KR101680004B1 - 터치입력장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시어 포스의 발생 및 시어 포스의 인식을 용이하게 하고, 이를 통해 터치인터랙션을 보다 풍부하게 할 수 있는 터치입력장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 터치입력장치는, 터치가 입력되는 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 제2면을 가진 제1센서; 및 상기 제1센서의 제2면에 연결되어 상기 제1면에 입력되는 터치에 의한 힘을 측정하고, 상기 제1센서에 대해 상하방향으로 이격되는 제2센서;를 가질 수 있다.

Description

터치입력장치{TOUCH INPUT APPARATUS}
본 발명은 터치입력장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시어 포스의 발생 및 시어 포스의 인식을 용이하게 하고, 이를 통해 터치인터랙션을 보다 풍부하게 할 수 있는 터치입력장치에 관한 것이다.
터치 패널(touch panel)은 손가락이나 전자펜 등으로 디스플레이 표면이나 정해진 접촉면을 터치함으로써 간단하고 직관적으로 사용자 조작을 입력할 수 있는 사용자 인터페이스(user interface)이다. 이러한 터치 패널은 네비게이션 단말기(navigation device), 텔레매틱스 단말기(telematics terminal), PDA(Personal Digital Assistant), 랩톱 컴퓨터(laptop computer), 노트북 컴퓨터(notebook computer) 및 스마트폰(smart phone) 등의 다양한 분야에 적용되고 있다.
터치 패널은 저항막 방식(Resistive Overlay), 정전용량방식(Capacitive Overlay), 표면초음파 방식(Surface Acoustic Wave) 및 적외선 방식(Infrared Beam) 등의 터치 인식 기술을 이용한다. 기존의 터치 인식 기술은 평면에서 터치 좌표 즉, X축 좌표와 Y축 좌표를 인식하므로, 2차원 터치 인터렉션(2D touch interaction)에 제한된다.
이러한 기존의 2차원 터치 인터렉션의 한계를 극복하기 위해 힘 센서를 이용하여 터치 좌표와 함께 터치 힘을 인식하는 힘 기반 터치 인식 기술(3차원 터치 인터렉션)이 제안되고 있다.
한편, 최근에는 상술한 힘 기반 터치 인식 기술에 시어 포스(shear force)의 개념이 제안되고 있으며, 이러한 시어포스를 이용하여 보다 풍부한 터치인터렉션을 구현하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 시어 포스를 인식하는 종래기술에는 1) 아날로그 조이스틱을 이용한 기술, 2) 정전터치 패드 및 복수의 포스센서(force sensor)를 이용한 기술 등이 있다.
상술한 종래의 시어 포스 인식 기술을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
1) 아날로그 조이스틱(analog joystick)을 이용한 기술은 디스플레이와 터치패널 사이에 아날로그 조이스틱을 개재하여 구성한다. 이러한 구성에 의해, 터치패널에 시어포스가 인가됨에 따라 아날로그 조이스틱이 변위(displace)하고, 이러한 아날로그 조이스틱의 변위에 의해 터치패널이 이동함에 따라 시어포스를 인식하는 방식이다. 하지만, 이러한 종래기술 1)은 아날로그 조이스틱을 디스플레이와 터치 패널 사이에 개재함에 따라 그 두께가 두껍게 구성될 뿐만 아니라 전체적인 구조가 복잡해질 수 밖에 없고, 이로 인해 터치입력구조의 슬림화를 효과적으로 구현하지 못하는 단점이 있었다.
2) 정전터치 패드 및 복수의 포스센서를 이용하는 기술은 정전터치 패드의 저면에 복수의 포스센서(force sensor)를 부착하도록 구성된다. 이러한 구성에 의해, 터치 포인트의 이격속도 및 위치인식을 기반으로 하는 드래그 속도와의 차이를 구분하는 알고리즘을 통해 시어 포스를 인식하는 방식이다. 하지만, 이러한 종래기술 2)는 슬라이드(slide)에 의한 좌표 이동과 시어 포스(shear force)에 의한 좌표 이동을 단순 좌표 이동 시간 기준으로 구분하므로 인식 오류가 발생할 가능성이 높다.
