KR100318883B1 - 용량방식터치패널에서의위상차에의한위치검출장치및방법 - Google Patents

용량방식터치패널에서의위상차에의한위치검출장치및방법 Download PDF

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Abstract

용량성 터지 패널(10)과; 상기한 터치 패널에 정현파 신호를 인가한 뒤에, 터지패널로부터 출력되는 정현파 신호의 위상차를 펄스신호로 출력하는 위상차 검출부(20)와; 상기한 위상차 검출부로부터 입력되는 펄스신호를 카운팅한 뒤에 이를 데이터 신호로 변환하여 출력하는 위상 카운터(30)와; 상기한 위상 카온터로부터 입력되는 데이터 신호로부터 인체가 터치패널에 접촉된 위치를 산출하여 이에 관한 정보신호를 출력하는 마이크로 프로세서부(40)와; 상기한 마이크로 프로세서부로부터 입력되는 정보신호를 RS232C통신을 이용하여 외부의 컴퓨터 시스템으로 출력하는 통신부(50)로 구성되어 있으며 ;
디지틀 기술을 이용하여 위치 검출회로를 구성함으로써 구현하기가 쉽고 저렴하며, 노이즈를 감소시킴과 동시에 해상도와 위치 검출속도를 향상시킬 수 있는 효과를 가진 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치검출장치에 관한 것.

Description

용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치 및 방법
이 발명은 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 디지틀 기술을 이용하여 위치 검출회로를 구성함으로써 구현하기가 쉽고 저렴하며, 노이즈를 감소시킴과 동시에 해상도와 위치 검출속도를 향상시킬 수 있는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치 및 방법에 관한 것이다.
기존의 투명 터치패널의 위치 검출장지는, 연산 증폭기나 트랜스포머를 사용하여 전류의 비를 측정하거나, 인체의 용량성분을 이용하여 RC시간상수 혹은 용량센서를 사용한 겉보기 용량값을 사용한 것이었다.
터지패널의 위치 검출장치에 관한 기술로서 미국특허번호 제4,071,69l호(특허일자: 서기 1978년 1월 31일)의 "HUHAN-MACHINE INTERFACE APPARATUS"가 개시된 바 있다.
상기한 미국특허번호 제4,071,69l호는, 위상 시프터를 사용하여 위상차가 90° 인 신호를 인가한 후에, 필드 리니어리티(field linearity)의 특성을 이용하여 픽업 표면(pickup surface)에서 위상차를 측정함으로써 인체의 접촉위치를 판별하는 동작특성을 갖는다.
그러나, 상기한 종래의 방식들은 미세한 애널로그 기술을 필요로 함으로써 회로가 복잡하며, 또한 구체적으로 접촉위치의 X,Y 좌표를 어떻게 산출하는지에 대한 언급이 없는 단점이 있다.
따라서 이 발명의 목적은 상기한 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 용량방식 터치패널에서 디지틀 기술을 이용하여 위치 검출회로를 구성함으로써 구현하기가 쉽고 저렴하며, 노이즈를 감소시킴과 동시에 해상도와 위치 검출속도를 향상시킬 수 있는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 제1 구성은, 용량성 터치 패널과,
상기한 터지 패널에 정현파 신호를 인가한 뒤에, 상기한 터치 패널로부터 출력되는 정현파 신호의 위상차를 펄스신호로 변환하여 출력하는 위상차검출부와,
상기한 위상차 검출부로부터 입력되는 펄스신호를 카운팅한 뒤에 이를 데이터 신호로 변환하여 출력하는 위상 카운터와,
상기한 위상 카운터로부터 입력되는 데이터 신호로부터 터치패널에 접속된 인체의 위치를 산출하여 이에 관한 정보신호를 출력하는 마이크로 프로세서부와,
상기한 마이크로 프로세서부로부터 입력되는 정보신호를 RS232C 통신을 이용하여 외부의 컴퓨터 시스템으로 출력하는 통신부로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 제2 구성은,용량성 터치 패널과,
정현파 신호를 생성하여 출력하는 정현파 발생기와,
상기한 정현파 발생기로부터 입력되는 정현파 신호를 상기한 터치 패널에 인가한뒤에, 상기한 터치패널로부터 출력되는 정현파 신호의 위상차를 펄스신호로 변환하여 출력하는 위상차 검출부와,
상기한 위상차 검출부로부터 입력되는 펄스신호를 카운팅한 뒤에 이를 데이터 신호로 변환하여 출력하는 위상 카운터와,
상기한 위상 카운터로부터 입력되는 데이터 신호로부터 터치패널에 접촉된
인체의 위치를 산출하는 위치 산출부로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은,
정현파 신호를 터치패널에 인가하는 단계와,
상기한 터치패널에 인가된 정현파 신호와, 상기한 터치패널을 통해서 출력되는 정현파 신호와의 위상차를 펄스신호로서 생성시키는 단계와,
상기한 펄스신호를 카운팅한 뒤에 이를 데이터 신호로서 변환시키는 단계와,
상기한 데이터 신호로부터 다음과 같은 수식을 이용하여 터치패널에 인체가접촉된 위치를 산출하는 단계로 이루어진다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
제1도는 이 발명의 제1실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 전체구성 블럭도이다.
