KR100933042B1 - 터치 좌표인식 방법 및 이를 수행하기 위한 터치스크린장치 - Google Patents

Abstract

굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법 및 이를 수행하기 위한 터치스크린 장치가 개시된다. 터치스크린 패널은 동일한 기판상에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 굽힘파센서들을 갖는다. 반사파 제거부는 굽힘파센서들 각각에서 제공되는 굽힘파 신호들에 포함된 반사파를 제거한다. 푸리에변환부는 반사파가 제거된 굽힘파 신호들 각각에 대해 푸리에변환한다. 연산처리부는 푸리에변환된 굽힘파 신호들 각각에 대해 굽힘파센서별 굽힘파의 지연시간을 연산한다. 위치추정부는 연산된 지연시간을 근거로 터치스크린의 터치 좌표를 추정한다. 이에 따라, 터치스크린 장치에 배치된 복수의 굽힘파센서들 각각이 터치 순간의 진동에 의해 발생되되, 서로 다른 전달 특성을 갖는 굽힘파를 수신하여 굽힘파 신호처리 기술을 통해 굽힘파센서별 굽힘파의 지연시간을 계산하므로써, 터치 좌표를 인식할 수 있다.

터치, 굽힘파, 웨이브렛, 쇼트 커널, 도달시간차, 상호상관

Description

터치 좌표인식 방법 및 이를 수행하기 위한 터치스크린 장치{METHOD FOR RECOGNIZING A TOUCH POSITION AND TOUCH-SCREEN DEVICE FOR PERFORMING THE SAME}

도 1a는 일반적인 적외선 터치스크린의 구성도이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 구조를 단순화하여 적외선 터치스크린의 원리를 설명하는 블럭도이다.

도 2a는 본 발명에 따른 굽힘파를 이용한 터치스크린 장치를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.

도 2b는 도 2a에 도시된 제1 내지 제4 굽힘파센서들에서 감지되는 굽힘파들을 설명하기 위한 파형도이다.

도 3은 본 발명에 따른 터치 좌표인식 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따라 발생되는 터치좌표들에 대응하는 좌표 연산 과정을 설명하는 개념도들이다.

도 5는 도 3에 도시된 굽힘파 신호 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시된 각 단계에 대응하는 신호를 설명하기 위한 파형도들이다.

도 7은 도 5에 도시된 웨이브렛을 적용한 신호처리 기술이 적용된 터치스크 린 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 8은 도 3에 도시된 굽힘파 신호 처리의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 9a 내지 도 9f는 도 8에 도시된 각 단계에 대응하는 신호를 설명하기 위한 파형도들이다.

도 10은 도 8에 도시된 쇼트 커널 방법을 적용한 신호처리 기술이 적용된 터치스크린 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 11a는 샘플율이 100Khz이고, 특정주기(주파수)가 1740Hz인 쇼트커널을 도시하고, 도 11b는 샘플율이 100KHz이고, 특정주파수가 6740Hz인 쇼트커널을 도시한다.

도 12는 도 3에 도시된 굽힘파 신호 처리의 또 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 13a 내지 도 13f는 도 12에 도시된 각 단계에 대응하는 신호를 설명하기 위한 파형도들이다.

도 14는 도 12에 도시된 도달시간차를 적용한 신호처리 기술이 적용된 터치스크린 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 15는 도 14에 도시된 상호상관부(크로스 코레이션부)를 설명하는 블록도이다.

도 16은 도 15에 도시된 단위 상호상관부를 설명하는 블록도이다.

본 발명은 터치 좌표인식에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법 및 이를 수행하기 위한 터치스크린 장치에 관한 것이다.

근래들어, 모든 측면의 생활에서 대화형 표시장치인 전자 표시장치들이 널리 사용된다. 과거에는 전자 표시장치의 사용이 데스크톱 컴퓨터 및 노트북 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 응용들로 주로 한정되었으나, 처리 능력이 보다 용이하게 이용가능하게 됨에 따라, 그러한 성능은 넓고 다양한 응용들로 통합되었다. 예를 들어, 출납 기계, 게임기, 자동차 네비게이션 시스템, 레스토랑 관리 시스템, 야채가게 체크아웃 라인들, 가스 펌프, 정보 키오스크, 및 핸드-헬드 데이터 수첩과 같은 넓고 다양한 응용들에서 전자 표시장치들을 흔히 볼 수 있다.

터치스크린 장치는 사용자가 디스플레이 장치를 직접 손으로 눌러 원하는 동작을 수행할 수 있도록 하는 대화식 시스템으로 각종, 안내, 정보 시스템으로부터 각 산업현장의 자동화 공정의 제어감시뿐 아니라, 각종 조작의 대체에 이르기까지 널리 사용된다.

상기한 터치스크린 장치중 적외선 터치스크린은 평면상에서 상부측과 우측에 적외선을 발산하는 발광부와, 상기 발광부 각각에 대향하는 위치에 위치하도록 하부측과 좌측에 적외선을 검출하는 수광부를 두어 터치스크린의 눌림에 따라 적외선이 검출되지 않는 두 수광부가 교차하는 좌표를 눌려진 위치로 인식하도록 구성된다.

도 1a는 일반적인 적외선 터치스크린의 구성도이다.

도 1a를 참조하면, 적외선 터치스크린은 터치스크린(1)의 평면상 상부측과 우측에 각각 소정거리 이격되어 위치하는 복수의 발광부(2)와, 상기 터치스크린(1)의 평면상 하부측과 좌측에 상기 복수의 발광부(2) 각각에 대향하도록 배치되는 복수의 수광부(3)와, 상기 수광부(3)의 검출결과를 인가받아 터치스크린(1)의 눌림 좌표를 검출하는 제어부(4)를 포함한다. 여기서, 발광부(2)는 발광 다이오드를 포함하고, 수광부(3)는 수광 다이오드를 포함한다.

도 1b는 도 1a에 도시된 구조를 단순화하여 적외선 터치스크린의 원리를 설명하는 블럭도이다.

도 1b를 참조하면, 제어부(4)의 제어에 따라 발광부(2)와 수광부(3)가 동작되며, 발광부(2)로부터 발산되는 적외선은 수광부(3)에서 검출되고, 상기 수광부(3)의 검출 결과는 제어부(4)에 다시 인가된다.

이러한 과정에서 상기 발광부(2)와 수광부(3)사이의 영역, 즉 터치스크린(1)에 눌림이 발생할 경우 상기 발광부(2)에서 발생한 적외선은 수광부(3)에서 검출되지 않으며, 이에 따라 상기 수광부(3)의 검출결과를 인가받는 제어부(4)는 눌림이 발생함을 검출할 수 있다.

한편, 대화형 표시장치들은 종종 소정 형태의 접촉 감지 스크린을 포함한다. 시각 표시장치들과 접촉 감지 패널들을 통합하는 것은, 다음 세대의 휴대형 멀티미디어 디바이스들의 출현과 함께 점차 일반적인 것으로 되고 있다. SAW(Surface Acoustic Wave)로 불리는 하나의 인기있는 접촉 검출 기술은 유리 스크린의 표면상 에서 전파하는 고주파수 파장들을 사용한다. 유리 스크린 표면과 손가락의 접촉으로부터 유발되는 파장들의 감쇠가 접촉 위치를 검출하는데 사용된다. 상기한 SAW는 교란이 픽업 센서(pickup sensor)들에 도달하는 시간이 접촉 위치를 검출하는데 사용되는 "이동하는데 걸리는 시간(time-of-flight)" 기술을 사용한다. 그러한 접근법은 매체가 비분산 방식으로 거동하여, 파장의 속도가 관심있는 주파수 범위에 걸쳐 많이 변하지 않는 경우에 가능하다.

