KR20050072493A

KR20050072493A - 데이터 입력 장치

Info

Publication number: KR20050072493A
Application number: KR1020057009438A
Authority: KR
Inventors: 보그단 세르반; 필립 보이어
Original assignee: 아이이이 인터내셔날 일렉트로닉스 앤드 엔지니어링 에스.에이.
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-07-11
Also published as: AU2003298317A1; US7800586B2; US20060158433A1; EP1599889B1; WO2004049364A1; DE60311009T2; JP2006507613A; EP1599889A1; DE60311009D1; ATE350758T1

Abstract

본 발명은 적어도 2행으로 배치된 여러 개의 키(key)를 포함하는 데이터 입력 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 단방향 위치 검출기는 각 키행과 결합하고, 각 단방향 위치 검출기는 제1 입력 접속부, 제2 입력 접속부 및 출력 접속부를 포함한다. 단방향 위치 검출기의 출력 접속부는 여러 상이한 위치에서 제1 옴 저항기에 접속된다. 또한, 제1 입력 접속부는 데이터 입력 장치의 제1 단자에 접속되고 제2 입력 접속부는 데이터 입력 장치의 제2 단자에 접속된다.

Description

데이터 입력 장치 {DATA INPUT DEVICE}

본 발명은 데이터 입력 장치에 관한 것으로, 특히 예를 들어 숫자 또는 영숫자 키보드(numeric or alphanumeric keyboard) 등의 키보드에 관한 것이다.

얇은 판형(lamina type)의 스위치들로 구성되는 숫자 또는 영숫자 키보드의 구성은 알려져 있다. 얇은 판형의 스위치는 분리기(separator)에 의해 서로 일정한 거리를 두고 배치된 두 개의 지지판을 포함한다. 분리기는 스위치의 활성 영역을 규정하는 적어도 하나의 리세스(recess)를 포함하는데, 그곳에서 두 개의 지지판이 서로 대향한다. 이 활성 영역의 내부에, 적어도 두 개의 전극이 두 개의 지지판 상의 스위치에 힘을 가한 결과로 두 개의 지지판이 함께 압력을 받으면 전극간에 전기적인 접촉이 이루어지게 하는 방식으로 배치된다.

애플리케이션에 의하면, 반도체 재료층이 전극들 사이에 배치될 수 있어, 스위치는 압력에 민감한 반응을 보인다, 즉 스위치의 저항이 인가된 힘의 함수로서 변화한다.

이러한 스위치의 전기저항이 가변하는 특성은 "힘 감지 저항(Force Sensing Resistors, FSR)"이라는 이름으로 알려져 있는데, 이것은 이러한 스위치를 압력 센서로 사용할 수 있게 해준다. 반도체 재료층은 내부 전기저항이 압축 또는 층 변형의 함수로 변화하는 재료 또는 층이 전극의 도전면(conducting surface)에 적용되면, 표면 구조가 층 상에 국부적인 압력의 효과로 이 도전면과 접촉하는 점의 수가 증가함에 따라 감소될 수 있는, 일정한 표면 저항을 부여하는 재료 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

이러한 얇은 판형 스위치를 사용하는 데이터 입력 장치에 대해서는 EP-A-0 489 344에 기술되어 있다. 이 장치는 키보드의 키(key)로 의도된 위치에 격자 또는 행렬 형태로 배치된 복수의 스위치를 포함한다. 여러 스위치를 키들을 구별하기 위한 회로와 연결하기 위해, 각 스위치가 행 커넥터(row connector)와 열 커넥터(column connector) 사이에 각각 연결되어, 스위치들이 행렬처럼 상호 접속되어 있다. n행과 m열로 배치된 복수(n*m)의 키, 즉 (n*m) 스위치는 따라서 n*m 스위치(n과 m은 임의의 정수를 나타낸다)에 개별적으로 신호를 보낼 수 있도록 하기 위해 적어도 n행의 도체와 m열의 도체를 필요로 한다. 따라서, 이 장치는 키보드를 키를 식별하는 장치에 접속할 수 있도록 외부와 n+m개의 접속부를 필요로 한다.

외부와의 접속부 수를 줄이기 위해, XYZ 디지타이징 타블릿(digitizing tabliet), 힘 위치 및 세기 검출기를 포함하는 키보드가 제시되었다. 이 디지타이징 타블릿은 힘의 작용 위치를 결정하기 위해 선형 전위차계(liner potentiometer)로 구성된 압력 센서를 사용한다. 이 때문에, 각 압력 센서는 그 전위 경사(potential gradient)를 생성하도록 전압이 인가되는 단자의 지지부(support) 상에 선형 저항기를 포함한다. 규칙적인 간격으로 옆으로 연장되는 도선이 상기 선형 저항기에 연결되어 있다. 전위차계의 슬라이더(slider)는 빗살들(teeth)이 도선 사이에 연장되는 빗형(comb-like) 도체로 형성된다. 일정한 위치에서 도선을 도체의 빗살과 단락(short-curcuit)시킴으로써, 도체는 선형 저항기 상의 도선의 위치에 따라 선형적으로 변화하는 전압을 받는다. 이러한 압력 센서는 따라서 선형 저항기의 방향에서 힘의 작용 위치를 결정할 수 있게 해준다.

