KR0128736B1 - 터치입력 시스템 - Google Patents

터치입력 시스템

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KR0128736B1 KR1019900700858A KR900700858A KR0128736B1 KR 0128736 B1 KR0128736 B1 KR 0128736B1 KR 1019900700858 A KR1019900700858 A KR 1019900700858A KR 900700858 A KR900700858 A KR 900700858A KR 0128736 B1 KR0128736 B1 KR 0128736B1
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제이 엘.사이칙
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Abstract

내용 없음.

Description

터치입력 시스템
본 발명은 조사 필드(irradiated field)에서 요소(element)의 존재를 검출하는 터치 입력 시스템(touch entry system), 특히 일반적으로 전자 디스플레이에 인접한 조사 필드내에 존재하는 요소의 관입 및 관련 위치를 검출하는 터치 입력 시스템에 사용되는 터치 입력 시스템 및 회로에 관한 것으로, 조사 필드는 다수의 광 방출기 및 광 검출기로 형성된다. 비디오 디스플레이의 이용이 계속해서 증가함에 따라, 사람/기계 인터페이스에 대한 문제가 나타나고 있다. 통상적으로, 디스플레이된 정보 또는 커서의 제어는 키보오드를 사용함으로써 이루어져왔다. 그러나, 최근에 다양한 장치들의 사용으로 오퍼레이터가 직접 비디오 디스플레이와 대화할 수 있게 되었다. 이러한 장치들 중에는 스위치 매트릭스 또는 광-전자 매트릭스와 같은 터치 입력장치, 데스크형의 마우스 컨트롤러 및 광펜등이 포함된다. 비디오 디스플레이에 인접 배치되는 스위치형의 오버레이(overlay)는 대개 그 적용 및 이용이 매우 값비쌀 뿐만 아니라, 특히 사용 빈도가 많은 상황에서 시청자 또는 오퍼레이터에게 보여지는 비디오 정보의 왜곡 및 접촉 마모(contact wear)에 민감하게 된다. 그러나, 일반적으로 적외선 영역에 있는 광을 이용하는 광-전자 매트릭스 배열은 시청자 또는 오퍼레이터에게 보여질 수 없는 매트릭스를 형성하며, 그러므로 디스플레이되는 비디오 정보를 왜곡시키지 않아 고도의 이용 상황에서 접촉 마모에 영향을 받지 않게 된다. 광-매트릭스 프레임을 이용하는 시스템들이 본 기술분야에서 잘 공지되어 있다. 이러한 시스템의 한 예로써, 발명자가 Carroll등이며 발명의 명칭이 Photo-electric Input Apparatus로서 1981년 5월 12일자로 허여된 미합중국 특허 제4,267,443호를 들 수 있다.
이러한 시스템의 사용에 있어서, 사용되는 소자들의 수, 주변 광보상, 및 방출기/검출기 구동 및 검출 네트워크를 증가시킴이 없이 프레임의 해상도를 증가시키는 문제들이 따르게 된다. 그러나, 이러한 시스템들은 몇가지 결점들을 안고 있다. 예컨대, 소자를 많이 사용함으로써 비용이 증가하게 되었으며, 일부 시스템들은 반사 및 섬광에 대한 보상을 하는데 있어서 어려움을 나타내어 결과적으로 때때로 시스템이 터치(touch) 또는 히트(hit)를 검출하지 못하게 되었다. 광 방출기 및 광 검출기를 어드레싱 및 샘플링 하는데 필요한 소자의 수를 극소화한 터치 입력 시스템이 요망되며, 또한 방출기의 광출력 변화 및 검출기의 민감성을 동적하게 보상해줄 수 있는 장치가 요망된다. 그러나 동시에 이 장치는 최소의 소자를 이용해야만 한다. 따라서 본 발명의 목적은 조사 필드 주변의 광 검출기 및 광 방출기를 정확히 어드레스 및 샘플링하는데 필요한 소자의 수를 극소화하는 터치 입력 시스템 및 회로를 제공하는 것이다. 또 다른 주변 광보상 시스템은 적외선 발광 다이오드 (LED)에 의해 방출되는 광의 세기가 주변 광의 세기보다 더 크도록 하기 위해서 상기 LED와 같은 광 방출 장치들을 구동하는데 대량의 에너지의 이용을 필요로 하였다. 이러한 시도는 값비싼 광 방출 및 광 검출 소자의 이용을 필요로 하며, 또한 심지어 고성능의 LED 및 포토트랜지스터들이 정상 동작 범위 밖에서 동작되어야 함을 필요로 한다. 본 발명의 목적은 조사 필드에서의 요소의 존재를 결정하는데 있어서 더 큰 정확성과 신뢰성을 제공하도록, 주변 장치로부터 나오는 신호를 미리 선택된 기준 레벨로 선택적으로 유지시켜주는 피드백 루프를 이용하는 터치 입력 시스템 및 회로를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 양측부에 설치된 광 방출기 및 검출기와, 광검출기 및 광 방출기를 순차적으로 샘플링 및 구동하는 장치를 갖는 거의 직사각형으로 된 프레임을 구비하는 실용적인 터치 입력 시스템 및 회로를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 광 펄스를 이용하여 검출함으로써, 터치 입력 시스템에서의 주변 광에 대한 문제들을 극복할 수 있는 터치 입력 시스템 및 회로를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 주변 광의 효과를 보상함과 아울러, 최소의 소자 및 최소의 비용으로 쉽게 제조 및 생산될 수 있는 터치 입력 시스템 및 회로를 제공하는 것이다.
