KR101511162B1 - 다중접촉 감지회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단하고 용량성 부하에 의한 영향을 최소한으로 하는 다중접촉 감지회로를 개시한다(disclose). 상기 다중접촉 감지회로는 전압전류변환기, 접촉감지블록 및 증폭기를 구비한다. 상기 전압전류변환기는 입력전압을 전류로 변환한다. 상기 접촉감지블록은 물체의 접촉 유무를 감지한다. 상기 증폭기는 일 입력단자가 상기 전압전류 변환기의 출력단자 및 상기 접촉감지블록의 일 단자에 연결되고 다른 일 입력단자는 접지 되며, 출력단자는 상기 접촉감지블록의 다른 일 단자에 연결된다.
접촉감지, 터치스크린, 접촉감지회로

Description

다중접촉 감지회로{Multi touch sensing circuit}
본 발명은 다중접촉 감지회로에 대한 것으로 특히, 외부의 용량성 부하에 의한 영향이 최소한으로 되는 다중접촉 감지회로에 대한 것이다.
접촉감지기술은 자기 용량성 방식(Self capacitive method) 및 상호 용량성 방식(Mutual capacitive method)이 사용된다. 이 중 자기 용량성 방식은 가상 다중접촉(Pseudo multi-touch)으로 사용되고 상호 용량성 방식은 다중접촉 올 포인트(Multi touch all point)로 사용되는 것이 일반적이다. 다중접촉이라 함은 하나의 접촉부에 적어도 2개의 물체를 접촉하는 것을 의미하며, 진정한 의미의 다중접촉감지를 위해서는 상호 용량성 방식이 사용된다.
상호 용량성 방식은 일정한 커패시턴스를 가지는 노드(node) 중 하나의 노드에 펄스전압(pulse voltage)을 인가하고 다른 하나의 노드에서 상기 펄스전압에 대응되는 전하를 모으는 방식이다. 이 때 사람의 손가락이 2개의 노드 사이에 놓이게 되면 2개의 노드 사이에 일부의 전기장(electric field)이 변화하게 되고, 변화되는 전기장에 의해 다른 하나의 노드에서 모으게 되는 전하의 양이 변하게 된다. 이 때 접촉이 없었을 때 모으게 되는 전하의 양과 접촉이 있었을 때 모으게 되는 전하 의 양의 차이를 이용하여 접촉여부를 판정하게 된다.
상호 용량성 방식의 경우 사용되는 접촉감지회로의 하부에 큰 용량의 커패시턴스 부하가 있는 경우에 오동작을 하게 되므로, 상기 커패시턴스 부하와 접촉감지회로를 차단시키는 쉴드(shield)가 추가되어야 한다. 쉴드의 추가는 다중접촉 감지회로의 제작비용을 증가시키는 단점이 있게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적과제는, 간단하고 용량성 부하에 의한 영향을 최소한으로 하는 다중접촉 감지회로를 제공하는데 있다.
상기 기술적과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로는 전압전류변환기, 접촉감지블록 및 증폭기를 구비한다. 상기 전압전류변환기는 입력전압을 전류로 변환한다. 상기 접촉감지블록은 물체의 접촉 유무를 감지한다. 상기 증폭기는 일 입력단자가 상기 전압전류 변환기의 출력단자 및 상기 접촉감지블록의 일 단자에 연결되고 다른 일 입력단자는 접지 되며, 출력단자는 상기 접촉감지블록의 다른 일 단자에 연결된다.
본 발명에 따른 다중접촉 감지회로는 다중접촉 감지회로의 하부에 어떤 크기의 용량성 부하가 존재하더라도 추가되는 장치의 도움 없이도 다중접촉을 간단하게 감지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 상호용량방식의 개념을 설명한다.
