KR102640163B1 - 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법 - Google Patents

터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 화면이 보호커버에 의해 덮인 디스플레이에 적용되고, 상기 보호커버의 전면으로부터 소정 거리 이격된 위치에 터치물체가 이르거나 상기 터치물체가 상기 보호커버의 전면에 접촉하면 터치로 인식하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법에 관한 것으로, (a) 제어부에 의해 평균 수광량이 구해지되, 상기 평균 수광량은 터치가 인식되지 않은 상태에서 발광소자로부터 출사되어 수광소자로 수광된 수광량을 바탕으로 정의되는 단계와, (b) 터치가 인식된 상태에서 상기 제어부에 의해 실시되고, 상기 평균 수광량 및 현재시점에서 상기 수광소자의 현재 수광량을 바탕으로, 상기 터치물체의 접촉 압력으로 인한 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함한다.

Description

터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법{Physical contact recognition method of touch sensor}
본 발명은, 터치 센서의 터치면을 형성하는 보호커버에 터치물체가 소정의 압력이상으로 직접 접촉하였는지를 판단하기 위한 방법에 대한 것이다.
터치스크린을 사용하는 키오스크, 퍼블릭 디스플레이, ATM 기기, 게이밍머신 등에는 정전식 또는 광학식 터치기술이 주로 사용되고 있다. 이러한 터치스크린 기기는 디스플레이의 상부에 투명 보호커버가 설치되는데, 정전식 터치 센서는 보호커버의 하면에 투명전극을 배치하고 보호커버의 상면에 손가락(인체)이 접촉할 때 발생하는 정전 간섭에 의한 전극의 정전용량 변화를 검출하여 터치위치를 검출하는 방식이다. 이러한 정전식 터치 센서는 장갑 낀 손가락에 의한 터치도 인식할 수 있도록 터치 센서의 감도를 매우 높게 설정할 수 있으며, 전기적 노이즈에 대한 강성을 높이기 위해 전극에 흐르는 전류량을 높게 설정할 수도 있다. 이러한 경우에 정전식 터치 센서는 손가락이 보호커버에 근접할 경우 보호커버에 직접적인 접촉이 이루어지기 전에 터치가 이루어진 것으로 판단할 수 있게 된다.
광학식 터치 센서는 보호커버의 상측의 외곽을 따라 적외선 발광소자와 수광소자를 배치하고 순차적으로 발광소자를 구동시켜서, 보호커버의 상측에 발광소자와 수광소자 간의 광 경로를 형성한다. 터치물체에 의해 발광소자와 수광소자 간의 광 경로가 차단될 경우에 수광소자에 입사되는 광량이 줄어드는 점을 이용하여 터치위치를 검출하는 방법이다. 이러한 광학식 터치 센서는 보호커버의 상측으로 상기 광경로가 일정량 이격 될 수밖에 없는 구조이기 때문에 터치물체가 보호커버에 근접할 경우 터치물체가 보호커버에 직접 접촉하기 전에 터치가 이루어진 것으로 판단할 수 있다. 이러한 사전터치 (Pretouch)는 키오스크, ATM 기기 등에서 문제가 될 수 있으며, 특히 카지노 게이밍 기기 등에서는 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 정전식 터치 센서는 터치감도를 상당히 낮추어야 하는데 이 경우에 장갑 낀 손이나 건조한 손가락에 대해 인식이 이루어지지 않을 수 있다. 광학식 터치 센서는 보호커버 상측으로의 광 경로 이격을 최소화하기 위해 발광소자와 수광소자를 보호커버의 상면 즉 터치면에 최대한 근접시켜 설치하기도 하는데 너무 근접시킬 경우 보호커버의 측면에 광 경로가 가려지거나 차단될 수 있어서 사전터치의 문제를 완전히 해결할 수 없다.
다른 방법으로 보호커버에 가해지는 힘을 검출하기 위해 보호커버의 하부 모퉁이에 압력센서를 설치하거나 터치에 의한 보호커버의 변위를 검출해내기 위해 변위검출을 위한 전극을 추가로 설치하기도 하는데 비용과 복잡성을 증가시키는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보호커버 상부의 터치면의 접촉에 따른 보호커버 형상의 미세한 변화를 감지하여 소정의 압력이상으로 보호커버에 터치가 이루어질 경우에만 동작하는 터치 센싱 방법을 제공하는 것이다. 특히 광학식 터치스크린에서 기존의 센서구조를 그대로 활용하면서 터치면의 물리적인 접촉을 식별해 낼 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 화면이 보호커버에 의해 덮인 디스플레이에 적용되고, 상기 보호커버의 전면으로부터 소정 거리 이격된 위치에 터치물체가 이르거나 상기 터치물체가 상기 보호커버의 전면에 접촉하면 터치로 인식하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법에 관한 것이다.
