KR20090029091A - 촉각센서와 이를 포함하는 입력장치, 이를 이용한입력감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉각센서와 이를 이용한 입력감지방법을 개시한다. 본 발명에 따른 촉각센서는 기판; 상기 기판의 상부에 위치하며, 띠(strap) 형태의 제1서브전극을 다수 포함하는 하부전극; 탄성력을 가지는 띠 형태로서 각각 상기 다수의 제1서브전극과 이격되어 교차하도록 설치되는 다수의 제2서브전극을 포함하는 상부전극; 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치되는 일체형의 스페이서; 상기 상부전극의 상부에 설치되는 누름판을 포함한다.

본 발명에 따른 촉각센서는 간단한 구성으로 사용자가 선택한 위치 또는 방향뿐만 아니라 접촉력의 세기를 함께 판단할 수 있기 때문에 동일 성능 대비 제작비용이 매우 저렴한 장점을 가진다. 또한 이러한 장점을 이용함으로써 다양한 응용분야에서 사용자 인터페이스의 다양성과 편의성을 개선하는데 광범위하게 활용될 수 있다.

촉각센서, 스위치, 커패시터

Description

촉각센서와 이를 포함하는 입력장치, 이를 이용한 입력감지방법{Tactile sensor and input device comprising the same, and input detection method thereof}

본 발명은 촉각센서에 관한 것으로서 구체적으로는 접촉여부에 대한 단순한 정보뿐만 아니라 z축 방향의 접촉력에 대한 정보까지 획득할 수 있는 촉각센서와 이를 이용한 감지방법에 관한 것이다.

최근의 전자기기는 동일 제품간의 성능차이가 크지 않기 때문에 소비자들의 제품을 선택할 때 사용자 인터페이스의 편리성을 중점적으로 고려하는 경향이 있다.

따라서 전자기기에서 사용자 인터페이스의 가장 핵심적인 부분이라고 할 수 있는 입력장치도 이러한 추세를 반영하여 다양한 형태로 진화되고 있다. 예를 들어 종래에는 버튼을 눌러야 입력이 이루어지는 키패드 방식의 입력장치가 주로 사용되었지만 최근에는 손이나 펜으로 가볍게 접촉하기만 해도 입력이 이루어지는 터치패 드(또는 터치스크린) 방식의 입력장치가 핸드폰, PDA, PMP, MP3플레이어를 중심으로 많이 사용되고 있다.

그런데 종래의 키패드나 터치패드는 버튼이나 섹터가 선택되면 선택된 방향으로 커서를 이동시키거나 해당 버튼이나 섹터에 연결된 기능을 구동시키는 방식의 단순한 동작을 하게 된다.

그러나 만일 사용자가 키패드나 터치패드를 누르는 힘에 대한 정보, 즉 z축 방향의 정보를 활용할 수 있다면 여러 가지 응용을 개발할 수 있는 점에서 최근 새로운 입력장치에 대한 필요성이 증가하고 있다.

한편 최근 인간형 로봇에 대한 관심이 높아지면서 접촉을 통한 주변환경 정보, 예를 들어 접촉력의 세기, 압력 분포 등을 감지할 수 있는 촉각센서에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

예를 들어 등록특허 제608927호는 사진식각(Photolithography) 공정을 통해 1mm이하의 해상도를 구현한 정전용량 방식의 촉각센서를 제안하고 있고, 등록특허 제730786호는 압력식 저항막 방식의 터치스크린의 하부에 다수의 3축 힘센서를 구비함으로써 터치스크린을 통해 전달되는 하중에 따라 가변되는 저항값을 측정하여 외부물체와의 접촉력을 측정할 수 있는 접촉감지장치를 제안하고 있다.

그러나 등록특허 제608927호는 반도체 미세가공기술을 사용함에 따라 사용재료의 제약으로 인해 신뢰성의 문제가 예상되고 제조단가가 높아서 일반적인 전자기기에 범용으로 적용하는 데는 어려움이 있고, 등록특허 제730786호는 터치패드의 하부에 압력센서를 별도로 설치해야 하므로 구성이 복잡하고 제조비용이 높아지는 문제점이 있다. 또한 도전성 폴리머를 이용한 저항 방식의 센서의 경우에는 폴리머의 열화에 의한 탄성계수의 변화로 경사변화가 일어나게 되고 온도변화에 매우 민감하게 반응하므로 별도의 보상장치가 요구되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 구성으로 제작비용이 저렴할 뿐만 아니라 접촉력의 세기까지 감지할 수 있는 촉각센서와 이를 이용한 입력장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한 이를 통해 각종 전자기기에서 입력장치의 사용자 인터페이스를 보다 다양하게 구현할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 기판; 상기 기판의 상부에 위치하며, 띠(strap) 형태의 제1서브전극을 다수 포함하는 하부전극; 탄성력을 가지는 띠 형태로서 각각 상기 다수의 제1서브전극과 이격되어 교차하도록 설치되는 다수의 제2서브전극을 포함하는 상부전극; 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치되는 일체형의 스페이서; 상기 상부전극의 상부에 설치되는 누름판을 포함하는 촉각센서를 제공한다.

또한 본 발명은, 띠(strap) 형태의 다수의 제1서브전극과, 띠 형태이면서 탄성력을 가지는 다수의 제2서브전극과, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치하는 것으로서 다수의 개구부를 구비하는 일체형의 스페이서와, 상기 다수의 제1서브전극의 일측에 설치할 기판과, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에 설치할 누름판을 각각 준비하는 제1단계; 상기 스페이서의 일면에는 상기 다수의 제1서브전극을 결합하고, 상기 스페이서의 타면에는 상기 다수의 제2서브전극을 결합하되, 상기 다수의 제2서브전극의 각각과 상기 다수의 제1서브전극의 각각이 상기 개구부에서 교차하도록 결합하는 제2단계; 상기 다수의 제1서브전극의 일측에는 상기 기판을 결합하고, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에는 상기 누름판을 결합하는 제3단계를 포함하는 촉각센서 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 표면에 띠(strap) 형태의 다수의 제1서브전극이 일체로 형성된 기판과, 띠 형태이면서 탄성력을 가지는 다수의 제2서브전극과, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치하는 것으로서 다수의 개구부를 구비하는 일체형의 스페이서와, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에 설치할 누름판을 각각 준비하는 제1단계; 상기 스페이서의 일면에 상기 다수의 제1서브전극과 일체로 형성된 상기 기판을 결합하고, 상기 스페이서의 타면에 상기 다수의 제2서브전극을 결합하되, 상기 개구부에서 상기 다수의 제2서브전극의 각각이 상기 다수의 제1서브전극의 각각과 교차하도록 결합하는 제2단계; 상기 다수의 제2서브전극의 일측에는 상기 누름판을 결합하는 제3단계를 포함하는 촉각센서 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 기판, 상기 기판의 상부에 위치하며, 띠(strap) 형태의 제1서브전극을 다수 포함하는 하부전극, 탄성력을 가지는 띠 형태로서 각각 상기 다수의 제1서브전극과 이격된 채 교차하도록 설치되는 다수의 제2서브전극을 포함하는 상부전극, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치되며 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 교차영역마다 개구부를 구비하는 스페이서, 상기 상부전극의 상부에 설치되는 누름판을 포함하며, 상기 개구부를 통해 대향하는 상기 제1서브전극과 상기 제2서브전극의 접촉여부를 판별할 수 있는 전기적 신호를 출력하는 촉각센서; 상기 다수의 제1서브전극에 스캐닝신호를 입력한 후에 상기 다수의 제2서브전극의 출력신호를 이용하거나, 상기 다수의 제2서브전극에 스캐닝신호를 입력한 후에 상기 다수의 제1서브전극의 출력신호를 이용하여 사용자가 선택한 방향 또는 접촉력 세기를 판단하는 키인식마이컴을 포함하는 전자기기의 입력장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 다수의 제1서브전극과 다수의 제2서브전극이 서로 이격되어 교차하는 교차영역마다 형성된 다수의 스위치가 매트릭스 배열을 이루는 촉각센서를 이용하여 사용자의 입력을 감지하는 방법에 있어서,

상기 다수의 스위치를 각각 다른 방향으로 지정된 다수의 방향군(群)으로 분할하고, 상기 다수의 방향군마다 상기 다수의 스위치 중에서 하나 이상을 할당하는 제1단계; 상기 다수의 제1서브전극에 공통전압을 인가하는 제2단계; 상기 다수의 제2서브전극 중에서 선택된 하나의 제2서브전극에만 영전압을 인가하는 제3단계; 상기 다수의 제1서브전극의 각각의 전압을 감지하여 상기 다수의 제1서브전극과 상기 제3단계에서 선택된 상기 제2서브전극의 교차영역에 설정된 스위치의 온/오프 여부를 판단하는 제4단계; 상기 제3단계에서 선택된 상기 제2서브전극과는 다른 제2서브전극을 하나씩 선택하여 상기 제4단계를 반복하는 제5단계; 상기 제2단계 내지 상기 제5단계에서 온(ON) 상태인 것으로 판단된 스위치가 속하는 방향군을 확인하고 그 결과를 이용하여 사용자가 선택한 방향을 결정하는 제6단계를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 다수의 제1서브전극과 다수의 제2서브전극이 서로 이격되어 교차하는 교차영역에 형성된 다수의 커패시터셀이 매트릭스 배열을 이루는 촉각센서를 이용하여 사용자의 입력을 감지하는 방법에 있어서,