도 1을 참조하면, 상호용량방식(Mutual Capacitive method)은 구동전극(Drive electrode)에 일정한 전압펄스를 인가하고 수신전극(receive electrode)에서 전압펄스에 대응되는 전하를 수집(Collected Charge)하게 된다. 이 때 사람의 손가락이 2개의 전극 사이에 놓이게 되는 경우 전기장(점선)이 변화한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 다중접촉 감지회로(Multi touch sensing circuit, 200)는, 전압원(210), 전압전류 변환기(220), 접촉감지블록(230), 리셋스위치(SW) 및 증폭기(240)를 구비한다.
전압원(210)은 전압전류 변환기(220)에 입력전압을 생성하여 전달하며, 입력전압의 크기 및 주파수는 필요에 따라 변경시킬 수 있다.
전압전류 변환기(220)는 입력전압을 전류(Iin)로 변환하여 증폭기(240)의 일 입력단자(-), 리셋스위치(SW)의 일 단자 및 접촉감지블록(230)의 일 단자에 공통으로 공급한다. 본 발명에서는 전압전류 변환기(220)를 도입하여 입력전압을 전류(IIN)로 변환시켜 접촉감지블록(230)에서 사용하도록 함으로써 후술하게 될 종래의 문제점을 개선하였다.
접촉감지블록(230)은 용량성 부하(Capacitive Load)를 이용하여 접촉 유무를 감지한다. 용량성 부하의 사용에 대한 것은 도 3의 설명에서 자세하게 할 것이다.
리셋스위치(SW)는 리셋제어신호(미도시)에 응답하여 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로(200)를 리셋 시킨다. 리셋스위치(SW)가 턴 온 되는 경우, 증폭기(240)는 전류(IIN)에 대한 버퍼(buffer)로서 동작하게 되고, 접촉감지블록을 구성하는 용량성 부하의 양 단자가 단락되므로, 용량성 부하에 충전된 전하는 전압전류변환기(220) 또는 증폭기(240)를 통해 방전된다.
증폭기(240)는 일 입력단자(-)가 상기 전압전류 변환기(220)의 출력단자 및 상기 접촉감지블록(230)의 일 단자에 연결되고 다른 일 입력단자(+)는 접지(Ground) 되며, 출력단자는 상기 접촉감지블록(230)의 다른 일 단자에 연결된다.
증폭기(240)의 출력전압(VOUT)은 수학식 1과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112008082866709-pat00001
여기서 IIN은 전압전류변환기(220)로부터 출력되는 전류의 크기를 의미하고, CTS는 접촉감지블록(230)의 모델 커패시턴스(model capacitance)이며, 복소수 s는 전류(IinIN)의 주파수(frequency)를 의미한다.
제2용량성 부하(250)는 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로(200)의 하부에 형성된 다른 장치들과 증폭기(240)의 입력단자 사이에 형성된 것이다. 접촉 여부를 판정하기 위한 매개체로서 전압을 사용하는 종래의 감지회로(미도시)의 경우, 제2 용량성 부하(250)는 접촉감지블록(230)을 구성하는 용량성 부하(CTS)와 입력전압에 대한 전하를 분배하기 때문에 감지회로의 효율이 상당히 나쁘게 되었다. 따라서 제2용량성 부하(250)를 접촉감지블록(230)을 구성하는 용량성 부하(CTS)와 격리시키는 추가 수단이 필요하였다. 추가 수단이 필요하다는 것은 시스템이 복잡해진다는 것 이외에도 시스템의 무게의 증가 및 제조비용의 증가를 수반하는 문제점이 있다.
그러나 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로(200)의 경우, 상기 제2용량성 부하(250)는 증폭기(250)의 출력전압(VOUT)에 영향을 주지 못함을 알 수 있다. 왜냐하면, 상기 용량성 부하(250)는 초기에 일정한 전하가 충전되고 난 후에는 더 이상 다중접촉 감지회로(200)의 동작에 특히 접촉감지블록(230)을 구성하는 용량성 부하(CTS)에 충전되는 전하들의 양에 영향을 끼치지 못하기 때문이다.
