KR20070116870A - 터치 스크린 디스플레이와 상호작용하는 다수의 객체들의위치, 크기 및 모양을 검출하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

터치 스크린 디스플레이와 상호작용하는 다수의 객체들의위치, 크기 및 모양을 검출하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20070116870A
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샌더 비.에프. 반 데 비데벤
타티아나 에이. 라쉬나
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

터치 스크린(10)의 터치 센서 경계들 내의 평면 상에 위치된 객체 또는 다수의 객체들의 위치, 크기, 및 모양을 검출하기 위한 시스템, 방법 및 장치가 개시된다.
터치 스크린, 광 송신기, 광 신호, 동작 주기, 교정 데이터

Description

터치 스크린 디스플레이와 상호작용하는 다수의 객체들의 위치, 크기 및 모양을 검출하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING THE LOCATION, SIZE AND SHAPE OF MULTIPLE OBJECTS THAT INTERACT WITH A TOUCH SCREEN DISPLAY}
본 발명은 포괄적으로 터치 스크린 디스플레이들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 터치 스크린 디스플레이와 상호작용하는 다수의 객체들의 위치, 크기 및 모양을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
터치 스크린들은 보통 컴퓨터로 구동되는 시스템들에 대한 인간과 기계의 인터페이스를 제공하기 위한 포인팅 센서들로서 이용된다. 전형적으로, 광학 터치 스크린에 대해, 복수의 적외선 광학 방사체들(즉, 송신기들) 및 검출기들(즉, 수신기들)이 복수의 교차하는 광 경로들을 생성하기 위하여 디스플레이 스크린의 외연 주위에 구성된다. 유저가 디스플레이 스크린을 터치하면, 유저의 손가락은 수직으로 구성된 송신기/수신기 쌍들 중 어떤 것들의 광학 전송을 차단한다. 차단된 쌍들의 아이덴티티(identity)에 기초하여, 터치 스크린 시스템은 차단(단일 포인트 접촉) 위치를 결정할 수 있다. 이러한 스크린으로, 특정한 선택물이 디스플레이되어 있는 스크린의 영역을 터치함으로써 그 선택물이 유저에 의해 선택될 수 있고, 이는 메뉴 옵션 또는 버튼일 수 있다. 이 수직의 광 빔들의 이용은, 널리 이용되고 있지만, 객체의 모양 및 크기를 효과적으로 검출할 수 없다. 또한 수직의 광 빔들의 이용은 복수의 객체들 또는 복수의 터치 포인트들을 검출할 수도 없다.
따라서, 그것은 다수의 터치 포인트들을 검출할 수 있는 것에 덧붙여, 객체의 모양 및 크기를 결정할 수 있는 것이 터치 스크린 응용들에 바람직 할 것이다. 이들 응용들은 또한 하나 이상의 객체들의 투명성 및 반사성을 결정하는 능력으로부터 이익을 얻을 것이다.
본 발명은 터치 스크린 디스플레이의 터치 센서 경계들 내의 평면 상에 위치된 하나 이상의 객체들의 위치, 크기, 및 모양을 검출하기 위한 방법들 및 장치를 제공한다. 또한, 객체 또는 다수 객체의 반사성 및 투명성을 검출하기 위한 방법들이 제공된다.
본 발명의 양상에 따르면, 터치 스크린의 터치 센서 경계들 내의 평면 상에 위치된 객체 또는 다수의 객체들의 위치, 크기, 및 모양을 검출하기 위한 장치가, 일 실시예에 따라, 터치 스크린의 외연에 교번하는 패턴으로 배열된 복수의 광 송신기들(N) 및 센서들(M)을 포함한다.
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 객체 또는 다수의 객체들의 위치, 모양, 및 크기를 검출하는 방법에 있어서, (a) 터치 스크린 디스플레이의 외연을 따라 배열된 상기 (N개의) 광 송신기들(Li) 각각에 대한 교정 데이터를 구하는 단계; (b) 상기 (N개의) 광 송신기들(Li) 각각에 대한 비-교정 데이터를 구하는 단계; (c) 상기 (a) 및 (b) 단계에서 산출된 상기 교정 데이터 및 비-교정 데이터를 이용하여 상기 터치 스크린 디스플레이의 평면에 위치된 적어도 하나의 객체의 N개의 최소 영역 평가들을 산출하는 단계; (d) 상기 적어도 하나의 객체의 토탈 최소 객체 영역을 유도하기 위하여 상기 N개의 최소 영역 평가들을 조합하는 단계; (e) 상기 (a) 및 (b) 단계들에서 산출된 상기 교정 데이터 및 비-교정 데이터를 이용하여 상기 적어도 하나의 객체의 (N개의) 최대 영역 평가들을 산출하는 단계; (f) 상기 적어도 하나의 객체의 토탈 최대 객체 영역을 유도하기 위하여 상기 N개의 최대 영역 평가들을 조합하는 단계; 및 (g) 상기 적어도 하나의 객체의 경계 영역을 유도하기 위하여 상기 토탈 최소 및 최대 객체 영역들을 조합하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라, 광 송신기들 및 수신기들이 근접한 개별적인 평행한 평면들에 위치될 수 있다. 이런 실시예에서, 광 송신기들 및 수신기들의 밀도가 실질적으로 증가되어, 적어도 하나의 객체의 위치, 모양, 크기를 결정하는데 증가된 분해능 및 정밀도를 제공할 수 있다.
일 양상에 따라, 특정 유형의 광-센서들이 특정 객체들의 반사성 또는 역으로 투과성을 검출하기 위한 능력을 제공하기 위하여 이용될 수 있고, 이에 따라 객체를 구성하는 물질의 광학적 특성들에 관한 추가적인 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 광 투과, 반사, 흡수의 검출된 차이들에 기초하여, 터치 스크린은 전자 보드 게임에 이용된 폰(pawn), 스타일러스 또는 사람의 손들을 구별할 수 있다.
본 발명의 전술한 특징들이 첨부된 도면들과 관련하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명을 참조하여 더욱 용이하게 분명해지고 이해될 것이다.
도1 및 도2는 교정 모드(calibration mode) 동안 제1 및 제2 광원들이 스위칭되는 시점에서 터치 스크린 디스플레이의 스냅사진을 도시한다;
도3 및 도4는 동작 모드 동안 제1 및 제2 광원들이 스위칭되는 시점에서 터치 스크린 디스플레이의 스냅사진을 도시한다;
도5는 교정 및 비-교전 데이터를 이용하여 최소 및 최대 영역 평가가 어떻게 수행되고 있는지를 보여주는 스냅사진을 도시한다;
도6~9는 객체의 전체 경계 영역을 결정하기 위하여 최소 및 최대 영역 평가들이 결합되는 방식을 도시한다;
도10은 두 원형 객체들이 존재할 때 제1 코너 광원(L0)의 턴온 시간 동안, 동작 모드에서 터치 스크린 디스플레이(10)의 스냅사진을 도시한다;
도11은 두 원형 객체들이 존재할 때 제2 코너 광원(L1)의 턴온 시간 동안, 동작 모드에서 터치 스크린 디스플레이(10)의 스냅사진을 도시한다;
도12는 최소 및 최대 영역 평가들이 "최적화된" 방법에 대해 어떻게 교정되는지를 도시한다;
도13~15는 한 객체의 광 반사, 흡수 및 전송의 측정을 도시하는 터치 스크린 디스플레이의 스냅사진을 도시한다;
도16은 본 발명의 실시예에 따라, 타원 모양을 갖는 터치 스크린을 도시한다;
도17~21은 터치 스크린 상의 객체 위치에서의 차이가 객체 위치, 모양, 크기 검출 정확도에 어떻게 충격을 줄 수 있는지를 도시한다; 및
도22~25는 상이한 각도의 위치들이 광 송신기에 대해 선택되는 실시예를 도시한다.
다음 상세한 설명이 실례의 목적으로 많은 특정적인 것들을 포함하지만, 당업자는 다음 설명에 대한 많은 변경 및 변형이 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 다음 본 발명의 바람직한 실시예는 청구된 발명의 일반원칙을 손상시키지 않고 및 한정하지 않는 방식으로 설명된다.
본 명세서에서, 본 발명은 터치 스크린(즉, 터치 검출 기능이 내장된 디스플레이)과 관련하여 기술되고 설명되지만, 본 발명은 디스플레이 스크린의 사용을 필요로 하지 않는다. 오히려, 본 발명은 디스플레이 스크린을 포함하지 않는 독립형 구성에서 이용될 수 있다.
본 명세서에서 '터치 스크린'이란 용어의 이용은 디스플레이 스크린을 이용한 또는 이용하지 않은 동작 모드들 또는 XY 구현예들, 어플리케이션들과 같은 모든 다른 것들을 뜻하도록 의도된 것이라는 것을 또한 이해해야 한다. 또한, 본 발명은 오직 적외선 광 송신기를 이용한 것에 국한되는 것이 아니라는 것을 이해해야만 한다. 어떤 종류의 광원도, 가시 또는 비-가시든지, 적절한 검출기들과 조합하여 이용될 수 있다. 가시 광을 발산하는 광 송신기들을 이용하면, 몇몇 경우들에서 추가적인 장점을 얻을 수 있는데, 왜냐하면 그것은 터치 스크린 내에 위치된 객체에 시각적 피드백을 제공하기 때문이다. 그러한 경우에서 시각적 피드백은 객체 자체로부터 종결되는 송신기로부터의 광이다.
이하에서 설명되는 바와 같이, 광 송신기들의 스위칭 순서는 의도하는 어플리케이션에 따라 상이한 실시예들에서 다를 수 있다.
