KR101972293B1 - 상이한 상위 층들을 갖는 터치 및 압력 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 감지 시스템(S)에서, 터치와 함께, 인가되는 힘 및 압력의 적용 포인트, 세기 및 영역, 및 센서에 수직 방향으로 인가되는 힘들뿐만 아니라 결합된 힘들을 검출하는 구조체가 제공되는데, 이는 전력 소비를 감소시킨다. 상기 감지 시스템(S)은, 중간 층(1); 중간 층(1) 상에 위치되는 상위 층(4); 중간 층(1) 아래에 위치되는 광원(2); 중간 층(1) 아래에 위치되는 이미지 센서(3); 팁들이 광원(2)에 대면하고 있고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하고 있도록 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하는 제1 광섬유 번들(5a); 팁들이 이미지 센서(3)의 픽셀과 페어링되고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하여 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하는 제2 광섬유 번들(5b); 중간 층(1) 상에 인가되는 힘을 계산하도록 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지를 분석하는 제어 유닛; 및 이미지 센서(3)와 제어 유닛 사이의 데이터 통신을 위한 데이터 링크(6)를 포함한다.

Description

상이한 상위 층들을 갖는 터치 및 압력 감지 시스템

본 발명은 특히 로봇 시스템들에서 사용되는 감지 시스템들에 관한 것이다.

인간에게 위험할 수 있는 영역들(예를 들어, 상이한 행성들, 지하 터널들 또는 동굴들)을 탐사하기 위해, 탐사 로봇들이 사용된다. 탐사 로봇들은 물체들이 전송된 영역에서 그 물체들을 검출하기 위해 그리고 상기 물체들의 특성들을 식별하기 위해 다양한 센서들을 포함한다. 상기 탐사 로봇들에서 사용되는 센서들 중 하나는 촉각 센서들이다. 촉각 센서들에 의해, 특정 물체들의 존재 및 그의 일부 물리적 특징들 예컨대 압력이 검출될 수 있다.

종래의 촉각 센서들은, US2010155579A1호에 개시된 바와 같이, 탄성 표면 아래에 배치되는 광원, 및 상기 표면으로부터 반사되는 광량을 감지하기 위한 광 감지 요소를 포함한다. 그러한 촉각 센서들에서, 탄성 표면 상에 힘이 인가될 때, 상기 표면은 광원 및 광 감지 요소에 접근한다. 그러한 접근의 결과로서, 광 감지 요소 상에 입사되는 광량이 증가한다. 광 감지 요소에 의해 감지된 광량 및 표면의 탄성 특성들은 표면에 인가된 힘의 양을 계산하는 데 사용된다. 그러나, 이 실시예에서, 단위 표면 아래에 배치될 수 있는 광원들의 수 및 광 감지 요소들의 수는 제한되고, 높은 수의 광 감지 요소들로부터 수신되는 데이터를 프로세싱하는 것은 번거롭다.

