KR100803607B1 - 터치 센서 유닛 및 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법 - Google Patents

Abstract

터치 센서 유닛 및 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법을 개시한다.

개시한 터치 센서 유닛은 지지 기판; 상기 지지 기판 위에 구비된 터치 센서; 상기 터치 센서 위에 구비된 입체 형상의 커버; 및 상기 터치 센서로부터 입력되는 2차원 좌표 데이터와 이에 대응되는 민감도에 가중치를 적용하여 상기 터치 센서의 민감도를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 센서 유닛 및 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법{Touch sensor unit and method for controlling sensitivity of the same}

도 1a는 종래의 터치 센서 유닛의 층구조를 나타낸 것이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 터치 센서 유닛에 구비된 터치 센서의 균일한 민감도를 나타낸 것이다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 센서 유닛의 층구조를 나타낸 것이다.

도 2b는 도 2a에 도시된 터치 센서 유닛의 평면도와 측면도를 같이 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서 유닛을 나타낸 것이다.

도 4는 도 2a에 도시된 터치 센서 유닛이 모바일 기기에 적용된 예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법의 플로우챠트를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 터치 센서 유닛에 적용될 수 있는 UI 시나리오의 일예를 도시한 것이다.

도 7a는 본 발명에 따른 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법에 따라 출력된 표준 입력 패턴의 일예를 나타낸 것이다.

도 7b는 본 발명에 따른 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법에 따라 출력된 표준 입력 패턴의 다른 예와 2차원 좌표 데이터 및 민감도 데이터를 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법에 따라 활성 영역과 비활성 영역으로 분할된 예를 도시한 것이다.

도 9는 도 8에 도시된 활성 영역과 비활성 영역에 따라 가중치를 적용한 예를 평면적으로 도시한 것이다.

도 10은 도 8에 도시된 활성 영역과 비활성 영역에 따라 가중치를 적용한 예를 3차원적으로 도시한 것이다.

도 11은 본 발명에 따른 터치 센서 유닛으로 사용자에 의해 입력된 패턴을 나타낸 것이다.

도 12는 본 발명에 따른 터치 센서 유닛으로 사용자에 의해 입력된 패턴을 표준 입력 패턴과 비교하여 에러율을 줄이기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

100...지지 기판, 105...터치 센서

110,111...커버, 200...모바일 기기

210...디스플레이,

본 발명은 터치 센서 유닛 및 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커버를 입체적으로 구현한 터치 센서 유닛 및 커버의 구조에 따라 민감도를 균일하게 조절하는 방법에 관한 것이다.

종래의 터치 센서 유닛은 도 1a에 도시된 바와 같이 평판형의 패드(10) 위에 터치 센서(13)가 탑재되고, 상기 터치 센서(13)의 위에 평판형의 커버(15)가 탑재되어 구성된다. 상기 터치 센서(13)는 도 1b에 도시된 바와 같이 전체적으로 균일한 민감도를 가지고 있기 때문에 상기 커버(15)는 균일한 두께를 가지는 평판형인 경우에는 에러가 발생률이 적지만 커버(15)가 입체형으로 형성되어 불균일한 두께를 가지는 경우에는 커버(15)의 접촉이 터치 센서에서 감지되는 정도가 커버의 두께에 따라 달라지기 때문에 에러가 많이 발생한다. 따라서, 상기 커버(15)의 형상은 균일한 두께를 가지는 평판형으로 제한될 수밖에 없다.

하지만, 근래에는 제품의 실용적인 성능뿐만 아니라 디자인 측면에서도 많은 경쟁이 이루어지고 있다. 이에 따라, 터치 센서 유닛을 입력 장치에 채용하여 사용하는 경우 다양한 형태로 디자인이 가능하도록 하는 것이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 입체 형상을 가지는 커버를 구비한 터치 센서 유닛 및 이러한 터치 센서 유닛의 민감도를 조절하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 터치 센서 유닛은, 지지 기판;

상기 지지 기판 위에 구비된 터치 센서; 상기 터치 센서 위에 구비된 입체 형상의 커버; 및 상기 터치 센서로부터 입력되는 2차원 좌표 데이터와 이에 대응되는 민감도에 가중치를 적용하여 상기 터치 센서의 민감도를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 커버의 두께에 비례하여 민감도의 가중치를 적용한다.