본 발명의 검출 방법의 장점들은, 이에 국한되는 것은 아니나, 예컨대 단일 및/또는 다수의 유저들에 속한 손가락 또는 손가락들, 손 또는 손들을 포함하는 다수의 객체들을 동시 검출하는 것을 포함하고, 이에 의해 본 발명이 새로운 터치 스크린 어플리케이션에 덧붙여 종래의 터치 스크린 어플리케이션들에 적용될 수 있도록 한다. 종래에는 달성될 수 없지만, 손들 및/또는 객체들을 검출하는 능력은 유저들이 단일 유저 동작에서의 크기, 모양, 및 거리와 같은 정보를 입력 가능하도록 한다.
터치 스크린 상의 다수의 객체들, 손들 및/또는 손가락들을 동시에 검출하는 능력은 다수의 유저들이 터치 스크린 디스플레이와 동시에 상호작용할 수 있도록 하거나, 또는 단일 유저가 두 손으로 터치 스크린 디스플레이와 동시에 상호작용할 수 있도록 한다.
나머지 상세한 설명은 다음과 같은 방식으로 조직되어 있다.
우선, 적외선 광학 터치 스크린 디스플레이와 상호작용하는 하나 이상의 객체들의 크기, 모양, 및 위치를 검출하는 방법에 관한 상세한 설명이 제공된다. 설명은 어떻게 교정이 수행되고, 비-교정 모드에서 객체 경계 영역의 교정이 최소 및 최대 경계 영역 평가들을 계산하는 동작을 포함하는 비-교정 모드에서 어떻게 수행되는지를 설명하는 예를 포함한다.
둘째, 객체 인식을 수행하기 위한 기술들에 대한 자세한 설명이 제공된다.
셋째, 상이한 스위칭 방식에 대한 자세한 설명이 제공된다.
넷째, 에너지 절전 또는 유휴 모드에 대한 자세한 설명이 제공된다.
다섯째, 객체들 광학 속성들에 기초하여 객체들을 식별하는 것에 대한 자세한 설명이 제공된다.
여섯째, 다양한 스크린 모양들 및 구성들에 대한 자세한 설명이 제공된다.
일곱번째, 터치 스크린 상의 객체 위치의 차이가 객체 위치, 모양, 및 크기 검출 정확도에 어떻게 충격을 줄 수 있는지에 대한 자세한 설명이 제공된다.
여덟번째, 광 송신기들에 대해 선택될 수 있는 다른 각도의 위치들에 대한 자세한 설명이 제공된다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 다른 적외선 광학 터치 스크린 디스플레이(10) 를 도시한다. 터치 스크린 디스플레이(10)는 램프들, LED들 등으로 구현될 수 있는 N개의 광 송신기들(N=16, L0~L15)과, M개의 센서들(M=12, S0~S11, 즉, 광 검출기들)을 그 외연 상에 포함한다. 교번적인 패턴으로(예컨대, L0, S1, L1, S2,....L15,S11) 광 송신기들 및 센서들이 배열된다. 광 송신기들 및 센서들의 구성 및 수는 상이한 실시예들에서 변할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예로서, 객체의 위치, 모양, 및 크기를 검출하기 위한 방법이 도1에 도시된 적외선 광학 터치 스크린 디스플레이 장치에 따라 설명된다.
설명될 방법은 일반적으로 두 단계, 교정 단계 및 동작 단계로 구성된다.
교정 단계( Calibration Stage )
교정은 교정 데이터를 수집하기 위해 수행된다. 교정 데이터는 각각의 광 송신기의 턴-온 시간 동안 터치 스크린 디스플레이(10)의 외연 상에 위치된 각각의 광 송신기들로부터 송신되는 광 빔을 검출하는 센서들에 대응하는 센서 식별 정보를 포함한다. 여기에서, 턴-온 시간은 스위칭된 온 상태에서 각각의 광 송신기로부터 광이 발산되는 시간으로서 정의된다. 의미있는 교정 데이터를 얻기 위하여, 교정 모드에서 그들 각각의 턴-온 시간들 동안 어떠한 객체들(예컨대, 손가락들, 스타일러스 등)도 광 빔들의 전송과 상호동작하지 않을 것이 요구된다.
교정단계 동안, 각각의 광 송신기가 그 각각의 턴-온 시간 동안 온 상태로 스위칭되기 때문에, 전달되는 광 빔은 터치 스크린 디스플레이(10)의 외연 상에 위 치된 센서들(S0~S11) 중 어떤 것에 의해 검출될 것이고, 어떤 다른 센서들에 의해 검출되지 않을 것이다. 각각의 광 송신기(L0~L15)에 대해, 각각의 광 송신기의 광 빔을 검출하는 센서들(S0~S11)의 식별정보가 교정 데이터로 기록된다.
도1의 광학 터치 스크린 디스플레이(10)에 대해 수집된 교정 데이터를 설명하는 예가 아래 표1에 도시되어 있다. 도시된 교정 데이터는 복수의 연속적인 기록 항목들로 기록되어 있다. 각각의 기록 항목은 3개의 열들로 구성된다: 터치 스크린의 외연 상에 위치된 광 송신기들 중 하나(Li)의 식별정보를 설명하는 제1 열, 각각의 턴-온 시간 동안 대응하는 광 송신기에 의해 조명되는 (즉, 광 빔을 검출하는) 센서들을 설명하는 제2 열, 및 각각의 턴-온 시간 동안 대응하는 광원에 의해 조명되지 않는 센서들을 나타내는 제3 열. 제3 열의 데이터는 제2 열의 데이터의 추론으로 제2 열의 데이터로부터 유도될 수 있다는 것을 주의한다. 예를 들어, 비-조명된 센서들(제3 열)은 원래의 센서 집합{S0,S1,...S11} 및 조명된 센서들(제2 열) 사이의 차로서 유도될 수 있다.
표1의 제1 기록 항목을 참조하면, 교정 단계 동안, 조명하는 광 송신기(L0)의 턴-온 시간 동안, 센서들(S5~S11)이 조명되고, 센서들(S0~S4)은 조명되지 않는 것을 알 수 있다.
[표 1 (교정 데이터)]
조명하는 광 송신기 조명된 센서들 조명되지 않은 센서들
L0 S5-S11 S0-S4
L1 S4-S11 S0-S3
L2 S4-S11 S0-S3
L3 S4-S11 S0-S3
L4 S4-S10 S11-S3
L5 S6-S3 S4-S5
L6 S6-S3 S4-S5
L7 S6-S3 S4-S5
L8 S11-S5 S6-S10
L9 S10-S5 S6-S9
L10 S10-S5 S6-S9
L11 S10-S5 S6-S9
L12 S10-S4 S6-S9
L13 S0-S9 S10-S11
L14 S0-S9 S10-S11
L15 S0-S9 S10-S11
교정이 이하에서 설명된다. 교정의 시작 단계에서, 터치 스크린 디스플레이(10)의 외연 상에 위치된 광 송신기들(L0~L15) 각각이 오프 상태로 스위칭된다. 그 다음, 광 송신기들(L0~L15) 각각이 미리-결정된 턴-온 시간 동안 온 및 오프 스위칭된다. 예를 들어, 광 송신기(L0)가 미리-결정된 턴-온 시간 동안 먼저 온 상태로 스위칭되고, 그 동안 교정 데이터가 수집된다. 광 송신기(L0)가 턴 오프된다. 다음, 광 송신기(L1)가 미리-결정된 턴-온 시간 동안 먼저 온 상태로 스위칭되고, 교정 데이터가 수집된다. 광 송신기(L1)가 턴 오프된다. 이 프로세스가 터치 스크린 외연의 나머지 광 송신기들, 예컨대 L2~L15에 대해 유사한 방식으로 계속되고, 그 말미에 교정 종료를 구성한다.
교정 순서로 각각의 광 송신기(L0~L15)가 턴-온되기 때문에, 특징적인 2차원 공간 분포를 갖는 광의 빔이 터치 스크린 디스플레이(10)의 평면으로 송신된다. 이용하기 위해 선택된 특정 송신기 소스에 따라, 발산된 광 빔의 공간 분포는 상이한 각도 폭을 가질 것이다. 특정한 각도 폭의 광 빔을 갖는 광 송신기를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 의도된 어플리케이션으로부터 결정될 수 있다. 즉, 특정한 어플리케이션에서 검출할, 상당한 폭을 갖는 객체들이 특히 클 것으로 예기된다면, 객체 자체보다 더 넓은 공간 분포를 갖는 광 송신기들이 그 어플리케이션에 대해 더욱 적절하다.
도1 및 도2는 교정 동안 각각의 턴-온 시간들 동안, 각각 제1 및 제2 광 송신기들(L0 및 L1)에 의해 전송되는 광 빔들의 스냅사진들에 대응한다. 도1은 각각의 턴-온 시간 동안 광 송신기(L0)로부터 송신되는 광 빔의 스냅사진에 대응하고, 도2는 각각의 턴-온 시간 동안 광 송신기(L1)로부터 송신되는 광 빔의 스냅사진에 대응한다.
이제, 광 송신기(L0)의 턴-온 시간 동안 터치 스크린 디스플레이(10)의 스냅사진을 설명하는 도1을 참조한다. 도시된 바와 같이, 광 송신기(L0)는 터치 스크린 평면에 조사된 영역을 정의하는 2차원 공간 분포를 갖는 뚜렷이 구별되는 광 빔을 비춘다. 설명의 편의를 위해, 광 송신기(L0)에 의해 조명되는 영역은 3개의 구성 지역들을 포함하는 것으로 간주되고, 이는 각각 조명된 지역 (IR-1),(IR-2) 및 (IR-3)이라 부른다.
