首页 / 国际专利分类库 / 电学 / 基本电气元件 / 电开关;继电器;选择器;紧急保护装置 / 其他 / .通过可变的接触区域或点产生的可变电阻 / 집적 신호검출 소자를 포함하는 키보드에 관련된 연속작동 키 및 신호처리방법

집적 신호검출 소자를 포함하는 키보드에 관련된 연속작동 키 및 신호처리방법

申请号 KR1020057016589 申请日 2004-03-09 公开(公告)号 KR1020050111345A 公开(公告)日 2005-11-24
申请人 뵐커스, 올리버; 发明人 뵐커스,올리버;
摘要 The aim of the invention is to develop a keyboard for compact mobile electronic appliances, said keyboard comprising an integrated signal detection element and enabling simple data input and simultaneous continuous control possibilities using a plurality of keys; an electronic inquiry mechanism for actuating the keys; and an evaluation method for a momentary key position during the continuous actuation of individual keys. To this end, keys which are applied in a mobile manner and provided with a spring suspension are mechanically coupled, on the lower side thereof, to a continuous strip conductor extending over at least one key and having a high electrical resistance, such that when the keys are actuated, the strip conductor comes into contact with another strip conductor, in the actuation position, said other strip conductor extending over all of the keys and having a low electrical resistance, and an analog-digital converter AD0 determines the electrical resistance or voltage drop between the strip conductor and an end of the strip conductor, said measuring value being unequivocally associated with a defined key and the actuation position on said key.
权利要求
  • 데이터의 입력 및 아날로그 커서 제어 및 기능 선택을 위해 연속 작동할 수 있는 복수의 키 및 집적 신호 검출 엘리먼트를 구비하는 특히 이동식 전자장치용 키보드로서, 조작할 수 있게 장착된 복수의 키(82)는 서스펜션(132)을 구비함과 동시에 상기 복수의 키의 하면이 하나 이상의 키를 가로질러 연장하는 고전기저항(53)의 연속 도전성 패스와 기계적으로 결합함으로써 키의 작동 후 상기 도전성 패스(53)가 모든 키를 가로질러 연장하는 저전기저항(72)의 다른 도전성 패스와 접촉하도록 함과 동시에 아날로그-디지털 변환기(AD0)가 상기 도전성 패스(72) 및 도전성 패스(53)의 일단부 사이의 전기저항 또는 전압을 측정하고, 그 측정치를 특정의 키 및 작동 위치에 명확하게 할당하도록 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 있어서, 상기 도전체 패스(72) 및 도전체 패스(53)의 양단부 사이의 전기저항 또는 전압강하를 측정하는 2개의 아날로그-디지털 변환기(AD1 및 AD2)를 구비하고, 상기 측정치는 특정의 키와, 직선상의 일점으로서의 작동 위치와, 당접부(141, 151, 161)에 명확하게 할당되는 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 