KR20130046194A - 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 수신하여, 타점의 위치를 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템에 관한 것이다.

Description

타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템{touch sensor system using of touch point vibration}
본 발명은 터치 센서 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 수신하여, 타점의 위치를 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템에 관한 것이다.
TV 혹은 컴퓨터 모니터에 국한되어 왔던 디스플레이 기술은 최근 휴대폰, PMP, MP3, 차량용 네비게이션을 포함한 모바일 기기에 적용되고 있고 차후 그 응용범위가 가상 디스플레이로까지 확장될 전망이다. 기존의 디스플레이는 단순한 시각적 정보전달에 그쳤으나, 더욱 편리한 인터페이스에 대한 요구로 인해 현재는 키보드나 마우스가 수행했던 정보 입력 창으로서의 역할을 수행하기에 이르렀다. 이러한 멀티 기능을 수행하는 디스플레이를 통칭해 터치스크린 혹은 터치 패널이라 한다.
터치 패널을 구현하기 위해 다양한 기술들이 도입되고 있으며, 외부 터치의 위치를 유추해 내는 방법에 의해 크게 세 부류로 나뉠 수 있다. 첫째, 가장 널리 활용되고 있는 전기저항 방식에 의한 터치 패널을 들 수 있다. 유리로 대표되는 디스플레이 창의 표면에 투명전극을 사용하여 세로 및 가로축 배열을 만든 후 그 상부에 절연막을 입혀 제작된다.
터치가 발생하면 발생한 지점이 눌리면서 통전이 발생하게 되며, 세로 가로축으로 배열된 투명전극으로부터 터치된 지점을 유추할 수 있다. 그 제작 방법이 까다로우나 발달된 반도체 공정을 사용하므로 그 기술이 많이 향상되어 있고, 터치가 발생하면 그 위치를 파악해내는 알고리즘이 매우 간단하다는 측면에서 그 활용도가 높다.
그러나 투명전극을 비롯한 유리기판에 추가적으로 장착되는 막들은 출력광의 휘도를 감소시키는 원인이 된다. 즉 같은 휘도를 내기 위해서는 많은 파워를 소모해야 하므로, 모바일과 같은 저용량 이동 전원이 부착된 디스플레이에는 치명적이라 할 수 있다. 또한 그 제작 기술이 기판 전체를 대상으로 하는 반도체 공정에 기반을 두므로, 대형 터치 패널의 제작에는 현실적으로 활용가치가 없다.
둘째, 캐패시턴스 측정 방식에 의한 터치 패널이 있다. 터치 패널의 상, 하, 좌, 우 외곽에 캐패시턴스 센서를 위치시킨 후 손가락과 같은 전하를 갖는 물질이 터치 패널에 위치할 때 각 캐패시턴스 센서에 대전된 전하량의 차이에 의거하여 그 위치를 유추하는 방식이다. 이 방식에 의한 터치 패널은 감도가 좋고 특히 손가락 움직임에 민감하다.
그러나 그 원리상 유리와 같은 투명 기판에 적용이 어려워 노트북 패드와 같이 별도의 터치 패널을 사용하고 있어, 집적화를 지향하는 측면에서는 커다란 제약으로 작용한다.
마지막으로, 본 발명과 관계된 탄성파 감응에 의한 터치 패널 구동방식이 있다. 유리로 대표되는 터치 패널의 상부 혹은 하부에 탄성파 송수신기를 주기적으로 배열하거나 탄성파 반사기를 사용하여 터치 패널 표면에 탄성파 경로를 만든 후, 손가락과 같은 탄성파 흡수물질이 터치 패널 표면에 닿았을 때 터치 지점에서 발생하는 탄성파 감쇄를 감지하여 위치를 파악해내는 방식으로 구현된다. 디스플레이에 기여하지 않는 터치 패널의 외곽부에 탄성파 송수신기를 위치시키므로, 광원의 휘도를 크게 향상시킬 수 있다는 측면에서 각광받는 기술이다.
그러나 터치가 발생되지 않는 시점에도 계속적인 탄성파의 송출이 필요하므로 많은 전력소모가 요구되며, 반사기나 송수신기의 배열을 해야 하므로 그 구성이 복잡하다.
이와 같이 종래에는 다양한 방식으로 터치 패널이 구현되고 있으나, 많은 전력소모가 요구되고 있기에 초소형 모바일에 적용하기에 무리가 있다. 또한 종래의 기술은 복잡한 구조를 요구하기 때문에 차후 예견되는 대형 디스플레이에 그 적용이 용이하지 않다. 따라서 구성이 보다 간단하면서도 전력소모를 줄일 수 있는 새로운 방식의 터치 패널의 구현이 요구된다.
