KR20070053822A - 진동 감지 터치 입력 장치 - Google Patents

진동 감지 터치 입력 장치 Download PDF

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KR20070053822A
KR20070053822A KR1020077009906A KR20077009906A KR20070053822A KR 20070053822 A KR20070053822 A KR 20070053822A KR 1020077009906 A KR1020077009906 A KR 1020077009906A KR 20077009906 A KR20077009906 A KR 20077009906A KR 20070053822 A KR20070053822 A KR 20070053822A
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KR1020077009906A
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니콜라스 피. 알. 힐
다리우스 엠. 설리반
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은, 터치와 관련된 정보, 이를테면 터치 위치를 결정하기 위해서 표면을 가로질러 터치 도구의 터치 임팩트 및/또는 마찰 움직임에 기인하는 진동들을 이용하는 터치 감지 입력 장치를 제공한다. 본 발명은 또한, 이러한 진동 감지 입력 장치들에서 리프트 오프 이벤트의 검출을 제공한다. 리프트 오프 검출은 터치 판 상에서 지속되는 터치를 나타내는 신호에 대해 모니터하고 이러한 신호에서의 변화를 리프트 오프 이벤트와 연관시킴으로써 달성될 수 있다. 지속되는 터치를 나타내는 신호들은 터치 도구를 통해 터치 판에 연결된 저 주파수 럼블, 지속된 터치의 힘을 받고 있는 터치 판 휘어짐, 및 지속된 터치의 힘을 받고 있는 터치 판 변위를 포함할 수 있다.
진동 감지 터치 센서, 리프트 오프, 터치판, 진동, 터치 위치

Description

진동 감지 터치 입력 장치{VIBRATION SENSING TOUCH INPUT DEVICE}
본 발명은 터치 입력에 관하여 정보를 결정하기 위하여 터치 판에서 전파하는 진동들을 이용하는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
전자 디스플레이들은 생활의 모든 면에서 폭넓게 이용된다. 과거에는 전자 디스플레이의 이용이 데스크톱 컴퓨터 및 노트북 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 애플리케이션에 주로 한정되었지만, 처리 전력이 보다 손쉽게 이용가능해짐에 따라, 이러한 가능성은 다양한 애플리케이션들에 집적되어져 왔다. 예를 들어, 다양한 애플리케이션들, 예를 들자면, 현금 입출금기(teller machine), 게임기, 자동 항법 시스템, 레스토랑 관리 시스템, 식품점 계산대(checkout line), 가스 펌프, 정보 키오스크 및 핸드 헬드(hand-held) 데이터 오거나이저(organizer)에서 전자 디스플레이들을 찾아 보는 것은 이제 일반적이다. 이러한 디스플레이들 및 디바이스들과의 사용자 상호 작용에 있어서, 터치 감지 입력 장치를 제공하는 것이 종종 유용하고 편리하다는 점이 발견된다.
본 발명은 진동 감지 터치 센서 상에서 지속되는 터치의 존재를 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은 상기 터치에 기인하여 터치 판에서 전파하는 진동들을 이용하여 상기 터치 판의 터치 표면에 대한 터치의 위치를 결정하는 단계, 상기 터치 표면 상의 상기 터치의 지속되는 접촉을 나타내는 신호를 검출하는 단계, 및 상기 지속되는 접촉을 나타내는 상기 신호에서의 충분한 변화를 상기 터치 표면으로부터의 터치의 제거와 연관시키는 단계를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 지속되는 접촉을 나타내는 신호는 터치 판의 변위, 터치 판의 굽어짐(flexing), 터치 접촉으로부터 터치 판에 커플링된 저 주파수 진동들 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 터치 판의 터치 표면 상에서 터치 입력에 기인하여 상기 터치 판에서 전파하는 진동들에 응답하여 생성된 신호들로부터 터치 입력 정보를 결정할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하며, 여기서, 입력 장치는 상기 터치 판에 연결되고, 상기 터치 입력이 상기 터치 표면에서 유지되는 동안 신호들을 생성하도록 구성되는 하나 이상의 센서들, 및 상기 터치 입력이 상기 터치 표면으로부터 제거되었는지 여부를 결정하기 위해서 상기 하나 이상의 센서들에 의해 생성된 신호들을 수신하도록 구성되는 전자 장치들(electronics)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 지속되는 터치 입력을 검출하는데 이용되는 센서들은 또한 터치 위치를 결정하는데 이용되는 진동들을 검출하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 터치 위치를 결정하기 위해 사용되는 지속되는 터치 입력과 진동들을 검출하기 위해서 서로 다른 센서들을 이용할 수 있다.
본 발명은 첨부한 도면들과 함께 본 발명의 다양한 실시예들의 다음의 상세 설명을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에서 유용한 진동 감지 터치 입력 장치를 개략적으로 예시한다.
도 2a, 2b 및 2c는 본 발명에 따른 터치 센서의 몇몇 실시예들을 개략적으로 예시한다.
도 3은 변위(displacement) 센서를 통합하는 본 발명에 따른 터치 센서를 개략적으로 예시한다.
도 4는 본 발명의 방법으로 실행될 수 있는 단계들을 예시하는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 진동 감지 터치 입력 장치를 포함하는 디스플레이 시스템을 개략적으로 예시한다.
