KR101526626B1 - 2차원 터치 패널 - Google Patents

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아트멜 코포레이션
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Abstract

복수의 동시적인 터치를 검출할 수 있는 용량성 터치 패널이 제공된다. 이 터치 패널은 용량 신호 값 세트를 터치 패널 상의 단일 또는 복수의 터치 위치의 좌표를 계산하는 프로세서에 전달한다. 각 세트의 처리는 (i) 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소를 식별하는 단계; (ii) 그 감지 요소 주위의 영역을 한정하는 단계; 및 (iii) 이 처리를 되풀이하여 반복하는 단계에 의해 수행되며, 각 후속 식별 단계는 이미 한정된 영역에 있는 신호를 배제한다. 따라서 신호 처리가 터치 패널 내의 영역 또는 서브 블록의 연속한 한정에 기초하는 멀티 터치 센서가 제공된다. 그러면 인접한 신호 값들 간에 보간을 적용함으로써 각 영역 내의 터치 위치가 더욱 정확하게 결정될 수 있다. 이에 따라 터치 패널의 전극 패터닝에 의해 정해지는 스케일보다 더욱 미세한 스케일의 위치 해상력을 얻을 수 있다.

Description

2차원 터치 패널{TWO-DIMENSIONAL TOUCH PANEL}
본 발명은 2차원(2D) 터치 패널에 관한 것으로, 특히 용량성 터치 감지로 동작하는 터치 패널에 관한 것이다.
용량성 감지 방식 2D 터치 패널은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 통상적으로 2D 터치 패널은 손가락을 직접 접촉하거나 가까이 갖다 댐(즉, 접촉하지 않고)으로써 작동된다. 예컨대 2D 터치 패널은 랩톱 컴퓨터의 터치 패드로서, 마이크로웨이브 오븐과 쿡탑(cooktop)과 같은 가정용 기기의 제어 패널에서, 그리고 이동 전화와 같은 휴대형 장치의 디스플레이의 오버레이(overlay)에서 사용된다. 당업계에는 다른 많은 응용도 알려져 있다.
종래의 2D 터치 패널 설계의 대부분은 터치 패널이 임의 시각에 한 번의 터치만을 검출할 수 있음을 의미하는 방식으로 설계되어 있다. 이것은 넓은 응용 범위에 적절하다. 그러나, 일부 응용에서는, 2D 터치 패널이 2개 이상의 터치를 동시에 감지할 수 있는 것이 바람직하다.
예컨대, 잘 알려져 있는 바와 같이, 통상적으로 컴퓨터는 2 또는 3개의 센서, 즉 커서 동작을 위한 트래킹 볼과 커서 위치에서 아이콘을 선택하기 위한 2개 버튼을 조합하는 마우스에 의해 제어된다. 따라서 마우스는 마우스 장치의 움직임을 통한 커서 동작과 좌측 및 우측 마우스 버튼을 작동시키는 2번의 손가락 동작을 조합한다. 랩톱에서는 마우스 기능은 인접한 버튼을 가진 터치패드에 의해 제공된다. 사용자는 터치패드 영역 상에서 손가락 하나를 슬라이딩하여 커서를 이동시키고, 엄지 손가락 또는 하나 또는 2개의 다른 손가락을 가지고 2개의 "마우스" 버튼을 작동시켜 아이콘 등을 선택한다.
복수의 동시 손가락 입력을 필요로 하는 장치의 다른 예는 통상적으로 왼손과 오른손 엄지 손가락을 이용하여 장치의 여러 가지 기능을 제어하거나 함께 동일한 기능을 제어하는 휴대형 게임 콘솔이다. 기내 엔터테인먼트 시스템을 위한 컨트롤러는 종종 유사한 동작 모드를 갖고 있다.
복수의 동시 터치를 감지할 수 있는 2D 용량성 터치 패널은 종래에 알려져 있으며 이에 대해 설명한다.
도 1은 복수의 터치를 동시에 검출할 수 있는 US 5,825,352 [인용문헌 1]의 종래 터치 패널을 개략적으로 도시한 것이다. 어레이 센서는 x 및 y 방향의 각각으로 신장하여 센서 라인 행(row)과 열(column)을 구성하는 복수의 와이어를 가진 터치 패드 매트릭스(101)로 구성된다. 어레이 센서(101)는 이에 연결되고 마이크로컨트롤러(105)에 의해 제어되는 멀티플렉서(102)를 이용하여 스캔된다. 그러면 샘플링된 x 및 y 와이어 각각의 용량(capacitance)은 용량 측정 회로(103)를 이용하여 측정된다. 교정을 위해 센서는 손가락 작동이 없는 기간 중에 자신을 스캔하여 배경 신호 레벨을 결정한다. 배경 용량 레벨은 측정되고 저장된 다음에 센서 어레이의 각 스캔으로부터 감산되어 손가락 유도 용량을 결정한다. 센서 어레이 내의 각 센서 행과 열로부터의 스캔된 출력은 아날로그-디지털 변환기(ADC)(104)를 이용하여 디지털 표시로 변환되고, 이 변환기는 디지털화된 신호를 마이크로컨트롤러(105)에 공급한다. 스캔된 데이터는 어레이의 x 방향과 y 방향에서 순차적으로 또는 동시에 분석된다. 이 도면에서 x-프로파일(107)과 y-프로파일(106)은 어레이 센서(101) 상에 도시된 2개의 손가락의 동시적인 터치에 대해 개략적으로 도시되어 있다. x-프로파일(107)을 참고하면, 2개의 극대치(108, 110)가 각각의 손가락 터치에 대해 하나씩 나타나 있다. 이 2개의 극대치는 극소치(109)에 의해 분리되어 있다. y-프로파일(106)을 참고하면, 하나의 극대치만이 나타나 있는데, 이는 y 방향에서 2개의 손가락 터치가 서로 가까이 있기 때문에 나타나는 결과이다.
이와 같은 종래의 장치에서는 x 라인으로부터의 신호는 y 라인으로부터의 신호와는 별개로 분석된다. x와 y 각각에서 극대치와 극소치가 식별되며, 극대치는 손가락 터치로 지정된다. 제2 극대치는 극소치가 제1 극대치에 이어서 식별될 것을 필요로 한다. 극대치는 신호에서 가장 큰 국소적 변화로서 식별된다. 극소치는 피크에 인접한 국소적 극소치로서 식별된다. 극대치가 x 및 y 방향에서 식별된 후에는 각 피크의 값이 임계치와 비교된다. 피크의 값이 임계치보다 작으면 더 이상 피크로 생각하지 않는다. 유사한 기능이 극소치에 적용될 수 있으며, 이 경우에는 그 값은 소정의 임계치보다 작아야 한다. 그러면 x 및 y 방향에서의 피크와 밸리(valley) 데이터가 보간되어 센서 어레이 상의 하나 또는 그 이상의 손가락의 위치를 식별한다. 이 기법은 제1 손가락은 커서를 제어하고(랩톱 컴퓨터상의 종래의 터치 패드와 유사) 제2 손가락은 작동을 제공하도록(터치 패드에 인접하여 구비된 종래의 기계적 버튼과 유사) 사용될 수 있도록 센서 어레이 상의 복수의 동시적인 터치를 검출하고 처리하는데 이용된다.
이러한 종래의 설계는 동시적인 멀티 터치 처리에 대해서는 기술적으로 잘 고안된 해법을 제공하지만, 충분한 공간 해상력을 제공하기 위해서는 x와 y 모두에서 많은 센서 라인이 있어야 한다. 2개의 동시적인 터치를 분석하려면 최소한 대략 10x10 라인이 있어야 할 것이다. 보다 통상적으로는 충분한 신뢰성과 정확도를 위해서 그리고 3개 이상의 동시적인 터치에 대처하기 위해서는 아마 적어도 20x20 라인이 필요할 것이다. 그러나 대량 생산 장치에 있어서는 비용은 필요한 신호 처리 라인 수, 즉 용량 측정 회로, ADC 및 디지털 신호 프로세서에서의 라인 수에 비례한다.
그러므로 보다 적은 수의 센서 라인으로도 구성될 수 있는 멀티 터치 어레이 센서를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따라서,
(a) 복수의 감지 요소가 영역 전체에 분포된 터치 패널;
(b) 상기 감지 요소에 연결되어, 각 세트가 상기 감지 요소 각각으로부터의 용량 신호 값으로 구성된 용량 신호 값 세트를 획득하도록 반복적으로 동작하는 용량 측정 회로; 및
(c) 상기 용량 신호 값 세트를 수신하도록 연결되어, 상기 터치 패널 상의 단일 또는 복수의 터치 위치의 좌표를 계산하여 출력하기 위해 각 세트를 처리하도록 동작하는 프로세서
를 포함하며, 상기 각 세트의 처리는,
(i) 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소를 식별하는 단계;
(ii) 상기 최대 용량 신호 값을 가진 상기 감지 요소 및 그 인접한 감지 요소들 중 선택된 감지 요소들을 포함하는 상기 터치 패널의 영역을 한정하는 단계;
(iii) 하나 또는 그 이상의 추가적인 감지 요소를 각각 식별하고 영역을 한정하는 단계 - 이 단계에서 용량 신호 값이 상기 터치 패널의 이전에 한정된 영역 내에 있다면 상기 용량 신호 값을 고려 대상에서 제외함 - ; 및
(iv) 식별된 각 영역 내의 상기 터치 패널의 좌표를 나타내는 데이터를 출력하는 단계
에 의해 수행되는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서가 제공된다.
따라서 신호 처리가 신호가 후속 터치 식별 단계에서 배제되는 터치 패널 내의 영역 또는 서브 블록의 연속한 한정에 기초하는 간단하고 신뢰성이 있는 멀티 터치 센서가 제공된다. 이 방식은 US 6,993,607[인용문헌 4]의 인접 키 억제(AKS) 방법을 적응시킨 것으로 생각할 수 있다. AKS는 원래는 각 데이터 획득 사이클에서 전체 터치 패널 표면을 스캔하기 위해 개발된 것이다. 본 발명의 방법은 AKS가 전체 키 어레이에 한 번만 적용되는 것이 아니라 터치 패널의 서브 블록에 반복적으로 적용하여 각 처리 단계에서 일부 키, 즉 식별된 터치 위치에 인접한 키를 필터링하는 점에서 종래의 AKS와 다르다. 이러한 국소화된 형태의 AKS의 목적은 이미 식별된 터치에 인접한 키를 더 유효한 터치를 위해 검색으로부터 배제하는 것이다. 이것은 양쪽 차원, 즉 x와 y 모두를 다루는 신뢰성이 있고 간단한 처리 방식이다. 구체적으로 본 발명에 따른 처리는 실질적으로 극대치와 극소치 모두를 식별하는 곡선 맞춤 분석을 제공하는 것에 상당하는 US 5,825,352의 복잡한 신호 처리 방법을 실시하지 않는다. 특히 극소치 식별은 본 발명의 특징이 아니지만, US 5,825,352에서는 이것은 복수의 터치를 분석하는데 필수 불가결하다. 더욱이 본 발명에 따른 처리는 2개의 차원 각각으로부터 독립적으로 데이터를 처리할 필요가 없다.