상기 방법은, (a) 제어부에 의해 평균 수광량이 구해지되, 상기 평균 수광량은 터치가 인식되지 않은 상태에서 발광소자로부터 출사되어 수광소자로 수광된 수광량을 바탕으로 정의되는 단계와, (b) 터치가 인식된 상태에서 상기 제어부에 의해 실시되고, 상기 평균 수광량 및 현재시점에서 상기 수광소자의 현재 수광량을 바탕으로, 상기 터치물체의 접촉 압력으로 인한 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함한다.
상기 터치 센서는, 상기 보호커버의 전면으로부터 이격된 높이에 상기 발광소자 및 상기 수광소자가 각각 다수개가 배치되어, 상기 다수개의 발광소자 및 수광소자에 의해 다수개의 광 경로가 정의되는 것일 수 있다.
상기 (a)단계는, (a1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해 상기 평균 수광량을 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b)단계는, (b1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해서 상기 수광소자에 의해 획득된 현재 수광량을 구하는 단계와, (b2) 상기 (a1)단계에서 광 경로 각각에 대해서 구한 평균 수광량과, 상기 (b1)단계에서 광 경로 각각에 대해서 구한 현재 수광량을 바탕으로 터치에 영향을 받지 않는 광 경로를 판별하는 단계와, (b3) 상기 (b2)단계에서 판별된 상기 터치에 영향을 받지 않는 광 경로에서의 상기 현재 수광량과 상기 평균 수광량을 바탕으로 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b2)단계는, 적어도 한 번의 이전 터치 감지 스캔에 대한 광 경로별 평균 수광량을 정의하고, 각 광 경로별로 현재 수광량과 광 경로별 평균 수광량을 비교하여 터치에 영향을 받지 않는 광 경로인지를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 터치 센서는, 상기 보호커버의 전면으로부터 이격된 높이에 상기 발광소자 및 상기 수광소자가 각각 다수개가 배치되어, 상기 다수개의 발광소자 및 수광소자에 의해 다수개의 광 경로가 정의되고, 상기 (a)단계는 (a1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해 상기 평균 수광량을 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b)단계는, (b1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해서 상기 수광소자에 의해 획득된 현재 수광량을 구하는 단계와, (b2) 터치가 인식된 지점을 둘러싸는 소정의 영역을 데드존으로 정의하고, 상기 데드존을 지나지 않는 광 경로를 터치에 영향을 받지 않는 광 경로로 설정하는 단계와, (b3) 상기 (b2)단계에서 판별된 상기 터치에 영향을 받지 않는 광 경로에서의 상기 현재 수광량과 상기 평균 수광량을 바탕으로 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b2)단계는, 상기 데드존의 외측에서 상기 데드존을 둘러싸는 소정의 영역을 지나는 광 경로를 상기 터치에 영향을 받지 않는 광 경로로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발광소자와 상기 수광소자는, 상기 디스플레이의 화면과 상기 보호커버 사이에 광 경로를 형성할 수 있다.
상기 보호커버는, 터치에 따라 정전 용량이 변화하는 정전 글래스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 화면을 덮는 보호커버를 구비한 디스플레이에 적용되어, 상기 보호커버의 전면으로부터 소정 거리 이격된 위치에 터치물체가 이르거나 상기 터치물체가 상기 보호커버의 전면에 접촉하면 터치로 인식하는 터치 센서에 관한 것이다.
상기 터치 센서는, 광을 출사하는 발광소자와, 상기 발광소자로부터 출사된 광을 수신하는 수광소자와, 상기 보호커버의 변형에 따른 상기 수광소자의 수광량 변화를 바탕으로 상기 터치물체의 접촉 압력으로 인한 상기 보호커버의 변형을 감지하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 터치 센서의 물리적 접촉 인식방법은, 디스플레이의 화면을 보호하는 보호커버에 터치물체가 직접 접촉하였는지 여부를 식별할 수 있다. 특히, 광학식 터치에서는 부품의 추가나 구조 변경 없이 기존의 구조를 그대로 유지하면서 보호커버의 접촉을 식별할 수 있는 방법을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 도시한 것으로, 도 1의 (a)는 광학식 터치 센서의 측면 구조의 일례이고, (b)와 (c)는 광학식 터치 센서에서 발광소자와 수광소자의 배치에 따른 광 경로를 보인 것이다.
