KR20190032124A - 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포스 터치 센서에 관한 것으로서, 특히 스트레인 게이지가 부착된 구조물에 터치 알고리즘을 융합하여 미세 변위를 감지해서 기존 터치 방식들을 대체하거나 단점을 보완 내지 기능의 향상과 다변화가 가능한 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 상시 탄압상태에서 터치에 의해 탄성변형 가능한 터치 플레이트; 상기 터치 플레이트에 부착되어 연동하는 스트레인 게이지; 및 상기 스트레인 게이지로부터 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하여 사용자의 터치로 인식하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서를 제공한다.

Description

스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서{Force touch sensor using strain gauge}

본 발명은 포스 터치 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스트레인 게이지가 부착된 구조물에 터치 알고리즘을 융합하여 미세 변위를 감지해서 기존 터치 방식들을 대체하거나 단점을 보완 내지 기능의 향상과 다변화가 가능한 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서에 관한 것이다.

종래기술로서 2D 및 3D 터치 패턴, 포스 터치 및 펜 터치와 같은 다양한 터치 기술을 하나의 기기에 용이하게 구현할 수 있는 터치 스크린, 터치 패널 및 이를 구비한 전자장치가 개발된 바 있다(특허공개 제2017-0040076호 참조).

여기서, 포스 터치 패턴층이 투명한 압전 필름 및 투명 전극을 포함하는 경우 디스플레이 패널 위에 배치될 수 있으나, 투명하지 않은 경우 디스플레이 패널 아래에 배치될 수 있는 것으로 기재되어 있다.

그리고, 상기 포스 터치 패턴층이 투명하지 않을 때 포스 터치 센서의 하나의 실시예로서 스트레인 게이지(strain gauge)가 사용될 수 있는 것으로 소개되어 있다.

이러한 기재에 의해 전자 장치에 깊이 방향의 포스 터치 패턴 구조를 접목시키는 기술이 소개되기는 하였지만, 스트레인 게이지가 부착된 다양한 구조물에 터치 알고리즘을 융합하여 기존 터치 방식들을 아예 대체하거나 기능의 향상과 응용분야의 다변화가 가능하도록 패러다임을 전환한 예는 찾아볼 수 없었다.

KR 공개특허 제10-2017-0040076호 (2017.04.12)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 스트레인 게이지가 부착된 다양한 구조물에 터치 알고리즘을 융합하여 기존 터치 방식들을 아예 대체하거나 단점을 보완하고 기능의 향상과 응용분야의 다변화가 가능하도록 전반적인 패러다임을 전환한 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서는 상시 탄압상태에서 터치에 의해 탄성변형 가능한 터치 플레이트; 상기 터치 플레이트에 부착되어 연동하는 스트레인 게이지; 및 상기 스트레인 게이지로부터 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하여 사용자의 터치로 인식하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부는 구조 변화된 최초 상시 탄압상태에서의 터치 플레이트의 영점 조정 후 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하는 터치 영점 설정이 가능한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부는 설정된 포스 이상의 변위가 일정 시간 이상 유지될 때 사용자의 터치로 인식하는 터치 레벨 설정이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 일정 기간 사용 후 변화된 상시 탄압상태에서의 터치 플레이트의 자동 영점 조정 후 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하는 터치 드리프트 설정이 가능한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 터치 플레이트는 일측단이 고정되고 타측단이 자유단인 판스프링, 양측단이 고정되는 판스프링 및 판스프링에 버튼이 접촉되는 푸쉬 버튼 중에서 선택된 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.

첫째, 스트레인 게이지가 부착된 다양한 구조물에 간편하게 적용할 수 있고 터치 알고리즘을 융합하여 기존 터치 방식들을 아예 대체하거나 단점을 보완하고 기능의 향상과 응용분야를 다변화할 수 있다.