본 발명은 다양한 변형 및 대체 형태를 따르지만, 그 상세 설명은 도면들에서 예로서 도시되었으며, 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 기술된 특정 실시예들에 한정하도록 의도되지 않는다는 점을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명의 정신 및 범주 내에 들어오는 모든 변형, 동등물 및 대체물을 커버하도록 의도된다.
본 발명은, 터치 판(plate)의 터치 표면 상에서 손가락, 스타일러스(stylus), 또는 다른 터치 도구(implement)의 임팩트(impact) 또는 마찰(frictional) 움직임에 의해 야기되는 진동들에 의해 생성된 신호들로부터 터치 접촉 위치가 결정될 수 있는 진동 감지 터치 센서들에 관한 것이다.
터치 다운(touch-down) 및 터치 접촉의 트레이싱(tracing)을 검출하는 것 외에, 이 터치가 언제 표면에서 제거되는 지를 나타내는 접촉 리프트 오프(lift-off)를 결정하는 것이 이로울 수도 있다. 본 발명에 따라서, 리프트 오프 검출은, 터치 표면 상에서 터치의 지속되는(sustained) 접촉을 나타내는 신호를 모니터링한 후, 지속된 터치의 제거와 연관될 수 있는 신호에서의 변화, 이를테면 신호 레벨에서의 감소(drop off)를 검출함으로써 완성될 수 있다. 예를 들어, 터치 접촉이 유지되는 동안 존재하는 터치 판 상의 터치력(touch force)은 지속된 터치를 나타내는 신호들을 생성할 수 있다. 터치력은, 터치력 하에서 터치 판의 변위(displacement)를 측정하는 기술 및 터치력 하에서 터치 판의 휘어짐(bending) 또는 굽어짐(flexing)을 측정하는 기술을 포함하는 임의의 수의 기술들을 사용하여 측정될 수 있다. 지속되는 터치는 또한 터치 판에서의 상대적으로 낮은 주파수 진동들을 커플링하게 된다. 진동 센서들은 이러한 저 주파수 진동들 또는 럼블(rumble)을 모니터하는데 이용될 수 있으며, 럼블의 존재는 지속된 터치를 나타내며, 후속되는 럼블의 부재는 리프트 오프 이벤트를 나타낸다. 몇몇 실시예들에서, 터치 임팩트 또는 터치의 마찰 움직임으로부터의 진동들을 검출하는데 이용되는 동일한 진동 센서들은 또한 럼블을 검출하는데 이용될 수 있는 한편, 다른 실시예들에서는 하나 이상의 개별 센서들이 럼블을 검출하는데 이용될 수 있다.
터치 입력을 이용하는 시스템에서는, 언제 리프트 오프가 발생하는지를 아는 것이 유용할 수 있다. 예를 들어, 터치 도구가, 기능(function)과 관련되어 디스플레이된 아이콘(icon) 상에 바로 위치되고 관련된 기능이 리프트 오프 중에 실행 되는 경우에는 이 아이콘은 강조(highlight)될 수 있다. 드래그 앤드 드롭(drag and drop) 동작에서는, 리프트 오프가 검출될 때만 드롭 기능을 실행하는 것이 바람직할 수 있다. 많은 애플리케이션들에서, 리프트 오프는 기능의 실행(performance)을 바탕으로 하는 정밀한(delicate) 유저의 액션(action)으로 생각될 수 있다.
리프트 오프는, 접촉을 제거하여 진동들을 신뢰가능하게 검출할 수 없기 때문에 터치 임팩트 또는 마찰 움직임에 의해 야기되는 진동 신호들에 의존하는 터치 시스템에서는 검출이 어려울 수 있다. 이러한 수동(passive) 진동 감지 시스템들은, 검출될 수 있는 방식으로 터치 도구와 상호 작용하는 진동들 또는 초음파들을 전파시키기 위해 변환기(transducer)들을 사용하는 능동(active) 진동 감지 시스템들과 대조될 수 있다. 이러한 시스템들에서는, 터치가 지속되는 한, 직접적으로 측정될 수 있어 리프트 오프 이벤트들의 검출이 간단(straightforward)하다.
예시적인 수동 진동 감지 터치 센서들의 동작은 국제 공개 공보 WO 01/48684 및 WO 03/005292, 유럽 특허 EP 1 240 617 B1, 공통으로 양도된 미국 특허 출원 USSN 10/729,540, USSN 10/750,290, USSN 10/750,291 및 USSN 10/750,502, 미국 특허 출원 US 2003/0066692 및 US 2002/0135570, 및 미국 특허 제5,637,829호에 개시되어 있다. 간략하게, 수동 진동 감지 터치 입력 장치는 다음과 같이 기능할 수 있다. 압전(piezoelectric) 변환기들과 같은 진동 센서들은, 터치 판의 터치 표면 상에서 터치 입력의 임팩트에 의해 야기될 것 같은 진동 주파수들을 적어도 포함하는(encompass) 주파수 범위를 넘어 터치 판에서 굴곡파(bending wave) 진동들을 검 출할 수 있는 방식으로 터치 판에 연결된다. 진동 센서들은 터치 다운 이벤트에 의해 생성된 진동들을 픽업(pick up)하고, 제어기 전자 장치(electronics)에 송신되는 신호들을 생성한다. 판의 입력 표면을 터칭하는 액션은 그의 대역폭 및 진폭이 접촉 물질(손가락, 스타일러스, 장갑, 등), 판의 물질(유리, 아크릴 등), 및 접촉의 세기에 의존하는 에너지의 임펄스(impulse)를 생성한다. 접촉 포인트에서 주어진(imparted) 에너지는, 일반적으로 터치 판의 주변(periphery) 주위의 여러 포인트들(이를테면, 직사각형 판의 코너)에 위치되는 진동 센서들을 향해 전파하며, 디지털화될 수 있는 신호를 생성한다. 제어기 전자 장치들은 터치 임팩트의 위치를 결정하거나, 터치와 관련된 다른 정보, 이를테면 터치의 세기, 터치 도구의 타입, 등을 결정하기 위해서 디지털화된 신호 상에서 연산(calculation)을 행할 수 있다.