상기 다수의 커패시터셀의 초기 커패시턴스를 설정하고, 상기 다수의 커패시터셀을 각각 다른 방향으로 지정된 다수의 방향군(群)으로 분할하며, 상기 다수의 방향군마다 상기 다수의 커패시터셀 중에서 하나 이상을 할당하는 제1단계; 상기 다수의 제1서브전극 중에서 선택된 하나의 제1서브전극에 입력신호를 인가하는 제2단계; 상기 다수의 제2서브전극의 각각의 출력신호를 감지하여 상기 다수의 제2서브전극과 상기 제2단계에서 선택된 상기 제1서브전극의 교차영역에 설정된 커패시터셀의 커패시턴스를 판단하는 제3단계; 상기 제2단계에서 선택된 상기 제1서브전극과는 다른 제1서브전극을 하나씩 선택하여 입력신호를 인가하고 상기 제3단계를 반복하는 제4단계; 상기 제3단계 및 상기 제4단계에서 판단한 커패시턴스와 상기 초기 커패시턴스를 이용하여 커패시턴스가 변화된 커패시터셀이 속하는 방향군을 확인하고 그 결과를 이용하여 사용자가 선택한 방향을 결정하는 제5단계를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 기판, 상기 기판의 상부에 위치하며, 띠(strap) 형태의 제1서브전극을 다수 포함하는 하부전극, 탄성력을 가지는 띠 형태로서 각각 상기 다수의 제1서브전극과 이격된 채 교차하도록 설치되는 다수의 제2서브전극을 포함하는 상부전극, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치되는 일체형의 스페이서, 상기 상부전극의 상부에 설치되는 누름판을 포함하며, 상기 스페이서에 의해 서로 이격된 상기 제1서브전극과 상기 제2서브전극의 교차영역마다 커패시터 셀이 형성되고 상기 커패시터 셀의 커패시턴스 변화를 판별할 수 있는 전기적 신호를 출력하는 촉각센서; 상기 다수의 제1서브전극 또는 상기 다수의 제2서브전극에 신호를 인가한 후에 출력되는 신호를 이용하여 사용자가 선택한 방향 또는 접촉력 세기를 판단하는 키인식마이컴; 상기 키인식마이컴의 제어에 따라 파형신호를 생성하는 신호생성수단; 상기 키인식마이컴의 제어에 따라 상기 신호생성수단의 출력신호를 상기 촉각센서의 상기 다수의 제1서브전극에 순차적으로 입력하거나 상기 다수의 제2서브전극에 순차적으로 입력하는 제1아날로그 먹스(Mux); 상기 키인식마이컴의 제어에 따라 상기 촉각센서의 상기 다수의 제2서브전극 또는 상기 다수의 제1서브전극의 출력신호를 선택적으로 출력하는 제2아날로그 먹스; 상기 제2아날로그 먹스의 출력신호를 증폭하는 신호증폭수단; 상기 신호증폭수단의 출력신 호를 디지털신호로 변환하여 상기 키인식마이컴으로 전송하는 AD컨버터를 포함하는 전자기기의 입력장치를 제공한다.

본 발명에 따른 촉각센서는 간단한 구성으로 사용자가 선택한 위치 또는 방향뿐만 아니라 접촉력의 세기를 함께 판단할 수 있기 때문에 동일 성능 대비 제작비용이 매우 저렴한 장점을 가진다.

또한 이러한 특징을 통해 본 발명의 촉각센서는 많은 응용분야에서 사용자 인터페이스의 다양성과 편의성을 개선하는데 광범위하게 활용될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 스위치방식과 정전용량 방식의 촉각센서를 포함하며 따라서 이하에서는 각 방식별로 구분하여 촉각센서의 구조 및 감지방법을 설명한다.

제1실시예 : 스위치 방식의 촉각센서

1. 구조

도 1 및 도 2는 각각 스위치방식 촉각센서(100)의 단면도 및 분해 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 스위치 방식 촉각센서(100)는 기판(10)의 상부에 하부전극(30), 스페이서(40), 상부전극(50), 누름판(70)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.

기판(10)은 PCB기판, FPCB(Flexible PCB) 기판 등 여러 형태가 이용될 수 있다.

하부전극(30)은 금속재질로서, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 띠 형태의 다수의 제1서브전극(30a,...,30g)을 포함하며, 각 제1서브전극이 실질적으로 평행하게 배치된다.

상부전극(50)도 금속재질이면서 역시 띠 형태인 다수의 제2서브전극(50a,...,50g)을 포함하며, 각 제2서브전극도 서로 실질적으로 평행하게 배치된다. 다만 각 제2서브전극(50a,...,50g)은 각 제1서브전극(30a,...,30g)에 대하여 소정 각도로, 바람직하게는 직각으로 교차하도록 배치된다.

하부전극(30)과 상부전극(50)의 각 서브전극은 금형, 습식식각, 사진식각, 레이저가공 등 미세성형기술을 이용하여 제작할 수 있다. 여기서 습식식각은 금속판에 서브전극과 동일한 패턴의 보호층을 형성한 후에 식각용액에 침지하여 나머지 부분을 제거하는 방법이다.

다만 상부전극(50)은 사용자가 손으로 누를 때는 하방으로 절곡되었다가 손을 떼면 원상태로 복원될 수 있는 멤브레인 방식인 것이 바람직하며, 이를 위해 SUS 등과 같이 탄성력을 가지는 재질인 것이 바람직하다.

하부전극(30)의 각 제1서브전극(30a,...,30g)은 상부전극(50)과 동일한 방 식으로 제작될 수도 있고, 사용자에 의해 눌리는 상부전극(50)과는 달리 탄성력이 요구되지는 않으므로 기판(10)의 상면에 형성된 금속층(예, 동박)을 전극패턴으로 에칭하는 방법 등을 이용하여 기판(10)과 일체로 제작할 수도 있다.

하부전극(30)과 상부전극(50)의 각 서브전극의 양단부에는 외부기기와의 연결을 위한 연결단자가 형성될 수 있으며, 상기 연결단자는 상기 각 서브전극과 동일한 폭을 가질 수도 있고 다른 폭을 가질 수도 있다. 또한 전극과 연결단자의 구분없이 전극의 양 단부를 연결단자로 이용할 수도 있다.

스페이서(40)는 하부전극(30)과 상부전극(50)을 이격시키기 위한 것으로서, 본 발명에서는 하부전극(30)의 제1서브전극(30a,...,30g)의 전부와 상부전극(50)의 제2서브전극(50a,...,50g)의 전부 사이에 개재되는 일체형의 단일 부품인 점에 특징이 있다.

이것은 제1서브전극(30a,...,30g)과 제2서브전극(50a,...,50g)의 각 교차영역마다 이들을 이격시키기 위한 스페이서를 부착하거나 증착하지 않아도 되므로 제작공정의 단순화와 이로 인한 비용절감을 도모하기 위한 것이다.

스위치 방식 촉각센서(100)에서는 사용자가 눌렀을 때 하부전극(30)과 상부전극(50)이 접촉하여야 하므로, 스페이서(40)에는 하부전극(30)의 각 제1서브전극(30a,...,30g)과 상부전극(50)의 각 제2서브전극(50a,...,50g)이 교차하는 교차영역마다 개구부(42)를 구비한다.

예를 들어 하부전극(30)과 상부전극(50)이 도시된 바와 같이 각각 7개의 서 브전극으로 이루어진 경우에는 총 49개의 교차영역이 발생하므로, 스페이서(40)의 개구부(42)도 이와 동일한 개수로 형성된다.

상기 개구부(42)는 사용자가 눌렀을 때 하부전극(30)과 상부전극(50)이 서로 접촉하는 스위치영역이며, 따라서 본 발명의 스위치 방식 촉각센서(100)는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 스위치영역을 구비함으로써 방향뿐만 아니라 사용자가 누르는 접촉력의 세기를 판단할 수 있고 이를 기초로 다양한 응용기능을 제공할 수 있게 된다.

한편 본 발명의 촉각센서(100)는 휴대폰 등에 사용될 경우 대략 2cm*2cm 이하의 크기를 가져야 하므로 각 서브전극의 폭은 매우 미세하다. 따라서 조립과정에서 스페이서(40)의 개구부(42)를 사이에 두고 제1서브전극과 제2서브전극이 정확히 교차하기 위해서는 매우 정밀한 얼라이닝 공정이 요구된다.

만일 상부전극(50)이나 하부전극(30)을 스페이서(40)의 상,하면에 접착제 등을 이용하여 부착하면 정밀한 결합공정을 수행할 수 있는 결합장치가 요구되므로 이로 인해 제작비용이 증가할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 조립과정에서 간편하게 얼라이닝이 이루어질 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 스페이서(40)의 상면과 하면의 테두리에 각 제1서브전극(30a,...,30g)과 각 제2서브전극(50a,...,50g)의 양 단부를 고정할 수 있는 끼움돌출부(44)를 다수 형성하고, 각 제1서브전극(30a,...,30g) 및 각 제2서브전극(50a,...,50g)의 양단부에는 상기 끼움돌출 부(44)가 삽입되는 끼움홈(32,52)을 형성한다.

각 서브전극의 끼움홈(32,52)에 스페이서(40)의 끼움돌출부(44)를 끼움장착하면 스페이서(40)의 하면과 상면에 각각 하부전극(30)과 상부전극(50)을 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라 자동적으로 얼라이닝이 이루어진다.

반대로 스페이서(40)에 끼움홈을 형성하고 각 서브전극에 끼움돌출부를 형성할 수도 있다.

만일 하부전극(30)이 기판(10)과 일체로 제작된 경우에는 스페이서(40)와 기판(10)을 결합할 때 정확한 얼라이닝이 이루어져야 한다.

