KR20080085462A - 접촉센서 장치 및 이 장치의 동작 모드 전환 방법 - Google Patents

접촉센서 장치 및 이 장치의 동작 모드 전환 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 접촉센서 장치 및 이 장치의 동작 모드 전환 방법을 공개한다. 이 접촉센서 장치는 표면상에 접촉되는 입력 신호를 인가 받아 내부 정전 용량의 변화를 통해 접촉 신호를 발생시키는 터치 판넬과 접촉 신호를 인가 받아 접촉 정보를 계산하고 감지 데이터를 형성하여 미리 저장된 패턴신호와 비교하여 접촉되는 입력 신호에 상응하는 동작을 제어하는 접촉 센서 칩을 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명의 접촉센서 장치에 의할 경우, 종래에 전체 시스템을 동작시켜 MCU가 수행하던 기능을 대신할 수 있어 터치 판넬 상에 접촉 입력으로 접촉 센서 장치의 다양한 동작을 수행시키기 위해 소모되는 전력이 현저하게 감소되고, 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 다양한 동작을 전환시킬 수 있어 시스템 구성이 간편하고 제조 비용이 절약된다.

Description

접촉센서 장치 및 이 장치의 동작 모드 전환 방법{Touch sensor device and the method of switching operation mode thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 회로도이다.
도 4는 도 3에서 터치 판넬 내 한 개의 접촉 전극과 접촉 센싱부 내 한 개의 접촉 센서의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 접촉센서 장치에 관한 것으로, 특히 터치 판넬 상에 접촉 입력을 감지하여 발생되는 전기 신호를 처리하여 다양한 입력 신호가 의미하는 동작을 수행하도록 제어하는 접촉센서 장치 및 이 장치의 동작 모드 전환 방법에 관한 것이다.
터치 패드는 데이터 입력 장치의 하나로서, 평면상에 매트릭스 형상의 감지점이 배치되어 있고, 사용자가 어디를 눌렀고 어느 방향으로 접촉점이 이동했는지를 감지할 수 있어서 마우스 대용으로 널리 사용되고 있다. 터치 패드는 전기적 스위치들을 평면상으로 배열하거나, 커패시터형 센서 또는 트랜지스터형 센서를 평면상에 배열한 것 등 여러 종류가 있다.
이들 중 노트북 컴퓨터 등에서 커서의 움직임을 조절하는데 많이 쓰이는 것은 커패시터형 센서를 사용한 복수개의 터치 패드들로 구성된 터치 판넬이다. 이 터치 판넬의 표면은 절연막으로 덮여 있고, 그 절연막의 아래쪽에 가로선과 세로선이 일정 간격으로 배열되어 있다. 이 가로선과 세로선 사이에는 전기적 등가회로로서 커패시터가 나타나는데, 가로선은 제1 전극을 이루고 세로선은 제2 전극을 이루게 된다.
감지 표면에 손가락이라는 일종의 도체가 접촉되면 이 가로선과 세로선 사이에 나타나는 정전 용량이 접촉되지 않은 곳의 여타선 사이의 정전 용량과는 다른 값을 나타내게 되므로, 가로선에 전압 신호를 인가 하고 세로선에서 커패시터의 정전 용량의 변화를 읽어내어 어느 부분의 감지면이 접촉되어 있는지를 알 수 있게 된다.
이와 같은 터치 판넬에는 문자, 숫자, 모양 신호 등을 입력시킬 수 있는데, 정보 입력의 빈도가 높고 편의성을 요하는 경우에는 그 유용성이 매우 크다. 예컨대 종래의 휴대폰은 전화번호 입력을 간편하게 하기 위하여 단축키 기능을 제공하고, 단축키는 전화번호보다는 짧기 때문에 입력이 간편할 수 있으나, 단축키 번호 자체에 의미를 포함시키는 것은 쉬운 일이 아니기 때문에 이 단축번호들을 기억하는 일이 쉽지 않고, 번번이 이를 확인해야 하는 등의 작업은 번거롭다.
그러나 문자, 숫자, 모양 신호 즉 간단한 기호나 모양에는 쉽게 의미를 결부시킬 수 있는데, 예를 들어 특정인의 전화 번호를 입력하고 싶을 때 그 사람의 이름이나 별명에 해당하는 국문의 첫 자음이나 영문의 첫 알파벳을 입력하여 전화 통화를 할 수 있다면 기억하거나 사용하기에 매우 편리할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 회로도로서, 터치 판넬(10), 접촉 센서 칩(20), MCU(30)를 구비한다. 터치 판넬(10)은 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)로 구성되고 접촉 센서 칩(20)은 복수개의 접촉 센서들(20-1 내지 20-N)로 구성된다.
터치 판넬(10) 표면에는 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)이 배열되어 접촉여부를 접촉 센서 칩(20)에 알린다. 접촉 센서 칩 (20) 내 복수개의 접촉 센서들(20-1 내지 20-N)은 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)과 전기적으로 연결되며, MCU (30)는 접촉 센서 칩(20)으로부터 얻어지는 신호를 처리하여 문자, 숫자, 모양 신호가 의미하는 동작을 수행하도록 전기적 접촉 센서 장치를 제어한다.
