KR101105447B1 - 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치 - Google Patents

정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치 Download PDF

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Abstract

주변 환경의 변화에 따라 내부 파라미터들을 자동으로 조정함으로써 안정적인 터치 감지 기능을 제공하고, 적응 필터링 기법을 적용하여 터치 인식 기능의 성능 최적화를 구현한 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치가 개시된다.
개시된 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치는, 상기 정전용량형 터치스크린의 복수 채널에 각각 구비된 커패시터를 충전 제어신호에 따라 충전하는 충전부와; 상기 커패시터의 방전 전류를 조합하여 멀티 채널을 동시에 감시한 검출신호를 생성하는 다중화부와; 상기 터치스크린의 개수에 대응하는 왈시 코드를 충전 제어신호로 생성하여 상기 충전부에 제공하며, 상기 다중화부에서 생성한 검출신호가 주변 환경과 제조 공차에 따라 변화하는 것을 보상하는 신호 처리부를 구비한다.

Description

정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치{Apparatus for Detecting Touch in Capacitive Touchscreen- Equipped Devices}
본 발명은 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주변 환경의 변화에 따라 내부 파라미터들을 자동으로 조정함으로써 안정적인 터치 감지 기능을 제공하고, 적응 필터링 기법을 적용하여 터치 인식 기능의 성능 최적화를 구현한 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치에 관한 것이다.
현재 휴대폰을 비롯한 각종 모바일 기기 시장이 급속히 팽창하고 있는 추세이다. 이에 따라 고선명·고해상도, 3D 그래픽 등, 모바일 디스플레이의 고성능화가 진행되고 있으며, 입력 수단 역시 종래의 키패드에서 화면을 직접 접촉하는 터치스크린 방식으로 발전하고 있다. 애플(Apple)사의 아이폰(iPhone)이나 닌텐도사의 닌텐도DS와 같은 최근 성공 사례에서 알 수 있듯이, 터치스크린을 사용한 모바일 기기는 그 사용법이 직관적이어서 매뉴얼 없이 사용이 가능할 정도로 이용이 쉽고 감성적이다.
터치스크린 채택이 확산함에 따라 새로운 모바일 UI(User Interface)로서의 터치 인터페이스(Touch Interface)에 대한 관심이 증대되고 있다. 여기서 UI란 "사용자와 정보기기" 및 "사용자와 콘텐츠/애플리케이션" 간의 상호작용을 돕기 위한 수단이라 할 수 있으며, 시각, 촉각, 소리, 느낌 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 기존의 휴대폰에서 입력 수단은 디스플레이와는 별개로 설계되고 사용되어 왔으며, 이들 간의 상호작용은 애플리케이션에서 별도로 처리되어 왔다. 반면에 터치 인터페이스는 동일한 화면상에서 입력과 디스플레이를 함께 처리하는 특징이 있다. 일례로 iPhone 사용자는 화면상의 사진을 보면서 두 손가락을 이용하여 사진확대/축소 명령을 내리고, 그 결과를 곧바로 화면상에서 확인할 수 있다. 즉, 입력과 디스플레이가 밀접하게 연관되어 상호작용을 수행함으로써 사용편의성(usability)을 크게 높일 수 있는 것이 터치 인터페이스의 가장 큰 장점이다.
이러한 터치 인터페이스가 적용된 종래 터치 스크린을 살펴보면 다음과 같다.
1) 저항 막 방식 터치 센싱
도 1에 도시된 바와 같이, 상·하 ITO(Indium Tin Oxide: 투명전극) 판의 "접촉"에 의해 터치 여부 및 좌표를 센싱하는 방식으로써, 4선 및 5선 저항 막 방식으로 분류된다.
4선 저항 막 방식은 상/하판 모두 좌표 센싱에 활용하는 방식이고, 5선 저항 막 방식은 전극으로 상판을 사용하고 하판만 좌표 센싱에 활용하는 방식이다. 5선 저항 막 방식은 4선 저항 막 방식보다 내구성이 좋으나, 반면, ITO를 통째로 전극으로 사용하므로 전극 사이 저항이 40~50Ω 정도로 높게 형성되며 따라서 전류 소비가 큰 단점을 갖는다.