바람직하게는 상기 식별 단계는 임계치보다 크지 않은 용량 신호 값을 가진 임의의 감지 요소를 고려 대상에서 제외한다. 따라서 하나 또는 그 이상의 터치 위치의 반복적인 식별은 더 높은 용량성 신호 값에 한정된다. 임계치는 고정적이거나 가변적일 수 있다. 적당한 임계치는 예컨대 일련의 측정 중에 또는 터치 패널 센서를 가진 장치의 기동 시에 재계산될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 최대 용량 신호 값을 가진 각 영역 내의 감지 요소는 해당 영역의 주작동 감지 요소로 택해진다. 다른 구현에서, 임계치보다 큰 용량 신호 값을 가진 감지 요소들 중에서 상기 터치 패널 상의 최고 위치에 있는 각 영역 내의 감지 요소가 해당 영역의 주작동 감지 요소로 택해진다. 다른 알고리즘을 적용하여 주작동 감지 요소로 택해지는 감지 요소를 결정할 수 있다. 더욱이 일부 실시예에서, 본 방법은 주 감지 요소의 식별을 요하지 않는다.
본 발명의 단순한 양상으로서, 각 영역 내의 터치 위치는 주작동 감지 요소에 있는 것으로 택해진다.
본 발명의 최상의 모드에서는 각 영역 내의 터치 위치는 해당 영역 내의 상기 감지 요소들의 적어도 일부의 용량 신호 값들 간에 보간을 적용함으로써 결정된다. 이에 따라 출력에서 있어 감지 요소 단독으로 가능한 것보다 더 좋은 위치 해상력을 제공할 수 있다. 결과적으로 감지 요소의 비교적 개략적인 그리드는 그리드의 스케일보다 더 미세한 스케일로 위치 해상력을 제공할 수 있다. 따라서 비교적 적은 수의 감지 요소로 구현될 수 있는 간단하고 신뢰성이 있는 멀티 터치 센서가 제공된다. 결과적으로 용량 측정 회로는 비교적 적은 수의 감지 채널을 포함하기만 하면 된다.
여러 가지 형태의 보간이 가능하다. 예컨대 보간은 영역의 주작동 감지 요소인 것으로 식별된 감지 요소와 그 인접한 감지 요소에 한정될 수 있다. 다른 대안은 보간이 각 영역 내의 감지 요소 전부를 포함하는 것이다.
또한, 본 발명에 따라서, (a) 복수의 감지 요소가 전면에 분포된 터치 패널; (b) 상기 감지 요소에 연결되어, 각 세트가 상기 감지 요소 각각으로부터의 용량 신호 값으로 구성된 용량 신호 값 세트를 획득하도록 반복적으로 동작하는 용량 측정 회로; 및 (c) 상기 용량 신호 값 세트를 수신하도록 연결되어, 상기 터치 패널 상의 단일 또는 복수의 터치 위치의 좌표를 계산하여 출력하기 위해 각 세트를 처리하도록 동작하는 프로세서를 포함하는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서로부터의 신호를 처리하는 방법으로서, 상기 각 세트의 처리는,
(i) 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소를 식별하는 단계;
(ii) 상기 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소 및 상기 감지 요소와 인접한 감지 요소들 중 선택된 감지 요소들을 포함하는 상기 터치 패널의 영역을 한정하는 단계;
(iii) 하나 또는 그 이상의 추가적인 감지 요소를 각각 식별하고 영역을 한정하는 단계- 이 단계에서 용량 신호 값이 상기 터치 패널의 이전에 한정된 영역 내에 있다면 상기 용량 신호 값을 고려 대상에서 제외함 - ; 및
(iv) 식별된 각 영역 내의 상기 터치 패널의 좌표를 나타내는 데이터를 출력하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법이 제공된다.
본 발명은 수동형 또는 능동형 용량성 감지 기술을 이용하여 구현될 수 있다.
수동형 용량성 감지 장치는 시스템 기준 전위(접지)에 대한 감지 전극의 용량을 측정하는 것에 의존한다. 이 기술의 토대가 되는 원리는 예컨대 US 5,730,165[인용문헌 6]와 US 6,466,036[인용문헌 7]에 기재되어 있다. US 5,730,165와 US 6,466,036의 전체 내용은 여기서 본 발명의 배경자료를 기술하는 인용으로 포함된다. 넓게 요약하면, 수동형 용량성 센서는 용량 측정 회로에 연결된 감지 전극을 채용한다. 각 용량 측정 회로는 시스템 접지에 대한 그 관련 감지 전극의 용량(용량성 결합)을 측정한다. 감지 전극에 가까운 포인팅 객체가 없다면 측정된 용량은 배경 또는 고정 값을 갖는다. 이 값은 인접한 객체의 특성과 위치는 물론 감지 전극의 기하학적 형태와 레이아웃 및 그에 대한 연결 리드 등, 예컨대 접지면에의 감지 전극의 근접 정도(proximity)에 따라 다르다. 포인팅 객체, 예컨대 사용자 손가락이 감지 전극에 접근하면 포인팅 객체는 가상 접지로서 나타난다. 이것은 접지에 대한 감지 전극의 측정된 용량을 증가시키는 작용을 한다. 따라서 측정된 용량의 증가는 포인팅 객체의 존재를 나타내는 것으로 생각된다.
US 5,730,165와 US 6,466,036은 주로 이산적(단일 버튼) 측정에 관한 것이지 2D 위치 센서 응용에 관한 것이 아니다. 그러나 US 5,730,165와 US 6,466,036에 기재된 원리는 예컨대 이산적 감지 영역의 2D 어레이나 매트릭스 구성의 전극의 행과 열을 한정하는 전극을 제공함으로써 2D 용량성 터치 센서(2DCT)에 쉽게 적용될 수 있다.
능동형 2DCT 센서는 (단일 감지 전극과 시스템 접지 사이가 아니라) 2개의 전극 간의 용량성 결합을 측정하는 것에 기초한다. 능동형 용량성 감지 기술의 바탕이 되는 원리는 US 6,452,514[인용문헌 5]에 기재되어 있다. US 6,452,514의 전체 내용은 여기서 본 발명의 배경자료를 기술하는 인용으로 포함된다. 능동형 센서에서 구동 전극으로 불리는 일 전극에는 발진 구동 신호가 공급된다. 감지 전극에 대한 이 구동 신호의 용량성 결합 정도는 이 발진 구동 신호에 의해 감지 전극에 전달된 전하량을 측정하여 결정된다. 전달된 전하량, 즉 감지 전극에서 본 신호의 강도는 전극들 간의 용량성 결합의 측정치이다. 전극 근처에 포인팅 객체가 없다면 감지 전극 상의 측정된 신호는 배경 또는 고정 값을 갖는다. 그러나 포인팅 객체, 예컨대 사용자 손가락이 전극에 접근하면(또는 특히 전극을 분리시키는 영역에 가까이 접근하면), 포인팅 객체는 가상 접지로서 작용하고, 구동 전극으로부터의 구동 신호(전하)의 일부를 싱크(sink)시킨다. 이것은 감지 전극에 결합된 구동 신호의 성분의 강도를 감소시키는 작용을 한다. 따라서 감지 전극 상의 측정된 신호의 감소는 포인팅 객체의 존재를 나타내는 것으로 생각된다.
본 발명을 더 잘 이해하고 실시하는 방법을 보여주기 위해 본 발명을 첨부도면을 참조로 예를 통해 설명한다.
도 1은 종래의 용량성 위치 센서 어레이의 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량성 위치 센서 어레이와 그 관련 회로의 개략도.
도 3은 제1 실시예의 신호 처리 방법의 플로우차트.
도 4a 내지 4h는 도 3의 신호 처리 방법의 특정예를 설명하는데 이용된 센서 어레이의 연속적인 개략도.
도 5는 제1 실시예의 센서 어레이에 인접한 복수의 객체의 트래킹을 도시한 개략도.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량성 위치 센서 어레이의 상부와 그 관련 회로의 개략도.
도 6b와 6c는 도 6a의 센서 어레이에서 X 및 Y 라인을 제공하는 전극 패턴층을 도시한 개략도.
도 7은 제2 실시예의 신호 처리 방법의 플로우차트.
도 8a 내지 8d는 도 7의 신호 처리 방법의 특정예를 설명하는데 이용된 센서 어레이의 연속적인 개략도.
도 9a는 본 발명에 따른 센서를 포함하는 디스플레이 모니터와 입력 장치를 도시한 개략도.
도 9b는 본 발명에 따른 센서를 내장한 셀룰러 전화를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2D 터치 감응 용량성 위치 센서(201)의개략 평면도이다. 2D 터치 감응 용량성 위치 센서는 도 3에 나타낸 알고리즘을 이용하여 위치 센서에 인접한 복수의 객체의 위치를 계산하는 방법을 기술하는데 이용될 것이다.
2D 터치 감응 용량성 위치 센서(201)는 제1 (x) 방향과 제2 (y) 방향을 따른 객체의 위치를 결정하도록 동작할 수 있으며, 그 배향은 도면의 상단 좌측 쪽으로 도시되어 있다. 센서(201)는 감지 전극(203)이 배열된 기판(202)을 포함한다. 감지 전극(203)은 센서에 대한 객체(예컨대 손가락이나 스타일러스)의 위치가 결정될 수 있는 감지 영역을 한정한다. 기판(202)은 투명 플라스틱 재료로 되어 있으며, 전극은 종래의 기법을 이용하여 기판(202) 상에 증착된 인듐 주석 산화물(ITO)의 투명막으로 이루어진다. 따라서 센서의 감지 영역은 투명하며 감지 영역 뒤에 표시되는 것을 모호하게 하지 않으면서 디스플레이 스크린상에 배치될 수 있다. 다른 예에서 위치 센서는 디스플레이 상에 위치하지 않도록 할 수 있고 투명하지 않을 수가 있는데, 이 경우에는 ITO층은 예컨대 구리 박판(copper laminate) 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 더 경제적인 재료로 대체될 수 있다.
기판(202) 상의 감지 전극의 패턴은 감지 영역을 행과 열로 배열된 감지 셀(204)의 어레이(그리드)로 나누는 식으로 되어 있다. (여기서 용어 "행"과 "열"은 편리하게 2개의 방향을 구별하는데 사용된 것으로 수직이나 수평 배향을 의미하는 것으로 해석되어서는 안되는 점에 유의한다.) 이 위치 센서에는 x 방향으로 정렬된 감지 셀의 3개의 열과 y 방향으로 정렬된 감지 셀의 5개 행이 있다(전체적으로 감지 셀은 15개 있다). 도 2에 도시된 배향에 대한 감지 셀의 최상단 행은 행 Y1이라고 하고, 그 다음 아래 행은 행 Y2라 하고, 이런 식으로 하여, 마지막 최하단 행은 행 Y5라 한다. 마찬가지로 감지 셀의 열은 좌측부터 우측으로 각각 열 X1 내지 X3이라 한다.
