KR20070105604A - 매트릭스 구조를 갖는 센싱장치 - Google Patents

매트릭스 구조를 갖는 센싱장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매트릭스 구조를 갖는 센싱장치에 관한 것으로, 가로 방향으로 배열되고 어느 하나를 터치할 때 제1 감지 신호를 생성하는 제1 복수의 터치 센서들, 및 세로 방향으로 배열되고 상기 제1 복수의 터치 센서들 중 어느 하나를 터치할 때 적어도 어느 하나가 동시에 터치되어 제2 감지 신호를 생성하는 제2 복수의 터치 센서들을 이용하여, 상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호의 조합에 따라 터치 위치 정보를 생성함으로써, 센서의 개수를 줄일 수 있도록 하는 센싱장치에 관한 것이다.
터치센서, 통신 단말기, 키패드, 매트릭스, 행렬, 배열, 조합

Description

매트릭스 구조를 갖는 센싱장치{SENSING DEVICE OF MATRIX STRUCTURE}
도 1은 종래 센싱장치의 터치 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 센싱장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 센싱장치에서 매트릭스 구조를 갖는 터치 센서들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도3에서 설명한 매트릭스 구조의 센싱방식을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 센싱장치에 포함되는 터치 센서를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 터치 센서
101: 접촉면
102: 발진기
103: 정류부
104: 증폭부
105: 비교부
200: 제어부
본 발명은 센싱장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매트릭스 구조를 갖는 복수의 터치 센서를 이용한 센싱장치에 관한 것이다.
오늘날 정보 통신 기술의 눈부신 발달은 통신 단말기(휴대기기)의 대중화를 급속히 촉진시켜, 이제 대부분의 일반인들이 핸드폰, PDA 등의 통신 단말기를 항상 소지하고 있다. 따라서, 사용자는 통신 단말기를 이용하여 상대방과 손쉽게 연락할 수 있게 되어 종래보다 의사 소통이 빈번해지게 되었고, 통신 단말기의 사용자들이 점차 증가하고 있다.
이러한 통신 단말기는 통신 기술의 발달 및 사용자들의 사용 증가에 따라 기존의 음성 통화 서비스 및 문자 서비스에서 벗어나 사용자의 욕구에 맞게 보다 다양한 기능을 구비하여 사용자의 편의를 제공하고 있다.
근래 사용자는 터치스크린, 키패드 버튼, 네비게이션 버튼 또는 음성 인식 모듈 등의 입력 수단을 통해 통신 단말기에 소정 명령을 입력할 수 있다. 입력된 상기 명령은 상기 통신 단말기의 제어 신호로 변환되거나 해당 텍스트 또는 이미지 등으로 변환되어 통신 단말기의 동작을 제어하게 된다.
이러한 다양한 입력 장치 중 근래에는 사용자의 터치 만으로 통신 단말기를 제어하는 터치센서를 이용한 입력 장치가 빈번히 사용되고 있다. 이는 종래 하드웨어적인 키패드와 차별된 기술로서 사용자들로부터 관심을 받을 뿐만 아니라, 실 질적으로 배터리 효율, 처리 속도, 및 내구성 측면에 있어서도 종래 키패드 보단 진보된 기술이라 평가되고 있다.
터치 센서는 신체의 일부 또는 손에 잡고 있는 도체 등이 단극의 감지 금속편에 접촉되어 발진부의 발진작용을 억제할 때 발생하는 정류 전압의 차이를 이용하여 전기적 신호를 발생하는 장치로서, 상기 전기적 신호의 차이에 따라 통신 단말기가 해당 동작을 수행하게 된다.
그러나, 이러한 터치 센서를 통한 입력 장치는 각각의 터치 센서에 따라 하나의 명령이 대응된다. 즉 N개의 키패드를 대신해서 N개의 터치 센서가 필요한 것이다.