제l도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제1 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 구성은, 터지 패널(10)과,터치 패널(10)에 연결되어 있는 위상차 검출부(20)와, 위상차 검출부(20)에 연결되어 있는 위상 카운터(30)와, 위상 카운터(30)에 연결되어 있는 마이크로 프로세서부(40)와, 상기 마이크로 프로세서부(40)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 통신부(50)로 이루어진다.
제2도는 이 발명의 제1실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상차 검출부의 상세 회로도이다.
제2도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제1 실시예에 따른 용량방식 터지패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상차 검출부(20)의 구성은,
정현파 발진부(21)와, 인에이블 신호선(/LEFTEN, /RIGHTEN)에 제어단자가 각각 연결되어 있고 정현파 발전부(21)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 스위치(22, 23)와, 제1 및 제2 스위치(22, 23)의 출력단에
입력단자가 각각 연결되어 있는 펄스 생성부(24)로 이루어진다.
상기한 정현파 발전부(21)의 구성은, 가변저항(R211)과, 가변저항(R211)의 제어단자에 병렬로 연결되어 있는 저항(R2l2) 및 커패시터(C211)와,가변저항(R211)의 제어단자에 연결되어 있는 가변저항(R214)과, 저항(R212)에 비반전 입력단자가 연결되어 있고 가변저항(R214)의 제어단자에 반전입력단자가 연결되어 있는 연산 증폭기(OP211)와, 연산 증폭기(OP211)의 비반전 입력단자와 출력단자의 사이에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(C2l2) 및 저항(R2l3)과, 연산 증폭기(OP211)의 출력단에 연결되어 있는 전압 팔로우어 (0P212)로 이루어진다.
상기한 제1 및 제2 스위치(22, 23)의 구성은, 인에이블 신호선(/LEFTEN, /RIGHEN)에 각각 한쪽단자가 연결되어 있는 저항(R222, R232)과, 저항(R222, R232)의 다른 한쪽단자에 베이스 단자가 각각 연결되어 있고 에미터 단자는 각각 접지되어 있는 트랜지스터(Q22l, Q231)와, 트랜지스터(Q22l, Q231)의 컬렉터 단자와 전원전압(Vcc)의 사이에 각각 연결되어 있는 저항(R22l, R23l)과, 트랜지스터(Q221, Q231)의 컬렉터 단자에 제어단자가 각각 연결되어 있는 애널로그 스위치(G22l, G23l)로 이루어진다.
상기한 펄스 생성부(24)의 구성은, 제1 및 제2 스위치(22, 23)의 출력단과 터치 패널(10)에 입력단이 각각 연결되어 있는 시미트 트리거(G242, G243)와, 시미트 트리거(G242, G243)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 익스클루시브 OR 게이트(G24l)와, 익스 클루시브 OR 게이트(G24l)의 출력단에 한쪽단자가 연결되어 있는 저항(R242)과, 저항(R242)의 다른 한쪽단자에 베이스 단자가 연결되어 있고 에미터 단자는 접지되어 있는 트탠지스터(Q241)와, 트탠지스터(Q241)의 컬렉터 단자와 전원전압(Vcc)의 사이에 연결되어 있는 저항(R241)으로 이루어진다.
제3도는 이 발명의 제1실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상 카운터의 상세 회로도이다.
제3도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제1 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상 카운터(30)는, 마이크로 프로세서(40)의 제어신호(RS0, RS1)에 따라 위상차 검출부(20)로 인에이블신호(/LEFTEN, /RIGHTEN)를 출력하고, 위상차 검출부(20)로부터 입력되는 펄스신호를 카운팅하여 이에 대한 데이터 신호(D[0:15])를 출력하는 에이직(Application Specification Integrated Circuit, ASIC)으로 이루어진다.
제4도는 이 발명의 제1실시예에 따른 용량방식 터지패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 마이크로 프로세서부 및 통신부의 상세 회로도이다.
제4도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제1 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 마이크로 프로세서부(40)의 구성은, 수정 발진기(411)와 커패시터(C411, C412)로 구성되는 발진회로(41)와, 마이크로 프로세서(43)로 이루어진다.
또한, 제4도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제l실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 통신부(50)는 RS232C통신을 위한 칩세트로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 제1 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 작용은 다음과 같다.