힘 센서의 선형 저항기 각각이 예를 들어 서로 90°의 각을 이루도록, 이러한 힘 센서를 두 개 중첩함으로써, 표면 상의 X-Y 기준 프레임에서 힘이 작용한 위치를 식별할 수 있도록 해주는 위치 검출기를 만들 수 있다. 이 특징은 명백히 키보드의 활성키를 식별하는데 사용할 수 있다. 이러한 키보드는 예를 들어 LU-A 88 024에 기술되어 있다. 이러한 키보드에서, 두 개의 전위차계형 힘 센서는 각각 세 개의 접속부, 즉 선형 저항기 두 단자 각각에 대한 접속부과 슬라이더에 대한 접속부를 필요로 한다. 그 결과, 이러한 키보드는 "행렬" 키보드에 대한 외부와의 접속부 수를 줄일 수 있게 해준다. 특히, n*m 개의 접속부(예를 들어 3*4키로 이루어진 숫자 키보드의 경우 1두 개의 접속부)를 필요로하는 대신에 이러한 유형의 키보드는 6개의 외부 접속부로 충분하다.

본 발명의 다른 특징들과 이점들은 설명을 위해 첨부도면을 참조하여 이하에 나타낸 몇몇 유리한 실시 형태의 상세한 설명으로부터 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 데이터 입력 장치의 제1 실시예의 레이아웃 도면이다.

도 2는 도 1의 장치의 제1 변형예를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 1의 장치의 제2 변형예를 나타낸 도면이다.

도 4는 도 1의 장치의 가능한 실시예를 나타낸 도면이다.

도 5는 기능키를 포함하는 데이터 입력 장치의 일 실시예의 레이아웃 도면이다.

도 6은 도 5의 장치로 측정된 전압값을 그래픽으로 나타낸 도면이다.

도 7은 기능키를 포함하는 데이터 입력 장치의 제2 실시예의 레이아웃 도면이다.

도 8은 도 7의 장치의 변형예를 나타낸 도면이다.

도 9는 기능키를 포함하는 데이터 입력 장치의 제3 실시예의 레이아웃 도면이다.

도 10은 도 9의 변형예를 나타낸 도면이다.

도 11은 개별 스위치를 포함하는 본 발명에 따른 데이터 입력 장치의 일 실시예의 레이아웃을 나타낸 도면이다.

도 12는 도 11의 장치의 변형예를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10, 110: 키보드 12, 112: 키

14, 114: 키행 16, 116: 위치 검출기

18, 118: 옴 저항기 20, 120: 옴 저항기

22, 122: 위치 검출기의 출력 접속부

24, 124: 제1 단자 26, 126:제2 단자

28, 128: 개별 저항기 32, 132: 제3 단자

34, 134: 제4 단자 36: 결합 태그

50, 52, 54: 부가 저항기 56, 58, 60: 바이패스 회로

62, 64, 66: 스위치 70: 키보드의 활성 영역

72: 직렬 레이아웃 74: 옴 저항기

76: 스위치 90: 개별 저항기

92: 스위치 94: FSR 선형 전위차계

본 발명의 목적은 외부 접속부의 수를 한층 감소시킬 수 있는 데이터 입력 장치를 제안하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 따른 데이터 입력 장치에 의해 실현된다. 이러한 데이터 입력 장치는 적어도 2행으로 배치되는 여러 개의 키를 포함한다. 단방향 위치 검출기는 각 키행(row of keys)과 결합되어 있고, 단방향 위치 검출기 각각은 제1 입력 접속부, 제2 입력 접속부 및 출력 접속부를 포함한다. 단방향 위치 검출기의 출력 접속부는 여러 위치에서 제1 옴 저항기(ohmic resistor)에 접속된다. 상기 제1 입력 접속부는 상기 데이터 입력 장치의 제1 단자(terminal)에 접속되고 상기 제2 입력 접속부는 상기 데이터 입력 장치의 제2 단자에 접속된다.

본원의 제1항의 교시에 따르고 각 행이 3개의 키로 이루어진 4행(총 12키)으로 구현된 숫자 키보드는, 따라서 4개의 단방향 위치 검출기를 포함하고, 그 중 하나는 각 키행에 결합된다. 이들 단방향 위치 검출기는 키보드에 힘이 인가된 위치를 검출할 수 있게 하고 이에 따라 활성화된 해당 행의 키를 식별할 수 있게 해준다. 이 단방향 위치 검출기는 따라서 키보드에 작용하는 힘의 X 좌표를 식별할 수 있게 해준다.

활성화된 키를 포함하는 키행을 결정하기 위하여, 즉 키보드에 작용하는 힘의 Y 좌표를 결정하기 위하여, 여러 단방향 위치 검출기가 분압기(voltage divider) 레이아웃(layout)으로 제1 옴 저항기에 배선된다. 특히 제1 옴 저항기에 전위차를 인가함으로써, 제1 옴 저항기 상의 접속 위치로 인해 여러 위치 검출기가 상이한 전압을 공급받는다. 키보드의 제1 또는 제2 단자에서의 전압을 측정함으로써, 그 결과 활성화되고 그에 따라 활성화된 키를 포함하는 행을 식별할 수 있다.

본 발명은 따라서 키보드에 작용한 힘의 X-Y 좌표를 결정하는 데 단지 4개의 외부 접속부만을 필요로 하는 키보드 등의 데이터 입력 장치를 제안한다. 이들 4개의 접속부는, 구체적으로 단방향 위치 검출기의 제1 및 제2 접속부 각각에 접속되어 있는 제1 및 제2 단자와, 사이에 제1 옴 저항기가 배선되어 있는 제2 및 제4 단자이다.

이러한 장치의 질의(interrogation)은 두 단계로 달성된다.

● 먼저, 장치의 제1 단자와 제2 단자 사이에 전위차를 인가하고, 키보드에 작용한 힘의 X 위치를 결정하기 위해 제1 옴 저항기 양단의 결과 전압을 측정한다. 이 단계 후에, 활성화된 키가 위치하고 있는 열을 알게 된다.

