KR101764932B1 - 터치 감지 디바이스 - Google Patents

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Abstract

터치 감지 디바이스를 조정하는 방법은 터치-감지 스크린, 상기 스크린에 탑재된 복수의 트랜스듀서 및 프로세서를 포함하는 터치 감지 디바이스를 조정하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 스크린이 진동하도록 여진하기 위해, 상기 스크린 상의 테스트 지점에서 상기 스크린에 신호를 입력하는 단계; 상기 복수의 트랜스듀서를 이용하여 상기 스크린 내에서 진동을 검출하는 단계; 및 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 출력 신호를 생성하기 위해, 상기 터치-감지 디바이스의 프로세서에서 상기 검출된 진동을 처리하는 단계로서, 상기 트랜스듀서가 상기 출력 신호들에 의해 구동될 때, 상기 스크린은 상기 테스트 지점에서 원하는 햅틱 감각을 생성하기 위해 여진되는 상기 처리하는 단계를 포함한다.

Description

터치 감지 디바이스{TOUCH SENSITIVE DEVICE}
본 발명은 터치 감지 스크린 또는 패널들을 포함하는 터치 감지 디바이스에 관한 것이다.
US 4,885,565, US 5,638,060, US 5,977,867, US 2002/0075135는 터치되었을 때, 사용자에게 촉각 패드백(tactile feedback)을 제공하는 터치-동작 장치(touch-operated apparatus)를 설명한다. US 4,885,565에서는, 촉각 피드백을 제공하기 위해 동력이 공급될 때, CRT에 움직임을 전하는 액추에이터가 제공된다. US 5,638,060에서는, 사용자의 손가락에 대해 반동력(reaction force)을 인가하는 요소들을 진동시키기 위한 스위치를 형성하는 압전 소자(piezo-electric element)에 전압이 인가된다. US 5,977,867에서는, 촉각 피드백 유닛은 터치 스크린이 손가락 또는 포인터에 의해 터치되었을 때, 사용자가 느끼는 기계적 진동(mechanical vibration)을 생성한다. 기계적 진동의 진폭, 진동 주파수, 및 펄스 길이는 제어되며, 펄스폭은 느끼기에는 충분히 길지만 다음 키의 터치 전에 종료되기에 충분히 짧다. US 2002/0075135는 버튼 클릭을 시뮬레이션하기 위해, 과도(transient) 스파이크 형태의 펄스를 제공하는 제2 트랜스듀서(transducer)의 이용을 설명한다.
상기 설명된 종래 기술 명세서 각각에서, 촉각 피드백은 사용자의 손가락 또는 포인터의 개별 터치에 대한 응답으로 제공된다.
본 발명은 터치 감지 스크린 및 패널들을 포함하는 터치 감지 디바이스들을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 사용 모드 또는 조정 모드에서 동작하도록 설정된 터치 감지 디바이스로서, 상기 디바이스는
터치-감지 스크린;
상기 스크린에 탑재된 복수의 트랜스듀서로서, 상기 복수의 트랜스듀서는 상기 디바이스가 사용 모드로 동작중일 때, 상기 스크린을 여진하는 출력 신호를 생성하도록 설정되고, 상기 디바이스가 조정 모드일 때, 테스트 지점에서 상기 스크린과 접촉하는 진동 생성기로부터의 입력 신호에 의해 생성된 스크린 내의 진동을 검출하도록 설정되는 상기 복수의 트랜스듀서;
상기 복수의 트랜스듀서에 연결된 프로세서로서, 상기 프로세서는 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 출력 신호를 생성하기 위해 상기 검출된 진동을 처리하도록 설정되어, 상기 사용 모드에서 상기 복수의 트랜스듀서는 상기 테스트 지점에서 상기 스크린과 접촉하는 사용자에게 원하는 햅틱 감각을 생산하도록 상기 스크린을 여진하는 상기 프로세서를 포함하는 터치 감지 디바이스가 제공된다.
진동 생성기는 진동 스타일러스의 형태일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 터치-감지 스크린, 상기 스크린에 탑재된 복수의 트랜스듀서 및 프로세서를 포함하는 터치 감지 디바이스를 조정하는 방법으로서, 상기 방법은
상기 스크린이 진동하도록 여진(exite)하기 위해, 상기 스크린 상의 테스트 지점에서 상기 스크린에 신호를 입력하는 단계;
상기 복수의 트랜스듀서를 이용하여 상기 스크린 내에서 진동을 검출하는 단계; 및
상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 출력 신호를 생성하기 위해, 상기 터치-감지 디바이스의 프로세서에서 상기 검출된 진동을 처리하는 단계로서, 상기 트랜스듀서가 상기 출력 신호들에 의해 구동될 때, 상기 스크린은 상기 테스트 지점에서 원하는 햅틱 감각을 생성하기 위해 여진되는 상기 처리하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
스크린에서의 진동은 진동 스타일러스에 의해 생성된다.
