 대한 직관적인 입력 방법을 제시하는 것으로, 화면을 벗어나는 입력이 있는 경우 제 2 타점 산출부(48)에서 입력이 되지 않은 것으로 판단하여야 상기 입력에 의해 오류가 발생하지 않도록 할 수 있다. 이때, 제 2 타점 산출부(48)는 화면을 벗어난 타점의 입력이 있음을 알릴(Push) 수도 있다.
본 발명에 일 실시시예에 따른 타점 산출부(40)는 당업자의 선택에 의하여 MCU(Micro Controller Unit)를 비롯한 연산부와, 상기 위치를 산출하는 콘트롤러 카드를 포함할 수 있다. 여기서 콘트롤러 카드는 상기 신호 처리부(30)에서 추출된 각 격자(25)점의 디지털 신호를 터치 플레이트(20) 상의 메트릭스 좌표로 변환하여 정확한 위치지정을 하는 기기를 말한다. 이와 같은 콘트롤러 카드를 통해 격자(25)점에서 수신된 신호의 X 및 Y의 좌표를 추출하여 타점의 위치를 산출하게 된다.
신호 송신부(50)는 상기 타점 산출부(40)에서 산출된 타점의 위치 정보를 외부로 전송한다. 여기에서 외부는 상기 타점의 위치 정보를 필요로 하는 외부 컴퓨팅 장치를 의미한다. 상기 외부 장치와 신호 송신부(50)가 유선으로 연결되어 있는 경우 상기 유선을 통해 위치 정보를 전송할 수 있다. 또한 상기 외부장치와 신호 송신부(50)가 무선으로 통신 가능하도록 연결되어 있는 경우 무선으로 상기 타점 위치 정보를 전송하는 것도 가능하다. 본 발명에 적용 가능한 무선통신방식에 대한 제한은 없다. Bluetooth 방식에 따라 직접적으로 통신가능하도록 연결될 수도 있겠지만, WiFi 방식에 따라 간접적으로 통신가능하도록 연결될 수도 있다. 또한, Zigbee, WLAN, HomeRF 등의 다른 종류의 무선 통신 방식도 가능하다.
상기 제 2 타점 산출부(48)는 제 1 타점 산출부(42)에 의해 산출된 터치 위치 정보를 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 맞는 터치 정보로 변환할 때, 디스플레이 되는 화면이 상기 터치 플레이트(20) 상의 어느 부분에 위치하는지에 대한 정보를 필요로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템은 상기 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기 정보를 관리하는 화면 판단부(46)를 더 포함할 수 있다. 상기 화면 판단부(46)는 상기 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기 정보를 사용자로부터 입력을 받거나, 시스템에 설정되어 있을 수도 있고, 또는 디스플레이 되는 화면의 상대적 위치 및 크기를 감지하여 상기 화면의 위치 및 크기 정보를 생성할 수도 있다.
보다 상세하게는, 상기 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기 정보를 사용자로부터 입력을 받는 경우, 화면 판단부(46)는 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 대한 두 개 이상의 위치 정보를 입력받아 상기 위치 정보를 통하여 화면의 위치 및 크기를 계산할 수 있다. 상기 디스플레이 되는 화면의 수평(x) 라인 및 수직(y) 라인이 각각 터치 플레이트(20)의 수평(X) 측면 라인 및 수직(Y) 측면 라인과 평행 또는 대응되는 사각형 모양인 경우, 상기 화면 판단부(46)는 두 개의 위치 정보(P1, P4)만 입력받으면 상기 위치 정보(P1, P4)를 통해 P2, P3의 위치를 계산할 수 있고, 상기 화면의 상대적 위치 및 크기를 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 화면 판단부(46)는 보다 정확한 화면의 상대적 위치 및 크기를 계산하기 위하여 세 개 이상의 위치 정보를 입력받을 수 있다. 예컨대, 세 개의 위치 정보 P1, P2 및 P4를 입력받으면, 상기 위치 정보(P1, P2 및 P4)를 통해 P3의 위치를 계산할 수 있고, 상기 화면의 위치 및 크기를 계산할 수 있다. 상기 화면의 모양이 다각형인 경우에는, 입력되는 위치 정보를 바탕으로 화면 판단부(46)는 화면의 위치 및 크기를 계산할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이해할 수 있을 것이다.
또한, 상기 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기 정보는 미리 설정하여 시스템에 저장하고 있을 수 있다. 즉, 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 일정한 패턴이 존재하는 경우, 이 크기들에 대한 정보를 시스템에 저장할 수 있고, 또는 이미 시스템에 저장되어 있을 수 있다.