● 그 다음에, 장치의 제3 단자와 제4 단자 사이에 전위차를 인가하고, 키보드에 작용한 힘의 Y 위치를 결정하기 위해, 제1 단자와 제2 단자 양단의 결과 전압을 측정한다. 따라서 활성화된 키가 위치하고 있는 행을 쉽게 식별할 수 있다.

만약 있다면, 활성 여부를 결정하기 위해 평가 회로가 모든 (n*m) 키를 조사(scan)하여야 하는 "행렬" 키보드와 대비하여, 본 발명의 키보드는 키의 활성을 평가하는데 최대 3개의 상이한 값의 결정만을 필요로 한다. 특히 키보드의 조사(interrogation)는 X 위치에 대응하는 전압, Y 위치에 대응하는 전압, 그리고 키보드의 실현에 따라 어떻게든지 활성화된 키의 활성화 힘에 대응하는 전압을 결정함으로써 이루어진다. 그 결과, 평가 회로의 프로세서의 작업부하(workload)는 "행렬" 키보드의 작업부하에 비해 현저히 감소되며, 따라서 에너지 소비가 감소된다. 이것은 이동전화 또는 무선전화 등의 휴대형 기기의 키보드 애플리케이션에 특히 매우 중요하다.

본 발명의 실시예(realization)에 따른 한 이점은, 상기 제1 옴 저항기가 저항성 재료의 스트립(strip)을 포함하고, 상기 단방향 위치 검출기의 상기 출력 접속부가 여러 위치에서 상기 저항성 재료의 스트립에 접속되어 있는 것이다. 옴 저항기는 예를 들어 기판 상에 두꺼운 층으로서 인쇄될 수 있다. 이 실시예는 구체화가 용이하고 비교적 값싸다. 저항성 재료의 스트립은 위치 검출기를 상기 제1 저항기에 접속하는 데 필요한 접속부의 길이를 감소시키도록 키보드의 활성면을 따라 배치되는 것이 바람직하다. 이 실시예는 이들 도체의 트레이스(trace)의 복잡도를 또한 줄이는 이점이 있다.

다른 가능한 실시예에서, 상기 제1 옴 저항기는 직렬 레이아웃(series layout)의 복수의 개별 저항기를 포함하고, 상기 단방향 위치 검출기의 상기 출력 접속부가 개별 저항기 사이의 여러 위치에서 상기 직렬 레이아웃에 접속되어 있다. 개별 저항기는 인쇄 회로 기판 위에 배치된 개별 저항기들, 그렇지 않으면 단순히 기판 상에 두꺼운 층으로 인쇄된 저항성 재료의 층을 포함할 수 있다. 이 실시예에 따라 위치 검출기는 개별 저항기들 사이에 위치하는 곳에 배선되며, 이 실시예는 제조 허용오차의 불리한 효과를 줄일 수 있게 해준다. 이 실시예의 다른 이점은 개별 저항기들이 기계 응력(mechanical stress)를 받지 않는 키보드의 어떤 위치에든지 임의의 배치로 배열될 수 있다는 사실에 기인한다. 이 이점은 특히 플렉시블 키보드(flexible keyboard) 또는 저항기가 변형을 받지 않는 위치, 예를 들어 키보드의 결합 태그(coupling tag)에 배치될 수 있는 경우에 매우 중요하다. 따라서 저항기의 열화에 의해 야기되는 변형을 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 단방향 위치 검출기는 복수의 개별 스위치를 포함하고, 상기 스위치는 일측에 상기 위치 검출기의 상기 출력 접속부가 그리고 반대측에 여러 위치에서 제2 옴 저항기가 접속되어 있고, 상기 제2 옴 저항기는 상기 위치 검출기의 두 입력 접속부 사이에 접속되어 있다.

위치 검출기와 같은 개별 스위치, 예를 들어 멤브레인형 브레이커(membrane-type breaker) 또는 압력 센서는 분압기 형태로 제2 옴 저항기에 접속되어 있다. 제2 옴 저항기의 단자 사이에 전위차를 부여함으로써, 검출기의 출력 접속부에서 측정된 신호는 활성화된 스위치의 위치를 나타낸다.

제1 옴 저항기와 마찬가지로, 제2 옴 저항기는 저항성 재료의 스트립을 포함할 수 있으며, 상기 스위치들은 여러 위치에서 상기 저항성 재료의 스트립 또는 직렬 레이아웃의 복수의 개별 저항기에 접속되어 있거나, 상기 스위치들은 개별 저항기들 사이에 여러위치에서 상기 직렬 레이아웃에 접속되어 있거나, 또는 이 둘이 조합으로 되어 있다. 이들 실시예 사이의 최종 선택은 이들 실시예의 전술한 이점의 기능에 따라 이루어진다.

제2 옴 저항기의 저항기 수가 여러 단방향 위치 검출기의 수와 동일하고 저항기들이 동일한 값을 갖는다면, 키열(column of keys)의 스위치의 접속점은 단자 양단에 전위차를 인가하는 동안의 등전위점이라는 것에 유의하여야 한다. 이제부터 키보드의 열에 속하는 모든 개별 스위치를 하나로 그리고 단일의 제2 옴 저항기의 동일 접속점을 배선하는 것이 가능하다.