한편, 통상적으로 평판에 충격이 가해지면 진동이 발생한다. 상기 진동에 의해 발생된 굽힘파(flexible wave 또는 bending wave)는 충격 지점에서 외부로 전달되는 특성을 갖는다. 상기 굽힘파는 주파수별로 전달되는 특성이 서로 다르며, 높은 주파수가 낮은 주파수보다 더 빨리 전달되는 특성을 갖는다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 굽힘파의 서로 다른 전달 특성을 이용하여 터치 좌표를 인식하기 위한 굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 터치 좌표인식 방법을 수행하기 위한 터치스크린 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법은 (a) 터치 화면의 터치에 따라 발생되는 복수의 굽힘파들을 수신하는 단계와, (b) 상기 굽힘파들에 포함된 반사파를 제거하는 단계와, (c) 상기 반사파가 제거된 굽힘파들 각각에 대해 굽힘파들간의 수신시간들을 연산하여 터치 좌표를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 굽힘파의 지연시간의 계산은 쇼트 커널 방식을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 터치스크린 장치는 터치스크린 패널, 반사파 제거부, 푸리에변환부; 연산처리부 및 위치추정부를 포함한다. 상기 터치스크린 패널은 동일한 기판상에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 굽힘파센서들을 갖는다. 상기 반사파 제거부는 상기 굽힘파센서들 각각에서 제공되는 굽힘파 신호들에 포함된 반사파를 제거한다. 상기 푸리에변환부는 상기 반사파가 제거된 굽힘파 신호들 각각을 푸리에변환한다. 상기 연산처리부는 상기 푸리에변환부에 의해 푸리에변환된 굽힘파 신호들 각각에 대해 굽힘파센서별 굽힘파들간의 지연시간을 연산한다. 상기 위치추정부는 상기 연산처리부에 의해 연산된 지연시간을 근거로 상기 터치스크린의 터치 좌표를 추정한다. 상기 연산처리부는 4채널 공통의 중심주파수에 따른 쇼트 커널 계수를 생성하고, 생성된 쇼트 커널 계수를 근거로 쇼트 커널 파형을 산출하는 쇼트 커널 계수생성부와, 상기 쇼트 커널 파형과 상기 디지털 변환된 굽힘파들을 서로 상관처리하여 최고치에 대응하는 주파수의 시각정보를 추출하는 상호상관부를 포함한다.

삭제

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 또 다른 실시예에 따른 터치스크린 장치는 터치스크린 패널, 아날로그-디지털변환부, 반사파 제거부, 푸리에변환부, 쇼트 커널 계수생성부, 상호상관부, 위치추정부 및 터치 드라이버를 포함한다. 상기 터치스크린 패널은 동일한 기판상에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 굽힘파센서들을 갖는다. 상기 아날로그-디지털변환부는 상기 굽힘파센서들 각각에서 제공되는 굽힘파 신호를 제공받아 디지털 변환한다. 상기 반사파 제거부는 상기 아날로그-디지털변환부에 의해 디지털 변환된 굽힘파 신호에 포함된 반사파를 제거한다. 상기 푸리에변환부는 상기 반사파 제거부에 의해 반사파가 제거된 굽힘파 신호들 각각을 푸리에변환한다. 상기 쇼트 커널 계수생성부는 4채널 공통의 중심주파수에 따른 쇼트 커널 계수를 생성하고, 생성된 쇼트 커널 계수를 근거로 쇼트 커널 파형을 산출한다. 상기 상호상관부는 상기 쇼트 커널 파형과 상기 디지털 변환된 굽힘파들을 서로 상관처리하여 최고치에 대응하는 주파수의 시각정보를 추출한다. 상기 위치추정부는 상기 주파수의 시각정보들간의 시간차를 연산하여 시간차들을 산출하고, 산출된 시간차들을 근거로 터치 좌표를 추정한다. 상기 터치 드라이버는 상기 위치추정부에 의해 추정된 터치 좌표를 제공받는다.

삭제

이러한 터치 좌표인식 방법 및 이를 수행하기 위한 터치스크린 장치에 의하면, 터치스크린 장치에 배치된 복수의 굽힘파센서들 각각이 터치 순간의 진동에 의해 발생되되, 서로 다른 전달 특성을 갖는 굽힘파를 수신하여 굽힘파 신호처리 기술을 통해 굽힘파센서별 굽힘파의 지연시간을 계산하므로써, 터치 좌표를 인식할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2a는 본 발명에 따른 굽힘파를 이용한 터치스크린 장치를 개략적으로 설 명하기 위한 개념도이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 제1 내지 제4 굽힘파센서들에서 감지되는 굽힘파들을 설명하기 위한 파형도이다.

도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 굽힘파를 이용한 터치스크린 장치는 베이스 기판(SUB), 상기 베이스 기판(SUB)의 네 모서리에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)을 포함한다. 상기 굽힘파(Bending wave signal 또는 Flexural wave)는 전파 속도가 주파수의 제곱근에 비례하는 분산파(Dispersive wave)이다. 따라서, 상대적으로 작은 파장을 갖는 굽힘파는 상대적으로 긴 파장을 갖는 굽힘파보다 전파 속도가 큰 특성을 갖는다.

도 2a에서, τ1은 터치위치(T0)에서 굽힘파가 발생된 후 제1 굽힘파센서(S1)가 인식하는데 소요되는 시간이고, τ2는 터치위치(T0)에서 굽힘파가 발생된 후 제2 굽힘파센서(S2)가 인식하는데 소요되는 시간이며, τ3은 터치위치(T0)에서 굽힘파가 발생된 후 제3 굽힘파센서(S3)가 인식하는데 소요되는 시간이고, τ4는 터치위치(T0)에서 굽힘파가 발생된 후 제4 굽힘파센서(S4)가 인식하는데 소요되는 시간이다. 또한, δ1은 제1 굽힘파센서(S1)의 굽힘파 검출시각과 제2 굽힘파센서(S2)의 굽힘파 검출시각간의 시간이고, δ2는 제1 굽힘파센서(S1)의 굽힘파 검출시각과 제3 굽힘파센서(S3)의 굽힘파 검출시각간의 시간이며, δ3은 제1 굽힘파센서(S1)의 굽힘파 검출시각과 제4 굽힘파센서(S4)의 굽힘파 검출시각간의 시간이다.

동작시, 베이스 기판(SUB)의 네 모서리에 각각 배치된 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)은, 터치 순간의 진동에 인해 발생된 굽힘파의 전달특성에 따라, 서로 다른 지연 시간을 갖는 신호들을 수신한다.

이에, 본 발명에 따르면, 상기 수신된 신호들에 대해 다양한 굽힘파 신호처리 기술들을 적용하여 굽힘파센서별 굽힘파의 지연시간을 계산하므로써, 터치 좌표를 산출한다.

도 2b를 참조하면, 터치위치(T0)에 터치 동작이 이루어져 굽힘파가 발생되면, 제1 굽힘파센서(S1)가 굽힘파를 인식한다. 제2 굽힘파센서(S2)는 제1 굽힘파센서(S1)의 터치 인식 시각에서 제1 시간(δ1) 경과후 상기 굽힘파를 인식하고, 제3 굽힘파센서(S2)는 상기 터치 인식 시각에서 제2 시간(δ2) 경과후 상기 굽힘파를 인식하며, 제4 굽힘파센서(S3)는 상기 터치 인식 시각에서 제3 시간(δ3)의 경과후 상기 굽힘파를 인식한다.

이상적인 경우에는 도 2b에 도시된 바와 같이 각각의 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)에서 수집되는 굽힘파의 파형은 실질적으로 동일하다.

하지만, 베이스 기판의 외곽부가 매질의 계면으로 작용하게 되므로 굽힘파에 대응하여 반사파가 발생한다. 따라서, 각각의 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)에서 수집되는 굽힘파에는 이러한 반사파가 노이즈 성분으로 작용한다. 또한, 베이스 기판의 영역에 따라 표면의 상태에 따라서도 굽힘파의 파형에는 왜곡이 발생된다.

따라서, 본 발명에서는 각각의 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)에서 수집되는 굽힘파에 포함되는 노이즈 성분을 제거하여 굽힘파 파형들 각각의 초기 검출시각을 보다 정확히 산출한다.

도 3은 본 발명에 따른 터치 좌표인식 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 터치에 따른 굽힘파가 수신되는지의 여부가 체크된다(단계 S100).

단계 S100에서 터치에 따른 굽힘파가 수신되는 것으로 체크되는 경우, 굽힘파센서별로 수신되는 굽힘파들이 수집된다(단계 S200).

이어, 수신된 굽힘파(또는 굽힘파)에 대해서 신호처리가 진행되어 수신된 굽힘파들의 수신 시각정보를가 획득된다(단계 S300). 상기한 신호처리 절차는 다양한 방식을 통해 진행될 수 있다. 예를들어, 웨이브렛 변환(Wavelet Transform)을 적용한 신호처리 기술에 의해 진행될 수도 있고, 쇼트 커널 방법(Short Kernel Method, SKM)에 의해 진행될 수도 있으며, 도달 시간차(Time Difference Of Arrival, TDOA) 기술에 의해 진행될 수도 있다.

