KR101029429B1 - 임펄스 재구성을 이용하는 터치 감응 장치 - Google Patents

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Abstract

터치 감응 장치(touch sensitive apparatus)는 터치 플레이트(touch plate) 및 터치 플레이트에 연결된 다수의 센서를 포함한다. 각각의 센서는 터치 플레이트에서의 굽힘파(bending wave)를 감지하고 터치 플레이트에 대한 터치에 응답하여 센서 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 제어기가 센서에 연결되어 있다. 이 제어기는 센서 신호에서의 분산을 보정하고 분산 보정된 신호를 사용하여 터치의 위치를 결정한다. 이 제어기는 임펄스 재구성을 수행하며, 이에 의해 터치 감응 장치에 대한 터치에 의해 발생된 임펄스를 나타내는 임펄스가 생성된다. 재구성된 임펄스를 사용하여, 제어기는 터치의 위치를 확인한다.
터치 감응 장치, 임펄스 재구성, 터치 플레이트, 센서

Description

임펄스 재구성을 이용하는 터치 감응 장치{TOUCH SENSITIVE DEVICE EMPLOYING IMPULSE RECONSTRUCTION}
본 발명은 진동 감지 터치 감응 장치(vibration sensing touch sensitive device)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산 매질(dispersive medium)에 대한 접촉 또는 터치에 의해 처음에 발생된 임펄스를 재구성하는 기술에 관한 것이다.
대화형 시각 디스플레이는 종종 소정의 형태의 터치 감응 스크린을 포함한다. 시각 디스플레이에 터치 감응 패널을 통합시키는 것은 차세대 휴대형 멀티미디어 장치의 등장으로 점점 더 흔한 일이 되고 있다. SAW(Surface Acoustic Wave, 표면 탄성파)라고 하는 한가지 인기있는 터치 검출 기술은 유리 스크린의 표면 상에서의 고주파 파동 전파를 사용한다. 손가락의 유리 스크린 표면과의 접촉으로 인해 일어나는 파동의 감쇠가 터치 위치를 검출하는 데 사용된다. SAW는 외란이 픽업 센서에 도달하는 시간이 터치 위치를 검출하는 데 사용되는 것인 "비행 시간(time-of-flight)" 기술을 이용한다. 이러한 방법은 매질이 비분산적 방식으로 거동하고, 따라서 파동의 속도가 관심의 주파수 범위에 걸쳐 그다지 변하지 않을 때 가능하다.
본 발명은 터치 감응 매질에 대한 접촉 또는 터치에 의해 발생된 임펄스를 재구성하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 터치 감응 매질에 대한 접촉 또는 터치의 위치를 확인하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 터치 감응 장치는 터치 플레이트 및 이 터치 플레이트에 연결된 복수의 센서를 포함한다. 각각의 센서는 터치 플레이트에서의 굽힘파를 감지하고 터치 플레이트에 대한 터치에 응답하여 센서 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 제어기가 센서들에 연결되어 있다. 제어기는 센서 신호에서의 분산을 보정하고 분산 보정된 신호를 사용하여 터치의 위치를 결정한다. 제어기는 임펄스 재구성을 수행하고, 그에 의해 터치 감응 장치에 대한 터치에 의해 발생된 임펄스를 나타내는 임펄스가 생성된다. 재구성된 임펄스를 사용하여 제어기는 터치의 위치를 확인한다.
다른 실시예에 따르면, 터치 감응 장치에서 사용하는 방법은 터치 감응 장치에 대한 터치에 응답하여 분산을 나타내는 센서 신호를 발생하는 단계를 포함한다. 분산 보정된 신호를 생성하기 위해 센서 신호에서의 분산이 보정되고, 분산 보정된 신호를 사용하여 터치의 위치가 결정된다. 이 방법은 터치 감응 장치에 대한 터치에 의해 발생된 임펄스를 나타내는 임펄스를 재구성하는 단계를 더 포함한다. 재구성된 임펄스를 사용하여, 터치의 위치가 확인될 수 있다. 터치의 위치를 확인하는 단계는 일반적으로 재구성된 임펄스의 하나 이상의 특징의 유사성을 평가하는 단계를 수반한다. 재구성된 임펄스 유사성이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 터치 위치는 유효한 것으로 간주된다. 재구성된 임펄스 유사성이 미리 설정된 임계값을 초과하지 못하는 경우 터치 위치는 유효한 것이 아닌 것으로 간주된다.
본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각각의 실시예 또는 모든 구현을 기술하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 보다 완전한 이해와 함께, 이점 및 목적은 첨부 도면과 관련하여 기술된 이하의 상세한 설명 및 청구항을 참조하면 명백하게 되고 또 잘 이해될 것이다.
도 1a는 이상적인 매질에서의 제곱근 분산 관계를 갖는 임펄스 응답을 그래프로 나타낸 도면.
도 1b는 도 1a의 임펄스 응답의 푸리에 변환을 취함으로써 얻어진 도 1a의 분산 임펄스 응답의 주파수 응답을 그래프로 나타낸 도면.
도 1c는 터치 패널 분산의 역으로 주파수 축을 워핑함으로써 얻어진 도 1b에 도시된 분산 주파수 응답의 분산 보정된 변환을 그래프로 나타낸 도면.
도 1d는 분산에 대해 보정된, 역 FFT(inverse Fast Fourier Transform)를 도 1c의 자취에 적용함으로써 생성된 비분산 임펄스 응답을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 굽힘파 진동을 검출하는 특징 및 기능을 포함하는 터치 감응 장치의 한 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른, 픽업 센서 및 여기 트랜스듀서를 포함하는 터치 감응 장치의 다른 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 버퍼 회로에 연결된 여기 트랜스듀서 및 픽업 센서를 포함하는 터치 감응 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 도시된 장치 실시예에서 사용하기에 적당한 버퍼 회로 구성의 개략도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 디스플레이에 탑재된 터치 감응 장치의 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 터치 감응 장치 및 터치 패널 제어기를 포함하는 터치 패널 시스템을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 픽업 센서 각각에서 획득된 굽힘파 정보를 처리하는 구현을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 디스플레이에 탑재되고 터치 패널 제어기 및 호스트 프로세서에 연결된 터치 감응 장치를 포함하는 터치 패널 시스템을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른, 터치 감응 장치에 통신 연결된 터치 패널 제어기의 실시예를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 임펄스 재구성을 이용하는 방법을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 임펄스 재구성 및 터치 위치 확인을 이용하는 방법을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 임펄스 재구성을 수행하는 방법을 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른, 임펄스 재구성 및 터치 위치 확인을 수행하는 방법을 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른, 임펄스 재구성 및 터치 위치 확인을 수반하는 방법이 구현될 수 있는 터치 감응 장치를 나타낸 도면.
도 16은 치수가 표시된 터치 감응 플레이트 및 손가락에 의한 이 플레이트에 대한 접촉의 위치를 가리키는 마커(marker)를 그래프로 나타낸 도면.
도 17은 도 16에 도시한 접촉에 응답하여 4개의 센서에 대한 픽업 신호의 자취를 나타낸 도면.
도 18은 도 17에 도시한 원시 데이터(raw data)에 대응하는 임펄스 재구성된 데이터의 자취를 나타낸 도면.
도 19는 에러를 시뮬레이션하기 위해 이동된 접촉 위치를 가리키는 마커가 추가되어 있는 도 16의 터치 감응 플레이트를 나타낸 도면.
도 20은 본 발명에 따른, 임펄스 재구성 및 터치 위치 확인을 거친 도 19에 포함된 4개의 픽업 신호의 자취를 나타낸 도면으로서 재구성된 임펄스가 도 19에서의 시뮬레이션된 에러를 확인함.
도 21은 LCD 어셈블리에 탑재된 터치 감응 플레이트, 및 LCD 어셈블리의 베젤에 대한 터치의 결과 터치 위치 결정 알고리즘에 의해 반환되는 틀린 지점(false point)을 가리키는 마커를 나타낸 도면.
도 22 및 도 23은 각각 도 21에 도시된 베젤 터치 경우의 결과 얻어지는 픽업 신호 및 재구성된 임펄스의 자취를 나타낸 도면.
도 24, 도 25 및 도 26은 각각 스타일러스로 터치한 경우의 결과 얻어지는 접촉 위치, 픽업 신호 및 재구성된 임펄스를 나타낸 도면.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른, 도 18에 도시한 데이터에 적용되는 임펄스 공시성의 측정을 나타낸 도면.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른, 보고된 터치가 부정확할 때 도 20에 도시된 데이터에 적용되는 임펄스 공시성의 측정을 나타낸 도면.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른, 도 22에 도시된 베젤 터치 데이터에 적용되는 임펄스 공시성의 측정을 나타낸 도면.
도 30은 터치 감응 플레이트 및 서로 다른 세기의 2개의 접촉의 위치를 나타낸 도면.
도 31은 도 30에 도시한 2개의 접촉에 대응하는 픽업 신호를 나타낸 도면.
도 32는 도 30에 도시한 2개의 접촉에 대응하는 임펄스 재구성된 신호를 나타낸 도면.
본 발명에 대한 여러가지 수정 및 대안적인 형태가 있을 수 있지만, 그의 특징이 도면에 예로서 도시되어 있으며 상세히 기술되어 있다. 그렇지만, 이는 본 발명을 기술된 특정의 실시예로 한정하기 위한 것이 아님을 잘 알 것이다. 이와는 달리, 모든 수정, 등가물 및 대안이 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 보아야 한다.
예시된 실시예들에 대한 이하의 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 또 예로서 본 발명이 실시될 수 있는 여러가지 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 이 실시예들이 이용될 수 있고 또 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구 조상의 변경이 행해질 수 있음을 잘 알 것이다.