상기 커버는 터치가 센싱되는 활성 영역과 터치가 센싱되지 않는 비활성 영역을 포함하고, 상기 제어부는 상기 비활성 영역으로부터의 터치 신호를 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 민감도 조절 방법은, 지지 기판, 터치 센서 및 커버를 포함한 터치 센서 유닛의 민감도를 조절하는 방법에 있어서,

상기 커버 형상의 3차원 위치 데이터를 수집하는 단계;

상기 3차원 위치 데이터에 대응하는 민감도를 측정하는 단계;

상기 측정된 민감도에 가중치를 적용하여 민감도를 조절하는 단계;를 포함한다.

상기 3차원 위치 데이터는 3차원 모델링 함수로 만들어질 수 있다.

상기 가중치는 상기 3차원 모델링 함수에 역변환을 적용하여 얻어질 수 있다.

상기 터치 센서의 보정 가능 범위를 설정하고, 상기 민감도가 상기 보정 가능 범위 내로 보정되도록 조절한다.

상기 민감도 조절 방법은, 사용성 테스트에 의해 표준 입력 패턴을 구하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 민감도 조절 방법은, 사용자에 의한 입력 패턴을 복수의 스케일 벡터로 분할하는 단계; 상기 표준 입력 패턴과 상기 입력 패턴을 비교하여 유사도 값을 측정하는 단계; 표준 유사도 범위 내에 속하는 스케일 벡터를 입력 명령으로 수용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 센서 유닛 및 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 터치 센서 유닛은 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 지지 기판(100)과, 지지 기판(100) 위에 구비된 터치 센서(105)와, 상기 터치 센서(105) 위에 구비된 입체적 형상을 가진 커버(110)를 포함한다.

또한, 상기 터치 센서 유닛은, 상기 커버(110)가 사용자가 원하는 대로 다양한 형상으로 디자인되어도 커버의 형상에 따라 균일한 민감도를 가지도록 조절하는 제어부(115)를 구비한다. 상기 제어부(115)는 상기 커버(110) 형상의 3차원 위치 데이터를 수집하고, 상기 3차원 위치 데이터에 대응되는 민감도를 측정한다. 그리고, 측정된 민감도에 가중치를 적용하여 민감도를 조절한다.

상기 3차원 위치 데이터는 3차원 모델링 함수로 만들어질 수 있으며, 상기 가중치는 상기 3차원 모델링 함수에 역변환(inverse transformation)을 적용하여 구할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(115)는 커버의 두께에 비례하는 가중치를 측정된 민감도에 적용하여 민감도를 조절한다. 이와 같이 커버의 두께에 관계없이 민감도를 균일하게 조절함으로써 커버의 두께 변화에 따른 터치 센서의 에러율을 감소시키고, 그럼으로써 터치 센서 유닛이 다양하게 디자인될 수 있도록 한다.

상기 커버(110)는 다양한 형태로 설계 가능하며, 도 2a에는 그 일 예를 도시한 것으로 중앙부(110a)와, 상기 중앙부(110a)로부터 상부로 경사지게 형성된 경사부(110b)를 포함한다. 상기 중앙부(110a)에서의 두께가 상대적으로 얇으며, 상기 경사부(110b)의 두께가 상대적으로 두껍다. 그리고, 상기 경사부(110b)는 두께가 점진적으로 변하게 구성된다. 이와 같이 커버(110)의 두께가 균일하지 구성되지 않고 다양한 두께를 가지도록 구성되고, 커버(110)의 두께에 따라 터치 센서(105)에서 감지되는 접촉력이 달라진다. 즉, 커버(110)의 두께가 상대적으로 두꺼운 영역은 두께가 상대적으로 얇은 영역에 비해 민감도가 낮기 때문에 터치 센서로부터 감지되는 접촉력이 서로 다르게 된다. 여기서, 상기 제어부(115)는 상기 터치 센서(110)로부터 입력되는 데이터에 대해 상기 커버(110)의 두께에 비례하는 민감도 가중치를 계산하여 민감도를 조절함으로써 상기 커버(110) 전체적으로 균일한 민감도를 가지도록 조절한다.