미합중국 특허 제4,243,879호에 주변광을 샘플링하는 수단을 갖는 터치 패널이 상술되어 있다. 이 장치는 다수의 광 검출기 각각의 주변 출력 레벨을 샘플링하는 샘플링 수단을 포함한다. 주변 광을 나타내는 신호를 일시적으로 홀딩하기 위해 기억 수단이 사용된다. 그리고 나서 추가의 광을 검출하기 위해 적외선 광원에 의해 조명되는 검출기로부터 수신되는 신호로 비교가 이루어진다. 만일 추가 신호가 검출되지 않는 경우, 적외선 빔을 차단하는 불투명 요소의 존재로 인하여 히트가 검출된다.
그러나 미합중국 특허 제4,243,879호에 상술된 장치는 본 발명의 특징과는 달리 여러 가지 단점을 갖는다. 이 종래의 장치로는 정확한 샘플링을 행하기가 어렵다. 활성화된 신호로부터 주변 광신호를 공제하기 위해서는 고정밀 저항이 사용되어야 한다. 그러므로 옵셋으로 인하여 처리될 수 있는 주변 광의 범위가 제한되고, 또한 공제에 있어서의 에러는 처리될 수 있는 주변 광의 양의 한계를 초과하기 쉽다. 본 발명에서는 주변 광을 영(0)으로 하기 위해서 서보 루프(servo loop)가 사용된다. 이 서보 루프는 모든 증폭단 주변에 부착되어 모든 옵셋 및 회로 정항 또는 캐패시터 형태의 에러들이 영(0)으로 될 수 있다. 이로 인하여 주변 광뿐만 아니라 회로에서의 모든 인자들에 대한 보상이 가능하게 된다. 그러므로 증폭기들은 종래기술에서 가능했던 것보다 더 높은 이득 레벨로 사용될 수가 있다. 이렇게 해서 전단부(front end)가 더 낮은 이득으로 전송될 수 있고 따라서 주변 신호에 더 넓은 동적 범위가 부여될 수 있다. 전단부에서의 이득이 낮으면 낮을수록 처리될 수 있는 주변광은 더욱 많아지게 된다. 따라서 전단부에서의 신호 스윙(signal swing)은 본 발명의 제1실시예에 따른 프로그램 가능한 증폭기를 포함하고 있는 서보 루프에 의해 보상될 수 있다. 상기한 미합중국 특허 제 4,243,879호에 상술된 장치에서, 주변광 및 활성화된 신호에 대한 사전 샘플링은 이득 신호가 인가되기 전에 행해졌으며, 두 개의 서로 다른 저항값에 대한 비교가 필요하게 되었다. 그러므로 저항값에서의 오차는 신호의 후속 증폭에 의해 과대하게 되었다. 본 발명에서의 주변 신호에 대응하는 베이스 라인 신호는 그라운드 상태에 놓이는데, 이 그라운드 상태는 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는 터치 입력 시스템에 사용되는 아날로그 디지탈 변환기에서 반드시 필요로 된다. 호스트 컴퓨터의 출력장치로 이용되는 CRT 스크린과 같은 시각 디스플레이를 사용하는 터치 입력 장치에 대해 상술하기로 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 상술되는 터치 입력 장치는 시각 디스플레이와의 상호 동작으로 호스트 컴퓨터에 입력을 인가시킨다. 터치 입력 장치는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되며, 시각 디스플레이를 주사하는 광 빔을 형성하는 발광 다이오드 및 포토트랜지스터와 같은 다수쌍으로 된 광방출기 및 광검출기를 구비한다. 광방출기 및 광검출기는 순차적으로 동작한다. 불투명한 첨필(stylus)에 의한 개별적인 빔의 인터럽트는 상기 검출기의 출력을 모니터함으로써 검출된다. 이 신호는 성분의 변형을 계산하기 위해 세트될 수 있는 프로그램 가능 증폭기를 포함하는 피드백 루프로 피드된다. 따라서 각각의 광 방출기가 비동작 상태에 있을 때 기준 레벨이 설정될 수 있어, 각각의 광 빔에 의해 유도된 신호들이 주변 조건 및 터치 입력 장치의 다양한 콤포넌트로 인한 신호들로부터 구별될 수 있다.
