KR101289482B1 - 용량성 터치 센서에서의 부유 용량의 검출 및 보상 - Google Patents

용량성 터치 센서에서의 부유 용량의 검출 및 보상 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용량성 터치 센서에서 부유 용량을 검출하는 시스템 및 방법을 제공한다. 부유 용량의 존재는 터치 검출 및 터치 위치 결정에서의 에러를 초래할 수 있다. 이러한 에러는 부유 용량이 검출될 때 회피 또는 정정될 수 있다. 부유 용량의 검출은 부유 용량 노이즈 이벤트의 특징 특성에 대한 신호 분석을 포함한다. 이러한 특징은 부유 용량에 기인한 신호로부터 결정된 테스트 터치 위치의 검출과 같은 공간 특징뿐만 아니라 검출된 신호의 변화율과 같은 시간 특징을 포함할 수 있다.
터치 센서, 터치 스크린, 부유 용량, 용량성 커플링, 신호 변화율

Description

용량성 터치 센서에서의 부유 용량의 검출 및 보상{DETECTION OF AND COMPENSATION FOR STRAY CAPACITANCE IN CAPACITIVE TOUCH SENSORS}
본 발명은 용량성 터치 센서와, 용량성 터치 센서에서 노이즈를 검출 및 보상하는 것에 관한 것이다.
터치 입력 디바이스는 사용자가 컴퓨터, 비디오 게임, 공공 정보 키오스크(public information kiosk), 자동차 네비게이션 시스템 등과 같은 전자 시스템과 상호작용하는 편리하고 직관적인 방식을 제공할 수 있다. 이들 시스템 중 다수는 터치 센서 뒤에서 이에 아주 근접하게 위치된 디스플레이를 포함하여, 디스플레이는 터치 센서를 통해 보이게 된다. 각종 터치 감지 기술은 당업계에서 용량성(capacitive), 투영(projected) 용량성, 저항(resistive), 표면 탄성파(surface acoustic wave), 및 적외선(infrared)으로 알려진 것들을 포함한다.
본 발명은 활성 영역을 덮는 저항층을 구비한 용량성 터치 센서, 및 저항층 상의 복수의 위치에 연결되어 터치 수단의 저항층과의 용량성 커플링으로 인한 복수의 위치를 통해 흐르는 전류에 기초하여 터치 위치를 결정하는 전자 장치를 포함하는 터치 센서 시스템에서 부유 용량을 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은 검출된 신호 레벨을 임계값, 예컨대 터치 다운(touch down)을 등록하기 위한 임계값보다 낮은 제1 임계값과 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 단계는 임계값이 초과된 때의 테스트 터치 위치를 결정하고, 부유 용량의 존재 또는 부재를 결정하는 데에 테스트 터치 위치를 사용하는 것이다. 본 발명의 방법은 부가적으로 또는 대안적으로, 저항층 상에서 신호를 검출하는 단계, 임계값 초과로의 신호 레벨의 상승을 포함하는 기간 동안 신호에 대한 프로파일을 발생시키는 단계, 상승 동안 신호 프로파일의 변화율을 결정하는 단계, 및 부유 용량의 존재 또는 부재를 결정하는 데에 변화율을 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 저항층을 포함하는 용량성 터치 센서, 및 저항층 상의 복수의 위치에서 저항층에 연결되어 저항층과의 용량성 커플링에 기인한 신호를 검출하는 전자 장치를 포함하며, 이 전자 장치가 용량성 커플링으로 인한 복수의 위치를 통해 흐르는 전류에 기초하여 저항층에 용량성 커플링된 터치 수단의 위치를 결정하도록 구성된 용량성 터치 스크린 시스템을 제공한다. 이 전자 장치는 부유 용량의 하나 이상의 특징 특성에 대한 신호의 분석에 기초하여 터치 수단의 저항층과의 커플링에 기인한 신호로부터 부유 용량의 저항층과의 커플링에 기인한 신호를 구별하도록 추가로 구성된다.
본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 실시예 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 더욱 완전한 이해와 더불어 이점 및 결과는 첨부 도면과 관련된 하기의 상세한 설명 및 청구의 범위를 참조함으로써 명백해지고 이해될 것이다.
도 1은 용량성 터치 스크린 디스플레이의 개략적인 분해도.
도 2a는 터치 입력이 터치 센서의 상부 좌측 코너 부근에서 발생하는 시간 동안에 용량성 터치 센서에 의해 검출된 총 신호의 예시적인 시간 영역 선도.