다음, 도 3은 커버(111)가 돔형으로 형성된 예를 도시한 것이다. 상기 커버(111)의 두께가 중앙부에서는 상대적으로 두껍고, 주변부쪽으로 갈수록 점진적으로 두께가 얇아진다. 이런 경우에는 상기 커버(111)의 중앙부에서의 민감도에 대해 상대적으로 높은 가중치를 주어 전체적인 민감도가 균일하게 되도록 조절한다.

본 발명에 따른 터치 센서 유닛은 도 4에 도시된 바와 같이 핸드폰, mp3, PMP(Portable Multimedia Player), DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰 등과 같은 모바일 기기(200)의 입력 디바이스에 채용하여 사용할 수 있다. 터치 센서 유닛의 커버(110)를 사용자가 접촉하면 모바일 기기(200)에 사용자의 터치에 따른 명 령이 입력되고, 이 명령이 디스플레이(210)에 표시된다.

상기와 같이 구성된 터치 센서 유닛의 민감도를 조절하는 방법에 대해 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

터치 센서 유닛을 입력 디바이스에 적용하기 위해, 입력 디바이스에 대한 UI(User Interface) 시나리오를 구성한다. 도 6은 도 2a에 도시된 구성의 터치 센서 유닛에 대한 UI 시나리오의 일 예를 도시한 것이다. 이 UI 시나리오에 따르면 사각형 형태의 커버의 중앙부(130)와 각 모서리부(135)에 입력 버튼이 작용하도록 구성되어 있다.

상기 UI 시나리오에 따라 커버(110)를 형성한다. 이러한 커버(110)를 터치 센서(105) 위에 탑재하고, 상기 커버 형상의 3차원 위치 데이터를 수집한다(S102). 그리고, 3차원 위치 데이터에 대응하는 민감도를 측정한다(S104). 측정된 민감도에 대해 가중치를 적용하여 민감도를 조절한다(106).

상기 3차원 위치 데이터는 3차원 모델링 함수로 만들어질 수 있으며, 이 3차원 모델링 함수에 역변환(inverse transform)을 적용하여 역변환 함수를 구하면 커버의 입체 형상에 대응되는 민감도 가중치가 적용된 민감도 값을 얻을 수 있다. 상기 역변환 함수에 터치 센서를 통해 입력되는 민감도 값을 대입하면 대응되는 가중치가 적용되어 보정된 민감도 값을 얻을 수 있다.

이와 같이 민감도가 조절된 후에 상기 터치 센서의 보정 가능 범위를 설정한다. 사용자가 커버를 접촉함에 따라 입력되는 미가공 위치 데이터와, 이 위치 데이터에 대응되어 조절된 민감도는 상기 터치 센서의 보정 가능 범위 내로 보정된다.

다음, 조절된 민감도를 주변 환경의 영향으로 인한 에러를 줄이기 위한 튜닝 작업을 수행한다. 튜닝 작업을 수행하기 위해 터치 센서에 입체 형상의 커버를 올린 후 측정 지그를 통해 터치 센서에서 출력되는 2차원 평면 위치 데이터에 대응되는 민감도 값을 측정한다. 민감도 값은 예를 들어 정전 용량 값(Capacitive value)으로 측정될 수 있다. 특정 영역에서 민감도 값이 상기 센서 보정 가능 범위 외의 값을 가지면 측정된 민감도를 상기 2차원 위치 데이터와 결합하여 반복적으로 보정함으로써 상기 보정 가능 범위 내에 속하도록 한다. 그럼으로써, 주변 환경의 영향으로 인한 오류를 줄인다.