US 5038142 A US 2013/0342501 A1
Chris Harrison, Scott E. Hudson. Using Shear as a Supplemental Two-Dimensional Input Channel for Rich Touchscreen Interaction. In Proc. CHI '12. Pages 3149-3152. Seongkook Heo, Geehyuk Lee. Indirect Shear Force Estimation for Multi-Point Shear Force Operations. Proceedings of the SIGCHI Conference. 2013. Pages 2835-2836.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러 단점을 극복하기 위하여 연구개발된 것으로, 시어 포스(shear force)의 발생 및 시어 포스의 인식을 용이하게 하고, 이를 통해 터치인터랙션(touch interaction)을 보다 풍부하게 할 수 있는 터치입력장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 터치입력장치는,
터치가 입력되는 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 제2면을 가진 제1센서; 및
상기 제1센서의 제2면에 연결되어 상기 제1면에 입력되는 터치에 의한 힘을 측정하고, 상기 제1센서에 대해 상하방향으로 이격되는 제2센서;를 포함할 수 있다.
상기 제1센서는 터치패널, 터치패드, 터치스크린 중에서 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제2센서는 상기 제1센서에 입력되는 터치에 의한 수직하중을 측정할 수 있는 포스센서(force sensor)인 것을 특징으로 한다.
상기 제2센서는 연결부재를 통해 상기 제1센서에 대해 상하방향으로 이격되게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재는 상기 제1센서의 제2면에서 하부로 돌출되게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1센서의 제2면에 대해 이격되는 베이스플레이트를 더 포함하고, 상기 제2센서는 상기 베이스플레이트에 지지체를 매개로 지지되게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지체는 상기 베이스플레이트에서 제1센서를 향해 돌출하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 중간에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 "T"자형 구조로 이루어지고,
상기 수평부는 상기 제1센서에 연결되며, 상기 수직부는 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 역"L"자형 구조로 이루어지고,
상기 수평부는 상기 제1센서에 연결되며, 상기 수직부는 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 역"L"자형 구조로 이루어지고,
상기 수평부 및 상기 수직부가 만나는 부분은 상기 제1센서의 가장자리에 고정되며, 상기 수직부의 하단은 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 역"L"자형 구조로 이루어지고,
상기 제1센서의 제2면에는 돌기가 하부방향으로 돌출하며, 상기 연결부재의 수평부는 상기 돌기에 고정되고, 상기 연결부재의 수직부는 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재는 수직방향으로 연장된 수직부 및 상기 수직부의 하단에서 수평방향으로 연장된 수평부를 가진 "L"자형 구조로 이루어지고,
상기 수직부의 상부는 상기 제1센서의 가장자리에 고정되며, 상기 수평부의 하단은 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2센서는 상기 제1센서에 입력되는 터치에 의해 벤딩함에 따라 힘을 측정하는 스트레인게이지(strain gauge)인 것을 특징으로 한다.
상기 제2센서는 상기 제1센서의 제2면에 탄성체를 매개로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성체는 상기 제1센서의 제2면에 대해 외팔보 구조로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성체의 일단은 상기 제1센서의 제2면에 연결부재를 매개로 연결되고, 상기 탄성체의 타단은 지지체에 의해 지지되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 터치입력장치는,
터치가 입력되는 제1센서; 및
상기 터치의 입력 시에 외력을 측정하는 제2센서;를 포함하고,
상기 제1센서와 상기 제2센서는 상하방향으로 이격되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1센서는 상기 제1면에 입력되는 터치 시의 최초 접촉위치인 제1위치를 측정하고,
상기 제1면의 제1위치에 입력되는 터치 이후에 시어포스가 발생하면, 상기 제2센서는 상기 시어포스에 의한 외력을 측정하여 시어포스에 의해 제1위치에서 제2위치로 변화됨을 인식하여 상기 제2위치를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1면의 제1위치에 입력되는 터치 이후에 시어포스가 발생하면, 상기 제2센서는 상기 시어포스에 의한 수직하중을 측정함으로써 상기 제2위치를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 시어 포스(shear force)의 발생 및 시어 포스의 인식을 용이하게 하고, 이를 통해 터치인터랙션(touch interaction)을 보다 풍부하게 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치입력장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 화살표 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 13은 도 2의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 14는 제1위치에 수직하중만이 인가된 경우를 가정한 상태에서의 제1센서 및 제2센서에 작용하는 힘의 관계를 나타낸 자유물체도(free body diagram)이다.
