KR101344945B1 - 터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템 - Google Patents

터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101344945B1
KR101344945B1 KR1020110110623A KR20110110623A KR101344945B1 KR 101344945 B1 KR101344945 B1 KR 101344945B1 KR 1020110110623 A KR1020110110623 A KR 1020110110623A KR 20110110623 A KR20110110623 A KR 20110110623A KR 101344945 B1 KR101344945 B1 KR 101344945B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
touch
vibration
sensor system
plate
touch position
Prior art date
Application number
KR1020110110623A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130046197A (ko
Inventor
김광태
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020110110623A priority Critical patent/KR101344945B1/ko
Publication of KR20130046197A publication Critical patent/KR20130046197A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101344945B1 publication Critical patent/KR101344945B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/043—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using propagating acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

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

Description

터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템{touch sensor system using of vibration caused by touch}
본 발명은 터치 센서 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 수신하여, 터치 위치를 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 터치에 의한 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 플레이트 상의 터치 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 압전 물질을 재질로 하는 격자가 메트릭스 형태로 형성된 센서부; 상기 센서부의 상부에 결합되어 있는 터치 플레이트; 상기 센서부와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부; 및 상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호에서 상기 터치 플레이트에 대한 터치 위치를 산출하는 터치 위치 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 터치 플레이트는 진동 감쇄 계수가 일정한 물질로 제조될 수 있다.
또한, 상기 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템은 터치 위치 산출부에서 산출된 터치 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 터치 플레이트는 상기 센서부에 형성된 메트릭스 형태에 대응되도록 패터닝될 수 있다.
이때, 상기 터치 위치 산출부는 상기 터치 플레이트상에서의 진동의 이동속도 및 2개 이상의 격자가 터치에 의한 진동을 수신한 시간을 기준으로, 상기 터치 플레이트에 대하여 터치가 이루어진 지점의 좌표를 특정하여 터치 위치로 산출할 수 있다.
또는, 상기 터치 위치 산출부는 터치에 의한 진동을 먼저 수신한 2개 이상의 격자로 구성되는 일정 영역을 특정하여 터치 위치로 산출할 수 있다.
이와 같은 본 발명은, 간단하고 용이한 구성으로 디스플레이 윈도우상의 터치 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 추가전원이 필요 없다는 점에서 전력 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 대면적 디스플레이에 있어 터치 입력에 있어 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 터치 플레이트를 터치시 발생하는 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 터치 플레이트가 패터닝 된 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로, 터치 플레이트를 터치시 발생하는 진동을 이용한 터치센서 시스템에서 터치 위치를 산출하는 과정을 나타낸 도면, 및
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로, 터치 플레이트를 터치시 발생하는 진동을 이용한 터치센서 시스템에서 터치 위치를 산출하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 터치 플레이트를 터치시 발생하는 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예는 압전 물질을 재질로 하는 격자가 메트릭스 형태로 형성된 센서부(10); 상기 센서부(10)의 상부면에 결합되어 있는 터치 플레이트(20); 상기 센서부(10)와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부(30); 상기 신호 처리부(30)에서 수신된 신호를 통해 터치 위치를 산출하는 터치 위치 산출부(40); 및 상기 터치 위치 산출부(40)에서 산출된 터치 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부(50)를 포함한다.