제2 조명된 지역(IR-2)을 참조하면, 이 지역은 터치 스크린의 평면에서 광 송신기(L0)로부터의 광 빔을 검출할 수 있는 최외곽 센서들(S5 및 S11)에 의해 경계가 지어지는 것으로 정의된다. 조명된 지역들(IR-1 및 IR-3) 또한 터치 스크린의 평면의 조명된 지역 내에 있지만, 그것들은 광 송신기(L0)로부터의 광 빔을 검출할 수 있는 최외곽 센서들(S5 및 S11)의 검출 지역 외부에 위치하기 때문에 개별적으로 분류되었다. 최외곽 센서 검출 정보 예컨대, 센서 범위(S5~S11)는 교정 데이터의 일부(상기 표1의 제1 행 항목, "최외곽의 조명된 센서들"을 참조)로서 기록된다. 전술된 바와 같이, 교정 데이터는 예컨대, 검출 정보에 대한 추론으로서 센서 범위(S0~S4)에 의해 정의되는, 광원(L0)으로부터의 광을 검출하지 못하는 센서들의 식별정보를 추가적으로 포함할 수 있다.
광원(L0)에 대한 교정 데이터를 기록한 후, 그것의 턴-온 시간의 말미에 오프 상태로 스위칭 되고, 차례로 다음 광원(L1)이 그 각각의 턴-온 시간 동안 온 상태로 스위칭 된다.
도2는 교정 동안 차례로 다음 광원(L1)이 온 상태로 스위칭되는 시점에 터치 스크린 디스플레이(10)의 스냅사진을 도시한 것이다. 도2에 도시된 바와 같이, 광원(L1)은 뚜렷이 구별되는 적용범위(coverage) 패턴을 갖는 뚜렷이 구별되는 광원을 터치 스크린 디스플레이(10)의 외연에 그 위치에 기초되는 관심의 평면에 비춘다. 설명의 편의를 위해, 광원(L1)에 의해 조사되는 영역은 광원(L0)에 대해 전술된 바와 같이 유사한 3개의 공간 지역들, IR-1, IR-2, 및 IR-3을 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
제2 공간 지역(IR-2)을 참조하면, 이 지역은 터치 스크린의 평면에서 광 송신기(L1)로부터의 광 빔을 검출할 수 있는 최외곽 센서들(S4 및 S11)에 의해 경계가 지어지는 것으로 정의된다. 지역들(IR-1 및 IR-3) 또한 터치 스크린의 평면의 조명된 지역 내에 있지만, 그것들은 광 송신기(L1)로부터의 광 빔을 검출할 수 있는 최외곽 센서들(S4 및 S11)의 검출 지역 외부에 위치한다. 이 센서 검출 정보는 교정 데이터의 일부(상기 표1의 제2 행 항목에 도시된 바와 같이)로서 기록된다. 전술된 바와 같이, 교정 데이터는 광 송신기(L1)로부터 송신되는 광을 검출하지 못하는 센서들의 식별정보, 즉 센서 범위 S0-S3를 추가적으로 포함할 수 있다.
전술한 방식으로 광 송신기들(L0 및 L1)로부터의 센서 정보를 기록한 후, 교정 프로세스는 터치 스크린 외연에 위치된 나머지 광 송신기들(L2-L15) 각각에 대해 유사한 방식으로 계속된다.
이후에서 설명되는 바와 같이, 교정 데이터는 동작 단계 동안 얻어지는 비-교정 데이터와 함께, 터치 스크린 디스플레이(10)와 상호동작하는 하나 이상의 객체들의 위치, 모양 및 크기를 검출하는데 이용된다.
동작 단계( Operational Stage )
교정이 종료된 후, 터치 스크린 디스플레이(10)는 터치 스크린 디스플레이(10)와 상호동작하는 하나 이상의 객체들의 위치, 모양, 및 크기를 검출하기 위해 언제라도 이용될 수 있다.
본 예시적인 실시예에 다르면, 터치 스크린 디스플레이(10)와 상호동작하는 하나 이상의 객체들의 위치, 모양, 및 크기를 검출하는 것이 다수의 동작 주기들 동안 연속적으로 수행된다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 광 송신기(L1~L15) 각각은 복수의 동작 주기들 동안 반복되는 단일의 동작 주기를 구성하는 미리 결정된 순서로 조명한다.
교정에 대해 앞서 설명된 것과 유사하게, 동작 단계에서 동작의 단일 주기는 미리-결정된 턴-온 시간 동안 턴온되는 광원(L0)으로 시작한다. L0가 턴 오프된 후, 광원(L1)이 미리 결정된 턴온 시간 동안 턴온된다. 이 프로세스는 각각의 광 송신기에 대해 유사한 방식으로 계속되고, 마지막 광 송신기(L15)에서 차례로 종료된다.
도3 및 도4는 현재 설명되는 예시적인 실시예에 대해, 동작 모드에서의 한 동작 사이클의 두 단계들을 도시한다. 도3 및 도4는 하나의 원형 객체(16)가 존재 할 때, 광 송신기들(L0,L1)로부터 송신되는 광 빔의 스냅사진을 도시한다. 단일의 원형 객체(16)가 간략히 동작 단계를 설명하기 위해 선택된다.
도3은 원형 객체의 존재시 광 송신기(L0)의 턴온 시간 동안 동작 모드에서 터치 스크린 디스플레이(10)의 스냅사진을 도시한다. 각각의 동작 주기에서, 광 송신기(L0)의 턴온 시간 동안, 광 송신기는 2차원 적용범위 패턴을 갖는 뚜렷이 구별되는 광 빔을 터치 스크린 디스플레이(10)의 평면에 비춘다.
설명을 위해, 광 송신기(L0)의 광 분포 패턴이 2개의 지역들, Y1이란 라벨이 붙은 제1 조명된 지역 및 X1이란 라벨이 붙은 제2 조명되지 않은(그림자) 영역을 포함하는 것으로 간주된다.
조명된 지역(Y1)은 광 송신기(L0)에 의해 조명될 때 원형 객체(16)에 의해 생기는 그림자에 속하지 않는 영역으로 정의된다. 조명되지 않은(그림자) 지역(X1)은 광 송신기(L0)에 의해 조명될 때 원형 객체(16)에 의해 생기는 그림자에 속하는 영역을 말한다. 조명되지 않는(그림자) 지역(X1)은 광원(L0)의 턴온 시간 동안 광이 없는 것을 검출하는, 터치 스크린 디스플레이(10) 상의 센서들(S6 및 S7)을 포함한다. 이 센서 정보는 도3에 도시된 바와 같은 원형 객체(16)의 현 위치의 현재 동작 주기에 대한 비-교정 데이터의 일부로 기록된다.
단일의 동작 주기에서, 그 각각의 턴온 시간의 말미에서 광원(L0)이 턴오프된 후, 차례로 다음 광원(L1)이 그것의 미리-결정된 턴-온 시간 동안 턴온된다. 이것은 도4에 도시되어 있고, 이하에서 설명된다.
도4를 참조하면, 광 송신기(L1)는 터치 스크린 디스플레이(10) 상에 2차원의 적용범위 패턴을 갖는 뚜렷하게 구별되는 광 빔을 비춘다. 설명을 위해, 광 송신기(L1)의 광 분포 패턴이 2개의 지역들, Y2란 라벨이 붙은 제1 조명된 지역 및 X2이란 라벨이 붙은 제2 조명되지 않은(그림자) 영역을 포함하는 것으로 간주된다. 조명된 지역(Y2)은 광 송신기(L1)에 의해 조명될 때 원형 객체(16)에 의해 생기는 그림자에 속하지 않는 영역으로 정의된다. 조명되지 않은(그림자) 지역(X2)은 광 송신기(L1)에 의해 조명될 때 원형 객체(16)에 의해 생기는 그림자에 속하는 영역을 말한다. 조명된 지역(Y2)은 센서(S10)를 제외한 모든 센서들을 포함한다. 조명되지 않은(그림자) 지역(X2)은 광 송신기(L1)의 턴온 시간 동안 광의 부존재를 검출하는, 터치 스크린 디스플레이(10) 상의 유일한 센서(S10)를 포함한다. 이 센서 정보는 도4에 도시된 바와 같은 원형 객체(16)의 현 위치의 현재 동작 주기에 대한 비-교정 데이터의 일부로 기록된다.
광 송신기들(L0 및 L1)에 대해 앞서 설명된 프로세스는, 동작 모드에서, 동작의 현재 주기에서 나머지 광 송신기들(L2~L15) 각각에 대해 앞서 설명된 방식으로 계속된다.
아래 표2는 실례 방식으로, 본 예시적인 실시예에 대해, 원형 객체의 존재시 단일 동작 주기 동안 기록된, 광원들(L0~L2)에 대한 비-교정 데이터를 도시한다. 설명의 편의를 위해, 표2는 단일의 동작 주기 동안 16개의 센서들 중 3개에 대한 비- 교정 데이터를 도시한다.