본 발명은 터치 트랜스듀서에 의해 감지하기 위한 터치 기판을 따라 전파하는 진동을 감지하는 터치 작동(touch activated) 사용자 대화형 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 터치 감응 매질(touch sensitive medium), 특히 분산 매질(dispersive medium)에 대한 접촉 또는 터치에 의해 발생되는 임펄스를 재구성하는 구조 및 기술에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 또한 터치 감응 매질에 대한 접촉 또는 터치의 위치를 확인하는 구조 및 기술에 관한 것이다. 본 발명의 또다른 실시예들은 향상된 터치 검출 및 위치 결정을 제공하는 구조 및 기술에 관한 것이다. 이러한 향상은 터치 감응 장치의 케이스 또는 지지 구조에 대한 쓸모없는 터치(spurious touch)의 개선된 차단(rejection), 개선된 z-축 또는 접촉 세기 결정, 모호함 또는 노이즈의 존재 시에 터치 위치를 결정함에 있어서의 개선된 정확도, 접촉 구현 유형 및 관계된 특성의 개선된 식별, 및 공기 전파 또는 구조 노이즈인 배경 음향 노이즈에 의해 발생되는 쓸모없는 접촉 데이터의 개선된 차단을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 기술된 임펄스 재구성 기술은 여러가지 구성의 터치 감지 장치에서 유용한다. 예를 들어, 본 발명의 임펄스 재구성을 수반하는 기술은 픽업 센서를 3개밖에 사용하지 않는 터치 감응 장치에서 이용될 수 있다. 본 발명의 임펄스 재구성 기술은 또한 예를 들어 픽업 센서가 직사각형 형상의 터치 감응 플레이트의 4개의 코너 각각에 배치되어 있는 구성 등의 4개 이상의 픽업 센서를 이용하는 터치 감응 장치에서 이용될 수 있다. 본 발명의 임펄스 재구성을 수반하는 기 술은 또한 다수의 픽업 센서 및 적어도 하나의 여기 트랜스듀서를 이용하는 터치 감응 장치에서 이용될 수 있다.
유의할 점은 몇개의 픽업 센서에 부가하여 여기 트랜스듀서를 포함하는 구성에서, 여기 트랜스듀서는 임펄스 재구성의 프로세스에 직접 참여할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 여기 트랜스듀서는 임펄스 재구성 프로세스에 직접 참여할 수 있는 감지 및 여기 겸용 트랜스듀서(double purpose sense and excitation transducer)로서 구성될 수 있다. 여기 트랜스듀서가 임펄스 재구성에 직접 참여하지 않는 구성에서, 여기 트랜스듀서는 터치 감응 장치에 향상된 특징 및 기능을 제공하는 데 사용될 수 있다.
여기 트랜스듀서는 예를 들어 터치 감응 플레이트의 상대 또는 절대 치수가 결정될 수 있는 플레이트 캘리브레이션 절차(plate calibration procedure)를 용이하게 해줌으로써 간접적으로 임펄스 재구성 프로세스에 참여할 수 있다. 플레이트 치수 데이터는 본 발명의 실시예에 따라 임펄스 재구성을 수행하는 데 사용되는 정보이다. 또다른 예로서, 여기 트랜스듀서를 수반하는 기술을 사용하여 터치 감응 플레이트의 분산 관계가 결정될 수 있다. 다른 기능은 센서 위상 응답에서의 차이가 결정되고 센서 위상 응답에서의 이러한 차이에 대응하기 위해 측정된 굽힘파 신호에 대한 보정이 행해지는 픽업 센서 캘리브레이션(pickup sensor calibration)에 관한 것이다.
여기 트랜스듀서의 사용을 수반하는 다른 기능은 개선된 리프트-오프(lift-off) 검출, 가벼운 터치에 대한 개선된 감도, 및 개선된 웨이크-온-터치(wake-on- touch) 기능을 포함한다. 리프트-오프 검출 및 가벼운 터치에 대한 개선된 감도에 관한 여러가지 방법에 대한 상세는 대리인 문서 번호 59377US002로 본 출원과 동시에 출원된 발명의 명칭이 "터치 다운 및 리프트 오프 감도를 갖는 터치 감지(Touch Sensing with Touch Down and Lift Off Sensitivity)"인 공동 소유의 동시 계류 중인 미국 특허 출원에 기술되어 있다. 여러가지 웨이크-온-터치 방법에 대한 상세는 2003년 10월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/683,342호에 개시되어 있다.
본 발명에 따라 구현된 터치 감지 장치는 본 명세서에 기술된 특징, 구조, 방법 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 장치 또는 방법이 본 명세서에 기술된 특징 및 기능 모두를 포함할 필요는 없지만 결합하여 고유의 구조 및/또는 기능을 제공하는 선택된 특징 및 기능을 포함하도록 구현될 수 있음을 잘 알 것이다. 예를 들어, 앞서 기술한 바와 같이, 본 명세서에 기술된 임펄스 재구성 기술은 픽업 센서를 이용하지만 여기 트랜스듀서를 이용하지 않는 구성 및 픽업 센서 및 적어도 하나의 여기 트랜스듀서 둘다를 이용하는 구성을 비롯하여 여러가지 구성의 터치 감지 장치에서 구현될 수 있다.
예를 들어 압전 센서를 포함하는 진동 감지 터치 입력 장치에서, 터치 패널 플레이트의 평면에서 전파하는 진동은 압전 센서에 응력을 가하여 센서 양단에 검출가능 전압 강하를 야기한다. 수신된 신호는 직접 터치 입력의 충격 또는 자취(마찰)에 의한 에너지의 입력으로부터 직접 발생되는 진동에 의해 또는 기존의 진동에 영향을 주는 터치 입력에 의해, 예를 들어 진동의 감쇠에 의해 야기될 수 있다. 수신된 신호는 또한 터치 입력 장치의 사용자 조작(handling) 또는 오조 작(mishandling)으로부터, 또는 터치 입력 장치의 외부에 있지만 그에 의해 감지되는 환경적 요인으로부터 발생되는 터치 입력 등의 의도하지 않은 터치 입력에 의해 야기될 수 있다.
한가지 터치 감지 방법에 따르면, 예를 들어 직접적인 터치를 가리키는 신호를 수신할 시에, 동일한 신호가 센서들 각각에 수신되는 차등 시간(differential time)이 터치 입력의 위치를 추론하는 데 사용될 수 있다. 전파 매질이 분산 매질인 경우, 다수의 주파수로 이루어진 진동 파속(vibration wave packet)은 전파되어감에 따라 확산되어 나가면서 감쇠되며, 그에 의해 신호의 해석을 어렵게 만든다. 그 자체로서, 수신된 신호가 비분산 매질에서 전파된 것처럼 해석될 수 있도록 이를 변환하는 것이 제안되어 있다. 이러한 기술은 굽힘파 진동을 검출하는 시스템에 특히 적합하다.
진동 파속 분산을 해결하고 이러한 분산에 대해 보정된 대표적인 신호를 생성하는 기술은 국제 공개 WO 2003/005292 및 WO 01/48684, 및 2000년 12월 26일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/746,405호, 2002년 12월 10일자로 출원된 미국 가특허출원 제60/432,024호, 및 공동 소유된 미국 특허 출원 제10/440,650호에 개시되어 있다.
용어 굽힘파 진동(bending wave vibration)은 굽힘파 진동을 지원할 수 있는 부재에 얼마간의 평면외 변위(out of plane displacement)를 주는, 예를 들어 접촉에 의한 여기(excitation)를 말한다. 많은 재료가 구부러지며, 어떤 것은 완벽한 제곱근 분산 관계를 갖는 단순 휨(pure bending)을 가지며 어떤 것은 단순 휨과 전 단 휨(shear bending)의 혼합을 갖는다. 이 분산 관계는 파동의 평면내 속도(in-plane velocity)의 파동의 주파수에 대한 의존성을 설명해준다.
진동 파속 분산의 이해를 향상시키고 또 이러한 분산에 대해 보정된 대표적인 신호를 생성하기 위해, 도 1a 내지 도 1d를 참조한다. 도 1a는 제곱근 분산 관계를 갖는 이상적인 매질에서의 임펄스를 나타내고 또 분산 매질이 임펄스의 파형을 보존하지 않음을 보여준다. 나가는 파동(outgoing wave)(60)은 시각 t=0에서 분명하며, 반향(echo) 신호(62)는 시간에 따라 확산되어 나가며, 이는 정확한 접촉 위치의 결정을 어렵게 만든다.
공기 등의 비분산 매질에서, 주파수 응답의 주기적인 변동은 반사의 특징을 이루며, 종종 콤 필터링(comb filtering)이라고 한다. 물리적으로, 주파수 응답의 주기적인 변동은 소스와 반사체 간에 들어있는 파장의 수로부터 기인한다. 주파수가 증가되고 이 공간에 들어 있는 파장의 수가 증가함에 따라, 반사된 파동과 나가는 파동과의 간섭은 보강(constructive)과 상쇄(destructive) 사이에서 진동한다.
도 1a의 분산 임펄스 응답(dispersive impulse response)의 푸리에 변환을 계산하면 도 1b에 도시한 주파수 응답을 생성한다. 이 주파수 응답은 비주기적이고, 파장에 따른 주기적인 변동은 주파수 증가에 따라 점점 더 느려지는 주파수의 변동으로 변환된다. 이것은 파장이 주파수의 역의 제곱근에 비례하는 제곱근 분산의 결과이다. 따라서, 주파수 응답에 대한 패널의 효과는 그 응답을 패널 분산에 따른 주파수의 함수로서 신장(stretch)시키는 것이다. 그 결과, 주파수 영역에서 역신장(inverse stretch)을 적용하고 그에 따라 비분산 경우에 존재하는 주기성을 복원함으로써 패널 분산에 대한 보정이 적용될 수 있다.
주파수 축을 패널 분산의 역으로 워핑(warping)함으로써, 도 1b는 여기의 주파수가 파장의 역에 비례하는 비분산 경우에 대한 주파수 응답(도 1c)으로 변환될 수 있다. 이 간단한 관계는 파장의 감소에 따른 주기적인 변동을 도 1c에 나타낸 바와 같은 주파수의 증가에 따른 주기적인 변동으로 변환시킨다.
도 1c의 자취에 역 FFT(inverse Fast Fourier Transform)를 적용하면, 분산에 대해 보정된 도 1d의 임펄스 응답을 생성하며, 여기서 명백한 반사가 복원된다. 도 1d에 도시한 바와 같이, 임펄스의 임의의 특정의 파형이 시간상으로 보존되는데 그 이유는 비분산 매질에서 진행되는 파동이 그의 주파수에 상관없이 일정한 진행 속도를 갖기 때문이다. 따라서, 반향 위치 확인(echo location)의 작업은 비교적 간단하다. 나가는 파동(50)이 시각 t=0에서 분명하고, 그와 함께 명백한 반사(52)가 4ms에서 있다. 반사(52)는 나가는 파동(50)의 크기의 대략 1/4인 크기를 갖는다.