상기 센서부(10)에는 압전 물질을 재질로 하는 격자가 메트릭스 형태로 일정 간격을 두고 서로 이격되어 형성되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 상기 압전 물질을 재질로 하는 격자는 상기 메트릭스 형태를 구성하는 수평(x) 라인 및 수직(y) 라인이 교차하는 지점에 형성될 수 있다. 이때, 상기 격자는 수평(x) 라인 및 수직(y) 라인이 교차하는 모든 지점에 형성될 수도 있고, 이 교차점들 중에서 선택되는 일부 지점에만 형성될 수도 있다. 상기 격자의 배치 형태는 본 발명이 목적으로 하는 효과를 얻을 수 있는 아이디어로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
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 압전물질 재질로 하는 격자는 터치에 의해 전달되는 탄성파로 인해 기계적인 압력 또는 스트레스가 발생하고, 이로 인하여 분극이 유도되어 전기신호를 발생시키게 되고, 상기 전기신호는 각 격자와 도선 등으로 신호 처리부(30)와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 상기 압전 물질을 재질로 하는 격자가 메트릭스 형태로 형성된 센서부(10)는 터치 플레이트(20)와 결합시, 상기 격자 메트릭스의 수평(x) 라인 및 수직(y) 라인이 상기 터치 플레이트(20)의 수평(X) 라인 및 수직(Y) 라인과 평행 또는 일치하게 되도록 결합되어 질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 터치 플레이트(20)는 플레이트 일부 지점을 터치 시, 발생하는 진동파 또는 탄성파를 주변 및 터치 플레이트(20) 하부면에 결합되어 있는 센서부(10)의 격자까지 전달시키는 매질로서의 역할을 수행한다. 이러한 터치의 대상이 되는 화면은 터치 플레이트(20) 정면 또는 배면에 디스플레이 되거나, 별도의 인쇄된 용지 형태로 상기 터치 플레이트(20)에 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 진동파를 인접한 압전 물질을 재질로 하는 격자까지 전달시킬 수 있도록 진동 전달률이 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 진동파 또는 탄성파가 터치 위치에서 격자 지점까지 손실율이 낮게 잘 전달되어 격자에 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, 터치 위치에서부터 탄성파가 퍼져나가게 된다.
터치 위치에서 발생한 진동파 또는 탄성파는 터치 플레이트(20) 하부면에 결합되어 있는 센서부(10)의 격자 또는 격자들이 흡수하게 되는데, 격자는 압전물질을 재질로 하기 때문에 파동 에너지에 의한 격자의 변형 스트레스 등이 가해지고, 이로 인하여 압전재질의 압전물질 격자는 전기신호를 발생시킨다.
상기 신호 처리부(30)는 격자에서 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 격자에서 탄성파를 측정하고 이를 분석하기 위해 디지털 신호로 전환하는 기기로, 필터, 증폭기 등을 더 구비하여 터치 위치 산출부(40)에서 터치 위치를 정확히 산출할 수 있도록 정확하고 빠른 측정 또는 수신신호를 생성하게 된다.
또한, 상기 신호 처리부(30)에서는 각각의 격자에서 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하고, 상기 추출된 격자지점에서 수신된 신호와 수신된 시간 또는 순서를 분리하여 구분한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 터치 위치 산출부(40)는 상기 각 격자지점에서 수신된 전기신호 중에서 먼저 수신된 2개 이상의 전기신호를 추출한 다음, 이를 근거로 터치가 이루어졌던 지점에 대한 좌표를 특정하여 터치 위치로 산출하거나, 또는 터치가 이루어졌던 영역을 특정하여 터치 위치로 산출하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 위치 산출 과정은 도 3 및 도 4에서 보다 상세히 설명한다.
그리고 바람직하게는 본 발명에 일 실시시예에 따른 터치 위치 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 압전센서의 디지털 신호를 터치 플레이트(20) 상의 메트릭스 좌표로 변환하여 정확한 위치지정을 하는 기기를 말한다. .
신호 송신부(50)는 상기 터치 위치 산출부(40)에서 산출된 터치 위치 정보를 외부로 전송한다. 여기에서 외부는 상기 터치 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 터치 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.
이처럼 본 발명은 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 이용하여 압전 재질의 격자가 상기 파동에 의한 스트레스를 통해 전기신호를 발생시키고, 신호 처리부(30) 및 터치 위치 산출부(40)에서 상기 신호를 수신받아 신호를 추출하고, 이를 근거로 정확한 터치 위치를 찾는 시스템 및 방법이다.
