KR101645725B1

KR101645725B1 - 입력 시스템 및 입력 방법

Info

Publication number: KR101645725B1
Application number: KR1020090093917A
Authority: KR
Inventors: 올리버 피터 킹-스미스; 버날더스 에이치. 스미트; 페이만 하디자드
Original assignee: 가부시키가이샤 와코무
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2016-08-04
Also published as: US11429221B2; US11720201B2; US9495037B2; US20150277595A1; US20100085325A1; US12032774B2; TWI483146B; US12079417B2; EP2172834B1; CN103760993B; TWI563416B; CN103761000A; US20140210787A1; US20190050109A1; CN103760993A; IL232299A; IL232296A; IL232297A; US9542036B2; IL232299A0

Abstract

손가락 및/또는 펜 형상의 위치 지시기를 사용함으로써, 입력 조작을 용이하게 하는 입력 시스템 및 입력 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

이 입력 시스템은 전계(電界)를 발생시키는 위치 지시기와, 전극 어레이(센서) 및 제어 수단을 구비하여 구성된다. 위치 지시기는 펜 압력 데이터 및 스위치 상태 데이터 등의 디지털 데이터를 소정의 전송 방식을 사용하여 전극 어레이에 송신한다. 이를 위해, 위치 지시기는, 예를 들어 디지털 데이터를 변조/부호화하기 위한 구성을 구비한다. 이 입력 시스템은 터치 검지 모드 및 위치 지시기 검지 모드 각각으로 동작하도록 구성된다. 터치 검지 모드에서는 전극 어레이를 구성하는 제1 방향으로 배치된 전극에 유기(誘起)된 신호를 사용하여 손가락 등의 근접 대상물을 용량(容量) 결합으로 검지함으로써 대상물의 위치를 결정한다. 위치 지시기 검지 모드에서는 전극 어레이를 구성하는 제1 및 제2 방향으로 배치된 각각의 전극에 유기된 신호를 사용하여 위치 지시기의 위치를 결정함과 아울러, 변조/부호화된 디지털 데이터를 복조/복호화한다.

Description

입력 시스템 및 입력 방법{COMBINATION TOUCH AND TRANSDUCER INPUT SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 일반적으로 전자 디바이스용의 유저ㆍ인터페이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 센서 및 디지타이저(digitizer)ㆍ시스템에 관한 것이다.

다양하고 다른 형식의 입력 장치가, 컴퓨터(예를 들어 랩탑(laptop)형 컴퓨터, 타블렛(tablet)형 컴퓨터, 퍼스널 디지털 컴퓨터) 및 통신 장치(예를 들어 휴대 전화기, 무선 핸드헬드(handheld) 통신 장치)를 비롯한, 다양하고 다른 전자 시스템에 일반적으로 사용되고 있다. 어떤 형식의 입력 장치는 일반적으로 터치 센서 또는 근접 센서라고 칭한다. 터치 센서는 손가락 등의 근접 대상물의 위치를 결정하는 다양하고 다른 기술을 사용한다. 예를 들어 용량식(容量式) 터치 센서는 근접 대상물이 존재하는 것에 의해 생기는 용량 변화를 판단함으로써 근접 대상물의 위치를 결정한다. 다른 형식의 입력 장치는 디지타이저ㆍ타블렛으로 일반적으로 칭해지지만, 그래픽스ㆍ타블렛, 그래픽스ㆍ패드, 또는 묘화 타블렛이라고도 칭해진다. 디지타이저ㆍ타블렛은 전형적으로 스타일러스(stylus) 또는 다른 펜 형상의 묘화 장치로서 실현되는 위치 지시기를 사용하여 유저가 입력 가능한 검지면을 구비하고 있다. 일반적인 디지타이저에서 위치 지시기는 검지면에 의해 검출되는 전자 신호를 방사한다. 검지면에 의해 검출된 전자 신호는 그 다음에 위치 지시기의 위치를 결정하는데 사용되어 처리된다.

일반적으로, 디지타이저는 일반적인 터치 센서와 비교하여, 위치 검출 정밀도 및 분해능(分解能)이 뛰어나다. 통상, 디지타이저는 입력 전용의 위치 지시기를 필요로 한다. 터치 센서의 속성(예를 들어 편리성)을 디지타이저의 개량 정밀도 및 분해능과 조합하는 것이 지금까지 소망되어 왔다. 공교롭게도, 조합식 터치 센서ㆍ디지타이저는 실현에 관련하는 고비용 및 복잡성, 이 조합을 받아 들이는데 필요한 부가적인 3차원 스페이스, 또 터치의 검지 및 위치 지시기의 검지 각각을 서포트할 수 있는 특수한 형식의 디스플레이에 대한 요구 등 때문에, 그 적용성에 제한이 있었다. 이 때문에, 개량식 조합 터치 센서 및 위치 지시기를 사용하는 입력 장치는 계속해서 필요하게 되고 있다.

본 발명의 각 실시예는 유저에 의한 입력을 용이하게 하는 입력 시스템 및 입력 방법을 제공한다. 통상의 대상물(예를 들어 손가락)을 사용함과 아울러, 위치 검출용의 전계를 방사하는 위치 지시기로서의 변환기를 사용함으로써, 터치 조작과 위치 지시기 조작 각각으로 입력할 수 있는 입력 시스템이 제공된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 변환기(예를 들어 스타일러스 형상의 위치 지시기)와, 전극 어레이(전극 배열)와, 이 전극 어레이에 결합된 제어 장치를 구비한, 터치 및 변환기의 조작에 의한 입력을 가능하게 하는 입력 시스템이 제공된다. 상기 전극 어레이 및 상기 제어 장치는 모두, 손가락 등의 근접 대상물의 위치, 및 상기 변환기의 위치 각각을 검출하는데 사용되는 센서를 형성한다. 상기 변환기는 전형적으로 스타일러스 또는 다른 펜 형상의 장치의 형식을 구비하여, 전계를 발생시키도록 구성된다.

상기 센서의 상기 제어 장치는 연속한 샘플링 주기로 근접 대상물 검지 모드(이하, 「터치 모드」라고 칭함) 및 변환기 검지 모드(이하, 「변환기 모드」라고 칭함)의 2개 모드 사이에서 전환(switching)을 행하는 것에 의해, 이들 2개의 모드로 동시에 또는 교대로 동작하도록 구성된다.

상기 터치 모드로 동작할 때, 상기 제어 장치는 상기 전극 어레이를 사용하여, 1개 이상의 대상물(예를 들어 손가락)을 용량적으로 검지함으로써 이 1개 이상 의 대상물의 위치를 결정한다. 일례에서, 상기 제어 장치는 각 대상물에 의해 일어나는 전극 어레이에서의 용량 변화를 검출함으로써 그 대상물의 위치를 결정한다. 상기 변환기 모드로 동작할 때, 상기 제어 장치는 상기 변환기에 의해 발생한 전계에 의해 상기 전극 어레이에 유기되는 복수의 검지 신호의 속성(예를 들어 진폭, 위상 등)을 측정하는 것에 의해 상기 변환기의 위치를 결정한다. 상세하게, 상기 변환기(보다 구체적으로는 안테나부) 및 상기 전극 어레이 각각은 용량 결합되어, 상기 제어 장치는 상기 전극 어레이 각각에 유기되는 변화를 측정하는 것에 의해 상기 변환기의 위치를 결정한다.

상기 변환기는 상기 센서에 디지털 데이터를 송출하도록 구성된다. 예를 들어 상기 변환기에는, 상기 전극 어레이에 송신하기 위한 전계에서 디지털 데이터를 부호화하도록 구성된 전자 회로(예를 들어 마이크로 컨트롤러 장치(microcontroller unit(MCU)) 또는 마이크로 프로세서)를 구비해도 된다. 또, 상기 전자 회로, 보다 구체적으로 메모리 회로에는 변환기 고유의 식별 정보(ID)가 보유된다. 상기 센서의 상기 제어 장치는 상기 전극 어레이에 의해 수신되는 상기 디지털 데이터를 복호화하도록 구성된다. 예를 들어 상기 디지털 데이터는 변환기의 펜 선단(先端)에 가해진 압력, 변환기에 구비된 스위치 상태, 또는 변환기 고유의 식별 정보(ID)에 관계된 데이터를 포함해도 된다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 변환기는 다수의 주파수로 전계를 선택적으로 발생시킴과 아울러, 이 발생한 전계의 주파수 편이(偏移)로 디지털 데이터를 부호화하도록 구성된다. 한편, 상기 제어 장치는 다수의 주파수로 복수의 검지 신호를 검출함과 아울러, 주파수 편이로 부호화된 디지털 데이터를 복호화하도록 구성된다. 상기 다수의 주파수는, 예를 들어 상기 변환기에 의해 송신된 임의의 신호에 의해 발생하는 고조파를 회피하도록, 기본 주파수를 분주(分周)하는 것에 의해 결정해도 된다. 맨체스터 부호화 체계(manchester coding scheme)를 비롯한 임의의 적절한 주파수 편이 키잉(FrequencyShift Keying(FSK)) 기술을 디지털 데이터를 부호화하는데 사용해도 된다. 본 발명의 또다른 형태에 의하면, 진폭 편이 키잉(AmplitudeShift Keying(ASK)) 기술, 위상 편이 키잉(PhaseShift Keying(PSK)) 기술, 및 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation(QAM)) 기술을 비롯한 임의의 다른 디지털 변조 기술을 디지털 데이터를 부호화하는데 사용해도 된다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 디지털 데이터 전송은 쌍방향성이어도 된다. 즉, 상기 변환기로부터 상기 제어 장치에 디지털 데이터를 송신하는 구성 외에, 상기 제어 장치로부터 상기 변환기에 디지털 데이터를 송신하도록 구성할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 후술하는 바와 같이, 상기 변환기와 상기 제어 장치는 비동기적으로 통신한다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 변환기가 다수의 주파수로 전계를 선택적으로 발생시키도록 구성됨과 아울러, 상기 제어 장치는 다수의 주파수 채널 중 하나(또는 1개 이상)의 주파수 채널을 수신 채널로서 선택하도록 추가로 구성된다. 예를 들어 상기 제어 장치는 주파수 채널마다의 신호대 잡음비를 결정함과 아울러, 최고의 신호대 잡음비를 가지는 주파수 채널을 수신 채널로서 선택해도 된다. 본 발명의 또다른 형태에 의하면, 2 시스템 이상의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템이 마련될 때, 제1 시스템에 있어서 변환기는 제1 주파수(또는 제1 조(組)의 주파수)로 전계를 발생하도록 구성됨과 아울러, 제2 시스템에 있어서 변환기는 서로 근접하여 사용될 수 있는 2개의 시스템간의 상호 간섭을 회피하도록 상기 제1 주파수(또는 상기 제1 조의 주파수)와는 다른 제2 주파수(또는 제2 조의 주파수)로 전계를 발생하도록 구성된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 전극 어레이는 서로 실질적으로 평행하게 배치되는 동시에 제1 방향으로 신장(伸長)하는 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극과, 서로 실질적으로 평행하게 배치되는 동시에 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 신장하는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극을 구비한다. 예를 들어 상기 제1 및 제2 방향은 전형적으로 서로 직교할 수 있다. 상기 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 중 적어도 하나의 전극 및 상기 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 중 적어도 하나의 전극으로 이루어지는 각 한 쌍의 전극은 컨덴서를 형성한다. 터치 모드로 동작할 때, 상기 제어 장치는 상기 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 각각에 신호를 공급하고, 상기 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 각각으로부터 출력되는 신호에 반영되는 용량 변화를 검출하고, 또한 이 검출한 용량 변화에 기초하여 근접 대상물의 위치를 결정하도록 구성된다.

전계 결합을 사용하여 변환기 모드로 동작할 때, 상기 제어 장치는 상기 제1 및 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 각각으로부터 출력되는 복수의 검지 신호의 속성(예를 들어 진폭 및 위상)을 측정함과 아울러, 이 측정한 속성에 기초하여 상 기 변환기의 위치를 계산하도록 구성된다. 본 발명의 다른 형태에 의하면, 변환기 모드로 동작할 때, 상기 제어 장치는 검출 중인 가늘고 긴 전극에 인접하는 상기 제1 또는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 중 2개 이상의 전극을 선택적으로 종단(終端)시키고(예를 들어 부유(浮遊; 비접속 상태), 어스로의 직접적인 접속, 저항기를 통한 어스로의 접속), 상기 제1 또는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 각각으로부터 출력되는 검지 신호의 속성을 측정하는 것에 의해, 이 검지 신호의 품질을 향상시키도록 구성된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 제어 장치는, 시스템이 연속한 샘플링 주기에 있어서 터치 모드에서의 동작과 변환기 모드에서의 동작을 교대로 하도록 구성된다. 본 발명의 다른 형태에 의하면, 동작 모드는 시스템의 유저에 의해 선택될 수 있다. 본 발명의 또다른 형태에 의하면, 상기 제어 장치는 상기 전극 어레이를 터치 모드 영역과 변환기 모드 영역으로 선택적으로 분할하고, 이 터치 모드 영역에서는 터치 모드로, 이 변환기 모드 영역에서는 변환기 모드로 동시에 동작하도록 구성된다. 상기 터치 모드 영역은 복수의 터치 모드 서브 영역으로 구성되어도 된다. 한편, 상기 변환기 모드 영역은 복수의 변환기 모드 서브 영역으로 구성해도 된다. 본 발명의 또다른 형태에 의하면, 상기 제어 장치는 상기 전극 어레이 상의 소정 위치가 상기 터치 모드 영역으로 되도록, 또 상기 변환기 모드 영역으로 되도록, 상기 터치 모드 영역 및 상기 변환기 모드 영역을 주기적으로 전환한다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 제어 장치는 상기 전극 어레이에 결합한 종속형(縱續形) 트랜스 임피던스 증폭기(종속형 전류-전압 변환기)를 구비한다. 이 종속형 트랜스 임피던스 증폭기는 상기 전극 어레이의 입력 용량을 이 종속형 트랜스 임피던스 증폭기의 귀환 저항기로부터 절연 분리하고, 전계에 의해 상기 전극 어레이에 유기되는 복수의 검지 신호를 증폭하도록 구성된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 변환기는 상기 변환기용의 구동 전원으로서 기능하도록 구성된 컨덴서 또는 축전지를 구비하고 있다.

본 발명의 또다른 형태에 의하면, 상기 제어 장치는 복수의 검지 신호가 측정한 속성(예를 들어 진폭, 위상 등)을 소정의 파라미터화한 곡선에 적합(適合)시키는 것에 의해 상기 변환기의 위치를 결정하도록 구성된다. 본 발명의 한 형태에 의하면, 이 소정의 파라미터화한 곡선은 1개의 전극에 대한 상기 변환기의 복수 위치를, 상기 변환기에 의해 이 1개 전극의 복수 위치에 유기되는 검지 신호의 복수 속성에 각각 관련짓는다. 본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 소정의 파라미터화한 곡선은 특정의 선단 형상을 가지는 상기 변환기 및 특정의 전극 구성 패턴을 가지는 상기 전극 어레이와 함께 사용하기 때문에, 경험적으로 얻어진다. 본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 소정의 파라미터화한 곡선은 변환기의 위치 파라미터와, 높이의 파라미터 및 경사의 파라미터 중 적어도 하나 이상을 구비한다. 본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 시스템은 호스트 시스템(예를 들어 상기 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템을 구비한 퍼스널 컴퓨터：PC)에 있어서 프로세서 등의 외부 프로세서를 추가로 구비하는 것에 의해, 상기 제어 장치 및 이 외부 프로세서에 의한 분산 처리를 함으로써 곡선 적합 동작을 실행한다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 전극 어레이와 함께 사용하기 위해 구성된 무선 변환기가 마련되고, 이 무선 변환기 및 상기 전극 어레이는 용량적으로 결합되어 있다. 상기 무선 변환기는 그 단부에 펜 선단을 가지는 펜 형상 하우징과, 이 펜 형상 하우징내에 배치된 변환기 제어 장치를 구비한다. 이 변환기 제어 장치는 상기 무선 변환기의 동작을 제어함과 아울러, 상기 펜 선단에 가해지는 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한다. 상기 무선 변환기는 또한, 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력 센서 데이터를 디지털 데이터로서 상기 전극 어레이에 송신하기 위해, 상기 변환기 제어 장치에 결합된 안테나를 구비한다. 상기 변환기 제어 장치는 상기 변환기 제어 장치를 구동하기 위한 전력을 공급하는 축전지 또는 컨덴서 등의 전력 축적 장치를 구비하는 것에 의해, 상기 무선 변환기를 실현한다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기의 무선 변환기와, 센서를 구비하는 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템이 제공된다. 상기 센서는 전극 어레이와, 이 전극 어레이에 결합된 센서 제어 장치를 구비한다. 이 센서 제어 장치는 상기 전극 어레이를 사용하여 근접 대상물을 용량적으로 검지하는 것에 의해 이 대상물의 위치를 결정하는 터치 모드, 및 상기 무선 변환기에 의해 발생한 전계에 의해 상기 전극 어레이에 유기되는 복수의 검지 신호의 속성을 측정하는 것에 의해 상기 무선 변환기의 위치를 결정하는 변환기 모드 쌍방에서 동작하도록 구성된다. 상기 무선 변환기는 디지털 데이터인 압력 센서 데이터를 상기 센서에 송신한다.