한국 공개특허 제 2010-0088305호 국제 공개특허 제 2005-103873호 유럽 공개특허 제 1839110호
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 과제는 간단하고 용이한 구성으로 터치 입력이 진행되는 화면 상의 타점의 위치를 정확하고 빠르게 파악 가능하고, 제조공정이 간단하며, 단가가 낮을 뿐만 아니라, 다양한 장치에 적용할 수 있는 터치센서 시스템을 제공하고자 함에 있다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 특징은 압전 물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바; 압전 물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바; 상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바가 각각 수평(X) 및 수직(Y) 측면에 결합되어 있는 터치 플레이트; 상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부; 상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호에서 상기 터치 플레이트에 대한 터치 위치를 산출하는 타점 산출부를 포함하고, 여기에서 상기 타점 산출부는 진동을 수신한 2개 이상의 격자에 대한 정보를 저장하는 격자 정보 저장부; 상기 격자 정보 저장부에 저장되어 있는 신호의 수신 패턴의 이상 여부를 판단하는 노이즈 판단부; 및 상기 노이즈 판단부에서 상기 신호의 수신 패턴에 이상이 없다고 판단되는 경우, 격자 정보 저장부에 저장된 정보를 바탕으로 타점의 위치를 산출해내는 격자 정보 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 격자 정보 저장부는 진동을 수신한 격자의 위치 정보 및 격자가 진동을 수신한 시간 정보를 저장하고, 상기 격자 정보 분석부는 최초로 진동을 수신한 격자 및 상기 격자에 인접한 격자들의 위치; 상기 격자들이 진동을 수신한 시간 정보; 및 상기 터치 플레이트에서 진동의 이동속도 정보를 이용하여 타점의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 노이즈 판단부는 최초로 진동을 수신한 제 1 격자에 대하여, 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자가 진동을 감지한 시간이 동일하면, 제 2 격자 및 제 3 격자에 인접한 제 4 격자 및 제 5 격자에 진동이 수신되는 시간을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
또는, 상기 노이즈 판단부는 인접한 제 1 격자 및 제 2 격자가 동시에 진동을 수신하면, 제 1 격자 및 제 2 격자에 인접한 제 3 격자 및 제 4 격자에 진동이 수신되는 시간을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
또는, 상기 노이즈 판단부는 최초로 진동을 수신한 제 1 격자에 대하여, 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자 중 제 2 격자가 먼저 진동을 수신하면, 제 3 격자에 진동이 수신되는 시간 또는 제 2 격자에 인접한 제 4 격자에 진동이 수신되는 시간을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
이때, 상기 격자 간격이 10nm 내지 100nm 일 수 있다.
또한, 상기 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템은 타점 산출부에서 산출된 타점 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명은, 간단하고 용이한 구성으로 터치 입력이 진행되는 화면상의 타점의 위치를 정확하고 빠르게 파악 가능하고, 제조공정이 간단하며, 단가가 낮을 뿐만 아니라, 다양한 장치에 적용할 수 있는 터치센서 시스템을 제공할 수 있게 된다.
또한, 주변기기를 줄일 수 있고, 센서 시스템에 필요한 추가 전원이 적다는 점에서 전력 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 타점 산출부의 구체적인 블럭 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 격자 정보 저장부에 저장되는 격자 정보의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로, 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템에서 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 과정을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로, 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템에서 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 과정을 나타낸 도면, 및
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로, 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템에서 오염물질로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템의 블럭 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 시스템은, 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바(bar)(11); 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바(bar)(12); 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)가 각각 수평(X) 및 수직(Y) 측면에 결합되어 있는 터치 플레이트(20); 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부(30); 상기 신호 처리부(30)에서 수신된 신호를 추출하여 타점의 위치를 산출하는 타점 산출부(40); 및 상기 타점 산출부(40)에서 산출된 타점 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부(50)를 포함한다.
여기에서 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바(bar)(11)는 터치 플레이트(20)의 수평(X) 측면 라인에 결합되어 있고, 압전물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바(bar)(12)는 터치 플레이트(20)의 수직(Y) 측면 라인에 결합되어 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)는 터치 플레이트(20)의 측면 라인에 결합될 수 있도록 상기 측면 라인을 따라 길이 방향으로 연장된 바(bar) 형태로, 그 단면의 형상이 사각형, 삼각형 등 다면체이거나 원형, 타원형과 같은 구면체 일 수 있다.
상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)는 터치 플레이트(20)의 측면 라인에 결합되는데, 특히 측면 라인의 정면, 측면 또는 배면 중 어느 면에 결합되는지는 제한이 없다. 상기 센서 바(11, 12)에 형성된 격자가 상기 터치 플레이트(20)를 통해 전달되는 진동을 효과적으로 수신하기 위하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자의 선택에 따라 바람직한 면에 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)가 터치 플레이트(20)의 측면라인에 결합될 때 상기 제 1 센서 바(11)의 일 끝단과 상기 제 2 센서 바(12)의 타 끝단을 구조적으로 결합시킬 수 있다. 이러한 결합 형태는 분리가 가능한 형태일 수 있으며, 당업자의 선택에 의하여 분리가 불가능하게 일체화되어 있을 수도 있다. 이렇게 일체화되어 있는 경우에는 상기 터치 플레이트(20)의 수평(X) 측면에 대응되는 부분은 제 1 센서 바(11)에 해당하고, 상기 터치 플레이트(20)의 수직(Y) 측면에 대응되는 부분은 제 2 센서 바(12)에 해당한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 터치 플레이트(20)는 플레이트 일부 지점을 터치하여 발생된 진동파 또는 탄성파를 수평(X) 측면 및 수직(Y) 측면까지 전달시키는 역할을 수행한다. 이러한 터치의 대상이 되는 화면은 터치 플레이트(20) 정면 또는 배면에 디스플레이 되거나, 별도의 인쇄된 용지 형태로 부착될 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 플레이트(20)는 글래스(glass), 플라스틱, 나무판 등과 같이 진동 감쇄 계수가 작아 일정 지점에 대한 터치로 인해 발생된 진동을 수평(X) 측면 및 수직(Y) 측면까지 전달시킬 수 있도록 진동 전달률이 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 진동파 또는 탄성파가 타점에서 격자(25) 지점까지 손실율이 낮게 잘 전달되어 격자(25)에 변형력을 유도함으로써 전기신호 발생 효율을 높이기 위함이다.
