KR102369830B1 - 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

센서는 복수의 압전 저항 소자들을 포함한다. 물리적 교란 센서는 저항형 브리지 구성으로 압전 저항 소자들을 구성함으로써 형성될 수 있다. 신호 송신기는 물리적 교란 센서에 전기적으로 연결되며 저항형 브리지 구성의 압전 저항 소자들로 인코딩된 신호를 전송하도록 구성된다. 신호 수신기는 압전 저항 소자들에 전기적으로 연결되며 물리적 교란 센서로부터 신호를 수신하도록 구성된다. 물리적 교란 센서로부터의 수신 신호는 물리적 교란의 측정치를 결정할 때 전송된 인코딩 신호와 상관된다. 전파 매체의 표면상에서 터치 입력의 위치를 검출하기 위한 시스템은 전파 매체에 결합된 압전 저항 센서를 포함한다. 압전 저항 센서는 적어도 전파 매체상에서 터치 입력의 힘, 압력, 또는 인가된 스트레인을 검출하도록 구성된다.

Description

물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 시스템 및 방법
다른 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 모든 목적들을 위해, 여기에서 참조로서 통합된, 2017년 8월 14일에 출원된, 압전 저항 센서라는 제목의, 미국 가 특허 출원 번호 제62/545,391호에 대한 우선권을 주장한다.
피에조 구성요소들은 물리적 교란(예컨대, 스트레인, 힘, 압력, 진동 등)을 검출하고 및/또는 인가하기 위해 사용될 수 있다. 두 개의 유형들의 피에조 구성요소들, 즉 압전 및 압전저항이 있다. 압전 구성요소들을 갖고, 물리적 교란이 구성요소 상에 인가될 때, 압전 구성요소는 인가된 물리적 교란의 크기에 비례하여 전압/전하를 생성한다. 이 효과는 가역적이다. 압전 구성요소 상에 전압/전하를 인가하는 것은 인가된 전압/전하에 비례하는 기계적 응답을 생성한다. 압전 구성요소들은 종종 PZT(즉, 티탄산 지르콘산 연(lead zirconatic titanate))와 같은 결정 또는 세라믹 재료들로 만들어진다. 압전 저항 구성요소들을 갖고, 물리적 교란이 구성요소 상에 인가될 때, 압전 저항 구성요소는 인가된 물리적 교란의 크기에 비례하여 저항의 변화를 생성한다.
이건 발명의 배경기술은 미국 특허출원공개공보 US 2005/0229713 A1 (2005.10.20) 및 미국 특허출원공개공보 US 2017/0020402 A1 (2017.01.26)에 개시되어 있다.
고정된 양의 전압/전하가 일정한 인가 힘/압력에 응답하여 압전 구성요소에 의해 발생되기 때문에, 인가된 힘이 유지될 때, 압전 구성요소는 불완전한 절연 재료들로서 감소 신호를 출력하며 내부 센서 저항에서의 감소는 전자들의 일정한 손실을 야기한다. 따라서, 긴 애플리케이션의 전체 시간 지속 기간 동안 압전 구성요소 상에 인가된 정적 스트레인/힘/압력을 정확하게 검출하는 것은 어렵다.
센서는 복수의 압전 저항 소자들을 포함한다. 물리적 교란 센서는 저항형 브리지 구성으로 압전 저항 소자들을 구성함으로써 형성될 수 있다. 신호 송신기는 물리적 교란 센서에 전기적으로 연결되며 저항형 브리지 구성의 압전 저항 소자들로 인코딩된 신호를 전송하도록 구성된다. 신호 수신기는 압전 저항 소자들에 전기적으로 연결되며 물리적 교란 센서로부터 신호를 수신하도록 구성된다. 물리적 교란 센서로부터의 수신 신호는 물리적 교란의 측정치를 결정할 때 전송된 인코딩 신호와 상관된다. 전파 매체의 표면상에서 터치 입력의 위치를 검출하기 위한 시스템은 전파 매체에 결합된 압전 저항 센서를 포함한다. 압전 저항 센서는 적어도 전파 매체상에서 터치 입력의 힘, 압력, 또는 인가된 스트레인을 검출하도록 구성된다.
본 발명은 터치 입력을 보다 정확하게 검출하고 및/또는 힘 값들 보다 정확하게 추정하도록 허용할 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들이 다음의 상세한 설명 및 수반된 도면들에서 개시된다.
도 1은 압전 저항 브리지 구조의 실시예를 예시한 개략도.
도 2a는 압전 저항 센서 칩의 ASIC 패키징의 실시예의 다양한 뷰들을 예시한 다이어그램.
도 2b는 압전 저항 센서 칩의 패키징의 또 다른 실시예의 다양한 뷰들을 예시한 다이어그램.
도 3은 압전 저항 센서를 생성하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 4는 물리적 교란(예컨대, 스트레인, 압력 등)을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 다이어그램.
도 5는 물리적 교란들(예컨대, 스트레인)을 검출하기 위한 브리지 구조들의 뱅크들 간에 송신기들 및 수신기들을 공유하는 시스템의 실시예를 예시한 다이어그램.
도 6은 하나 이상의 센서들을 사용하여 신호 교란을 검출하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 7a는 터치 입력 표면 교란을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 블록도.
도 7b 내지 도 7d는 표면적을 따라 터치 입력을 검출하기 위해(예컨대, 터치스크린 디스플레이 상에서 터치 입력을 검출하기 위해) 이용된 송신기 및 센서 구성요소 배열의 상이한 실시예들을 도시한 도면.
도 8은 터치 입력을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 블록도.
도 9는 터치 검출을 교정하고 검증하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 10은 사용자 터치 입력을 검출하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 11은 표면상에서의 교란과 연관된 위치를 결정하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 12는 터치 입력에 의해 야기된 교란의 시간 도메인 신호 캡처링을 결정하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 13은 터치 입력의 터치 접촉 위치(들)를 결정하기 위해 하나 이상의 예상 신호들과 공간 도메인 신호들을 비교하는 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 14는 터치 접촉 위치(들)의 선택된 가설 세트를 선택하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 15a는 터치 입력 가능 하우징을 가진 디바이스의 상이한 뷰들을 예시한 다이어그램.
도 15b는 터치 입력 표면 교란을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 블록도.
도 15c는 터치 입력 가능 측면들을 가진 디바이스 하우징의 실시예를 예시한 다이어그램.
도 15d는 공동/포켓의 확대도.
도 15e는 플렉스 케이블의 핑거들 상에 장착된 송신기들 및 수신기들을 도시하는 도면.
도 15f 내지 도 15h는 선형 면적을 따라 터치 입력을 검출하기 위해 이용된 송신기 및 센서 구성요소 배열들의 상이한 실시예들을 도시하는 도면.
도 16은 터치 입력을 검출하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 17은 전화기의 측면에서 수신기 및 두 개의 연관된 송신기들의 실시예를 예시한 다이어그램.
도 18은 신호 진폭들을 사용하여 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분에서 터치 입력을 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 19는 터치 입력이 신호 진폭들을 사용하여 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분을 떠날 때를 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 20은 송신할 때 동일한 PRBS의 시간-시프트 버전들을 사용하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 21은 다수의 송신기들 및 다수의 수신기들을 가진 전화기의 측면의 실시예를 예시한 다이어그램.
도 22는 수신 신호를 필터링하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 23은 만약에 있다면, 상이한 유형들의 터치들을 통과한 후 신호의 실시예를 예시한 다이어그램.
도 24는 진폭 메트릭들을 사용하여 구성된 이산 신호의 두 개의 실시예들을 예시한 다이어그램.
도 25는 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분과 연관된 제 1 진폭 메트릭을 사용하여 터치 입력을 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 26은 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분과 연관된 제 1 진폭 메트릭을 생성하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 27은 제 2 영역과 연관된 제 2 진폭 메트릭을 사용하여 터치 입력을 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 28은 제 2 영역과 연관된 제 2 진폭 메트릭을 생성하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도.
도 29는 터치 및 힘 센서의 실시예를 예시한 블록도.
본 발명은, 장치; 시스템; 물질의 조성; 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체상에 구체화된 컴퓨터 프로그램 제품; 및/또는 컴퓨터에 결합된 메모리 상에 저장되고 및/또는 그것에 의해 제공된 지시들을 실행하도록 구성된 프로세서와 같은 프로세서로서를, 프로세스로서 포함하여, 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 이 명세서에서, 이들 구현들, 또는 본 발명이 취할 수 있는 임의의 다른 형태는 기술들로서 불리울 수 있다. 일반적으로, 개시된 프로세스들의 단계들의 순서는 본 발명의 범위 내에서 변경될 수 있다. 달리 서술되지 않는다면, 태스크를 수행하도록 구성되는 것으로서 설명된 프로세서 또는 메모리와 같은 구성요소는 주어진 시간에 태스크를 수행하도록 임시로 구성되는 일반 구성요소 또는 태스크를 수행하기 위해 제조되는 특정 구성요소로서 구현될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어 '프로세서'는 컴퓨터 프로그램 지시들과 같은, 데이터를 프로세싱하도록 구성된 하나 이상의 디바이스들, 회로들, 및/또는 프로세싱 코어들을 나타낸다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 원리들을 예시하는 수반된 도면들과 함께 이하에서 제공된다. 본 발명은 이러한 실시예들과 관련되어 설명되지만, 본 발명은 임의의 실시예에 제한되지 않는다. 발명의 범위는 청구항들에 의해서만 제한되며 본 발명은 다수의 대안들, 수정들 및 등가물들을 포함한다. 다수의 특정 세부사항들은 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다음의 설명에서 제시된다. 이들 세부사항들은 예의 목적들로 제공되며 본 발명은 이들 특정 세부사항들 중 일부 또는 모두 없이 청구항들에 따라 실시될 수 있다. 명료함을 위해, 본 발명에 관련된 기술 분야들에서 알려진 기술적 자료는 발명이 불필요하게 모호해지지 않도록 상세하게 설명되지 않았다.
압전 저항 구성요소들과 비교하여, 압전 구성요소들은 종종 더 민감하며 따라서 더 작은 섭동들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 압전 저항 구성요소들은 정적 측정을 수행할 때 압전 구성요소들에 비해 이점을 갖는다. 고정된 양의 전압/전하가 일정한 인가 힘/압력에 응답하여 압전 구성요소에 의해 발생되기 때문에, 인가된 힘이 유지될 때, 압전 구성요소는 불완전한 절연 재료들로서 감소 신호를 출력하며 내부 센서 저항에서의 감소는 전자들의 일정한 손실을 야기한다. 따라서, 긴 애플리케이션의 전체 시간 지속 기간 동안 압전 구성요소 상에 인가된 정적 스트레인/힘/압력을 정확하게 검출하는 것은 어렵다. 다른 한편, 압전 저항 구성요소들을 갖고, 저항에서의 변화는 인가된 정적 힘/압력에 응답하여 일정한 채로 있으며 따라서 정적 힘/압력은 더 신뢰 가능하게 검출될 수 있다.
이것은 압전 저항 구성요소들을 스트레인 게이지를 구축하는데 사용하기 위한 더 양호한 선택을 하게 한다. 그러나, 압전 저항 구성요소들의 제한된 물리적 교란 민감도는 종종 그것의 적용을 방해한다. 부가적으로, 압전 저항 구성요소들은 온도에 매우 민감하며 제조 변화들은 그 출력의 정확도 및 일관성에 상당히 영향을 줄 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 스트레인 센서는 기판의 제 1 측면 상에 제작된 복수의 압전 저항 소자들을 포함한다. 기판의 제 2 측면은 스트레인이 검출될 오브젝트에 결합되도록 구성된다. 복수의 전기 연결 단자들은 기판의 제 1 측면에 결합되어, 전력 및 신호들이 스트레인 센서로부터 제공/수신되도록 허용한다.
도 1은 압전 저항 브리지 구조의 실시예를 예시한 개략도이다. 압전 저항 브리지 구조(100)는 직렬로 두 개의 압전 저항 소자들의 두 개의 평행 경로들로서 함께 연결되는 4개의 압전 저항 소자들을 포함한다(예컨대, 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 구성). 각각의 평행 경로는 별개의 분압기로서 동작한다. 동일한 공급 전압(예컨대, 도 1의 Vin)은 평행 경로들 양쪽 모두에서 인가되며 평행 경로들 중 하나에서의 중간-포인트(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 직렬로 있는 압전 저항 소자들(R1 및 R2) 사이) 내지 다른 평행 경로의 중간-경로(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 직렬로 있는 압전 저항 소자들(R3 및 R4) 사이) 사이에서의 전압의 차이(예컨대, 도 1의 Vout)를 측정함으로써, 압전 저항 구조에 인가된 물리적 교란(예컨대, 스트레인)의 크기가 검출될 수 있다. 그러나, 압전 저항 소자들은 온도들 및 제조 변동성들에 매우 민감하다. 따라서, 정확하게 매칭된 압전 저항 소자들은 통상적으로 압전 저항 브리지 구조에서 이용되어야 한다. 그러나, 별개의 압전 저항 소자들이 저항형 브리지 구조를 생성하기 위해 재료상에 장착될 때, 그것들이 정확하게 매칭되고 동질임을 보장하는 것은 어렵고 값비쌀 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 압전 저항 브리지 구조를 생성하기 위해 받침 재료로 별개의 이미 제조된 압전 저항 소자들을 함께 개별적으로 부착하기보다는, 압전 저항 브리지 구조는 단일 집적 회로 구성요소로서 함께 제조되며 애플리케이션-특정 집적 회로(ASIC) 칩에 포함된다. 예를 들어, 4개의 압전 저항 소자들 및 그 사이에서의 적절한 연결들이 포토리소그래피 미세제작 프로세스를 사용하여 동일한 실리콘 웨이퍼/기판상에 제작된다. 대안적인 실시예에서, 압전 저항 브리지 구조는 미세전자기계 시스템들(MEMS) 프로세스를 사용하여 구축된다. 압전 저항 소자들은 임의의 이동성 민감/의존적 요소(예컨대, 저항기, 트랜지스터 등으로서)일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 압전 저항 소자들의 반도체 기판은 단결정 기판이다(예컨대, 다결정 기판과 대조적으로). 다결정 기판이 일반적으로 이전 접근법들의 저항형 요소들의 미세제작 시 이용되지만, 본 명세서에서 설명된 실시예들 중 하나 이상의 맥락에서, 다결정 기판의 입자들은 압전 저항 소자들이 스트레인을 겪을 때 일관되지 않으며 바람직하지 않은 거동을 야기할 수 있다. 따라서, 보다 일관된 결정 구조를 가진 단결정 기판을 이용함으로써, 압전 저항 소자들은 스트레인 하에 있을 때 더 일관되고 바람직한 방식으로 거동한다.
몇몇 실시예들에서, 미세 제작된 실리콘 웨이퍼/기판은 웨이퍼/기판의 일 측면 상에 구축된 압전 저항 소자들을 가지며, 구조로의 외부 연결들(예컨대, 공급 전압 및 센서 출력을 위한 연결들)은 제작된 압전 저항 소자들과 함께 측면으로부터 만들어진다. 이것은 물리적 교란들이 칩을 사용하여 검출될 경우 오브젝트로의 부착을 위한 구조/칩의 뒷면을 남긴다. 그러나, 통상적인 미세제작에서 사용된 실리콘 웨이퍼의 두께는 너무 두꺼워서 뒷 표면으로부터 다른 측면 상에서의 구성요소들로 스트레인/힘/압력/진동을 효과적으로 송신할 수 없다. 몇몇 실시예들에서, 실리콘 웨이퍼/기판의 뒷면은 기판의 두께를 통해 이동하도록 물리적 교란을 가능하게 하기 위해 최종 칩의 두께를 감소시키도록 아래로 감소된다(예컨대, 샌딩된다). 예를 들어, 750마이크론의 원래 두께로부터 시작하여, 기판은 압전 저항 구조들을 제작한 후 300마이크론 미만으로 샌드 다운된다(예컨대, 100마이크론의 두께로 샌딩된다). 몇몇 실시예들에서, 외부 연결들을 가능하게 하기 위해, 사전 성형된 솔더 볼들이 그것의 전방/디바이스 측면(즉, 압전 저항 소자들이 제작되는 칩의 뒷면의 반대편에 있는 측면)으로부터 칩으로의 외부 연결들을 가능하게 하기 위해 형성되고/증착되고/기판/칩에 결합된다. 칩 상에서의 사전 형성된 정밀 솔더 볼들을 사용하는 것은 제조 신뢰성을 보장한다. 예를 들어, 압전 저항 브리지 구조 칩이 물리적 교란이 검출될 오브젝트에 부착될 때, 접착제(또는 테이프)가 칩의 뒷면에 도포되며 오브젝트 상에서 칩을 누르고 결합하기 위해 칩의 반대 측면 상에 힘이 인가된다(사전 형성된 솔더 볼들을 가진 측면 상에 인가된 힘). 칩은 솔더 볼들이 균일하지 않거나 또는 일관되지 않는다면 깨지거나 또는 불균일하게 비스듬히 부착될 수 있다.
도 2a는 압전 저항 센서 칩의 ASIC 패키징의 실시예의 다양한 뷰들을 예시한 다이어그램이다. 센서 칩(200)은 도 1의 압전 저항 브리지 구조(100)의 제작 구조를 포함한다. 칩(200)은 공급 입력을 위한 두 개의 연결들, 접지/바이어스를 위한 하나, 및 센서 출력을 위한 두 개의 연결들(예컨대, 물리적 교란의 크기를 나타내는 전압 출력이 검출될 때)을 포함한 5개의 연결 포인트들(예컨대, 사전 형성된 솔더 볼들이 위치되는)을 가진다. 접착제는 물리적 교란들이 검출되는 오브젝트로의 결합을 위해 칩(200)의 최상부 측면(예컨대, 반도체 기판의 뒷면을 향하는)에 인가될 수 있다. 칩(200)의 최하부(예컨대, 반도체 기판의 구성요소 제작 측면을 향하는) 사전 형성된 정밀 솔더 볼들(예컨대, 입력의 플러스/마이너스를 위한 두 개, 접지/바이어스를 위한 하나, 및 센서 출력의 플러스/마이너스를 위한 둘)을 포함한다. 칩(200)은 설치 동안 회전 불변인(예컨대, 4개의 상이한 배향들에 대해) 방식으로 구성되었다. 예를 들어, 칩(200)의 솔더 볼들에 부착하는 접촉 패드들(예컨대, 가요성 인쇄 회로 케이블, 회로 보드 등 상에서)을 수용하는 것에 대하여 칩의 배향은 수신 접촉 패드들이 솔더 볼들의 패턴의 대칭 특징(예컨대, 다수의 상이한 축들을 따라 대칭적)뿐만 아니라 칩 개략도들의 대칭적 특징을 고려해볼 때 입력 연결들과 출력 연결들 사이에서의 상호 교환성으로 인해 솔더 볼들의 패턴과 일렬인 한 문제가 아니다.
도 2b는 압전 저항 센서 칩의 또 다른 실시예의 다양한 뷰들을 예시한 다이어그램이다. 센서 칩(202)은 도 1의 압전 저항 브리지 구조(100)의 제작 구조를 포함한다. 칩(202)은 공급 입력을 위한 두 개의 연결들, 접지/바이어스를 위한 두 개, 및 센서 출력(예컨대, 물리적 교란의 크기를 나타내는 전압 출력이 검출되는 곳)을 위한 두 개의 연결들을 포함한 6개의 연결 포인트들을 가진다. 접착제는 물리적 교란들이 검출될 오브젝트로의 결합을 위해 칩(202)의 최상부 측면(예컨대, 반도체 기판의 뒷면을 향하는)에 도포될 수 있다. 칩(202)의 최하부(예컨대, 반도체 기판의 구성요소 제조 측면을 향하는)는 6개의 연결 포인트들에 대응하는 노출된 도전성 표면 부분들을 포함하며 대응하는 연결 패드들에 연결될 수 있다(예컨대, 가요성 인쇄 회로, 회로 보드 등 상에서). 사실상, 칩(202)은 센서 칩(202)을 위한 연결 포인트들로서 랜드 그리드 어레이(LGA) 구조들을 이용한다.
도 2a의 칩(200)의 예는 사전 형성된 솔더 볼들을 이용했지만, 칩(202)은 반드시 그것의 연결 포인트들/패드들/핀들 상에서 사전 형성된 솔더 볼들을 이용할 필요는 없다(예컨대, 플렉스 회로 케이블/보드에 칩(202)을 부착하기 위해). 오히려, 솔더 페이스트가 칩(202)의 연결 포인트들에 도포되고, 수신 회로 케이블/보드(예컨대, 가요성 인쇄 회로 케이블)의 대응하는 접촉 패드들과 접촉하게 되며 리플로(reflow) 솔더링을 수행하기 위해 가열될 수 있다. 열은 솔더 페이스트를 녹이고 회로 케이블/보드의 대응하는 접촉 패드들과 칩(202)의 연결 포인트들을 함께 잇기 위해 솔더 재료를 리플로잉할 것이다. 그러나, 리플로 솔더링을 사용하는 것이 가진 도전은 연결 포인트들의 균일한 가열을 달성하는 것이다. 예를 들어, 칩(202)의 최상부 상에 인가된 열이 칩의 중심에 이르기 전에 측면들을 가열시키기 위해 칩의 측면들 주위에 흐를 것이다. 도 2a의 칩(200)에 비교하여, 칩(202)은 칩의 중심에서의 연결 없이 칩의 둘레 주위에 위치된 연결 포인트들의 보다 균일한 가열을 허용하기 위해 칩의 중간에 연결 포인트를 포함하지 않는다. 강성 회로 보드에 CPU 칩을 부착하기 위한 리플로 솔더링의 사용은 전기적 제조에서 행해졌지만, 가요성 인쇄 회로에 칩을 부착하기 위한 리플로 솔더링의 사용은 신규한 것으로 여겨지며 칩(202)의 구성 및 상대적인 작은 크기에 의해 적어도 부분적으로 가능해진다.
몇몇 실시예들에서, 도 2a의 칩(200)에 비교하여, 부가적인 연결 포인트는 칩(202)을 대칭이게 하고 회전을 불변(예컨대, 두 개의 상이한 배향들에 대해)이게 하기 위해 부가되었다. 예를 들어, 칩(200)의 연결 포인트들에 부착하는 수신 접촉 패드들(예컨대, 가요성 인쇄 회로 케이블, 회로 보드 등 상에서)에 대하여 칩(202)의 배향은 칩 연결 포인트들의 패턴의 대칭 특징뿐만 아니라 칩 개략도의 대칭 특징을 고려해볼 때 입력 연결들 및 출력 연결들 사이에서의 상호 교환성으로 인해 수신 접촉 패드들이 칩 연결 포인트들의 패턴과 일렬인 한 문제가 아니다. 몇몇 실시예들에서, 칩(202)은 반드시 회전 불변이 아니며 칩(202)의 최상부 측면 상에서의 마크(예컨대, 도 2b의 상면도 상에 도시된 원 마크)는 칩의 배향을 나타낸다(예컨대, 연결 포인트/패드/핀 번호 1이 마크가 위치되는 칩 코너 가까이 밑에 있음을 나타낸다).
도 3은 압전 저항 센서를 생성하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 3의 프로세스는 도 2a의 센서(200) 및/또는 도 2b의 202를 적어도 부분적으로 제조하기 위해 이용된다.
302에서, 압전 저항 소자들 및 그것들 간의 연결들이 기판상에 제작된다. 예를 들어, 압전 저항 소자들 및 그것들 간의 연결들(예컨대, 브리지 구조 구성으로)은 포토리소그래피 미세제작 프로세스를 사용하여 동일한 반도체 웨이퍼/기판(예컨대, 실리콘, 갈륨 비소, 또는 다른 반도체 재료들로 만든) 상에 제작된다. 대안적인 실시예에서, 압전 저항 브리지 구조는 미세전자기계 시스템들(MEMS) 프로세스를 사용하여 구축된다. 압전 저항 소자의 예들은 저항기, 트랜지스터, 및 임의의 이동성 민감/의존적 요소를 포함한다.
304에서, 제작된 압전 저항 소자를 가진 기판의 두께는 감소된다. 몇몇 실시예들에서, 미세 제작된 실리콘 웨이퍼/기판은 웨이퍼/기판의 일 측면 상에 제작된 압전 저항 소자들을 가지며, 구조로의 외부 연결들(예컨대, 공급 전압 및 센서 출력을 위한 연결들)은 제작된 압전 저항 소자들을 갖고 측면으로부터 만들어진다. 이것은 물리적 교란들이 칩을 사용하여 검출될 오브젝트로의 부착을 위해 구조/칩의 뒷면을 남긴다. 그러나, 실리콘 기판의 두께는 뒷 표면으로부터 다른 측면 상에서의 구성요소들로 스트레인/힘/압력/진동을 효과적으로 송신하기에 너무 두꺼울 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판의 뒷면은 기판의 두께를 통해 이동하도록 물리적 교란을 가능하게 하기 위해 최종 칩의 두께를 감소시키도록 감소(예컨대, 샌딩)된다. 예를 들어, 750마이크론의 원래 두께로부터 시작하여, 기판은 압전 저항 구조들을 제작한 후 300마이크론 미만으로 샌드 다운된다(예컨대, 100마이크론의 두께로 샌딩된다).