상기 문제들은 WO2014011126A1호에 개시된 모듈에 의해 해결된다. 상기 모듈은, 광 반사를 제공하는 층으로 커버되는 탄성 재료; CMOS 또는 CCD 이미지 센서; 적어도 하나의 광원; 복수의 제1 광섬유 케이블들 - 그의 팁(tip)들이 층 아래에 위치되는 것에 의해 상기 층을 통해 주변 환경으로부터 분리되고 그의 다른 팁들이 상기 광원과 연결되고, 상기 제1 광섬유 케이블들은 광원으로부터의 광 빔들을 상기 층으로 반송함 -; 복수의 제2 광섬유 케이블들 - 그의 팁들이 층 아래에 위치되고 층을 향해 지향되는 것에 의해 상기 층을 통해 주변 환경으로부터 분리되고 그의 다른 팁들이 상기 이미지 센서와 연결되어, 각각의 제2 광섬유 케이블이 이미지 센서의 하나의 픽셀과 페어링되고, 층으로부터 반사된 광 빔들은 상기 제2 광섬유 케이블들에 의해 이미지 센서로 전송됨 -; 이미지 프로세싱 기법들을 사용하는 것에 의해 층의 변위에 응답하여 이미지 센서에 의해 생성되는 포토 프레임의, 제2 광섬유 케이블과 연결된 각각의 픽셀의 광 세기 변화들에 따라 층에 인가되는 모든 개별 힘을 계산하는 프로세서를 포함한다. WO2014011126A1호에 개시된 모듈에서, 탄성 재료가 물체와 접촉할 때, 탄성 재료 및 상기 층에 변형이 생성된다(예를 들어, 광섬유 케이블들을 향한 층의 변위). 그러한 변위의 결과로서, 층으로부터 광섬유 케이블로 반사되는 광량이 변화된다. 상기 광량의 변화는 이미지 센서에서 생성된 포토 프레임의 컬러 변화로서 검출된다. 프로세서는 포토의 컬러 변화들, 그리고 그에 따라 층의 변위량을 측정하도록 상기 포토 프레임에 이미지 프로세싱 기법들을 적용한다. 계산된 변위량에 기초하여, 탄성 재료 상에 인가된 힘이 또한 계산된다. 그러나, 상기 실시예에서는 광의 레벨에만 기초하여 검출이 수행된다는 사실로 인해, 개선이 필요하다.
다른 특허 문헌 US4547668A호는 2차원 압력 센서를 개시한다. 상기 압력 센서는, 광원; 상기 광원으로부터 상기 광을 송신하기 위한 복수의 파이버들 및 반사된 광을 수신하기 위한 복수의 파이버들을 포함하는 광 송신 파이버 종단들의 매트릭스; 상기 광 송신 파이버 종단들의 매트릭스로부터 거리를 두고 위치되는 상기 송신 파이버들의 종단들을 포함하는 송신 파이버 서브-어레이 - 상기 종단들은 상기 광원으로부터 광을 수신하도록 위치됨 -; 상기 광 송신 파이버 종단들의 매트릭스로부터 거리를 두고 위치되는 상기 수신 파이버들의 종단들을 포함하는 수신 파이버 서브-어레이; 상기 매트릭스 위에 거리를 두고 위치되는 역반사 재료; 상기 매트릭스와 상기 역반사 재료 사이에 위치되는 반투명 변형가능 매질 - 상기 반투명 변형가능 매질은 상기 역반사 재료를 지지함 -; 상기 매트릭스로부터 가장 먼 상기 역반사 재료 측에 인접하게 위치되는 가요성 멤브레인; 및 상기 광 파이버들에 의해 상기 매트릭스로부터 상기 수신 파이버 서브-어레이로 송신되는 상기 반사된 광을 검출하기 위한, 상기 수신 파이버 서브-어레이에 인접하게 위치되는 수단을 포함한다.
다른 특허 문헌 WO2005029028A1호는 광학 촉각 센서를 개시한다. 상기 광학 촉각 센서는, 투명 탄성체 및 상기 투명 탄성체에 제공된 복수의 마커 그룹들을 포함하는 감지부 - 각각의 마커 그룹은 다수의 컬러 마커들로 구성되고, 이때 마커들은 각각의 그룹에 대해 상이한 컬러들을 갖는 상이한 마커 그룹들을 구성하고, 상기 탄성체는 임의의 곡면을 가짐 -; 마커들의 이미지 정보를 획득하기 위해 상기 탄성체의 곡면이 물체에 의해 접촉될 때 컬러 마커들의 거동의 이미지를 취득하기 의한 촬영 디바이스, 및 전달 함수를 포함하는 힘 벡터 분포 재구성 디바이스를 포함하는데, 그 힘 벡터 분포 재구성 디바이스에 의해, 마커들의 이미지 정보로부터 획득되는 마커들의 거동에 관한 정보로부터 표면에 인가되는 힘 벡터가 재구성되고, 상기 힘 벡터 분포 재구성 디바이스는 전달 함수를 사용하는 것에 의해 마커들의 거동에 관한 상기 정보로부터 상기 표면에 인가되는 힘들을 재구성한다.