전원이 인가되면, 이 발명의 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의
위상차에 의한 위치 검출장치의 동작이 시작된다.
동작이 시작되면, 마이크로 프로세서부(40)의 마이크로 프로세서(43)는 위상 카운터(30)로 제어신호(RSO, RS1)를 출력하고, 이에 따라 위상카운터(30)는 위상차 검출부(20)로 인에이블 신호(/LEFTEN, /RIGHTEN)를 출력한다.
만약, 하이상태의 좌측 인에이블 신호(/LEFTEN)와 로우상태의 우측 인에이블 신호(/RIGHTEN)가 입력되면, 위상차 검출부(20)의 제1 스위치(22)의 트랜지스터(Q22l)가 턴온되고, 제2 스위치(23)의 트랜지스터(Q231)는 턴오프된다.
상기한 바와 같이 위상차 검출부(20)의 제1 스위치(22)의 트랜지스터(Q221)가 턴온되면 애널로그 스위치(Q22l)가 오프되고, 제2 스위치(23)의 트랜지스터(Q231)가 턴오프되면 애널로그 스위지(G23l)의 제어단자에는 저항(R23l)을 거쳐 전원전압(Vcc)이 인가되므로 애널로그 스위치 (G23l)가 온된다.
위상차 검출부(20)의 제2 스위치(23)의 패널로그 스위치(G23l)가 온되면,
정현파 발전부(21)로부터 출력되는 정현파 신호가 애널로그 스위치(G23l)를 거쳐 펄스 생성부(24)로 출력됨과 동시에 터치 패널(10)의 우측으로 인가되며, 터치 패널(10)을 거쳐서 터치 패널(10)의 좌측으로부터 출력되는 정현파 신호는 곧바로 펄스 생성부(24)로 출력된다, 이때의 터치패널(10)의 등가회로가 제l0도에 도시되어 있다.
그러나, 로우상태의 좌측 인에이블 신호(/LEFTEN)와 하이상태의 우측 인에이블 신호(/RIGHTEN)가 입력되면, 위상차 검출부(20)의 제1 스위치(22)의 트랜지스터(Q22l)는 턴오프되고, 제2 스위치(23)의 트랜지스터(Q231)가 턴온된다.
상기한 바와 같이 위상차 검출부(20)의 제2 스위치(23)의 트랜지스터(Q23l)가 턴온되면 애널로그 스위치(G23l)가 오프되고, 제1 스위지(22)의 트랜지스터(Q221)가 턴오프되면 애널로그 스위치(G22l)의 제어단자에는 저항(R22l)을 거쳐 전원전압(Vcc)이 인가되므로 애널로그스위치 (G22l)가 온된다.
위상차 검출부(20)의 제1 스위치(22)의 애널로그 스위치(G22l)가 온되면,
정현파 발전부(21)로부터 출력되는 정현파 신호가 애널로그 스위치(G22l)를 거져 펄스 생성부(24)로 출력됨과 동시에 터치 패널(10)의 좌측으로 인가되며 , 터치 패널(10)을 거쳐서 터치 패널(10)의 우측으로부터 출력되는 정현파 신호는 곧바로 펄스 생성부(24)로 출력된다, 이때의 터치패널(10)의 등가회로가 제9도에 도시되어 있다.
사람의 손이 터치패널(10)에 닿지 않는 경우에 터치패널(10)과 대지(ground)간에는 대지 용량성분(CGL , CGR)이 존재하므로 초기 위상차가 존재한다, 이때, 사용자의 손이 투명 터치패널(10)에 닿으면 터치패널(10)의 좌우측 양쪽단자에서 초기 위상차를 포함한 터치패널(10)의 위치에 따른 위상차가 발생한다. 이때의 터치패널(10)의 등가회로가 제11도에 도시되어 있다.
이와 같이 위상자가 발생된 정현파는 위상차 검출부(20)의 펄스생성부(24)로 입력되는데, 펄스 생성부(24)는 정현파의 위상차를 시미트트리거(G242, G243)를 이용하여 구형파로 변환한 후, 익스클루시브 OR 게이트(G24l)를 이용하여 상기한 구형파의 위상차에 따른 펄스신호를 발생시킨 뒤에, 이를 트랜지스터(Q24l)를 이용하여 반전시켜서 위상카운터 (30)로 출력한다.
위상 카운터(30)는 위상차 검출부(20)로부터 입력되는 펄스신호를 고주파의 클럭에 의해 카운팅하여 마이크로 프로세서부(40)로 이에 대한 데이터 (D[0: 15])를 전송한다.