도 2는 종래 기술에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 동작을 나타내는 흐름도로서, 도 1 및 도 2를 참조하여 그 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 터치 판넬(10)에 입력되는 문자, 숫자, 모양 신호 등의 패턴 신호와 각각의 입력에 해당하여 활성 모드에서 수행할 동작을 MCU(30) 내에 매핑하여 저장시켜 놓는다.(S10)
전기적 접촉 센서 장치가 수면 모드(sleeping mode)에 있다가 동작이 시작되면 MCU(30)는 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)에 인체가 접촉했는지를 일정 시간 간격으로 체크하게 된다.
즉, 일정한 시간을 주기로 터치 판넬(10)을 동작시키면(S20) 접촉 센서 칩 (20) 내 복수개의 접촉 센서들(20-1 내지 20-N)은 전기적으로 연결되어 있는 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)로부터 접촉 정보를 인가 받아 전기적 신호를 출력한다.(S30)
MCU(30)는 접촉 센서 칩(20)으로부터 출력되는 전기적 신호로부터 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로를 계산하여 그 값들을 저장해 나가다가, 접촉상태가 종료되면 상기 계산된 값들을 결합하여 하나의 감지 데이터를 형성한다.(S35)
이와 같은 경로로 형성된 감지 데이터와 미리 매핑하여 저장시켜 놓았던 문자, 숫자, 모양 신호를 상호 비교하여(S40) 양자가 동일한 입력 신호가 있는 경우에는 기상 모드로 전환하여(S50) 전기적 접촉 센서 장치가 해당 입력 신호에 해당하는 동작을 수행하게 한다.(S55)
만일, 양자가 동일한 입력 신호가 없는 경우에는 수면 모드를 유지하고(S15), 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)에 인체가 접촉했는지 여부에 대한 MCU(30)의 체크 동작이 반복된다.
이때, MCU(30)는 전기적 접촉센서(20)를 통해 터치 판넬(10)에 사람의 손이 접촉되지 않았음을 감지하면 전기적 접촉 센서 장치의 동작을 비활성화시켜 전원 공급을 차단하고, 사람의 손이 접촉되었음을 감지하면 전원 공급부의 동작을 활성화시켜 전기적 접촉 센서 장치의 각 구성 요소에 동작 전원을 공급한다.
전기적 접촉 센서 장치가 무선 장치인 경우에는 충전지 또는 건전지를 전력원으로 사용하여 사용시간의 제약을 받기 때문에 최대한으로 사용시간을 늘리는 것이 무엇보다도 중요한데, 종래 기술에 따른 전기적 접촉 센서 장치에서는 상기 터치 판넬(10) 상 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로를 계산하고 감지 데이터를 형성하여 저장시켜 놓았던 문자, 숫자, 모양 신호들과 비교하여 전기적 접촉 센서 장치가 활성 모드에서 수행할 동작을 제어하는 동작을 MCU(30)가 모두 수행함으로 인해 전력 소모가 많은 문제점이 있었다.
한편, 일단 비활성화 상태에서 터치 판넬(10)에 사람의 손이 접촉되었는지를 감지하기 위해서는 간헐적으로 전원 공급부의 동작을 활성화시켜 접촉 센서 칩(20)과 MCU(30)을 동작시켜야 하므로 응답 속도를 빠르게 하기 위해서는 간헐적인 동작을 빈번히 해야 하고, 이로 이한 전력 소모 증가를 감수해야 했다.
이로 인해 종래 기술에 따른 전기적 접촉 센서 장치에서는 비활성화 상태에서 기상 모드로 전환하기 위하여 별도의 기계적인 스위치로 구현할 필요가 있고, 문자, 숫자, 모양 신호들이라는 상이한 성격의 신호를 하나의 주어진 터치 판넬(10) 상에 입력시키기 위해서는 별도의 동작 모드 전환 스위치를 사용하여 각 입력 모드를 기상 모드로 전환할 필요가 있어 전기적 접촉 센서 시스템 구성이 다소 복잡하고 제조하는데 추가적인 비용이 소비되었다.
