KR20080061301A - 촉각 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극의 개수를 줄여 센서의 크기를 줄일 수 있는 씨모스 트랜지스터를 이용한 촉각 센서에 대한 것으로서, 촉각 센서 선택 신호와 클럭 신호를 하나의 공통 신호로서 수신하는 촉각 센서에 있어서, 복수의 압저항 감지 요소, 상기 공통 신호를 수신하여 상기 선택 신호와 상기 클럭 신호로 분리하는 신호 분리부, 상기 선택 신호에 따라 상기 촉각 센서를 활성화하는 단위 소자 선택 스위치 및 상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 압저항 감지 요소로부터의 압저항 신호들을 순차적으로 공통 출력 단자를 통해 출력하는 출력부를 포함한다.
촉각, 센서, 씨모스, 전극

Description

촉각 센서{Tactile Sensor}
본 발명은 씨모스 트랜지스터를 이용한 촉각 센서에 대한 것으로서 특히 전극의 개수를 줄여 센서의 크기를 줄일 수 있는 씨모스 트랜지스터를 이용한 촉각 센서에 대한 것이다.
촉각 센서는 인간의 피부와 같이 접촉감을 느끼기 위한 센서로서 입력센서 또는 힘센서가 2차원 배열된 센서이다. 그 중 실리콘 압력 센서는 정밀도가 높고 내구성이 뛰어나 촉각센서의 감지부로 적합하여 많이 사용되고 있다. 촉각 센서는 평평한 평면에 부착되는 경우도 있지만 대개 많은 경우 손가락과 같이 굴곡진 면에 부착된다. 따라서 일정 정도 이상의 곡률반경을 가질 수 있도록 촉각센서는 플렉서블한 것이 필요하다. 실리콘 기판은 단단한 재료이므로 촉각 센서의 단위셀을 잘라 분리하여 2차원 배열하여 플렉서블한 촉각 센서를 제작하는 데 이때 배선용으로 연성회로기판(FPCB)이 사용된다. 연성회로기판과 실리콘 센서는 플립칩 본딩 방식으로 연결된다. 도 1은 4개의 압저항으로 구성된 촉각 센서의 단위셀이다. Vcc 전극 과 그라운드(GND) 전극, 내장된 스위칭용 전계 효과 트랜지스터를 구동하기 위한 선택 전극 2개, 출력 전극 4개로 구성되어 총 8개의 전극이 필요하다. 도 1은 단위셀의 크기가 2mm*2mm 이며, 전극의 크기는 0.2mm*0.2mm 이다. 이러한 촉각 센서의 해상도를 높이기 위해서는 촉각 센서의 단위셀의 크기를 1mm*1mm 수준으로 낮추어야 하는데 종래의 촉각 센서 방식은 필요한 전극의 수가 8개나 되어 센서의 크기를 줄이기가 매우 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전극의 개수를 줄여 촉각 센서의 크기를 줄일 수 있는 촉각 센서의 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 촉각 센서의 크기를 줄이면서도 노이즈 성능을 향상시킬 수 있는 촉각 센서 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 목적은 촉각 센서 선택 신호와 클럭 신호를 하나의 공통 신호로서 수신하는 촉각 센서에 있어서, 복수의 압저항 감지 요소, 상기 공통 신호를 수신하여 상기 선택 신호와 상기 클럭 신호로 분리하는 신호 분리부, 상기 선택 신호에 따라 상기 촉각 센서를 활성화하는 단위 소자 선택 스위치 및 상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 압저항 감지 요소로부터의 압저항 신호들을 순차적으로 공통 출력 단자를 통해 출력하는 출력부를 포함하는 촉각 센서에 의해 달성된다.
이때 출력부는 상기 압저항 감지 요소 각각에 대한 스위치 및 상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 스위치를 제어하는 콘트롤 유닛으로 구성되어 상기 압저항 신호 각각을 순차적으로 직렬출력하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 출력부는 상기 압저항 신호를 증폭하는 신호 증폭회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적은 촉각 센서 선택 신호와 클럭 신호를 하나의 공통 신호로서 수신하는 촉각 센서에 있어서, 복수의 압저항 감지 요소, 온도 감지 요소, 상기 공통 신호를 수신하여 상기 선택 신호와 상기 클럭 신호로 분리하는 신호 분리부, 상기 선택 신호에 따라 상기 촉각 센서를 활성화하는 단위 소자 선택 스위치 및 상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 압저항 감지 요소로부터의 압저항 신호들과 온도 감지 요소로부터의 온도 신호를 순차적으로 공통 출력 단자를 통해 출력하는 출력부를 포함하는 촉각 센서에 의해 달성된다.
