아이폰에 사용된 기술 (터치 스크린, 센서)

■ 정전용량식 터치스크린의 종류 :

 

지난번 포스트에 이어서 '터치스크린' 이야기를 계속해 보자. '터치스크린'은 아이폰의 가장 중요한 설계 목표였을 뿐만 아니라, 아이폰의 출발점이라고도 할 수 있다. '혁명적 UI(사용자 인터페이스)'를 다른 무엇보다 앞세우는 스티브 잡스의 디자인 철학에서 터치스크린은 한가운데 우뚝 서 있는 셈이다. 터치스크린 기술 자체가 새로울 건 없다. 비록 기술적 구현 방법은 달라도 이미 오래 전부터 '터치스크린'은 생활기기나 산업기기에 널리 활용되어 왔으니까. 하지만, 가장 '최신의' 터치스크린 기술을 휴대폰이라는 매우 민감한 UI의 영역에 '유일한' 인터페이스 수단으로 채택했다는 점에서 '혁명성'이 있는 것이고, 터치스크린 산업계에서도 '아이폰에 적용한 정전용량식 터치스크린'은 매우 중요한 사례로 주목받고 있다. 아이폰의 성공이 향후 터치스크린 산업에 지대한 영향을 줄 가능성이 매우 높기 때문이다.

 

정전용량식 터치스크린의 종류와 응용 이슈들을 간단하게 살펴보고 넘어가자.

표면(Surface) vs. 투영(Projected) : 정전용량식 터치스크린의 기술적 구현 방법도 계속 발전해 나가고 있다. 과거에는 '표면(Surface)' 정전용량 방식을 사용했으나 최근에는 대부분 '투영(Projected)' 정전용량 방식으로 대체되었다. 그래서 이제는 PCT(Projected Capacitiv Touchscreen)이라는 용어가 정착되어 널리 사용되고 있다. 터치스크린 기술과 관련해서 꼭 기억해 두어야 할 용어가 또 하나 있다. ITO(Indium Tin Oxide) 필름인데, 일종의 '투명 도전성 필름'이다. 투명한 (투명도는 제품마다 다름) 필름인데 전기가 통하는 '도체' 필름이라는 것이다. 이런 ITO를 LCD와 같은 디스플레이 장치 위에 입혀서 여러가지 터치스크린 센서를 만들어 내는 것이다. '표면' 정전용량 방식은 디스플레이 상에 ITO 필름으로 하나의 큰 도체 층으로 만들어 여기에 작은 전압을 가하면 전기장이 형성되는데 디스플레이 네 모서리에서 각각 정전용량을 측정한다. 사람 손과 같이 전기장을 변화시키는 물체가 표면에 접촉되면, 4 모서리에서 측정된 정전용량의 변화를 통해 접촉된 위치를 계산하여 구하는 방식이다. 주로 카지노 게임기, 키오스크(Kiosk), ATM 등에서 활용된다.

 

'표면(Surface)' 방식에서는 정전용량의 디스플레이의 4 귀퉁이에서만 했는데, 그런 아날로그 방식으로는 개략적인 접촉 지점을 계산해 낼 수는 있겠지만, 미세한 위치 좌표를 얻어내기는 힘들다. 따라서 정전용량 방식의 장점을 살리면서 정교한 좌표 인식을 구현하기 위해서는 각각의 화소에서 정전용량을 독립적으로 구성해야 할 필요가 생길 수밖에 없다. 그래서 한 전극에서 전기장(Electric Field)을 쏘고 다른 전극에서 전기장을 받아 두 전극 간 정전용량의 변화를 감지하는 방식이 고안된 것이다.  이때 "전기장이 투영(Projected)된다"고 해서 '투영(Projected)' 정전용량 방식(줄여서 PCT)이라고 부르는 것이다. 자, 이제부터는 머리 복잡하면 표면이고 투영이고 그딴 거 다 잊어 버리고, 그냥 PCT만 기억하자. 아이폰을 이해하기 위해 터치스크린 역사까지 거슬러 올라갈 필요는 없다. 하지만 다음 사항은 아이폰과 직접적 관련이 있으므로 귀를 쫑긋 세우고 들을 필요가 있다. 같은 PCT일지라도 그 구현 방법에 따라 또 두 가지 방식으로 크게 나뉜다. 소위 '자기(Self)' 정전용량과 '상호(Mutual)' 정전용량이라 불리는 방식이다.