접촉감지블록(230)의 용량성 부하(CTS)가 크게 구현된 경우, 수학식 1을 참조하면, 증폭기(240)의 출력전압이 적게 되어 감지의 효율이 감소하게 되는 경우도 발생할 수 있는데, 이러한 경우에는 전류(IIN)의 주파수(s)를 감소시키거나 전류(IIN)의 크기를 증가시키면 된다. 전압전류 변환기(220)는 연산 트랜스 컨덕턴스 증폭기(Operational Trans-conductance Amplifier, OTA)로 구현될 수도 있는데, 이 경우에는 OTA의 트랜스 컨덕턴스(trans-conductance, Gm)를 조절함으로써 전류의 크기를 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로 중 접촉감지블록의 구체적인 구현 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 접촉감지블록(230)은 수평라인 제어스위치 블록(SWH1~ SWHn) 및 수직라인 제어스위치 블록(SWV1~SWVm)를 구비한다.
수평라인 제어스위치 블록(SWH1~SWHn)은, 일 단자는 증폭기(240)의 일 입력단자에 공통으로 연결되고 다른 일 단자는 접촉여부를 감지하는 구간에 설치된 복수 개의 수평라인 각각에 연결된 복수 개의 수평라인 제어스위치들(SWH1~SWHn)을 구비한다. 수직라인 제어스위치 블록(SWV1~SWVm)은 일 단자는 증폭기(240)의 출력단자에 공통으로 연결되고 다른 일 단자는 접촉여부를 감지하는 구간에 설치된 복수 개의 수직라인 각각에 연결된 복수 개의 수직라인 제어스위치들(SWV1~SWVm))을 구비한다.
도 3에 도시된 수평라인 및 수직라인은 실제로는 메탈로 구현되는 것이 바람직하고, 수평라인과 수직라인은 일정한 절연물질을 사이에 두고 구현되기 때문에 둘 사이에는 일정한 크기의 커패시턴스가 존재하게 된다. 또한 수평라인 및 수직라인은 터치스크린의 일 면 또는 양면에 설치되어 사용되는 것이 가능하다.
도 3에 도시된 C1은 제1수평라인 제어스위치(SWH1) 및 제1수직라인 제어스위치(SWV1)가 각각 턴 온 되었을 때의 제1수평라인 및 제1수직라인 사이의 커패시턴스이고, C2는 제1수평라인 제어스위치(SWH1) 및 제2수직라인 제어스위치(SWV2)가 턴 온 되었을 때 제1수평라인 및 제2수직라인 사이의 커패시턴스이다. 해당 제어스위치가 턴 온 되었을 때의 나머지 라인들 사이의 커패시턴스들은 도면을 간단히 하기 위하여 생략하였다.
도 2 및 도 3에는 도시하지 않았지만, 수평라인 제어스위치 블록(SWH1~ SWHn) 및 수직라인 제어스위치 블록(SWV1~SWVm)을 구성하는 제어스위치들을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어블록(미도시)을 더 구비하는 것도 가능하다.
도 3에 도시된 접촉감지블록(230)의 동작은 아래와 같다.
즉, 제1수평라인 제어스위치(SWH1)가 턴 온 된 상태에서 제1수직라인 제어스위치(SWV1)를 턴 온 시켜 증폭기(240)의 출력전압을 생성시키고, 이어서 제1수직라인 제어스위치(SWV1)를 턴 오프 시킨 후 제2수직라인 제어스위치(SWV2)를 턴 온 시키고 증폭기(240)의 출력전압을 생성시킨다. 마지막 수직라인 제어스위치(m, m은 정수)까지 상기의 과정을 모두 수행한다.
이어서 제1수평라인 제어스위치(SWH1)를 턴 오프 시키고 제2수평라인 제어스위치(SWH2)를 턴 온 시킨 상태에서 상기의 과정을 되풀이 하고 이러한 동작을 마지막 수평라인 제어스위치(SWHn, n은 정수)에 이르기 까지 수행한다.
상기의 과정을 수행하고 나면, 임의의 수평라인과 임의의 수직라인의 교차지점에서의 커패시턴스의 변화를 검출해 낼 수 있게 되므로, 접촉감지블록(230)의 어느 곳에 접촉이 이루어졌는지를 인식할 수 있게 된다. 여기서 어느 곳이라 함은 적어도 한 곳을 의미한다.