이어, 단계 S300에서 신호처리된 결과를 근거로 터치 영역이 산출된다(단계 S400). 산출된 터치 영역에 따라 터치 좌표를 산출하는 서로 다른 수학식들이 적용된다.

이어, 단계 S400에서 산출된 터치 영역과 상기 획득된 수신 시각정보를 근거로 터치 좌표(터치 위치)가 산출된다(단계 S500).

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따라 발생되는 터치 영역들에 대응하는 위치 연산 과정을 설명하는 개념도들이다. 특히, 도 4a는 제1 사이드 평면 영역에 터치가 발생된 경우가 도시되고, 도 4b는 제2 사이드 평면 영역에 터치가 발생된 경우가 도시되며, 도 4c는 제3 사이드 평면 영역에 터치가 발생된 경우가 도시되고, 도 4d는 제4 사이드 평면 영역에 터치가 발생된 경우가 도시된다.

<제1 사이드 평면 영역 모드>

도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 굽힘파센서(S1)에 근접하는 제1 사이드 평면 영역에 터치가 발생되면, 제1 굽힘파센서(S1)가 가장먼저 터치에 따른 굽힘파를 감지한다. 상기 제1 사이드 평면 영역은 t12≥0, t13≥0, t14≥0인 조건을 만족한다. 여기서, t12는 제1 굽힘파센서(S1)의 검출시각에서 제2 굽힘파센서(S2)의 검출시각을 감산한 값이고, t13은 제1 굽힘파센서(S1)의 검출시각에서 제3 굽힘파센서(S3)의 검출시각을 감산한 값이고, t14는 제1 굽힘파센서(S1)의 검출시각에서 제4 굽힘파센서(S4)의 검출시각을 감산한 값이다.

터치가 발생된 제1 사이드 평면 영역의 제1 지점(x1,y1)은 제1 내지 제4 굽힘파센서들과 함께 복수의 직각삼각형을 정의한다. 정의되는 직각삼각형에 대응하여 4개의 방정식이 하기하는 수학식 1과 같이 유도될 수 있다.

여기서, m은 베이스 기판의 제1 변의 길이이고, n은 베이스 기판의 제2 변의 길이이다. 도 4a에서, m은 제1 굽힘파센서(S1)와 제2 굽힘파센서(S2) 또는 제3 굽힘파센서(S3)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이고, n은 제1 굽힘파센서(S1)와 제3 굽힘파센서(S3) 또는 제2 굽힘파센서(S2)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이다.

또한, 상기 제1 지점(x1,y1)과 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)간의 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)은 하기하는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.

여기서, Cg는 베이스기판의 재질에 따라 설정되는 상수이다. 예를들어, 공기를 통과하는 소리의 군속도(group velocity)는 상온에서 대략 340m/sec 이고, 유리를 통과하는 소리의 군속도는 대략 3,000m/sec 내지 5,000 m/sec 이다.

상기한 수학식 2에서 정의되는 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)을 수학식 1에 대입하여 정리하면 하기하는 수학식 3을 얻을 수 있다.

따라서, 터치가 발생된 제1 사이드 평면 영역의 제1 지점(x1,y1)의 위치는 상기한 수학식 3을 통해 얻을 수 있다.

<제2 사이드 평면 영역 모드>

도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 굽힘파센서(S2)에 근접하는 제2 사이드 평면 영역에 터치가 발생되면, 제2 굽힘파센서(S2)가 가장먼저 터치에 따른 굽힘파를 감지한다. 상기 제2 사이드 평면 영역은 t21≥0, t23≥0, t24≥0의 조건을 만족한다. 여기서, t21은 제2 굽힘파센서(S2)의 검출시각에서 제1 굽힘파센서(S1)의 검출시각을 감산한 값이고, t23은 제2 굽힘파센서(S2)의 검출시각에서 제3 굽힘파센서(S3)의 검출시각을 감산한 값이고, t24는 제2 굽힘파센서(S2)의 검출시각에서 제4 굽힘파센서(S4)의 검출시각을 감산한 값이다.

터치가 발생된 제2 사이드 평면 영역의 제1 지점(x2,y2)은 제1 내지 제4 굽힘파센서들과 함께 복수의 직각삼각형을 정의한다. 정의되는 직각삼각형에 대응하여 4개의 방정식이 하기하는 수학식 4와 같이 유도될 수 있다.

여기서, m은 베이스 기판의 제1 변의 길이이고, n은 베이스 기판의 제2 변의 길이이다. 도 4b에서, m은 제1 굽힘파센서(S1)와 제2 굽힘파센서(S2) 또는 제3 굽 힘파센서(S3)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이고, n은 제1 굽힘파센서(S1)와 제3 굽힘파센서(S3) 또는 제2 굽힘파센서(S2)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이다.

또한, 상기 제2 지점(x2,y2)과 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)간의 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)은 하기하는 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.

여기서, Cg는 베이스기판의 재질에 따라 설정되는 상수이다.

상기한 수학식 5에서 정의되는 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)을 수학식 4에 대입하여 정리하면 하기하는 수학식 6을 얻을 수 있다.

따라서, 터치가 발생된 제2 사이드 평면 영역의 제2 지점(x2,y2)의 위치는 상기한 수학식 6을 통해 얻을 수 있다.

<제3 사이드 평면 영역 모드>

도 4c에 도시된 바와 같이, 제3 굽힘파센서(S3)에 근접하는 제3 사이드 평면 영역에 터치가 발생되면, 제3 굽힘파센서(S3)가 가장먼저 터치에 따른 굽힘파를 감지한다. 상기 제3 사이드 평면 영역은 t31≥0, t32≥0, t34≥0의 조건을 만족한다. 여기서, t31은 제3 굽힘파센서(S3)의 검출시각에서 제1 굽힘파센서(S1)의 검출시각을 감산한 값이고, t32는 제3 굽힘파센서(S3)의 검출시각에서 제2 굽힘파센서(S2)의 검출시각을 감산한 값이고, t34는 제3 굽힘파센서(S3)의 검출시각에서 제4 굽힘파센서(S4)의 검출시각을 감산한 값이다.

터치가 발생된 제3 사이드 평면 영역의 제3 지점(x3,y3)은 제1 내지 제4 굽힘파센서들과 함께 복수의 직각삼각형을 정의한다. 정의되는 직각삼각형에 대응하여 4개의 방정식이 하기하는 수학식 7과 같이 유도될 수 있다.

여기서, m은 베이스 기판의 제1 변의 길이이고, n은 베이스 기판의 제2 변의 길이이다. 도 4a에서, m은 제1 굽힘파센서(S1)와 제2 굽힘파센서(S2) 또는 제3 굽힘파센서(S3)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이고, n은 제1 굽힘파센서(S1)와 제3 굽힘파센서(S3) 또는 제2 굽힘파센서(S2)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이다.

또한, 상기 제3 지점(x3,y3)과 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)간의 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)은 하기하는 수학식 8과 같이 정의될 수 있다.

여기서, Cg는 베이스기판의 재질에 따라 설정되는 상수이다.

상기한 수학식 8에서 정의되는 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)을 수학식 7에 대입하여 정리하면 하기하는 수학식 9를 얻을 수 있다.

따라서, 터치가 발생된 제3 사이드 평면 영역의 제3 지점(x3,y3)의 위치는 상기한 수학식 9를 통해 얻을 수 있다.

<제4 사이드 평면 영역 모드>

도 4d에 도시된 바와 같이, 제4 굽힘파센서(S4)에 근접하는 제4 사이드 평면 영역에 터치가 발생되면, 제4 굽힘파센서(S4)가 가장먼저 터치에 따른 굽힘파를 감지한다. 상기 제4 사이드 평면 영역은 t41≥0, t42≥0, t43≥0의 조건을 만족한다. 여기서, t41은 제4 굽힘파센서(S4)의 검출시각에서 제1 굽힘파센서(S1)의 검출시각을 감산한 값이고, t42는 제4 굽힘파센서(S4)의 검출시각에서 제2 굽힘파센서(S2)의 검출시각을 감산한 값이고, t43은 제4 굽힘파센서(S4)의 검출시각에서 제3 굽힘파센서(S3)의 검출시각을 감산한 값이다.

