KR20130005335A - 터치 압력 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 압력 측정 방법에 관한 것이다.

Description

터치 압력 측정 방법{METHOD FOR SENSING PRESSURE BY TOUCHING}

본 발명은 터치 압력 측정 방법에 관한 것이다.

터치스크린이란 키보드를 사용하지 않고 화면(스크린)에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면, 그 위치를 파악하여 저장된 소프트웨어에 의해 특정 처리를 할 수 있도록, 화면에서 직접 입력자료를 받을 수 있게 한 화면을 말하며, 휴대전화, 컴퓨터 등의 사용자 단말의 입력 스크린으로 널리 활용되고 있다. 터치스크린은 일반적으로 감압식과 정전식(정전용량식)으로 나뉘는데, 감압식은 터치화면에 압력변화를 감지하는 방식으로 입력장치에 제한이 없다는 장점이 있다. 정전용량식은 신체에 흐르는 미세한 전류를 이용하여 터치를 감지하는 방식으로, 멀티터치가 가능하고, 반응이 빠르다는 장점이 있다. 하지만, 현재까지 상용화된 정전용량식 터치스크린은 터치하는 압력(강도)를 구분할 수 없기 때문에, 온-오프 방식의 터치 제어만 가능하였다. 더 나아가, 종래의 터치입력 강도 측정은 터치 패드와 전극과의 접촉에 따라 터치 강도를 측정하였으나, 이 경우 터치 패드와 전극층 사이의 이격된 공간에 따른 화질 저하 문제가 발생한다.

반면, 대한민국 공개특허 10-2009-0127544호는 가속도 센서를 이용한 접촉 시간를 측정하고, 상기 측정된 시간 동안의 가속도 센서의 신호 정보를 바탕으로 각 시간마다의 신호를 획득한 후, ontime 동안 얻어진 분산값을 모두 합산하여, 접촉 강도를 측정하는 기술을 제공한다. 하지만, 상기 기술은 측정된 모든 가속도 센서의 신호 정보를 합산하는 방식이므로, 실제 진동이 사람의 터치행위가 아닌, 외부의 진동으로부 발생한 경우(예를 들면 버스를 탄 경우) 외부 진동에 따라 발생하는 센서 신호 정보가 모두 터치입력의 강도로 합산되는 문제가 있다.

마이크, 즉 마이크로폰은 음파 또는 초음파를 받아서 그 진동에 따른 전기신호를 발생시키는 전자 컴포넌트(구성요소)이다. 이러한 마이크는 휴대전화와 같은 사용자 단말에 필수적으로 구비되어 음성 녹음, 입김 센서 등을 위하여 사용된다. 하지만, 점차 소형화되면서, 동시에 다양한 기능을 수행하여야 하는 휴대전화 특성상 이미 설치된 마이크 등과 같은 컴포넌트의 다양한 활용이 요구된다. 더 나아가, 터치스크린 환경에서 더 이상 물리적인 버튼을 휴대전화와 같은 사용자 단말에 구비시키는 것이 어려워지는 상황에서, 휴대전화에 구빈된 기존의 컴포넌트를 다양한 방식으로 활용하는 것이 절실하다.

종래의 마이크는 휴대용 전자기기의 대표적인 센서로 사용되고 있지만, 그 활용범위는 매우 제한적이었다. 특히 녹음, 입김불기 등의 수단으로 제한되어 있다.

또한, 점차 복잡해지는 기기의 추세에 따라 더 많은 버튼이 구비되어야 하나, 디자인, 하드웨어적으로 한계가 있다.

따라서 기존에 구비된 센서만을 가지고 압력의 세기를 측정할 수 있는 방법이 필요하게 되었다.

본 발명에서는 압력센서와 같은 하드웨어를 구비하지 않고도 기존기기에 구비된 스피커/마이크와 소프트웨어만으로 동일한 효과를 가질 수 있어 비용적으로 큰 장점이 있는 터치 압력 측정 방법을 제공하고 있다.

사용자에 의하여 단말기에 가해지는 터치 압력 세기를 측정하는 방법에 있어서,

단말기의 출력부를 통해 음파를 발생시키는 단계,

상기 발생된 음파를 단말기의 입력부를 통해 입력받는 단계;

사용자가 단말기에 압력을 가하는 경우 발생되는 상기 입력부에 입력되는 음파의 변화량을 측정하여 단말기에 가해지는 압력 세기를 측정하는 단계를 포함하는,

터치 압력 측정 방법

본 발명은 압력센서와 같은 하드웨어를 구비하지 않고도 기존기기에 구비된 스피커/마이크와 소프트웨어만으로 동일한 효과를 가질 수 있어 비용적으로 큰 장점이 있는 터치 압력 측정 방법을 제공하고 있다.