각 감지 셀은 행 감지 전극(205)과 열 감지 전극(206)을 포함한다. 행 감지 전극(205)과 열 감지 전극(206)은 (이 경우에는 서로에 대해 정방형으로 나선 선회하여) 서로 인터리빙(interleave)하도록 각 감지 셀(204) 내에 배치되나, 전류를 발생시키도록(galvanically) 연결되어 있지는 않다. 행과 열 감지 전극은 인터리빙되어(서로 꼬여) 있으므로, 특정 감지 셀에 인접한 객체는 감지 셀 내의 객체의 위치와 무관하게 양 감지 셀과의 용량성 결합을 크게 할 수 있다. 인터리빙의 특징적 스케일은 최상의 결과를 제공하기 위해 손가락, 스타일러스 또는 기타 다른 작동 객체의 용량성 풋프린트(footprint) 정도이거나 이보다 작을 수 있다. 감지 셀(204)의 크기 및 모양은 검출될 객체의 크기 및 모양과 (실제 한계 내에서) 비슷하거나 이보다 더 클 수 있다.
동일 행에서 모든 감지 셀의 행 감지 전극(205)은 함께 전기적으로 연결되어 행 감지 전극의 5개의 독립적인 행을 구성한다. 마찬가지로 동일 열에서 모든 감지 셀의 열 감지 전극(206)은 함께 전기적으로 연결되어 행 감지 전극의 3개의 독립적인 열을 구성한다.
위치 센서(201)는 행 감지 전극의 행과 열 감지 전극의 열 각각에 연결된 일련의 용량 측정 채널(207)을 더 포함한다. 각 측정 채널은 감지 전극의 관련 열 또는 행과 시스템 접지 간의 용량 값을 나타내는 신호를 발생하도록 동작할 수 있다. 용량 측정 채널(207)은 도 2에서 2개의 독립적인 뱅크로, 즉 행 감지 전극의 행에 연결된 뱅크(측정 채널은 Y1 내지 Y5로 표시됨) 하나와 열 감지 전극의 열에 연결된 뱅크(측정 채널은 X1 내지 X3로 표시됨) 하나로 도시되어 있다. 그러나 실제에 있어서는 모든 측정 채널 회로는 거의 프로그래머블 또는 주문형 집적 회로와 같은 단일 유닛으로 제공될 것임을 알아야 한다. 더욱이 도 2에는 8개의 독립적인 측정 채널이 도시되어 있지만, 이와 달리 용량 측정 채널은 적당한 멀티플렉싱을 가진 단일 용량 측정 채널로 제공될 수 있으나 이것은 바람직한 동작 방식은 아니다. 더욱이 US 5,463,388[인용문헌 2]에 기재된 종류의 회로 또는 이와 유사한 회로를 이용하여 상부의 기판을 통해 감지 필드의 박판 세트(laminar set)를 전파하기 위하여 단일의 발진기로 행 및 열 모두를 동시에 구동할 수 있다.
측정 채널(207)에 의해 측정된 용량 값을 나타내는 신호는 처리 회로를 포함하는 프로세서(208)에 제공된다. 위치 센서는 일련의 이산적 키로 취급될 것이다. 각 이산적 키의 위치는 x와 y 도선의 교차점이다. 처리 회로는 어느 이산적 키가 그와 연관된 용량을 나타내는 신호를 갖고 있는 지를 판단하도록 구성된다. 호스트 컨트롤러(209)는 프로세서(208)로부터 출력된 신호, 즉 인가된 용량성 부하를 나타내는 각 이산적 키로부터의 신호를 수신하도록 연결된다. 호스트 컨트롤러(209)는 위치 센서(201)의 하나 또는 그 이상의 동시적인 터치의 x 및 y 위치를 계산하고, 이를 출력 접속부(210) 상에 출력하도록 동작할 수 있다.
호스트 컨트롤러(209)는 마이크로컨트롤러와 같은 단일 로직 장치일 수 있다. 마이크로컨트롤러는 바람직하게는 푸시 풀 타입 CMOS 핀 구조와, 전압 비교기로서 기능하도록 만들어질 수 있는 입력부를 가질 수 있다. 가장 흔한 마이크로컨트롤러 I/O 포트는 거의 이상적인 MOSFET 스위치는 물론 비교적 고정된 입력 임계 전압을 갖고 있으므로 이 능력을 가질 수 있다. 필요한 기능들은 단일의 범용 프로그래머블 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 또는, 예컨대 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)나 주문형 집적 칩(ASIC)과 같은 기타 다른 집적 칩에 의해 제공될 수 있다.
도 2의 2D 터치 감응 용량성 위치 센서(201)의 레이아웃과 기능에 대해서 설명하였다. 이제 도 3과 도 4a 내지 4h를 참조로 프로세서(209)가 2D 터치 감응 용량성 위치 센서(201) 상의 터치된 위치를 결정하는 방법에 대해 설명한다.
도 3은 호스트 컨트롤러(209)에서 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어로 구현된 신호 처리 방법의 단계를 보여주는 흐름도이다. 도 4a 내지 4h는 예시적인 터치 입력 세트에 대한 처리에서 여러 가지 포인트에서 연속적으로 제1 실시예의 터치 패널의 3x5 터치 버튼 어레이를 보여준다.
도 4a는 도 3의 단계(S301)의 단일 획득에서 획득된 신호의 미가공 데이터 값을 가진 3x5 그리드를 보여준다. 그리드 스퀘어들 각각은 용량성 위치 센서(201)의 이산적 키들 중 하나를 나타낸다. 2개의 동시적인 손가락 터치는 파선으로 표시된 위치에 존재한다. 미가공 데이터 값은 임의의 단위로 정해진다. 패널의 상단 좌측 근처에 손가락 터치가 한 개 있고, 패널의 하단 우측 근처에 다른 손가락 터치가 있다.
도 4b는 미가공 신호 값에서 배경 신호 값(VB)을 빼는 전처리 단계 후의 신호 값을 보여준다. 이 예에서 배경 신호는 값 VB=3을 갖는다. 이 예에서 배경 신호 레벨 감산 후의 임계 신호 값은 Vt=12로 택해진다.
도 4c는 임계치보다 큰 복귀 신호를 가진 5개의 키, 즉 인-디텍트(in-detect) 키의 위치를 음영 패널로서 보여준다. 이산적 키 각각은 K(a,b)로 표시되는데, 여기서 'a'는 그리드의 좌측의 '1'에서 시작하는 열 위치이고, 'b'는 그리드의 상단의 '1'에서 시작하는 행 위치이다(즉 도 4a의 음영 요소(402)는 K(3,4)이다). 인-디텍트 키의 위치는 K(1,1), K(2,2), K(2,5), K(3,4) 및 K(3,5)이다.
획득 시간은 고정될 수도 가변적일 수도 있음을 알아야 한다. 고정 획득 시간은 호스트 컨트롤러 또는 프로세서에 의해 설정될 것이다. 가변 획득 시간의 예는 감지 채널 중 하나가 인-디텍트 임계치의 배수, 예컨대 인-디텍트 임계치의 두 배일 수 있는 특정 임계치까지 축적된 때에 전체 패널에 대해 전하 축적이 종료되는 시간일 수 있다.
단계(S301)에서는 각 이산적 키의 신호 값은 처리 회로(208)로부터 획득되는데, 이 값은 위치 센서(201)에 인가된 용량성 부하를 나타낸다.
단계(S302)에서는 임계치보다 큰 임의의 신호가 있는지 여부를 판단한다. 만일 처리 회로(208)로부터 획득된 신호들 중 어느 것도 인-디텍트하지 않으면, 알고리즘은 단계(S301)로 되돌아가서 새로운 이산적 키 신호 값 세트를 획득한다. 이것은 이산적 키 값들 중 적어도 하나가 Vt보다 크거나 같게 될 때까지 또는 루프가 적당한 제어 신호에 의해 종료될 때까지 계속될 것이다. 신호 획득들 간의 시간 간격은 임계치보다 큰 신호가 수신되지 않으면 전력을 절감하기 위하여 시간에 따라 증가될 수 있음을 알 것이다. 다른 선택은 터치 패널 장치가 임계치보다 큰 신호가 수신되지 않는 특정 기간 후에 완전히 작동 중지되는 것인데, 이는 재동작하는, 즉 절전 모드로 들어가는 별도의 제어 입력을 필요로 한다.
단계(S303)에서는 획득된 신호 세트에 배경 레벨 또는 그 아래의 신호가 적어도 하나라도 있는지를 검사한다. 이 기준을 달성하기 위해서는 미리 결정된 배경 레벨 신호, 즉 '제로' 신호보다 작거나 같은 이산적 키 신호 값이 적어도 하나는 있어야 한다. 제로 신호 값은 객체가 위치 센서(201)에 인접해 있지 않을 때의 배경 신호 레벨을 나타낸다. 위치 센서(201)의 이산적 키 신호 값 각각은 단계(S303)에서의 미리 결정된 제로 신호 값과 비교된다. 이 검사의 결과는 프로세스 흐름에서 뒤에 어떤 판단을 하는데 이용된다.
단계(S304)에서는 인-디텍트 신호 값들 모두를 서로 비교하여 최고 신호 값을 가진 키를 찾는다. 최고 인-디텍트 신호 값은 위치 K(1,1)(403)에 있는 이산적 키의 값이다. 위치 K(1,1)(403)에 있는 이산적 키 또는 그 근처에 있는 객체의 위치(즉, 최고 인-디텍트 이산적 키 신호 값)를 찾기 위해서는 인접 키 억제(AKS)의 변형된 구현이 이용된다. 종래의 AKS는 US 6,993,607에 기재되어 있다. 여기서 이용된 변형된 AKS법은 이후로는 국소적 AKS(LAKS)라 한다. 종래의 AKS에서는 모든 키가 분석에 포함된다. 그러나 현재 AKS 버전에서는 센서 어레이의 연속한 서브 블록 또는 영역에 AKS를 적용하는 반복 방식이 센서 어레이에 대해 이용된다. 각 서브 블록의 위치는 선택된 인-디텍트 요소와 관련하여 정해지며, 가장 가까운 인접 요소와 그 다음 가까운 인접 요소, 즉 선택된 인-디텍트 위치에 바로 인접한 이산적 키 위치와 이 바로 인접한 것에 인접한 이산적 키 위치를 포함한다. 본 예에서 LAKS 알고리즘이 수행되는 경계는 도 4d에서 파선 경계(404)로 나타낸다. 이 예에서 서브 블록의 크기는 센서 어레이의 크기에 의해 제한된다. 그러나 센서 어레이가 더 많은 이산적 키를 포함한다면, 상기 정의에 따라서 서브 블록의 크기는 더 클 것이다.