여기서, 탄성파란 탄성 매질 내에서 매질의 교란 상태 변화로 인해 에너지가 전달되는 파동으로서, 매질이 필요한 파동은 횡파이든 종파이든 간에 상관없이 모두 탄성파에 속한다. 탄성파의 예로는 공기를 주로 매질로 하는 음파, 물을 매질로 하는 수면파, 지구 내부 물질을 매질로 하는 지진파 등이 있다. 또한 탄성파는 파동 에너지가 운동 에너지와 위치 에너지의 형태로 존재하므로 역학적인 파동이라고도 한다. 이에 반해 전자기파는 매질 없이도 전달되므로 비탄성파이다.
이러한 탄성파는 터치 플레이트(20)와 같은 매질에서 진동파와 같은 형태로 전달되게 되는데, 터치 플레이트를 터치하는 경우, 타점에서부터 탄성파가 퍼져나가게 된다. 이때 상기 탄성파는 타점에서 최단거리에 있는 격자(25)에 가장 빨리 도달하게 되고, 이 지점이 타점을 산출하기 위한 타점 격자 지점에 해당한다.
타점에서 각각의 격자(25)는 진동파 또는 탄성파를 흡수하게 되는데, 격자(25)는 압전물질을 재질로 하기 때문에 파동 에너지에 의한 격자(25)의 변형 스트레스 등이 가해지고, 이로 인하여 압전재질의 압전물질 격자(25)는 전기신호를 발생시킨다. 여기서 격자(25) 간격은 나노 스케일의 간격으로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 타점의 위치를 정확히 파악하고, 진동 감지율을 높이기 위함이다.
압전물질(壓電物質, piezoelectrics)은 외부에 기계적인 압력이 가해졌을 때 물질 내부에 분극이 유도되거나 혹은 외부 전기장에 의하여 기계적인 변형이 일어나는 재료를 말한다. 전자시계에 사용되는 수정이 대표적인 응용 사례이다. 수정 결정에 약한 전기를 흘려주면 결정의 방향이나 크기에 따라 일정한 주파수를 가지고 진동을 하게 되는데 이 진동 횟수를 계산하여 시계로 사용된다.
현재 압전물질로 가장 많이 사용되는 재료는 PZT 재료인데 페로브스카이트 결정 구조를 가지며 Pb(Zr,Ti)O3의 조성을 갖는다. 가스레인지 착화기, 초음파 발진기(가습기, 초음파 탐지, 비파괴 검사), 압전변압기 등에 널리 사용된다. 최근에는 아주 정밀한 변위가 가능하여 액츄에이터 응용에 대한 연구가 활발히 진행되어 원자력간현미경(AFM), 초음파 모터 등에 응용되고 있다.
이처럼 압전물질을 재질로 하는 격자(25)는 터치에 의해 전달되는 탄성파로 인해 기계적인 압력 또는 스트레스가 발생하고, 이로 인하여 분극이 유도되어 전기신호를 발생시키게 되고, 상기 전기신호는 각 격자(25)와 도선 등으로 신호 처리부(30)와 전기적으로 연결된다.
상기 신호 처리부(30)에서는 각각의 격자(25)에서 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하고, 상기 추출된 수평 및 수직축상에서 격자(25)지점에서 수신된 신호와 수신된 시간 또는 순서를 분리하여 구분한다.
상기 신호 처리부(30)는 격자(25)에서 발생한 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 구비하는 것이 바람직하다. A/D 컨버터는 일반적인 아날로그 물리량에 대한 측정신호를 디지털 신호로 변환하는 기기를 말한다.
전압, 전류, 온도, 습도, 압력, 유량, 속도, 가속도 등과 같은 아날로그 물리량을 측정하여, 컴퓨터로 제어 또는 분석하려면 디지털 값으로 변환하여 읽어 들여야 하는데 이러한 장치를 DAS(Data Acquisition System)라고 한다. DAS는 센서, A/D 컨버터, 컴퓨터 등으로 구성된다. 센서는 측정하려는 물리량을 전압, 전류 또는 주파수와 같은 전기량으로 변환하는 소자이며, A/D 컨버터는 이를 컴퓨터가 읽을 수 있는 병렬 또는 직렬 데이터로 변환하여 주는 장치이다. 대부분의 경우에는 센서와 A/D 컨버터의 사이에 잡음을 제거하고 필요한 신호만을 추출하기 위한 필터나 신호를 적절한 크기로 바꾸기 위한 증폭기와 같은 파형 정형회로가 사용된다.