상부전극(50)의 상부에는 누름판(70)이 배치되며, 누름판(70)의 하면에는 다수의 범프(72)가 하부전극(30)과 상부전극(50)의 교차영역에 대응하여 형성될 수 있다. 이 경우 사용자가 누름판(70)을 누르면 도 3에 도시된 바와 같이 해당 부분의 누름판(70)과 그 하부의 범프(72)가 아래로 밀리면서 상부전극(50)과 하부전극(30)이 접촉한다.

누름판(70)의 범프(72)는 작은 힘만으로도 상부전극(50)과 하부전극(30)을 접촉시키기 위하여 형성되는 것이다. 따라서 스페이서(40)의 높이나 개구부(42)의 크기 등을 감안하여 범프(72)의 크기나 높이가 결정되어야 한다. 경우에 따라서는 범프(72)를 생략할 수도 있다.

또한 사용자가 스위치영역의 위치를 정확히 식별할 수 있도록 누름판(70)의 상부에 범프(72)를 형성할 수도 있다. 결국 범프(72)는 누름판(70)의 상면에만 형 성되거나, 하면에만 형성되거나, 상면 및 하면에 모두 형성될 수도 있다.

이러한 누름판(70)은 사용자에 의해 눌려진 후에도 원상태로 복원되어야 하므로 탄성을 가져야 하며 절연성 재질인 것이 바람직하다.

누름판(70)은 접착테이프(60)만을 이용하여 상부전극(50)의 상부에 결합할 수도 있으나, 전술한 바와 같이 누름판(70)의 하면에 다수의 범프(72)가 형성된 경우에는 조립과정에서 각 범프(72)를 스페이서(40)의 각 개구부(42)에 정확히 얼라이닝시켜야 한다.

이를 위해서 부품 제작과정에서 도 2에 도시된 바와 같이 스페이서(40)에는 소정 위치(예를 들어 각 모서리 부근)에 다수의 결합홀(46)을 형성하고, 누름판(70)에도 스페이서(40)의 결합홀(46)에 대응하는 위치마다 결합홀(74)을 형성한 후에 볼트 등으로 체결할 수 있다.

결합홀(74)을 이용하지 않고 누름판(70)과 스페이서(40)에 서로 대응하는 끼움돌기 또는 끼움홈을 형성한 후에 이들을 결합함으로써 양자를 조립할 수도 있다.

마찬가지로 기판(10)에도 스페이서(40)의 결합홀(46)에 대응하는 결합홀(12)을 형성하여 볼트 등으로 누름판(70),스페이서(40) 및 기판(10)을 한꺼번에 결합할 수도 있다. 또한 기판(10)과 스페이서(40)에 서로 대응하는 끼움돌기 또는 끼움홈을 형성한 후에 이들을 결합하여 양자를 조립할 수도 있다.

상부전극(50)은 사용자에 의해 눌려진 후에 다시 원상태로 복귀하는 복원력을 가져야 하며, 복원력을 보다 높이기 위해서 도 4a에 도시된 바와 같이 상부전극(50)의 각 스위치영역에 위쪽으로 볼록한 형태의 돔(56)을 형성할 수도 있다.

또한 눌려졌을 때 하부전극(30)과의 접촉면적을 넓히기 위해서는 도 4b에 도시된 바와 같이 돔(56)의 중앙부에 하방으로 절곡된 오목부(58)를 형성할 수도 있다.

이와 달리 도 4c에 도시된 바와 같이 상부전극(50)에서 하면으로 돌출된 돌출부(59)를 형성할 수도 있다. 이 경우 접촉면적을 넓히기 위해서 상기 돌출부(59)의 저면을 평탄하게 가공하거나 돌출부(59)의 중앙부에 상방으로 절곡된 오목부를 형성할 수도 있다. 이 경우에는 원활한 접촉을 위해서 상부의 누름판(70)의 하면에는 범프(72)가 있는 것이 바람직하다.

상부전극의 각 제2서브전극(50a,...,50g)은 평판 형태가 아니라 도 5에 도시된 바와 같이 각각 다수의 돔(56)과 이들을 전기적으로 연결하는 배선을 포함하는 형태로 제작될 수도 있다.

한편 스위치 방식의 촉각센서(100)가 예를 들어 서로 교차하는 7개의 제1서브전극(30a,...,30g)과 7개의 제2서브전극(50a,...,50g)을 포함한다고 가정하면, 상기 촉각센서(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 서브전극의 각 교차영역에 형성되는 49개의 스위치가 7*7 매트릭스 형태로 배치된 회로로 표시될 수 있다.

여기서 설명의 편의를 위하여 각 열(column)(C0,...,C6)은 각 제1서브전 극(30a,...,30g)이고 각 행(row)(R0,...,R6)은 제2서브전극(50a,...,50g)이라고 가정한다. 각 열이 제2서브전극이고 각 행이 제1서브전극이라고 가정하더라도 사실상 동일한 구조이다.

각 행(R0,...,R6)의 일단에는 공통전압 Vcc를 인가하고 타단에는 촉각센서(100)의 출력신호를 이용하여 방향 및 접촉력을 판단하는 키인식마이컴(110)을 연결한다.

도 7은 스위치 방식의 촉각센서(100)를 이용한 입력장치의 구성을 나타낸 블록도로서, 촉각센서(100)는 키인식마이컴(110)에 연결되고, 키인식마이컴(110)은 주기적으로 스캐닝신호(C[0..6])를 촉각센서(100)로 인가하고 그 출력신호(R[0..6])를 분석하여 분석결과에 따라 예를 들어 커서의 이동방향, 이동거리, 이동속도, 가속도, 이동각도 등에 대한 제어신호를 출력한다. 또한 촉각센서(100)에 연결된 구동장치의 작동거리, 작동속도, 가속도, 작동각도, 작동압력 등에 대한 제어신호를 출력할 수도 있다.

보다 생생한 사용자 인터페이스를 제공하기 위하여 촉각센서(100)에 대한 사용자의 조작정도(누르는 시간, 누르는 힘 등)에 따라 촉각피드백(tactile feedback) 또는 힘 피드백(force feedback)을 제공하는 햅틱(haptic)드라이브(120)를 키인식마이컴(110)에 연결할 수도 있다.

예를 들어 사용자가 게임기기나 휴대폰 등을 이용하여 게임을 하는 도중에 특정 용도의 버튼을 누를 때마다 진동모터를 구동시켜 진동을 발생시키면 보다 생생한 게임환경을 제공할 수 있다. 이 경우에는 모터드라이브가 햅틱드라이브(120) 라고 할 수 있다.

2. 방향 판단 방법

이하에서는 전술한 키인식마이컴(110)이 스위치방식 촉각센서(100)의 출력을 이용하여 사용자가 선택한 방향을 판단하는 방법을 설명한다.

키인식마이컴(110)은 촉각센서(100)에서 어느 스위치가 온(ON) 상태인지를 주기적으로 감시하여야 하며, 이를 위해 스캐닝신호(C[0..6])를 각 열(C0,...,C6)에 순차적으로 입력한다.

그리고 상기 스캐닝신호(C[0..6])에 따라 각 행(R0,...,R6)에서 출력되는 신호(R[0..6])를 이용하여 어느 스위치가 온(ON) 상태인지를 확인하고 그 결과를 이용하여 사용자가 선택한 방향을 판단한다.

이어서 키인식마이컴(110)은 결정된 방향에 따른 제어신호를 생성하여 외부로 출력하여 예를 들어 커서를 결정된 방향으로 이동시킨다.

구체적으로는 도 8의 순서도에 도시된 바와 같이, 모든 스위치(SW[x][y], x,y는 [0..6])의 온/오프 정보를 클리어하는 초기화과정을 거친 후에 먼저 C0라인에 0V를 인가하고 나머지 Cy라인에는 0이 아닌 임의의 전압을 인가한다.

이어서 소정의 지연시간 후에 각 열(R0,...,R6)의 출력을 순차적으로 감지하며, 0V가 출력되는 Rx라인이 있으면 C0라인과 해당 Rx라인의 교차지점에 형성된 스위치가 온(ON)된 것으로 판단한다.

이어서 C1라인에 0V를 인가하고 나머지 Cy라인에는 0이 아닌 임의의 전압을 인가한다. 마찬가지로 소정의 지연시간 후에 각 열(R0,...,R6)의 출력을 순차적으로 감지하여 0V가 출력되는 Rx라인이 있으면 C1라인과 해당 Rx라인의 교차지점에 형성된 스위치가 온(ON)된 것으로 판단한다.

이러한 과정을 C6라인에 0V를 인가하고 나머지 Cy라인에는 0이 아닌 임의의 전압을 인가한 후에 그 출력을 통해 온(ON)된 스위치를 판단할 때까지 계속 진행한다. 이러한 스캐닝과정을 거쳐 키인식마이컴(110)은 모든 스위치(SW[x][y])의 온/오프 여부를 확인할 수 있다.

그런데 각 방향별로 하나씩의 스위치가 할당된 경우에는 해당 스위치의 온/오프 여부에 따라 방향을 결정하면 되지만 본 발명의 실시예와 같이 촉각센서(100)가 매트릭스 형태의 다수의 스위치를 구비하는 경우에는 각 스위치를 방향에 따라 적절히 구획할 필요가 있다.

도 9는 다수의 스위치를 방향에 따라 다수의 방향군(群)으로 구획한 경우를 예시한 도면이다. 즉, 전체 스위치를 예를 들어 9개 방향군으로 구분하고, 중앙부의 S33을 중심으로 하는 그 주변의 9개 스위치를 중앙을 나타내는 제1방향군으로 하며, 제1방향군의 좌측에 위치하는 6개 스위치를 좌측방향을 나타내는 제2방향군으로 하며, 제1방향군의 우측에 위치하는 6개 스위치를 우측방향을 나타내는 제3방향군으로 한다.