도 1 및 도 9는 본 발명에 따른 터치 압력 측정 방법의 구현 시스템의 예시.
도 10은 본 발명에 따른 터치 압력 측정 방법의 구현 시스템의 흐름도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 하, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 가청 음역대 및 이용 신호대역을 표시한 도면이다. 통상적으로 사람들이 들을 수 있는 음의 진동수는 대략 16~20000 Hz 이며 이것을 가청 음역이라고 한다. 그러나 가청 음역 중에서 우리가 쉽게 들을 수 있는 회화 음역은 250~2000 Hz 에 불과하므로, 2000 Hz 정도의 신호를 내장 스피커를 통해 지속적으로 출력하고, 내장 마이크를 통해 입력되는 세기를 측정한다. 이때 마이크를 손으로 가리게 되면 출력볼륨값과 입력볼륨값에 큰 차이가 나게 되고, 이때 특정 명령을 수행하면 사용자는 마치 마이크를 터치한 것처럼 느끼게 된다. 이뿐 아니라, 손의 압력 강도에 따라 값이 바뀌게 되는데, 이를 통해 압력을 에뮬레이션(emulation)할 수 있게 된다.

도 2는 상기 방법을 통하여 터치하지 않은 상태의 주파수 대역을 나타내고, 도 3은 상기 방법을 통하여 터치하였을 상태의 주파수 대역을 나타낸다. 터치 시에는 입력볼륨값의 진폭이 크게 줄어는 것을 확인할 수 있다.

특히 붉은 색의 원으로 표시한 부분은 주파수 대역이 2000 Hz 이상의 ulatrsonic sound 대역이다. 상기에서 언급한 방법을 사용하는 경우, ulatrsonic sound 대역의 터치가 없는 상태와 터치가 있는 상태의 값이 급격하게 변함을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 급변하는 값의 크기는 터치 강도와 밀접함을 확인하였다.

따라서 본 발명은 출력부(예를 들어 스피커)와 입력부(예를 들어 마이크)를 동시에 가지는 단말기에서 출력부와 입력부를 사용하여 압력 센서로 사용하고자 하며, 이러한 방법을 제공하고 있다.

본 발명에서 사용하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명은 출력부인 스피커와 입력부인 마이크가 기기의 표면을 통해 사운드가 전달된다는 점에서 착안되었다. 즉, 동일한 기기의 스피커를 통해 출력되는 음파는 기기의 표면을 따라 진동의 형태로 이동하고 다시 마이크를 통해 입력된다. 이러한 음파의 전달 과정에서 무언가의 저항(block)이 발생하게 되면, 마이크로 입력되는 진동값은 줄어들게 되고, 그 결과 입력값의 진폭이 줄어들게 된다.

사용자의 손가락 등이 단말기에 접촉하였을 때, 이는 흡음기능을 수행하게 되므로 이러한 저항으로 작용을 수행하게 된다. 이를 통해 입력되는 진동값이 감소되고 터치 유무 및 터치 강도를 측정할 수 있다.

터치 강도는 손가락 등이 단말기에 접촉하는 면적이나, 단말기의 표면을 변형시켜 단말기 표면이 가지고 있는 고유의 진동수를 변화시키는 정도 등에 따라 다양하게 달라질 수 있다.

본 발명에서는 스피커를 통해 특정 주파수 대역의 소리를 일정하게 발생시키고, 이로 인해 발생하는 기기의 표면의 진동이 전달되어 다시 마이크를 통해 입력되는 값을 측정함으로써 기기의 표면에의 진동 발생 유무 및 진동의 크기를 측정하게 된다. 앞에서 설명하였듯이, 기기의 표면에 터치가 발생하는 경우 인간의 피부가 진동값을 막는 저항역할을 수행하여 입력값의 크기를 감소시킨다. 특히 기기를 터치하는 강도가 증가할수록 기기 표면을 따라 전달되는 진동을 더욱 방해하게 되어 입력값의 크기는 더 크게 감소하게 된다. 이러한 원리를 통해 진동의 유무 및 그 강도를 측정할 수 있게 된다.

본 발명은 상기의 원리를 이용하여 하드웨어의 추가없이 전자기기의 스피커와 마이크를 이용해 소프트웨어만으로 압력 센서를 구현할 수 있다. 도 4는 이러한 원리를 이용하여 발명을 구현한 예제이다. 강하게 터치할수록 스피커로부터 출력된 사운드 에너지가 기기 표면을 따라 마이크로 입력되는 값이 줄어들게 됨을 보여주고 있다.