306에서, 압전 저항 소자들로의 단자 연결들이 형성된다.
몇몇 실시예들에서, 외부 연결들을 가능하게 하기 위해, 사전 형성된 솔더 볼들이 그것의 전면/디바이스 측면(즉, 압전 저항 소자들이 제작된 칩의 뒷면의 반대편에 있는 측면)으로부터 칩으로의 외부 연결들을 가능하게 하기 위해 형성되고/증착되고/기판/칩에 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 압전 저항 소자들로의 단자 연결들은 기판의 두께를 감소시키기 전에 형성된다. 칩 상에서 사전 형성된 정밀 솔더 볼들을 사용하는 것은 제조 신뢰성을 보장한다. 예를 들어, 압전 저항 브리지 구조 칩이 물리적 교란이 검출될 오브젝트에 부착될 때, 접착제(또는 테이프)는 칩의 뒷면에 도포되며 힘은 오브젝트 상에서 칩을 누르고 결합하기 위해 사전 형성된 솔더 볼들과 함께 칩의 반대 측면 상에 인가된다. 칩은 솔더 볼들이 균일하지 않거나 또는 일관되지 않다면 깨지거나 또는 비스듬히 불균일하게 부착될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 사전 형성된 솔더 볼들을 사용하기보다는, 압전 저항 소자들로의 단자 연결들은 솔더 페이스트를 사용하여 적어도 부분적으로 형성된다. 예를 들어, 솔더 페이스트는 도 2b의 칩(202)의 연결 포인트들에 도포되고, 수신 회로 케이블/보드(예컨대, 가요성 인쇄 회로 케이블)의 대응하는 접촉 패드들과 접촉하게 되며 가열된다. 열은 솔더 페이스트를 녹이며 회로 케이블/보드의 대응하는 접촉 패드들과 칩(202)의 연결 포인트들을 함께 잇기 위해 솔더 재료를 리플로잉할 것이다.
도 4는 물리적 교란(예컨대, 스트레인, 압력 등)을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 다이어그램이다.
몇몇 실시예들에서, 도 1의 구조(100), 도 2a의 센서 칩(200), 및/또는 도 2b의 센서 칩(202)은 초음파 신호 감지 애플리케이션들을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 그것은 압전 구동기들/송신기들에 의해 송신된 전파 진동 신호들을 감지할 때 압전 수신기들을 대신하기 위해 사용될 수 있다. 그것이 초음파들을 마주할 때 실리콘 기판 내에서 이동성 변조에 의존하는 저항형 브리지 구조의 압전 저항 소자들을 고려해볼 때, 저항형 브리지 구조는 수신기로서 기능할 수 있다. 마찬가지로, 전기 신호로의 기판 스트레스의 이동성 변조는 실리콘의 물리적 기능이므로, 그것은 또한 스트레스 및 스트레인에서의 절대적인 변화들을 감지하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 칩(200)은 송신기로부터 전송되는 교정 신호들의 고정 세트와 함께 작동하는, 온도 감지 및 보상 능력들을 포함한다.
그러나, 초음파 신호 센서/수신기로서 압전 저항 소자들을 사용하는 도전은 초음파 신호에 의해 야기된 물리적 교란들에서의 극히 작은 변화들을 감지하기 위해 그것들을 사용하는 어려움이다. 예를 들어, 검출되길 원하는 물리적 교란은 단지 압전 저항 소자들의 저항에서 0.001% 변화만을 야기할 수 있어서, 디지털로 주어진 그것들의 작은 크기를 정확하게 검출하는 것이 어려운 마이크로볼트 출력 신호들을 야기한다. DC 전압 바이어싱 압전 저항 브리지 구조를 갖고, 이러한 레벨의 변화는, 특히 센서/수신기에 영향을 주는 잡음(예컨대, 핑크 잡음, 외부 소스들로부터 포착된 잡음 등)을 고려해볼 때 검출하기 어렵다.
몇몇 실시예들에서, DC 바이어스 전압을 사용하기보다는, 더 높은 주파수 신호가 압전 저항 브리지 구조의 바이어스/공급 전압으로서 이용된다. 압전 저항 브리지 구조의 출력은 구조에 대해 감지된 물리적 교란의 크기에 비례하는 입력 공급 신호의 변조된 버전을 출력할 것이다. 신호 프로세싱은 이러한 크기를 특성화하고 수량화하기 위해 출력 신호에 대해 수행될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 시스템은 저항형 브리지 구조로 구성된 복수의 압전 저항 소자들을 포함한다. 신호 송신기는 저항형 브리지 구조에 결합되며 인코딩된 신호를 저항형 브리지 구조를 전송하도록 구성된다. 신호 수신기는 저항형 브리지 구조에 결합되며 저항형 브리지 구조로부터 신호를 수신하도록 구성된다. 수신된 신호는 스트레인의 측정치를 결정할 때 전송된 인코딩 신호와 상관된다.
시스템(400)은 센서 브리지 구조(402), 신호 송신기(404), 및 신호 수신기(406)를 포함한다. 센서 브리지 구조(402)의 예는 도 1의 브리지 구조(100)이다. 몇몇 실시예들에서, 센서 브리지 구조(402)는 신호 송신기(404) 및 신호 수신기(406)를 포함하는 신호 프로세서 구성요소(410)에 연결되는 도 2a의 센서 칩(200) 및/또는 도 2b의 센서 칩(202)으로서 패키징된다. 송신기(404)는 센서 브리지 구조(402)로 입력 공급 신호를 제공한다. 일정한 DC 전압이기보다는, 신호 송신기(404)는 고 주파수(예컨대, 50kHz 내지 1MHz 사이)로 공급 신호를 제공한다. 더 높은 주파수 신호를 사용함으로써, 핑크 잡음(즉, 1/f 잡음)이 감소되고 걸러 내어질 수 있어서, 증가된 신호 검출 민감도를 야기한다. 몇몇 실시예들에서, 제공된 입력 공급 전압은 인코딩된 디지털 변조 신호이다. 예를 들어, 캐리어 신호(예컨대, 50kHz 내지 1MHz 사이)는 디지털 신호(예컨대, 의사랜덤 이진 시퀀스(PRBS)를 인코딩한 신호)를 사용하여 변조된다.
물리적 교란이 불균형 구조(402)에 적용되며 그것의 압전 저항 소자들의 저항을 변경함에 따라, 신호 수신기(406)에 의해 수신된 센서 브리지 구조(402)로부터의 출력은 물리적 교란에 비례하는 진폭/강도/이득 변화를 갖고 신호 송신기(404)에 의해 제공된 입력 공급 신호의 버전이다.
신호 프로세서 구성요소(410)는 실시예를 보다 분명하게 예시하기 위해 도 4의 다이어그램에 도시되지 않은 다른 구성요소들을 포함한다. 예를 들어, 신호 프로세서 구성요소(410)는 마이크로프로세서, 신호 드라이버, 신호 발생기, 제어기, DSP 엔진, ADC, 및/또는 신호 조절기를 포함할 수 있다.
도 5는 물리적 교란들(예컨대, 스트레인)을 검출하기 위한 브리지 구조들의 뱅크들 중에서 송신기들 및 수신기들을 공유하는 시스템(500)의 실시예를 예시한 다이어그램이다.
몇몇 실시예들에서, 센서 브리지 구조(예컨대, 압전 저항 브리지 구조)로부터의 출력은 물리적 입력으로서, 감지된 기계적 교란 크기를 결정하기 위해 출력을 수신하고 이를 프로세싱하는 프로세서 구성요소의 신호 수신기로 제공된다. 그러나, 이용되는 센서 브리지 구조들의 수가 증가할수록, 신호 프로세싱 구성요소는 별개의 수신기 구성요소가 동시에 수신될 각각의 상이한 신호를 위해 요구된다는 점을 고려해볼 때 증가하는 수의 수신기들을 요구한다. 이러한 다수의 수신기들을 수용하는 것은 많은 경우들에서 어렵고, 비효율적이며, 값비쌀 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 복수의 센서 브리지 구조들로부터의 출력들은 복수의 센서 브리지 구조들이 동일한 수신기들을 공유하도록(예컨대, 수신기의 동일한 연결 인터페이스/와이어를 공유하도록) 함께 전기적으로 연결된다. 이것은 복수의 센서 브리지 구조들로부터의 신호 출력들이 동일한 수신기가 그것을 수신할 때 함께 조합될 것임을 의미한다. 상이한 압전 저항 브리지 구조들로부터의 신호들을 구별할 수 있도록, 함께 연결된 구조들의 그룹의 각각의 구조는 상이한 입력 공급 신호를 이용한다(예컨대, 상이한 송신기에 의해). 상이한 공급 신호들의 각각에 대해 조합된 출력을 상관시킴으로써, 각각의 압전 저항 브리지 구조에 대응하는 출력이 선택적으로 획득될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상이한 인코딩된 디지털 변조 신호들(예컨대, 50kHz 내지 1MHz 사이의, 캐리어 신호가 디지털 신호, 예컨대 PRBS 신호를 사용하여 변조된다)은 상이한 압전 저항 브리지 구조들을 위해 이용된다. 몇몇 실시예들에서, 압전 저항 브리지 구조들의 각각에 제공된 상이한 공급 신호들은 동일한 변조 PRBS 신호의 상이한 상들(예컨대, 시간 시프트된 버전들)이다.
공급 신호들의 수에서의 증가는 송신기들의 수가 수신기들의 수를 감소시킬 때 트레이드오프로서 증가됨을 의미한다. 그러나, 동일한 공급 신호는 그것들의 출력들을 공유/조합하지 않는(예컨대, 동일한 수신기를 공유하지 않는) 다른 브리지 구조들과 공유될 수 있다(즉, 동일한 송신기를 공유한다). 몇몇 실시예들에서, 압전 저항 브리지 구조들의 복수의 뱅크들이 존재하고 있으며, 여기에서 압전 저항 브리지 구조들의 각각의 뱅크는 수신기에 대한 공통 연결/와이어를 공유하지만 뱅크의 각각의 압전 저항 브리지 구조는 상이한 송신기들로부터 상이한 입력 공급 신호들을 제공받는다. 부가적으로, 복수의 뱅크들의 각각의 뱅크로부터의 하나의 브리지 구조는 공통 송신기를 공유하며 동일한 입력 전압 소스 신호를 제공받는다. 몇몇 실시예들에서, 단일 신호 프로세서 구성요소는 상이한 송신기들 및 수신기들을 포함한다. 따라서 송신기들 및 수신기들 양쪽 모두를 공유함으로써, 이용되는 송신기들 및 수신기들의 총 수는 감소될 수 있다. 예를 들어, 공유하고 있는 수신기 없이, 32개의 압전 저항 브리지 구조들의 그룹은 총 33개 송신기/수신기 구성요소들을 위해 1개 송신기 및 32개 수신기들을 요구할 것이다. 그러나, 공유하는 송신기 및 수신기 양쪽 모두를 갖고, 단지 4개의 송신기들 및 8개의 수신기들만이 총 12개의 송신기/수신기 구성요소들을 위해 요구된다(예컨대, 8 브리지 구조들의 4개 뱅크들).
센서 브리지 구조들(502 및 504)은 센서 브리지 구조들의 제 1 뱅크에 속하며 신호 프로세서 구성요소(510)의 수신기(512)를 공유한다. 센서 브리지 구조들(506 및 508)은 센서 브리지 구조들의 제 2 뱅크에 속하며 신호 프로세서 구성요소(510)의 수신기(516)를 공유한다. 센서 브리지 구조들(502 및 506)은 제 1 입력 공급 신호를 제공하는 송신기(514)를 공유하며, 센서 브리지 구조들(504 및 508)은 제 2 입력 공급 신호를 제공하는 송신기(518)를 공유한다. 센서 브리지 구조(502, 504, 506, 및 508)의 각각의 예는 도 1의 브리지 구조(100)이다. 몇몇 실시예들에서, 센서 브리지 구조(502, 504, 506, 및 508)의 각각은 도 2a의 센서 칩(200) 및/또는 도 2b의 센서 칩(202)으로서 패키징된다. 신호 프로세서 구성요소(510)는 실시예를 더 명확하게 예시하기 위해 도 5의 다이어그램에 도시되지 않은 다른 구성요소들을 포함한다. 예를 들어, 신호 프로세서 구성요소(510)는 마이크로프로세서, 신호 드라이버, 신호 발생기, 제어기, DSP 엔진, ADC, 및/또는 신호 조절기를 포함할 수 있다.
도 6은 하나 이상의 센서들을 사용하여 신호 교란을 검출하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 도 6의 프로세스는 도 4의 신호 프로세서 구성요소, 도 5의 신호 프로세서 구성요소(510), 도 7a 내지 도 7d의 터치 검출기(720), 도 8의 터치 검출기(802), 및/또는 도 15b의 터치 검출기(1520)에 의해 수행될 수 있다.
602에서, 하나 이상의 입력 공급 신호들이 하나 이상의 센서들로 제공된다. 예를 들어, 전압 공급 신호(들)는 하나 이상의 센서 브리지 구조들(예컨대, 도 4 및/또는 도 5에 도시된 브리지 구조)로 제공된다. 센서 브리지 구조의 예는 도 3의 프로세스를 사용하여 생성된 압전 저항 브리지 구조이다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 공급 전압 신호는 인코딩된 디지털 변조 신호이다. 예를 들어, 캐리어 신호(예컨대, 50kHz 내지 1MHz 사이)는 디지털 신호(예컨대, 의사랜덤 이진 시퀀스(PRBS)를 인코딩한 신호)를 사용하여 변조된다.
몇몇 실시예들에서, 복수의 센서들은 동일한 공급 전압 신호를 제공받는다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 센서들이 존재하고 있으며 센서들 중 적어도 일 부분은 센서들의 또 다른 부분으로부터 상이한 공급 전압 신호를 제공받는다. 상이한 공급 전압 신호들은 (예컨대, 상이한 PRBS를 인코딩하는) 상이한 디지털 신호를 사용하여 변조됨으로써 및/또는 상이한 상들(예컨대, 동일한 변조 PRBS 신호의 시간 시프트 버전들이 상이한 신호들로서 사용되는)을 가짐으로써 차이가 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 브리지 구조들의 복수의 뱅크들이 존재하고 있으며, 여기에서 브리지 구조들의 각각의 뱅크는 수신기로의 공통 연결을 공유하지만 뱅크의 각각의 압전 저항 브리지 구조는 상이한 송신기들로부터의 상이한 입력 공급 신호들을 제공받는다. 부가적으로, 복수의 뱅크들의 각각의 뱅크로부터의 하나의 브리지 구조는 공통 송신기를 공유하며 동일한 입력 전압 소스 신호를 제공받는다. 몇몇 실시예들에서, 단일 신호 프로세서 구성요소는 상이한 송신기들 및 수신기들을 포함한다.
604에서, 하나 이상의 출력 신호들은 하나 이상의 센서들로부터 수신된다. 예를 들어, 물리적 교란이 그것의 저항성 요소들의 저항을 변경하기 위해 센서의 저항형 브리지 구조의 균형을 깨기 위해 적용되므로, 센서로부터의 출력 신호는 물리적 교란에 비례하는 진폭/강도/이득 변화를 가진 입력 공급 신호의 버전이다. 몇몇 실시예들에서, 상이한 출력 신호는 하나 이상의 센서들의 각각으로부터 수신된다. 몇몇 실시예들에서, 동일한 수신기로의 연결을 공유하는 복수의 센서들로부터의 출력 신호들은 수신기에 의해 수신된 조합된 출력 신호 상에서 조합(예컨대, 중첩)되며 수신된 조합 출력 신호는 상이한 센서들로부터의 상이한 출력 신호들을 분리하기 위해 프로세싱된다.
606에서, 하나 이상의 수신된 출력 신호들이 필터링된다. 예를 들어, 출력 신호는 잡음을 거부하고/감소시키기 위해 고역 통과 필터링, 저역 통과 필터링 및/또는 반-앨리어스 필터링된다(예컨대, 인코딩된 디지털 변조 입력 신호의 주파수 범위 내에서 신호 부분을 분리하고 입력 신호의 범위 밖에 있는 신호 주파수 구성요소들을 거절하기 위해 필터링한다).
608에서, 필터링된 수신 출력 신호들의 각각은 상관 결과를 결정하기 위해 대응하는 입력 공급 신호와 상관된다. 예를 들어, 교차-상관은 필터링된 수신 출력 신호 및 대응하는 수신 출력 신호를 제공받은 센서로 제공된 대응하는 입력 신호 사이에서 수행된다. 입력 신호가 센서의 요소들(예컨대, 압전 저항 소자들)을 통해 거의 즉각적으로 이동하기 때문에, 출력 신호 및 입력 신호는 임의의 지연 또는 래그 없이 서로 상관되며 상관 결과는 서로로부터의 임의의 지연 또는 래그 없이 신호들 간의 상관 값을 나타낼 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필터링된 조합 출력 신호는 복수의 상이한 센서들로부터의 구성요소 출력 신호들을 포함하며 동일한 필터링된 조합 출력 신호는 상이한 센서들의 각각에 대한 별개의 대응하는 상관 결과를 결정하기 위해 상이한 센서들의 상이한 입력 공급 신호들의 각각과 상관된다. 몇몇 실시예들에서, 상관 결과는 상관 결과 신호이다. 몇몇 실시예들에서, 상관 결과는 값이다.
610에서, 하나 이상의 센서들의 각각에 대한 상관 결과는 대응하는 센서에 의해 검출된 교란에 대응하는 물리적 교란 크기 값을 결정하기 위해 이용된다. 예를 들어, 센서에 의해 검출된 힘, 압력, 또는 스트레인의 양을 나타내는 크기 값이 결정되며 터치 입력의 힘, 압력, 또는 스트레인 크기로서의 사용을 위해 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 교란 크기 값은 대응하는 상관 결과의 진폭 값에 비례한다. 예를 들어, 대응하는 상관 결과의 진폭 값 또는 대응하는 상관 결과의 진폭 값의 스케일링된 버전은 교란 크기 값으로서 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 대응하는 상관 결과의 최대 진폭 값이 식별되며 교란 크기 값을 결정할 때 이용된다.
몇몇 실시예들에서, 결정된 물리적 교란 크기 값은 교정된 값이다. 작은 잔여 제조 변화들, 온도 변화들, 및 에러들의 다른 소스들로 인해, 센서는 어떤 기계적/물리적 교란도 인가되지 않을지라도 작은 거짓 기계적 교란을 검출할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 교정은 그것을 검출하고 정정하기 위해 수행된다(예컨대, 주기적으로 수행된다). 예를 들어, 압전 저항 브리지 구조로부터의 출력 신호는 어떤 물리적 교란도 인가되지 않을 때 정상-상태에서 검출되며 정상-상태에서의 임의의 검출된 물리적 교란 크기(예컨대, 상관 결과 진폭 값)는 교정 오프셋 값/인자로서 결정된다. 이러한 교정 오프셋 값은 출력 힘, 압력 또는 스트레인 크기 값으로서 제공되는 교정된 물리적 교란 크기 결과를 결정하기 위해 검출된 물리적 교란 크기로부터 감해진다(예컨대, 상관 결과의 진폭 값으로부터 교정 오프셋 값을 뺀다).
도 7a는 터치 입력 표면 교란을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 블록도이다.
피에조 수신기 디바이스는 표면상에서 터치 입력의 위치를 검출하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 스크린의 유리 표면상에서의 사용자 터치 입력은 유리에 결합된 피에조 수신기 디바이스에서, 송신되고 유리를 통해 전파된 초음파 신호에 대한 교란을 검출함으로써 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 음향 또는 초음파 신호와 같은 신호는 전파 매체에 결합된 피에조 송신기를 사용하여 표면을 가진 전파 매체를 통해 자유롭게 전파된다. 표면이 터치될 때, 전파 신호는 방해를 받는다(예컨대, 터치는 전파 신호와의 간섭을 야기한다). 몇몇 실시예들에서, 방해 신호가 전파 매체에 결합된 피에조 센서에서 수신된다. 수신 신호를 프로세싱하고 교란(예컨대, 송신 신호) 없이 예상된 신호에 그것을 비교함으로써, 터치 입력과 연관된 표면상에서의 위치가 적어도 부분적으로 결정된다. 예를 들어, 방해 신호는 복수의 센서들에서 수신되며 방해 신호가 상이한 센서들에서 수신되었을 때의 상대적인 시간 차이는 표면상에서의 위치를 결정하고 삼각 측량하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 결과들과 연관된 시간 차들은 교란과 연관된 위치를 결정하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 시간 차들의 각각은 상관에서 사용된 신호들이 최대 상관되는 시간과 연관된다. 몇몇 실시예들에서, 시간 차들은 결정된 시간 지연/오프셋 또는 교란으로 인해 수신된 신호에서 야기된 위상 차와 연관된다. 이러한 시간 지연은 터치 입력이 특정되지 않은 시나리오와 연관되는 기준 시간 값과 상관을 사용하여 결정된 시간 값을 비교함으로써 산출될 수 있다. 비교의 결과는 복수의 신호들을 수신한 센서들의 위치에 대한 교란의 위치를 산출하기 위해 사용될 수 있다. 수신 신호를 전파한 매체의 표면에 대한 센서들의 위치를 사용함으로써, 전파 신호에 대한 교란이 비롯된 표면상에서의 위치가 결정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 피에조 송신기는 압전 송신기이다. 다양한 실시예들에서, 피에조 센서/수신기는 압전 센서 및/또는 압전 저항 센서(예컨대, 압전 저항 브리지 구조)를 포함한다. 압전 센서들이 통상적으로 이전에 설명된 바와 같이 압전 저항 센서들보다 더 민감하기 때문에, 압전 센서들은 많은 애플리케이션들에서 전파된 초음파 신호들을 검출할 때의 사용에 더 적합하다. 그러나, 압전 저항 센서들이 또한 일정한 스트레인/힘/압력을 보다 신뢰성 있게 검출할 수 있기 때문에, 압전 저항 센서들의 사용은 입력 스트레인/힘/압력의 보다 신뢰성 있는 검출을 허용한다.
몇몇 실시예들에서, 전파 매체의 표면상에서 터치 입력의 위치를 검출하기 위한 예시적인 시스템은 전파 매체에 결합되며 신호를 방출하도록 구성된 송신기를 포함한다. 신호는 전파 매체를 통해 전파하도록 허용되며 전파 매체의 표면상에서의 터치 입력의 위치는 적어도 부분적으로 전파 매체를 통해 전파하도록 허용된 신호에 대한 터치 입력의 효과를 검출함으로써 검출된다. 예시적인 시스템은 또한 전파 매체에 결합된 압전 저항 센서를 포함하며, 여기에서 압전 저항 센서는 적어도 전파 매체 상에서 터치 입력의 힘을 검출하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 도 7a에 도시된 시스템은 키오스크, ATM, 컴퓨팅 디바이스, 엔터테인먼트 디바이스, 디지털 사이니지 장치, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 판매 시점 관리 단말기, 음식 및 식당 장치, 게이밍 디바이스, 카지노 게임 및 애플리케이션, 가구, 차량, 산업용 애플리케이션, 금융 애플리케이션, 의료 디바이스, 기기, 및 표면들을 가진 임의의 다른 오브젝트들 또는 디바이스들에 포함된다. 전파 신호 매체(702)는 송신기들(704, 706, 708, 및 710) 및 수신기들/센서들(712, 714, 716, 및 718)에 결합된다. 송신기들(704, 706, 708, 및 710) 및 센서들(712, 714, 716, 및 718)이, 도 7에 도시된 바와 같이, 전파 신호 매체(702)에 결합된 위치들은 단지 예이다. 송신기 및 센서 위치들의 다른 구성들이 다양한 실시예들에서 존재할 수 있다. 도 7a는 송신기들에 인접하여 위치된 센서들을 도시하지만, 센서들은 다른 실시예들에서 송신기들로부터 떨어져 위치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단일 트랜스듀서가 송신기 및 센서 양쪽 모두로서 사용된다. 다양한 실시예들에서, 전파 매체는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 패널, 테이블, 유리, 스크린, 도어, 플로어, 화이트보드, 플라스틱, 목재, 스틸, 금속, 반도체, 절연체, 도체, 및 음향 또는 초음파 신호를 전파할 수 있는 임의의 매체. 예를 들어, 매체(702)는 디스플레이 스크린의 유리이다. 매체(702)의 제 1 표면은 사용자가 선택 입력을 제공하기 위해 터치할 수 있는 표면적을 포함하며 매체(702)의 실질적으로 반대 표면은 도 7a에 도시된 송신기들 및 센서들에 결합된다. 다양한 실시예들에서, 매체(702)의 표면은 실질적으로 편평하고, 곡선이거나, 또는 그것의 조합들이며 직사각형, 정사각형, 타원형, 원형, 사다리꼴, 환상형, 또는 이것들의 임의의 조합 등과 같은 다양한 형태들로 구성될 수 있다.