한편, 상기와 같이 민감도가 조절된 다음 사용상 발생할 수 있는 에러를 줄이기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다. 터치 센서 유닛에 대해 반복적인 사용을 통한 사용성 테스트를 실행하여, 사용자가 상기 커버(110)에 접촉하였을 때의 접촉점에 대한 2차원 위치 데이터(x,y)를 수집하고, 2차원 위치 데이터를 이용하여 가장 사용 빈도수가 높은 표준 입력 패턴을 구성한다. 2차원 위치 데이터는 터치 센서가 가지는 전기적 특성값을 이용한 값이다. 일반적으로 터치 센서 제조 업체에서 제공하는 API(Application Program Interface)를 통해 출력되는 값으로, 터치 센서를 2차원 평면 좌표계인 (x,y)로 구분한 후 손가락이 터치 센서에 터치되었을 때의 2차원 평면 좌표와, 그 때의 정전 용량이나 압력값(Registive)을 출력해 준다.

예를 들어, 터치 센서는 정전용량 터치 센서(Capacitive Touch Sensor)로 구현되었으며, 터치센서로부터 출력되는 값은 터치 센서의 2차원 좌표값과 손가락이 터치되었을 때 가지는 정전용량 값이 될 수 있다.

이와 같이 표준 입력 패턴은 터치 센서의 UI 상호 작용 방법에 따른 사용성 테스트를 통해 경험적으로 나온 통계를 바탕으로 정해질 수 있다.

2차원 데이터로부터 상기 표준 입력 패턴을 만들 때 예를 들어 MATLAB의 Neural Network tool box를 이용할 수 있으며, 도 7a는 이러한 tool box를 이용하여 만들어진 표준 입력 패턴을 도시한 것이다. 그리고, 도 7b는 Neural Network tool box를 이용하여 상기 표준 입력 패턴 및 민감도 측정 데이터를 도시한 것이다.

이와 같은 과정을 통해 터치 센서 유닛의 민감도가 조절되며, 커버의 형상에 관계없이 균일한 민감도로 입력 명령을 수행할 수 있다. 사용자가 터치 센서 유닛을 접촉하면 사용자의 접촉에 따른 위치 데이터를 상기 표준 입력 패턴으로 전환하여 인식하고, 이 표준 입력 패턴에 따라 사용자의 입력 명령을 수행한다.

한편, UI 상호작용에 의한 에러율을 더욱 감소시키기 위해 표준 입력 패턴이 만들어지면, 터치 센서의 전체 영역을 활성 영역과 비활성 영역으로 구분하여 관리할 수 있다. 즉, 표준 입력 패턴이 나오는 영역은 활성 영역으로 구분될 수 있으며, 표준 입력 패턴이 나오지 않는 영역은 비활성 영역으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 대각선 영역(A)과 모서리 영역(B)은 활성 영역이 되고, 코너 영역(C)과 대각선 영역 사이의 영역(D)은 비활성 영역이 될 수 있다. 도 8은 도 2a에 도시된 구조의 터치 센서 유닛에서 활성 영역과 비활성 영역으로 구분한 예를 도시한 것이다. 이와 같이 활성 영역과 비활성 영역이 설정되면, 비활 성 영역에서는 센싱이 되지 않도록 가중치를 0으로 하여 터치 센싱 출력 신호를 차단함으로써 사용상 에러율을 최소화할 수 있다. 도 9 및 도 10은 활성 영역과 비활성 영역을 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 것이다.

다음, 도 11은 민감도가 조절되는 터치 센서 유닛이 사용자에 의해 동작될 때의 입력 패턴(Pa)을 도시한 것으로, 이러한 입력 패턴의 에러율을 줄이기 위해 사용하는 방법을 도 12를 참조하여 설명한다. 사용자가 터치 센서 유닛을 터치하면, 위치 데이터 (x,y)를 수집 및 저장하며, 스케일 벡터를 만든다. 스케일 벡터는 상기 (x,y) 값으로부터 구해지는 단위 시간에 따른 Cosine 값과 크기를 갖는다.