단계(S305)에서는 경계(404)에 의해 정해진 키의 서브 블록 내에서 AKS를 적용하여 그 서브 블록 내의 어느 키가 터치와 연관되어야 하는지, 즉 객체에 인접해야하는 지를 판단한다. 이것은 대개는 최고 신호 값을 가진 키일 것이지만, 반드시 그런 것은 아님에 유의한다. 상이한 키가 선택될 수 있는 상황의 예는 AKS법이 EP 1335318A1[인용문헌 3]에 기재된 핸드 섀도우(hand shadow) 효과를 고려하는 상황이다. 예컨대 키의 수직 라인이 인-디텍트라면, AKS법에 의해 출력된 키는 이 키가 최고 신호 값을 가진 키가 아니라도 최상단 키일 것이다. 도시된 예에서는 AKS는 위치 K(1,1)에 있는 이산적 키가 터치에 인접한 키라고 판단하며, 이 키도 최고 신호를 가진 키이다. 이 선택된 키(405)는 T1으로 표시된다.
단계(S306)에서는 LAKS 서브 블록의 경계(즉 파선) 내의 다른 '인-디텍트' 키 K(2,2)는 이제 LAKS에 특정된 방법의 후속 단계에서 무시된다. 즉 그 신호가 후속 LAKS 단계에서 억제된다. 따라서 이것은 검출에서 "밀려(pushed out)" 났다는 것으로 생각할 수 있다. 이것은 도 4e에서 그리드 스퀘어(406)의 "미음영(unshading)"으로 나타낸다. LAKS에 의해 검출에서 밀려난 임의의 인 디텍트 키가 검출 알고리즘의 이 부분에 더 이상 포함되지 않더라도 이들은 이 방법의 뒤 부분에 포함될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 잘 이해될 것이다.
단계(S307)에서는, 단계(S303)에서 제로 신호를 가진 키가 없다고 판단되었다면, 프로세스 흐름은 단계(S313)로 점프한다. 이 점프는, 제로 신호를 가진 키가 없다면 신뢰할 수 있는 극소치도 없다는 것에 근거하여 더 이상의 터치를 검출할 가능성을 배제하며, 따라서 복수의 터치는 큰 영역, 아마도 전체 패널 상에 하나의 터치가 있는 경우와 확실하게 구별될 수 없다. 반면에 단계(S303)에서 배경 레벨보다 큰 적어도 하나의 키가 있다고 판단되었다면 복수의 터치를 확실하게 분석(resolve)할 수 있는 가능성이 남아 있으므로 프로세스 흐름은 단계(S308)로 진행한다.
단계(S308)에서는 나머지 이산적 키들의 신호 값들이 임계치 Vt와 비교된다. 나머지 키 신호들 중 임계치 Vt보다 크거나 같은 것이 없다면, 프로세스 흐름은 단계(S313)로 점프한다. 반면에 임계치 Vt보다 크거나 같은 신호 값을 가진 인-디텍트 어레이 키가 있다면, 다음 최고 신호 값을 가진 키에 기초하여 LAKS 프로세스가 반복된다. 도 4에 도시된 예시적인 입력에 있어서는 나머지 인-디텍트 이산적 키 신호 값은 위치 K(2,5), K(3,4) 및 K(3,5)에 있다.
단계(S309)에서는 나머지 인-디텍트 키로부터의 신호 값들은 서로 비교되어 최고 신호 값을 찾는다. 이 예에서 최고 신호 값은 이산적 키 위치 K(3,5)(407)에 있다.
단계(S310)에서는 키 K(3,5) 부근에 형성된 LAKS 서브 블록 내에 있는 이산적 키, 즉 파선 경계(408) 내의 도 4f에 도시된 경계 내에 포함된 키에 대해 LAKS가 실시된다. LAKS 영역은 파선 경계(408) 내에 위치한 모든 키를 포함한다. LAKS 처리는 그 서브 블록 내의 키들 중 어느 것이 터치에 가장 가까울 것 같은 키인지를 판정한다. 다음에서는 위치 K(3,5)에 있는 이산적 키는 AKS에 의해 선택된 것이라고 가정한다. 이 키는 LAKS 처리의 두 번째 반복에서 선택된 키이므로 T2로 표시된다.
단계(S311)에서는 LAKS에 의해 정해진 경계(즉 파선(408)) 내의 다른 모든 인-디텍트 키는 현재 미음영 이산적 위치 K(2,5) 및 K(3,4)(410)에 의해 도 4g에 도시된 바와 같이 검출에서 밀려난다.
단계(S312)에서는 임의의 나머지 이산적 키 신호 값들이 임계치 Vt와 비교된다. (도시된 예에서처럼) 나머지 키 신호 값들 중 임계치 Vt보다 크거나 같은 것이 없다면, 알고리즘의 단계(S313)가 실행된다. 그러나 임계치보다 큰 신호 값을 가진 키가 남아 있다면, 알고리즘은 단계(S309)에서부터 단계(S312)까지 반복되어 추가적인 이산적 키 T3를 할당한다. 이 프로세스는 단계(S312)가 널(null) 값을 리턴할 때까지 반복된다.
프로세스의 이 시점에서 LAKS 처리는 끝마치고, 프로세스는 추가 단계, 즉 단계(S313)로 넘어간다.
단계(S313)에서는 터치들(T1, T2, ..., TN) 각각의 좌표가 결정되는데, 여기서 N은 1(하나의 터치) 또는 2 이상(복수의 터치)일 수 있다. 각 터치의 좌표는 보간법을 이용하여 결정된다. 보간은 신호 값이 임계치보다 크든 작든 간에 상관없이 모든 신호 값에 접근한다. 즉 LAKS 처리 중에 억제되었던 임의의 키로부터의 신호 값은 필요하다면 이용된다. 이 예에서 보간에 이용될 수 있는 신호 값은 도 4b에 나타낸 신호 값, 즉 배경 감산 후의 미가공 신호 값이다. 각 터치 Tn에 대해서는 이 방법은 키 Tn과 그 인접 키들로부터의 신호 값을 이용하여 보간한다. 이용될 수 있는 가능한 보간법은 여러 가지가 있지만 하기에서는 하나만을 설명한다.
2개의 서로 다른 수학식(equation)을 이용하여 할당된 터치의 x 및 y 좌표를 계산한다. 이들 수학식은 아래에 나타낸 수학식 1과 수학식 2이다. 이들 수학식 모두에서 항들은 다음과 같은 정의를 갖고 있다. 'Max'는 T1, ..., Tn으로 정의된 이산적 키의 신호 값이다. 'Mid'는 'Max'에 인접한 최고 신호 값을 가진 이산적 키의 신호 값이다. 'Min'은 이미 정의된 '제로' 신호 값이다. P0는 가장 가까운 x 또는 y 도선에 대응하는 오프셋이다. x 좌표에 있어서는 X1에 대해 P0=0이고 X2에 대해 P0=1이다. y 좌표에 있어서는 Y1에 대해 P0=0, Y2에 대해 P0=1, Y3에 대해 P0=2, Y4에 대해 P0=3이다. Q는 각 이산적 키 내의 미리 정해진 이산적 위치의 수를 나타내는 수이다.
수학식 1은 'Mid' 신호 값이 'Max' 신호 값의 좌측에 있을 때에, 즉 이 값 아래일 때에 이용된다. 수학식 2는 'Mid' 신호 값이 'Max' 신호 값의 우측에 있을 때에, 즉 이 값 위일 때에 이용된다.
Figure 112010009452285-pct00001
Figure 112010009452285-pct00002
제1의 할당된 터치 T1의 위치를 보간하는데 이용되는 절차는 다음과 같다. T1의 x 및 y 좌표를 보간하기 위해서는 'Mid' 신호 값이 x 좌표의 경우에는 'Max' 신호 값의 우측에 있고 y 좌표의 경우에는 'Mid' 신호 값이 'Max' 신호 값의 위에 있기 때문에 수학식 2가 이용될 것이다.
도 4b는 배경 신호 레벨 VB(VB=3)가 감산된 후의 이산적 키로부터의 신호 값을 보여준다. 도 4b에서 신호 값은 T1(이산적 키 위치 K(1,1))의 x 및 y 좌표를 찾는데 이용될 것이다. 다음의 이산적 키 신호 값은 위치 센서(201)에 인접한 터치의 x 좌표를 찾는데 이용될 것이다. 'Max' 값은 위치 K(1,1)에 있는 이산적 키의 신호 값과 같다, 즉 Max=22이다. 'Mid' 값은 위치 K(2,1)에 있는 이산적 키의 신호 값과 같다, 즉 Mid=8이다. 'Min' 값은 위치 K(3,3)에 있는 이산적 키의 신호 값과 같다, 즉 Min=0이다. T1의 예에서 이산적 키 각각은 10개(Q=10)의 이산적 위치로 분할된다. T1의 예에서 검출된 터치는 제1 x 도선 X1의 우측에 있으므로 P0=0이다. T1에 대해 산출된 x 좌표는 '2.6'이다. 이것은 이제 위치 센서(201)에 인접한 검출된 터치의 y 좌표를 찾기 위해 반복된다.
이산적 키의 다음의 신호 값을 이용하여 위치 센서(201)에 인접한 터치의 y 좌표를 찾는다. 'Max' 값은 위치 K(1,1)에 있는 이산적 키의 신호 값과 같다, 즉 Max=22이다. 'Mid' 값은 위치 K(1,2)에 있는 이산적 키의 신호 값과 같다, 즉 Mid=6이다. 'Min' 값은 위치 K(3,3)에 있는 이산적 키의 신호 값과 같다, 즉 Min=0이다. T1의 예에서 이산적 키 각각은 10개(Q=10)의 이산적 위치로 분할된다. T1의 예에서 검출된 터치는 제1 y 도선 Y1 아래에 있으므로 P0=0이다. T1에 대해 산출된 y 좌표는 '2.1'이다. 그러므로 할당된 터치 T1의 좌표는 (2.6,2.1), 또는 Q의 가장 가까운 정수 값으로 반올림했을 때는 (3,2)이다.
도 4g에 나타낸 나머지 터치 위치 T2는 전술한 보간법을 이용하여 계산된다. 그러나 x 좌표에 대한 'Mid' 신호 값은 'Max' 신호 값의 좌측에 있고 y 좌표에 대한 'Mid' 신호 값은 'Max' 신호 값 위에 있기 때문에 수학식 1이 이용된다. 할당된 터치 T2에 대해 계산된 좌표는 (16,35)이다.
도 4h는 위치 센서 상의 2개의 터치 T1 및 T2의 보간된 위치를 보여준다. 이 예에서 위치 센서는 80개의 가능한 위치로 나누어져 있다.