다른 실시예에서, 상기 단방향 위치 검출기는 분압기 형태의 센서를 포함하고, 상기 분압기는 대략 상기 키보드의 키행을 따라 연장되는 제2 옴 저항기, 상기 제2 옴 저항기로부터 연장되고 서로 일정한 거리를 두고 배치되는 도선들, 상기 도선들 사이에 빗살(teeth)이 서로 물리게 배치되는 빗형 도체, 및 상기 도선들과 상기 도체의 빗살이 힘의 작용 위치에서 단락(short-circuit)되도록 반도체 재료로 이루어지는 활성화층을 포함한다. 이러한 실시예에서, 빗형 도체는 상기 위치 검출기의 출력 접속부에 접속되고, 제2 옴 저항기는 상기 위치 검출기의 두 개의 입력 접속부 사이에 접속된다. 이들 분압기형 센서는 이 기술분야에 공지되어 있으며, 일정한 범위 저항을 각 키에 결합시킴으로써 가상 키(virtual key)를 자유롭게 규정할 수 있는 이점이 있다. 이 기술은 따라서 동일한 검출기를 이용하여 키들에 대해 여러 개의 상이한 배치를 필요에 따라 규정할 수 있게 해준다.

다른 실시예에서, 단방향 위치 검출기는 직렬로 배치된 여러 개의 분압기형 센서를 포함한다. 이 경우에 상기 제2 옴 저항기는 상기 개별 센서들의 상기 직렬 레이아웃의 여러 저항기로 이루어진다.

분압기 형태의 센서들을 포함하는 두 실시예의 경우, 제2 저항기는 관례적으로 선형 저항기, 즉 저항기의 전도율이 전체에 걸쳐 균일하다. 가능한 실시예에서, 분압기형 센서의 제2 옴 저항기는 대조적으로 비선형 저항기, 즉 저항기의 전도율이 여러 위치에서 다른 저항기일 수 있다. 이런 식으로 그러한 센서의 측방향 해상도를 국부적으로 변화시킬 수 있으며, 따라서 키의 작용 위치를 더욱 양호하게 검출할 수 있게 해준다.

스위치 또는 센서의 저항기 각각의 이산화(discretization)는, 그러한 실시예에서 측정된 전압이 잘 정의되고 서로 명확한 범위 내에 있어야 하는 이점을 갖는다는 것에 유의하여야 한다. 이것은 특히 스위치 또는 분압기 형태의 압력 센서를 사용하는 경우에 매우 중요하며, 힘의 작용을 국부화할 수 있을 뿐만 아니라 그것의 세기도 측정할 수 있게 해준다. "유효(valid)" 전압의 범위를 이산화함으로써, 특히 키보드에 작용하는 초기 부하(initial load)[전부하(preload)]에 기인한키보드의 예외적인 동작을 검출할 수 있고 적당한 소프트웨어를 사용하여 그러한 전부하를 적절하게 보상할 수 있게 된다.

키보드의 일정한 키는 하나의 제어 요소(control element)를 사용하여 이들 키의 작용을 교대 또는 동시에 허용하도록 서로 함께 가까이 위치되는 것이 유리하다는 것을 알 것이다. 이러한 키보드의 바람직한 구현에에서, 키보드의 각 방향(X 및 Y)의 두 키는 4개가 하나의 그룹으로 배치되는 식으로 가까이 함께 위치된다. 방향 중 하나와 관련된 키의 작용은 키보드에 결합된 평가 회로에 의해 해당 방향으로 커서를 이동하라는 명령으로 해석될 수 있다. 따라서 화면을 스크롤하거나 스크린 상의 커서를 이동하게 하는 "조이스틱" 기능을 실현할 수 있다. 제어 요소는 가까이 위치된 키들 사이를 움직일 수 있는 사용자의 손가락 일 수 있고, 그렇지 않으면 조이스틱으로 사용되는 활성 키들 위에 배치된 레버(lever)일 수 있다.

이러한 "조이스틱" 기능은 키보드의 두 개의 주요 방향 X 및 Y에 대해 용이하게 구현될 수있다. X 방향, 즉 단방향 위치 검출기가 연장되는 방향의 경우, 단방향 위치 검출기의 두 개의 분압기형 센서에 대응하는 적어도 두 개의 개별 스위치는, 예를 들어 제어 요소를 사용하여 두 개의 개별 스위치 또는 두 개의 분압기형 센서의 교대 또는 동시 작용이 가능하도록 거리를 두고 배치되어 있다. 실시예에서, 각 단방향 위치 검출기는 분압기형 센서를 포함하고, 일정한 범위 저항을 각 키에 결합시킴으로써 가상 키들이 분압기형 센서에 대해 규정되며, 적어도 두 개의 키는 물리적으로 거리를 두고 배치되도록 규정되되, 단일 제어 요소를 사용하여 상기 두 개의 키의 교대 또는 동시 작용이 가능하도록 규정된다.

키보드의 Y 방향의 경우, 그 기능은 예를 들어 적어도 두 개의 단방향 위치 검출기가 거리를 두고 배치되되, 단일 제어 요소를 사용한 상기 두 개의 단방향 위치 검출기의 교대 또는 동시 작용이 가능하도록 배치된다.

기능키(shift, ctrl, alt)를 사용하는 키보드의 각 키에 대한 다중 할당을 허용하기 위해, 키보드는 상기 제1 옴 저항기와 상기 데이터 입력 장치의 상기 각 단자 사이 또는 상기 제2 옴 저항기와 상기 데이터 입력 장치의 상기 각 단자 사이에 배선된 적어도 하나의 제3 옴 저항기를 포함하는 것이 바람직하고, 제3 옴 저항기는 스위치를 포함하는 바이패스 회로의 도움으로 단락될 수 있다. 제3 저항기를 단락시킴으로써, 각 단자 사이의 총 저항이 변경되고, 따라서 키가 작용하는 동안에 측정된 전압에 대응하는 저항 값이 다른 범위의 값으로 바뀐다. 이러한 측정된 값의 전위(transposition)는 기능키가 활성화되지 않은 "정상" 상태와 일정한 기능키가 활성화된 "특수" 상태를 구별할 수 있게 해준다. 이 기술분야의 당업자는 제2 저항기의 크기에 따라, 측정된 값의 전위는 정상적인 값의 범위를 완전히 벗어나 있는 값을 초래하거나, 그렇지 않으면 정상적인 값 사이에 있다는 것을 알 것이다. 시스템의 해상도에 따라, 여러 레벨의 삽입 값(intercalated value)을 실현하는 것도 가능하다.