유의할 점은 상기한 과정이 임펄스가 미지의 시각 t0에서 발생한 경우에는 적용할 수 없으며 초기 임펄스로부터의 응답으로부터의 거리 x는 임펄스가 t0=0에서 발생하는 경우에만 계산될 수 있다는 것이다. 접촉이 일어난 정확한 시간 t0를 모르는 상황에서 분산 보정된 상관 함수(dispersion corrected correlation function)가 이용될 수 있다. 한 방법에 따르면, 굽힘파를 견딜 수 있는 구조 상에 탑재된 제1 센서는 제1 측정된 굽힘파 신호를 측정한다. 제2 센서는 그 구조 상에 탑재되어 제2 측정된 굽힘파 신호를 측정한다. 제2 측정된 굽힘파 신호는 제1 측정된 굽힘파 신호와 동시에 측정된다. 분산 보정된 상관(correlation) 함수, 분산 보정된 콘벌루션(convolution) 함수, 분산 보정된 코히런스(coherence) 함수 또는 다른 위상 등가(phase equivalent) 함수일 수 있는 2개의 측정된 굽힘파 신호의 분산 보정된 함수가 계산된다. 측정된 굽힘파 신호는 분산 보정된 함수를 적용함으로써 접촉에 관한 정보를 계산하기 위해 처리된다. 이 방법에 관한 상세는 이전에 포함된 PCT 출원 WO 01/48684 및 미국 특허 출원 제09/746,405호에 개시되어 있다.
굽힘파 감지 신호에서의 분산에 대해 보정하는 다른 방법은 터치 감응 플레이트의 코너에 배치된 픽업 센서와 함께 여기 트랜스듀서의 사용을 수반한다. 이 방법에 따르면, 여기 트랜스듀서에서의 입력의 픽업 센서 각각에서의 출력에 대한 전달 함수가 결정된다. 이 전달 함수는 다수의 표준의 방법을 사용하여 얻어질 수 있다. 이러한 공지의 방법으로는, 그 중에서도 특히 임펄스 응답을 얻기 위한 MLS(maximum length sequence) 신호에 의한 자극 및 교차 상관, 노이즈 유사 신호에서의 적응적 필터의 사용, 복소 주파수 응답의 평균 비(averaged ratio), 임펄스의 직접 입력 및 측정, 및 TDS(Time Delay Spectrometry, 시간 지연 분광법)으로 선형 처프 신호(linear chirp signal)의 측정이 있다.
측정된 전달 함수는 일반적으로 분산을 보여주는 임펄스 응답에 의해 제공될 수 있다. 분산은 굽힘파 속도의 주파수에 대한 의존 관계(단순 휨의 경우 제곱근 의존 관계임)로부터 기인한다. 이전에 포함된 미국 특허 출원 제09/746,405호는 신호의 분산이 전달 함수의 주파수 축을 파수 벡터(wave vector) 상으로 보간하는 변환에 의해 보정될 수 있는 방법에 대해 기술하고 있다. 역 FFT를 취하면 거리의 함수로서의 임펄스 응답을 산출하며, 이 때 모든 주파수 성분은 분산의 효과를 보정하도록 정렬되어 있다.
주파수의 함수로서의 절대 속도가 터치 감응 패널의 재료 특성의 파악으로부터 알게 되는 경우, 분산 보정된 임펄스 응답은 절대 거리의 함수로서 반환될 수 있다. 그렇지만, 이 관계를 모르고 있는 경우에도, 거리 축의 임의적인 스케일링은 여전히 터치 감응 플레이트의 종횡비(aspect ratio) 등의 유용한 정보가 결정될 수 있게 해준다. 이 기술에 대한 부가의 상세는 공동 소유의 동시 계류 중인 미국 특허 출원 제10/740,502호에 기술되어 있다.
이제 도 2를 참조하면, 굽힘파 진동을 검출하는 특징 및 기능을 포함하는 터치 감응 장치(10)의 한 구성이 도시되어 있다. 이 실시예에 따르면, 터치 감응 장치(10)는 터치 기판(12) 및 터치 기판(12)의 상부 표면에 연결된 진동 센서(16)를 포함한다. 이 예시적인 예에서, 터치 기판(12)의 상부 표면은 터치 감응 표면을 정의한다. 센서(16)가 터치 기판(12)의 상부 표면에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 센서(16)는 다른 대안으로서 터치 기판(12)의 하부 표면에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 센서(16)는 상부 표면에 연결될 수 있는 반면 하나 이상의 다른 센서(16)는 터치 기판(12)의 하부 표면에 연결될 수 있다.
터치 기판(12)은 굽힘파 진동 등의 관심의 진동을 지원하는 임의의 기판일 수 있다. 예시적인 기판(12)은 아크릴, 폴리카보네이트, 유리 또는 다른 적당한 물질 등의 플라스틱을 포함한다. 터치 기판(12)은 투명하거나 불투명할 수 있으며, 선택적으로 다른 계층을 포함 또는 내포하거나 부가의 기능을 지원할 수 있다. 예를 들어, 터치 기판(12)은 긁힘 방지(scratch resistance), 얼룩 방지(smudge resistance), 눈부심 저감(glare reduction), 반사 방지(anti-reflection) 특성, 방향성(directionality) 또는 프라이버시를 위한 광 제어, 필터링, 편광, 광학 보상, 마찰 텍스처링(frictional texturing), 채색, 그래픽 이미지, 기타 등등을 제공할 수 있다.
일반적으로, 터치 감응 장치(10)는 2차원에서의 터치 입력의 위치를 결정하기 위한 적어도 3개의 센서(16)를 포함하며, 국제 공개 WO 2003/005292 및 WO 01/48684 및 미국 특허 출원 제09/746,405호에 기술된 바와 같이, 어떤 실시예에서는 4개의 센서(16)가 바람직할 수 있다. 본 발명에서, 센서(16)는 양호하게는 터치 기판(12)에의 터치 입력을 나타내는 진동을 감지할 수 있는 압전 센서이다. 유용한 압전 센서는 유니모프(unimorph) 및 바이모프(bimorph) 압전 센서를 포함한다. 압전 센서는 예를 들어 양호한 감도, 비교적 낮은 비용, 적절한 강인성, 잠재적으로 작은 폼팩터(form factor), 적절한 안정성, 및 응답의 선형성을 비롯한 다수의 유익한 특징을 제공한다. 진동 감지 터치 감응 장치(10)에서 사용될 수 있는 다른 센서는 그 중에서도 특히 전기 변형(electrostrictive), 자기 변형(magnetostrictive), 압전 저항, 음향, 및 가동 코일 트랜스듀서/장치를 포함한다.
일 실시예에서, 모든 센서(16)는 터치 기판(12)에서의 진동을 감지하도록 구 성되어 있다. 다른 실시예에서, 센서(12) 중 하나 이상은 기준 신호로서 사용될 다른 센서(16)에 의해 감지될 수 있는 신호를 방출하거나 터치 입력 하에서 변경될 수 있는 진동(이러한 진동이 터치의 위치를 결정하기 위해 센서(16)에 의해 감지됨)을 생성하는 방출기 장치(emitter device)로서 사용될 수 있다. 전동식 트랜스듀서(electrodynamic transducer)가 적당한 방출기 장치로서 사용될 수 있다. 게다가, 센서(16) 중 하나 이상은 감지 및 여기 겸용 트랜스듀서(dual purpose sense and excitation transducer)로서 구성될 수 있다. 센서(16)는 접착제의 사용 등의 임의의 적당한 수단으로 터치 기판(12)에 부착 또는 접합될 수 있다.
터치 감응 장치(10)가 능동 센서(16)와 함께, 즉 여기 신호를 발생하는 방출 트랜스듀서(emitting transducer)와 함께 동작하고 있는 경우, 터치 기판(12)에 대한 접촉은 여기 신호의 고조파를 발생하도록 터치 기판(12)에 비선형적 힘을 가할 수 있다. 고조파가 수동 감지(passive sensing)와 유사한 방식으로 접촉 위치를 결정하는 데 사용될 수 있도록 고조파로부터 여기 신호를 분리시키기 위해 신호 처리가 사용될 수 있다. 이 고조파는 사실상 접촉 지점으로부터의 굽힘파의 소스를 구성한다.
터치 감응 장치(10)가 능동 및 수동 겸용 센서(16)를 이용하는 구성에서, 이 센서(16)는 접촉이 터치 기판(12)에 가해지는지 여부에 따라 능동과 수동 감지 모드 간에 전환하도록 구성되어 있을 수 있다. 터치 감응 장치(10)는 접촉이 검출되지 않을 때 수동 감지 모드에 머물러 있는 것, 접촉이 가해질 때 능동 모드로 전환하는 것, 그리고 접촉이 제거되었으면 추가의 접촉을 기다리기 위해 수동 감지 모 드로 되돌아가는 것 사이를 순환할 수 있다. 이것은 터치 감응 장치(10)가 불필요하게 능동 모드에 있을 때의 전력 소모(power drain)를 회피하는 데 유리할 수 있다.
터치 감응 장치(10)를 이용하는 많은 응용은 또한 터치 감응 장치(10)를 통해 정보를 디스플레이하기 위해 전자 디스플레이를 이용한다. 디스플레이가 일반적으로 직사각형이기 때문에, 직사각형 터치 감응 장치(10)를 사용하는 것이 일반적이고 편리하다. 그 자체로서, 센서(16)가 부착되어 있는 터치 기판(12)은 일반적으로 형상이 직사각형이다. 다른 대안으로서, 터치 기판(12)은 보다 복잡한 형상, 예를 들어 곡선 표면 및/또는 가변 두께를 가질 수 있다. 터치 기판(12)이 복잡한 형상을 갖는 경우, 센서(16)에 의해 수신되는 굽힘파 신호로부터 접촉 위치를 해독하기 위해 적응적 알고리즘(예를 들어, 신경망)이 사용될 수 있다.
한 구성에 따르면, 센서(16)는 양호하게는 터치 기판(12)의 모서리 근방에 배치된다. 많은 응용이 터치 감응 장치(10)를 통해 볼 디스플레이를 요구하기 때문에, 센서가 가시 디스플레이 영역을 바람직하지 않게 잠식하지 않도록 센서를 터치 기판(12)의 가장자리 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 센서(16)를 터치 기판(12)의 코너에 배치하면 또한 패널 가장자리로부터의 반사의 영향을 감소시킬 수 있다.