이제 첨부한 도면에 의거한 예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명의 터치 입력 장치가 사용될 때 오퍼레이터가 시각 디스플레이와 직접 대화하는 방법을 보인 도면, 제2도는 발광 다이오드와 같은 광방출기 및 본 발명의 경우에서는 포토트랜지스터로 사용되는 광 검출기가 시각 디스플레이 및 조사 필드 주변에 배치된 것을 예시한 도면. 제3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 시스템 제어기에 대한 블록 선도. 제4도는 포토트랜지스터와 인터페이싱을 하는데 사용되는 OP-앰프 방식의 포토전류-전압 변화기를 예시한 도면. 제4b도는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 저역 통과 필터를 예시한 도면. 제5도는 주변 광 효과를 없애기 위해 사용되는 초퍼 안정 및 주변 광을 보상하는 프로그램 가능 이득 증폭기 회로 또는, 서보 앰프를 예시한 도면. 제6도는 본 발명에 사용되는 프로그램 가능 이득 증폭기를 예시한 도면. 제7도 및 제8도는 두 개의 서로 다른 주변광 상태에서, 서보 앰프로의 신호 입력에 대한 포착된 스코프 신호를 예시한 도면. 제9도는 제8도의 신호상에 나타난 높은 주변광 상태에서, 적분기의 출력에서의 피드백 전압을 예시한 도면. 제10도 및 제11도는 프로그램 가능한 이득 제어의 유.무시에 프로그램 가능한 증폭기의 출력을 예시한 도면. 제12도 및 제13도는 다양한 시간 연장에서, 제어 주기의 여러 부분에서의 출력의 변화를 예시한 도면.
제1도는 퍼스널 컴퓨터와 같은 호스트 컴퓨터와 함께 사용되는 CRT 상에 디스플레이 되는 정보와 오퍼레이터가 직접 대화할 수 있는 방식을 도시한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예는 IBM PC와 같은 퍼스널 컴퓨터에 리얼 타임(real time) 입력을 제공하도록 되어있다. 그래서 본 장치는 리얼 타임 입력 정보를 호스트 컴퓨터에 직접 전송하는 수단을 구비한다. 그러나, 본 발명은 입력 정보를 처리하는데 접합할 수 있고 따라서 이 입력 정보가 종래 방식으로 RS232 인터페이스를 통해 호스트 컴퓨터에 입력될 수 있음을 이해해야 할 것이다.
제1도에 보인 바와 같이, 오퍼레이터(56)는 스크린(52) 상의 특정 위치를 직접 터칭함으로써, 스크린(52)상에 정보를 디스플레이하는 CRT(50)와 간단히 대화할 수 있다. 포토 트랜지스터와 같은 적외선 발광 다이오드 및 광 검출기들은 다수의 적외선 빔이 디스플레이 영역(52)을 주사하도록 하는 종래 방식에 따라 디스플레이 영역(52) 주변에 위치되는 베젤(bezel) 또는 프레임(60)에 장착될 수 있다. 오퍼레이터가 그의 손가락(58)을 디스플레이 영역(52)상의 특정 위치에 대개되면, 정렬된 방출기 및 검출기 사이에서 연장되는 하나 이상의 적외선 빔이 인터럽트될 것이다. 그러면 오퍼레이터 손가락(58)의 특정 위치가 호스트 컴류터(70)에 전송될 것이다. 더 일반적으로, 본 발명은 한 수단을 제공하는데, 이 수단에 의해서 오퍼레이터의 손가락(58) 또는 다른 첨필과 같은 불투명 요소가 개별 광 검출 장치에 대응 정렬된 개별 광 방출 장치를 갖는 조사 필드의 원주 주위에 포토트랜지스터와 같은 광 방출 장치를 설치함으로써 형성되는 디스플레이 스크린(52)과 같은 조사 필트내에 놓이게 될 때 이 불투명 요소가 검출될 수 있다.