이러한 저항 막 방식의 단점은 내구성이 약하고, 멀티 터치 기능 구현이 불가능하다는 점이다. 즉, 동시에 2점 이상을 읽지 못하기 때문에 멀티 터치가 요구되는 추세에 대응하기 어려운 방식이다.
2) 정전용량 방식 터치 센싱
도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 ITO 판을 절연층(양면접착제)을 사이에 두고 배치함으로써 고유의 정전용량(Capacitance) 값을 갖는 정전용량 방식 터치스크린을 형성한다.
여기서 정전용량이란, 두 개의 (도전성) 전극을 일정 간격으로 배치하고, 한 전극에 전압을 가하면, 각 전극에 축적되는 전하량의 차이가 발생하며, 전극 사이에 전계가 형성된다.
정전용량(C)은 이 두 전극이 전하를 축적할 수 있는 용량(capacity)이다. 즉, 정전용량이 크면 더 많은 전하를 저장할 수 있는 것이다. 정전용량은 전극의 크기(Area), 전극 간 간격(Gap), Gap 사이에 존재하는 물질(Dielectric)에 의해 결정되며, 아래와 같은 수식으로 표현된다.
Figure 112010036585170-pat00001
상기한 바와 같이, 이 터치스크린의 한 전극(ITO 판)에 전압을 가하면 전극 사이에 정전용량에 비례하여 전하가 축적된다. 터치 컨트롤러 IC는 이 정전용량 값을 전기적 신호로 변환하여 읽어냄으로써, 터치 위치를 검출하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 손가락도 도체이므로 터치스크린 위에 손가락이 터치된 상태에서 전압을 가하면 정전용량이 증가하게 된다. 따라서 정전용량 값을 측정하고, 이 측정한 정전용량 값의 변동을 검출하여 터치 여부를 판별할 수 있는 것이다. 터치시 일반적으로 수 pF 수준의 정전용량 값의 변동이 생긴다. 따라서 터치스크린 고유의 정전용량 값이 작을수록 정전용량 값의 변화량이 커지게 된다.
정전용량형 터치스크린 구조는 도 4에 도시된 바와 같이, LCD 패널 위에 ITO필름 2장을 코팅하여 정전용량형 터치스크린을 형성한다. 이때 각 필름은 M개의 세로 라인과 N개의 가로 라인으로 구성되며, 이 구조 하에서 X 및 Y좌표를 검출하는 실시 예는 다음과 같다.
X 좌표 검출: 가로 라인에 전압을 가하고 세로 라인에서 정전용량을 읽는다.
Y 좌표 검출: 세로 라인에 전압을 가하고 가로 라인에서 정전용량을 읽는다.
이러한 정전용량형 터치 센싱을 적용한 종래의 터치스크린 기술은, 전하 충·방전 시간 또는 주파수의 변화량을 측정하는 방식으로 터치 여부를 검출하는 방식이다.
한편, 정전용량형 터치스크린 방식에서 필기체/제스처 인식을 실현하기 위해서는 감지 속도를 향상시키는 것이 필수적이나, 종래 기술은 전하 충·방전 시간 또는 주파수의 변화량을 측정하는 방식이므로, 필연적으로 시간 지연을 유발하게 되며, 따라서 저항 막 방식에 비해 감지 속도가 매우 느린 단점이 있다.
또한, 터치 센싱 기술의 확산을 위해서 온도, 습도 등 주변 환경의 변화 및 기기별 제조 공차에 맞추어 내부 파라미터들을 자동 조정(self-calibration & self-adaptation)하는 기능이 필수적으로 요구되는 데, 종래의 정전용량형 터치스크린 기기에서는 이러한 자동 조정이 구비되지 않아 주변 환경의 변화에 적응적이지 못하다는 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 정전용량형 터치스크린 기기에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명이 해결하려는 과제는, 주변 환경의 변화에 따라 내부 파라미터들을 자동으로 조정함으로써 안정적인 터치 감지 기능을 제공하도록 한 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 적응 필터링 기법을 적용하여 자동 조정 및 터치 인식 기능을 통합적으로 구현함으로써 터치 인식 기능의 성능 최적화를 구현한 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치"는,
정전용량형 터치스크린의 복수 채널에 각각 구비된 커패시터를 충전 제어신호에 따라 충전하는 충전부와;
상기 커패시터의 방전 전류를 조합하여 멀티 채널을 동시에 감시한 검출신호를 생성하는 다중화부와;
상기 터치스크린의 채널 개수에 대응하는 왈시 코드를 충전 제어신호로 생성하여 상기 충전부에 제공하며, 상기 다중화부에서 생성한 검출신호가 주변 환경과 제조 공차에 따라 변화하는 것을 보상하는 신호 처리부를 포함한다.