도 2는 발광소자와 수광소자 간의 광 경로를 모식적으로 도시한 것이다.
도 3은 보호커버의 배면에 압력센서가 설치된 종래의 터치 센서를 도시한 것이다.
도 4는 터치물체가 없을 경우에 보호커버의 형상에 따른 직사광과 반사광의 경로를 도시한 것이다.
도 5는 접촉에 대한 민감성을 높이기 위한 방법의 예시들을 보인 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서들을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서를 도시한 것이다.
도 8은 데드존을 이용하여 터치물체에 영향을 받지 않는 광 경로를 정의하는 방법을 설명하는데 참조되는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도 록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 터치 센서는 화면이 보호커버에 의해 덮여있는 디스플레이에 적용되는 것이다. 상기 보호커버는 투명한 재질로 이루어져 상기 화면에 표시된 아이콘 등의 객체가 외부에서 보일 수 있도록 투과시킨다. 상기 터치 센서는, 사용자가 상기 객체를 선택하고자 손가락이나 터치펜 등을 이용하여 상기 보호커버에 접촉하는 경우, 이를 터치로 인식하기 위한 것이나, 앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 설명한 바와 같이 손가락 등의 터치물체가 상기 보호커버에 접촉하지 않은 상태에서도 터치로 인식하게 되는 경우가 있다. 따라서, 이하, '터치로 인식하는 경우'란 터치물체가 상기 보호커버에 물리적으로 접촉된 경우일 수도 있으나, 제어부에 의해 터치로 인식은 되나 물리적으로는 접촉되지 않은 경우일 수도 있음을 전제로 한다.
본 발명의 터치 센서는, 손가락 등의 물리적 접촉에 의해 야기되는 보호커버의 변형을 감지하기 위한 적어도 하나의 발광소자와 상기 적어도 하나의 발광소자와 대응하는 적어도 하나의 수광소자를 구비한다.
여기서, 상기 발광소자와 상기 수광소자는 터치 인식을 겸하는 것일 수 있으나(예를 들어, 광학식 터치 센서), 터치 인식과는 별개로 보호커버의 변형만을 감지하기 위한 것일 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 도시한 것으로, 도 1의 (a)는 광학식 터치 센서의 측면 구조의 일례이고, (b)와 (c)는 광학식 터치 센서에서 발광소자와 수광소자의 배치에 따른 광 경로를 보인 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 설명한다.
디스플레이(1)는, 예시적으로 LCD(Liquid Crystal Display, OLED(Organic LED) 디스플레이일 수 있으나, 화면에 이미지, 영상, 아이콘 등의 객체를 표시할 수 있으면 족한 것으로 그 종류에 제한은 없다. 보호커버(2)는 투명한 재질로 이루어진 평판형태로써 디스플레이(1)의 화면을 덮도록 배치된다.
터치 센서(10)는 다수개의 발광소자(11)와, 다수개의 발광소자(11)와의 다수개의 광 경로들을 형성하는 다수개의 수광소자(12)와, 발광소자(11)와 수광소자(12)를 제어함과 아울러 센서(10) 전반에 대한 제어를 수행하는 제어부(15)를 포함할 수 있다.
수광소자(12)와 발광소자(11)를 지지하는 프레임(13)이 더 구비될 수 있다. 프레임(13)에 의해 수광소자(12)와 발광소자(11)가 보호커버(2)의 전면으로부터 이격된 위치에 유지될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 프레임(13)은 보호커버(2)의 둘레에 끼워지는 형태일 수 있다. 보호커버(2)는 프레임(13)에 의해 지지되는 것일 수 있다. 다르게는, 보호커버(2)가 다른 별도의 수단에 의해 지지된 상태에서, 보호커버(2)에 의해 프레임(13)이 지지될 수도 있다.
제어부(15)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
발광소자(11)는 광을 출사하는 광원일 수 있으며, 바람직하게는 적외선 LED이나, 이에 한정되어야 하는 것은 아니다. 그리고, 수광소자(12)는 광을 수신(수광)하는 센서일 수 있으며, 바람직하게는 포토 다이오드나 포토 트랜지스터이나, 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
도 1의 (b)와 (c)는 보호커버(2)의 둘레에 다수개의 발광소자(11)와 수광소자(12)가 배치되는 것을 보이고 있는데, 도 1의 (b)는 연속적으로 배치된 다수개의 발광소자(11)와 이에 대응하는 다수개의 수광소자(12)가 대칭으로 배치된 경우이고, 도 1의 (c)는 보호커버(2)의 둘레를 따라서 발광소자(11)와 수광소자(12)가 교대로 배치된 사례이다.