상기 출력부는 상기 압저항 감지 요소 각각에 대한 복수의 압저항 스위치, 상기 온도 감지 요소에 대한 온도 스위치 및 상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 압저항 스위치와 온도 스위치를 제어하는 콘트롤 유닛으로 구성되고, 상기 압저항 신호 각각과 상기 온도 신호를 순차적으로 직렬출력하는 것이 바람직하다. 또한, 출력부는 상기 압저항 신호를 증폭하는 압저항 신호 증폭회로 및 상기 온도 신호를 증폭하는 온도 신호 증폭회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 촉각 센서의 외부 단자는 상기 압저항 감지 요소에 전압을 공급하는 두 개의 단자와 상기 공통 신호를 수신하기 위한 공통 신호 단자, 상기 공통 출력 단자를 포함한다.
본 발명에 따른 촉각 센서는 전극의 개수를 4개로 줄일 수 있어 촉각 센서의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 촉각 센서는 촉각 센서의 크기를 줄이면서도 노이즈 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
아울러 본 발명의 촉각 센서는 전극의 개수가 줄어든 만큼 배선이 간단해져 그 설계가 용이한 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각 센서에 대한 회로의 구성도이다. 씨모스 트랜지스터(CMOS)로 이루어진 압저항 감지 요소는 4개로 설정되었으며, 이들 압저항 감지요소에는 공통 드레인 전압 또는 공통 소스 전압을 인가하기 위해 두 개의 전극(Vcc, Ground)이 연결된다. 이들 전극 중 Vcc가 인가되는 전극에는 해당되는 단위 촉각 센서를 신호에 따라 활성화하는 단위 소자 선택 스위치가 결합되었다.
본 발명에 따른 촉각 센서는 도 3에 도시된 바와 같이 단위 소자 선택 스위치를 제어하는 촉각 센서 선택 신호(210)와 그 촉각 센서가 선택되어 활성화된 상태에서 압저항 감지 요소 각각을 제어하는 클럭 신호(220)를 결합한 공통 신호(200)를 사용한다. 공통 신호(200)는 공통 신호 단자(103)를 통해 촉각 센서로 들어와 도 4에 예시된 바와 같은 구조의 신호 분리부(120)에서 선택 신호(210)와 클럭 신호(220)로 분리된다. 분리된 선택 신호(210)는 단위 소자 선택 스위치(130)를 제어하여 촉각 센서 자체를 활성화 또는 비활성화하고, 클럭 신호(220)는 후술하는 출력부(140)의 콘트롤 유닛(141)을 통해 각 압저항 감지 요소(110)로부터의 신호가 순차적으로 출력되도록 한다. 따라서 본 발명에 따른 촉각 센서는 촉각 센서 선택 신호(210)를 위한 단자와 클럭 신호(220)를 위한 단자 모두를 필요로 하지 않으며 공통 신호(200)를 받기 위한 공통 신호 단자(103)가 하나만 있어도 촉각 센서를 충분히 제어할 수 있게 된다.
출력부(140)는 클럭 신호(220)에 따라 복수의 압저항 감지 요소(110)로부터 받은 압저항 신호들을 순차적으로 공통 출력 단자(104)를 통해 출력한다. 이러한 출력부(140)는 압저항 감지 요소(110)의 출력 라인 각각에 결합된 스위치(142)와 이들 스위치(142)들을 클럭 신호(220)에 따라 순차적으로 활성화하여 압저항 신호들을 순차적으로 공통 출력 단자를 통해 직렬출력하도록 하는 콘트롤 유닛(141)을 포함할 수 있다. 이러한 출력부(140)의 구성에 따라 출력 단자(104)는 단위 촉각 센서에 포함되는 압저항 감지 요소(110)의 개수에 상관없이 하나의 공통 출력 단자(104)만으로 구성될 수 있게 된다.