터치를 검출하는 본 발명에 따른 감지 시스템은, 적어도 중간 층; 중간 층 상에 위치되는 적어도 상위 층; 중간 층 아래에 위치되는 적어도 하나의 광원; 중간 층 아래에 위치되는 적어도 하나의 이미지 센서; 팁들이 광원에 대면하고 있고 다른 팁들이 상기 중간 층에 대면하고 있도록 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 광원으로부터 획득된 광을 중간 층 상에 위치되는 상위 층으로 송신하는 적어도 제1 광섬유 번들; 팁들이 이미지 센서의 적어도 하나의 픽셀과 페어링되고 다른 팁들이 중간 층에 대면하여 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 중간 층 상에 위치되는 상위 층의 이미지를 이미지 센서로 송신하는 적어도 제2 광섬유 번들; 중간 층 상에 인가되는 힘을 계산하도록 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 이미지 센서에 의해 캡처되는 이미지를 분석하는 적어도 하나의 제어 유닛; 및 이미지 센서와 제어 유닛 사이의 데이터 통신을 위한 적어도 데이터 링크를 포함한다.

본 발명에 따른 감지 시스템에서, 광원으로부터 수신된 광 빔들은 중간 층을 통해 상위 층 상에 제1 광섬유 번들을 통해 전달된다. 상위 층의 이미지는 제2 광섬유 번들을 통해 이미지 센서로 송신된다. 여기서, 상위 층을 통해 중간 층 상에 힘이 인가될 때, 이미지 센서에 의해 캡처되는 상위 층의 형태(패턴) 변화, 컬러 변화 또는 밝기 변화의 이미지 프레임이 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 제어 유닛에 의해 분석되어, 상위 층을 통해 중간 층 상에 인가되는 힘이 계산될 수 있다.

발명의 목적

본 발명의 목적은 로봇 시스템들에서의 사용에 적합한 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 터치를 감지하는 것이 가능한 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전력 소비가 감소된 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 특정 힘을 받는지 여부가 검출되는 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인가된 힘의 적용 포인트 및 영역이 검출되는 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인가된 압력이 검출되는 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 결합된 힘들뿐만 아니라 센서에 수직 방향으로 인가된 힘들을 검출하는 것이 가능한 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 감지 시스템의 예시적인 실시예들이 첨부된 도면들에 예시된다:
도 1은 감지 시스템의 측면도이다.
도 2는 감지 시스템의 예시적인 실시예의 사시도이다.
도 3은 사용되는 바와 같은 감지 시스템의 예시적인 실시예의 사시도이다.
도 4는 감지 시스템의 다른 예시적인 실시예의 측면도이다.
도 5는 사용되는 바와 같은 감지 시스템의 다른 예시적인 실시예의 측면도이다.
도 6은 감지 시스템의 다른 예시적인 실시예의 측면도이다.
도면들에 예시된 모든 부분들에는 참조 번호가 개별적으로 할당되고, 이들 번호들의 대응하는 용어들은 다음과 같이 리스팅된다:
감지 시스템 (S)
중간 층 (1)
광원 (2)
이미지 센서 (3)
상위 층 (4)
제1 광섬유 번들 (5a)
제2 광섬유 번들 (5b)
데이터 링크 (6)
패턴 (7)
외부 층 (8)
탄성 요소 (9)
장애물 (10)
거리 요소 (11)

진보된 로봇 기술로, 보고, 듣고, 터치하는 것과 같은 감각들이 센서 시스템들에 의해 검출될 수 있다. 구체적으로는, 인간들에게 위험하거나 또는 인류가 도달하는 것이 불가능한 영역들을 탐사하는 데 사용되는 탐사 로봇들에서, 탐사되고 있는 영역들의 특성들은 상기 센서 시스템들에 의해 정확하게 검출될 수 있다. 그에 따라, 본 발명에 의하면, 터치를 감지하는 것이 가능한 감지 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 감지 시스템(S)은, 도 1 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 적어도 중간 층(1); 중간 층(1) 상에 위치되는 적어도 상위 층(4); 중간 층(1) 아래에(상위 층(4)에 대해 원거리에) 위치되는 적어도 하나의 광원(2); 중간 층(1) 아래에(상위 층(4)에 대해 원거리에) 위치되는 적어도 하나의 이미지 센서(3)(즉, CCD, CMOS 센서 등); 팁들이 광원(2)에 대면하고 있고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하고 있도록 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 광원(2)으로부터 획득된 광을 중간 층(1) 상에 위치되는 상위 층(4)으로 송신하는 적어도 제1 광섬유 번들(5a); 팁들이 이미지 센서(3)의 적어도 하나의 픽셀과 페어링되고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하여 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 중간 층(1) 상에 위치되는 상위 층(4)의 이미지를 이미지 센서(3)로 송신하는 적어도 제2 광섬유 번들(5b); 중간 층(1) 상에 인가되는 힘을 계산하도록 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지를 분석하는 적어도 하나의 제어 유닛(도시되지 않음); 및 이미지 센서(3)와 제어 유닛 사이의 데이터 통신을 위한 적어도 데이터 링크(6)를 포함한다. 상기 데이터 링크(6)는 유선 커넥션 또는 무선 커넥션일 수 있다.