본 발명의 또다른 형태에 의하면, 근접 대상물의 위치 및 변환기의 위치를 선택적으로 결정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 8개의 단계로 이루어진다. 첫째, 근접 대상물이 전극 어레이를 사용하여 용량적으로 검출된다. 둘째, 상기 근접 대 상물의 위치가 용량성 검지에 기초하여 결정된다. 셋째, 변환기에 의해 전계를 발생시킨다. 넷째, 디지털 데이터가 상기 변환기로부터 송신된다. 다섯째, 복수의 검지 신호가, 상기 전극 어레이의 대응하는 복수의 전극에 있어서 전계에 기초하여 유기된다. 여섯째, 상기 복수의 검지 신호의 속성이 측정된다. 일곱째, 상기 변환기의 위치가 상기 복수의 검지 신호의 측정 속성에 기초하여 결정된다. 여덟째, 상기 디지털 데이터가 상기 전극 어레이를 사용하여 수신된다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하는 것에 의해 보다 용이하게 이해할 수 있다.

본 발명에 의하면, 유저에 의한 입력을 용이하게 하는 입력 시스템 및 입력 방법을 제공한다. 통상의 대상물(예를 들어 손가락)을 사용함과 아울러, 위치 검출용의 전계(電界)를 방사하는 위치 지시기로서의 변환기를 사용함으로써, 터치 조작과 위치 지시기 조작 각각으로 입력할 수 있는 입력 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 각 실시예는 전자 시스템으로의 유저 입력을 용이하게 하는 시스템 및 방법을 제공한다. 통상의 대상물(예를 들어 손가락) 및 위치 검출용의 전계를 발생하는 변환기(예를 들어 스타일러스)를 사용하여 유저의 입력을 용이하게 하는 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템을 내장시킨 바람직한 타블렛형 컴퓨터(100)를 예시한다. 이 타블렛형 컴퓨터는 통상 투명한 검지면(104)이 전면(全面)에 걸쳐서 마련되어 있는 LCD 장치 등의 디스플레 이(102)를 구비하고 있다. 이 검지면(104)은 1개 이상의 변환기(예를 들어 스타일러스(108))를 검출하는 것과 동양(同樣)으로 통상의 대상물(예를 들어 손가락(106))을 검출하는데 사용되는, 본 발명의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템의 일부분을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 변환기에 의해 발생하는 전계를 수신하는 것과 동양으로 근접 대상물을 용량적으로 검지하여 변환기의 위치를 검출하도록 구성된 전극 어레이(도 1에는 도시하지 않음)가, 검지면(104)내 또는 검지면(104)의 아랫쪽에 있다.

본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템은 터치 검지 모드(또는 줄여서 「터치 모드」) 및 변환기 검지 모드(또는 줄여서 「변환기 모드」)로 동작하고, 연속한 샘플링 주기로 이 2개의 모드를 전환하는 것에 의해 실질적으로 동시 또는 교대로 동작하도록 구성된다. 이 시스템은 터치 모드에서는 전극 어레이를 사용하여 근접 대상물을 용량적으로 검출함으로써 이 대상물의 위치를 결정하도록 구성된다. 변환기 모드에서, 이 시스템은 변환기에 의해 발생하는 전계에 의해 전극 어레이에 유기되는 복수의 신호 속성(예를 들어 진폭, 위상 등)을 측정하는 것에 의해 이 변환기의 위치를 결정하도록 구성된다. 터치 검지 및 변환기 검지 쌍방에 대해 동일한 전극 어레이를 사용한다. 따라서, 유저는 통상의 대상물(예를 들어 손가락(106) 등) 또는 변환기(예를 들어 스타일러스(108) 등)를 사용하여 타블렛형 컴퓨터(100)와 인터페이스할 수 있다. 동작시, 예를 들어 아이콘의 기동, 커서의 이동, 및 문장과 다른 데이터의 입력 등 각종 유저 인터페이스 기능을 실행하기 위해, 유저는 손가락(106) 및/또는 스타일러스(108) 및 검지 면(104)을 사용할 수 있다.

도시한 실시예는 타블렛형 컴퓨터(100)를 나타내고 있지만, 본 발명의 각 실시예는 입력 장치를 사용하는 어느 형식의 장치에도 적용할 수 있다. 각 예는 다른 계산 장치, 미디어 장치, 및 통신 장치를 포함한다. 또한, 도시한 실시예는 손가락(106)을 나타내고 있지만, (적어도 하나의 전극과 상호 용량을 형성하는데 충분한 치수를 가지는) 임의의 다른 용량성 대상물을, 터치 모드로 동작하는 센서와 인터페이스하는데 사용할 수 있다. 마지막으로, 도시한 실시예는 스타일러스(108)를 나타내고 있지만, 다른 펜 형상의 장치, 포인터, 커서, 퍽(puck), 마우스, 폰(pawn), 및 다른 도구를 비롯한 임의의 다른 적절한 변환기를 사용할 수 있다.

조합식 터치 및 변환기 입력 시스템은 일반적으로 변환기(예를 들어 도 1의 스타일러스(108))와 도 2에 나타내는 센서(150)로 완성된다. 이 센서(150)는 센서 제어 장치(152) 및 전극 어레이(154)를 구비한다. 도시한 실시예에서, 이 전극 어레이(154)는 제1 방향(예를 들어 수평)으로 신장하는 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a), 및 제1 방향과는 다른(예를 들어 직교함) 제2 방향(예를 들어 수직)으로 신장하는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b)을 구비한다. 유전 재료(예를 들어 유리(도시하지 않음))의 시트 또는 다른 기하학적 배치가 제1 및 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a 및 154b)의 사이에 개재하고 있다. 또, 예를 들어 유리(도 2에 도시하지 않음) 등의 다른 재료의 시트가 전극 어레이(154)에 씌워짐으로써, 전극 어레이(154)를 전기적으로 절연 분리하는 동시에 물리적으로 보호하고, 도 1의 검지면(104)로서 집합적으로 기능한다.

일반적으로, 투명한 도전성 재료를 1매 이상의 시트에 피착(被着)하는 것에 의해 전극 어레이(154)가 형성된다. 예를 들어 인듐주석 산화물(ITO) 등의 도체를 유리 시트의 한측 또는 양측에 패턴화하여, 제1 및 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a 및 154b)를 각각 형성할 수 있다. 이 때, 다른 유리 시트를 배치하여 검지면(104)을 형성할 수 있다. 어레이 패턴과 동양으로 각종 다른 전극 형상(예를 들어 다이아몬드 형상 전극 및 정사각 형상 전극)을 사용해도 되고, 본 발명에서 사용하는 전극 어레이(154)는 도 2에 도시한 특정의 형상으로 한정되는 일은 없다. 예를 들어 도 2는 2개의 층이 서로 겹치는, 직사각 형상의 전극을 사용하여 형성한 전극 어레이(154)를 나타내고 있지만, 예를 들어 다이아몬드 패턴 형상을 가지는 제1 및 제2 조를 구성하는 전극이, 단일층 상에 실질적으로 서로 겹치지 않고 배치되는 전극 배치 구성도 유효하다. 각종 다른 실시예에서, 제1 및 제2 조를 구성하는 전극은 실질적으로 서로 직교하고, 단순히 2개의 다른 방향으로 신장하는 것에 지나지 않는다. 다른 각 실시예에서, 각 조의 전극은 실질적으로 서로 평행일 필요는 없다. 또한, 어레이 패턴은 제1 및 제2 조를 구성하는 전극 뿐만이 아니라, 적절히 배치된 제3, 제4 및 부가적인 조의 전극을 포함해도 된다.

센서(150)의 제어 장치(152)는 이 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 있어서 위치 결정을 위한 신호 처리를 실행하도록 구성된다. 도 5a를 참조하여 상세하게 설명한다. 센서 제어 장치(152)는, 예를 들어 마이크로 프로세서 등의 집적 회로를 비롯하여, 임의의 형식의 처리 장치를 바람직하게 구비한다. 또, 센서 제어 장치(152)는 협력하여 동작하는 임의 적절한 수의 집적 회로 장치 및/또는 회로 기 판을 비롯하여, 다수의 개별 장치를 구비해도 된다. 예를 들어 센서 제어 장치(152)는 마이크로 컨트롤러, 프로세서, 멀티플렉서, 필터, 증폭기, 및 인터페이스 등의 장치를 구비해도 된다. 마지막으로, 일부 응용에 있어서, 센서 제어 장치(152)는 메모리에 내장된 각 프로그램을 실행하도록 구성된다.

터치 모드로 동작할 때, 센서 제어 장치(152)는 전극 어레이(154)를 사용하여 1개 이상의 근접 대상물 각각을 용량적으로 검지하는 것에 의해, 각 대상물의 위치를 결정하도록 구성된다. 한 번에 다수의 터치를 검출 가능한 다터치 검출 기술(멀티 터치 기술)을 비롯하여, 용량성 터치 검출을 위한 각종 기술이 알려져 있다. 예를 들어 센서 제어 장치(152)가 도 2에 나타내는 전극 어레이(154)의 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a) 각각에 대해 연속하여 신호를 구동할 때, 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a) 및 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b)의 각 교차 부분은 컨덴서를 형성한다. 보다 일반적으로, 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a) 중 적어도 하나의 전극과, 이 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a)을 구성하는 이 적어도 하나의 전극과 서로 겹치거나 또는 겹치지 않는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b)을 구성하는 적어도 하나의 전극으로 구성되는 한 쌍의 전극은 컨덴서를 형성한다. 손가락 등의 대상물이 이러한 컨덴서 중 하나에 놓여지거나 또는 근접할 때, 컨덴서로부터 생기는 전계선의 일부분은 손가락을 향해서 인도되어, 컨덴서의 용량의 감소를 일으킨다. 이러한 용량 변화는 컨덴서를 형성하는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b) 중 1개의 가늘고 긴 전극으로부터 출력되는 신호에 반영된다. 이것에 의해, 제어 장치(152)는 근접 대상물 의 위치를 결정할 수 있다. 또, 이 결정한 위치에 기초하여, 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a) 중 하나의 가늘고 긴 전극은 구동 신호(예를 들어 Y 좌표)를 수신함과 아울러, 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b) 중 하나의 가늘고 긴 전극은 용량 변화를 나타내는 신호(예를 들어 X 좌표)를 출력한다. 또, 이것은 용량성 터치 검지 기술의 일례이며, 다른 용량성 터치 검출의 각종 기술을 본 발명의 터치 모드 동작에서 사용할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 사용되는 변환기(175)의 간략화한 블록도이다. 이 변환기(175)는 변환기 제어 장치(177) 및 안테나(179)를 구비한다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 스타일러스로서 구체화한 변환기(175)의 부분적 단면도이다. 이 스타일러스 변환기(175)는 변환기 제어 장치(177; 도 4 참조)를 수용하는 일반적으로 원통 형상의 가늘고 긴 본체(330), 및 스타일러스 변환기(175)의 펜 선단으로서 구체화된 안테나(179)를 구비한다. 도 3b에 나타내는 변환기는 변환기(175)에 의해 발생되는 전계를 사용하여 안테나(179) 및 전극 어레이(154)를 전기적으로(즉, 용량적으로) 결합시키는데 사용하기 바람직하다. 이하의 설명은 변환기 및 센서가 전기적으로(즉, 용량적으로) 결합한 실시예에 관한 것이다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에서는 도 11d를 참조하여 후에 설명하는 바와 같이, 변환기에 의해 발생한 전자계의 자계(磁界) 성분을 사용하여 변환기 및 센서를 자기적으로 결합해도 된다.

변환기 제어 장치(177)는 변환기(175)의 동작을 제어함과 아울러, 도 4를 참조하여 이하에 있어서 설명하는 바와 같이, 마이크로 프로세서 등의 집적 회로를 비롯하여, 임의의 형식의 처리 장치를 적절히 구비해도 된다. 또, 변환기 제어 장치(177)는 협력하여 동작하는 임의의 적절한 수의 집적 회로 장치 및/또는 회로 기판을 비롯하여, 다수의 개별 장치를 구비해도 된다. 예를 들어 변환기 제어 장치(177)는 압력 센서, 스위치, 컨덴서, 레귤레이터, 마이크로 컨트롤러, 및 프로세서 등의 장치를 구비해도 된다.

변환기 제어 장치(177)는 안테나(179)로부터의 전계 방사를 조정한다. 변환기(175)가 전극 어레이(154)에 근접했을 때, 안테나(179)에 의해 방사되는 전계는 1개 이상의 전극에 검지 신호를 유기하게 된다. 상세하게는, 변환기 안테나(179)에 전압 V를 인가하는 것에 의해, 컨덴서의 대향 전극을 구성하는 일단(상판)으로서의 변환기 안테나(179)와, 이 컨덴서의 대향 전극을 구성하는 타단(저판)으로서의 전극 어레이(154) 중 하나 이상의 전극에 전하량 Q가 축적된다. 또, 안테나(179)와 전극 어레이(154) 중 하나 이상 전극의 사이에 전계가 형성된다. 이 전계는 전극 어레이(154) 중 하나 이상의 전극에 반대의 전하를 유기한다. 이 경우, 유기된 전하량은 변환기 안테나(179)와 1개 이상의 전극 사이의 용량에 비례한다. 유기된 전하는 전압 V를 인가하는 주파수와는 독립적이며, 일반적으로 다음과 같이 표현된다.

[식 1]

식 중, C는 변환기 안테나(179)와 전하가 유기되는 1개 이상의 전극 사이의 용량이다. 변환기 안테나(179)에 인가되는 전압을 변화시키는 것에 의해, 전극 어 레이(154)에 전류를 유기할 수 있다. 상세하게는, 인가 전압을 변경하여 축적 전하 및 전계를 변화시키는 것에 의해, 전극 어레이(154)의 유기 전하를 변화시킨다. 유기 전하의 변화는 전극 어레이(154)에 전류량(I)을 발생시킨다. 이 전류량은 식 2에 나타내는 바와 같이 전압 V 및 용량 C와 동양으로 인가 구동 주파수에 비례한다.

[식 2]

본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, 전극 어레이(154)에 유기된 전류(검지 신호)의 값(전류량), 보다 상세하게는 속성(예를 들어 진폭, 위상 등)을 측정하여, 변환기(175)의 위치 결정에 사용한다. 환언하면, 변환기 모드로 동작할 때, 전극 어레이(154)에 유기된 복수의 검지 신호의 속성에 기초하여 변환기(175)의 위치를 결정하도록 센서 제어 장치(152)가 구성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 변환기(175)의 블록도이다. 변환기(175)는 변환기 제어 장치(177) 및 안테나(179)를 구비한다. 변환기 제어 장치(177)는 변환기(175)의 동작을 제어하여, 임의 타입의 처리 장치를 바람직하게 구비할 수 있다. 도시한 실시예에서, 변환기 제어 장치(177)는 압력 센서(306), 파워 컨트롤러(power arbitrator; 308), 사이드 스위치(310), 컨덴서(314; 예를 들어 울트라 캐패시터, 슈퍼 캐패시터로서 불리는 전기 2중층 컨덴서(EDLC: electric double layer capacitor, ultra capacitor)), 전하 입력 커넥터(315), 레귤레이터(316), 및 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit(MCU); 318)을 구비한다. 파워 컨트롤러(308) 및 MCU(318)는 범용 I/O(general purpose input/output(GPIO); 312)를 통하여 결합되고, MCU(318) 및 안테나(179)는 다른 GPIO를 통하여 결합되어 있다.