송신기들(704, 706, 708, 및 710)의 예들은 압전 트랜스듀서들, 압전 저항 소자들/송신기들, 전자기 트랜스듀서들, 송신기들, 센서들, 및/또는 매체(702)를 통해 신호를 전파하는 것이 가능한 임의의 다른 송신기들 및 트랜스듀서들을 포함한다.
센서들(712, 714, 716, 및 718)의 예들은 압전 트랜스듀서들, 전자기 트랜스듀서들, 압전 저항 센서들/수신기들(예컨대, 도 1의 브리지 구조(100), 센서 칩(200) 등을 포함한), 레이저 진동계 송신기들, 및/또는 매체(702) 상에서 신호를 검출하는 것이 가능한 임의의 다른 센서들 및 트랜스듀서들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 도 7a에 도시된 송신기들 및 센서들은 사용자의 입력이 매체(702)의 미리 결정된 영역에서 검출되도록 허용하는 방식으로 매체(702)에 결합된다. 4개의 송신기들 및 5개의 센서들이 도시되지만, 임의의 수의 송신기들 및 임의의 수의 센서들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 송신기들 및 3개의 센서들이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단일 트랜스듀서는 송신기 및 센서 양쪽 모두로서 동작한다. 예를 들어, 송신기(704) 및 센서(712)는 단일 압전 트랜스듀서를 나타낸다. 도시된 예에서, 송신기들(704, 706, 708, 및 710) 각각은 매체(702)를 통해 신호를 전파할 수 있다. 송신기에 의해 방출된 신호는 또 다른 송신기에 의해 방출된 또 다른 신호로부터 구별 가능하다. 신호들을 구별하기 위해, 신호들의 위상(예컨대, 코드 분할 다중화), 신호들의 주파수 범위(예컨대, 주파수 분할 다중화), 또는 신호들의 타이밍(예컨대, 시간 분할 다중화)이 변경될 수 있다. 센서들(712, 714, 716, 및 718) 중 하나 이상은 전파 신호들을 수신한다. 또 다른 실시예에서, 도 7a에서의 송신기들/센서들은 봉합재 및/또는 접착 재료 및/또는 파스너들을 통해 매체(102)에 결합된 가요성 케이블에 부착된다.
터치 검출기(720)는 도 7에 도시된 송신기들 및 센서들에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 검출기(720)는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 집적 회로 칩, 인쇄 회로 보드, 프로세서, 및 다른 전기적 구성요소들 및 커넥터들. 검출기(720)는 송신기들(704, 706, 708, 및 710)에 의해 전파될 신호들을 결정하고 이를 전송한다. 검출기(720)는 또한 센서들(712, 714, 716, 및 718)에 의해 검출된 신호들을 수신한다. 수신된 신호들은 사용자 입력과 연관된 교란이 교란과 연관된 매체(702)의 표면상에서의 위치에서 검출되었는지를 결정하기 위해 검출기(720)에 의해 프로세싱된다. 검출기(720)는 애플리케이션 시스템(722)과 통신한다. 애플리케이션 시스템(722)은 검출기(720)에 의해 제공된 정보를 사용한다. 예를 들어, 애플리케이션 시스템(722)은 애플리케이션 시스템(722)의 소프트웨어 애플리케이션을 제어하기 위해 애플리케이션에 의해 사용되는 사용자 터치 입력과 연관된 좌표를 검출기(720)로부터 수신한다. 몇몇 실시예들에서, 애플리케이션 시스템(722)은 프로세서 및/또는 메모리/저장 장치를 포함한다. 다른 실시예들에서, 검출기(720) 및 애플리케이션 시스템(722)은 적어도 부분적으로 단일 프로세서에 포함되고/프로세싱된다. 검출기(720)에 의해 애플리케이션 시스템(722)으로 제공된 데이터의 예는 사용자 표시와 연관된 다음 중 하나 이상을 포함한다: 매체(702)의 표면의 위치 좌표, 제스처, 동시 사용자 표시들(예컨대, 다중-터치 입력), 시간, 상황, 방향, 속도, 힘 크기, 근접성 크기, 압력, 크기, 및 다른 측정 가능한 또는 도출된 정보.
도 7b 내지 도 7d는 표면적을 따라 터치 입력을 검출하기 위해(예컨대, 터치스크린 디스플레이상에서 터치 입력을 검출하기 위해) 이용된 송신기 및 센서 구성요소 배열들의 상이한 실시예들을 도시한다. 예를 들어, 도 7b 내지 도 7d는 도 7a에 도시된 송신기들 및 센서들의 상이한 배열들을 도시한다. 다양한 실시예들에서, 도 7b 내지 도 7d에 도시된 송신기 및 센서 구성요소들 중 적어도 일 부분은 터치 검출기(720)에 연결된다. 도 7b 내지 도 7d에서의 송신기 및 센서 구성요소들과 터치 검출기(720) 사이에서의 연결들은 도 7b 내지 도 7d에서 도시되지 않았다. 터치 검출기(720)에 연결된 다른 구성요소들(예컨대, 애플리케이션 시스템(722))은 또한 도 7b 내지 도 7b에 도시되지 않았다. 구성요소들은 일정한 비율로 그려지지는 않았다. 압전 송신기는 "T"로 라벨링된 박스로서 도시된다. 압전 센서는 "S"로 라벨링된 박스를 갖고 도시된다. 압전 저항 센서는 "S"로 라벨링된 원으로서 도시된다. 몇몇 실시예들에서, 도시된 압전 송신기들 및 센서들은 터치스크린 디스플레이의 유리 커버의 안쪽 표면 경계에 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 도시된 압전 저항 센서들은 디스플레이 패널 뒤(예컨대, LED/OLED 패널 뒤)에 결합된다. 도 7b 내지 도 7d에 도시된 송신기들 및 수신기들의 수는 단지 예이며 임의의 수의 임의의 유형의 송신기들 및 센서들이 다양한 실시예들에 존재할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 디바이스는 터치 입력 위치를 검출하기 위해 하나 이상의 압전 송신기들 및 하나 이상의 압전 수신기들/센서들(예컨대, 터치 스크린의 유리에 결합된, 디바이스 측면 상에서의 터치 입력 위치를 검출하기 위해 디바이스의 금속 하우징의 측면에 결합된 등)뿐만 아니라 터치 입력 힘/압력을 검출하기 위한 압전 저항 센서들의 어레이(예컨대, 터치 입력으로 인한 패널의 변형의 크기를 검출하기 위해 LED/OLED 디스플레이 패널 뒤에 결합된 압전 저항 센서들의 어레이, 또는 그립력을 검출하기 위해 디바이스 하우징의 안쪽에 결합된 하나 이상의 압전 저항 센서들 등)를 포함한다. 도 7b에 도시된 송신기 및 센서 배열(730)은 전파/터치 입력 매체의 경계 면적 주위에 있는 압전 송신기들/센서들 및 압전 저항 센서들의 어레이를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 여기에서 설명된 개선들을 사용하여 증가된 압전 저항 센서 민감도를 고려해볼 때, 하나 이상의 압전 저항 센서들이 터치 입력 위치 검출을 위해 전파된 초음파 터치 입력 매체 신호들을 수신/검출하기 위해 이용된다. 동일한 압전 저항 센서들이 또한 물리적 교란 크기를 또한 검출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 압전 저항 센서로부터의 출력 신호는 먼저 물리적 교란 크기를 검출하기 위해(예컨대, 도 6의 프로세스를 사용하여) 분석되고 그것의 입력 공급 전압 신호와 상관되며, 그 후 전파된 초음파 신호가 터치 입력 매체를 통한 전파 후 검출될 때, 압전 저항 센서로부터의 출력 신호(예컨대, 지연된 신호)가 연관된 터치 입력 위치를 결정할 때(예컨대, 도 10 및/또는 도 16의 프로세스를 사용하여) 터치 입력에 의해 야기된 전파 지연을 검출하기 위해 분석되고 예상된 베이스라인 전파 신호와 상관된다. 따라서 압전 저항 센서로부터의 동일한 출력 신호는 터치 힘 및 터치 위치 양쪽 모두를 검출하기 위해 사용될 수 있다(예컨대, 동일한 신호 프로세싱 구성요소: 터치 검출기(720)에 의해). 압전 센서들 없이 압전 송신기들 및 압전 저항 센서들을 포함한 디바이스들을 위한 예시적인 센서 구성들이 도 7c의 배열(740)에서 도시된다.
몇몇 실시예들에서, 압전 저항 센서들은 압전 송신기들의 사용 없이 터치 입력 위치를 검출하기 위해 이용된다. 예를 들어, 압전 저항 센서들의 어레이를 고려해볼 때, 터치 입력의 위치는 검출된 물리적 교란 크기들 및 다양한 크기들을 검출한(예컨대, 매칭 필터를 사용하여) 센서들의 상대적인 위치들에 기초하여 삼각 측량된다. 압전 송신기들이 없는 압전 저항 센서들을 포함한 디바이스들을 위한 예시적인 센서 구성들은 도 7d의 배열(750)에서 도시된다.
몇몇 실시예들에서, 압전 송신기들/센서들로부터의 데이터 및 압전 저항 센서들로부터의 데이터는 서로를 보완하고 증가시키기 위해 사용된다. 압전 송신기들/센서들을 사용하여 검출된 터치 입력 위치 정보는 압전 저항 센서들로부터의 물리적 교란 크기 정보에 교차 제한하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 터치 입력이 낮은 힘, 압력, 스트레인 등을 제공받았다는 것(예컨대, 사용자가 힘을 흡수하는 장갑을 착용하고 있는)이 검출될 때(압전 저항 센서 데이터를 사용하여), 압전 송신기 이득 및/또는 센서 민감도는 보다 양호한 터치 입력 위치 검출을 가능하게 하기 위해 증가된다. 또 다른 예에서, 충분한 물리적 교란 크기가 검출되지만 터치 입력 위치가 검출되지 않는다면(또는 터치 입력 위치가 특정 서명 패턴으로 검출되면), 검출된 입력은 의도된 사용자 상호작용의 결과로서보다는 디바이스 구부림(예컨대, 포켓에서)의 결과인 것으로 결론이 맺어질 수 있다.
도 8은 터치 입력을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 블록도이다. 몇몇 실시예들에서, 터치 검출기(802)는 도 7a 내지 도 7d의 터치 검출기(720)에 포함된다. 몇몇 실시예들에서, 도 8의 시스템은 집적 회로 칩에 통합된다. 몇몇 실시예들에서, 도 4의 신호 프로세서 구성요소(410) 및/또는 도 5의 신호 프로세서 구성요소(510)는 터치 검출기(802)를 포함한다. 예를 들어, 터치 검출기(802)는 신호 프로세서 구성요소(410 및/또는 510)에 포함된 송신기/수신기의 구성요소들을 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 터치 검출기(802)는 신호 프로세서 구성요소(410 및/또는 510)로서 이용된다.
터치 검출기(802)는 동기식 시스템 시간 소스를 검출기(802)의 하나 이상의 다른 구성요소들로 제공하는 시스템 클록(804)을 포함한다. 제어기(810)는 마이크로프로세서(806), 인터페이스(808), DSP 엔진(820), 및 신호 발생기(812) 사이에서 데이터 흐름 및/또는 명령들을 제어한다. 몇몇 실시예들에서, 마이크로프로세서(806)는 검출기(802)의 소프트웨어/펌웨어를 프로그램하고 및/또는 데이터를 프로세싱하기 위해 사용될 수 있는 지시들 및/또는 계산들을 프로세싱한다. 몇몇 실시예들에서, 메모리는 마이크로프로세서(806)에 결합되며 지시들을 마이크로프로세서(806)에 제공하도록 구성된다.
신호 발생기(812)는 도 7a의 송신기들(704, 706, 708, 및 710)에 의해 전파된 신호들과 같은 신호들을 전파하기 위해 사용될 신호들을 발생시킨다. 예를 들어, 신호 발생기(812)는 디지털로부터 아날로그 신호들로 변환되는 의사랜덤 이진 시퀀스 신호들을 발생시킨다. 상이한 신호들(예컨대, 각각의 송신기에 대한 상이한 신호)은 신호들의 위상(예컨대, 코드 분할 다중화), 신호들의 주파수 범위(예컨대, 주파수 분할 다중화), 또는 신호들의 타이밍(예컨대, 시간 분할 다중화)을 변경함으로써 신호 발생기(812)에 의해 발생될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 신호 발생기(812)에 의해 발생된 신호의 스펙트럼 제어(예컨대, 신호 주파수 범위 제어)가 수행된다. 예를 들어, 마이크로프로세서(806), DSP 엔진(820), 및/또는 신호 발생기(812)는 신호 발생기(812)에 의해 발생된 신호의 주파수들을 제어하기 위해 이용될 윈도우잉 함수 및/또는 진폭 변조를 결정한다. 윈도우잉 함수의 예들은 해닝 윈도우 및 상승 코사인 윈도우를 포함한다. 진폭 변조의 예들은 신호 측파대 변조 및 잔류 측파대 변조를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 결정된 윈도우잉 함수는 캐리어 주파수로 변조될 신호를 발생시키기 위해 신호 발생기(812)에 의해 이용될 수 있다. 캐리어 주파수는 송신된 신호가 초음파 신호이도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 전파 매체를 통해 전파될 송신 신호는 음속 잡음과의 바람직하지 않은 간섭을 최소화하고 전파 매체의 바람직하지 않은 전파 모드들의 여기를 최소화하기 위해 초음파 신호이도록 요구된다. 신호의 변조는 신호의 스펙트럼을 수행하기 위해 신호 측파대 변조 및 잔류 측파대 변조와 같은 진폭 변조의 유형을 사용하여 수행될 수 있다. 변조는 신호 발생기(812) 및/또는 드라이버(814)에 의해 수행될 수 있다. 드라이버(814)는 발생기(812)로부터 신호를 수신하며 매체를 통해 신호들을 전파하기 위해, 도 7a 내지 도 7c에서 도시된 송신기들과 같은, 하나 이상의 송신기들을 구동한다.
도 7a 내지 도 7d에 도시된 센서와 같은 센서로부터 검출된 신호는 검출기(802)에 의해 수신되며 신호 조절기(816)는 추가 프로세싱을 위해 수신된 아날로그 신호를 조절한다(예컨대, 필터링한다). 예를 들어, 신호 조절기(816)는 드라이버(814)에 의해 출력된 신호를 수신하며 신호 조절기(816)에 의해 수신된 신호의 에코 소거를 수행한다. 조절된 신호는 아날로그-디지털 변환기(818)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 변환된 신호는 디지털 신호 프로세서 엔진(820)에 의해 프로세싱된다. 예를 들어, DSP 엔진(820)은 수신된 신호로부터 상이한 송신기들에 의해 전파된 상이한 신호들에 대응하는 구성요소들을 분리하며 각각의 구성요소는 기준 신호에 대하여 상관된다. 상관의 결과는 사용자 터치 입력과 연관된 위치를 결정하기 위해 마이크로프로세서(806)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로프로세서(806)는 상이한 송신기들에서 비롯되고 및/또는 위치를 결정하기 위해 상이한 수신기들/센서들에서 수신된 신호들에서 검출된 교란들의 상대적인 차이들을 비교한다.
몇몇 실시예들에서, DSP 엔진(820)은 전파된 신호 상에서의 터치 입력에 의해 야기된 시간 지연을 나타내는 시간 도메인 신호를 결정하기 위해 기준 신호에 대하여 변환된 신호를 상관시킨다. 몇몇 실시예들에서, DSP 엔진(820)은 분산 보상을 수행한다. 예를 들어, 상관에서 기인한 시간 지연 신호는 터치 입력 표면 매체에서 분산을 위해 보상되며 터치 입력에 의해 방해된 전파 신호에 의해 이동된 물리적 거리를 나타내는 공간 도메인 신호로 변환된다. 몇몇 실시예들에서, DSP 엔진(820)은 기본 펄스 상관을 수행한다. 예를 들어, 공간 도메인 신호는 신호에서 잡음을 감소시키기 위해 매치 필터를 사용하여 필터링된다. DSP 엔진(820)의 결과는 사용자 터치 입력과 연관된 위치를 결정하기 위해 마이크로프로세서(806)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로프로세서(806)는 터치 입력이 수신된 가설 위치를 결정하며 터치 입력이 가설 위치에서 수신되었다면 발생될 것으로 예상되는 예상 신호를 산출하고 예상 신호는 터치 입력이 가설 위치에서 제공되었는지를 결정하기 위해 DSP 엔진(820)의 결과와 비교된다.
인터페이스(808)는 외부 구성요소가 검출기(802)에 액세스하고 및/또는 제어하도록 허용하는 마이크로프로세서(806) 및 제어기(810)를 위한 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, 인터페이스(808)는 검출기(802)가 도 7a의 애플리케이션 시스템(722)과 통신하도록 허용하며 사용자 터치 입력과 연관된 위치 정보(예컨대, 위치, 힘 등)를 애플리케이션 시스템에 제공한다.
도 9는 터치 검출을 교정하고 검증하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 9의 프로세스는 적어도 부분적으로 도 7a 내지 도 7d의 시스템 및/또는 도 8의 시스템을 교정하고 검증하기 위해 사용된다. 902에서, 표면에 대하여 신호 송신기들 및 센서들의 위치들이 결정된다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 송신기들 및 센서들의 위치들은 매체(702)의 표면상에서의 그것들의 위치에 대하여 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 위치들을 결정하는 것은 위치 정보를 수신하는 것을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 위치들 중 하나 이상은 고정되고 및/또는 가변적일 수 있다.
904에서, 신호 송신기들 및 센서들이 교정된다. 몇몇 실시예들에서, 송신기를 교정하는 것은 신호 드라이버 및/또는 송신기의 특성(예컨대, 세기)을 교정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 센서를 교정하는 것은 센서의 특성(예컨대, 민감도)을 교정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 904의 교정은 커버리지를 최적화하고 매체를 통해 전파될 신호(예컨대, 음향 또는 초음파) 및/또는 검출될 교란의 신호-대-잡음 송신/검출을 개선하기 위해 수행된다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7d의 시스템 및/또는 도 8의 시스템의 하나 이상의 구성요소들은 신호-대-잡음 요건을 충족시키도록 동조된다. 몇몇 실시예들에서, 904의 교정은 송신/전파 매체의 크기 및 유형과 송신기들/센서들의 기하학적 구성에 의존한다. 몇몇 실시예들에서, 단계 904의 교정은 송신기 또는 센서의 고장 또는 노화를 검출하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 단계 904의 교정은 송신기 및/또는 수신기를 순환시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 압전 송신기 및/또는 수신기의 안정성 및 신뢰성을 증가시키기 위해, 번-인(burn-in) 사이클이 번-인 신호를 사용하여 수행된다. 몇몇 실시예들에서, 904의 단계는 감지 디바이스를 사용하여 교란과 연관된 표시를 캡처하기 위해 미리 결정된 공간 영역의 부근 내에 적어도 하나의 감지 디바이스를 구성하는 것을 포함한다. 교란은 미리 결정된 공간 영역의 선택 부분에 대응하는 입력 신호의 선택된 부분에서 야기된다.
906에서, 표면 교란 검출이 교정된다. 몇몇 실시예들에서, 테스트 신호는 어떤 교란도 인가되지 않을 때 예상된 감지 신호를 결정하기 위해 도 7a의 매체(702)와 같은 매체를 통해 전파된다. 몇몇 실시예들에서, 테스트 신호는 하나 이상의 미리 결정된 교란들(예컨대, 미리 결정된 터치)이 미리 결정된 위치에서 인가될 때 감지 신호를 결정하기 위해 매체를 통해 전파된다. 감지 신호를 사용하여, 하나 이상의 구성요소들은 교란 검출을 교정하기 위해 조정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 테스트 신호는 터치 입력에 의해 방해된 검출 신호를 프로세싱하고/필터링하기 위해 나중에 사용될 수 있는 신호를 결정하기 위해 사용된다.
몇몇 실시예들에서, 도 9의 하나 이상의 단계들을 사용하여 결정된 데이터는 터치 입력이 터치 입력 표면상에서의 특정 위치에서 제공될 때 발생할 예상 신호를 산출하기 위해 사용될 수 있는 데이터(예컨대, 공식들, 변수, 계수들 등)를 결정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 하나 이상의 미리 결정된 테스트 터치 교란들은 터치 입력 표면상에서의 하나 이상의 특정 위치들에서 인가되며 테스트 터치 교란에 의해 방해된 테스트 전파 신호는 터치 입력이 하나 이상의 특정 위치들에서 제공될 때 발생할 예상 신호를 산출하기 위해 사용될 데이터(예컨대, 송신기/센서 파라미터들)를 결정하기 위해 사용된다.
908에서, 터치 검출 시스템의 검증이 수행된다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7d 및/또는 도 8의 시스템들은 검출 정확도, 검출 분해능, 다중-터치 검출, 및/또는 응답 시간을 결정하기 위해 미리 결정된 교란 패턴들을 사용하여 테스트된다. 검증이 실패하면, 도 9의 프로세스는 적어도 부분적으로 반복될 수 있으며 및/또는 하나 이상의 구성요소들이 또 다른 검증을 수행하기 전에 조정될 수 있다.
도 10은 사용자 터치 입력을 검출하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 10의 프로세스는 도 7a 내지 도 7d의 터치 검출기(720) 및/또는 도 8의 터치 검출기(802) 상에서 적어도 부분적으로 구현된다.
1002에서, 표면 영역을 통해 활성 신호를 전파하기 위해 사용될 수 있는 신호가 전송된다. 몇몇 실시예들에서, 신호를 전송하는 것은 표면 영역을 가진 전파 매체를 통해 활성 신호(예컨대, 음향 또는 초음파)를 전파하도록 트랜스듀서와 같은 송신기(예컨대, 도 7a의 송신기(704))를 구동하는 것을 포함한다(예컨대, 도 8의 드라이버(814)를 사용하여). 몇몇 실시예들에서, 신호는 신호의 자동상관(예컨대, 협/단 피크들을 야기하는)을 최적화하기 위해 선택된 시퀀스를 포함한다. 예를 들어, 신호는 자도프-추(Zadoff-Chu) 시퀀스를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 신호는 변조가 있는 또는 변조가 없는 의사랜덤 이진 시퀀스를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 전파 신호는 음향 신호이다. 몇몇 실시예들에서, 전파 신호는 초음파 신호이다(예컨대, 인간 청각의 범위 밖에 있는). 예를 들어, 전파 신호는 20kHz가 넘는(예컨대, 80kHz 내지 100kHz 사이의 범위 내에 있는) 신호이다. 다른 실시예들에서, 전파 신호는 인간 청각의 범위 내에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 활성 신호를 사용함으로써, 표면 영역 상에서 또는 그것 가까이에서의 사용자 입력은 그것이 전파 매체상에서의 센서에 의해 수신될 때 활성 신호에서 교란들을 검출함으로써 검출될 수 있다. 단지 표면상에서 사용자 터치 표시를 수동적으로 청취하기보다는 활성 신호를 사용함으로써, 사용자 터치 표시와 연관될 가능성이 없는 다른 진동들 및 교란들이 보다 쉽게 식별되고/걸러내어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 활성 신호는 사용자 입력을 결정하기 위해 사용자 입력으로부터 수동형 신호를 수신하는 것 외에 사용된다.
매체상에서 터치 입력들을 검출하기 위해 유리와 같은 매체를 통해 신호를 전파하려고 할 때, 송신 신호에서 이용될 수 있는 주파수들의 범위는 신호에 대해 요구된 대역폭뿐만 아니라 신호에 의해 여기된 매체의 전파 모드 및 신호의 잡음을 결정한다.
대역폭에 대하여, 신호가 원하는 기능을 달성하기 위해 필요한 것보다 많은 주파수 구성요소들을 포함한다면, 신호는 필요한 것보다 많은 대역폭을 소비하여, 낭비된 리소스 소비 및 보다 느린 프로세싱 시간들을 야기한다.
매체의 전파 모드들에 대하여, 유리와 같은 전파 매체는 특정한 전파 모드들에서 신호(예컨대, 초음파/음속 신호)를 전파하길 원한다. 예를 들어, 유리의 A0 전파 모드에서, 전파 신호는 유리의 표면에 수직인 파동들에서 위아래로 이동하는 반면(예컨대, 유리를 구부림으로써) 유리의 S0 전파 모드에서, 전파 신호는 유리에 평행하여 파동들에서 위아래로 이동한다(예컨대, 유리를 압축하고 팽창시킴으로써). A0 모드는 유리 표면상에서의 터치 입력 접촉이 A0 모드의 수직 굴곡 파동을 방해하며 터치 입력이 S0 모드의 평행 압축 파동들을 상당히 방해하지 않기 때문에 터치 검출에서 S0 모드보다 바람직하다. 예시적인 유리 매체는 전파 신호들의 상이한 주파수들을 갖고 여기되는 A1 모드 및 S1 모드와 같은 고차 전파 모드들을 가진다.