이처럼 본 발명의 신호 처리부(30)는 압전물질 격자(25)에서 탄성파를 측정하고 이를 분석하기 위해 디지털 신호로 전환하는 기기로, 필터, 증폭기 등을 더 구비하여 타점 산출부(40)에서 타점의 위치를 정확히 산출할 수 있도록 정확하고 빠른 측정 또는 수신신호를 생성하게 된다.
상기 터치 플레이트(20)의 어느 한 지점을 터치하게 되면, 그 타점 지점에서부터 진동 또는 탄성파가 발생하게 된다. 그 결과 발생한 탄성파는 상기 터치 플레이트(20)를 매질로 하여 전방향으로 하기 수학식 1과 같은 속도로 퍼지게 된다.
Figure pat00001
이때,
Figure pat00002
는 시간 t에서의 탄성파의 속도,
Figure pat00003
는 터치시 발생한 탄성파의 초기 속도 및
Figure pat00004
는 터치 플레이트(20)의 고유 감쇄 계수에 따른 탄성파의 속도 감소분이다. 일반적으로 터치 플레이트(20)의 재질 및 두께가 결정되면
Figure pat00005
및
Figure pat00006
는 쉽게 계산할 수 있다. 이렇게 상기 탄성파는
Figure pat00007
의 속도로 상기 타점으로부터 퍼져나가 상기 제 1 센서 바(11) 및 제 2 센서 바(12)에 형성되어 있는 격자(25)에 도달하게 되면, 압전물질을 재질로 하는 각 격자(25)는 상기 탄성파로 인하여 압력 또는 스트레스를 받게 되어, 전기신호를 발생하게 된다.
각 격자(25)에서 발생된 전기신호는 신호 처리부(30)에서 수신받아, 디지털 신호로 전환하고, 타점 산출부(40)에서 상기 디지털 신호를 분석하여 타점의 위치를 산출한다. 이때, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점 산출부(40)는 먼저 상기 신호 중 가장 최초로 탄성파 신호를 수신한 격자(25)의 위치를 추출한다. 격자(25)의 위치가 산출되면, 상기 터치 플레이트(20)의 매트릭스상에서 추출된 격자(25) 위치에서 라인을 연장하여 만나는 교차점을 추출하고, 이 지점을 타점으로 산출하게 된다.
이때, 상기 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 존재하게 되면, 터치로 인해 발생한 탄성파의 진행이 지연되거나 굴절되는 등 영향을 받게 된다. 이로 인해 상기 탄성파가 상기 격자(25)에 순차적으로 전달되지 못하여 수신 신호 패턴에 이상, 즉, 노이즈가 발생하게 되는데, 상기 타점 산출부(40)가 이러한 이상 발생을 감지하여 오염물질로 인한 의도치 않은 입력 오류를 방지한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점 산출부의 구체적인 구성을 나타낸 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점 산출부(40)는 진동을 수신한 2개 이상의 격자에 대한 정보를 저장하는 격자 정보 저장부(43), 상기 격자 정보 저장부에 저장되어 있는 신호의 수신 패턴의 이상 여부를 판단하는 노이즈 판단부(42) 및 상기 격자 정보 저장부에 저장된 정보를 바탕으로 타점의 위치를 산출해내는 격자 정보 분석부(41)를 포함할 수 있다.
상기 격자 정보 저장부(43)에는 터치를 통해 발생된 탄성파를 수신한 격자들에 대한 정보가 저장된다. 이하 도 3을 통하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 격자정보 저장부(43)에 저장되는 수신 격자 정보에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 격자 정보 저장부(43)에 저장되는 격자 정보의 구성을 나타낸 도면이다. 구체적으로는 도 3에 도시된 바와 같이 진동을 수신한 압전물질을 재질로 하는 격자들을 각각 구별하기 위한 격자 식별 정보(P10, P20, P30, P40, P50...P01, P02, P03, P04, P05...) 및 각 격자들이 진동을 감지한 시간 정보(T10, T20, T30, T40, T50...T01, T02, T03, T04, T05...)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타점의 진동을 이용한 터치 센서 시스템은 타점에서부터 전달된 탄성파를 수신한 격자의 위치 및 탄성파 수신 시간에 기초하여 타점의 위치를 확인하기 때문에 상기 제1, 제2 센서 바(11, 12)의 일측면에 형성된 격자 각각에 대하여 구별되는 식별번호를 부여하고 있다. 구체적인 식별번호 부여 체계는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자의 선택에 의하여 결정될 수 있으며, 바람직하게는 제1 센서 바(11) 및 제2 센서 바(12)에 형성된 격자가 구별되도록 하여야 한다.