제3 저항기는 키보드의 두 방향에 제공되는 것이 유리할 수 있으며, 이것은 각 방향에 두 개의 전위값을 사용하여 4개 레벨의 키 할당을 실현할 수 있게 해준다.

다른 실시예에서, 키보드는 적어도 하나의 직렬 레이아웃의 제4 옴 저항기와 스위치를 포함하고, 상기 직렬 레이아웃은 상기 제1 옴 저항기 또는 상기 제2 옴 저항기에 병렬로 배선된다. 이 실시예는 키보드의 각 단자 사이를 흐르는 전류를 측정함으로써 키보드의 현재 상태를 검출할 수 있게 해준다. 특히, 제4 저항기가 스위치의 작동에 의해 제1 옴 저항기와 제2 옴 저항기에 병렬로 배선되면, 해당하는 단자 사이를 흐르믄 전류는 스위치가 개방된 경우보다 높다. 이 전류의 증가를 검출함으로써, 평가회로는 따라서 키보드의 특수 상태를 검출할 수 있고, 측정된 전압값을 특수기능의 작용으로서 해석할 수 있다. 이러한 실시예에서처럼, 키보드의 단자들 양단에서 측정된 전압값은 변경되지 않고, 상기 실시예는 값을 전위하는 경우에 나타나는 해상도의 제한을 받지 않는다. 4개의 서로 다른 저항기를 포함하는 여러 개의 직렬 레이아웃을 제공하여 여러 개의 저항기를 제1 또는 제2 저항기 각각에 병렬로 배선함으로써, 원칙적으로 다수의 서로 다른 상태의 키보드를 실현할 수 있다.

제4 저항기는 키보드의 두 방향에 유리하게 제공될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 서로 다른 상태의 키보드를 실현하는 여리 실시예를 가능한 상태의 수를 증가시키도록 결합할 수 있다는 것은 명백하다.

도 1은 가변 저항기(FSR)를 사용하여 도식적으로 나타낸 복수의 키(12)를 포함하는 키보드(10)에 대한 일 실시예의 레이아웃을 나타낸다. 키보드의 키들은 여러 개의 키행(14)을 구비한 격자 배치로 나타나 있다.

각 키행(14)은 단방향 위치 검출기(16)와 결합되어 있다. 이러한 위치 검출기(16)는 예를 들어 여러 개의 분압기형 센서를 포함할 수 있다. 이러한 분압기 센서는 대략 센서의 활성면을 따라 연장되는 옴 저항기(18), 옴 저항기로부터 연장되고 서로 일정한 거리를 두고 배치되는 도선, 상기 도선 사이에 빗살(teeth)이 물리는 빗형 도체, 및 상기 도선과 도체의 이들을 힘이 작용하는 위치에서 단락시키기 위한 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 이들 센서는 현시점에서의 기술적 수준에서 잘 알려져 있기 때문에, 센서의 세부사항에 대해서는 도 1에 나타내지 않는다. 도 1에서, 센서는 일측에 저항기(18)가 배선된 가변 저항기(FSR)를 사용하여 개략적으로 나타낸다. 분압기 센서는 직렬 레이아웃의 저항기(18)가 본 발명의 장치의 제2 옴 저항기(20)를 구성하도록 연속하여 배선된다. 분압기의 빗형 도체는 함께 접속되어 위치 검출기의 외부로 향하는 출력 접속부(22)를 형성한다.

각 단방향 위치 검출기의 옴 저항기(20)의 각 단부는 함께 접속되어 키보드의 제1 단자(24)외 제2 단자(26)를 형성한다. 위치 검출기의 출력 접속부는 여러 위치에서 도 1의 예에서 여러 개별 저항기(30)의 레이아웃으로 형성된 제1 옴 저항기(28)에 차례에 맞춰 접속된다. 이 실시예에서, 단방향 위치 검출기의 출력 접속부(22)는 개별 저항기(30) 사이의 여러 위치에서 직렬 레이아웃에 접속된다. 직렬 레이아웃의 저항기(30)로 이루어지는 옴 저항기(28)의 양 단부는 각각 키보드의 제3 단자(32)와 제4 단자(34)를 형성한다.

도 1은 키보드의 레이아웃을 나타낸 도면이라는 사실, 즉 이 도면은 키보드의 여러 구성요소의 물리적인 배치를 나타낼 필요가 없는 것임에 유의하여야 한다.

도 1에 따른 키보드의 물리적인 구현에 있어서, 저항기(30)는 키보드의 활성면에 물리적으로 근접하여 배치되지 않아도 된다. 이것은 특히 플레시블 키보드의 경우, 변형이 되지 않는 키보드의 위치에 저항기를 배치시키는 데 특히 유리하다. 이 실싱예에서, 저항기(30)는 결합 태그(coupling tag)에 배치된다. 이 결합 태그는 변형을 제한하기 위해 강화될 수 있다. 따라서 저항기(30)의 변형에 의해 유발된 열화(deformation-induced degration)를 방지할 수 있다.

복수의 분압기 센서 대신에, 위치 검출기는 동등하게 키행의 폭에 전체로 연장되는 단일 분압기 센서를 포함할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 후자의 경우, 각 키에 제2 옴 저항기의 잘 정의된 저항 범위를 결합시켜 여러 키를 가상으로 정한다.