다른 보간법은 예컨대 키 Tn보다 낮은 가중치를 가진 인접 키에 가중 계수를 부가할 수 있다. 다른 예는 예상되는 핸드 섀도우 효과에 따라 가중되는 것일 수 있다. 전술한 바와 같이 행렬 방식에서는 보간을 행할 필요가 없다. 예컨대 보간은 가장 가까운 모든 인접 키들 간에 또는 키 Tn에 대해 이미 정해진 LAKS 서브 블록 영역 내의 모든 키들 간에 행해질 수 있다. 다른 여러 가지 변형된 보간법들도 이용될 수 있다.
따라서 상기로부터 제1 실시예에서 2D 용량성 터치 센서로부터 캡쳐된 단일 신호 세트를 처리함으로써 동시적인 복수의 터치가 확실하게 검출될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 특히, 국소화된 버전의 AKS 프로세스와 보간을 조합하여 이용하면 동시적인 복수의 터치의 좌표를 결정할 수 있다. 더욱이 이것은 감지 요소에 의해 정해진 것보다 더 미세한 스케일로 해상력을 제공하는 보간을 가지고 감지 요소의 비교적 개략적인 그리드를 이용하여 행해진다. 이런 식으로 비교적 적은 수의 감지 채널을 가지고도 비교적 정확한 멀티 터치 감지가 수행된다. 설명된 예에서는 8개의 감지 채널만이 이용된다.
제1 실시예의 방법은 움직이는 터치가 추적되도록 신호의 시간적 전개(temporal evolution)를 고려하여 확장될 수 있다.
도 5는 2개의 터치가 추적되는 예를 보여준다. 추적할 객체는 3개 이상일 수 있다. 여기서 설명되는 프로세스는 임의 수의 객체에 적용될 수 있다.
시각 t1에서 2개의 터치가 위치(501, 502)에서 감지된다. 시각 t1에서의 이들 터치의 위치는 전술한 절차를 통해 구해졌다. 특정 시 구간 후에 센서는 시각 t2에서 다시 한번 폴링된다(polled). 다시 한번 2개의 터치가 감지된다. 이들은 위치(503, 504)에 위치한다. 시각 t1에서의 어느 터치(즉 501과 502)가 시각 t2에서의 어느 터치(503 또는 504)를 추적하는지를 판단하기 위하여, 터치 위치들 간의 가능한 경로 모두의 경로 길이가 산출된다. 도 5의 예에서는 도 5에서 P(1,1), P(1,2), P(2,1) 및 P(2,2)로 표시된 4개의 가능한 경로가 있다. 그러나 이 예에서는 위치(501, 502)를 위치(503, 504)에 대해 추적하는 가능한 조합은 다음과 같이 2개 뿐이다.
501은 503를 추적하고 502는 504를 추적한다(조합 1)
501은 504로 진행하고 502는 503을 추적한다(조합 2)
각 조합에 대한 총 거리는 4개의 터치 위치의 x 및 y 좌표를 이용하여 구해진다. 거리 값이 최저인 조합은 2개의 객체에 대한 최소 추적 거리, 따라서 2개의 객체에 대한 추적의 가장 가능성이 높은 조합을 나타낸다. 예컨대 조합 1이 최저 거리 값을 갖고 있다면 터치(501)는 터치(503)를 추적하고 터치(502)는 터치(504)를 추적한다.
호스트 컨트롤러(209)는 이산적 시각 t1, t2 ......에서 객체 T1 내지 Tn의 일련의 위치 좌표를 출력 라인(210) 상에서 출력할 것이다. 호스트 컨트롤러(209)는 고정된 또는 가변적인 시 구간에서 위치 센서를 폴링할 것이다. 위치 센서를 폴링한 후에 호스트 컨트롤러는 검출되는 객체가 새로운 객체인지 아니면 위치 센서 상의 다른 위치로 이동한 동일한 객체인지 여부를 계산할 것이다. 이들 2가지 시나리오 중 어느 것이 맞는지(즉, 새로운 객체인지 아니면 위치가 변경된 예전 객체인지)를 판단하기 위해서 호스트 컨트롤러는 연속적인 폴링 사이클로부터의 데이터를 이용할 수 있다. 예컨대 한 객체가 2개의 연속한 폴링 사이클 내에 존재한다면 호스트 컨트롤러는 이를 그 객체가 대안의 위치로 이동하고 있는 동일한 객체로 간주할 것이다. 이것은 이 객체의 추적을 유발할 것이다. 그러나 다음 폴링 사이클에서 객체가 검출되지 않으면 터치는 무시될 것이다. 더욱이 추가적인 2개의 연속한 폴링 사이클 후에 위치 센서 상에서 새로운 객체가 검출되었다면 이 객체는 전술한 방식대로 추적될 것이다.
10개의 시 구간에 걸친 객체 추적을 예시하기 위하여 라인(210) 상에 출력된 검출된 터치의 일련의 좌표를 하기의 표에 나타낸다. 도 4h에서의 2개의 검출된 터치를 개시점으로 이용한다. 이 예에서는 임의의 한 시각에서 위치 센서 상에서 2개의 터치만이 검출될 수 있다. 이 표는 이산적 터치(즉, 미추적)와 추적 터치 모두를 보여준다.
Figure 112010009452285-pct00003
대안으로서, 객체의 추적을 계산하기 위해서 호스트 컨트롤러는 한 객체가 한 위치로부터 다른 위치로 추적할 수 있는 최대 허용 추적 거리를 이용할 수 있다. 예컨대 하나의 시 구간에서 위치 센서 상에서 하나의 터치가 검출되고 그 다음에 다음 시 구간에서 제2 터치가 검출되었으나 이 2개의 터치 간의 거리가 소정의 최대 거리보다 크면, 이것은 다른 위치로 이동하는 동일한 객체가 아니라 새로운 객체로 취급될 것이다. 더욱이 이 추적 프로세스는 위에서 추가로 설명된 방법과 여기서 설명된 방법의 조합일 수 있다.
이상으로 제1 실시예에 따른 복수의 터치를 감지하는 방법에 대해서 설명하였다. 이제 본 발명의 다른 실시예에 대해서 설명한다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2D 터치 감응 용량성 위치 센서(601)의 개략적 평면도이다. 2D 터치 감응 용량성 위치 센서는 도 7에 나타낸 알고리즘을 이용하여 위치 센서에 인접한 복수의 객체의 위치를 계산하는 방법을 기술하는데 이용된다.
2D 터치 감응 용량성 위치 센서(601)는 제1 (x) 방향과 제2 (y) 방향을 따른 객체의 위치를 결정하도록 동작할 수 있다. 센서(601)는 센서의 감응 영역을 한정하는 전극 패턴(603)을 가진 기판(602)과 컨트롤러(604)를 포함한다. 이 실시예에서 전극 패턴은 기판의 양면에 있다. 다른 실시예에서 전극 패턴(603)은 기판의 한면에 배치될 수 있다.
기판(602) 상의 전극 패턴(603)은 종래 기법(예컨대 리소그래피, 증착 또는 에칭 기법)을 이용하여 제공될 수 있다. 이 예에서 기판(603)은 투명 플라스틱 재료, 이 경우에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 되어 있다. 전극 패턴을 구성하는 전극은 투명 도전 재료, 이 경우에는 인듐 주석 산화물(ITO)로 되어 있다. 따라서 센서의 감응 영역은 전체적으로 투과적이다. 이것은 센서가 모호함(obscuration)없이 기저 디스플레이 상에서 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 다른 실시예에서 센서는 비투과적일 수 있는데, 예컨대 종래의 인쇄 회로 기판이나, 기타 예컨대 이동 전화 키패드에 사용되는 구리 전극 패턴을 가진 기판을 포함할 수 있다.
컨트롤러(604)는 전극 패턴(603)의 일부에 구동 신호를 공급하는 구동 유닛(605), 전극 패턴(603)의 다른 부분으로부터의 신호를 감지하는 감지 유닛(606), 및 전극 패턴의 서로 다른 부분에 인가된 구동 신호에 대해 보여지는 서로 다른 감지 신호에 기초하여 위치 센서에 인접한 임의의 객체의 위치를 산출하는 처리 유닛(607)의 기능성을 제공한다. 따라서 컨트롤러(604)는 위치 센서(601)에 인접한 객체, 예컨대 손가락이나 스타일러스의 위치를 결정하기 위하여 구동 유닛과 감지 유닛의 동작 및 처리 유닛(607) 내의 감지 유닛(606)으로부터의 응답의 처리를 제어한다. 구동 유닛(605), 감지 유닛(606) 및 처리 유닛(607)은 도 6a에서 컨트롤러 내의 개별적인 요소로서 개략적으로 도시되어 있다. 그러나 일반적으로는 이들 모든 요소들의 기능성은 단일의 집적 회로 칩, 예컨대 적당하게 프로그램된 범용 마이크로프로세서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 또는 주문형 집적 회로에 의해 제공될 것이다.
도 6b와 6c는 각각 2D 용량성 위치 센서(601)의 기판의 정면과 배면 상의 전극 패턴을 개략적으로 보여준다.
도 6b는 정면도이고 도 6c는 배면도임에 유의한다. 그러나 용어 "정면"과 "배면"은 편의상 센서 기판의 대향측(면)을 지칭하기 위해 이용되는 것임을 알아야 한다. 이 용어는 센서나 그 기판의 임의의 특정 공간적인 배향을 의미하는 것은 아니다. 정면이라는 용어는 일반적으로 센서의 통상적인 사용시에 통상적으로 피감지 객체와 대면하는 센서면을 식별하는데 사용될 것이다. 배면이라는 용어는 일반적으로 그 대향면(즉 통상적인 사용시에 통상적으로 피감지 객체로부터 떨어져서 대면하는 면)을 식별하는데 사용될 것이다. 그렇기는 하지만 전부는 아니더라도 많은 경우에 센서 기판은 센서가 포인팅 객체가 접근하는 면에 상관없이(즉 어느 면이 정면으로 생각되고 어느 면이 배면으로 생각되는지 간에 상관없이) 동작한다는 점에서 충분히 양면을 다 이용할 수 있음을 잘 알 것이다.
기판의 정면상의 전극 패터닝(도 6b)은 복수의 상호접속된 감지 요소(609)(검게 나타냄)와 복수의 구동 요소(610)(중간 회색으로 나타냄)를 포함한다.