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 터치 플레이트(20)가 패터닝된 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 다른 모든 구성이 도 1의 실시예와 동일하나, 터치 플레이트(20)가 상기 센서부(10)에 형성된 메트릭스 형태에 대응되도록 패터닝된 형태의 실시예를 나타낸다.
본 실시예는 상기 터치 플레이트(20) 표면상에 일정한 두께와 간격으로 매트릭스 형태의 홈 패터닝을 형성하게 되면, 터치 플레이트(20)를 터치시 발생하는 탄성파의 전달률을 높이고 노이즈 파동을 줄일 수 있게 되어, 반응속도 및 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있다. 그리고, 상기 패터닝의 두께와 간격은 가장 높은 반응속도와 정확도를 종합적으로 판단하여 가장 적정한 값을 결정하여 설계할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 터치 플레이트(20)는 상기 센서부(10)에 형성된 메트릭스 형태에 대응되도록 패터닝된다. 상기 패터닝 방식은 상기 센서부(10)에 형성된 라인의 배치와 1 대 1로 매칭되는 경우 뿐만 아니라, 상기 센서부에 형성된 라인의 배치보다 더욱 촘촘하게 하거나, 또는 라인의 배치의 일부와만 대응되도록 하는 것을 모두 포함한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하, 도 3을 통해 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 터치 플레이트를 터치시 발생하는 진동을 이용하여 터치가 이루어졌던 지점에 대한 좌표를 특정하여 터치 위치를 산출하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 센서부의 메트릭스 형태를 구성하는 수평(x) 라인 및 수직(y) 라인이 교차하는 지점에 제 1 격자 P11, 제2 격자 P12, 제 3 격자 P21, 및 제 4 격자 P22가 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 격자 P11, 제 2 격자 P12, 제 3 격자 P21, 및 제 4 격자 P22를 네 꼭지점으로 하는 사각형 영역 안의 어느 한 지점(P)에 터치가 발생하게 되면, 발생한 진동 또는 탄성파는 P를 중심으로 하기 수학식 1과 같은 속도로 주변으로 전파된다.
Figure 112011084459578-pat00001
이때,
Figure 112011084459578-pat00002
는 시간 t에서의 탄성파의 속도,
Figure 112011084459578-pat00003
는 터치시 발생한 탄성파의 초기 속도 및
Figure 112011084459578-pat00004
는 터치 플레이트(20)의 고유 감쇄 계수에 따른 탄성파의 속도 감소분이다. 바람직하게는, 상기 터치 플레이트(20)의 재질을 선정함에 있어 진동 감쇄 계수가 작고, 전체적으로 진동 감쇄 계수가 일정한 재질로 선정할 수 있고, 일반적으로 터치 플레이트(20)의 재질 및 두께가 결정되면
Figure 112011084459578-pat00005
및
Figure 112011084459578-pat00006
는 쉽게 계산할 수 있다.
이때, P로부터 각 격자(P11, P12, P21, P22)까지의 거리를 각각 d1, d2, d3, 및 d4라 할 때, 도 3a의 경우에는 수학식 2와 같은 관계를 갖는다. 그러므로 터치에 의해 발생한 진동은 제 1 격자 P11에 최초로(T11) 수신되고, 뒤이어 제 3 격자 P21(T21), 제 2 격자 P12(T12), 제 4 격자 P22(T22) 순서로 수신되게 된다.