수동 진동 감지 터치 입력 장치들은 또한 터치 판의 입력 표면을 가로질러 추적될 터치 도구에 의해 생성되는 진동들을 검출할 수 있다. 터치 도구와 패널의 표면 사이의 마찰 접촉은, 그 대역폭 및 진폭이 다른 여러가지 중에, 터치 도구 및 터치 판의 물질들, 터치 표면의 거칠기(roughness), 이 거칠기가 주기적이거나 랜덤한지 여부, 및 추적의 속도 및 압력에 의존하는 노이즈 유사(like) 신호를 생성할 수 있다. 접촉 포인트에 입력된 에너지는 진동 센서들에 전파되고 그 위치는 터치의 초기 임팩트에서와 거의 같은 방식으로 연산된다.
터치 입력을 나타내는 진동들은 일반적으로 전파 중에 분산(dispersion)되기 쉬운 굴곡파 진동들을 포함하기 때문에, 그렇지 않으면 입력 위치 또는 다른 결정 된 정보에서 오류를 일으킬 수 있는 분산 효과에 대해 보정하는 것이 바람직할 수 있다. 분산 효과에 대해 보정하는 예시적인 방법들은 앞서 확인된 문서 WO 01/48684에 개시되어 있다.
터치 임팩트 및 마찰 터치 움직임의 검출을 강조(underline)하는 원리는 접촉 상태에서의 변화들이 터치 센서에 의해 감지될 수 있는 진동들이라는 것이다. 이것은, 스크린과의 정적(static) 접촉 내의 다른 오브젝트들이 실행에 최소한의 영향을 미친다는 대응하는 이점을 갖는다. 팜 리젝션(palm rejection) 및 오염 물질(contaminant)에 대한 저항성과 같은 특징은 이 특성을 이용한다. 예를 들어, 어떤 사람이 그 또는 그녀의 손을 터치 센서 표면 상에 놓고, 손가락으로 표면을 두드릴 수 있으며, 손가락 두드림(tap) 위치는 손 접촉이 존재함에도 불구하고 결정될 수 있다.
수동 진동 검출 방법들은, 임팩트 또는 마찰 움직임 검출에 이용된 동일한 기술을 사용하여 리프트 오프 이벤트를 검출하는데 어려움이 있을 수 있다. 여러 환경들에서, 터치 접촉의 제거는 터치 도구의 초기 터치 임팩트 또는 마찰 움직임에 기인하는 동일한 크기의 진동 에너지를 주지 않는다. 이와 같이, 리프트 오프 신호들은 검출가능하지 않을 수 있으며, 이러한 역(reverse) 임펄스에 기초한 리프트 오프 검출 방법은 시스템 동작에서만 통합된다는 것을 충분히 신뢰할 수 없을 것이다.
리프트 오프를 검출하기 위해 이용될 수 있는 하나의 방법은, 터치 표면과 접촉하고 있는 터치 도구로부터 터치 판으로 커플링된 저 주파수 신호들에 기초한 다. 이 방법은, 제1 접촉에서의 에너지 입력 이외에, 유저가 터치 표면과의 접촉을 유지하는 동안 검출될 수 있는 저 주파수 노이즈 유사 입력이 일반적으로 존재한다는 관찰에 의존한다. 지속된 터치로부터의 이 노이즈 입력은 일반적으로 0 Hz에서 200 Hz의 주파수 범위에 있으며, 신호 레벨은 주파수가 증가함에 따라 일반적으로 감소한다. 리프트 오프는 지속된 터치로부터 생성된 신호를 모니터링하고 이러한 신호들에서의 변화, 이를테면 감소 또는 신호의 부재를 검출함으로써 등록될 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 접촉에 의해 입력된 정압력(static force)에 직접 관련되는 0 Hz 신호가 모니터될 수 있다. 일반적으로, 터치 도구의 터치 임팩트 또는 마찰 움직임에 기인하는 터치 판에서의 굴곡파 진동들을 검출하는데 이용되는 진동 센서들은, 검출된 정압력에 요구되는 DC 측정보다는 AC 측정에 더욱 적합한다. 예를 들어, 진동 감지에 적합할 수 있는 압전 센서들은 압력(stress)에 응답하여 전하(charge)를 생성하는 용량성 디바이스들이다. 다음으로, 이 전하를 측정용 전압으로 변환하기 위해 통합(integrator) 디바이스가 사용될 수 있으며, 이것은 DC 커플링될 수 없고 여전히 충분한 안전성을 유지할 수 없다. 이와 같이, 용량성 힘 센서, 스트레인 게이지(strain gauge), 플렉스(flex) 센서, 및 압전 센서들과 같은 센서들은 판 변위 및/또는 판 굽어짐과 같이 0 Hz 지속된 터치 신호를 검출하는데 적절하게 이용될 수 있다.