이러한 방식으로, 터치 감지 디바이스는 자가-조정(self-calibrating)될 수 있고, 즉, 자신을 훈련시킬 수 있다. 이것은 원하는 햅틱 감각을 생성하기 위해 각각의 트랜스듀서에 공급될 신호들(특히, 전달 함수)을 산출할 필요성을 완화시킨다. 전달 함수의 산출은 체계적이고, 수학적으로 정확하다. 그러나 산출 프로세스는 특히, 스크린 상의 두 지점 이상에서 동시적으로 햅틱 감각들(즉, 멀티-영역 햅틱들)을 제공하는 복잡한 시스템에 있어서 어려울 수 있다.
복수의 트랜스듀서들은 상호적인 트랜스듀서들이다. 이러한 방식으로, 디바이스는 상호성을 이용할 수 있다. 상호성의 일반 원칙은 "소스 지점에서 동작하는 전위에 의하여 관찰 지점에서 흐름 응답이 야기된다면, 흐름과 전위 사이의 관계는 두 지점의 역할이 바뀌어도 변화되지 않는다"로 진술될 수 있다. 이 원칙은 전자기학(로렌츠 상호작용), 정전기학(그린 상호작용), 안테나 디자인 및 음향(레일레이-카슨 상호성 이론)에 적용된다. 본 출원에 있어서, 상호성은 트랜스듀서의 전압으로부터 테스트 지점의 속도까지의 전달 함수가, 테스트 지점에서의 힘으로부터 트랜스듀서의 전류까지의 전달 함수와 동일하다는 것을 의미한다. 테스트 지점에서 속도를 측정하는 것은 어렵지만 트랜스듀서로부터의 전류 측정은 간단하다.
일부 트랜스듀서들은 비 상호적이거나, 부분적으로 또는 전체로 상호적일 수 있다. 복수의 트랜스듀서가 전체로 상호적이지 않아도, 순방향 및 역방향(inverse) 전달 함수들 간에 여전히 공지의 관계가 있다. 따라서, 검출된 진동은 출력 신호를 결정하는데 이용될 수 있다. 그러나 프로세스는 덜 간단하다.
검출된 진동은 입력 신호의 전달 함수, 즉 테스트 지점에 인가된 힘의 각 트랜스듀서로의 전달을 측정하는 함수를 결정하도록(즉, 측정에 의해) 처리될 수 있다. 프로세싱은 이러한 전달 함수의 역 함수, 즉 테스트 지점에서 순수한 임펄스를 각 트랜스듀서로부터 생성하는데 필요한 전달 함수를 추론하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추론하는 단계는 전달 함수 H(f)의 측정 후에 H- 1(f)를 얻기 위해 역전(inversion)하는 직접적 계산일 수 있다. 대안적으로, 추론하는 단계는 예컨대 비명시적으로 H(f)를 역전하는 피드백 적응적 필터 기술들을 이용하는 것과 같이 간접적일 수 있다. 대안적으로, 추론하는 단계는 파라미터의 등가 프로세싱을 이용하고 및 역 전달 함수를 추정하기 위해 파라미터들을 조정하는 것과 같은 발견적(heuristic)일 수 있다.
대안적으로, 추론하는 단계는 주파수 도메인에서 복소 켤레와 등가인 측정된 시간 응답을 반전시켜서 정합 필터 응답
Figure 112011080545491-pct00001
를 생성함으로써 근사화될 수 있다. 이러한 경우, 필터 적용 결과는 순수 임펄스가 아닌 자기상관 함수이다.
결과적인 역 전달 함수들은 디바이스가 이후에 사용할 수 있도록 전달 함수 행렬에서 저장될 수 있고, 복수의 트랜스듀서 각각에 대해 역 전달 함수는 이 행렬 내의 연계 좌표에 저장된다. 전달 함수 행렬의 공간 해상도(spatial resolution)은 조정 테스트 지점들 사이에서 보간됨으로써 증가될 수 있다.
시간-반전 응답들은 검출된 신호의 지속 기간과 적어도 동일한 고정 지연을 추가함으로써 생성될 수 있다. 고정 지연은 최소 5ms, 최소 7.5ms 또는 최소 10ms일 수 있다. 측정된 시간 응답은 스펙트럼적으로 더욱 백색인 응답을 만들기 위해 필터링 전에 정규화(예컨대, 주파수 도메인에서 모든 측정된 응답들의 합으로 나눈 후 시간 도메인으로 변환함)될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 측면은, 터치-감지 스크린; 상기 스크린에 연결된 복수의 진동 트랜스듀서, 및 신호 프로세서를 포함하는 터치 감지 디바이스를 조정하는 방법으로서, 상기 디바이스는 상기 복수의 트랜스듀서 중 적어도 일부가 터치에 응답하여 상기 스크린에 햅틱 피드백을 제공도록 이루어지고, 상기 방법은,
상기 스크린이 여진되어 진동하도록, 상기 스크린상의 테스트 지점에서 상기 스크린에 진동 신호를 입력하는 단계;
상기 진동 신호에 응답한 상기 복수의 트랜스듀서로부터의 신호들을 이용하여 상기 스크린 내의 진동을 검출하는 단계; 및
상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 출력 신호를 생성하기 위해 상기 검출된 신호들을 상기 신호 프로세서에서 측정하는 단계로서, 상기 트랜스듀서들은 상기 테스트 지점에서 원하는 햅틱 감각을 생성하도록 상기 스크린을 여진하기 위하여 출력 신호들에 의해 구동되는 상기 측정하는 단계를 포함하고,
상기 출력 신호들은 상기 검출된 신호들의 시간 역전된 사본들(time inverted copies)을 이용하여 상기 검출된 신호들을 필터링하여 생성되는 방법을 제공한다.