위치 검출기의 가능한 다른 실시예에서, 후자는 분압기형 접촉부(contact) 중 하나로 옴 저항기 또는 직렬 레이아웃의 저항기(18)에 배선된 복수의 스위치를 포함한다. 스위치의 나머지 접촉부는 함께 접속되어 위치 검출기의 출력 접속부(22)를 형성한다. 위치 센서의 스위치는 단순 멤브레인형 브레이커이거나 유리한 실시예에서는 예를 들어 전술한 "힘 감지 저항(FSR)"형의 압력 센서일 수 있다. FSR 센서를 사용하는 그러한 실시예를 도 2에 개략적으로 나타낸다. 이 실시예에서 저항기(18)는 키보드의 키들 근처에 배치되지 않아도 되고, 저항기(30)처럼 키보드의 결합 태그(36)(도 4 참조)에 배치될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

도 3은 위치 센서의 다른 변형예를 나타낸다. 이 변형예에서, 위치 센서는 분압기 형태의 센서를 포함하고, 저항기(18)는 비선형 저항기, 즉 저항기의 전도율이 저항기의 여러 위치에서 다르다. 도시한 경우에 있어, 센서의 중심이 그 단부보다 전도율이 높다. 이런 식으로 그러한 센서의 횡방향(lateral) 해상도를 국부적으로 변화시킬 수 있으므로, 이것은 키 상의 작용 위치를 더욱 양호하게 검출할 수 있게 해준다.

도 5는 기능키를 포함하는 데이터 입력 장치의 실시예의 레이아웃을 나타낸 도면이다. 기능키(shift, ctrl, alt)를 사용하여 키보드의 각 키에 대해 다중 할당을 허용하기 위해, 이 키보드는 옴 저항기(28)의 끝과 단자(32, 34) 사이의 단부에 각각 배선된 저항(50, 52)을 포함한다. 마찬가지로, 부가 저항(54)는 제2 옴 저항기(20)외 단자(26) 사이에 배선된다. 저항기(50, 52, 54) 각각은 스위치(62, 64, 66)를 포함하는 바이패스 회로(56, 58, 60)의 도움으로 단락된다. 저항기(50, 52, 54) 중 어느 하나가 단락됨으로써, 각 단자 사이의 총 저항이 변화하고 그 결과 키가 작용하는 동안에 측정된 전압에 대응하는 저항값들은 다른 범위의 값으로 바뀐다. 이 측정된 값의 전위(transposition)는 기능키가 활성화되지 않은 "정상" 상태와 일정한 기능키가 활성화된 "특수" 상태를 구별할 수 있게 해준다. 이 기술분야의 당업자는 저항기의 크기에 따라, 측정된 값의 전위는 정상적인 값의 범위를 완전히 벗어나는 값을 초래하거나, 그렇지 않으면 정상적인 값 사이에 있다는 것을 알 것이다. 시스템의 해상도에 따라, 여러 개 레벨의 삽입 값(intercalated value)을 실현하는 것도 가능하다.

도 6은 도 5의 장치로 측정된 전압값을 그래프로 나타낸 도면이다. 그래프에서, 가위표(cross)로 표시된 점은 스위치(62, 64, 66)가 하나도 작동되지 않은 경우에, 키보드의 키가 활성중인 동안에 측정된 전압값을 나타낸다. 스위치(64)가 작동되면, 여러 저항기에 인가된 전압이 강하되고, Y 방향의 키 위치에서 측정된 전압이 정상값에 대해 강하된다. 이들 강하된 값은 삼각형으로 나타내었다.

한편, 스위치(64)가 작동되면, 여러 저항기에 인가된 전압이 증가되고 Y 방향의 키 위치에서 측정된 전압값이 정상값에 대해 증가된다. 그 다음에 두가지 경우가 발생한다:

● 저항기(52)의 값이 저항기(30)의 값보다 작으면, 저항기(30)들에 인가된 전압의 증가는 두 개의 연속하는 저항기(30) 사이의 전압차보다 작다. 이 경우에, Y 방향의 키 위치에서 측정된 전압은 정상값에 대해 단지 약간 증가될 뿐이고, 이들 정상값들 사이에 들어간다. 이들 증가된 값은 사각형으로 나타내었다.

● 한편 저항기(52)가 저항기(30)들의 합보다 상당히 커지면, 직렬 레이아웃의 저항기(30)들의 양단에 인가된 전위차는 급격히 변화한다. 이 경우에, 측정된 값은 정상값의 범위를 완전히 벗어나는 그래프의 구간(span)으로 바뀔 수 있다. 이 경우는 그래픽의 상부에 줄무늬 사각형으로 나타내었다.

스위치(66)의 활성중에 전위된 값은 도 6에서 원으로 나타내었다. 이 값들은 저항기(54)의 단락에 따라 옴 저항기(20)들에 인가된 전위차의 증가로 인해 정상값에 대해 증가된다. 다른 부가 저항을 옴 저항기(20)의 다른 단부와 단자(24) 사이에 설치할 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

도 7 내지 도 10은 기능키를 구비하는 다른 키보드에 대한 몇개의 실시예를 나타낸다. 이들 도면에서, 키보드의 활성 영역은 개략적으로 도면부호 70으로 나타내고 옴 저항기(28, 20)는 저항성 스트립으로 나타나 있다.

도 7 및 도 8의 실시예에서, 키보드는 옴 저항기(74)와 스위치(76)로 이루어지는 여러 개의 직렬 레이아웃(72)을 포함하는데, 이는 제1 옴 저항기(28)와 제2 옴 저항기(20)와 각각 병렬로 배선되어 있다. 이 실시예는 키보드의 각 단자 사이를 흐르는 전류를 측정함으로써 키보드의 현재 상태를 검출할 수 있게 해준다.