있어서, 상기 도전성 패스(53)는 이 도전성 패스(53)의 복수의 위치에서 정확하게 전기저항을 측정할 수 있는 하나 이상의 수정 전극(CAL1)에 접속되고, 이들 측정치는 상기 도전성 패스(53)의 양단부에서의 측정치를 해석하기 위한 상대 기준점으로서 사용되고, 이에 의해 생산 관련 변동 또는 온도 관련 변동의 조건하에서도 상기 도전성 패스의 총저항을 정확하게 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 있어서, 키보드의 구성요소로서의 포일 포텐시오미터의 도전성 패스(53)는 상호 평행하게 연장하는 수개의 라인으로 분할되고, 이들 라인의 단부들은 저전기저항을 가지는 도전성 패스를 경유하여 인접 라인의 대향측 단부에 접속되고, 이에 의해 상기 포일 포텐시오미터 상의 복수의 키(82)의 장착 위치의 생산에 관련되는 작은 변동이 모든 키에 대한 측정치의 편차와 동일하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 있어서, 키보드의 구성 요소로서의 상기 포일 포텐시오미터는 상호 연결되는 상측 포일(510, 스페이서(61) 및 하측 포일(71)로 구성되고, 고전기저항을 가지는 도전성 패스와 저전기저항을 가지는 임의의 도전성 패스는 상기 상측 포일(51) 상에 인쇄되고, 저전기저항(72)을 가지는 도전성 패스는 하측 포일(71) 상에 인쇄되고, 상기 도전성 패스(53 및 72)는 그 당접 위치에서 2mm 이하의 단거리를 유지하고, 상기 키(82)의 작동시 상호 접촉하는 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 있어서, 상기 도전성 패스(72) 및 도전성 패스(53)의 3개의 단부(도 9) 사이의 전기저항 또는 전압강하를 측정하는 3개의 아날로그 디지털 변환기(AD1, AD2 및 AD3)를 구비하고, 이들 측정치는 특정의 키와, 원 내의 일점으로서의 작동 위치와, 당접영역(141, 151, 161)에 정확하게 할당되는 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 있어서, 상기 복수의 키(82)의 각각에는 전화기의 숫자판과 유사한 숫자 또는 문자 및 복수의 알파벳 문자가 표시되어 있고, 모드에 따라 숫자 또는 문자를 입력할 수 있고, 키의 좌측부, 중간부, 또는 우측부를 작동시킴에 따라 각각 상이한 문자가 선택되는 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 키(121)는 그 단부의 임의의 위치에서 작동될 수 있도록 제공되고, 작동 방향 및 편향 강도는 출력신호(AD1, AD2 및 AD3)(도 3)의 상호관계를 평가함으로써 원내의 일점으로서 측정될 수 있고, 커서 이동 속도 및 이동 방향은 상기 키(121)의 방향과 경사를 조작함에 의해 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 있어서, 상기 복수의 키(82)는 키 캡(131), 변형이 가능한 볼록형 하측면(133), 및 가용성 서스펜션(132)을 구비하고, 이에 의해 상부에서 가하는 기계적 압력에 의해 기판(135) 상에 배치된 신호 검출 엘리먼트(134)를 그 작동 위치에 의해 결정되는 위치 및 가해진 힘에 의해 결정되는 당접위치(141, 151, 161)에서 작동시키는 것을 특징으로 하는 전자장치용 키보드.
  • 제1항에 의한 키보드의 신호를 평가하는 방법에 있어서, 키를 부드럽게 터치하면 복수의 입력 내용이 표시되고, 복수의 입력 내용 중의 하나는 커서를 이용하여 하이라이트 표시되고, 상기 커서의 위치는 키 상에 놓인 손가락의 위치에 관계되는 것을 특징으로 하는 키보드 신호 평가방법.
  • 제1항 또는 제10항 중의 어느 한 항에 의한 키보드의 신호를 평가하는 방법에 있어서, 상기 표시된 입력 내용은 키의 조작을 해제한 후에 선택되는 것을 특징으로 하는 키보드 신호 평가방법.
  • 제1항 또는 제10항 중의 어느 한 항에 의한 키보드의 신호를 평가하는 방법에 있어서, 상기 표시된 입력 내용은 키에 가해지는 압력을 증가함으로써 선택되는 것을 특징으로 하는 키보드 신호 평가방법.
  • 说明书全文