또한 제1방향군의 상부에 위치하는 6개 스위치를 상측방향을 나타내는 제4방향군으로 하고, 제1방향군의 하부에 위치하는 6개 스위치를 하측방향을 나타내는 제5방향군으로 한다.

또한 제2방향군의 상부에 위치하는 4개 스위치를 좌상방향을 나타내는 제6방향군로 하고, 2방향군의 하부에 위치하는 4개 스위치를 좌하방향을 나타내는 제7방향군로 하고, 3방향군의 상부에 위치하는 4개 스위치를 우상방향을 나타내는 제8방향군로 하고, 3방향군의 하부에 위치하는 4개 스위치를 우하방향을 나타내는 제9방향군로 한다. 필요에 따라서는 제6방향군 내지 제9방향군은 생략될 수도 있다.

사용자에 의해 눌려져 온(ON)된 스위치가 어느 한 방향군에만 속하는 경우에는 해당 방향군의 방향을 사용자가 선택한 방향으로 결정하면 된다.

그런데 본 발명의 실시예에 따른 촉각센서(100)가 휴대폰 등에 사용될 경우 대략 2cm*2cm 이하의 크기로 제작되기 때문에 실제 사용과정에서는 사용자가 2이상의 방향군에 속하는 다수의 스위치를 한꺼번에 누르는 경우가 불가피하게 발생하게 된다.

이 경우에 방향을 결정하는 첫번째 방법은 사용자에 의해 눌려져 온(ON)된 스위치의 개수를 각 방향군 별로 판단하여 온(ON)된 스위치가 가장 많이 포함된 방향군의 방향을 선택된 방향으로 결정하는 것이다. 이 경우 2이상의 방향군에서 동일한 개수의 스위치가 온(ON)된 경우에는 방향 결정을 하지 않고 다시 입력을 기다리면 된다.

두번째 방법은 각 스위치마다 적절한 가중치를 부여하여 눌려진 스위치의 가중치를 합산하여 방향을 결정하는 것이다.

예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 중앙의 제1방향군은 제일 중심의 S33에 가중치 4를 주고, 그 상하좌우의 스위치(S32,S34,S23,S43)에 가중치 2를 주고, 그 대각선 방향의 스위치(S22,S42,S24,S44)에 가중치 1을 준다.

또한 좌측방향을 나타내는 제2방향군은 중심에 해당하는 S03에 가중치 5를 주고, 그 상,하,우측 스위치(S02,S04,S13)에 가중치 3을 주고, 그 대각선 방향의 스위치(S12,S14)에 가중치 1을 준다.

또한 우측방향을 나타내는 제3방향군은 중심에 해당하는 S63에 가중치 5를 주고, 그 상,하,좌측 스위치(S62,S64,S53)에 가중치 3을 주고, 그 대각선 방향의 스위치(S52,S54)에 가중치 1을 준다.

이와 같은 방법으로 각 방향군마다 각 스위치에 가중치를 부여할 수 있다.

이러한 가중치의 할당은 예시에 불과한 것이어서 필요에 따라 얼마든지 달리 적용될 수 있지만, 각 방향군에서 중심에 위치하는(또는 중심으로 지정된) 스위치에 가장 높은 가중치를 부여하고 중심의 스위치에서 멀어질수록 가중치가 낮아지도록 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 모든 스위치별로 가중치를 부여하면 각 방향군별로 온(ON) 된 스위치의 가중치를 합산하여 가장 큰 값을 가지는 방향군의 방향을 사용자가 선택한 방향으로 결정할 수 있다.

예를 들어, 사용자가 본 발명의 촉각센서(100)를 눌렀을 때 도 11에 도시된 바와 같이 제2방향군 전부와 제1방향군, 제6방향군 및 제7방향군의 일부 스위치가 온(ON)된 경우에 도 10의 가중치 테이블에 따르면 제1방향군에 속하는 스위치(S22,S23,S24)의 가중치 합은 4이고, 제2방향군에 속하는 스위치(S02,S03,S04,S12,S13,S14)의 가중치 합은 16이고, 제6방향군에 속하는 스위치(S01,S11) 및 제7방향군에 속하는 스위치(S05,S15)의 가중치 합은 5이기 때문에 가중치의 합이 가장 큰 제2방향군의 방향을 선택된 방향으로 결정하면 된다.

또한 각 방향군별 가중치의 합은 서로 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어 제1방향군과 제2방향군의 스위치가 모두 눌려졌을 때는 가중치의 합산이 동일하므로 방향이 선택되지 않은 것으로 간주하는 것이 바람직하기 때문이다.

3. 접촉력 판단 방법

본 발명에 따른 스위치방식 촉각센서(100)를 이용하면 사용자가 의도하는 방향을 판단할 수 있을 뿐만 아니라 사용자가 센서를 누르는 접촉력을 간접적으로 판단할 수 있으며, 이를 이용하여 다양한 응용이 가능한 이점이 있다.

접촉력의 세기를 판단하는 구체적인 방법을 설명하면 다음과 같다.

가장 간편한 방법은 사용자가 강하게 누를수록 온(ON) 되는 스위치의 개수가 많아지므로 촉각센서(100)의 전체 스위치에서 온(ON)된 스위치의 개수가 많을수록 접촉력이 더 강한 것으로 판단하는 것이다.

따라서 온(ON)된 스위치의 기준 개수를 설정하여 초과여부에 따라 커서의 이동거리, 이동속도를 다르게 제어할 수 있다.

두번째 방법은 촉각센서(100)에서 온(ON)된 전체 스위치의 가중치를 합산하여 전체 가중치의 크기에 따라 접촉력의 세기를 판단하는 것이다.

예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이 결정된 방향별로 접촉력을 판단하기 위한 가중치 테이블을 별도로 설정하고, 만일 사용자가 중앙을 선택한 것으로 방향결정이 이루어지면 도 12(a)에 도시된 가중치 테이블을 이용하여 온(ON)된 스위치의 가중치를 합산하고 그 결과에 따라 접촉력의 강도를 판단한다.

만일 사용자가 좌측방향을 선택한 것으로 방향결정이 이루어지면 도 12(b)에 도시된 바와 같은 가중치 테이블을 이용하여 온(ON)된 스위치의 가중치를 합산하고 그 결과에 따라 접촉력의 강도를 판단한다.

상기 가중치 테이블에서는 각 방향의 중심에 가장 높은 가중치를 부여하고 중심에서 멀어질수록 점차 낮은 가중치를 할당하는 것이 바람직하다.

4. 동적인 방향판단 및 접촉력 판단 방법

그런데 전술한 방향 판단방법을 적용할 경우 일반적인 키패드와 마찬가지로 사용자가 예를 들어 커서를 멀리 또는 신속히 이동시키고자 하면 스위치를 눌렀다 떼는 과정을 매우 빨리 반복해야 하는 불편이 있다.

만일 사용자가 스위치 방식 촉각센서(100)를 누른 후에 손을 떼지 않은 채 단지 약간씩 눌러주거나 이동하기만 해도 커서를 계속 같은 방향으로 이동시킬 수 있다면 이러한 불편이 크게 해소될 수 있다. 이것은 다음과 같은 방법을 통해서 구현될 수 있다.

예를 들어 t=t1 의 시점에 사용자가 촉각센서(100)를 누르면 키인식마이컴(110)은 전술한 과정을 거쳐 사용자가 선택한 방향 및 접촉력의 세기를 결정한 후에 설정된 제어신호를 출력하여 예를 들어 커서를 결정된 방향으로 이동시킨다.

키인식마이컴(110)은 사용자가 스위치 방식 촉각센서(100)를 계속 누르고 있는지 여부를 지속적으로 감시하며, 만일 사용자가 촉각센서(100)를 계속 누르고 있다면, t=t1+T (T:설정된 주기)의 시점에 키인식마이컴(110)은 또다시 사용자가 선택한 방향 및 접촉력의 세기를 결정한다.

이때 t=t1 에서 결정된 방향과 t=t1+T 에서 결정된 방향이 동일하면, 키인식마이컴(110)은 각 시점에서의 접촉력의 세기를 비교하여 접촉력이 증가한 경우에는 설정된 기준값과 증가량을 비교한다. 그리고 증가량이 기준값을 초과하면 비록 사용자가 스위치에서 손을 떼지는 않았더라도 키인식마이컴(110)이 소정의 제어신호를 출력하여 커서를 다시 이동시킬 수 있다.

이때 접촉력의 증가량에 따라 커서의 이동거리나 이동속도를 차별화하여 제어할 수 있다.

이와 같이 주기(T)를 적절히 설정하고 매 주기마다 방향 및 접촉력을 결정하고, 결정된 방향 및 접촉력을 미리 설정된 임의의 기준시점의 방향 및 접촉력과 비교하면 사용자가 손을 떼지않고 촉각센서(100)에 반복적으로 힘을 가하는 경우에도 이를 반영한 다양한 제어신호를 출력할 수 있다.

제2실시예 : 커패시터 방식의 촉각센서

1. 구조

커패시터 방식의 촉각센서(200)는 도 13에 도시된 바와 같이 기판(10)의 상부에 하부전극(30), 스페이서(40), 상부전극(50), 누름판(70)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.

여기서 기판(10), 하부전극(30), 상부전극(50), 누름판(70)의 형상이나 재질 그리고 각 구성요소의 결합방법은 스위치 방식 촉각센서(100)의 경우와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.