감지 요소(609)는 일반적으로 형상이 원형이며 센서 기판에 걸쳐 규칙적인 5 x 7 어레이로 배열된다. 감지 요소(609)는 감지 요소 접속 트레이스(611)(도 6b에서 검게 나타냄)의 적당한 구성에 의해 상호접속된다. 이것은 본 예에서는 수평 행 내에서 각 감지 요소를 그 인접한 감지 요소에 직접 연결함으로써 달성된다. 그런 다음에 집적 연결된 감지 요소의 수평 행들은 도 6b에 도시된 전극 패터닝의 좌측 아래로 진행하는 접속 트레이스에 의해 서로 연결된다. 이에 따라서 감지 요소 전부가 서로 연결되어 센서의 2D 감응 영역에 걸쳐 양 차원으로 분포된 상호접속된 감지 요소를 포함하는 단일 감지 전극을 제공한다. 이 감지 전극은 감지 전극 배선을 통해 센서의 컨트롤러(예컨대 도 6a에 도시된 것과 같은 컨트롤러) 내의 감지 유닛의 감지 채널(S)에 연결된다. 감지 채널(S)은 컨트롤러에 의해 상호접속된 감지 요소 그룹에 결합되는 전하량을 결정하도록 제어된다.
도 6b에 도시된 기판 측면의 구동 요소(610)는 센서 기판에 걸쳐 규칙적인 5 x 6 어레이로 배열된다. 구동 요소 각각은 감지 요소(609) 각각에 인접하여 그들 사이에 위치한다. 따라서 이러한 배치는 교대하는 감지 요소와 구동 요소의 열을 제공한다. 구동 요소와 감지 요소는 서로 가까이 이격되어 있다. 구동 요소(610)는 일반적으로 육각형(이 예에서는 등변이 아님)이지만, 감지 요소의 원 형상을 수용하도록 감지 요소(609)에 인접한 면의 에지가 안쪽으로 굽어져 있다. 각 행에서의 구동 요소는 구동 요소 접속 트레이스(612)의 적당한 구성(도 6b에 중간 회색으로 나타냄)에 의해 서로 연결된다.
따라서 도 6b에 도시된 센서 기판 측면 상의 복수의 구동 요소(610)는 6개의 행 전극 X1, X2, X3, X4, X5 및 X6으로 배열된 것으로 생각할 수 있다. 도 6b 에 도시된 배향에 있어서는 이들 행 전극은 수평으로 진행하며 서로 수직으로 이격되어 있다. 여기서 사용되는 수직, 수평, 상부, 하부 등과 같은 용어는 일반적으로 명세서에서 달리 명시하지 않는 한 도면에 도시된 대로의 센서 배향을 말한다. 이들 용어는 센서의 통상 사용시에 센서의 특정 배향을 말하는 것은 아니다. 더욱이 열과 행이라는 용어는 단지 2개의 서로 다른 임의의 방향 간, 이 경우에는 수직 방향과 수평 방향 간을 쉽게 구별할 수 있는 라벨로서 사용되나, 일반적으로는 행과 열은 직교할 필요는 없음을 알아야 한다.
구동 요소의 각각의 행(즉 각각의 행 전극)은 행 구동 배선을 통해 센서의 컨트롤러의 구동 유닛 내의 각자의 구동 채널 XD1, XD2, XD3, XD4, XD5 및 XD6에 연결된다. 이 예에서는 행 전극마다 독립적인 구동 채널이 구비된다. 그러나 적당한 멀티플렉싱을 가진 단일 구동 채널도 사용될 수 있다. 구동 채널은 후술하는 바와 같이 컨트롤러에 의해 구동 요소의 행들의 각자의 행(행 전극)에 구동 신호를 인가하도록 제어된다.
기판의 배면의 전극 패터닝(도 6c)은 추가의 복수의 구동 요소(613)(도면에서 중간 회색으로 나타냄)를 포함한다. 이들 구동 요소(613)는 센서 기판에 걸쳐 규칙적인 4 x 7 어레이로 배열된다. 도 6b에 도시된 기판 면상의 전극 패터닝에 대한 기판의 이 측면 상의 구동 요소(613)의 위치는 도 6c에서는, 도 6b에 도시된 전극 패터닝의 옅은 회색(light grey) 표시로부터 알 수 있다. 따라서 기판의 배면 상의 구동 요소(613)는 교대하는 감지 요소와 구동 요소의 행을 제공하도록 감지 요소들(609) 간에 (투사된 평면도로) 위치해 있다. 구동 요소(613)와 감지 요소는 (투사적으로는) 중첩하지 않는다. 구동 요소(613)는 일반적으로 육각형이지만, 감지 요소의 원형상을 중첩없이 수용하도록 감지 요소(609)의 기판의 배면으로의 투사에 인접한 코너에서의 절단부가 안쪽으로 굽어져 있다. 각각의 열에서의 구동 요소(613)는 구동 요소 접속 트레이스(614)의 적당한 구성(도 6b에 중간 회색으로 나타냄)에 의해 서로 연결된다.
따라서 도 6c에 도시된 센서 기판 배면 상의 복수의 구동 요소(613)는 4개의 열 전극 Y1, Y2, Y3 및 Y4로 배열된 것으로 생각할 수 있다. 도 6c에 도시된 배향에 있어서는 이들 열 전극은 수직적으로 진행하며 서로 수평적으로 이격되어 있다.
구동 요소(613)의 각 열은 열 구동 배선을 통해 센서 컨트롤러 내의 각자의 구동 채널 YD1, YD2, YD3 및 YD4에 연결된다. 이들 구동 채널은 행 전극에 연결된 구동 채널 XD1, XD2, XD3, XD4, XD5 및 XD6과 같을 수 있다. 이 예에서는 열 전극마다 독립적인 구동 채널이 구비된다. 그러나 적당한 멀티플렉싱을 가진 단일 구동 채널도 사용될 수 있다. 구동 채널은 후술하는 바와 같이 컨트롤러에 의해 구동 요소(613)의 열들의 각자의 열에 구동 신호를 인가하도록 제어된다. (적당한 멀티플렉싱을 가진 단일 구동 채널은 모든 구동 채널 XD1, XD2, XD3, XD4, XD5, XD6, YD1, YD2, YD3 및 YD4의 기능성을 제공할 수 있다.)
도 6a는 정면(도 6b)과 배면(도 6c) 상의 전극 패터닝이 함께 나타난 도 6b 및 6C에 도시된 센서(608)의 개략적인 정면 평면도이다.
따라서 센서(608)는 복수의 피구동 행 전극, 복수의 피구동 열 전극, 및 위치 센서의 감응 영역에 걸쳐 이 피구동 행 전극과 피구동 열 전극들 사이에 배치된 상호접속된 감지 요소의 네트워크를 포함하는 단일 감지 전극을 포함한다. 구동 요소(610, 613)와 감지 요소(609)의 각 인접 쌍은 (투사적으로 보는 바와 같이, 즉 구동 요소와 감지 요소가 기판의 동일면에 있는지의 여부에 상관없이) 이산적 위치 센서 영역에 대응하는 것으로 생각할 수 있다. 사용시, US 6,452,514에 기재된 바와 같이, 객체의 위치는 열 전극과 행 전극이 각자의 구동 채널에 의해 순차적으로 구동되는 측정 획득 사이클에서 결정되고, 피구동 행 전극과 피구동 열 전극 각각으로부터 감지 전극에 전달된 전하량은 감지 채널에 의해 결정된다.
인가된 용량성 부하를 나타내는 감지 유닛(606)에 의해 측정된 신호 값은 처리 회로(607)에 제공된다. 위치 센서는 일련의 이산적 키로 취급될 것이다. 이산적 키의 위치는 x 및 y 구동 요소의 교차점에 있다. 처리 회로(607)는 이산적 키 각각에 대해, 그와 관련된 인가된 용량 부하를 나타내는 신호 값을 결정하도록 구성된다. 인가된 용량성 부하를 나타내는 이산적 키의 위치와 그 관련 신호 값은 호스트 컨트롤러(615)에 보고된다. 호스트 컨트롤러(615)는 위치 센서 상의 터치 수를 계산하고 복수의 터치의 위치를 보간할 것이다. 호스트 컨트롤러는 마이크로컨트롤러와 같은 단일의 로직 장치일 수 있다. 마이크로컨트롤러는 바람직하게는 푸시 풀 타입 CMOS 핀 구조와, 전압 비교기로서 기능하도록 만들어질 수 있는 입력부를 가질 수 있다. 가장 흔한 마이크로컨트롤러 I/O 포트는 거의 이상적인 MOSFET 스위치는 물론 비교적 고정된 입력 임계 전압을 갖고 있으므로 이 능력을 가질 수 있다. 필요한 기능들은 단일의 범용 프로그래머블 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 또는, 예컨대 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)나 주문형 집적 칩(ASIC)과 같은 기타 다른 집적 칩에 의해 제공될 수 있다.
도 6a의 2D 터치 감응 용량성 위치 센서(601)의 레이아웃과 기능에 대해서 설명하였다. 이제 도 7과 도 8을 참조로 도 6a의 2D 터치 감응 용량성 위치 센서(601)를 이용하여 위치 센서의 단일 또는 복수의 터치의 위치를 찾는 방법에 대해 설명한다.
도 7은 호스트 컨트롤러(615)에서 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어로 구현된 신호 처리 방법의 단계를 보여주는 흐름도이다. 도 8a 내지 8E는 예시적인 터치 입력 세트에 대한 처리의 여러 가지 포인트에서 연속적으로 제2 실시예의 터치 패널의 4x6 터치 버튼 어레이를 보여준다.
도 8a는 도 7의 단계(S701)의 단일 획득에서 획득된 신호의 미가공 데이터 값을 가진 4x6 그리드를 보여준다. 그리드 스퀘어들 각각은 용량성 위치 센서(601)의 이산적 키들 중 하나를 나타낸다. 2개의 동시적인 손가락 터치는 파선으로 표시된 위치에 존재한다. 미가공 데이터 값은 임의의 단위로 정해진다. 패널의 상단 좌측 근처에 손가락 터치가 한 개 있고, 패널의 하단 우측 근처에도 손가락 터치가 한 개 있다.
도 8b는 임계치보다 큰 복귀 신호를 가진 5개의 키, 즉 인-디텍트 키의 위치를 음영 패널로서 보여준다. 이산적 키 각각은 K(a,b)로 표시되는데, 여기서 'a'는 그리드의 좌측의 '1'에서 시작하는 열 위치이고, 'b'는 그리드의 상단의 '1'에서 시작하는 행 위치이다(즉 도 8b의 음영 요소(802)는 K(1,1)이다). 인-디텍트 키의 위치는 K(1,1), K(2,2), K(3,3), K(3,5) 및 K(4,5)이다.
단계(S701)에서는 각 이산적 키의 신호 값은 처리 회로(607)로부터 획득되는데, 이 값은 위치 센서(601)에 인가된 용량성 부하를 나타낸다.