터치가 발생된 제4 사이드 평면 영역의 제4 지점(x4,y4)은 제1 내지 제4 굽힘파센서들과 함께 복수의 직각삼각형을 정의한다. 정의되는 직각삼각형에 대응하여 4개의 방정식이 하기하는 수학식 10과 같이 유도될 수 있다.

여기서, m은 베이스 기판의 제1 변의 길이이고, n은 베이스 기판의 제2 변의 길이이다. 도 4a에서, m은 제1 굽힘파센서(S1)와 제2 굽힘파센서(S2) 또는 제3 굽힘파센서(S3)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이고, n은 제1 굽힘파센서(S1)와 제3 굽힘파센서(S3) 또는 제2 굽힘파센서(S2)와 제4 굽힘파센서(S4)간의 거리이다.

또한, 상기 제4 지점(x4,y4)과 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)간의 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)은 하기하는 수학식 11과 같이 정의될 수 있다.

여기서, Cg는 베이스기판의 재질에 따라 설정되는 상수이다.

상기한 수학식 11에서 정의되는 제1, 제2, 제3 및 제4 거리들(r1, r2, r3, r4)을 수학식 10에 대입하여 정리하면 하기하는 수학식 12를 얻을 수 있다.

따라서, 터치가 발생된 제4 사이드 평면 영역의 제4 지점(x4,y4)의 위치는 상기한 수학식 12를 통해 얻을 수 있다.

그러면, 상기한 터치 좌표를 산출하기 위해 굽힘파센서별 굽힘파의 지연 시간을 계산하는 실시예들, 즉 각종 굽힘파 신호처리 기술들에 대해서 설명한다.

<실시예 1-연속 웨이브렛 변환을 이용한 좌표 인식 방법>

도 5는 도 3에 도시된 굽힘파 신호 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시된 각 단계에 대응하는 신호를 설명하기 위한 파형도들이다. 특히, 연속 웨이브렛 변환(Continuous Wavelet Transform; CWT)을 적용한 굽힘파 신호처리 기술이 도시된다.

도 5 내지 도 6c를 참조하면, 각 채널별로 수집된 굽힘파 신호들 각각에 대해 디지털 변환이 수행된다(단계 S311). 예를들어, 굽힘파센서에서 감지되는 굽힘파는 도 6a에 도시된 바와 같이 터치 초기에 상대적으로 큰 진폭을 갖고, 시간의 경과에 따라 상대적으로 줄어드는 진폭을 갖는다. 본 실시예에서, 채널은 각각의 굽힘파센서들을 칭하는 용어로 사용한다.

이어, 디지털 변환된 굽힘파 신호에 대해 밴드 패스 필터링 또는 어댑티브 필터링이 수행되어, 굽힘파에 포함된 반사파가 제거된다(단계 S312).

이어, 각 채널별로 푸리에변환(FFT)을 통해 시간 영역의 굽힘파를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 분석 동작이 수행된다(단계 S313).

이어, 각 채널별 공통의 중심주파수들에 따른 웨이브렛 계수를 생성하고, 생성된 웨이브렛 계수를 이용하여 도 6b에 도시된 바와 같은 웨이브렛 패킷을 생성한다(단계 S314). 상기한 웨이브렛 변환은 영역의 크기가 가변되는 윈도우를 사용하여 획일화되지 않은 주파수 대역으로 신호를 분석하는 특징이 있다.

저주파 정보를 더욱 정확하게 원하는 곳에서는 긴 시구간의 윈도우를 사용하고, 고주파 정보를 원하는 곳에서는 짧은 시구간의 윈도우를 사용하게 되는 데, 예 를들어, 이산 웨이브렛 변환(Binary Wavelet Transform) 즉 DWT(m,k)은, 수학식 13으로 표현된다.

여기서,

은, 스케일(Scale)을 나타내는 변수,

은 시프트(Shift)를 나타내는 변수, 그리고

은 마더 웨이브렛(Mother Wavelet)과 같은 신호 성분,

는 마더 웨이브렛이고, k는 입력 신호에서 특정한 샘플 값을 나타내는 정수이다.

한편, 웨이브렛 변환의 결과인 근사치(Approximation)는 신호의 저주파 성분으로 나타내고, 상세치(Detail)는 고주파 성분을 나타내므로, 이산 웨이브렛 변환의 수행 과정은 하이패스필터(HPF)와 로우패스필터(LPF)를 사용하는 2가지 필터링 동작에 의해 이루어진다.

또한, 웨이브렛 변환의 다분해능은 신호를 여러 형태의 고역 필터 성분들로 나누기 위해, 웨이브렛 필터 뱅크(Filter Bank)를 사용하게 되며, 상기 마더 웨이브렛(

)은 대부분 짧고 진동적인 함수로서 적분값이 영(Zero)이고, 양끝에서 급격히 감쇄하는 형태를 가진다.

이어, 주파수별 웨이브렛 패킷들과 디지털 변환된 굽힘파들을 서로 연속적으로 콘볼로션(convolution)하여 연속 웨이브렛 변환(CWT)을 수행한다(단계 S315). 상기한 연속 웨이브렛 변환을 통해 도 6c에 도시된 바와 같은 시간 대비 스케일치가 매핑되는 영역에서 최고치에 대응하는 주파수의 시각정보가 추출된다. 도 6c에서, 최고치에 대응하여 획득되는 터치 시각정보는 대략 4.5ms이다.

<실시예 1-연속 웨이브렛 변환을 이용한 터치스크린 장치>

도 7은 도 5에 도시된 웨이브렛을 적용한 신호처리 기술이 적용된 터치스크린 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 특히, 연속 웨이브렛 변환(Continuous Wavelet Transform; CWT)을 적용한 굽힘파 신호처리 기술을 설명하기 위한 블록도가 도시된다. 상기한 연속 웨이브렛 변환은 주파수별 시간에 따른 크기를 3차원으로 나타내므로 굽힘파의 특성을 고려한 적합한 신호처리 기술이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치스크린 장치(100)는 터치스크린 패널(110), 아날로그-디지털 변환부(120), 반사파 제거부(130), 푸리에변환부(140), 웨이브렛 계수생성부(150), 연속 웨이브렛 변환부(160), 위치 추정부(170) 및 터치 드라이버(180)를 포함한다. 도 7에서 도시된 아날로그-디지털 변환부(120), 반사파 제거부(130), 푸리에변환부(140), 웨이브렛 계수생성부(150), 연속 웨이브렛 변환부(160) 및 위치 추정부(170)는 하드웨어적으로 구현될 수도 있고, 소프트웨어 또는 프로그래밍적으로 구현될 수도 있다. 하드웨어적으로 구현되는 경우, 설명의 편의를 위해 분리하였을 뿐 하나의 칩상에 구현 될 수도 있음은 자명하다.

터치스크린 패널(110)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 베이스 기판의 네 개의 모서리 영역들에 배치된 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)을 포함한다. 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)은 터치에 따라 발생되는 굽힘파들을 감지하여 아날로그-디지털 변환부(120)에 제공한다.

아날로그-디지털 변환부(ADC)(120)는 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)에서 수집된 4 채널의 아날로그 타입의 굽힘파 신호들 각각을 디지털 변환한 후, 반사파 제거부(130) 및 연속 웨이브렛 변환부(160)에 제공한다.

반사파 제거부(130)는 밴드 패스 필터링 또는 어댑티브 필터링을 통해 굽힘파 신호들 각각에서 반사파 성분을 제거하여 단순화된 파형을 얻고, 반사파가 제거된 굽힘파를 고속푸리에변환부(FFT)(140)에 제공한다.

고속푸리에변환부(140)는 반사파가 제거된 굽힘파에서 우세한(dominant)한 특성만을 갖는 파형을 얻기 위해, 고속푸리에변환하여 4개의 굽힘파들 각각으로부터 중심주파수(fc)들을 획득한다.

웨이브렛 계수생성부(150)는 상기 채널별 중심주파수들을 근거로 웨이브렛 계수들을 생성하고, 생성된 웨이브렛 계수들을 이용하여 도 6b에 도시된 바와 같은 웨이브렛 패킷을 생성한 후, 연속 웨이브렛 변환부(160)에 제공한다.