마이크로 프로세서(40)는 카운트된 데이터값(D[0:15])으로부터 인체의 접촉이 발생되었는지 아닌지를 판별하여, 즉 위상차가 발생되었는지 아닌지를 판별하여 , 인체의 접촉이 발생된 경우에는 인체가 접촉된 위치를 수식적으로 산출하여 이를 통신부(50)로 출력함으로써 RS232C통신을 이용하여 외부의 컴퓨터 시스템에 접촉 위치에 관한 정보 데이터를 전송한다.
여기에서, 상기한 마이크로 프로세서(43)가 위상차로부터 접촉된 위치를 산출하게 되는 과정을 수식적으로 설명하면 다음과 같다.
제9도 내지 제11도에 도시되어 있듯이, 터치 패널(10)의 전체 저항은 다음과 같다.
RT == RL + RK
따라서, 인체의 접촉이 없는 초기에, 터치 패널(10)에서의 검출전압은 다음과 같다.
VL =V0/ [ 1 + jw RT CGL ]
VK =V0/[ l + jw RT CGR ]
이 경우에, 상기한 VL 과 VK의 위상차는 다음과 같다.
ΦIL = tan -1 (wRT CGL)
ΦIR = tan -1 (wRT CGR)
tan(ΦIL) = wRT CGL
tan(ΦIR) = WRT, CGR
여기서, ΦIL, ΦIR 은 위상 카운터(30)에 의하여 측정된다.
다음에, 터치 패널(10)에 인체의 접촉이 있는 경우에 터치 패널(10)에서의 검출전압은 다음과 같다.
VL =V0 / [(l + jw RL Ch) ( l + jw RK CGR) + jw RL CGR]
VR =V0 /[ 1 + jw RK Ck) ( 1 + jw RK CG) + jw RK CGK ]
이 경우에, 상기한 VL 과 VK의 위상차는 다음과 같다.
ΦIL = tan -1[ (wRK Ch + w(RL + RK ) CGL ) / ( 1 - w2 Rk RL Ch,CGL ) ]
Φ1R = tan -1 [ (wRL, Ch + w(RK + RL ) CGR ) / ( 1 - w2 RK RL Ch CGR) ]
tan(ΦL) = ( wRR Ch + tan(ΦIL )) / ( 1 - w2 RK RL Ch CGL )
tan(ΦR) = ( wRL CK + tan(ΦIL )) / ( 1 - w2 RK RL Ch CGR )여기서, ( 1 - w2 Rk RL Ch CGR ) 과 ( 1 - w2 RK RL Ch CGL ) ≤ 1이라 하면, 상기한 tan(ΦL), tan(ΦK)은 다음과 같다.
tsn(ΦL) = wRK Ch + tan(ΦIL)
tsn(Φk) = wRL Ch + tan(ΦIL)따라서, 저항비에 의한 위치는 다음과 같이 산출될 수가 있다.
상기한 수식에서,
RT 는 터치패널의 전체 저항이고,
RL 는 인체 접촉시 터치패널 왼쪽 단자와 접촉위치간의 저항이고,
RK 는 인체 접촉시 터지패널 오른쪽 단자와 접촉위치간의 저항이고,
CK 는 인체 용량이고,
CGL 는 터치패널 왼쪽 단자와 대지간의 용량이고,
CGK 는 터치패널 오른쪽 단자와 대지간의 용량이고,
VL 는 터지패널 왼쪽 단자의 출력전압이고,
VK 는 터치패널 오른쪽 단자의 출력전압이고,
V0 는 입력전압이고,
ΦIL 는 V0와 VL 의 위상차이고,
ΦIk 는 V0와 VK 의 위상차이고,
ΦL 는 인체 접촉시 V0와 VL 의 위상차이고,
ΦK 는 인체 접촉시 V0와 VK 의 위상차이다.
다음은 이 발명의 제2 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
제5도는 이 발명의 제2실시예에 따른용량발식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 전체구성 블럭도이다.
제5도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식
터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 구성은, 터지 패널(10)과, 정현파 발생기(70)와, 터치 패널(10)과 정현파 발생기(70)에 연결되어 있는 위상차 검출부(60)와, 위상차 검출부(60)에 연결되어 있는 위상카운터(80)와, 위상 카운터(80)에 연결되어 있는 위치 산출부(90)로 이루어진다.
제6도는이 발명의 제2실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장지의 정현파 발생기 및 위상차 검출부의 상세 회로도이다.
제6도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터지패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 정현파 발생기(70)와 구성은, 발진기(71)와, 발진기(71)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 분주기(72)와, 분주기(72)의 출력단에 입력단이 연결되어 적분회로를 구성하고 있는 저항(R7l∼R73), 커패시터(C7l), 연산 증폭기(73)와, 적분회로의 출력단에 입력단이 연결되어 저역통과 필터를 구성하고 있는 저항(R74∼R77), 커패시터(C72, C73), 연산 증폭기(74)와, 저력통과 필터의 출력단에 입력단이 연결되어 전압 팔로우어를 구성하고 있는 연산 증폭기(75)로 이루어진다.