다른 실시예들에서, 저 주파수(0 Hz 이상) 노이즈 유사 신호는 터치 판에 연결된 진동 변환기들을 사용하여 검출될 수 있다. 이들 진동 변환기들은 터치 위치 를 위해 이용되는 동일한 센서들일 수 있으며, 지속된 터치 신호를 모니터하는데 이용되는 하나 이상의 개별 센서들일 수 있다. 지속된 터치를 나타내는 저 주파수 진동들을 모니터하는데 이용되는 센서들은 적어도 5 Hz 내지 200 Hz 범위에서의 진동에 민감하다. 이와 같이, 센서들 및 구동 전자 장치들의 저 주파수 대역폭은 적어도 그 영역에서 신호들을 감지하는데 충분해야 한다. 동작 중에, 제어기에 의해 감지된 저 주파수 에너지의 레벨 증가는 접촉 중에 등록되며, 터치가 유지되는 동안 증가된 레벨로 유지된다. 리프트 오프 이벤트가 발생될 때, 전 주파수 에너지는 더 낮은 레벨로 되돌아 간다.
저 주파수 신호들은 리프트 오프의 신뢰할 수 있는 측정으로 이용될 수 있지만, 이들 신호들의 대역폭으로 인해, 응답 속도가 원하는 속도보다 느려질 수 있다. 늦은 응답 시간은, 변화를 검출하기 위해 관심을 갖는 저 주파수에서 약간의 사이클들을 측정해야 하기 때문이고, 저 주파수 사이클의 파장은 터치 판의 크기 순서 일 수 있다. 이 경우에, 저 주파수 리프트 오프 측정은 역 임펄스를 포함하는 또 다른 리프트 오프 검출 기술과의 조합에 매우 효과적으로 이용될 수 있다. 역 임펄스는 터치 입력을 터치 표면에서 리프트 오프함으로써 야기된 상대적으로 적은 진폭 교란(disturbance)이며, 주어진 사례에서 검출 가능할 수 있거나 검출 가능할 수 없는 상대적으로 적은 진폭 진동들이 될 수 있다. 역 임펄스가 신뢰가능하게 등록될 수 있는 경우는, 종종 자연스러운 손가락 움직임을 갖는 경우일 수 있으므로, 그 때에는 리프트 오프가 빠른 응답 시간을 가지고 등록될 수도 있다. 역 임펄스가 기록되지 않거나 신뢰가능하게 등록되지 않을 수 있는 상황은, 스타일 러스 움직임 및 몇몇 부드러운 손가락 움직임의 경우일 수 있으며, 그 때에는 이것이 더 느린 응답 속도를 희생할 수 있다고 해도, 저 주파수 럼블의 감소를 검출함으로써 리프트 오프가 여전히 신뢰가능하게 기록될 수 있다. 리프트 오프 응답이 초기 터치 위치 결정만큼 빠르다는 것은 일반적으로 덜 중요하다고 알려져 있다. 일반적으로, 유저는 터치 다운 후 바로, 예를 들어, 대략 5 내지 25 마이크로초(microsecond) 내에 디스플레이에서 응답을 보기를 기대한다. 일단 정확한(correct) 터치 위치가 유저에 의해 확인되면, 유저는 리프트 오프에 의해 트리거되는 기능의 실행을 위한 보다 긴 응답 시간을 허용할 것 같다. 실제로, 유저는 리프트 오프를 검출하기 위한 보다 긴 응답 시간이 선택된 기능을 시작(launch)하는 처리 시간의 일부라고 이해할 것 같다.
수동 리프트 오프에 대한 저 주파수 신호들을 감지하기 위해서, 저 주파수 범위에서 진동 센서들의 감도(sensitivity)를 최적화하는 것이 유용할 수 있을 것이다. 이를 위한 하나의 가능한 기술은 터치 판에 수직한 축을 따라 압전 변환기들의 감도를 이용하는 것이다(z-축 감도). 일 실시예에서, 압전 변환기들은 굴곡파의 통과(passage)에 응답하여 터치 판의 표면 상에서 평면내(in-plane) 압력을 감지하도록 설정될 수 있다. 이 모드 외에, 센서들은 (터치 판 표면에 대해 수직인) z 축에서 압축될 때 전압을 생성할 수 있다. 센서들의 저 주파수 감도는 터치 판의 외부 표면과 지지하는 베즐(bezel) 사이에 폼(foam)을 놓음으로써 향상될 수 있다. 센서의 출력 레벨은 일반적으로 터치 판 아래에 놓인 폼의 단단함(stiffness)과 함께 증가한다.
대안으로, z 축 힘으로부터의 저 주파수 진동을 평면내 압력으로 변환(translation)하여, 이들 저 주파수들에서의 피벗(pivot)으로 행동하도록 에지 서스펜션(suspension) 폼을 최적화한다. 평면내 압력은 그 동작의 표준 모드를 이용하는 압전 센서에 의해 감지될 수 있다.