  

자기(Self) vs. 상호(Mutual) : '자기'니 '상호'니 하는 용어는 '정전용량(Capacitance)'을 구분하는 전자전기 용어에 지나지 않는다. 뭐 대단하게 생각할 필요는 없다. '자기 정전용량'은 말 그대로 어떤 도체가 자체적으로 갖고 있는 정전용량을 말하는 반면에, '상호 정전용량'은 두 도체 간에 형성된 정전용량을 말한다. 사실 '자기 정전용량'도 따지고 보면 '지구(Earth)'와 그 도체와의 '상호 정전용량'인 셈이다. 그렇지만, 두 정전용량 방식의 실제 구현과 응용 면에서는 상당한 차이를 보이게 되므로 이슈화가 되어 있는 것이다. 쉽게 말하면 '자기 정전용량' 방식은 '한 겹' 짜리고, '상호 정전용량' 방식은 '두 겹' 짜리다. 이에 대한 아주 훌륭한 일러스트가 "How Stuff Works" 사이트에 올라와 있어서 잠시 인용한다.

'자기 정전용량(Self Capacitance)' 방식은 터치 인식을 위한 기본 화소마다 한 개의 전극을 사용해서 그 전극의 정전용량의 변화를 읽어내는 방식이다. 한 전극의 '자기 정전용량'을 측정하는 것이므로, 전극층(Electrode Layer)은 한 층(Layer)만 있으면 된다.

 

'상호 정전용량(Mutual Capacitance)' 방식 터치스크린은 두 전극 간의 정전용량을 이용하는 방식으로서, 한 전극은 가로축으로 배열하고 다른 한 전극은 세로축으로 배열하여 격자 구조로 만든 다음 양축 간의 교차점에서 형성되는 정전용량을 순차적으로 측정해 나감으로써 특정 지점의 정전용량 변화를 감지해내는 방식이다. 

■ 단일점(Single-Point) vs. 다중점(Multi-Point) Touchscreen

 

아이폰에 '정전용량' 식 터치스크린을 사용했다는 점보다 더 중요한 것은 '다중터치(Multiple Touches)' 또는 '다중점(Multiple Points) 터치스크린'을 구현했다는 점이다. 애플사는 2004년에 멀티터치와 관련된 특허를 신청하여 2006년에 특허가 등록되었다. (참조: U.S. Patent 20060097991 "Multipoint Touchscreen") 이 특허에서 애플은 '자기 정전용량'과 '상호 정전용량'의 두 가지 방식 모두에 대해 '멀티터치' 구현 방법을 청구했다.

 

멀티터치와 관련된 일부 기술 문서에서 마치 '자기 정전용량' 방식은 '단일점(Single Point)' 터치만 인식할 수 있고, '상호 정전용량' 방식은 '다중점(Multiple Point)' 터치 인식이 가능한 것처럼 묘사하는 경우가 있으나, 그렇지 않다. 아래의 '다중점 터치스크린'에 대한 애플의 특허 자료에 보면, 분명히 '자기 정전용량' 방식의 터치스크린 또한 '다중점 터치스크린'으로 특허를 청구했다.  아마, 과거의 '자기 정전용량' 방식의 터치스크린들이 '단일점 터치'만을 인식하도록 구현되었던 것에서 그런 오해를 한 것 같다. (이런 단일점 터치스크린에서는 다중터치를 했을 경우 좌표 산출에 '모호성(Ambiuity)'이 발생한다. X-Y의 조합에 의해서 터치좌표를 산출하는 것이 아니라 독립적으로 터치가 인식되기 때문에 X1/X2가 터치되었다는 것과 Y1/Y2가 터치되었다는 결과만을 가지고는 어떤 좌표 조합이 '실제로' 터치된 좌표인지 정확하게 알아낼 수 없다. 그래서 엉뚱한 곳을 가리키는 소위 '허깨비(Ghosting)' 현상과 '스내핑(Snapping)' 현상이 발생한다.) 