제6도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상차 검출부(66)의 구성은, 인에이블신호선(/LEN, /REN)에 제어단자가 각각 연결되어 있고 정현파발생기(70)의 줄력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 스위치(62, 63)와, 제1 및 제2 스위지(62, 63)의 출력단에 입력단자가 각각 연결되어 있는 펄스 생성부(61)로 이루어진다.
상기만 펄스 생성부(61)의 구성은, 기준전압 발생기(611)와, 기준전압발생기(611)의 출력단에 반전 입력단자가 각각 연결되어 있고 제1 및 제2 스위치(62, 63)의 출력단과 터지 패널(10)에 비반전 입력단이 각각 연결되어 있는 비교기(612, 613)와, 비교기(612, 613)의 출력단에 게이트 단자가 각각 연결되어 있는 트랜지스터(Q6Il, Q612)와, 트랜지스터(Q611, Q612)의 드레인단자에 입력단이 각각 연결되어 있는 익스클루시브 OR 게이트(614)로 이루어진다.
제7도는 이 발명의 제2실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상 카운터의 상세 회로도이다.
제7도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터지패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상 카운터(SO)의 구성은, 위상차 펄스신호선(PD)에 입력단이 연결되어 있는 카운터 제어부(8l)와, 위상차 펄스 신호선(PD)과 카운터 제어부(81)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 AND 게이트(G8l, G82)와, 시스템 클럭 신호선(SYS CLK)에 클럭단자가 연결되어 있고 AND 게이트(G81, G82)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 카운터(82, 83)와, 선택 신호선(SELECT)과 카운터 (82, 83)의 출력단에 입력단이 연결되어 데이터 신호(D[0:15])를 출력하는 멀티플렉서 (84)로 이루어진다.
제8도는 이 발명의 제2실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위치 산출부의 상세 회로도이다.
제8도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터지패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위치 산출부(90)의 구성은, 타이밍 발생기(91)와, 데이터 신호선(D[0:15])과 타이밍 발생기(91)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 제1∼제4 레지스터(92∼95)와, 제1 및 제2 레지스터(92, 93)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 가산기(96)와, 가산기(96)의 출력단과 초기치 신호선에 입력단이 연결되어 있고 출력단은 타이밍 발생기(91)에 연결되어 있는 비교기(97)와, 제1∼제4 레지스터(92∼95)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 멀티플렉서(98)와, 멀티플렉서(98)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 탄젠트 테이블(99)과, 탄젠트 테이블(99)과 타이밍 발생기(91)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 제5∼제8 레지스터(9A∼9D)와, 제5 및 제7 레지스터(9A, 9C)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 감산기(9E)와, 제6 및 제8 레지스터(9B, 9D)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 감산기(9F)와, 감산기(9E, 9F)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 감산기(9G)와, 감산기(9E, 0G)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 나눗셈기(9H)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 작용은 다음과 같다.
전반적인 동작은 제1 실시예의 위치 검출장치와 유사하므로 중복되는 부분은 설명을 간략한다.
전원이 인가되어 동작이 시작되면, 위상 카운터(80)는 위상차 검출부(60)로인에이블 신호(/LEN, /REN)를 출력한다.
만약, 하이상태의 좌측 인에이블 신호(LEN)와 로우상태의 우측 인에이블신호(REN)가 입력되면, 위상차 검출부(60)의 제1 스위치(62)가 오프되고, 제2 스위지 (63)는 온된다.
상기한 바와 같이 위상차 검출부(60)의 제2 스위지(63)가 온되면 정현파발생기(70)로부터 출력되는 정현파 신호가 제2 스위치(63)를 거쳐 펄스생성부(61)로 출력됨과 동시에 터치 패널(10)의 우측으로 인가되며, 터치패널(16)을 거쳐서 터치 패널(10)의 좌측으로부터 출력되는 정현파 신호는 곧바로 펄스생성부(61)로 출력된다. 이때의 터치패널(10)의 등가회로가 제10도에 도시되어 있다.
그러나, 로우상태의 좌측 인에이블 신호(/LEN)와 하이상태의 우측 인에이블신호(/REN)가 입력되면, 위상차 검출부(60)의 제1 스위치(62)가 온되고, 제2 스위지 (63)는 오프된다.