본 발명의 목적은 패턴신호를 미리 저장하고 터치 판넬 상 접촉 정보로부터 감지 데이터를 형성하여 양자를 비교함으로써 동작 모드를 제어하는 MCU의 기능을 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 대체할 수 있는 접촉 센서 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치는 표면상에 접촉되는 입력 신호를 인가 받아 내부 정전 용량의 변화를 통해 접촉 신호를 발생시키는 터치 판넬, 접촉 신호를 인가 받아 접촉 정보를 계산하고 감지 데이터를 형성하여 미리 저장된 패턴신호와 비교하여 접촉되는 입력 신호에 상응하는 동작을 제어하는 접촉 센서 칩을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 접촉 센서 칩은 접촉 신호를 인가 받아 접촉 정보를 감지하여 전기적인 상태 변화를 전기 신호로 출력하는 접촉 센싱부, 전기 신호를 인가 받아 접촉 정보를 계산하여 저장하고, 터치 판넬 상 접촉상태가 종료되면 저장된 접촉 정보를 결합하여 상응하는 감지 데이터를 형성하여 출력하는 감지 데이터 생성부, 패턴신호를 미리 저장한 후에 감지 데이터를 인가 받아 패턴신호와 감지 데이터를 비교하여 동일한 신호의 존재 여부에 따라 해당 입력 신호가 의미하는 동작 수행을 제어하는 감지 데이터 분석부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 감지 데이터 분석부는 접촉되는 입력 신호에 상응하는 동작을 개시하는 기상 모드로 전환시킬 수 있는 패턴신호를 미리 저장하는 데이터 저장부, 감지 데이터를 일정한 주기로 추출하고 미리 저장된 패턴신호를 인가 받아 비교하여 동일한 신호가 데이터 저장부에 존재하는지 여부를 판단하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 비교부 감지 데이터와 동일한 패턴신호가 데이터 저장부에 있는 경우에는 해당 입력 신호가 의미하는 동작을 수행하기 위한 기상 모드 전환 신호를 출력하고, 동일한 패턴신호가 데이터 저장부에 없는 경우에는 가수면 모드를 유지하면서 터치 판넬에 다른 입력 신호의 입력이 있을 때까지 대기하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 비교부는 공통으로 사용되는 터치 판넬 상에 문자, 숫자, 모양 신호와 같은 상이한 성격의 입력 신호를 입력시키기 위해서 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 복수개의 다양한 동작을 시작하는 기상 모드 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 입력 신호, 패턴신호, 감지 데이터는 문자, 숫자, 모양 신호이고, 접촉 정보는 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 접촉 센싱부는 복수개의 접촉 전극들 각각과 전기적으로 연결되어 터치 판넬 상에서의 접촉으로 제 1 시간 지연된 접촉 신호를 인가 받고 기준 신호를 제 1 시간과 상이한 시간동안 지 연한 지연 신호를 인가 받아 양 신호의 위상차를 이용하여 전기 신호를 출력하는 복수개의 접촉 센서들을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 복수개의 접촉 센서들 각각은 클럭 신호를 기준 신호로서 발생하는 기준 신호 발생부, 기준 신호를 인가 받아 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 제 1 시간 지연하여 제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생부, 기준 신호를 인가 받아 다이 부착 패드에 접촉 물체의 접촉이 감지되지 않으면 기준 신호를 지연하지 않고, 접촉 물체의 접촉이 감지되면 기준 신호를 제 1 시간 보다 더 많이 지연하여 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생부, 제 1 신호에 동기되어 제 2 신호를 샘플링 및 래치하여 감지 신호를 발생한 후에 외부로 출력하는 감지 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 터치 판넬은 평면상에 매트릭스 형상으로 배열되어 입력 신호를 인가 받아 접촉 신호를 출력하는 복수개의 접촉 전극들, 복수개의 접촉 전극들 표면상에 전기적으로 절연되어 접촉 물체의 접촉시 일정한 정전 용량을 발생시키는 절연막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법은 표면상에 접촉되는 입력 신호를 인가 받아 접촉 정보를 접촉 센서 칩에 전달하는 터치 판넬을 구비하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법에 있어서, 터치 판넬 표면 상에 접촉되는 입력 신호를 인가 받아 접촉 정보를 계산하여 저장하고, 터치 판넬 상 접촉 상태가 종료되면 저장된 접촉 정보를 결합하여 상응하는 감지 데이터를 형성하여 출력하는 감지 데이터 생성 단계, 패턴신호를 미리 저장한 후에 감지 데이터를 인가 받아 패턴신호와 감지 데이터를 비교하여 동일한 신호의 존재 여부에 따라 해당 입력 신호가 의미하는 동작 수행을 제어하는 감지 데이터 분석 단계, 감지 데이터와 미리 저장된 패턴신호가 동일한 신호가 있는 경우에는 접촉 센서 칩이 기상 모드 전환 신호를 출력하고, 동일한 신호가 없는 경우에는 가수면 모드를 유지하는 동작 모드 전환 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법의 감지 데이터 생성 단계는 입력 신호를 인가 받아 내부 정전 용량의 변화를 통해 접촉 신호를 발생하는 접촉 신호 발생 단계, 접촉 정보를 감지하여 전기적인 상태 변화를 전기 신호로 출력하는 접촉 센싱 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법의 감지 데이터 분석 단계는 접촉되는 입력 신호에 상응하는 동작을 개시하는 기상 모드로 전환시킬 수 있는 패턴신호를 미리 저장하는 데이터 저장 단계, 감지 데이터를 일정한 주기로 추출하고 미리 저장된 패턴신호를 인가 받아 비교하여 동일한 신호가 데이터 저장부에 존재하는지 여부를 판단하는 신호 비교단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법의 신호 비교 단계는 공통으로 사용되는 터치 판넬 상에 문자, 숫자, 모양 신호와 같은 상이한 성격의 입력 신호를 입력시키기 위해서 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 