터치 감응 장치(10)에 의해 감지된 접촉은 핸드-헬드 펜의 형태일 수 있는 스타일러스로부터의 터치의 형태일 수 있다. 터치 기판(12) 상에서의 스타일러스의 이동은 터치 기판(12) 상에서의 스타일러스의 위치, 압력 및 속도에 의해 영향 을 받는 연속적인 신호를 발생할 수 있다. 스타일러스는 터치 기판(12)에 가변적인 힘을 가함으로써 터치 기판(12)에 굽힘파를 발생하는, 예를 들어 고무 등의 가요성 팁(flexible tip)을 가질 수 있다. 가변적인 힘은 다른 대안에서 터치 기판(12)의 표면에 밀착하거나 그를 가로질러 미끄러져 움직이는(slip) 그 팁에 의해 제공될 수 있다. 다른 대안으로서, 접촉은 터치 기판(12)에 굽힘파를 발생할 수 있는 손가락으로부터의 터치의 형태일 수 있으며, 이는 능동 및/또는 수동 감지에 의해 검출될 수 있다. 굽힘파는 초음파 영역(> 20kHz)에 주파수 성분을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 감응 장치(10)의 다른 구성을 나타낸 것이다. 이 실시예에 따르면, 터치 감응 장치(10)는 터치 기판(12)에서의 굽힘파 진동을 감지하는 다수의 센서(16)를 포함한다. 터치 감응 장치(10)는 여기 트랜스듀서(18)를 더 포함한다. 여기 트랜스듀서(18)는 통상의 터치 위치 계산에서는 일반적으로 사용되지 않는다는 점에서 양호하게는 "전용" 트랜스듀서(18)이다. 오히려, 통상의 터치 위치 계산은 픽업 센서(16)를 사용하여 행해진다. 여기 트랜스듀서(18)가 방출 트랜스듀서 및/또는 방출기/센서 겸용 트랜스듀서일 수 있음을 잘 알 것이다. 여기 트랜스듀서(18)가 방출기/센서 겸용 트랜스듀서로서 구성되어 있는 구성에서, 이중 모드 트랜스듀서는 일반적으로 통상의 터치 위치 결정 동작에 관여하지 않는다. 전용 여기 트랜스듀서(18)의 사용은 종래의 센서/트랜스듀서 토폴로지를 사용하여 용이하게 가능하지 않는 다양한 기능을 수행할 기회를 제공한다.
도 3에 도시된 구성에서, 4개의 센서(16)가 진동 픽업(vibration pickup)으로서 사용된다. 이들 트랜스듀서(16)는 양호하게는 가벼운 터치와 연관된 낮은 레벨의 진동에 대한 감도에 최적화되어 있다. 이들 트랜스듀서(16)에 대한 연결은 인쇄 전극 패턴으로 행해질 수 있다. 진동 픽업으로서의 그의 동작 이외에, 전압이 센서(16)에 인가될 때, 에너지가 플레이트로 전달되고, 그 결과 굽힘파가 발생된다. 그 자체로서, 센서(16)는 전술한 바와 같이 진동 픽업 센서 및 굽힘파 발생기 둘다로서 동작할 수 있다. 그렇지만, 주어진 센서(16)를 진동 픽업 및 기판(12)의 능동 여기 둘다를 위한 트랜스듀서로서 사용하는 것은 많은 단점을 갖는다.
한가지 단점은 단일의 센서(16)가 픽업 및 방출기 둘다로서 동시에 동작할 수 없다는 것이다. 센서(16)가 예를 들어 자극에 의해 구동되는 방출기로서 사용되고 있을 때, 이 센서는 동시에 픽업으로서 즉각 사용될 수 없다. 픽업 모드에서의 기판(12)의 기능은 따라서 손상되거나 멀티플렉싱 방식으로만 가능할 가능성이 있다.
주어진 센서(16) 및 연관된 센서 회로 간에 버퍼 회로를 포함하는 구성에서, 이하에 기술하는 바와 같이, 이러한 버퍼 회로는 픽업 트랜스듀서로서 동작할 때 센서(16)에 전압을 인가하는 것에 대한 장벽을 제공한다. 버퍼 회로가 역바이어스 조건에 놓여 있을 수 있지만(이 경우에, 기판(12)의 외부 연결에 인가된 전압은 직접 센서(16)에 인가됨), 이것이 선형적 방식으로 달성될 수 있는 전압 범위가 꽤 제한된다. 또한, 이 방법은 터치 감응 장치(10)가 통신 연결되어 있는 제어기에 부가의 회로를 필요로 한다.
종래의 터치 감응 장치 구현과 연관된 이들 및 다른 결점을 극복하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스듀서 구성은, 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(12)에서의 굽힘파의 능동 발생을 제공하는 적어도 하나의 전용 여기 트랜스듀서(18)를 포함한다. 굽힘파의 발생은 다수의 성능 향상 및 진단 특징(이들의 예가 본 명세서에 기술되어 있음)을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 감응 장치(10)의 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 4개의 센서(16)가 기판(12)의 4개의 코너에 위치하고 있다. 여기 트랜스듀서(18)인 제5 트랜스듀서는 기판(12)의 동일 가장자리에 근접하여 위치한 2개의 인접한 센서(16) 사이에 양호하게는 등거리에 기판(12)의 가장자리를 따라 배치되어 있다. 여기 트랜스듀서(18)가 도 4에 도시된 것과 다른 기판 위치에 배치될 수 있음을 잘 알 것이다. 4개의 센서(16) 각각 및 여기 트랜스듀서(18)는 테일 커넥터(tail connnector)(26)로 가는 개별적인 도체에 연결되어 있다. 인쇄 전극 패턴은 상기한 바와 같이 도체로서 사용될 수 있다.
도 4는 또한 4개의 코너 센서(16) 각각과 연관된 버퍼 회로(30)를 나타내고 있다. 버퍼 회로(30)는 기판(12)에서 전파하는 감지된 굽힘파 진동에 응답하여 센서(16)에 의해 생성되는 신호를 버퍼링하기 위해 기판(12) 상에서 각각의 센서(16)에 인접하여 위치될 수 있다. 버퍼 회로(30)를 포함하면 센서(16)의 신호 대 잡음비를 향상시키는 것 및 환경으로부터의 EMI 간섭의 레벨을 감소시키는 것을 비롯한 몇가지 이점을 제공한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 버퍼 회로(30)가 센서(16)에 근접하여 위치하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 버퍼 회로(30)는 원하는 경우 기판(12) 상의 다른 어느 곳에라도 위치할 수 있으며, 다른 대안으로서 테일 커넥터(26) 내에 통합될 수 있다.
버퍼 회로(30) 각각은 도 5에 나타낸 것 등의 증폭 회로를 포함한다. 도 5에 나타낸 간략화된 회로 구성에 따르면, 버퍼 회로(30)는 베이스가 픽업 센서(16)와 저항기(44)에 병렬로 연결되어 있는 전계 효과 트랜지스터(FET) 등의 트랜지스터(42)를 포함한다. n-채널 JFET(예를 들어, FET-J-N SST310)로서 도시되어 있는 FET(42)의 드레인은 제1 도체(45)에 연결되어 있다. FET(42)의 소스는 저항기(46)를 거쳐 제2 도체(47)에 연결되어 있다. 도체(45, 47)는 터치 감응 장치(10)의 제어기에 연결되어 있다. 유의할 점은 다른 부품(도시 생략)이 FET(42)를 적절히 바이어스시키기 위해 오프-기판(off-substrate)일 필요가 있다는 것이다. 일반적인 오프-기판 부품으로는 전원, 바이어스 저항기 및 터치 감응 장치(10)의 제어기의 아날로그 입력에의 용량성 결합이 있다.
도 5에 도시한 구성에서, 픽업 센서(16)는 접지에 연결되도록 배선되어 있다. 대체 실시예에서, 픽업 센서(16)가 평형 온-보드 증폭기(balanced on-board amplifier)(예를 들어, 버퍼 회로 증폭기) 또는 오프-보드 증폭기(off-board amplifier)(예를 들어, 터치 패널 제어기의 감지 증폭기) 등의 평형 증폭기(balanced amplifier)에 차동 입력을 제공하도록 배선될 수 있음을 잘 알 것이다. 이 실시예에 따르면, 각각의 픽업 센서(16)는 2개의 평형 배선(balanced wire)을 통해 증폭기의 평형 입력(balanced input)에 연결되어 있다. 평형 증폭기 는 온-보드 또는 오프-보드 증폭기일 수 있다.
한 구성에서, 각각의 픽업 센서(16)는 연선(twisted pair) 도체를 통해 오프-보드 평형 증폭기에 연결되어 있으며, 온-보드 FET(42)가 사용될 필요는 없다. 다른 구성에서, 각각의 픽업 센서(16)는 2개의 연선을 통해 FET(42)의 평형 입력에 연결되고, FET(42)의 차동 출력은 연선 도체를 통해 오프-보드 증폭기의 평형 입력에 연결되어 있다. 이 실시예에 따른 평형 증폭기의 사용은 차동 픽업 센서 전압 측정을 제공한다. 이 구성은 차동 픽업 센서 전압 측정에 의해 제공되는 공통 모드 차단(common mode rejection)을 통해 어떤 센서 신호 노이즈의 개선된 소거를 제공할 수 있다.
설명의 목적상, 도 4에 도시한 센서(16) 각각은 기판(12)의 가장자리에 대해 대략 45도로 배향되어 있다. 게다가, 하나의 버퍼 회로(30)가 각각의 코너 센서(16)에 인접하여 탑재되어 있다. 하나의 터치 감응 장치 구현에 따르면, 기판은 각각 L=324mm, W=246mm 및 T=2.2mm의 길이, 폭 및 두께 치수를 갖는 유리판을 포함한다. 기판(12)의 4개의 코너 각각에서, 각각 L=7mm, W=3mm 및 T=1mm의 길이, 폭 및 두께 치수를 갖는 압전 트랜스듀서(16)가 위치되어 있다.
도 6은 디스플레이(25)에 탑재된 터치 감응 장치(10)의 단면도이다. 디스플레이(25)는 액정 디스플레이(LCD), 전계 발광(electroluminescent) 디스플레이, 음극선관 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 발광 다이오드 디스플레이, 기타 등등의 임의의 적당한 전자 디스플레이일 수 있다. 디스플레이(25)는 부가적으로 또는 다른 대안으로서 영구적이거나 대체가능할 수 있는 정적 그래픽(static graphics)을 포함할 수 있다. 도 6에 도시한 유형의 터치 감응 장치(10)는 LCD 화면(20) 전면에 탑재된 투명한 기판(12)을 포함한다.