 

과거에도 '자기 정전용량'이나 '상호 정전용량' 식 터치스크린은 있었지만, '다중 터치(Multi-touch)'를 인식하도록 만들어지지 않았기에 애플에서는 센서의 배열 또는 구조, 전기적 회로, 소프트웨어(펌웨어) 등을 새롭게 고안해서 두 가지 정전용량 방식 모두에 대해서 '멀티터치'가 가능케 하는 구현 방법을 특허로 청구한 것이다.  특허 상에서는 최대 15개까지의 '다중터치'를 인식할 수 있다고 하는데 최대 터치 수는 무엇에 의해 제한될까?  내 생각으로는 전체 정전용량 전극 배열을 순차적으로 스캔하는 주파수, 즉 일초에 몇 번이나 터치스크린을 스캐닝하는가 하는 주파수 문제와, 시간적으로 '동시'라고 정의되는 허용 한계치를 얼마로 설정하느냐에 관련된 이슈일 것으로 판단된다. 어쨌든 '아이폰'이나 '아이팟 터치'에서는 정전용량 두 가지 방식 중의 어떤 방식을 사용했을까?  (그건 나도 아직까지 잘 모르겠다. ^^;;;)

 

위의 특허 내용에 나타나는 'the pressure'라는 단어 때문에

애플 루머 사이트에서는 아이폰의 터치스크린이 '압력'을 인식한다는 소문이 있었던 것 같다.

심지어는 '압력 센서'를 내장하고 있다는 루머까지..... ^^ 과연 진실은?

 

■ 정밀한 '터치 좌표'의 계산

 

아이폰 터치스크린의 전극 해상도는 24 x 36으로 알려져 있다. LCD 디스플레이 해상도가 HVGA인 320 x 480 라는 점과 비교해 보면 대략 13개 화소 당 하나의 정전용량 전극을 갖는 셈이 되는데 어떻게 이런 저해상도 전극을 가지고 320 x 480의 좌표계 안에서 정확한 좌표를 계산해 낼 수 있을까?

 

만일 각 전극의 정전용량을 '디지털' 방식으로 측정한다면 아마도 전극보다 훨씬 더 작은 해상도로 터치 좌표를 인식할 수 있는 방법은 없을 것이다. 전극들의 미세한 정전용량 변화량을 '아날로그' 방식으로 측정하여 데이터를 수집하면 어떤 한 전극이 접촉 '했냐' '안했냐'의 두 가지 경우만 나오는 것이 아니라, 일종의 정전용량 '분포도'가 나오게 된다. 그 후에 컴퓨터 소프트웨어에 의해서 잡음(노이즈)을 제거하고, '패턴 분석'을 통해서 '실제로 터치된 전극'들로 압축하고, '터치영역'의 크기와 모양에 따라서 실제 사용자가 가리키고자(Pointing)하는 세밀한 좌표를 산출해 낼 수 있는 것이다. (아마도 이러한 터치영역의 패턴과 미세한 포인팅 좌표와의 상관관계에 대해서 많은 연구가 있었을 것으로 본다.)

 

■ 제스처(Gesture) :

 

아이폰에서는 '제스처(Gesture)'라는 단어가 많이 출현한다. 제스처란 무엇일까?  터치스크린이라는 일종의 입력 장치를 통해서 사람이 입력하고자 하는 '의도'의 가장 근본적인 단위는 물론 '터치(Touch)' 자체이다. 어떤 한 점(Point)을 접촉(터치)에 의해서 가리키는 것이다. 단순히 어떤 한 지점을 가리키는(Pointing) 것이 입력 내용의 전부일 수도 있지만, 그보다 더 상위 수준의 '의도'가 있을 수 있다. 우리가 손가락 한 개를 이용해 손가락 끝으로 '어떤 지점을 가리키는 것' 외에도 흔들거나, 끝을 구부리거나, 선을 그어서 여러가지 의사 표시를 할 수 있듯이 더 높은 수준의 '의사 표시'를 할 수 있는데 이와같은 것들을 '제스처'라 부를 수 있다.

 

만일 손가락 하나로 어떤 한 지점을 터치하는 가장 낮은 수준의 입력을 '한 글자'라고 한다면, 다양한 글자의 조합을 통해서 여러가지 '단어'를 만들 수 있는데, 이러한 단어들의 집합이 '제스처'에 비유될 수 있는 것이다.

 

아이폰 사용자 인터페이스(UI)에서 사용되는 가장 근본적인 제스처("터치-어휘" 요소)에는 다음과 같은 것들이 있다.