복수개의 다양한 동작을 시작하는 기상 모드 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법의 동작 모드 전환 단계는 감지 데이터와 미리 저장된 패턴신호가 동일한 신호가 있는 경우에는 해당 입력 신호가 의미하는 동작을 시작하기 위한 기상 모드 전환 신호를 출력하여 동작에 필요한 화면을 터치 판넬에 디스플레이하는 단계, 동일한 신호가 없는 경우에는 가수면 모드를 유지하면서 터치 판넬 상에 다른 입력 신호의 입력이 있을 때까지 대기하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법은 일정한 시간이 경과한 후에 동작 중 가수면 모드로의 전환을 허용하고 있는지 판단하는 단계, 동작 중 가수면 모드로의 전환이 허용되는 경우 동작 중 일정 기간 동안 터치 판넬 상에 또 다른 접촉이 있는지 판단하는 단계, 동작 중 가수면 모드로의 전환이 허용되지 않는 경우 해당 입력 신호가 의미하는 동작에 필요한 화면을 터치 판넬에 디스플레이하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법의 또 다른 접촉이 있는지 판단하는 단계에서 일정 기간 동안 터치 판넬 상에 또 다른 접촉이 있다고 판단한 경우 해당 입력 신호가 의미하는 동작에 필요한 화면을 터치 판넬에 디스플레이하는 단계, 일정 기간 동안 터치 판넬 상에 또 다른 접촉이 없다고 판단한 경우 터치 판넬 상에 다른 입력 신호의 입력이 있을 때까지 대기하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법의 접촉 센싱 단계는 클럭 신호를 기준 신호로서 발생하는 기준 신호 발생 단계, 기준 신호를 인가 받아 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 제 1 시간 지연하여 제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생 단계, 기준 신호를 인가 받아 다이 부착 패드에 접촉 물체의 접촉이 감지되지 않으면 기준 신호를 지연하지 않고, 접촉 물체의 접촉이 감지되면 기준 신호를 제 1 시간 보다 더 많이 지연하여 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생 단계, 제 1 신호에 동기되어 제 2 신호를 샘플링 및 래치하여 감지 신호를 발생한 후에 외부로 출력하는 감지 신호 발생 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 반도체 장치 및 데이지 체인 통신 방식의 접촉센서 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 회로도로서, 터치 판넬(10)과 접촉 센서 칩(100)을 구비한다. 터치 판넬(10)은 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)로 구성되고 접촉 센서 칩(100)은 접촉 센싱부(20), 데이터 저장부(110), 감지 데이터 생성부(140), 비교부(170), 접촉 위치 데이터 생성부(180)로 구성되며 접촉 센싱부(20)는 복수개의 접촉 센서들(20-1 내지 20-N)로 구성된다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 각 구성요소의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
터치 판넬(10)은 평면상에 매트릭스 형상의 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)이 배치되어 문자, 숫자, 모양 신호 등 입력 신호를 인가 받아 내부 커패시터량의 변화를 통해 전기 신호로 발생시킨다.
데이터 저장부(110)는 터치 판넬(10)에 입력되어 전기적 접촉 센서 장치의 다양한 동작을 가수면 모드(Pseudo sleeping mode)에서 기상 모드로 전환시킬 수 있는 문자, 숫자, 모양 신호 등의 패턴 신호를 미리 저장시켜 놓는다.
접촉 센싱부(20)는 복수개의 접촉 센서들(20-1 내지 20-N)이 터치 판넬(10) 내 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N)과 전기적으로 연결되어 전기 신호를 인가 받아 접촉점의 시작 위치, 이동방향 및 이동 경로를 감지하여 전기적인 상태 변화를 전기 신호로 출력한다.
감지 데이터 생성부(140)는 접촉 센싱부(20)에서 출력되는 전기 신호를 인가 받아 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로를 계산하여 그 값들을 저장하고, 접촉상태가 종료되면 저장된 상기 값들을 결합하여 상응하는 문자, 숫자, 모양 신호 등의 감지 데이터를 형성하여 출력한다.
비교부(170)는 일정한 주기로 감지 데이터 생성부(140)에서 형성된 감지 데이터를 추출하여 데이터 저장부(110)에 미리 저장시켜 놓았던 문자, 숫자, 모양 신호 등의 패턴 신호를 상호 비교함으로써 양자가 동일한 입력 신호가 있는 경우에는 해당 입력 신호가 의미하는 동작을 수행하기 위한 기상 모드 전환 신호를 출력하고, 동일한 입력 신호가 없는 경우에는 가수면 모드를 유지하면서 터치 판넬(10)에 다른 문자, 숫자, 모양 신호 등 입력 신호의 또 다른 입력이 있을 때까지 대기한다.
접촉 위치 데이터 생성부(180)는 비교부(170)가 기상 모드 전환 신호를 출력할 경우 접촉 센싱부(20)로부터 전기 신호를 인가 받아 비교부(170)의 기상 모드 전환 신호에 응답하여 접촉 위치 좌표인 접촉 위치 데이터를 생성하여 출력한다.
여기에서, 가수면 모드란 전기적 접촉 센서 장치의 모든 블록들이 수면 모드와 기상 모드 전환 후의 활성 상태에서 동작하는 종래 기술과는 달리 본 발명에 따른 전기적 접촉 센서 장치에서 접촉 센싱부(20)는 정상 동작보다 낮은 주파수로 항상 동작을 하고 나머지 블록들(110, 140, 170, 180)은 수면 모드를 유지하는 상태를 말한다.
도 4는 도 3에서 터치 판넬 내 한 개의 접촉 전극과 접촉 센싱부 내 한 개의 접촉 센서의 연결 관계를 나타낸 도면으로서, 접촉 전극(10-N), 기준 신호 발생부(21), 제 1 신호 발생부(23), 제 2 신호 발생부(22), 감지 신호 발생부(24)를 구비한다.
이하 각 블록들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
기준 신호 발생부(21)는 클럭 신호를 기준 신호(ref_sig)로서 발생하여 제 1 신호 발생부(23)와 제 2 신호 발생부(22)에 각각 인가 한다.