저항기(74) 중 하나가 연관 스위치(76)을 작동에 의해 제1 옴 저항기(28)와 제2 옴 저항기(20) 각각과 병렬로 배선된 경우에, 해당 단자들 사이를 흐르는 전류는 스위치(76)이 개방된 경우보다 높다. 이 전류의 증가를 검출함으로써, 평가회로는 키보드의 특수 상태를 검출할 수 있고, 앞으로 측정된 전압값을 특수 기능의 활성으로 해석한다. 작동된 스위치를 구별할 수 있도록, 각 방향에 대한 여러 스위치의 저항값은 서로 다른 것이 바람직하다는 것에 유의하여야 한다. 가능한 다른 실시예에서, 모든 저항기는 동일할 수 있음, 키보드의 여러 상태에 대한 구별은 동시에 작동된 스위치(76)의 수에 의해 이루어진다. 스위치는 단순한 멤브레인형 브레이커 또는 도 8에 나타낸 바와 같은 FRS형 힘 센서를 포함할 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

키보드의 다른 변형을 도 9 및 도 10에 도시하였다. 이 실시예에서는, 옴 저항기 또는 개별 저항기(90)로 이루어지는 직렬 레이아웃이 스위치(92)에 의해 저항기(28)과 저항기(20) 각각과 병렬로 배선된다. 스위치를 포함하는 도선들은 직렬 레이아웃의 저항기(90) 중 일부가 단락될 수 있도록 여러 저항기(90)와 공통 단자(K) 사이에 설치된다. 이런식으로 가변 '옴 저항기"를 구비하는 저항기(20)와 저항기(28) 각각에 대한 병렬 레이아웃을 용이하게 실현할 수 있다.

이러한 실시예의 유리한 구현에 있어, FSR 선형 전위차계(94)가 저항기(20, 28) 각각에 병렬로 배선된다. 이러한 실시예를 도 10에 개략적으로 나타내었다. 이 변형은 전위차계(94)의 활성 위치의 함수인 단자(24, 26)간에 인가 가능한 병렬 저항을 계속하여 변화시킬 수 있게 해주고, 이에 따라 다수의 가상 기능키와 그 결과로서의 특수 상태를 규정할 수 있게 해준다.

이 기술분야의 당업자는 기능키의 전개를 위하여 이하에 기술하는 기술적인 방법이 임의의 저항성 키보드, 즉 예를 들어 YX 또는 YXZ 디지타이징 타블릿 등의 활성화된 키를 식별하기 위해 저항을 측정하는 원리에 따라 동작한는 키보드에 적용할 수 있다는 것을 알 것이다. 또한 이러한 모든 방법은 외부와의 접촉부 수를 증가시키지 않고 전개될 수 있다. 특히, 도 5 내지 도 10을 참조하여 전술한 장치에서 키보드의 결합을 위한 단자 수는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 장치에서의 그 수에 대해 변경되지 않은 채로 있다.

전술한 모든 가능한 실시예는 멤브레인 키보드로 바람직하게 실현된다는 것에 유의하여야 한다. 이러한 구현에 있어, 옴 저항기(18, 30, 50, 53, 54, 74, 90), 도선, 분압기 센서의 반도체 재료층과 빗형 도체, 스위치(60, 62, 64, 72, 92) 및 여러 구성요소를 접속하는 도체들은 플렉시블 기판(플라스틱, 텍스타일 등으로 이루어지는 절연막) 상에 증착(예를 들어 인쇄)되고, 그 후에 함께 라미네이팅되는 것이 바람직하다. 이 기술은 고품질의 키보드를 적당한 비용으로 생산할 수 있게 한다.

도 11은 개별 스위치(112)들로 구성된 복수의 키를 포함하는 키보드(110)의 일 실시예의 레이아웃을 나타낸 도면이다. 도 1의 키보드(10)와 마찬가지로, 키보드(100)의 키(112)는 여러 개의 키행(114)을 구비한 격자 형태로 배치된다. 각 키행(114)은 여러 개의 개별 스위치(112)를 포함하는 단방향 위치 검출기(116)와 결합되어 있다.

각 개별 스위치는 두 개의 빗형 전극 구조물(170, 172)를 포함하며, 빗형 구조물 중 어느 하나의 핑거들(finger)은 일정한 거리로 다른 구조물의 핑거들 사이에 삽입되도록 배치된다. 단순한 도체층이거나 아니면 압력 감지층일 수 있는 활성층은 개별 스위치의 두 구조물(170, 172)이 개별 스위치 영역에서 장치 상에 힘을 가할 때 활성층에 의해 단락되도록, 제2 기판(도시하지 않음) 상에 배치된다.

개별 스위치 각각은 일측에 위치 검출기(116)의 출력 접속부(122)가 접속되고, 반대측에 키보드의 단자(124, 126)를 형성하는 위치 검출기의 두 입력 접속부 사이에 접속되어 있는 개별 저항기(118)의 체인을 구성하는 제2 옴 저항기(120)에 여러 위치에서 접속된다.

따라서 위치 검출기와 같은 개별 스위치(112), 예를 들어 멤브레인형 브레이커 또는 압력 센서는 분압기 형태로 제2 옴 저항기(120)에 접속된다. 전위차를 제2 옴 저항기(120)의 단자 사이에 인가하여, 검출기의 출력 접속부에서 측정한 신호는 작동된 스위치의 위치를 나타낸다.

