[떠오르는 특허 기술⑫] 신호입력장치

특허뉴스 박진석 기자 | 기사입력 2019/07/17 [11:06]

[떠오르는 특허 기술⑫] 신호입력장치

특허뉴스 박진석 기자 | 입력 : 2019/07/17 [11:06]

신호입력장치는 수직 및 측 방향으로 밀었을 때 입력 신호를 발생시키도록 구성되는 장치로, 별도의 압력센서 없이 버튼이 밀리는 방향에 따라 상이한 종류의 입력 신호를 발생시킬 수 있도록 구성된다. 신호입력장치 분야 특허 기술 트렌드 및 시장 동향을 분석한다. <편집자>

 

신호입력장치는?

 

신호입력장치는 수직 및 측 방향으로 밀었을 때 입력 신호를 발생시키도록 구성되는 장치로, 별도의 압력센서 없이 버튼이 밀리는 방향에 따라 상이한 종류의 입력 신호를 발생시킬 수 있도록 구성된 밀기 방식의 기구다. 스마트 컴퓨터, IPTV, 모바일 게임기 등 원격으로 제어가 가능한 전자제품 등이 등장함에 따라 원격으로 신호를 입력하기 위한 신호입력 장치 역시 다양한 종류가 제공되고 있으며, 일반적으로 리모콘 및 게임기 버튼 등이 가장 흔하게 사용되고 있는 입력장치이다. 스마트폰 입력장치, 셀카봉, 리모콘, 마우스 등은 물론 드론(Drone) 컨트롤러, 의료 및 산업용 기기의 입력 장치 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용된다.

  

 

▲ 푸시 온 스위치 특허 도면     © 특허뉴스

 

현재 사용되는 리모콘이나 게임기 버튼의 경우 Dome Switch 및 버튼 누름 방식 등 하나의 누름 동작으로 단일 기능을 부여한다. 다양한 입력을 하기 위해서는 버튼의 개수를 늘리거나 복합 버튼 형태로 구성해야 히며, 이러한 경우 입력 디바이스의 크기가 커지거나, 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 현재와 같은 다양한 정보화 시대에서는 신호입력장치의 구조가 복잡할수록 오히려 사용성의 불편함을 초래하므로, 신호입력 장치는 단순하면서도 고성능을 제공하는 형태로 개발돼야 한다.

 

신호입력장치는 리모콘 및 게임기 입력 장치의 기능을 한층 더 업그레이드 한 것으로 수직 및 측 방향의 움직임을 통해 다양한 기능을 부여하는 입력 장치이며, 간략히 말하면 방향 제어를 위한 조이스틱과 선택 기능을 위한 버튼이 결합된 형태다. 밀기방식의 신호입력 장치는 단일 버튼으로 선택을 위한 중앙누름 기능과 방향을 인지하기 위한 밀기 기능 및 신호처리를 위한 커넥터로 구성된다.

 

기존의 마우스가 가지고 있는 다양한 기능(360° 포인팅, 스크롤, 클릭, 드래그 & 드롭, 가속도) 구현이 가능하며, IR/RF Bluetooth 통신 지원으로 다양한 디바이스와의 호환성이 우수한다. 또한 단일 모듈자체에서 이러한 기능 구현이 가능하므로 별도의 I/C가 불필요하며, 가격적인 부분에서 경쟁력이 있다.

 

주목받는 스마트 버튼

 

▲ 스마트 버튼에 적용된 센서 어레이     © 특허뉴스

 

아이티버스의 스마트 버튼과 기존 리모콘과 같은 누름 방식의 입력 장치와 게임기 등 조이스틱과의 동작 및 특성 비교 내용은 다음과 같다. 리모콘과 같은 일반 컨트롤러는 단일 센서가 버튼 하단에 놓여있어 버튼의 누름에 의해 센서 접지가 발생하며, 이러한 센서의 출력에 의해 정보를 입력하는 단순 On/Off 개념의 입력 신호를 전달하는 방식을 취하고 있어 현대와 같은 다양한 정보를 취하고, 입력함에 있어서는 여러번의 반복 동작이 필요하다. , 정보 입력을 위해 사용자로 해금 버튼의 누름 횟수가 증가하는 등 사용성에서 다소 불편함이 있을 수 있다.