도 15는 시어포스를 발생할 정도의 힘이 수직선에 대해 일정각도로 경사지게 인가되는 상태를 나타낸 자유물체도이다.
도 16은 도 15의 힘을 수직하중과 수평하중으로 분해한 상태를 나타낸 것으로, 도 15에 대한 등가 자유물체도이다.
도 17은 도 16의 수평하중을 D1지점에서 모멘트(M)로 등가시켜 나타낸 것으로, 도 16에 대한 등가 자유물체도이다.
도 18은 도 17의 모멘트(M)에 의해 수직하중의 작용점이 D2지점으로 이동함을 나타낸 것으로, 도 17에 대한 등가 자유물체도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치입력장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 터치입력장치는 터치를 감지하는 제1센서(10)와, 터치에 의한 힘을 측정하는 제2센서(20)를 포함할 수 있다.
제1센서(10)는 평판 또는 곡률진 플레이트 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 제1센서(10)는 저항막 방식(Resistive Overlay), 정전용량방식(Capacitive Overlay), 표면초음파 방식(Surface Acoustic Wave) 및 적외선 방식(Infrared Beam) 등의 터치 인식 기술을 이용한 터치패널(touch panel), 터치스크린(touch screen), 터치패드(touch pad) 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이에, 제1센서(10)의 제1면(11)에 터치가 입력되면 그 터치의 좌표 등과 같은 터치위치를 측정할 수 있다.
제1센서(10)는 터치가 입력되는 제1면(11)과, 제1면(11)의 반대면인 제2면(12)을 가질 수 있다. 도 1에서는 제1면(11)는 터치가 가해지는 상면에 해당할 수 있고, 제2면(12)은 제1면(11)의 반대면인 저면에 해당할 수 있다.
제1센서(10)의 하부에는 베이스플레이트(15)가 수직방향으로 이격되고, 이에 베이스플레이트(15)는 제1센서(10)의 제2면(12)과 마주보게 배치될 수 있다.
제2센서(20)는 제1센서(10)의 제2면(12)에 연결되게 설치될 수 있고, 특히 제2센서(20)는 제1센서(10)에 대해 상하방향으로 일정한 이격간격(T)만큼 이격되게 설치될 수 있다. 여기서, 상하 이격간격(T)은 본 발명에 의한 터치입력장치가 적용되는 다양한 기기의 사양에 따라 적절히 조절될 수 있다.
이와 같이, 제2센서(20)가 제1센서(10)에 대해 상하방향의 간격(T)으로 이격된 구조를 통해, 시어포스(shear force)의 발생을 보다 용이하게 할 뿐만 아니라 시어포스(shear force)의 인식을 보다 정확하게 할 수 있다.
이러한 시어포스의 발생 및 인식 메커니즘을 도 1을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
도 1에는 제1센서(10)의 하부에 2개의 제2센서(20)가 A지점 및 B지점에 각각 설치된 구조가 예시되어 있다.
사용자의 손가락 또는 터치펜 등이 제1센서(10)의 제1면(11)의 일측 지점을 터치하면, 제1센서(10)는 그 터치 시의 실제 터치위치인 제1위치(P1)를 측정할 수 있다.