도 2b는 각 코너 전류로부터 신호 기여도를 분리하는 도 2a에 도시된 동일한 신호에 대한 시간 영역 선도.
도 3a는 부유 용량이 터치 센서에 커플링되는 시간 동안에 용량성 터치 센서에 의해 검출된 총 신호의 예시적인 시간 영역 선도.
도 3b는 각 코너 전류로부터 신호 기여도를 분리하는 도 3a에 도시된 동일한 신호에 대한 시간 영역 선도.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태로 수정될 수 있지만, 그 특징이 예로서 도면에 도시되었으며 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 설명되는 특정 실시예로 제한하고자 의도한 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되는 발명의 범주 내에 포함되는 모든 변형, 등가물 및 대안을 포함하고자 한다.
본 발명은 용량성 터치 입력 시스템에서, 특히 일부 부유 용량으로부터 활성 터치층을 차폐할 수도 있는 차폐층이 없는 용량성 터치 센서를 포함하는 시스템에서 부유 용량을 검출하는 것에 관한 것이다. 본 발명은, 삼각 측정된 위치가 사전 터치 신호로부터 계산되어 부유 용량으로부터 예상되는 위치 지시와 비교되는 공간 기술, 신호의 변화율이 부유 용량 신호로부터 예상되는 거동에 대해 비교되는 시간 기술 등을 비롯한, 부유 용량에 기인한 신호를 터치 입력 또는 임박한 터치 입력에 기인한 신호와 구별하기 위한 기술들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 이들 기술 중 어떤 기술은 정적 또는 동적 신호 임계값을 트리거링 이벤트(triggering event)로서 사용할 수 있으며, 공간적 또는 시간적 기준이 미리결정될 뿐만 아니라 시스템이 각종 부유 용량 이벤트를 경험하고 기록할 때의 시간 경과에 따라 학습 또는 추가로 조절될 수 있다.
원인불명의 부유 용량으로 인해, 보고된 터치 입력 위치에서 위치 에러가 발생할 수 있고, 또는 심지어 유효 터치 입력이 보고되지 않을 수 있다. 부유 용량은 흔히 삼각 측정될 때 터치 센서의 예측가능한 영역에 국한된 "팬텀" 지점(phantom point)을 생성하는 신호를 발생시킨다. 부유 용량은 또한 유효 터치 입력에 앞서 흔히 검출되는 점진적인 신호 증가의 선행 없이 그리고 이어서 터치 임계값을 초과하지 않고 매우 빠르게 증가하는 신호를 발생시키곤 한다. 본 발명에서는, 터치 센서 상의 특정 영역에 국한된 테스트 터치 지점의 관찰 및/또는 비교적 평탄한 기준에서 바로 벗어나 빠르게 상승하는 신호의 관찰을 각종 신호 임계값과 함께 사용하여, 부유 용량을 검출하고 일부 경우에서 이를 보상할 수 있다.
전형적인 동작에서, 용량성 터치 센서의 전자 장치는 신호 기준을 발생 및 갱신하기 위해 배경 신호를 감시할 수 있다. 터치 입력이 발생한 때, 결과적인 신호는 기준을 참조한다. 부유 용량의 존재는 전체 신호 레벨을 증가시킨다. 터치가 센서에 접근하는 동안 부유 신호가 너무 오랫동안 기준으로 갱신되면, 터치 임 계값이 같은 정도로 상승하며, 따라서 터치 입력에 대한 감도가 감소한다. 결과적으로, 부유 신호 기준 갱신이 바람직하게는 중지되는 신호 레벨이 존재한다. 그러나, 부유 용량 신호의 기준 갱신이 조급하게 중지되면, 부유 신호가 터치 입력 신호에 중첩되기 때문에 위치 에러가 발생할 수 있다. 위치 에러는 일반적으로 진정한 터치 위치로부터 부유 신호에 기인한 팬텀 지점으로의 작은 교란(perturbation)의 형태이다.
일부 용량성 터치 센서 시스템에서, 임계값이 정의되며, 이 임계값을 초과해서는 일반 기준 갱신이 중지된다. 이 임계값을 초과하면, 일반적으로 시스템은 이른바 "호버 모드"(hover mode)로 될 것이다. 부유 용량의 영향으로, 용량성 터치 센서의 전자 장치가 호버 모드로 잘못 진입하여, 터치 입력 검출이 방해받을 수 있다. 이는, 유효 터치 입력을 보고하지 않거나 터치 입력 위치를 잘못 보고하는 바람직하지 않은 효과로 이어질 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법은 부유 용량을 인식하여 정상 응답을 바이패스시킬 수 있으며, 이에 따라 부유 용량 이벤트가 존재하더라도 터치 입력이 바람직하게 검출되고 정확하게 보고될 수 있게 한다.