도 2 및 도 3에는 도시하지 않았지만, 이러한 연산을 수행하는 프로세서를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로의 컴퓨터 모의실험의 결과이다.
도 4를 참조하면, 손가락이 접촉감지블록(230)의 임의의 지점에 접촉된 경 우(Finger touch)와 접촉 되지 않는 경우(No Finger touch)의 전압차이는 1V보다 크다는 것을 알 수 있다.
상기의 실험은, 증폭기, 전압전류변환기 및 스위치가 이상적인 경우를 가정한 것인데, 전압원의 주파수는 600Hz이고 도 2에 도시된 부하 커패시턴스(250)의 크기는 100pF(pico-Farad)이다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 상호용량방식의 개념을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로 중 접촉감지블록의 구체적인 구현 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 다중접촉 감지회로의 컴퓨터 모의실험의 결과이다.

Claims (10)

  1. 입력전압을 전류로 변환하는 전압전류 변환기(220);
    물체의 접촉 유무를 감지하는 접촉감지블록(230); 및
    일 입력단자(-)가 상기 전압전류 변환기(220)의 출력단자 및 상기 접촉감지블록(230)의 일 단자에 연결되고 다른 일 입력단자(+)는 접지(Ground) 되며, 출력단자는 상기 접촉감지블록(230)의 다른 일 단자에 연결된 증폭기(240)를 구비하는 다중접촉 감지회로(Multi touch sensing circuit).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력전압은 전압의 크기 및 주파수가 변하는 다중접촉 감지회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력전압을 생성하는 전압원(210)을 더 구비하는 다중접촉 감지회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전압전류변환기(220)는,
    연산 트랜스 컨덕턴스 증폭기(Operational Trans-conductance Amplifier)를 사용하는 다중접촉 감지회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접촉감지블록(230)은 용량성 부하를 이용하여 접촉 여부를 감지하는 다중접촉 감지회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 접촉감지블록(230)은,
    접촉여부를 감지하는 감지구간에 설치된 복수 개의 수평라인들에 각각 연결되는 복수 개의 수평라인 제어스위치들(SWH1~SWHn); 및
    상기 감지구간에 설치된 복수 개의 수직라인들에 각각 연결되는 복수 개의 수직라인 제어 스위치들(SWV1~SWVm)을 구비하고,
    상기 복수 개의 수평라인 제어스위치들(SWH1~SWHn) 각각은, 일 단자가 상기 증폭기(240)의 일 입력단자(-)에 공통으로 연결되고, 다른 일 단자는 상기 복수 개의 수평라인들 중 대응하는 수평라인에 연결되고,
    상기 복수 개의 수직라인 제어스위치들(SWV1~SWVm) 각각은, 일 단자가 상기 증폭기(240)의 출력단자에 공통으로 연결되고, 다른 일 단자가 상기 복수 개의 수직라인들 중 대응하는 수직라인에 연결되며,
    상기 복수 개의 수평라인 및 상기 복수 개의 수직라인은 일정한 절연물질을 사이에 두고 설치되는 다중접촉 감지회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수 개의 수평라인 제어스위치들(SWH1~ SWHn) 및 상기 복수 개의 수직라인 제어스위치들(SWV1~SWVm)을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어블록(미도시)을 더 구비하는 다중접촉 감지회로.
  8. 제1항에 있어서,
    일 단자가 상기 증폭기(240)의 상기 일 단자(-)에 연결되고 다른 일 단자가 상기 증폭기(240)의 출력단자에 연결된 리셋스위치(SW)를 더 구비하는 다중접촉 감지회로.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 수평라인 및 상기 복수 개의 수직라인은 디스플레이 패널의 터치스크린(Touch Screen)의 일 면 또는 양면에 설치되는 다중접촉 감지회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 접촉감지블록(230)은 인간의 손의 접촉 여부를 감지하는 다중접촉 감지회로.
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