저 주파수들에 대한 시스템의 감도를 증가시키는 하나의 잠재적인 결과는 동적 범위를 감소시킬 수 있다. 시스템의 동적 범위는, 다양한 접촉 타입들(스타일러스, 손가락 등)을 갖는 자연스러운 사용으로 일반적으로 입력된 신호들의 범위 및 터치 세기의 범위를 나타낸다. 가장 큰 신호들은 센서들 중 하나에 인접한 위치에서 스타일러스 또는 다른 하드 오브젝트를 이용한 강한 터치의 결과이다. 가장 적은 신호들은 일반적으로 진동 센서들 중 하나와 멀리 떨어진 가벼운 손가락 터치의 결과이다. 저 주파수 감도를 최대화하는 것은 센서 및 제어기에 의해 등록된 신호의 레벨을 상당히 증가시키는 반면, 터치 위치에 사용된 고주파 신호의 크기는 변화되지 않는다. 그러므로, 시스템은 동일한 범위의 다양한 터치 입력들을 감지하는 경우에 보다 큰 동적 범위로 이득을 얻는다.
감소된 동적 범위에 대한 하나의 가능한 해법은 고 주파수 및 저 주파수 신호들을 분리시키고 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 다른 채널들로 이들을 감지하는 것이다. 저 주파수 신호들은 함께 가산되어 느린 속도(그러므로 저 비용)의 하나의 ADC 채널로 통과될 수 있다. 이 신호들은 또한 고 대역(high pass) 필터링되고 접촉 위치에 대한 4개의 개별 ADC 채널들로 통과된다.
상기 설명은 저 주파수 진동 레벨의 감지 및 접촉이 존재하는 경우에서의 변 화에 포커스가 맞춰진다. 저 주파수 진동들의 레벨을 감지하는 것 외에, 각 센서에서 신호들의 상대적 위상(relative phase)을 측정하는 것이 이로울 수 있다. 이러한 측정은 주파수 응답을 분석하거나, 대안으로 상관 관계(cross-correlation) 또는 코히어런스 함수(coherence function)를 연산함으로써 구현될 수 있다. 상대적 위상에 기초한 방법은, 많은 양의 저 주파수 노이즈가 있는 경우에 유용할 수 있다. 여기서, 접촉의 액션은 백그라운드(background) 진동에 기인하여 패널에 이미 존재하는 파동을 교란시키는 것이고, 차례로 각 센서에서의 픽업 신호의 상대적 크기 및 위상에 영향을 줄 것이다.
유사한 방법은 저 주파수 노이즈의 픽업 신호를 소거(cacel)하는 적응(adaptive) 필터를 설정하는 것이다. 이것은 외부 기준(reference), 이를테면 외부 노이즈 또는 진동을 측정하기 위해 위치되는 가속도계(accelerometer) 또는 마이크로폰(microphone)에 기초하거나, 또는 하나의 센서 신호가 다른 센서로부터의 신호를 소거하는 기준으로 취해지 쌍방식(pair like fashion)으로 구현될 수 있다. 접촉이 존재하는 경우에, 시스템은 전달(transfer) 함수는 소거(cancellation) 필터의 효과를 감소시킨다. 소거 신호는 이후에 리프트 오프의 표시자(indicator)로서 사용될 수 있다.
본 발명은 도 1에서 개략적으로 도시한 진동 감지 터치 입력 장치(100)를 사용하여 구현될 수 있다. 진동 감지 터치 입력 장치(100)는 터치 판(120)에 연결된 진동 센서들(130A-130D), 및 신호선들(140A-140D)을 통해 진동 센서들로부터 신호들을 수신하도록 적응된 제어기 전자 장치(150)를 포함한다. 진동 센서들(130A- 130D)은 터치 판 상에서 터치 도구의 접촉 또는 마찰 움직임에 기인하여 터치 판에서 전파하는 진동들을 검출하도록 적응된다. 감지된 진동들은, 터치 입력의 위치를 결정하도록 제어기에 의해 이용될 수 있는 신호들로 변환되며, 예를 들어, WO 01/48684에 기술되어 있다.
예시를 위해서, 도 1은 직사각형 터치 판의 각 코너에 하나씩 4개의 진동 센서들을 나타내지만, 더 적거나 더 많은 진동 센서들이 사용될 수 있고, 이들이 여러 다른 배열(arrangement)로 위치될 수 있다. 디스플레이가 터치 판을 통해 보여질 수 있도록 터치 판이 디스플레이 전체에 이용되도록 의도되는 경우에는, 시야 밖의 진동 센서들의 배치(placement), 예를 들어 터치 판의 코너 또는 에지 부근의 배치를 원할 수도 있다. 검출된 진동들이 일반적으로 벌크(bulk) 진동들(터치 판 표면으로 한정되지 않음)을 포함하기 때문에, 진동 센서들은 터치 판의 상부(터치) 면 또는 터치 판의 후면 상에 장착될 수 있다.