연속 웨이브렛 변환부(160)는 웨이브렛 계수생성부(150)에서 생성된 기준 웨이브 패킷을 가지고 주파수별 웨이브렛 패킷을 만들어 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)에서 수집되어 아날로그-디지털 변환부(120)에서 디지털 변환된 굽힘파들을 서로 연속적으로 콘볼로션(convolution)하여 도 6c에 도시된 바와 같은 시간 대비 스케일치가 매핑되는 영역에서 최고치에 대응하는 주파수의 시간정보를 추출하여 위치 추정부(170)에 제공한다. 예를들어, 중심주파수가 1KHz인 웨이브렛 패킷과 굽힘파를 서로 콘볼로션시키면 피크점의 시각정보를 획득할 수 있다. 이러한 과정을 통해 4개의 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)에서 수집된 굽힘파의 터치 시각정보들이 획득된다.

도 6c에서, 최고치에 대응하여 획득되는 터치 시각정보는 대략 4.5ms이다.

위치 추정부(170)는 4개의 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4)에서 감지된 굽힘파의 터치 시각정보들 간의 시간차를 연산하여 시간차들을 산출하고, 산출된 시간차들을 근거로 제1 내지 제4 사이드 평면 영역들중 어느 사이드 평면에 터치가 발생되었는지를 판단한 후 터치 좌표를 추정한다.

예를들어, 제1 굽힘파센서(S1)를 기준으로 다른 굽힘파센서들(S2, S3, S4)과의 검출시각차(t12, t13, t14)를 산출하여, t12≥0, t13≥0, t14≥0인 조건이 만족되는 경우, 제1 사이드 평면 영역의 제1 지점(x1, x1)에 터치가 발생된 것으로 판단하여 상기한 수학식 3을 이용하여 제1 지점(x1, y1)의 터치 좌표를 추정한다.

한편, 제2 굽힘파센서(S2)를 기준으로 다른 굽힘파센서들(S1, S3, S4)과의 검출시각차(t21, t23, t24)를 산출하여, t21≥0, t23≥0, t24≥0인 조건이 만족되는 경우, 제1 사이드 평면 영역의 제2 지점(x2, x2)에 터치가 발생된 것으로 판단하여 상기한 수학식 6을 이용하여 제2 지점(x2, y2)의 터치 좌표를 추정한다.

한편, 제3 굽힘파센서(S3)를 기준으로 다른 굽힘파센서들(S1, S1, S4)과의 검출시각차(t31, t32, t34)를 산출하여, t31≥0, t32≥0, t34≥0인 조건이 만족되는 경우, 제1 사이드 평면 영역의 제3 지점(x3, x3)에 터치가 발생된 것으로 판단하여 상기한 수학식 9를 이용하여 제3 지점(x3, y3)의 터치 좌표를 추정한다.

한편, 제4 굽힘파센서(S4)를 기준으로 다른 굽힘파센서들(S1, S2, S3)과의 검출시각차(t41, t42, t43)를 산출하여, t41≥0, t42≥0, t43≥0인 조건이 만족되는 경우, 제1 사이드 평면 영역의 제4 지점(x4, x4)에 터치가 발생된 것으로 판단하여 상기한 수학식 12를 이용하여 제4 지점(x4, y4)의 터치 좌표를 추정한다.

터치 드라이버(180)는 위치 추정부(170)에서 추정된 터치 좌표치를 제공받아 호스트 컴퓨터의 중앙처리부(미도시)나 그래픽 컨트롤러 등에 해당 좌표를 제공한다. 상기한 해당 좌표는 표시부(미도시)에 아이콘과 같은 이미지 형태로 표시될 수도 있다.

<실시예 2-쇼트 커널 방법(SKM)을 이용한 좌표인식 방법>

도 8은 도 3에 도시된 굽힘파 신호 처리의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9a 내지 도 9f는 도 8에 도시된 각 단계에 대응하는 신호를 설명하기 위한 파형도들이다. 특히, 쇼트 커널 방법(Short Kernel Method, SKM)을 적용한 굽힘파 신호처리 기술이 도시된다.

도 8 내지 도 9f를 참조하면, 각 채널별로 수집된 굽힘파 신호들 각각에 대해 디지털 변환이 수행된다(단계 S321). 예를들어, 터치 위치에 대응할 지라도 굽힘파에는 각종 노이즈 성분이 포함되므로 도 9a에 나타낸 바와 같이 정확한 터치 위치의 확인이 불가능하다. 또한, 굽힘파센서에서 감지되는 굽힘파는 도 9b에 도시 된 바와 같이 터치 초기에 상대적으로 큰 진폭을 갖고, 시간의 경과에 따라 상대적으로 줄어드는 진폭을 갖는다.

이어, 디지털 변환된 굽힘파 신호에 대해 밴드 패스 필터링(bandpass filtering) 또는 어댑티브 필터링(adaptive filtering)이 수행되어 반사파가 제거된다(단계 S322). 반사파가 제거된 굽힘파 신호는 도 9c에 나타낸 바와 같이 터치위치를 중심으로 동심원 형상을 가질 수 있다.

이어, 각 채널별로 푸리에변환(FFT)을 통한 주파수 분석을 통해 각 채널별 굽힘파들 각각으로부터 중심주파수(fc)가 획득된다(단계 S323). 푸리에변환을 통해 얻어지는 파형은 예를들어, 도 9d에 도시된 바와 같다. 도 9d에서, 획득되는 중심주파수(fc)는 180Hz 근방이다.

이어, 각 채널별 공통의 중심주파수들에 따른 쇼트 커널 계수가 생성되고, 생성된 쇼트 커널 계수로부터 상대적으로 짧은 주파수 파형, 즉 도 9e에 도시된 바와 같은 쇼트 커널이 생성된다(단계 S324).

이어, 산출된 쇼트 커널 파형과 디지털 변환된 굽힘파들에 대해 상호상관(cross-correlation) 처리를 통해 최고치에 대응하는 주파수의 시간정보가 추출된다(단계 S325). 즉, 산출된 쇼트 커널 파형(예를들어, 도 9e에 도시)과 디지털 변환된 굽힘파들(예를들어 도 9b에 도시)을 서로 연속적으로 코리레이션(correlation)하여 시간 대비 주파수가 매핑되는 영역에서 최고치에 대응하는 주파수에 시간정보가 추출된다. 도 9e에 도시된 쇼트 커널 파형과 도 9b에 도시된 굽힘파를 상호-코리레이션하면 도 9f에 도시된 파형이 획득된다. 도 9f에서 가장 큰 진폭에 대응하는 주파수가 최고치에 대응하는 주파수이다.

여기서, 시간 대비 주파수가 매핑되는 영역은 x-축을 시간축으로하고, y-축을 주파수축으로 하여 정의된다. y-축의 주파수축은 등간격을 갖는다. 반면에, 웨이브렛방식에서 채용되는 시간 대비 주파수가 매핑되는 영역(도 6c에 도시) 역시 x-축을 시간축으로하고, y-축을 주파수축으로 하여 정의되되, 스케일 팩터에 따라 서로 다른 간격을 갖는다.

<실시예 2-쇼트 커널 방법(SKM)을 이용한 터치스크린 장치>

도 10은 도 8에 도시된 쇼트 커널 방법을 적용한 신호처리 기술이 적용된 터치스크린 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 장치(200)는 터치스크린 패널(110), 아날로그-디지털 변환부(120), 반사파 제거부(130), 푸리에변환부(140), 쇼트 커널 계수생성부(250), 상호상관부(크로스-코레이션부)(260), 위치 추정부(170) 및 터치 드라이버(180)를 포함한다. 도 7과 비교할 때, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 10에서 도시된 아날로그-디지털 변환부(120), 반사파 제거부(130), 푸리에변환부(140), 쇼트 커널 계수생성부(250), 상호상관부(크로스-코레이션부)(260) 및 위치 추정부(170)는 하드웨어적으로 구현될 수도 있고, 소프트웨어 또는 프로그램적으로 구현될 수도 있다. 하드웨어적으로 구현되는 경우, 설명의 편의를 위해 분리하였을 뿐 하나의 칩상에 구현될 수도 있음은 자명하다.

쇼트 커널 계수생성부(250)는 4개의 굽힘파 각각에 대응하는 중심주파수를 근거로 쇼트 커널 계수를 생성하고, 생성된 쇼트 커널 계수로부터 상대적으로 짧은 주파수 파형(쇼트 커널)을 산출한다. 통상적으로, 특정 위상 속도(phase velocity)에 대응하는 특정 신호내의 많은 주파수들에 굽힘파의 분산특성이 존재한다. 따라서, 쇼트 커널 방식의 목적은 굽힘파에서 가장 우세한 주파수를 판단하는데 도움을 주기 위해 시간영역내에서 주어진 주파수를 증폭하는데 있다.