상기 신호 처리부는,
주변 환경에 의해 발생한 전원 및 전자파 잡음으로 인한 검출신호의 왜곡과 터치스크린 제조 및 조립시 공차에 의해 발생하는 편차를 제거 및 보상하는 것을 특징으로 한다.
상기 주변 환경은, 온도 및 습도를 포함한다.
또한, 상기 신호 처리부는,
채널별 정전용량 값과 상기 채널별 정전용량 값을 제외한 정전용량 값을 통합 관리하는 채널상태 관리부를 포함한다.
또한, 상기 신호 처리부는,
상기 채널상태 관리부와 연계하여 각 채널의 상태 벡터를 갱신하며, 측정값에 잡음/왜곡이 포함된 예측 값을 산출하는 예측부를 포함한다.
상기 예측부는 적응 필터링 알고리즘을 이용하여 예측 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는,
상기 채널상태 관리부에 의한 측정값과 상기 예측부의 예측 값을 비교하여, 터치 감지 여부를 판단하고, 터치 감지일 경우 위치 검출 기능을 수행하는 터치 검출부를 포함한다.
여기서 터치 검출부는,
상기 측정값과 예측 값과의 차이를 미리 설정된 임계치와 비교하여, 상기 차이 값과 임계치와의 대소 여부로 터치 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
삭제
본 발명에 따르면, 정전용량형 터치스크린에서 터치 위치를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 온도, 습도 등의 주변 환경의 변화나 제조 공차에 따라 내부 파라미터들을 자동 조정할 수 있으므로, 주변 환경 변화에도 항상 최적의 터치 위치를 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 저항 막 방식 터치스크린의 구조를 설명하기 위한 설명도.
도 2는 종래의 정전용량 방식 터치스크린에서 정전용량을 설명하기 위한 설명도.
도 3은 종래의 정전용량 방식 터치 감지 원리를 설명하기 위한 설명도.
도 4는 종래의 정전용량 방식 터치 패널 구조도.
도 5는 본 발명에 따른 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지장치의 전체 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 충전 스케줄 생성 방법에 대한 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 다중화부의 일 실시 예에 대한 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 신호처리부의 일 실시 예에 대한 개략도.
도 9는 본 발명에서 신호처리부의 동작 설명도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 "정전용량형 터치스크린에서 터치 감지장치"의 바람직한 실시 예를 보인 전체 구성도로서, 정전용량형 터치스크린(100), 충전부(210), 다중화부(220), 신호처리부(230), 그리고 방전부(240)로 구성된다.
터치스크린(100)은 임의 개수의 채널(가로채널, 세로채널)이 구비되며, 각 채널에는 정전용량 검출용 복수의 커패시터(C1 ~ C8)가 구비되어 있다.
터치스크린(100)은 M개의 세로 채널과 N개의 가로 채널로 구성될 수 있으며, 따라서 터치스크린(100)은 총 (M+N) 개의 채널을 갖는다(본 발명에서는 편의상 8개의 채널을 실시 예로 설명함). 이 경우 터치 감지 장치는 총
Figure 112010036585170-pat00002
개의 채널로 구성된다. 여기서
Figure 112010036585170-pat00003
≥ (M+N)이다.
충전부(210)는 정전용량형 터치 스크린(100)의 복수 채널에 각각 구비된 커패시터(C1 ~ C8)를 충전 제어신호에 따라 충전하는 기능을 수행하는 것으로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 충전 제어신호에 따라 충전 전원을 공급하거나 차단하는 충전 제어 스위치(S1 ~ S8)를 구비하는 것이 바람직하다.