제 1 신호 발생부(23)는 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 기준 신호(ref_sig)를 항상 제 1 시간 지연하여 제 1 신호(sig1)를 발생한다.
제 2 신호 발생부(22)는 접촉 물체가 접촉되는 접촉 패드(10-N)를 구비하고, 접촉 패드(10-N)에 접촉 물체가 접촉되지 않으면 기준 신호(ref_sig)를 지연하지 않고, 접촉 패드(10-N)에 접촉 물체가 접촉되면 기준 신호(ref_sig)를 제 1 시간 보다 더 많이 지연하여 제 2 신호(sig2)를 발생한다.
즉, 제 2 신호 발생부(22)는 접촉 물체의 비접촉시에는 제 1 신호(sig1)의 위상보다 빠른 위상을 가지는 제 2 신호(sig2)를 생성하고, 접촉시에는 제 1 신호(sig1)의 위상보다 느린 위상을 가지는 제 2 신호(sig2)를 생성한다.
여기에서 접촉 물체는 소정의 정전 용량을 가지는 모든 물체가 적용될 수 있으며, 대표적인 예로 많은 양의 전하를 축적할 수 있는 사람의 인체가 있다.
감지 신호 발생부(24)는 제 1 신호(sig1)에 동기되어 제 2 신호(sig2)를 샘플링 및 래치하여 감지 신호(con_sig)를 발생한다.
여기에서, 기준신호 발생부(21)의 출력은 접촉 센서 칩(100)의 동작 모드에 따라 주파수를 달리 할 수 있는데, 예를 들어 기상 모드로 전환되기 전에는 낮은 주파수로 출력하고 기상 모드로 전환된 이후에는 높은 주파수로 출력할 수 있다.
이는 의도한 접촉은 속도가 빠르지 않을 것이므로 기상 모드로 전환한 후에는 빠른 접촉 속도에 응답할 수 있도록 하고, 기상 모드로 전환하기 전에는 전력 소모를 감소시키는 동시에 의도하지 않은 접촉에 의한 오동작을 방지하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기적 접촉 센서 장치의 동작을 나타내는 흐름도로서, 도 3 내지 도 5를 참조하여 그 동작을 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 터치 판넬(10) 상에서 운전자의 손가락 접촉으로 도로 교통 정보 안내 동작 뿐 아니라 라디오 방송 청취 등의 오디오 동작, TV 방송 시청 등의 비디오 동작을 수행하는 자동차 네비게이터에 적용되는 전기적 접촉 센서 장치를 예로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 데이터 저장부(110)는 터치 판넬(10)에 입력되어 가수면 모드에서 기상 모드로 전환시킬 수 있는 문자, 숫자, 모양 신호 등의 패턴 신호를 미리 저장한다.(S100)
예를 들어 "ㄷ" 모양의 문자 신호는 도로 교통 정보 안내 동작을 수행시키기 위한 입력, "^"모양의 패턴 신호는 오디오 동작을 수행시키기 위한 입력, "V" 모양의 문자 신호는 비디오 동작을 수행시키기 위한 입력, "-"모양의 패턴 신호는 이전 동작을 계속하기 위한 입력인 것으로 가정하면 상기 문자 및 패턴신호를 데이터 저장부(110)에 저장한다.
운전자가 운전 중에 라디오 방송을 청취하고 싶어 손가락 접촉으로 터치 판넬(10) 상에 "^"모양의 패턴을 입력하였다면 터치 판넬(10) 내 복수개의 접촉 전극들(10-1 내지 10-N) 중 운전자의 손가락이 접촉이 시작된 지점에서의 접촉 전극과 "^"모양의 패턴을 따라 이동하는 궤적상의 접촉 전극들은 각각 접촉 시작 위치, 이동방향 및 이동 경로에 대한 접촉 정보를 내부 커패시터량의 변화를 통해 접촉 신호로 발생시킨다.(S250)
접촉 센싱부(20)는 터치 판넬(10)에서 운전자의 손가락 접촉으로 소정 시간 지연된 전기 신호를 인가 받아 기준 신호를 상이한 시간동안 지연한 전기 신호와의 위상차를 이용하여 접촉 신호를 출력하는데, 감지된 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로를 감지하여 전기적인 상태 변화를 전기 신호로 출력한다.(S300)
감지 데이터 생성부(140)는 접촉 센싱부(20)에서 출력되는 전기 신호를 인가 받아 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로를 계산하여 그 값들을 저장하여 두었다가, 접촉상태가 종료되면 저장된 상기 값들을 종합하여 상응하는 패턴신호인 "^"모양의 감지 데이터를 형성하여 출력한다.(S350)
비교부(170)는 감지 데이터 생성부(140)에서 형성된 "^"모양의 감지 데이터와 데이터 저장부(110)에 미리 저장시켜 놓았던 "ㄷ" 모양의 문자 신호, "^"모양의 패턴 신호, "V" 모양의 문자 신호, "-"모양의 패턴 신호를 상호 비교한다.(S400)
접촉 위치 데이터 생성부(180)는 비교부(170)가 기상 모드 전환 신호를 출력할 경우 접촉 센싱부(20)로부터 전기 신호를 인가 받아 비교부(170)의 기상 모드 전환 신호에 응답하여 접촉 위치 좌표인 접촉 위치 데이터를 생성하여 출력한다.