본 실시예에서 개시되는 SKM은 디지털 신호 처리 기술로서, 하기하는 수학식 14에 의해 정의된다.

여기서, SKM(j,k)는 k-번째 주파수에서 현재 수행되는 상호 상관되는 j-번째 텀이고, f는 하나의 가속계로부터의 기록 시간이며, g는 상호 상관을 수행하기 위해 이용되는 쇼트 커널 조각이고, N1은 f에서 데이터 포인트들의 수이며, N2는 g에서 데이터 포인트들의 수이다.

시간영역에서 특정 주기(주파수)를 가진 사인 또는 코사인 함수의 데이터를 수집하여 해밍(Hamming), 카이져(Kaiser), 블랙맨(Blackman) 등과 같은 윈도우 기법을 통해 짧은 시간 내의 특정 주기(주파수)를 가진 커널을 만들어 각각의 굽힘파센서에서 수집된 시간 데이터와 크로스-코리레이션을 수행한다. 예를들어, 샘플율이 100Khz이고, 특정주기(주파수)가 1740Hz인 쇼트커널을 구하면 도 11a와 같고, 샘플율이 100KHz이고, 특정주파수가 6740Hz인 쇼트커널을 구하면, 도 11b와 같다.

상호상관부(260)는 산출된 짧은 주파수 파형과 굽힘파센서에서 수집되어 아날로그-디지털 변환부(120)에서 디지털 변환된 굽힘파들을 서로 연속적으로 코리레이션(correlation)하여 시간 대비 주파수가 매핑되는 영역에서 최고치에 대응하는 주파수에 시각정보를 추출하여 위치 추정부(170)에 제공한다. 예를들어, 1KHz를 중심주파수로 하는 상대적으로 짧은 주파수 파형과 굽힘파를 서로 코리레이션시키면 피크점의 시각정보를 획득할 수 있다. 이러한 과정을 통해 4개의 굽힘파센서들에서 수집된 굽힘파의 터치 시각정보가 획득된다.

<실시예 3-도달 시간차(TDOA)를 이용한 좌표 인식 방법>

도 12는 도 3에 도시된 굽힘파 신호 처리의 또 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 13a 내지 도 13f는 도 12에 도시된 각 단계에 대응하는 신호를 설명하기 위한 파형도들이다. 특히, 도달시간차(Time Difference Of Arrival, TDOA)를 적용한 굽힘파 신호처리 기술이 도시된다.

도 12 내지 도 13f를 참조하면, 각 채널별로 수집된 굽힘파 신호들 각각에 대해 디지털 변환이 수행된다(단계 S331). 예를들어, 굽힘파센서에서 감지되는 굽힘파는 도 13a에 도시된 바와 같이 터치 초기에 상대적으로 큰 진폭을 갖고, 시간의 경과에 따라 상대적으로 줄어드는 진폭을 갖는다.

이어, 디지털 변환된 굽힘파 신호에 대해 밴드 패스 필터링 또는 어댑티브 필터링을 수행하여 반사파가 제거된다(단계 S332).

이어, 각 채널별로 고속푸리에변환(FFT)을 통해 주파수를 분석하여 시간영역의 굽힘파들을 주파수영역의 굽힘파들로 변환한다(단계 S333). 주파수영역의 굽힘 파들로 변환되는 신호는 예를들어, 도 13b에 도시된 바와 같이. 여기서, 시간영역의 굽힘파와 주파수영역의 굽힘파간의 관계는 하기하는 수학식 15와 같이 정의될 수 있다.

여기서, x(n△t)는 변환된 파형을 정의하는 샘플 시간의 이산 쌍이고, X(k△f)는 x(n△t)의 이산푸리에변환에 의해 얻어지는 푸리에계수이며, △t는 데이터 포인트들간의 이득 시간이고, △f는 주파수영역에서 주파수 간격이며, k는 0,1,2,..., N-1과 같은 이산 주파수 성분의 계산을 위한 지수이며, n은 0,1,2,..., N-1과 같은 시간 샘플 지수이다.

이어, 각 채널별 주파수영역의 굽힘파들에 대응하여 공액복소수를 산출하고(단계 S334), 각 채널별 주파수영역의 굽힘파들과 이에 대응하여 산출된 공액복소수를 곱하여 허수 성분을 제거한다(단계 S335). 허수 성분이 제거된 굽힘파는 예를들어, 도 13c에 도시된 바와 같다. 실질적으로 굽힘파에서 실수 성분이 파형의 진폭을 정의하고, 허수 성분은 파형의 위상을 정의하므로 도 13b에 도시된 굽힘파의 파형과 도 13c에 도시된 굽힘파의 파형 간의 진폭의 크기는 실질적으로 동일하다.

임의의 채널에 대응하는 주파수영역의 굽힘파는 상기한 수학식 14에 의해 산출될 수 있고, 상기한 수학식 14는 실수성분과 허수성분의 합으로 정리될 수 있다.

따라서, 단계 S333에 의해 변환된 주파수영역의 굽힘파가 <a+bj>로 정의될 때, 단계 S334에 의해 산출되는 공액복소수는 <a-bj>로 산출된다. 결과적으로 단계 S334에 의해 허수 성분이 제거된 굽힘파는 <a²+b²>이다.

이어, 허수 성분이 제거된 굽힘파 신호에 대응하여 룩업-테이블에 매핑된 위상 성분을 갖는 주파수영역의 신호를 생성하여 굽힘파의 위상차를 보정한다(단계 S336). 통상적으로, 주파수별 전달속도가 서로 다르므로, 각 굽힘파센서들에서 수집된 굽힘파의 신호가 서로 달라서 정확한 시간 지연이 산출될 수 없다. 하지만, 위상차 보정을 수행하게 되면, 각 굽힘파센서에서 수집된 파형이 서로 다르다 할지라도, 각각의 신호파형은 동일한 형태(모양)로 변환될 수 있다. 여기서, 파형들 간의 크기는 서로 상이할 수 있다.

상기한 룩업-테이블은 군속도(group velocity)를 제1 축으로, 주파수를 제2 축으로 정의되어 위상 성분을 갖는 신호들이 매핑된다.

이어, 주파수영역에서 위상차가 보정된 굽힘파의 신호를 시간영역으로 다시 변환하는 역푸리에변환을 수행한다(단계 S337). 단계 S337에 의해 도 13f에 도시된 바와 같은 굽힘파가 검출된다.

이어, 시간영역으로 변환된 굽힘파의 신호에서 피크치를 검출하고, 검출된 피크치에 대응하는 시간정보를 추출한다(단계 S338). 예를들어, 도 13f에 도시된 굽힘파에서 추출되는 시간정보는 대략 250ms이다.

<실시예 3-도달 시간차(TDOA)를 이용한 좌표 인식 방법>

도 14은 도 12에 도시된 도달시간차(TDOA) 신호처리 기술이 적용된 터치스크 린 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 15는 도 14에 도시된 상호상관부(크로스 코레이션부)를 설명하는 블록도이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치스크린 장치(300)는 터치스크린 패널(110), 아날로그-디지털 변환부(120), 반사파 제거부(130), 고속푸리에변환부(140), 상호상관부(350), 위치 추정부(170) 및 터치 드라이버(180)를 포함한다. 도 7과 비교할 때, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 14에서 도시된 아날로그-디지털 변환부(120), 반사파 제거부(130), 푸리에변환부(140), 상호상관부(350) 및 위치 추정부(170)는 하드웨어적으로 구현될 수도 있고, 소프트웨어 또는 프로그램적으로 구현될 수도 있다. 하드웨어적으로 구현되는 경우, 설명의 편의를 위해 분리하였을 뿐 하나의 칩상에 구현될 수도 있음은 자명하다.

상호상관부(350)는 채널신호 선택부(352), 상호상관모듈부(354) 및 룩업-테이블(356)을 포함하고, 고속푸리에변환부(140)에서 제공되는 주파수영역의 굽힘파 신호들 각각을 제공받아 상호상관 처리 동작을 통해 각각의 굽힘파센서들에서 수신되는 굽힘파들의 수신시간들을 위치 추정부(170)에 출력한다.