신호의 잡음에 대하여, 전파 신호가 인간들의 오디오 주파수 범위에 있다면, 인간 사용자는 전파 신호를 들을 수 있을 것이며 사용자의 사용자 경험을 손상시킬 수 있다. 전파 신호가 전파 매체의 고차 전파 모드들을 여기시킨 주파수 구성요소들을 포함한다면, 신호는 전파 신호의 터치 입력 교란들의 검출을 달성하기 어렵게 만드는 바람직하지 않은 잡음을 전파 매체 내에 생성할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 신호를 전송하는 것은 신호의 스펙트럼 제어를 수행하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 신호에 대한 스펙트럼 제어를 수행하는 것은 신호에 포함된 주파수들을 제어하는 것을 포함한다. 스펙트럼 제어를 수행하기 위해, 윈도우잉 함수(예컨대, 해닝 윈도우, 상승 코사인 윈도우 등) 및/또는 진폭 변조(예컨대, 신호 측파대 변조, 잔류 측파대 변조 등)가 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스펙트럼 제어는 전파 매체의 A0 전파 모드만을 여기시키려고 시도하기 위해 수행된다. 몇몇 실시예들에서, 스펙트럼 제어는 50kHz 내지 250kHz 내에 있도록 전파 신호의 주파수 범위를 제한하기 위해 수행된다.
몇몇 실시예들에서, 전송된 신호는 의사랜덤 이진 시퀀스를 포함한다. 이진 시퀀스는 사각 펄스를 사용하여 표현될 수 있다. 그러나, 사각 펄스의 변조 신호는 사각 펄스의 날카로운 사각 에지들로 인해 광범위한 주파수 구성요소들을 포함한다. 의사랜덤 이진 시퀀스를 효율적으로 송신하기 위해, 성형 펄스를 이용함으로써 이진 시퀀스 신호의 날카로운 에지들을 "없애는 것"이 바람직하다. 윈도우잉 함수는 날카로운 에지들을 없애고 신호의 주파수 범위를 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 해닝 윈도우 및/또는 상승 코사인 윈도우와 같은 윈도우잉 함수가 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 윈도우잉 함수의 유형 및/또는 하나 이상의 파라미터들은 도 7a의 매체(702)와 같은 전파 매체의 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 결정된다. 예를 들어, 전파 매체의 전파 모드들 및 연관된 주파수들에 대한 정보는 윈도우잉 함수의 유형 및/또는 파라미터(들)를 선택하기 위해(예컨대, 원하는 전파 모드를 불러일으키고 바람직하지 않은 전파 모드를 불러일으키지 않기 위해) 이용된다. 몇몇 실시예들에서, 전파 매체의 유형은 윈도우잉 함수의 유형 및/또는 파라미터(들)를 선택하기 위해 이용된다. 몇몇 실시예들에서, 전파 매체의 분산 계수, 크기, 치수, 및/또는 두께는 윈도우잉 함수의 유형 및/또는 파라미터(들)를 선택하기 위해 이용된다. 몇몇 실시예들에서, 송신기의 속성은 윈도우잉 함수의 유형 및/또는 파라미터(들)를 선택하기 위해 이용된다.
몇몇 실시예들에서, 신호를 전송하는 것은 신호를 변조하는 것(예컨대, 진폭 변조를 이용하는)을 포함한다. 예를 들어, 원하는 기저대역 신호(예컨대, 의사랜덤 이진 시퀀스 신호)는 캐리어 주파수(예컨대, 초음파 주파수)로 송신되도록 요구된다. 이 예에서, 캐리어 주파수에서의 신호의 진폭은 원하는 기저대역 신호를 전송하기 위해(예컨대, 진폭 변조를 이용하여) 변경될 수 있다. 그러나, 종래의 진폭 변조(예컨대, 이중-측파대 변조를 이용하는)는 원래 기저대역 신호의 주파수 대역폭의 두 배를 갖는 출력 신호를 생성한다. 이러한 출력 신호를 송신하는 것은 그 외 이용될 필요가 없는 리소스들을 소비한다. 몇몇 실시예들에서, 단일-측파대 변조가 이용된다. 몇몇 실시예들에서, 단일-측파대 변조에서, 출력 신호는 이중-측파대 변조 신호에 포함된 중복적인 제 2 측파대를 이용하지 않음으로써 이중-측파대 변조의 주파수 대역폭의 절반을 이용한다. 몇몇 실시예들에서, 잔류 측파대 변조가 이용된다. 예를 들어, 중복적인 측파대들 중 하나의 일 부분은 잔류 측파대 신호를 형성하기 위해 대응하는 이중-측파대 변조 신호로부터 효과적으로 제거된다. 몇몇 실시예들에서, 이중-측파대 변조가 이용된다.
몇몇 실시예들에서, 신호를 전송하는 것은 신호가 다른 송신기들에 의해 송신된 다른 신호(들)로부터 구별 가능하도록 송신기에 의해 송신될 신호를 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 신호를 전송하는 것은 송신될 신호의 위상을 결정하는 것을 포함한다(예컨대, 코드 분할 다중화/CDMA를 이용하는). 예를 들어, 송신될 의사랜덤 이진 시퀀스 내에서의 오프셋이 결정된다. 이 예에서, 각각의 송신기(예컨대, 도 7a의 송신기들(704, 706, 708, 및 710))는 동일한 의사랜덤 이진 시퀀스를 갖지만 상이한 위상/오프셋을 가진 신호를 송신한다. 송신기들에 의해 송신된 신호들간의 신호 오프셋/위상 차는 동일하게 이격되거나(예컨대, 각각의 연속 신호에 대해 64-비트 오프셋) 또는 동일하게 이격되지 않을 수 있다(예컨대, 상이한 오프셋 신호들). 신호들간의 위상/오프셋은 그것이 상이한 송신기들에 의해 송신된 상이한 신호들을 신뢰 가능하게 구별하기에 충분히 길도록 선택될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 신호는 신호가 송신되고 매체를 통해 전파된 다른 신호들로부터 구별 가능하도록 선택된다. 몇몇 실시예들에서, 신호는 신호가 송신되고 매체를 통해 전파된 다른 신호들에 직교하도록(예컨대, 각각의 신호는 서로 직교한다) 선택된다.
몇몇 실시예들에서, 신호를 전송하는 것은 송신될 신호의 주파수를 결정하는 것을 포함한다(예컨대, 주파수 분할 다중화/FDMA를 이용하는). 예를 들어, 신호를 위해 이용될 주파수 범위가 결정된다. 이 예에서, 각각의 송신기(예컨대, 도 7a 내지 도 7c의 송신기들)는 다른 송신기들에 의해 송신된 신호들에 비교하여 상이한 주파수 범위에서 신호를 송신한다. 송신기들에 의해 송신된 신호들에 의해 이용될 수 있는 주파수들의 범위는 송신기들 가운데 분할된다. 몇몇 경우들에서 신호들에 의해 이용될 수 있는 주파수들의 범위가 작다면, 송신기들 모두의 원하는 상이한 신호들 모두를 송신하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 주파수 분할 다중화/FDMA를 갖고 이용될 수 있는 송신기들의 수는 코드 분할 다중화/CDMA를 갖고 이용될 수 있는 것보다 작을 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 신호를 전송하는 것은 송신될 신호의 타이밍을 결정하는 것을 포함한다(예컨대, 시간 분할 다중화/TDMA를 이용하여). 예를 들어, 신호가 송신되어야 하는 시간이 결정된다. 이 예에서, 각각의 송신기(예컨대, 도 7a 내지 도 7c의 송신기들)는 다른 송신기들에 의해 송신된 신호들과 비교하여 상이한 시간 슬롯들에서 신호를 송신한다. 이것은 한 번에 단지 하나의 송신기만이 방출하고/송신하도록 송신기들이 라운드-로빈 방식으로 신호들을 송신하는 것을 허용할 수 있다. 지연 기간은 이전 송신기의 신호가 다음 송신기의 새로운 신호를 송신하기 전에 충분히 소멸되도록 허용하기 위해 상이한 송신기들의 송신의 기간들 사이에 삽입될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 시간 분할 다중화/TDMA는 시간 분할 다중화/TDMA가 코드 분할 다중화/CDMA에 비교하여 송신/검출의 속도를 늦추기 때문에 터치 입력의 고속 검출이 요구되는 경우들에서 이용하는데 어려울 수 있다.
1004에서, 표면 영역의 교란에 의해 방해받은 활성 신호가 수신된다. 교란은 사용자 터치 표시와 연관될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 교란은 매체를 통해 전파하고 있는 활성 신호가 감쇠 및/또는 지연되게 한다. 몇몇 실시예들에서, 활성 신호의 선택된 부분에서의 교란은 사용자에 의해 표시된(예컨대, 터치된) 표면상에서의 위치에 대응한다.
1006에서, 수신 신호는 교란과 연관된 위치를 적어도 부분적으로 결정하도록 프로세싱된다. 몇몇 실시예들에서, 위치를 결정하는 것은 적어도 부분적으로 터치 입력을 검출하는데 유용하지 않은 외부 잡음 및 진동들에 의해 야기된 교란들과 같은 수신 신호의 바람직하지 않은 구성요소들을 제거하거나 또는 감소시킴으로써 수신 신호로부터 원하는 신호를 추출하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상이한 송신기들의 상이한 신호들과 연관된 수신 신호의 구성요소들이 분리된다. 예를 들어, 상이한 송신기들에서 비롯된 상이한 신호들은 개개의 프로세싱을 위해 다른 송신기들의 다른 신호들로부터 격리된다. 몇몇 실시예들에서, 위치를 결정하는 것은 교란에 의해 영향을 받지 않는 기준 신호(예컨대, 송신기 신호에 대응하는 기준 신호)에 수신 신호(예컨대, 단일 송신기로부터의 단일 구성요소)의 적어도 일 부분을 비교하는 것을 포함한다. 비교의 결과는 기준 신호 및 복수의 센서들에서 수신된 다른 신호(들)를 사용하여 수행된 다른 비교들의 결과와 함께 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 수신 신호를 수신하는 것 및 수신 신호를 프로세싱하는 것은 주기적 간격으로 수행된다. 예를 들어, 수신 신호는 5ms 간격들로 캡처되며 프로세싱된다. 몇몇 실시예들에서, 위치를 결정하는 것은 터치 입력을 검출하는데 유용하지 않는 외부 잡음 및 진동들에 의해 야기된 교란들과 같은 수신 신호의 바람직하지 않은 구성요소들을 적어도 부분적으로 제거하거나 또는 감소시킴으로써 수신 신호로부터 원하는 신호를 추출하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 위치를 결정하는 것은 수신 신호를 프로세싱하는 것 및 터치 접촉이 산출된 예상 신호의 가설 위치에서 수신되었는지를 결정하기 위해 가설 터치 접촉 위치와 연관된 산출된 예상 신호와 프로세싱된 수신 신호를 비교하는 것을 포함한다. 다수의 비교들이 프로세싱된 수신 신호와 가장 잘 매칭되는 예상 신호가 발견되고 매칭된 예상 신호의 가설 위치가 터치 입력의 터치 접촉 위치(들)로서 식별될 때까지 상이한 가설 위치들과 연관된 다양한 예상 신호들과 함께 수행될 수 있다. 예를 들어, 다양한 송신기들(예컨대, 도 7a 내지 도 7c의 송신기들)로부터 센서들(예컨대, 도 7a 내지 도 7d의 센서들)에 의해 수신된 신호들은 모든 각각의 수신 및 예상 신호들 사이에서의 전체 차이를 최소화하는 터치 입력 위치(예컨대, 단일 또는 다중-터치 위치들)을 결정하기 위해 대응하는 예상 신호들과 비교된다.
위치는, 몇몇 실시예들에서, 사용자가 터치 입력을 제공한 표면 영역 상에서의 위치(예컨대, 위치 좌표)이다. 위치를 결정하는 것 외에, 교란과 연관된 다음의 정보 중 하나 이상이 1006에서 결정될 수 있다: 제스처, 동시적인 사용자 표시들(예컨대, 다중-터치 입력), 시간, 상황, 방향, 속도, 힘 크기, 근접성 크기, 압력, 크기, 및 다른 측정 가능한 또는 도출된 정보. 몇몇 실시예들에서, 위치는 위치가 수신 신호를 사용하여 결정될 수 없으며 및/또는 교란이 사용자 입력과 연관되지 않는 것을 결정된다면 1006에서 결정되지 않는다. 1006에서 결정된 정보는 제공 및/또는 출력될 수 있다.
도 10은 방해를 받은 활성 신호를 수신하고 프로세싱하는 것을 도시하지만, 몇몇 실시예들에서, 수신 신호는 터치 입력에 의해 방해받지 않았으며 수신 신호는 터치 입력이 검출되지 않았음을 결정하도록 프로세싱된다. 터치 입력이 검출되지 않았다는 표시가 제공/출력될 수 있다.
도 11은 표면상에서의 교란과 연관된 위치를 결정하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 11의 프로세스는 도 10의 1006에 포함된다. 도 11의 프로세스는 도 7a 내지 도 7d의 터치 검출기(720) 및/또는 도 8의 터치 검출기(802)에서 구현될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 11의 프로세스의 적어도 일 부분은 송신기 및 센서 쌍의 각각의 조합에 대해 반복된다. 예를 들어, 송신기에 의해 송신된(예컨대, 도 7a 내지 도 7c의 송신기에 의해 송신된) 각각의 활성 신호에 대해, 도 11의 프로세스의 적어도 일 부분은 활성 신호를 수신하는 각각의 센서(예컨대, 도 7a 내지 도 7d의 센서들)에 대해 반복된다. 몇몇 실시예들에서, 도 11의 프로세스는 주기적으로 수행된다(예컨대, 5ms 주기적 간격).
1102에서, 수신 신호가 조절된다. 몇몇 실시예들에서, 수신 신호는 사용자 입력을 수신하기 위해 사용될 수 있는 표면을 가진 매체를 통해 자유롭게 전파된 의사랜덤 이진 시퀀스를 포함한 신호이다. 예를 들어, 수신 신호는 도 10의 1004에서 수신된 신호이다. 몇몇 실시예들에서, 신호를 조절하는 것은 수신 신호 및/또는 사용자 터치 입력에 포함된 의사랜덤 이진 시퀀스의 검출을 위해 신호 품질(예컨대, 신호-대-잡음 비)을 개선하기 위해 수신 신호를 필터링하거나 또는 그 외 수정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 수신 신호를 조절하는 것은 사용자 터치 입력과 연관될 가능성이 없는 신호 외부 잡음 및/또는 검증들로부터 걸러 내어지는 것을 포함한다.
1104에서, 아날로그 대 디지털 신호 변환은 1102에서 조절된 신호에 대해 수행된다. 다양한 실시예들에서, 임의의 수의 표준 아날로그 대 디지털 신호 변환기들이 사용될 수 있다.
1106에서, 터치 입력 교란에 의해 야기된 수신 신호 시간 지연을 캡처한 시간 도메인 신호가 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 시간 도메인 신호를 결정하는 것은 기준 신호(예컨대, 매체를 통해 송신된 기준 의사랜덤 이진 시퀀스)에 대응할 가능성이 있는 신호 부분이 위치되는 변환된 신호에서 시간 오프셋의 위치를 찾기 위해(예컨대, 의사랜덤 이진 시퀀스 디컨볼루션을 수행하여) 수신 신호(예컨대, 1104에서 기인한 신호)를 상관시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 상관의 결과는 수신 및 변환 신호 내에서의 시간(예컨대, 신호들 간의 시간-래그) 대 유사도의 그래프로서 플로팅될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상관을 수행하는 것은 복수의 상관들을 수행하는 것을 포함한다. 예를 들어, 조악한 상관이 먼저 수행되고 그 후 제 2 레벨의 미세 상관이 수행된다. 몇몇 실시예들에서, 터치 입력 교란에 의해 방해받지 않은 베이스라인 신호는 결과적인 시간 도메인 신호에서 제거된다. 예를 들어, 터치 입력 교란에 의해 방해받지 않은 수신된 활성 신호와 연관된 측정 신호(예컨대, 베이스라인 시간 도메인 신호)를 나타내는 베이스라인 신호는 터치 입력 교란에 의해 영향을 받지 않는 정상 상태 베이스라인 신호의 구성요소들을 제거함으로써 터치 입력 교란의 효과들을 추가로 분리시키기 위해 상관의 결과로부터 감산된다.
1108에서, 시간 도메인 신호는 공간 도메인 신호로 변환된다. 몇몇 실시예들에서, 시간 도메인 신호를 변환하는 것은 1106에서 결정된 시간 도메인 신호를 시간 도메인 신호에서 표현된 시간 지연을 터치 입력 교란으로 인해 전파 매체에서 수신 신호에 의해 이동된 거리로 바뀌는 공간 도메인 신호로 변환하는 것을 포함한다. 예를 들어, 수신 및 변환 신호 내에서의 시간 대 유사도로서 그래프로 그려질 수 있는 시간 도메인 신호는 매체에서 이동된 거리 대 유사도로서 그래프로 그려질 수 있는 공간 도메인 신호로 변환된다.
몇몇 실시예들에서, 변환을 수행하는 것은 분산 보상을 수행하는 것을 포함한다. 예를 들어, 전파 매체를 특성화하는 분산 곡선을 사용하여, 시간 도메인 신호의 시간 값들이 공간 도메인에서의 거리 값들로 바뀐다. 몇몇 실시예들에서, 터치 입력 교란으로 인해 수신 신호에 의해 이동될 가능성이 있는 거리를 나타내는 시간 도메인 신호의 결과 곡선은 터치 입력 교란에 의해 야기될 가능성이 있는 시간 지연을 나타내는 시간 도메인 신호에 포함된 곡선보다 좁다. 몇몇 실시예들에서, 시간 도메인 신호는 신호에서 바람직하지 않은 잡음을 감소시키기 위해 매치 필터를 사용하여 필터링된다. 예를 들어, 공간 도메인 신호의 이상적인 형태를 나타내는 템플릿 신호를 사용하여, 변환된 공간 도메인 신호는 템플릿 신호의 대역폭에 포함되지 않은 잡음을 감소시키기 위해 매치 필터링된다(예컨대, 공간 도메인 신호는 템플릿 신호와 상관된다). 템플릿 신호는 샘플 터치 입력을 터치 입력 표면에 인가하고 수신 신호를 측정함으로써 미리 결정될 수 있다(예컨대, 도 9의 906에서 결정된다).
1110에서, 공간 도메인 신호는 수신 신호에 의해 캡처된 터치 입력을 결정하기 위해 하나 이상의 예상 신호들과 비교된다. 몇몇 실시예들에서, 예상 신호와 공간 도메인 신호를 비교하는 것은 터치 접촉이 가설 위치들에서 수신된 경우 발생할 예상 신호들을 발생시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 터치 입력이 터치 입력 표면상에서 수신된 하나 이상의 위치들(예컨대, 단일 터치 또는 다중-터치 위치들)의 가설 세트가 결정되며, 터치 접촉들이 위치(들)의 가설 세트에서 수신된다면 1108에서 발생할 예상된 공간 도메인 신호가 결정된다(예컨대, 도 9의 906에서 측정된 데이터를 사용하여 특정 송신기 및 센서 쌍에 대해 결정된다). 예상된 공간 도메인 신호는 1108에서 결정된 실제 공간 신호와 비교될 수 있다. 하나 이상의 위치들의 가설 세트는 복수의 가설 세트들의 위치들(예컨대, 터치 입력 표면을 나누는 좌표 그리드 상에서 가능한 터치 접촉 위치들의 철저한 세트) 중 하나일 수 있다.
수신 신호에 의해 캡처된 실제 터치 접촉 위치(들)에 대한 가설 세트의 위치(들)의 근접성은 가설 세트의 예상 신호와 1108에서 결정된 공간 신호 사이에서의 유사도에 비례할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 송신기들(예컨대, 도 7a 내지 도 7c의 송신기들)로부터 센서들(예컨대, 도 7a 내지 도 7d의 센서들)에 의해 수신된 신호들은 모든 각각의 검출된 및 예상된 신호들 사이에서 전체 차이를 최소화하는 가설 세트를 선택하기 위해 각각의 센서/송신기 쌍에 대한 대응하는 예상 신호들과 비교된다. 몇몇 실시예들에서, 일단 가설 세트가 선택되면, 결정된 공간 도메인 신호들 및 선택된 가설 세트의 위치(들) 가까이에 있는 보다 미세한 분해능 가설 터치 위치(들)(예컨대, 선택된 가설 세트에 의해 사용된 좌표 그리드보다 더 높은 분해능을 가진 새로운 좌표 그리드 상에서의 위치들)과 연관된 하나 이상의 새로운 예상 신호들 사이에서의 또 다른 비교가 결정된다.
도 12는 터치 입력에 의해 야기된 교란의 시간 도메인 신호 캡처링을 결정하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 12의 프로세스는 도 11의 1106에 포함된다. 도 12의 프로세스는 도 7a 내지 도 7d의 터치 검출기(720) 및/또는 도 8의 터치 검출기(802)에서 구현될 수 있다.
1202에서, 제 1 상관이 수행된다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 상관을 수행하는 것은 기준 신호와 수신 신호(예컨대, 도 11의 1104에서 결정된 결과적인 변환 신호)를 상관시키는 것을 포함한다. 상관을 수행하는 것은 시간-래그가 신호들 중 하나에 인가될 때 두 개의 신호들의 유사성을 측정하기 위해 기준 신호와 변환 신호의 컨볼루션(예컨대, 간섭 측정)을 교차-상관시키는 것 또는 결정하는 것을 포함한다. 상관을 수행함으로써, 기준 신호에 가장 대응하는 변환 신호의 일 부분의 위치가 찾아질 수 있다. 예를 들어, 상관의 결과는 수신 및 변환 신호 내에서의 시간(예컨대, 신호들 간의 시간-래그) 대 유사도의 그래프로서 플로팅될 수 있다. 유사도의 최대 값의 연관된 시간 값은 두 개의 신호들이 가장 대응하는 위치에 대응한다. 터치 표시 교란과 연관되지 않은 기준 시간 값(예컨대, 도 9의 906에서)에 대해 이러한 측정된 시간 값을 비교함으로써, 터치 입력에 의해 야기된 교란으로 인한 수신 신호 상에 야기된 시간 지연/오프셋 또는 위상 차가 결정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 결정된 시간에서의 수신 신호 대 기준 신호의 진폭/강도 차를 측정함으로써, 터치 표시와 연관된 힘이 결정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기준 신호는 매체를 통해 전파된 신호에 적어도 부분적으로 기초하여(예컨대, 전파된 소스 의사랜덤 이진 시퀀스 신호에 기초하여) 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 기준 신호는 도 9의 906에서 교정 동안 결정된 정보를 사용하여 적어도 부분적으로 결정된다. 기준 신호는 상관 동안 수행되도록 요구된 계산들이 단순화될 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 기준 신호는 수신 및 변환 신호와 기준 신호 사이에서의 비교적 큰 시간 차(예컨대, 래그-시간)에 비해 기준 신호를 효율적으로 상관시키기 위해 사용될 수 있는 단순화된 기준 신호이다.
1204에서, 제 2 상관이 제 1 상관의 결과에 기초하여 수행된다. 제 2 상관을 수행하는 것은 제 2 기준 신호와 수신 신호(예컨대, 도 11의 1104에서 결정된 결과적인 변환 신호)를 상관시키는 것(예컨대, 단계 1202와 유사한 교차-상관 또는 컨볼루션)을 포함한다. 제 2 기준 신호는 1202에서 사용된 제 1 기준 신호에 비교하여 더 복잡한/상세한(예컨대, 보다 계산 집약적인) 기준 신호이다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 상관은 1202에서 제 2 기준 신호를 사용하는 것이 1202에서 상관되도록 요구된 시간 간격 동안 너무 계산 집약적일 수 있기 때문에 수행된다. 제 1 상관의 결과에 기초하여 제 2 상관을 수행하는 것은 제 1 상관의 결과로서 결정된 하나 이상의 시간 값들을 사용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 제 1 상관의 결과를 사용하여, 수신 신호와 제 1 기준 신호 사이에서 가장 연관성이 있는 가능성 있는 시간 값들(예컨대, 시간-래그)의 범위가 결정되며 제 2 상관은 제 2 기준 신호(및, 연관에 의해, 또한 제 1 기준 신호)가 수신 신호와 매칭되는 경우 가장 대응하는 시간 값을 미세 조정하고 결정하기 위해 단지 시간 값들의 결정된 범위에 걸쳐 제 2 기준 신호를 사용하여 수행된다. 다양한 실시예들에서, 제 1 및 제 2 상관들은 전파 매체의 표면상에서의 위치에서 터치 입력에 의해 야기된 교란에 대응하는 수신 신호 내에서의 일 부분을 결정하기 위해 사용되었다. 다른 실시예들에서, 제 2 상관은 선택적이다. 예를 들어, 단지 단일 상관 단계만이 수행된다. 상관들의 임의의 수의 레벨들이 다른 실시예들에서 수행될 수 있다.