커패시터 방식 촉각센서(200)는 하부전극(30)의 다수의 제1서브전극(30a,...,30g)과 상부전극(50)의 다수의 제2서브전극(50a,...,50g)이 교차되는 교차영역마다 커패시터 셀이 형성되고, 이러한 커패시터 셀이 매트릭스 형태로 배열된 구조를 가진다.

사용자가 누름판(70)을 누르면 상부전극(50)의 해당 부분이 눌려지면서 상부전극(50)과 하부전극(30) 사이의 간격이 좁아져 해당 커패시터 셀의 커패시턴스가 증가하며, 따라서 각 셀의 커패시턴스 변화여부를 파악하여 사용자가 해당 셀을 눌렀는지 여부를 판단할 수 있다.

그런데 커패시터 방식 촉각센서(200)에서는 하부전극(30)과 상부전극(50)이 서로 접촉하지 않아야 하므로 도 13의 단면도에 도시된 바와 같이 하부전극(30)과 상부전극(50)의 사이에 설치되는 스페이서(40)는 개구부가 없는 것이 바람직하다.

하부전극(30) 및 상부전극(50)을 각각 스페이서(40)의 하면과 상면에 결합 하면서 정확한 위치에 얼라이닝하기 위해서는 전술한 바와 같이 스페이서(40)에 끼움돌출부를 형성하고, 하부전극(30)과 상부전극(50)의 양단부에 끼움홈을 형성하는 것이 바람직하다.

도 14의 단면도는 커패시터 방식 촉각센서(200)의 변형예로서, 스위치 방식 촉각센서(100)에서 사용된 것과 같이 개구부를 가지는 스페이서(40)를 사용하되, 스페이서(40)와 상부전극(50)의 사이에 절연재(80)를 추가로 배치한 것이다.

이와 달리 스페이서(40)와 하부전극(30)의 사이에 절연재(80)를 배치할 수도 있다.

이와 같이 절연재(80)를 사용하는 경우에는 스페이서(40)의 끼움돌기에 하부전극(30) 또는 상부전극(50)의 각 서브전극의 양단부에 형성된 끼움홈을 삽입하여 결합할 수 있도록 절연재(80)의 크기를 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

이러한 커패시터 방식 촉각센서(200)가 예를 들어 서로 교차하는 7개의 제1서브전극(30a,...,30g)과 7개의 제2서브전극(50a,...,50g)을 포함하면, 상기 촉각센서(200)는 도 15에 도시된 바와 같이 각 교차영역에 형성되는 49개의 커패시터 셀이 7*7 매트릭스 형태로 배치된 회로로 표시될 수 있다.

여기서 설명의 편의를 위하여 각 열(C0,...,C6)은 각 제1서브전극(30a,...,30g)이고 각 행(R0,...,R6)은 제2서브전극(50a,...,50g)인 것으로 가정한다. 물론 반대의 가정도 가능하다.

도 16은 커패시터 방식의 촉각센서(200)를 이용한 입력장치의 구성을 나타낸 블록도로서, 키인식마이컴(110), 키인식마이컴(110)의 제어에 의해 소정의 사인파신호(Vin*Sinωt)를 출력하는 제1연산증폭기(140), 상기 키인식마이컴(110)의 제어에 의해 상기 제1연산증폭기(140)의 출력신호를 커패시터 방식 촉각센서(200)의 각 열(C0,...,C6)에 선택적으로 입력하는 제1아날로그먹스(Mux)(150)를 포함한다.

또한 촉각센서(200)의 각 행(R0,...,R6)의 출력신호를 키인식마이컴(110)의 제어해 의해 선택적으로 출력하는 제2 아날로그먹스(160), 제2아날로그먹스(160)의 출력을 이용하여 소정의 출력신호(Vo=-Vin*Cxy/Cf)를 생성하는 제2연산증폭기(170), 상기 제2연산증폭기(170)의 출력을 증폭시키는 제3연산증폭기(180), 제3연산증폭기(180)의 출력신호를 디지털신호로 변환하여 키인식마이컴(110)에 입력하는 AD컨버터(130)를 포함한다.

한편 제1아날로그먹스(150)는 도 17에 도시된 바와 같이 디코더(152)를 포함하며, 상기 디코더는 키인식마이컴(110)의 컬럼(Column)선택신호(Col_St)와 설정된 디코딩테이블에 의해 촉각센서(200)의 각 열(C0,...,C6)에서 하나씩을 순차적으로 선택하여 제1연산증폭기(140)의 사인파신호를 입력한다.

그런데 예를 들어 C0라인에 사인파신호가 입력되면 C0라인에 속하는 커패시터 셀 중에서 제2아날로그먹스(160)에 의해 선택된 행의 셀은 충전상태가 되며, 이와 같이 충전된 셀의 커패시턴스는 이후 다른 커패시터 셀의 커패시턴스에 영향을 주게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 디코더(152)가 촉각센서(200)의 각 열(C0,...,C6) 중에서 하나의 열을 선택할 때 선택된 열을 제외한 나머지 열은 접지시켜서 이전에 충전된 커패시터 셀을 모두 방전시키는 것이 바람직하다.

이를 위해 도 17에 도시된 바와 같이 제1아날로그먹스(150)에 각 컬럼라인에 대응하는 다수의 스위칭회로를 형성하고, 각 스위칭회로가 제1연산증폭기(140)의 신호가 입력되는 입력단자를 각 컬럼라인과 접지단자에 선택적으로 연결하도록 한다.

디코더(152)는 예를 들어 제1스위칭회로가 제1연산증폭기(140)의 신호를 제1컬럼라인으로 입력하는 경우에 나머지 스위칭회로는 입력단자를 접지단자에 연결함으로써 나머지 컬럼라인에 속하는 각 커패시터 셀을 방전시킨다.

제2아날로그먹스(160)도 키인식마이컴(110)의 로(Row)선택신호(Row_St)와 설정된 디코딩테이블을 이용하여 촉각센서(200)의 각 행(R0,...,R6) 중에서 하나씩을 순차적으로 선택하여 각 행의 출력신호를 제2연산증폭기(170)로 입력하는 디코더를 포함할 수 있다.

또한 키인식마이컴(110)에는 사용자의 조작정도(누르는 시간, 누르는 힘 등)에 따라 촉각피드백(tactile feedback) 또는 힘 피드백(force feedback)을 제공하는 햅틱(haptic)드라이브(120)를 연결할 수도 있다.

2. 방향 판단 방법

이하에서는 전술한 커패시터 방식의 촉각센서(200)에서 사용자가 선택한 방향을 판단하는 방법을 설명한다.

키인식마이컴(110)은 커패시터 방식의 촉각센서(200)에서 어느 커패시터 셀의 커패시턴스가 변화되는지를 주기적으로 감시하며, 이를 위해 제1아날로그먹스(150)는 키인식마이컴(110)의 제어에 따라 예를 들어 각 제1서브전극(30a,...,30g)에 해당하는 각 열(C0,...,C6)에 사인파(VinSinωt) 형태의 신호(C[0..6])를 순차적으로 입력한다.

그리고 상기 신호(C[0..6])에 따라 제2서브전극(50a,...,50g)에 해당하는 각 행(R0,...,R6)에서 발생하는 출력신호(R[0..6])는 키인식마이컴(110)의 제어에 따라 제2아날로그먹스(160)를 통해 선택적으로 출력되고, 제2아날로그먹스(160)의 출력신호는 제2 및 제3연산증폭기(170,180)를 거친 후에 AD컨버터(130)를 거쳐 키인식마이컴(110)으로 입력된다.

따라서 키인식마이컴(110)은 각 행(R0,...,R6)의 출력신호를 통해 각 커패시터 셀의 커패시턴스 값(CAyx)의 변화를 확인하고 그 결과를 이용하여 사용자가 선택한 방향을 판단한다. 그리고 결정된 방향에 따른 제어신호를 외부로 출력하여 예를 들어 커서를 결정된 방향으로 이동시킨다.

구체적으로는 도 18의 순서도에 도시된 바와 같이, 키인식마이컴(110)은 먼저 컬럼선택신호(Col_St)와 로선택신호(Row_St)를 클리어하고, 촉각센서(200)의 각 커패시터 셀(CA[x][y], x,y=0..6)에서 확인된 커패시턴스 값을 클리어하고 각 커패시터 셀의 초기 커패시턴스 값을 업데이트하는 등의 초기화 과정을 수행한다.

이때 예를 들어 임의의 설정된 시간(예를 들어 10초) 동안 모든 커패시터 셀의 커패시턴스가 변화하지 않는 경우 이를 초기 커패시턴스 값으로 결정하여 업데이트 시킬 수 있다.

이어서 키인식마이컴(110)은 제1연산증폭기(140)로 PWM신호를 입력하는 한편 제1아날로그먹스(150)로 소정의 컬럼선택신호(Col_St)를 전송하여 먼저 커패시터 방식 촉각센서(200)의 예를 들어 C0라인(도 14참조)에만 제1연산증폭기(140)의 사인파 출력신호를 입력하도록 한다.

이어서 키인식마이컴(110)의 로선택신호(Row_St)에 의해 제2아날로그먹스(150)가 촉각센서(200)의 R0,...,R6라인의 각 출력신호를 순차적으로 출력하며, 출력된 신호는 증폭 및 AD컨버터 과정을 거쳐 키인식마이컴(110)으로 입력된다.

키인식마이컴(110)은 각 R0,...,R6 라인에서 출력되는 신호를 통해 C0라인과 교차하는 각 커패시터 셀의 커패시턴스 값을 구한다.