구체적으로, 채널신호 선택부(352)는 제1 내지 제4 굽힘파센서들(S1, S2, S3, S4) 각각에 대응하는 주파수영역의 제1 내지 제4 굽힘파신호들(ch1, ch2, ch3, ch4) 중 한쌍씩을 선택하여 상호상관모듈부(354)에 제공한다. 여기서, 선택되는 한쌍의 굽힘파는 제1 및 제2 굽힘파센서(S1, S2)에 대응하는 제1 및 제2 굽힘파(ch1, ch2), 제1 및 제3 굽힘파센서(S1, S3)에 대응하는 제1 및 제3 굽힘파(ch1, ch3), 제1 및 제4 굽힘파센서(S1, S4)에 대응하는 제1 및 제4 굽힘파(ch1, ch4) 등을 포함한다. 즉, 총 12쌍의 굽힘파들이 상호상관모듈부(354)에 제공된다.

상호상관모듈부(354)는 제1 내지 제12 상호상관모듈들(354A, 354B, 354C,..., 354J, 354K, 354L)을 포함한다. 각각의 상호상관모듈들(354A, 354B, 354C,..., 354J, 354K, 354L)은 한쌍의 굽힘파센서들에 대응하는 한쌍의 굽힘파 신호들을 제공받아 상호상관처리를 수행한 후, 룩업-테이블(356)에 저장된 신호를 근거로 위상을 보정한 후 각 굽힘파센서들에서 수신된 수신시간간의 차이, 즉 수신시간들을 위치 추정부(170)에 제공한다.

예를들어, 제1 상호상관모듈(354A)은 제1 굽힘파센서(S1)에 대응하는 굽힘파 신호(ch1)와 제2 굽힘파센서(S2)에 대응하는 굽힘파 신호(ch2)에 대해 상호상관 처리 동작을 수행하여, 제1 수신시간(t12)을 위치 추정부(170)에 제공한다. 제2 상호상관모듈(354B)은 제1 굽힘파센서(S1)에 대응하는 굽힘파 신호(ch1)와 제3 굽힘파센서(S3)에 대응하는 굽힘파 신호(ch3)에 대해 상호상관 처리 동작을 수행하여, 제2 수신시간(t13)을 위치 추정부(170)에 제공한다. 제12 상호상관모듈(354L)은 제4 굽힘파센서(S4)에 대응하는 굽힘파 신호(ch4)와 제3 굽힘파센서(S3)에 대응하는 굽힘파 신호(ch3)에 대해 상호상관 처리 동작을 수행하여, 제12 수신시간(t43)을 위치 추정부(170)에 제공한다.

룩업-테이블(356)에는 군속도(group velocity)를 제1 축으로, 주파수를 제2 축으로 정의되어 위상 성분을 갖는 신호들이 매핑된다.

도 16는 도 15에 도시된 상호상관모듈을 설명하는 블록도이다.

도 15 및 도 16를 참조하면, 제1 상호상관모듈(354A)은 제1 상호상관기(41), 제2 상호상관기(43) 및 감산기(42)를 포함한다.

제1 상호상관기(41)는 제1 공액복소수 추출기(41A), 제1 공액복소수 승산기(41B), 제1 위상차 보정기(41C), 제1 역푸리에변환기(41D) 및 제1 피크검출기(41E)를 포함한다.

구체적으로, 제1 공액복소수 추출기(41A)는 채널신호 선택부(352)에 의해 선택된 주파수영역으로 변환된 제1 굽힘파(ch1)에서 공액복소수를 추출하여 제1 공액복소수 승산기(41B)에 제공한다. 예를들어, 임의의 채널에 대응하는 주파수영역의 굽힘파는 상기한 수학식 14에 의해 산출될 수 있고, 상기한 수학식 14는 실수성분과 허수성분의 합으로 정리될 수 있다. 따라서, 주파수영역의 제1 굽힘파(ch1)가 <a+bj>로 정의될 때, 제1 공액복소수 추출기(41A)는 공액복소수로서 <a-bj>을 산출한다.

제1 공액복소수 승산기(41B)는 채널신호 선택부(352)를 통해 제공되는 제1 굽힘파(ch1)와 제1 공액복소수 추출기(41A)에서 제공되는 제1 굽힘파(ch1)의 공액복소수를 승산하여 허수 성분을 제거한다. 본 실시예에서, 허수 성분이 제거된 굽힘파는 <a²+b²>이다.

제1 위상차 보정기(41C)는 허수부가 제거된 신호를 근거로 룩업-테이블(356)에 매핑되어 저장된 위상 성분을 가지고 주파수영역의 신호를 생성한다. 이는 주파수별 전달속도가 서로 다르므로 각 굽힘파센서들에서 수집된 신호가 서로 달라서 정확한 시간지연을 산출할 수 없다. 하지만, 위상차 보정을 수행하게 되면, 각 굽힘파센서들에서 수집된 파형이 서로 다르다 할지라도, 각각의 신호파형은 동일한 형태(모양)로 변환될 수 있다. 여기서, 파형들 간의 크기는 서로 상이할 수 있다. 상기한 룩업-테이블은 군속도(group velocity)를 제1 축으로, 주파수를 제2 축으로 정의되어 위상 성분을 갖는 신호들이 매핑된다.

제1 역푸리에변환기(41D)는 동일하게 변환된 파형의 신호를 시간영역으로 변환한다.

제1 피크검출기(41E)는 시간영역으로 변환된 굽힘파에서 최대진폭에 대응하는 시각정보를 검출하여, 감산기(43)에 제공한다.

한편, 제2 상호상관기(42)는 제2 공액복소수 추출기(42A), 제2 공액복소수 승산기(42B), 제2 위상차 보정기(42C), 제2 역푸리에변환기(42D) 및 제2 피크검출기(42E)를 포함한다.

구체적으로, 제2 공액복소수 추출기(42A)는 채널신호 선택부(352)에 의해 선택된 주파수영역으로 변환된 제2 굽힘파(ch2)에서 공액복소수를 추출하여 제2 공액복소수 승산기(42B)에 제공한다. 예를들어, 임의의 채널에 대응하는 주파수영역의 굽힘파는 상기한 수학식 14에 의해 산출될 수 있고, 상기한 수학식 14는 실수성분과 허수성분의 합으로 정리될 수 있다. 따라서, 주파수영역의 제2 굽힘파(ch2)가 <c+dj>로 정의될 때, 제2 공액복소수 추출기(42A)는 공액복소수로서 <c-dj>을 산출한다.

제2 공액복소수 승산기(42B)는 채널신호 선택부(352)를 통해 제공되는 제2 굽힘파(ch2)와 제2 공액복소수 추출기(42A)에서 제공되는 제2 굽힘파(ch2)의 공액복소수를 승산하여 허수 성분을 제거한다. 본 실시예에서, 허수 성분이 제거된 굽힘파는 <c²+d²>이다.

제2 위상차 보정기(42C)는 허수부가 제거된 신호를 근거로 룩업-테이블(356)에 매핑되어 저장된 위상 성분을 가지고 주파수영역의 신호를 생성한다.

제2 역푸리에변환기(42D)는 동일하게 변환된 파형의 신호를 시간영역으로 변환한다.

제2 피크검출기(42E)는 시간영역으로 변환된 굽힘파에서 최대진폭에 대응하는 시각정보를 검출하여, 감산기(43)에 제공한다.

감산기(43)는 제1 피크검출기(41E)에서 제공되는 제1 굽힘파(ch1)의 시각정보에서 제2 피크검출기(42E)에서 제공되는 제2 굽힘파(ch2)의 시각정보를 감산하여 제1 굽힘파센서(S1)의 검출시각에서 제2 굽힘파센서(S2)의 검출시각을 감산한 값(t12)을 위치 추정부(170)에 제공한다. 도 16에서는 도 15에 도시된 제1 상호상관모듈(354A)에 대해서 설명하였으나, 제2 내지 제12 상호상관모듈들(354B, 354C,..., 354J, 354K, 354L)에도 동일하게 적용될 수 있다.