[표 2 (비-교정 데이터)]
조명하는 광원 조명된 센서들 조명되지 않은 센서들
L0 S5 & (S8~S11) (S0~S4) & (S6~S7)
L1 (S4~S9) & S11 (S1~S3) & S10
L2 (S4~S11) (S2~S3) & (S0~S1)
:
:
:
L15
앞서 오직 하나의 동작 조기가 동작 모드에 대해 설명되었으나, 동작 모드는 다수의 동작 주기들을 포함하는 것이 이해되어야 한다. 다수의 주기들이 스크린 상의 객체의 위치, 크기, 및 모양의 변화들을 검출하는 것이 요구되고, 또한 이미 존재하는 객체들의 제거 또는 새로운 객체들의 추가를 검출할 것이 요구된다.
최소 및 최대 영역 평가들( Minimum and Maximum Area Estimates)
동작 모드에서 동작의 각 주기 동안, 최소 및 최대 영역 평가가 검출된 객체들에 대해 수행된다. 평가들은 객체 경계 영역을 검출할 때 이후의 호출을 위해 데이터 저장소에 저장된다.
최소 및 최대 영역 평가들은 터치 스크린의 외연에 위치된 각각의 광 송신기(N)에 대해 수행된다. 본 예시적인 실시예에서, N=16개의 최소 영역 평가들이 수행되고, N=16개의 최대 영역 평가들이 각각의 동작 주기에서 수행된다.
하나의 동작 주기를 종료하는 대로, 최소 및 최대 영역 평가들이 데이터 저장소로부터 복구되고, 터치 스크린의 평면 내에서 각각의 검출된 객체에 대한 객체 경계 영역을 결정하기 위하여, 이하에서 설명될 방식으로 조합된다.
단일의 동작 주기 동안의 제1 및 제2 광 송신기들(L0 및 L1)에 대한 최소 및 최대 영역 평가의 계산이 이제 도5를 참조하여 설명된다.
광원( L 0 )에 대한 최소 및 최대 영역 평가들
이제 도5를 참조하면, 광 송신기(L0)에 대한 최소 및 최대 영역 평가들의 유도가 도시되어 있다. 최소 및 최대 영역 평가를 계산하기 위하여, 이전에 수집된 교정 데이터 및 비-교정 데이터가 계산시 돕기 위하여 이용된다.
광 송신기(L0)에 대한 교정 데이터는 조명된 센서들(S5~S11)의 범위로 구해졌다는 것을 상기한다. 이 센서 범위는 교정 동안 광 송신기(L0)로부터의 광의 존재를 검출할 수 있는 센서들(표1의 제1 열에 도시된 바와 같이)을 구성한다.
원형 객체(16)의 존재시 광 송신기(L0)에 대한 비-교정 데이터는 (도3 및 표2에 도시된 바와 같이) 광의 부재를 검출하는 센서 범위들 (S0~S4)&(S6~S7)인 것으로 구해졌다는 것을 상기한다.
다음, 교정 데이터 및 비-교정데이터의 비교가 수행된다. 분명히, 센서들(S6~S7)이 비-교정 모드 동안 광의 부재를 검출하는 것을 알고, 교정 동안 센서들(S5~S11)이 조명된다는 것을 알기 때문에, 객체(16)에 의해 생기는 그림자가 결정될 수 있다. 이것은 이제 도5를 참조하여 설명된다.
도5는 원형 객체(16)가 광원(L0) 및 센서(S6) 사이의 광 경로(그어진 선(P5) 을 참조)를 차단하는 것과, 또한 광 송신기(L0) 및 센서(S7) 사이의 광 경로(그어진 선(P6)을 참조)를 차단하고 있는 것이 보이는 것을 도시한다. 도5는 또한, 객체(16)는 광 송신기(L0) 및 센서들(S5(선 P1) 및 S8(선 P2)) 사이의 광 경로를 차단하지 않는 것을 보여준다. 교정 데이터 및 비-교정 데이터로부터 파생되는 이 정보는 표3에 요약되어 있고, 객체(16)에 대한 최소 및 최대 영역 평가들을 결정하는데 이용된다.
[표 3]
경 로 광 경로(차단됨/차단되지 않음)
L0 에서 센서(S5)로의 경로 차단되지 않음(라인 P1 참조)
L0 에서 센서(S6)로의 경로 차단됨 (라인 P5 참조)
L0 에서 센서(S7)로의 경로 차단됨 (라인 P6 참조)
L0 에서 센서(S8)로의 경로 차단되지 않음 (라인 P2 참조)
상기 표3에 요약된 정보에 기초하여, 최소 영역 평가가 다음과 같이 결정될 수 있다. 원형 객체(16)는 광원(L0) 및 센서들(S6(선 P5) 및 S7(선 P6)) 사이의 광 경로를 차단한다. 따라서, 광원(L0)의 턴온 시간 동안의, MIN이라는 라벨이 붙은, 객체(16)의 최소 영역 평가가, 점들{L0,S7,S6}에 의해 정의되고 라인들(P5,P6)에 의해 정의되는 두 측면들을 갖는 도5에 도시된 삼각형에 의해 정의된다.
객체(16)의 최소 영역 평가 = 삼각형 {L0,S7,S6}
삼각형{L0,S7,S6}은 각각의 센서들(S7,S8) 사이의 거리 및 각각의 센서들(S6,S5) 사이의 거리에 의해 도입되는 불확실성이 주어진 최선의 최소 영역 평가를 나타낸다.
상기 표3을 이용하여, MAX라는 라벨이 붙은, 광 송신기(L0)에 대한 객체(16)의 최대 영역 평가가 유사한 방식으로 정의될 수 있다. 표3으로부터의 정보를 이용하여, 최대 영역 평가는 점들{L0,S5,C2,S8}에 의해 규정된다. 이 영역은 센서들(S6~S7)에 의해 검출된 그림자 영역에 인접한 센서들(S5,S8)을 포함함으로써 유도된다. 여기에서 S5 및 S8 사이의 선이 스크린의 경계를 따라야 하기 때문에, 영역이 모서리(C2)를 포함한다는 것을 주의해야만 한다.
객체(16)의 L0에 대한 최대 영역 평가 = {L0,S5,C2,S8}에 의해 경계가 그어지는 영역
각각의 센서들(S6 및 S5) 사이의 거리 및 각각의 센서들(S7 및 S8) 사이의 거리에 의해 도입되는 불확실성에 기인하여, 객체(16)는 각각 센서들(S5 및 S8)에 대응하는 선들(P1 및 P2) 사이의 영역을 덮고 있을 수 있다고 가정하는 것이 합리적이다.
최소 및 최대 영역 평가들이, 일단 결정되면, 동작의 현재 주기 동안 각각의 광 송신기에 대한 데이터 저장소에 저장된다. 나머지 광 송신기들(L2~L15)에 각각에 대한 최소 및 최대 영역을 결정하는 프로세스는 유사한 방식으로 계속된다. 또한, 최소 및 최대 영역의 결과들이 예를 들어, 최소 및 최대 영역 꼭지점들의 기하학적 좌표 또는 영역 단면들에 대응하는 라인들의 좌표들과 같은 기하학적 좌표들로서, 데이터 저장소에 저장된다.
하나의 완전한 동작 주기 후에, 이하에서 설명되는 바와 같이, 저장된 최소 및 최대 영역 평가들이 데이터 저장소로부터 복구되고, 객체(16)의 객체 경계 영역을 결정하기 위해 결합된다.
객체 경계 영역 산출( Object Boundary Area Calculation )
최소 및 최대 영역 평가 결과들이 객체 경계 영역을 결정하기 위해 결합되는 방법이 일 실시예에 따라 이하와 같이 수행될 수 있다.
N개의 광 송신기들(Li, 예컨대 L0~L15) 각각에 대한 최대 영역 평가들이, 하나의 동작 주기에 걸쳐, 최대 영역 결과(A Total max)를 유도하기 위하여 이하의 수식(1)에 도시된 바와 같이 수학적 교집합을 통해 결합된다. 면을 갖지 않는 영역들(예컨대, 빈 영역들 또는 선들)은 A Total max의 산출로부터 배제된다는 것을 주의한다.
Figure 112007072608150-PCT00001
N개의 광 송신기들(Li, 예컨대 L0~L15) 각각에 대한 최소 영역 평가들이, 하나의 동작 주기에 걸쳐, 최소 영역 결과(A Total min)를 유도하기 위해 이하의 수식(2)에 도시된 바와 같이 수학적 교집합을 통해 유사하게 결합된다.
면을 갖지 않는 영역들(예컨대, 빈 영역들 또는 선들)은 A Total min의 산출로부터 배제된다는 것을 주의한다.
Figure 112007072608150-PCT00002
수식(2)에 도시된 바와 같이, A Total max 및 A Total min를 산출한 후, 최소 영역이 완전히 최대 영역 안에 있다는 것을 보장하기 위하여 최소 영역 결과 A Total min가 최대 영역 결과 A Total max와 수학적 교집합을 통해 결합된다. 즉, 산출된 최대 영역의 경계 외부에 있는 최소 영역의 어떤 부분이든지 무시될 것이다. 이것은 모든 스냅사진들이 최소 및 최대 영역 산출들을 위한 충분한 입력을 유발하는 것은 아니기 때문에 일어날 수 있고, 최소 영역의 일부가 최대 영역의 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 특정한 광 송신기에 대한 최대 영역 평가가 오직 2개의 센서들에 의해 경 계가 그어지는 연속촬영 사진으로 귀착되는 경우, 최소 영역은 비어 있을 것이다. 따라서, 특정한 광 송신기는 최대 영역 산출에 대한 입력을 생성할 것이다. 상당히 작은 객체가 터치 스크린에 이용된다면, 상대적으로 많은 검출 결과가 이 범주 즉, 총 최대 영역 산출에 대한 입력을 생성하나 총 최소 영역 산출에 대한 입력을 생성하지 않는 범주 안에 들어올 것이다. 이것은 합리적으로 정의된 총 최대 영역과, 오직 수개의 최소 영역들의 교집합인 서투르게 정의된 총 최소 영역으로 귀착될 것이다.