상기 입력 패턴(Pa)을 복수개의 스케일 벡터(Pv)로 분할하고, 이 스케일 벡터의 cosine 값과 크기를 상기 표준 입력 패턴(P)과 비교한다. 스케일 벡터와 표준 패턴의 비교로부터 유사도값을 추출하고, 이 유사도값이 소정의 표준 유사도값보다 큰 것을 취한다. 더 나아가, 그 중 가장 큰 유사도값을 가지는 스케일 벡터를 선택할 수 있다. 그리고, 선택된 스케일 벡터를 사용자가 의도한 동작으로 인식하여 입력 명령으로 출력한다. 스케일 벡터가 상기 표준 유사도값보다 작은 경우에는 입력 명령으로 감지되지 않는다. 따라서, 입력 패턴(Pa)은 표준 입력 패턴과 매우 유사한 패턴으로 보정되어 입력됨으로써 사용자에 의한 사용상의 에러를 줄일 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 터치 센서 유닛은 커버의 형상이나 구조에 대응하여 민감도를 조절함으로써 커버의 형상이나 구조를 자유롭게 디자인하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법은 터치 센 서 유닛에 구비되는 커버의 형상이나 구조에 관계없이 균일한 민감도를 가지도록 조절하여, 입력 에러율을 감소시킨다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (13)

1. 지지 기판;

   상기 지지 기판 위에 구비된 터치 센서;

   상기 터치 센서 위에 구비된 입체 형상의 커버; 및

   상기 커버의 3차원 위치 데이터에 대응되는 민감도에 가중치를 적용하여 상기 터치 센서의 민감도를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 유닛.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는 커버의 두께에 비례하여 민감도의 가중치를 적용하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 유닛.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 커버는 터치가 센싱되는 활성 영역과 터치가 센싱되지 않는 비활성 영역을 포함하고, 상기 제어부는 상기 비활성 영역으로부터의 터치 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 유닛.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 커버는 사각형의 중앙부와, 상기 중앙부로부터 상부 바깥쪽으로 경사지 게 연장된 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 유닛.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 중앙부와, 상기 중앙부의 대각선 방향 영역과, 상기 경사부의 모서리 방향 영역이 활성 영역으로 감지되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 유닛.
6. 지지 기판, 터치 센서 및 커버를 포함한 터치 센서 유닛의 민감도를 조절하는 방법에 있어서,

   상기 커버 형상의 3차원 위치 데이터를 수집하는 단계;

   상기 3차원 위치 데이터에 대응하는 민감도를 측정하는 단계;

   상기 측정된 민감도에 가중치를 적용하여 민감도를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 민감도 조절 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 3차원 위치 데이터는 3차원 모델링 함수로 만들어지는 것을 특징으로 하는 민감도 조절 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 가중치는 상기 3차원 모델링 함수에 역변환을 적용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 민감도 조절 방법.
9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 터치 센서의 보정 가능 범위를 설정하고, 상기 민감도가 상기 보정 가능 범위 내로 보정되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 민감도 조절 방법.
10. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

    사용성 테스트에 의해 표준 입력 패턴을 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 민감도 조절 방법.
11. 제 10항에 있어서,

    사용자에 의한 입력 패턴을 복수의 스케일 벡터로 분할하는 단계;

    상기 표준 입력 패턴과 상기 입력 패턴을 비교하여 유사도값을 측정하는 단계;

    표준 유사도값의 범위 내에 속하는 스케일 벡터를 입력 명령으로 수용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 민감도 조절 방법.
12. 제 6항에 있어서,

    상기 커버를 활성 영역과 비활성 영역으로 나누고, 상기 비활성 영역으로부터 감지되는 터치 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 커버의 두께에 비례하여 민감도의 가중치를 적용하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 유닛의 민감도 조절 방법.

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