상기 시간 반전된 사본들은 상기 검출된 신호의 지속 기간과 적어도 동일한 고정 지연을 포함할 수 있다. 고정 지연은 최소 5ms, 최소 7.5ms 또는 최소 10ms일 수 있다. 트랜스듀서 각각에서 검출된 진동은 스펙트럼적으로 더욱 백색인 응답을 만들기 위해 필터링 전에 정규화(예컨대, 주파수 도메인에서 모든 측정된 응답들의 합으로 나눈 후 시간 도메인으로 변환함)될 수 있다.
원하는 햅틱 감각은 주어진 테스트 지점에서 최대 응답일 수 있다. 따라서 각각의 트랜스듀서에 대한 출력 신호들은 서로 동위상일 수 있고, 트랜스듀서들에 의해 생성된 모든 변위는 가산되어 주어진 테스트 지점에서 최대 변위로 된다. 다른 테스트 지점들에서, 위상 상쇄가 있을 수 있음에 주의한다.
대안으로, 원하는 햅틱 감각은 주어진 테스트 지점에서 최소 응답일 수 있다. 따라서 각각의 트랜스듀서에 대한 출력 신호들은, 테스트 지점에서 제공된 변위들(즉, 적절한 전달 함수들)이 합이 0이 되도록 선택될 수 있다. 2개 트랜스듀서의 경우, 하나의 출력 신호를 다른 출력 신호에 대하여 역전시킴으로써 달성된다.
원하는 햅틱 감각은 제1 테스트 지점에서 최대, 제2 테스트 지점에서 최소가 될 수 있다. 대안으로, 원하는 햅틱 감각은 주어진 테스트 지점에서 최대와 최소 사이에 있는 응답일 수 있다. 예를 들어, 다수의 테스트 지점에서의 응답들이 고려되는 경우이다.
원하는 햅틱 감각은 버튼 클릭의 감각을 사용자에게 제공할 수 있다. 대안으로, 복합 햅틱 신호(생성된 변위 및/또는 가속과 관련함)는 사용자에게 추가적인 정보를 제공하기 위해 생성될 수 있다. 햅틱 피드백 신호는 사용자 동작 또는 제스처 등과 연계될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 햅틱 신호는 디스플레이 동작 또는 반응의 면에서 터치 감지 표면의 응답과 연계될 수 있다.
출력(즉, 반송파) 신호는 단일 주파수의 사인파일 수 있다. 대안으로, 반송파 신호는 주파수 범위를 커버하는 다수의 사인파를 포함할 수 있고, 또는 소인일(swept) 수 있고(chirp), FM 변조 사인파 또는 대역-제한 노이즈 신호일 수 있고, 또는 반송파는 대역 제한 노이즈에 의해 변조될 수 있다.
터치-감지 스크린은 다수의 펄스들 또는 펄스들의 스트림을 포함하는 신호를 인가함으로써 진동될 수 있다.
진동은 굽힘파 진동, 더욱 구체적으로는 공진 굽힘파 진동을 포함하는 임의 형태의 진동을 포함할 수 있다.
진동 여진기는 스크린 표면에 굽힘파 진동을 인가하는 수단을 포함할 수 있다. 진동 여진기는 전기-기계적일 수 있다.
여진기는 전자기 여진기일 수 있다. 그러한 여진기는 예컨대, 참조로서 여기에 병합되고 본 출원인이 소유한, WO97/09859, WO98/34320 및 WO99/13684로부터 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 대안적으로, 여진기는 압전식 트랜스듀서, 자기-변형 여진기, 또는 굽힘식이거나 비틀림식 트랜스듀서(예컨대, WO00/13464에 개시된 형태)일 수 있다. 여진기는 참조로서 여기에 병합된 WO01/54450에서 설명한 바와 같은 분산 모드 액추에이터일 수 있다. 복수의 여진기들(아마도 다른 형태들)은 조화된 방식으로 동작하도록 선택될 수 있다. 여진기, 또는 각각의 여진기는 관성적(inertial)일 수 있다.
터치 표면은 굽힘파 디바이스(예를 들어, 공진 굽힘파 디바이스)인 패널-형식 부재(member)일 수 있다. 또한 터치 스크린은 음향 출력을 생산하는 진동을 제2 진동 여진기가 여진하는 확성기일 수 있다. 대안적으로, 햅틱 피드백을 제공하는데 사용되는 여진기들 중 하나는 터치 스크린을 확성기로서 구동하기 위한 음성 신호를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린은 참조로서 병합된 국제 특허 출원 WO97/09842에서 설명하는 바와 같이, 공진 굽힘파 모드 확성기일 수 있다.