다중화부(220)는 상기 복수의 커패시터(C1 ~ C8)의 방전 전류를 조합하여 멀티 채널을 동시에 감시한 검출신호를 생성하는 기능을 수행하는 것으로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 커패시터(C1 ~ C8)의 충전 전류를 방전시키기 위한 방전 스위치(S10)와, 상기 방전 스위치(S10)를 통해 방전되는 방전 전류를 조합하여 멀티 채널을 동시에 감시한 아날로그 검출신호를 생성하고, 상기 생성한 아날로그 검출신호를 그에 상응하는 디지털 검출신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부(221)를 포함한다.
신호 처리부(230)는 상기 터치스크린(100)의 채널 개수에 대응하는 왈시 코드(walsh code)를 충전 제어신호로 생성하여 상기 충전부(210)에 제공하며, 상기 다중화부(220)에서 생성한 검출신호가 주변 환경과 제조 공차에 따라 변화하는 것을 보상하는 기능을 수행한다.
이러한 신호 처리부(230)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 채널별 정전용량 값과 상기 채널별 정전용량 값을 제외한 정전용량 값을 통합 관리하는 채널상태 관리부(231)와; 상기 채널상태 관리부(231)와 연계하여 각 채널의 상태 벡터를 갱신하며, 측정값에 잡음/왜곡이 포함된 예측 값을 산출하는 예측부(232)와; 상기 채널상태 관리부(231)에 의한 측정값과 상기 예측부(232)의 예측 값을 비교하여, 터치 감지 여부를 판단하고, 터치 감지일 경우 위치 검출 기능을 수행하는 터치 검출부(233)를 포함한다.
여기서 터치 검출부(233)는 상기 커패시터(C1 ~ C8)를 방전시키기 위한 방전 제어신호를 생성하는 기능도 수행한다.
방전부(240)는 상기 생성한 방전 제어신호에 따라 상기 커패시터(C1 ~ C8)를 완전 방전시키는 기능을 수행하는 것으로서, 방전 스위치(241)와 저항(242)을 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치는, 신호처리부(230)의 터치 검출부(233)에서 T초 주기로 터치스크린(100)의 각 채널의 정전용량 값을 읽어내어 전기적 신호로 변환하고, 터치 위치를 검출해 내는 기능을 수행한다.
여기서 동작 주기 T초를 터치 감지 구간이라고 정의하며, 상기 터치 감지 구간은 다시
Figure 112010036585170-pat00004
개의 소 구간(小구간)으로 나뉜다.
그리고 상기 소 구간은 도 6에 도시한 바와 같이, 커패시터를 충전하는 충전 구간과 상기 커패시터의 방전 전류를 측정하는 측정 구간으로 나뉜다.
본 발명에서는 직교 코드 시퀀스(Orthogonal Code Sequence)를 이용하여 충전 스케줄을 이용한 왈시 코드를 생성하고, 이 스케줄에 따라 모든 채널을 동시에 처리(충전 및 측정)함으로써 터치 감지의 고속화를 실현한다.
여기서 충전 스케줄을 위한 왈시 코드의 생성은,
Figure 112010036585170-pat00005
개의 Orthogonal Code Sequence(각
Figure 112010036585170-pat00006
bit 길이)를 생성하고, 이에 따라
Figure 112010036585170-pat00007
개 터치 감지 소 구간에서 채널별로 충전 여부를 결정하는 것이다. 이 경우 Orthogonal Code Sequence의 속성상, 채널별 충전량(充電量)을 모두 더하더라도, 각 채널별 충전량으로 쉽게 분해할 수 있다.
여기서 신호 처리부(230)는
Figure 112010036585170-pat00008
개의 Orthogonal Walsh Code Sequence를 생성하여 충전 제어신호로 충전부(210)에 전달한다. 도 6은 K=3인 경우의 Orthogonal Walsh Code Sequence를 적용한 예이며, 터치스크린(100)의 채널 개수에 따라 8, 16, 32, 64 Sequence로 임의로 확장하여 적용할 수 있다.
상기 실시 예에 따른 충전 제어신호는, 도 6에 도시된 바와 같이, T초의 터치 감지 구간을
Figure 112010036585170-pat00009
(= 8) 개의 소 구간으로 나누며, 각 소 구간 내의 충전 구간에서의 동작, 즉 터치스크린 충전 여부를 Orthogonal Walsh Code Sequence에 따라 결정한다. 예컨대, 충전 구간에서 제어신호가 하이(High)일 경우에만 충전부(210)의 충전 제어스위치(S1 ~ S8)를 제어하여 터치스크린(100)의 각 채널에 구비된 커패시터에 충전 전원(vcc)을 공급하여 충전하고, 측정 구간에서는 상기 충전 제어신호를 로우(Low)로 유지하여 상기 커패시터의 충전을 방지하게 된다.