제2센서(20)는 제1센서(10)의 제1면(11)에 입력되는 터치에 의한 힘을 측정할 수 있다. 제1센서(10)의 제1면에 터치가 입력될 때 시어포스가 발생하면, 시어포스로 인해 그 터치위치는 제1위치(P1)으로부터 제2위치(P2)로 변화할 수 있다. 즉, 시어포스에 의해 그 터치위치가 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)로 변화됨으로써 '제1위치(P1)와 제2위치(P2) 사이의 거리(dislocation)'가 발생함을 알 수 있다.
여기서, L은 A지점과 B지점 사이의 거리이며, D1은 A지점으로부터 제1위치(P1)까지의 수평거리에 해당하고, 이러한 D1은 제1센서(10)에 의해 측정될 수 있다. D2는 A지점으로부터 제2위치(P2)까지의 수평거리에 해당하고, D2는 제2센서(20)에 의해 측정된 힘(수직하중)을 힘과 모멘트의 평형방정식에 적용함으로써 산출될 수 있다. 그리고, D는 제1위치(P1)와 제2위치(P2) 사이의 거리이다.
한편, 도 14 내지 도 18을 참조하여 시어포스에 의해 변화된 제2위치(P2)의 거리(D2)를 산출할 수 있다.
도 14는 제1위치(P1)에 수직하중(Fy)만이 인가된 경우를 가정한 상태에서의 제1센서(10) 및 제2센서(20)에 작용하는 힘의 관계를 나타낸 자유물체도(free body diagram)이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제1위치(P1)에 인가되는 수직하중(Fy)에 의해 일측의 제2센서(20)가 고정된 A지점에는 수직반력(Ry1)이 작용하고, 타측의 제2센서(20)가 고정된 B지점에는 수직반력(Ry2)이 각각 작용할 수 있다. 이러한 수직반력(Ry1, Ry2)은 좌표계의 Y축에서 양의 값을 가지도록 가정될 수 있다.
도 14에서 수평방향으로 작용하는 힘의 평형방정식을 적용하면, ∑FY = Ry1 + Ry2 - Fy = 0가 되고, 이로부터 아래의 수학식 (1)이 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00001
그리고, 도 14에서 A지점에 대한 모멘트의 평형방정식을 적용하면, ∑MA = -D1Fy + LRy2 = 0 이 될 수 있고, 이로부터 아래의 수학식(2)가 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00002
도 15 내지 도 18은 제1센서(10)에 시어포스가 발생하기 시작한 상태에서 제1센서(10) 및 제2센서(20)에 작용하는 힘의 평형관계를 나타낸 자유물체도이다.
도 15는 시어포스를 발생할 정도의 힘(F)이 수직선에 대해 일정각도(θ)로 경사지게 인가되는 상태를 나타낸 자유물체도이다.
도 16은 도 15의 힘(F)을 수직하중(Fy)과 수평하중(Fx)으로 분해한 상태를 나타낸 것으로, 도 15에 대한 등가 자유물체도이다.
도 17은 도 16의 수평하중(Fx)을 D1지점에서 모멘트(M)로 등가시켜 나타낸 것으로, 도 16에 대한 등가 자유물체도이다.
도 18은 도 17의 모멘트(M)에 의해 수직하중(Fy)의 작용점이 D2지점으로 이동함을 나타낸 것으로, 도 17에 대한 등가 자유물체도이다.
도 15 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 제1위치(P1)에 인가되는 수직하중(Fy) 및 수평하중(Fx)에 의해 일측의 제2센서(20)가 고정된 A지점에는 수직반력(Ry1') 및 수평반력(Rx1')이 작용하고, 타측의 제2센서(20)가 고정된 B지점에는 수직반력(Ry2') 및 수평반력(Rx2')이 작용할 수 있다. 여기서, 수직반력(Ry1', Ry2')은 좌표계의 Y축에서 양의 값을 가지고, 수평반력(Rx1', Rx2')은 좌표계의 X축에서 양의 값을 가지도록 가정될 수 있다.