또 도 3b을 참조하면, 변환기 제어 장치(177)를 구성하는 이러한 부품의 일부 또는 모두 및 그러한 소요 인터페이스는 변환기 본체(330)에 수용되는 적절한 치수의 회로 기판(329)에 실장할 수 있다. 도 3b에 나타낸 스타일러스의 구체화에 있어서, 컨덴서(314)를 제외한 전 부품은 펜 형상 본체(330) 내부의 기판(329)에 실장된다. 도 3b에 나타낸 실시예에 있어서, 압력 센서(306)는 스타일러스의 선단 근방에 마련되어, 검지면에 대해 선단을 누른 경우에, 안테나(179)로서도 기능하는 선단으로의 압력을 검출한다. 그러나 다른 실시예에서, 압력 센서(306)는 압력 정보를 선단으로부터 압력 센서(306)의 위치까지 송신하는 기구 또는 링크 기구를 통하여, 선단으로부터 더욱 떨어뜨려 놓아도 된다. 사이드 스위치(310)는 펜 형상 본체(330)의 측부에 노출하도록 마련되어, 마우스 디바이스에 있어서 오른쪽 버튼, 왼쪽 버튼의 기능을 완수한다. 전하 입력 커넥터(315)는 펜 형상 본체(330)의 후단에 노출하고 있고, 충전 도킹 스테이션(charging docking station; 도시하지 않음)에 접속된다. 슈퍼 컨덴서 등의 컨덴서(314)는 펜 형상 본체(330)의 후부에 마련된다. 도 3b의 스타일러스 형상 변환기(175)의 펜 형상 선단으로서 기능하는 안테나(179)는 임의의 적절한 도전 재료로 구성할 수 있음과 아울러, 임의의 적절한 형상으로 형성할 수 있다. 본 발명에 의하면 스타일러스 변환기의 치수는 제한되지 않지만, 도 3b에 도시한 일 실시예에서, 스타일러스는 120 mm의 길이와 11 mm의 직경을 가진다.

도시한 실시예에서, 컨덴서(314)는 변환기(175)의 전원으로서 기능하도록 마련된다. 소정의 시간 충전함으로써, 변환기(175)를 동작시키는데 충분한 전력을 가져오는, 고에너지 밀도를 가지는 슈퍼 컨덴서 등의 임의 컨덴서를 사용할 수 있다. 정격 전압이 3.3 V이고, 용량이 0.2 F인 컨덴서는 대부분의 응용에 충분한 전력을 가져오는 것이 가능하다. 도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 컨덴서(314)의 직경은 스타일러스형 변환기(175)의 직경을 규정한다. 따라서, 컨덴서(314)의 직경을 줄이는 것에 의해, 변환기(175)의 직경을 3 ~ 7 mm의 범위에 들어가도록 보다 작게 할 수 있다.

컨덴서(314)는 각종 전원으로부터 충전할 수 있다. 예를 들어 도시한 바와 같이, 변환기(175)가, 이 입력 시스템에 관련하는 장치(도시하지 않음)로서의, 도킹 스테이션 또는 다른 스토리지 에어리어에 놓여 있을 때, 컨덴서(314)는 전하 입력 커넥터(315)를 통하여 충전할 수 있다. 변환기(175)가 도킹 스테이션에 놓여졌을 때, 오믹 컨택트를 통하여, 즉 도킹 스테이션의 안테나로부터 변환기(175)에, 보다 상세하게는 컨덴서(314)에 전력이 보내진다. 다른 실시예에서는 전극 어레이(154)로부터, 또는 이 목적을 위해 전극 어레이로부터 분리하여 마련된 파워 공급용의 안테나(powering antenna)로부터 전자(電磁) 신호를 수신하는 것에 의해, 컨덴서(314)를 충전할 수 있다. 파워 공급용 안테나는 전극 어레이(154) 상 또는 그 근방에 위치해도 된다. 이러한 전자 신호를 수신하기 위해, 변환기(175)는 안테 나(179) 또는 이 목적을 위해 특별히 마련된 개별 안테나를 사용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 변환기(175)는 사용 시에 재충전할 수 있고, 따라서, 보다 소형의 컨덴서(314)를 사용할 수 있다. 또한, 컨덴서(314)는 변환기(175)와 함께 사용하는데 바람직한 전원의 일례이며, 축전지 및 코드식 전원 등의 다른 형식의 전원을 동양으로 사용할 수 있다.

압력 센서(306)는 변환기(175)에, 보다 상세하게는 스타일러스 형상의 변환기의 경우는 변환기의 선단에 가해지는 압력을 검출하는데 사용된다. 검출 압력은 변환기(175), 및 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템의 각종 동작을 제어하는데 사용된다. 도시한 실시예에서는 압력 센서(306)가 선단부에 장착됨으로써, 펜 형상 변환기의 선단을 검지면(104)에 누르는 압력을 측정 가능하게 된다. 일례로서, 검출 압력은 초기 설정인 슬립 모드(sleep mode)로부터 변환기(175)를 기동(awaken)시키는데 사용된다. 슬립 모드를 마련함과 아울러, 선단 압력을 검출했을 때에만 변환기(175)를 기동시키는 것에 의해, 변환기(175)의 실동작 시간을 저감시킬 수 있어, 전력을 절약할 수 있다. 다른 예로서, 터치 모드의 동작으로의 전환에 관련하여, 압력 센서(306)에 의해 어느 일정한 문턱값보다 큰 압력값이 검출되면, 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템을 변환기 모드로 동작시킬 수 있다. 또다른 예에서는 유저에 의해 요구되는 세선(細線)의 또는 가벼운 스트로크(stroke)를 나타내는 작은 압력, 또는 태선(太線)의 또는 강한 스트로크를 나타내는 큰 압력 등, 유저의 스트로크의 폭 또는 세기를 나타내는데 압력 센서(306)를 사용할 수 있다. 압력 센서(306)의 구체화 수단으로서는 각종 다른 형식의 회로를 사용할 수 있다. 일례로 서, 압력을 가해졌을 때에 저항이 변화하는 가변 저항기를 사용할 수 있다. 저항 변화는 적절한 아날로그/디지털 변환기(analog－to－digital converter(ADC))에 의해 측정되는 동시에 디지털화된다. 그 후에, 검출 압력 레벨을 결정하는 처리용의 MCU(318)로 송신된다.

사이드 스위치(310)는, 예를 들어 마우스의 오른쪽 클릭 조작 및 왼쪽 클릭 조작과 동양으로, 유저가 변환기(175)의 동작을 제어할 수 있도록 하는 스위치이다. 사이드 스위치(310) 상태는 MCU(318)에 전해져서, 변환기(175)의 동작을 제어하는데 사용된다. 예를 들어 사이드 스위치는 변환기(175)를 다른 색으로 사용 가능하게 하거나, 또는 다른 형식의 스트로크 등으로 사용 가능하게 하는 등, 다른 동작 모드로 설정하는데 사용 가능하다. 압력 센서(306)에 의해 얻어지는 압력 정보와 동양으로, 변환기의 식별 정보(ID)와 함께 수신한 사이드 스위치(310)의 스위치 정보는 MCU(318)에 의해 디지털 데이터에 부호화되어, 이하에 있어서 추가로 설명하는 바와 같이, 안테나(179)로부터 전극 어레이(154)로 송신된다.

레귤레이터(316)는 변환기(175)로의 전력을 제어한다. 또, MCU(318)로의 전원을 제어한다. 특히, 컨덴서(314) 또는 축전지로부터 급전되는 무선식 변환기의 응용에 있어서는 소비 전력을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 파워 레귤레이터(316)는 통상 전류 구동으로의 통전에서는 기동 모드를 이루고, 저전류 구동으로의 통전에서는 슬립 모드 또는 정지 모드를 가져오는 것이 바람직하다. 따라서, 파워 컨트롤러(308)는 MCU(318)가 판단할 수 있도록, 압력 센서(306)로부터 수신한 압력 신호를 모니터하고, 그 검출 레벨이 어느 일정한 문턱값을 넘었을 때에는 레 귤레이터(316)를 슬립 모드로부터 기동 모드로 전환하여, 변환기(175)를 기동시키는 것이 가능하다. 실질적인 전력 절약은 충분한 선단 압력이 검출됐을 때에만 변환기(175)를 기동시킴으로써 가능하다. 제어 가능한 출력 레벨을 가지는 각종 프로그래머블 장치를 비롯하여, 각종 다른 형식의 파워 레귤레이터를 사용할 수 있다. 슬립 모드 및 기동 모드의 사이에서 전환하는 변환기의 동작은 도 15를 참조하여 이하에 설명한다.

본 발명의 일부 예시적 실시예에 의하면, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU; 318)은 변환기(175)를 위한 전체의 처리를 실행함과 아울러, 3개의 기능, 즉 파워 컨트롤러(308)를 통한 레귤레이터(316)의 제어, MCU(318)를 통한 안테나(179)로의 신호 공급, 및 구동 신호 주파수의 호핑(hopping)에 의한 잡음 회피 및/또는 구동 신호 중의 디지털 데이터의 부호화의 기능을 실행한다. 본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, MCU(318)는 디지털 제어식 발진기를 구비한 프로그래머블 장치이다. 이 디지털 제어식 발진기가 안테나(179)에 신호를 공급한다. 이 발진기는 주파수 호핑을 행함과 아울러, 신호를 주파수 편이하는 것에 의해, 디지털 데이터(예를 들어 압력 데이터, 스위치 상태 데이터, 및 펜 식별 데이터)의 부호화에 대응한 다른 주파수 범위의 신호를 안테나(179)에 공급하도록 제어할 수 있다. 다른 실시예에서 MCU(318)는 디지털 데이터의 부호화에 대응하여, 안테나(179)로 공급되는 신호를 진폭 편이 또는 위상 편이한다. MCU(318)는 안테나(179)로 공급되는 신호의 타이밍, 지속 기간, 주파수, 진폭, 및 위상을 제어한다. 따라서, 안테나(179)에 의해 발생한 전계는 센서(150)가 변환기(175)의 위치를 결정할 뿐만 아니라, 변환 기(175)에 의해 부호화된 디지털 데이터를 수신하여 복호화하는데 사용된다. MCU(318)는 동작 전류를 저감시키는 저전력 모드를 구비하는 것이 바람직하다. 저전력 모드는 신호 송신 시간 사이, 즉 신호 송신을 하지 않는 동안에 적용함으로써, 변환기(175) 전체의 전력 소비를 저감시킬 수 있다. MCU(318)로서의 사용에 바람직한 저소비 전력을 가지는 마이크로 컨트롤러 유닛의 일례는 텍사스 인스트루먼트사(Texas Instruments)로부터 입수 가능한 MSP430 마이크로 컨트롤러이다.

도 5a는 전극 어레이(154) 및 제어 장치(152; 도 2 참조)를 구비한 센서(150)의 블록도이다. 제어 장치는 변환기(175)에 의해 발생한 전계에서 부호화된 디지털 데이터의 복호화와 함께, 대상물(예를 들어 손가락) 및 변환기(175)의 위치 결정의 신호 처리를 실행하도록 기능한다. 도시한 실시예에서는 아날로그 멀티플렉서(MUX; 410), 다른 아날로그 멀티플렉서(412), 처리단(414), 아날로그/디지털 변환기(ADC; 416), 및 마이크로 프로세서 장치(MPU; 420)를 구비한다. 이들은 제어 장치(152)에 있어서, 변환기(175)에 의한 지시 위치 및 디지털 데이터를 검지하기 위한 구성 부분이다. 제어 장치(152)는 또한, 멀티플렉서(410) 및 MPU(420)와 함께 제어 장치(152)의 용량성 터치 검지부를 형성하는 필터 및 아날로그/디지털 변환기(ADC; 418)를 구비한다. MPU(420)로서의 사용에 바람직한 마이크로 프로세서 장치의 일례는 싸이프레스(Cypress)로부터 입수 가능한 프로그래머블ㆍ시스템 온 칩(Programmable System－on－chip(PSOC)) 마이크로 프로세서이다. 또한, 도 5a에 도시하는 제어 장치(152)의 구성은 단지 일례에 지나지 않으며, 당업자에게 있어서 분명한 바와 같이, 제어 장치(152)의 다른 구성도 가능하다. 예를 들어 용량성 터 치 검지부와, 변환기(175)의 지시 위치 및 디지털 데이터를 검지하는 구성 부분과는 부분적으로 또는 전체적으로 모두 조합하여 일체화하는 것이 가능하다. 도시한 실시예에서, MPU(420)는 용량성 검지부와, 변환기(175)의 지시 위치 및 디지털 데이터를 검지하는 구성 부분과의 쌍방에서 공유된다.

멀티플렉서(410)는 시스템의 동작 모드에 따라, 전극 어레이(154)를 제어 장치(152)의 용량성 터치 검지부 및/또는 변환기(175)의 지시 위치 및 디지털 데이터를 검지하는 구성 부분에 선택적으로 결합시킨다. 멀티플렉서(410)는 적절한 아날로그 멀티플렉서를 사용하여 구체화가 가능하다. 이러한 멀티플렉서는 전극 어레이(154)의 용량을 현저하게 방해하지 않게 비교적 낮은 전하 주입을 가질 수 있도록 선택하는 것이 바람직하다. 멀티플렉서(410)는 변환기(175)의 지시 위치 및 디지털 데이터를 검지하는 구성 부분이 구비하는 아날로그 멀티플렉서(412)와, 용량성 검지부의 필터 및 ADC 단(段; 418)에 결합되어 있다.

용량성 검지부에 있어서, 필터 및 ADC 단(418)은 MPU(420)가 대상물의 위치를 결정하는 처리를 행할 수 있도록, 대상물에 의해 일어난 임의의 용량 변화를 측정하고, 적절히 증폭하고, 필터링하고, 또 디지털화한다. 이를 위하여, 예를 들어 MPU(420)는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b) 각각과 함께 컨덴서를 형성하기 위한, 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a) 각각에 대해, 전기 신호를 공급 가능하다. 전극(154a, 154b)의 사이에서 형성된 각 컨덴서에 있어서 용량 변화는, 제2 조를 구성하는 전극(154b)의 대응하는 전극을 통하여 모니터되어 측정된다. MPU(420)는 측정한 용량 변화에 기초하여 대상물의 위치를 결정하는데 필요한 처리 를 실행한다. 또한, 용량성 검지를 용이하게 하는데 넓게 각종 다른 기술이 사용 가능하다. 본 발명의 각 실시예는 임의의 용량성 검지 기술을 사용하여 실현이 가능하다. 본 발명의 한 형태에 의하면, 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템은 변환기(175)의 지시 위치 및 디지털 데이터를 검지하는 기능을, 부가 가능한 임의의 적절한 용량성 터치 센서로부터 구축할 수 있다.

변환기(175)의 지시 위치 및 디지털 데이터를 검지하는 구성 부분이 구비하는 아날로그 멀티플렉서(412)는, 변환기 모드일 때에 전극 어레이(154) 개개의 전극을 처리단(414)에 접속하도록 기능한다. 각 전극이 처리단(414)에 접속되지 않을 때, 도 11b 및 도 11c을 참조하여 이하에 있어서 보다 충분히 설명하는 바와 같이, 각 전극은 선택적으로 종단된다(예를 들어 어스로의 직접적 접지, 저항기를 통한 어스로의 종단, 또는 부유(비접속 상태)).

처리단(414)은 전극 어레이(154)로부터 수신한 각 검지 신호를 증폭하여 필터링하도록 기능한다. 따라서, 처리단(414)은 각종 증폭기 및 필터를 구비하는 것이 가능하다. 처리 장치(414)의 일례는 도 6을 참조하여 이하에 있어서 상세하게 설명한다. 증폭되어 필터링된 아날로그 형식의 각 신호는 후속하는 ADC(416)에 의해 수신되고, 이 ADC(416)로부터 MPU(420)에 디지털 형식으로 출력된다.