도 1의 (b)와(c)에 각각의 경우에 대해 보호커버(2)의 상부에 형성되는 광 경로를 하나의 발광소자(11)에 대해서만 도시하였다. 그러나, 실질적으로는 터치 감지를 위한 스캔을 통해 모든 발광소자(11)가 순차적으로 발광되도록 구성되므로 수많은 광 경로가 보호커버(2)의 상부에 형성되게 된다.
도 2는 발광소자와 수광소자 간의 광 경로를 모식적으로 도시한 것이다. 도 2에서 나타냈듯이 광 경로에는 발광소자로부터의 광이 수광소자로 직접 입사하는 직사광(T)과, 발광소자로부터의 광이 보호커버의 상부에 반사되어 수광소자로 입사하는 반사광(R)이 존재하며, 직사광(T)과 반사광(R)의 합이 수광소자(12)가 수신한 광량(이하, '수광량'이라고 함)이 된다.
수광량의 세기는 터치물체의 유무에 의해 달라지는데, 터치물체가 보호커버(2) 상부의 터치면에 근접함에 따라 터치물체를 향하는 경로상에 있는 직사광의 세기가 감쇄하게 되며, 광학식 터치 센서는 모든 광 경로 들에 대한 수광소자(12)의 수광량을 스캔하여 감쇄량이 일정크기 이상이 되는 광 경로들을 감지할 수 있고, 이러한 광 경로들의 정보를 이용하여 터치물체의 위치를 검출하게 된다. 광학식 터치 센서(10)에서는 광 경로가 보호커버의 전면으로부터 일정 간격 이격되어 있으므로, 터치물체가 보호커버(2)에 접촉하지 않은 상태(즉, 보호커버에 닿기 전에)에서도 터치물체에 의해 광 경로가 차단될 수 있기 때문에, 제어부는 이를 터치가 발생한 것으로 판단하게 된다.
사용자의 확실한 의도에 의한 터치만을 식별하기 위한 기존의 방법으로 도 3에 예시한 것처럼 보호커버(2)의 배면에 압력센서(14)를 설치하여 터치물체가 보호커버(2)에 소정의 압력 이상으로 직접 접촉할 경우에만 터치가 인식되도록 구성할 수도 있다. 이때, 상기 압력센서(14)로는 피에조센서, 스트레인게이지, 정전식 압력센서 등이 사용될 수 있다.
도 4는 터치물체가 없을 경우에 보호커버의 형상에 따른 직사광과 반사광의 경로를 보인다. 여기에서 직사광의 크기는 터치물체가 없을 경우에는 일정하다고 가정할 수 있으며, 반사광의 크기는 보호커버의 형상에 따라 달라질 수 있다.
도 4의 (a)와 같이 보호커버가 평면 일 경우, 반사광(R)은 보호커버의 중간지점에서 반사되어 수광소자(12)로 입사하게 된다. 도 4의 (b)와 같이 보호커버(2)가 대칭적인 곡면일 경우에는 보호커버(2)의 중간지점에서 반사되는 반사광은(R) 도 4의 (a)보다 증가하게 되며, 결과적으로 수광소자(12)의 수광량이 증가하게 된다. 도 4의 (c)와 같이 보호커버가 비대칭 곡면일 경우에는 수광소자(12)로 향하는 반사광의 크기가 감소하여 수광소자(12)의 수광량이 감소하게 되며, 도 4의 (d)와 같이 보호커버(2)가 기울어진 경우에도 수광소자(12)의 수광량은 감소한다.
본 발명은 보호커버(2)의 변형에 따른 반사광의 차이를 감지하여 이를 근거로 보호커버(2)에 터치물체의 접촉이 이루어졌는지를 판단하는 방법에 대한 것이다. 이 방법은 광학식 터치 센서에서 용이하게 구현될 수 있으며, 뒤에 설명하듯이 정전식 등 다른 방식의 터치 센서에도 적용할 수 있다.