본 발명의 선호되는 실시예에서, 상기 상위 층(4)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 패턴(7)을 포함한다. 바람직하게는 사각형의 체스 보드 형상을 갖는 패턴(7)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 힘에 노출될 때, 중간 층(1)을 향해 변형된다. 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 상위 층(4)의 이미지 프레임은 패턴(7)이 어느 영역에서 변형되었는지 그리고 어느 정도로 그리고 어떻게 변형되었는지를 결정하기 위해 상기 제어 유닛에서 프로세싱되고, 이에 따라 중간 층(1) 상에 인가되는 힘 및 압력이 계산된다.

본 발명의 다른 선호되는 실시예에서, 상기 상위 층(4)은 힘에 의해 컬러를 변화시키는 재료를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 상위 층(4)은 편광 필름을 포함한다. 편광 필름 상에 힘이 인가되는 경우, 적용된 힘의 세기에 기초하여 필름에서 컬러 변화들이 관측된다. 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 상위 층(4)의 이미지 프레임이 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 제어 유닛에 의해 분석되기 때문에, 편광 필름에서의 컬러 변화의 정도가 검출된다. 상기 컬러 변화 및 컬러 변화의 영역이 상위 층(4) 상에 인가되는 힘과 연관되기 때문에, 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 인가되는 힘 및 압력의 정도가 또한 계산된다.

본 발명의 다른 선호되는 실시예에서, 상위 층(4)은 피에조크로믹 재료(piezochromic material)를 포함한다. 피에조크로믹 재료들은 압력에 의해 컬러를 변화시킨다. 상기 컬러 변화는 적용된 압력에 따라 변한다. 이 실시예에서, 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 상위 계층(4)의 이미지 프레임이 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 제어 유닛에 의해 분석되기 때문에, 피에조크로믹 재료에서의 컬러 변화, 컬러 변화의 영역 그리고 그에 따라 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 인가되는 힘 및 압력의 정도가 계산된다. 피에조크로믹 재료들은 가역적(인가된 힘이 제거될 때 그의 원래의 컬러로 돌아감) 또는 비가역적(인가된 힘이 제거될 때 그의 원래의 컬러로 돌아가지 않음)일 수 있다. 본 발명의 선호되는 실시예에서, 감지 시스템(S)에 사용되는 피에조크로믹 재료는 가역적이다. 따라서, 중간 층(1) 상에 인가되는 힘이 제거될 때, 피에조크로믹 재료는 그의 원래의 컬러로 돌아가고, 중간 층(1) 상에 상이한 힘이 인가될 때, 새로이 인가된 힘이 또한 검출된다. 대안적인 실시예에서, 상기 상위 층(4)은, 주변 환경에 가까운 측에 배치되고 바람직하게는 가역적 피에조크로믹 재료(또는 다른 타입들의 상부 표면들 중 임의의 하나)를 포함하는 제1 층, 및 주변 환경에 대해 원거리에 있는 측에 배치되고 비가역적 피에조크로믹 재료를 포함하는 제2 층을 포함한다. 이 실시예에서, 힘이 중간 층(1) 상에 외부적으로 인가될 때, 힘 및 압력이 제2 층 상에도 또한 인가된다. 그러나, 예상된 힘보다 더 높은 힘이 중간 층(1) 상에 인가될 때, 임계 값보다 더 높은 힘이 제2 층 상에 부과되고 제2 층의 컬러는 그의 비가역적 피에조크로믹 재료로 인해 영구적으로 변화한다. 따라서, 제2 층의 컬러 변화에 기초하여, 예상된 힘보다 더 높은 힘이 중간 층(1) 상에 인가되는지 아닌지의 여부뿐만 아니라, 인가된 힘의 크기가 검출된다.

본 발명의 다른 선호되는 실시예에서, 상위 층(4)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 탄성 및 내광성(light-proof)인 외부 층(8), 외부 층(8) 아래에 배치되고 투명하고 바람직하게는 겔의 형태로 있는 적어도 탄성 요소(9), 및 탄성 요소(9)에 배치되고 내광성 입자의 형태로 있어서 컬러가 외부 층(8)과는 상이한 (예를 들어, 적어도 2개의 로우(row)들에서의) 복수의 장애물들(10)을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 힘이 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 인가될 때, 상기 외부 층(8)은 장애물들(10)을 우측 및 좌측으로 푸시하고 중간 층(1)에 접근한다. 이 이동의 결과로서, 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 상위 층(4)의 이미지 프레임에서 컬러 변화들이 보여진다. 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 제어 유닛에 의해 상기 이미지 프레임을 분석하는 것에 의해, 컬러 변화의 정도가 결정된다. 따라서, 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 인가되는 힘의 양이 계산된다.

본 발명의 다른 선호되는 실시예에서, 상기 상위 층(4)은, 인광체 및/또는 광의 일부를 자체에 저장하지만 광원으로부터 나오는 광이 차단될 때 광을 방출하는 것으로 진행하는 임의의 다른 재료를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 광원(2)은 인광체 및/또는 유사한 재료의 에너지를 증가시키기 위해 특정 간격들로 활성화된다. 따라서, 광원(2)이 스위치 오프된 경우에도, 인광체 및/또는 유사한 재료는 특정 기간 동안 광을 방출한다. 이 실시예에서, 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 힘이 인가될 때, 힘을 받는, 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 상위 층(4)의 이미지 프레임의 섹션의 밝기는 힘을 받지 않는 섹션들보다 더 높다. 상기 이미지 프레임에서, 상이한 픽셀들의 밝기가 비교되어, 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 인가되는 힘이 계산될 수 있다.

본 발명의 대안적인 실시예에서, 상기 상위 층(4)(예를 들어, 미러 필름 또는 베일과 같은 미세 다공성 구조체)은 광을 부분적으로 송신한다. 알려진 바와 같이, 그러한 구조체들은 통상적으로 광을 송신하지만, 광의 송신을 차단하는 불투명한 물체가 그 뒤에 배치되는 경우, 그것은 광을 다시 반사시킨다. 이 실시예에서, 중간 층(1)을 통해 상위 층(4) 상에 제1 광섬유 번들(5a)을 통해 송신되는, 광원(2)으로부터 수신된 광 빔들은, 통상적으로 주변 환경으로 송신된다(그리고 주변 환경의 이미지가 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지에 존재한다). 그러나, 물체가 중간 층(1) 상에 배치되는 경우, 광 빔들은 상위 층(4)을 통과하고 물체 상에 충돌하여 물체로부터 다시 반사된다. 상기 물체의 이미지는 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지 프레임에도 또한 존재한다. 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지 프레임은 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 제어 유닛에 의해 분석되어 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 인가되는 힘이 계산될 수 있다.