노이즈가 있는 환경에서는, 노이즈 자체가 호버 임계값을 트리거시켜, 터치를 예상해서 부유 갱신을 잘못 중지시킬 수도 있다. 이는 특히 후면 차폐층이 없는 용량성 터치 센서 시스템에서 그러할 수 있다. 후면 차폐체는 아래에 놓인 디스플레이 디바이스와 마주하는 면인 터치 스크린의 후방 표면 상에 배치된 투명 전도성 층 또는 그리드이다. 후면 차폐체는 디스플레이 및 다른 부유 용량과의 용량성 커플링으로부터 터치 스크린을 차폐하는 역할을 한다. 이러한 차폐체가 없는 경우, 부유 용량의 갑작스러운 변화에 의해 연장된 기간 동안에 부유 용량 갱신이 잘못 중지될 수도 있다. 후면 차폐체를 구비한 시스템에서도, 터치 센서 전방의 베젤(bezel) 이동에 의한 것과 같이, 유사한 효과를 야기하는 부유 용량이 발생할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법에서, 신호 변화율, 신호 임계값, 타임아웃의 발생, 노이즈 필터링, 노이즈 분석 등을 검출, 적용 또는 비교함으로써 부유 용량 신호로부터 실제 터치 신호를 분리하는 데에 추적 알고리즘이 사용될 수 있다. 이러한 분석은, 예컨대 신호 프로파일이 부유 용량, 노이즈, 또는 접근 터치에 의해 유도되는 변화를 나타내는지를 결정하기 위해 신호 변화율을 분석함으로써 시간 영역 신호를 사용하여 이루어질 수 있다. 또한, 예컨대 계산된 "테스트 터치" 위치가 미리결정되든지 시간 경과에 따라 발생되든지 간에 터치 스크린의 물리적 중앙과 같은 제한되고 잘 정의된 영역으로부터 얼마나 많이 벗어났는지를 평가하기 위해 퍼지 로직(fuzzy logic)을 적용함으로써 공간 영역이 사용될 수 있다. 공간 영역 분석은 부유 용량에 의해 유도된 신호의 예상 또는 관찰된 거동을 이용할 수 있다.
도 1은 액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이 패널(120) 전방에 배치된 용량성 터치 센서(110)를 개략적으로 도시한다. 용량성 터치 센서(110)는 활성 터치 영역을 덮는 저항층을 포함한다. 저항층의 4개의 코너(관례에 따라 UL, UR, LL 및 LR로 지정됨)는 도 1에 각 코너에 인가되는 전압(V)에 의해 나타낸, 제어기 전자 장치로부터의 작은 AC 전압으로 여기된다. 사용자의 손(130)의 손가락(135)과 같은 접지된 전도성 터치 수단이 터치 센서(110)의 저항층에 충분히 근접하게 된 때, 손가락(135)과 터치 센서(110)는 커패시턴스(136)를 통해 커플링된다. 이 커플링으로 인하여, 각 코너를 통해 저항층으로 터치 지점(P)까지 흐르는 전류(IUL, IUR, ILL 및 ILR)에 의해 도 1에 나타낸 바와 같이 전류가 저항층의 각 코너를 통해 흐른다. 터치 지점(P)의 위치는 발생된 기준을 초과하는 전류들의 상대 비를 이용하여 결정되고, 그럼으로써 노이즈 및 느린 변화를 고려하게 되며, 터치에 더 가까운 코너를 통해 더 많은 전류가 흐른다는 원리에 기초를 두고 있다. 손가락 터치의 위치 검출을 다소 교란시키는 사용자의 손의 나머지(137)로부터의 기여로 인한 용량성 커플링(138)이 또한 존재할 수도 있으며, 이는 터치 위치를 더 정확하게 결정하기 위해 감산될 수 있다.
터치 입력에 응답하여 저항층을 통해 흐르는 전류는 터치 스크린과 아주 근접한 잡다한 품목들 사이에 커플링된 부유 용량으로 인하여 저항층을 통해 흐르는 전류에 비해 작을 수 있다. 부유 용량을 야기할 수 있는 품목들은 디스플레이(예컨대, 도 1에서 디스플레이(120)와 터치 센서(110) 사이의 용량성 커플링(121)), 터치 스크린 디스플레이를 둘러싼 베젤(도시 안 됨), 터치 수단 이외의 사용자의 부분(예컨대, 사용자의 신체, 머리, 다른 손 등), 다른 사람, 터치 스크린 디스플레이 시스템에서 그리고 터치 스크린 디스플레이 시스템 주위에서 초래되는 각종 회로 용량 등을 포함한다.