 

게임기 등에 적용되고 있는 조이스틱의 경우에는 측면부에 4개의 센서가 놓여있는 형태이며 조이스틱의 회전 접촉 등에 의해 방향 이동을 할 수 있으나, 정보 입력을 위해서는 양손을 다 사용해야 하며, 사이즈를 소형화하기가 어려워 스마트폰 등과 같은 모바일 기기에 적용하기에는 다소 한계가 있다.

 

하지만 아이티버스가 개발한 스마트 버튼은 이러한 리모콘의 누름 기능과 조이스틱의 방향 인지 기능을 통합한 형태의 복합모듈 입력 장치로 하나의 손으로 방향 설정 및 입력이 가능한 장점을 가진다. 기존의 조이스틱이 일반적으로 4개의 센서를 사용하는 데 반해 스마트 버튼은 8개의 센서를 사용하고 있어 위치 및 방향에 대한 공간 분해능도 뛰어나 모바일 기기 등의 모든 디스플레이 화면에 다양한 방향으로 위치 이동이 가능하다.

 

스마트 버튼은 기존의 조이스틱이 가지고 있는 공간상의 문제를 해결해 점유 면적을 줄임으로써 사이즈를 컴팩트하게 제작할 수 있으며, 중앙버튼이 상, 하로 동작할 시 수직 방향의 1차원 버튼, 중앙버튼이 측 방향으로 동작할 시 좌/우 방향의 2차원 버튼 기능을 수행하는 3차원 입력 모듈이다.

 

또한 스마트 버튼은 기존의 마우스가 가지고 있는 기능 외에 작동원리의 차별에 따른 다양한 특징을 가지며, 모바일 기기, 게임기 등 적용하고자 하는 분야에 따라 버튼의 모양, 두께, 사이즈 조절이 가능하는 등 사용자의 요청에 따라 자유로이 설계가 가능하므로 응용분야가 넓다.

 

스마트 버튼 특허 기술동향

 

스마트 버튼은 수직 및 측 방향으로 밀었을 때 입력 신호를 발생시키도록 구성되는 일종의 3차원 신호 입력 장치에 관한 것으로, 이러한 시스템 구성요소 중에서 중요한 부분이 적용되고 있는 센서의 형태 및 구성에 관한 것이다. 이러한 터치 및 누름 방식에 의한 신호 입력 시스템에 가장 많이 적용되고 있는 누름 방식 입력 센서인 Dome Switch의 제작 공정을 간략히 소개한다.

 

Dome Switch 방식의 단순 터치 및 누름 동작에 의한 신호 입력 제품은 대부분 리모콘, 노트북, 게임기, 산업 기기 등에 적용되고 있으며, 대부분 단순 누름에 의한 On/Off 동작 구현 방식을 많이 적용하고 있다.

 

한국표준과학연구원이 등록한촉각센서와 발광 소자를 융합한 스마트 스위치 및 그 제어방법특허는 터치의 위치와 세기에 따라 발광 소자의 출력을 제어함으로써 다양한 감성을 제공할 수 있는 스마트 스위치 및 그 제어방법에 관한 기술이다. 본 발명의 일례와 관련된 촉각센서와 발광 소자를 융합한 스마트 스위치는, 스위치에 소정의 터치가 인가되는 경우, 터치의 위치 및 세기에 대응되는 전기신호가 형성되는 촉각센서와 빛을 조사하는 발광 소자(Luminous Element)로 구성된다.

 

 

▲ 촉각센서와 발광 소자를 융합한 스마트 스위치 및 그 제어방법 특허 도면     © 특허뉴스

 

촉각센서에 형성된 전기신호를 이용해 터치 위치 및 세기를 측정하고, 그 결과에 따라 발광 소자에서 조사되는 빛의 출력을 제어한다. 이 과정에서 촉각센서는, 터치에 따라 저항값 변화가 유도되는 복수의 감지 저항체나 그 사이에 배치되는 중간 저항체를 포함한다.

 

개인 발명가의푸시 온 스위치특허는 스위치 접촉 어셈블리가 제공된 접촉 기판 및 상기 스위치 접촉 어셈블리 상에 설치된 탄성 변형 부재를 포함하고 있다. 여기에 판부와 관형부를 추가로 포함한다. 관형부는 탄성 변형 부재의 상부를 포위하기 위해 상기 판부의 주변 에지로부터 아래쪽으로 뻗어 있다. 판부에는 그 중앙에 하부면 상의 홈이 형성되어 있다. 상기 홈의 바닥면은 상기 탄성 변형 부재의 윗면 상에 배치된다. 푸시 온 스위치는 접촉 기판에 고정된 관형 케이스 내에서 수직으로 이동 가능하도록 푸시 버튼의 관형부를 지지한다.