터치물체가 보호커버(2)에 접촉하여 소정의 압력을 가할 때 보호커버(2)의 형상변화는 보호커버(2)의 두께, 강도, 재질, 보호커버(2) 지지부의 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 터치물체가 보호커버(2)의 어느 지점을 접촉하였느냐에 따라서도 달라질 수 있다. 일반적인 터치상황에서 이러한 형상변화는 매우 미미할 수 있기 때문에 형상변화에 따른 반사광의 차이를 민감하게 검출할 수 있는 방안이 필요하다.
광학식 터치 센서는 주로 20" 내지 100"의 중대형 디스플레이에 사용되는데 이러한 중대형 디스플레이용 광학식 터치 센서는 수 천에서 수 만개의 광 경로를 갖는다. 예를 들어 32" 디스플레이용 터치 센서는 대략 가로 750mm, 세로 420mm 정도의 크기를 갖는데, 발광소자와 수광소자를 10mm 간격으로 도 1의 (b)와 같은 형태로 배치할 경우, 74 + 41 = 115 개의 발광소자와 수광소자가 필요하며, 각각의 발광소자로부터 대향하는 수광 소자로 향하는 총 광경로의 개수는 (74 x 74) + (41 x 41) = 7157 개가 된다. 따라서, 터치물체에 의한 보호커버(2)의 형상 변화가 미미하더라도 이러한 형상변화가 모든 광 경로에서 반사광의 세기에 미세한 변화를 야기한다면, 모든 광 경로에 대해 이 변화량을 합산할 경우 형상변화에 대한 식별력을 높일 수 있게 된다.
제어부(15)는, 발광소자들(11)을 순차적으로 구동하면서 대향하는 수광소자들(12)로부터 수광량을 구한다. 모든 수광소자들(12)의 수광량, 즉, 모든 광 경로에 대한 수광량이 구해지면 터치 센서의 스캔이 완료되며 구해진 수광량 정보가 저장되고, 제어부(15)는 저장된 수광량 정보를 바탕으로 터치위치(예를 들어, 화면 상의 좌표)와 터치물체의 크기를 검출하게 된다. 이러한 스캔은 반복적으로 또는 주기적으로 이루어질 수 있다.
총 광 경로의 개수를 N이라고 할 때, 현재 시점에 스캔하여 저장한 광 경로 Pn에서의 수광량을 I0(n), 여기서, n=1~N으로 나타내기로 한다. 직전 스캔에서의 광 경로 Pn에서의 수광량은 I-1(n) 로 표현할 수 있다.
스캔 순서에 따라 수광량을 배열하면 다음과 같다.
I-k (n), I-k+1(n), I-k+2(n) ... I-2(n), I-1(n), I0(n)
제어부(15)는 터치가 인식되지 않은 상태에서 구해진 수광소자(12)의 수광량을 바탕으로 평균 수광량 A(n)을 정의할 수 있다. 여기서, 평균 수광량 A(n)은 모든 광 경로들에 대해서 각각 구해질 수 있다.
구체적으로, 평균 수광량 A(n)은, 터치가 인식(또는, 검출)되지 않은 상황에서 과거의 k회의 스캔에 의한 광 경로 Pn에서의 평균 수광량으로써 아래와 같이 표현될 수 있다.
A(n) = 1/k {I-k(n) + I-k+1(n) + I-k+2(n)+ ... + I-2(n) + I-1(n)}, 여기서, n=1, 2, 3 ...N --- (1)
이후, 제어부(15)에 의해 터치가 인식된 상태가 되면, 제어부(15)는 앞서 구한 평균 수광량(A(n))과 터치가 인식된 현재 시점에서 구해진 수광량(즉, 현재 수광량 I0(n))을 바탕으로 보호커버(2)에 대한 물리적 접촉이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 광 경로 Pn에 대해
{A(n)-I0(n)} > TH(n) -----(2)
을 만족하는 경우, 광 경로 Pn은 현재 터치에 의해 가려져서 수광량이 감쇄된 광 경로, 즉, 터치물체에 의해 영향을 받은 광 경로로 간주할 수 있다. 여기서, TH(n)은 수광량의 감쇄정도를 판정하는 기준값으로서, 바람직하게는 A(n)의 30 내지 90 % 크기로 설정되나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
제어부(15)는, 식 (2)를 만족하는 광 경로, 즉, 터치에 의해 수광량이 감쇄된 광 경로들에 대한 정보를 바탕으로 터치물체의 위치(또는, 화면상의 좌표) 및 크기 중 적어도 하나를 검출할 수 있다.