바람직하게는 상기 격자가 형성된 제1 및 제2 센서 바(11, 12)는 상기 터치 플레이트(20)의 수평(X) 및 수직(Y) 측면 라인에 형성되어 있으므로, 격자 정보 저장부(43)에는 도 3에 도시된 바와 같이 수평(X) 측면 라인 및 수직(Y) 측면 라인 각각에 대하여 격자 식별 정보 및 각 격자에 대하여 진동을 감지한 시간 정보를 구별하여 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바에 따르면, 터치로 인해 발생된 탄성파는 수평(X) 방향의 제1 센서 바(11)에 형성된 P10 격자에 가장 먼저 수신되었으며, 이때 상기 P10 격자가 탄성파를 수신한 시간이 T10이다. 다음으로 P20 격자가 T20 시간에, 다음으로 P30 격자가 T30 시간에 탄성파를 수신하였다. 또한, 상기 터치로 인하여 발생된 탄성파는 수직(Y) 방향의 제2 센서 바(12)에 형성된 P01 격자에 가장 먼저 수신되었으며, 이때 상기 P01 격자가 탄성파를 수신한 시간이 T01이다. 다음으로 P02 격자가 T02 시간에, 다음으로 P03격자가 T03시간에 진동을 수신하였다.
상기 격자 정보 분석부(41)는 상기 각 격자(25)가 진동을 수신한 위치 및 시간에 대한 정보를 통해 타점(P)의 X 및 Y 좌표를 산정하여, 타점의 위치를 산출하게 된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 격자 정보 분석부(41)는 최초로 진동을 수신한 격자 및 상기 격자에 인접한 격자들의 위치, 상기 진동을 수신한 격자들이 진동을 수신한 시간 정보 및 상기 터치 플레이트(20)라는 매질 상에서 진동이 전파되는 진동의 이동속도 정보
Figure pat00008
를 이용하여 타점의 위치를 산출한다. 즉, 상기 터치 플레이트(20)라는 매질 상에서 진동이 전파되는 진동의 이동속도와 각 격자들이 진동을 수신한 상대적인 시간 정보를 이용하면 상기 진동의 이동 거리를 산출할 수 있게 되고, 이를 통해 타점 수평(X) 및 수직(Y) 방향 위치를 산출할 수 있게 된다.
이하, 도 4를 통해, 본 발명의 또 다른 실시예로서 제 1 격자 P10에 대한 수직 연장선상의 일정 위치에서 터치 플레이트(20)의 어느 한 지점을 터치하여 발생한 탄성파가 터치 센서 시스템의 각 격자(25)에 수신될 때, 노이즈 판단부(42)를 통해 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 4a는 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 없어서, 터치로 인해 발생한 탄성파가 굴절 또는 지연되지 않고 격자(25)까지 전달되는 과정을 도시한 도면이다. 즉, 터치에 의해 발생한 진동 또는 탄성파는 센서 바에 형성된 제 1 격자 P10에 최초로(T10) 수신되고, 뒤이어 상기 제 1 격자 P10의 좌우에 인접한 제 2 격자 P20 및 제 3 격자 P30에 동시에(T20) 수신된다. 이후, 뒤이어 상기 제 2 격자 P20 및 제 3 격자 P30의 좌우에 인접한 제 4 격자 P40 및 제 5 격자 P50에 진동이 동시에(T30) 수신된다.
상기와 같은 패턴으로 진동이 수신되는 경우, 즉, 최초로 진동을 수신(T10)한 제 1 격자에 대하여 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자가 동일한 시간 (T20)에 진동을 감지하였다면, 제 2 격자 및 제 3 격자에 인접한 제 4 격자 및 제 5격자 역시 동일한 시간(T30)에 진동을 감지하였는지 여부를 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단한다. 또는, 탄성파의 진행거리는 탄성파의 전파속도와 시간의 곱으로 계산할 수 있으므로, 터치 플레이트(20) 상에서 탄성파의 전파속도가
Figure pat00009
이고, 각 격자 간의 거리는 알려져 있으므로, 각 격자(P40, P50)에 탄성파가 수신되는 예상 시간을 산출하여 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다. 즉, 노이즈 판단부(42)는 산출된 예상 시간과 실제로 각 격자에 진동이 수신된 시간(T30)을 비교하여, 상호간의 동일 여부로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단한다. 도 4a의 경우, 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 없어, 상기 산출된 예상 시간과 실제 진동이 수신된 시간이 같으므로, 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴에 이상이 없다고 판단한다.
도 4b는 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 존재하여 터치로 인해 발생한 탄성파가 굴절 또는 지연되는 과정을 도시한 도면이다. 상기 도 4b에서는 터치 플레이트(20) 상에 존재하는 오염물질로 인하여 격자(25)에 수신되는 탄성파가 굴절 또는 지연되기 때문에, 도 4a와 달리 터치에 의해 발생한 진동 또는 탄성파는 센서 바에 형성된 제 1 격자 P10에 최초로(T10) 수신되고, 뒤이어 상기 제 1 격자 P10의 좌우에 인접한 제 2 격자 P20 및 제 3 격자 P30에 동시에(T20) 수신된다. 이후, 상기 제 2 격자 P20에 인접한 제 4 격자 P40에 진동이 수신되고(T30), 뒤이어 제 3 격자 P30에 인접한 제 5 격자 P50에 진동이 수신된다(T40).