도 1은 종래 센싱장치의 터치 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 종래의 터치 센서(100)는 신체의 일부 또는 신체와 접촉된 도체 등으로부터의 정전용량의 변화량을 인식하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 제어부(120)로 전달한다. 이에, 상기 제어부(120)는 상기 각각의 터치 센서(100)로부터의 전기적 신호를 개별적으로 인식하여 특정 제어 신호를 생성하게 된다. 상기 생성된 제어 신호에 따라 상기 센싱장치가 장착된 단말기(미도시)가 해당 동작을 수행한다. 이 때, 상기 제어부(120)는 상기 터치센서의 개수만큼 다양한 제어 신호를 생성할 수 있으며, 어느 터치 센서(100)로부터의 전기적 신호인지를 구분할 수 있어야 한다. 즉, 1개의 터치 센서가 1개의 제어 신호를 생성하는 종래의 센싱장치는 단말기의 소형화에 따라 제한된 기능만을 제공할 뿐만 아니라, 단말기의 제조 시에도 높은 비용이 소비되는 문제점이 있다. 따라서, 적은 수의 터치 센 서를 이용하여, 비용의 절감 및 단말기의 소형화를 제공하는 센싱장치의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 제1 방향 및 제2 방향으로 배열된 복수의 터치 센서들로부터의 감지 신호들을 조합한 터치 위치 정보를 생성함으로써, 센싱장치의 소형화 및 제작 비용의 절감 효과를 꾀할 수 있는 센싱장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 센싱장치는 제1 방향으로 배열되고 어느 하나를 터치할 때 제1 감지 신호를 생성하는 제1 복수의 터치 센서들, 제2 방향으로 배열되고, 상기 제1 복수의 터치 센서들 중 어느 하나를 터치할 때 적어도 어느 하나가 동시에 터치되어 제2 감지 신호를 생성하는 제2 복수의 터치 센서들, 및 상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호를 수신하고, 상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호의 조합 수만큼의 센싱 정보에 대응되는 터치 위치 정보를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 센싱장치는 컴퓨터 단말기, 이동 통신 단말기, PSTN 단말기, VoIP, SIP, Megaco, PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), CDMA-2000(1X, 3X)폰, WCDMA(Wideband CDMA)폰, 듀얼 밴드/듀얼 모드(Dual Band/Dual Mode)폰, GSM(Global Standard for Mobile)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰, 또는 위성/지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰 중 어느 하나의 통신 단말기에 대한 입력장치로 사용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 센싱장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 센싱장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 센싱장치에 구비된 터치 센서(100)는 접촉면(101), 발진기(102), 정류부(103), 증폭부(104), 및 비교부(105)를 포함한다. 이러한, 터치 센서(100)는 복수개가 제1 방향으로 배열되고, 어느 하나가 터치될 때 제1 감지 신호를 생성한다. 도 2에서는 상기 제1 방향으로 배열된 복수의 터치 센서(100)들을 제1 복수의 터치 센서들로 명명한다.
또한, 상기 제1 복수의 터치 센서들과 겹쳐 제2 방향으로 배열된 제2 복수의 터치 센서들이 위치한다. 상기 제2 복수의 터치 센서들은 상기 제1 복수의 터치 센서들 중 어느 하나가 터치될 때 제2 감지 신호를 생성한다. 상기 제1 복수의 터치 센서들 및 상기 제2 복수의 터치 센서들은 추후 상세히 설명한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 복수의 터치 센서들 및 제2 복수의 터치 센서들 각각을 구성하는 터치 센서(100)는 사용자의 신체 또는 상기 신체와 접촉된 도체로부터 유전율이 변화됨으로써, 정전용량이 변경되는 단극의 접촉면(101), 상기 접촉면(101)에서 가변되는 정전용량에 따라 주파수가 가변되어 발진되는 발진기(102), 상기 발진기(102)의 출력신호를 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환하는 정류부(103), 상기 정류부(103)가 출력하는 직류전압을 증폭하는 증폭부(104), 상기 증폭부(104)의 출력전압과 사전에 설정된 기준전압을 비교하여 신체 또는 상기 도체가 접촉 또는 근접되는지를 판단하고 판단 결과에 따라 전기적 신호를 발생하는 비교부(105)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 터치센서(100)는 접촉면(101)에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접되지 않을 경우, 상기 접촉면(101)은 고유의 유전율을 가지게 되고, 상기 고유의 유전율에 따른 정전용량을 유지하게 된다. 상기 접촉면(101)의 정전용량은 발진기(102)의 발진 시정수에 따라 설정되는 것으로서 발진기(102)는 접촉면(101)의 정전용량에 따른 소정의 주파수로 발진하여 발진신호를 출력하게 된다. 상기 발진기(102)가 출력하는 소정 주파수의 발진신호는 정류부(103)를 통해 정류 및 평활되어 직류전압으로 변환된 후 증폭부(104)에 입력되어 소정 값 이상 증폭된다. 이에, 비교부(105)는 소정 레벨의 기준전압과 증폭부(104)가 출력하는 전압을 비교하고, 비교 결과 접촉면(101)에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접되지 않았음을 판단함으로써, 해당 디지털 값을 발생할 수 있다.