도 16에서 A지점에 대한 모멘트의 평형방정식을 적용하면, ∑MA = -D1Fy -TFx + LRy2' = 0 이 될 수 있고, 이로부터 아래의 수학식(3)이 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00003
도 16에서 수평방향으로 작용하는 힘의 평형방정식을 적용하면, ∑FX = Rx1' + Rx2' + Fx = 0가 될 수 있다.
도 16에서 수직방향으로 작용하는 힘의 평형방정식을 적용하면, ∑FY = Ry1' + Ry2' - Fy = 0가 되고, 이에 상술한 수학식(3)을 대입하면 아래의 수학식 (4)가 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00004
한편, 상술한 수학식(4)에 수학식(1)을 대입하면 아래의 수학식(5)가 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00005
그리고, 수학식(3)에 수학식(2)를 대입하면 아래의 수학식(6)이 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00006
상술한 수학식(5) 및 수학식(6)으로부터, 수직하중(Fy)과 수평하중(Fx)이 함께 인가되는 경우는 수직하중(Fy)만이 인가된 경우와 비교하여 그 수평하중(Fx) 및 상하 이격간격(T)에 의한 모멘트의 영향으로 인해 그 수직반력(Ry1', Ry2')이 증가 또는 감소함을 알 수 있다.
그리고, 도 18에서 A지점에 대한 모멘트의 평형방정식을 적용하면, ∑MA = -D2Fy + LRy2' = 0 이 될 수 있고, 이에 Fy = Ry1' + Ry2'를 대입하면 아래의 수학식(7)이 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00007
여기서, 수직반력(Ry1', Ry2')는 제2센서(20)에 의해 측정될 수 있고, L은 공지된 값이므로, D2가 용이하게 산출할 수 있다.
그리고, 수학식(7)에 수학식(3) 및 수학식(2)를 대입하면 아래의 수학식(8)이 산출될 수 있다.
Figure 112016009965718-pat00008
이러한 수학식(8)로부터 제2센서(20)에 의해 산출된 제2위치(P2)의 수평거리(D2)는 제1센서(10)에 의해 측정된 제1위치(P1)의 수평거리(D1)와, 제1센서(10) 및 제2센서(20) 사이의 상하 이격간격(T)와, 터치 시에 가해지는 힘의 경사각(θ) 등에 영향을 받음을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 힘 및 모멘트의 평형방정식 및 제2센서(20)에 의해 측정된 수직반력(Ry1', Ry2')을 통해 D2가 산출되면, D2와 D1의 차이값이 시어포스(S)에 의한 '제1위치(P1)와 제2위치(P2) 사이의 거리(D= D2 -D1)'로 연산될 수 있다.
또한, 수학식(7) 및 수학식(8)로부터 알 수 있듯이, 상술한 거리(D)는 제1센서(10) 및 제2센서(20)의 상하 이격간격(T)을 변수로 하는 함수임을 알 수 있다.
그리고, 상술한 거리(D) 및 각종 오차를 변수로 하는 임계치(threshold) 함수를 판단기준으로 하여 제1면(11)에 입력되는 터치를 시어포스(S) 및 슬라이드로 판단할 수 있다. 예컨대, 산출된 거리(D)가 상술한 임계치 함수 보다 더 클 경우에는 제1면(11)에 입력되는 터치를 시어포스로 인식하고, 산출된 거리(D)가 상술한 임계치 함수 보다 작을 경우에는 제1면(11)에 입력되는 터치를 슬라이드로 인식할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 제1센서(10)와 제2센서(20)가 상하방향으로 이격됨에 따라, 제1센서(10)에 대한 터치 시에 시어포스의 발생이 용이할 뿐만 아니라 제2센서(20)에 의해 측정된 힘을 이용하여 시어포스에 의한 이격거리를 정밀하게 연산할 수 있으므로, 시어포스에 대한 정밀한 인식을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
제2센서(20)는 제1센서(10)에 입력되는 터치에 의해 수직하중을 측정할 수 있는 포스센서(force sensor)로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2센서(20)는 제1센서(10)에 입력되는 터치에 의해 벤딩함에 따라 힘을 측정할 수 있는 스트레인게이지(strain gauge)로 이루어질 수도 있다.