Figure 112011084459578-pat00007
이와 같은 성질과, 각 격자에 진동이 수신된 시간과 제 1 격자 P11에 진동이 수신된 시간(T11)의 상대시간을 이용하여 진동을 수신한 각 격자와 P간의 이격거리를 계산할 수 있다. 보다 상세하게는, 특정 매질의 터치 플레이트(20)에 있어, 터치에 의해 발생하는 진동의 전파속도를
Figure 112011084459578-pat00008
라 하면, 제 2 격자 P12, 제 3 격자 P21, 및 제 4 격자 P22에 진동이 수신된 시간과 제 1 격자 P11에 진동이 수신된 시간의 시간 차이를 알면, P에서 각 격자까지의 거리에서 P에서 제 1 격자 P11까지의 거리인 d1만큼을 뺀 거리(d2', d3', 및 d4')를 계산할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 계산된 d2', d3' 및 d4'를 이용하여 터치 위치를 산출할 수 있다. 각 격자로부터 계산된 거리 d2', d3' 및 d4'에 d1만큼 보정해준 후 격자로부터 P까지의 이격거리인 d2, d3 및 d4를 계산할 수 있다. 즉, 이를 이용하여, 각 격자를 중심으로 상기 이격거리만큼 각 격자로부터 떨어져 있는 동일지점에 대한 좌표를 계산할 수 있고, 상기 터치 위치 산출부(40)는 상기 좌표 지점을 터치 위치로 산출할 수 있다.
이하, 도 4를 통해 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 터치 플레이트를 터치시 발생하는 진동을 이용한 터치센서 시스템에서 터치가 이루어졌던 영역을 특정하여 터치 위치로 산출하는 과정을 상세하게 설명한다. 상기 터치 위치 산출부(40)는 터치가 이루어졌던 영역을 특정함에 있어, 터치에 의한 진동을 먼저 수신한 2개 이상의 격자로 구성되는 일정 영역을 터치 위치로 산출할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 센서부의 메트릭스 형태를 구성하는 수평(x) 라인 및 수직(y) 라인이 교차하는 지점에 제 1 격자 P11, 제2 격자 P12, 제 3 격자 P21, 및 제 4 격자 P22가 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 격자 P11, 제 2 격자 P12, 및 제 3 격자 P21를 세 꼭지점으로 하는 삼각형 영역 안의 어느 한 지점(P)을 터치하면, 발생한 진동 또는 탄성파는 P를 중심으로 속도
Figure 112011084459578-pat00009
로 주변으로 전파된다. 이때, 상기 P로부터 각 격자까지의 거리가 d1, d2 및 d3이면, 도 4a의 경우에는 수학식 3과 같은 관계를 갖는다. 그러므로 터치에 의해 발생한 진동은 제 1 격자 P11에 최초로(T11) 수신되고, 뒤이어 제 3 격자 P21(T21), 제 2 격자 P12(T12) 순서로 수신되게 된다.
Figure 112011084459578-pat00010
이때, 상기 터치 위치 산출부(40)는 제 1 격자 P11, 제 2 격자 P12, 및 제 3 격자 P21를 세 꼭지점으로 하는 삼각형 영역을 터치가 발생한 위치로 산출할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 센서부의 메트릭스 형태를 구성하는 수평(x) 라인 및 수직(y) 라인이 교차하는 지점에 제 1 격자 P11, 제2 격자 P12, 제 3 격자 P21, 및 제 4 격자 P22가 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 격자 P11, 제 2 격자 P12, 제 3 격자 P21 및 제 4 격자 P22를 네 꼭지점으로 하는 사각형 영역 안의 어느 한 지점(P)을 터치하면, 발생한 진동 또는 탄성파는 P를 중심으로 속도
Figure 112011084459578-pat00011
로 주변으로 전파된다. 이때, P로부터 각 격자까지의 거리를 d1, d2, d3 및 d4라 할 때, 도 4b의 경우에는 수학식 4와 같은 관계를 갖는다. 그러므로 터치에 의해 발생한 진동은 제 1 격자 P11에 최초로(T11) 수신되고, 뒤이어 제 3 격자 P21(T21), 제 2 격자 P12(T12), 제 4 격자 P22(T22) 순서로 수신되게 된다.
Figure 112011084459578-pat00012
이때, 상기 터치 위치 산출부(40)는 제 1 격자 P11, 제 2 격자 P12, 제 3 격자 P21, 및 제 4 격자 P22를 네 꼭지점으로 하는 사각형 영역을 터치가 발생한 위치로 산출할 수 있다.