제2도는 광 방출 장치 어레이 및 조사 필드(52) 주변에 설치된 광 검출 장치 어레이를 보인 것이다. 여기에 도시된 터치 입력 장치는 CRT 디스플레이와 함께 사용될 때, 두 개의 직교하는 광 방출 장치 어레이와 두 개의 직교하는 포토 검출기 어레이를 직사각형의 디스플레이 영역(52)의 양측부를 따라 배치하는 식으로 하여 구성될 수 있다. 광 방출 다이오드 및 포토트랜지스터는 일반적으로 상기한 바와 같은 터치 입력 장치용으로 이용되지만, 다른 발광 장치 및 광 검출 장치도 적절히 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 여기에 보인 바와 같이 발광 다이오드(LED)의 Y 어레이(Y1.....YN)는 디스플레이 영역 또는 조사 필드(52) 주변에 있는 프레임(60)의 좌측을 따라 위치된다. 발광 다이오드의 어레이(X1...XN)는 프레임(60)의 하부를 따라 위치된다. 프레임(60)의 정상부를 따라 위치된 포토트랜지스터의 어레이(Y1....YN)는, X1-X1, X2-X2, Y1-Y1, 및 Y2-Y2, 와 같이 각각의 대웅 LED 및 포토트랜지스터들이 정렬되도록 배치된다. 따라서 X1과 같은 각각의 발광 장치에 의해 광이 방출될 때, 이 광은 이에 대응 정렬된 포토트랜지스터 X1에 입사된다. 그러나 제2도는 각각의 LED 또는 다른 발광 장치에서 방출되는 광이 대응 정렬된 포토 검출기에 입사될 뿐만 아니라 인접 포토 검출기에도 입사됨을 나타낸다. 방출기-검출기 쌍 X1사이의 중앙선(62)을 따라 방출되는 광이 검출기 X1에 입사될 때, 종래 발광 장치의 분산각(dispersion angle)내에서 선(64)을 따라 방출되는 공이 인접 포토 트랜지스터 X2에 입사됨을 주목해보자. 도면부호 66 및 68로 표시되는 광 또는 프레임(60)의 양측부에 입사되게 되어, 실제 터치 입력 시스템에서 섬광 및 반사 문제를 야기하게 될 것이다. 소정의 발광 장치에 의해 방출되는 광이 X2와 같은 인접 광 검출 장치에 의해서가 아니라 대응 광 검출 장치 또는 포토트랜지스터 X1-X1 에 의해서 검출되도록 하는 일반적인 방법은 순차적으로 발광 장치를 동작시키고 그리고 순차적으로 포토트랜지스터의 어레이를 주사하는 것이다. 다시 말해서, 소정의 발광 장치가 동작되어 광을 방출할 때, 정렬된 포토트랜지스터만이 동작된다. 따라서, 발광 다이오드의 동작은 포토트랜지스터 X1이 동작되어 입사광을 검출하게 되는 시간과 동일한 시간에 일어나게 된다. LEDX1으로 부터의 광이 입사되는 인접 포토트랜지스터 X2는 LEDX1이 동작되는 주기동안 턴온 되지 않게 된다. 이러한 발광 다이오드 및 포토트랜지스터의 순차적인 동작으로 정렬된 LED와 포토 트랜지스터 사이에 위치된 불투명 요소의 존재가 정확히 검출되게 됨을 유의해야 한다. 조사 필드에 배치된 불투명 요소에 의해 차단받지 않는 인전 LED로부터 나오는 광은 LED가 차단된 포토트랜지스터의 동작 주기 동안에는 동작하지 않을 것이므로, 차단된 포토트랜지스터를 동작시키지 못할 것이다. 발광 장치 및 광 검출 장치의 이러한 순차적인 활성화는 적어도 초당 20 주사의 주사율을 갖는 종래의 멀티플렉싱 기술로써 성취될 수 있다.
제3도의 블록선도는 주사 모드에서 각각의 발광 다이오드 및 각각의 포토트랜지스터를 동작시키고, 포토 트랜지스터로부터 나오는 출력 신호를 검출 및 처리하며, 주사 주기 동안에 포토트랜지스터에 의해 검출된 주변 광의 효과를 보상하는데 사용되는 컨트롤러의 근본적인 요소들을 보인 것이다. 이러한 시스템 컨트롤러의 부분을 형성하는 여러 가지 구성 소자들은 80C31 마이크로프로세서(101)의 제어를 받는다. 2764 EPROM은 시스템 오퍼레이팅 코드를 포함하고 있는 전기적으로 프로그램 가능한 판독 전용 메모리이다. 이런 식으로 해서 2764 EPROM은 시스템에 대한 펌웨어(firmware)를 구성한다. 특정 시스템에 대한 변수가 6234 RAM(103)에 기억될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 마이크로 프로세서(101)과 EPROM(102) 사이의 통신은 여기서 사용되는 마이크로컨트롤러의 멀티플렉스 어드레스/데이타 버스를 디멀티플렉싱하는데 이용되는 74HC373으로 용이하게 된다. 93C46트 EPROM (104)은 파라메터를 EEPROM(104)내에 기억시킴으로써 서로 다른 규격 제품의 회로에 대한 개별적인 주문화를 제공하는데 사용된다. 기억된 파라메터의 예에는 쌍을 이루는 opto 장치의 X축 및 Y축 번호와 시스템 이득 레벨이 포함된다.