도 6에는 처리단(414)의 하나의 특정 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 처리단(414)은 증폭기(502), 자동 이득 제어(automatic gain control(AGC); 504), 노치 필터(506), 대역(帶域) 필터(508; 예를 들어 광대역의 대역 필터), 및 에일리어스(alias) 제거 필터(510)를 구비한다.

증폭기(502)는 선택된 전극으로부터 수신한 신호를 증폭한다. 전하 증폭기, 전압 증폭기, 트랜스 임피던스 증폭기(전류-전압 변환기), 및 종속형 트랜스 임피던스 증폭기를 비롯하여, 각종 형식의 증폭기를 사용해도 된다.

도 7은 도 6의 증폭기(502)로서 사용할 수 있는 전하 증폭기(600)를 예시적으로 도시하고 있다. 이 전하 증폭기(600)는 컨덴서(606)를 통하여 부귀환(負歸還)으로 작동하는 연산 증폭기(즉 오피 앰프「op amp」; 602)를 구비한다. 이 오피 앰프(602)의 반전 입력은 전극 라인에 접속되어 있다. 전하 증폭기(600)는 전극 상에 유기된 전하에 비례한 전압을 발생하고, 이 전압은 하기의 식 3에 의해 주어진다.

[식 3]

식 중, V는 출력 전압, Q는 전극에 유기된 전하, 및 C는 귀환 컨덴서(606)의 용량이다. 어느 연산 증폭기도 반전 단자 및 비반전 단자에서 입력 바이어스 전류 및 오프셋 바이어스 전류를 각각 받으므로, 도 7의 전하 증폭기는 이러한 전류가 흐르기 위한 직류 경로를 구비해야 하는 것이다. 예를 들어 저항기(607)는 귀환 컨덴서(606)와 병렬로 구비되고, 귀환 컨덴서(606)에 의해 설정되는, 전하 증폭기의 특성을 해치는 일 없이, 반전 단자의 바이어스 전류가 흐르는 것을 가능하게 하는 직류 경로를 생성한다. 이 설계는 이하에 있어서 설명하는 도 10의 종속형 트랜스 임피던스 증폭기와는 다르다. 도 10에서는 귀환 저항기(904)의 임피던스가 컨덴서(906)의 임피던스에 대해 귀환 루프에서 지배적(支配的)으로 되도록, 저항 기(904)는 귀환 컨덴서(906)에 대한 값이 결정되어 있다. 도 7 및 도 10에 사용하는 귀환 저항기 및 컨덴서의 적절한 각 값은 당업자에 의해 용이하게 결정 가능하게 된다.

도 8은 도 6의 증폭기(502)로서 사용할 수 있는 전압 증폭기(700)를 예시적으로 도시한다. 이 전압 증폭기(700)는 오피 앰프(702)와, 저항기(704 및 706)를 구비한다. 전극 라인은 저항기(706)에 접속되어 있다.

도 9는 도 6의 증폭기(502)로서 사용할 수 있는 트랜스 임피던스 증폭기(800)를 예시적으로 도시한다. 이 트랜스 임피던스 증폭기(800)는 오피 앰프(802)와, 저항기(804)를 구비한다. 오피 앰프(802)의 반전 입력은 전극 라인에 접속되어 있다. 오피 앰프(802)를 둘러싸는 귀환 저항기(804)를 흐르는 전류는 전압으로 변환된다.

도 10은 도 6의 증폭기(502)로서 사용할 수 있는 종속형 트랜스 임피던스 증폭기(900)를 예시적으로 도시한다. 이 종속형 트랜스 임피던스 증폭기(900)는 오피 앰프(902)와, 저항기(904)와, 컨덴서(906)와, 2개의 정전류원(908, 909)과, NPN 트랜지스터(910) 등의 트랜지스터를 구비한다. 종속형 트랜스 임피던스 증폭기(900)는 오피 앰프(902)를 둘러싸는 귀환 저항기(904)를 흐르는 임의의 전류가 이하와 같이 전압으로 변환된다고 하는 점에서, 도 9의 트랜스 임피던스 증폭기(800)과 동양으로 동작한다.

[식 4]

식 중, V는 출력 전압, I는 귀환 저항기(904)를 흐르는 전류, 및 R은 귀환 저항기(904)의 저항이다. 종속형 트랜스 임피던스 증폭기(900)는 NPN 트랜지스터(910)를 사용하여 트랜스 임피던스 증폭기(900)의 귀환 저항기(904)로부터 전극 라인의 입력 용량을 절연 분리하여, 대역 또는 신호대 잡음비를 희생하는 일 없이, 보다 높은 트랜스 임피던스 이득을 실현 가능하게 한다고 하는 점에서 유익하다. 종속형 트랜스 임피던스 증폭기(900)는 또한, 고주파수측에서의 잡음 이득을 제어하도록 귀환 저항기(904)와 병렬로 귀환 컨덴서(906)를 포함하는 것에 의해 안정성을 향상시켜 왔다.

트랜스 임피던스(전류-전압 변환)의 전에 트랜지스터(910)를 마련하는 것은 종속형 트랜스 임피던스 증폭기로서 이미 알고 있는 것이다. NPN 트랜지스터(910)는 공통 베이스 전류 버퍼로서 구성되므로, 이미터(E)에 흘러드는 전류가 이 트랜지스터(910)를 통해 흘러 컬렉터(C)에 유출하는 것을 가능하게 한다. 전류는 다음에 트랜스 임피던스 증폭기에 의해 전압 신호로 변환된다. NPN 트랜지스터(910)의 이미터(E)는 다음의 식에 의해 주어지는 등가적으로 작은 신호 저항을 가진다.

[식 5]

식 중 k는 볼츠만 정수, T는 온도, q는 전하의 기본 단위, 및 Ic는 NPN 트랜지스터를 흐르는 바이어스 전류이다. 저항 r은 전극 용량으로부터 결정됨과 아울러, 트랜스 임피던스 증폭기의 대역폭을 제한 가능한 RC 정수가 설정된다. 따라서, 2개의 동일한 정전류원(908, 909)은 전극에 의해 픽 업(pick up)된 신호가 트랜스 임피던스 증폭기를 통과할 수 있도록 하기 위해, 이미터 저항 r이 충분히 작아지도록 적절한 바이어스 전류가 설정된다. 다른 실시예에서는 동일한 효과를 달성하는데 1개의 전류원을 사용할 수 있다. 이 경우에는 전류원이 1개뿐이며, 바이어스 전류는 트랜스 임피던스 증폭기를 흐른다. 이것은 충분한 이득으로 트랜스 임피던스 증폭기를 포화시킴과 아울러, 원하는 신호를 없애게 되는 큰 직류 오프셋을 강제적으로 검출시키게 된다. 2개의 정합(整合)한 정전류원(908, 909)을 사용하는 것에 의해, 도시하는 바와 같이, NPN 트랜지스터(900)에 주입된 바이어스 전류는 또 트랜스 임피던스 증폭기에 의해 픽 업되어, 트랜스 임피던스 증폭기로부터 흐르는 것이 보증된다.

도 6으로 돌아와 설명하면, 증폭기(502)로부터 출력된 증폭 신호는 자동 이득 제어(AGC; 504)에 공급된다. MPU(420)로부터의 피드백 신호를 사용하여, AGC(504)는 증폭기(502)의 출력을 자동적으로 조정한다. AGC(504)는 최종적으로 ADC(416)에 보내지는 신호의 다이나믹 레인지가 그 전(全) 풀 스케일 기준과 정합하도록, 레벨 조정을 행한다. 이것은 비교적 약한 신호가 전극 어레이(154)에 의해 수신되는 경우에 생길 수 있는 디지털화 잡음을 저감시킬 수 있다.

AGC(504)의 출력은 노치 필터(506)에 공급된다. 노치 필터(506)는 전극 어레이(154)에 의해 픽 업된 전력선 잡음에 의해 일어나는 잡음 스파이크 등의 잡음 스파이크를 제거하도록 마련된다. 바람직하게는 대표적인 전력선 잡음을 제거하는데 50/60 Hz 노치 필터를 사용할 수 있다.

노치 필터(506)의 출력은 광대역의 대역 필터 등의 대역 필터(508)에 공급된다. 대역 필터(508)는 다른 주파수를 저지 또는 제거하여, 소정의 주파수 범위만을 통과시킨다.

대역 필터(508)의 출력은 에일리어스 제거 필터(510)에 공급된다. 에일리어스 제거 필터(510)는 소정의 주파수 이상의 잡음을 저감시킴으로써, ADC에 의한 샘플링 신호가 에일리어스되거나(aliased) 또는 변형되지 않는 것을 보증하는 필터이다. 에일리어스 제거 필터(510)는 일반적으로 매우 샤프한 차단 주파수를 가지는 필터를 사용하여 실현된다. 에일리어스 제거 필터(510)의 출력 신호는 ADC(416)에 공급된다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 처리단(414)은 전극 어레이(154)에서 수신되는 각 신호를 증폭하고 필터링한다. 도 5a로 돌아와 설명하면, 처리단(414)의 출력은 아날로그/디지털 변환기(ADC; 416)에 공급된다. ADC(416)는 처리단(414)의 아날로그 출력을 디지털화한다. 일 실시예에서, ADC(416)는 1 MHz의 샘플링 주파수를 가진다. 이것은 변환기(175)가 250 kHz까지의 주파수로 신호를 송신할 때에 에일리어싱 잡음을 회피하는데 충분한 샘플링 속도이다.

ADC(416)의 디지털화 출력은 MPU(420)에 공급된다. MPU(420)는 수신 신호로부터, 부호화된 디지털 데이터(예를 들어 압력 데이터, 스위치 상태 데이터, 및 펜 식별 데이터)를 복호화하는 것과 동양으로, 수신 신호로부터 변환기(175)의 지시 위치를 결정하는 처리를 실행한다. 또한, 변환기(175)에 의한 신호를 디지털 데이터에 부호화하고, 변환기(175)에 의한 지시 신호를 주사하여 복호화하고, 변환 기(175)에 의한 지시 위치를 결정함과 아울러 디지털 데이터를 복호화하기 위해 사용되는 각 예시적 공정은 도 11a 내지 도 16을 참조하여 후에 설명한다.

본 발명의 각종 다른 실시예에서, 변환기(175)는 블루투스(Bluetooth; 등록 상표) 및 지그비(ZigBee) 프로토콜을 포함하는 IEEE802.15 표준에 준하는 Bluetooth

장치를 개입시키는 등, 다른 RF 무선 기술을 사용함으로써, 디지털 데이터(예를 들어 압력 데이터, 스위치 상태 데이터, 및 펜 식별 데이터)를 센서(150)에 송신할 수 있다.

전술한 바와 같이, 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템은 연속한 샘플링 주기로, 터치 검지 모드 및 변환기 검지 모드를 서로 전환하는 것에 의해, 이들 2개의 모드를 교대로 동작하도록 구성될 수 있다. 이 때문에, 제어 장치(152), 보다 상세하게는 MPU(420)는 터치 검지 및 변환기 검지를 교대로 실행하도록 멀티플렉서(410)를 제어하도록 구성된다. 다른 실시예에서는 이 시스템의 유저에 의해 동작 모드를 선택할 수 있다. 예를 들어 센서(150)는 유저가 2개 모드의 일방을 선택하도록 조작할 수 있는 스위치를 구비해도 된다. 다른 실시예와 같이, 변환기 모드로 동작 중인 시스템은 소정의 문턱값을 넘은 펜 압력이 검출된 것을 나타내는 변환기(175)로부터의 디지털 데이터를 수신하고 있는 경우에는 변환기 모드로 동작한다. 전술한 바와 같이, 압력 센서(306)는 스타일러스 형상의 변환기(175)에 가해진 선단 압력을 검출하고, 문턱값을 넘은 펜 압력의 검출시에만 변환기를 기동시키는데 사용할 수 있다. 그 때, 변환기(175)로부터는 압력값, 기동 모드를 나타내는 정보를 센서(150)에 송출할 수 있다. 예를 들어 디지털 데이터는 변환기(175)에 의해 발생한 전계에서 부호화되어, 센서(150)에 송신되는 것도 가능하다. 문턱값을 넘은 펜 압력을 나타내는 디지털 데이터를 수신하면(필요에 따라, 그 후 복호화한 후에), 변환기 모드에서, 제어 장치(152)는 자신의 타이머를 리세트하고, 소정 시간 동안, 터치 모드로 전환하는 일 없이 변환기 모드에서의 동작을 자동적으로 계속시키는 것이 가능하다.

여기서 도 5b를 설명하면, 본 발명의 일부 실시예에서, 전극 어레이(154)는 터치 모드 영역 ①과 변환기 모드 영역 ②로 분할된다. 제어 장치(152)는 터치 모드 영역 ①의 터치 모드 및 변환기 모드 영역 ②의 변환기 모드로 동시에 동작하도록 구성된다. 이 때문에, 전극 어레이(154)는 멀티플렉서(410)와의 접속을 적절히 행할 필요가 있다. 도시한 실시예에서, 전극 어레이(154)는 4 상한(象限)으로 분할되어, 시간 1에서 그 중 2개의 상한(422)은 터치 모드 영역 ①을 형성하고, 다른 2개의 상한(424)은 변환기 모드 영역 ②를 형성한다. 전극 어레이(154) 상의 소정 위치가, 터치 모드 영역과 변환기 모드 영역에서 교대로 존재하도록, 터치 모드 영역 ① 및 변환기 모드 영역 ②를 선택적으로 전환하도록 제어 장치(152)를 구성할 수 있다. 예를 들어 도 5b에서, 시간 2에서는 이전에 터치 모드 영역을 형성한 2개의 상한(422)이 현 시점에서는 변환기 모드 영역 ②를 형성하고, 또한 이전에 변환기 모드 영역 ②를 형성한 다른 상한이 현 시점에서는 터치 모드 영역 ①을 형성하도록 하여, 터치 모드 영역 및 변환기 모드 영역이 교체된다. 시간 1 상태와 시간 2 상태의 사이를 교대로 천이하는 것에 의해, 제어 장치(152)는 터치 모드 및 변환기 모드를 동시에 동작시킬 수 있다. 전극 어레이(154) 상의 임의 위치는 터치 모 드 영역과 변환기 모드 영역 사이를 교대로 천이한다. 도시한 실시예에서, 터치 모드 영역 및 변환기 모드 영역은 각각이 2개의 상한으로 이루어져 있지만, 각 모드 영역은 1개의 영역 또는 3 이상의 서브 영역으로 이루어져 있어도 된다. 또, 다수의 영역 및 서브 영역이 조합되어 있는 패턴과 동양으로, 각 영역 및 서브 영역의 형상은 도 5b에 도시되어 있는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어 각 영역 또는 서브 영역은 스트라이프를 형성하도록 가늘고 긴 형상을 갖는 동시에, 서로 병행하여 배치할 수 있다.

도 11a는 변환기 모드일 때에 전극 어레이(154)로부터의 각 신호를 주사하기 위해 센서 제어 장치(152)에 의해 실행되는 공정의 일례를 도시하는 플로차트다. 단계 1001에서는 제1 수평 ITO 라인, 예를 들어 제1 Y 전극으로부터의 신호를 수신하도록 멀티플렉서(410, 412)가 세트된다. 단계 1003에서는 선택한 수평 ITO 라인이 주사된다. 단계 1005에서는 주사해야 할 다른 수평 ITO 라인이 있는지의 여부를 결정한다. 만일 그렇다면, 단계 1006에 있어서, 다음의 수평 ITO 라인을 선택하여, 단계 1003으로 돌아와, 선택한 다음의 수평 ITO 라인이 주사된다. 단계 1005에 있어서, 더 이상의 수평 ITO 라인이 존재하지 않는다고 결정되면, 단계 1007에서, 제1 수직 ITO 라인, 예를 들어 제1 X 전극으로부터의 신호를 수신하도록 멀티플렉서(410, 412)가 세트된다. 단계 1009에서는 선택한 수직 ITO 라인이 주사된다. 단계 1011에서, 주사해야 할 다른 수직 라인이 있는지의 여부가 결정된다. 만약 그렇다면, 단계 1013에 있어서, 다음의 수직 ITO 라인을 선택하여, 단계 1009로 돌아와, 선택한 다음의 수직 ITO 라인이 주사된다. 단계 1011에서, 더 이상의 수직 ITO 라인이 존재하지 않는다고 결정되면, 즉 전극 어레이(154) 전체가 주사되었음이 결정되면, 단계 1015로 진행되어, 제어 장치(152)의 처리단(414)에 있어서 AGC(504)의 이득을 조정하는데 주사 데이터의 신호가 사용된다. 본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, 도 11a의 각 공정이, MPU(420)에 의해 실행되는 다른 소프트웨어와 동시에 실행된다. 이것에 의해, 전극 어레이(154)로부터 도착하는 신호 샘플에 일정한 흐름이 형성되는 것이 보증된다.