LCD 화면(20)은 LCD 디스플레이(25)의 프레임(24)에 탑재된다. 발포 가스킷(foam gasket) 또는 마운팅(mounting)(22)은 기판(12)의 아래쪽에 부착되어 있고 실질적으로 기판(12)의 주변 근방에 연장되어 있다. 발포 가스킷(22)은 접착 표면을 가지며, 그에 의해 기판(12)은 어떤 표면에라도 견고하게 부착될 수 있다. 발포 가스킷(22)은 기판(12)의 가장자리로부터의 반사를 감소시킬 수 있다. 터치 감응 장치(10)의 테일 커넥터(26)는 터치 감응 장치(10)의 제어기에 연결될 수 있다.
도 7은 터치 감응 장치(102) 및 터치 패널 제어기(120)를 포함하는 터치 패널 시스템(100)을 나타낸 것이다. 터치 감응 장치(102)는 적어도 3개의 센서(104), 양호하게는 4개의 센서(104)를 포함하며, 이 각각은 연관된 버퍼 회로(106)에 연결되어 있다. 터치 감응 장치(102)는 적어도 하나의 방출기 트랜스듀서(108)를 더 포함한다. 방출기 트랜스듀서(108)는 여기 트랜스듀서로서 또는 방출기/센서 겸용 트랜스듀서로서만 동작하도록 구성될 수 있다. 버퍼 회로(106) 및 방출기 트랜스듀서(108) 각각은 제어기(120)에 연결되어 있다.
제어기(120)는 각각이 센서/버퍼 회로 조합(104/106) 중 하나에 연결되어 있는 감지 회로(124)를 포함한다. 감지 회로(124)는 일반적으로 증폭, 조절(conditioning) 및 필터링 회로 중 하나 이상을 포함한다. 방출기 트랜스듀서(108)는 방출기 트랜스듀서(108)로 하여금 터치 감응 장치(102)의 기판에 주어지는 미리 정해진 여기 신호를 발생하게 하는 신호를 발생하는 구동 회로(128)에 연 결되어 있다. 구동 회로(128) 및 감지 회로(124) 각각은 터치 위치 프로세서(130)에 연결되어 있다. 터치 위치 프로세서(130)는 일반적으로 아날로그 신호 조절단, 적절한 샘플링 주파수(예를 들어, 200kHz)로 샘플링하는 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및 좌표 위치 알고리즘/펌웨어 및 다른 알고리즘 및 루틴을 구현하는 디지털 신호 처리기(DSP)를 포함한다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 도 7의 각각의 센서(104)에서 감지된 굽힘파 정보를 처리하기 위한 한 구현이 예시되어 있다. 도 8에서, 패널(105)에서의 굽힘파는 적어도 3개, 양호하게는 4개의 센서(104)에 의해 감지된다. 센서(104)는 아날로그 굽힘파 신호 W1(t), W2(t)...WN(t)를 측정하고, 이는 멀티플렉싱 ADC(126)로 전송된다. 그 결과의 디지털 입력 신호는 터치 위치 프로세서(130)로 전송되고, 이 프로세서로부터 접촉 임펄스의 위치 및 프로파일에 관한 정보(132)가 결정된다.
도 9에 추가적으로 도시한 바와 같이, 터치 패널 제어기(120)는 일반적으로 호스트 프로세서(150)에 연결되어 있다. 호스트 프로세서(150)는 또한 도 7에 도시된 유형의 터치 감응 장치(102)를 포함하는 터치 디스플레이 시스템(125)에 연결되어 있다. 호스트 프로세서(150)는 터치 패널 시스템(100)과 원격 시스템 간의 통신을 용이하게 해주기 위해 네트워크 인터페이스 등의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 여러가지 터치 패널 시스템 진단, 캘리브레이션 및 유지보수 루틴이 터치 패널 시스템(100)과 원격 시스템 간의 협동적 통신에 의해 구현될 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 터치 패널 제어기(120)는 선택적으로 웨이크-온-터치 검출기(wake-on-touch detector)(140)를 포함할 수 있다. 일반적인 웨이크-온-터치 방법에 따르면, 터치 감응 장치의 기판과의 접촉의 결과로 생기는 또는 다른 방식으로 그에 주어지는 굽힘파 진동이 감지된다. 감지된 진동은 감지된 진동이 사용자에 의한 의도된 터치 또는 터치 감응 장치에 대한 의도하지 않은 터치의 결과인지를 판정하기 위해 분석 또는 평가된다. 터치 감응 장치에 대한 터치가 의도적인 것으로 판정한 것에 응답하여, 웨이크-업(wake-up) 신호가 발생된다. 그렇지만, 터치 감응 장치에 대한 터치가 의도하지 않은 것으로 판정되는 경우, 웨이크-업 신호가 발생되지 않는다.
용어 "의도된 터치"는 터치 입력으로서 해석되도록 의도되는, 검출가능 진동, 이러한 진동을 야기하는 일, 및 센서가 이러한 진동을 수신한 것으로 인해 생성된 신호를 말한다. 용어 "의도하지 않은 터치"는 터치 입력으로서 해석되도록 의도되지 않는, 검출가능 진동, 이러한 진동을 야기하는 일, 및 센서가 이러한 진동을 수신한 것으로 인해 생성된 신호를 말한다. 의도되지 않은 터치의 예로는, 검출된 신호에 필수 서명을 생성하지 않는 터치 감응 장치에 대한 진동-야기 충격 뿐만 아니라 외부 노이즈가 있다. 본 발명의 관점에서 구현될 수 있는 여러가지 웨이크-온-터치 방법에 관한 상세는 이전에 포함된 미국 특허 출원 제10/683,342호에 개시되어 있다.
도 10은 터치 감응 장치(102)에 통신 연결된 터치 패널 제어기(120)의 실시예를 나타낸 것이다. 이 실시예에 따르면, 터치 패널 제어기(120)는 버스(208)를 통해 메인 프로세서(206)에 연결되어 있는 I/O 프로세서(204)를 포함한다. I/O 프로세서(204)는 이 실시예에서 버스(209)를 통한 터치 패널 제어기(120)와 외부 시스템 또는 장치 간의 I/O 시그널링을 관리하는 데 이용된다.
한 구성에서, I/O 프로세서(204)는 직렬 인터페이스 또는 버스 등의 고속 인터페이스(209)를 통한 시그널링을 관리하도록 구현된다. 예로서, 버스(209)는 USB 또는 IEEE 1394 Fire Wire 아키텍처 등의 고속 직렬 버스 아키텍처에 부합할 수 있으며, I/O 프로세서(204)는 직렬 버스(209)를 통한 시그널링을 조정하도록 구현될 수 있다. USB 또는 Fire Wire 규격에 따라 버스(209)를 구성하는 것은 즉석 플러그 앤 플래이 연결(instant plug and play connectivity)을 제공한다. 그 자체로서, 터치 패널 제어기(120)는 연결에 관한 어떤 역효과 없이 임의의 시간에 서로 다른 포트에 연결(plug) 및 그로부터 분리(unplug)될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 웨이크-온-터치 검출기(140)는 I/O 프로세서(204), 인터페이스(202), 및 선택적으로 메인 프로세서(206)에 연결되어 있다. 다른 구성에서, 웨이크-온-터치 검출기(140)는 I/O 프로세서(204)의 전단부(front end)에 연결될 수 있거나 I/O 프로세서(204)와 버스(202) 사이에 인터페이스로서 포함될 수 있다. 웨이크-온-터치 검출기(140)는 양호하게는 터치 감응 장치(102)로부터 감지 신호를 수신하도록 구성되어 있지만 터치 감응 장치(102)와 터치 패널 제어기(120) 간의 감지 신호 및 다른 신호나 데이터의 전송에 악영향을 주지 않는다.
도 10에 도시된 한 구성에 따르면, 웨이크-온-터치 검출기(140)는 I/O 프로 세서(204)에 연결될 수 있으며, 따라서 웨이크-온-검출기(140)에 의해 발생된 웨이크-업 신호는 라인(222)을 통해 I/O 프로세서(204)로 전송된다. 이 구성에서, I/O 프로세서는 웨이크-업 신호에 응답하여 슬립 모드(sleep mode)에서 활성 모드(active mode)로 전환한다. 슬립 모드에서 활성 모드로 전환한 후에, I/O 프로세서(204)는 터치 감응 장치(102)를 포함하는 휴대형 장치의 터치 패널 제어기(120) 및/또는 제어 시스템의 다른 구성요소 또는 메인 프로세서(206) 등의 다른 구성요소가 활성화를 필요로 하는지 여부를 판정할 수 있다. 다른 대안으로서, I/O 프로세서(204)는 버스(208)를 거쳐 메인 프로세서(206)로 라인(226)을 통해 전송되는 2차 웨이크-업 신호를 생성할 수 있다. 다른 구성에서, 웨이크-온-터치 검출기(140)는 웨이크-업 신호를 생성하고 이 웨이크-업 신호를 I/O 프로세서(204)(라인(222)을 통해) 및 메인 프로세서(206)(라인(224)을 통해) 둘다에 전송할 수 있다.
도 10에 도시된 터치 감응 장치(102)의 구성에서, 센서(104) 각각은 버퍼 회로(106)에 연결되어 있다. 버퍼 회로(106)가 능동 구성요소(예를 들어, JFET)를 갖기 때문에, 활성 상태일 때 버퍼 회로(106)에 전력이 공급되어야만 한다. 그 자체로서, 센서(104)는 전력 보존이 문제가 되는 응용에서 웨이크-온-터치 센서에 대한 좋지 않은 후보이다. 그렇지만, 방출기 트랜스듀서(108)는 버퍼 회로(106)에 연결되지 않으며, 그에 따라 방출기 트랜스듀서(108)는 웨이크-온-터치 센서에 대한 좋은 후보가 된다.
이 실시예에 따른 웨이크-온-터치 방법이 터치 감응 장치, 특히 휴대형 및 핸드-헬드 터치 입력 장치의 전력 소모를 상당히 감소시킬 수 있음을 잘 알 것이다. 예를 들어, 메인 프로세서(206) 및 I/O 프로세서(204) 각각은 정상 동작 동안에 수백 밀리암페어의 전류를 필요로 할 수 있다. 방출기 트랜스듀서(108)를 사용하는 웨이크-온-터치 검출을 사용하는 경우, 메인 프로세서(206) 및 I/O 프로세서(204)의 회로의 대부분이 슬립 모드에서 턴오프될 수 있으며, 그에 의해 전력 요구사항을 완전 동작에 필요한 것보다 아주 적은 양으로 상당히 감소시킬 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 본 발명의 원리들에 따른 임펄스 재구성을 수반하는 여러가지 프로세스가 도시되어 있다. 용어 "임펄스 재구성(impulse reconstruction)"은 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 터치 감응 기판에 대한 접촉에 의해 발생되는 최초의 임펄스의 형상 및/또는 다른 결정적 특징을 발생하는 프로세스를 말한다. 도 11 및 후속 도면에 도시된 방법은 상기한 것 등의 다양한 터치 감응 장치 구성에서 구현될 수 있다.