LED 및 포토트랜지스터 어레이와 마이크로프로세서 (101)간의 통신은 버스(105) 및 74HC377 8비트 레지스터 (106)를 통해 이루어진다. LED들은 74HC138의 3-8라인 디코더(108) 및 74LS145 드라이버(109)를 통해 2585 드라이버(107)에 의해 동작된다. 포토트랜지스터들은 4051 드라이버(110) 및 74LS145 드라이버 (111)로 동작된다.
포토트랜지스터의 X 및 Y 어레이로부터의 출력 신호들은 제4a도에 보다 더 상세히 보인 바와 같은 OP앰프 방식의 포토전류-전압 변환기(112)를 통해 인터페이스된다. 단일 OP 앰프(112)는 포토트랜지스터의 주사 주기 동안 각각의 개별 포토트랜지스터에 순차적으로 연결된다. 이 인터페이스는 비교적 낮은 동작 임피던스 ,양호한 노이즈 제거 성능 및 양호한 장치 매칭을 위한 일정한 포토트랜지스터의 동작 전압을 제공한다. 비교적 낮은 동작 임피던스는 포토 트랜지스터의 콜렉터가 OP앰프의 가상 접지 입력을 구동함으로써 얻어진다. 전원의 노이즈 제거 성능은 이러한 구성이 OP앰프의 공통 모드 제거 비율을 이용함으로써 양호하게 된다. 여기서 상술하는 바람직한 실시예에서, 일정하나 포토 트랜지스터의 콜렉터에 미터 전압은 OP앰프의 바이어스에 의해 얻어지는데 이렇게해서 음(-)입력이 폐쇄 루프 피드백에 홀드되어 양(+)입력에서 2V와 같게 된다. 전류-전압 변환기상의 피드백 저항은 포토트랜지스터에서의 높은 주변광 으로 인한 전압의 스윙이 OP앰프의 출력을 포화 상태에 이르게 하는 것을 방지하기 위해서 낮은 상태로 유지된다. 전압에서의 이러한 스윙은 나중에 신호 처리 체인에서 보상된다.
OP앰프 방식의 포토전류-전압 변환기(112)의 출력은 다음에 저역통과 필터(113)를 통과한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제4b도에 보인 4순위의 저역 통과 필터는 간섭 RFI노이즈의 효과를 감소시키는데 사용된다. 이 필터는 전기 노이즈 프라즈마 디스플레이 상에서 믿을만한 동작이 이루어지도록 하기 위해 사용되었다. 이 필터는 고주파수를 크게 제한하여 터치신호를 펄스 형상으로 유지시켜주도록 되어있다. 동작시, 프라즈마 패널에 극히 밀접한 상태에서 RFI차폐를 이용하는 것이 권고된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 통가 주파스는 대략 15KHz로 제한된다. 동작 환경에 따라서, 이 필터는 노이즈 레벨이 허용되는 경우 2차 저역 통과 필터로 될 수 있다.
터치 신호가 저역 통과 필터(113)을 통과한 후, 초퍼 안정 및 주변 광을 보상하는 프로그램 가능 이득 증폭기 즉, 서보 앰프로 주변광 효과 및 증폭기 옵셋에대한 보상이 제공된다.이 폐쇄 루프서보 앰프(114)가 제5도에 더 상세히 도시 되어있다. 저역 통과 필터(113)로부터 나오는 신호는 제1입력 신호로서 합산 앰프(115)로 인가되고, 이 합산 앰프는 다시 입력 신호로부터 피드백 신호를 공제함과 동시에 이득인자를 양 신호에 인가한다. 그리고 나서, 이 신호는 피드백 루프내에서 합산 앰프(115)의 출력에 연결된 프로그램 가능 증폭기(116)에 입력된다. 따라서, 이 회로의 총이득은 합산 앰프의 이득이 되며 프로그램 가능 이득 앰프(116)의 전류 세팅이 이루어진다. 프로그램 가능 이득 앰프(116)의 이득 세팅 방식은 제6도를 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
피드백 루프는LED 가 동작하지 않는 모든 시간 동안에는 폐쇄된다. 이 시간 동안, 적분기(117)는 폐쇄 루프에서 동작하며, 입력 전압 및 증폭기 옵셋 전압에서의 변화에 관계없이 A/D변환기로의 출력이 0 볼트가 되게 한다. LED가 동작하는 시간동안, LED ENABLE 로 제어되는 스위치(118)는 개방된다. 이 시간동안 적분기(117)는 홀딩 회로로 동작하여 마지막으로 보정된 값을 유지한다. 이 시간동안 증폭기의 동작에 추가적인 보정이 없어, LED에 의해 발생된 신호가 변형됨이 없이 합산 및 프로그램 가능 이득 증폭기를 통과하게 된다. 베이스 라인 보정으로 LED 신호를 판독하는 A/D 변환기에 대한 이상적인 기준 레벨이 정해지게 된다. 이러한 구성은 각각의 opto 쌍에 대한 개별적인 보정을 (펌마모 오버 헤드없이)가능하게 하여장치간의 주변 신호에서 변화를 독립적으로 가능케한다.