용량성 터치 센서의 안정성 및 위치 정확성은 부유 용량의 변화를 검출 및 보상함으로써 부분적으로 달성될 수 있다. 터치 센서 제어기 전자 장치는 비교적 장기간에 걸쳐 발생된 기준 신호에 대해 순간 전류를 비교함으로써 코너 전류의 변화의 각종 소스들 간을 구별하는 데에 사용될 수 있다. 검출된 전류가 느리게 변화하는 경우, 순시값의 변화는 환경적 효과로 취급되어 시간 경과에 따라 필터링되어 기준이 된다. 검출된 전류가 빠르게 변화하는 경우, 이는 접근 중인 터치 또는 실제 터치 접촉("터치 다운"(touch down)이라고 함)으로 인한 변화로 해석된다. 전류가 충분히 빠르게 변화하는 경우에는, 부유 용량 갱신은 임박하고 예상된 유효 터치를 검출 및 기록하기 위해 중지되며, 기준 갱신은 일반적으로 터치 입력이 해제("리프트 오프"(lift off)라고 함)된 후 소정의 설정 기간이 될 때까지 재개되지 않는다. 이 거동은 실제로 임박하지 않은 터치 다운을 기록할 것을 예상하고 기준 갱신의 중지를 부유 용량이 트리거시키는 상황에서는 문제가 될 수 있다.
제어기 전자 장치에 의해 수행되는 알고리즘은 코너 전류의 합이 부유 용량 필터링 시정수(전형적으로 1 내지 60초 범위)보다 짧은 지속 기간 내에서 미리결정된 임계값을 초과하는지의 여부에 기초하여 소정의 판단을 한다. 여러 임계값, 즉 (i) 제로(zero) 신호 기준으로서 사용되는 느리게 변화하는 부유 용량 기준; (ii) 초과시 터치 위치의 검출과 보고 및 터치 위치 데이터의 스트리밍을 트리거하는 터치 다운 이벤트를 시그널링하는 터치 임계값; (iii) 신호가 이전에 터치 임계값을 초과한 후 리프트 오프 임계값 미만으로 떨어질 때, 리프트 오프 이벤트가 보고되고 터치 위치 데이터 스트리밍이 중지되도록 하는 터치 임계값 미만의 소정 레벨, 예컨대 터치 임계값의 약 90%로 설정된 리프트 오프 임계값; (iv) 그 값 미만에서는 부유 용량이 저속 저역 통과 필터에 의해 기준으로 갱신되고 그 값 초과에서는 빠른 임시 부유 용량 갱신을 가능하게 하기 위해 저속 부유 용량 갱신이 중지되는, 터치 임계값 및 리프트 오프 임계값 미만의 소정 레벨, 예컨대 터치 임계값의 대략 25%로 설정된 호버 임계값; 및 (v) 그 값 초과에서는 모든 기준 갱신이 중지되는, 호버 임계값과 터치 임계값 사이의 소정 레벨, 예컨대 터치 임계값의 대략 75%로 설정된 고속 부유 임계값이 미리정의될 수 있다. 이들 임계값 정의의 결과로, 신호가 (예컨대 리프트 오프 후) 고속 부유 임계값 미만으로 떨어지면 고속 부유 갱신이 재개되고, 신호가 호버 임계값 미만으로 떨어지면 고속 부유 갱신이 계속되고 저속 부유 갱신은 터치가 미리결정된 기간 동안 없을 때까지는 재개되지 않는다.
도 2a는 유효 터치 입력 이벤트를 포함하는 기간에 걸쳐서 용량성 터치 센서에 의해 검출된 신호에 대한 총 신호 프로파일(210)을 도시한다. 신호 프로파일(210)은 터치 센서의 각 코너를 통해 흐르는 전류의 합을 나타낸다. 프로파일(210)은 기준(208), 접근하는 터치 물체를 나타내는 점진적으로 상승하는 영역(212), 센서 표면 상에의 터치 물체의 터치 다운을 나타내는 빠르게 상승하는 영역(214), 및 터치 리프트 오프를 나타내는 빠르게 감소하는 영역(216)을 비롯한 여러 특성 특징을 포함한다. 저속 부유 갱신 또는 호버 임계값(240), 고속 부유 갱신 임계값(230) 및 터치 임계값(220)을 비롯한, 기준(208)을 참조하는 각종 임계값 레벨들이 또한 나타나 있다. 일단 총 신호가 터치 임계값(220)을 초과하면, 터치 위치 데이터가 계산된다.