도 13은 터치 입력의 터치 접촉 위치(들)를 결정하기 위해 하나 이상의 예상 신호들과 공간 도메인 신호들을 비교하는 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 13의 프로세스는 도 11의 1110에 포함된다. 도 13의 프로세스는 도 7a 내지 도 7d의 터치 검출기(720) 및/또는 도 8의 터치 검출기(802)에서 구현될 수 있다.
1302에서, 터치 입력에 포함된 동시적 터치 접촉들의 수의 가설이 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 터치 접촉의 위치를 검출할 때, 터치 입력 표면(예컨대, 도 7a의 매체(702)의 표면)에 대해 이루어진 동시적 접촉들의 수가 결정되도록 요구된다. 예를 들어, 터치 입력 표면을 터치한 손가락들의 수(예컨대, 단일 터치 또는 다중-터치)를 결정하는 것이 요구된다. 몇몇 실시예들에서, 동시적 터치 접촉들의 수를 결정하기 위해, 가설 수가 결정되며 가설 수는 가설 수가 정확한지를 결정하기 위해 테스트된다. 몇몇 실시예들에서, 가설 수는 처음에 0(예컨대, 터치 입력이 제공되지 않는 것과 연관된)으로서 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 동시적 터치 접촉들의 가설 수를 결정하는 것은 가설 수를 터치 접촉들의 이전 결정된 수인 것으로 초기화하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 13의 프로세스의 이전 실행은 두 개의 터치 접촉들이 동시에 제공되었다고 결정하였으며 가설 수는 2로서 설정된다. 몇몇 실시예들에서, 가설 수를 결정하는 것은 터치 접촉들의 이전 결정된 가설 수를 증가시키는 것 또는 감소시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 이전 결정된 가설 수는 2이며 가설 수를 결정하는 것은 이전 결정된 수를 증가시키는 것 및 가설 수를 증가된 수(즉, 3)로 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 새로운 가설 수가 결정될 때마다, 이전 결정된 가설 수는 임계 최대(예컨대, 10) 및/또는 임계 최소(예컨대, 0) 값이 도달되지 않았다면 반복적으로 증가되고 및/또는 감소된다.
1304에서, 동시적인 터치 접촉들의 가설 수와 연관된 하나 이상의 터치 접촉 위치들의 하나 이상의 가설 세트들이 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 터치 입력 표면을 터치한 손가락들의 좌표 위치들을 결정하는 것이 요구된다. 몇몇 실시예들에서, 터치 접촉 위치들을 결정하기 위해, 하나 이상의 가설 세트들이 터치 접촉(들)의 잠재적인 위치(들) 상에서 결정되며 각각의 가설 세트는 어떤 가설 세트가 검출된 데이터와 가장 일치하는지를 결정하기 위해 테스트된다.
몇몇 실시예들에서, 잠재적인 터치 접촉 위치들의 가설 세트를 결정하는 것은 터치 입력 표면을 터치 접촉이 검출될 수 있는 제한된 수의 포인트들로 나누는 것을 포함한다(예컨대, 좌표 그리드로 나눈다). 예를 들어, 처음에 테스트될 가설 세트들의 수를 제한하기 위해, 터치 입력 표면은 가능한 좌표들 사이에 비교적 큰 간격을 가진 좌표 그리드로 나뉜다. 각각의 가설 세트는 1302에서 결정된 가설 수에 매칭되는 위치 식별자들(예컨대, 위치 좌표들)의 수를 포함한다. 예를 들어, 2가 1302에서 가설 수인 것으로 결정되면, 각각의 가설 세트는 수신된 터치 입력의 터치 접촉들의 잠재적인 위치들에 대응하는 결정된 좌표 그리드 상에서의 두 개의 위치 좌표들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 가설 세트들을 결정하는 것은 동시적 터치 접촉들의 결정된 가설 수에 대한 결정된 좌표 그리드 상에서 모든 가능한 터치 접촉 위치 조합들을 철저하게 커버하는 철저한 가설 세트들을 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 이전 결정된 터치 입력의 이전 결정된 터치 접촉 위치(들)는 가설 세트의 터치 접촉 위치(들)로서 초기화된다.
1306에서, 선택된 가설 세트는 검출된 신호(들)에 의해 캡처된 터치 접촉 위치들에 가장 잘 대응하는 것으로서 터치 접촉 위치(들)의 하나 이상의 가설 세트들 중에서 선택된다. 몇몇 실시예들에서, 터치 입력 표면상에서 터치 입력에 의해 방해받은 하나 이상의 전파된 활성 신호들(예컨대, 도 10의 1002에서 송신된 신호)은 도 7a 내지 도 7d의 센서들과 같은 하나 이상의 센서들에 의해 수신된다(예컨대, 도 10의 1004에서 수신된다). 각각의 송신기로부터 송신된 각각의 활성 신호(예컨대, 각각 도 7a 내지 도 7c의 송신기들에 의해 송신된 상이한 활성 신호들)은 각각의 센서(예컨대, 도 7a 내지 도 7d의 센서들)에 의해 수신되며 터치 입력에 의해 야기된 신호 교란을 특성화하는 검출 신호(예컨대, 도 11의 1108에서 결정된 공간 도메인 신호)를 결정하도록 프로세싱될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 터치 접촉 위치(들)의 각각의 가설 세트에 대해, 예상 신호는 하나 이상의 센서들에서 수신될 것으로 예상된 각각의 신호에 대해 결정된다. 예상 신호는 하나 이상의 미리 결정된 계수들(예컨대, 특정 센서 및/또는 센서에서 수신될 신호를 송신하는 송신기에 대해 결정된 계수) 및 터치 접촉 위치(들)의 대응하는 가설 세트를 이용하는 미리 결정된 함수를 사용하여 결정될 수 있다. 예상 신호(들)는 특정 가설 세트에 대한 예상 신호(들) 모두와 대응하는 검출 신호들 간의 차이의 표시자를 결정하기 위해 대응하는 검출 신호(들)와 비교될 수 있다. 하나 이상의 가설 세트들의 각각에 대한 표시자들을 비교함으로써, 선택된 가설 세트가 선택될 수 있다(예컨대, 최소 표시된 차이를 가진 가설 세트가 선택된다).
1308에서, 부가적인 최적화가 수행될지가 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 부가적인 최적화가 수행될지를 결정하는 것은 터치 접촉 위치(들)의 임의의 새로운 가설 세트(들)가 보다 양호한 선택된 가설 세트를 결정하려고 시도하기 위해 분석되어야 하는지를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 단계 1306의 제 1 실행은 터치 입력 표면상에서 오버레이된 보다 큰 거리 증분 좌표 그리드 상에서의 위치들을 사용하여 결정된 가설 세트들을 이용하며 부가적인 최적화는 보다 작은 거리 증분들을 가진 좌표 그리드로부터의 위치들을 포함하는 새로운 가설 세트들을 사용하여 수행될 것이다. 부가적인 최적화들은 임의의 횟수들로 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 부가적인 최적화들이 수행되는 횟수들은 동적으로 결정된다. 예를 들어, 부가적인 최적화들은 선택된 가설 세트에 대한 비교 임계 표시자 값이 도달되고 및/또는 선택된 가설에 대한 비교 표시자가 임계 양만큼 개선되지 않을 때까지 수행된다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 최적화 반복 동안, 최적화는 선택된 가설 세트의 단일 터치 접촉 위치에 대해서만 수행될 수 있으며 선택된 가설의 다른 터치 접촉 위치들은 최적화의 후속 반복에서 최적화될 수 있다.
1308에서 부가적인 최적화가 수행되어야 한다고 결정되면, 1310에서, 터치 접촉들의 가설 수와 연관된 하나 이상의 터치 접촉 위치들의 하나 이상의 새로운 가설 세트들이 선택된 가설 세트에 기초하여 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 새로운 가설 세트들을 결정하는 것은 선택된 가설 세트의 터치 접촉 위치들 중 하나를 개선하려는 시도로 선택된 가설 세트의 터치 접촉 위치들 중 하나에 가까운 위치 포인트들(예컨대, 보다 작은 거리 증분들을 가진 좌표 그리드 상에서의 보다 상세한 분해능 위치들)을 결정하는 것을 포함한다. 새로운 가설 세트들은 각각 새롭게 결정된 위치 포인트들 중 하나를 포함할 수 있으며, 만약에 있다면, 새로운 가설 세트의 다른 터치 접촉 위치(들)는 이전에 선택된 가설 세트와 동일한 위치일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 새로운 가설 세트들은 선택된 가설 세트의 모든 터치 접촉 위치들을 개선하려고 시도할 수 있다. 프로세스는 다시 1306으로 나아가며, 새롭게 선택된 가설 세트 여부(예컨대, 이전에 선택된 가설 세트가 여전히 검출된 신호(들)에 가장 잘 대응한다면, 이전 선택된 가설 세트가 새롭게 선택된 가설 세트로서 유지된다)는 터치 접촉 위치(들)의 새롭게 결정된 가설 세트들 중에서 선택된다.
1308에서 부가적인 최적화가 수행되지 않아야 한다고 결정되면, 1312에서, 임계치에 도달하였는지가 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 임계치에 도달하였는지를 결정하는 것은 상이한 수의 접촉 포인트들이 터치 입력을 위해 수신되었는지를 테스트하기 위해 접촉 포인트들의 결정된 가설 수가 수정되어야 하는지를 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 임계치에 도달하였는지를 결정하는 것은 선택된 가설 세트에 대한 비교 임계 표시자 값에 도달하였는지 및/또는 이전 선택된 가설 세트에 대한 비교 표시자의 이전 결정 이래 선택된 가설에 대한 비교 표시자가 임계 양만큼 개선되지 않았는지를 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 임계치에 도달하였는지를 결정하는 것은 선택된 가설 세트의 예상 신호를 감안한 후 에너지의 임계 양이 여전히 검출된 신호에 있는지를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 에너지의 임계 양은 부가적인 터치 접촉이 선택된 가설 세트에 포함될 필요가 있다면 여전히 남아있다.
1312에서, 임계치에 도달하지 않았다고 결정되면, 프로세스는 터치 입력들의 새로운 가설 수가 결정되는 1302로 계속된다. 새로운 가설 수는 이전 가설 수에 기초할 수 있다. 예를 들어, 이전 가설 수는 새로운 가설 수로서 1만큼 증가된다.
1312에서, 임계치에 도달하였다고 결정되면, 1314에서, 선택된 가설 세트는 터치 입력의 터치 접촉(들)의 검출된 위치(들)로서 표시된다. 예를 들어, 터치 접촉(들)의 위치 좌표(들)가 제공된다.
도 14는 터치 접촉 위치(들)의 선택된 가설 세트를 선택하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 14의 프로세스는 도 13의 1306에 포함된다. 도 14의 프로세스는 도 7a 내지 도 7d의 터치 검출기(720) 및/또는 도 8의 터치 검출기(802)에서 구현될 수 있다.
1402에서, 각각의 가설 세트(예컨대, 도 13의 1304에서 결정된)에 대해, 터치 접촉이 가설 세트의 접촉 위치(들)에서 수신되었다면 발생할 예상 신호가 각각의 검출된 신호에 대해 및 가설 세트의 각각의 터치 접촉 위치에 대해 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 예상 신호를 결정하는 것은 예상 신호를 발생시키기/시뮬레이션하기 위해 함수 및 하나 이상의 함수 계수들을 사용하는 것을 포함한다. 함수 및/또는 하나 이상의 함수 계수들은 미리 결정되고(예컨대, 도 9의 906에서 결정되고) 및/또는 동적으로 결정될 수 있다(예컨대, 하나 이상의 제공된 터치 접촉 위치들에 기초하여 결정된다). 몇몇 실시예들에서, 함수 및/또는 하나 이상의 함수 계수들은 구체적으로 검출된 신호의 특정한 송신기 및/또는 센서에 대해 결정/선택될 수 있다. 예를 들어, 예상 신호는 검출된 신호에 비교될 것이며 예상 신호는 구체적으로 검출된 신호의 송신기 및 센서의 쌍에 대해 결정된 함수 계수를 사용하여 발생된다. 몇몇 실시예들에서, 함수 및/또는 하나 이상의 함수 계수들은 동적으로 결정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 가설 세트가 하나 이상의 터치 접촉 위치(예컨대, 다중-터치 입력)를 포함하는 경우에, 각각의 개개의 터치 접촉 위치에 대한 예상 신호는 개별적으로 결정되며 함께 조합된다. 예를 들어, 터치 접촉이 단일 터치 접촉 위치에서 제공된다면 발생할 예상 신호는 부가된 신호들의 터치 접촉들이 동시에 제공된다면 발생할 단일 예상 신호를 발생시키기 위해 다른 단일 터치 접촉 예상 신호들과 더해진다(예컨대, 다수의 동시적 터치 접촉들로부터의 효과들이 선형적으로 부가된다).
몇몇 실시예들에서, 신호 터치 접촉을 위한 예상 신호는 함수로서 모델링된다:
C * P(x-d)
여기에서 C는 함수 계수(예컨대, 복소 계수)이며 P(x)는 함수이고 d는 송신기(예컨대, 시뮬레이션되도록 요구된 신호의 송신기) 내지 터치 입력 위치 사이 및 터치 입력 위치 내지 센서(예컨대, 시뮬레이션되도록 요구된 신호의 수신기) 사이에서의 총 경로 거리이다.
몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 터치 접촉들에 대한 예상 신호는 함수로서 모델링된다:
Figure 112020014905588-pct00001
여기에서 j는 어떤 터치 접촉인지를 나타내고 N은 모델링되는 총 동시적 터치 접촉들의 수(예컨대, 도 13의 1302에서 결정된 가설 수)이다.
1404에서, 대응하는 검출 신호들은 대응하는 예상 신호들과 비교된다. 몇몇 실시예들에서, 검출 신호들은 도 11의 1108에서 결정된 공간 도메인 신호들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 신호들을 비교하는 것은 신호들 간의 평균 제곱 에러를 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 신호들을 비교하는 것은 신호들 간의 유사성/차이를 나타내는 비용 함수를 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 단일 송신기/센서 쌍에 대해 분석된 가설 세트(예컨대, 도 13의 1304에서 결정된 가설 세트)에 대한 비용 함수는 다음과 같이 모델링된다:
Figure 112020014905588-pct00002
여기에서 ε(rx, tx)는 비용 함수이고, q(x)는 검출 신호이며,
Figure 112020014905588-pct00003
은 예상 신호이다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의(예컨대, 모든) 송신기/센서 쌍들에 대해 분석된 가설 세트에 대한 전역적 비용 함수는 다음과 같이 모델링된다:
Figure 112020014905588-pct00004
여기에서 ε는 전역적 비용 함수이고, Z는 총 송신기/센서 쌍들의 수이고, i는 특정한 송신기/센서 쌍을 나타내며, ε(rx, tx)i는 특정한 송신기/센서 쌍의 비용 함수이다.
1406에서, 터치 접촉 위치(들)의 선택된 가설 세트는 검출 신호(들)에 가장 잘 대응하는 것으로 터치 접촉 위치(들)의 하나 이상의 가설 세트들 중에서 선택된다. 몇몇 실시예들에서, 선택된 가설 세트는 도 13의 1304 또는 1310에서 결정된 가설 세트들 중에서 선택된다. 몇몇 실시예들에서, 선택된 가설 세트를 선택하는 것은 가설 세트들의 그룹에서 각각의 가설 세트에 대한 전역적 비용 함수(예컨대, 상기 설명된 함수 ε)를 결정하는 것 및 최소 전역적 비용 함수 값을 야기하는 가설 세트를 선택하는 것을 포함한다.
도 15a는 터치 입력 가능 하우징을 가진 디바이스의 상이한 뷰들을 예시한 다이어그램이다. 디바이스의 전면도(1530)는 디바이스의 전방 디스플레이 표면을 도시한다. 디바이스의 좌 측면도(1534)는 터치 입력이 검출될 수 있는 디바이스의 측벽 상에서의 예시적인 터치 입력 외부 표면 영역(1540)을 도시한다. 예를 들어, 사용자 터치 입력의 위치 및 힘은 영역(1540)에서 송신된 신호들에 대한 교란들을 검출함으로써 영역(1540)에서 검출될 수 있다. 디바이스의 측면을 터치 가능화함으로써, 물리적 버튼들에 의해 종래에 제공된 하나 이상의 기능들이 물리적 버튼들의 사용 없이 제공될 수 있다. 예를 들어, 볼륨 제어 입력들은 물리적 볼륨 제어 버튼들의 사용 없이 측면 상에서 검출될 수 있다. 디바이스의 우 측면도(1532)는 사용자 터치 입력이 검출될 수 있는 디바이스의 또 다른 측벽 상에서의 터치 입력 외부 표면 영역(1542)을 도시한다. 영역들(1540 및 1542)은 평활한 영역들로서 도시되지만, 다양한 다른 실시예들에서, 하나 이상의 물리적 버튼들, 포트들, 및/또는 개구들(예컨대, SIM/메모리 카드 트레이)이 존재할 수 있거나, 또는 영역은 감지 영역의 표시를 제공하기 위해 텍스처링될 수 있다. 터치 입력 검출은 디바이스의 구성요소의 물리적 움직임/편향의 검출을 요구하지 않고(예컨대, 물리적 버튼의 표면 위를 스와이핑하는 손가락을 검출하는) 터치 입력 검출을 허용하기 위해 송신된 신호 교란들을 검출함으로써 물리적 버튼들, 트레이들, 플랩들, 스위치들 등의 표면들 위에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 측면들 상에서의 터치 입력 영역들은 상이한 기능들에 대응하는 상이한 영역들로 나뉠 수 있다. 영역(1540)에서(및 마찬가지로 영역(1542)에서) 제공된 터치 입력은 1-차원 축을 따라 검출된다. 예를 들어, 터치 위치는 감지 영역을 터치하는 오브젝트의 폭을 구별하지 않고 그것의 세로 축 상에서의 위치로서 검출된다. 대안적인 실시예에서, 감지 영역을 터치하는 오브젝트의 폭이 또한 검출된다. 영역들(1540 및 1542)은 그 아래에서 터치 입력 송신기들 및 센서들이 위치되는 영역들에 대응한다. 디바이스의 하우징 상에서의 두 개의 터치 입력 영역들이 도 15a에서 도시되지만, 하우징 상에서 다른 터치 입력 영역들이 다양한 다른 실시예들에서 존재할 수 있다. 예를 들어, 디바이스의 최상부(예컨대, 상면도 상에서의 표면(1536)) 및/또는 최하부(예컨대, 저면도 상에서의 표면(1538)) 상에서의 표면들이 터치 입력 가능해진다. 디바이스 측벽들 상에서의 터치 입력 표면들/영역들(예컨대, 영역들(1540 및 1542))의 형상들은 적어도 부분적으로 편평하고, 적어도 부분적으로 곡선이고, 적어도 부분적으로 각지고, 적어도 부분적으로 텍스터링되며, 및/또는 그것의 임의의 조합일 수 있다.
도 15b는 터치 입력 표면 교란을 검출하기 위한 시스템의 실시예를 예시한 블록도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 15b에 도시된 시스템은 도 15a에 도시된 디바이스에 포함된다. 예를 들어, 도 15b는 도 15a의 측벽 외부 표면(1540) 상에서 터치 입력을 검출하기 위해 이용된 구성요소들을 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 도 15b에 도시된 시스템은 컴퓨팅 디바이스, 엔터테인먼트 디바이스, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 판매 시점 관리 단말기, 음식 및 식당 장치, 게이밍 디바이스, 카지노 게임 및 애플리케이션, 가구, 차량, 산업용 애플리케이션, 금융 애플리케이션, 의료 디바이스, 기기, 및 터치 입력 표면을 가진 임의의 다른 오브젝트들 또는 디바이스들에 포함된다. 전파 신호 매체(1502)는 송신기들(1504, 1513, 1506, 1516, 및 1510) 및 수신기들/센서들(1505, 1508, 1512, 1514, 및 1518)에 결합된다. 송신기들(1504, 1513, 1506, 1516, 및 1510) 및 센서들(1505, 1508, 1512, 1514, 및 1518)이 도 15b에 도시된 바와 같이, 전파 신호 매체에 대하여 및 서로에 대하여 위치되는 위치들은 단지 예이다. 마찬가지로, 송신기들 및 수신기들의 수는 동일할 필요는 없다. 몇몇 실시예들에서, 전파 신호 매체(1502)는 디바이스의 하우징의 부분이다. 예를 들어, 송신기 및 수신기들은 디바이스의 측면 상에서 터치 입력들을 검출하기 위해 스마트폰 디바이스의 하우징의 측벽에 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 전파 신호 매체(1502)의 도시된 부분은 도 15a의 터치 입력 영역(1540)에 대응한다. 예를 들어, 매체(1502)의 도시된 가늘고 긴 영역은 터치 입력이 제공될 수 있는 스마트폰 디바이스의 측면의 영역에 대응한다.
송신기 및 센서 위치들의 다른 구성들이 다양한 실시예들에서 존재할 수 있다. 도 15b는 일렬로 배열된 교번하는 송신기들 및 수신기들을 도시하지만, 송신기들 및 센서들의 위치들은 다양한 다른 실시예들에서 얽히고 이격되며 임의의 구성으로 배열될 수 있다. 송신기(1510) 및 센서(1512) 사이에서의 갭은 SIM/메모리 카드 개구가 위치되는 위치에 대응할 수 있다. 임의의 수의 송신기들 및/또는 센서들이 다양한 실시예들에서 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전용 송신기 및 전용 센서를 사용하기보다는, 송신기 및 센서 양쪽 모두로서 동작하는 트랜스듀서가 이용된다. 다양한 실시예들에서, 전파 매체는 다음의 재료들 중 하나 이상을 포함한다: 폴리머, 플라스틱, 목재, 스틸, 금속 및 음향 또는 초음파 신호를 전파할 수 있는 임의의 매체. 예를 들어, 매체(1502)는 사용자가 디바이스를 유지할 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터 디바이스의 금속 측벽/사이드-에지의 일 부분이다. 도 15b는 단지 예로서 디바이스의 일 측면에 대한 송신기들 및 센서들만을 도시하며 또 다른 세트의 송신기들 및 센서들은 디바이스의 이러한 다른 측면(예컨대, 또한 터치 검출기(1520)에 연결된) 상에서의 입력들을 검출하기 위해 디바이스의 또 다른 측면 상에 위치될 수 있다. 도 15b의 오브젝트들은 일정한 비율로 그려지지 않는다.
매체(1502)는 사용자가 명령어 입력을 제공하기 위해 터치할 수 있는 표면적을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 매체(1502)의 터치 입력 표면은 편평하고, 곡선이거나, 또는 그것의 조합들이다. 터치 입력은 세로 영역(예컨대, 단지 1-차원 축을 따라 식별될 영역에서의 위치들)을 따라 검출될 것이다. 디바이스의 외부 측벽 표면을 따르는 터치 입력의 1-차원 위치 및 힘은 물리적 버튼의 구동 또는 디바이스의 구성요소의 물리적 편향/움직임을 요구하는 임의의 다른 센서의 사용 없이 검출될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 매체(1502)의 반대편 내부 표면/측면 상에 장착된(예컨대, 디바이스 안쪽의 디바이스 측벽의 내부 측면 상에 장착되며 터치 입력은 디바이스 측벽의 외부 표면인 디바이스 측벽의 다른 측면 상에서 제공된다) 도시된 송신기들 및 수신기들을 커버하는 매체(1502)의 외부 표면상에서 입력을 제공하며 입력은 입력이 제공된 매체(1502)의 외부 표면상에서의 위치를 식별하기 위해 검출되고(예컨대, 도시된 센서들 중 적어도 하나에 의해) 분석되는 매체(1502) 내에서 이동하는 송신된 신호(예컨대, 도시된 송신기들 중 적어도 하나에 의해)를 방해한다. 이것은 가성 버튼들이 평활한 측 표면상에서 제공되도록 허용하며 가상 버튼 누름의 표시는 사용자가 측 표면 영역 상에서의 가상 버튼의 특정 위치에서 충분한 힘의 압력을 인가할 때 검출된다. 몇몇 실시예들에서, 터치 입력이 검출될 수 있는 축의 길이는 송신기(1504)의 장착 위치 위의 외부 표면으로부터 센서(1518)의 장착 위치 위의 외부 표면까지 시작된다.