상기와 같은 패턴으로 진동이 수신되는 경우, 즉, 최초로 진동을 수신(T10)한 제 1 격자에 대하여 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자가 동일한 시간(T20)에 진동을 감지하였다면, 제 2 격자 및 제 3 격자에 인접한 제 4 격자 및 제 5격자에 진동이 수신되는 시간(T30,T40)이 동일한지 여부를 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
또는, 상기 격자(P40, P50)에 진동이 수신되는 예상 시간을 산출한 다음, 산출된 예상 시간과 실제로 각 격자(25)에 진동이 수신된 시간(T30,T40)을 비교하여, 상호간의 동일 여부로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
도 4b의 경우, 제 5 격자 P50 근처에 오염물질이 있어, 제 5 격자 P50 방향으로 진행되는 진동은 상기 오염물질에 의해 진동파의 굴절 또는 지연이 발생하게 된다. 상기 오염물질에 의해 진동파의 굴절 또는 지연이 발생하게 되어, 제 5 격자 P50에 진동이 수신될 것으로 예상되는 시간과 실제로 진동이 수신된 시간(T40)은 달라지게 되므로, 이와 같은 경우 노이즈 판단부(42)는 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상이 발생하였다고 판단한다.
이하, 도 5를 통해, 본 발명의 또 다른 실시예로서 제 1 격자 P10 및 제 2 격자 P20의 중간 위치에 대한 수직 연장선상의 일정 위치에서 터치 플레이트(20)의 어느 한 지점을 터치하여 발생한 탄성파가 터치 센서 시스템의 각 격자(25)에 수신될 때, 노이즈 판단부(42)를 통해 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 5a는 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 없어서, 터치로 인해 발생한 탄성파가 굴절 또는 지연되지 않고 격자(25)까지 전달되는 과정을 도시한 도면이다. 즉, 터치에 의해 발생한 진동 또는 탄성파는 센서 바에 형성된 제 1 격자 P10 및 제 2 격자 P20에 최초로 동일하게(T10) 수신되고, 뒤이어 상기 제 1 격자 P10 및 제 2 격자 P20의 좌우에 인접한 제 3 격자 P30 및 제 4 격자 P40에 동시에(T20) 수신된다.
상기와 같은 패턴으로 진동이 수신되는 경우, 즉, 인접한 제 1 격자 및 제 2 격자가 동시에(T10) 진동을 수신하면, 제 1 격자 및 제 2 격자에 인접한 제 3 격자 및 제 4 격자에 동시에(T20) 진동이 수신되는지 여부를 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
또는, 상기 각 격자(P30, P40)에 진동이 수신되는 예상 시간을 산출한 다음, 산출된 예상 시간과 실제로 각 격자(25)에 진동이 수신된 시간(T20)을 비교하여, 상호간의 동일 여부로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
도 5a의 경우, 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 없어, 상기 산출된 예상 시간과 실제 진동이 수신된 시간이 같으므로, 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상이 발생하지 않았다고 판단한다.
도 5b는 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 존재하여 터치로 인해 발생한 탄성파가 굴절 또는 지연되는 과정을 도시한 도면이다. 상기 도 5b에서는 터치 플레이트(20) 상에 존재하는 오염물질로 인하여 격자(25)에 수신되는 탄성파가 굴절 또는 지연되기 때문에 도 5a와 달리 터치에 의해 발생한 진동 또는 탄성파는 센서 바에 형성된 제 1 격자 P10 및 제 2 격자 P20에 최초로 동시에(T10) 수신되고, 뒤이어 상기 제 1 격자 P10에 인접한 제 3 격자 P30에 진동이 수신되고(T20), 뒤이어 제 2 격자 P20에 인접한 제 4 격자 P40에 수신된다(T30).
상기와 같은 패턴으로 진동이 수신되는 경우, 즉, 인접한 제 1 격자 및 제 2 격자가 최초로 탄성파를 수신하고 그 시간이 동일(T10)하다면, 상기 제 1 격자 및 제 2 격자에 인접한 제 3 격자 및 제 4 격자에 진동이 수신되는 시간(T20, T30)이 동일한지 여부를 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
또는, 상기 각 격자(P30, P40)에 진동이 수신되는 예상 시간을 산출한 다음, 산출된 예상 시간과 실제로 각 격자(25)에 진동이 수신된 시간(T20,T30)을 비교하여, 상호간의 동일 여부로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
도 5b의 경우, 제 4 격자 P40 근처에 오염물질이 있어, 제 4 격자 P40 방향으로 진행되는 진동은 상기 오염물질에 의해 진동파의 굴절 또는 지연이 발생한다. 상기 오염물질에 의해 진동파의 굴절 또는 지연이 일어나게 되어, 제 4 격자 P40에 진동이 수신될 것으로 예상되는 시간과 실제로 진동이 수신된 시간(T30)은 달라지게 되므로, 이와 같은 경우 노이즈 판단부(42)는 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상이 발생하였다고 판단한다.
이하, 도 6을 통해, 본 발명의 또 다른 실시예로서 제 1 격자 P10에서 제 2 격자 P20 방향으로 1/4 정도 이격된 위치, 즉 제 1 격자 P10 및 제 2 격자 P20의 중간 위치와 제 1 격자 P10의 중간 위치에 대한 수직 연장선상의 일정 위치에서 터치 플레이트(20)의 어느 한 지점을 터치하여 발생한 탄성파가 터치 센서 시스템의 각 격자(25)에 수신될 때, 노이즈 판단부(42)를 통해 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 6a는 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 없어서, 터치로 인해 발생한 탄성파가 굴절 또는 지연되지 않고 격자(25)까지 전달되는 과정을 도시한 도면이다. 즉, 터치에 의해 발생한 진동 또는 탄성파는 센서 바에 형성된 제 1 격자 P10에 최초로(T10) 수신되고, 뒤이어 제 2 격자 P20에 진동이 수신되고(T20), 뒤이어 제 3 격자 P30에 수신되고(T30), 뒤이어 제 4 격자 P40에 수신된다(T40).