제6도는 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 프로그램 가능 증폭기에 대한 상세도이다. 이 증폭기(116)는 4개의 이드 스텝 사이즈들중 각각의 사이즈에서 256의 개별적인 이득 세팅으로 세트될 수 있다. 7524디지탈 아날로그(D/A) 변환기(119)는 256스텝을 발생시키는 제어소자로서 사용된다. D/A의 기준 전압은 터치 신호의 입력으로서 사용된다. 4052아날로그 스위치(120)는 4개의 서로 다른 세팅에서 소자의 총이득을 변화시키는데 사용된다. 회로 전송의 방정식은 다음과 같다.
출력=(30000/4700+1)*(D/A세트값/256)
여기서 4700Ω 저항기가 4052 아날로그 스위치 (120) 에의해 선택된 것으로 가정한다.
소프트웨어 선택 스텝 사이즈 제어가 256 프로그램 가능 이득 스텝 주 소자에 추가되어, 본 제어기의 응용이 더 광범위하게 된다. 이러한 4스텝 제어는 256 스텝소자에 대한 최적의 포지션을 제공하며 따라서 동적 범위가 유지된다. 이것은 X차원 및 Y차원 사이에서의 변화 및 프레임 사이즈를 조절하는데 사용된다. 스텝 사이즈는 마이크로 제어기에 인가된 값 PGAINA 및 PGAINB 으로 선택된다.
TLC549 아날로그-디지탈 (A/D)변환기(121)에 인가된 전압은 프로그램 가능 앰프(116)의 출력과 신호 처리 체인의 제1스테이지 출력 사이에서 스위칭된다. 이것은 실제 주변 상태의 측정을 가능케하여 과도한 광 상태가 무효 터치 측정을 플래그(Flag)할 수 있게 된다. A/D 변환기(121)의 출력은 74HC299 직렬-병렬 변환기(122)를 통해 버스(123)으로 전송되고 그리고 나서 마이크로프로세서(101)로 전송된다. 대응 발광 다이오드의 동작에 응답하는 각각의 포토트랜지스터로부터 나오는 순차 신호들은 미합중국 특허 제 4,684,801호에 게재된, 개별적인 opto장치 빔쌍의 신호를 선조절하는 초퍼 안정 및 주변 광을 보상하는 프로그램 가능 이득 증폭기를 순차적으로 통과한다. 불투명요소에 의한 개별적인 빔들의 인터럽트에 대응하는 유효터치입력 신호들이 마이크로프로세서에 이해 검출될 수 있으며, 이 입력 정보를 제공하는 신호들이 호스트 컴퓨터에 공급될 수 있다.
제7도 내지 제13도 는 주변광 및 다른 주변 변수와 그리고 노이즈에대한 보상이 이루어지는 방식을 나타내는 신호를 도시한 것이다. 제7도 및 제8도는 두개의 서로 다른 주변 광 상태에서 서로 앰프로 인가되는 신호에 대한 오실로스코프 측정을 나타낸 것이다. 제7도는 로우 주변 상태의 경우를 보인 것이고 제8도는 하이 주변 상태(9000촉광)의 경우를 보인것이다. 가로 좌표는 시간을 나타내고,추이 시간은 다수의 opto장치쌍의 동작에 대응한다. opto쌍간의 주변 상태에 기인한 DC차이는 하이 주변 상태에서 두드러진다. 제9도는 제8도에 보인 하이 주변 상태의 경우 적분기(117)출력에서의 피드백 전압을 예시한 것이다. 이 패드백 신호는 주변상태들에 대한 보상을 행하는 합산 앰프(115)에 인가된다. 제10도 및 제11도는 프로그램 가능 이득 적용의 유.무시에 있어서의 프로그램 가능 증폭기(116)의 출력을 상세히 예시한 것이다. 제10도는 프로그램 가능 이득을 적용함으로써 적외선 빔의 검출에 기인한 출력이 다시 말해서 빔이 조사 필드 또는 시각 디스플레이어에 불투명 요소가 존재하더라도 인터럽트되지 않음을 나타낸다.