도 2b는 도 2a에 도시된 총 신호에 대한 각 코너(UL, UR, LL 및 LR)를 통해 흐르는 전류의 개별 기여도를 도시한다. 터치 입력은 터치 센서의 상부 좌측 코너 부근에서 발생하였고, 그 결과 코너(UL)로부터의 기여도가 가장 높고, 코너(LR)로부터의 기여도가 가장 낮으며, 코너(UR 및 LL)로부터의 기여도는 가장 높은 기여도와 가장 낮은 기여도 사이이다. 각 코너 전류에 대한 전체 프로파일은 형상 면에서 다소 유사하지만, 상대적인 크기를 포함한 정확한 변화 특성들은 매우 상이하다. 터치 위치는 각 코너에서의 검출된 전류와 기준 전류 레벨 사이의 차이를 사용하여 계산된다.
도 3a는 터치 센서 후방에 위치된 LCD를 턴온시킴으로써 야기되는 부유 용량 이벤트를 포함하는 기간에 걸쳐 도 2a 및 도 2b에 나타낸 동일한 용량성 터치 센서에 의해 검출되는 신호에 대한 총 신호 프로파일(310)을 도시한다. 프로파일(310)은 기준(308) 및 LCD가 턴온될 때 일어나는 거의 순시 상승(314)과 같은 특성 특징을 포함한다. 호버 임계값 레벨(240) 및 고속 부유 갱신 임계값(230) 레벨이 또한 나타나 있다. 프로파일(210)에 대해 프로파일(310)을 비교한 결과, 부유 용량으로 인한 신호 상승은 터치 입력 이벤트의 경우보다 빠르며, 부유 용량으로 인한 빠른 신호 상승은 기준으로부터 직접 발생하고 터치 다운에 앞서 일어나는 점진적인 상승이 앞서 일어나지 않으며, 부유 용량은 터치 임계값 훨씬 미만이더라도 호버 임계값을 초과하는 신호 레벨을 설정할 수 있음이 밝혀졌다.
도 3b는 도 3a에 도시된 총 신호에 대해 각 코너(UL, UR, LL 및 LR)를 통해 흐르는 전류의 개별적인 기여도를 도시한다. 근접한 LCD에의 전원 공급으로 인한 부유 용량이 각 코너 전류에 거의 동일한 영향을 주는 경향이 있기 때문에, 각 코너로부터의 신호 기여도는 대략 동일하다. 결과적으로, 각 코너에 대한 신호의 프 로파일, 크기 및 특성 특징은 그 차이가 매우 작거나 없음을 나타내고, 급격한 상승(314) 후에 계산된 임의의 테스트 터치 위치는 터치 스크린의 중앙에 또는 중앙 부근에 위치하게 될 것이다.
부유 용량을 야기할 수 있는 환경적 변화는 주변 온도 변동을 포함하며, 이 변동은 터치 스크린에 아주 근접한 디스플레이를 턴온 또는 턴오프시킴으로써 추가로 교란될 수 있다. 또한, LCD들은 흔히 접지에 대한 가변 유효 임피던스를 나타낼 뿐만 아니라 AC 전압을 운반하는 전면층을 구동한다. 본 발명자들은 열적 변동 및 LCD 관련 변화와 같은 부유 용량 효과가 전체 터치 스크린에 걸쳐 평균화되고, 따라서 터치 센서의 4개의 코너 전류에 대략 동일하게 영향을 미치는 것을 관찰하였다. 터치 센서 비선형성, 스크린 왜곡, 디스플레이 중앙으로부터의 터치 센서 집적(integration) 오프셋, 디스플레이 전자 장치에서의 바이어스(bias) 등으로 인해 각 코너 전류가 어떻게 부유의 영향을 받는가라는 점에 있어서 소정의 불평등이 초래될 수도 있으나, 이러한 오프셋은 시간 경과에 따라 드리프트하더라도 교정 루틴 또는 측정 히스토리를 통해 결정할 수 있어야 한다. 다른 부유 용량은 중앙 이외의 터치 스크린의 다른 지점 주위에의 국한을 나타내는 신호를 생성할 수 있고, 이 지점은 마찬가지로 예측가능하거나 또는 아니면 결정가능해야 한다.