송신기들(1504, 1506, 1510, 1513, 및 1516)의 예들은 압전 트랜스듀서들, 압전 저항 소자들/송신기들, 전자기 트랜스듀서들, 송신기들, 센서들, 및/또는 매체(1502)를 통해 신호를 전파할 수 있는 임의의 다른 송신기들 및 트랜스듀서들을 포함한다. 센서들(1505, 1508, 1512, 1514, 및 1518)의 예들은 압전 트랜스듀서들, 압전 저항 센서들/수신기들, 전자기 트랜스듀서들, 레이저 진동계 송신기들, 및/또는 매체(1502) 상에서 신호를 검출할 수 있는 임의의 다른 센서들 및 트랜스듀서들을 포함한다. 5개의 송신기들 및 5개의 센서들이 도시되지만, 임의의 수의 송신기들 및 임의의 수의 센서들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 도시된 예에서, 송신기들(1504, 1506, 1510, 1513, 및 1516)은 각각 매체(1502)를 통해 신호를 전파할 수 있다. 송신기에 의해 방출된 신호는 또 다른 송신기에 의해 방출된 또 다른 신호로부터 구별 가능하다. 신호들을 구별하기 위해, 신호들의 위상(예컨대, 코드 분할 다중화), 신호들의 주파수 범위(예컨대, 주파수 분할 다중화), 또는 신호들의 타이밍(예컨대, 시간 분할 다중화)이 변경될 수 있다. 센서들(1505, 1508, 1512, 1514, 및 1518) 중 하나 이상은 전파된 신호들을 수신한다.
터치 검출기(1520)(예컨대, 내부 회로 보드 상에 포함되고 장착된)는 적어도 도 15b에 도시된 송신기들 및 센서들에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 검출기(1520)는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 집적 회로 칩, 인쇄 회로 보드, 프로세서, 및 다른 전기적 구성요소들 및 커넥터들. 검출기(1520)는 송신기들(1504, 1506, 1510, 1513, 및 1516)에 의해 전파될 신호들을 결정하고 이를 송신한다. 검출기(1520)는 또한 센서들(1505, 1508, 1512, 1514, 및 1518)에 의해 검출된 신호들을 수신한다. 수신된 신호들은 사용자 입력과 연관된 교란이 교란과 연관된 매체(1502)의 표면상에서의 위치에서 검출되었는지를 결정하기 위해 검출기(1520)에 의해 프로세싱된다. 검출기(1520)는 애플리케이션 시스템(1522)과 통신한다. 애플리케이션 시스템(1522)은 검출기(1520)에 의해 제공된 정보를 사용한다. 예를 들어, 애플리케이션 시스템(1522)은 애플리케이션 시스템(1522)의 디바이스, 운영 시스템 및/또는 애플리케이션의 구성, 설정 또는 기능을 제어하기 위해 애플리케이션 시스템(1522)에 의해 사용되는 사용자 터치 입력과 연관된 위치 식별자 및 힘 식별자를 검출기(1520)로부터 수신한다. 예를 들어, 볼륨을 증가시키기 위한 사용자 표시는 충분한 압력의 터치 입력이 1-차원 축을 따라 위치들의 일 범위 내에서 검출될 때 검출되지만, 볼륨을 감소시키기 위한 사용자 표시는 충분한 압력의 입력이 위치들의 또 다른 범위 내에서 검출될 때 검출된다. 이러한 영역들은 고정될 수 있거나, 또는 소프트웨어로 정의될 수 있다. 예를 들어, 오른손잡이 사용자는 케이스의 좌측 측면 상에서 검출 영역에 할당된 볼륨을 변경하기 위한 영역을 가질 수 있는 반면, 왼손잡이 사용자는 이러한 할당을 뒤바꿀 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 애플리케이션 시스템(1522)은 프로세서 및/또는 메모리/저장 장치를 포함한다. 다른 실시예들에서, 검출기(1520) 및 애플리케이션 시스템(1522)은 단일 프로세서에 적어도 부분적으로 포함되고/프로세싱된다. 검출기(1520)에 의해 애플리케이션 시스템(1522)으로 제공된 데이터의 예는 사용자 표시와 연관된 다음 중 하나 이상을 포함한다: 1-차원 축을 따르는 위치 좌표, 제스처, 동시적 사용자 표시들(예컨대, 다중-터치 입력), 시간, 상황, 방향, 속도, 힘 크기, 근접성 크기, 압력, 크기, 및 다른 측정 가능한 또는 도출된 정보.
도 15c는 터치 입력 가능 측면들을 가진 디바이스 하우징의 실시예를 예시한 다이어그램이다. 하우징(1552)은 전자 디바이스의 유니바디 뒷면 및 측면 하우징을 도시한다. 예를 들어, 하우징(1552)은 전기 구성요소들을 하우징하며 디스플레이 유리 표면으로 커버되는 스마트폰 디바이스를 위하 하우징의 부분으로서 이용될 수 있다. 송신기들(1504, 1506, 1510, 1513, 및 1516) 및 센서들(1505, 1508, 1512, 1514, 및 1518)(또한 도 15b에 도시됨)은 하우징(1552)의 측벽의 내부 측면/표면(예컨대, 측벽 내부 표면/전자 디바이스의 안쪽을 향하는 측면) 상에 장착되었다. 하우징(1552)은 금속(예컨대, 알루미늄), 플라스틱들, 세라믹들, 탄소 섬유, 또는 도 15b의 전파 매체(1502)의 임의의 다른 재료로 만들어질 수 있다. 송신기들 및 센서들은 플렉스 케이블(1554) 상에 장착된다. 플렉스 케이블(1554)은 커넥터(1556) 상에서의 핀들에 송신기들 및 센서들/수신기들을 연결하는 패터닝된 도체들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 커넥터(1556)는 송신기들/수신기들로/로부터 신호들을 제공/수신하는 터치 검출기(예컨대, 터치 검출기(1520))를 포함하는 회로 보드(도시되지 않음)에 연결한다. 플렉스 케이블(1554)의 송신기들 및 센서들/수신기들은 (예컨대, 외부 측 표면상에서의 세로 위치들을 식별하는 1-차원 축을 따라 위치 및 힘을 검출하기 위해) 플렉스 케이블(1554)의 송신기들과 센서들/수신기들 위에 바로 및 그 사이에서의 영역 위에서 하우징(1552)의 외부 측 표면상에서의 터치 입력을 검출하기 위해 이용된다. 이것은 하우징(1552)의 측 표면이 사용자 입력들에 민감한 터치이도록 허용한다. 하우징(1552)은 터치 입력 표면에서 임의의 물리적 버튼들을 도시하지 않지만, 다양한 다른 실시예들에서, 하나 이상의 물리적 버튼들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 터치 입력 검출은 사용자로 하여금 물리적 버튼을 물리적으로 구동하지 않고(예컨대, 물리적 버튼 위에서 스와이프 제스처를 검출하는) 물리적 버튼의 표면 위에서 터치 표시를 제공하도록 허용하기 위해 물리적 버튼의 표면(예컨대, 물리적 버튼 뒤/주위에 장착된 송신기/센서) 상에서 제공될 수 있다.
플렉스 케이블(1554)처럼, 플렉스 케이블(1558)은 커넥터(1560)에 제 2 측벽의 제 2 내부 표면/측면(예컨대, 측벽 내부 표면/전자 디바이스의 공동 안쪽을 향하는 측면) 상에 장착된 송신기들 및 센서들을 연결한다(예컨대, 도 15b의 터치 검출기(1520)를 포함하는 회로 보드에 연결한다). 플렉스 케이블(1558)의 송신기들 및 센서들/수신기들은 플렉스 케이블(1558)의 송신기들과 센서들/수신기들 바로 위에 및 그 사이에서의 영역 위에서 하우징(1552)의 외부 측 표면(1562) 상에서의 터치 입력을 검출하기 위해 이용된다. 이것은 측벽 표면(1562)이 사용자 입력들에 터치 민감하도록 허용한다. 다양한 실시예들에서, 다른 송신기들 및 센서들/수신기들은 하우징(1552)의 다른 외부 표면들 상에서의 터치 입력들을 허용하기 위해 하우징(1552)의 다른 내부 벽들 및 표면들 상에 장착될 수 있다.
도시된 송신기들 및 센서들/수신기들은 플렉스 케이블(1554)의 스트립/바를 따라 직선으로 플렉스 케이블(1554) 상에 직접 장착되었지만, 센서들/수신기들 및 송신기들은 다양한 다른 실시예들에서 플렉스 케이블 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 15e는 플렉스 케이블(1564)의 핑거들 상에 장착된 송신기들 및 수신기들을 도시한다. 이것은 디바이스의 다른 내부 구성요소들 주위에 플렉스 케이블을 라우팅할 때 유연성을 허용할 수 있다. 예를 들어, 핑거들은 플렉스 케이블이 스위치, 버튼, SIM/메모리 카드 트레이 등을 수용하기 위해 개구들 및 구성요소들 주위에서 라우팅되도록 허용한다.
도 15c에 도시된 구성을 제조할 때, 각각의 개개의 송신기/센서를 플렉스 케이블로 개별적으로 부착하는 것은 비효율적일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 송신기들 및 센서들은 송신기들 및 센서들의 배치 및 정렬을 돕는 스티프너 바(예컨대, 장착 템플릿 바) 상에 배치/위치되며 스티프너 바 상에서의 송신기들 및 센서들 모두는 스티프너 바를 사용하여 동시에 플렉스 케이블에 함께 부착된다. 일단 송신기들/센서들이 플렉스 케이블에 부착되면, 플렉스 케이블 상에서의 송신기들/센서들의 각각은 접착제(예컨대, 에폭시)를 통해 전파 매체/하우징에 부착된다. 도 15c의 예에 도시된 송신기들 및 센서들은 하우징(1552)의 측벽의 내부 측면/표면상에 에칭된 공동들/포멧들 안쪽에 위치되었다. 도 15d는 공동/포켓(예컨대, 깊이가 0.3 밀리미터)의 확대도를 도시한다. 공동에 각각의 송신기/센서를 위치시킴으로써, 하우징 안쪽에 있는 귀중한 내부 공간이 유지되며 송신기들 및 수신기들과의 플렉스 케이블 어셈블리가 측벽과 같은 높이로 장착될 수 있다.
도 15f 내지 도 15h는 선형 면적을 따라 터치 입력을 검출하기 위해 이용된 송신기 및 센서 구성요소 배열들(예컨대, 측벽의 외부 표면상에서 터치 입력을 검출하기 위해 측벽의 내부 표면상에서 디바이스의 안쪽에 장착된 송신기들 및 센서들)의 상이한 실시예들을 도시한다. 예를 들어, 도 15f 내지 도 15h는 도 15b 및 도 15e에 도시된 송신기들 및 센서들의 적어도 일 부분의 대안적인 배열들을 도시한다. 다양한 실시예들에서, 도 15f 내지 도 15h에 도시된 송신기 및 센서 구성요소들의 적어도 일 부분은 도 15b에 도시된 터치 검출기(1520)에 연결된다. 예를 들어, 도 15b에 도시된 송신기들 및 센서들의 배열을 사용하기보다는, 도 15f, 도 15g, 또는 도 15h에 도시된 배열이 이용된다. 터치 검출기(1520)의 예시적인 구성요소들은 도 8의 터치 검출기(802)에 포함된 구성요소들이다. 도 15f 내지 도 15h에서의 송신기 및 센서 구성요소들과 터치 검출기(1520) 사이에서의 연결들은 도 15f 내지 도 15h에 도시되지 않았다. 터치 검출기(1520)에 연결된 다른 구성요소들(예컨대, 애플리케이션 시스템(1522))이 또한 도 15f 내지 도 15h에서 도시되지 않았다. 구성요소들은 일정한 비율로 그려지지 않았다. 압전 송신기는 "T"로 라벨링된 박스로서 도시된다. 압전 센서는 "S"로 라벨링된 박스로서 도시된다. 압전 저항 센서는 "S"로 라벨링된 원으로서 도시된다. 몇몇 실시예들에서, 도시된 압전 송신기들 및 센서들은 터치스크린 디스플레이의 유리 커버의 안쪽 표면 경계에 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 도시된 압전 저항 센서들은 디스플레이 패널 뒤에(예컨대, LED/OLED 패널 뒤에) 결합된다. 도 15f 내지 도 15h에 도시된 송신기들 및 센서들의 수는 단지 예이며 임의의 수의 임의의 유형의 송신기들 및 센서들이 다양한 실시예들에서 존재할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 디바이스는 터치 입력 위치를 검출하기 위해 하나 이상의 압전 송신기들 및 하나 이상의 압전 수신기들/센서들(예컨대, 터치 스크린의 유리에 결합되고, 디바이스 측면 상에서의 터치 입력 위치를 검출하기 위해 디바이스의 금속 하우징의 측면에 결합된 등)뿐만 아니라 터치 입력 힘/압력을 검출하기 위해 압전 저항 센서들의 어레이(예컨대, 터치 입력으로 인한 패널의 변형의 크기를 검출하기 위해 LED/OLED 디스플레이 패널 뒤에 결합된 압전 저항 센서들의 어레이, 또는 그립력을 검출하기 위해 디바이스 하우징의 안쪽에 결합된 하나 이상의 압전 저항 센서들 등)를 포함한다. 도 15f에 도시된 송신기 및 센서 배열(1582)은 전파/터치 입력 매체의 경계 면적 주위에서의 압전 송신기들/센서들 및 압전 저항 센서들의 어레이를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 여기에서 설명되 개선들을 사용하여 증가된 압전 저항 센서 민감도를 고려해볼 때, 하나 이상의 압전 저항 센서들은 터치 입력 위치 검출을 위한 전파된 초음파 터치 입력 매체 신호들을 수신/검출하기 위해 이용된다. 동일한 압전 저항 센서들은 또한 물리적 교란 크기를 검출하기 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 압전 저항 센서로부터의 출력 신호는 먼저 물리적 교란 크기를 검출하기 위해(예컨대, 도 6의 프로세스를 사용하여) 분석되고 그것의 입력 공급 전압 신호와 상관되며 그 후 전파된 초음파 신호가 터치 입력 매체를 통한 전파 후 검출될 때, 압전 저항 센서로부터의 출력 신호(예컨대, 지연 신호)가 분석되고 연관된 터치 입력 위치를 결정할 때 터치 입력에 의해 야기된 전파 지연을 검출하기 위해(예컨대, 도 10 및/또는 도 16의 프로세스를 사용하여) 예상 베이스라인 전파 신호와 상관된다. 따라서, 압전 저항 센서로부터의 동일한 출력 신호는 터치 힘 및 터치 입력 양쪽 모두를 검출하기 위해 사용될 수 있다(예컨대, 동일한 신호 프로세싱 구성요소: 터치 검출기(1520)에 의해). 압전 센서들 없이 압전 송신기들 및 압전 저항 센서들을 포함한 디바이스들을 위한 예시적인 센서 구성들이 도 15g의 배열(1584)에서 도시된다.
몇몇 실시예들에서, 압전 저항 센서들은 압전 송신기들의 사용 없이 터치 입력 위치를 검출하기 위해 이용된다. 예를 들어, 압전 저항 센서들의 어레이를 고려해볼 때, 터치 입력의 위치는 검출된 물리적 교란 크기들 및 다양한 크기들을 검출한(예컨대, 매치 필터를 사용하여) 센서들의 상대적인 위치들에 기초하여 삼각 측량된다. 압전 송신기들 없이 압전 저항 센서들을 포함한 디바이스들에 대한 예시적인 센서 구성들이 도 15h의 배열(1586)에서 도시된다.
몇몇 실시예들에서, 압전 송신기들/센서들로부터의 데이터 및 압전 저항 센서들로부터의 데이터는 서로를 보완하고 증가시키기 위해 사용된다. 압전 송신기들/센서들을 사용하여 검출된 터치 입력 위치 정보는 압전 저항 센서들로부터의 물리적 교란 크기 정보를 교차 제한하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 터치 입력이 적은 힘, 압력, 스트레인 등을 제공받는다고(예컨대, 사용자는 힘을 흡수하는 장갑을 끼고 있다) 검출될 때(압전 저항 센서 데이터를 사용하여), 압전 송신기 이득 및/또는 센서 민감도는 더 양호한 터치 입력 위치 검출을 가능하게 하기 위해 증가된다. 또 다른 예에서, 충분한 물리적 교란 크기가 검출되지만 터치 입력 위치가 검출되지 않는다면(또는 터치 입력 위치가 특정 서명 패턴에서 검출되면), 검출된 입력은 의도된 사용자 상호작용의 결과로서보다는 디바이스 구부림(예컨대, 포켓에서)의 결과인 것으로 결론이 내려질 수 있다.
도 16은 터치 입력을 검출하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 도 16의 프로세스는 도 15b 내지 도 15h에 도시된 송신기들 및 센서들의 배열에 연결된 터치 검출기(1520)에 의해 수행될 수 있다. 도 16의 프로세스를 수행하는 시스템의 일 예에서, 제 1 송신기, 제 2 송신기, 수신기가 전화기의 측면에 내장된다. 전화기에서의 터치 및/또는 힘 센서(예컨대, 애플리케이션-특정 집적 회로(ASIC), 필드-프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 또는 범용 프로세서와 같은, 몇몇 유형의 프로세서상에 구현된)는 수신기들에 의해 출력되는 수신 신호를 입력하고 송신기들로부터의 전파 신호들을 포함한다. 터치 및/또는 힘 센서는 터치들을 식별하고 및/또는 임의의 식별된 터치들에 대한 힘 값을 추정하기 위해 수신 신호를 분석한다.
1670에서, 제 1 송신기는 전파 매체를 통해 제 1 전파 신호를 수신기로 송신하기 위해 사용되며, 여기에서 제 1 전파 신호는 제 1 송신기와 수신기 사이에서의 터치 입력 매체를 통해 제 1 신호 경로에 대응하는 터치 입력 매체의 제 1 영역을 통해 전파한다. 이하에서 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 송신기들 및 수신기들은 음향 또는 초음파 신호들을 교환한다. 몇몇 실시예들에서, 전파 매체는 실질적으로 선형 또는 1-차원이며, 송신기들 및 수신기들은 1D 전파 매체 내에서(예컨대, 전화기의 측면을 따라) 일렬로 배열된다.
1672에서, 제 2 송신기는 제 1 전파 신호와 상이한, 제 2 전파 신호를 전파 매체를 통해 수신기로 송신하기 위해 사용되며, 여기에서 제 2 전파 신호는 제 2 송신기와 수신기 사이에서의 터치 입력 매체를 통해 제 2 신호 경로에 대응하는 터치 입력 매체의 제 2 영역을 통해 전파하며 제 2 영역은 제 1 영역의 서브세트이다. 예를 들어, 제 2 송신기는 제 1 송신기 및 수신기 사이에서 일렬로 있으며, 따라서 제 2 영역(예컨대, 그것을 통해 제 2 전파 신호가 전파되는)은 제 1 영역(예컨대, 그것을 통해 제 1 전파 신호가 전파되는)의 서브세트이다.
1674에서, 적어도 제 1 전파 신호 및 제 2 전파 신호는 제 1 신호 경로가 터치 입력에 의해 방해받지만 제 2 신호 경로는 터치 입력에 의해 방해받지 않는다는 결정에 기초하여, 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분 상에서 터치 입력을 식별하기 위해 분석된다. 이하에서 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 제 1 신호가 터치 입력을 통과하지만 제 2 신호가 통과하지 않는다면(예컨대, 터치 또는 그것의 부족이 신호들의 진폭에 의해 표시되는 경우), 그것은 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분에서의 터치를 나타낸다.
도 16의 프로세스는 터치가 발생할 때를 식별할 뿐만 아니라, 터치의 위치가 또한 결정되거나 또는 그 외 식별된다는 것이 주의된다. 예를 들어, 다양한 송신기들 및 수신기들의 위치들이 알려져 있으므로, 두 개의 인접한 송신기들 및/또는 수신기들 사이에서의 터치의 존재는 상기 터치의 위치(예컨대, 상기 터치가 스마트폰 또는 태블릿의 측면 상에서 발생하는 경우)를 아는 것에 대응한다. 몇몇 실시예들에서, 도 16의 프로세스는 상호작용 표면상에서 동시에 발생한 다수의 터치 입력들을 식별한다(예컨대, 다수의 터치들의 위치들이 식별되도록). 이것은 다수의, 동시적 터치 입력들을 요구하는 애플리케이션들이 지원될 수 있기 때문에 바람직하다.
몇몇 실시예들에서, 힘 값은 각각 검출된 또는 식별된 터치에 대해 결정된다. 예를 들어, 센서가 두 개의 터치들을 식별한다면, 센서는 또한 각각의 식별된 터치에 대한 힘 값을 추정할 수 있다(예컨대, 두 개의 힘 값들은 상이한 값들이도록 허용된다).
다음의 도면은 전화기의 측면에 내장되고 상기 설명되고 및/또는 사용된 신호들을 교환하는 두 개의 송신기들 및 수신기의 예를 도시한다.
도 17은 전화기의 측면에서의 수신기 및 두 개의 연관된 송신기들의 실시예를 예시한 다이어그램이다. 이 예에서, 대표적인 전화기(1702)는 전방 표면(1704) 및 측 표면(1706)을 포함한, 다수의 상호작용 표면들을 가진다. 예를 들어, 전화기의 측면을 상호 작용적 또는 터치-민감형이게 하는 것은 사용자로 하여금 스크롤 바로서 또는 볼륨 제어를 위해 전화기의 측면을 사용하도록 허용할 수 있다. 여기에서 도시되지 않지만, 몇몇 실시예들에서, 다른 측 표면(예컨대, 표면(1706)의 반대편에 있는)이 또한 상호작용 표면이다.
이 예에서, 송신기들 및 수신기들은 음향 또는 초음파 신호를 교환하도록 구성된다. 이러한 신호들은 그것들이, 이전 터치 및/또는 힘 감지 기술들과 함께 잘 작동하지 않았던 것들을 포함하여, 다양한 전파 매체들에서 잘 작동할 수 있기 때문에 바람직할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 전화기들의 측면들은, 커패시터들에 의존하는 기존의 터치 및/또는 힘 센서들과 함께 잘 작동하지 않는 금속으로 만들어진다(예컨대, 금속의 강성 및/또는 금속의 전도성 속성들 때문에). 반대로, 음향 또는 초음파 신호들은 금속을 통해 비교적 쉽게 전파될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 압전 트랜스듀서들은 송신기들 및/또는 수신기들을 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 압전 저항 트랜스듀서들은 송신기들 및/또는 수신기들을 위해 사용된다.
다이어그램(1700)은 전화기의 측면이 터치되지 않을 때의 시스템을 도시한다. 전화기(1706)의 측면은 좌측에서 우측으로: 제 1 송신기(1708), 제 2 송신기(1710), 및 수신기(1712)를 포함한다. (이러한 다이어그램의 신뢰성을 보존하기 위해, 다른 송신기들 및 수신기들은 도시되지 않지만 당연히 부가적인 송신기들 및/또는 수신기들이 포함될 수 있다.) 다이어그램(1700)에서, 송신된 신호들은 전화기의 측면을 따라 상이한 경로들을 통해 전파된다. 제 1 신호(1714a)는 제 1 송신기와 수신기 사이에서의 제 1 영역(예컨대, 점으로 덮인 영역(1718)으로서 도시됨)을 통해 이동한다. 제 2 신호(1761a)는 제 2 영역(예컨대, 음영 영역(1720)으로 도시됨)을 통해 이동한다. 영역(1718) 및 영역(1720)은 도 16의 프로세스에서 참조되는 제 1 영역 및 제 2 영역의 몇몇 예들을 도시한다.
다이어그램(1750)은 단일 터치(1752)가 전화기의 측면에 인가될 때 전화기를 도시한다. 판독 가능성을 위해, 제 1 영역(다이어그램(1700)에서 점으로 덮인 영역(1718)으로 도시됨) 및 제 2 영역(다이어그램(1700)에서 음영 영역(1720)으로 도시됨)은 다이어그램(1750)에 도시되지 않는다. 이 예에서, 터치는 제 1 송신기(1708)와 제 2 송신기(1710) 사이에 위치된다. 이것은 도 16에서 단계(1674)로 불리우는 터치 시나리오의 예이다.
터치(1752)는 제 1 신호(1714b)가 어느 정도 흡수되게 한다. 이 예에서, 흡수는 터치가 없는 신호의 진폭이, 신호가 터치를 통과한 것보다 큰 신호의 진폭에서 관찰 가능하다. 도 16에서의 단계(1674)가 어떻게 수행되는지에 대한 일 예에서, 터치 입력(예컨대, 터치(1752)에 대응하는)은 신호(1714b)의 진폭이 몇몇(예컨대, 제 1) 기준 진폭에 비교하여 감소한다면 제 1 송신기(1708)와 제 2 송신기(1710) 사이에서 식별되지만, 신호(1716b)의 진폭은 몇몇(예컨대, 제 2) 기준에 비교하여 동일한 채로 있다. 요약하면:
Figure 112020014905588-pct00005
몇몇 실시예들에서, 용어 진폭은 신호와 연관된 피크(예컨대, 최소 또는 최대)의 절대 값을 나타낸다. 몇몇 실시예들에서, 피크의 절대 값은 몇몇 전-처리 후 결정된다(예컨대, 수신된 신호에 대한 덜 바람직한 기여들을 제거하기 위해).