터치 스크린상에서의 접촉은 본 출원인의 소유한 국제 특허 출원 WO01/48684, WO03/005292 및/또는 WO04/053781에서 설명된 것처럼, 감지되거나 및/또는 추적될 수 있다. 대안으로, 다른 알려진 방법들도 그러한 접촉들을 수신 및 기록하거나 감지하는데 이용될 수 있다.
본 발명은 상기 설명한 방법들을 실현하기 위한 프로세서 제어 코드를, 특히, 디스크, CD- 또는 DVD-ROM, 읽기 전용 메모리와 같은 프로그램된 메모리(펌웨어)와 같은 데이터 캐리어(carrier)에 제공하거나, 광학 또는 전기적 신호 캐리어와 같은 데이터 캐리어에 제공한다. 본 발명의 실시예들을 구현하는 코드(및/또는 데이터)는, C나 어셈블리 코드와 같은 기존 프로그래밍 언어(해독되거나 컴파일됨)의 소스, 객체, 또는 실행가능 코드; ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 설정하거나 제어하는 코드; 베릴로그(Verilog; 상표) 또는 VHDL(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language)과 같은 하드웨어 기술어용 코드를 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 그러한 코드 및/또는 데이터가 서로 통신하는 복수의 결합 구성요소들 사이에서 분배될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은 터치-감지 스크린 및 상기 스크린 및 프로세서에 탑재된 복수의 트랜스듀서를 포함하는 터치 감지 디바이스와 이를 조정하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 이하 첨부 도면을 참조하여 단지 예시적으로 설명된다.
도 1은 터치 감지 디바이스의 개략적인 도면이다.
도 2a는 테스트 지점에서 비유사한 위치들로부터 센서까지 이동에 응답에 대하여 시간에서 취한, 시간 반전 필터링된 임펄스 응답들을 도시한다.
도 2b는 정합된 역전 입력 응답(matched inversed input response)에 의해 필터링된 후, 도 2a의 입력 임펄스 응답의 시간에서 변동들을 도시한다.
도 2c는 도 2b의 정규화된 출력들에 대한 합 및 차의 결합들을 도시한다.
도 3a는 테스트 지점에서 센서까지 이동하기 위한 유사한 위치들에 대하여 시간에서 취한 2개 응답 시간 반전 필터링된 임펄스 응답들의 변동을 도시한다.
도 3b는 정합된 역전 입력 응답에 의해 필터링된 후, 도 3a의 입력 임펄스 응답 시간에서의 변동을 도시한다.
도 3c는 도 3b의 정규화된 출력에 대한 합 및 차의 결합들을 도시한다.
도 4a는 각 채널 F 및 산술된 합 FA에 대한 |힘| 대 주파수의 로그(log)-로그 플롯을 도시한다.
도 4b는 FA에 의해 나뉘어진(즉, 정규화된) 도 4a의 각 채널의 로그-린(lin) 플롯을 도시한다.
도 5a 내지 5d는 도 4a의 신호 각각에 대한 임펄스 응답의 시간에 따른 변동을 도시한다.
도 6a는 도 5a 내지 5d 각각에 대한 시간 반전 필터들을 도시한다.
도 6b는 도 5a 내지 5d의 각 개별 신호와 컨볼루션된 도 6a의 시간 반전 필터들을 도시한다.
도 7a 내지 7c는 시간 반전 필터들을 만들기 위해 상이한 스냅샷 길이들(5ms, 7.5ms 및 10ms)을 이용하여 얻은 터치 포인트에서의 출력 신호들을 도시한다.
도 8a 내지 8c는 도 7a 내지 7c의 출력 신호들의 변동을 도시한다.
도 9는 도 4a 내지 8c에 대한 방법 단계들의 플로우차트이다.
도 1은 터치-감지 스크린(14)에 탑재된 4개의 햅틱-입력 진동 트랜스듀서(12)를 가진 터치-감지 햅틱 디바이스(10)를 도시한다(스크린상에 다수의 입력 트랜스듀서가 있을 수 있음). 트랜스듀서(12) 각각은 양방향 증폭기(22)를 통해 시스템 프로세스(20)에 연결된다. 스타일러스(16)도 양방향 증폭기(24)를 통해 프로세서(20)에 연결된다.
터치-감지 디바이스는 정규 사용 및 훈련 모드의 2가지 동작 모드를 갖는다. 정규 사용에 있어서, 즉, 사용자가 터치-감지 디바이스(10)의 스크린(14)을 이용하고 있을 때, 트랜스듀서(12)는 표면에서 검출된 터치들에 응답하여 필요한 국소적 햅틱 힘 피드백을 생산한다. 햅틱 피드백을 생산하는 방법은 디바이스의 동작에 결정적(critical)이지 않고, 임의의 알려진 기술들로 설명될 수 있다. 햅틱 감각은 버튼을 누르는 느낌을 시뮬레이션하기 위한 클릭일 수 있고, 또는 슬라이딩(sliding) 움직임들, 느낌의 증가/감소 강도 등과 연계된 다른 감각들을 시뮬레이션하기 위해 더 복잡할 수 있다. 더 복잡한 감각들은 스크린에서 손가락들을 슬라이딩, 피칭(pitching), 또는 회전하는 것과 같은 제스처들과 연계될 수 있다.