충전부(210)는 상기와 같은 충전 제어신호에 따라 충전 제어스위치(S1 ~ S8)가 제어되어, 커패시터를 충전하거나 충전 동작을 수행하지 않게 된다.
즉, 충전부(210)의 채널은
Figure 112010036585170-pat00010
개의 채널로 구성되며 터치스크린(100)의 채널과 1:1로 대응하게 연결된다. 또한, 채널 1부터 채널
Figure 112010036585170-pat00011
까지 총
Figure 112010036585170-pat00012
개의 충전 제어스위치(S1 ~ S8) 및 제어신호를 포함하여 구성된다.
도 5를 참조하여 상기 충전부(210)의 동작을 살펴보면, 각 채널별 충전 제어신호는 충전 제어스위치(S1 ~ S8)를 VCC에 연결하거나 측정부(220)에 연결하는 기능을 수행하며, 충전 제어스위치(S1 ~ S8)는 상기 충전 제어신호의 상태에 따라 다음의 동작을 수행한다.
충전 제어스위치(S1 ~ S8)가 VCC연결 모드일 경우(예를 들어, 제어신호가 High일 경우), 터치스크린(100)의 해당 채널이 전원과 연결되어 터치스크린(100)에 전하가 충전되며, 상기 충전 제어스위치(S1 ~ S8)가 측정부(220) 연결 모드일 경우 (예를 들어, 제어신호가 Low일 경우), 터치스크린(100)의 해당 채널과 전원의 연결이 차단되며, 해당 채널은 측정부(220)의 방전 스위치(S10)와 연결된다.
따라서 정전용량형 터치스크린(100)의 각 채널은 터치 여부에 따라 충전되는 전하량이 상이하다. 즉, 채널에서 터치가 발생하지 않으면(손가락이 닿지 않으면),
Figure 112010036585170-pat00013
에 해당하는 전하량이 충전되나, 터치가 발생하면(손가락이 닿으면),
Figure 112010036585170-pat00014
에 해당하는 전하량이 충전된다.
한편, 터치스크린의 터치 감지시(측정시) 1개의 방전 스위치(S10) 및 측정용 커패시터(C9) 그리고 아날로그/디지털 변환부(221)를 구비한 다중화부(220)에서 터치 검출 신호를 생성한다.
여기서 방전 스위치(S10)에 대한 측정 제어신호는 신호처리부(230)에서 발생하며, 이러한 측정 제어신호에 따라 방전 스위치(S10)는 다음과 같은 역할을 수행한다.
방전 스위치(S10)가 열릴 경우, 충전부(210)와의 연결이 차단된 상태를 유지하며, 방전 스위치(S10)가 닫힐 경우, 상기 충전부(210)의 모든 채널과 측정용 커패시터(C9)가 연결된다. 이에 따라 터치스크린 전 채널의 충전 전하가 측정용 커패시터(C9)로 이동한다.
여기서 측정 제어신호는, 터치 감지 소 구간의 충전 구간에서 스위치를 개방하며, 측정 구간에서 스위치를 닫도록 하는 제어신호이다. 전하 이동이 완료된 후(일반적으로 매우 짧은 시간이 소요됨), 아날로그/디지털 변환부(221)에서 측정용 커패시터(C9)의 전하량을 디지털 값으로 변환하게 된다. 이러한 제어도 신호처리부(230)에서 수행하는 것이 바람직하다.
아날로그/디지털 변환부(221)는 제어신호에 따라 측정용 커패시터(C9) 양단의 전위차(커패시터에 누적된 전하량에 비례)를 디지털 값으로 변환한다. 또한, 터치스크린에 의한 전하량을 상기 변환 값으로부터 빼줌으로써 터치에 의한 정전용량 값(0 또는
Figure 112010036585170-pat00015
)만을 생성하도록 한다. 이를 위해 다중화부(220)는 도면에는 도시하지 않았지만 초기에 터치가 발생하지 않았을 때의 정전용량 값(
Figure 112010036585170-pat00016
)을 측정하여 보관하는 것이 바람직하다.