이미 언급하였듯이 광학식 터치 센서에서 수광소자의 수광량은 직사광과 반사광의 합인데, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 수광소자의 수광량 변화 중 보호커버의 형상변화에 따른 반사광의 변화만을 감지해야 하므로, 제어부(15)는 식 (2)를 만족하는 광 경로를 제외하고 나머지 광 경로, 즉, 터치물체에 의해 영향을 받지 않는 광 경로(Pm)에서의 현재 수광량(I0(m))과 평균 수광량(A(m))를 바탕으로 터치물체의 접촉 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 수광량 변화량 D(m)을 반사광으로 인한 수광량의 변화인 것으로 간주하고, D(m)을 바탕으로 터치 물체의 접촉 여부를 판단할 수 있다.
D(m) =|A(m)-I0(m)|, 여기서 m=터치물체에 의해 영향을 받지 않은 광 경로 ---(3)
정확도를 높이기 위해, 제어부(15)는, 터치물체에 의해 영향을 받지 않는 모든 광 경로(Pm)에 대한 수광량 변화량의 평균 M(D(m))을 구하고, 이를 반사광으로 인한 수광량의 변화인 것으로 간주할 수 있다.
M(D(m))= 모든 D(m)의 평균값 --- (4)
한편, 터치에 의한 영향을 받지 않은 광 경로는 식 (2)를 만족하는 광 경로를 제외한 나머지 광경로인 것으로 가정할 수도 있지만, 터치물체의 근방에 있는 광 경로들은 식 (2)를 만족하지는 않더라도 터치물체의 영향으로 수광량이 감쇄되었을 수도 있다. 이러한 광 경로들도 배제하고 터치물체에 의해 전혀 영향을 받지 않은 광 경로만을 구하기 위해서 도 8의 (a)에서와 같이 터치물체를 둘러싸는 데드존(또는 제 1 영역)을 설정하고 이 데드존 영역 밖에 있는 광 경로들을 터치물체에 의해 영향을 받지 않는 광 경로로 정의하거나, 도8의 (b)에서와 같이 데드존 영역밖으로 터치물체를 둘러싸는 소정의 영역(SA, 또는 제 2 영역)을 정의하고 이 영역을 지나는 광경로만을 터치물체에 의해 영향을 받지 않는 광경로로 정의하는 것이 바람직하다. 상기 데드존과 영역 SA는 터치물체의 위치(즉, 터치가 감지된 지점)와 크기를 고려하여 정해질 수 있다.
다른 방법으로는, 아래 식 (5)에서 같이 A(n)과 I0(n)의 차이값의 크기가 기준값 th(n) 보다 작은 경우, 해당 광경로 Pn을 터치물체에 의해 영향을 받지 않는 광 경로로 정의할 수 있다.
|A(n) - I0(n)| < th(n) ---- (5)
여기에서 th(n)은 A(n)의 10% 이내의 크기가 바람직하나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
한편, I0(n) 은 도 4에 예시하였듯이 보호커버의 형상에 따라 증가할 수도 감소할 수도 있으며, 이러한 증감량을 식 (1)의 A(n), 즉, 과거의 k 회의 스캔에 의한 평균 수광량과 절대 비교한 결과는, 보호커버의 형상 변화에 의한 광 경로 Pn에서의 수광량의 변화, 그 중에서도 반사광의 변화로 생각할 수 있다.
따라서, 아래의 식 (6)과 같이 M(D(m))이 기 설정된 Th보다 큰 경우, 보호커버의 형상변화가 발생한 것으로 판단할 수 있게 된다.
M(D(m)) > Th ----- (6)
동일한 압력에 대해 보호커버의 형상 변화는 터치위치 마다 다를 수 있기 때문에, 식 (6)의 Th 는 상수 값일 수도 있지만 터치위치 마다 다른 값으로 설정할 수도 있다.
한편, 보호커버의 형상변화에 따르는 반사광의 변화를 보다 민감하게 검출하기 위해서 식 (4)의 M(D(m))을 아래 식 (7)과 같이 정의할 수 있다.
M(D(m))=값이 큰 순으로 q개의 D(m)의 평균 값 ------ (7)
M(D(m))이 작은 압력의 접촉에도 큰 값을 가져야만 터치물체가 약한 압력으로 터치면에 접촉하여도 민감하게 접촉을 인식할 수 있으며 이를 위해 보호커버의 두께, 강도, 재질, 보호커버 지지부의 구조 등이 적절하게 설정되어야 한다.