둘째, 터치 알고리즘의 융합, 즉 기구적인 구조 외 소프트웨어 또는 관련 연동 기술을 접목시켜 보안 레벨을 향상시키거나 영점 조정과 보정기능을 갖게 하는 등 포스 터치 센서로서의 활용폭을 더욱 확장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서를 나타내는 도면;
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서를 나타내는 도면이다.

본 발명의 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 터치 플레이트(100), 스트레인 게이지(200) 및 제어부(도면에 미도시)를 포함하여 구성된다.

터치 플레이트(touch plate)(100)는 상시, 즉 보통 때 탄압(탄성 복원력을 갖도록 압축 변형)된 상태에서 외부 터치에 의해 더 탄성변형 가능하도록 배치된다.

상기 터치 플레이트(100)는 메탈, 합성수지, 플라스틱 등 탄성변형이 가능한 다양한 재질이 채택될 수 있고, 플레이트에는 터치키가 구비될 수 있으며 패드나 스크린 등 터치 인식의 매개체로 이용되는 것들을 포함한다.

스트레인 게이지(strain gauge)(200)는 로드셀(load cell) 등에서 흔히 사용되는 변위측정용 게이지로서, 상기 터치 플레이트(100)의 저면에 부착되어 터치 플레이트(100)와 연동(함께 탄성변형)한다.

도 1에서는 터치 플레이트(100) 형태의 일 실시예로서 터치 플레이트(100) 일측단이 고정되고 타측단이 자유단인 판스프링 형태이며, 그 저면에 터치 플레이트(100)의 길이방향을 따라 스트레인 게이지(200)가 길게 부착된 것으로 도시되어 있다.

상기 실시예에서 터치 플레이트(100)는 전체적으로 돔(dome) 형태로 일측단이 베이스 플레이트(300) 상면에 형성된 요홈 형태의 걸림턱(310)에 삽입된 상태로 고정되고 타측단은 자유단으로 베이스 플레이트(300)와 이격되어 있으면서 측면에서 볼 때 링 형태로 말려져 있다.

제어부는 상기 스트레인 게이지(200)로부터 터치 플레이트(100)의 미세 변위를 감지하여 사용자의 터치로 인식한다.

상기 제어부는 상기 상시 탄압상태에서 외부 요인에 의해 터치 플레이트(100)와 함께 더 탄성변형되는 스트레인 게이지(200)의 미세 변위값을 감지하여 사용자의 터치로 인식한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서를 나타내는 도면이다.

여기서, 상기 스트레인 게이지(200)가 부착된 터치 플레이트(100)는 도 2 및 도 3에서와 같은 다양한 구조에 변화된 형태로 활용될 수 있는데, 이때 특정 제품 기구 및 그 조립 상태에 따라 스트레인 게이지(200)에 가해지는 포스(F: force)에 차이가 발생한다.

따라서, 상기 제어부는 터치 영점 설정이 가능하도록 구성하는 것이 바람직한데, 이러한 터치 영점 설정은 새로이 구조 변화된 최초 상시 탄압상태에서의 터치 플레이트(100)의 영점 조정 후 터치 플레이트(100)의 미세 변위를 감지하는 기능이다.

그리고, 상기 제어부는 포스(F)의 값을 센싱하기 때문에 일반적인 터치여부로 인증은 물론이고 포스(F)의 레벨(level)을 설정하여 등급으로 처리해서 보안 레벨 조정도 가능하다.

즉, 상기 제어부는 터치 (보안) 레벨 설정이 가능하도록 구성할 수 있는데, 이러한 터치 레벨 설정은 설정된 포스 이상의 변위가 일정 시간 이상 유지될 때 사용자의 터치로 인식하는 기능이다.

상기 터치 (보안) 레벨 설정은 예를 들어, 터치에 의해 100g의 변위가 있으면 터치로 인증한다는 것이 설정된 터치 알고리즘이라면 300g 이상의 변위가 2초 이상 유지될 때 터치로 인증한다는 알고리즘을 적용하면 보안 레벨이 더욱 높게 적용되는 것이다.