    집적 신호검출 엘리먼트를 포함하는 키보드에 관련된 연속작동 키 및 신호처리방법{Continusly actuatable keys pertaining to a keyboard comprising an integrated signal detection element, and method for signal processing}

    본 발명은 압하 및 경사(pressed and tilted )가 가능함과 동시에, 키의 동작을 등록하는 신호 검출 엘리먼트가 구비된 조작이 가능한 키를 구비하는 키보드 및 키 동작의 힘과 위치를 검출함에 의해 키 동작에 의해 생성된 전기적 임펄스를 키의 동작 위치를 인식하는 신호로 변환하는 방법에 관한 것이다.

    최신기술에 의한 커서 제어(cursor control)용 키보드 및 입력장치는 통상 별도의 유닛으로서 고려되므로 이들을 조합하려면 2중의 전자기기 및 소프트웨어가 필요하다.

    예로써, 노트북 컴퓨터에 있어서, 마우스 포인터를 제어하기 위해 스페이스 바의 부근에 소형 조이스틱을 장착하는 일이 많다. 이 조이스틱은 예로써 스트레인 게이지를 기초로 하여 구현할 수 있다. 다른 구성으로서는 마우스 제어용으로 축전기에 기초하는 플랫 센서(flat sensor)가 많이 사용된다. 위의 두 경우 모두, 복잡한 신호를 평가하기 위한 기술적 상당한 노력이 필요하다.

    오거나이저(organizer) 기능을 구비하는 휴대폰, 소위 스마트폰에 있어서, 플랩 키보드(flap keyboard)를 터치 스크린 상에 장착한 기술이 공지되어 있다. 상기 장치를 데이터 입력용으로 사용하는 경우, 복수의 키를 터치 스크린 상에 설치할 수 있고, 키의 동작은 터치 스크린의 특정 위치를 동작시킨다. 이에 의해 키의 평가를 위한 별도의 전자기기를 생략할 수 있다. 그러나 상기 플랩 키보드는 한번에 키보드 또는 터치 스크린 중의 하나만을 사용할 수 있게 되어 있다.

    또, 예로써 미국특허 제5,973,621호(David Levy 1999) 또는 미국특허 제5,528,235호(Edwarin 1991)에는 다른 형식의 키보드가 제안되어 있다. 전기적 스위치에 기초한 상기 키보드는 비용이 고가이고 기계적 강도가 약해서 널리 보급되지 못하였다.

    분압기를 이용하여 키들을 아날로그 값으로 코딩하는 것은 공지기술이다(도 19 참조). 각 저항(R1, R2, R3 및 R4)에서 특정 전압을 측정할 수 있다. 상기 전압은 푸시버튼(S1, S2, S3 또는 S4) 중의 하나를 누르면 아날로그/디지털 변환기(AD 변환기)로 인가된다. 푸시버튼을 누리지 않음으로써 접점이 닫혀지지 않는 한, 상기 AD 변환기는 풀업 저항(Rp)에 의해 정전압(positive voltage)을 측정한다.

    이로써 전체 키보드를 2개 또는 3개의 케이블로 스캐닝할 수 있게 된다. 리이드의 비용은 저가이지만, AD 변환기를 이용한 디코딩 비용은 고가이다. 이들 이유 때문에, 상기 기술은 저가의 비용이 중요한 장점이 되는 경우에만 통상 사용된다.

    다른 공지의 기술은 포일 포텐시오미터(도 17 참조)이다. 가장 단순한 형태의 포일 포텐시오미터는 흑연(53)과 같은 고전기저항(10cm 당 100오옴 내지 약 500킬로오옴)을 가지는 물질로 부분적으로 코팅된 스트립 형태의 가요성 포일(51)과, 은과 같은 저전기저항(10cm 당 10오옴 이하)을 가지는 물질로 부분적으로 코팅된 제2포일(71)과, 이들 포일의 사이에 약 0.02 내지 1.0mm의 간격을 유지시키는 스페이서(61)로 구성된다. 스페이서(61)에는 기계적 압력이 가해졌을 때 도전성 코팅부(53 및 72) 사이의 접촉을 가능케 하는 개구(211)가 형성되어 있다. 포일(51 및 71)의 단부에서 상기 코팅부는 전극(202 및 203)에 연결된다(도 20 참조). 포일(71)의 코팅부에는 다른 전극(222)이 설치된다(도 22 참조). 상기 전극에 의해 평가 엘리먼트와의 접촉이 가능해 진다. 상기 가요성 포일(51)을 터치하면 그 터치 위치에서 포일이 약간 만곡되고, 이에 의해 상기 스페이서(61)는 브릿지되고, 상기 도전성 코팅부(53 및 72) 사이에 전기접촉이 형성된다. 이렇게 되면, 일측의 저항물질로 코팅된 포일(51)의 전극(202, 203)과 타측의 포일(71)의 전극(222) 사이의 전기저항은 상기 접점과 그 단부 사이의 거리에 비례한다.

    상기 포일 포텐시오미터가 분압기로서 접속되면(도 23 참조), 상기 AD 변환기에서 측정된 전압은 터치 점의 위치에 비례한다.