이어서 키인식마이컴(110)은 제1연산증폭기(140)의 사인파 출력신호를 촉각센서(200)의 C1라인에만 입력하고 촉각센서(200)의 각 R0,...,R6 라인의 출력신호를 통해 C1라인과 교차하는 각 커패시터 셀의 커패시턴스 값을 구한다.

이러한 과정을 C6라인까지 순차적으로 진행함으로써 전체 커패시터 셀의 커패시턴스 값을 구할 수 있으며, 키인식마이컴(110)은 각 커패시터 셀의 커패시턴스의 변화 여부를 이용하여 방향 등을 판단한다.

이때 각 셀의 커패시턴스 값을 초기 커패시턴스와 단순 비교하여 커패시턴스가 증가되었는지 여부를 판단할 수도 있지만, 본 발명의 실시예에서는 보다 정확한 판단을 위하여 각 셀의 커패시턴스를 각각의 초기용량으로 나누는 정규 화(normalization) 과정을 거쳐 정규화값을 구한다.

그리고 정규화값이 허용범위를 벗어나는 커패시터 셀이 사용자에 의해 눌려진 것으로 판단한다.

스위치 방식의 촉각센서(100)와 마찬가지로 각 방향별로 하나씩의 커패시터 셀이 할당된 경우에는 해당 커패시터 셀의 커패시턴스의 증가여부를 판단하여 방향을 결정하면 되지만 본 발명의 실시예와 같이 매트릭스 형태의 다수의 커패시터 셀을 구비하는 경우에는 각 커패시터 셀을 방향에 따라 적절히 구획할 필요가 있다.

도 19는 다수의 커패시터 셀을 방향별로 묶어서 예를 들어 제1 내지 제9 방향군을 형성한 모습을 나타낸 도면으로서, 구획된 형태가 전술한 스위치 방식의 촉각센서(100)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

이와 같이 다수의 커패시터 셀을 몇 개의 방향군으로 묶은 경우에 방향을 결정하는 첫번째 방법은 사용자에 의해 눌려져 커패시턴스가 변화된 커패시터 셀의 개수를 각 방향군별로 파악하여 해당되는 커패시터 셀의 개수가 가장 많은 방향군의 방향을 선택된 방향으로 결정하는 것이다.

이 경우 커패시턴스가 변화된 셀의 개수가 2이상의 방향군에서 동일하면 방향 결정을 하지 않고 다시 입력을 기다리면 된다.

두번째 방법은 각 커패시터 셀의 커패시턴스 값을 이용하여 방향을 결정하 는 것이다. 각 커패시터 셀은 사용자가 강하게 누를수록 상부전극 및 하부전극의 간격이 줄어들어 그 커패시턴스 값이 커진다. 이와 같이 각 커패시터 셀의 커패시턴스는 가해진 힘과 일정한 관계를 가지므로 이러한 관계를 미리 선형테이블로 설정해 두고 이를 참조하여 각 셀에 가해진 힘을 산출할 수 있다.

따라서 각 셀에 가해진 힘을 방향군별로 합산하여 그 값이 가장 큰 방향군의 방향을 사용자가 선택한 방향으로 결정할 수 있다.

여기서 상기 선형테이블은 각 셀에 대해 힘과 커패시턴스의 관계를 선형적으로 설정하여 테이블화한 것이다. 일반적으로 각 커패시터 셀은 도 20의 그래프에 예시된 바와 같이 인가되는 힘과 커패시턴스의 관계가 선형적이지 않기 때문에 소정의 선형 알고리즘을 적용하여 이를 선형적인 관계로 설정하는 것이 바람직하며, 이러한 선형적인 관계를 나타낸 것이 선형테이블이다.

다만 커패시터 방식 촉각센서(200)는 장시간 사용할 경우 상부 또는 하부전극의 변형 등으로 인해 각 셀의 커패시턴스 값이 변할 수 있으므로 필요에 따라 선형테이블을 업데이트할 수 있는 수단이 필요하다.

이를 위해 전체 커패시터 셀 중에서 다수의 커패시터 셀(예를 들어 각 방향군의 중심에 위치하는 커패시터 셀)을 지정하여 사용자가 지정된 커패시터 셀을 순차적으로 누르도록 안내하고, 그 결과에 따라 지정된 커패시터 셀별로 선형 알고리즘을 실행하여 그 결과를 테이블화한다. 이때 사용자로 하여금 별도 도구를 이용하여 전체 커패시터 셀을 누르도록 할 수도 있다.

이어서 제작시 설정된 각 커패시터 셀의 선형테이블을 토대로 초기값, 중간 값, 최대값을 기준으로 전체 선형테이블을 업데이트할 수 있다.

3. 접촉력 판단 방법

커패시터 방식 촉각센서(200)는 각 커패시터 셀의 커패시턴스나 이를 이용한 정규화값을 통해 접촉력의 세기를 판단할 수 있으며, 그 결과를 이용하여 다양한 응용이 가능하다.

이때 접촉력의 세기는 결정된 방향군에 속하는 커패시터 셀의 접촉력만을 이용하여 그 정도를 판단할 수도 있고, 일단 방향결정이 이루어진 다음에 전체 커패시터 셀(CA00,...,CA66)의 접촉력을 합산하여 전체 접촉력의 세기를 판단할 수도 있다.

또한 도 21에 도시된 바와 같이 결정된 방향별로 접촉력을 판단하기 위한 테이블을 별도로 설정하고, 일단 방향 결정이 이루어진 이후에 선택된 방향의 중심 커패시터 셀을 포함하는 별도의 커패시터 셀 그룹으로 지정하여 지정된 그룹에 포함된 커패시터 셀의 접촉력을 합산함으로써 전체 접촉력의 세기를 판단할 수도 있다.

예를 들어 사용자가 중앙을 선택한 것으로 방향결정이 이루어지면, 도 21(a)에 도시된 바와 같이 예를 들어 키패드 중앙부의 25개의 커패시터 셀을 그룹으로 지정하고 그룹내 커패시터 셀의 전체 접촉력을 합산하여 접촉력의 세기를 판단한다.

만일 사용자가 좌측방향을 선택한 것으로 방향결정이 이루어지면, 도 21(b) 에 도시된 바와 같이 키패드의 좌측에서부터 예를 들어 20개의 커패시터 셀을 그룹으로 지정하고 그룹내 커패시터 셀의 전체 접촉력을 합산하여 접촉력의 세기를 판단한다.

4. 동적인 방향판단 및 접촉력 판단 방법

커패시터 방식 촉각센서(200)도 스위치 방식 촉각센서(100)와 마찬가지로 사용자가 촉각센서(200)를 누른 후에 손을 떼지 않은 채 단지 약간씩 눌러주거나 이동하기만 해도 커서를 계속 같은 방향으로 이동시킬 수 있는 것이 바람직하다.

예를 들어 t=t1 의 시점에 사용자가 커패시터 방식 촉각센서(200)를 누르면 키인식마이컴(110)은 전술한 과정을 거쳐 사용자가 선택한 방향 및 접촉력의 세기를 결정한 후에 설정된 제어신호를 출력하여 예를 들어 커서를 결정된 방향으로 이동시킨다.

키인식마이컴(110)은 사용자가 촉각센서(200)를 계속 누르고 있는지 여부를 지속적으로 감시하며, 만일 사용자가 촉각센서(200)를 계속 누르고 있다면, t=t1+T(설정된 주기)의 시점에 키인식마이컴(110)은 또다시 사용자가 선택한 방향 및 접촉력의 세기를 결정한다.

이때 t=t1에서 결정된 방향과 t=t1+T 에서 결정된 방향이 동일하면, 키인식마이컴(110)은 각 시점에서의 접촉력의 세기를 비교하여 접촉력이 증가한 경우에는 설정된 기준값과 증가량을 비교한다. 그리고 증가량이 기준값을 초과한 경우에는 비록 사용자가 스위치에서 손을 떼지는 않았더라도 키인식마이컴(110)이 소정의 제 어신호를 출력하여 커서를 다시 이동시킨다.

이때 접촉력의 증가량에 따라 커서의 이동거리나 이동속도를 다르게 제어할 수도 있다. 그리고 접촉력의 증가여부를 판단하는 기준시점은 직전의 판단시점에 국한되는 것은 아니므로 미리 임의의 기준시점을 설정해 둘 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스위치 방식 접촉센서(100)와 커패시턴스 방식 접촉센서(200)는 방향, 접촉력의 세기, 동적인 방향 및 동적인 접촉력 세기를 판단할 수 있으며, 이러한 판단의 결과를 이용하여 예를 들어 모니터 등의 표시장치에 표시되는 커서나 객체의 이동거리, 이동속도, 가속도, 이동각도 등을 차별화시킬 수 있고 이를 통해 보다 다양하고 편리한 사용자 인터페이스를 제공하는 것이 가능해진다.

또한 이러한 촉각센서를 구동장치에 직접 연결하여 구동장치의 작동거리, 작동속도, 가속도, 작동각도, 작동압력 등을 제어하는 것도 가능해진다.

한편 전술한 본 발명의 촉각센서(100,200)은 사용자가 누르는 용도로만 사용할 수 있는 것이 아니라, 마우스 등의 입력장치에서 움직임을 감지하는 용도로도 활용될 수 있다.

또한 본 발명에서의 방향 및 접촉력 판단 방법과 동적인 방향 및 접촉력 판단 방법은 본 발명의 스위치 방식 촉각센서(100)와 커패시터 방식 촉각센서(200)에만 한정되는 것은 아니며 저항식, 압력식 등의 다른 방식의 촉각센서에서도 활용될 수 있다.