 

아이폰의 기본 제스처들... 싱글탭(Single Tap) : 한 번 톡 치는 동작 - 어떤 것을 선택하거나 활성화시킴. 더블탭(Double Tab) : 두 번 톡톡 치는 동작 - 디스플레이 형식을 변화시킴. 화면 전환하기 드래그(Drag) : 한 지점을 누르고 떼지 않은 채로 다른 위치까지 끄는 동작 - 선택 또는 통제된 스크롤 스톱(Stop) : 스크롤하는 동안에 움직이는 목록을 정지시키기 위해 콕 누르고 떼지 않는 동작 스와이프(Swipe) (책장을 넘기듯이) 좌우로 넘기는 동작 - 창 바꾸기 플리크(Flick) (옷에 묻은 먼지를 털듯이) 위아래로 튕기는 동작 - 빨리 스크롤하기 핀칭(Pinching) 떨어진 두 손가락을 서로 붙여서 가깝게 만드는 동작 - 어떤 것을 줄어들거나 작게 만듬. 줌아웃 언핀칭(Unpinching) = 스프레딩(Spreading) 가까운 두 손가락을 서로 더 멀게 벌리는 동작 - 어떤 것을 늘어나거나 크게 만듬. 줌인 두 손가락 싱글탭(Two-Finger Single Tap) : 두 손가락을 동시에 한 번 태핑하는 동작 - 축소하기. 줌아웃

 

 

위의 제스처 중에서 '스크롤(Scroll)'을 위한 스트로크의 결과로 나타나는 화면의 스크롤링 방식이 매우 특별하다. 손가락을 터치스크린에서 떼자마자 화면 스크롤이 정지하는 것이 아니라, 현실 세계에서 실제 바퀴를 돌렸을 때와 마찬가지로 손가락을 뗀 후에도 어느 정도 계속 스크롤이 진행되면서 서서히 감속하다가 부드럽게 멈춘다. 그래서, 돌아가는 바퀴를 한순간 멈추기 위해서는 바퀴를 손으로 탁 잡아서 멈춰야 하듯이 관성에 의해서 스크롤 되는 화면을 멈추기 위해서는 싱글탭으로 톡 잡아주어야 한다. (이런 제스처를 '스톱 제스처'라고 한다.) 스와이프 동작과 플리크 동작은 제스처상으로는 비슷하지만 우리가 어떻게 '느끼는가'에 따라서 좌우로 책장을 넘기는 느낌이 나면 '스와이프'라 하고, 옷에 묻은 먼지를 손가락으로 튕기는 듯한 느낌이 나면 '플리크'라고 다르게 부르는 것 같다. (제스처에 대한 자세한 내용을 다룰 때 정확한 정의를 알아보기로 하자. ^^;;)

 

■ HVGA, 3.5인치, 160ppi, 18비트 컬러

 

자, 이제 아이폰의 '멀티터치'에 대해서는 대충 알아볼 만큼 다 알아본 것 같다. 위키(Wiki) 번역 내용에서 '풀이'해 드려야 할 나머지들을 챙겨보자. 정전용량식 터치스크린은 표면층으로서 '긁힘방지' 유리를 사용한다는 것은 앞서 설명드린 바 있다. 지문과 같은 얼룩이 생기지 않도록 '혐지성' 코팅도 되어 있다는 점도....

 

아이폰의 '혁명적 UI'의 핵심을 차지하는 것은 무엇일까? 멀티터치? 맞다. 멀티터치스크린이 핵심이라 할 수 있지만 이와 함께 혁명적으로 결정된 또 하나의 설계 사양은 바로 '커다란' 디스플레이다.  3.5" 크기의 HVGA 해상도 (320 x 480)를 가진 화면. 어떤 물리적인 플립이나 슬라이드 구조를 갖지 않고 단일 몸체로 구성된 아이폰의 앞면 전체를 차지하는 크기이다. 그렇다면, 휴대폰에서 특히나 데이터 작업이 주를 이루는 스마트폰에서 물리적인 키보드를 완전히 제거했다는 얘기가 되는 것이다.