상기한 바와 같이 위상차 검출부(60)의 제1 스위치(62)가 온되면 정현파 발생기(70)로부터 출력되는 정현파 신호가 제1 스위치(62)를 거쳐 펄스생성부(61)로 출력됨과 동시에 터치 패널(10)의 좌측으로 인가되며, 터치패널(10)을 거쳐서 터치 패널(10)의 우측으로부터 출력되는 정현파 신호는 곧바로 펄스생성부(61)로 출력된다. 이때의 터치패널(10)의 등가회로가 제9도에 도시되어 있다.
상기한 정현파 발생기(70)의 구체적인 동작은 다음과 같이 이루어진다.
발진기(71)로부터 발진신호가 생성되어 출력되면, 분주기는 이를 분주시킨 뒤에 적분기를 구성하고 있는 연산 증폭기(73)로 출력한다, 적분기의연산증폭기(73)는 입력되는 펄스신호를 적분시킴으로써 삼각파 신호를 형성한 뒤에 저역통과 필터를 형성하고 있는 연산 증폭기(74)로 출력한다. 연산증폭기(74)는 입력되는 삼각파 신호로부터 고주파 신호를 차단함으로써 정현파 신호를 생성한 뒤에 이를 전압 팔로우어(75)를 거쳐 위상차검출부(60)로 출력한다.
이와 같은 상태에서, 사람의 손이 터치패널(10)에 닿지 않는 경우에는 초기 위상차가 존재하며, 사용자의 손이 투명 터치패널(10)에 닿으면 터치패널(10)의 좌우측 양쪽단자에서 초기 위상차를 포함한 터치패널(10)의 위치에 따른 위상차가 발생한다. 이때의 터지패널(10)의 등가회로가 제11도에 도시되어 있다.
이와 같이 위상차가 발생된 정현파는 위상차 검출부(20)의 펄스생성부(61)로 입력되는데, 펄스 생성부(614)는 정현파의 위상차를 연산증폭기(612, 613)와 트랜지스터(Q6Il, Q612)를 이용하여 구형파로 변환한 후, 익스클루시브 OR 게이트(614)를 이용하여 상기한 구형파의 위상차에 따른 펄스신호를 발생시켜 위상 카운터(80)로 출력한다.
위상 카운터(80)의 카운터(82, 83)는 위상차 검출부(60)로부터 입력되는 펄스신호를 시스템 클럭(SYS CLK)에 의해 카운팅하여, 위상차 산출부(90)의 타이밍 발생기(91)로부터 입력되는 선택신호(SELECT)에 따라 멀티플리서(84)를 통해 위치 산출부(90)로 데이터 신호(D[0:15])를 전송한다.
위치 산출부(90)는 위상 카운터(8O)로부터 입력되는 데이터신호(D[0:15])를 제1 및 제2 레지스터(92∼96)에 저장한 뒤에, 탄젠트테이블(99)과, 가산기(96, 9G)와, 감산기(9E, 9F)와, 비교기(97)와, 중간저장용 레지스터(9A∼9D) 등을 이용하여위상차로부터 인체가 접촉된 터치패널(10)의 위치를 하드웨어적으로 산출한다.
여기에서, 상기한 위치 산출부(90)가 위상차로부터 접촉된 위치를 산출하게 되는 과정을 수식적으로 설명하는 과정은 이미 설명한 바 있으므로 생략하기로 한다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 디지틀 기술을 이용하여 위치검출회로를 구성함으로써 구현하기가 쉽고 저렴하며, 노이즈를 감소시킴과 동시에 해상도와 위치 검출속도를 향상시킬 수 있는 효과를 가진 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치를 제공할 수가 있다. 이 발명의 이러한 효과는 터치 스크린 분야에서 이용될 수가 있다.
제1도는 이 발명의 제1실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 전체구성 블럭도이고,
제2도는 이 발명의 제1실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상차 검출부의 상세 회로도이고,
제3도는 이 발명의 제1실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상 카운터의 상세 회로도이고,
제4도는 이 발명의 제1 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 마이크로 프로세서부 및 통신부의 상세회로도이고,
제5도는 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에
의한 위치 검출장치의 전체 구성 블럭도이고,
제6도는 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 정현파 발생기 및 위상차 검출부의 상세회로도이고,
제7도는 이 발명의 제2 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위상 카운터의 상세 회로도이고,
제8도는 이 발명의 제1 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치의 위치 산출부의 상세 회로도이고,
제9도는 이 발명의 실시예에 따른 용량방식 터치패널의 좌측 신호 인가시의 등가 회로도이고,
제IO도는 이 발명의 실시예에 따른 용량방식 터치패널의 우측 신호 인가시의 등가 회로도이고,
제11도는 이 발명의 실시예에 따른 용량방식 터지패널의 인체 접촉시의 등가 회로도이고,
제l2도는 이 발명의 실시예에 따른 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한
위치 검출방법의 동작 흐름도이다.