몇몇 경우들에서, 시스템은 다이어그램(1750)에 도시된 상태로부터 다이어그램(1700)에 도시된 상태로 갈 수 있다. 하나의 특수한 경우에, 이것은 전화기가 전원 인가되면 발생할 수 있고 시스템은 인가된 터치(1752)로 초기화 프로세스를 수행하며(예컨대, 다이어그램(1750)에서 도시된 바와 같이) 그 후 사용자는 그 다음에 상호작용 표면으로부터 그/그녀의 손가락을 제거한다. 초기화 프로세스 동안 상기 전이가 발행하는지에 관계없이:
Figure 112020014905588-pct00006
상기 도시한 바와 같이, 터치 센서가 제 1 신호의 진폭이 증가하고 제 2 신호의 진폭이 동일한 채로 있음을 검출할 때(예컨대, 몇몇 기준 진폭(들)과 비교하여), 몇몇 실시예들에서, 터치 센서는 터치(예컨대, 존재하거나 또는 이전에 식별된)가 제 1 및 제 2 송신기 사이에서 더 이상 존재하지 않음을 나타낸다.
상기 표는 여기에서 설명된 센서 실시예들에 대한 이익을 입증한다. 전화기들에서의 몇몇 기존의 터치 센서들은 전화기가 전원 인가될 때 사용자가 상호작용 표면을 터치하는 것이 가진 문제점들을 갖는다. 이것이 발생하고 터치 센서의 초기화 프로세스가 실행될 때, 센서는 터치되는 전화기와 연관된 세팅들 또는 정보로 초기화된다. 이것은 상기 초기화를 갖고, 정전식 터치 센서들이 전화기가 더 이상 터치되지 않을 때를 검출할 수 없으며 및/또는 복잡한 프로세스들이 이를 정정하기 위해 수행되어야 하기 때문에 바람직하지 않다. 반대로, 터치가 사라질 때 신호의 진폭에서의 관찰 가능한 변화가 있기 때문에, 여기에서 설명된 센서들이, 신호(들)의 진폭을 봄으로써 상호작용 표면이 터치 상태에서 비터치 상태로 갈 때를 검출하는 것은 더 용이하다(예컨대, 시스템이 터치 상태에서 초기화할지라도).
이 예에서, 각각의 송신기는 다른 송신기들에 직교하는 방식으로 그것의 신호를 송신한다. 예를 들어, 제 1 송신기는 그것의 신호를 송신하기 위해 제 1 의사랜덤 이진 시퀀스(PRBS)를 사용할 수 있으며 제 2 송신기는 송신기들 및/또는 송신된 신호들 사이에서 직교성을 생성하는 제 2의, 상이한 PRBS를 사용할 수 있다. 이러한 직교성은 수신기에 결합된 프로세서 또는 센서가 원하는 신호에 대해 필터링하거나 또는 그 외 그것을 원하는 송신기로부터 분리시키도록 허용한다.
몇몇 실시예들에서, 상이한 송신기들은 동일한 PRBS의 시간-시프트 버전들을 사용한다. 예를 들어, 수신기에서, 수신된 신호(예컨대, 다양한 송신기들로부터의 상이한 송신된 신호들의 조합인)는 송신된 신호에 대해 상관된다. 일반적으로, 수신된 신호는 송신된 것에 대해 상관된다. 송신할 신호는 그것의 양호한 자동-상관 속성들에 대해 선택되며, 즉 자동-상관은 오프셋 0에서 강하고 다른 어느 곳에서도 매우 낮아야 한다. 상관 후, 결과 신호는 각각의 피크가 상이한 송신기에 대응하는 다수의 날카로운 피크들을 가진다(예컨대, 시간-시프트된 의사-랜덤 비트 시퀀스들의 상이한 시작 포인트들 또는 위상들이 피크들의 상이한 오프셋들 또는 위치들을 야기하기 때문에). 예를 들어, 두 개의 송신기들이 있는 이러한 시나리오에서, 상관된 신호에서의 하나의 피크는 제 1 송신기로부터의 신호에 대응하며 제 2 피크(예컨대, 제 1 피크에 비교하여 상이한 오프셋 또는 위치에서의)는 제 2 송신기로부터의 신호에 대응한다. 몇몇 실시예들에서, 동일한 PRBS의 시간-시프트된 버전들을 사용하는 것은 PRBS의 자동-상관이 오프셋 0에서 매우 강한 피크를 가지며 다른 어느 곳에서 비교적 작기 때문에 바람직하다. 두 개의 상이한 PRBS 시퀀스들의 상관은 그렇게 작지 않다. 각각의 송신기에 대해 동일한 PRBS를 시간 시프트하는 것은 송신기들 사이에서 최저 상관을 제공한다(적어도 전체 시퀀스의 일 부분에 대해).
몇몇 실시예들에서, 송신기들은 송신된 신호들 사이에서 직교성을 생성하기 위해 직교 코드들을 사용한다(예컨대, PRBS를 사용하여 직교성을 생성하는 것 외에 또는 그것에 대한 대안으로서). 다양한 실시예들에서, 직교성을 생성하기 위한 임의의 적절한 기술이 사용될 수 있다.
적어도 몇몇 경우들에서, 시스템은 두 개의 터치들이 제 1 송신기(1708)와 제 2 송신기(1710) 사이에서 발생하는지를 검출할 수 없을 것이다. 이러한 이유로, 몇몇 실시예들에서, 송신기들 및 수신기들은 비교적 가깝게, 예를 들어, 예상된 터치의 폭보다 작게 이격된다. 일 예에서, 송신기들 및 수신기들은 ~10mm 이격된다. 송신기들 및 수신기들이 서로에 비교적 가깝게 이격되면, 인접한 송신기들 및/또는 수신기들 사이에서 발생한 다수의 터치들의 가능성은 감소되며, 및/또는 다수의 터치들이 그렇게 가깝게 발생했지만 식별되지 않는다면, 그것은 수용 가능할 것이다(예컨대, 사용자 경험 관점으로부터).
여기에서 설명된 공유 센서 실시예들에 대한 이익(예컨대, 주어진 수신기가 다수의 송신기들을 청취하는 경우)은 수신기들의 수가 감소된다는 것이다. 예를 들어, 비-공유 수신기 레이아웃에서, 1:1 비의 송신기들 및 수신기들이 있으며 더 많은 수신기들이 송신기들 및/또는 수신기들의 동일한 밀도를 달성하기 위해 요구될 것이다(예컨대, 공유 수신기 실시예에 비교하여). 더 많은 수신기들을 갖는 것은 각각의 수신기와 연관된 라우팅 요건들 때문에 바람직하지 않다. 터치 및/또는 힘 감지를 수행하는 단일 칩이 있다고 가정하자(단순성을 위해). 수신기의 각각으로부터의 출력은 센서 칩으로 라우팅될 필요가 있다. 그러므로, 더 많은 수신기들은 더 많은 공간을 소비하며(예컨대, 몇몇 인쇄 회로 보드 상에서 또는 일반적으로 전화기 자체 내에서) 및/또는 보다 많은 돈이 드는 더 많은 라우팅을 요구한다. 이러한 이유로, 공유 수신기 구성(그 일 예가 여기에서 도시된다)이 매력적이다.
다음의 도면들은 흐름도들에서 보다 형식적으로 상기 표들을 설명한다.
도 18은 신호 진폭들을 사용하여 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분에서 터치 입력을 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 도 18은 표 1 및 도 17에서의 다이어그램(1700)으로부터 다이어그램(1750)으로의 전이에 대응한다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스는 도 16에서의 단계(1674)에서 사용된다.
1800에서, 제 1 전파 신호의 진폭은 제 1 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 대해 비교된다. 예를 들어, 도 17에서, 신호(1714a)의 진폭(예컨대, 터치가 없는 경우)은 제 1 전파 신호의 저장된 및/또는 기준 진폭의 예이며 신호(1714b)(예컨대, 터치가 있는 경우)는 제 1 전파 신호의 (예컨대, 현재) 진폭의 예이다.
1802에서, 제 2 전파 신호의 진폭은 제 2 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 대하여 비교된다. 예를 들어, 도 17에서, 신호(1716a)의 진폭은 제 2 전파 신호의 저장된 및/또는 기준 진폭의 예이며 신호(1716b)는 제 2 전파 신호의 (예컨대, 현재) 진폭의 예이다.
제 1 신호 및 제 2 신호는 단계 1800 및 단계 1802에서 상이한 기준들을 사용한다는 것이 주의된다. 몇몇 실시예들에서, 이것은 그것이 (예로서) 전화기의 측면의 상이한 신호 경로들 또는 부분들로 하여금 상이한 기준 진폭들을 갖도록 허용하기 때문에 바람직하다. 예를 들어, 수신기들은 온도에 매우 민감한 피에조 트랜스듀서들을 사용하여 구현될 수 있다. 전화기의 측면을 따라 몇몇 국소화된 "핫 스팟"이 있다면, 핫 스팟을 통과하는 신호들에 대한 하나의 기준 진폭 및 핫 스팟을 통과하지 않는 신호들에 대한 상이한 기준 진폭을 갖는 것이 바람직할 것이다. 다시 말해서, 상이한 기준 진폭들을 사용하는 것은 센서가 터치를 보다 정확하게 검출하고 및/또는 힘 값들 보다 정확하게 추정하도록 허용할 것이다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 송신기-수신기 쌍에 대해, 기준 신호(예컨대, 그로부터 기준 진폭이 획득되는) 또는 단지 기준 진폭 자체(예컨대, 기준 신호로부터 어떤 다른 정보도 요구되지 않는다면)가 저장되어 있다.
1804에서, (1) 제 1 전파 신호의 진폭이 제 1 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 비교하여 감소되며 (2) 제 2 전파 신호의 진폭이 제 2 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 비교하여 실질적으로 동일한 채로 있는 경우, (A) 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분은 터치 입력에 포함되며 (B) 제 2 영역은 터치 입력으로부터 제외된다. 예를 들어, 도 17에서, 터치(1752)는 제 1 신호(1714a/1714b)의 진폭이 감소하게 하는 반면 제 2 신호(1716a/1716b)의 진폭이 변하지 않게 한다. 터치는 그러므로 제 2 영역의 부분이 아닌(예컨대, 제 1 송신기(1708)와 제 2 송신기(1710) 사이에서의) 제 1 영역의 상기 부분에서 식별되지만, 식별된 터치는 제 2 영역을 포함하지 않는다(예컨대, 제 2 송신기(1710) 및 수신기(1712) 사이에서).
도 19는 터치 입력이 신호 진폭들을 사용하여 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분을 떠날 때를 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 도 19는 표 2 및 도 17에서의 다이어그램(1750)으로부터 다이어그램(1700)으로의 전이에 대응한다. 몇몇 실시예들에서, 도 19의 프로세스는 도 16 및/또는 도 18과 조합하여 수행된다(예컨대, 도 16 및/또는 도 18의 프로세스는 터치가 있을 때 검출하며 도 19의 프로세스는 상기 터치가 사라질 때 검출한다).
1900에서, 제 1 전파 신호의 진폭은 제 1 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 대하여 비교된다. 1902에서, 제 2 전파 신호의 진폭은 제 2 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 대하여 비교된다.
예를 들어, 도 17에서, 다이어그램(1700)은 시스템의 대표적인 이전 상태를 도시하며 다이어그램(1750)은 시스템의 대표적인 현재 상태를 도시한다. 다이어그램(1700)에서의 신호들과 연관된 진폭들은 그러므로 이전 및/또는 기준 진폭들의 예들이며 다이어그램(1750)에서의 신호들과 연관된 진폭들은 (예컨대, 현재) 진폭들의 예들이다.
1904에서, (1) 제 1 전파 신호의 진폭이 제 1 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 비교하여 증가되며 (2) 제 2 전파 신호의 진폭이 제 2 전파 신호와 연관된 기준 진폭에 비교하여 실질적으로 동일한 채로 있는 경우, 터치 입력이 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분에 더 이상 존재하지 않는다고 표시된다. 상기 설명된 바와 같이, 제 1 신호의 진폭이 올라가고 제 2 신호의 진폭이 동일한 채로 있다면, 이것은 터치가 제 2 영역을 포함하지 않는 제 1 영역의 상기 부분을 떠난다고 나타낸다(예컨대, 도 17에서 제 1 송신기(1708)와 제 2 송신기(1710) 사이에서).
다음의 도면은 흐름도에서 보다 형식적으로 동일한 PRBS의 시간-시프트 버전들을 사용하는 것을 설명한다.
도 20은 송신할 때 동일한 PRBS의 시간-시프트 버전들을 사용하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 2000에서, 제 1 전파 신호는 의사-랜덤 이진 시퀀스를 사용하여 송신된다. 몇몇 실시예들에서, 도 16에서의 단계 1670은 단계 2000을 포함한다.
2002에서, 제 2 전파 신호는 제 1 전파 신호를 송신하기 위해 사용된 의사-랜덤 이진 시퀀스의 시간-시프트 버전을 사용하여 송신된다. 몇몇 실시예들에서, 도 16에서의 단계 1672는 단계 2002를 포함한다.
2004에서, 수신기는 제 1 전파 신호 및 제 2 전파 신호를 포함하는 수신 신호를 획득하기 위해 사용된다.
2006에서, 수신 신호는 송신 신호와 상관된다. 상기 설명된 바와 같이, 시간-시프트는 제 1 전파 신호 및 제 2 전파 신호가 상관기의 출력에서 분리되게 한다(예컨대, 상관 신호에서의 하나의 피크는 제 1 전파 신호에 대응하며 상관 신호에서의 또 다른 피크는 제 2 전파 신호에 대응한다). 몇몇 실시예들에서, 도 16에서의 단계 1674는 단계 2006을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상관은 신호의 (예컨대, 현재 또는 새로운) 진폭이 몇몇 기준 진폭에 비교되기 전에 수행된다.
다음의 도면은 터치 검출 및 힘 추정이 프로세싱에 기여하는 더 많은 신호들을 갖고 전화기의 측면 상에서 어떻게 수행되는지에 대한 보다 상세한 예를 도시한다.
도 21은 다수의 송신기들 및 다수의 수신기들을 가진 전화기의 측면의 실시예를 예시한 다이어그램이다. 다이어그램(2100)은 전화기의 측면을 따라 배치된 대표적인 송신기들 및 수신기들을 도시한다. 이 예에서, 각각의 수신기는 몇몇 수의 송신기들과 연관되며 이를 청취한다. 그룹(2102)은 제 1 수신기(2104)가 청취하는 송신기들을 도시하고, 그룹(2106)은 제 2 수신기(2108)가 청취하는 송신기들을 도시하고, 그룹(2110)은 제 3 수신기(2112)가 청취하는 송신기들을 도시하며, 그룹(2116)은 제 4 수신기(2114)가 청취하는 송신기들을 도시한다.
이 예에서, 동일한 인덱스를 가진 송신기들은 그것들의 신호를 송신하기 위해 동일한 시간-시프트 PRBS를 사용한다. 즉, 모든 제 1 송신기들은 제 1 시간 시프트를 가진 PRBS를 사용하고 모든 제 2 송신기들은 동일한 PRBS이지만 제 2 시간 시프트를 갖는다. 단지 적절한 송신기들로부터의 적절한 신호들만이 아래쪽으로 분석된다는 것을 보장하기 위해, 몇몇 실시예들에서, 필터링(예컨대, 전파 시간에 기초하여)은 보다 먼 송신기들(예컨대, 수신기의 그룹의 부분이 아닌)로부터의 신호들이 무시되도록 수행된다.
다이어그램(2150)은 수행된 필터링의 예를 도시한다. 설명의 명료함 및 용이함을 위해, 송신기들 모두가 시간 0에서 송신한다고 가정하자. 전파 매체 및 그것의 속성들은 미리 알려져 있으며(예컨대, 전화기의 측면은 금속으로 만들어질 것이라는 것이 알려진다) 따라서 주어진 송신기로부터 주어진 수신기로의 신호의 전파 시간이 알려진다. 여기에서 사용된 바와 같이, t△은 송신기로부터 인접한 수신기로의(예컨대, T3(2118)로부터 제 2 수신기(2108)로의) 전파 시간이다. 유사하게, t2△는 송신기로부터 두 개의 장소들 또는 스팟들이 떨어진 수신기로(예컨대, 제 2 송신기(2120)로부터 제 2 수신기(2108)로)의 신호의 전파 시간이다.
다시 설명의 명료함 및 용이함을 위해, 송신 신호들(2152 및 2154)은 이 예에서 비교적 짧은 펄스들로서 표현되며; 그것들은 시간 t△ 및 t2△에서 발생하거나 또는 그 외 도착한다는 것을 주의하자. 상기 설명된 전파 시간들을 고려해볼 때, 인접한 송신기로부터의 송신(2152)(예컨대, T3(2118)으로부터 제 2 수신기(2108)로)은 시간 t△에서 수신기에 도착한다. 두 개의 스팟들이 떨어진 송신기로부터의 송신(2154)은 시간 t2△에서 수신기에 도착한다(예컨대, 제 2 송신기(2120)로부터 제 2 수신기(2108)로).
다이어그램(2150)에 도시된 바와 같이, 필터링(2156)은 시간 0 내지 시간(t△-마진)에서 수행된다. 필터링(2158)은 또한 시간(t2△+마진)으로부터 계속 수행된다. 이것은 (t△-마진) 전 또는 (t2△+마진) 후 수신된 임의의 신호가 무시되게 한다. 그 결과, 단지 t△(마이너스 몇몇 마진) 내지 t2△(플러스 몇몇 마진) 사이에서 수신되는 신호들만이 다운스트림 프로세싱에 의해 추가로 분석되고 및/또는 프로세싱된다.
이러한 필터링은 거리가 먼 송신기(예컨대, 서버의 그룹의 부분이 아닌)로부터의 송신이 분석되는 것을 방지하도록 돕는다. 예를 들어, 이러한 필터링은 제 3 수신기(2112)가, 상기 수신기의 그룹에 있지 않은, 제 2 송신기(2120)의 송신된 신호를 따라 (예컨대, 다운스트림 프로세스로) 지나가는 것을 방지할 수 있다. 그것은 또한 수신기가 전파 매체의 에지로부터 반사되는 반사 신호를 (예컨대, 다운스트림 프로세스로) 건네는 것을 방지할 수 있다. 일반적으로, 필터링은 감지의 품질을 개선하고 및/또는 신호 프로세싱을 단순화하는 잡음의 도입을 방지하도록 돕는다.
다음의 도면은 흐름도에서 보다 형식적으로 여기에서 도시된 필터링을 설명한다.
도 22는 수신된 신호를 필터링하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 22의 프로세스는 도 16의 프로세스와 조합하여 수행된다. 예를 들어, 필터링은 먼저 도 16의 프로세스 전에 수행될 수 있으며 필터링된 신호는 그 뒤에 분석된다(예컨대, 도 16에서의 단계 1674에서).
2200에서, 수신기는 제 1 전파 신호 및 제 2 전파 신호를 포함하는 수신 신호를 획득하기 위해 사용되며, 여기에서: (1) 제 1 전파 신호는 전파 매체를 통해 제 1 송신기로부터 수신기로의 제 1 전파 시간과 연관되며 (2) 제 2 전파 신호는 전파 매체를 통해 제 2 송신기로부터 수신기로의 제 2 전파 시간과 연관된다. 예를 들어, 도 21에서, 수신기(2108)는 전화기의 측면을 통해 전파하는데 t2△ 시간 단위들이 걸리는 신호를 제 2 송신기(2120)로부터 수신하며 전화기의 측면을 통해 전파하는데 t△ 단위 시간이 걸리는 신호를 제 3 송신기(2118)로부터 수신한다. 수신된 신호(예컨대, 필터링 전)는 전파 매체의 단부로부터의 반사 및/또는 상기 수신기의 그룹의 부분이 아닌 송신기들로부터의 송신을 포함한다는 것을 주의하자.
2202에서, 필터링은 필터링된 신호를 획득하기 위해 수신된 신호에 대해 수행되며, 여기에서 필터링된 신호는 적어도: (1) 제 1 전파 시간에 대응하는 수신 신호의 부분 및 (2) 제 2 전파 시간에 대응하는 수신 신호의 부분을 포함한다. 예를 들어, (t△ - 마진) 전 및 (t2△ + 마진) 후 수신 신호의 부분들이 걸러내어 지지만 원하는 송신 신호들(2152 및 2154)이 필터링 후 여전히 포함되는 도 21을 참조하자. 임의의 적절한 유형의 필터가 사용될 수 있다.
송신기 및 수신기 인덱스들의 순서는 도시된 샘플 전체에 걸쳐 동일한 패턴을 따르지 않는다는 것이 주의된다. 예를 들어, 좌측 측면 상에서, 순서는 T2(2120), T3(2118)인 반면 중간에서 그것은 T3(2126) 및 그 후 T2(2128)이다. 이것은 (예로서) R3(2112)가 그것의 좌측 상에서 T2(2120) 및 그것의 우측 상에서 T2(2128)로부터 듣도록 의도적이다. 상관된 신호에서 그것들을 분리하기 위해, 좌측 상에서의 T2는 R3로부터 가능한 한 멀리 위치된다. 동일한 로직이 R2(2108) 및 그것의 좌측 상에서의 T2(2120) 및 그것의 우측 상에서의 T2(2128)에 적용한다.
도 21로 돌아가면, 다음은 터치가 검출되며 힘 값이 인접한 송신기들 및/또는 수신기들 사이에서의 각각의 갭에 대한 값 또는 메트릭을 결정함으로써 결정되는 예를 설명한다. 이 예에서, 터치(2122)가 검출되며 힘 값은 터치(2122)에 대해 결정된다.
다이어그램(2100)에서, x1은 제 1 송신기(2124) 및 제 1 수신기(2104) 사이에서의 갭에 대응하고, x2는 제 1 수신기(2104) 및 제 2 송신기(2120) 사이에서의 갭에 대응한다. 이 예에서, 갭(x1)에 대해 산출된 값은:
x1 = T1R1
여기에서 (일반적으로) TiRj는 몇몇 기준 진폭에 비교하여 (예컨대, 현재 또는 새로운) 진폭의 변화(만약에 있다면)의 정도와 연관된 메트릭 또는 값이다. 보다 구체적으로:
Figure 112020014905588-pct00007
몇몇 실시예들에서, 각각의 송신기-수신기 쌍은 그 자신의 진폭 기준 값을 갖는다. 예를 들어, 상기 설명된 바와 같이, 송신 매체의 일 부분에서의 송신기들 및/또는 수신기들은 송신 매체의 또 다른 부분에서와 상이하게 거동하게 하는 몇몇 국소화된 핫 스팟이 있을 수 있으며 이러한 차이는 진폭 메트릭들을 산출할 때 고려되어야 한다.
다음의 도면은 상기 도시된 TiRj 산출로 입력되는 값이 어떻게 획득될 수 있는지에 대한 예를 도시한다.
도 23은 만약에 있다면, 상이한 유형들의 터치들을 통과한 후 신호의 실시예를 예시한 다이어그램이다. 몇몇 실시예들에서, 도시된 신호들은 엔벨로프들이며, 여기에서 몇몇 기저 신호는 엔벨로프들이 변하는 빈도보다 훨씬 더 빠른 빈도로 진동한다(예컨대, 기본 신호의 피크들은 엔벨로프를 정의한다). 몇몇 실시예들에서, 도시된 신호들은 상관 후이다.
도시된 예에서, 신호(2300)는 터치가 없는 신호의 예이며 그러므로 신호는 터치에 의해 흡수되지 않는다. 신호(2300)보다 낮은 진폭을 가진, 신호(2302)는 신호를 흡수하는 가벼운 터치가 있는 신호에 대응한다. 신호(2302)보다 낮은 진폭을 가진, 신호(2304)는 보다 무거운 터치가 있는 신호에 대응한다. 즉, 보다 많은 힘이 신호(2302)보다 신호(2304)와 함께 인가된다.
여기에서 도시된 바와 같이, 보다 많은 힘이 인가될수록, 상기 터치를 통과하는 신호의 (피크) 진폭은 그에 대응하여 감소한다. 상기 TiRj 식에서, amplitudereference 입력은 신호(2300)와 같은, 기준 및/또는 비터치 신호의 피크(예컨대, 전역적 최대 또는 전역적 최소) 값으로부터 획득된다. 단순성을 위해, 여기에서 도시된 신호들은 양의 도메인에 있지만, 음의 도메인에 있는 (예컨대, 전역적) 최소치들은 절대 값을 취한 후 사용될 것이다.