양자가 "^"모양의 신호로서 동일한 패턴 신호가 데이터 저장부(110)에 존재하므로 비교부(170)는 해당 입력 신호가 의미하는 오디오 동작을 수행시키기 위한 기상 모드 전환 신호를 출력하고, 접촉 위치 데이터 생성부(180)가 이 신호에 응답하여 접촉 센싱부(20)의 출력을 접촉 위치 좌표로 만들어 출력하지만(S500), 운전자가 실수로 터치 판넬(10) 상에 "^"모양 대신 "<"모양의 패턴 신호를 입력하였다면 비교부(170)는 양자가 동일한 패턴 신호가 데이터 저장부(110)에 존재하지 않는 것으로 판단하여 기상 모드 전환 신호를 출력하지 않고 가수면 모드를 유지하면서 터치 판넬(10)에 다른 문자, 숫자, 모양 신호 등의 입력이 있을 때까지 대기한 다.(S150)
"^"모양의 패턴 신호가 의미하는 오디오 동작을 수행하기 위한 기상 모드 전환 신호가 출력되면 자동차 네비게이터 내 오디오 시스템이 작동을 시작하고 이와 관련된 사용자 인터페이스(User Interface)가 동작을 하여 터치 판넬(10)은 오디오 동작에 필요한 화면을 디스플레이한다.(S550) 여기에서, 사용자 인터페이스란 각종 전자 기기의 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 해주는 설계 내용을 말하며, 컴퓨터를 쉽고 편리하게 사용할 수 있도록 고안된 아이콘이 대표적인 예라 할 수 있다.
소정 시간이 경과한 후에, 자동차 네비게이터가 소비 전력의 절약이나 다른 동작으로의 신속한 전환의 편의성 등을 목적으로 동작 중 가수면 모드로의 전환을 허용하고 있는지 판단한다.(S600)
자동차 네비게이터가 동작 중 가수면 모드로의 전환이 허용되는 경우라면 접촉 센싱부(20)는 오디오 시스템 동작 중 일정 기간 동안 터치 판넬(10) 상에 운전자의 또 다른 손가락 접촉이 있는지 판단하고(S650), 동작 중 가수면 모드로의 전환이 허용되지 않는 경우라면 오디오 시스템의 동작과 관련된 사용자 인터페이스가 동작을 계속하여 터치 판넬(10)은 오디오 동작에 필요한 화면만을 디스플레이한다.(S550)
동작 중 가수면 모드로의 전환이 허용되어 접촉 센싱부(20)가 오디오 시스템 동작 중 일정 기간 동안 터치 판넬(10) 상에 운전자의 또 다른 손가락 접촉이 있다고 판단한 경우에는 오디오 시스템의 동작과 관련된 사용자 인터페이스가 동작을 계속하여 터치 판넬(10)은 오디오 동작에 필요한 화면만을 디스플레이하지만(S550), 오디오 시스템 동작 중 일정 기간 동안 터치 판넬(10) 상에 운전자의 또 다른 손가락 접촉이 없다고 판단한 경우에는 터치 판넬(10)에 다른 문자, 숫자, 모양 신호 등의 또 다른 입력이 있을 때까지 대기한다.(S150)
이와 같이 본 발명에 따른 전기적 접촉 센서 장치는 종래에 MCU가 수행하던 터치 판넬(10) 상 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로를 계산하고 감지 데이터를 형성하여 저장시켜 놓았던 문자, 숫자, 모양 신호들과 비교하여 전기적 접촉 센서 장치가 활성 모드에서 수행할 동작을 제어하는 모든 동작을 접촉 센서 칩(100)이 수행하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 접촉 센서 칩(100)은 문자, 숫자, 모양 신호들이라는 상이한 성격의 신호를 하나의 주어진 터치 판넬(10) 상에 입력시키기 위해서 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 전기적 접촉 센서 장치의 다양한 동작을 기상 모드로 전환시키는 기상 모드 전환 신호를 출력함으로써 종래에 MCU가 수행하던 기능을 대신하게 된다.
종래에도 터치 판넬(10) 상에 문자, 숫자, 모양 신호 등을 입력할 수 있는 입력장치는 여러 가지 형태로 존재해 왔으나, 본 발명에 따른 접촉 센서 칩(100)의 동작시 소모 전류는 채널당 5uA 정도로서 종래의 다른 접촉 센서 칩(100)의 동작시 소모 전류의 1/10 내지 1/20 밖에 되지 않아 종래의 MCU가 수행하던 기능의 대체로 인한 상기 절전 기능의 유용성이 극대화될 수 있다.
상기에서는 자동차 네비게이터에 적용되는 전기적 접촉 센서 장치를 하나의 실시예로 들어 설명하였으나, 터치 판넬(10)을 사용하는 휴대폰, PDA, PMP 등의 휴대용 통신 기기와 모니터, 마우스 등의 컴퓨터 주변 기기에도 본 발명을 적용할 수 있음은 당연하다.