이 문제를 보충하기 위해, 총 최소 영역이 총 최대 영역 내에 포함될 것이 요구되는데, 왜냐하면 객체가 총 최대 영역 외부에 있을 수 없다는 것이 알려져 있기 때문이다.
A Total max 및 A Total min는 폐집합의 정의 하에 있는 수개의 부분 영역을 포함할 수 있으며, 이는 및 는 존재하는 수개의 객체들이 있다는 것을 표시한다. 폐집합들은 인터넷 http://mathworld.wolfram.com/GeometricCentroid.html에서 볼 수 있는 Wolfram Web Resource-MathWorld에 실린 Eric W. Weisstein의 "폐집합(Closed Set)" 에 더욱 상세히 설명되어 있다.
다른 자원들은 Geometry New York에 실린 Croft,H.T.; Falconer,K.J.; 및 Guy,R.K.의 Unsolved Problems, Springer-Verlag p.2,1991, 및 Krantz,S.G.의 Handbook of Complex Variables Boston, MA: Birkhauser,p.3.1999를 포함한다.
영역 A Total min는 수개의 부분 영역(sub area)들 A Total min j로 다음과 같은 방식 으로 나뉠 수 있고,
Figure 112007072608150-PCT00003
따라서 모든 A Total min j는 특정한 객체에 대응하는 폐집합이다.
영역 A Total max는 수개의 부분 영역(sub area)들 A Total max j로 다음과 같은 방식으로 나뉠 수 있고,
Figure 112007072608150-PCT00004
따라서 모든 A Total max j는 특정한 객체에 대응하는 폐집합이다.
객체(j)의 모양이라 불리는, 단일 객체(j)의 총 경계 A Total j(4)는 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112007072608150-PCT00005
여기에서, F는 A Total j를 구하는 함수 또는 방법이다. A Total j를 구하는 하나의 가능성을 이하에서 상세히 설명한다.
객체(16)의 실제 경계를 근사화하기 위하여 A Total maxj 및 A Total minj를 결합하기 위한 방법을 설명하는 도6을 참조한다.
객체(16)의 실제 경계를 근사화하기 위하여, 우리는 II라는 라벨이 붙은 최소 영역의 무게 중심을 결정함으로써 시작한다. 객체의 무게 중심을 결정하기 위한 방법이, 인터넷 http://mathworld.wolfram.com/GeometricCentroid.html에서 볼 수 있는 Wolfram Web Resource-MathWorld에 실린 Eric W. Weisstein의 "폐집합(Closed Set)" 에 더욱 상세히 설명되어 있다. 최소 영역(II)의 무게 중심을 결정하기 위한 다른 수단들이 Kern,W.F. 및 Bland,J.R.의 "Center of Gravity." §39 in Solid Mensuration with Proofs, 2판, New York: Wiley, 페이지 110, 1948, 및 McLean,W.G. 및 Nelson,E.W.의 "First Moments and Centroids." Ch.9 in "Schaum's Outline of Theory and Problems of Engineering Mechanics: Statics and Dynamics", 4판, New York: McGraw-Hill pp.134-162, 1988을 포함한다.
이제 도7을 참조하면, 앞서 무게 중심(61)을 구했기 때문에, 다수의 선들이 그것으로부터 그려진다. 각각의 선이 최대 영역(I)의 경계 및 최소 영역(II)의 경계와 교차할 것이다. 예를 들어, 선(L1)은 최소 영역(II)과 그 경계에서 점(P2)을 통해 교차하고, 또한 최대 영역(I)과 그 경계에서 점(P1)을 통해 교차한다.
이제 도8을 참조하면, 점들(P1 및 P2)은 동일한 길이의 선분들 S1 및 S2로 그 중점(62)에서 두 갈래로 나누어진 선분(45)에 의해 연결되는 것으로 보인다. 이 프로세스는 각각의 선에 대해 반복된다. 선분들(55)은 인접하는 선분들의 모든 중점들을 연결하도록 그려진다.
도9는 인접하는 선분들의 중점들 모두를 연결한 결과로 형성되는, 경계 가장자리(105)로 정의되는, 경계 영역을 도시한다. 이 경계 영역은 근본적으로 객체의 근사화된 경계를 형성한다.
택일적인 실시예에서, 도시된 바와 같이 선분들(45)의 중점을 대신하여 분할 점(62)을 구하기 위하여 다른 비율들을 취하여 근사화된 객체 경계를 유도하는 것이 가능하다. 이 비유들은 예컨대 5:95, 30:70 등일 수 있다. 이 비율들은 의도하는 어플리케이션에 따라 정의될 수 있다.
각각의 객체(j)에 대해 유도될 수 있는 다른 변수들은 객체의 면적, 위치 및 모양을 포함할 수 있다:
● 면적j=
Figure 112007072608150-PCT00006
● 위치j= A Total j의 무게 중심
예를 들어, 객체 또는 경계 박스(bounding box)의 상부 좌측 모서리와 같은, 객체의 무게 중심 외의 참조 점들이 유도될 수 있다.
● 모양j= A Total j
검출되고 있는 모양은, 그러한 것이 있다면, 객체의 내부 구멍들(cavities)을 포함하는 스크린 상의 객체의 볼록한 외피 모양이라는 것을 주의한다.
객체의 경계, 면적, 위치, 및 모양을 산출하는 것에 덧붙여, 객체의 크기를 산출하는 것이 또한 가능하다. 객체의 크기는 상이한 기하학적 모습들에 대해 다양한 방식으로 산출될 수 있다. 그러나, 임의의 기하학적 모습들에 대해서도, x 및 y 두 축들을 따른 기하학적인 모습의 최대 크기, 즉 Maxx 및 Maxy가 결정될 수 있다. 대부분의 경우들에서, 검출된 기하학적 모습은 다각형이며, 이 경우, Maxx는 x축을 따라 취해지는 결과적인 다각형의 최대 횡단면으로 정의될 수 있고, Maxy는 y축을 따라 취해지는 동일한 다각형의 최대 횡단면으로 정의될 수 있다.
객체의 크기를 결정하는 다른 방법은 다수의 공동 기하학적 모양들에 대한 크기의 고유 정의를 제공함으로써 이다. 예를 들어, 원의 크기를 그 직경으로 정의하고, 정방형의 크기를 그 측면들 중 하나의 길이로 정의하고, 사각형의 크기를 그 길이 및 폭으로 정의한다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 객체의 크기 및/또는 모양에 기초하여 하나 이상의 객체들의 검출을 위한 기술들을 제공한다. 따라서, 상이한 크기들 및/또는 모양들의 객체들을 이용하는 어플리케이션들에 대해 본 발명은 객체들의 검출된 크기 및/또는 모양에 기초하여 객체 인식을 수행하는 추가적인 능력을 제공한다.
객체 인식을 수행하기 위한 기술들은 학습 모드를 이용하는 것을 포함한다. 이 학습 모드에서, 유저는 터치 스크린의 표면 위치에 객체를 한번에 하나씩 위치시킨다. 터치 스크린의 표면에 위치된 객체의 모양은 학습 모드에서 검출되고, 모양 및 크기를 포함하는 객체 변수들이 기록된다. 그 다음, 동작 모드에서, 객체가 검출될 때마다, 그 모양 및 크기가 분석되어, 어플리케이션에 의해 정의된 허용 편차 델타에서 그것이 학습된 객체들 중 하나의 크기 및 모양과 일치하는지를 결정한다. 비교가 정합으로 귀결된다면, 객체는 성공적으로 식별될 수 있다. 객체 인식의 예들은 터치 스크린 상에 위치될 때, 유저 손의 인식 또는 상이한 모양의 보드 게임의 폰들(pawns)의 인식을 포함한다.
삼각형, 사각형 등의 표준적인 모양들에 대해, 표준 모양 변수들이 제어 소프트웨어에 제공될 수 있어, 유사한 모양 객체 형태가 검출될 때 시스템에 의해 그와 같은 것으로 인식될 수 있다.
스위칭 방법
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 상이한 스위칭 방법들이 광 송신기들을 온 및 오프로 스위칭하기 위하여 고안되었다. 몇몇 예시적인 스위칭 방법들이 이하에서 설명된다. 그러나, 설명된 방법들이 단지 예시적인 것이라는 것에 주의한다. 예리한 독자는 이하에 설명된 방법의 여러 변형들이 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
A.- 평이한 스위칭 방법( Pain switching scheme )
평이한 스위칭 방법은 이미 예시적인 실시예들과 함께 앞서 설명되었다. "평이한" 스위칭 방법에 따라, 각각의 광 송신기(예컨대, L1~L15)가 터치 스크린(10)(도3~5)의 외연 주변에서 차례로 턴온 및 턴오프되면서 동작의 단일 주기를 구성한다. 차례는 임의의 광 송신기로부터 시작될 수 있다. 또한, 시작되면, 차례는 시계방향 또는 반 시계방향으로 진행될 수 있다.