훈련 모드에 있어서, 스타일러스(16)는 특정된 테스트 지점에서 진동 신호들을 주입하는데 이용된다; 따라서, 스타일러스(16)는 "힘 펜슬(force pencil)"로 여겨질 수 있다. 트랜스듀서(12)는 이러한 입력 신호들을 검출하는 센서로서 이용될 수 있다. 따라서 트랜스듀서들은 스크린에서 진동을 만드는 여진 신호들(excitation signals)을 생성하는 출력 디바이스들, 및 스크린에서 진동을 감지하고 그 진동을 분석될 신호들로 전환하는 입력 디바이스들 둘 다로서 동작할 수 있는 상호적 트랜스듀서들이다. 모든 트랜스듀서가 상호적 디바이스들이 되는 것이 바람직하지만, 모든 디바이스들이 상호적인 것은 아닌 디바이스를 갖는 것도 가능하다; 그러한 디바이스는 더욱 복잡하다.
시스템 프로세서(20)는 양방향 증폭기(24)를 통해 스타일러스(16)에 보낸 신호들을 생성하고, 트랜스듀서(12)로부터 신호들을 수신한다. 또한 양방향 증폭기(22)는 시스템 프로세서(20)와 각각의 트랜스듀서(12) 사이에 연결된다(각 채널당 하나의 증폭기, 즉, 각 트랜스듀서당 하나의 증폭기). 또한 스타일러스(16)는 트랜스듀서(12)로부터 생긴 스크린 내의 햅틱 피드백 신호들을 감지하고, 양방향 증폭기(24)를 통해 프로세서(20)에 감지된 신호들을 공급(feed)하도록 배열된다.
도 2a는 터치 감지 스크린상의 테스트 지점에서 스타일러스(16)에 의해 시스템에 입력되고, 그 테스트 지점에서 다른 거리에 배치된 2개의 트랜스듀서들에서 측정된, 시간 반전 필터링된 임펄스 응답의 시간에서 변동들을 도시한다. 두 신호는 시간에 따라 진폭이 증가하고 나서 감소하는 사인 곡선의 성질을 갖는다. 제1 신호 h1i는 제1 트랜스듀서에서 수신된 신호를 도시한다. 제1 신호는 약 0.0018s에서 음의 피크 진폭을 갖고, 약 0.002s에서 양의 피크를 갖는다. 제2 신호 h2i(제2 트랜스듀서에서 수신된 것)는 제1 신호보다 약 0.0005s 이후에 음과 양의 진폭 피크를 갖는다. 그 신호들은 약 0.003s에 트랜스듀서들의 위치에 도달한다.
도 2b는 각 트랜스듀서에 대한 출력 신호들을 플롯하며, 이 신호들은 도 2a의 입력 응답들을 필터링한 결과들이다. 입력 응답들은 시스템 프로세서(20)가 임펄스 응답들을 역전하여 만든 정합 필터들에 의해 필터링된다. 다시 말해, 제1 필터링된 신호 tt1i는 역전된 입력 신호 h1i를 이용하여 제1 입력 신호 h1i를 필터링함으로써 만들어진다. 이와 유사하게, 제2 필터링된 신호 tt2i는 역전된 입력 신호 h2i를 이용하여 제2 입력 신호 h2i를 필터링함으로써 만들어진다. 도 2b에 도시된 것처럼, 출력 신호들은 일반적으로 일관적이다. 즉, 진폭이 유사하고 동위상이다. 두 신호들은 약 0.003s에서 최대 (양의) 진폭을 갖는다. 따라서 적절한 출력 신호가 스크린을 여진하기 위해 트랜스듀서 각각에 인가되었다면, 이러한 출력 신호들 모두는 테스트 지점에서 최대 출력을 갖는다.
도 2c는 정합 필터의 출력들을 동위상 또는 이위상(out of phase)으로 결합한 결과들을 플롯한다. 정규화된 정합 필터 응답들의 합(즉, 동 위상 결합)은 테스트 지점에서 신호를 강화하고, 정규화된 정합 필터 응답들의 차(즉, 이 위상의 결합)는 0.003s 즉, 테스트 지점에서 상쇄를 초래한다.
도 3a 내지 3c는 입력 신호들을 측정하는 트랜스듀서들이 테스트 지점으로부터 등거리에 있음을 제외하고, 도 2a 내지 2c와 전반적으로 유사하다. 제1 트랜스듀서에 의해 측정된 제1 입력 신호 h1i는 약 0.002s에서 음의 피크 진폭을 갖고, 제2 트랜스듀서에 의해 측정된 제2 신호 h2i는 대략 동일한 시간에서 양의 피크 진폭을 갖는다.