이처럼 본 발명은 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 이용하여 압전 재질의 격자가 상기 파동에 의한 스트레스를 통해 전기신호를 발생시키고, 신호처리부(30) 및 터치 위치 산출부(40)에서 상기 신호를 수신받아 이를 근거로 정확한 터치 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 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
10: 센서부 20: 터치 플레이트
30: 신호처리부 40: 터치 위치 산출부
50: 신호송신부

Claims (6)

  1. 압전 물질을 재질로 하는 복수 개의 격자들이 메트릭스 형태로 형성된 센서부;
    상기 센서부의 상부에 결합되며 터치 입력으로 인해 발생되는 진동파를 상기 격자들로 전달하는 터치 플레이트;
    상기 센서부와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호를 통해 상기 터치 플레이트에 대하여 터치 입력이 이루어진 위치를 산출하는 터치 위치 산출부를 포함하는 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 플레이트는,
    진동 감쇄 계수가 일정한 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    터치 위치 산출부에서 산출된 터치 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 플레이트는,
    상기 센서부에 형성된 메트릭스 형태에 대응되도록 패터닝된 것을 특징으로 하는 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 위치 산출부는,
    상기 터치 플레이트상에서의 진동의 이동속도 및 2개 이상의 격자가 터치에 의한 진동을 수신한 시간을 기준으로, 상기 터치 플레이트에 대하여 터치가 이루어진 지점의 좌표를 터치 위치로 산출하는 것을 특징으로 하는 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 위치 산출부는,
    터치에 의한 진동을 먼저 수신한 2개 이상의 격자로 구성되는 일정 영역을 터치 위치로 산출하는 것을 특징으로 하는 터치에 의한 진동을 이용한 터치센서 시스템.
KR1020110110623A 2011-10-27 2011-10-27 터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템 KR101344945B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110110623A KR101344945B1 (ko) 2011-10-27 2011-10-27 터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110110623A KR101344945B1 (ko) 2011-10-27 2011-10-27 터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130046197A KR20130046197A (ko) 2013-05-07
KR101344945B1 true KR101344945B1 (ko) 2013-12-27

Family

ID=48657953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110110623A KR101344945B1 (ko) 2011-10-27 2011-10-27 터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101344945B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102381652B1 (ko) 2015-09-30 2022-04-04 삼성디스플레이 주식회사 표시장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130046197A (ko) 2013-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2960759B1 (en) Force and location detection for capacitve touch panels
EP2990910B1 (en) Touch panel and touch driving circuit
US8922529B2 (en) Touch sensor system using touch point vibration
CN111684399B (zh) 侧面具有压力传感器及触摸传感器的便携终端机
CN101965550B (zh) 定位表面上的触摸的方法以及执行该方法的设备
CN100549925C (zh) 触摸敏感设备和触摸感测方法
CN105549790A (zh) 一种压力感测触控模组
CN104636013A (zh) 压电片、触摸面板、及输入输出装置
CN105890511B (zh) 微形变感应装置
CN105183208A (zh) 一种基于金属网格能够感应触摸位置和压力的触摸屏
CN205540645U (zh) 压力感测触控模组
KR20130103254A (ko) 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서를 설치하여 터치 위치와 터치 감을 구분하는 터치 스크린 및 터치키
CN102339175A (zh) 一种触摸感应定位装置及方法
KR101344945B1 (ko) 터치에 의한 진동을 이용한 터치 센서 시스템
KR101284914B1 (ko) 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템
KR101284912B1 (ko) 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템
KR101257028B1 (ko) 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템
KR101284913B1 (ko) 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템
KR101222918B1 (ko) 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템
KR101325240B1 (ko) 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템
KR101222919B1 (ko) 타점의 진동을 이용한 터치 센서를 구비한 모바일 기기
KR101099598B1 (ko) 압전식 햅틱 겸용 터치 패널 모듈 및 터치 스크린 모듈
Gao et al. Touch Detection Technologies
CN101788858A (zh) 电容式触控板的接触检测方法及其触控笔
CN117075759A (zh) 一种基于超声导波的手写输入方法及设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee