KR102218899B1

KR102218899B1 - 하나의 센서로 터치센싱 및 포스센싱이 구현된 터치 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기

Info

Publication number: KR102218899B1
Application number: KR1020190168650A
Authority: KR
Inventors: 류제혁; 고주열; 홍병주
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-02-24
Also published as: KR20210015587A

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치는, 하우징과 일체로 이루어진 터치부재를 포함하는 터치 조작부를 갖는 전자 기기에 적용될 수 있는 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 하우징의 내부에 배치된 전도체: 상기 터치부재의 내측에 배치되고, 상기 전도체와 소정 간격 이격된 인덕터 소자; 상기 인덕터 소자를 포함하고, 상기 터치부재를 통한 터치인가, 및 터치-포스 인가 각각에 대해 서로 다른 주파수 변화특성을 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 및 상기 발진회로로부터의 발진신호의 주파수 변화특성에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하는 조작 검출 회로; 를 포함한다.

Description

하나의 센서로 터치센싱 및 포스센싱이 구현된 터치 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기{TOUCH SENSING DEVICE IMPLEMENTED TOUCH SENSING AND FORCE SENSING BY ONE SENSOR AND AN ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 하나의 센서로 터치센싱 및 포스센싱이 구현된 터치 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.

일반적으로, 웨어러블 기기는 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 선호되고 있으며 이에 따라 기존 기계식 스위치가 사라지고 있다. 이는 방진, 방수 기술의 구현이 이루어짐과 더불어, 매끄러운 디자인의 일체감 있는 모델의 개발이 이루어짐에 따라 가능해지고 있다.

현재 메탈 위를 터치하는 ToM(touch On Metal) 기술, 터치 패널을 이용한 커패시터 센싱, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System), 마이크로 스트레인 게이지(Micro Strain Gauge) 등의 기술이 개발되고 있으며 이에 더 나아가 포스 기능까지 개발되는 추세이다.

기존의 기계식 스위치의 경우, 스위치 기능 구현을 위해, 내부적으로 큰 사이즈와 공간이 필요하고, 외관상으로도 외부로 튀어나오는 형태나 외부 케이스와 일체화가 아닌 구조 등으로 인하여 깔끔하지 못한 디자인과 큰 공간이 필요하다는 단점이 있다.

또한 전기적으로 연결되는 기계식 스위치의 직접적인 접촉으로 인한 감전의 위험이 있으며, 특히 기계적 스위치의 구조상 방진 방수가 곤란하다는 단점이 있다.

그리고, 기존의 스위치 장치에서는, 터치 센성 기능과 포스 센싱 기능을 동시에 수행할 수 있도록 구현하는 것이 요구되고 있다.

(선행기술문헌)

(특허문헌 1) KR 10-2002-0077836 (2002.10.14)

(특허문헌 2) KR 10-2009-0120709 (2009.11.25)

(특허문헌 3) KR 10-2011-0087014 (2011.08.02)

(특허문헌 4) KR 10-2011-0087004 (2011.08.02)

(특허문헌 5) KR 10-2018-0046833 (2018.05.09)

(특허문헌 6) US 2018-0093695 (2018.04.05)

(특허문헌 7) JP 2012-168747 (2012.09.06)

(특허문헌 8) JP 2015-095865 (2015.05.18)

본 발명의 일 실시 예는, 하나의 센서에서, 커패시티브 센싱(터치센싱)과 인덕티브 센싱(포스센싱)이 모두 구현되어, 하나의 센서를 이용하여 터치센싱, 터치-포스 센싱을 구분하여 인식할 수 있는 터치 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기를 제안한다.

본 발명의 일 실시 예에 의해, 하우징과 일체로 이루어진 터치부재를 포함하는 터치 조작부를 갖는 전자 기기에 적용될 수 있는 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 하우징의 내부에 배치된 전도체; 상기 터치부재의 내측에 배치되고 상기 전도체와 소정간격 이격된 인덕터 소자; 상기 인덕터 소자를 포함하여, 상기 터치부재를 통한 터치인가, 및 터치-포스 인가 각각에 대해 서로 다른 주파수 변화특성을 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 및 상기 발진회로로부터의 발진신호의 주파수 변화특성에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하는 조작 검출 회로; 를 포함하는 터치 센싱 장치가 제안된다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 하우징과 일체로 이루어진 터치부재를 포함하는 터치 조작부; 상기 하우징의 내부에 배치된 전도체; 상기 터치부재의 내측에 배치되고 상기 전도체와 소정간격 이격된 인덕터 소자; 상기 인덕터 소자를 포함하여, 상기 터치부재를 통한 터치인가, 및 터치-포스 인가 각각에 대해 서로 다른 주파수 변화특성을 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 및 상기 발진회로로부터의 발진신호의 주파수 변화특성에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하는 조작 검출 회로; 를 포함하는 전자 기기가 제안된다.

종래의 기술은 터치센싱 및 포스센싱을 위해 해당 코일센서(예, 인덕터 소자)를 각각 배치하여야 하는 단점이 있었으나, 본 특허는 이러한 문제점을 해결하였다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 터치인가시 인체가 가지는 커패시터 특성을 이용한 커패시티브 센싱과, 인덕터 소자와 전도체와의 간격변화에 의한 에디 커런트(Eddy Current)의 변화를 이용한 인덕티브 센싱을, 하나의 센서구조로 모두 구현하여, 터치인가(Touch input), 터치-포스인가(Touch-Forcre input)를 모두 인식할 수 있다.

또한, 내부에 배치된 전도체를 지지하는 브라켓을 이용함으로써 인덕터 소자와 전도체간의 소정 간격을 보다 확실히 유지할 수 있고, 이에 따라 인덕티브 센싱 및 커패시티브 센싱이 가능하다. 또한, 하우징에 인덕터 소자, 커패시터 소자 및 회로부를 직접 부착하지 않으므로, 인덕터 소자, 커패시터 소자, 회로부 등의 구성품 불량이 생기더라도 쉽게 교체할 수 있는 장점이 있다.

또한, 전술한 브라켓을 이용함으로써, 인덕터 소자와 내부의 전도체간의 간격을 일정하게 유지하여 제작 공정상의 공차를 줄임으로써 인덕티브 센싱의 정확도를 높이고 수율을 올릴 수 있는 장점이 있다.

도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 기기의 외관 예시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선 단면구조를 갖는 터치 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 선 단면구조를 갖는 터치 센싱 구조의 일 예시도이다.
도 4는 도 1의 I-I' 선 단면구조를 갖는 터치 센싱 구조의 일 예시도이다.
도 5는 발진회로의 일 예시도이다.
도 6은 터치인가에 의한 커패시티브 센싱개념의 설명도이다.
도 7은 터치인가시의 발진회로의 일 예시도이다.
도 8은 포스인가에 의한 인덕티브 센싱개념의 설명도이다.
도 9는 포스인가시의 발진회로의 일 예시도이다.
도 10은 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.
도 11은 도 10의 주요 신호에 대한 일 예시도이다.
도 12는 조작 검출기의 일 예시도이다.
도 13은 도 12의 터치-포스 슬로프 검출회로의 일 예시도이다.
도 14는 터치인가시의 카운트값의 드리프트 및 슬로프 변화에 대한 일 예시도이다.
도 15는 터치만(Touch only)에 의한 제1 주파수 변화 특성을 보이는 카운트값 예시도이다.
도 16은 포스만(Force Only)에 의한 제2 주파수 변화 특성을 보이는 카운트값 예시도이다.
도 17은 터치-포스(Touch-Force)에 의한 제3 주파수 변화 특성을 보이는 카운트값 예시도이다.
도 18은 터치 센싱 장치의 적용 예시도이다.

이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 기기의 외관 예시도이다.

도 1를 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 전기 기기(10)는 터치 스크린(11), 하우징(500) 및 터치 조작부(TSW)를 포함할 수 있다.

상기 터치 조작부(TSW)는 기계식 버튼을 대체하기 위한 적어도 하나의 터치부재(TM1)를 포함할 수 있다.

일 예로, 도 1를 참조하면 상기 전기 기기(10)는 스마트폰 등과 같이, 휴대 가능한 기기가 될 수 있고, 스마트 와치(Watch)와 같이, 웨어러블 기기가 될 수 있으며, 특정한 기기에 한정되지 않고, 휴대 가능하거나 착용 가능한 전기 기기, 또는 동작 제어를 위한 스위치를 갖는 전기 기기가 될 수 있다.

상기 하우징(500)은, 전기 기기의 외부에 노출되는 외측 케이스가 될 수 있다. 일 예로, 상기 터치 센싱 장치가 모바일 기기에 적용되는 경우, 전기 기기(10)의 사이드(측면)에 배치되는 커버일 수 있다. 일 예로, 상기 하우징(500)은 전기 기기(10)의 후면에 배치되는 커버와 일체로 이루어질 수 있거나, 전기 기기(10)의 후면에 배치되는 커버와 별도로 분리되어 이루어질 수 있다.

상기 터치 조작부(TSW)는, 상기 모바일 기기의 하우징(500)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 터치 센싱 장치(50)는 전기 기기의의 하우징에 배치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 터치 조작부(TSW)는 모바일 기기의 커버에 배치될 수 있는데, 이 경우 커버는 터치 스크린을 제외한 커버, 예를 들면, 사이드 커버나, 후면 커버나, 전면의 일부에 형성될 수 있는 커버 등이 될 수 있으며, 설명의 편의상 하우징의 일 예시로, 스마트폰 등의 전기 기기의 사이드 커버에 배치된 경우에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 터치 조작부(TSW)는, 상기 하우징(500)에 일체로 이루어진 상기 하우징(500)의 일부로서, 터치(Touch), 포스(Force) 또는 터치-포스를 센싱할 수 있는 적어도 하나의 터치부재를 포함할 수 있다.

본 서류에서, 실제로는 터치없는 포스만의 센싱은 불가능하지만, 포스에 대한 설명은 터치에 후속하는 포스에 대한 설명으로 이해될 수 있다.

본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.

도 2는 도 1의 I-I' 선 단면구조를 갖는 터치 센싱 장치의 일 예시도이다.도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치는, 터치 조작부(TSW), 전도체(300), 인덕터 소자(LE1), 발진회로(600) 및 조작 검출 회로(900)를 포함할 수 있다.

상기 터치 조작부(TSW)는, 하우징(500)과 일체로 이루어진 터치부재(TM1)를 포함할 수 있다.

상기 전도체(300)는 하우징(500)의 내부에, 상기 인덕터 소자(LE1)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.

상기 인덕터 소자(LE1)는 상기 터치부재(TM1)의 내측에 배치되고, 상기 전도체(300)와 소정 간격 이격될 수 있다.

상기 발진회로(600)는, 상기 터치부재(TM1)의 내측에 배치된 상기 인덕터 소자(LE1)와 커패시터 소자(CE1)를 포함하고, 상기 터치부재(TM1)를 통한 터치인가, 및 터치-포스 인가 각각에 대해 서로 다른 주파수 변화특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다.

상기 조작 검출 회로(900)는, 상기 발진회로(600)로부터의 발진신호(LCosc)의 주파수 변화특성에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하여 검출신호(DF)를 출력할 수 있다.

상기 발진회로(600)는, 인덕턴스 회로(610), 커패시턴스 회로(620), 및 증폭회로(630)를 포함할 수 있다.

상기 인덕턴스 회로(610)는, 상기 터치부재(TM1)의 내측면에 부착된 기판(200)에 실장된 인덕터 소자(LE1)를 포함할 수 있다.

상기 커패시턴스 회로(620)는, 상기 기판(200)에 실장되고 상기 인덕턴스 회로(610)에 연결된 커패시터 소자(CE1)를 포함할 수 있다.

상기 증폭회로(630)는, 상기 인덕턴스 회로(610) 및 커패시턴스 회로(620)에 의한 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성할 수 있다.

상기 조작 검출 회로(900)는, 주파수 디지털 컨버터(700) 및 조작 검출기(800)를 포함할 수 있다.

주파수 디지털 컨버터(700)는, 상기 발진회로(600)로부터의 상기 발진신호(LCosc)를 이용하여 기준 클럭 신호(CLK_ref)를 카운팅하여 상기 카운트값을 생성할 수 있다.

조작 검출기(800)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력되는 카운트값(LC_CNT)에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 하나를 검출할 수 있다.

도 3은 도 1의 I-I' 선 단면구조를 갖는 터치 센싱 구조의 일 예시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치에서, 상기 터치 조작부(TSW)는, 전기 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어진 터치부재(TM1)를 포함할 수 있다.

일 예로, 기판(200)의 일면이 상기 타치부재(TM1)의 내측면에 부탁되고, 상기 커패시터 소자(CE1)는 기판(200)의 타면에 실장될 수 있고, 상기 커패시턴스 회로(620,도 2)의 타면에 포함될 수 있다. 상기 인덕터 소자(LE1)는, 기판(200)에 실장될 수 있고, 상기 커패시턴스 회로(620,도 2)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 커패시터 소자(CE1)는 MLCC 등이 될 수 있고, 인덕터 소자(LE1)는 센싱코일 등이 될 수 있다.

또한, 상기 기판(200)의 타면에는 회로부(CS)가 실장될 수 있다. 상기 회로부(CS)는 발진회로(600)의 일부 회로(예, 증폭회로(630)) 및 조작 검출 회로(900)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 회로부(CS)는 집적회로(IC)가 될 수 있다.

예를 들어, 상기 인덕터 소자(LE1)는, 상기 전도체(300)와의 소정 간격(D) 이격되며, 상기 소정 간격(D)은, 상기 터치부재(TM1)를 통한 포스인가에 응답하도록 사전에 설정될 수 있다.

일 예로, 상기 인덕터 소자(LE1) 및 상기 커패시터 소자(CE1)는 상기 터치부재(TM1)의 내측면에 부착된 기판(200)에 실장될 수 있다. 여기서, 기판(200)의 실장면은 터치부재의 내측면과 마주보는 면의 반대면일 수 있다. 일 예로, 기판(200)은 FPCB가 될 수 있고, FPCB 외의 여러 가지 종류의 PCB가 가능하다.

또한, 상기 터치 센싱 장치는, 상기 인덕터 소자(LE1)와 일정 간격(D)을 두고 배치된 전도체(300)를 포함할 수 있다. 전도체(300)는 터치 센싱 장치가 적용되는 전기 기기의 내부 구조물에 부착될 수 있고, 상기 인덕터 소자(LE1)와 소정 간격(D)을 유지하는 한 특별한 구조에 한정되지 않는다.

상기 기판(200)을 통해 상기 회로부(CS), 인덕터 소자(LE1), 및 커패시터 소자(CE1)는 전기적으로 연결될 수 있다.

도 3의 A방향의 하우징 정면도를 참조하면, 일 예로, 하우징(500)은 메탈과 같은 전도체로 이루어질 수 있다. 터치부재(TM1)는, 하우징(500)에 일체로 이루어지며, 메탈과 같은 전도체로 이루어질 수 있다.

도 3의 A방향의 인덕터 소자 정면도를 참조하면, 예를 들어, 인덕터 소자(LE1)는 제1 접속 패드(PA1)와 제2 접속 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 코일패턴(LE1-P)을 포함하고, 이 코일패턴(LE1-P)은 코일기판(LE1-S)상에 형성된 PCB 패턴일 수 있다. 상기 제1 접속 패드(PA1)와 제2 접속 패드(PA2)는 상기 기판(200)을 통해 상기 회로부(CS) 및 커패시터 소자(CE1)와 전기적으로 연결될 수 있다.

도 3에 도시된 터치 센싱 장치의 구조는 하나의 예시에 불과하므로, 이에 한정되는 것은 아니다.

전술한 바와같이, 인덕터 소자(LE1)는 도전체(300)와 소정 거리(D) 만큼 떨어져 배치되며, 인덕터 소자(LE1)의 형태는 특별히 특정 정해진 형태일 필요는 없으며 원 또는 사각 등 다양한 패턴이 가능하며, PCB 자체로 플렉시블 PCB(FPCB)로 구성 가능하고, 또한 칩 인더터가 될 수 있다.

부연하면, 본 발명에서는, 하나의 센싱 구조에서 커패시티브 센싱 및 인덕티브 센싱이 가능한 구조를 제안하고 있으며, 각 센셍 개념을 설명한다.

일 예로, 하우징(500)의 터치부재(TM1)를 누르면, 터치부재(TM1)에 부착된 인덕터 소자(LE1)가 눌려져서, 인덕터 소자(LE1)와 전도체(300) 사이에 간격(D) 변화가 발생되며, 이러한 거리 변화에 따른 인덕턴스 변화로 인하여 인덕티브 센싱이 가능하다.

다음, 터치부재(TM1)를 터치하면 인덕터 소자(LE1)와 터치부재(TM) 사이에 배치된 기판(200)에 기생 커패시터가 형성됨과 동시에 터치된 인체(예, 손)에 의해 생성되는 커패시턴스에 의해서 전체 커패시턴스가 변하고, 이 전체 커패시턴스가 변하는 것에 따라 커패시티브 센싱 또한 가능하게 된다.

전술한 바와같이, 터치부재에 대해 터치인가에 의한 커패시턴스 변화 및 포스인가에 의한 인덕턴스 변화에 의해서, 발진회로(600)의 LC 공진에 의한 공진주파수가 변화하고, 이러한 공진 주파수의 변화특성을 센싱하면 터치인가, 터치-포스 인가를 인식할 수 있다.

본 서류에서, 터치인가(Touch input)는 사람 손과 같은 전도체가 하우징의 터치부재를 근접 또는 터치하여 터치에 의해 생성되는 기생 커패시턴스에 의해서 공진주파수가 낮아지는 것을 의미한다. 포스인가(Force input)는 사람 손과 같은 전도체 또는 플라스틱과 같은 비전도체가 하우징의 터치부재를 누르는 힘에 의해, 하우징의 터치부재와 인덕터 소자와의 거리 변화가 생기고, 이러한 거리 변화에 기인하여 인덕턴스의 변화에 의해서 공진주파수가 높아지는 것을 의미한다.

본 발명의 터치 센싱 장치의 구조는 도 3에 한정되지 않으며, 인덕터 소자(LE1)와 전도체(300)간의 일정 간격을 유지되는 구조에서, 포스에 의한 간격 변화에 기인하여 인덕티브 센싱이 가능하고, 터치에 의한 터치부재와 인덕터 소자간 기생 커패시턴스의 형성에 기인하여 커패시티브 센싱이 가능한 구조라면 본 발명의 사상에 포함될 수 있다.

이러한 본 발명의 사상에 포함되는 터치 센싱 장치의 다른 실시 형태에 대해 도 4를 참조하여 설명하며, 도 3과 중복되는 설명은 가능한 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.

도 4는 도 1의 I-I' 선 단면구조를 갖는 터치 센싱 구조의 일 예시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 전도체(300)는, 상기 하우징의 내부에 설치된 브라켓(300)에 의해 지지될 수 있다.

예를 들어, 브라켓(400)은 상기 전도체(300)를 지지하여 상기 인덕터 소자(LE1)와 전도체(300) 사이에 일정 간격을 유지하기 위해, 본 발명이 적용되는 전기 기기의 내부 구조물 또는 하우징에 부착 또는 결합되어 지지될 수 있다.

부연하면, 하우징(500)의 터치부재(TM1)의 내측면에 부착된 기판(200)의 타면에 인덕터 소자(LE1)가 실장되고, 인덕터 소자(LE1)와 일정 간격을 두고 메탈인 전도체(300)가 내부에 배치되어, 터치부재(TM1)에 인가되는 터치 또는 포스에 따라 커패시티브(Capacitive) 센싱(터치센싱)과 인덕티브(Inductive) 센싱(포스센싱)이 적용될 수 있어서, 하나의 센싱구조로 터치, 터치-포스를 구분하여 모두 인식할 수 있다.

일 예로, 인체가 터치부재(TM1)의 외측면에 근접하거나 살짝 닿을 경우 커패시티브(Capacitive) 센싱이 수행되어 전체 커패시턴스(Capacitance) 값이 가변(예, 증가)하게 된다. 이로 인하여 발진신호의 공진주파수는 하기 수학식 1에서와 같이 낮아질 수 있다.

다른 일 예로, 인체가 터치부재(TM1)의 외측면에 소정의 힘을 인가하면 터치부재가 내측방향으로 휘게 되고, 이에 따라 인덕터 소자가 전도체(300)와의 거리가 가까워져서 인덕티브 센싱이 수행되어 와전류에 의한 인덕턴스가 가변(예, 감소)하여 발진신호의 공진 주파수는 높아질 수 있다.

이와 같은 두 가지 센싱을 모두 수행할 수 있는 일체형 센서구조를 사용할 경우 최종 출력되는 검출 신호에 기초하면 터치, 포스, 및 터치-포스를 모두 구분하여 인식할 수 있다.

도 5는 발진회로의 일 예시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 인덕턴스 회로(610)는, 인덕터 소자(LE1)의 인덕턴스(Lind)를 포함할 수 있다.

상기 커패시턴스 회로(620)는, 커패시터 소자(CE1)의 커패시턴스(Cext)를 포함하는 구조로 표현될 있음)를 포함할 수 있다.

상기 증폭회로(630)는, 상기 인덕턴스 회로(610) 및 커패시턴스 회로(620)에 의한 공진 주파수를 유지하기 위해 인버터(INT)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 발진회로(600)는 제1 인덕터 소자(LE1)의 인덕턴스(Lind)를 포함하는 인덕턴스 회로(610)와, 코일요소(CE1)의 커패시턴스(Cext)를 포함하는 커패시턴스 회로(620)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 발진회로(600)는 일 예로, LC 공진회로를 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 인체의 손 등의 전도체가 터치부재를 터치함에 따라 가변되는 커패시턴스와, 전도체(메탈) 또는 비전도체의 포스(누르는 힘)에 따라 가변되는 인덕턴스에 기초해 발진신호를 생성할 수 있다.

먼저, 발진회로(600)는, 전술한 바와 같이, 인덕터 소자(LE1)의 인덕턴스(Lind)를 포함하는 인덕턴스 회로(610)와, 상기 커패시터 소자(CE1)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 포함하는 커패시턴스 회로(620)를 포함하는 병렬 공진회로를 포함할 수 있다.

일 예로, 터치부재(TM1)에 터치가 없는 경우(No touch), 발진회로(600)의 제1 공진 주파수(fres1)는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

fres1 ≒ 1/2π sqrt (Lind * Cext)

상기 수학식 1에서, ≒는 같을 수 있거나 유사하다는 의미이고, 여기서 유사하다는 것은 다른 값이 더 포함될 수 있다는 의미이다.

도 6은 터치인가에 의한 커패시티브 센싱개념의 설명도이고, 도 7은 터치인가시의 발진회로의 일 예시도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6에 도시된 조작 센싱 구조에서, 인체 등의 전도체에 의해 터치부재(TM1)에 터치인가를 되면, 본 발명의 조작 센싱 장치는 커패시티브 센싱을 수행한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 인체 등의 전도체에 의해 터치부재(TM1)에 터치인가가 있으면, 상기 발진회로(600)의 커패시턴스 회로(620)는, 커패시터 소자(CE1)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 포함해서, 터치시 형성되는 터치 커패시턴스(Ctouch)(Ccase,Cfinger,Cgnd)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 발진회로(600)는, 상기 터치부재(TM1)를 통한 터치인가시, 상기 터치부재(TM1), 상기 커패시터 소자(CE1), 및 터치 대상체(예, 인체) 간의 상호 작용으로 커패시턴스가 가변되어, 이에 따른 제1 주파수 변화특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다.

일 예로, 제1 주파수 변화특성에 대해서는 도 15를 참조하여 설명한다.

도 8은 포스인가에 의한 인덕티브 센싱개념의 설명도이고, 도 9는 포스인가시의 발진회로의 일 예시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에서는 전기 기기의 하우징(500)의 터치부재(TM1)의 접촉면에 누리는 포스가 인가되는 경우, 인덕티브 센싱(Inductive Sensing)이 수행될 수 있으며, 이에 따라 터치부재(TM1)를 통한 포스인가를 검출할 수 있다.

도 8을 참조하면, 전도체 또는 비전도체 등에 의해서 눌려주는 포스가 터치부재(TM1)에 가해지는 경우, 터치부재(TMN)가 눌려져서 내측으로 휘어지면서, 기판을 통해 터치부재(TM1)의 내측에 배치된 인덕터 소자(LE1)와 전도체(300)간의 간격이 변하고, 인덕터 소자(LE1)에 전류가 흐르는 동안, 전도체(300)와 터치부재(TM1)와의 거리가 변하여 와전류가 생성되어 이 와전류에 의한 인덕턴스가 감소(Lind-△Lind)하여 공진주파수(센싱 주파수)가 증가하게 되며, 이에 기초해 포스가 검출될 수 있다.

예를 들어, 상기 발진회로(600)는, 상기 터치부재(TM1)를 통한 포스 인가시, 상기 터치부재(TM1), 상기 인덕터 소자(LE1), 및 전도체(300) 간의 상호 작용으로 인덕턴스의 가변에 따른 제2 주파수 변화특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다.

일 예로, 제2 주파수 변화특성에 대해서는 도 16을 참조하여 설명한다.

또한, 도 5 내지 도 9를 참조하면, 상기 발진회로(600)는, 상기 터치부재(TM1)를 통한 터치-포스 인가시, 상기 터치부재(TM1), 상기 인덕터 소자(LE1), 상기 커패시터 소자(CE1), 전도체(300), 및 터치 대상체(예, 인체) 간의 상호 작용으로 커패시턴스의 가변 및 인덕턴스의 가변에 따른 제3 주파수 변화특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다. 일 예로, 제3 주파수 변화특성에 대해서는 도 17을 참조하여 설명한다.

전술한 바와 같이, 하나의 터치 센싱 장치의 구조를 이용하여, 터치인가, 터치-포스 인가를 모두 구별하여 검출할 수 있다. 이러한 구별 인식하는 동작에 대해서는 하기에 설명한다.

도 10은 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.

도 10을 참조하면, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)는, 기준 클럭 신호(CLK_ref)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref= CLK_ref/N)를 생성하고, 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)를 상기 발진신호(LCosc)를 이용하여 카운트하여 카운트값(LC_CNT)을 생성할 수 있다.

일 예로, 하기 수학식 2에서 보인 바와 같이, 주파수 디지털 컨버터(700)는 발진신호(LCosc)를 센싱 주파수 분주비(M)로 분주하고, 기준 클럭 신호(CLK_ref)를 기준 주파수 분주비(N)로 분주하여, 상기 분주된 기준 클럭 신호(DOSC_ref=(CLK_ref)/N)를 상기 분주된 발진 신호(LCosc/M)를 이용하여 카운트할 수 있다.

또한 반대로 상기 분주된 공진 신호를 상기 분주된 기준 신호를 이용하여 카운트할 수도 있다.

[수학식 2]

LC_CNT = (N * LCosc)/(M * DOSC_ref)

상기 수학식 2에서, LCosc은 발진신호의 주파수(발진 주파수)이고, DOSC_ref는 분주된 기준 클럭 신호의 주파수이고, N은 기준 주파수 분주비이고, M은 발진 주파수 분주비이다.

상기 수학식 2에 보인 바와 같이, 기준 주파수(CLK_ref)를 발진주파수(LCosc)를 이용해 카운트하여 카운트값을 구하는 것은, 낮은 주파수를 갖는 기준 클럭 신호(CLK_ref)를 이용하는 것이 가능하고, 카운트의 정밀도를 높일 수 있고, 높은 주파수를 생성하기 위한 고가의 클럭 생성기가 불필요하다는 장점이 있다.

일 예로, 도 10을 참조하면, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)는, 주파수 다운 컨버터(710), 주기 타이머(720), 및 CIC 필터회로(730)를 포함할 수 있다.

상기 주파수 다운 컨버터(710)는, 기준 클럭 신호(CLK_ref)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용해 분주하여 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref= CLK_ref/N)를 생성할 수 있다.

상기 주기 타이머(720)는, 상기 주파수 다운 컨버터(710)로부터 입력받은 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)의 1주기 시간을, 상기 발진신호(LCosc)를 이용해 카운팅 하여 주기 카운트값(PCV)을 생성할 수 있다.

상기 CIC 필터회로(730)는, 상기 주기 타이머(720)로부터 입력받은 상기 주기 카운트값(PCV)에 대해 누적증폭을 수행하여 카운트값(LC_CNT)을 생성할 수 있다.

상기 CIC 필터회로(730)는, 상기 주기 타이머(720)로부터 입력받은 상기 주기 카운트값(PCV)에 대해 누적증폭을 수행하여 상기 카운트값(LC_CNT)을 생성하는 데시메이터 CIC 필터를 포함할 수 있다. 상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 상기 누적 이득을 결정할 수 있다.

예를 들어, 상기 CIC 필터회로(730)는 상기 데시메이터 CIC 필터(731) 및 1차 CIC 필터(732)를 포함할 수 있다.

상기 데시메이터 CIC 필터(731)는 입력받은 주기 카운트값(LC_CNT)에 대해 누적 이득을 이용한 증폭을 수행하여 카운트값(LC_CNT)을 출력할 수 있다.

예를 들어, 상기 데시메이터 CIC 필터(731)가 적분회로, 데시메이터 및 미분회로를 포함하는 경우, 적분회로의 스테이지 차수(S), 데시메이터 팩터(R) 및 미분회로의 지연차수(M)에 기초해 상기 누적 이득은 [(R*M)^S]와 같이 구해질 수 있다. 일 예로, 적분회로의 스테이지 차수(S)가 4, 데시메이터 팩트(R)가 1, 미분회로의 지연차수(M)가 4인 경우, 상기 누적 이득은 256[(1*4)^4]이 될 수 있다.

상기 1차 CIC 필터(732)는, 상기 데시메이터 CIC 필터로 부터의 카운트값을 로프패스 기능에 해당되는 이동평균을 취해 노이즈를 제거할 수 있다.

도 11은 도 10의 주요 신호에 대한 일 예시도이다.

도 11을 참조하면, 전술한 바와같이, 기준 클럭신호(CLK_ref)는 주파수 다운 컨버터(710)에 입력되는 기준 신호이고, 외부 크리스탈에 의한 신호가 될 수 있고 IC 내부 PLL이나 RC 등의 발진 신호가 될 수 있다.

분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)는 주파수 다운 컨버터(710)에서 기준 클럭신호(CLK_ref)를 분주비(N)로 분주해서 생성되는 신호이다.

발진신호(LCosc)는, 발진회로(600)에서 생성된 신호이고, 상기 발진신호(LCosc)의 주파수는 기준 클럭신호(CLK_ref)의 주파수보다 높을 수 있다.

도 12는 조작 검출기의 일 예시도이다.

도 12를 참조하면, 상기 조작 검출기(800)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력받은 상기 카운트값(LC_CNT)을 미분하여 차분값(Diff)을 생성하고, 상기 차분값(Diff)을 기설정된 터치 임계치(T_TH) 및 포스 임계치(F_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 서로 다른 검출정보를 갖는 터치 검출 신호(DF)를 출력할 수 있다.

예를 들어, 상기 조작 검출기(800)는, 딜레이회로(810), 감산회로(820), 터치-포스 슬로프 검출회로(830)를 포함할 수 있다.

상기 딜레이회로(810)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력받은 상기 카운트값(LC_CNT)을 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl)에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여, 딜레이 카운트값(LC_CNT_Delay)을 출력할 수 있다. 여기서, 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl)에 따라, 딜레이 시간이 결정될 수 있다.

상기 감산회로(820)는, 상기 딜레이회로(810)로부터의 상기 딜레이 카운트값(LC_CNT_Delay)에서 상기 카운트값(LC_CNT)을 감산하여 차분값(Diff)을 생성할 수 있다. 여기서, 차분값(Diff)은 카운트 값(LC_CNT)의 슬로프 변화가 될 수 있다. 카운트 값(LC_CNT)은 현재 카운트된 값에 해당하고, 딜레이 카운트 값(LC_CNT_Delay)은 현재로부터 소정의 딜레이 시간 이전에 카운트된 값에 해당한다.

상기 터치-포스 슬로프 검출회로(830)는, 상기 감산회로(820)로부터 입력받은 상기 차분값(Diff)을 기설정된 터치 임계치(T_TH) 및 포스 임계치(F_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 서로 다른 검출정보를 갖는 터치 검출 신호(DF)를 출력할 수 있다.

예를 들어, 터치-포스 슬로프 검출회로(830)는, 감산회로(820)에서 출력되는 터치/포스 슬로프에 대한 차분값(Diff), 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys, TH_Time) 및 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys, FH_Time)과 비교하여, 차분값(Diff)이 터치 임계치(T_TH) 보다 작으면, 터치로 인식할 수 있고 제1 정보를 갖는 검출 신호(DF)를 출력할 수 있다. 이와 달리, 차분값(Diff)이 포스 임계치(F_TH) 보다 큰 경우, 포스로 인식할 수 있고 제2 정보를 갖는 검출 신호(DF)를 출력할 수 있다. 또한, 일정시간 동안에 차분값(Diff)이 터치 임계치(T_TH) 보다 작고, 포스 임계치(F_TH) 보다 큰 경우가 있으면 터치-포스로 인식할 수 있고 제3 정보를 갖는 검출신호(DF)를 출력할 수 있다.

일 예로, 제1 정보, 제2 정보 및 제3 정보는 서로 다른 펄스폭이 될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 상기 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys, TH_Time)에서, T_TH는 터치 임계치, TU_Hys 및 TL_Hys은 터치 히스테리시스의 상한치 및 하한치이고, TH_Time은 터치 유지 시간을 판단하기 위한 미리 정해진 시간이다. 상기 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys, FH_Time)에서, F_TH는 포스 임계치이고, FU_Hys 및 FL_Hys는 포스 히스테리시스의 상한치 및 하한치이고, FH_Time은 포스 유지 시간을 판단하기 위한 미리 정해진 시간이다.

이와 같이, 슬로프에 대한 차분값(Diff)을 이용하면 온도 드리프트에 대한 오류를 방지할 수 있고, 또한 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys) 및 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys)을 이용하면 센싱 정확도를 개선할 수 있다.

도 13은 도 12의 터치-포스 슬로프 검출회로의 일 예시도이다.

도 13을 참조하면, 상기 터치-포스 슬로프 검출회로(830)는, 슬로프 검출기(831), 터치 슬로프 검출기(832), 포스 슬로프 검출기(833), 및 검출신호 생성기(834)를 포함할 수 있다.

슬로프 검출기(831)는, 입력받은 슬로프의 차분값(Diff)이 폴링(하강) 방향인지, 라이징(상승) 방향인지, 또는 하강후 상승인지를 판별하게 된다.

예를 들어, 슬로프 검출기(831)는, 상기 차분값(Diff)이 폴링(하강)인지 라이징(상승)인지를 판별하여, 폴링(하강)이면 액티브 상태의 제1 인에이블 신호(En1=1)를 출력하고, 라이징(상승)이면 액티브 상태의 제2 인에이블 신호(En2=1)를 출력할 수 있다.

터치 슬로프 검출기(832)는, 상기 제1 인에이블 신호(En1)가 액티브 상태(En1=1)가 되면, 상기 차분값(Diff)이 미리 정해진 시간(TH_Time) 동안 폴링 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys)의 터치 임계치(T-TH) 이하값이 되면 터치 검출 신호(T_Det)를 발생할 수 있다. 예를 들어, 터치 슬로프 검출기(832)는 인에이블 신호가 하이 엑티브 상태(Enb=1)가 되면, 입력되는 차분값이 미리 정해진 시간(TH_Time) 동안 일정구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys)의 터치 임계치(T-TH) 이하값이 되면 출력신호(T_Det)를 발생하고 아니면 초기화 신호(Clr)를 발생한다.

포스 슬로프 검출기(833)는, 상기 제2 인에이블 신호(En2)가 액티브 상태(En2=1)가 되면, 차분값(Diff)이 미리 정해진 시간(FH_Time)동안 라이징 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys)의 포스 임계치(F-TH) 이상값이 되면 포스 검출 신호(F_Det)를 발생할 수 있다. 예를 들어, 포스 슬로프 검출기(833)는 인에이블 신호가 하이 액티브 상태(Enb=1)가 되면, 입력되는 차분값이 미리 정해진 시간(FH_Time)동안 일정구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys)의 포스 임계치(F-TH) 이상값이 되면 출력신호(F_Det)를 발생하고 아니면 초기화 신호(Clr)를 발생한다. 한다.

검출신호 생성기(834)는, 상기 터치 검출 신호(T_Det) 및 포스 검출 신호(F_Det)를 기초로 서로 다른 검출정보를 갖는 터치 검출 신호(DF)를 생성할 수 있다.

예를 들어, 상기 터치 검출 신호(DF)를 생성하는 과정은 터치 검출 신호(T_Det) 및 포스 검출 신호(F_Det)가 개별적 또는 동시에 액티베이션(Activation) 되었는지 여부와 상기 신호(T_Det, F_Det))의 액티베이션(Activation) 시간 간격(PH_Time)을 기초로 생성할 수 있다.

일 예로, 상기 검출신호 생성기(834)는, 상기 터치 검출 신호(T_Det) 및 포스 검출 신호(F_Det)를 기초로, 상기 차분값(Diff)이 제1 주파수 변화특성(예, 하강후 상승, 도 15 참조)이면 터치인가에 대응되는 검출정보를 포함하는 터치 검출 신호(DF)를 생성할 수 있다.

또한, 상기 검출신호 생성기(834)는, 상기 터치 검출 신호(T_Det) 및 포스 검출 신호(F_Det)를 기초로, 상기 차분값(Diff)이 제2 주파수 변화특성(예, 상승후 하강, 도 16 참조)이면 포스인가에 대응되는 검출정보를 포함하는 터치 검출 신호(DF)를 생성할 수 있다.

그리고, 상기 검출신호 생성기(834)는, 상기 터치 검출 신호(T_Det) 및 포스 검출 신호(F_Det)를 기초로, 상기 차분값(Diff)이 제3 주파수 변화특성(예, 하강, 상승 및 하강, 도 17 참조)이면 터치-포스인가에 대응되는 검출정보를 포함하는 터치 검출 신호(DF)를 생성할 수 있다.

이어서, 최종적으로 터치 검출신호(DF)의 생성이 완료되면, 상기 검출신호 생성기(834)는, 슬로프 검출기(831), 터치 슬로프 검출기(832), 포스 슬로프 검출기(833)에 초기화 신호(clr)를 생성하여 제공할 수 있다.

도 14는 터치인가시의 카운트값의 드리프트 및 슬로프 변화에 대한 일 예시도이다.

도 14를 참조하면, 인체(예, 손)로 터치부재를 연속해서 접촉시에는 터치부재를 통한 인덕터 소자의 온도변화가 발생되고, 이 온도변화에 의한 카운터값의 하강 드리프트(drift)가 발생하게 된다. 이러한 이유로 접촉여부를 판단하기 위해서는 절대적인 카운터 레벨을 사용하지 않고 슬로프(slope) 변화를 사용하면, 온도 드리프트에 의한 영향을 배제시킬 수 있다.

이에 따라, 인체(예, 손)에 의한 접촉은 초기상태에서 슬로프(Slope)의 변화는, 하강-상승, 또는 상승-하강에 해당되는 제1 및 제2 주파수 변화특성을 보인다.

또한 터치와 포스가 혼재되어 진행될 경우, 터치 및 포스 모두는 터치 슬로프와 포스 슬로프를 포함하는 하나의 형태, 즉 하강, 상승 및 하강에 해당되는 제3 주파수 변화특성을 보인다.

도 15는 터치만(Touch only)에 의한 제1 주파수 변화 특성을 보이는 카운트값 예시도이고, 도 16은 포스만(Force Only)에 의한 제2 주파수 변화 특성을 보이는 카운트값 예시도이며, 도 17은 터치-포스(Touch-Force)에 의한 제3 주파수 변화 특성을 보이는 카운트값 예시도이다.

도 15 내지 도 17을 참조하여 하나의 인덕터 소자를 사용해서 터치와 포스를 구분하는 방식을 설명하면, 먼저, 하우징의 터치부재 내측에 배치 인덕터 소자에 인체 등의 전도체가 근처에 다가가거나 살짝 닿았을 경우 측정된 파형은 도 15에 도시된 바와 같고, 전도체가 아닌 비전도체로 접촉했을 경우는 터치동작이 발생되지 않고 포스 동작만 수행하게 되는데 그에 대한 파형은 도 16에 도시된 바와 같다. 그리고 인체 등의 전도체가 처음에는 살짝 닿았다가 점점더 힘을 줘서 누르게 되면 터치와 포스가 순차적으로 수행하게 되는데 그에 대한 파형은 도 17에 도시된 바와 같다.

일 예로, 도 15을 참조하면, 터치만(Touch Only) 동작 시에는 커패시티브(Capacitive) 센싱을 수행하여 센싱된 카운트값(Counter Value)값이 줄어들고, 손을 뗄 경우 카운트값(Count Value)값이 원래 상태로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상을 기초로 슬로프(Slope)값을 확인하면 접촉 시 하강하고 비접촉 시 상승하는 것, 즉 주파수가 하강후 상승하는 제1 주파수 변화특성을 확인할 수 있다.

도 16를 참조하면, 포스만(Force Only)으로 동작할 경우 인덕티브(Inductive) 센싱을 수행하여 센싱된 카운트값(Counter Value)값이 증가하고, 접촉 물질을 뗄 경우 카운트값(Count Value)값이 원래 상태로 감소하는 것, 즉 주파수가 상승후 하강하는 제2 주파수 변화특성을 확인할 수 있다.

도 17를 참조하면, 인체 등의 전도체에 의하여 터치와 포스를 동시에 수행한다면, 전도체가 접촉면 근처에 있거나 살짝 닿는다면 터치동작(커패시티브 센싱)이 수행되어 카운터값이 감소하다가, 전도체가 일정양의 힘이 가해져서 터치부재를 내측으로 휘게 만들어 터치부재가 인덕터 소자와 가까워지면 포스동작(인덕티브 센싱)이 수행되어 카운터값이 하강-증가 및 하강하게 되는 것. 즉 주파수는 감소-증가-감소하는 제3 주파수 변화특성을 보이게 됨을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 실시 예가 전기 기기에 적용되면, 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 구현 가능하고, 커패시티브 센싱과 다르게 변환기(ADC)가 필요 없고 응용구조로 터치부재의 타겟면에 바로 붙여 구현 시 스페이저(Spacer) 구조물이 없어 쉽게 구현 가능한 장점이 있으며, 또한 방진방수 스위치 구현이 가능하며, 습한 환경에서도 기존과는 달리 센싱이 가능하다.

도 18은 터치 센싱 장치의 적용 예시도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 조작 센싱 장치의 복수의 적용예1 내지 적용예7을 보이고 있다.

도 18의 적용예1은, 블루투스 헤드셋의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용하는 예이고, 도 18의 적용예2는, 블루투스 이어셋의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용하는 예이다. 일 예로, 블루투스 헤드셋 및 블루투스 이어폰의 온/오프 전원스위치를 대체하여 적용될 수 있다.

도 18의 적용예3은, 안경의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용하는 예이다. 일 예로, 구글 글래스, VR, AR 등의 장치의 전화, 메일, 홈버튼 등의 기능을 수행하는 버튼을 대체하여 적용될 수 있다.

도 18의 적용예4는, 차량의 도어락 버튼을 대체하여 적용하는 예이다. 도 18의 적용예5는, 차량의 스마트키의 버튼을 대체하여 적용하는 예이다. 도 18의 적용예6은, 컴퓨터의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용하는 예이다. 그리고, 도 18의 적용예7은, 냉장고의 동작 제어를 위한 동작 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예이다.

이외에도, 노트북의 볼륨 및 전원 스위치, VR, HMD(Head mounted Display), 블루투스 이어폰, 스타일러쉬 터치팬 등의 스위치를 대체하여 사용할 수 있고, 또한, 가전제품의 모니터, 냉장고, 노트북 등의 버튼을 대체하여 사용할 수 있다.

예를 들어, 동작제어용 버튼은, 적용되는 장치의 커버 또는 프레임 또는 하우징에 일체화되어 배치될 수 있고, 파워 온오프, 볼륨의 조절, 기타 특정 기능(뒤로가기, 홈이동, 잠금 등)을 수행하는데 사용 될 수 있다.

또한 해당 기능(뒤로가기, 홈이동, 잠금 등)을 수행함에 있어 복수의 기능을 수행하도록 복수의 터치 스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 터치 조작 센싱 장치는 상기 언급된 장치에 한정되지 않고 스위치가 필요한 모바일 및 웨어러블 등의 장치에 적용 할 수 있다. 또한 본 발명의 터치 스위치를 적용함으로써 일체화 된 디자인을 구현할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

10: 모바일 기기
200: 기판
300: 전도체
400: 브라켓
500: 하우징
600: 발진회로
610: 인덕턴스 회로
620: 커패시턴스 회로
700: 주파수-디지털 컨버터
800: 조작 검출기
900: 조작 검출 회로
LE1: 인덕터 소자
CE1: 커패시터 소자
CS: 회로부
TSW: 터치 스위치부

Claims

하우징과 일체로 이루어진 터치부재를 포함하는 터치 조작부를 갖는 전자 기기에 적용될 수 있는 터치 센싱 장치에 있어서,
상기 터치부재의 내측면에 배치된 일면을 갖는 기판;
상기 기판의 일면의 반대측인 타면에 실장된 인덕터 소자;
상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 인덕터 소자와 소정간격 이격된 전도체;
상기 인덕터 소자를 포함하여, 상기 터치부재를 통한 터치인가, 및 터치-포스 인가 각각에 대해 서로 다른 주파수 변화특성을 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 및
상기 발진회로로부터의 발진신호의 주파수 변화특성에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하는 조작 검출 회로; 를 포함하고,
상기 터치부재를 통해 상기 터치-포스 인가시, 상기 인덕터 소자와 상기 전도체와의 간격이 변화되고, 이러한 간격 변화에 따라 상기 발진회로의 인덕턴스가 가변되는
터치 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 발진회로는,
상기 인덕터 소자를 포함하는 인덕턴스 회로;
상기 기판에 실장되고 상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자를 포함하는 커패시턴스 회로; 및
상기 인덕턴스 회로 및 커패시턴스 회로에 의한 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 증폭회로;
를 포함하는 터치 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 전도체는
상기 하우징의 내부에 설치된 브라켓에 의해 지지되고,
상기 전도체는, 상기 브라켓에 의해, 상기 인덕터 소자와 소정간격 이격되는
터치 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 발진회로는,
상기 터치부재를 통한 터치인가시, 커패시턴스의 가변에 따른 제1 주파수 변화특성을 갖는 상기 발진신호를 생성하고,
,
상기 터치부재를 통한 터치-포스 인가시, 커패시턴스의 가변 및 인덕턴스의 가변에 따른 제3 주파수 변화특성을 갖는 발진신호를 생성하는
터치 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 조작 검출 회로는
상기 발진회로로부터의 상기 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 카운트값을 생성하는 주파수 디지털 컨버터; 및
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하는 조작 검출기;
를 포함하는 터치 센싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
기준 클럭 신호를 기준 주파수 분주비를 이용해 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하는 주파수 다운 컨버터;
상기 주파수 다운 컨버터로부터 입력받은 상기 분주된 기준 클럭신호의 1주기 시간을, 상기 발진신호를 이용해 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값을 출력하는 주기 타이머; 및
상기 주기 타이머로부터 입력받은 상기 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는 CIC 필터회로;
를 포함하는 터치 센싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 조작 검출기는,
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 딜레이 제어 신호에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여, 딜레이 카운트값을 출력하는 딜레이회로;
상기 딜레이회로로부터의 상기 딜레이 카운트값에서 상기 카운트값을 감산하여 생성된 차분값을 출력하는 감산회로; 및
상기 감산회로로부터 입력받은 상기 차분값을 기설정된 터치 임계치 및 포스 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 서로 다른 검출정보를 갖는 터치 검출 신호를 출력하는 터치-포스 슬로프 검출회로;
를 포함하는 터치 센싱 장치.
제7항에 있어서, 상기 터치-포스 슬로프 검출회로는,
상기 차분값이 폴링(하강)인지 라이징(상승)인지를 판별하여, 폴링(하강)이면 액티브 상태의 제1 인에이블 신호(En1=1)를 출력하고, 라이징(상승)이면 액티브 상태의 제2 인에이블 신호(En2=1)를 출력하는 슬로프 검출기;
상기 제1 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 상기 차분값이 미리 정해진 시간 동안 폴링 구간의 터치 임계치 이하값이 되면 터치 검출 신호를 발생하는 터치 슬로프 검출기;
상기 제2 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 차분값이 미리 정해진 시간동안 라이징 구간의 포스 임계치 이상값이 되면 포스 검출 신호를 발생하는 포스 슬로프 검출기; 및
상기 터치 검출 신호 및 포스 검출 신호를 기초로 서로 다른 검출정보를 갖는 터치 검출 신호를 생성하는 검출신호 생성기;
를 포함하는 터치 센싱 장치.
하우징과 일체로 이루어진 터치부재를 포함하는 터치 조작부;
상기 터치부재의 내측면에 배치된 일면을 갖는 기판;
상기 기판의 일면에 반대측인 타면에 실장된 인덕터 소자;
상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 인덕터 소자와 소정간격 이격된 전도체;
상기 인덕터 소자를 포함하여, 상기 터치부재를 통한 터치인가, 및 터치-포스 인가 각각에 대해 서로 다른 주파수 변화특성을 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 및
상기 발진회로로부터의 발진신호의 주파수 변화특성에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하는 조작 검출 회로; 를 포함하고,
상기 터치부재를 통해 상기 터치-포스 인가시, 상기 인덕터 소자와 상기 전도체와의 간격이 변화되고, 이러한 간격 변화에 따라 상기 발진회로의 인덕턴스가 가변되는
전자 기기.
제9항에 있어서, 상기 발진회로는,
상기 인덕터 소자를 포함하는 인덕턴스 회로;
상기 기판에 실장되고 상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자를 포함하는 커패시턴스 회로; 및
상기 인덕턴스 회로 및 커패시턴스 회로에 의한 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 증폭회로;
를 포함하는 전자 기기.
제9항에 있어서, 상기 전도체는
상기 하우징의 내부에 설치된 브라켓에 의해 지지되고,
상기 전도체는, 상기 브라켓에 의해, 상기 인덕터 소자와 소정간격 이격되는
전자 기기.
제9항에 있어서, 상기 발진회로는,
상기 터치부재를 통한 터치인가시, 커패시턴스의 가변에 따른 제1 주파수 변화특성을 갖는 상기 발진신호를 생성하고,
상기 터치부재를 통한 터치-포스 인가시, 커패시턴스의 가변 및 인덕턴스의 가변에 따른 제3 주파수 변화특성을 갖는 발진신호를 생성하는
전자 기기.
제9항에 있어서, 상기 조작 검출 회로는
상기 발진회로로부터의 상기 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 카운트값을 생성하는 주파수 디지털 컨버터; 및
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 기초해 터치인가, 및 터치-포스 인가중에서 적어도 하나를 검출하는 조작 검출기;
를 포함하는 전자 기기.
제13항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
기준 클럭 신호를 기준 주파수 분주비를 이용해 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하는 주파수 다운 컨버터;
상기 주파수 다운 컨버터로부터 입력받은 상기 분주된 기준 클럭신호의 1주기 시간을, 상기 발진신호를 이용해 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값을 출력하는 주기 타이머; 및
상기 주기 타이머로부터 입력받은 상기 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는 CIC 필터회로;
를 포함하는 전자 기기.
제13항에 있어서, 상기 조작 검출기는,
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 딜레이 제어 신호에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여, 딜레이 카운트값을 출력하는 딜레이회로;
상기 딜레이회로로부터의 상기 딜레이 카운트값에서 상기 카운트값을 감산하여 생성된 차분값을 출력하는 감산회로; 및
상기 감산회로로부터 입력받은 상기 차분값을 기설정된 터치 임계치 및 포스 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 서로 다른 검출정보를 갖는 터치 검출 신호를 출력하는 터치-포스 슬로프 검출회로;
를 포함하는 전자 기기.
제15항에 있어서, 상기 터치-포스 슬로프 검출회로는,
상기 차분값이 폴링(하강)인지 라이징(상승)인지를 판별하여, 폴링(하강)이면 액티브 상태의 제1 인에이블 신호(En1=1)를 출력하고, 라이징(상승)이면 액티브 상태의 제2 인에이블 신호(En2=1)를 출력하는 슬로프 검출기;
상기 제1 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 상기 차분값이 미리 정해진 시간 동안 폴링 구간의 터치 임계치 이하값이 되면 터치 검출 신호를 발생하는 터치 슬로프 검출기;
상기 제2 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 차분값이 미리 정해진 시간동안 라이징 구간의 포스 임계치 이상값이 되면 포스 검출 신호를 발생하는 포스 슬로프 검출기; 및
상기 터치 검출 신호 및 포스 검출 신호를 기초로 서로 다른 검출정보를 갖는 터치 검출 신호를 생성하는 검출신호 생성기;
를 포함하는 전자 기기.