도 11에 따르면, 터치 감응 플레이트에 대한 접촉에 응답하여 픽업 센서 신호가 발생된다(블록 300). 터치 감응 플레이트 상의 접촉의 위치가 양호하게는 픽업 센서 신호의 분산 보정을 제공하는 방법에 의해 결정된다(블록 302). 터치 위치를 알고 있는 경우, 접촉에 의해 발생된 임펄스의 최초 형상을 효과적으로 재생성하기 위해 임펄스 재구성이 수행된다(블록 304). 재구성된 임펄스는 이어서 최초의 접촉 사건에 관한 부가적인 정보를 도출하는 것(블록 306)을 비롯한 다양한 목적으로 사용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 임펄스 재구성을 수반하는 특히 유용한 방 법을 나타낸 것이다. 도 12에서, 터치 감응 플레이트에 대한 접촉에 응답하여 픽업 센서 신호가 발생되고(블록 320), 터치 감응 플레이트 상의 접촉의 위치가 결정된다(블록 322). 터치 위치가 결정되었으면, 그 임펄스의 최초 형상을 생성하기 위해 임펄스 재구성이 수행된다(블록 324). 재구성된 임펄스는 이어서 최초의 접촉의 위치를 확인 또는 검증(블록 326)하는 데 사용된다.
앞서 기술한 바와 같이, 임펄스 재구성을 사용하는 터치 위치 확인은, 그 중에서도 특히, 예를 들어 터치 감응 장치의 케이스 또는 지지 구조에 대한 쓸모없는 터치의 개선된 제거, 개선된 접촉 세기 결정, 모호함 또는 노이즈가 존재할 때 터치 위치를 결정함에 있어서의 개선된 정확도, 접촉 구현 유형 및 관계된 특성의 개선된 식별, 및 배경 음향 노이즈에 의해 발생되는 쓸모없는 접촉 데이터의 개선된 제거를 비롯하여, 다양한 성능 향상을 달성하기 위해 이용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 임펄스 재구성을 수반하는 다른 방법을 나타낸 것이다. 이 방법에 따르면, 터치 감응 플레이트 상에 최초의 임펄스를 발생하는 접촉 사건에 응답하여 픽업 센서 신호가 획득된다(블록 340). 양호하게는 앞서 기술한 방식으로 접촉의 위치가 결정된다(블록 342). 터치 감응 플레이트의 치수 또는 종횡비가 결정된다(블록 344). 터치 감응 플레이트의 분산 관계가 결정되거나 알게 된다(블록 346). 블록(340-346)에서 획득된 정보를 사용하여, 최초의 임펄스를 나타내는 임펄스가 재구성된다(348).
블록(344)에 나타낸 터치 감응 플레이트의 치수를 결정하는 한 방법에 따르면, 터치 감응 플레이트의 코너에 배치된 픽업 센서에 의해 감지되는 굽힘파를 발 생하기 위해 전용의 여기 트랜스듀서가 사용될 수 있다. 여기 자극은 펄스 자극(pulsed stimulus) 또는 광대역 노이즈 유사 자극(wide band noise-like stimulus)일 수 있다. 픽업 센서에 의해 출력된 픽업 신호는 픽업 신호 각각을 등가의 비분산 시스템 중 하나로 변환하는 등에 의해 분산 방식으로 처리될 수 있다. 여기 트랜스듀서로부터 픽업 센서 각각까지의 상대 거리가 계산된다. 여기 트랜스듀서와 픽업 센서 간의 상대 거리를 결정하는 대안적인 방법은 최초 도달 시간(first arrival time)의 조사를 위해 일정량의 분산의 제거를 수반한다. 다른 대안적인 방법에서, 여기 신호가 좁은 주파수 대역에 집중될 수 있고, 픽업 센서 각각에 대한 상대 도달 시간(relative arrival time)이 추정될 수 있다.
터치 감응 플레이트의 절대 분산 관계가 직접 측정에 의해 알게 되거나 결정되는 경우, 이 플레이트의 절대 치수가 계산될 수 있다. 터치 감응 플레이트의 절대 분산 관계를 알고 있지 못한 경우, 터치 플레이트의 상대 치수만이 계산될 수 있다. 터치 감응 플레이트의 재료의 절대 분산 상수(absolute dispersion constant)가 그 플레이트의 절대 치수를 결정하는 데 필요한데, 그 이유는 플레이트의 재료 특성이 플레이트에 걸친 파동 전파의 절대 속도를 주파수의 함수로서 결정하기 때문이다. 이것을 모르는 경우, 터치 감응 플레이트 치수는 정규화된 좌표에서만 알려져 있다. 도 13의 블록(344, 346)에 나타낸 바와 같이, 플레이트 캘리브레이션 및 터치 감응 플레이트의 분산 관계의 결정에 관한 여러가지 방법에 대한 상세는 앞서 포함된, 대리인 문서 번호 59327US002로 본 발명과 동시에 출원된 발명의 명칭이 "굽힘파 진동 감지 및 여기 트랜스듀서를 이용하는 터치 감응 장 치(Touch Sensitive Device Employing Bending Wave Vibration Sensing and Excitation Transducers)"인 동시 계류 중인 미국 특허 출원에 기술되어 있다.
터치 감응 플레이트 상에서의 임펄스가 이하의 식에 따라 환상으로(in a circular manner) 접촉 위치로부터 밖을 향하여 전파함을 잘 알 것이다.
Figure 112006054520163-pct00001
여기서,
Figure 112006054520163-pct00002
는 변위 또는 속도 등의 물리적 파라미터에 대응하고,
Figure 112006054520163-pct00003
는 각속도이며,
Figure 112006054520163-pct00004
는 터치 감응 플레이트에서의 파수 벡터(wavevector)이며,
Figure 112006054520163-pct00005
은 접촉 위치로부터 감지 위치까지의 거리이다. 터치 감응 플레이트에서의 파수 벡터
Figure 112006054520163-pct00006
는 이하의 분산 관계에 의해 각속도
Figure 112006054520163-pct00007
와 관계되어 있다.
Figure 112006054520163-pct00008
여기에서,
Figure 112006054520163-pct00009
는 터치 감응 플레이트의 면밀도(areal density)이고,
Figure 112006054520163-pct00010
는 플레이트의 굽힘 강성(bending stiffness)을 말한다. 유의할 점은 명확함을 위해 상기 식이 휨 근접장(flexural near field)의 존재로 인해 더욱 복잡한 완전한 플레이트 방정식을 간략화한 것을 나타낸 것이라는 것이다.
상기 식으로부터, 에너지 보존에 의해 요구되는 바와 같이, 임펄스의 진폭이 거리에 따라 감쇠함을 알 수 있다. 게다가, 거리에 의존하는 위상 인자(phase factor)가 임펄스에 적용된다. 이 위상 인자는 주파수에 대해 제곱근 의존 관계를 가지며, 따라서 센서 위치에서 픽업될 때 임펄스 형상에 변화를 일으킨다(이와 반 대로, 임펄스 형상에 관련된 변화가 없는 순수한 지연은 주파수에 대해 선형적인 의존관계를 갖는다). 이것은 굽힘파의 전파의 분산의 잘 알려진 효과이다.
분산 신호가 비분산 매질에서 전파하는 신호로 변환되는 분산 보정을 수행하는 여러가지 방법에 대해 전술하였다. 접촉 위치의 효율적인 계산을 위해 유익한 이들 변환 방법의 특성은 분산 효과에 대한 상시 보상이다.
그렇지만, 본 발명에 따른 임펄스 재구성을 위해 보다 간단한 변환이 이용될 수 있다. 한가지 이러한 보다 간단한 변환에 따르면, 분산 센서 신호로부터 일정량의 분산이 제거된다. 터치 감응 플레이트에 대한 접촉의 위치가 주어지면, 임펄스의 분산이 상기 식으로부터 즉시 알 수 있다. 접촉/센서 격리 거리에 대응하는 역 위상 인자(inverse phase factor)를 적용하면, 각각의 센서에 의해 픽업된 초기 신호가 보상되고 최초의 임펄스가 재구성된다. 유의할 점은 반사/반향(reflection/reverberation)과 연관된 나중의 에너지가 분산 특성을 보유한다는 것이다.
이 보다 간단한 변환 방법은 접촉 사건의 위치를 결정하는 데 직접적으로 적당하지는 않은데, 그 이유는 분산 제거 프로세스가 접촉 위치에 대한 사전적 지식을 필요로 하기 때문이다. 유의할 점은 최초 도달 및 일정량의 분산 제거에 기초한 반복적 절차가 구현될 수 있지만, 이것이 진정한 분산 보정 변환보다 덜 계산 효율적이라는 것이다. 그렇지만, 분산 보정된 상관 함수(dispersion corrected correlation function) 등의 다른 방법으로부터 접촉의 위치가 주어지면, 최초의 임펄스의 재구성은 개선된 터치 감응 장치에 다수의 이점을 제공한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 임펄스 재구성의 일부로서 역 위상 인자의 사용을 수반하는 방법을 나타낸 것이다. 도 14에 도시한 방법에 따르면, 분산 터치 감응 플레이트에서 전파하는 굽힘파가 감지되고(블록 360), 그로부터 분산을 나타내는 감지 신호가 발생된다(블록 362). 분산 센서 신호는 분산 보정된 신호로 변환된다(블록 364). 분산 보정된 신호를 사용하여, 터치 감응 플레이트에 대한 접촉의 위치가 결정된다(블록 366). 각각의 픽업 센서와 접촉 위치 간의 격리 거리가 결정된다(블록 368).