Claims (13)

  1. 용량성 터지 패널과,
    상기한 터지 패널에 정현파 신호를 인가만 뒤에, 터지 패널로부터 출력되는 정현파 신호의 위상차를 펄스신호로 출력하는 위상차 검출부와,
    상기한 위상차 검출부로부터 입력되는 펄스신호를 카운팅한 뒤에 이를 데이터 신호로 변환하여 출력하는 위상 카운터와,
    상기한 위상 카운터로부터 입력되는 데이터 신호로부터 인체가 터치패널에 접촉된 위치를 산출하여 이에 관한 정보신호를 출력하는 마이크로 프로세서와,
    상기한 마이크로 프로세서로부터 입력되는 정보신호를 RS232C 통신을 이용하여 외부의 컴퓨터 시스템으로 출력하는 통신부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터지패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기한 위상차 검출부는,
    정현파를 발진하여 출력하는 정현파 발진부와,
    상기한 위상 카운터로부터 입력되는 인에이블 신호에 따라 온오프됨으로써 상기한 정현파 발전부로부터 입력되는 정현파 신호를 전송, 차단하는 제1 및 제2 스위치와,
    상기한 제1 및 제2 스위치를 거쳐서 입력되는 정현파 신호와, 상기한 터지패널을 거져서 입력되는 정현파 신호의 위상차를 펄스신호로 변환하여 출력하는 펄스 생성부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기한 위상 카운터는,
    상기한 마이크로 프로세서로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기한 위상차검출부로 인에이블 신호를 출력하고, 상기한 위상차 검출부로부터 입력되는 펄스신호를 카운팅하여 이에 대한 데이터 신호를 상기한 마이크로 프로세서로 출력하는 에이직(Application Specification Integrated Circuit, ASIC)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치검출장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기한 정현파 발전부는,
    가변저항(R211 )과,
    상기한 가변저항(R211)의 제어단자에 병렬로 연결되어 있는 저항(R2l2) 및 커패시터 (C211)와,
    상기한 가변저항(R211)의 제어단자에 연결되어 있는 가변저항(R2l4)과, 상기한 저항(R2l2)에 비반전 입력단자가 연결되어 있고 가변저항(R2l4)의 제어단자에 반전 입력단자가 연결되어 있는 연산 증폭기(OP211)와,
    상기한 연산 증폭기(OP211)의 비반전 입력단자와 출력단자의 사이에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(C2l2) 빛 저항(R2l3)과,
    상기한 연산 증폭기(OP211)의 출력단에 연결되어 있는 전압 팔로우어(OP2l2)로 이루어지는 것온 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기한 제1 및 제2 스위치는,
    인에이블 신호선(/LEFTEN, /RIGHTEN)에 각각 한쪽단자가 연결되어 있는 저항(R222, R232)과,
    상기한 저항(R222, R232)의 다른 한쪽단자에 베이스 단자가 각각 연결되어 있고 에미터 단자는 각각 접지되어 있는 트랜지스터(Q22l, Q23l)와, 상기한 트랜지스터(Q221, Q23l)의 컬렉터 단자와 전원전압(Vcc)의 사이에 각각 연결되어 있는 저항(R22l, R23l)과,
    상기한 트랜지스터(Q221, Q231)의 컬렉터 단자에 제어단자가 각각 연결되어 있는 애널로그 스위치(G22l, G23l)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기한 펄스 생성부는,
    제1 및 제2 스위치(22, 23)의 출력단과 터치패널(10)에 입력단이 각각 연결되어 있는 시미트 트리거(G242, G243)와,
    상기한 시미트 트리거(G242, G243)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 익스클루시브 OR 게이트(G24l)와,
    상기한 익스 클루시브 OR 게이트(G24l)의 출력단에 한쪽단자가 연결되어 있는 저항(R242)과,
    상기한 저항(R242)의 다른 한쪽단자에 베이스 단자가 연결되어 있고 에미터단자는 접지되어 있는 트랜지스터(Q24l)와,
    상기한 트랜지스터(Q241)의 컬렉터 단자와 전원전압(Vcc)의 사이에 연결되어 있는 저항(R24l)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터지패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  7. 용량성 터치 패널과,
    정현파 신호를 생성하여 출력하는 정현파 발생기와,
    상기한 정현파 발생기로부터 입력되는 정현파 신호를 상기한 터치 패널에 인가한뒤에, 상기한 터치패널로부터 출력되는 정현파 신호의 위상차를 펄스신호로 변환하여 출력하는 위상차 검출부와,
    상기한 위상차 검출부로부터 입력되는 펄스신호를 카운팅한 뒤에 이를 데이터 신호로 변환하여 출력하는 위상 카운터와,
    상기한 위상 카운터로부터 입력되는 데이터 신호로부터 터치패널에 접촉된
    인체의 위치를 산출하는 위치 산출부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기한 정현파 발생기는,
    발진신호를 생성하여 출력하는 발진기와,
    상기한 발진신호를 분주하여 출력하는 분주기와,