이와 같이, 부유에 기인한 신호는 터치 스크린의 중앙(또는 일 지점의 주위에 국한된 다른 영역)에 접근하는 터치 수단에 기인한 신호와 유사할 수 있다. 이 관찰 자체는 실제 터치 신호를 부유에 기인한 신호와 구별하는 데에 도움이 될 수 있다. 예컨대, 호버 임계값이 초과될 때, 기존의 신호는 테스트 터치 위치를 삼각 측정하는 데에 사용될 수 있다. 테스트 터치 위치가 스크린의 중앙(또는 다른 결정된 지점)에 있지 않거나 충분히 가깝지 않으면, 신호는 디스플레이, 열적 변화, 또는 다른 부유 용량에 기인한 것이 아닐 가능성이 매우 크며, 이는 부유 갱신이 유효 터치 입력을 예상하고 중지되고 있을 수 있다는 것을 나타낸다. 스크린의 중앙(또는 다른 결정된 지점)에 있거나 중앙에 충분히 가까운 테스트 터치 위치는 부유 용량을 나타낼 수 있으며, 따라서 부유 갱신의 중지가 디스에이블될 수 있게 한다. "충분히 가까운"을 구성하는 것은 관찰된 또는 예상된 거동에 기초할 수 있고, 또는 스크린 크기와 같은 인자를 고려한 시스템 "스위트 스폿"(sweet spot)에 기초할 수 있다(예컨대, 보다 큰 터치 스크린에서 충분히 가까운을 구성하는 것은 스크린 크기의 비율로는 더 작더라도 총 거리가 더 길 수 있음). 부유 용량을 나타내는 결정된 영역은 미리설정되고, 시간이 경과에 따라 발생되며 그리고/또는 교정 루틴에 의해 결정될 수 있고, 정적이거나 갱신될 수 있다. 또한, 시스템은 부유 용량 이벤트의 로그(log)를 메모리에 유지하여 히스토리가 발생될 수 있으며, 이 히스토리에 기초하여 새로운 국한된 터치 스크린 영역이 부유 용량의 가능한 위치 식별자로서 지정될 수 있다. 이러한 방식으로 신호 히스토리를 사용하면, 제조 또는 설치시 알려지거나 예상되지 않은 부유 용량에 대한 새로운 위치 지시자가 또한 얻어질 수 있다.
환경적 영향과 같은 부유 용량으로 인한 신호는 테스트 터치 위치의 검출에 기초하여 터치 영향으로 인한 신호로부터 성공적으로 분리될 수 있다. 예컨대, 검출된 신호 변화는 "공통 모드" 변화 또는 "차동 모드" 변화로 분류될 수 있다. 공 통 모드 변화는 터치 스크린 중앙과 같은 터치 스크린의 정의된 지점 상에 기하학적으로 집중된 효과에 해당하고, 그럼으로써 부유 용량 영향을 나타낸다. 차동 모드 변화는, 예컨대 터치 스크린 중앙으로부터 떨어져 있는 정의된 지점과 충분히 구별되는 효과에 해당하며, 그럼으로써 유효 터치 영향을 나타낸다. 공통 모드 신호 변화는, 예컨대 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 이벤트마다 일정할 것이고, 흔히 동일한 이벤트에 대해 각 코너에서 검출된 신호들 간에 일정할 것이다. 차동 모드 신호 변화는, 예컨대 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 이벤트마다 상이할 것이고, 동일한 이벤트에 대해 각 코너에서 검출된 신호들 간에 상이할 것이다.