    다른 구성으로서, 작동점과 당접부(resting section)의 길이를 측정해도 된다. 이를 위해, 전극(222)에 전압을 가하고 전극(202 및 203) 사이의 저항을 측정한다. 상기 측정치는 양단부의 거리에 대응하는 반면, 전극(202 및 203) 사이의 총저항으로부터 뺀 양 측정치의 합은 상기 당접부의 길이에 대응한다. 이것은 단일지점 대신 일구간 또는 두 지점 상의 동작에 의해 두 지점 사이에 단락이 형성되고, 이에 의해 전극(202 및 203) 사이의 저항은 두 지점 사이의 거리에 비례하여 감소한다. 이것 역시 포일 센서 기술분야의 최신기술이다.

    포일 센서는 간단한 방법으로 연속적인 조절이 가능하지만 그 평평한 형태 인자(flat form factor)로 인해 접촉 피드백을 전혀 발생하지 않는다. 따라서, 일반적인 키보드와 같은 편리한 데이터 입력장치를 제공할 수 없으므로 제한된 범위에서만 성공을 이루었다.

    도 1은 본 발명에 의한 AD 변환기를 구비하는 전압 측정용 키보드의 회로도,

    도 2는 본 발명에 의한 AD 변환기를 구비하는 저항 측정용 키보드의 회로도,

    도 3은 본 발명에 의한 3개의 AD 변환기를 구비하는 저항 측정용 키보드의 회로도,

    도 4는 본 발명에 의한 전압 측정 및 2개의 교정용 전극을 위한 키보드의 회로도,

    도 5는 인쇄된 도전성 패스(printed conductive paths)를 구비한 신호 검출 엘리먼트의 상측 포일을 도시한 도면,

    도 6은 펀칭 구멍을 구비한 신호 검출 엘리먼트의 중간 포일을 도시한 도면,

    도 7은 인쇄된 도전성 패스를 구비한 신호 검출 엘리먼트의 하측 포일을 도시한 도면,

    도 8은 라벨(label)을 구비한 키 캡(key cap)의 일실시예도,

    도 9는 인쇄된 도전성 패스를 구비한 신호 검출 엘리먼트의 상측 포일을 도시한 도면,

    도 10은 펀칭 구멍을 구비한 신호 검출 엘리먼트의 중간 포일을 도시한 도면,

    도 11은 인쇄된 도전성 패스를 구비한 신호 검출 엘리먼트의 하측 포일을 도시한 도면,

    도 12는 라벨을 구비한 키 캡의 일실시예도,

    도 13은 액츄에이터를 구비한 키의 단면도,

    도 14는 약하게 압하된 키의 단면도,

    도 15는 강하게 압하된 키의 단면도,

    도 16은 압하 및 경사된 키의 단면도,

    도 17은 포일 포텐시오미터의 구조의 단면도,

    도 18은 작동 상태의 포일 포텐시오미터의 단면도,

    도 19는 저항 종속접속(cascade)에 의해 인코딩된 키보드의 회로도,

    도 20은 포일 포텐시오미터의 상측 포일을 도시한 도면,

    도 21은 포일 포텐시오미터의 중간 포일을 도시한 도면,

    도 22는 포일 포텐시오미터의 하측 포일을 도시한 도면이다.

    본 발명의 목적은 입력엘리먼트로서 복수의 키(keys)를 구비하는 이동식 전자장치의 체적 및 중량을 줄임과 동시에 에너지 소비 및 부품의 수를 줄이고, 작동방법을 단순화시킴으로써 그 비용을 절감하는 것이다. 그것의 키보드는 과혹한 수송조건 및 제작자의 공차에 대해 강고해야 한다.

    본 발명은 매우 편리하게 데이터를 입력할 수 있고 동시에 복수의 키에 대한 연속제어가 가능하고, 집적 신호 검출엘리먼트를 장착한 콤팩트한 이동식 전자장치에 채용하는데 적합한 키보드, 키보드 작동을 위한 질문 전자기기(interrogation electronics), 및 특정 키의 연속작동에 대한 현재 키의 위치를 검출하는 방법을 개발하기 위한 과제에 기초를 두고 있다.