이에 따라, 각 굽힘파센서들에서 수집된 파형들간의 시간지연을 산출할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 터치스크린 장치에 배치된 복수의 굽힘파센서들 각각이 터치 순간의 진동에 의해 발생되되, 서로 다른 전달 특성을 갖는 굽힘파를 수신하여 굽힘파 신호처리 기술을 통해 굽힘파센서별 굽힘파의 지연시간을 계산하므로써, 터치 좌표를 인식할 수 있다. 특히, 굽힘파의 신호처리시 보상 처리를 수행하므로써, 서로 다른 굽힘파센서들에서 수신되는 굽힘파의 수신시각을 명확하게 구분할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (29)

1. (a) 터치 화면의 터치에 따라 발생되는 복수의 굽힘파들을 수신하는 단계;

   (b) 상기 굽힘파들에 포함된 반사파를 제거하는 단계; 및

   (c) 상기 반사파가 제거된 굽힘파들 각각에 대해 굽힘파들간의 수신시간들을 연산하여 터치 좌표를 산출하는 단계를 포함하고,

   상기 굽힘파의 지연시간의 계산은 쇼트 커널 방식을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 단계(c)는,

   상기 반사파가 제거된 굽힘파를 푸리에변환하는 단계;

   상기 푸리에변환된 굽힘파를 근거로 쇼트 커널 계수를 생성하는 단계; 및

   생성된 쇼트 커널 계수에 대응하는 쇼트 커널 파형과 상기 굽힘파들을 상호상관(cross-correlation)처리하여 최고치에 대응하는 주차수의 시간정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 최고치에 대응하는 주파수의 시간정보는 시간 대비 스케일치가 매핑되는 영역에서 추출되는 것을 특징으로 하는 굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 산출된 시간정보를 근거로 상기 굽힘파들간의 수신시간을 연산하여 터치 영역을 산출하는 것을 특징으로 하는 굽힘파를 이용한 터치 좌표인식 방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 동일한 기판상에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 굽힘파센서들을 갖는 터치스크린 패널;

    상기 굽힘파센서들 각각에서 제공되는 굽힘파 신호를 제공받아 디지털 변환하는 아날로그-디지털변환부;

    상기 굽힘파센서들 각각에서 제공되는 굽힘파 신호들에 포함된 반사파를 제거하는 반사파 제거부;

    상기 반사파가 제거된 굽힘파 신호들 각각을 푸리에변환하는 푸리에변환부;

    상기 푸리에변환부에 의해 푸리에변환된 굽힘파 신호들 각각에 대해 굽힘파센서별 굽힘파들간의 지연시간을 연산하는 연산처리부; 및

    상기 연산처리부에 의해 연산된 지연시간을 근거로 상기 터치스크린의 터치 좌표를 추정하는 위치추정부를 포함하고,

    상기 연산처리부는,

    4채널 공통의 중심주파수에 따른 쇼트 커널 계수를 생성하고, 생성된 쇼트 커널 계수를 근거로 쇼트 커널 파형을 산출하는 쇼트 커널 계수생성부; 및

    상기 쇼트 커널 파형과 상기 아날로그-디지털변환부에 의해 디지털 변환된 굽힘파들을 서로 상관처리하여 최고치에 대응하는 주파수의 시각정보를 추출하는 상호상관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 위치추정부에 의해 추정된 터치 좌표를 제공받는 터치 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
15. 삭제
16. 삭제
17. 제13항에 있어서, 상기 연산처리부는 푸리에 변환된 굽힘파 신호들 각각에 대해 상호상관 처리하여 각 굽힘파센서들에서 수신되는 굽힘파들의 수신시간들을 산출하는 상호상관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
18. 삭제
19. 동일한 기판상에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 굽힘파센서들을 갖는 터치스크린 패널;

    상기 굽힘파센서들 각각에서 제공되는 굽힘파 신호를 제공받아 디지털 변환하는 아날로그-디지털변환부;

    상기 아날로그-디지털변환부에 의해 디지털 변환된 굽힘파 신호에 포함된 반사파를 제거하는 반사파 제거부;

    상기 반사파 제거부에 의해 반사파가 제거된 굽힘파 신호들 각각을 푸리에변환하는 푸리에변환부;

    4채널 공통의 중심주파수에 따른 쇼트 커널 계수를 생성하고, 생성된 쇼트 커널 계수를 근거로 쇼트 커널 파형을 산출하는 쇼트 커널 계수생성부;

    상기 쇼트 커널 파형과 상기 디지털 변환된 굽힘파들을 서로 상관처리하여 최고치에 대응하는 주파수의 시각정보를 추출하는 상호상관부;

    상기 주파수의 시각정보들간의 시간차를 연산하여 시간차들을 산출하고, 산출된 시간차들을 근거로 터치 좌표를 추정하는 위치추정부; 및

    상기 위치추정부에 의해 추정된 터치 좌표를 제공받는 터치 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
20. 삭제
21. 삭제
22. 제19항에 있어서, 상기 제1 굽힘파센서는 원점에 대응하여 배치되고, 상기 제2 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 X-축방향으로 m만큼 이격 배치되고, 상기 제3 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 y-축방향으로 n만큼 이격 배치되며, 상기 제4 굽힘파센서는 상기 제2 굽힘파센서에서 Y-축방향으로 n 만큼 이격 배치되고,

    상기 제1 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제2 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t12로 정의하고, 상기 제1 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제3 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t13으로 정의하며, 상기 제1 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제4 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t14로 정의할 때,

    상기 위치추정부는 산출된 시간차들이 t12≥0, t13≥0, t14≥0인 조건을 만족하는 경우, 터치 동작이 이루어진 터치 영역은 상기 제1 굽힘파센서에 근접한 제1 사이드 평면 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 터치 영역이 상기 제1 사이드 평면 영역인 경우, 상기 터치 좌표(x1,y1)는

    

    (여기서,

    

    )에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
24. 제19항에 있어서, 상기 제1 굽힘파센서는 원점에 대응하여 배치되고, 상기 제2 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 X-축방향으로 m만큼 이격 배치되고, 상기 제3 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 y-축방향으로 n만큼 이격 배치되며, 상기 제4 굽힘파센서는 상기 제2 센서에서 Y-축방향으로 n 만큼 이격 배치되고,

    상기 제2 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제1 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t21로 정의하고, 상기 제2 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제3 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t23으로 정의하며, 상기 제2 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제4 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t24로 정의할 때,

    상기 위치추정부는 산출된 시간차들이 t21≥0, t23≥0, t24≥0의 조건을 만족하는 경우, 터치 동작이 이루어진 터치 영역은 상기 제2 굽힘파센서에 근접한 제2 사이드 평면 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 터치 영역이 상기 제2 사이드 평면 영역인 경우, 상기 터치 좌표(x2,y2)는

    

    (여기서,

    

    )에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
26. 제19항에 있어서, 상기 제1 굽힘파센서는 원점에 대응하여 배치되고, 상기 제2 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 X-축방향으로 m만큼 이격 배치되고, 상기 제3 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 y-축방향으로 n만큼 이격 배치되며, 상기 제4 굽힘파센서는 상기 제2 굽힘파센서에서 Y-축방향으로 n 만큼 이격 배치되고,

    상기 제3 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제1 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t31로 정의하고, 상기 제3 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제2 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t32로 정의하며, 상기 제3 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제4 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t34로 정의할 때,

    상기 위치추정부는 산출된 시간차들이 t31≥0, t32≥0, t34≥0의 조건을 만족하는 경우, 터치 동작이 이루어진 터치 영역은 상기 제3 굽힘파센서에 근접한 제3 사이드 평면 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
27. 제26항에 있어서, 상기 터치 영역이 상기 제3 사이드 평면 영역인 경우, 상기 터치 좌표(x3,y3)는

    

    (여기서,

    

    )에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
28. 제19항에 있어서, 상기 제1 굽힘파센서는 원점에 대응하여 배치되고, 상기 제2 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 X-축방향으로 m만큼 이격 배치되고, 상기 제3 굽힘파센서는 상기 제1 굽힘파센서에서 y-축방향으로 n만큼 이격 배치되며, 상기 제4 굽힘파센서는 상기 제2 굽힘파센서에서 Y-축방향으로 n 만큼 이격 배치되고,

    상기 제4 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제1 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t41로 정의하고, 상기 제4 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제2 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t42로 정의하며, 상기 제4 굽힘파센서의 검출시각에서 상기 제3 굽힘파센서의 검출시각을 감산한 값을 t43으로 정의할 때,

    상기 위치추정부는 산출된 시간차들이 t41≥0, t42≥0, t43≥0의 조건을 만족하는 경우, 터치 동작이 이루어진 터치 영역은 상기 제4 굽힘파센서에 근접한 제4 사이드 평면 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 터치 영역이 상기 제4 사이드 평면 영역인 경우, 상기 터치 좌표(x4,y4)는

    

    (여기서,

    

    )에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.

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