다음에, 도 11b 및 도 11c을 설명한다. 도 11a을 참조하면, 전술한 전극의 주사 시에, 신호의 검지가 행해지고 있는 전극에 인접한 각 전극을 선택적으로 종단시키는 것에 의해 검지 전극의 용량성 응답이 개선되고, 신호대 잡음비가 향상되어, 안정된 신호가 생성되는 것을 알 수 있었다. 도 11b에 그 상세를 나타낸다. 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 중 하나의 전극(426)이 신호 검지 상태로 있고, 또한 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b)의 각 인접 전극이 모두 저항기 R을 통하여 어스에 종단하고 있다. 또, 제1 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154a)는 모두 접지되어 있다. 본원에서 사용하는 「선택적으로 종단되었다」는, 0 또는 낮은 임피던스를 통하여 접지된 상태, 부유된 상태(즉, 비접속 상태, 또는 높거나 또는 무한의 임피던스로 접지된 상태), 및 저항기 또는 다른 소정의 임피던스를 가지는 전자 장치를 통하여 어스에 종단되어 있는 상태를 포함하는, 복수의 선택 상태 중 임의의 것을 의미한다.

다른 실시예에서는 인접하는 전극 중 2개 이상의 전극만이 직접, 또는 저항기를 통하여 종단될 수 있다(또는 부유, 또는 접지). 도 11b의 예에서는 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극(154b)의 모든 인접하는 전극이 저항기(R)을 통하여 종단되어 있다. 예를 들어 도 11c는 본 발명에 의한 다른 예시적 실시예를 나타내고 있고, 제2 조를 구성하는 가늘고 긴 전극 중 하나의 전극(426)이 검지되는 한편, 이 전극(426)의 양측에 위치하는 2개의 인접 전극(427; 합계 4개의 인접 전극)도 부유되어 있다. 또한, 나머지의 전극은 접지되어 있다. 이 실시예에 있어서, 이러한 인접하는 전극(427)은 저항기 등의 다른 디바이스를 통하여 어스로 접지되지 않는다. 다른 실시예에서는, 전극(426)의 일방측의 3 또는 4개 인접한 전극도, 나머지의 전극이 접지된 상태에서 부유되거나, 또는 저항기를 통하여 종단될 수 있다. 모든 인접하는 전극을 접지하지 않는 경우에는, 인접하는 전극간에 교차 결합을 일으킨다고 하는 종래의 지식과는 반대로, 일부 응용에서는 인접하는 전극을 부유시키거나, 또는 저항기를 통하여 종단하는 것에 의해, 변환기(175)와 신호 검지 상태에 있는 전극(426) 사이의 용량성 결합이 놀라울 정도로 개선된다.

한편, 다른 응용에서는 모든 인접하는 전극을 접지하는 것에 의해, 인접 전극간의 용량성 결합이 저감되어 신호 검지 상태에 있는 전극의 용량성 응답을 개선한다. 이것은, 예를 들어 고주파 신호를 사용하거나 또는 전극이 매우 얇은 1 mm 정도의 폭을 가지는 경우에 성립할 수 있다. 상술한 선택적 종단에 관한 적절한 방법(예를 들어 어느 정도 많은 인접하는 전극을 부유시키고, 저항기를 통하여 종단시키거나, 또는 직접 접지해야 하는가)은 시뮬레이션 방법에 기초하여 특정의 전극 구성 패턴에 대해 도출해내는 것이 가능하다. 특정한 예로서, 도 13b에 도시하는 바와 같이, 각 전극을 직접(즉, 임피던스를 0으로 함) 또는 저항기를 통한 접지에 의해 종단시킨 상태로부터, 부유 상태(즉, 무한의 임피던스를 통하여 접지)까지 변화시키는 것에 의해, 신호 응답의 곡선폭이 제어된다. 이 곡선폭을 제어하여 최적화하는 것은 변환기의 위치를 결정하도록, 이하에서도 설명하는 곡선의 맞춤 순서를 실행하는데 있어서 유익하게 된다.

이상의 설명은 변환기(175) 및 센서(150)가, 변환기(175)에 의해 발생한 전계에 기초하여, 전기적으로(용량적으로) 결합된 본 발명의 각종 실시예에 관한 것이다. 다른 실시예에서, 이들은 변환기(175)에 의해 발생한 전자계의 자계 성분에 기초하여 자기적으로 결합 가능하다. 도 11d는 자기 결합을 사용한 실시예로 바람직한 센서(150')의 샘플 구성을 도시하고 있다. 도 11d에서는 제2 조를 구성하는(수직) 전극(154b)에 있어서, 각각 전극의 일방측은 배선 「T₁」을 통하여 모두 단락(短絡)된다. 각각 전극의 타방측은 제2 조를 구성하는 전극(154b) 모두, 접지되거나 또는 제어 장치(152; 도시하지 않음)에 접속된 검지 라인 L에 접속될 수 있도록, 스위치 S₁ ~ S₁₄에 접속되어 있다. 다른 예에서는 제2 조를 구성하는 전극(154b) 또는 제1 조를 구성하는 전극(154a) 중 2개 이상의 전극이 동시에 검지 라인 L에 접속될 수 있다. 도시한 예에서는, 동시에 1개의 전극(154b')만이 검지 라인에 접속된다. 또한, 도 11d에서는 제2 조를 구성하는 전극(154b)을 위한 스위치 S₁ ~ S₁₄를 나타내고 있지만, 제1 조를 구성하는 전극(154a)에 대해서도 동양의 스위치가 접속된다.

도 11d에 나타내는 바와 같이, 닫은 스위치 S₃ 및 S₈에 의해, (도 11d에 있 어서 좌측으로부터) 제2 전극(154b'') 및 제4 전극(154b'), 이러한 2개의 전극을 접속하는 배선 T₁, (제어 장치(152)에 접속된) 검지 라인 L, 및(제어 장치(152)로부터의) 돌아가는 경로 P에 의해 둘러싸인 루프가 형성된다. 즉, 이 구성에 의해, 접지된 전극(154b'')을 개입시킨 루프가 형성된다. 이 루프에 의해 둘러싸인 영역을 흐르는 임의의 자속은, 이 루프와 직렬로 접속된 전류원 또는 전압원으로서 간주할 수 있는 기전력을 생성한다. 루프를, 도 8에 나타낸 바와 같은 전압 증폭기, 또는 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같은 트랜스 임피던스 증폭기에 접속하는 것에 의해, 자기 변환기에 의해 루프에 유기되는 신호를 검출할 수 있다. 다수의 루프를 횡단하는 신호의 검출에 기초하여, 자기 변환기의 위치를 계산하여 결정할 수 있다. 자기 변환기는 도 3b에 나타내는 일반적인 핀 형상의 안테나(179)와 비교한 경우, 보다 강한 자계를 생성 가능한 루프(또는 코일) 안테나를 가지는 것을 제외하고는 도 3b에 나타낸 변환기와 동양으로 구성된다.

또한, 도 11b, 도 11c 및 도 11d에서는 제1 조를 구성하는 전극(154a)을 「ITO 저부(ITO Bottom)」로서 나타내고, 제2 조를 구성하는 전극(154b)을 「ITO 상부(ITO Top)」로서 나타내고 있지만, 각 전극의 상부 및 저부의 배치 방향은 본 발명에 의해 이와 같이 제한되지 않는다.

도 5a 및 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 멀티플렉서(410, 412)에 의해 순차적으로 선택된 각 신호는 증폭기(502)에 의해 증폭되어, AGC(504)에 의해 진폭 조정되고, 노치 필터(506), 대역 필터(508), 및 에일리어스 제거 필터(510)에 의해 필터링되고, ADC(416)에 의해 디지털값으로 변환된다. 그 후, 본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, ADC(416)로부터 수신한 각 디지털값의 필터링을 행하도록 MPU(420)가 구성되어 있다. 또한, MPU(420)와는 다른 프로세서에 의해 디지털 필터링을 실현할 수 있다. 구체적으로, 노치 필터(506), 대역 필터(508), 및 에일리어스 제거 필터(510)는 실질적으로 잡음을 제거하지만, 완전히 제거할 수 없는 잡음이 잔존할 수 있다. 따라서, ADC(416)로부터 출력된 각 디지털값으로부터 이 잔존하는 잡음을 제거하는데, 센서 제어 장치(152)는 MPU(420) 또는 다른 프로세서에 있어서 디지털 필터링 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 임의의 적절한 무한 임펄스 응답(IIR：infinite impulse response) 또는 유한 임펄스 응답(FIR：finite impulse response) 필터를 사용해도 된다.

도 12에는 디지털 필터링용의 순서가 예시적으로 나타난다. 디지털 필터링 순서는 다른 프로세서에서도 실현될 수 있지만, 이 디지털 필터링 순서는 MPU(420)에 의해 소프트웨어 처리로서 실현되는 것이 바람직하다. 도시한 실시예에서, 디지털 필터링 순서는 필터링을 위한 3개의 채널을 구비한다. 각 채널은 변환기(175)에 의해 전계가 발생 가능한 다수의 주파수 중 하나에 대응한다. 도시한 실시예에서는 3개의 주파수 중 임의의 주파수로 선택적으로 송신하도록 변환기(175)가 구성된다. 이 때문에, 다른 실시예에서는 보다 많은 주파수 채널이 포함될 수 있지만, 디지털 필터링 순서는 3개의 대응하는 채널을 포함한다. 각 필터링 채널은 다른 통과 주파수(F₁, F₂, F₃)를 가지는 대역 필터, 정류단(整流段), 및 저역 필터를 구비한다. 일 반적으로, 근접 LCD 스크린으로부터의 잡음 등의, 이미 알고 있는 근접 잡음원으로부터의 잡음을 완전히 필터링하도록 필터 주파수가 선택된다. 3개 대역 필터의 출력 각각은 정류되어, 대응하는 저역 필터에 공급된다. 각 디지털값을 저역 필터링하는 것에 의해 잔존하는 잡음이 필터링됨으로써, 각 입력 디지털값으로부터 관련 속성(예를 들어 진폭, 위상 등) 정보가 추출된다. 따라서, 디지털 필터링의 출력에 의해, 변환기(175)의 위치를 결정함과 아울러, 변환기(175)로부터 수신한 신호로부터, 부호화된 디지털 데이터를 복호하기 위한 정확한 기준이 취득된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 2 이상의 주파수 채널이 양호한 잡음 배제를 위해 사용된다. 예를 들어 소정의 주파수로 샤프한 피크를 구비한 신호(노이즈)를 방사하는 LCD 스크린도 있다. 이러한 주파수 중 하나의 주파수가 변환기(175)에 의해 사용되는 주파수와 동일하면, 변환기(175)에 유효한 다른 주파수로 전환하여 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 센서(150)를 위한 제어 장치(152)는 다수의 주파수 채널 각각에 대해 신호대 잡음비를 결정하도록 구성되어, 최대의 신호대 잡음비를 가지는 주파수 채널을 수신 채널로 하거나, 또는 설계시의 교정 공정의 일부분으로서 선택한다. 이하에 있어서 설명하는 바와 같이, 변환기 모드일 때에 제어 장치(152)가 선택 수신 채널을 나타내는 디지털 데이터를 변환기(175)에 송출하는 것도 가능하다. 이러한 디지털 데이터를 수신하여 복호화하면, 즉시 변환기(175)는 선택한 수신 채널로 송신을 개시한다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 2 이상의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템을, 예를 들어 서로 근접시켜 양쪽 모두 사용할 때, 2 이상의 시스템 사이에서의 교차 결합을 회피하도록, 서로가 다른 주파수로, 또는 다른 조로 구성되는 주파수로 전계를 전송하도록, 이러한 시스템의 변환기가 구성된다.

전술한 바와 같이, 변환기(175)에 의해 발생한 전계에 의해 전극 어레이(154)에 유기되는 복수의 검지 신호의 측정 속성(예를 들어 진폭, 위상 등)에 기초하여, 변환기(175)의 위치가 결정된다. 예를 들어 다수의 전극에 각각 유기되는 다수의 신호 진폭은 최대의 진폭을 구할 수 있도록 측정되어 서로 비교될 수 있다. 변환기(175)의 위치는 변환기(175)에 가장 가까운 전극에 최대 진폭을 가지는 신호가 유기된다고 하는 일반 관념에 기초하여 결정된다. 다른 실시예에서는 다수의 전극에 각각 유기된 다수의 신호 위상이, 변환기(175)의 위치를 결정하는데 측정되어 서로 비교될 수 있다. 예를 들어 300 MHz의 변환기 신호에서는 5 cm 이격(離隔)한 2개의 전극에 유기되는 신호의 위상차는 18°로 된다. 600 MHz로 동작하는 ADC를 사용하여 각 신호를 디지털화하는 것에 의해, 그러한 위상을 얻을 수 있다. 각 전극에서의 위상 편이를 측정하는 것에 의해, 각 전극에 대한 변환기의 상대적 이동을 결정 가능하다. 예를 들어 상기의 예에 있어서, 변환기가 전극으로부터 1 cm 떨어져 이동하면, 이 전극에 유기되는 신호의 위상은 3.6°만 편이하게 된다. 이 방법에 있어서는 각 전극에 대한 변환기의 상대적 이동만이 이미 알고 있는 것이 된다. 변환기 신호의 각 주파수를 주기적으로 변화시키는 것에 의해, 다른 전극이 위상 편이를 검지하는 타이밍을 검출하여 비교하는 것이 가능하다. 주파수 변화 후의 위상 편이를 최초로 검지하는 전극이 변환기에 가장 근접한 전극이다. 이 후 계속해서, 다른 전극에 있어서도 위상 편이를 검출함으로써, 변환기의 절대 위치를 결 정 가능하다. 그 후, 같은 주파수를 사용하여, 다른 전극에서의 위상 편이를 모니터한다. 변환기의 절대 위치를 재차 결정 가능한 다음의 주파수에 변화하기까지, 각 전극에 대한 변환기의 상대적 이동이 결정된다.

본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, 전극 어레이(154)에 유기되어, 그 다음에 디지털값으로 변환되어 필터링되는 각 신호의 속성(예를 들어 진폭, 위상 등)에 기초하여 변환기(175)의 위치를 결정하는데, 곡선의 맞춤 기술이 사용된다. 이 일에 대해서는 MPU(420)내의 디지털값을 사용하거나, 또는 호스트 장치(예를 들어 본 발명의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템을 입력/표시 시스템으로서 포함되는 퍼스널 컴퓨터： PC)에 포함되는 주프로세서 등, 1개 이상의 프로세서와 공동하여 곡선의 맞춤을 실행하도록 MPU(420)가 구성된다. 곡선의 맞춤 처리가 집중하는 경우에는, 이와 같은 분산 처리를 일부 응용에 사용할 수 있다. 이 경우, 전극 어레이(154)에 유기한 신호를 측정하고 필터링하여 얻은 각 신호를, MPU(420)로부터 처리용의 호스트 시스템의 프로세서로 이동시킨 후, 예를 들어 USB 또는 RS232 인터페이스(도 5a 참조) 등의 직렬 인터페이스를 통하여 MPU(420)에 되돌릴 수 있다.