이와 반대로, 접촉면(101)에 신체 또는 상기 신체와 접촉된 도체가 접촉 또는 근접될 경우에는 접촉면(101)의 유전율이 가변됨으로써, 정전용량에 변화가 발생한다. 이에, 발진기(102)의 발진 시정수가 가변됨으로써, 발진기(102)는 발진 주파수의 가변 출력 즉, 높은 주파수의 발진신호를 출력하게된다. 상기 발진기(102)가 출력한 높은 주파수의 발진신호는 정류부(103)를 통해 정류 및 평활되어 높은 직류전압으로 변환된 후 증폭부(104)에 입력되어 증폭되고, 상기 증폭부(104)의 출력전압은 비교부(105)로 입력되어 상기 기준전압과 비교된다. 결국, 상기 비교부(105)는 접촉면(101)에 신체 또는 상기 도체가 접촉 또는 근접되었음을 판단하고, 해당 디지털 값을 발생할 수 있다.
이러한, 전기적 신호 중 상기 제1 복수의 터치 센서들 중에서 발생되는 것은 제1 감지 신호이고, 상기 제2 복수의 터치 센서들 중에서 상기 제1 복수의 터치 센서들 중에서 어느 하나가 터치될 때, 동시에 터치되는 제2 복수의 터치 센서는 제2 감지 신호를 생성하게 된다. 이는 도 3 및 도 4에서 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 센싱장치에서 매트릭스(matrix) 구조를 갖는 터치 센서들을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4는 도3에서 설명한 매트릭스 구조의 센싱방식을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 상기 제1 복수의 터치 센서들(310)은 터치 센서들이 제1 방향으로 배치되고, 상기 제2 복수의 터치 센서들(320)은 터치 센서들이 제2 방향으로 배치되는 구성을 가진다. 일례로, 상기 제1 방향은 세로방향 상기 제2 방향은 가로방향일 수 있다. 즉, 상기 제1 복수의 터치 센서들(310) 및 상기 제2 복수의 터치 센서들(320)은 상호 직교하며 근거리에 밀착되도록 구성될 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 상기 제1 복수의 터치 센서들(310)로부터의 제1 감지 신호는 각각 S1, S2, 및 S3로 고유식별되고, 상기 제2 복수의 터치 센서들(320)로부터의 제2 감지 신호는 W1, W2, W3, 및 W4로 고유식별된다. 결국, 근거리에 밀착된 상기 제1 복수의 터치 센서들(310) 및 상기 제2 복수의 터치 센서들 (320)에 따라 교차면 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L에서 상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호의 조합 수 만큼의 서로 다른 디지털 값을 생성할 수 있다. 즉, 상기 교차면 A는 (S1, W1)로 교차면 B는 (S2, W1)로 식별되며, 나머지 교차면도 상기 교차면 A 및 교차면 B와 동일하게 C=(S3, W1), D=(S1, W2), E=(S2, W2), F=(S3, W2), G=(S1, W3), H=(S2, W3), I=(S3, W3), J=(S1, W4), K=(S2, W4), L=(S3, W4)로 고유식별 된다.