 

그러므로, 아이폰 UI의 혁명성은 <멀티터치> + <큰 화면> + <물리적 키보드의 제거>에 있다고 봐야 하는 것이다. 이것을 다른 말로 옮기면 <멀티터치> + <3.5" HVGA> + <가상 QWERTY 키보드>가 된다.  (QWERTY 키보드는 꼭 '물리적인' 키보드를 의미하는 게 아니라, 일반 휴대폰에서는 문자 자판이 숫자 자판 위에 순서대로 나열되어 있지만, 데이터 작업을 많이 하는 스마트폰에서는 실제 컴퓨터 자판과 같은 배열로 구성된 '조그만' 키보드를 장착시켜온 게 대부분이다. 아이폰은 QWERTY 키보드를 사용하는 것은 맞지만, 물리적인 키보드가 아니라, '터치스크린'을 통한 '가상키보드'라는 얘기다.)

 

3.5인치 HVGA에서 HVGA라는 것은 과거 컴퓨터 디스플레이의 표준 해상도였던 VGA(640 x 480)을 기준으로 놓고, 이것을 절반(Half)이면 HVGA, 1/4(Quater)의 크기이면 QVGA, 1/4의 절반이면 HQVGA, 1/4의 1/4이면 QQVGA 등으로 이름을 붙인 것뿐이다. 아래 그림을 보면 여러 디스플레이 해상도를 쉽게 비교할 수 있다.

 

전통적인 디스플레이 해상도 비율은 크게 2:3 또는 3:4의 두 가지로 나뉜다. 이렇게 된 유래는 영화 필름에서 비롯된다. (참조: "왜 35mm 필름인가?")  소위 35mm 필름(여기서 35mm라는 것은 영화 필름의 폭 사이즈를 말한다.)에서 한 장면(프레임)의 크기는 18 x 24로서 3:4의 비율을 갖고 있다. 영화는 TV를 낳고, TV는 비디오를 낳고, 비디오는 컴퓨터 모니터를 낳고.....등으로 따져 보면 전통적으로 디스플레이의 화면 비율은 3:4를 표준으로 유전(?)되어 왔다. 황금비율(=1.618....)과는 별 관계가 없다. 그런데 영화를 위해 만든 이 필름을 소형카메라 필름으로 활용하면서부터 2:3비율이 탄생했다. 영화 프레임(24 x 18) 두 개를 이어서 한 장의 사진 프레임으로 만들었더니, 24 x 36mm가 되어서 2:3의 비율이 탄생한 것이다. 이때부터 영화/TV/비디오/컴퓨터 계열의 3:4 계보와 사진의 2:3 계보가 나뉘기 시작한 것이다. 요즘 와서는 모든 게 디지털화 되면서 16:9 비율의 '와이드' 비율까지 탄생하고 영화, 사진 구분 없이 다양한 비율들이 활용되고 있다. (한 가지 더 곁들이자면 '종이'의 표준 비율은 2의 제곱근, 즉 √2 = 1.414.... 비율을 사용하고 있다.)

 

 

HVGA(320 x 480) 해상도에 (대각선 길이) 3.5인치 크기의 화면을 사용한다고 하면 화소의 밀도는 인치 당 160 화소(160ppi)로 계산된다. 디스플레이 화소밀도로서는 매우 좋은 편이다.

 

[Wiki]   디스플레이는 3개의 센서에 반응한다. '근접(proximity) 센서'는 통화하는 동안 전화를 얼굴 가까이 가져가면 디스플레이와 터치스크린을 꺼 버린다. 이것은 배터리를 절약하고, 사용자 얼굴이나 귀의 접촉으로 인한 의도하지 않은 입력 오류를 피하기 위한 것이다. '주변광(ambient light) 센서'는 화면 밝기를 자동으로 조절함으로써 배터리를 절약한다.

 

 

■ 아이폰의 3종 센서:

 

Macworld 2007에서 스티브 잡스가 소개했듯이 아이폰에는 3개의 중요한 센서가 내장되어 있다.

1. 근접(Proximity) 센서
2. 주변광(Ambient Light) 센서
3. 가속도(Accelerometer) 센서

 

 

근접(Proximity) 센서 : 스티브 잡스의 PT에서는 센서의 개략적인 위치를 화살표로 가리키기만 했는데 실제 센서는 어떤 모양과 크기로 어디에 위치해 있을까?  가속도 센서는 외부에 노출될 필요가 없지만, 근접 센서와 주변광 센서는 분명히 외부에 노출될 수밖에 없는 것이라면 육안으로 확인할 수 있는 방법이 있기 마련이다. 아~~~주 쉽게 확인할 수 있다. 스캐너로 아이폰을 직접 스캐닝하는 것이다. 바로 아래 사진과 같이 두 센서가 적나나하게 모습을 드러낸다. (오리지널 아이폰과 3G/3GS 아이폰이 센서의 위치가 갯수가 다르다고 한다.)