위치 검출기(116)의 출력 접속부(122)는 여러 위치에서 차례에 맞춰 여러 개별 저항기(130)의 레이아웃에 의해 도 11의 예에서 형성된 제1 옴 저항기(128)에 접속된다. 이 실시예에서, 단방향 위치 검출기의 출력 접속부(122)들은 개별 저항기(130)들 사이의 여러 위치에서 직렬 레이아웃에 접속되어 있다. 직렬 레이아웃의 저항기(130)들로 이루어지는 옴 저항기(128)의 두 단부는 각각 키보드의 제3 단자(132)와 제4 단자(134)를 형성한다.

저항기(118)의 수가 모든 단방향 위치 검출기(116)에 대해 동일하고, 저항기(118)이 동일한 값을 가지면, 접속점 A, A', A'' 등은 단자(124, 126) 양단에 전위차를 인가하는 동안에 등전위 점이다. 접속점 B, B', B'' 등도 동일하게 유지된다.

앞으로 키보드의 한 열에 속하는 모든 개별 스위치(112)를 하나에, 그리고 제2 옴 저항기(220)의 동일한 점속점에 배선할 수 잇다. 이러한 키보드에 대한 변형예는 도 12에 도시되어 있다.

Claims

적어도 2행으로 배치되어 있는 여러 개의 키를 포함하는 데이터 입력 장치로서,

단방향 위치 검출기가 각 키행(row of keys)와 결합되고, 각 단방향 위치 검출기는 제1 입력 접속부, 제2 입력 접속부 및 출력 접속부를 포함하며,

상기 단방향 위치 검출기의 출력 접속부는 여러 위치에서 제1 옴 저항기(ohmic resistor)에 접속되고,

상기 제1 입력 접속부는 상기 데이터 입력 장치의 제1 단자에 접속되고 상기 제2 입력 접속부는 상기 데이터 입력 장치의 제2 단자에 접속되는

데이터 입력 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 옴 저항기는 저항성 재료의 스트립(strip)을 포함하고, 상기 단방향 위치 검출기의 상기 출력 접속부는 여러 위치에서 상기 저항성 재료의 스트립에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 옴 저항기는 직렬 레이아웃의 복수의 개별 저항기를 포함하고, 상기 단방향 위치 검출기의 상기 출력 접속부는 개별 저항기 사이의 여러 위치에서 상기 직렬 레이아웃에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단방향 위치 검출기는 복수의 개별 스위치를 포함하고, 상기 스위치는 일측에 상기 위치 검출기의 상기 출력 접속부가 그리고 반대측에 여러 위치에서 제2 옴 저항기가 접속되어 있고, 상기 제2 옴 저항기는 상기 위치 검출기의 두 입력 접속부 사이에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제4항에 있어서,

상기 제2 옴 저항기는 저항성 재료의 스트립을 포함하고, 상기 스위치들은 여러 위치에서 상기 저항성 재료의 스트립에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제4항에 있어서,

상기 제2 옴 저항기는 직렬 레이아웃의 복수의 개별 저항기를 포함하고, 상기 스위치들은 개별 저항기들 사이에 여러위치에서 상기 직렬 레이아웃에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제1항 내지 제3항에 있어서,

상기 단방향 위치 검출기는 분압기 형태의 센서를 포함하고,

상기 분압기는 대략 상기 키보드의 키행을 따라 연장되는 제2 옴 저항기, 상기 제2 옴 저항기로부터 연장되고 서로 일정한 거리를 두고 배치되는 도선들, 상기 도선들 사이에 빗살(teeth)이 서로 물리게 배치되는 빗형 도체, 및 반도체 재료로 이루어지는 활성화층을 포함하고,

상기 빗형 도체는 상기 위치 검출기의 상기 출력 접속부에 접속되고, 상기 제2 옴 저항기는 상기 위치 검출기의 두 입력 접속부 사이에 접속되는 데이터 입력 장치.
제1항 내지 제3항에 있어서,

상기 단방향 위치 검출기는 직렬로 배치된 여러 개의 분압기형 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 분압기형 센서의 상기 제2 옴 저항기는 비선형 저항기인 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 옴 저항기와 상기 데이터 입력 장치의 상기 각 단자 사이 또는 상기 제2 옴 저항기와 상기 데이터 입력 장치의 상기 각 단자 사이에 배선된 적어도 하나의 제3 옴 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 직렬 레이아웃의 제4 옴 저항기와 스위치를 포함하고,

상기 직렬 레이아웃은 상기 제1 옴 저항기 또는 상기 제2 옴 저항기에 병렬로 배선되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 두 개의 개별 스위치가 거리를 두고 배치되되, 단일 제어 요소를 사용하여 상기 두 개의 개별 스위치의 교대 또는 동시 작용이 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제8항에 있어서,

적어도 두 개의 분압기형 센서가 거리를 두고 배치되되, 단일 제어 요소를 사용하여 상기 두 개의 분압기형 센서의 교대 또는 동시 작용이 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

일정한 범위 저항을 각 키에 결합시킴으로써 가상 키들(virtual key)이 분압기형 센서에 대해 규정되며, 적어도 두 개의 키는 물리적으로 거리를 두고 배치되도록 규정되되, 단일 제어 요소를 사용하여 상기 두 개의 키의 교대 또는 동시 작용이 가능하도록 규정되는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 두 개의 단방향 위치 검출기가 거리를 두고 배치되되, 단일 제어 요소를 사용하여 상기 두 개의 단방향 위치 검출기의 교대 또는 동시 작용이 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 여러 개의 단방향 위치 검출기의 상기 개별 스위치는 하나의 동일한 제2 옴 저항기 접속되는 것을 특징으로 하는 데이터 입력 장치.