상기와 같은 패턴으로 진동이 수신되는 경우, 즉, 최초로 진동을 수신(T10)한 제 1 격자에 대하여, 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자 중 제 2 격자가 먼저 탄성파를 수신(T20)하면, 제 3 격자에 탄성파가 수신되는 시간(T30) 또는 제 2 격자에 인접한 제 4 격자에 탄성파가 수신되는 시간(T40)을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다. 보다 상세하게는, 탄성파의 진행거리는 탄성파의 전파속도와 시간의 곱으로 구할 수 있고, 터치 플레이트(20) 상에서 진동파의 전파속도가
Figure pat00010
이고, 각 격자(25) 간의 거리는 미리 알려져 있으므로, 각 격자(P30, P40)에 진동이 수신되는 예상 시간을 산출할 수 있다. 노이즈 판단부(42)는 산출된 예상 시간과 실제로 각 격자(25)에 진동이 수신된 시간(T30,T40)을 비교하여, 상호간의 동일 여부로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다.
도 6a의 경우, 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 없어, 상기 산출된 예상 시간과 실제 진동이 수신된 시간이 같으므로, 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상이 발생하지 않았다고 판단한다.
도 6b는 터치 플레이트(20) 상에 오염물질이 존재하여 터치로 인해 발생한 탄성파가 굴절 또는 지연되는 과정을 도시한 도면이다. 상기 도 6b에서는 터치 플레이트(20) 상에 존재하는 오염 물질로 인하여 격자(25)에 수신되는 탄성파가 굴절 또는 지연되기 때문에 도 6a와 달리, 터치에 의해 발생한 진동 또는 탄성파는 센서 바에 형성된 제 1 격자 P10에 최초로(T10) 수신되고, 뒤이어 제 2 격자 P20에 진동이 수신되고(T20), 뒤이어 오염물질로 인한 속도변화가 있는 진동파가 제 3 격자 P30와 제 4 격자 P40에 수신된다(T30, T40).
상기와 같은 패턴으로 진동이 수신되는 경우, 즉, 최초로 진동을 수신(T10)한 제 1 격자에 대하여, 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자 중 제 2 격자가 먼저 진동을 수신(T20)하면, 제 3 격자에 진동이 수신되는 시간(T30) 또는 제 2 격자에 인접한 제 4 격자에 진동이 수신되는 시간(T40)을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단한다. 즉, 탄성파의 진행거리는 탄성파의 전파속도와 시간의 곱으로 구할 수 있고, 터치 플레이트(20) 상에서 탄성파의 전파속도가
Figure pat00011
이고, 각 격자(25) 간의 거리는 미리 알려져 있으므로, 각 격자(P30, P40)에 진동이 수신되는 예상 시간을 산출할 수 있다. 노이즈 판단부(42)는 산출된 예상 시간과 실제로 각 격자에 진동이 수신된 시간(T30,T40)을 비교하여, 상호간의 동일 여부로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단한다. 도 6b의 경우, 제 3 격자 P30 근처 및 제 4 격자 P40 근처에 오염물질이 있어, 제 3 격자 P30 방향 및 제 4 격자 P40 방향으로 진행되는 진동 또는 탄성파는 상기 오염물질에 의해 진동파의 굴절 또는 지연이 발생한다. 상기 오염물질에 의해 진동파의 굴절 또는 지연이 발생하게 되어, 제 3 격자 P30 및 제 4 격자 P40에 진동이 수신될 것으로 예상되는 시간과 실제로 진동이 수신된 시간(T30,T40)은 달라지게 되므로, 이와 같은 경우 노이즈 판단부(42)는 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상이 발생하였다고 판단한다.
상기 오염물질에 의해 진동파의 굴절 또는 지연이 발생하며, 상기 진동파의 전파속도에 변화가 생기게 된다. 이때, 진동파의 전파속도가 느려질 수도 있고, 반대로 빨라질 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 오염물질에 의해 진동파의 전파속도가 빨라지는 경우도 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에 포함됨을 이해할 수 있을 것이다.
이와 같은 방법으로, 노이즈 판단부(42)는 각 격자(25)로부터 수신된 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있다. 상기 노이즈 판단부(42)는 터치에 의한 입력이 있을 때마다 각 격자(25)로부터 수신된 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수 있고, 사용자의 요청에 의해 상기 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단할 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 노이즈 판단부(42)가 각 격자(25)로부터 수신된 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단함에 있어 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 상기 노이즈 판단부(42)는 상기 신호의 수신 패턴에 이상이 있다고 판단되는 경우, 새로이 터치에 의한 입력 신호를 요청(Push)하거나, 터치에 의한 입력 신호에 있어 패턴 이상이 있음을 알릴(Push) 수 있다. 또는, 터치에 의한 입력 신호 발생에 대한 보정 과정을 수행할 수도 있다.