각각의 픽업 센서에 대해, 개별적인 접촉/센서 격리 거리를 사용하여 역 위상 인자가 구해진다(developed)(블록 370). 픽업 센서 각각에 의해 감지된 임펄스를 재구성하기 위해(블록 372) 이 역 위상 인자가 분산 센서 신호에 적용된다(블록 372). 도착 시간, 형상, 진폭, 또는 다른 형태상의 특징 등의 재구성된 임펄스의 하나 이상의 특징이 블록(366)에서 계산된 접촉 위치가 정확한지를 검증하기 위해 비교된다.
본 발명의 부가적인 특징을 설명하기 위해, 도 15에 도시된 굽힘파 터치 감응 장치(400)를 참조한다. 이 실시예에 따르면, 터치 감응 패널(402)이 플라스틱 몰딩으로 제조된 전방 베젤 및 후방 하우징을 갖는 LCD 모니터의 프레임(404)에 탑재된다. 픽업 센서(16)는 터치 감응 패널(402)의 각각의 코너에 탑재된다. 도 16 내지 도 32에 대한 이하의 설명은 이들 도면과 연관된 방법이 도 15에 일반적으로 도시된 유형의 터치 감응 장치(400)에서 구현될 수 있는 것으로 가정한다.
도 16은 터치 감응 패널 영역의 플롯(plot)을 나타낸 것으로, 축 단위는 센 티미터이다. 각각의 코너에서의 센서 번호의 지정이 표시되어 있다. 게다가, 십자 표시(+ 표시)는 패널 상에서의 손가락 터치에 의해 발생된 접촉의 위치를 가리킨다. 이 접촉은 굽힘파의 과도 펄스(transient pulse)를 발생하였으며, 이 펄스는 픽업 센서들 각각에 의해 전압으로 변환되었다. 센서 신호는 이어서 사전 증폭되고(preamplified) 디지털화되며 10kHz에서 고역 통과 필터링되고, 그 결과 도 17에 나타낸 자취가 얻어진다. 유의할 점은 이러한 그래프 모두가 임의적인 y-축 단위를 가지며 100 kHz 샘플 레이트로 취해진 샘플 수의 x-축 단위를 갖는다는 것이다.
도 17에 나타낸 자취의 분산은 분명하다. 특히, 접촉 위치로부터 가장 멀리 있는 센서(즉, 센서 1 및 센서 2)는 보다 늦은 에너지의 도달 및 보다 확산된 임펄스 형상을 보여준다. 접촉/센서 격리 거리와 연관된 역 위상 인자가 도 17의 원시 센서 신호 데이터에 적용될 때, 도 18의 자취가 얻어진다.
도 17에 나타낸 분산된 자취가 서로 다른 형상 및 도달 시간을 보여주는 반면, 도 18에 나타낸 자취는 유사한 형상을 가지며(즉, 모두가 플러스로 가는 초기 과도를 가짐) 시간 정렬되어 있다. 이들 자취는 초기 임펄스의 정확한 재구성을 보여준다. 재구성된 임펄스들 간의 임펄스 유사성을 결정하는 기술에 대해서는 이하에서 보다 상세히 기술한다.
접촉 임펄스의 분산은 각각의 센서에서의 신호가 터치 감응 플레이트 상의 모든 점에서 서로 다르게 필터링된다는 점에서 공간 필터(spatial filter)로서 볼 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 임펄스 재구성의 프로세스는 최초 도달 에너지 에 대한 역 필터(inverse filter)의 적용으로서 생각될 수 있으며, 위치 결정 알고리즘에 의해 결정되는 접촉 위치가 최초의 픽업 신호와 부합하는지를 검증하도록 구현될 수 있다.
예로서, 도 19는 x-방향 및 y-방향 둘다에서 장소가 25mm 천이된 것과 함께 도 16에 나타낸 최초의 접촉 위치를 나타낸 것이다. 이 예시적인 예는 지점 위치가 정확한 위치로부터 떨어져 있는 것으로 보고된 경우 에러를 시뮬레이션한다.
도 17에 나타낸 바와 같이 픽업 신호에 대해 그렇지만 천이된 위치 장소로 임펄스 재구성이 수행된다. 그 결과가 도 20에 나타내어져 있다. 최초의 임펄스의 재구성이 더 이상 정확하지 않음은 분명하며, 서로 다른 신호 간에 상당한 변동이 있음이 명백하다. 이러한 쓸모없는 지점은 즉시 검출되어 에러가 있는 것으로 보고될 수 있다.
본 발명에 따른 임펄스 재구성의 방법에 의해 제공된 지점 위치의 확인은 향상된 기능을 제공한다. 예를 들어, 계산에 에러가 있는 경우, 임펄스 재구성이 그 에러를 부각시키고 지점을 반환하지 않도록 하는데 사용될 수 있다. 에러가 있는 지점을 반환하는 것보다는 오히려 어떤 지점도 반환하지 않는 것이 바람직한 것으로 생각된다. 또다른 예로서, 패널 가장자리로부터의 반사는 분산 보정된 상관 함수에서 부가의 피크를 발생할 수 있다. 이들은 모호성 및 다수의 후보 지점을 발생시킬 수 있다. 이들 모호성은 본 발명의 임펄스 재구성 및 접촉 위치 검증 방법을 사용하여 즉각 해결될 수 있다.
다른 예에서, 위치 결정 계산을 트리거하는 임계값을 낮추는 것은 예를 들어 공기 음향(airborne acoustic), 구조 음향(structural acoustic) 또는 전기 노이즈 등의 배경 노이즈에서의 과도로 인한 쓸모없는 지점들을 발생시킬 수 있다. 이들 노이즈에 관계된 쓸모없는 지점들은 임펄스 재구성의 사용에 의해 제거될 수 있으며, 그에 의해 보다 낮은 임계값이 설정될 수 있고 가벼운 터치에 대한 더 나은 감도를 달성하게 된다.
이하의 예시적인 예는 LCD 베젤에 대한 터치를 포함한다. 이 경우, 베젤에 대한 터치는 터치 감응 패널으로 에너지를 연결시키며 그에 의해 위치 결정 계산을 트리거한다. 터치 감응 패널의 보디 내에서 임펄스 재구성을 사용하는 검증을 필요로 하는 지점이 보고될 수 있다. 도 21은 LCD 베젤에 대한 터치에 의해 보고되는 지점(십자선으로 나타냄)을 나타낸 것이다.
도 22는 LCD 베젤에 대한 두드림(tap)으로부터 얻어지는 픽업 신호 자취를 나타낸 것이다. 이들 신호 자취는 서로 다른 도달 시간 및 분산된 형상을 보여준다. 도 22에 나타낸 자취가 주어지는 경우, 이들 자취가 베젤 터치 또는 터치 감응 패널에 대한 유효한 접촉으로부터 얻은 것인지는 즉각적으로 명백하지 않다. 그렇지만, 도 23은 도 22의 자취에 적용된 임펄스 재구성의 결과를 나타낸 것이다. 도 23의 자취로부터 재구성된 임펄스 형상이 유효한 지점에 대응하지 않음은 분명하다. 그 자체로서, 이러한 에러 있는 지점이 즉각 제거될 수 있다.
도 24, 도 25 및 도 26은 스타일러스에 의한 터치 사건으로부터 얻어지는 접촉 위치, 픽업 신호 및 재구성된 임펄스를 나타낸 것이다. 임펄스 재구성이 아주 잘 동작했음을 도 26에 나타낸 자취로부터 즉시 알 수 있다. 스타일러스의 사용에 발생된 임펄스 형상은 손가락 접촉에 의해 발생된 것과 아주 다르다. 이러한 차이는 접촉 유형, 예를 들어 손가락 대 스타일러스 대 장갑낀 손가락, 기타 등등의 특성을 검출하는 데 사용될 수 있다.
접촉 위치 확인에 적용되는 임펄스 재구성에 대해서는 전술하였으며, 예들은 유사한 재구성된 임펄스가 어떻게 각각의 센서로부터 획득될 수 있는지를 보여준다. 접촉 지점 유효성을 확인하는 프로세스는 재구성된 임펄스 각각의 도달 시간 및 형상 둘다에서의 유사성의 측정을 수반한다. 서로 다른 재구성된 임펄스 간의 상관의 측정을 비롯한 다수의 기술이 이를 위해 실시될 수 있다. 도 27a 내지 도 27d를 참조하여 이하에 기술되는 방법은 잘 동작하고 또 계산 효율적인 몇가지 기술 중 하나를 나타낸 것이다.
도 27a는 센서 1 내지 센서 4에 대해 도 18에 최초로 도시된 재구성된 임펄스를 나타낸 것이다. 도 27b는 이들 임펄스의 평균을 나타낸 것이다. 재구성된 임펄스의 평균을 취하는 것은 각각의 자취에서의 원하는 유사한 특징, 즉 상승 시간 및 형상이 4개의 센서에 대해 유사함을 강조하는 역할을 한다. 유의할 점은 보다 늦은 에너지가 터치 감응 플레이트 내에서의 반사로부터 온 것이고 임펄스 재구성 프로세스에 의해 분산에 대해 보정되지 않는다는 것이다. 이 점에서, 임펄스 재구성 프로세스는 최초 도달 거리(first arrival distance)인 하나의 거리에 대해서만 보정하려고 시도한다. 그 결과, 보다 늦은 에너지는 4개의 자취 간에 서로 다르고, 따라서 평균 프로세스에 의해 감소된다. 도 27b에 도시된 자취는 따라서 유익한 방식으로 4개의 자취에서의 정보를 결합한다.
도 27b에서 분명히 볼 수 있는 예리한 변화를 보다 강조하기 위해, 스케일링 인자가 유용하게도 적용될 수 있다. 이러한 스케일링 인자는 도 27c에 나타내어져 있으며, 이는 임펄스 응답의 절대값의 누적 합으로부터 도출된 것이다. 이것은 각각의 센서에 대해 계산되고 평균되어 도 27c에 도시된 자취를 제공한다. 그 결과의 자취는 신호가 조용(quiet)할 때는 낮지만 임펄스의 조용하지 않은 부분(non-quiet portion)을 통해 시간이 증가함에 따라 점차적으로 증가한다. 이 방법은 도 27d에 나타낸 바와 같이 최초 도달을 강조하는 데 사용될 수 있다.
도 27d는 평균 임펄스 응답을 평균 누적 합으로 나눈 것, 즉 도 27b의 자취를 도 27c의 자취로 나눈 것으로 나타낸 것이다. 이러한 스케일링은 자취를 정규화하고 또 샘플(40)에 가까운 진폭의 시작을 강조하는 기능을 한다. 응답의 초기 20개 샘플은 스케일링 함수의 큰 값으로 인해 발생하는 어떤 노이즈를 나타낸다. 그렇지만, 처음 20개 샘플이 폐기된 후에, 그 측정은 임펄스 공시성(impulse synchronicity)의 지표로서 사용될 수 있다. 또한, 도 27d의 그래프 상에는 0.2의 임계값 레벨이 표시되어 있으며, 이를 넘으면 임펄스는 동기적인 것으로 간주되고 그 지점은 유효한 것으로 간주된다.