보호커버의 두께를 줄이거나 강도를 낮추면 접촉에 대한 민감성을 높일 수는 있으나 제품이 사용되는 환경에 따라 제약이 따를 수 있다. 도 5는 접촉에 대한 민감성을 높이기 위한 방법의 예시들을 보인 것이다. 도 5의(a)는 보호커버(2)가 탄성쿠션(16)에 의해 지지되는 구조이다. 프레임(13)에 구비된 탄성쿠션(16) 상에 보호커버(2)가 배치되며, 보호커버(2)에 접촉이 가해지면, 탄성쿠션(16)이 변형되어 보호커버(2)의 기울기 변화를 유발하므로 반사광량의 변화가 증대된다.
도 5의(b)는 발광소자(11) 및 수광소자(12)와 보호커버(2) 간의 높이방향 이격 거리를 줄여서 발광소자(11)와 수광소자(12) 간에 형성되는 광로의 일부가 보호커버와 중첩되도록 구성되어 있다. 즉, 광 경로의 하측 일부가 보호커버(2)와 중첩되도록 구성되어 있다. 더 나아가, 보호커버(2)의 하부에 탄성쿠션(16)을 설치하여 터치에 따른 접촉압력에 의해 보호커버(2)의 하측 이동이 용이하게 발생되도록 구성된다. 보호커버(2)에 접촉이 발생되지 않은 상태에서, 보호커버(2)에 가려지는 부분(또는, 중첩되는 부분)의 광은 수광소자(12)에 전달되지 않으나, 보호커버(2)의 터치에 따른 접촉 압력에 의해 보호커버(2)의 미세한 하측 이동이 발생할 경우에 보다 많은 광이 수광소자(12)에 입사하도록 유도하는 구조이다. 접촉압력에 의해 수광소자(12)에 입사하는 직사광량을 증가시키므로 도 5의 (a)의 경우와 비교시 더욱 많은 광량변화, 즉, 접촉압력에 대한 민감도 향상이 가능해진다.
도 5의 (c)는 보호커버(2)를 유연한(flexible) 재질의 소재로 선택함으로써 접촉에 따른 보호커버의 형상 변화를 크게 유도하여 수광소자에 입사하는 반사광량의 변화를 증가시키는 방법이다.
상기의 방법들은 반사광의 변화를 검출하기 위해 터치물체에 영향을 받지 않은 광 경로만을 산출해야 한다.
한편, 터치물체의 터치면으로의 접근 여부에 관계없이 반사광의 변화량 만을 검출하기 위해 도 6의 (a)와 같이 보호커버의 하부에 별개의 광 경로를 설치할 수 있다. 터치물체의 위치 검출이 아닌 보호커버의 변형에 의한 반사광량의 변화만을 검출하기 위한 목적이므로 도 6의 (b)와 같이 매우 작은 수량의 발광소자(11') 및 수광소자(12')만을 구비하여도 충분하다.
도 6의 (c)는 이러한 구조의 일례를 보인다, 도 6의 (c)에서 보이는 바와 같이 발광소자(11')로부터의 출사광의 일부는 보호커버(2)의 하부와 디스플레이(1)의 상부에서 반사되어 수광소자(12')에 입사하게 되며, 이중 보호커버(2)의 하부를 통해 반사되는 광(T)이 보호커버의 형상 변화에 따른 광량변화를 보이게 된다.
이러한 방법은 도 7에 도시하였듯이, 정전 글래스(2')를 구비한 정전식 터치 센서에서도 동일하게 적용 가능하다. 여기서, 정전 글래스(2')는 터치 감지 역할을 함과 아울러 함께 디스플레이(1)의 화면을 보호하는 역할을 하는 일종의 보호커버(2')이다.