프로그램 가능 이득을 적용하지 않은 경우에 있어서의 프로그램 가능 증폭기로부터의 출력과 비교해 볼때,서로 다른 포토 트랜지스터의 출력 신호들은 주변 상태및 opto 장치의 차이로 인한 변화에도 불구하고 거의 일정한 상태를 유지한다는 것이 분명해진다. 제12도및 제13도는 제어 주기의 여러 부분에서 출력의 변화를 예시한 것이다. 제13도는 터치 신호및 주변 보정 서보 루프로 인한 추이를 분명하게 나타낸다.

Claims (13)

  1. 시각 디스플레이와 함께사용되는 터치 입력장치에 있어서, 시각 디스플레이를 주사하는 광빔을 형성하는 다수쌍의 광 방출기 및 광 검출기와,개별적인 광 빔을 형성하는 대응 방출기 및 검출기를 단속적으로 동작시키는 수단과, 개별적인 광빔의 인터럽트를 검출하는 수단을 포함하며, 상기 인터럽트 검출 수단은 또한 프로그램 가능 증폭기와 합산 증폭기와 적분기를 구비하는 피드백 루프를 포함하며, 상기 프로그램 가능 증폭기는 각 검출기의 유일한 증폭비를 가지고서 대응 방출기가 동작하는 시간보다 더 긴 시간 주기동안 각각의 검출기에의해 검출되는 신호에 순차적으로 응답하며, 상기 프로그램가능 증폭기의 출력은 작동하는 검출기에 의한 신호 출력에 관계없이 일정한 기중 레벨을 설정하며, 대응 방출기가 동작하지않는 일부의 시간 주기동안 대응 방출기로부터 각각의 검출기에 유도되는 신호가 기준 레벨을 초과하는 프로그램 가능 증폭기로부터의 출력 레벨이 되어, 각각의 광 빔에의해 유도되는 신호가 주변 상태 및 터치입력 장치의 다양한 콤포넌트로 인한 신호들과 구별될 수있도록 된 것을 특징으로하는 터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 검출기에 의해 검출된 신호들은 포토 트랜지스터 전류를 포함하며 이 포토트랜지스터 전류는 피드백 루프로 입력되도록 하기 위해 OP앰프로부터의 대응 신호 전압 출력으로 변환되고, OP앰프는 일정한 포토 트랜지스터의 콜렉터에 미터 전압을 유지하도록 바이어스되는 것을 특징으로 하는 터치 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서, 신호 전압은 피드백 루프내로 입력되기에 앞서지역 통과 필터내로 입력되는 것을 특징으로 하는 터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피드백 루프는 광 방출기가 동작하지 않는 모든 시간에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
  5. 광 검출기 신호 검출 회로에 있어서, 광 검출기상의 입사에 대응하는 제1신호를 발생하고 그것의 출력을 제공하는 제1수단과, 상기 제1수단의 신호에 응답하여, 상기 제1신호를 증폭시키는 제2수단 과, 상기 신호 증폭기 수단, 마이크로프로세서 제어장치, 및 프로그램 가능 증폭 수단과 합산 증폭기와 적분기를 구비하는 피드백 루프에 응답하여 상기 제1신호를 선택적으로 증폭시키는 프로그램 가능 증폭 수단을 포함하며, 상기 프로그램 가능한 증폭수단은 단계적으로 프로그램 가능한 증폭기를 구비함과 아울러 출력신호를 제공하고, 상기 피드백 루프는 상기 출력 신호 및 광 방출기의 동작을 표시하는 제2신호에 응답하여, 상기 제2신호가 광 방출기의 동작을 표시하지 못할 때 상기 출력 피드백 루프가 폐쇄되고 상기 프로그램 가능 증폭 수단의 상기 출력 신호가 소정값에 이르게 되는 것을 특징으로 하는 광 검출기 검출기 신호회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계적으로 프로그램 가능한 증폭기가, 상기 제 1수단과 상기 마이크로 프로세서에 응답하는 디지탈-아날로그 변환기와, 상기 마이크로프로세서 제어 장치에 응답하는 아날로그스위치와, 상기 디지탈-아날로그 변환기의 출력 신호에 연결된 상기 아날로그 스위치로부터 나오는 신호에 응답하는 적어도 하나의 저항기를 포함하는 것을 특징으로하는 광 검출기 신호 검출 회로.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1수단이 상기 광 검출기에 응답하여 전류신호를 전압 신호로 변환하는 변환수단과, 상기 변환 수단에 응답하여 상기 전압 신호를 여과하고 그것의 출력을 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기 신호 검출 회로.