이와 같이 제2센서(20)가 스트레인게이지로 이루어질 경우에는 제1센서(10)에 가해지는 터치에 의한 변형을 안정적으로 감지할 수 있도록 제2센서(20)와 제1센서(10) 사이에 탄성체(30)가 개재될 수 있다.
탄성체(30)는 제1센서(10)의 제2면(12)에 연결될 수 있고, 제1센서(10)에 가해지는 터치에 의해 탄성체(30)는 상하방향으로 변형됨으로써 제2센서(20) 측으로 터치에 의한 힘을 전달할 수 있다.
도 2를 참조하여, 탄성체(30)를 통해 제2센서(20)가 설치되는 구조를 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 탄성체(30)의 일단(31)은 연결부재(40)를 매개로 제1센서(10)의 제2면(12)에 연결되고, 탄성체(30)의 타단(32)은 지지체(35)에 고정됨으로써 지지될 수 있다.
연결부재(40)는 제1센서(10)의 제2면(12)에서 하부방향(즉, 베이스플레이트(15)를 향해)으로 돌출하도록 설치되고, 지지체(35)는 베이스플레이트(15)에서 상부방향(즉, 제1센서(10)를 향해)으로 돌출하도록 설치될 수 있으며, 연결부재(40)와 지지체(50)는 수평방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.
특히, 탄성체(30)의 일단(31)은 연결부재(40)의 하단에 접착제 등을 통해 고정됨으로써 제1센서(10)의 제2면(12)에 연결될 수 있으며, 탄성체(30)의 타단(32)은 지지체(35)의 상단에 접착제 등을 통해 고정됨으로써 베이스플레이트(15)에 연결될 수 있다.
이에 의해, 탄성체(30)는 제1센서(10)의 제1면(11)의 일측지점에 터치가 가해질 경우에는 탄성체(30)는 그 타단(32)을 기준으로 그 일단(31)이 상하방향으로 변형하는 외팔보(cantilever)의 거동을 수행할 수 있다. 요컨대, 탄성체(30)는 제1센서(10)의 제2면(12)에 외팔보 구조로 연결되고, 이러한 탄성체(30)의 외팔보 거동을 통해 제2센서(20)가 안정적이고 원활하게 벤딩(bending)할 수 있다.
연결부재(40)가 제1센서(10)의 제2면(12)에서 하부방향으로 돌출하고, 연결부재(40)에 탄성체(30)가 연결됨에 따라, 제2센서(20)는 제1센서(10)에 대해 상하방향으로 일정 간격(T)만큼 이격될 수 있고, 이를 통해 터치에 의한 힘이 탄성체(30)로 원활하게 전달되어 탄성체(30)의 변형이 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 2의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(41) 및 수평부(41)의 중간에서 수직방향으로 연장된 수직부(42)를 가진 "T"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(41)의 상면은 제1센서(10)의 제2면(12)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(42)의 하단은 탄성체(30)의 일단(31)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
도 3 내지 도 7은 도 2에 대한 다른 실시형태에 따른 연결부재(40) 및 탄성체(30)를 도시한 도면이다.