어느 놈이 '근접 센서'이고 어느 놈이 '주변광 센서'일까?  소문에 의하면 오리지널 아이폰에서는 1개의 근접센서를 사용했는데 오동작 하는 경우가 많아서 정확성을 높이기 위해 3G/3GS부터는 2개의 근접센서를 채택했다는 루머가 있던데... 과연 그럴까? 표면상 모양이 같은데 구분할 수 있을까? 그리고 왜 꼭 저곳에 저런 모양으로 배치를 했을까? 모든 설계에는 다 이유가 있고, 사연이 있는 법이다.  내 개인적인 생각으로는 '근접센서'를 아이폰의 화면 한 가운데에 배치할 수는 없는 노릇이니까, 위 아니면 아래쪽이어야 하는데 위를 선택한 이유는 사람들이 전화기(송.수화기)를 들고 통화를 할 때 본능적으로 귀에는 바짝 붙이고 입에서는 약간 떼는 특성을 감안한 것 같다. 듣는 건 자세히 들어야 하고, 입에는 더러운 게 안 묻도록 약간 떼는 것은 당연한 본능일지도 모른다. 그렇다면 왜 '근접센서'와 '주변광센서'를 공간적으로 함께 배치할까 하는 문제가 있는데, 그것은 '근접센서'와 '주변광센서'의 기능이 서로 연관성이 있기 때문이다. '주변광 센서'의 목적은 주변광(Ambient Light), 즉 야외의 태양광이든, 실내의 조명등이든, 촛불이든 주변의 모든 빛의 밝기를 측정해서 어두운 곳이라면 화면이 조금만 밝아도 잘 보이므로 LCD의 밝기를 줄이고, 아주 밝은 곳이라면 LCD 화면이 잘 안보이므로 LCD를 더욱 밝게 만들어서 가독성을 높이거나 배터리를 절약하고자 하는 것이다. 그런데, 센서 입장에서는 극장과 같이 어두운 곳으로 들어왔기 때문에 주변광이 어두워진 건지, 아니면 아이폰 사용자가 우연히 손가락으로 센서 부분을 가려서 잠시 어둡게 된 것인지 구분할 방법이 없다. 그런 상황의 차이를 구분해 주는 보조자가 바로 '근접센서'이다. 이렇게 근접센서와 주변광 센서는 서로 상호작용을 통해서 더욱 유용한 정보를 얻어낼 수 있을 뿐만 아니라 빛을 이용한다는 점에서도 공통성이 있기에 통합된 모듈(Module)로 구성하는 경우가 대부분이다.   
     

뭐, '근접센서'를 찾아내는 것은 별로 어려운 일이 아니다.  어떤 물체와 직접 접촉하지 않고서 그 물체가 가까이 근접했다는 것을 감지하는 '근접센서'의 종류는 무척 많지만, 위의 사진에서 보는 바와 같이 신호를 내보내는 구멍과 신호를 받아들이는 구멍이 따로 따로 있고, 어떤 식으로든 주변광 센서와 연계되어 있다는 점과, 휴대폰을 얼굴 근처에 가까이 가져갈 경우(즉, 통화 중일 경우) 화면을 끔으로써 배터리를 절약하고 터치센서의 작동을 멈추게 해서 통화 중에 얼굴 터치로 인한 오동작을 방지하는 것이 주목적이라고 하지만 스마트폰이라는 특성상 범용 목적의 '근접센서'로서도 활용할 수 있어야 한다는 점 등등을 종합해 보면, 정답은 '적외선(Infrared)'밖에 나오지 않기 때문이다.
  

