KR200191841Y1 - 정전용량형 터치센서를 이용한 컴퓨터 키보드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 키보드 사용시 장시간 키누름으로 인한 피로감 감소 및 글자입력의 속도향상과 더불어 키보드의 방수문제 해결 및 내구성 향상을 꾀한 고안이다.

우리가 고안한 제품에서는 이러한 키탑의 역할을 사람의 손가락이 하게 직접하게 함으로써 이에 걸리는 시간을 줄여 전체적인 효율향상과 키를 누르지 않고 해당 글쇠를 터치하기만 하면 그 문자나 명령이 입력되어 장시간 키누름으로 인한 피로감을 줄이려는 데에 특징이 있다.

Description

정전용량형 터치센서를 이용한 컴퓨터 키보드{keyboard}

본 고안은 키보드 사용시 장시간 키누름으로 인한 피로감 감소 및 글자입력의 속도향상과 더불어 키보드의 방수문제 해결 및 내구성 향상을 꾀한 고안이다. 기존의 전자식 키보드 방식은 키탑의 아랫부분에는 커패시터의 유전체와 같은 특성을 가지는 쿠션이 붙어있다. 이 쿠션은 그와 닿게 되는 두개의 도체사이에서 정정용량이 생기게 만들어 주어 키를 누르면 키의 스프링(쿠션위에 있음)이 두개의 도체사이에 흐르른 전하의 양을 감속시킨다. 이 전하의 차이는 미약하지만, 두 도체에 연결된 회로를 통하여 흐르는 검출가능한 전류이다. 이 전류의 차이를 키보드 제어기(MCU)에서 검출하여 키누름을 인식하는 것이다. 우리가 고안한 제품에서는 이러한 키탑의 역할을 사람의 손가락이 하게 직접하게 함으로써 이에 걸리는 시간을 줄여 전체적인 효율향상과 키를 누르지 않고 해당 글쇠를 터치하기만 하면 그 문자나 명령이 입력되어 장시간 키누름으로 인한 피로감을 줄이려는 데에 특징이 있다. 본 고안품은 키를 일부러 힘주어 누를 필요가 없고 글쇠를 대체한 전도체에 손가락을 대거나 피부접촉만 있으면 어떠한 음을 내며 문자가 입력되는 키보드이다. 이 고안품은 타이핑시 기존 키보드의 키누름으로 인한 피로감을 감소시킬 수 있고, 개개의 키누름으로 이한 입력시간을 줄여 전체적으로 어느 정도의 간을 절약하게 하여 생산성을 높일 수 있는 제품이다. 그리고 기존 전자식 키보드를 바탕으로 기계식 키보드의 장점인 확실히 키가 입력되었다는 소리를 내게 함으로써 전자식 키보드와 기계식 키보드의 장점을 두루 갖추려고 한다. 이의 부수적인 장점으로는 기존 키보드의 문제점이던 방수처리 문제와 글쇠사이의 먼지를 쉽게 제거할 수 있어 청결성 유지를 간편하게 할 수 있는 것은 물론 글쇠가 얇은 전도체로 대체됨으로 키보드의 두께가 줄어들어 키보드가 얇아지게 된다.

키보드의 원리는 그저 단순한 스위치라고 말할 수 있다. 스위치를 눌렀을 때에는 전류가 흐르고, 그 반대로 누르지 않았을 때에는 전류가 흐르지 않는 간단한 원리를 가지고 이진수의 정보를 만든 것이다. 이처럼 만든다면 가장 단순한 키보드는 글쇠하나만 가질 것이고 단지 이진수 정보만 입력이 가능할 것이다. 그리고 이키보드는 보통 백개가 훨씬 넘는 종류의 서로 다른 문자들은 구별해내야 한다. 따라서 단순히 한 개의 스위치만으로는 구현해 낼 수 없다. 그래서 우리가 사용하는 키보드들은 백개를 넘는 글쇠(key)들을 가지는 것이다. 단순히 전류의 흐름을 만들기만 하는 것은 실제로 우리가 사용하는 키보드가 되지 못한다. 우리가 사용하고 있는 키보드는 키탑이 있어서 이곳에 손가락이 닿는다. 키탑(Key Top)은 키보드의 글자가 새겨져 있는 부분이다. 이 키탑을 누르면 그 밑에서 전류의 흐름을 끊고 잇는 스위치의 작용이 이루어진다. 이 때, 스위치로서 사용되는 방법으로는 기계식(Mechanical), 전자식(Capacitive), 컨덕티브 러버(Conductive Rubber), 멤브레인(Membrane) 등의 방식이 있는데 이 가운데 기계식 방식과 전자식 방식의 두가지가 일반적으로 사용되고 있는 것들이다.