    상기한 분주기의 출력신호를 적분하여 출력하는 적분회로와,
    상기한 적분회로의 출력신호에 포함되어 있는 고주파 신호를 제거하여 출력하는 저역통과 필터와,
    상기한 저역통과 필터의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 전압 팔로우어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치검출장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기한 위상차 검출부는,
    인에이블 신호(/LEN, /REN)에 의해 온오프되며, 상기한 정현파 발생기의
    출력신호를 상기한 터치패널에 인가하는 제1 및 제2 스위치와,
    상기한 제1 및 제2 스위치와 터치패널을 통해서 입력되는 정현파 신호의 위상차를 펄스신호로 변환하여 출력하는 펄스 생성부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기한 펄스 생성부는,
    기준전압 발생기 (611)와,
    상기한 기준전압 발생기(611)의 출력단에 반전 입력단자가 각각 연결되어 있고, 상기한 제1 및 제2 스위치의 출력단과 터치 패널에 비반전 입력단이 각각 연결되어 있는 비교기(612, 613)와,
    상기한 비교기(612, 613)의 출력단에 게이트 단자가 각각 연결되어 있는 트랜지스터 (Q611, Q6l2)와,
    상기한 트랜지스터(Q611, Q6l2)의 드레인 단자에 입력단이 각각 연결되어 있는 익스클루시브 OR 게이트(614)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기한 위상 카운터는,
    위상차 펄스 신호선(PD)에 입력단이 연결되어 있는 카운터 제어부(81)와,
    상기한 위상차 펄스 신호선(PD)과 카운터 제어부(81)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 AND 게이트(G8l, G82)와,
    시스템 클럭신호(SYS CLK)에 따라 상기한 AND 게이트(G8l, G82)로부터 입력되는 펄스신호를 계수하여 출력하는 카운터(82, 83)와,
    선택 신호(SELECT)에 따라 상기한 카운터(82, 83)중에서 하나를 선택하여 계수값을 데이터 신호로서 출력하는 멀티플렉서(84)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기한 위치 산출부는,
    타이밍 발생기 (91)와,
    데이터 신호전(D[0:15])과 타이밍 발생기(91)의 출력단에 입력단이 각각
    연결되어 있는 제1∼제4 레지스터(92∼95)와,
    상기한 제1 및 제2 레지스터(92, 93)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 가산기 (96)와 ,
    상기한 가산기(96)의 출력단과 초기치 신호선에 입력단이 연결되어 있고 출력단은 타이밍 발생기(91)에 연결되어 있는 비교기(97)와,
    상기한 제1∼제4 레지스터(92∼95)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 멀티플렉서 (98)와,
    상기한 멀티플렉서(98)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 탄젠트테이블(99)과,
    상기한 탄젠트 테이블(99)과 타이밍 발생기(91)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 제5∼제8 레지스터(9A∼9D)와,
    상기한 제5 및 제7 레지스터(9A, 9C)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 감산기 (9E)와,
    상기한 제6 및 제8 레지스터(9B, 9D)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 감산기 (9F)와,
    상기한 감산기(9E, 9F)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 감산기(9G)와, 상기한 감산기(9E, OG)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 나눗셈기(9H)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치검출장치.
  13. 정현파 신호를 터치패널에 인가하는 단계와,
    상기한 터치패널에 인가된 정현파 신호와, 상기한 터치패널을 통해서 출력되는 정현파 신호와의 위상차를 펄스신호로서 생성시키는 단계와,
    상기한 펄스신호를 카운팅한 뒤에 이를 데이터 신호로서 변환시키는 단계와,
    상기한 데이터 신호로부터 다음과 같은 수식을 이용하여 터치패널에 인체가 접촉된 위치를 산출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량방식 터치패널에서의 위상차에 의한 위치 검출방법.
    여기에서,
    RL 는 인체 접촉시 터지패널 왼쪽단자와 접촉위치간의 저항이고
    RK 는 인체 접촉시 터치패널 오른쪽 단자와 접촉위치간의 저항이고,
    ΦIL 는 V0와 VL 의 위상차이고,
    ΦIR 는 V0와 VK 의 위상차이고,
    ΦL 는 인체 접촉시 V0와 VL 의 위상차이고,
    ΦK 는 인체 접촉시 V0와 VK 의 위상차이다.
    Vo 는 입력전압이고,
    VL 는 터지패널 왼쪽 단자의 출력전압이고,
    VK 는 터치패널 오른쪽 단자의 출력전압이다.
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