적절한 파라미터로 표시된 임의의 곡선이 곡선의 맞춤에 사용 가능하다. 본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, 안테나로서도 기능하는 특정의 선단 형상을 가지는 변환기와, 특정의 전극 구성 패턴(즉, 각 전극의 형상 및 전극 어레이의 배치 패턴)을 가지는 전극 어레이를 구비한 임의의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 대해, 적절한 곡선을 경험적으로 얻는 것이 가능하다. 곡선의 맞춤에 기초하 는 변환기에 의한 지시 위치의 결정은 실질적으로 임의의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 대해 적절한 곡선을 얻는 것이 가능하고, 또한 특정의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 대해 얻어지는 곡선은 대량 생산되는 동일한 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 확실히 응용 가능한 점에 있어서 유익하다. 이 이유는 ITO 제조 공정 등의 시스템의 제조 공정에서 예상되는 통상의 변화를 설명하는데 곡선의 맞춤 기술은 충분히 강력하기 때문이다. 이러한 곡선을 넓고 다양하게 다른 전극 형상 및 어레이 패턴에 대해 교정 가능한 것으로부터, 이 기술은 용량성 터치 검지에 대해 본래 설계되어 온 이러한 형상 및 구성을 비롯하여, 전극 어레이가 많은 다른 형상 및 구성의 사용을 용이하게 한다.

도 13a는 본 발명의 일 실시예에 의한 곡선의 맞춤 기술에 기초하는 변환기의 위치를 결정하는데 사용되는 샘플 공정을 도시하는 플로차트다. 단계 1300에 있어서, 변환기(175)가 전극 어레이 전체에 걸쳐서 다수의 이미 알고 있는 위치에 놓여질 때, 전극 어레이(154)에 유기되는 신호 데이터가 수집된다. 단계 1302에서, 수집된 신호 데이터에 가장 적합한 파라미터화 곡선이 정의된다. 이들 2개의 단계는 설계시에 실행할 수 있고, 정의된 곡선은 그 다음에 센서(150)의 제어 장치(152)에 기억된다. 단계 1304에서, 변환기 모드일 때, 변환기(175)에 의해 전극 어레이(154)에 유기된 신호 데이터가 수집되고, 이 때 변환기의 위치는 제어 장치(152)에 있어서 미지이다. 단계 1306에서, 상기 단계 1304에서 수집된 데이터를 정의 완료된 곡선에 적합시키는 것에 의해, 변환기의 지시 위치가 결정된다. 이러한 단계 각각은 이하에서 상세하게 설명한다.

본 발명의 각 예시적 실시예에 의하면, 2개의 적합 곡선을 얻을 수 있다. 이 때, 일부 응용에서는 동일한 곡선을 X－ 및 Y－위치 결정 각각에 사용할 수 있다. 즉, 일방의 곡선은 X－위치 결정을 위한 것이며, 타방의 곡선은 Y－위치 결정을 위한 것이다. X 및 Y 방향(각각 전극 어레이의 열 및 행) 각각에서 곡선의 맞춤에 대해, X 전극 및 Y 전극에 유기되는 각 신호의 속성은 경험적으로 또는 이론적으로 확립된다. 속성을 설정하는 1개의 실험적 방법은 로보트의 아암 또는 다른 적절한 도구를 사용하여 전극 어레이(154) 전체에 걸쳐서 변환기를 주사하는 것을 포함한다. 로보트의 아암은 지령을 받아, 이미 알고 있는 경사(예를 들어 X－위치 주사할 때의, X－Z 면에 있는 변환기의 축과 검지면에 수직인 라인 사이에 형성되는 각도), 및 검지면 상방의 이미 알고 있는 높이를 사용하여 이미 알고 있는 위치로 이동할 수 있다. X－위치 주사할 때, 전극 어레이 전체의 양호한 커버리지(coverage)가 달성될 때까지, 변환기가 전극 어레이의 전극간 및 그 전체에 걸쳐서 이동하고, X 전극에 유기된 각 신호의 속성(예를 들어 진폭, 위상 등)이 연속적으로 자동식에 기록된다. X 및 Y 방향의 변환기의 이동에 수반하여, 변환기의 경사 및/또는 높이도 변화할 수 있다. 예를 들어 20개의 X 전극에 대해, X 전극에 유기되는 각 신호의 각 속성을 기록하는데(경사 및/또는 높이를 가진) 2,000개의 변환기 위치를 사용할 수 있다. 필요하게 되는 실제의 측정수는 일반적으로, 전극 어레이(154)의 구성 상의 대칭성에 의존하게 된다. 대칭성이 있으면, 전극 어레이(154)의 부분에 대해 기록된 측정 데이터는 대응하는 대칭의 부분에 대한 측정 데이터를 추정하는데 사용할 수 있다(도 13a의 단계 1300). 동양의 공정은 Y위치 주사에 대해서도 반 복해도 된다.

X 전극 및 Y 전극에 대한 전측정 데이터가 일단 경험적으로 또는 이론적으로 설정되면, 변환기(175)의 각 위치(및 경사/높이)가, 그 위치에서 변환기에 의해 발생한 전계에 의해, X 전극 및 Y 전극에 유기된 각 신호의 속성과 관련지어진 1 조의 측정 데이터가 되도록 데이터를 배치 가능하다.

다음에, 곡선의 맞춤 수식으로서 사용되는 적절한 수학적 등식에 데이터가 적용된다. 환언하면, 곡선의 맞춤 수식, 즉 데이터에 적합한 파라미터화 곡선이 설정된다. 사용할 수 있는 가능 곡선은 다항식과, 유리 다항식과, 삼각 함수, 대수 관계 및 지수 함수의 조합이다. 매우 단순한 기하학적 형상에서는 직선적인 선형 보간(線形補間)으로 충분하게 될 수 있다. 유리 다항식은 계산의 정밀도 및 속도 사이에 양호한 타협을 가져올 수 있다. 동일한 직사각 형상 도체로 이루어지는 X 전극에 대해, 다항식은, 예를 들어 이하와 같이 정의할 수 있다.

[식 6]

상기 식은 일련의 X 전극 중 i번째의 전극을 중심의 전극으로서 가정하는 동시에, 변환기가 이 i번째의 전극을 왼쪽에서부터 오른쪽으로 횡단한다고 했을 때에, 이 i번째 전극 상의 예상 진폭을 조사한다. 식 중, x는 이 i번째 전극의 중심으로부터의 거리를 나타낸다. 또, x＜0은 변환기가 i번째 전극의 중심으로부터 좌측에 있는 것을 나타내고, x＞0은 변환기가 i번째 전극의 중심으로부터 우측에 있 는 것을 나타내고, 또 x=0은 변환기가 i번째 전극의 중심에 있는 것을 나타낸다. 변환기가 i번째 전극의 중심(즉 바로 위)에 있는 경우에 이 유리 다항식은 일반적으로 x=0에서 피크를 가져, 또 변환기가 i번째 전극의 좌측 또는 우측으로 이동할 때, i번째 전극의 진폭은 감소한다. 식 6에 기초하는 예시적 곡선을 도 13b에 나타낸다. 상기 식에 있어서, a, b, c, d, e 및 f의 값은 사용 중 특정 변환기의 선단 형상 및 전극 구성 파라미터에 대해 경험적으로 결정되는 교정 파라미터이다. 이 실시예에 있어서, 전극 어레이(154)의 각 전극은 동일하게 구성되어 있으므로, X 전극 각각에 대해 동일한 곡선을 생성할 수 있다. 모든 경우에 요구되는 것은 아니지만, 일반적으로 이러한 교정 파라미터는 X 전극 및 Y 전극에 대해 별개로 정의되는(X 전극 및 Y 전극에 대해 2개의 곡선을 각각 생성하는) 것으로 된다. 또한, 식 6은 사용 가능한 유리 다항식의 일례이다. 다른 다항식, 또는 함수의 조합도 사용할 수 있다(도 13a의 단계 1032).

선택된 곡선의 맞춤 수식(또는 파라미터화 곡선), 및 경험적으로 결정된 교정값을 사용하여, MPU(420)는 입력 데이터를 소정의 곡선에 적합시킴으로써, 변환기(175)의 위치를 용이하게 결정할 수 있다. 이 제2 곡선으로의 적용은 다양한 다른 기술을 사용하여 실행 가능하다. 예를 들어 변환기의 위치는 곡선의 맞춤 수식 및 측정 진폭간 각각의 2승합을 최소화하는 것에 의해 결정 가능하다. 이 기술의 일례는 이하의 과제를 푸는 것을 포함한다.

[과제 7]

이 예에 있어서, 변환기의 X 위치를 결정하기 위해, x₁, x₂, x₃, x₄, x₅ 등 일련의(또는 복수의) X 전극에 유기되는 진폭이 각각 A₁, A₂, A₃, A₄, A₅로서 측정되어, 상기 과제에 입력된다. 여기서 p(x)는 전술한 곡선의 맞춤 수식이다. X 전극 x₃이 중심 전극으로서 선택되었을 때, x₃에 대한 변환기의 위치 x_pen(예를 들어 중심 x₃의 좌측의 부(負)의 값 및 중심 x₃의 우측의 정(正)의 값)은 상기 과제를 푸는 것에 의해, 즉 합을 최소화하는 값 x_pen을 결정하는 것에 의해 결정 가능하다. 이 공정은 그 다음에 x₆, x₇, x₈, x₉, x₁₀ 등의 다른 조를 구성하는 X 전극에 대해 반복될 수 있다. 동양으로 이 공정은 값 y_pen을 구하기 위해 Y 방향으로 반복된다. X 위치 및 Y 위치에 대해 곡선의 맞춤을 실행하는 것에 의해, 변환기의 정확한 위치를 결정할 수 있다(도 13a의 단계 1304 및 단계 1306).

들어 오는 진폭 측정 데이터를 정의 완료된 곡선에 적합시키는 다른 기술은 임의 2점간의 최장 거리를 사용한다. 이 기술의 일례는 이하의 과제를 푸는 것을 필요로 한다.

[과제 8]

이 기술은 임의 2점간의 최장 거리를 최소화하는 값 x_pen을 구함과 아울러, 최악의 경우도 고려한 최선의 적합을 구한다. 얻어진 곡선이 매우 평탄한 응답을 가지고 있으면, 이 기술은 유용할 수 있다.

다른 예로서 상기 과제 7 및 8에 있어서 같은 최소값을 신속히 결정하는데, 마르크와르트-리벤베르크법(Marquardt－Levenberg) 및 가우스ㆍ뉴턴법(Gauss－Newton) 등의 기술이 사용 가능하다. 이러한 기술은 일반적으로, x_pen에 대한 초기 추정값을 사용하여 개시되고, 계속해서 p(x)의 도함수를 사용하여 추정값을 알맞은 것으로 해간다. 최소값이 조금이라도 개선될 때까지, x_pen에 대한 추정값을 조정한 채로 공정은 반복된다. 이 시점에서, 최소값이 구해지는 동시에, x_pen이 결정된다. 다른 형식의 적용 알고리즘은 2분 탐색법을 사용한다. 이 경우, 적절한 개시(開始)값이 선택되어, 값이 후방 및 전방으로 탐색되고, 전극 스트립 차분(差分)만으로부터 개시하고, 최선의 회답이 얻어질 때까지 이 차분을 재분(再分)한다. 이 기술은 마르크와르트-리벤베르크법 또는 가우스ㆍ뉴턴법이 특정의 적용에 부적절한 것에 유익할 수 있다. 다른 예로서, X－Y 방향에 대해 동시에 적합한 2D(2차원) 처리도 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 전극 어레이(154)에 유기된 신호의 속성은 변환기의 경사 및/또는 높이를 변화시키면서 측정할 수 있다. 따라서, 변환기의 경사 및/또는 높 이 등의 다른 데이터를 추가로 설명하는 파라미터화 곡선을 얻을 수 있거나, 또는 조정 가능하다. 검지면 상방의 변환기의 높이(또는 「호바(hover)」)는, 예를 들어 이하의 과제를 푸는 것에 의해 구해진다.

[과제 9]

이 예에서는 진폭 Ai가 i번째의 전극에서 검출된 상태로(x₄를 중심 전극으로 하여) 7개의 X 전극이 사용된다. 또 h는 높이이다. x4에 대한 변환기 x_pen의 X 위치 및 높이 h는 합을 최소화하는 값 x_pen 및 h를 결정하는 것에 의해 구해진다. 또한, 상기 과제에서는 변환기가 검지면으로부터 멀어짐에 따라, 신호 강도는 1/h에 비례하여 감소한다.

다른 예에서는 변환기의 경사는 자기적 결합 실시예에서의 사용에 바람직한, 삼각 함수를 포함하는 이하의 식에 의해 파라미터화할 수 있다.

[식 10]

이 식에 있어서, P_tilt는 X 방향으로 검지면에 직교하는 축에 관한 경사각이 며, W_ito는 1개의 전극 루프의 폭이다.

이 기술에 대한 다른 변형에서는 정밀도를 향상시키기 위해 곡선의 맞춤에 대한 가중치가 가능하다. 일반적으로 이것은 보다 강도가 높은 신호가, 일반적으로 보다 높은 신호대 잡음비를 가지기 때문에, 이보다 강도가 높은 신호에 의해 큰 양을 가중치 부여하는 것에 의해 행해진다. 신호가 가장 강한 전극의 중심의 x_pen에 대한 초기 추정값으로부터 개시하는 것이 바람직한 경우도 있을 수 있다. 이것은 실제의 최소값이 탐색 알고리즘에 의해 구해지는 확률을 향상시킨다.

본원에서 사용함과 아울러, 상기 설명에 의해 확인한 바와 같이, 용어 「곡선의 맞춤(curve fitting)」 또는 「맞춤(fitting)」은 「테스트」데이터에 가장 잘 적합한 1개 이상의 곡선을 구성하고, 계속해서 「실제」의 데이터를 처리하는데 그 1개 이상의 곡선을 사용하는데 사용되는 광범위한 기술 중 하나 이상의 기술에 관련하여 있다. 곡선과 실제 데이터와의 오차(예를 들어 2승합)를 최소화하는 것에 의해, 정의 완료된 곡선을 실제의 데이터에 적합시키거나, 또는 반복 공정을 통해 곡선을 적합시키는 각종 예가 개시된다. 그러나 다른 예에서는 비반복 공정을 사용할 수 있다. 예를 들어 최소 2승 선형 회귀를 사용하여, 반복하는 일 없이, 또한 오차를 최소화할 필요도 없는 양호한 적합(適合)을 얻는 것이 가능하다. 보다 고속의 알고리즘과 교환하여 일부의 위치 결정 데이터를 희생할 수도 있다. 예를 들어 신호대 잡음비가 양호한 가늘고 긴 전극을 가지는 전극 어레이에 있어서, 가장 큰 진폭을 가지는 2개의 전극간에 단순한 선형 보간법을 사용하여, 변환기의 위치를 결정하는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 각종 예시적 실시예에 의하면, 변환기 제어 장치(177)는 주파수 호핑 기술을 사용하여 다수의 주파수에서, 보다 상세하게는 순차적으로 다른 주파수에서 전계를 선택적으로 발생시킨다. 상세하게, 본 발명의 각종 실시예에 있어서, 변환기 제어 장치(177)의 MCU(318)는 다른 주파수 범위에서 안테나에 공급하는 신호를 선택적으로 발생하도록 구성된 탑재 디지털 제어식 발진기를 구비한다. 잡음 배제 능력을 향상시키기 위해, 1개의 주파수로부터 다른 주파수에 호핑하면, 이것에 대응하여 안테나(179)에 의해 발생한 전계의 주파수가 변화한다. 또, 이러한 다른 주파수는 디지털 데이터를 부호화하여, 변환기(175)로부터 전극 어레이(154), 나아가서는 센서 제어 장치(152)에 송신할 때에 사용할 수 있다. 예를 들어 압력 데이터, 스위치 상태 데이터, 및 변환기 식별용 데이터(ID) 등, 변환기(175)에 관계하는 디지털 데이터를 부호화하여 송출하는데 적절한 주파수 편이 키잉(FSK) 기술을 사용 가능하다. 변환기 식별용 데이터는 특정의 변환기를 식별하는데 유익할 수 있다. 예를 들어 센서(150)가 POS(point－of－sale) 시스템에 사용됨과 아울러, 다른 판매 대리인이 다른 변환기(175)를 휴대할 때, 센서는 대리인의 변환기(175)로부터 수신된 변환기 식별용 데이터에 기초하여 데이터를 입력 중 특별한 판매 대리인을 자동적으로 식별할 수 있다. 다른 예에서는, 본 발명에 의한 복수의 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템이 서로 근접하여 사용될 때, 원하는 변환기(175)로부터 수신된 신호만을 처리할 수 있도록(다른 변환기와는 구별하여), 그 변환기(175)를 식별할 수 있는 것은 각 센서에 있어서 바람직한 것이 된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 변환기(175) 및 센서(150)간의 통신에 사용되는 주파수는 이미 알고 있는(기본) 주파수를 분주하는 것에 의해 정의되어도 된다. 이 방법은 기본 주파수의 고조파를 회피함과 아울러, 보다 양호한 잡음 배제를 제공한다고 하는 이점을 가져온다. 일례에 있어서, 변환기(175)는 2개의 모드로 동작한다. 제1 모드는 4개의 주파수를 발생시킬 수 있는 저전력 모드이다. 제2 모드는 저전력 모드에 비해 보다 많은 전력을 소비하지만, 기본 주파수의 고조파가 아닌 다수의 주파수를 가져오는 고전력 모드이다. 하기의 표 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 변환기에 의해 사용할 수 있는 가능 주파수를 나타낸다.