단계(S702)에서는 임계치보다 큰 신호가 있는지 여부를 판단한다. 만일 처리 회로(607)로부터 획득된 신호들 중 어느 것도 인-디텍트하지 않으면, 알고리즘은 단계(S701)로 되돌아가서 새로운 이산적 키 신호 값 세트를 획득한다. 이것은 이산적 키 값 중 적어도 하나가 Vt보다 크거나 같게 될 때까지 또는 루프가 적당한 제어 신호에 의해 종료될 때까지 계속될 것이다. 신호 획득들 간의 시간 간격은 임계치보다 큰 신호가 수신되지 않으면 전력을 절감하기 위하여 시간에 따라 증가될 수 있음을 알 것이다. 다른 선택은 터치 패널 장치가 임계치보다 큰 신호가 수신되지 않는 특정 기간 후에 완전히 작동 중지되는 것인데, 이는 재작동하기 위해, 즉 절전 모드로 들어가기 위해 별도의 제어 입력을 필요로 한다.
단계(S703)에서는 인-디텍트 신호 값들 모두를 서로 비교하여 최고 신호 값을 가진 이산적 키를 찾는다. 최고 인-디텍트 신호 값은 위치 K(2,2)(803)에 있는 이산적 키의 값이다. 인 디텍트 이산적 키 중 최고 신호 값을 가진 키는 T1(803)으로 표시한다.
단계(S704)에서는 할당된 키 T1(803)에 인접한 모든 키는 이들 키가 다음의 처리 단계에서 무시되도록 억제된다. 할당된 터치 T1(803)에 인접한 위치 센서의 영역은 도 8c에서 파선 경계(804)로 나타낸다.
도 8c는 단계(S704)에서 현재 미음영 그리드 스퀘어(805)에 의해 억제된 2개의 키의 위치를 보여준다. 억제된 키는 그리드 위치 K(1,1)과 K(3,3)에 있다.
단계(S705)에서는 나머지 이산적 키들의 신호 값들이 임계치 Vt와 비교된다. 나머지 키 신호들 중 임계치 Vt보다 크거나 같은 것이 없다면, 프로세스 흐름은 단계(S709)로 점프한다. 반면에 임계치 Vt보다 크거나 같은 신호 값을 가진 인-디텍트 어레이 키가 있다면, 다음 최고 신호 값을 가진 키에 기초하여 터치 위치의 할당이 반복된다. 도 8c에 도시된 예시적인 입력에 있어서는 나머지 인-디텍트 이산적 키 신호 값은 위치 K(3,5)와 K(4,5)에 있다.
단계(S706)에서는 나머지 인-디텍트 키로부터의 신호 값들은 서로 비교되어 최고 신호 값을 찾는다. 이 예에서 최고 신호 값은 이산적 키 위치 K(4,5)(806)에 있으며, T2로 표시된다.
단계(S707)에서는 할당된 키 T2(806)에 인접한 모든 키는 이들 키가 다음의 처리 단계에서 무시되도록 억제된다. 할당된 터치 T2(806)에 인접한 위치 센서의 영역은 도 8c에서 파선 경계(804)로 나타낸다.
도 8d는 현재 미음영 이산적 위치 K(4,5)(808)에 의해 억제된 키의 위치를 보여준다.
단계(S708)에서는 나머지 이산적 키 신호 값들이 임계치 Vt와 비교된다. (도시된 예에서처럼) 나머지 키 신호 값들 중 임계치 Vt보다 크거나 같은 것이 없다면, 알고리즘의 단계(S709)가 실행된다. 그러나 임계치보다 큰 신호 값을 가진 키가 남아 있다면, 알고리즘은 단계(S706)에서부터 단계(S708)까지 반복되어 추가적인 이산적 키 T3를 할당한다. 이 프로세스는 단계(S708)가 널 값을 리턴할 때까지 반복된다.
프로세스의 이 시점에서 위치 센서 상의 터치의 위치의 할당은 끝마치고, 프로세스는 추가 단계, 즉 보간 단계로 넘어간다.
단계(S709)에서는 보간이 실시된다. 이 보간 절차는 제1 실시예에 전술한 것과 동일하다.
더욱이 프로세서로부터 수집 분석된 출력을 제공하기 위하여 터치의 추적도 실시될 수 있는데, 이 경우에 연속한 데이터 샘플로부터의 좌표는 이들이 터치 패널 위에서 움직이는 객체로부터 나온 것으로 생각된다면 연속적으로 출력된다. 이 추적은 제1 실시예와 관련하여 전술한 것과 동일한 방식으로 실시될 수 있다.
호스트 컨트롤러(615)는 이산적 시각 t1, t2 ......에서 객체 T1 내지 Tn의 일련의 위치 좌표를 출력라인(616) 상에서 출력할 것이다. 호스트 컨트롤러(616)는 고정된 시 구간에서 위치 센서(601)를 폴링할 것이다.
제2 실시예에서는 단 하나의 이산적 키의 분리를 갖는 위치 센서 상의 복수의 터치를 검출할 수 있음에 유의한다. 이산적 키로부터의 신호 값은 위치 센서 상의 터치의 좌표 계산 중에 공유된다. 바람직하게는 이 상황에서 보간 알고리즘은 공유된 키에 감소된 가중화, 예컨대 반(half) 가중화가 주어지도록 가중화된다. 윈칙적으로는 서로 가까이 있는 복수의 터치를 검출할 수 있는 것이 바람직하지만, 제2 실시예에서는 이것은, 제2 실시예에서의 프로세서에 의해 출력된 2개의 인접한 터치가 실제로는 2개의 구별되는 동작이 아니라 더 큰 객체에 의한 단일 동작일 수 있고 이들 2가지 가능성은 구별될 수 없다는 점에서, 신뢰성 저하의 잠재적 비용에 접근하는 것에 유의한다.
따라서 제2 실시예는 제1 실시예를 간략화한 것으로 생각할 수 있다. 주요 간략화는 2가지가 있다. 첫째, 용량 신호 값들 중 하나가 극소값보다 작아야 한다는 요건이 없다(즉 제1 실시예의 단계(S303)와 유사하지 않다). 둘째, 제2 실시예에서 실시된 국소화된 AKS의 형태는 그 영역에서 최고 신호 값을 가진 키가 선택된 것이라는 점에서 원시적(primitive)이다. 이 2개의 실시예로부터의 특성은 서로 교환될 수 있음을 알아야 한다. 예컨대 제1 실시예는 용량 신호 값들 중 하나가 극소값보다 작아야 한다는 요건을 없앰으로써 간략화될 수 있다.
상기 실시예들은 여러 가지로 변형이 가능함을 알아야 한다.
예컨대 LAKS 영역의 크기는 위와 아래로 단 4개의 직접 인접한 키; (도시된 예에서와 같이) 8개의 직접 인접한 키 모두; 또는 가장 가까운 인접 키는 물론 그 다음 가까운 인접 키를 포함하도록 변경될 수 있다.
다른 변형은 터치 패널 상의 모든 감지 요소가 적어도 하나의 LAKS 영역으로 덮일 때까지 선택된 키 T1, T2, ..., TN의 식별을 반복하고, 그 후에만 임계치 테스트를 적용하는 것이다.
다른 변형은 터치 위치가 LAKS 영역 내의 모든 신호 값들 사이를 보간함으로써 결정되는 보간에 관한 것이다. 이 변형에 의하면 후속 보간이 기초하는 주요한 요소인 LAKS 영역 내의 특정 요소를 선택하는 처리 단계를 수행할 필요가 없다.
또한 제1 및 제2 실시예의 방법은 보간 단계를 생략할 수 있고, 이 경우에는 각 영역에서의 터치 위치는 LAKS 알고리즘으로부터의 기본 출력으로 택해짐을 알아야 한다. 이것은 터치 패널의 "소프트(soft)" 키들 간에 1 대 1 맵핑이 있는 경우에, 예컨대 소프트 키가 키패드와, 감지 요소, 즉 전극 패터닝에 의해 한정된 센서 위치를 에뮬레이트하는 경우에 바람직한 선택이 될 것이다.
또한 위치 센서(201)가 본 발명의 제1 실시예를 설명하는데 이용되었고 위치 센서(601)가 본 발명의 제2 실시예를 설명하는데 이용되었지만, 이들은 서로 교환될 수 있다. 위치 센서(201)는 용량 값이 감지 전극과 전기적 접지와 같은 기준 전위 간에 설정된 값인 소위 수동형 센서의 예인 반면에, 위치 센서(601)는 용량 값이 폴링 라인과 감지 라인 간의 용량성 결합의 측정치이고, 결합 량은 작동 객체에 의해 영향을 받고 따라서 그 측정치인 소위 능동형 센서의 예이다. 임의 형태의 수동형 또는 능동형 센서는 전술한 2가지 특정 예에 대해서뿐만 아니라 터치 패널에 대해서도 이용될 수 있음을 알아야 한다. 더욱이 감지 요소의 직사각형 또는 정사각형 어레이는 가장 일반적이고 편리하지만, 기술적으로는 다른 여러 가지 감지 요소 분포를 제공할 수 있을 것이다. 더욱이 감지 요소는 x와 y에서 그리드 라인 어레이로 구성될 필요가 없다. 이들은 이산적 키로 구성되어도 된다. 더욱이 감지 요소는 등간격 또는 부등간격으로 분포되어도 된다.
본 발명은 US 5,825,352(여기에 인용으로 포함됨)에 기재된 사용 모드를 포함하여, 여기서 정의된 "포인트 및 클릭", "포인트 및 더블 클릭", "드래그", "드래그 및 클릭", "드래그 록" 및 "잉크"와 같은 마우스 동작을 에뮬레이트하는 터치 패드를 가진 마우스 타입 애플리케이션에 적용될 수 있다.
도 9a는 개인용 컴퓨터의 디스플레이 모니터(901)와 입력 장치(902)를 개략적으로 도시한 것이다. 이 예에서 입력 장치(902)는 사용자가 개인용 컴퓨터에 문자를 입력하는 영숫자 키보드(903)와, 본 발명에서 설명된 용량성 센서들 중 하나일 수 있는 터치 패드(904)를 포함한다. 터치 패드(904)는 키보드(903)와는 별도의 장치일 수 있음을 알아야 한다. 종래의 컴퓨터 터치 패드도 다수의 마우스 버튼을 포함하여, 사용자가 커서를 작동하고 상기 마우스 버튼들 중 하나를 클릭하여 항목을 선택할 수 있도록 할 수 있다. 종래의 터치 패드는 터치 패드의 표면을 손가락으로 두드려서 마우스 버튼으로서, 또는 터치 패드 표면 위에서 손가락을 이동시킴으로써 디스플레이 모니터상에서 커서를 이동시키는 가능성을 제공하지만, 종래의 터치 패드는 이들 기능을 동시에 수행하는 데는 사용될 수 없다. 개인용 컴퓨터는 디스플레이 모니터(901) 내에 포함될 수 있고, 또는 터치 패드(904)는 랩톱 컴퓨터의 입력 장치들 중 하나일 수 있음을 알아야 한다.