또한 출력부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 위 스위치(142)들에서 연결되어 합쳐진 신호 라인 중간에 신호를 증폭하기 위한 증폭회로(143)를 포함하는 것이 바람직하다. 증폭회로(143)는 센서의 노이즈 성능을 개선할 뿐만 아니라 외부 단자인 전극의 면적이 작아지더라도 센서가 충분한 성능을 가지도록 한다.
본 발명에 따른 촉각 센서는 이와 같이 압저항 감지 요소의 개수에 관계없이 4개의 외부 단자 즉, 4개의 전극(101, 102, 103, 104)만으로 구성되어 전극의 면적을 충분히 확보하거나 센서의 크기를 충분히 작게 할 수 있다. 또한, 증폭회로(143)가 더 포함된다면 단위 촉각 센서의 크기가 작아져 전극 면적을 작게 하는 경우라도 노이즈 성능을 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각 센서에 대한 회로의 구성도이다. 본 발명의 다른 실시예는 앞서 살핀 본 발명의 일실시예의 구성에 온도 감지 요소(450)를 부가한 경우이다. 이러한 온도 감지 요소(450)에서 측정된 감지 부위의 온도는 정확한 감지를 위한 온도보상에 사용된다. 도 5의 예시적인 도면에서도 압저항 감지 요소(410)를 4개로 설정하였으며, 만찬가지로 Vcc가 인가되는 전극(401)에 단위 촉각 센서를 신호에 따라 활성화하는 단위 소자 선택 스위치(430)가 결합되었다. 이때 단위 소자 선택 스위치(430)는 압저항 감지 요소(410)들뿐만 아니라 온도 감지 요소(450)도 동시에 활성화한다.
본 실시예에 따른 촉각 센서는 도 6에 도시된 바와 같이 단위 소자 선택 스위치(430)를 제어하는 촉각 센서 선택 신호(510)와 그 촉각 센서가 선택되어 활성화된 상태에서 압저항 감지 요소(410)들과 온도 감지 요소(450) 각각을 제어하는 클럭 신호(520)를 결합한 공통 신호(500)를 사용한다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각 센서에서 클럭 신호(520)는 온도 감지 요소(450)를 제어하기 위하기 위한 신호가 더 포함된다. 공통 신호(500)는 공통 신호 단자(403)를 통해 촉각 센서로 들어와 도 4에 예시된 바와 같은 구조의 신호 분리부(420)에서 선택 신호(510)와 클럭 신호(520)로 분리된다. 분리된 선택 신호(510)는 단위 소자 선택 스위치(430)를 제어하여 촉각 센서 자체를 활성화 또는 비활성화하고, 클럭 신호(520)는 출력부의 콘트롤 유닛을 통해 각 압저항 감지 요소(410) 및 온도 감지 요소(450)로부터의 신호가 순차적으로 출력되도록 한다.
출력부(440)는 클럭 신호(520)에 따라 복수의 압저항 감지 요소(410)로부터 받은 압저항 신호들과 온도 감지 요소(450)로부터 받은 온도 감지 신호를 순차적으로 공통 출력 단자(404)를 통해 출력한다. 이러한 출력부(440)는 압저항 감지 요소(410)의 출력 라인 각각에 결합된 압저항 스위치(442)들과 온도 감지 요소에 대한 온도 스위치(470) 그리고 이들 스위치(442, 470)들을 클럭 신호(520)에 따라 순차적으로 활성화하여 압저항 신호들과 온도 신호를 순차적으로 공통 출력 단자(404)를 통해 직렬출력하도록 하는 콘트롤 유닛(441)을 포함할 수 있다. 이러한 출력부(440)의 구성에 따라 출력 단자(404)는 단위 촉각 센서에 포함되는 압저항 감지 요소(410)의 개수 및 온도 감지 요소(450)의 추가에 관계없이 하나의 공통 출력 단자(404)만으로 구성될 수 있게 된다.