도 3의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(43) 및 수평부(43)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(44)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(43)의 상면은 제1센서(10)의 제2면(12)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(42)의 하단은 탄성체(30)의 일단(31)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다. 수직부(42)는 제1센서(10)의 가장자리로부터 내측으로 이격된 위치에 배치될 수 있고, 이를 통해 탄성체(30) 및 제2센서(20)는 제1센서(10)의 가장자리로부터 내측으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
도 4의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(45) 및 수평부(45)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(46)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 도 4에 따른 연결부재(40)의 수평부(45)와 도 3에 따른 연결부재(40)의 수평부(45)는 서로 반대방향을 향하도록 이루어질 수 있다. 수평부(45)의 상면은 제1센서(10)의 제2면(12)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(46)의 하단은 탄성체(30)의 일단(31)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다. 수직부(46)는 제1센서(10)의 가장자리와 동일한 수직선상에 배치될 수 있고, 이를 통해 탄성체(30)는 제1센서(10)의 가장자리에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
도 5의 실시예에 따르면, 제1센서(10)의 제2면(12)에는 돌기(14)가 하부방향으로 돌출하고, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(45) 및 수평부(45)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(46)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(45)의 상면이 돌기(14)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(46)의 하단은 탄성체(30)의 일단(31)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
도 6의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(45) 및 수평부(45)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(46)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(45)와 수직부(46)가 만나는 부분이 제1센서(10)의 가장자리에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(46)의 하단은 탄성체(30)의 일단(31)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
도 7의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수직방향으로 연장된 바(47, bar)를 포함할 수 있다. 바(47)의 상부는 제1센서(10)의 가장자리 측면에 접착제 등을 통해 고정되고, 바(47)의 하단은 탄성체(30)의 일단(31)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제2센서(25)는 스트레인게이지 이외에 수직하중을 측정할 수 있는 다양한 구조의 포스센서(force sensor)로 이루어질 수도 있다.
이에, 제2센서(25)에는 탄성체(30)가 연결되지 않으므로, 제2센서(25)는 연결부재(40)에 직접적으로 연결될 수 있다. 이에 제2센서(25)는 제1센서(10)의 제2면(12)에 연결부재(40)만을 통해 연결될 수 있고, 제1센서(10)에 가해지는 터치에 의한 수직하중이 연결부재(40)를 통해 제2센서(25)로 그대로 전달될 수 있다.
도 8 내지 도 13을 참조하여 제2센서(25)가 연결부재(40)를 통해 제1센서(10)에 연결된 구조를 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 8의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(41) 및 수평부(41)의 중간에서 수직방향으로 연장된 수직부(42)를 가진 "T"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(41)의 상면은 제1센서(10)의 제2면(12)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(42)의 하단은 제2센서(25)의 상면에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
도 9의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(43) 및 수평부(43)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(44)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(43)의 상면은 제1센서(10)의 제2면(12)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(42)의 하단은 제2센서(25)의 상면에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다. 수직부(42)는 제1센서(10)의 가장자리로부터 내측으로 이격된 위치에 배치될 수 있고, 이를 통해 제2센서(25)는 제1센서(10)의 가장자리로부터 내측으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
도 10의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(45) 및 수평부(45)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(46)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 도 10에 따른 연결부재(40)의 수평부(45)와 도 9에 따른 연결부재(40)의 수평부(45)는 서로 반대방향을 향하도록 구성될 수 있다. 수평부(45)의 상면은 제1센서(10)의 제2면(12)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(46)의 하단은 제2센서(25)의 상면에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다. 수직부(46)는 제1센서(10)의 가장자리와 동일한 수직선상에 배치될 수 있고, 이를 통해 제2센서(25)는 제1센서(10)의 가장자리에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
도 11의 실시예에 따르면, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(45) 및 수평부(45)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(46)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(45)와 수직부(46)가 만나는 부분이 제1센서(10)의 가장자리에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(46)의 하단은 제2센서(25)의 상면에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
도 12의 실시예에 따르면, 제1센서(10)의 제2면(12)에는 돌기(14)가 하부방향으로 돌출하고, 연결부재(40)는 수평방향으로 연장된 수평부(45) 및 수평부(45)의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부(46)를 가진 역"L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수평부(45)의 상면이 돌기(14)에 접착제 등을 통해 고정될 수 있고, 수직부(46)의 하단은 제2센서(25)의 상단에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
도 13의 실시예에 따르면, 제1센서(10)의 가장자리에는 돌기(14)가 하부방향으로 돌출하고, 연결부재(40)는 수직방향으로 연장된 수직부(48) 및 수직부(48)의 하단에서 수평방향으로 연장된 수평부(49)를 가진 "L"자형 구조로 이루어질 수 있다. 수직부(48)의 상부는 제1센서(10)의 가장자리 측면 및 돌기(14)의 측면에 접착제 등을 통해 고정되고, 수평부(49)의 하단은 제2센서(25)의 상면에 접착제 등을 통해 고정될 수 있다.