[표 1]

500 kHz 기본 주파수(저전력)		2 MHz 기본 주파수(고전력)
제수(除數)	펜 송신 주파수(kHz)	제수	펜 송신 주파수(kHz)
2	250	8	250
		9	222
		10	200
		11	182
3	166	12	166
		13	154
		14	143
		15	133
4	125	16	125
		17	118
		18	111
		19	105
5	100	20	100

저전력 모드 및 고전력 모드 각각에 있어서, 기본 주파수를 분주하는 것에 의해, 사용 가능한 주파수가 결정된다(예를 들어 500 kHz 및 2 MHz). 상기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용 가능한 1 조의 다른 주파수의 일례를 간단히 나타내고 있는 것에 지나지 않으며, 그 밖에 다른 주파수의 조를 본 발명의 다른 실시예에 있어서 사용을 위해 선택해도 된다. 1 조의 다른 적절한 주파수를 선택하는 데, 위상 로크 루프(Phased Locked Loop(PLL))를 사용하는 방법 등의 각종 다른 방법을 사용할 수 있다.

PLL의 구성은 주지된 것이다. 도 13c에, 본 발명의 실시예에 의한 사용에 바람직한 샘플 PLL의 구성을 나타낸다. 이 PLL은 기준 주파수(Rf; 1310), 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator(VCO); 1312), 위상 검출기(1314), 및 연산 증폭기(1316)와 2개의 저항기(1318a, 1318b)로 이루어지는 루프 필터를 구비한다. 기준 주파수(Rf)로부터 다른 주파수를 발생시키기 위해, PLL은 1개 이상의 분주기(도시한 실시예에서는 M 분주기(1320) 및 N 분주기(1322))를 구비한다. PLL은 기준 주파수(Rf)에 기초하여 M/N으로 규정되는 각 주파수를 발생시킬 수 있다. 이것에 의해, 기본 주파수를 공유하는 광범위한 주파수가 생성 가능하게 된다. 예를 들어 만일 N이 1 내지 16의 범위에서 선택 가능하다면, 16, 15, 13 및 11을 N 분주기(1322)에 있어서 제수로서 선택할 수 있다. 만일 M 분주기(1320)에 있어서 제수로서 11 또는 7이 선택되는 동시에, 기준 주파수(Rf)가 500 kHz이면, 이하의 출력 주파수를 발생된다.

11/16 * 500 kHz = 343.75 kHz

11/15 * 500 kHz = 366.67 kHz

11/13 * 500 kHz = 423.08 kHz

7/11 * 500 kHz = 318.18 kHz

PLL은 서로가 근접하는 범위의 주파수를 발생시킬 수 있기 때문에, 센서 제어 장치(152)내의 아날로그 처리단(414)에 협대역(狹帶域) 필터(508)를 사용할 수 있다. 이 때문에, 신호가 디지털화되기 전에 신호대 잡음비를 증대시킨다고 하는 효과가 있다.

일 실시예에 있어서는 특정화된 범위내 4개의 다른 주파수(예를 들어 상기 표 1의 「저전력」모드에 있어서 100 kHz, 125 kHz, 166 kHz 및 250 kHz)를 발생시키도록 변환기(175)가 구성된다. 잡음 배제의 필요에 따라서 이러한 4개의 다른 주파수를 전환하거나 또는 주파수 편이로 디지털 데이터를 부호화하도록 변환기 제어 장치(177)가 구성된다. 주파수 호핑을 사용하여 디지털 데이터를 부호화하는데 각종 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어 임의의 적절한 주파수 편이 키잉(FSK) 기술을 사용해도 된다. 부가적으로 또는 대체적으로, 디지털 데이터를 부호화하는데, 임의의 적절한 진폭 편이 키잉(ASK) 기술, 위상 편이 키잉(PSK) 기술, 또는 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation(QAM)) 체계 등의, 보다 복잡한 부호화 체계를 디지털 데이터의 부호화에 사용해도 된다.

하나의 특정예로서 디지털 데이터를 부호화하는데 맨체스터형 코드를 사용할 수 있다. 이 맨체스터형 코드에서, 하이(high)로부터 로우(low)로의 주파수의 변화는 「1」을 송신하고, 또한 로우로부터 하이로의 주파수의 변화는 「0」을 송신한다. 하기의 표 2는 맨체스터형 코드에 기초하는 샘플 데이터 부호화 체계를 도시한다.

[표 2]

부호화	의미
111	프레임의 개시(SOF)
001	0의 송출
011	1의 송출
000	프레임의 종료(EOF)

상기에 나타내는 바와 같이, 하이로부터 로우의 3개의 연속한 변화(「111」)는 프레임의 개시(SOF)를 나타내고, 로우로부터 하이의 3개의 연속한 변화(「000」)는 프레임의 종료(EOF)를 나타낸다. SOF 및 EOF 사이에 있어서, 「001」의 임의 3개의 변화는 「0」을 송출하고, 「011」의 임의 3개의 변화는 「1」을 송출한다. 이러한 디지털 데이터(SOF, 0, 1, 및 EOF)는 데이터 프레임의 구성으로 송신된다. 그 일례가 도 14에 나타나 있다. 도 14에 나타내는 데이터 프레임은 독자적인 시작 비트ㆍ시퀀스(SOF) 및 엔드 비트ㆍ시퀀스(EOF)를 가진다. 따라서, 다른 길이를 가지는 것이 가능하다. 도 14의 데이터 프레임은 프레임의 개시(SOF) 블록(950)을 포함하고, 이것에 계속해서 데이터 형식 블록(952; 2 비트), 파일럿 데이터 블록(954; 3 ~ 24 비트)를 포함하고, 마지막에 프레임의 종료(EOF) 블록(956)을 포함한다. 하기의 표 3은 데이터의 형식마다 데이터 프레임 형식의 일례를 나타낸다.

[표 3]

데이터 형식	값	데이터 길이(비트)	코멘트
펜 ID	00	24	1600만개의 독자적 공장 프로그램 펜 식별에 대해 충분
스위치	01	3	각각이 2 이상의 상태(예를 들어 온/오프)를 갖는 3개의 스위치를 제공 가능
압력	10	8	256개까지의 압력값

상기의 예에서, 「00」의 2 비트는 「펜 식별」데이터를 나타내고, 독자적인 펜 식별 번호를 나타내는 24 비트가 이것에 후속된다. 「01」의 2 비트는 「스위치 상태」데이터를 나타내고, 3개까지의 스위치 중 1개의 스위치 상태를 나타내는 3 비트가 이것에 후속된다. 마지막으로, 「10」의 2 비트는 「압력」데이터를 나타내고, 검출된 압력값을 나타내는 8 비트가 이것에 후속된다. 3개의 형식의 데이터만 을 나타냈지만, 보다 많은 또는 다른 형식의 데이터를 정의하여 디지털적으로 부호화해도 된다. 예를 들어 경사 센서 또는 회전 센서 등의 변환기(175) 상에 마련된 임의의 다른 센서, 또는 변환기(175)의 동작 모드(예를 들어 「기동 모드」 또는 「슬립 모드」)로부터 얻은 데이터를 정의하여 디지털적으로 부호화해도 된다.

하기의 표 4는 스위치 상태 데이터를 포함하는 데이터 프레임의 일례를 나타낸다.

[표 4]

SOF			데이터 형식 (사이드 스위치)						제1 스위치를 누름									EOF
SOF			0			1			1			0			0			EOF
1	1	1	0	0	1	0	1	1	0	1	1	0	0	1	0	0	1	0	0	0

상기의 예에 있어서, 최초로, 하이로부터 로우로의 3개의 연속한 주파수 변화(「111」)는 프레임의 개시(SOF)를 나타낸다. 다음의 「01」의 2 비트는 「001」 및 「011」의 주파수 변화에 의해 발생되고, 이 데이터 프레임이 「스위치 상태」데이터인 동시에, 파일럿 데이터가 3 비트 길이인 것을 나타낸다. 후속되는 「100」의 3 비트는 「011」, 「001」 및 「001」의 주파수 변화에 의해 각각 발생되고, 제1 스위치가 눌러졌음을 나타낸다. 마지막으로, 로우로부터 하이의 3개의 연속한 주파수 변화(「000」)는 프레임의 종료(EOF)를 나타낸다.

전술한 방법에 의해 초래되는 데이터 전송의 속도는 주파수 호핑의 속도에 의존한다. 예를 들어 4개의 주파수를 사용하여 주파수 호핑을 250㎲마다 생기게 할 수 있다면, 이 시스템은 1 k비트/초의 쓰루풋(throughput)으로 데이터를 송신할 수 있다.

본 발명은 전술한 특별한 예에는 한정되지 않으며, 다른 데이터 프레임 형식과 동양으로, 각종 다른 디지털 부호화 또는 변조 기술을 사용해도 된다. 예를 들어 에러 수정 등의 고도의 특징을 가지는 다른 부호화 기술(예를 들어 리드－솔로몬(Reed－Solomon) 부호화 기술)을 사용해도 된다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 있어서 플로차트다. 디지털 데이터를 부호화하여 센서(150)에 송신하는 공정을 비롯하여, 변환기 제어 장치(177)에 의해, 보다 상세하게는 그 MCU(318)에 의해, 일반적으로 실행되어야 할 예시적 공정을 나타낸다. 변환기가 기동(wakeup)한 후, 단계 1060에 있어서, 타이머는 슬립으로 되도록 세트된다. 타이머가 일단 슬립으로 세트되고, 소정의 시간이 경과하면, 즉 타이머에 설정된 시간이 되면, 변환기는 슬립으로 된다. 단계 1062에서는 펜 선단에 가해진 압력을 압력 센서(306)에서 검출한다. 단계 1064에서, 단계 1062에서 검출된 펜 선단에 가해진 압력이 소정의 문턱값을 넘고 있는지의 여부가 결정된다. 만일 그렇다면, 단계 1066으로 진행되어, 타이머가 슬립으로 되도록 리세트된다. 그 다음에, 단계 1068에서, 펜 선단에 가해진 압력이 디지털 데이터로서 부호화되어 센서(150)로 송신된다. 동양으로 단계 1070에서, 사이드 스위치 상태가 디지털 데이터로서 부호화되어 센서(150)로 송신된다. 단계 1072에 있어서, 사이드 스위치 상태가 변화됐는지의 여부가 결정된다. 만일 그렇다면, 단계 1074에서, 타이머가 슬립으로 되도록 리세트된다. 그 다음에, 단계 1076에서, 펜 식별 정보(ID 정보)가 디지털 데이터로서 부호화되어 센서(150)로 송신된다. 단계 1078에서, 타이머가 소정의 시간에 도달했는지의 여부가, 예를 들어 단계 1066 및 1074에서 리세트된 타이머에 의해 결정된다. 만일 그렇지 않으면, 공정은 단계 1062로 돌아와, 펜 선단에 가해진 압력이 재차 검출되고, 프로세스 자체가 반복된다. 한편, 만일 타이머가 소정의 시간에 도달했음이 단계 1078에서 결정되면, 단계 1080으로 진행되어, 변환기가 슬립으로 된다. 따라서, 인터럽트(interrupt) 신호가 발생할 때마다 변환기(175)가 기동하고, 또한 타이머를 슬립으로 리세트한다. 검출된 펜 선단으로의 압력이 소정의 문턱값을 넘은 경우(단계 1064) 또는 사이드 스위치 상태가 변화한 경우(단계 1072)에는 인터럽트 신호가 발생한다.

도 16은 변환기(175)에 있어서 주파수 편이로 부호화된 디지털 데이터를, 센서 제어 장치(152)에서 복호화하는 경우에, 실행되어야 할 공정을 예시적으로 나타내기 위한 플로차트다. 단계 1020에 있어서, 펜 주파수 상태가 「미지(unknown)」로 세트된다. 단계 1022에서, 펜 주파수가 검출됐는지의 여부가 결정된다. 만일 그렇다면, 단계 1024에서, 펜 주파수가 「미지」인지의 여부가 결정된다. 상세하게, 이 예에서는 사전에 정의된 10개의 주파수 상태가 있어도 된다. 만일 단계 1022에서 검출된 주파수가 「이미 알고 있는(known)」의 주파수 상태 중 어느 쪽도 아니라면, 단계 1026로 진행되어, (미지이기 때문에) 주파수 이동 방향을 조사할 필요가 있으면 지시되고, 그 후 단계 1022로 돌아와 펜 주파수가 검출됐는지의 여부가 결정된다. 만일 단계 1024에서, 단계 1022에서 검출된 펜 주파수가 「이미 알고 있는」의 주파수 상태 중 어느 하나라고 결정되면, 단계 1028로 진행되어, 전회(前回)의 검출 이후 주파수가 변화했는지의 여부가 결정된다. 만일 그렇지 않으면, 재차 단계 1022로 돌아와 펜 주파수가 검출됐는지의 여부가 결정된다.

만일 단계 1028에서, 전회의 검출 이후 주파수가 변화했다고 결정되면, 단계 1030으로 진행되어, 주파수 이동 방향을 조사할 필요가 있는지의 여부가 결정된다. 처음은 주파수 이동 방향은 미지이며, 이 때문에 이것을 조사할 필요가 있다. 따라서, 단계 1032로 진행되어, 현재 검출된 주파수가 전회 검출된 주파수에 비해 낮은지의 여부가 결정된다. 만일 그렇다면, 단계 1034로 진행되어, 주파수가 「하이로부터 로우」로 됐음이 지시된다. 한편, 만일 그렇지 않으면, 단계 1036으로 진행되어, 주파수가 「로우로부터 하이」로 됐음이 지시된다. 단계 1034 및 1036 중 어느 하나로부터, 단계 1022로 돌아와 펜 주파수가 검출됐는지의 여부(단계 1034와 단계 1036 중 어느 하나에서 유래하는 경우는 「예」임)가 재차 결정된다. 단계 1028로 진행되어, 만일 전회의 검출 이후 주파수가 변화했다고 결정되면(단계 1034와 단계 1036 중 어느 하나에서 유래하는 이 경우는 「예」임), 단계 1030에서, 주파수 이동 방향을 조사할 필요가 있는지의 여부가 결정된다. 이 때, 주파수 이동 방향은 (단계 1034에서) 「하이로부터 로우」 또는 (단계 1036에서) 「로우로부터 하이」 중 어느 하나로서 이미 지시되어 있다. 이 때문에, 주파수 이동 방향을 조사할 필요는 없으며, 단계 1038로 진행되어, 현재 검출되어 있는 주파수가, 단계 1034 또는 단계 1036에서 이미 나타낸 바와 같이 주파수 이동 방향과 동일한 방향으로 전회 검출한 주파수로부터 이동했는지의 여부가 결정된다. 만일 그렇다면, 단계 1040으로 진행되어, 주파수 이동 방향이 「하이로부터 로우」이면 「1」이 기록되고, 주파수 이동 방향이 「로우로부터 하이」이면 「0」이 기록된다.