    상기 과제는 독립청구항에 기술된 특징에 의해 해결된다.

    이하, 본 발명의 실시예를 이용하여 본 발명을 설명한다.

    본 발명의 기술적 해결방법은 일군의 조작이 가능한 키의 하측에 예로써 포일 포텐시오미터와 같은 신호 검출 엘리먼트를 장착함으로써, 상기 포일 포텐시오미터의 전극에서 압하된 키에 특정 전기저항을 할당할 수 있도록 하는 것이다. 키 상의 각각의 다양한 터치 위치에 대한 키의 경사에 의해 다양한 접점이 형성되고, 이에 의해 전기저항의 변화가 발생한다. 그러나 키가 압하되지 않으면 대향 전극 간에 전기 접점이 형성되지 않는다.

    또 상황에 따라 상기 포일 포텐시오미터의 총저항의 감소치를 측정함으로써 각 키에 가해진 힘을 측정할 수 있다. 키에 가해지는 힘은 하면의 소프트 키의 변형, 당접부의 길이의 증가, 및 이에 따른 총저항의 감소에 수반되어 더 강해지므로 저항차로부터 가해진 힘을 추출할 수 있다.

    측정의 정밀도가 충분하다면 상기와 같은 방법으로 단일의 포일 포텐시오미터에 의해 극대의 복수의 키 및 그 작동 위치를 질문할 수 있다. 이는 소수의 리이드(힘을 측정하지 않는 경우에는 최소 2개, 힘을 측정하는 경우에는 3개)만을 필요로 한다.

    도 1은 본 발명에 의한 키보의 회로도이다. P1-S1, P2-S2 등은 각각 유닛을 구성한다. 키의 작동에 의해 예로써 접점(S1)이 닫히면, 작동 위치로부터 포텐시오미터(P1)의 저항이 형성된다. Rp는 무접촉 상태인 비작동 상태시에 아날로그-디지털 변환기(AD 변환기)의 입력을 확정치로 풀업시키는 풀업저항(pull-up resistor)이다. P1 내지 P4로 구성된 포일 포텐시오미터는 분압계에 대응하는 것이므로 상기 AD 변환기는 특정 키 및 작동 위치에 관련된 전압을 측정한다. 상기 실시예는 4개의 키를 구현하고 있으나, 키는 임의의 갯수로 구성할 수 있다.

    도 2는 동일한 키보드를 다른 측정 장치로써 평가할 수 있는 방법을 보이고 있다. 여기서는 AD 변환기를 추가함으로써 키 상에 가해진 힘을 측정할 수 있다. 힘이 더욱 강해지면 하측의 소프트 키가 변형되고, 이에 의해 포일 포텐시오미터 상의 예로써 단락부와 같은 당접부의 길이가 더욱 길어지게 된다. 여기서 작동된 키(S1 내지 S4)와 AD1 및 AD2 사이의 전기저항을 AD 변환기(AD1 및 AD2)를 이용하여 측정하고, 측정된 전기저항을 당접시의 P1 내지 P4의 총저항과 비교한다. 저항의 감소는 단락부, 이에 따라 하측의 소프트 키의 당접부 및 가해진 힘의 크기에 정확한 상관 관계를 가진다.

    도 1 및 도 2는 단일축 상의 임의의 키의 연속 작동을 평가하는 장치를 도시한 것이다. 이 장치는 키의 작동 위치의 측방 이동 또는 경사 작동에 대응한다.

    도 3은 AD 변환기를 추가한 경우 선택된 키에 대한 2개의 축을 따라 이루어질 수 있는 평가방법을 도시한 것이다. 이 경우, P1a 및 P1b는 단일 키(도 12의 엘리먼트(121) 참조)에 의해 제어되는 2개의 포텐시오미터를 구성한다. 원의 가장자리에 위치하는 3개의 측정점에 의해 원내에 위치하는 접촉점까지의 거리를 충분히 결정할 수 있다.