그렇다면, 적외선을 쏴서 '근접'을 감지하는 방식이라면 정말 적외선을 쏘는지 안 쏘는지 눈으로 확인하면 될 일이다. 하지만, 그게 사람 눈에 보이면 왜 '적외선'이라고 이름을 붙였을까. '가시광선'이라는 딱 맞는 이름이 있는데 말이다. 행여 '허준' 선생처럼 신의 경지에 이른 '신의(神醫)' 정도 되면 환자를 딱 보자마자 '어허 배는 차갑고, 볼따구는 따뜻하구만...' 하고 훤히 들여다 볼 수 있는 '적외안(赤外眼)'을 가지고 있을지 몰라도 우리네같은 평범한 사람에게는 적외선은 안 보인다. 그렇다고 이거 한번 보자고 적외선 카메라를 살 수는 없는 법이다. 우리 눈이 못 보면 적외선을 볼 수 있는 놈을 찾아야 하는데 우리 주변에 가장 흔한 것 중의 하나가 디지털 카메라나 캠코더에서 널리 사용되는 촬상소자다. CCD든 CMOS든 모두 다 적외선이 찍힌다. CCD는 적외선을 알아보고 우리 눈에 보이는 영상으로 옮겨준다. 컴퓨터에 달려있는 웹캠도 대개는 CCD를 사용한다. 그래서 걍 간편하게 웹캠으로 찍어보자. 어느 구멍에서 적외선을 쏘는지..... (행여나 고급 캠코더나 고급 디지털 카메라로 찍을 생각은 안 하는 게 좋다. 고급 카메라는 대부분 '적외선(IR) 필터'와 '자외선(UV) 필터'를 내장하고 있어서 가시광선 외에는 모두 걸러버리니깐. ^^)

 

 

 

 

이제 실험을 통해서 '근접센서'는 '적외선(Infrared)' 방식을 사용하고 있고, 적외선을 쏘는 '적외선 발광 다이오드(IR LED)'는 위의 세 구멍 중에서 '수화기 스피커' 바로 왼쪽에 있는 구멍이라는 걸 알게 되었다. 빛을 쏘는 장치를 '발광 소자'라고 하고, 빛을 받아들여 감지하는 장치를 '수광 소자'라고 한다. 적외선을 이용한 '근접센서'는 '적외선 발광소자'와 '적외선 수광소자' 한 쌍으로 구성된다. (발광소자와 수광소자가 하나로 패키징된 부품도 있으나 발광부와 수광부가 물리적으로 나뉘어져 있다는 점에선 마찬가지다.) 그렇다면, 수광소자는 위의 사진에 나타난 3개의 구멍 중에서 어느 구멍에 해당될까? 적외선 LED가 반짝이는 발광소자의 위치는 알고 있으니, 수광소자 역할을 하는 구멍은 왼쪽 아니면 위쪽에 있는 2개 중 하나일 것이다. 아주 가까운 근접도 감지하려면 발광소자와 수광소자를 가깝게 배치해야 한다는 점에서는 당연히 위쪽에 있는 구멍이 '수광소자'에 해당한다고 짐작할 수 있으나, 추정은 추정일 뿐이니까 실험을 통해서 확인해 보자. 아래와 같은 간단한 실험을 통해 '근접센서'의 감지 영역을 알아낼 수 있다.

 

 

 

실험을 통해 알아낸 '근접센서'의 '감지 영역(Sensing Area)'와 위에서 스캐닝을 통해 알아낸 3개의 구멍 위치를 비교해 보자.

매스킹 테이프(masking tape)를 이용해서 알아낸 '근접센서'의 '감지영역'과, 스캐너로 스캐닝해서 알아낸 3개의 센서 구멍(Holes)을 1:1로 겹쳐서 비교해 본 결과, 예상대로 '수화기(Earpiece)' 스피커 바로 옆에 가까이 붙어있는 2개의 구멍과 일치한다. 이것은 곧 아래쪽 구멍이 적외선 발광소자인 <IR LED>이고, 위쪽 구멍은 적외선을 감지하기 위한 적외선 수광소자로서 <포토다이오드(Photodiode)>를 사용했다는 얘기다.
  

인터넷을 통해 좀더 알아본 결과, 3개의 구멍을 모두 포함하는 회로 모듈을 "감응화(Sensitization) 케이블"이라고 부른단다. 실제 부품으로 어떤 제품을 사용했는지 궁금해서 알아보려고 했으나, 케이블 전체 사진만 봐 가지고는 부품의 모양을 확실하게 확인할 수는 없었는데, DS1라고 레이블이 되어 있는 적외선 발광소자는 "OSRAM사의 SFH4685 적외선 에미터"일 가능성이 높고, 수광소자 역시 "OSRAM사의 BPW34 포토다이오드"일 가능성이 높다. BPW34는 400nm~1,000nm까지 영역 즉, 가시광선 영역뿐만 아니라 적외선 영역도 함께 감지한다.