 

▲ 원격제어장치 및 원격제어방법 특허 도면     © 특허뉴스

 

오성전자가 등록한원격제어장치 및 원격제어방법특허는 다양한 전자기기의 전원을 용이하게 제어하기 위한 원격제어 기술이다. 원격제어장치는 제어하고자 하는 전자기기를 선택하기 위한 제품 모드 선택 키가 포함된 키 입력부와 설정된 제품 모드를 표시하는 표시부, 그리고 적어도 2종이상의 전자기기에 대해 제어 데이터가 저장된 메모리부로 구성된다. 제품 모드 선택 키가 입력된 시간에 따라 입력된 제품 모드 선택 키에 해당하는 전자기기의 전원 온/오프 제어 데이터가 송출되도록 하거나 입력된 제품 모드 선택 키에 해당하는 전자기기로 제품 모드를 변경해준다. 제어부에 의해 선택된 제어 데이터를 적외선 신호 형태로 송출하는 출력부가 포함되는 것이 특징이다.

 

신호입력장치 시장 현황

 

신호입력장치 제품인 스마트 버튼을 이용한 신호입력장치는 표준산업분류(SIC)상 기타 주변기기 제조업(C26329)로 정의할 수 있다. 버튼이 측방향으로 밀렸을 때 입력신호를 발생시키도록 구성되는 신호입력장치인 제품의 후방산업은 주요부품과 센서 제작을 위한 전기·전자부품 제조업 및 사물간 통신관련 설계 및 제조업이며, 전방산업은 일반 소비자 및 PC, 스마트 디바이스에 관한 제조업이다.

 

▲ 스마트 버튼 기술의 적용 가능 분야     © 특허뉴스

 

신호입력장치 제품의 수요처는 센서 산업을 기반으로 하며, 스마트 디바이스를 위한 주변 장치센서를 필요로 하는 다양한 산업 및 일반소비자다. 스마트 버튼을 이용한 신호입력장치 시장은 전방산업인 컴퓨터, 스마트 디바이스 산업 등에 영향을 받는 시장으로 볼 수 있다.

 

현재와 같은 ICT 산업의 발달에 따른 다양한 정보화 시대에서 정보의 입력 및 출력 등과 같이 사용자와 사물간의 User Interface(UI)가 중요한 관심사로 떠오르고 있다. 2005년 최초로 LG 전자에서 스마트폰의 출시로 인해 터치 방식의 입력 장치가 세상에 선보이게 됐으며, Apple 사에서 iPhone 출시로 스마트폰과 같은 모바일 시장은 현재와 같이 가장 큰 시장을 형성하게 됐다.

 

이러한 모바일 시장이 현재와 같이 성장하게 된 계기가 기존의 입력장치라고 하면 컴퓨터의 키보드, 마우스, Keypad 등과 같은 터치 하중에 의한 물리적 접촉에 의한 입력 방식을 사용했으나, 모바일 기기는 터치센서라는 새로운 방식의 입력 장치를 채용함으로써 사용자로 해금 누구나 손쉽게 사용할 수 있으며, 직관적인 동작으로 시장의 관심을 받았기 때문이다. 이러한 스마트폰과 같은 모바일 시장은 2009년 이후 꾸준히 성장하고 있으며, 향후에도 시장의 성장은 계속될 것으로 예상된다.

 

스마트폰 시장은 해마다 조금씩 성장하는 모습을 보여주고 있으나, 현재 스마트폰의 H/W 범용화로 차별화에 한계가 있어서 기존 제품과는 다른 기능 및 차별화를 원하는 형태로 발전하고 있다. 이러한 추세를 반영하듯 모바일 디바이스도 현재는 디스플레이 화면을 넓히기 위해 홈버튼을 없애는 방향으로 개발이 진행되고 있으며, 이러한 시장 트렌드에 따라 홈버튼을 모바일 기기에 후면에 부착하거나 홈버튼을 대체하기 위한 고기능의 입력 장치에 대한 개발이 필요하게 됐다. 이러한 사회 및 환경적인 영향에 따라 이러한 시대적 상황과 잘 부합하는 기술이다.

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