진동 센서들은 터치 판에서 전파하는 진동들을 검출할 수 있는 임의의 센서일 수 있다. 압전 물질들은 예시적인 진동 센서들을 제공할 수 있다. 진동 센서들(130A-130D)은 임의의 적절한 수단, 예를 들어 접착제, 솔더(solder) 또는 다른 적절한 재료를 사용함으로써 터치 판(120)에 결합(bond)될 수 있으며, 달성된 기계적 결합이 충분하기만 하면 터치 판에서 전파하는 진동들은 진동 센서들에 의해 검출될 수 있다. 예시적인 진동 센서들 및 진동 센서 배열은, 함께 양도된 미국 특허 출원 USSN 10/440,650 및 USSN 10/739,471에 개시되어 있다.
터치 판(120)은 감지되는 진동들을 지원할 수 있는 임의의 물질일 수 있다. 바람직하게, 터치 판(120)은 강성(rigid) 판이며, 유리, 플라스틱(폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 등), 나무, 보드지(cardboard), 금속 등과 같은 임의의 적합한 물질일 수 있다. 터치 판은 가시 광을 투과할 수 있으며, 애플리케이션에 의존하지 않을 수 있다. 디플레이된 이미지가 터치 센서를 통해 보여질 것이라면, 가시 광을 적어도 어느 정도 투과하는 것이 바람직하다. 터치 센서가 터치 판을 통해 보여질 수 있는 디스플레이와 함께 사용될 수 있던지 아니던지, 터치 판은 또한 (영구적이거나, 제거 가능하게, 라미네이트되거나 그렇지 않게 부착되어, 터치 판에 대략 가깝게 위치되고, 터치 판의 위 또는 아래에 위치되는) 스태틱 그래픽스(static graphics)를 통합시킬 수 있다. 터치 판은 또한 여기에 투영(project)되는 이미지를 갖도록 구성될 수 있다. 터치 판은 또한, 유저가 표면을 가로질러 손가락 또는 다른 터치 도구를 드래그함에 따라 검출가능한 진동을 생성하는 데 도움을 줄 수 있는 거칠어진(roughened) 전면을 통합할 수 있다.
진동 감지 입력 장치들은 또한 터치 판을 그 주변(surrounding)과 음향적으로(acoustically) 분리시키는 것을 돕는 진동 댐핑(damping) 물질(도 1에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 판이 외부 진동들과 실질적으로 분리되도록 및/또는 터치 판에서 전파하는 진동들이 반사를 줄이기 위해서 에지들에서 흡수되도록 시스템 내에 터치 판을 장착하는 것이 바람직할 수 있다. 예시적인 음향 장벽(barrier) 물질들은 다양한 형태의 폼(foam) 테이프들, 이를 테면 아크릴(acrylic) 폼 테이프, 통상 명칭(trade designation) 3M 4956 및 3M 5962 하에서 3M 컴패니에 의해 판매되는 것과 같은 양면 접착 테이프, 우레탄(urethane) 폼 테이프, 통상 명칭 3M 4314 하에서 3M 컴패니에 의해 판매되는 것과 같은 단일 코팅 테이프, 등을 포함할 수 있다. 적합할 수 있는 다른 물질들은 다양한 우레탄 및 실리콘들이며, 점탄성(viscoelastic) 물질도 진동 댐핑 애플리케이션에 유용하다.
터치 판에서의 터치 도구 접촉 및 마찰 움직임에 기인하는 진동들을 감지하는 것 외에, 진동 감지 터치 입력 장치(100)의 하나 이상의 진동 센서들(130A-130D)은 본 발명의 몇몇 실시예들에서 지속된 터치를 나타내는 신호들을 검출하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 진동 센서들(130A-130D)은 지속되는 터치 동안 터치 판에 커플링된 저 주파수 럼블에 대한 모니터에 이용될 수 있다. 이 경우에는, 대략 200 Hz 이하의 주파수들에 민감한 적어도 하나의 진동 센서를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 예로서, 하나 이상의 진동 센서들(130A-130D)은 지속된 터치의 영향 하에서 터치 판의 휘어짐에 대한 모니터에 이용될 수 있다. 이 경우에는, 정적 판 휘어짐에 의해 야기되는 표면 장력에 민감한 방향으로 방향 맞춰지고, 충분히 긴 적어도 하나의 진동 센서를 채용하는 것이 바람직하다.
몇몇 실시예들에서는, 터치 위치 검출을 위해 이용되는 진동 센서들 외에, 하나 이상의 센서들이 지속되는 터치들을 검출하기 위해서 사용되어 질 수 있다. 도 2a-2c는 몇몇 한정하지 않는 예제들을 개략적으로 나타낸다.
도 2a에서, 진동 감지 입력 장치(200A)는 터치 판(210A), 터치 접촉들 및/또는 마찰 움직임에 기인한 진동들을 검출하기 위해 터치 판의 코너에 위치한 진동 센서들(220A), 및 터치 판의 측면들 중 하나에 따라 위치된 저 주파수 럼블 검출기(230A)를 포함한다. 럼블 검출기(230A)는 특히 저 주파수 진동에 민감한 임의의 진동 감지 디바이스일 수 있다. 럼블 검출기는 터치 판의 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다. 추가 럼블 검출기들도 또한 사용될 수 있다.