본 발명의 일 구현예에서, 부유 용량 효과에도 불구하고 유효 터치 신호에 대한 예상되는 감소된 감도를 보상하기 위해, 예컨대 차동 모드 신호보다는 공통 모드 신호에 고속 필터를 사용하여, 상이한 필터 시정수들을 공통 모드 및 차동 모드에 적용할 수 있다. 다른 구현예에서, 신호가 터치 임계값과 상이하고 부유 용량 영향을 고려한 미리결정된 적응 임계값을 초과할 때 터치 입력 위치가 계산되도록 부유 용량을 감시할 수 있다. 지시된 위치가 스크린의 중앙(또는 다른 정의된 지점)에 가까운 지의 여부에 따라, 알고리즘은 신호를 느린 드리프트로 취급해야 하는지(따라서, 기준으로 갱신해야 하는지) 아니면 짧은 터치-관련 기간 교란으로 취급해야 하는지(따라서, 기준 갱신을 중지해야 하는지)를 판단할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 총 신호가 호버 임계값 초과이고 계산된 테스트 터치 위치가 15 대각 인치 터치 스크린의 기하학적 중앙의 +/-5% 내의 위치에 해당할 때, 부유 갱신의 중지를 디스에이블시키는 기능이 터치 검출 알고리즘에 추가될 수 있으며, 여기서 +/-5%는 x-방향(스크린을 가로질러 수평)과 y-방향(스크린을 가로질러 수직)으로 취해진다. 터치 스크린의 전체 영역의 중앙 1%에 대응하는 이 영역은 (스크린의 중앙 1%에 위치하지 않을 것 같은) 유효 터치 입력을 검출하고 보고하는 능력을 유지하면서 환경 또는 디스플레이에 의해 야기되는 전형적인 부유 용량을 캡쳐하기에 충분하다. 이 영역은 또한 집적 동안에 일어날 수 있는 터치 센서와 디스플레이 사이의 정렬 변화와 같은 스크린마다의 작은 변화를 고려하기에 충분해야 한다. 부유 갱신의 중지를 디스에이블시키면, 부유 용량 신호는 기준으로 갱신될 수 있고, 터치 다운 이벤트가 검출될 수 있다. 동일한 +/-5%(또는 다른 바람직한 양)이 부유를 나타내는 것으로 식별된 터치 스크린 상의 다른 지점에 적용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템의 펌웨어는 테스트 터치 위치가 터치 스크린 상의 미리결정된 지점(들)의 결정된 거리 내에 있을 때 부유 갱신의 중지를 디스에이블시키도록 미리설정될 수 있고, 부유 용량 이벤트의 누적 히스토리는, 예컨대 미리결정된 지점(들)을 부유 용량 위치의 클러스터의 통계적 중앙으로 시프트시키거나, 결정된 지점 주위의 영역의 크기를 감소시키거나, 또는 부유를 나타내는 새로운 지점을 정의하도록 사용될 수 있다.
본 발명은 다른 유형의 노이즈 또는 의도하지 않은 터치 신호를 구별하는 데에 통상 이용되는 기술과 간섭하지 않아야 한다. 예컨대, 터치 스크린 디스플레이의 사용자는 디스플레이의 측면에 손을 대는 것이 통상적이며, 이는 부유 용량 신호를 변화시킬 수 있다. 이러한 이벤트에 의해 도입되는 부유는 일반적으로 터치 스크린의 하나의 코너 또는 하나의 측면에 다른 부분(들)보다 상당히 큰 영향을 준 다. 그러므로, 삼각 측정된 등가 "터치" 지점은 중앙에서 벗어나 있고, 공통 모드 노이즈 소스와 쉽게 구별된다.
기준 부유의 갱신을 중지할 지에 대한 판단은 또한 관찰된 신호의 변화율에 기초하여 행해질 수 있다. 터치 물체가 용량성 터치 센서에 접근함에 따라, 신호들은 센서의 손, 팔, 손가락 등과의 커플링으로 인해 변화한다. 변화율은 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 터치 물체가 센서와 접촉함에 따라 증가한다. 유효 터치 이벤트를 부유와 구별하기 위해 다른 변화율을 사용할 수 있다. 덜 갑작스러운 신호 변화의 선행 없이 갑자기 일어나고 그리고/또는 터치 임계값을 초과하지 않고 갑자기 일어나는 신호 변화는 터치와는 구별가능한 노이즈 이벤트를 나타낼 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법은 이러한 신호 프로파일이 검출될 때 부유 추적이 계속되게 할 수 있다. 이 기술은 그 자체로 또는 "충분히 가까운 중앙"법과 같은 공간 기술에 대한 한정자(qualifier)로서 사용될 수 있다. 한정자로서, 센서의 중앙(또는 부유 이벤트를 나타내는 것으로 식별된 다른 영역) 부근에서 망설이는 임박한 터치 동안에 발생하는 부유 용량을 검출 및 보상하기 위해 신호 변화율 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 임의의 구현예에서, 부유 용량을 보상하고 노이즈 존재시 바람직하지 않게 호버 모드로 진입하는 것을 회피하기 위해 동적 또는 적응 임계화를 사용할 수 있다. 동적 임계화는 검출된 노이즈 엔벌로프의 분석에 기초하여 호버 임계값과 같은 하나 이상의 정의된 임계값을 조절하는 것을 포함한다. 터치 센서 신호 상의 노이즈는 일반적으로 신호 필터링에 의해 처리되는 순시 오프셋을 생성한 다. 그러나, 노이즈 레벨이 충분히 크면, 이는 호버 임계값을 초과할 수 있고, 결과적으로 기준 갱신이 중지된다. 이러한 경우에, 본 발명은 노이즈를 검출하기 위해 사용될 수 있고, 노이즈 크기의 분석에 기초하여 호버 임계값은 노이즈 레벨에 비례하는 양만큼 상승할 수 있다. 이러한 분석을 사용하여 임의의 다른 임계값들을 유사하게 조절할 수 있다.