즉, 매트릭스 형태로 배열된 다수의 단위센서를 포함하는 촉각센서는 각 단위센서마다 발생하는 전기적인 또는 물리적인 특성의 변화를 이용하여 접촉력이 가해지는지 여부를 판단하는 것이므로 각 단위센서마다 접촉력의 인가여부가 결정되면 본 발명에 따른 방향판단 방법이나 접촉력 세기의 판단방법을 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스위치 방식 촉각센서의 단면도

도 2는 스위치 방식 촉각센서의 분해 저면사시도

도 3은 스위치 방식 촉각센서에서 스위치 ON되는 모습을 나타낸 단면도

도 4a 및 도 4b는 상부전극에 돔 구조가 형성된 모습을 나타낸 도면

도 4c는 상부전극의 하면에 돌출부가 형성된 모습을 나타낸 도면

도 5는 돔 구조를 가지는 상부전극의 다른 실시예를 나타낸 도면

도 6은 스위치 방식 촉각센서의 회로도

도 7은 스위치 방식 촉각센서를 포함하는 입력장치의 블록도

도 8은 스위치 방식 촉각센서를 이용한 방향 결정 순서도

도 9는 스위치 방식 촉각센서에서 스위치를 그룹화한 경우를 예시한 도면

도 10은 스위치 방식 촉각센서에서 방향판단을 위해 설정된 가중치테이블을 예시한 도면

도 11은 사용자가 제2방향군을 눌러 좌측방향을 선택한 경우를 예시한 도면

도 12는 스위치 방식 촉각센서에서 접촉력 세기를 판단하기 위한 가중치 테이블을 예시한 도면

도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 커패시터 방식 촉각센서의 단면도

도 14는 커패시터 방식 촉각센서의 변형예를 나타낸 단면도

도 15는 커패시터 방식 촉각센서의 회로도

도 16은 커패시터 방식 촉각센서를 포함하는 입력장치의 블록도

도 17은 제1아날로그 먹스의 블록도

도 18은 커패시터 방식 촉각센서를 이용한 방향 결정 순서도

도 19는 커패시터 방식 촉각센서에서 스위치를 그룹화한 경우를 예시한 도면

도 20은 각 커패시터셀의 정규화된 커패시턴스와 접촉력 세기의 관계를 예시한 도면

도 21은 커패시터 방식 촉각센서에서 접촉력 세기를 판단하기 위한 가중치 테이블을 예시한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 기판 20, 60: 접착테이프

30: 하부전극 40: 스페이서

50: 상부전극 70: 누름판

80: 절연재 100: 스위치 방식 촉각센서

110: 키인식마이컴 120: 햅틱드라이브

130: AD컨버터 140: 제1연산증폭기

150: 제1아날로그먹스 160: 제2아날로그먹스

170: 제2연산증폭기 180: 제3연산증폭기

200: 커패시터 방식 촉각센서

Claims (33)

1. 기판;

   상기 기판의 상부에 위치하며, 띠(strap) 형태의 제1서브전극을 다수 포함하는 하부전극;

   탄성력을 가지는 띠 형태로서 각각 상기 다수의 제1서브전극과 이격되어 교차하도록 설치되는 다수의 제2서브전극을 포함하는 상부전극;

   상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치되는 일체형의 스페이서;

   상기 상부전극의 상부에 설치되는 누름판;

   을 포함하는 촉각센서
2. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서는 다수의 개구부를 구비하고, 상기 다수의 개구부를 사이에 두고 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극이 교차하며, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극이 상기 다수의 개구부를 통해 접촉 가능한 촉각센서
3. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서에 의해 서로 이격된 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극이 교차하는 교차영역마다 커패시터 셀이 형성되는 촉각센서
4. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 제1서브전극 또는 상기 다수의 제2서브전극은 각각 평판형태인 촉각센서
5. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 제2서브전극 또는 상기 누름판은 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극이 교차하는 교차영역에 대응하는 위치마다 돌출부를 구비하는 촉각센서
6. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 제2서브전극의 각각은,

   상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극이 교차하는 교차영역에 대응하는 위치마다 배치되는 다수의 돔(dome);

   상기 다수의 돔을 전기적으로 연결하는 연결배선;

   을 포함하는 촉각센서
7. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 제1서브전극 또는 다수의 제2서브전극과 상기 스페이서는 조립과정에서의 정확한 얼라이닝을 위하여 서로 대응하는 다수의 위치에 결합수단이 형성된 촉각센서
8. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서와 상기 누름판은 조립과정에서의 정확한 얼라이닝을 위하여 서로 대응하는 다수의 위치에 결합수단이 형성된 촉각센서
9. 제1항에 있어서,

   상기 하부전극은 상기 기판과 일체로 형성되고, 상기 스페이서와 상기 기판은 조립과정에서의 정확한 얼라이닝을 위하여 서로 대응하는 다수의 위치에 결합수단이 형성된 촉각센서
10. 띠(strap) 형태의 다수의 제1서브전극과, 띠 형태이면서 탄성력을 가지는 다수의 제2서브전극과, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치하는 것으로서 다수의 개구부를 구비하는 일체형의 스페이서와, 상기 다수의 제1서브전극의 일측에 설치할 기판과, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에 설치할 누름판을 각각 준비하는 제1단계;

    상기 스페이서의 일면에는 상기 다수의 제1서브전극을 결합하고, 상기 스페이서의 타면에는 상기 다수의 제2서브전극을 결합하되, 상기 다수의 제2서브전극의 각각과 상기 다수의 제1서브전극의 각각이 상기 개구부에서 교차하도록 결합하는 제2단계;

    상기 다수의 제1서브전극의 일측에는 상기 기판을 결합하고, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에는 상기 누름판을 결합하는 제3단계;

    를 포함하는 촉각센서 제조방법
11. 제10항에 있어서,

    상기 제1단계에서 상기 다수의 제1서브전극 또는 상기 다수의 제2서브전극은 각각 금형, 습식식각, 사진식각 또는 레이저가공을 통해 제조하는 촉각센서 제조방법
12. 제10항에 있어서,

    상기 제1단계에서 상기 스페이서 또는 상기 누름판은 금형, 사진식각 또는 레이저가공을 통해 제조하는 촉각센서 제조방법
13. 표면에 띠(strap) 형태의 다수의 제1서브전극이 일체로 형성된 기판과, 띠 형태이면서 탄성력을 가지는 다수의 제2서브전극과, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치하는 것으로서 다수의 개구부를 구비하는 일체형의 스페이서와, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에 설치할 누름판을 각각 준비하는 제1단계;

    상기 스페이서의 일면에 상기 다수의 제1서브전극과 일체로 형성된 상기 기판을 결합하고, 상기 스페이서의 타면에 상기 다수의 제2서브전극을 결합하되, 상기 개구부에서 상기 다수의 제2서브전극의 각각이 상기 다수의 제1서브전극의 각각과 교차하도록 결합하는 제2단계;

    상기 다수의 제2서브전극의 일측에는 상기 누름판을 결합하는 제3단계;

    를 포함하는 촉각센서 제조방법
14. 제13항에 있어서,

    상기 제1단계에서 기판의 표면에 형성된 금속층을 에칭함으로써 상기 다수의 제1서브전극이 기판과 일체로 제조되는 촉각센서 제조방법
15. 띠(strap) 형태의 다수의 제1서브전극과, 띠 형태이면서 탄성력을 가지는 다수의 제2서브전극과, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치하는 것으로서 양면이 관통되지 않는 일체형의 스페이서와, 상기 다수의 제1서브전극의 일측에 설치할 기판과, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에 설치할 누름판을 각각 준비하는 제1단계;

    상기 스페이서의 일면에는 상기 다수의 제1서브전극을 결합하고, 상기 스페이서의 타면에는 상기 다수의 제2서브전극을 결합하되, 상기 다수의 제2서브전극의 각각과 상기 다수의 제1서브전극의 각각이 서로 교차하도록 결합하는 제2단계;

    상기 다수의 제1서브전극의 일측에는 상기 기판을 결합하고, 상기 다수의 제2서브전극의 일측에는 상기 누름판을 결합하는 제3단계;

    를 포함하는 촉각센서 제조방법
16. 기판, 상기 기판의 상부에 위치하며, 띠(strap) 형태의 제1서브전극을 다수 포함하는 하부전극, 탄성력을 가지는 띠 형태로서 각각 상기 다수의 제1서브전극과 이격된 채 교차하도록 설치되는 다수의 제2서브전극을 포함하는 상부전극, 상기 다 수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치되며 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 교차영역마다 개구부를 구비하는 스페이서, 상기 상부전극의 상부에 설치되는 누름판을 포함하며, 상기 개구부를 통해 대향하는 상기 제1서브전극과 상기 제2서브전극의 접촉여부를 판별할 수 있는 전기적 신호를 출력하는 촉각센서;

    상기 다수의 제1서브전극에 스캐닝신호를 입력한 후에 상기 다수의 제2서브전극의 출력신호를 이용하거나, 상기 다수의 제2서브전극에 스캐닝신호를 입력한 후에 상기 다수의 제1서브전극의 출력신호를 이용하여 사용자가 선택한 방향 또는 접촉력 세기를 판단하는 키인식마이컴;