도 3b는 도 3a의 입력 응답들을 필터링한 결과들을 플롯한다. 입력 응답들은 시스템 프로세서(20)가 임펄스 응답들을 역전하여 만든 정합 필터들에 의해 필터링된다. 다시 말해, 제1 필터링된 신호 ttli는 역전 입력 신호를 이용하여 제1 입력 신호 h1i를 필터링함으로써 만들어진다. 이와 유사하게, 제2 필터링된 신호 tt2i는 역전된 입력 신호 h2i를 이용하여 제2 입력 신호 h2i를 필터링함으로써 만들어진다. 도 3b에 도시된 것처럼, 필터링된 입력(또는 출력) 신호들은 전체적으로 매치된다. 즉, 진폭이 유사하고 동위상이다. 두 출력 신호들은 약 0.003s에서 최대 (양의) 진폭을 갖는다. 따라서 연계된 출력 신호가 연계된 트랜스듀서에 개별적으로 입력되면, 트랜스듀서는 테스트 지점에서 최대가 되는 진동을 스크린에서 생성한다.
도 3c는 정합 필터들의 출력들을 동 위상 또는 이 위상으로 결합한 결과들을 플롯한다. 트랜스듀서들이 정규화된 정합 필터 응답들의 합(즉, 동 위상 결합)을 생성하면, 결과적인 출력은 테스트 지점에서 최대 진폭을 강화한다. 역으로, 정규화된 정합 필터 응답들의 차(즉, 이 위상 결합)는 테스트 지점에서 상쇄를 초래한다. 즉, 테스트 지점에서 진동을 생산하지 않는다.
상기 설명한 것처럼, 도 2a 내지 2c에서, 테스트 위치는 트랜스듀서들로부터 다른 간격을 두고 배치되고, 도 3a 내지 3c에서, 각 트랜스듀서와 테스트 위치 사이의 거리는 유사하다. 테스트 위치-센서 조건 2개가 잘 동작한다는 사실은 시간 반전 방법이 지연 차(delay difference)를 보상한다는 것을 예시한다.
도 4a 내지 9는 시간-반전 임펄스 응답을 이용하여 정합 필터 응답을 만드는 대안적인 방법을 설명한다. 도 9에 도시된 것처럼, 제1 스텝 S200은 테스트 지점들에서 스크린에 신호를 입력하고, 복수의 위치에서 이 입력 신호를 측정한다(S202). 도 4a를 참조하여 설명한 것처럼, 각각의 측정된 응답은 선택적으로 백화되고(whitened; S204), 이후에 시간 도메인으로 변환된다(S206). 도 5a 내지 5d에서 설명된 것처럼, 필터는 각각의 임펄스 응답의 스냅샷을 취하고(S208), 이 스냅샷을 반전함(S210)으로써 형성된다.
시간-반전 신호의 스펙트럼은 오리지널 신호의 복소 켤레(complex conjugate)이다.
오리지날:
Figure 112011080545491-pct00002
필터:
Figure 112011080545491-pct00003
이것은 고정된 지연을 추가하여 근사화된다. 따라서,
Figure 112011080545491-pct00004
필터가 신호에 적용될 때(지금 근사화는 무시함), 위상 정보가 삭제되지만, 진폭 정보는 강화된다.
Figure 112011080545491-pct00005
(사실상, 결과로 얻은 시간 응답은 자기상관 함수(autocorrelation function)이다)
스텝 212에 도시된 바와 같이, 필터 진폭은 도 7a 내지 8c를 참조하여 설명되는 바와 같이 조정될 수 있다. 이후에 필터는 각 위치에서 인가될 출력 신호를 생성하기 위해 각각의 임펄스 응답에 적용된다(S214).
도 4a는 각 채널(F)(즉, 4개의 햅틱-입력 진동 트랜스듀서들) 및 이러한 4개의 힘들의 산술 합(FA)에 대한, |힘| 대 주파수의 로그-로그 플롯이다. 도 4b는 FA에 의해 나눠진(즉, 정규화된) 4 채널 응답들(FN) 각각의 로그-린 플롯이다. 각 응답을 FA로 나눔으로써 채널 응답들이 스펙트럼상으로 더욱 백색으로 되어, 방법의 효율성이 향상된다. 왜냐하면 진폭 응답은 필터링 프로세스에서 제곱되므로, 신호가 스펙트럼상으로 "백색" 또는 플랫하면 유익하기 때문이다.
도 5a 내지 5d는 개별 임펄스 응답들을 제공하기 위해(GYtime<i>), 시간 도메인으로 변환된 4개의 정규화된 각각의 응답을 도시한다. 또한 이러한 임펄스 응답들은 각각의 응답에 대한 피크로 나눔으로써 정규화된다.
시간 반전 필터들(TR)은 도 5a 내지 5d의 임펄스 응답들의 유한 스냅샷을 취하고, 시간에서 그들을 반전시킴으로써 형성된다. TR은 샘플 길이와 동일한 지연을 그 응답들에 집어넣는다. 도 6a는 각 채널(0, 1, 2 및 3)을 위한 시간 반전 필터를 도시한다.