또한 출력부(440)는 도 5에 도시된 바와 같이 위 압저항 스위치(442)들에서 연결되어 합쳐진 신호 라인 중간이나 온도 감지 요소(450)의 출력단 또는 두 곳 모두에 각각의 신호를 증폭하기 위한 증폭회로(443, 460)를 포함하는 것이 바람직하다. 증폭회로(443, 460)는 센서의 노이즈 성능을 개선할 뿐만 아니라 외부 단자인 전극의 면적이 작아지더라도 센서가 충분한 성능을 가지도록 한다.
본 발명에 따른 촉각 센서는 이와 같이 압저항 감지 요소(410)의 개수 및 온도 감지 요소(450)의 추가에 관계없이 4개의 외부 단자 즉, 4개의 전극(401, 402, 403, 404)만으로 구성되어 전극의 면적을 충분히 확보하거나 센서의 크기를 충분히 작게 할 수 있다. 또한, 증폭회로(443, 470)가 더 포함된다면 단위 촉각 센서의 크기가 작아져 전극 면적을 작게 하는 경우라도 노이즈 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 촉각센서 단위셀 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각 센서 단위셀의 회로도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각 센서에 사용되는 제어 신호,
도 4는 본 발명에 따른 촉각 센서의 신호 분리부의 개념도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각 센서 단위셀의 회로도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각 센서에 사용되는 제어 신호이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
101, 401: VDD 전극 102, 402: 접지 전극
103, 403: 공통 신호 전극 104, 404: 출력 전극
110, 410: 압저항 감지 요소 120, 420: 신호 분리부
130, 430: 단위 소자 선택 스위치 140, 440: 출력부
141, 441: 콘트롤 유닛 142, 442: 스위치
143, 443: 증폭회로 200, 500: 공통 신호
210, 510: 선택 신호 220, 520: 클럭 신호

Claims (7)

  1. 촉각 센서 선택 신호와 클럭 신호를 하나의 공통 신호로서 수신하는 촉각 센서에 있어서,
    복수의 압저항 감지 요소;
    상기 공통 신호를 수신하여 상기 선택 신호와 상기 클럭 신호로 분리하는 신호 분리부;
    상기 선택 신호에 따라 상기 촉각 센서를 활성화하는 단위 소자 선택 스위치; 및
    상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 압저항 감지 요소로부터의 압저항 신호들을 순차적으로 공통 출력 단자를 통해 출력하는 출력부
    를 포함하는 촉각 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력부는,
    상기 압저항 감지 요소 각각에 대한 스위치; 및
    상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 스위치를 제어하는 콘트롤 유닛
    으로 구성되고, 상기 압저항 신호 각각을 순차적으로 직렬출력하는 촉각 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 압저항 신호를 증폭하는 신호 증폭회로를 더 포함하는 촉각 센서.
  4. 촉각 센서 선택 신호와 클럭 신호를 하나의 공통 신호로서 수신하는 촉각 센서에 있어서,
    복수의 압저항 감지 요소;
    온도 감지 요소;
    상기 공통 신호를 수신하여 상기 선택 신호와 상기 클럭 신호로 분리하는 신호 분리부;
    상기 선택 신호에 따라 상기 촉각 센서를 활성화하는 단위 소자 선택 스위치; 및
    상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 압저항 감지 요소로부터의 압저항 신호들과 온도 감지 요소로부터의 온도 신호를 순차적으로 공통 출력 단자를 통해 출력하는 출력부
    를 포함하는 촉각 센서.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 출력부는,
    상기 압저항 감지 요소 각각에 대한 복수의 압저항 스위치;
    상기 온도 감지 요소에 대한 온도 스위치; 및
    상기 클럭 신호에 따라 상기 복수의 압저항 스위치와 온도 스위치를 제어하는 콘트롤 유닛
    으로 구성되고, 상기 압저항 신호 각각과 상기 온도 신호를 순차적으로 직렬출력하는 촉각 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 출력부는,
    상기 압저항 신호를 증폭하는 압저항 신호 증폭회로; 및
    상기 온도 신호를 증폭하는 온도 신호 증폭회로
    를 더 포함하는 촉각 센서.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉각 센서의 외부 단자는 상기 압저항 감지 요소에 전압을 공급하는 두 개의 단자와 상기 공통 신호를 수신하기 위한 공통 신호 단자, 상기 공통 출력 단자를 포함하는 촉각 센서.
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