그 후, 단계 1042로 진행되어, 현재 검출되어 있는 주파수가 도시한 실시예 에 있어서 143 kHz 등의, 소정의 문턱값에 비해 높은지의 여부가 결정된다. 이 문턱값는 일반적으로, 정의된 주파수 범위의 중간적인 값(예를 들어 도시한 실시예에서는 100 kHz 내지 250 kHz의 범위내에 있어서 143 kHz)의 근처에 사전에 정의된다. 만일 현재 검출되어 있는 주파수가 이 정의 완료된 문턱값보다 높으면, 단계 1044에 있어서, 주파수 이동 방향이 「하이로부터 로우」인 것이 지시된다. 한편, 만일 현재 검출되어 있는 주파수가 소정의 문턱값 이하이면, 단계 1046에서, 주파수 이동 방향이 「로우로부터 하이」인 것이 지시된다. 단계 1044 및 1046 중 어느 하나로부터 단계 1022로 돌아와, 펜 주파수가 검출됐는지의 여부가 재차 결정된다. 만일 그렇지 않으면, 단계 1048로 진행되어, 주파수의 전회의 검출 이후 소정의 시간이 경과했는지의 여부가 결정된다. 만일 그렇다면, 단계 1050으로 진행되어, 새로운 데이터(또는 새로운 데이터 프레임)의 개시가 지시된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 디지털 부호화와 주파수 호핑을 사용한 통신은 변환기(175) 및 센서(150) 사이에서 쌍방향으로 달성된다. 디지털 데이터는 센서(150)에 의해서도 동양으로 부호화되어, 변환기(175)에 송신 가능하게 된다. 센서(150)에 의해 디지털적으로 부호화된 데이터의 형식은, 예를 들어 센서 식별 데이터, 수신용 채널 데이터(즉, 어느 주파수 채널을 사용해야 하는가), 및 센서(150)의 동작 모드를 포함하고 있어도 된다. 추가로 또는 대체적으로, 압력, 스위치 상태, 펜 식별용 정보(ID 정보) 및 그 외의 디지털 데이터는 블루투스(Bluetooth： 등록 상표) 및 지그비(ZigBee) 프로토콜을 포함하는 IEEE802.15 표준에 준하는 블루투스 장치를 개입시키는 등, 다른 RF 무선 기술을 사용하여 변환 기(175) 및 센서(150)간에 송신해도 된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 전극 어레이(154)와 함께 사용하기 위해 구성된 무선 변환기(175)가 제공된다. 이 무선 변환기(175) 및 전극 어레이(154)는 용량적으로 결합되어 있다. 무선 변환기(175)는 그 말단에 펜 선단(도 3b의 179)을 가지는 펜 형상 하우징(도 3b에서 330)과, 이 펜 형상 하우징(330)내에 배치된 변환기 제어 장치(177)를 구비한다. 이 변환기 제어 장치(177)는 무선 변환기(175)의 동작을 제어함과 아울러, 펜 선단에 가해지는 압력을 검출하는 압력 센서(306)를 구비한다. 무선 변환기(175)는 또한, 압력 센서(306)에 의해 검출된 압력 센서 데이터를 디지털 데이터로서 전극 어레이에 송신하도록, 변환기 제어 장치(177)에 결합된 안테나(179)를 구비한다. 변환기 제어 장치(177)는 이 변환기 제어 장치(177) 및 안테나(179)를 구동하기 위한 전력을 공급하는 축전지 또는 컨덴서(314) 등의 전력 축적 장치를 구비하는 것에 의해 무선 변환기를 실현한다.

상기의 무선 변환기(175)는 적절한 센서(150)과 함께, 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템을 형성한다. 일부 실시예에서, 이 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템은 충전용 입력 커넥터(315)를 통하여 컨덴서(도 4에 나타내는(314))를 충전하기 위해, 무선 변환기(175)를 위해 적절히 형성된 도킹 스테이션(충전 장치)을 추가로 구비할 수 있다.

본 발명의 추가 형태에 의하면, 근접 대상물의 위치 및 변환기의 위치를 선택적으로 결정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 8개의 단계로 이루어진다. 첫째, 근접 대상물이 전극 어레이(154)를 사용하여 용량적으로 검지된다. 둘째, 근접 대 상물의 위치가 용량성 검지에 기초하여 결정된다. 셋째, 전계가 변환기(175)를 사용하여 발생한다. 넷째, 디지털 데이터가 변환기(175)로부터 소정의 형식으로 송신된다. 다섯째, 복수의 검지 신호가, 전극 어레이(154)의 대응하는 복수의 전극에 있어서 전계에 기초하여 유기된다. 여섯째, 이 복수의 검지 신호의 속성이 측정된다. 일곱째, 변환기(175)의 위치가, 이 복수의 검지 신호가 측정 속성에 기초하여 결정된다. 여덟째, 디지털 데이터는 전극 어레이(154)를 사용하여 수신된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 변환기(175) 및 센서(150)는 변환기 위치 결정 및 디지털 데이터 통신 각각을 위해 비동기적으로 통신할 수 있다. 상세하게, 일부 실시예에 의한 본 발명의 시스템 및 방법에서는 전극에서 유기된 신호의 진폭 및 주파수를 결정하는 것에 의존하고 있으므로, 변환기(175) 및 센서(150) 사이에서, 특정의 위상 상관을 필요로 하는 것은 아니다. 이것은 많은 잠재적 이점을 가진다. 예를 들어 동기를 위한 유선 또는 전용의 무선 링크의 사용을 필요로 하는 것은 아니다. 동기를 위한 전용 무선 링크는 센서(150)의 일부분 상에 부피가 커지는 송신기를 필요로 할 수 있다. 또한, 동기를 위한 전용 무선 링크는 다른 장치를 방해하는 요인이 될 수 있거나 또 그 이상으로, 다른 장치에 의해 간섭될 수 있다. 또, 본 발명을 사용하여 달성 가능한 비동기 설계는 변환기(175) 및 센서(150)간에 다른 주파수를 사용하는 것을 용이하게 한다. 또, 비동기에 의한 통신의 채용은 시간 경과에 따른 열화(劣化)에 강하고, 또, 각종의 장치와 양립하기 쉽다

본원에서 말한 실시예는 본 발명 및 그 특별한 응용을 설명하는 것에 의해 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 제시되었다. 그러나 당업자는 전 술한 설명 및 모든 예는 예증 및 실례만을 위해 제시된 것을 인식하게 된다. 전술과 같은 설명은 포괄적인 것으로 의도되거나 또는 개시로부터 본 발명을 조금도 상이한 것으로 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 첨부한 특허 청구의 범위의 정신에 위배되는 일 없이 전술한 교시를 감안하여 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템을 구비한 타블렛형 컴퓨터의 대략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 사용하는, 제어 장치 및 전극 어레이를 구비한 센서의 대략도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 사용하는 변환기의 대략도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 변환기의 블록도이다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 의한 제어 장치 및 전극 어레이를 구비한 센서의 블록도이고, 도 5b는 1개 이상의 터치 모드 영역 및 1개 이상의 변환기 모드 영역으로 분할된, 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 어레이의 대략도이다.

도 6은 도 5a의 제어 장치를 구성하는, 본 발명의 실시예에 의한 처리단의 블록도이다.

도 7은 도 6의 처리단을 구성하는, 본 발명의 실시예에 의한 전하 증폭기의 회로도이다.

도 8은 도 6의 처리단을 구성하는, 본 발명의 실시예에 의한 전압 증폭기의 회로도이다.

도 9는 도 6의 처리단을 구성하는, 본 발명의 실시예에 의한 트랜스 임피던스 증폭기의 회로도이다.

도 10은 도 6의 처리단을 구성하는, 본 발명의 일 실시예에 의한 종속 형(cascaded) 트랜스 임피던스 증폭기의 회로도이다.

도 11a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 변환기 모드일 때에 전극 어레이를 주사하는 공정을 도시하는 플로차트이고, 도 11b 및 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 의한, 전극의 접속 상황을 나타내기 위한 대략도이고, 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 의한, 전극에 유기하는 신호의 검출을 나타내는 대략도이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 필터링 순서의 대략도이다.

도 13a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 곡선의 맞춤 기술을 사용한 경우의 플로차트이고, 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 샘플 파라미터화 곡선의 그래프이고, 또 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 의해 사용되는 위상 로크 루프(PLL) 회로의 대략도이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한, 조합식 터치 및 변환기 입력 시스템에 있어서 디지털 데이터 송신을 위한 샘플 데이터 프레임의 대략도이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한, 변환기에 의해 실행되는 공정을 도시하는 플로차트.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한, 주파수 편이로 부호화된 디지털 데이터를 복호화하는 공정을 도시하는 플로차트.

<부호의 설명>

100ㆍㆍㆍ타블렛형 컴퓨터,

102ㆍㆍㆍ디스플레이,

104ㆍㆍㆍ검지면,

106ㆍㆍㆍ손가락,

108ㆍㆍㆍ스타일러스,

150, 150´ㆍㆍㆍ센서,

152ㆍㆍㆍ제어 장치,

154ㆍㆍㆍ전극 어레이,

154b´, 154b˝ㆍㆍㆍ전극,

175ㆍㆍㆍ변환기,

177ㆍㆍㆍ변환기 제어 장치,

179ㆍㆍㆍ안테나,

306ㆍㆍㆍ압력 센서,

308ㆍㆍㆍ파워 컨트롤러,

310ㆍㆍㆍ사이드 스위치,

314, 906ㆍㆍㆍ컨덴서,

315ㆍㆍㆍ충전용 입력 커넥터,

410, 412ㆍㆍㆍ멀티플렉서,

427ㆍㆍㆍ인접 전극,

600ㆍㆍㆍ전하 증폭기,

700ㆍㆍㆍ전압 증폭기,

800ㆍㆍㆍ트랜스 임피던스 증폭기,

900ㆍㆍㆍ종속형 트랜스 임피던스 증폭기,

908, 909ㆍㆍㆍ정전류원,

S₁ ~ S₁₄ㆍㆍㆍ스위치.

Claims

펜 형상을 가지고 전계를 방사하는 위치 지시기와, 제1 방향으로 배치된 복수의 전극과 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 배치된 복수의 전극을 가지는 전극 어레이 및 상기 전극 어레이에 결합되어 상기 전극 어레이 상에서 상기 위치 지시기 및 대상물을 검출하는 제어를 행하는 제어 장치를 구비한 센서를 가지는 입력 시스템으로서,

상기 위치 지시기는 상기 위치 지시기의 선단(先端)에 가해진 압력을 검출하는 압력 센서를 구비함과 아울러, 상기 압력 센서에서 검출된 압력을 상기 센서에 송신하는 송신 수단을 구비하고 있으며,

상기 제어 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 한쪽 방향에 배치된 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 전극 어레이 상의 상기 대상물을 용량 결합으로 검지하는 터치 모드 동작과, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향의 각각의 방향에 배치된 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 전극 어레이 상의 상기 위치 지시기를 검지하는 위치 지시기 모드 동작을 교대로 전환하는 제어를 행함으로써 상기 대상물과 상기 위치 지시기를 검지 가능하게 함과 아울러, 상기 위치 지시기가 검지된 경우에는 소정의 시간 동안, 상기 위치 지시기 모드 동작을 계속시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 위치 지시기로부터 상기 송신 수단을 통하여 상기 센서에 송신함에 있어서는, 프레임의 개시를 나타내는 프레임 개시 블록과 상기 압력 센서에 의하여 검출된 압력에 대응하는 디지털 값을 포함하는 데이터 블록을 가지는 데이터 프레임 형식을 구비함과 아울러 소정의 전송 방식으로 변조되는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 소정의 전송방식에 의한 변조는 ASK 변조인 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 위치 지시기 모드 동작에 있어서는 상기 위치 지시기로부터 방사된 전계에 의하여 상기 전극 어레이를 구성하는 전극에 유기되는 신호를 반복 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 소정의 전송 방식으로 변조된 신호의 복조 처리를 실행함으로써, 상기 센서에 대해서 상기 위치 지시기로부터 비동기적으로 방사되는 전계에 동기한 복조 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 4에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 전극 어레이를 구성하는 전극에 유기되는 신호의 반복 측정이 소정 시간 경과한 경우에는, 새로운 데이터 프레임에 대한 측정을 개시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 데이터 프레임 형식에는 데이터 형식을 나타내는 데이터 형식 블록이 더 구비되어 있으며, 상기 송신 수단을 통하여 상기 센서에 송신되는 데이터가 압력인 것을 상기 데이터 형식 블록에 의해서 지시하도록 한 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 위치 지시기는 복수의 주파수로 전계를 선택적으로 발생시키도록 구성되어 있음과 아울러, 상기 센서는 근접 잡음의 유무를 검출하는 필터를 구비하고 있으며, 상기 제어 장치는 상기 필터로부터의 출력에 대응하여 상기 위치 지시기에 대하여 선택되어야 하는 주파수 채널을 지시하도록 한 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 7에 있어서,

디스플레이를 구비하고 있으며, 상기 필터는 상기 디스플레이로부터의 잡음의 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 대상물은 손가락인 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 속성은 진폭 및 주파수 중 적어도 한 쪽인 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 터치 모드 동작에 있어서는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 한쪽 방향에 배치된 전극으로의 구동 신호의 공급에 대응하여 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 다른 쪽 방향에 배치된 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 전극 어레이 상의 상기 대상물을 검지하도록 한 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 전극 어레이를 구성하는 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 대상물 및 상기 위치 지시기 중 적어도 한 쪽이 상기 전극 어레이 상에서 지시한 위치를 결정하는 위치 결정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 송신 수단은 상기 위치 지시기의 펜 끝부분에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 송신 수단은 RF 무선 통신 방식으로 상기 센서에 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 센서에 구비된 상기 전극 어레이는 상기 송신 수단으로부터 송신된 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 입력 시스템.
제1 방향으로 배치된 복수의 전극과 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 배치된 복수의 전극을 가지는 전극 어레이에 결합되어 상기 전극 어레이 상에서 전계를 방사하는 위치 지시기 및 대상물을 검지하는 제어를 행하는 제어 장치로서,

상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 한쪽 방향에 배치된 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 전극 어레이 상의 상기 대상물을 용량 결합으로 검지하는 터치 모드 동작과, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향의 각각의 방향에 배치된 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 전극 어레이 상의 상기 위치 지시기를 검지하는 위치 지시기 모드 동작을 교대로 전환하는 제어를 행함으로써 상기 대상물과 상기 위치 지시기를 검지 가능하게 함과 아울러, 상기 위치 지시기가 검지된 경우에는 소정의 시간 동안, 상기 위치 지시기 모드 동작을 계속시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
청구항 16에 있어서,

상기 위치 지시기로부터 방사되는 상기 전계는 소정의 전송 방식으로 변조되어 있으며,

상기 제어 장치는, 상기 위치 지시기 모드 동작에 있어서는 상기 위치 지시기로부터 방사된 전계에 의하여 상기 전극 어레이를 구성하는 전극에 유기되는 신호를 반복 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 소정의 전송 방식으로 변조된 신호의 복조 처리를 실행함으로써, 센서에 대해서 상기 위치 지시기로부터 비동기적으로 방사되는 전계에 동기한 복조 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
청구항 17에 있어서,

상기 위치 지시기로부터 방사되는 상기 전계는 프레임의 개시를 나타내는 프레임 개시 블록과 데이터 블록을 가지는 데이터 프레임 형식을 구비하고 있으며,

상기 제어 장치는 상기 전극 어레이를 구성하는 전극에 유기되는 신호의 반복 측정이 소정 시간 경과한 경우에는, 새로운 데이터 프레임에 대한 측정을 개시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
청구항 16에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 터치 모드 동작에 있어서는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 한쪽 방향에 배치된 전극으로의 구동 신호의 공급에 대응하여 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 다른 쪽 방향에 배치된 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 전극 어레이 상의 상기 대상물을 검지하도록 한 것을 특징으로 하는 제어 장치.
청구항 16에 있어서,

상기 전극 어레이를 구성하는 전극에 유기된 신호를 측정하여 얻어진 상기 신호의 속성에 기초하여 상기 대상물 및 상기 위치 지시기 중 적어도 한 쪽이 상기 전극 어레이 상에서 지시한 위치를 결정하는 위치 결정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
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