상기에서는 설명의 편의상 기상 모드 전환 신호가 있는 경우에 접촉 센싱부(20)가 동작하고, 감지 데이터 생성부(140)와 비교부(170)는 항상 동작하는 것으로 설명을 하였으나, 별도의 외부 신호에 의해 동작 모드를 변경할 수 있고, 감지 데이터 생성부(140)와 비교부(170)가 접촉 센싱부(20)의 출력이 없을 경우 수면 모드로 동작할 수 있음은 당연하다.
또한, 지금까지는 접촉 센싱부(20)가 단순히 접촉과 비접촉만을 출력하는 것으로 설명하였지만, 접촉 센싱부(20)가 접촉에 의한 정전 용량의 변화 값을 출력하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있음은 당연하다. 이 경우에는 데이터 저장부(110)에 미리 저장된 패턴 신호에 정전 용량의 값을 포함시켜 사용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 접촉 센서 장치는 종래에 전체 시스템을 동작시켜 MCU가 수행하던 기능을 대신할 수 있어 터치 판넬 상에 접촉 입력으로 접촉 센서 장치의 다양한 동작을 수행시키기 위해 소모되는 전력이 현저하게 감소되고, 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 다양한 동작을 전환시킬 수 있어 시스템 구성이 간편하고 제조 비용이 절약된다.

Claims (20)

  1. 표면상에 접촉되는 입력 신호를 인가 받아 내부 정전 용량의 변화를 통해 접촉 신호를 발생시키는 터치 판넬;
    상기 접촉 신호를 인가 받아 접촉 정보를 계산하고 감지 데이터를 형성하여 미리 저장된 패턴신호와 비교하여 상기 접촉되는 입력 신호에 상응하는 동작을 제어하는 접촉 센서 칩을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 센서 칩은
    상기 접촉 신호를 인가 받아 상기 접촉 정보를 감지하여 전기적인 상태 변화를 전기 신호로 출력하는 접촉 센싱부;
    상기 전기 신호를 인가 받아 상기 접촉 정보를 계산하여 저장하고, 상기 터치 판넬 상 접촉상태가 종료되면 저장된 상기 접촉 정보를 결합하여 상응하는 상기 감지 데이터를 형성하여 출력하는 감지 데이터 생성부;
    상기 패턴신호를 미리 저장한 후에 상기 감지 데이터를 인가 받아 상기 패턴신호와 상기 감지 데이터를 비교하여 동일한 신호의 존재 여부에 따라 해당 입력 신호가 의미하는 동작 수행을 제어하는 감지 데이터 분석부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감지 데이터 분석부는
    상기 접촉되는 입력 신호에 상응하는 동작을 개시하는 기상 모드로 전환시킬 수 있는 상기 패턴신호를 미리 저장하는 데이터 저장부;
    상기 감지 데이터를 일정한 주기로 추출하고 상기 미리 저장된 패턴신호를 인가 받아 비교하여 동일한 신호가 상기 데이터 저장부에 존재하는지 여부를 판단하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 감지 데이터와 동일한 상기 패턴신호가 상기 데이터 저장부에 있는 경우에는 상기 해당 입력 신호가 의미하는 동작을 수행하기 위한 기상 모드 전환 신호를 출력하고,
    상기 동일한 패턴신호가 상기 데이터 저장부에 없는 경우에는 가수면 모드를 유지하면서 상기 터치 판넬에 다른 입력 신호의 입력이 있을 때까지 대기하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비교부는
    공통으로 사용되는 상기 터치 판넬 상에 문자, 숫자, 모양 신호와 같은 상이 한 성격의 입력 신호를 입력시키기 위해서 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 복수개의 다양한 동작을 시작하는 상기 기상 모드 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 입력 신호, 상기 패턴신호, 상기 감지 데이터는 문자, 숫자, 모양 신호이고,
    상기 접촉 정보는 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로인 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 접촉 센싱부는
    상기 복수개의 접촉 전극들 각각과 전기적으로 연결되어 상기 터치 판넬 상에서의 접촉으로 제 1 시간 지연된 상기 접촉 신호를 인가 받고 기준 신호를 상기 제 1 시간과 상이한 시간동안 지연한 지연 신호를 인가 받아 양 신호의 위상차를 이용하여 상기 전기 신호를 출력하는 복수개의 접촉 센서들을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수개의 접촉 센서들 각각은
    클럭 신호를 기준 신호로서 발생하는 기준 신호 발생부;
    상기 기준 신호를 인가 받아 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 제 1 시간 지연하여 제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생부;
    상기 기준 신호를 인가 받아 상기 다이 부착 패드에 접촉 물체의 접촉이 감지되지 않으면 상기 기준 신호를 지연하지 않고, 접촉 물체의 접촉이 감지되면 상기 기준 신호를 상기 제 1 시간 보다 더 많이 지연하여 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생부;
    상기 제 1 신호에 동기되어 상기 제 2 신호를 샘플링 및 래치하여 감지 신호를 발생한 후에 외부로 출력하는 감지 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 터치 판넬은
    평면상에 매트릭스 형상으로 배열되어 입력 신호를 인가 받아 상기 접촉 신호를 출력하는 복수개의 접촉 전극들;
    상기 복수개의 접촉 전극들 표면상에 전기적으로 절연되어 접촉 물체의 접촉시 일정한 정전 용량을 발생시키는 절연막을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 가수면 모드는