    신뢰성 및 정확성을 향상시키기 위해 키보드의 하나 이상의 점에 기준점을 형성할 수 있다. 도 4에서 CAL1 및 CAL2는 AD 변환기에 의한 측정에 대한 수정치의 작용을 한다. 상기 CAL1의 값은 P1 및 P2 사이에 위치하고, CAL2의 값은 P2 및 P3 사이에 위치한다. 키가 작동하지 않는 한 상기 수정을 실행할 수 있다. 상기 기준점은 온도 변화 등에 기인되어 총저항이 변화하는 경우에도 키 작동에 대한 정확한 상대적 비율을 나타낸다.

    본 발명에 의해 키보드의 신호 검출 엘리먼트로서 포일 포텐시오미터를 사용할 수 있다. 일예로써, 도 5 내지 도 7은 상측 포일(도 5), 중간 포일(도 6), 하측 포일(도 7)의 3개의 포일로 구성된 포일 포텐시오미터를 도시한 것이다. 이들 3개의 포일은 상호 평평하게 적층되어, 예로써 층상구조로 상호 부착되어 있다. 중간 포일은 상측 포일 또는 하측 포일 상에 인쇄할 수 있는 격리층(유전체층)으로 대체할 수 있다.

    상측 포일(도 5의 참조번호 51)에는 전기 양도체 물질(52)로 구성된 도전성 패스 및 저항물질(53)로 구성된 도전성 패스가 인쇄되어 있다. 그 일측에는 측정용 전자기기에 연결하기 위한 접촉 바아(54)가 구비되어 있다.

    상기 중간 포일(도 6의 참조번호 61)에는 상하측 포일 사이에 기계적 및 전기적 접촉을 가능케 하는 노치(개구)(62)가 구비되어 있다. 하측 포일(도 7의 참조번호 71) 상에는 저전기저항(72)을 가지는 도전성 패스가 인쇄되어 있다.

    도 8은 도 5 내지 도 7의 포일 포텐시오미터를 이용하여 작동하는 키 배열의 일례를 도시한 것이다. 이들 키는 기계적으로 강조되어 있으며, 클릭 조작이 가능하다.

    도 9 내지 도 12는 2차원을 따라 조작할 수 있는 하나의 키가 추가의 리이드 및 추가의 AD 변환기를 필요로 하는 점을 제외하고 상기 도 6 내지 도 8과 유사하다. 상기 키(121)는 수평 및 수직방향으로 경사시킬 수 있고, 이 경사 동작은 측정이 가능하다.

    도 13은 비작동 상태의 키의 단면도이다. 상기 액츄에이터(133)는 신호 검출 엘리먼트(포일 포텐시오미터)(134)를 구비한 기계적 접점을 구비하지 않는다.

    도 14는 도 13의 키가 작동상태인 것을 보여주는 단면도이다. 상기 액츄에이터(133)는 키(141)의 중앙에 위치하여, 대응하는 전기접점을 형성한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 힘이 증가하면 액츄에이터(151)의 당접부의 길이는 증가한다. 총 전기저항은 이 같은 작은 단락에 기인되어 약간 감소한다.

    도 16은 상기 키가 경사 상태로 작동되는 방법을 보여주는 단면도이다. 이 경우에도 키보드는 이상 없이 접촉을 형성한다. 접촉부의 위치는 부수적인 위치 측정에 의해 산출할 수 있다.

    상기 연속 작동할 수 있는 키에 대해 다음과 같은 적용례가 제안된다. 도 8과 유사하게 배열된 전화기용 숫자판에 있어서, 예로써 문자 "A"를 입력하기 위해서는 숫자판의 키"2"의 좌측부를 눌러주는 식으로 키를 직접 눌러줌으로써 문자를 입력할 수 있다. 또, 커서용 화살표 키 배열을 제어할 수도 있다(도 12의 참조번호 121).

    본 발명의 장점은 키 스캐닝과 아날로그 제어 기능을 하나의 통합된 기술 내에 집적한다는 사실에 있다. 임의의 키를 조작하면 작동력 및 작동위치의 측정을 통해 작동위치를 특정하는 출력신호의 특정의 전기저항이 발생된다. 제2출력신호가 평가되면 가해진 작동력도 또한 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 비용은 종래의 연속 제어 유닛을 구비하는 키보드에 비해 매우 저렴하다.

    QQ群二维码
    意见反馈