  8. 제5항에 있어서, 상기 프로그램 가능 증폭 수단의 출력 신호와 상기 신호 제1수단의 출력신호 및 제어 신호의 상기 출력 신호에 응답하는 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단에 응답하여 신호를 디지탈 형태로 변환시키며 그것의 출력을 제공하는 아날로그-디지탈 변환 수단을 부가로 포함하며, 상기 스위칭 수단은 제1위치에서 상기 프로그램 가능 증폭 수단의 출력 신호를 상기 아날로그-디지탈 변환 수단으로 연결시키고 또한 제2위치에서 상기 제1수단의 출력을 상기 아날로그-디지탈 변환 수단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 광검출기 신호 검출 회로.
  9. 주변부를 갖는 조사 필드에서 요소의 존재를 검출하는 입력 검출 장치에 있어서, 조사 필드의 주변부상에 배치된 다수의 광 방출기 및 다수의 광 검출기 어레이로서, 상기 광 방출기 및 광 검출기가 각각의 광 방출기에 대해 적어도 하나의 대응 광 검출기가 놓이도록 배열되어 있는 상기 다수의 광 방출기 및 다수의 광 검출기 어레이와, 특정 광방출기 및 대응 광 검출기가 동작중일 때 상기 광검출기가 제1신호를 발생시키도록 상기 광 방출기 및 상기 광 검출기를 선택적으로 동작시키는 수단과, 상기 광 검출기에 응답하여, 상기 제1신호를 조절하여 상기 광 검출기에 입사 광의 양에 상응하는 출력을 제공하는 신호조절 수단과, 상기 신호 조절 수단,제어 유닛 및 피드백 루프에 응답하여 상기 제1신호를 선택적으로 증폭시키며 그것의 출력 신호를 제공하는 프로그램 가능 증폭 수단을 구비하는 프로그램가능 증폭 수단으로서, 상기 프로그램 가능 증폭 수단은 단계적인 로그램 가능 증폭기를 구비하며 상기 피드백 루프는 상기 프로그램 가능증폭 수단 및 상기 수단에 응답하여 상기 광 방출기 및 상기 광 검출기를 선택적으로 동작시키고 광 방출기가 동작하지않을 때 상기 프로그램 가능 증폭 수단의 상기 출력 신호를 사실상 미리 선택된 기준 레벨로 유지시켜, 광 방출기가 동작될때는 상기 프로그램 가능 증폭 수단의 상기 출력 신호가 상기 기준 레벨과 다르도록 하는 수단을 구비하며, 상기 피드백 루프는 또한 합산 증폭기와 적분기를 구비하는 상기 프로그램 가능 증폭 수단과, 상기 프로그램 가능 증폭 수단의 상기 출력 신호에 응답하여, 조사 필드에서 요소의 존재를 검출하는 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 검출장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어 유닛이 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 검출장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 단계적 프로그램 가능 증폭기가, 상기 신호조절 수단 및 상기제어 유닛에 응답하는 디지탈-아날로그 변환기와, 상기 제어 유닛에 응답하는 아날로그 스위치와, 상기 아날로그 스위치로부너 나오는 신호에 응답하는 적어도 하나의 저항기를 포함하며, 상기 아날로그 스위치로부터 나오는 상기 신호는 상기 디지탈-아날로그 변환기의 출력 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 입력 검출 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 신호 조절 수단이 상기 광 검출기에 응답하여 전류 신호를 전압 신호로 변환시키는 수단과, 상기 변환기 수단에 응답하여 상기 전압 신호를 여과하며 그것의 출력 신호를 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 검출장치.
  13. 제9항 있어서, 상기 프로그램 가능 증폭기 수단과 상기 신호 선조절 수단의 출력 신호 및상기 제어 유닛으로 부터의 제어 신호에 응답하는 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단에 응답하여 신호를 아날로그에서 디지탈 형태로 변환시키며 그것의 출력을 제공하는 변환기 수단을 부가로 포함하며, 상기 제어 신호가 제1상태에 있을 때, 상기 스위칭 수단이 상기 프로그램 가능 증폭 수단의 상기 출력 신호를 상기 변환수단에 제공하고, 상기 제어 신호가 제2상태에 있을 때 상기 스위칭 수단이 상기 신호조절 수단의 상기 출력을 상기 변환 수단에 제공하는 것을 특징으로 하는 입력 검출 장치.
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