도 2b에서, 진동 감지 입력 장치(200B)는 터치 판(210B), 터치 접촉들 및/또는 마찰 움직임에 기인한 진동들을 검출하기 위해 터치 판의 코너에 위치한 진동 센서들(220B), 및 터치 판의 각각의 에지들을 따라 위치된 판 휘어짐 센서들(230B)을 포함한다. 판 휘어짐 센서들(230B)는 지속된 터치의 영향 하에서 발생하는 정적 판 휘어짐을 검출하는데 적응될 수 있다. 판 휘어짐 센서들(230B)는 스트레인 게이지, 또는 상대적으로 긴 파장에 민감한 연장된 압전 변환기들과 같은 적절한 디바이스들일 수 있다. 도 2b는 4개의 판 휘어짐 센서들을 나타내지만, 더 적거나 더 많은 센서들이 사용될 수 있고, 임의의 적절한 방식으로 배열되고 방향 맞춰질 수 있음은 이해된다. 도시된 바와 같은 다중 판 휘어짐 센서들은 터치 판을 가로질러 더 많은 터치 위치들에 대한 지속된 터치들에 기인하여 판 휘어짐에 대한 감도의 증가를 허용할 수 있다. 터치 판(210B)은 이러한 두께를 가지며, 통상의 지속된 터치력들로 센서들(230B)에 의한 검출에 충분하게 판이 휘어지도록 장착되는 것이 바람직하다.
도 2c에서, 진동 감지 입력 장치(200C)는 터치 판(210C), 터치 접촉들 및/또는 마찰 움직임에 기인한 진동들을 검출하기 위해 터치 판의 코너에 위치한 진동 센서들(220C), 및 터치 판의 각각의 에지를 따라 위치한 판 변위 센서들(230C)을 포함한다. 판 변위 센서들(230C)은 지속된 터치에 의해 인가된 힘을 받고 있는 터치 판(210C)의 변위를 검출하는데 적응될 수 있다. 적절한 변위 센서의 일례가 도 3에 도시된다. 도 2c는 4개의 판 변위 센서들을 나타내지만, 더 적거나 더 많은 변위 센서들이 사용될 수 있고, 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있음은 이해된다. 도시된 바와 같은 다중 판 변위 센서들을 이용하는 것은 터치 판을 가로질러 더 많은 터치 위치들에서 지속된 터치력들에 대한 감도의 증가를 허용할 수 있다. 터치 판(210C)은 통상의 지속된 터치력들로 판 변위들이 검출될 수 있게 되는 것이 바람직하다.
도 3은 터치 판(310), 진동 센서들(320A 및 320B), 및 판 변위 센서(330)를 포함하는 입력 장치(300)의 일부의 측단면도이다. 변위 센서(330)는 터치 판(310)의 하부면에 장착된 상부 도전성 판(332)과, 그 위치가 터치 판에 대하여 고정된 지지면(support surface)(340)에 장착된 하부 도전성 판(334)을 포함하며, 상부 도전성 판(332)은 터치력 하에서 이동 가능하다. 도전성 판들(332 및 334)은 그 용량성이 모니터되고 터치 판의 변위에 연관될 수 있는 가변 커패시터의 판일 수 있다. 터치력들을 측정하기 위한 예시적인 변위 센서들은 가변 커패시터 힘 센서들을 포함하며, 이들에 대해서는 국제 공개 공보 WO 02/084244 및 WO 02/084578에 개시되어 있으며, 각각은 본 문서에 전체적으로 통합된다. 이러한 힘 센서들은 터치 위치를 결정하기 위해서 이용될 수 있으며, 또한 지속된 터치의 존재 및 후속되는 부재를 결정하는데 있어서 본 발명에 유용할 수 있다.
도 4는 수동 진동 감지 터치 입력 장치들에서 터치의 리프트 오프를 검출하 기 위해 본 발명에 따라 취해질 수 있는 단계들을 나타내는 플로우차트이다. 일반적으로, 터치는 먼저 터치 위치를 결정하기 위해서 제어기에 의해 이용될 수 있는 진동들을 검출함으로써 검출된다. 일단 터치 이벤트가 확인되면, 시스템은 지속된 터치를 나타내는 신호를 검출할 수 있다. 지속된 터치가 없는 짧은 기간 터치 임팩트의 경우에(예를 들어, 유지되지 않는 두드림 및 리프트 오프), 지속된 터치 신호들의 부재는 어떠한 지속된 터치도 유지되지 않았음을 정확히 해석하는데 이용될 수 있다. 일단 지속된 터치를 나타내는 신호들이 검출된다면, 시스템은 리프트 오프를 반드시 나타내지 않지만, 그럼에도 불구하고, 지속되는 터치 신호가 지속적으로 또는 주기적으로 갱신될 수 있도록 모니터하는데 유용한 지속된 터치 신호에서의 변화에 대해 선택적으로 모니터할 수 있다. 이런 식으로, 지속된 터치 신호의 부재를 결정하는 임계치는 또한 갱신될 수 있다. 예를 들어, 지속된 터치 신호가 샘플링됨에 따라, 각각의 새로운 샘플은 마지막 샘플과 크기가 비교될 수 있으며, 새로운 신호가 마지막 신호와 비교하여 특정 양 이하로 떨어지면(예를 들어, 이전에 검출된 신호의 10% 이하), 신호에서의 감소는 리프트 오프에 연관될 수 있다. 일단 신호 변화가 리프트 오프 이벤트에 연관된다고 생각된다면, 리프트 오프가 등록될 수 있다.