B.- 최적화된 스위칭 방법( Optimized switching scheme )
대부분의 경우들에서 동작 단계 초기에서 스크린 상에 존재하는 객체들에 관한 대부분의 정보를 재생하는 생산하는 또다른 스위칭 방법이 본 명세서에서 '최적화된' 스위칭 방법으로 부른다. 이 방법에 따라, 광 송신기들 중 어떤 것들이 터치 스크린의 모서리들에 독특하게 위치되고, 터치 스크린의 중간으로 지향된다. 이것은 모서리 광 송신기가 전체 터치 스크린을 모두 비추고, 따라서 최대 정보를 제공하므로 바람직한 위치선정 및 지향이다. 비교로, 비-모서리 광원들은 오직 터치 스크린의 일부만을 조명하며, 이에 의해 터치 스크린의 오직 일부에 대한 정보를 제공하게 된다. 본 발명자들은, 대부분의 정보를 생산할 것으로 생각되는 광원들(즉, 모서리 광원들)이 우선 이용된다면, 더 많은 정보가 검출 프로세스의 초기 단계에서 가용하게 될 것이라는 것을 인식했다. 이것은 중간 결과들의 분석을 가능하게 하고, 이것은 나머지 광 송신기들을 온 및 오프로 스위칭하기 위한 이후의 스위칭을 적응하는데 이용된다. 결과적으로, 전략적으로 선택된 송신기들로 충분한 정보를 얻을 수 있기 때문에, 검출 결과가 모든 광 송신기들을 온 및 오프로 스위칭해야 할 필요없이 적은 단계들로 더 빠르게 완료될 수 있는 경우가 있을 수 있다. 이것에 의해 더 빠른 응답 및/또는 에너지 절약의 효과를 얻을 수 있다.
도10은 두 개의 원형 객체들(20 및 21)이 있을 때, 제1 모서리 광원(L0)의 턴온 시간 동안 동작 모드에서 터치 스크린 디스플레이(10)의 스냅사진을 도시한다. 도시된 바와 같이, 터치 스크린(10)의 각각의 모서리에 위치한 광 송신기들(L1,L4,L7,L11)이 터치 스크린(10)의 중심으로 지향된다. 그 전략적 지향 및 모서 리 광 송신기라는 것 덕분에, 광원(L0)을 특별히 참조하여 객체들(20 및 21) 모두를 검출할 수 있다.
최적화된 방법에 따라, 터치 스크린의 상위 좌측 모서리에 위치된 광 송신기(L0)가 먼저 스위칭 온 되는데, 왜냐하면 이 광 송신기는 총 터치 스크린 영역에 대해 광을 발산하고 이에 의해 대부분의 정보를 생산하기 때문이다. 그러나, 최적화된 방법은 모서리 광 송신기들(예컨대, L0,L4,L7,L11)이 동일한 양의 정보를 생산하기 때문에 그들 중 어느 하나를 스위칭함으로써 시작될 수 있다.
도1을 다시 참조하면, 프레임 가장자리를 따라 '보통의' 위치에 위치된 광 송신기(L0)로부터 발산되는 광은 오직 터치 스크린의 일부(IR1,IR2,IR3)를 덮고, 하얗게 도시된 터치 스크린(10)의 나머지 부분을 덮지 못한다.
도10을 다시 참조하면, 비교에 의해, 터치 스크린(10)의 중앙으로 지향되고, 모서리에 위치된 송신기(L0)로부터 발산되는 광이 그것의 위치 및 지향 덕분에 도1에서 비추어지지 않았던 흰색 부분을 포함해서 전체 스크린을 덮는다.
도11은 L0를 스위칭 오프한 후 차례로 광 송신기(L4)를 턴온한 결과를 도시한다. L4는 터치 스크린(10)의 상위 우측 모서리에 위치되어 있고, 터치 스크린(10)의 전체 영역에 걸쳐 광을 발산한다. 그와 같이, 객체들(20,21) 모두를 검출할 수 있다.
객체(들)가 L0 또는 L4에 근접하여 위치되는 경우들에서, 광 송신기들(L11 및 L7)이 광 송신기들(L0 및 L4)에 덧붙여 이용될 수 있다. 이 일반적인 경우에, 최소 및 최대 영역 평가들이 광 송신기(L4)가 스위칭 오프된 후에 계산되고, 그 결과가 도12에 도시되어 있다. 두 영역들이 도시되어 있고, 그 경계들이 객체들(20 및 21) 주변에 4개의 꼭지점을 갖는, 어둡게 그늘진 회색 영역들에 의해 표시되 것으로 대강 알려져 있다.
일 실시예에서, 광 송신기(L4)가 스위칭 오프된 후, 나머지 광 송신기들 중 어떤 것들은 영역 경계들을 정련하기 위하여 최대 정보를 생산하도록 전략적으로 선택될 수 있다. 선택된 특정한 광 송신기들은 상이한 실시예들에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 본 예시적 실시예에서, 광 송신기들(L0 및 L4)을 스위칭 온/오프 한 후, 다음 턴온 될 수 있는 광 송신기들은 터치 스크린(10)의 좌측 영역에 대한 광 송신기들(L1 및 L13) 및 터치 스크린(10)의 우측 영역에 대한 광 송신기들(L5 및 L8)이다.
요약하면, '최적의' 방법은 '평이한' 방법에 비해 더 소수의 송신기들이 각각의 주기에서 스위칭 온/오프되도록 한다. 본 방법의 가능한 한 장점은 결과들이 이전에 설명된 계획들에 비해 더 초기 및 더 효과적으로 생산될 수 있고, 이는 '평이한' 계획에 비해 더 빠른 응답 및 에너지 절약을 가능하게 한다는 것이다.
C.-상호작용 스위칭 방법( Interactive switching scheme )
광 송신기들을 스위칭하기 위한 또다른 방법을 '상호작용' 스위칭 방법이라 한다. 상호작용 스위칭 방법은 이전 검출 결과들에 기초하여 광 송신기들을 스위칭하기 위한 전략을 이용한다. 상세하게, 이전 검출 주기에서 객체의 위치(x,y)를 알았다면, 광 스위칭 방법이 다음의 검출 주기들에서 동일한 영역을 목적으로 하도록 순응되도록 할 수 있다. 스크린 영역의 나머지를 고려하면, 간단한 체크가 다른 새로운 객체가 존재하지 않는다는 확인하기 위하여 수행될 수 있다. 이 방법은, 하드웨어의 샘플 시간들과 비교하여 사람의 느린 반응 시간에 부분적으로 기인 한 것으로, 일 검출 주기로부터 다음 주기로 1초 미만의 시간 동안 객체의 위치가 실질적으로 변하지 않는다는 가정에 기초한 것이다. 상호작용 스위칭 방법의 가능한 일 장점은 결과들이 이전에 설명된 방법들보다 더욱 조기에 및 더욱 효과적으로 생산될 수 있고, '평이한' 방법에 비해 더 빠른 응답 및 에너지 절약을 가능하게 한다는 것이다.
다양한 스위칭 방법들이 특정의 의도된 어플리케이션에 대한 특정한 요구들을 만족시키기 위하여 선택될 수 있다. 예로서, 두 어플리케이션들(즉, 상호작용 카페 테이블 및 체스 게임)이 표4에 리스트되어 있고, 각각은 특정한 어플리케이션에 대한 특정 요구들을 만족시키기 위해 상이한 스위칭 계획을 요한다.
[표 4]
특징 상호작용 카페 테이블 체스 게임
1. 스크린 크기 대형 중형
2. 스크린 모양 타원형 사각형
3. 소비 전력 경제 모드 고성능
4. 모드들 유휴 집중적 사용
5. 응답 시간 빠름 빠름
6. 상호작용 수단 객체들, 커피 컵들, 손들 체스 폰들
예를 들어, 상호작용 카페 테이블 어플리케이션에 대해, '최적화된' 스위칭 방법을 이용하는 것이 바람직하며, 이는 소수의 광 송신기들을 이용하는 검출 결과들을 얻음으로 더 적은 에너지를 이용한다. '최적화된' 스위칭 방법은 또한, 양자 모두가 빠른 응답 시간을 요구한다는 점에서 양 어플리케이션에 모두 적용될 수 있다(특징 5 참조).
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 다수의 광 송신기들(예컨대, 2 이상)이 동시에 스위칭 온/오프될 수 있다. 이 방법으로, 더 많은 정보가 더 적은 시간에 수신될 수 있고, 결과적으로 터치 스크린의 더 빠른 응답을 얻을 수 있다(즉, 더 빠른 검출 결과).
에너지 절약 또는 유휴 모드( Energy saving or idle mode )
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 터치 스크린(10)이 일정한 시간 동안 어떠한 변화도 검출하지 못했다면, 터치 스크린은 에너지 절약 모드로 진입하도록 스위칭되고, 이에 의해 프로세싱 전력 요구들을 감소시키고 소비 전력을 절약할 수 있다. 유휴 또는 에너지 절약 모드에서, 주기 빈도(초당 주기의 수)를 유지 또는 감소하면서도, 각각의 주기에서 이용되는 광 송신기들 및 센서들의 수가 감소된다. 이것은 주기당 광 송신기들의 총 '온 타임'을 낮출 수 있도록 하며, 이는 소비 전력을 더욱 낮춘다. 또한, 초당 광이 스위칭 온 및 오프되는 횟수가 감소된다면, 시스템의 요구되는 프로세싱 전력이 또한 감소될 것이다. 다수의 변화가 검출되자마자, 터치 프레임이 정상적인 스위칭 방법으로 전환될 수 있다.
객체의 광학 특성들에 기초한 객체 식별
도13~15는 본 발명의 또다른 양상을 도시하는데, 이는 객체의 광학 특성들(즉, 광 흡수, 반사 및 투과)에 기초하여 객체 식별을 고려한다. 상세하게, 이 양항에 따라, 객체의 광 반사 및 투과뿐만 아니라, 객체의 광 흡수의 측정치가 고려된다.