이후 마지막으로 변환된 디지털 값을 신호처리부(230)에 전달한다.
K=3인 경우의 본 발명의 일 실시 예를 도 7에 도시하였다.
채널2와 채널8에 터치가 발생한 경우로서, 잡음/간섭이 없는 이상적인 상황에서 신호처리부(230)로 입력되는 신호는 각 채널별 신호(즉, 전하량)를 모두 더한 것이며, 따라서 그 파형 및 디지털 변환 값이 도 7의 우측 파형과 같다.
이때 점선은 각 신호의 평균에 해당하는 선을 도시한 것이다.
실제 환경에서 신호처리부(230)의 입력 파형은 잡음/간섭에 의해 왜곡(distortion)이 더해진 형태가 될 수 있다. 즉, 주변 환경에 의해 전원 및 전자파 잡음이 발생하며, 이에 따라 시간별로 충전 전하량에 변동이 생기며, 채널들을 동시에 충전/측정함에 따라 채널 간 간섭이 발생하게 된다. 또한, 터치스크린 제조/조립시 공차가 존재하므로 터치스크린 기기 간 편차가 필연적으로 존재하며, 이는 예를 들면 Cpanel 값의 변동을 유발한다.
따라서 신호처리부(230)는 도 8과 같은 구성을 통해, 주변 환경에 의해 발생하는 검출신호의 왜곡을 보상하고, 터치스크린 제조/조립 공차로 인해 발생하는 편차를 보상하게 된다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 채널상태 관리부(231)는 터치스크린(110), 충전부(210), 다중화부(220)로 구성되는 신호처리부(230) 전단의 모든 장치의 기본 정전용량값을 관리하는 기능을 수행한다. 다시 말해, 상기 채널상태 관리부(231)는 채널별 정전용량 값 및 그 외의 정전용량 값을 통합 관리하며, 따라서 (M+N) = L개의 채널로 구성되는 터치 감지 장치에서 관리할 채널 상태(state)의 개수는 (L+1)이다. 시각 k에서 i번째 채널 상태를 x i (k)로 표시하면, x 0(k)는 모든 채널이 충전되지 않았을 경우 측정되는 정전용량 값을 나타내며, 그 외의 x i (k)값(즉, i=1, ..., L)은 시각 k에서 i번째 채널만을 충전하였을 때 측정되는 정전용량 값을 나타낸다.
이를 벡터 형태로 표시하면 아래의 수식 2와 같다.
Figure 112010036585170-pat00017
상기 채널상태 관리부(231)는 또한 다중화부(220)로부터 다중화된(multiplexed) 디지털 측정값 y i (k), i = 1, ..., 2K를 입력받는다. 이를 벡터 형태로 표시하면 아래의 수식 3과 같다.
Figure 112010036585170-pat00018
이때 x(k)와 y(k) 사이에는 아래의 수식 4와 같은 관계식이 성립한다.
Figure 112010036585170-pat00019
즉, y(k)는 augmented Hadamard matrix와 x(k)를 곱한 것에 잡음/왜곡 등에 의한 n(k)를 더한 것이다. Augmented Hadamard matrix는 첫 번째 열의 element는 전부 1이고 두 번째부터 L 번째 열까지는 dimension이 (L×L)인 충전 스케줄에 대응하는 값을 가지는 matrix로서, L=8인 경우 아래의 수식 5와 같이 주어진다.
Figure 112010036585170-pat00020
Figure 112010036585170-pat00021
상기 예에서 2번째 측정구간의 측정값은 수식 3으로부터 다음과 같이 계산된다.
예측부(232)는 시각 (k-1)에서의 채널 상태 벡터 x(k-1)을 x(k)로 갱신하고, y(k)에 대한 예측 값 y*(k)를 만들어 내는 역할을 수행한다. 상기 상태 벡터 갱신 및 예측 값 계산은 Kalman filter, RLS(Recursive Least Squares) 등의 적응 필터링(adaptive filtering) 알고리즘을 이용하여 구현할 수 있다.