Claims (8)

  1. 화면이 보호커버에 의해 덮인 디스플레이에 적용되고, 상기 보호커버의 전면으로부터 소정 거리 이격된 위치에 터치물체가 이르거나 상기 터치물체가 상기 보호커버의 전면에 접촉하면 터치로 인식하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법에 있어서,
    (a) 제어부에 의해 평균 수광량이 구해지되, 상기 평균 수광량은 터치가 인식되지 않은 상태에서 발광소자로부터 출사되어 수광소자로 수광된 수광량을 바탕으로 정의되는 단계; 및
    (b) 터치가 인식된 상태에서 상기 제어부에 의해 실시되고, 상기 평균 수광량 및 현재시점에서 상기 수광소자의 현재 수광량을 바탕으로, 상기 터치물체의 접촉 압력으로 인한 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함하고,
    상기 터치 센서는,
    상기 보호커버의 전면으로부터 이격된 높이에 상기 발광소자 및 상기 수광소자가 각각 다수개가 배치되어, 상기 다수개의 발광소자 및 수광소자에 의해 다수개의 광 경로가 정의되고,
    상기 (a)단계는,
    (a1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해 상기 평균 수광량을 구하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계는,
    (b1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해서 상기 수광소자에 의해 획득된 현재 수광량을 구하는 단계;
    (b2) 상기 (a1)단계에서 광 경로 각각에 대해서 구한 평균 수광량과, 상기 (b1)단계에서 광 경로 각각에 대해서 구한 현재 수광량을 바탕으로 터치에 영향을 받지 않는 광 경로를 판별하는 단계; 및
    (b3) 상기 (b2)단계에서 판별된 상기 터치에 영향을 받지 않는 광 경로에서의 상기 현재 수광량과 상기 평균 수광량을 바탕으로 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b2)단계는,
    적어도 한 번의 이전 터치 감지 스캔에 대한 광 경로별 평균 수광량을 정의하고, 각 광 경로별로 현재 수광량과 광 경로별 평균 수광량을 비교하여 터치에 영향을 받지 않는 광 경로인지를 판별하는 단계를 포함하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법.
  3. 삭제
  4. 화면이 보호커버에 의해 덮인 디스플레이에 적용되고, 상기 보호커버의 전면으로부터 소정 거리 이격된 위치에 터치물체가 이르거나 상기 터치물체가 상기 보호커버의 전면에 접촉하면 터치로 인식하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법에 있어서,
    (a) 제어부에 의해 평균 수광량이 구해지되, 상기 평균 수광량은 터치가 인식되지 않은 상태에서 발광소자로부터 출사되어 수광소자로 수광된 수광량을 바탕으로 정의되는 단계; 및
    (b) 터치가 인식된 상태에서 상기 제어부에 의해 실시되고, 상기 평균 수광량 및 현재시점에서 상기 수광소자의 현재 수광량을 바탕으로, 상기 터치물체의 접촉 압력으로 인한 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함하고,
    상기 터치 센서는,
    상기 보호커버의 전면으로부터 이격된 높이에 상기 발광소자 및 상기 수광소자가 각각 다수개가 배치되어, 상기 다수개의 발광소자 및 수광소자에 의해 다수개의 광 경로가 정의되고,
    상기 (a)단계는,
    (a1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해 상기 평균 수광량을 구하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계는,
    (b1) 상기 다수개의 광 경로 각각에 대해서 상기 수광소자에 의해 획득된 현재 수광량을 구하는 단계;
    (b2) 터치가 인식된 지점을 둘러싸는 소정의 제 1 영역을 정의하고, 상기 제 1 영역을 지나지 않는 광 경로를 터치에 영향을 받지 않는 광 경로로 설정하는 단계; 및
    (b3) 상기 (b2)단계에서 판별된 상기 터치에 영향을 받지 않는 광 경로에서의 상기 현재 수광량과 상기 평균 수광량을 바탕으로 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (b2)단계는,
    상기 제 1 영역을 둘러싸는 소정의 제 2 영역을 지나는 광 경로를 상기 터치에 영향을 받지 않는 광 경로로 설정하는 단계를 포함하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법.
  6. 화면이 보호커버에 의해 덮인 디스플레이에 적용되고, 상기 보호커버의 전면으로부터 소정 거리 이격된 위치에 터치물체가 이르거나 상기 터치물체가 상기 보호커버의 전면에 접촉하면 터치로 인식하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법에 있어서,
    (a) 제어부에 의해 평균 수광량이 구해지되, 상기 평균 수광량은 터치가 인식되지 않은 상태에서 발광소자로부터 출사되어 수광소자로 수광된 수광량을 바탕으로 정의되는 단계; 및
    (b) 터치가 인식된 상태에서 상기 제어부에 의해 실시되고, 상기 평균 수광량 및 현재시점에서 상기 수광소자의 현재 수광량을 바탕으로, 상기 터치물체의 접촉 압력으로 인한 상기 보호커버의 변형을 감지하는 단계를 포함하고,
    상기 발광소자와 상기 수광소자는,
    상기 디스플레이의 화면과 상기 보호커버 사이에 광 경로를 형성하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호커버는,
    터치에 따라 정전 용량이 변화하는 정전 글래스를 포함하는 터치 센서의 물리적 접촉 인식 방법.
  8. 삭제
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