본 발명에 적용 가능한 바람직한 실시예에서 상기 크기에 대한 정보는 상기 터치 플레이트(20) 상의 특정 위치에 맞추어 저장되고, 디스플레이 되는 화면이 디스플레이 되는 화면의 크기에 대응되는 위치에 디스플레이 되도록 설정할 수 있다. 이때, 상기 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템은 제 1 타점 산출부(42)에 의해 산출된 터치 플레이트(20) 상의 터치 위치를 제 2 타점 산출부(48)에서 상기 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 위치에 맞추어 변환할 때, 시스템에 설정되어 있는 상기 정보를 이용하여 터치 위치를 화면에 대한 상대적인 위치에 맞추어 변환한다.
디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기 정보가 시스템에 설정되어 있는 경우, 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템은 상기 정보를 통하여, 상기 터치 플레이트(20) 상에 설정된 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 표시할 수 있다. 이에 관하여 도 3에서 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로, 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템의 활용예를 나타낸 도면이다. 상기 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템을 이용하여 프로젝터(80)로부터 터치 플레이트(20) 상에 영사되는 화면에 대한 터치를 입력받아 상기 타점에 대한 정보를 외부 컴퓨팅 장치(70)에 제공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)가 각각 수평(X) 및 수직(Y) 측면에 결합되어 있는 터치 플레이트(20); 상기 제 1 센서(11) 바 및 제 2 센서 바(12)와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부(30); 상기 신호 처리부(30)에서 수신된 전기신호와 디스플레이 되는 화면에 대한 위치 및 크기 정보를 이용하여 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 터치 위치를 산출하는 타점 산출부(40); 상기 산출된 타점 위치 정보를 외부 컴퓨팅 장치(70)로 무선(61) 또는 유선(65)을 통해 수신하는 컴퓨팅 장치(70); 및 상기 컴퓨팅 장치(70)에서 생성한, 특정 위치 기반의 작업 입력이 필요한 화면을 터치 플레이트(20) 상에 영사하는 프로젝터(80)를 포함한다.
여기에서 상기 타점 산출부(40)는 상기 신호 처리부(30)에서 수신된 전기신호에서 상기 터치 플레이트(20) 상의 터치 위치를 산출하는 제 1 타점 산출부(42); 설정된 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기 정보를 통하여, 상기 터치 플레이트(20) 상에 설정된 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 표시하는 설정 화면 제시부(44); 디스플레이 되는 화면으로부터의 빛을 감지하는 광센서를 이용하여 상기 설정 화면 제시부(44)에서 표시한 화면의 위치 및 크기에 맞는 화면이, 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되었는지를 판단하는 화면 판단부(46); 및 상기 제 1 타점 산출부(42)에 의해 산출된 터치 플레이트(20) 상의 터치 위치를 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 위치에 맞추어 변환해주는 제 2 타점 산출부(48)를 포함한다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 프로젝터(80)를 이용하여 컴퓨팅 장치(70)로부터 송신된 화면을 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이하고자 할 때, 타점 산출부(40)의 설정 화면 제시부(44)는 설정된 화면의 위치 및 크기 정보를 이용하여, 상기 컴퓨팅 장치(70)로부터 송신된 화면을 상기 터치 플레이트(20) 상에 표시할 수 있다.
보다 자세하게는, 본 발명의 바람직한 일 실시예로 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템은 컴퓨팅 장치(70)를 이용하여 터치 입력이 필요한 화면이 프로젝터(80)로 송신되면, 상기 프로젝터(80)는 상기 화면을 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 하게 된다. 이때, 프로젝터(80)를 통해 디스플레이 되는 화면은 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 터치 플레이트(20)보다 작은 크기가 될 수도 있다.
이로 인해 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기와 터치 플레이트(20)의 위치 및 크기 간 차이가 발생하여 제 1 타점 산출부(42)에서 산출된 상기 터치 플레이트(20) 상의 터치 위치 정보가 제 2 타점 산출부(48)를 통해 상기 화면의 위치 및 크기에 맞추어 변환된다.
도 3a에서 상기 설정 화면 제시부(44)는 디스플레이 될 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 터치 플레이트(20) 상에 표시할 수 있다. 보다 자세하게는, 프로젝터(80)를 이용하여 상기 터치 플레이트(20) 상에 화면을 디스플레이 할 때, 상기 디스플레이 될 화면이 시스템에 저장된 위치 및 크기에 맞추어 디스플레이 될 수 있도록 가이드하는 정보를 상기 터치 플레이트(20) 상에 표시할 수 있다. 상기 가이드 정보는 도 3a에서 점선으로 표시한 것과 같이 터치 플레이트(20)의 특정 위치, 특정 크기를 갖는 영역으로 표시될 수 있다. 이러한 가이드 정보는 필요시 상기 터치 플레이트(20) 상에 미리 인쇄되어 있거나, 별도로 디스플레이 될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 표현 방법이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이때, 본 발명의 바람직한 실시예로서 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템은 상기 설정 화면 제시부(44)에서 표시하는 설정된 화면의 위치 및 크기 정보에 맞추어 화면을 디스플레이하였는지를 판단하는 화면 판단부(46)를 포함할 수 있다. 상기 화면 판단부(46)는 디스플레이 되는 화면으로부터의 빛을 감지하는 광센서를 이용하여 상기 설정 화면 제시부(44)에서 표시하는 설정된 화면의 위치 및 크기 정보에 맞추어 화면을 디스플레이하였는지를 판단한다. 상기 화면 판단부(46)를 통해, 프로젝터(80)로부터 디스플레이되는 화면이 상기 설정된 화면의 위치 및 크기에 맞추어 디스플레이되고 있는지 확인할 수 있다. 상기 화면 판단부(46)는 설정된 화면의 위치 및 크기 정보에 맞추어 화면이 디스플레이되지 않는 경우, 이를 사용자에게 메세지 등의 수단을 통해 알릴(Push) 수 있다.