한편, 제2센서(20, 25)는 제1센서(10)의 가장자리에 인접하게 배치될 수도 있고, 이와 달리 제2센서(20, 25)는 제1센서(10)의 가장자리에서 내측으로 이격된 위치에 배치될 수도 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
10: 제1센서 11: 제1면
12: 제2면 15: 베이스플레이트
20: 제2센서 30: 탄성체
35: 지지체 40: 연결부재

Claims (19)

  1. 터치가 입력되는 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 제2면을 가진 제1센서; 및
    상기 제1센서의 제2면에 연결되어 상기 제1면에 입력되는 터치에 의한 힘을 측정하고, 상기 제1센서에 대해 상하방향으로 이격되는 제2센서;를 포함하고,
    상기 제1센서는 상기 제1면에 입력되는 터치에 의한 제1위치를 측정하도록 구성되며,
    상기 제2센서는 상기 제1면에 입력되는 터치에 의한 힘을 측정하도록 구성되고, 상기 제2센서에 의해 측정된 힘을 힘 및 모멘트의 평형방정식에 대입하여 제2위치를 산출하도록 구성되며,
    상기 제1위치 및 상기 제2위치 사이의 거리가 임계치 보다 클 경우에는 제1면에 입력되는 터치를 시어포스로 인식하고, 상기 제1위치 및 상기 제2위치 사이의 거리가 임계치 보다 클 경우에는 제1면에 입력되는 터치를 슬라이드로 인식하도록 구성되는 터치입력장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1센서는 터치패널, 터치패드, 터치스크린 중에서 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2센서는 상기 제1센서에 입력되는 터치에 의한 수직하중을 측정할 수 있는 포스센서(force sensor)인 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2센서는 연결부재를 통해 상기 제1센서에 대해 상하방향으로 이격되게 설치되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 제1센서의 제2면에서 하부로 돌출되게 설치되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1센서의 제2면에 대해 이격되는 베이스플레이트를 더 포함하고,
    상기 제2센서는 상기 베이스플레이트에 지지체를 매개로 지지되게 설치되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지체는 상기 베이스플레이트에서 제1센서를 향해 돌출하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 중간에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 "T"자형 구조로 이루어지고,
    상기 수평부는 상기 제1센서에 연결되며, 상기 수직부는 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 역"L"자형 구조로 이루어지고,
    상기 수평부는 상기 제1센서에 연결되며, 상기 수직부는 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 역"L"자형 구조로 이루어지고,
    상기 수평부 및 상기 수직부가 만나는 부분은 상기 제1센서의 가장자리에 고정되며, 상기 수직부의 하단은 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부재는 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부의 일단에서 수직방향으로 연장된 수직부를 가진 역"L"자형 구조로 이루어지고,
    상기 제1센서의 제2면에는 돌기가 하부방향으로 돌출하며, 상기 연결부재의 수평부는 상기 돌기에 고정되고, 상기 연결부재의 수직부는 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부재는 수직방향으로 연장된 수직부 및 상기 수직부의 하단에서 수평방향으로 연장된 수평부를 가진 "L"자형 구조로 이루어지고,
    상기 수직부의 상부는 상기 제1센서의 가장자리에 고정되며, 상기 수평부의 하단은 상기 제2센서에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2센서는 상기 제1센서에 입력되는 터치에 의해 벤딩함에 따라 힘을 측정하는 스트레인게이지(strain gauge)인 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2센서는 상기 제1센서의 제2면에 탄성체를 매개로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 탄성체는 상기 제1센서의 제2면에 대해 외팔보 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 탄성체의 일단은 상기 제1센서의 제2면에 연결부재를 매개로 연결되고, 상기 탄성체의 타단은 지지체에 의해 지지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
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