상기 TiRj 식으로 입력된 amplitudenew는 유사하게 획득된다. 예를 들어, 신호(2302)가 프로세싱되었다면, 값(amplitudelight)이 사용될 것이며 신호(2304)가 프로세싱되었다면, 값(amplitudeheavy)이 사용될 것이다. 상기 설명된 바와 같이, 신호의 피크가 음이면, 절대 값을 취하는 것은 그것을 양으로 만들 것이다.
도 5로 돌아가면, 몇몇 다른 갭들에 대한 식들은:
Figure 112020014905588-pct00008
여기에서 TiRj는 상기 설명된 바와 같이 산출된다. 이들 값들(즉, x1, x2, x3 등)은 때때로 여기에서 진폭 메트릭들로 불리운다.
상기 식들은 측정치들{TiRj}을 세그먼트 값들{xk}로 변환하는 문제점을 해결하기 위한 방식의 일 예임이 주의된다. 몇몇 실시예들에서, 몇몇 다른 식들이 사용된다. 예를 들어, 상이한 가중들이, 아마도, 상이한 통계적 변화량들을 갖고, 다른 바이어싱되지 않은 해법들을 제공할 수 있다. 예를 들면:
Figure 112020014905588-pct00009
x2 및 x4 식들이 어떻게 획득되는지의 통찰력을 얻기 위해 x3 식을 보다 상세하게 논의하는 것이 유용할 수 있다. x3 갭을 통과하는 두 개의 신호들은 T2R2 신호 및 T3R1 신호이다. 그러므로, x3에 대한 메트릭 또는 값을 산출할 때 이들 신호들을 사용하는 것이 타당하다. 그러나, 이들 신호들 양쪽 모두는 2-갭 신호들이지만 단지 x3 갭만이 관심 있다. 그러므로, 이들 신호들의 몇몇 부분은 무시되거나 또는 그 외 제거되어야 한다. T2R2 신호에 대해, 이것은, 상기 신호가 1-갭 신호이며 제거되거나 또는 무시되도록 하는 T2R2 신호의 부분과 정확하게 매칭되므로, T3R2를 뺌으로써 행해질 수 있다. 이것은 상기 x3 식의 (T2R2 - T3R2) 부분을 생성한다. 유사하게, T2R1 신호는 제거되거나 또는 무시되도록 하는 T3R1 신호의 부분과 정확하게 매칭되며, T2R1은 T3R1로부터 감해질 수 있다. 이것은 상기 x3 식의 (T3R1 - T2R1) 부분을 생성한다.
상기 x3 식은 또한 ½의 스케일링 인자를 가진다. 이것은 단지 단일 송신기 수신기 쌍으로부터의 기여만을 갖는 x1에 매칭시키기 위해 x3을 정규화하는 것이다. 다르게 말하면, 스케일링 인자 없이, x1 및 x3 산출들은 상이한 동적 범위들을 가질 것이다. 개념적으로, 두 개의 1-갭 신호들은 x3 식에서 함께 더해지며, 여기에서 (T2R2 - T3R2)는 1-갭 신호들 중 하나를 포함하며 (T3R1 - T2R1)은 다른 1-갭 신호를 포함한다. 반대로, x1 식은 단지 하나의 1-갭 신호로부터의 기여만을 갖는다.
이러한 로직은 상기 x2 및 x4 식들을 구성하기 위해 사용될 수 있다. x2 갭에 대해, 상기 갭을 통과하는 두 개의 신호들은 T2R1 신호 및 T3R1 신호이다. 전자의 신호는 1-갭 신호이며 그러므로 현 상태로 사용될 수 있다. 그러나, T3R1 신호는 2-갭 신호이며 그것의 부분은 감해져야 한다. T2R2 신호는 가깝지만, 그 자체가 2-갭 신호이기 때문에 완전하지 않다. 그러나, T3R2 신호가 T2R2로부터 감해지면, 상기 차이(즉, T2R2 - T3R2)는 T3R1로부터 감해질 수 있다. 이것은 x2 식의 T3R1 - (T2R2 - T3R2) 부분을 생성한다. 상기 설명된 이유들로, x2 식은 ½ 스케일링 인자를 포함한다. x4 식은 유사한 방식으로 구성될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이 각각의 갭에 대해 산출된 진폭 메트릭(예컨대, x1, x2, x3 등)을 갖고, 터치들을 식별하고 각각의 식별된 터치에 대한 힘 값을 출력하기 위해 사용되는 이산 신호가 구성된다. 다음의 도면은 이러한 신호의 예를 예시한다.
도 24는 진폭 메트릭들을 사용하여 구성된 이산 신호의 두 개의 실시예들을 예시한 다이어그램이다. 도시된 예에서, 다이어그램(2400)은 도 21의 예에 대해 생성된 이산 신호를 도시한다. 각각의 갭에 대한 진폭 메트릭은 이 다이어그램에서 플로팅되며, 따라서 상기 설명된 바와 같이, x-축은 특정한 갭 위치에 대응하고 y-축은 상기 특정한 갭에 대해 산출된 값 또는 진폭 메트릭에 대응한다.
임계치(2402)는 임의의 터치들을 식별하기 위해 사용된다. 이 예에서, 임계치(2402)보다 큰 진폭 메트릭을 가진 유일한 갭 위치는 x3 갭이다. 이와 같이, x3 갭에서의 단일 터치가 식별된다. 이러한 식별된 터치에 대해 출력되는 힘 값은 x3에 대해 산출된 진폭 메트릭이다. 몇몇 실시예들에서, 갭이 터치 오브젝트들(예컨대, 손가락)의 크기에 비교하여 충분히 작다면, 터치의 위치는 그것의 진폭 메트릭만큼 각각의 갭의 위치를 가중시킴으로써 서브-갭 스케일로 보간될 수 있다.
다이어그램(2450)은 두 개의 터치들이 식별되는 또 다른 시나리오를 도시한다. 상기 설명된 바와 같이, 송신기들 및/또는 수신기들 사이에서의 갭들에 대한 진폭 메트릭들이 산출되고 플로팅된다. 이 예에서, 두 개의 터치들이 식별된다: x2, x3, 및 x4 갭들에서의 제 1 터치(2452) 및 x8 및 x9 갭에서의 제 2 터치(2454). 이 예에서, 각각의 터치에 대한 최대 진폭 메트릭은 상기 터치에 대한 힘 값으로서 출력된다. 이것은 제 1 터치에 대한 힘 값으로서 x3에 대해 산출된 값을 출력하는 것 및 제 2 터치에 대한 힘 값으로서 x9에 대한 값을 출력하는 것을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 임계치를 넘는 값들의 합은 터치의 힘으로서 출력된다.
다음의 도면들은 진폭 메트릭들을 생성하는 것 및 호름도들에서 보다 형식적으로 임계치에 대해 진폭 메트릭들을 비교하는 것의 이들 프로세스들을 설명한다.
도 25는 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분과 연관된 제 1 진폭 메트릭을 사용하여 터치 입력을 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 25의 프로세스는 도 16에서의 단계 1674에서 사용된다. 도 16에서 참조된 수신기는 이 프로세스에서 제 2 수신기로서 불리운다는 것이 주의된다.
2500에서, 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분과 연관된 제 1 진폭 메트릭은: (1) 제 1 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 1 전파 신호와 연관된 제 1 진폭, (2) 제 2 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 2 전파 신호와 연관된 제 2 진폭, (3) 제 2 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 3 전파 신호와 연관된 제 3 진폭, 및 (4) 제 1 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 4 전파 신호와 연관된 제 4 진폭에 적어도 부분적으로 기초하여 생성된다. 단계(2500)의 일 예에서,
Figure 112020014905588-pct00010
. 이 흐름도에서 나열된 송신기들의 인덱스들은 상기 xi 식들에서의 송신기들의 인덱스들에 매칭되지 않으며, 도 21에서의 송신기들의 인덱스에도 매칭되지 않는다는 것이 주의된다.
2502에서, 제 1 진폭 메트릭은 임계치에 대해 비교된다. 2504에서, 제 1 진폭 메트릭이 임계치를 초과하는 경우에: (1) 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분은 터치 입력에 포함되며 (2) 제 1 진폭 메트릭이 터치 입력과 연관된 최대 진폭 메트릭인 경우에, 제 1 진폭 메트릭은 터치 입력과 연관된 힘 값으로서 출력된다. 예를 들어, 도 24에서의 다이어그램(2400)을 참조하자. 식별된 터치 입력은 하나 이상의 갭을 스패닝하거나 또는 이를 포함할 수 있으며, 다른 갭들은 식별된 터치 입력에 포함될 수 있다는 것이 주의된다.
도 26은 제 2 영역의 부분이 아닌 제 1 영역의 부분과 연관된 제 1 진폭 메트릭을 생성하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 26의 프로세스는 도 25에서의 단계 2500에서 사용된다.
2600에서, 제 1 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 1 전파 신호와 연관된 진폭이 부가된다. 예를 들어, T2R2가 부가되는 상기 x3 식으로부터 제 1 항을 참조하자(x3 식에서 송신기/수신기 넘버링은 도 26에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
2602에서, 제 2 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 2 전파 신호와 연관된 진폭이 감해진다. 예를 들어, T3R2가 감산되는 상기 x3 식으로부터 제 2 항을 참조하자(x3 식에서의 송신기/수신기 넘버링은 도 26에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
2604에서, 제 2 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 3 전파 신호와 연관된 진폭이 부가된다. 예를 들어, T3R1이 부가되는 상기 x3 식으로부터 제 3 항을 참조하자(x3 식에서의 송신기/수신기 넘버링은 도 26에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
2606에서, 제 1 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 4 전파 신호와 연관된 진폭이 감산된다. 예를 들어, T2R1이 감사되는 상기 x3 식으로부터 제 4 항을 참조하자(x3 식에서의 송신기/수신기 넘버링은 도 26에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
몇몇 실시예들에서, 스케일링 인자는 상기 부가된/감산된 입력들 또는 항들에 적용된다. 몇몇 다른 실시예들에서, 상이한 갭 위치와 연관된 진폭 메트릭은 조정된다(예컨대, x1과 연관된 진폭 메트릭은 2로 곱하여진다).
도 27은 제 2 영역과 연관된 제 2 진폭 메트릭을 사용하여 터치 입력을 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 프로세스는 도 16의 프로세스에 더하여 수행된다.
2700에서, 제 2 영역과 연관된 제 2 진폭 메트릭은: (1) 제 1 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 1 전파 신호와 연관된 제 1 진폭, (2) 제 2 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 2 전파 신호와 연관된 제 2 진폭, (3) 제 2 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 3 전파 신호와 연관된 제 3 진폭, 및 (4) 제 1 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 4 전파 신호와 연관된 제 4 진폭에 적어도 부분적으로 기초하여 생성된다. 예를 들어, 상기 설명된 x4 식을 참조하자.
2702에서, 제 2 진폭 메트릭은 임계치에 대해 비교된다. 2704에서, 제 2 진폭 메트릭이 임계치를 초과하는 경우에: (1) 제 2 영역은 터치 입력에 포함되며 (2) 제 2 진폭 메트릭이 터치 입력과 연관된 최대 진폭 메트릭인 경우에, 제 2 진폭 메트릭은 터치 입력과 연관된 힘 값으로서 출력된다. 예를 들어, 도 24에서 식별된 터치(2452)를 참조하자. 상기 예에서, x4에 대해 산출된 진폭 메트릭은 식별된 터치(2452)에서 최대가 아님, 따라서 그것은 상기 식별된 터치에 대한 힘 값으로서 출력되지 않을 것이다.
도 28은 제 2 영역과 연관된 제 2 진폭 메트릭을 생성하기 위한 프로세스의 실시예를 예시한 흐름도이다. 몇몇 실시예들에서, 도 27에서의 단계 2700은 도 28의 프로세스를 포함한다. 상기 설명된 바와 같이, 스케일링 인자는 이러한 진폭 메트릭에 적용될 수 있거나 또는 몇몇 다른 진폭 메트릭은 스케일링될 수 있다(예컨대, x1에 대한 진폭 메트릭).
2800에서, 제 2 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 2 전파 신호와 연관된 진폭이 부가된다. 예를 들어, T3R2가 부가되는 상기 x4 식에서 제 1 항을 참조하자(x3 식에서의 송신기/수신기 넘버링은 도 28에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
2802에서, 제 1 송신기로부터 제 2 수신기로의 제 1 전파 신호와 연관된 진폭이 부가된다. 예를 들어, T2R2가 부가되는 상기 x4 식에서 제 2 항을 참조하자(x3 식에서의 송신기/수신기 넘버링은 도 28에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
2804에서, 제 2 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 3 전파 신호와 연관된 진폭이 감산된다. 예를 들어, T3R1이 감산되는 상기 x4 식에서 제 3 항을 참조하자(x3 식에서의 송신기/수신기 넘버링은 도 28에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
2806에서, 제 1 송신기로부터 제 1 수신기로의 제 4 전파 신호와 연관된 진폭이 부가된다. 예를 들어, T2R1이 부가되는 상기 x4 식에서 제 4 항을 참조하자(x3 식에서의 송신기/수신기 넘버링은 도 28에 의해 나열된 것들과 반드시 매칭되는 것은 아니다).
도 29는 터치 및 힘 센서의 실시예를 예시한 블록도이다. 간결성 및 판독 가능성을 위해, 시간-도메인으로부터 주파수-도메인으로(또는 그 반대로) 신호를 변경하기 위한 아날로그-디지털 변환기 및 변압기들과 같은, 몇몇 구성요소들은 여기에서 도시되지 않는다. 다른 것들 중에서, 이들 대표적인 구성요소들은 신호의 진폭이 터치를 검출하고 및/또는 힘의 양을 추정하기 위해 사용되기 전에 수행된 전-처리의 일부를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 도시된 대표적인 블록들은 터치 및 힘 센서 상에서 및/또는 프로세서(예컨대, FPGA, ASIC, 또는 범용 프로세서) 상에서 구현된다.
대역 통과 필터(2900)는 몇몇 대역 통과 범위 밖에 있는 정보를 걸러내기 위해 사용된다. 예를 들어, 송신기는 (예컨대, 캐리어 및/또는 코드) 주파수들의 몇몇 미리 정의된 범위에서의 정보를 송신할 수 있다. 수신기에서, 이러한 범위 밖에 있는 임의의 신호는 잡음 또는 에러의 양을 감소시키기 위해 걸러 내어질 수 있다.
다음으로, 디코딩(2902)이 수행된다. 상기 설명된 바와 같이, 동일한 PRBS의 시간-시프트된 버전들은 상이한 송신기들 및/또는 송신된 신호들 사이에서 직교성을 생성하기 위해 상이한 송신기 인덱스들(예컨대, T1, T2 등)에 의해 사용된다. 이 예에서 디코딩은 송신된 신호와의 상관을 수행하는 것을 포함한다. 도 21에서, 제 2 수신기(2108)에 의해 수신된 신호가 디코딩되면, 상관을 수행하는 것은 4개의 별개의 피크들을 생성할 것이다: 하나는 제 2 송신기(2120)에 대응하며, 또 다른 것은 제 3 송신기(2118)에 대응하는 등.
초음파 신호들을 갖고, 상이한 주파수들은 상이한 속도들로 매체를 통해 이동한다. 따라서, 수신기에서, 보다 높은 주파수들은 보다 느린 주파수들 전에 도착하며, 이것은 수신기에서 "스미어링(smeared)" 신호를 야기한다. 분산 보상기(2904)는 동시에 송신기를 떠나지만 상이한 시간들에 도착하는 상위 주파수들 및 하위 주파수들이 보상 후 다시 동조되도록 이를 보상한다.
피크들(예컨대, 디코딩 및 분산 보상 후)은 특정한 곡선 형태를 갖는 것으로 예상된다. 매칭 필터(2906)는 다시 잡음 또는 에러들을 감소시키기 위해, 이러한 이상적인 곡선 형태 밖에 있는 피크들의 부분들을 걸러낸다.
피크 로케이터(2908)는 신호에서 피크들의 위치를 찾는다. 예를 들어, 4개의 알려진 피크들이 있다면, 신호들에서 피크들의 위치들 또는 오프셋들이 식별될 수 있다. 피크들의 위치들 또는 오프셋들은 그 후 진폭 메트릭 발생기(2910)로 전달되며, 이것은 이들 위치들 또는 오프셋들에서 신호의 절대 값을 취하며 그 후 상기 설명된 바와 같이 각각의 갭에 대한 진폭 메트릭(예컨대, x1, x2, x3 등)을 생성하기 위해 절대 값을 사용한다. 상기 설명된 바와 같이, 진폭 메트릭 발생기(2910)는 진폭 메트릭들을 생성하기 위해 기준 저장 장치(2912)로부터 적절한 진폭 기준들을 입력한다. 기준 저장 장치(2912)에 저장된 진폭 기준들은 적절하다면 업데이트될 수 있다.
진폭 메트릭들(예컨대, x1, x2, x3 등)은 진폭 메트릭 발생기(2910)로부터 기준 비교기(2914)로 전달된다. 기준 비교기는 임계치에 대해 진폭 메트릭들을 비교하며(예컨대, 도 24 참조) 지폭 메트릭(들)이 임계치를 초과할 때/초과하는 경우 터치들을 식별한다. 비교에서 사용된 임계치는 기준 저장 장치(2912)에 저장되며 적절하다면 업데이트될 수 있다. 식별된 터치들 및 대응하는 힘 값들은 기준 비교기(2914)에 의해 출력된다.
앞서 말한 실시예는 이해의 명료함을 위해 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 제공된 세부사항들에 제한되지 않는다. 본 발명을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다. 개시된 실시예들은 예시적이며 제한적이지 않다.
100: 압전 저항 브리지 구조 200, 202: 센서 칩
400: 시스템 402: 센서 브리지 구조
404: 신호 송신기 406: 신호 수신기
410: 신호 프로세서 구성요소 502, 504: 센서 브리지 구조
510: 신호 프로세서 구성요소 512: 수신기
514: 송신기 516: 수신기
702: 전파 신호 매체 704, 706, 708, 710: 송신기
712, 714, 716, 718: 센서 720: 터치 검출기
722: 애플리케이션 시스템 802: 터치 검출기
804: 시스템 클록 806: 마이크로프로세서
808: 인터페이스 810: 제어기
812: 신호 발생기 814: 드라이버
816: 신호 조절기 818: 아날로그-디지털 변환기
820: DSP 엔진 1502: 전파 신호 매체
1504, 1506, 1510, 1513, 1516: 송신기
1505, 1508, 1512, 1514, 1518: 센서
1520: 터치 검출기 1522: 애플리케이션 시스템
1552: 하우징 1554: 플렉스 케이블
1556: 커넥터 1558: 플렉스 케이블
1564: 플렉스 케이블 1702, 1706: 전화기
1708, 1710: 송신기 1712: 수신기
2900: 대역 통과 필터 2906: 매칭 필터
2908: 피크 로케이터 2910: 진폭 메트릭 발생기
2912: 기준 저장 장치 2914: 기준 비교기

Claims (60)

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  21. 시스템에 있어서,
    저항형 브리지 구성으로 구성된 복수의 압전 저항 소자들을 포함하는 물리적 교란 센서로서, 상기 압전 저항 소자들은 동일한 집적 회로 칩에 포함되는, 물리적 교란 센서;
    상기 물리적 교란 센서에 전기적으로 연결되며 상기 집적 회로 칩의 하나 이상의 핀 또는 패드를 통해 상기 저항형 브리지 구성의 압전 저항 소자들로 인코딩 신호를 전송하도록 구성된 신호 송신기; 및
    상기 압전 저항 소자들에 전기적으로 연결되며 상기 집적 회로 칩의 하나 이상의 핀 또는 패드를 통해 상기 물리적 교란 센서로부터 신호를 수신하도록 구성된 신호 수신기로서, 상기 물리적 교란 센서로부터의 수신 신호는 상기 압전 저항 소자들을 포함하는 상기 집적 회로 칩에 가해지는 물리적 교란 스트레인의 측정치를 결정할 때 상기 전송된 인코딩 신호와 상관되는, 상기 신호 수신기를 포함하고;
    동일한 신호 수신기는 동일한 연결 인터페이스를 통해 상이한 저항형 브리지들의 그룹에 전기적으로 연결되나, 상이한 저항형 브리지들의 그룹의 각각의 저항형 브리지는 상이한 신호 송신기에 연결되고, 상기 신호 수신기는 상이한 저항형 브리지들의 그룹 중 해당하는 상이한 저항형 브리지에 의해 각각 영향을 받는 복수의 다르게 인코딩된 구성 요소 신호를 포함하는 결합 신호를 수신하도록 구성되는, 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 인코딩 신호는 50kHz를 넘는 주파수를 갖는, 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 인코딩 신호는 1MHz 미만의 주파수를 갖는, 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 인코딩 신호는 디지털 신호를 사용하여 캐리어 신호를 변조함으로써 생성되는, 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 인코딩 신호는 의사랜덤 이진 시퀀스를 인코딩하는, 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서,
    동일한 신호 송신기는 동일한 연결 인터페이스를 통해 상기 신호 수신기에 연결된 상이한 저항형 브리지들의 그룹과 다른, 상이한 저항형 브리지들의 세트와 전기적으로 연결되는, 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 동일한 신호 송신기와 연결된 상기 저항형 브리지들의 세트의 각각의 저항형 브리지는 상이한 신호 수신기에 연결되는, 시스템.
  28. 제 21 항에 있어서,
    제 2 신호 수신기는 상이한 저항형 브리지들의 세트와 연결되고, 상기 신호 송신기는 상기 상이한 저항형 브리지들의 세트의 하나의 저항형 브리지에만 연결되는, 시스템.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 센서들의 각각의 상기 상이한 신호 송신기는 상이한 인코딩 신호를 상기 복수의 센서들 중 대응하는 센서로 전송하도록 구성되는, 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 상이한 인코딩 신호들은 상이한 신호 위상들과 연관되지만 동일한 의사랜덤 이진 시퀀스를 인코딩하는, 시스템.
  31. 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    인코딩 신호를 저항형 브리지 구성의 압전 저항 소자들을 포함하는 집적 회로 칩 센서의 하나 이상의 핀 또는 패드로 전송하는 단계;
    상기 집적 회로 칩 센서의 하나 이상의 핀 또는 패드를 통해, 상기 센서로부터 신호를 수신하는 단계;
    상기 전송된 인코딩 신호와 상기 수신된 신호를 상관시키는 단계; 및
    상기 상관의 결과에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 압전 저항 소자들을 포함하는 상기 집적 회로 칩에 가해지는 물리적 교란 스트레인의 측정치를 결정하는 단계를 포함하고;
    동일한 신호 수신기는 동일한 연결 인터페이스를 통해 상이한 저항형 브리지들의 그룹에 전기적으로 연결되나, 상이한 저항형 브리지들의 그룹의 각각의 저항형 브리지는 상이한 신호 송신기에 연결되고, 상기 신호 수신기는 상이한 저항형 브리지들의 그룹 중 해당하는 상이한 저항형 브리지에 의해 각각 영향을 받는 복수의 다르게 인코딩된 구성 요소 신호를 포함하는 결합 신호를 수신하도록 구성되는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 센서로부터 상기 신호를 수신하는 단계는 상기 신호를 필터링하는 단계를 포함하는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 신호를 필터링하는 단계는 다음의 필터들: 고역 통과 필터, 저역 통과 필터, 또는 반-앨리어스 필터 중 하나 이상을 적용하는 단계를 포함하는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 전송된 인코딩 신호와 상기 수신된 신호를 상관시키는 단계는 상기 전송된 인코딩 신호의 버전과 상기 수신된 신호의 버전을 교차-상관시키는 단계를 포함하는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 물리적 교란 스트레인의 측정치를 결정하는 단계는 교정 인자에 기초하여 상기 상관의 결과를 수정하는 단계를 포함하는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 물리적 교란 스트레인의 측정치를 결정하는 단계는 상기 상관의 결과의 최대 진폭 값을 결정하는 단계를 포함하는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  37. 제 31 항에 있어서,
    상기 물리적 교란 스트레인의 측정치는 다음: 스트레인, 힘, 압력, 또는 진동 중 하나 이상의 크기 측정치를 포함하는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  38. 제 31 항에 있어서,
    상기 복수의 다르게 인코딩된 구성 요소 신호들의 각각은 상이한 의사랜덤 이진 시퀀스와 연관되는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  39. 제 31 항에 있어서,
    상기 수신된 결합 신호는 복수의 상이한 저항형 브리지들의 각각에 의해 검출된 물리적 교란 스트레인의 측정치를 결정하기 위해 상기 복수의 상이한 저항형 브리지들의 상이한 것들에 대응하는 복수의 상이한 인코딩 신호들의 각각과 상관되는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
  40. 제 31 항에 있어서,
    상기 센서로부터의 수신 신호는 상기 물리적 교란 스트레인의 측정치를 결정하기 위해 사용되는 것 외에 터치 입력의 위치를 검출하는데 이용되는, 물리적 교란의 측정치를 결정하기 위한 방법.
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