이상적인 경우로, 검출되는 객체가 광 송신기로부터의 부딪히는 광의 100%를 흡수한다고 가정된다. 실제로는, 객체를 구성하는 물질의 광학 속성들에 따라, 객체의 표면에 도달하는 광이 객체에 의해 부분적으로 반사되고, 부분적으로 흡수되고, 부분적으로 투과된다. 반사, 투과(즉, 통과), 및 흡수되는 광의 양은 객체의 물질의 광학 속성들에 달려있고, 상이한 물질들에 따라 다르다. 결과적으로, 이 물리적 현상에 기인하여, 동일 모양이지만 상이한 물질들(예컨대, 유리 및 나무)로 조성된 두 객체들이 객체에 의해 반사, 흡수 및 투과되는 광의 양에서 차이가 검출될 수 있다면 구별될 수 있다.
A.-부분적 흡수 및 부분적 반사 경우
도13은 객체의 표면에 도달하는 광의 100% 미만이 객체(33)에 의해 흡수되는 경우를 도시한다. 즉, 광 송신기(L0)에 의해 생성되는 광은 객체(33)에 의해 부분적으로 흡수되고, 부분적으로 반사된다. 이것은 터치 스크린(10) 상의 센서들(S0~S4) 이 얼마의 광을 검출하도록 하는데, 그렇지 않다면(즉, 객체가 없다면) 그것들은 검출하지 못한다. 센서들(S0~S4)에 의해 검출되는 신호의 분포가 반드시 균일한 것은 아니며, 이는 센서들이 다른 것들에 비해 조금 더 많은 광을 검출할 수 있다는 것을 의미한다는 것을 주의해야 한다. 센서들에 의해 검출되는 광의 레벨은 객체 및 센서 사이의 거리, 객체의 모양, 다른 객체들에 의해 유발되는 반사 등과 같은 다수의 인자들에 좌우될 것이다. 또한, 객체의 그림자에 속하는 센서들(S6 및 S7)은 어떠한 신호도 검출하지 못한다는 것을 주의한다.
B.-전체 흡수 경우
도14는 객체의 표면에 도달하는 광의 100%가 객체(33)에 의해 흡수되는 경우를 도시한다. 부분 흡수의 경우와 마찬가지로, 객체의 그림자에 들어가는 센서들(S6 및 S7)은 어떠한 신호도 검출하지 못한다. 그러나, 이 경우는 센서들(S0~S4)이 또한 객체(33)에 의한 광의 전체 흡수에 기인하여 어떠한 신호도 검출하지 못한다는 점에서 부분 흡수의 경우와 다르다. 센서들(S0~S4) 및 (S6~S7)이 보통 무시할 수 있는 외부 광원들에 의해 생성되는 외부 노이즈를 검출 할 수 있다는 것을 주의해야 한다.
C.-부분 흡수 및 부분 투과
도15는 광 송신기(L0)에 의해 생성되는 광이 객체(33)에 의해 부분적으로 흡수되고, 부분적으로 투과되는 경우를 도시한다. 이는 센서들(S6 및 S7)이 얼마의 광을 검출하도록 한다.
도13~15에서 도시되고, 앞서 설명된 바와 같이, 동일한 모양 및 크기의 객체들이 그들의 광학적 특성에 관해 상이할 수 있다. 이 차이들이 객체들로 하여금 광 송신기로부터 발산된 광을 상이한 양만큼 흡수, 반사(즉, 통과) 및 투과하도록 한다.
유리한 양상에 따라, 투과된 및 반사된 광의 양이 검출될 수 있기 때문에, 전술한 예에서 보여진 바와 같이, 동일한 크기 및 모양의 객체들이 상이한 광학 특성들을 갖는 물질들로 조성된다면 구별될 수 있다는 것을 이해해야만 한다.
D.- 다수의 객체들에 대한 광학 속성들의 검출
본 발명의 다른 양상에 따르면, 2 이상의 객체들의 광학 속성들의 동시 검출이 고려된다. 이 경우, 객체들의 광학 속성들을 고려하는 것이 희망된다면, 2 이상의 객체들이 센서들에 의해 검출되는 광 분포 패턴을 다소 복잡하게 만드는 상이한 모양들 및 크기들을 가질 수 있다. 이 복잡성들을 해결하기 위하여, 패턴 인식 기술들이 객체들을 조성하는 물질의 반사성, 흡수성 및 투과성과 같은 광학 속성들에 따라 객체들을 분류하는데 적용될 수 있다.
터치 스크린 모양들 및 구성들
도16은 터치 스크린(10)이 타원 모양을 갖는 일 실시예를 도시한다. 사각형 모양 이외의 모양들(예컨대, 원형)이, 위치, 모양, 크기 검출시 희망하는 정확도를 만족시킬 수 있는 광 송신기들 사이의 교차 영역들이 충분히 있는 한, 이용될 수 있다. 이것은 대부분의 경우들에서 사각형 프레임을 요하는 종래의 터치 스크린 검출 기술들에 대비되는 것이다.
센서/송신기 밀도 및 유형에 있어서의 변화들( Variations in sensor / transmitter density and type )
이용되는 유한 개수의 센서들 및 그들 사이에 고정된 간격 때문에, 객체의 위치, 모양, 및 크기를 결정하는데 있어서의 정확도는 불확실하다. 일 실시예에서, 불확실성은 부분적으로 터치 스크린 디스플레이(10)에서 이용되는 센서들의 수를 증가시킴으로써 부분적으로 최소화될 수 있다. 센서들의 수(밀도)를 증가시킴으로써, 센서들의 상대적인 간격은 따라서 감소되고, 이는 객체의 위치, 모양, 크기를 더욱 정확하게 산출할 수 있도록 한다.
어떤 실시예들에서, 송신기들의 수는 증가될 수 있고, 이는 또한 객체의 위치, 모양, 크기를 더욱 정확하게 산출할 수 있도록 한다. 송신기들의 수를 증가시키는 것이 추가적인 각도들로부터 객체를 두드러지게 할 것이며, 따라서 더욱 정확한 결과들을 도출할 수 있도록 하는 추가적인 정보를 제공할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 전체 측정 정확도는 검출이 다른 영역들에 비해 덜 정확 한 것으로 판명되는 스크린의 특정 영역들에서 송신기들 및/또는 수신기들의 밀도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 송신기들 및/또는 수신기들의 이 불균일한 배열이 덜 정확한 검출을 보상할 수 있다.
전체 측정 정확도는 터치 스크린 상의 객체의 위치에 좌우되는 어떤 상황들에서 나쁠 수 있다. 이와 같이, 객체의 위치, 모양, 및 크기를 검출하는데 있어서의 분해능 및 정밀도의 차이들이 일어날 수 있다. 이들 차이들을 설명하기 위하여, 3개의 상이한 상황들을 고려한다. (1) 스크린의 중심에 위치된 객체, (2) 스크린의 상부 가장자리(또는 임의의 다른 가장자리)의 중간에 위치된 동일한 객체, (3) 스크린의 상부 좌측 모서리(또는 스크린의 다른 모서리)에 위치된 동일한 객체.
도17은 직경 d를 갖는 원형 객체(24)가 스크린의 중앙에 위치되어 있고, 송신기(L0)가 온으로 스위칭되어 있는 제1 상황을 도시한다. 이것은 스크린(10)의 반대측 상에 2d에 근접한 길이를 갖는 그림자를 만들어 낸다. 그림자는 2개의 센서들(S1 및 S2) 사이의 거리가 다음과 같다면 두 센서들에 의해 검출될 것이다:
Figure 112007072608150-PCT00007
도18은 동일한 객체(24)가 터치 스크린(10)의 상위 가장자리의 가장자리에 근접하도록 위치되고, LED(L10)이 온으로 스위칭된 제2 상황을 도시한다. 도시된 바와 같이, 객체에 의해 그림자가 스크린의 반대측 상에 맺히고, 이는 d보다 약간 더 길다. 이는 두 센서들(S1 및 S2) 중 어느 것도 임의의 그림자를 검출할 수 없다는 것을 의미한다. 이 상황을 객체(24)가 스크린의 중앙에 위치하는 제1 상황과 비교하면, 현 시나리오에서, 다른 송신기들(L0,L1,L3,L4)이 어떠한 정보도 제공하지 않을 것인 반면, 제1 상황(즉, "객체가 중앙에 위치되는")에서 송신기들(L0,L1,L3,L4)은 실질적인 정보를 제공할 것이다.
도18에서 볼 수 있는 바와 같이, 그어진 선들이 대응하는 송신기들(L0,L1,L3,L4)에 의해 발산되는 광 빔들을 나타낸다. 도18의 객체는 광 빔의 외부에 있고, 따라서 이 객체는 그러한 송신기들에 의해 검출될 수 없다는 것을 주의한다.
도19는 제2 상황에 대해, 객체를 검출할 수 있는 유일한 광 송신기들은 광 송신기들(L6 및 L14)임을 도시한다.
도20은 제2 상황(즉, "가장자리에 근접한")에서, 정보가 광 송신기들(L6,L14,L2)에 의해 제공되는 것을 도시한다. 즉, 선들(L6-S1,L14-S2)의 차단만이 광 송신기들(L6 및 L14)의 턴온 시간 동안 검출될 것이다. 또한, 센서들(S5~S10) 중 어느 것도 광 송신기(L2)의 턴온 시간 동안 광을 검출할 수 없을 것이다. 이것은 최대 영역 산출 방법을 이용하여, 도20에 도시된 바와 같은 대강의 객체의 위치 표시를 우리에게 제공할 것이다. 그러나, 그것은 도17에 도시된 바와 같은 객체가 "중앙"에 위치되는 제1 상황과 비교하여 객체의 크기 및 형태에 관한 정보를 매우 적게 제공한다.