 

포토다이오드가 적외선 뿐만 아니라 가시광선 영역도 포함한다면 "주변광(Ambient) 센서"로서 별개의 센서를 사용하지 않고 적외선 수광소자로 사용되는 포토다이오드를 주변광 센서로 동시에 사용할 수도 있다는 얘기가 된다. 과연 그럴까? 그럴 수도 있지만 아닐 수도 있기 때문이다. 더군다나 요즘은 '주변광 전용' 포토다이오드 상품도 많이 나오고 있으니까, 아무래도 '주변광 센서'라고 팔리는 제품들이 주변광 감응에 더 민감하고 정확할 것이다. 그렇다면, 맨 왼쪽에 있는 마지막 구멍은 무엇을 위한 것일까?  그 구멍이 주변광 센서를 위한 것이라면 주변광 센서 하나에 적외선 발광소자, 적외선 수광소자 이렇게 3개의 구명이 모두 설명이 된다. 사진이 희미해서 정확히 판단하기는 힘들지만, 구멍이 뚫여 있는 것으로 보아 역시 광학(Optical) 소자로 봐야겠고, 모양으로 봐서는 IC타입인 거 같은데, 이 3번째 구멍이 바로 '주변광 센서'일 가능성이 매우 높지만 그래도 확인을 좀 해봐야 겠다.

  

그런데, 저 3번째 구멍 안에 주변광 센서가 있다는 것을 어떻게 확인할 수 있을까?  쉽다. '주변광 센서'의 가장 주된 용도가 주변 밝기에 따라서 화면의 밝기를 자동 조절함으로써 배터리를 절약하고 가독성을 높이자는 얘기인데, 실제로 아이폰을 사용해 보면 그런 '자동 밝기 조정'이 수시로 일어나는 것이 아님을 알 수 있다. 효용성과 효율성을 따져서 결정했겠지만, 실제로 '밝기의 조정'이 일어나는 순간은 아이폰이 '잠든 상태'(검은 화면)에서 홈 버튼을 누르고, '밀어서 잠금해제'를 하자마자 첫 화면을 띄울 때 '밝기 조정'이 일어난다.  그런데, 재밌는 것은 더 밝은 장소로 이동하게 되면 화면의 밝기가 더 밝아지지만, 밝은 곳에서 어두운 곳으로 이동하게 되면 화면이 자동으로 어두워지지 않는다. 그리고 다시 아이폰이 잠들게 되면, 그 이후에 아이폰을 깨울 때 주변을 밝기를 고려해서 '화면의 밝기'를 자동으로 조정한다. 사용자 입장에서 더 밝아지는 화면에 대해서는 좋은 기분을 느끼지만 배터리를 절약한다는 이유로 어두운 곳으로 이동했을 때 화면을 어둡게 만들어 버리면 우리 눈은 약간 불쾌감을 느낀다. 이점을 고려해서 그렇게 만든 것일까?  하지만, 어두운 곳에서 아이폰을 깨울 때는 어두운 화면이라도 우리 눈은 잘 적응하고 불쾌감을 느끼지 않는다. 밝은 화면에서 어두운 화면으로 변화될 때 우리의 눈은 주변의 밝기에 관계없이 불편한 느낌을 받나보다. (내 추정일 뿐이다.)
    

어쨌든 위의 3 구멍 중에서 맨 왼쪽에 있는 구멍이 '주변광 센서'를 위한 구멍이라는 것을 실험을 통해서 입증해 보자. (ㅎㅎ 근데 실험 자체는 간단한데, 이 실험을 웹캠 동영상으로 촬영하기에는 곤란하다. '밝기' 자체를 찍어야 하는데 캠에서 자동으로 노출을 보정하니 간단히 비교해 보기가 힘들다. 그래서 '사진'을 통해 일정한 노출에 대해 주변광 센서가 어떻게 작용하는지 확인해 보는 것이 더 확실한 방법이라 생각된다.)

 

 

 

자, 이로써 아이폰 상단의 3개 구멍의 정체는 모두 밝혀졌다. 결론적으로 말하면 아래 그림과 같다.

 

출처 :  [출처] 아이폰 위키풀이 (8)|작성자 맘짱   (http://mam_zang.blog.me/60099446264)

[출처] 아이폰 위키풀이 (8)|작성자 맘짱

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