공시성의 측정은 모두가 거의 동시에 갑자기 시작하는 임펄스들의 유사한 형상을 강조하는 도 27을 참조하여 나타내어져 있다. 이 측정은 유효한 지점을 확인하고 에러있는 지점을 제거하는 데 사용될 수 있다.
주어진 공시성 측정이 유효하도록 하기 위해, "불량" 지점을 제거해야만 한다. 지금부터, 이러한 측정의 2가지 예에 대해 기술한다. 도 28에 도시된 첫번째 것은 도 20에 최초로 도시된 부정확한 데이터 예에 대한 결과를 나타낸 것이다. 도 29에 나타낸 두번째 것은 도 22에 최초로 도시된 LCD 베젤 터치 데이터에 대한 결과를 나타낸 것이다. 양쪽 "불량" 지점 예 둘다는 관심의 영역에서(예를 들어, 20개 샘플 이후에) 임계값을 교차하지 않으며, 이는 상기한 공시성 측정 방법의 효용성을 보여준다.
상기한 바와 같은 임펄스 재구성의 방법은 최초의 접촉이 실제로 타당한 임펄스를 생성한다는 사실에 의존한다. 이것은 대부분의 접촉에 대해 그러하며, 이 방법은 각각의 센서까지의 최초 도달 거리와 연관된 역 위상 인자의 적용에서 잘 동작한다. 그렇지만, 측정에서 위상 인자가 일정할 추가의 가능성이 있다.
이것은 이하의 것들을 포함한 다수의 서로 다른 요인에 의해 야기될 수 있다. (1) 터치 감응 플레이트에서의 굽힘파는 전파하는 파동 및 지수적으로 감쇠하는 근접장(near field) 둘다의 형태를 취할 수 있다. 이들 근접장은 접촉 지점으로부터 센서로 전파하지 않지만, 이들은 접촉 지점에서의 응답에 영향을 미치며 전파하는 파동과 위상이 벗어나(out of phase) 있을 수 있다. 접촉 지점에 임펄스 가 입력되면, 플레이트의 응답도 역시 임펄스와 유사할 수 있지만, 전파하는 파동의 위상은 천이될 수 있다. (2) 접촉이 컴플라이언트(compliant)할 수 있으며, 발생된 힘에 위상 인자를 도입시키게 된다. (3) 센서 위치에서의 응답의 위상은 센서 근처의 가장자리에서의 경계 조건에 의해 영향을 받는다. (4) 센서 트랜스듀서 자체는 서로 다른 물리적 양의 응답을 측정하도록 구현될 수 있다. 예로는 속도, 힘, 평면내 응력(in-plane stress), 및 곡률이 있다. 이들 물리적 파라미터는 일 반적으로 동위상이 아니며, 어느 파라미터가 측정되느냐에 따라 서로 다른 위상 인자가 도입될 수 있다.
위상 인자의 동작은 재구성된 임펄스의 형상을 변경시키는 것이다. 그 결과의 임펄스는 여전히 시간-정렬되어(time-aligned) 있으며 재구성 이후에 형상이 유사하다. 그렇지만, 임펄스에 대한 이들의 유사성은 이러한 임의적인 위상 인자로 인해 악화될 수 있다. 이러한 이유로, 상기한 바와 같은 임펄스 재구성의 방법은 최초 도달 거리와 연관된 위상 이외에 일정한 위상에 대한 보정을 포함하도록 확장될 수 있다. 이것은 재구성된 임펄스 형상의 예리함(sharpness)을 개선하도록 선택될 수 있다.
임펄스 재구성은 접촉 위치 확인 이외의 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 임펄스 재구성은 터치 감응 플레이트에 대한 터치의 강도(z-축 감도)를 결정하는 데 이용될 수 있다. z-축 감도는 터치의 강도를 검출할 수 있는 능력을 말한다. 어느 정도까지, 이것은 원시 픽업 신호로 가능하다. 거친 접촉(hard contact) 대 부드러운 접촉(soft contact)의 과정 구별은 발생되는 전압 레벨의 비교에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 거친 접촉은 부드러운 접촉보다 더 큰 RMS 전압을 발생하게 된다.
이제 도 30 내지 도 32를 참조한다. 도 30은 터치 감응 패널 상에서의 2개의 접촉의 위치를 나타낸다. 2개의 접촉에 대한 결과의 픽업 신호는 도 31에 도시되어 있으며, 여기서 각각의 접촉에 대한 4개의 자취가 중첩되어 도시되어 있다. 두번째 접촉의 자취는 명백히 더 큰 전압 레벨을 보여준다. 그렇지만, 신호의 형 상은 접촉/센서 격리 거리와 연관된 서로 다른 분산 정도로 인해 서로 다르다. 상대 레벨의 상세한 정량화는 도 32에 나타낸 바와 같이 임펄스 재구성된 자취의 비교를 필요로 한다.
도 32에 도시한 임펄스 재구성된 신호는 단지 분산된 픽업 신호만을 사용하여 가능한 것보다 상당히 더 높은 정확도로 터치의 강도가 결정될 수 있게 해준다. 유의할 점은 도 32에 도시된 자취가 위상 인자 및 거리에 따른 제곱근 진폭 감쇠 둘다에 대해 보정되어 있는 반면 이전의 그래프는 단지 위상 인자에 대해서만 보정되어 있다는 것이다. 이러한 완전한 보정은 임펄스를 시간 및 전체 진폭(overall amplitude) 둘다에서 정렬시킨다. 이 예시적인 예에서의 임펄스의 상대 강도는 전압 단위로 대략 2배(6dB)이다.
본 발명의 여러가지 실시예들에 대한 상기 설명은 예시 및 설명을 위해 제공된 것이다. 이는 전수적인 것이 아니고 또 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하려는 것도 아니다. 이상의 개시 내용을 바탕으로 많은 수정 및 변형이 가능하다. 본 발명의 범위는 이 상세한 설명에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항에 의해 제한되는 것으로 보아야 한다.

Claims (32)

  1. 복수의 센서가 연결되어 있는 터치 플레이트를 포함하는 터치 감응 장치에서 사용하는 방법으로서,
    터치 감응 장치에 대한 터치에 응답하여, 분산(dispersion)을 나타내는 센서 신호를 발생하는 단계,
    분산 보정된 신호를 생성하기 위해 센서 신호에서의 분산을 보정하는 단계,
    분산 보정된 신호를 사용하여 터치의 위치를 결정하는 단계,
    터치 감응 장치에 대한 터치에 의해 발생된 임펄스를 나타내는 임펄스를 재구성하는 단계, 및
    재구성된 임펄스를 사용하여 터치의 위치를 확인하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 임펄스를 재구성하는 단계는 터치 플레이트의 분산 관계(dispersion relation)를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 임펄스를 재구성하는 단계는 터치 플레이트의 치수를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 터치 플레이트의 치수를 결정하는 단계는 터치 플레이트에 연결된 여기 트랜스듀서(excitation transducer) 및 복수의 센서를 사용하여 터치 플레이트의 치수를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 터치 플레이트의 치수를 결정하는 단계는,
    여기 트랜스듀서에 의해 발생된 여기 신호를 터치 플레이트에 인가하고 센서 각각에 의해 여기 신호를 감지하는 단계,
    여기 트랜스듀서에서의 입력의 센서 각각에서의 출력에 대한 전달 함수를 결정하는 단계,
    센서 각각에 대해, 전달 함수를 사용하여 분산 보정된 임펄스 응답을 결정하는 단계, 및
    개별적인 분산 보정된 임펄스 응답을 사용하여 터치 플레이트의 치수를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 터치의 위치를 확인하는 단계는 재구성된 임펄스의 하나 이상의 특징의 유사성(similarity)을 평가하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 재구성된 임펄스의 유사성을 평가하는 단계는,
    유사성 평가가 임계값을 달성한 것에 응답하여 터치 위치를 유효한 것으로 확인하는 단계, 및
    유사성 평가가 임계값을 달성하지 못한 것에 응답하여 터치 위치를 유효하지 않은 것으로 간주하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 터치의 위치를 확인하는 단계는 재구성된 임펄스의 공시성(synchronicity)을 평가하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 터치의 위치를 확인하는 단계는 재구성된 임펄스 각각의 도착 시간 및 형상을 평가하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 터치의 위치를 확인하는 단계는,
    재구성된 임펄스의 특정 특징을 강조하기 위해 재구성된 임펄스의 평균을 계산하는 단계, 및
    재구성된 임펄스의 특정 특징의 유사성을 평가하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 터치의 위치를 확인하는 단계는,
    재구성된 임펄스의 평균을 계산하는 단계,
    스케일링된 재구성된 임펄스를 생성하기 위해 재구성된 임펄스의 계산된 평균에 스케일링 인자를 적용하는 단계 - 스케일링 인자는 평균된 재구성된 임펄스의 최초 도달 에너지(first arrival energy)를 강조하도록 선택됨 -, 및
    터치 위치를 유효한 것으로 또는 유효하지 않은 것으로 확인하기 위해 스케일링된 재구성된 임펄스를 임계값과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 터치 감응 장치로서,
    터치 플레이트(touch plate),
    터치 플레이트에 연결된 복수의 센서 - 센서 각각은 터치 플레이트에서의 굽힘파(bending wave)를 감지하고, 터치 플레이트에 대한 터치에 응답하여 센서 신호를 발생하도록 구성되어 있음 -, 및
    센서들에 연결된 제어기
    를 포함하고,
    제어기는 센서 신호에서의 분산을 보정하고, 분산 보정된 신호를 사용하여 터치의 위치를 결정하며, 터치 감응 장치에 대한 터치에 의해 발생된 임펄스를 나타내는 임펄스를 재구성하고,
    제어기는 재구성된 임펄스를 사용하여 터치의 위치를 확인하는 터치 감응 장치.
  13. 제12항에 있어서, 복수의 능동 버퍼 회로(active buffer circuit)를 더 포함하며, 능동 버퍼 회로 각각은 센서들 중 하나에 각각 연결되어 있는 터치 감응 장치.
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