도 5는, 센서부(510), 제어기 전자 장치(520), 및 디스플레이(530)를 포함하는 시스템에 통합된 진동 감지 입력 장치를 개략적으로 나타낸다. 센서부(510)는 터치 판, 진동 센서들(도시되지 않음) 및 지속된 터치 센서들(도시되지 않음)을 포함한다. 센서부의 진동 및 지속된 터치 센서들은, 터치 이벤트와 관련된 정보, 이 를테면, 터치 위치, 리프트 오프 이벤트의 발생 등을 결정하기 위해 신호들을 이용하는 제어기 전자 장치들(520)과 전기적으로 통신한다. 시스템(500)에서, 센서부(510)는, 예를 들어, 디스플레이가 센서부를 통해 보여질 수 있도록 디스플레이 소자(530)를 전체적으로 배치하여 도시된다. 디스플레이 소자(530)는 음극관, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전자 발광 디스플레이 등과 같은 변경 가능한 디스플레이일 수 있다. 디스플레이 소자(530)는 또한 정적 정보 또는 이미지들, 이를테면, 그래픽을 단독으로 또는 변경가능한 디스플레이와 결합하여 포함한다.
본 발명은 전술한 특정 예제들에 한정되어 고려되지 않아야 하며, 오히려 첨부한 특허청구범위에 명료하게 제시된 바와 같이 본 발명의 모든 양상들을 커버하도록 이해되어야 한다. 다양한 변경들, 동등한 처리들은 물론, 본 발명이 적용될 수 있는 많은 구조들은 인스턴트 명세서를 검토하면서 본 발명이 지시되는 분야의 숙련된 자들에게 손쉽게 자명해질 것이다.

Claims (16)

  1. 진동 감지 터치 센서 상에 지속된(sustained) 터치의 존재를 검출하는 방법으로서,
    터치에 기인하여 터치 판에서 전파하는 진동들을 이용하여 상기 터치 판의 터치 표면에 대한 상기 터치의 위치를 결정하는 단계,
    상기 터치 표면 상의 상기 터치의 지속되는 접촉을 나타내는 신호를 검출하는 단계, 및
    상기 지속되는 접촉을 나타내는 상기 신호에서의 충분한 변화를 상기 터치 표면으로부터의 터치의 제거와 연관시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 상기 터치가 먼저 검출되는 때로부터 상기 터치의 제거가 결정될 때까지 상기 지속되는 접촉을 나타내는 상기 신호에서의 변화에 대해 모니터하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 변화가 검출되는 때에 상기 지속되는 접촉을 나타내는 상기 신호에 대한 기준선(baseline) 신호 레벨을 갱신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지속되는 접촉을 나타내는 상기 신호에서의 상기 충분 한 변화는 상기 신호 레벨에서의 임계 퍼센트 감소(drop off)를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 터치의 지속되는 접촉을 나타내는 신호를 검출하는 단계는 상기 터치 판의 변위(displacement)를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 터치의 지속되는 접촉을 나타내는 신호를 검출하는 단계는 상기 터치 판의 굽어짐(flexing)을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 터치의 지속되는 접촉을 나타내는 신호를 검출하는 단계는, 상기 지속되는 접촉에 의해 상기 터치 판 내에 커플링되는 저 주파수 럼블(rumble)을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 터치의 제거는, 상기 진동 감지 터치 센서를 입력 장치로서 이용하는 시스템에서 기능(function)의 실행(performance)을 트리거하는 리프트 오프(lift-off)로서 등록되는 방법.
  9. 터치 판의 터치 표면 상에서의 터치 입력에 기인하여 상기 터치 판에서 전파하는 진동들에 응답하여 생성된 신호들로부터 터치 입력 정보를 결정할 수 있는 터치 입력 장치로서,
    상기 터치 판에 연결되고, 상기 터치 입력이 상기 터치 표면에서 유지되는 동안 신호들을 생성하도록 구성되는 하나 이상의 센서들, 및
    상기 하나 이상의 센서들에 의해 생성된 신호들을 수신하여 상기 터치 입력이 상기 터치 표면으로부터 제거되었는지 여부를 결정하도록 구성되는 전자 장치들(electronics)
    을 포함하는 터치 입력 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 상기 터치 판의 변위에 응답하여 신호들을 생성하도록 구성되는 터치 입력 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 가변 커패시터 힘 센서들을 포함하는 터치 입력 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 상기 터치 판의 굽어짐에 응답하여 신호들을 생성하도록 구성되는 터치 입력 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 압전 변환기(piezoelectric transducer)들을 포함하는 터치 입력 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 상기 터치 입력으로부터 상기 터치 판에 커플링된 저 주파수 럼블에 응답하여 신호들을 생성하도록 구성되는 터 치 입력 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 상기 터치 입력에 의해 상기 터치 판에서 전파하는 진동들을 검출하고, 터치 위치를 결정하기 위해 이용될 수 있는 신호들을 생성하도록 구성되는 터치 입력 장치.
  16. 제9항에 있어서, 하나 이상의 센서들과 분리되어, 상기 터치 판에 연결되고, 상기 터치 입력에 기인하여 상기 터치 판에서 전파하는 진동들을 검출하도록 구성되며, 터치 위치를 결정하기 위해 이용될 수 있는 신호들을 생성하는 하나 이상의 진동 감지 장치들을 더 포함하는 터치 입력 장치.
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