본 발명에 일 실시시예에 따른 타점 산출부(40)는 당업자의 선택에 의하여 MCU(Micro Controller Unit)를 비롯한 연산부와, 상기 위치를 산출하는 콘트롤러 카드를 포함할 수 있다. 여기서 콘트롤러 카드는 상기 신호 처리부(30)에서 추출된 각 격자(25)점의 디지털 신호를 터치 플레이트(20) 상의 메트릭스 좌표로 변환하여 정확한 위치지정을 하는 기기를 말한다. 이와 같은 콘트롤러 카드를 통해 격자(25)점에서 수신된 신호의 X 및 Y의 좌표를 추출하여 타점의 위치를 산출하게 된다.
신호 송신부(50)는 상기 타점 산출부(40)에서 산출된 타점의 위치 정보를 외부로 전송한다. 여기에서 외부는 상기 타점의 위치 정보를 필요로 하는 외부 컴퓨팅 장치를 의미한다. 상기 외부 장치와 신호 송신부(50)가 유선으로 연결되어 있는 경우 상기 유선을 통해 위치 정보를 전송할 수 있다. 또한 상기 외부장치와 신호 송신부(50)가 무선으로 통신 가능하도록 연결되어 있는 경우 무선으로 상기 타점 위치 정보를 전송하는 것도 가능하다. 본 발명에 적용 가능한 무선통신방식에 대한 제한은 없다. Bluetooth 방식에 따라 직접적으로 통신가능하도록 연결될 수도 있겠지만, WiFi 방식에 따라 간접적으로 통신가능하도록 연결될 수도 있다. 또한, Zigbee, WLAN, HomeRF 등의 다른 종류의 무선 통신 방식도 가능하다.
이처럼 본 발명은 터치시 발생하는 진동파 또는 탄성파를 이용하여 압전 재질의 격자(25)가 상기 파동에 의한 스트레스를 통해 전기신호를 발생시키고, 신호 처리부(30) 및 타점 산출부(40)에서 상기 신호를 수신받아 이를 X 및 Y 좌표로 설정하여 정확한 타점의 위치를 찾는 과정에 있어, 오염물질로 인한 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하여 의도치 않은 입력 오류를 방지하는 시스템 및 방법이다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
11: 제 1 센서바 12: 제 2 센서바
20: 터치 플레이트 25: 격자
30: 신호 처리부 40: 타점 산출부
41: 격자 정보 분석부 42: 노이즈 판단부
43: 격자 정보 저장부 50: 신호 송신부

Claims (8)

  1. 압전 물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 1 센서 바;
    압전 물질을 재질로 하는 격자가 일 측면에 형성된 제 2 센서 바;
    상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바가 각각 수평(X) 및 수직(Y) 측면에 결합되어 있는 터치 플레이트;
    상기 제 1 센서 바 및 제 2 센서 바와 연결되어 전기신호를 수신하는 신호 처리부;
    상기 신호 처리부에서 수신된 전기신호에서 상기 터치 플레이트에 대한 터치 위치를 산출하는 타점 산출부를 포함하고,
    여기에서 상기 타점 산출부는 진동을 수신한 2개 이상의 격자에 대한 정보를 저장하는 격자 정보 저장부; 상기 격자 정보 저장부에 저장되어 있는 신호의 수신 패턴의 이상 여부를 판단하는 노이즈 판단부; 및 상기 노이즈 판단부에서 상기 신호의 수신 패턴에 이상이 없다고 판단되는 경우, 격자 정보 저장부에 저장된 정보를 바탕으로 타점의 위치를 산출해내는 격자 정보 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 격자 정보 저장부는;
    진동을 수신한 격자의 위치 정보 및 격자가 진동을 수신한 시간 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 격자 정보 분석부는
    최초로 진동을 수신한 격자 및 상기 격자에 인접한 격자들의 위치;
    상기 격자들이 진동을 수신한 시간 정보; 및
    상기 터치 플레이트에서 진동의 이동속도 정보를 이용하여 타점의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노이즈 판단부는,
    최초로 진동을 수신한 제 1 격자에 대하여, 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자가 진동을 감지한 시간이 동일하면, 제 2 격자 및 제 3 격자에 인접한 제 4 격자 및 제 5 격자에 진동이 수신되는 시간을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 노이즈 판단부는,
    인접한 제 1 격자 및 제 2 격자가 동시에 진동을 수신하면, 제 1 격자 및 제 2 격자에 인접한 제 3 격자 및 제 4 격자에 진동이 수신되는 시간을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 노이즈 판단부는,
    최초로 진동을 수신한 제 1 격자에 대하여, 양측에 가장 인접한 제 2 격자 및 제 3 격자 중 제 2 격자가 먼저 진동을 수신하면, 제 3 격자에 진동이 수신되는 시간 또는 제 2 격자에 인접한 제 4 격자에 진동이 수신되는 시간을 기준으로 신호의 수신 패턴 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자 간격이 10nm 내지 100nm 인 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    타점 산출부에서 산출된 타점 위치 정보를 외부로 전송하는 신호 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타점의 진동을 이용한 터치센서 시스템.
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