테스트 터치 위치를 부유 용량의 지시로 사용할 경우, 유효 터치 입력이 부유를 나타내는 것으로 지정된 영역 내에서 일어나는 시나리오를 인식해야 한다. 일반적으로, 본 발명의 방법 및 시스템은 부유 용량 신호를 나타내는 것으로 지정된 영역 내에서 유효 터치의 등록과 간섭하지 않을 것이다. 그러나, 저속 부유 갱신이 중지되는 방법들에서, 지정된 영역에서 입력된 유효 터치의 위치는 다소 부정확하게 보고될 수도 있다. 터치 스크린의 중앙부가 지정된 영역인 특수한 경우에서는, 부유 용량 신호가 터치 스크린의 중앙을 향해 유효 신호를 오프셋시키는 경향이 있으며, 이와 같이 중앙에서의 유효 터치는 악영향을 받아서는 안 된다. 지정된 영역이 터치 스크린의 중앙으로부터 떨어져 있는 경우에는, 유효 터치의 확인 전에 존재하던 신호가 부유 용량의 영향을 제거하고 충분히 정확한 터치 위치를 제공하기 위해 기준처럼 많이 감산될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 완전한 것으로 의도한 것이 아니며 또는 본 발명을 개시된 정확한 형태에 제한하도록 의도한 것이 아니다. 상기한 교시 사항에 비추어 많은 변형 및 변화가 가능하다. 본 발명의 범주는 이러한 상세한 설명에 의해서가 아니라, 오히 려 본 명세서에 첨부된 청구의 범위에 의해 제한되도록 의도한 것이다.

Claims (24)

  1. 활성 영역을 덮는 저항층을 구비한 용량성 터치 센서, 및 저항층상의 복수의 위치에 연결되어 터치 수단의 저항층과의 용량성 커플링으로 인한 복수의 위치를 통해 흐르는 전류에 기초하여 터치 위치를 결정하는 전자 장치를 포함하는 터치 센서 시스템에서 부유 용량을 검출하는 방법으로서,
    검출된 신호의 레벨이 임계값을 초과할 때 테스트 터치의 위치를 결정하는 단계; 및
    테스트 터치의 위치를 사용하여, 검출된 신호가 부유 용량으로 인한 것인지를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 검출된 신호가 부유 용량으로 인한 것이 아니라고 결정될 경우 기준 신호 레벨로의 갱신을 중지하고, 검출된 신호가 부유 용량으로 인한 것이라고 결정될 경우 기준 신호 레벨로의 갱신의 중지를 디스에이블하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    용량성 터치 센서 상의 정의된 지점으로부터의 결정된 거리 내의 테스트 터치의 위치에 관한 신호를 처리하는 단계;
    부유 용량으로 인한 신호를 독립적으로 추적하는 단계; 및
    부유 용량으로 인한 신호에 응답하여 신호 임계값을 조절하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    신호 레벨의 변화율을 사용하여, 검출된 신호가 부유 용량으로 인한 것인지를 확인하는 단계, 및 부유 용량 이벤트의 기록된 히스토리를 사용하여, 결정된 거리 및 정의된 지점 중 적어도 하나를 제공하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  5. 용량성 터치 스크린 시스템으로서,
    저항층을 포함하는 용량성 터치 센서; 및
    저항층상의 복수의 위치에서 저항층에 연결되어, 저항층과의 용량성 커플링에 기인한 신호를 검출하도록 구성 및 배열된 전자 장치
    를 포함하고,
    전자 장치는 용량성 커플링으로 인한 복수의 위치를 통해 흐르는 전류에 기초하여 저항층에 용량성 커플링된 터치 수단의 위치를 결정하도록 구성되고, 전자 장치는 부유 용량의 다음의 특성 - 즉 부유 용량을 나타내는 결정된 위치에 대한, 신호가 임계값을 초과할 때 계산되는 테스트 터치 위치의 근접성; 및 신호가 임계값을 초과할 때의 신호의 변화율 - 중 적어도 하나에 대한 검출된 신호의 분석에 기초하여 터치 수단의 저항층과의 커플링에 기인한 신호로부터 부유 용량의 저항층과의 커플링에 기인한 신호를 구별하도록 추가로 구성되는, 용량성 터치 스크린 시스템.
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