Figure 112011080545491-pct00006
여기서, kmax = samples(length)
도 6b는 필터링된 응답 GYresp를 제공하기 위해, 시간 도메인에서 적절한 임펄스 응답들(GYtime)과 필터들을 컨볼루션한 결과들을 도시한다. 컨볼루션은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112011080545491-pct00007
도 6b에 도시된 것처럼, 모든 응답들은 공통 최대값을 공유하지만 일부 울림(ringing)을 나타낸다. 공통 최대값은 위상/시간 정보가 올바르기 때문에 발생한다. 울림은 진폭 정보가 과대하기 때문에 발생한다.
도 7a 내지 8c는 어떻게 필터 진폭들이 터치 위치에서 4개 신호들의 합을 최대화 또는 최소화하도록 조정될 수 있는지를 도시한다. 시스템은 미결정되어있지만 단지 3개의 선형적으로 독립적이고(직교하는) 정규화된 응답 세트들만이 있기 때문에 제로섬(zero sum)을 얻는 방식이 무수히 많다. 이 세 세트의 임의의 선형 합은 0 응답을 또한 생성한다. 응답을 최대화하는 정규화된 세트는 고유하다. 따라서 4개의 신호들로, 제로섬을 얻는 세 가지 방식(신호 0, 신호 1, 신호 2)과 최대 합을 얻는 한 가지 방식(신호 3)이 있을 수 있다. 이것은 다양한 행렬들의 고유값으로 반영된다. 고유 벡터들은 정규 직교(orthonormal), 즉, E(i).E(j)는 i=j이면 1이고, 그 외에는 0임에 주의한다.
도 7a 및 8a는 5ms의 스냅샷을 이용하여 형성된 필터를 이용한 결과들을 도시하고, 도 7b 및 8b는 7.5ms의 스냅샷을 이용하여 형성된 필터를 이용한 결과들을 도시하고, 및 도 7c 및 8c는 10ms의 스냅샷을 이용하여 형성된 필터를 이용한 결과들을 도시한다. 도 7a 내지 7c는 각 GYresp의 피크 진폭에 바로 초점을 맞춘 주요 성분 분석(PCA; principle component analysis) 방법을 사용한다. 상세한 수식은 아래와 같다.
Figure 112011080545491-pct00008
도 7a 내지 8c의 신호 각각에 대하여, sig<3>에 관한 정규화는 다음식을 이용하여 이행된다.
Figure 112011080545491-pct00009
여기서 pwrn은 처리된 신호 n 각각에서 합산된 파워의 벡터이다.
이후에 후술하는 값들이 각각의 변동에 대해 계산된다.
Figure 112011080545491-pct00010
및
Figure 112011080545491-pct00011
여기서 pwrT는 pwr의 행렬 전치이고, 벡터 10.log(pwr)은 pwr과 동일한 정보이지만 단위가 데시벨이다.
도 7a에 대해, 이러한 값들은:
Figure 112011080545491-pct00012
최대화된 채널 파워는 1.0으로 정규화되어서, 다른 3개의 값들은 최소화된 채널들을 통해 얼만큼 얻을 수 있는지를 나타내고, 따라서 낮은 값이 더 좋다.
도 7b에 대해, 그 값들은:
Figure 112011080545491-pct00013
도 7c에 대해, 그 값들은:
Figure 112011080545491-pct00014
도 8a 내지 8c는 GYresp 각각에 있어서 총 에너지에 초점을 맞춘 주요 성분 분석(PCA) 방법을 이용한다.
Figure 112011080545491-pct00015
Figure 112011080545491-pct00016
도 8a에 대해, 값들은 다음과 같다.
Figure 112011080545491-pct00017
도 8b에 대해, 값들은 다음과 같다.
Figure 112011080545491-pct00018
도 8c에 대해, 값들은 다음과 같다.
Figure 112011080545491-pct00019
이러한 값들은 더 긴 필터들이 더 좋지만, 짧은 필터들도 합리적인 기능을 한다는 것을 나타낸다.
주요 성분 분석은 각 채널을 구동하기 위한 최적의 진폭들을 얻는데 적절한 방법이다. 다른 등가의 방법들이 있다.
당업자에게는 다수의 다른 효과적인 대안들이 있을 수 있다는 점에는 의심의 여지가 없다. 본 발명이 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 여기에 첨부한 청구항의 사상과 범위 내에 존재하는 당업자에게 명백한 변경사항들을 포함한다는 점을 이해할 것이다.