본 발명의 주요한 특징 중의 하나는 가청 음역 중 2000 Hz 정도의 ultrasonic 사운드를 이용한다는 점이다. 이러한 경우에는 외부의 소음에 의한 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 외부에 노이즈가 없는 경우의 입력 주파수 대역에 따른 진폭을 나타내고, 도 6은 외부에 노이즈가 있는 경우의 입력 주파수 대역에 따른 진폭을 나타낸다.

외부의 노이즈가 발생하는 경우에도 일반적으로 생성되지 않는 ultrasonic 사운드 출력값의 세기는 변화가 없게 된다. 만약 해당값이 생성된다고 하더라도, 본 구성에서는 해당값이 줄어드는 경우에만 터치로 인식하게 되므로 영향을 거의 받지 않는다고 보아도 무방하다. 즉, 생성된 ultrasonic 사운드는 오직 손으로 가리게 될 때에만 변화하게 되며, 그 강도에 따라 변화하게 된다. 이를 통해 터치의 유무 및 압력을 에뮬레이션(emulation)할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 압력 입력 방법에 대한 개념을 설명하기로 한다. 도 7 내지 도 9는 기기의 종류에 따라 출력부 및 입력부의 위치가 서로 다른 것을 설명하고 있다.

특정 기기의 경우 출력부(스피커)가 디바이스의 후면에 구성되거나 혹은 후면의 고체를 통해 사운드가 전달되게 되므로 이를 압력센서로 사용할 수 있게 된다. 본 발명은 후면에 사운드 출력 혹은 전달부를 구비하고, 압력강도에 따라 출력되는 사운드의 물리적 에너지를 변경할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

다만, 출력부와 입력부의 상대적인 위치 및 방향이 다소 다르다고 하더라도 이는 소프트웨어적으로 조정을 하면 되는 것이고, 전체적인 발명의 원리는 동일하므로 그 위치 및 방향에 따라 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.

본 발명에서는 공기 매질을 통하여 입력부로 들어오는 진동의 진폭을 측정하는 것 이외에도, 단말기 자체의 고체 매질을 통하여 전달되는 진동의 진폭을 측정하는 방법도 동일한 효과를 제공한다.

본 발명은 터치스크린 또는 외장 케이스를 포함하는 전자 기기, 특히 사용자 단말에서의 객체 변환을 수행하기 위한, 사용자 인터페이스에 관한 것이다. 여기에서 터치스크린은 사용자의 직접 또는 근접 터치를 모두 감지할 수 있는 스크린의 형태로서, 정전식, 저항막 방식 등을 모두 포함한다. 또한 사용자 단말은 휴대전화, 노트북, e-북 등과 같이 터치스크린을 구비한 임의의 모든 전자 기기를 다 포함하나, 바람직하게는 이동가능한 모바일 기기이다. 그리고, 객체(object)는 터치스크린에 표시되어 사용자가 구분하여 제어할 수 있는 임의의 모든 것을 다 포함한다. 예를 들면, 문서 컨텐츠인 경우 문서 페이지 등이 이러한 객체에 포함될 수 있다.

본 발명은 소리와 같은 음파신호를 수신하는 컴퍼넌트(이하 수신부)를 사용자가 손가락 등으로 덮거나, 가리는 경우, 수신되는 음파신호의 소리세기가 감소하는 특성을 이용할 수도 있다. 즉, 본 발명은 손가락 등으로 특정 컴퍼넌트를 가리거나, 터치하는 경우, 입력볼륨값이 떨어지는 특성을 이용, 사용자의 근접 터치 여부를 판단한다.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예에서는 외부 소리 등으로 의한 오작동 등의 문제를 방지하기 위하여, 특정 음파신호를 사용자 단말로부터 직접 발생시킨다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

100 : 터치 스크린

Claims (1)

1. 사용자에 의하여 단말기에 가해지는 터치 압력 세기를 측정하는 방법에 있어서,
   단말기의 출력부를 통해 음파를 발생시키는 단계,
   상기 발생된 음파를 단말기의 입력부를 통해 입력받는 단계;
   사용자가 단말기에 압력을 가하는 경우 발생되는 상기 입력부에 입력되는 음파의 변화량을 측정하여 단말기에 가해지는 압력 세기를 측정하는 단계를 포함하는,
   터치 압력 측정 방법
   
   

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