다음으로, 터치 검출부(233)는 상기 채널상태 관리부(231)에서 획득한 측정값 y(k)와 상기 예측부(232)를 통해 획득한 예측 값 y*을 비교하여 터치가 되었는지 여부를 판단하는 기능을 수행한다. 즉, y(k)와 y*(k)사이의 차이가 특정 임계치(threshold) 이상일 경우 터치가 된 것으로 판단하고, 위치검출 기능을 수행한다. L=8인 경우, 위치검출 원리는 다음과 같다. 먼저, 아래의 수식 6과 같이 yj(k)에서 채널 외(外) 부분에 의한 정전용량 값 x0(k)를 제거하여 vj(k)를 만든다(j=1,...,8).
Figure 112011068024310-pat00036
채널별 Orthogonal Walsh Code를 w1,...,w8이라고 할 때, Code들의 내적(inner product)은 아래의 수식 7을 만족한다.
Figure 112011068024310-pat00037
이때 채널 2와 8에서 터치가 일어났다면, 이상적인 상황에서 터치 검출부(233)로 입력되는 신호는
Figure 112010036585170-pat00024
로 표현할 수 있다. 따라서 Orthogonal Walsh Code의 특징으로부터 아래의 수식 8이 성립한다.
Figure 112010036585170-pat00025
Figure 112010036585170-pat00026
따라서 v(k)에 각 채널별 Orthogonal Walsh Code를 곱함으로써 해당 채널의 신호 존재 여부(즉, 터치 여부)를 검출할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 터치 위치 인식 후 상기 터치스크린(100)의 각 채널에 구비된 커패시터를 방전시키도록 방전부(240)를 제어하여, 시간별로 충전 전하량의 변동이 발생하거나 채널들을 동시에 충전/측정함에 따라 발생할 수 있는 채널 간 간섭을 제거하게 된다.
이상 상술한 본 발명은, 주변 환경(전원/전자파 잡음, 채널 간 간섭 등)의 변화 및 터치스크린 기기 간 편차에 따른 정전용량 값의 변동을 적응 필터링 기법을 이용하여 자동으로 추적(tracking)함으로써 어떤 상황에서도 안정적으로 터치 센싱을 할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100… 터치스크린
210… 충전부
220… 다중화부
230… 신호처리부
240… 방전부

Claims (10)

  1. 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치에 있어서,
    상기 정전용량형 터치스크린의 복수 채널에 각각 구비된 커패시터를 충전 제어신호에 따라 충전하는 충전부와;
    상기 커패시터의 방전 전류를 조합하여 멀티 채널을 동시에 감시한 검출신호를 생성하는 다중화부와;
    상기 터치스크린의 채널 개수에 대응하는 왈시 코드를 충전 제어신호로 생성하여 상기 충전부에 제공하며, 상기 다중화부에서 생성한 검출신호가 주변 환경과 제조 공차에 따라 변화하는 것을 보상하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    주변 환경에 의해 발생한 전원 및 전자파 잡음으로 발생한 검출신호의 왜곡과 터치스크린 제조 및 조립시 공차에 의해 발생하는 편차를 제거 및 보상하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주변 환경은, 온도 및 습도를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    채널별 정전용량 값과 상기 채널별 정전용량 값을 제외한 정전용량 값을 통합 관리하는 채널상태 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 채널상태 관리부와 연계하여 각 채널의 상태 벡터를 갱신하며, 측정값에 잡음/왜곡이 포함된 예측 값을 산출하는 예측부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 예측부는 적응 필터링 알고리즘을 이용하여 예측 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 채널상태 관리부에 의한 측정값과 상기 예측부의 예측 값을 비교하여, 터치 감지 여부를 판단하고, 터치 감지일 경우 위치 검출 기능을 수행하는 터치 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 터치 검출부는,
    상기 측정값과 예측 값과의 차이를 미리 설정된 임계치와 비교하여, 상기 차이 값과 임계치와의 대소 여부로 터치 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리부는 방전 제어신호를 생성하며,
    상기 생성한 방전 제어신호에 따라 신호에 따라 상기 정전용량형 터치스크린의 각 채널에 구비된 커패시터를 방전시켜 시간별로 충전 전하량의 변동이 발생하거나 채널들을 동시에 충전/측정함에 따라 발생할 수 있는 채널 간 간섭을 제거하는 방전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 터치스크린에서 터치 감지 장치.
  10. 삭제
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