    상기 접촉 센싱부는 정상 동작보다 낮은 주파수로 항상 동작을 하고 상기 데이터 저장부, 상기 감지 데이터 생성부, 상기 비교부는 수면 모드를 유지하는 상태인 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 접촉 센싱부는
    상기 접촉에 의한 정전 용량의 변화 값을 출력하여 상기 미리 저장된 패턴 신호에 상기 정전 용량의 변화 값을 포함시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  12. 표면상에 접촉되는 입력 신호를 인가 받아 접촉 정보를 접촉 센서 칩에 전달하는 터치 판넬을 구비하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법에 있어서,
    상기 터치 판넬 표면 상에 접촉되는 상기 입력 신호를 인가 받아 상기 접촉 정보를 계산하여 저장하고, 상기 터치 판넬 상 접촉 상태가 종료되면 저장된 상기 접촉 정보를 결합하여 상응하는 감지 데이터를 형성하여 출력하는 감지 데이터 생성 단계;
    상기 패턴신호를 미리 저장한 후에 상기 감지 데이터를 인가 받아 상기 패턴신호와 상기 감지 데이터를 비교하여 동일한 신호의 존재 여부에 따라 해당 입력 신호가 의미하는 동작 수행을 제어하는 감지 데이터 분석 단계;
    상기 감지 데이터와 상기 미리 저장된 패턴신호가 동일한 신호가 있는 경우에는 상기 접촉 센서 칩이 기상 모드 전환 신호를 출력하고, 상기 동일한 신호가 없는 경우에는 가수면 모드를 유지하는 동작 모드 전환 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 감지 데이터 생성 단계는
    상기 입력 신호를 인가 받아 내부 정전 용량의 변화를 통해 접촉 신호를 발생하는 접촉 신호 발생 단계;
    상기 접촉 정보를 감지하여 전기적인 상태 변화를 전기 신호로 출력하는 접촉 센싱 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 감지 데이터 분석 단계는
    상기 접촉되는 입력 신호에 상응하는 동작을 개시하는 기상 모드로 전환시킬 수 있는 상기 패턴신호를 미리 저장하는 데이터 저장 단계;
    상기 감지 데이터를 일정한 주기로 추출하고 상기 미리 저장된 패턴신호를 인가 받아 비교하여 동일한 신호가 상기 데이터 저장부에 존재하는지 여부를 판단하는 신호 비교단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 신호 비교 단계는
    공통으로 사용되는 상기 터치 판넬 상에 상기 문자, 숫자, 모양 신호와 같은 상이한 성격의 입력 신호를 입력시키기 위해서 별도의 동작 모드 전환 스위치 없이 복수개의 다양한 동작을 시작하는 상기 기상 모드 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 동작 모드 전환 단계는
    상기 감지 데이터와 상기 미리 저장된 패턴신호가 동일한 신호가 있는 경우에는 상기 해당 입력 신호가 의미하는 동작을 시작하기 위한 상기 기상 모드 전환 신호를 출력하여 동작에 필요한 화면을 상기 터치 판넬에 디스플레이하는 단계;
    상기 동일한 신호가 없는 경우에는 상기 가수면 모드를 유지하면서 상기 터치 판넬 상에 다른 상기 입력 신호의 입력이 있을 때까지 대기하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법은
    일정한 시간이 경과한 후에 동작 중 가수면 모드로의 전환을 허용하고 있는 지 판단하는 단계;
    상기 동작 중 가수면 모드로의 전환이 허용되는 경우 동작 중 일정 기간 동안 상기 터치 판넬 상에 또 다른 접촉이 있는지 판단하는 단계;
    상기 동작 중 가수면 모드로의 전환이 허용되지 않는 경우 상기 해당 입력 신호가 의미하는 동작에 필요한 화면을 상기 터치 판넬에 디스플레이하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 또 다른 접촉이 있는지 판단하는 단계에서
    상기 일정 기간 동안 상기 터치 판넬 상에 또 다른 접촉이 있다고 판단한 경우 상기 해당 입력 신호가 의미하는 동작에 필요한 화면을 상기 터치 판넬에 디스플레이하는 단계;
    상기 일정 기간 동안 상기 터치 판넬 상에 또 다른 접촉이 없다고 판단한 경우 상기 터치 판넬 상에 다른 상기 입력 신호의 입력이 있을 때까지 대기하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 입력 신호, 상기 패턴신호, 상기 감지 데이터는 문자, 숫자, 모양 신호이고,
    상기 접촉 정보는 접촉점의 시작위치, 이동방향 및 이동 경로인 것을 특징으 로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 접촉 센싱 단계는
    클럭 신호를 기준 신호로서 발생하는 기준 신호 발생 단계;
    상기 기준 신호를 인가 받아 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 제 1 시간 지연하여 제 1 신호를 발생하는 제 1 신호 발생 단계;
    상기 기준 신호를 인가 받아 상기 다이 부착 패드에 접촉 물체의 접촉이 감지되지 않으면 상기 기준 신호를 지연하지 않고, 접촉 물체의 접촉이 감지되면 상기 기준 신호를 상기 제 1 시간 보다 더 많이 지연하여 제 2 신호를 발생하는 제 2 신호 발생 단계;
    상기 제 1 신호에 동기되어 상기 제 2 신호를 샘플링 및 래치하여 감지 신호를 발생한 후에 외부로 출력하는 감지 신호 발생 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서 장치의 동작 모드 전환 방법.
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