또한, 화면 판단부(46)는 디스플레이 되는 화면의 크기 및 상기 터치 플레이트(20) 상에서의 상대적 위치를 감지하여 상기 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 생성할 수도 있다.
도 3b에서는 도 3a와는 달리, 설정 화면 제시부(44)는 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 될 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 표시하지 않는다. 프로젝터(80)를 이용하여 컴퓨팅 장치(70)로부터 송신된 화면을 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이하면, 화면 판단부(46)는 상기 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 되는 화면의 크기 및 상기 터치 플레이트(20) 상에서의 상대적 위치를 감지하여 상기 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 생성한다.
상기 화면의 크기 및 위치 정보의 생성을 위해, 상기 화면 판단부(46)는 광센서를 이용하여 화면을 구성하는 빛을 감지하여 상기 화면의 크기 및 위치를 판단할 수 있다. 상기 광센서는 터치 플레이트(20) 정면 또는 배면에 결합되거나 별도로 부착될 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 터치 플레이트(20) 상에 디스플레이 된 화면에 대하여 터치 입력(P)이 있게 되면 제 1 및 제 2 센서바(11, 12), 신호 처리부(30) 및 타점 산출부(40)를 통해 터치가 발생한 타점(P)에 대한 위치 정보를 산출한다.
이렇게 산출된 타점(P)에 대한 위치 정보는 신호 송신부(50)를 통해 컴퓨팅 장치(70)로 전송되는데, 신호 송신부(50)와 컴퓨팅 장치(70)가 각각 무선 통신 장비(61, 62)를 구비하고 무선으로 서로 연결되어 있다면 무선을 통해 타점(P)에 대한 위치 정보를 전송하고, 유선(65)을 통하여 서로 연결되어 있다면 유선(65)을 통해 타점(P)에 대한 위치 정보를 전송한다.
이처럼 본 발명은 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 이용하여 압전 재질의 격자(25)가 상기 파동에 의한 스트레스를 통해 전기신호를 발생시키고, 신호 처리부(30) 및 타점 산출부(40)에서 상기 신호를 수신받아 이를 X 및 Y 좌표로 설정하여 정확한 타점의 위치를 찾는 시스템 및 방법이다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
11: 제 1 센서바 12: 제 2 센서바
20: 터치 플레이트 25: 격자
30: 신호 처리부 40: 타점 산출부
50: 신호 송신부

Claims (7)

  1. 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바;
    압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바;
    상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바가 각각 수평(X) 및 수직(Y) 측면에 결합되어 있는 터치 플레이트;
    상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호와 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면에 대한 정보를 이용하여 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 터치 위치를 산출하는 타점 산출부를 포함하고,
    여기에서 상기 타점 산출부는
    상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호에서 상기 터치 플레이트 상의 터치 위치를 산출하는 제 1 타점 산출부; 및
    상기 제 1 타점 산출부에 의해 산출된 터치 플레이트 상의 터치 위치를 디스플레이 되는 화면에 대한 상대적인 위치에 맞추어 변환해주는 제 2 타점 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타점 산출부는,
    디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기에 대한 두 개 이상의 위치 정보를 통해 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기를 판단하는 화면 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타점 산출부는,
    디스플레이 되는 화면으로부터의 빛을 감지하는 광센서를 이용하여 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기를 판단하는 화면 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 타점 산출부는,
    디스플레이 되는 화면에서 벗어나는 타점이 입력되는 경우, 상기 타점에 대해서는 입력이 되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 타점 산출부는,
    터치 플레이트 상에 디스플레이 될 화면의 위치 및 크기에 대한 정보를 상기 터치 플레이트 상에 표시하는 설정 화면 제시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 타점 산출부는,
    디스플레이 되는 화면으로부터의 빛을 감지하는 광센서를 이용하여 상기 터치 플레이트 상에 디스플레이 되는 화면의 위치 및 크기가 상기 설정 화면 제시부가 표시하는 화면의 위치 및 크기에 맞추어 디스플레이 되었는지를 판단하는 화면 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    타점 산출부에서 산출된 타점 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
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