도 2에서 상기 제어부(200)는 상기 제1 복수의 터치 센서들(310) 및 상기 제2 복수의 터치 센서들(320)로부터 상기 제1 감지 신호 및 상기 제2 감지 신호를 수신하고, 상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호의 조합 수만큼의 센싱 정보에 대응되는 터치 위치 정보를 생성한다. 즉, 상기 제어부(200)는 위의 예에서, 3개의 터치 센서 및 4개의 터치 센서를 통해 3 X 4 = 12개의 디지털 값을 발생할 수 있다. 이에, 상기 제어부(200)가 생성한 상기 터치 위치 정보는 사전에 롬에 버닝된 펌웨어에 따라서, 소정의 제어 신호로 변환되어 상기 터치 센싱 장치를 적용한 해당 단말기를 제어하도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 매트릭스 구조의 터치 센서는 실제 사용된 터치 센서의 개수보다 훨씬 더 많은 수의 제어 신호를 발생시킬 수 있으며, 결과적으로 단말기의 소형화, 저전력화, 저비용화를 꾀할 수 있다.
일례로 종래 이동통신 단말기에서 16개의 입력을 위하여 사용되던 16개의 터치 센서는 본 발명에 따른 4 X 4 = 16의 매트릭스 형태의 센싱장치를 구현하기 위해 제1 복수의 터치 센서들에 포함된 4개의 터치 센서 및 제2 복수의 터치 센서들 에 포함된 4개의 터치 센서의 합계, 즉 8개의 터치 센서로 그 수가 대폭 줄어들 수 있다.
도 5는 본 발명의 센싱장치에 포함되는 터치 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센싱장치 중에서, 3 X 4 형태를 도시한 것이다. 상기 센싱장치는 12개의 터치 위치 정보(제어 신호)를 발생할 수 있으며, 3 + 4 = 7개의 터치 센서가 사용되었으나, 이러한 12개의 터치 위치 정보를 발생시키기 위하여 종래의 센싱장치는 12개의 터치 센서가 필요하다. 또한, 종래의 센싱장치에서는 이러한 12개의 터치 센서 각각에서 발생하는 신호를 수집하기 위하여 12개의 신호선이 요구되지만, 이에 반해, 본 발명에 따른 센싱장치에서는 터치 센서의 개수가 간소화됨에 따라 7개의 신호선 만으로 각각의 터치 센서로부터 발생하는 터치 위치 정보를 수신하여 12개의 터치 위치 정보를 발생할 수 있다. 이는 결국, 단말기의 소형화 및 단말기 제작에 따른 비용을 절감할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있 는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 방향 및 제2 방향으로 배열된 복수의 터치 센서들로부터의 감지 신호들을 조합하여 터치 위치 정보를 생성함으로써, 저비용으로 터치 센서의 성능 효율을 향상시키는 센싱장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 일반적인 터치 센서에서보다 더 적은 개수의 센서를 이용하더라도 더 많은 수의 터치 위치 정보를 생성함으로써 단말기의 기능을 다양화시키는데 기여할 수 있다.

Claims (4)

  1. 제1 방향으로 배열되고 어느 하나를 터치할 때 제1 감지 신호를 생성하는 제1 복수의 터치 센서들;
    제2 방향으로 배열되고, 상기 제1 복수의 터치 센서들 중 어느 하나를 터치할 때 적어도 어느 하나가 동시에 터치되어 제2 감지 신호를 생성하는 제2 복수의 터치 센서들; 및
    상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호를 수신하고, 상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호의 조합 수만큼의 센싱 정보에 대응되는 터치 위치 정보를 생성하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 복수의 터치 센서들은 사용자의 터치 시에 정전용량의 변화로 상기 제1 감지 신호 또는 상기 제2 감지 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센싱장치는 통신 단말기에 이용되고, 상기 통신 단말기는 상기 터치 위치 정보에 따라 해당 키 패드를 인식하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 통신 단말기는 컴퓨터 단말기, 이동 통신 단말기, PSTN 단말기, VoIP, SIP, Megaco, PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), CDMA-2000(1X, 3X)폰, WCDMA(Wideband CDMA)폰, 듀얼 밴드/듀얼 모드(Dual Band/Dual Mode)폰, GSM(Global Standard for Mobile)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰, 또는 위성/지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센싱장치.
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