또한, 상기 터치 플레이트(100)는 일정 기간 사용 후 힘에 의해 기구가 일부 변형(drift)될 수 있는 부분을 보전하는 알고리즘 기술을 채용하는 것도 가능하다.

즉, 상기 제어부는 터치 드리프트(drift) 설정이 가능하도록 구성할 수 있는데, 이러한 터치 드리프트 설정은 일정 기간 사용 후 변화된 상시 탄압상태에서의 터치 플레이트(100)의 자동 영점 조정 후 터치 플레이트(100)의 미세 변위를 감지한다.

상기 터치 드리프트 설정은 해당 기구 구조물의 일정 기간 사용 후 반복해서 가해진 힘에 의한 구조물의 일부 변형을 터치에 반영해서 이미 변화된 상시 탄압상태에서의 터치 플레이트(100)의 영점 조정을 자동으로 수행하는 것이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 터치 플레이트(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(300) 상에 전체적으로 돔(dome) 모양을 갖는 판스프링 형태의 터치 플레이트(100) 양측단이 고정된다.

상기 실시예에서도 그 저면에 터치 플레이트(100)의 길이방향을 따라 스트레인 게이지(도면에 미도시)가 길게 부착되고, 도 1에서와 같이 일측단은 베이스 플레이트(300) 상면에 형성된 요홈 형태의 걸림턱(310)에 삽입된 상태로 고정되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 터치 플레이트(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 전체적으로 돔(dome) 모양을 갖는 판스프링 형태로 외부를 감싸는 하우징(400)에 의해 베이스 플레이트(300) 상에 놓여진 상태로 고정되고, 저면에 스트레인 게이지(도면에 미도시)가 부착된다.

그리고, 상기 하우징(400) 상부의 단턱 형태의 걸림턱(410)에 의해 이탈이 제한된 상태에서 판스프링 형태의 터치 플레이트(100)와 버튼(500)이 접촉되는 푸쉬 버튼의 형태를 이루고 있으며, 상기 푸쉬 버튼(500)의 저면 중앙에는 접촉 돌기(510)가 형성되어 있다.

상기와 같이 본 발명은 스트레인 게이지가 부착된 다양한 구조물에 적용할 수 있고 터치 알고리즘을 융합시켜 보안 레벨을 향상시키거나 영점 조정과 보정기능을 갖게 하는 등 기존의 패러다임을 전환함으로써, 기존 터치 방식들을 아예 대체하거나 단점을 보완하는 새로운 포스 센서로서 폭넓게 활용될 수 있다.

또한, 본 발명은 터치 플레이트, 스트레인 게이지 및 제어부를 전체적으로 센서 모듈화함으로써 다양한 구조물에 더욱 간편하게 포스 터치 센서로 적용할 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

100...터치 플레이트 200...스트레인 게이지
300...베이스 플레이트 310...걸림턱
400...하우징 410...걸림턱
500...버튼 510...접촉 돌기
F: 포스

Claims (5)

1. 상시 탄압상태에서 터치에 의해 탄성변형 가능한 터치 플레이트;
   상기 터치 플레이트에 부착되어 연동하는 스트레인 게이지; 및
   상기 스트레인 게이지로부터 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하여 사용자의 터치로 인식하는 제어부;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 구조 변화된 최초 상시 탄압상태에서의 터치 플레이트의 영점 조정 후 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하는 터치 영점 설정이 가능한 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 설정된 포스 이상의 변위가 일정 시간 이상 유지될 때 사용자의 터치로 인식하는 터치 레벨 설정이 가능한 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 일정 기간 사용 후 변화된 상시 탄압상태에서의 터치 플레이트의 자동 영점 조정 후 터치 플레이트의 미세 변위를 감지하는 터치 드리프트 설정이 가능한 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 터치 플레이트는 일측단이 고정되고 타측단이 자유단인 판스프링, 양측단이 고정되는 판스프링 및 판스프링에 버튼이 접촉되는 푸쉬 버튼 중에서 선택된 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 포스 터치 센서.

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