본 발명에서 설명된 터치 패드(904)에 의해서 사용자는 다른 손가락 2개를 이용하여 개인용 컴퓨터의 2가지 서로 다른 기능을 수행할 수 있다. 예컨대 사용자는 터치 패드의 표면상에서 손가락 하나를 이용하여 디스플레이 모니터(901) 상에 표시된 커서를 이동시킬 수 있고, 또 다른 손가락 하나를 이용하여 마우스 버튼처럼 터치 패드(904)의 표면을 두드려 항목을 선택할 수 있다. 이것은 먼저 터치 패드의 표면상에서 첫 번째 손가락을 가지고 디스플레이 모니터(901) 상에 표시된 커서를 필요한 데이터 파일 상에 위치할 때까지 이동시킴으로써 데이터 파일을 편성하는데 이용될 수 있다. 데이터 파일은 두 번째 손가락을 터치 패드의 표면에 놓음으로써 선택된다. 그런 다음에 두 번째 손가락이 터치 패드의 표면에 접촉하고 있는 동안에 첫 번째 손가락을 터치 패드의 표면을 따라 이동시킴으로써 데이터 파일은 다른 위치로 이동된다. 데이터 파일이 새로운 원하는 위치에 있게 되면, 두 번째 손가락을 터치 패드 표면에서 떼어 데이터 파일을 선택 해제한다. 상기 설명에서 두 번째 손가락을 첫 번째 손가락과 동시에 움직여 사용자가 이 기능을 한 손으로 실시할 수도 있음을 알아야 한다.
본 발명으로 구현될 수 있는 추가 기능은 첫 번째 손가락을 브러시로 이용하고 두 번째 손가락을 이용하여 온 스크린 팔레트로부터 필요한 색을 선택하는 개인용 컴퓨터를 이용한 "페인트(paint)" 능력이다. 첫 번째 손가락은 터치 패드(904)의 표면에서 디스플레이 모니터(901) 상에 표시된 종래의 1차 커서가 컴퓨터상에 영상을 그리도록 제어하는데 이용된다. 쉽게 선택될 수 있는 컬러들의 팔레트는 소프트웨어 내에 구현되고 디스플레이 모니터(901) 상에 표시될 것이다. 사용자는 두 번째 손가락을 이용하여 터치 패드(904) 상의 "탭"을 이용하여 선택될 수 있는 팔레트의 필요 색 위로 2차 커서를 이동시킬 것이다. 또한 사용자는 2차 커서를 이용하여 전술한 방법에서 색 이외에도 브러시 종류와 브러시 크기를 변경할 수도 있다. 이에 의해 사용자는 언제나 영상 상에 1차 커서(브러시)를 유지할 수 있기 때문에 더욱 자유롭게 영상을 그릴 수가 있을 것이다.
도 9b는 본 발명에 따른 터치 패드 센서(907)를 내장한 셀룰러 전화(905)를 개략적으로 도시한 것이다. 이 터치 패드 센서는 사용자의 손가락 또는 스타일러스과 터치 패드 센서(907) 사이의 용량성 결합을 계속 가능하게 하면서 디스플레이 스크린(906)이 사용자에게 보일 수 있도록 디스플레이 스크린의 정면에 내장된다. 본 발명의 이 예에서 사용자는 터치 패드 상에서 손가락 또는 스타일러스을 이용하여 디스플레이 스크린상에 표시된 항목을 선택하여 이동시킬 수 있다. 터치 패드는 디스플레이 스크린에 내장되며, 따라서 '커서'는 사용자의 손가락 또는 스타일러스의 움직임을 따를 것이다. 도 9b에 도시된 본 발명의 이 예에는 도 9a에 대해 전술한 것과 동일한 기능이 적용될 수 있다.
대안으로서, 터치 패드(907) 영역은 디스플레이 스크린(906)을 보는데만 이용되는 센서 영역과 종래의 터치 패드 센서로서만 이용되는 센서 영역으로 분할될 수 있으며, 이에 따라 사용자는 전술한 방식과 같은 방식으로 커서를 이동시켜 항목을 선택할 수 있다.
본 발명으로 구현될 수 있는 추가 가능은 셀룰러 전화(905)에서의 게임 제어이다. 터치 패드(907)는 디스플레이 스크린(906)과 동일한 영역을 덮고 있지만, 이것은 중앙의 디스플레이 영역의 좌측과 우측에 사용자 제어부가 있도록 분할될 수 있다. 사용자는 2가지 서로 다른 게임 기능을 제어할 수 있도록 두 개의 손가락 또는 엄지를 각각 터치 패드(907)의 좌측과 우측에 두고 사용할 수 있다. 예컨대 터치 패드(907)의 좌측부는 상, 하, 좌 및 우를 포함하는 이동 제어부일 수 있고, 터치 패드(907)의 우측 제어부는 버튼 계열일 수 있다. 예컨대 이것은 터치 패드(907)의 좌측에 있는 좌이동 및 우이동 제어부를 이용하여 운전대를 조종하고 터치 패드(907)의 우측에 있는 버튼을 이용하여 게임에서 차량을 가감속하는 운전 게임에 이용될 수 있다.
요약하면, 상기로부터 복수의 동시적인 터치를 검출할 수 있는 용량성 터치 패널이 제공될 수 있음을 알 것이다. 이 터치 패널은 용량 신호 값 세트를 터치 패널 상의 단일 또는 복수의 터치 위치의 좌표를 계산하는 프로세서에 전달한다. 각 세트의 처리는 (i) 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소를 식별하는 단계; (ii) 그 감지 요소 주위의 영역을 한정하는 단계; 및 (iii) 이 처리를 반복하는 단계에 의해 수행되며, 각 후속 식별 단계는 이미 한정된 영역에 있는 신호를 배제한다. 따라서 신호 처리가 터치 패널 내의 영역 또는 서브 블록의 연속한 한정에 기초하는 멀티 터치 센서가 제공된다. 그러면 인접한 신호 값들 간에 보간을 적용함으로써 각 영역 내의 터치 위치가 더욱 정확하게 결정될 수 있다. 이에 따라 터치 패널의 전극 패터닝에 의해 정해지는 스케일보다 더욱 미세한 스케일의 위치 해상력을 얻을 수 있다.
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Claims (16)

  1. (a) 복수의 감지 요소가 전면에 분포된 터치 패널;
    (b) 상기 감지 요소들에 연결되어, 상기 감지 요소 각각으로부터의 용량 신호 값으로 각각 구성된 용량 신호 값들의 세트들을 획득하도록 반복적으로 동작가능한 용량 측정 회로; 및
    (c) 상기 용량 신호 값들의 세트들을 수신하도록 연결되어, 상기 터치 패널 상의 단일 또는 복수의 터치 위치의 좌표들을 계산하여 출력하기 위해 각 세트를 처리하도록 동작가능한 프로세서
    를 포함하며, 상기 각 세트의 처리는,
    (i) 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소를 식별하는 단계;
    (ii) 상기 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소 및 그 인접한 감지 요소들 중 선택된 감지 요소들을 포함하는 상기 터치 패널의 영역을 한정하는 단계;
    (iii) 하나 또는 그 이상의 추가적인 감지 요소를 각각 식별하고 영역을 한정하는 단계 - 이 단계에서 용량 신호 값들이 상기 터치 패널의 이전에 한정된 영역들 내에 있다면 상기 용량 신호 값들을 고려 대상에서 제외함 - ; 및
    (iv) 식별된 각 영역 내의 상기 터치 위치의 좌표들을 나타내는 데이터를 출력하는 단계
    에 의해 수행되는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식별 단계는 임계치 이하의 용량 신호 값들을 가진 임의의 감지 요소들을 고려 대상에서 제외하는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 최대 용량 신호 값을 가진 각 영역 내의 감지 요소는 해당 영역의 주작동 감지 요소로 택해지는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    임계치보다 큰 용량 신호 값을 가진 감지 요소들 중에서 상기 터치 패널 상의 최고 위치에 있는 각 영역 내의 감지 요소는 해당 영역의 주작동 감지 요소로 택해지는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    각 영역 내의 터치 위치는 주작동 감지 요소에 있는 것으로 택해지는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    각 영역 내의 터치 위치는 해당 영역 내의 상기 감지 요소들 중 적어도 일부의 용량 신호 값들 간에 보간을 적용함으로써 결정되는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보간은 상기 영역의 주작동 감지 요소인 것으로 식별된 감지 요소와 그 인접한 감지 요소에 한정된 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보간은 각 영역 내의 감지 요소 전부를 포함하는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서.
  9. (a) 복수의 감지 요소가 전면에 분포된 터치 패널; (b) 상기 감지 요소에 연결되어, 상기 감지 요소들 각각으로부터의 용량 신호 값으로 각각 구성된 용량 신호 값들의 세트들을 획득하도록 반복적으로 동작가능한 용량 측정 회로; 및 (c) 상기 용량 신호 값들의 세트들을 수신하도록 연결되어, 상기 터치 패널 상의 단일 또는 복수의 터치 위치의 좌표들을 계산하여 출력하기 위해 각 세트를 처리하도록 동작가능한 프로세서를 포함하는 2D 터치 감응 용량성 위치 센서로부터의 신호들을 처리하는 방법으로서,
    상기 각 세트의 처리 방법은,
    (i) 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소를 식별하는 단계;
    (ii) 상기 최대 용량 신호 값을 가진 감지 요소 및 그 인접한 감지 요소들 중 선택된 감지 요소들을 포함하는 상기 터치 패널의 영역을 한정하는 단계;
    (iii) 하나 또는 그 이상의 추가적인 감지 요소를 각각 식별하고 영역을 한정하는 단계 - 이 단계에서 용량 신호 값들이 상기 터치 패널의 이전에 한정된 영역들 내에 있다면 상기 용량 신호 값들을 고려 대상에서 제외함 - ; 및
    (iv) 식별된 각 영역 내의 상기 터치 위치의 좌표들을 나타내는 데이터를 출력하는 단계
    를 포함하는 신호 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 식별 단계는 임계치 이하의 용량 신호 값들을 가진 임의의 감지 요소들을 고려 대상에서 제외하는 신호 처리 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 최대 용량 신호 값을 가진 각 영역 내의 감지 요소는 해당 영역의 주작동 감지 요소로 택해지는 신호 처리 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    임계치보다 큰 용량 신호 값을 가진 감지 요소들 중에서 상기 터치 패널 상의 최고 위치에 있는 각 영역 내의 감지 요소는 해당 영역의 주작동 감지 요소로 택해지는 신호 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    각 영역 내의 터치 위치는 주작동 감지 요소에 있는 것으로 택해지는 신호 처리 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    각 영역 내의 터치 위치는 해당 영역 내의 상기 감지 요소들 중 적어도 일부의 용량 신호 값들 간에 보간을 적용함으로써 결정되는 신호 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 보간은 상기 영역의 주작동 감지 요소인 것으로 식별된 감지 요소와 그 인접한 감지 요소에 한정된 신호 처리 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 보간은 각 영역 내의 감지 요소 전부를 포함하는 신호 처리 방법.
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