    을 포함하는 전자기기의 입력장치
17. 제16항에 있어서,

    상기 키인식마이컴에는 사용자가 상기 촉각센서를 누르는 접촉력의 정도를 판단하여 사용자가 느낄 수 있는 촉각 피드백 또는 힘 피드백을 제공하는 햅틱(haptic) 드라이브가 연결되는 전자기기의 입력장치
18. 다수의 제1서브전극과 다수의 제2서브전극이 서로 이격되어 교차하는 교차영역마다 형성된 다수의 스위치가 매트릭스 배열을 이루는 촉각센서를 이용하여 사용 자의 입력을 감지하는 방법에 있어서,

    상기 다수의 스위치를 각각 다른 방향으로 지정된 다수의 방향군(群)으로 분할하고, 상기 다수의 방향군마다 상기 다수의 스위치 중에서 하나 이상을 할당하는 제1단계;

    상기 다수의 제1서브전극에 공통전압을 인가하는 제2단계;

    상기 다수의 제2서브전극 중에서 선택된 하나의 제2서브전극에만 영전압을 인가하는 제3단계;

    상기 다수의 제1서브전극의 각각의 전압을 감지하여 상기 다수의 제1서브전극과 상기 제3단계에서 선택된 상기 제2서브전극의 교차영역에 설정된 스위치의 온/오프 여부를 판단하는 제4단계;

    상기 제3단계에서 선택된 상기 제2서브전극과는 다른 제2서브전극을 하나씩 선택하여 상기 제4단계를 반복하는 제5단계;

    상기 제2단계 내지 상기 제5단계에서 온(ON) 상태인 것으로 판단된 스위치가 속하는 방향군을 확인하고 그 결과를 이용하여 사용자가 선택한 방향을 결정하는 제6단계;

    를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
19. 제18항에 있어서,

    상기 제6단계는,

    상기 다수의 방향군 중에서 온(ON) 상태인 스위치를 가장 많이 포함하는 방향군에 지정된 방향을 사용자가 선택한 방향으로 결정하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
20. 제18항에 있어서,

    상기 제1단계는 상기 다수의 방향군에 포함된 스위치에 가중치를 설정하되 상기 다수의 방향군마다 중심스위치를 지정하고 상기 중심스위치에 가장 높은 가중치를 설정하는 과정을 포함하며,

    상기 제6단계에서는 상기 다수의 방향군마다 온(ON) 상태인 스위치의 가중치를 합산하였을 때 전체가중치가 가장 큰 방향군에 지정된 방향을 사용자가 선택한 방향으로 결정하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
21. 제20항에 있어서,

    상기 다수의 방향군의 각각은 소속된 모든 스위치의 가중치 합이 동일한 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
22. 제20항에 있어서,

    상기 제6단계의 이후에는 상기 제6단계에서 사용자가 선택한 방향으로 결정된 방향군의 전체가중치를 기준으로 상기 스위치 방식 촉각센서에 대한 접촉력 세기를 판단하는 단계를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
23. 제20항에 있어서,

    상기 제1단계에서는 방향별로 상기 촉각센서의 모든 스위치에 가중치를 할당한 방향별 가중치테이블을 설정하되, 상기 방향별 가중치테이블에서 각 방향의 중심스위치에는 가중치가 가장 높고 상기 중심스위치에서 멀어질수록 가중치가 점차 낮아지도록 설정하는 과정을 포함하며,

    상기 제6단계의 이후에는 상기 방향별 가중치테이블에서 상기 6단계에서 결정된 방향에 대응하는 가중치테이블을 이용하여 온(ON) 상태인 모든 스위치의 가중치를 합산하고 상기 촉각 센서에 대한 접촉력 세기를 판단하는 단계를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
24. 제22항 또는 제23항에 있어서,

    상기 접촉력 세기를 판단하는 단계의 이후에는 설정된 주기마다 다시 접촉력의 세기를 판단하여 기준시점과의 접촉력과의 차이값을 산출하는 단계를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
25. 다수의 제1서브전극과 다수의 제2서브전극이 서로 이격되어 교차하는 교차영역에 형성된 다수의 커패시터셀이 매트릭스 배열을 이루는 촉각센서를 이용하여 사용자의 입력을 감지하는 방법에 있어서,

    상기 다수의 커패시터셀의 초기 커패시턴스를 저장하고, 상기 다수의 커패시터셀을 각각 다른 방향으로 지정된 다수의 방향군(群)으로 분할하며, 상기 다수의 방향군마다 상기 다수의 커패시터셀 중에서 하나 이상을 할당하는 제1단계;

    상기 다수의 제1서브전극 중에서 선택된 하나의 제1서브전극에 입력신호를 인가하는 제2단계;

    상기 다수의 제2서브전극의 각각의 출력신호를 감지하여 상기 다수의 제2서브전극과 상기 제2단계에서 선택된 상기 제1서브전극의 교차영역에 설정된 커패시터셀의 커패시턴스를 판단하는 제3단계;

    상기 제2단계에서 선택된 상기 제1서브전극과는 다른 제1서브전극을 하나씩 선택하여 입력신호를 인가하고 상기 제3단계를 반복하는 제4단계;

    상기 제3단계 및 상기 제4단계에서 판단한 커패시턴스와 상기 초기 커패시턴스를 이용하여 커패시턴스가 변화된 커패시터셀이 속하는 방향군을 확인하고 그 결과를 이용하여 사용자가 선택한 방향을 결정하는 제5단계;

    를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
26. 제25항에 있어서,

    상기 제5단계에서는 각 커패시터셀의 측정된 커패시턴스를 상기 초기 커패시턴스를 이용하여 정규화한 정규화값이 허용범위를 벗어나는지 여부를 판단함으로써 커패시턴스의 변화여부를 판단하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
27. 제25항에 있어서,

    상기 초기 커패시턴스는 제작시 설정된 각 커패시터 셀의 힘과 커패시턴스의 관계를 나타낸 테이블을 전체 커패시턴스 셀 중에서 2 이상의 커패시터 셀을 사용자가 누른 후에 눌려진 커패시터 셀 별로 선형 알고리즘을 실행하는 방식으로 주기적으로 또는 사용자의 선택에 의하여 업데이트되는 것을 특징으로 하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
28. 제25항에 있어서,

    상기 제5단계는,

    상기 다수의 방향군마다 각 커패시터셀의 커패시턴스를 이용하여 접촉력 세기를 판단하는 제1서브단계;

    상기 다수의 방향군마다 상기 접촉력을 합산하였을 때 가장 큰 접촉력 세기 를 가지는 방향군에 지정된 방향을 사용자가 선택한 방향으로 결정하는 제2서브단계;

    를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
29. 제28항에 있어서,

    상기 제1서브단계는 각 커패시터셀마다 힘과 커패시턴스의 관계를 미리 파악하여 설정한 테이블을 이용하여 각 커패시터셀에 대한 접촉력 세기를 판단하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
30. 제28항에 있어서,

    제1단계에서는 사용자가 누르는 접촉력의 세기를 판단하기 위하여 각 방향별로 각 방향의 중심 커패시터셀을 포함하는 커패시터셀 군을 설정하고,

    상기 제2서브단계의 이후에는 상기 제2서브단계에서 결정된 방향에 해당하는 상기 커패시터셀군에 포함된 모든 커패시터셀에 대한 접촉력을 합산하여 전체 접촉력 세기를 판단하는 단계;

    를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
31. 제28항에 있어서,

    상기 제2서브단계의 이후에는 설정된 주기마다 다시 접촉력의 세기를 판단하여 기준시점의 접촉력과의 차이값을 산출하는 단계를 포함하는 촉각센서를 이용한 입력 감지 방법
32. 기판, 상기 기판의 상부에 위치하며, 띠(strap) 형태의 제1서브전극을 다수 포함하는 하부전극, 탄성력을 가지는 띠 형태로서 각각 상기 다수의 제1서브전극과 이격된 채 교차하도록 설치되는 다수의 제2서브전극을 포함하는 상부전극, 상기 다수의 제1서브전극과 상기 다수의 제2서브전극의 사이에 설치되는 일체형의 스페이서, 상기 상부전극의 상부에 설치되는 누름판을 포함하며, 상기 스페이서에 의해 서로 이격된 상기 제1서브전극과 상기 제2서브전극의 교차영역마다 커패시터 셀이 형성되고 상기 커패시터 셀의 커패시턴스 변화를 판별할 수 있는 전기적 신호를 출력하는 촉각센서;

    상기 다수의 제1서브전극 또는 상기 다수의 제2서브전극에 신호를 인가한 후에 출력되는 신호를 이용하여 사용자가 선택한 방향 또는 접촉력 세기를 판단하는 키인식마이컴;

    상기 키인식마이컴의 제어에 따라 파형신호를 생성하는 신호생성수단;

    상기 키인식마이컴의 제어에 따라 상기 신호생성수단의 출력신호를 상기 촉각센서의 상기 다수의 제1서브전극에 순차적으로 입력하거나 상기 다수의 제2서브 전극에 순차적으로 입력하는 제1아날로그 먹스(Mux);

    상기 키인식마이컴의 제어에 따라 상기 촉각센서의 상기 다수의 제2서브전극 또는 상기 다수의 제1서브전극의 출력신호를 선택적으로 출력하는 제2아날로그 먹스;

    상기 제2아날로그 먹스의 출력신호를 증폭하는 신호증폭수단;

    상기 신호증폭수단의 출력신호를 디지털신호로 변환하여 상기 키인식마이컴으로 전송하는 AD컨버터;

    를 포함하는 전자기기의 입력장치
33. 제32항에 있어서,

    상기 키인식마이컴에는 사용자가 상기 촉각센서를 누르는 접촉력의 정도를 판단하여 사용자가 느낄 수 있는 촉각 피드백 또는 힘 피드백을 제공하는 햅틱(haptic) 드라이브가 연결되는 전자기기의 입력장치

Images