기계식 방식의 스위치는 가장 고전적인 방식이라고 할 수 있다. 물론 요즘 볼 수 있는 키보드의 기계식 스위치는 최초에 사용되었던 것보다는 훨씬 세련된 모습을 가지고 있지만 기본적인 원리는 마찬가지다. 이 방식은 단지 키탑이 눌렸을 때 그 아래에 있는 구개의 도체를 전기적으로 연결하는 것이다. 이 도체들은 잦은 접촉을 해야하므로 이에 따른 대책으로서 도금을 하는 것이 보통이다. 기계식 방식 키보드의 장점은 신뢰성이 높으며 키를 눌렀을 때 '철컥'하는 소리가 나며 확실히 눌렸다는 느낌을 주는 점을 들 수 있다. 기계식 방식이 직접적으로 전류가 흐르는 지의 여부에 따라서 스위치의 작동여부를 판별하는 것인데 반해 전저식 방식은 전류의 흐름과는 직접적인 관련이 없다. 단지 두개의 도체 사이에 정전용량(Capacitance)이 생기게 해줌으로써 스위치가 눌렸다는 표현을 해 줄 뿐이다. 전자식 방식의 키탑의 아랫부분에는 커패시터의 유전체와 같은 특성을 가지는 쿠션이 붙어있다. 이 쿠션은 그와 닿게 되는 두개의 도체사이에서 정전용량이 생기게 만들어주는 것이다. 키를 누르면 키의 스프링(쿠션위에 있음)이 두개의 도체 사이에 흐르는 전하의 양을 감소시킨다. 이 전하의 차이는 미약하지만 두 도체에 연결된 회로를 통하여 흐르는 검출가능한 전류이다.

본 키보드에서 이루고자 하는 바는 글쇠(key)를 누르지않고 손가락으로 터치만 하면 해당문자나 명령이 화면상에 나타나는 방식이다. 이를 위하여 본 고안품에서는 정전용량형 터치센서의 원리는 제1도면에서 보듯이 1-2에 손가락이 접촉되면 1-1의 과정을 통해 인체에 전하게 축적되어 Cx값이 커지게 된다. 이 Cx값의 변화를 ASIC내부의 스위치를 동작시켜 외부로 HI 또는 LOW 신호를 출력하게 된다. 이 신호를 키보드 제어기에서 검출하여 기존 키보드의 키누름을 인식하게 된다.

제1도-터치센서의 원리를 나타낸 그림

제2도-구현된 정전용량형 터치센서를 이용한 키보드의 개념

제3도-완성된 키보드의 전면도

제3도면에서 보듯이 모든 글쇠(key)을 개개의 네모난 얇은 전도체로 대체하였다. 제2도면에서 보듯이 각각의 2-1마다 일정 개수의 2-1의 입력신호감지를 담당하는 2-2에 연결하고 이를 블럭단위로 모아서 전체2-1들의 입력신호들을 2-3에 전달하는 것을 구현하고자 한다. 2-4는 2-2와 2-3사이의 키누름 변화감시는 MCU가 일정 시간동안 같은 2-1에 손가락을 계속 대고 있으면 해당 문자를 연속해서 모니터에 나타내기 위한 것이다. 따라서 2-3에서는 이러한 정보를 컴퓨터 본체로 전송하여 화면에 문자나 명령의 수행반응이 출력된다.

다음의 사항들에서 정정용량방식 터치센서를 이용한 전자식 키보드의 신규성 및 진보성을 찾을 수 있다.

① 키를 누르지 않고 터치하면 개개의 문자를 입력하는데 약간의 시간을 줄임으로써 전체적으로 입력시간을 줄일 수 있다. 따라서 이 키보드에 숙련되면 더욱 생산성을 높일 수 있다.

② 키보드를 누를 때 힘을 주지않아도 되므로 입력시 기존 키보드보다 피로를 덜 느낀다.

③ 기존 키보드의 방수문제를 해결할 수 있고, 내구성이 뛰어나다. 기존 키보드에 커피나 우유 등의 액체를 엎지르면 전자회로에 스며들어 키보드를 못쓰게 되는 경우가 많다.

④ 제품의 키 두께가 줄어들어 키보드가 얇아진다.

⑤ 키보드의 청결을 쉽게 유지할 수 있다. 기존의 키보드와는 달리 키 사이에 홈이 없어 글쇠(key)사이의 먼지를 쉽게 닦을 수 있다.

⑥ 제품이 고급스러워 보임으로써 브랜드 이미지가 향상된다.

이상의 사항들이 터치센서 키보드의 신규성과 진보성이 된다.

Claims (2)

1. ASIC회로를 키보드제어기(MCU)에 연결한 방식

   키에 손가락을 대면 손가락이 일정량의 전하를 저장하게 되는 콘덴서 역할을 하게된다. 물론 그 전하량은 미약하다. 따라서 ASIC회로에 돌아가는 전하량은 감소하게 된다. ASIC회로는 이 미약한 차이를 인식하여 MCU에 LOW신호를 보내게 될 것이다. MCU는 LOW신호를 받음에 따라 BIOS에 정보를 전달하게 된다. 이데 대한 방식을 청구항에 첨부한다.
2. 키보드의 입력수단으로 정전용량형 터치센서를 이용하였다. 이 키보드에서는 2-1을 누름으로써 2-1에 닿아 그 사이에 흐르는 전하의 양을 감소시킨다. 우리는 기존 키보드의 스프링이 두 도체사이의 전하량을 감소시키는 역할을 우리의 손가락이 하게 함으로써 키를 누를 필요가 없이 해당 문자의 글쇠구역을 터치하면 되는 것이다. 여기서 본 키보드는 입력의 인식매체로서 정전용량형 터치센서를 적용시킨 것이다. 이 항을 청구항 2로 첨부한다.