Claims (22)

  1. 터치-감지 스크린, 상기 스크린에 탑재된 복수의 트랜스듀서 및 프로세서를 포함하는 터치 감지 디바이스를 조정하는 방법으로서, 상기 방법은
    상기 스크린이 진동하도록 여진(excite)하기 위해, 상기 스크린 상의 테스트 지점에서 상기 스크린에 신호를 입력하는 단계;
    상기 복수의 트랜스듀서를 이용하여 상기 스크린 내에서 진동을 검출하는 단계; 및
    상기 테스트 지점이 터치되어 상기 트랜스듀서가 출력 신호에 의하여 구동될 때, 상기 테스트 지점에서 원하는 햅틱 감각이 획득되도록 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 상기 출력 신호를 생성하기 위해, 상기 터치-감지 디바이스의 프로세서에서 상기 검출된 진동을 처리하는 단계;를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리하는 단계는 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대해 상기 스크린에 입력된 상기 신호의 전달 함수(transfer function)를 측정하기 위해 상기 검출된 진동을 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 처리하는 단계는, 상기 측정된 전달 함수들로부터 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 역전달 함수(inverse transfer function)를 추론하는 단계, 및 연계된 역전달 함수들로부터 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 출력 신호들을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 추론하는 단계는 상기 스크린에 입력된 신호의 전달 함수를 역전(inverting)함으로써 역전달 함수 각각을 직접 산출하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 추론하는 단계는 상기 스크린에 입력된 신호의 전달 함수를 비명시적으로 역전하기 위해 피드백 적응적 필터 기술들을 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 추론하는 단계는 발견적 학습법(heuristic method)을 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 청구항 3 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추론된 역전달 함수들을 저장하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 처리하는 단계는 시간-반전 응답(time-reversed response)을 이용하여 상기 검출된 신호를 필터링함으로써 상기 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 필터링하는 단계는 상기 검출된 신호의 지속기간(duration)과 적어도 동일한 고정 지연을 추가함으로써 상기 시간-반전 응답을 근사화하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고정 지연은 적어도 5ms인 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 고정 지연은 적어도 10ms인 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 필터링하기 전에 상기 검출된 신호를 정규화(normalising)하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    테스트 지점을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 처리하는 단계는 최대 햅틱 감각이 상기 선택된 테스트 지점에서 제공되도록 하기 위해 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 출력 신호들을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    테스트 지점을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 처리하는 단계는 최소 햅틱 감각이 상기 선택된 테스트 지점에서 제공되도록 하기 위해 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 출력 신호들을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 사용 모드 또는 조정 모드에서 동작하도록 설정된 터치 감지 디바이스로서, 상기 디바이스는
    터치-감지 스크린;
    상기 스크린에 탑재된 복수의 트랜스듀서로서, 상기 복수의 트랜스듀서는 상기 디바이스가 사용 모드로 동작중일 때, 상기 스크린을 여진하는 출력 신호를 생성하도록 설정되고, 상기 디바이스가 조정 모드일 때, 테스트 지점에서 상기 스크린과 접촉하는 진동 생성기로부터의 입력 신호에 의해 생성된 스크린 내의 진동을 검출하도록 설정되는 상기 복수의 트랜스듀서;
    상기 복수의 트랜스듀서에 연결된 프로세서로서, 상기 테스트 지점이 터치되어 상기 트랜스듀서가 상기 출력 신호에 의하여 구동될 때, 사용 모드에서 사용자에 의해 상기 테스트 지점이 터치되는 것에 의해 원하는 햅틱 감각이 획득되도록, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 상기 출력 신호를 생성하기 위해 상기 검출된 진동을 처리하도록 설정되는 상기 프로세서를 포함하는 터치 감지 디바이스.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 복수의 트랜스듀서는 상호적(reciprocal) 트랜스듀서인 터치 감지 디바이스.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 트랜스듀서 각각에서 입력 신호의 전달 함수를 측정하기 위해 상기 검출된 진동을 처리하고, 측정된 전달 함수 각각으로부터 역전달 함수를 추론하고, 및 상기 역전달 함수를 이용하여 출력 신호 각각을 생성하도록 설정된 터치 감지 디바이스.
  18. 터치-감지 스크린; 상기 스크린에 연결된 복수의 진동 트랜스듀서, 및 신호 프로세서를 포함하는 터치 감지 디바이스를 조정하는 방법으로서, 상기 디바이스는 상기 복수의 트랜스듀서 중 적어도 일부가 터치에 응답하여 상기 스크린에 햅틱 피드백을 제공하도록 이루어지고, 상기 방법은,
    상기 스크린이 여진되어 진동하도록, 상기 스크린상의 테스트 지점에서 상기 스크린에 진동 신호를 입력하는 단계;
    상기 진동 신호에 응답한 상기 복수의 트랜스듀서로부터의 신호들을 이용하여 상기 스크린 내의 진동을 검출하는 단계; 및
    상기 테스트 지점이 터치되어 상기 트랜스듀서가 출력 신호에 의하여 구동될 때 상기 테스트 지점에서 원하는 햅틱 감각이 획득되도록, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대한 상기 출력 신호를 생성하기 위해 상기 검출된 신호들을 상기 신호 프로세서에서 측정하는 단계;를 포함하며,
    상기 출력 신호들은 상기 검출된 신호들의 시간 역전된 사본들(time inverted copies)을 이용하여 상기 검출된 신호들을 필터링하여 생성되는 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 시간 역전된 사본들은 상기 검출된 신호의 지속 기간과 적어도 동일한, 고정 지연을 추가하는 것을 포함하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 고정 지연은 적어도 5ms인 방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 고정 지연은 적어도 10ms인 방법.
  22. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    필터링 전에 상기 검출된 신호를 정규화하는 단계를 포함하는 방법.
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