본 발명의 다른 대안적인 실시예에서, 제1 광섬유 번들(5a), 및/또는 제2 광섬유 번들(5b)은 멀티-피스(multi-piece) 번들들이다. 이 실시예에서, 제1 광섬유 번들(5a) 및/또는 제2 광섬유 번들(5b)은, 복수의 광섬유 케이블들을 포함하는 제1 섹션; 복수의 광섬유 케이블들을 포함하는 제2 섹션; 및 단부가 상기 제1 섹션에서의 각각의 광섬유 케이블들의 팁에 연결되고 다른 단부가 상기 제2 섹션에서의 각각의 광섬유 케이블의 팁에 연결되는 캐리어 광섬유 케이블을 포함하고, 캐리어 광섬유 케이블의 직경은 제1 섹션 및 제2 섹션에서의 광섬유 케이블들의 직경보다 더 크고, 캐리어 광섬유 케이블은 제1 섹션에서의 광섬유 케이블들에 의해 반송되는 광들을 제2 섹션에서의 광섬유 케이블들로 그리고 제2 섹션에서의 광섬유 케이블들에 의해 반송되는 광들을 제1 섹션에서의 광섬유 케이블들로 송신한다. 이러한 방식으로, 광섬유 케이블들의 길이가 길어야 하는 실시예들에서, 높은 수의 광섬유 케이블들 대신에, 하나 또는 제한된 수의 광섬유 케이블들(캐리어 파이버)이 긴 것으로 충분할 것이다. 캐리어 파이버의 다른 실시예에서, 상기 캐리어 광섬유 케이블의 직경은 제1 섹션 및 제2 섹션의 직경보다 더 작다. 이 실시예에서, 제2 섹션에서의 각각의 광섬유 케이블과의 제1 섹션에서의 각각의 광섬유 케이블의 정확한 페어링을 갖기 위해(즉, 상이한 광섬유 케이블들로부터 나오는 광 빔들이 서로 개입하지 않는다는 것을 보장하기 위해) 제1 광 번들(5a) 및/또는 제2 광섬유 번들(5b)은 또한 적어도 2개의 광학 요소들을 포함하고, 광학 요소들 각각은 캐리어 광섬유 케이블과 제1 섹션 사이에, 그리고 캐리어 광섬유 케이블과 제2 섹션 사이에 개재된다. 상기 광학 요소들은 캐리어 광섬유 케이블을 통해 흐르는 광 빔들이 서로 개입하는 것을 방지한다.

도 6에 도시된 본 발명의 대안적인 실시예에서, 감지 시스템은, 상기 상위 층(4)과 중간 층(1) 사이에 배치되고, 상위 층(4)과 중간 층(1)을 서로 이격되게 유지하는 적어도 2개의 거리 요소들(11)을 포함한다. 이 실시예에서, 상기 상위 층(4)은 탄성일 수 있거나, 또는 강성일 수 있다.

본 발명에 따른 감지 시스템(S)에서, 광원(2)으로부터 수신된 광 빔들은 중간 층(1)을 통해 그리고 상위 층(4) 상에 제1 광섬유 번들(5a)을 통해 전달된다. 상위 층(4)의 이미지는 제2 광섬유 번들(5b)에 의해 이미지 센서로 송신된다. 여기서, 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 힘이 인가될 때, 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 상부 표면(4)의 형태(및/또는 패턴(7)) 변화, 컬러 변화 또는 밝기 변화의 이미지 프레임이 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 제어 유닛에 의해 분석되어, 상위 층(4)을 통해 중간 층(1) 상에 인가되는 힘이 계산될 수 있다. 또한, 획득된 이미지에서의 컬러 변화의 영역으로 표현되는 변위 영역 때문에, 임의의 방향(예를 들어, 횡각(transversal angle)들)으로 인가된 압력이 계산된다. 또한, 상위 층(4)의 패턴(7)의 변화의 검출 시에, 상이한 각도들(예를 들어, 직각들)로부터 상위 층(4) 상에 인가된 힘들뿐만 아니라 이들의 방향이 또한 검출될 수 있다.

Claims (16)

1. 터치를 검출하는 감지 시스템(S)으로서,
   - 적어도 중간 층(1);
   - 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 적어도 상위 층(4);
   - 상기 중간 층(1) 아래에 위치되는 적어도 하나의 광원(2);
   - 상기 중간 층(1) 아래에 위치되는 적어도 하나의 이미지 센서(3);
   - 팁(tip)들이 상기 광원(2)에 대면하고 있고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하고 있도록 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 상기 광원(2)으로부터 획득된 광을 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 상기 상위 층(4)으로 송신하는 적어도 제1 광섬유 번들(5a);
   - 팁들이 상기 이미지 센서(3)의 적어도 하나의 픽셀과 페어링되고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하여 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 상기 상위 층(4)의 이미지를 상기 이미지 센서(3)로 송신하는 적어도 제2 광섬유 번들(5b);
   - 상기 중간 층(1) 상에 인가되는 힘을 계산하도록 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 상기 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지를 분석하는 적어도 하나의 제어 유닛; 및
   - 상기 이미지 센서(3)와 상기 제어 유닛 사이의 데이터 통신을 위한 적어도 데이터 링크(6)
   를 포함하고,
   상기 상위 층(4)은, 힘에 의해 컬러를 변화시키는 재료로서 편광 필름 또는 피에조크로믹 재료(piezochromic material)를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
2. 제1항에 있어서,
   상기 상위 층(4)은 적어도 하나의 패턴(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
3. 제2항에 있어서,
   상기 패턴(7)은 체스 보드의 형태로 있는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
4. 제1항에 있어서,
   상기 피에조크로믹 재료는 가역적인 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
5. 제1항에 있어서,
   상기 상위 층(4)은, 주변 환경에 가까운 측에 배치되는 제1 층, 및 상기 주변 환경에 대해 원거리에 있는 측에 배치되고 비가역적 피에조크로믹 재료를 포함하는 제2 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 층은 가역적 피에조크로믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
7. 제1항에 있어서,
   상기 상위 층(4)은, 적어도 외부 층(8); 상기 외부 층(8) 아래에 배치되는 적어도 탄성 요소(9); 및 상기 탄성 요소(9)에 배치되고 내광성(light-proof) 입자의 형태로 있어서 컬러가 상기 외부 층(8)과는 상이한 복수의 장애물들(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
8. 제7항에 있어서,
   상기 탄성 요소(9)는 겔의 형태로 있는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
9. 터치를 검출하는 감지 시스템(S)으로서,
   - 적어도 중간 층(1);
   - 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 적어도 상위 층(4);
   - 상기 중간 층(1) 아래에 위치되는 적어도 하나의 광원(2);
   - 상기 중간 층(1) 아래에 위치되는 적어도 하나의 이미지 센서(3);
   - 팁들이 상기 광원(2)에 대면하고 있고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하고 있도록 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 상기 광원(2)으로부터 획득된 광을 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 상기 상위 층(4)으로 송신하는 적어도 제1 광섬유 번들(5a);
   - 팁들이 상기 이미지 센서(3)의 적어도 하나의 픽셀과 페어링되고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하여 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 상기 상위 층(4)의 이미지를 상기 이미지 센서(3)로 송신하는 적어도 제2 광섬유 번들(5b);
   - 상기 중간 층(1) 상에 인가되는 힘을 계산하도록 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 상기 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지를 분석하는 적어도 하나의 제어 유닛; 및
   - 상기 이미지 센서(3)와 상기 제어 유닛 사이의 데이터 통신을 위한 적어도 데이터 링크(6)
   를 포함하고,
   상기 상위 층(4)은, 인광체 및/또는 임의의 다른 재료를 포함하고, 상기 임의의 다른 재료는 상기 광의 일부를 자체에 저장하지만 상기 광원으로부터 나오는 광이 차단될 때 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
10. 터치를 검출하는 감지 시스템(S)으로서,
    - 적어도 중간 층(1);
    - 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 적어도 상위 층(4);
    - 상기 중간 층(1) 아래에 위치되는 적어도 하나의 광원(2);
    - 상기 중간 층(1) 아래에 위치되는 적어도 하나의 이미지 센서(3);
    - 팁들이 상기 광원(2)에 대면하고 있고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하고 있도록 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 상기 광원(2)으로부터 획득된 광을 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 상기 상위 층(4)으로 송신하는 적어도 제1 광섬유 번들(5a);
    - 팁들이 상기 이미지 센서(3)의 적어도 하나의 픽셀과 페어링되고 다른 팁들이 상기 중간 층(1)에 대면하여 배치되는 복수의 광섬유 케이블들을 포함하고, 상기 중간 층(1) 상에 위치되는 상기 상위 층(4)의 이미지를 상기 이미지 센서(3)로 송신하는 적어도 제2 광섬유 번들(5b);
    - 상기 중간 층(1) 상에 인가되는 힘을 계산하도록 이미지 프로세싱 기법들을 사용하여 상기 이미지 센서(3)에 의해 캡처되는 이미지를 분석하는 적어도 하나의 제어 유닛; 및
    - 상기 이미지 센서(3)와 상기 제어 유닛 사이의 데이터 통신을 위한 적어도 데이터 링크(6)
    를 포함하고,
    상기 상위 층(4)은 광을 주변 환경으로 부분적으로 투과하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(S).
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