도21은 동일한 객체(24)가 터치 스크린(10)의 상이 좌측 모서리에 위치되는 더욱 극단적인 상황(즉, 제3 상황)을 도시한다. 광 송신기(L10)가 그것의 턴온 시간 동안 온으로 스위칭될 때, 그것은 d 미만의 길이를 갖는 모서리의 두 가장자리를 따라 그림자를 생성한다. 이 그림자는 터치 스크린의 센서들 중 어느 것에 의해서도 검출될 수 없다. 결과적으로, LED를 하나씩 순차로 스위칭 온 및 오프하여, 이 상황에서 무엇이 검출될 수 없는지를 고려한다면, L0 및 L15 송신기들의 차단만이 도21에 도시된 바와 같이 검출될 수 있다는 것이 분명해진다. 이 경우에서의 최대 영역(도21에서 셀룰라 패턴으로 표시된 교차 영역)의 산출은 앞선 두 경우들, '중앙에' 및 '가장자리에 인접한' 경우들과 비교하여 객체의 위치, 모양, 및 크기의 덜 정확한 평가를 제공한다.
도22~25는 광 송신기들에 대해 상이한 각도 위치들이 선택되는 또다른 실시예를 도시한다. 즉, 어떤 실시예들에서 광 송신기들은 터치 스크린(10)의 가장자리로, 비-수직 방향으로 지향될 수 있다.
도22를 참조하면, 각도 α는 스크린의 가장자리와 광 송신기들 중 하나(예컨대, L0)의 축 사이의 각 측정치를 나타내고, 각도 β는 광 송신기(L0)로부터 발산된 광 빔의 각도 폭을 나타낸다.
도23에서, 광 송신기들 중 어느 것들은 터치 스크린 디스플레이(10)의 모서리 영역들에 위치되고, 터치 스크린 디스플레이의 중간으로 회전되어(각으로 지향되어), 광 빔이 전체 스크린 영역을 비출 수 있다. 모서리 영역들에 위치된 광 송 신들을 회전함으로써, 회전된 광 송신기들의 효율이 증가된다는 것을 이해해야만 한다. 또한, 터치 스크린 디스플레이(10)에 각도 회전들이 고정되고, 그 이후에는 재-지향될 수 없다는 것을 주의해야만 한다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 상이한 광 송신기의 조합이 동일한 어플리케이션에서 이용될 수 있다.
상이한 각도 폭들을 갖는 광 빔들을 갖는 송신기들을 도시하는 도24 및 도25를 참조한다. 예를 들어, 사각형 스크린의 모서리들에 이용되는 송신기들이 최적으로 90도의 광 빔을 가질 것이다. 왜냐하면, 이 각도의 외측에서 발산된 광이 이용되지 않을 것이기 때문이다. 그러나, 동일한 터치 스크린의 다른 송신기들이 더 넓은 광 빔을 발산할 수 있다.
어플리케이션들
본 발명은 넓은 범위의 어플리케이션들에 대한 응용성을 갖는다. 그 중 일부에 대해 후술하도록 한다. 그러나, 이하에서 설명되는 어플리케이션들이 망라된 리스트를 구성하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
● 전자 (보드) 게임
이 유형의 어플리케이션을 가능하게 하기 위하여, 입력 디바이스로 터치 스크린이 구비된 테이블 또는 벽 표면과 같은 대형 평면 영역이 하나 이상의 유저들 에 대해 게임을 디스플레이하기 위하여 이용될 수 있다. 한 유저가 그러한 어플리케이션과 상호작용할 때, 유저는 하나 이상의 상호작용 포인트(예컨대, 양 손)를 이용할 수 있고, 또는 유저는 만질 수 있는 객체들(예컨대, 폰(pawn)들)을 표면 위에 위치할 수 있다. 이 경우에서, 다수의 터치 포인트들 및 다수의 만질 수 있는 객체들의 위치가 필요하다면 검출되고 식별될 수 있다.
더 많은 유저들이 게임을 할 때, 그들은 다른 유저들과 동일한 테이블에서 상호작용하지 않으면서 터치 스크린의 그들 자신의 개인 부분에서 게임을 할 수 있다. 또는 그들은 한 게임에 다른 유저들과 함께 참여할 수 있다. 두 구성들에서, 시스템은 플레이어들 중 하나로서 게임에 참여할 수 있다.
컴퓨터-상대자로 두고 또는 두지 않고, 하나 또는 다수의 유저들에 의해 수행될 수 있는 게임들의 예들이 상이한 폰들의 위치들이 검출될 수 있는 체스 또는 틱-택-토와 같은 논리 게임들이다. 시스템은, 게임에 참여한다면, 이 정보를 이용하여 다음 움직임을 결정할 수 있고, 또한, 유저가 불법적인 움직임을 한다면 경고거나 폰들의 위치들에 기초하여 도움 또는 암시를 제공할 수 있다.
이야기 상황들을 묘사하는데 유저들에 의해 만질 수 있는 객체들이 이용될 수 있는 스토리 텔링 게임들이 또다른 예들이다. 시스템은, 대화형 이야기를 만들기 위하여 객체들을 검출, 식별 및 추적할 수 있다.
● 전자 그리기
이 유형의 어플리케이션은 그리기를 하기 위하여 단일 또는 다수의 유저들의 입력을 이용할 수 있다. 한 유형의 그리기 어플리케이션이 아이들을 위한 핑거-페인팅 어플리케이션일 수 있는데, 여기에서 그들은 그들의 손가락들로 또는 붓과 같은 다른 객체들로 대형 터치 스크린에 그릴 수 있다. 다수의 아이들이 동시에, 함께 그릴 수 있고, 또는 스크린의 일부를 그들 자신의 개인 영역으로 이용할 수 있다.
● 디지털 쓰기 및 그리기
쓰거나 그릴 때, 사람들은 일반적으로 그들의 손바닥을 그리기 표면 위에 놓아 지탱의 필요 이상의 점들을 잡는다. 결과적으로, 전자 태블릿 PC들에서 그러한 작업들을 지원하기 위해서, 제조자는 스타일러스 입력과 손 사이를 구별할 수 있는 방법을 찾아왔다. 하나의 해결책이 용량성/유도성 하이브리드 터치 스크린이라고 밝혀졌다(참조: http://www.synaptics.com/support/507-003a.pdf). 본 발명의 방법은 이 문제에 대한 대안의 해결책을 제공한다. 왜냐하면, 그것은 검출되는 모양 및 다수의 터치 포인트들에 기초하여 손 및 스타일러스 사이를 구별하는 기능을 제공하기 때문이다.
● 온 스크린 키보드(On screen Keyboard)
가상 키보드로 텍스트를 입력할 때, 입력은 흔히 하나에 하나의 키로 제한된다. 쉬프트, 콘트롤, 알트 키들과의 키 조합들은 흔히 '스티키(sticky)' 키들의 이용을 통해 오직 가능하다. 본 발명에서 설명된 바와 같은 터치 스크린은 다수의 입 력 포인트들을 검출할 수 있고, 따라서 물리적인 키보드들에 대해 일반적인 키 조합을 검출할 수 있다.
● 몸짓들(Gestures)
몸짓들은 시스템들과 상호작용하는 강력한 방식일 수 있다. 요즘, 대부분의 몸짓들은 스크린, 태블릿, 또는 단일 입력 포인트를 갖는 다른 입력 디바이스들로부터 비롯된다. 이것은 하나의 라인들 또는 곡선들(일련의 세트)로부터 구성되는 제한된 세트의 몸짓들만이 가능하게 하는 것으로 귀착된다. 본 발명은 또한 동시에 그려지는 다수의 라인들 및 곡선들로 구성되는 몸짓들을 가능하게 하고, 또는 손 모양의 검출에 의해 상징적인 몸짓들을 가능하게 한다. 이것은 상호작용 스타일들에 더 많은 자유를 허용하는데, 왜냐하면 더 많은 정보가 단일 유저 동작에서 시스템으로 전달될 수 있기 때문이다.
다수의 입력 포인트들로 구성되는 예시적인 몸짓은, 예컨대 스크린 상에 가까인 놓인 두 손가락들을 상이한 두 방향으로 분리하여 이동시키는 것이다. 예시적인 몸짓은 예컨대, 데스크탑 환경에서 '스크린 상의 윈도우를 (몸짓의) 시작 포인트에 상대적인 이 새로운 크기로 확대하라'는 것으로 해석될 수 있고, 또는 픽쳐 뷰어 어플리케이션에서 '양 손가락들이 스크린을 가로질러 이동한 거리에 관련된 줌 인자로 (몸짓의) 시작 포인트의 위치에서 이 픽쳐를 줌인하라'고 해석될 수 있다.
설명된 터치 스크린에 의해 가능한 유저 상호작용 스타일들(기술들)은 다음을 포함한다:
● 전통적인 터치 스크린에서와 같은 단일 터치 포인트의 입력
● 다음과 같은 것들을 위한 다수의 터치 포인트들의 입력:
○ 두 터치 포인트들로 거리의 입력,
○ 2 이상의 터치 포인트들로 크기들을 입력,
○ 2 이상의 객체들을 동시에 터치함으로써, 디스플레이된 객체들 사이의 관계들 또는 연결들의 입력
● 다음과 같은 것들을 위한 볼록한 외피 모양들의 입력:
○ 학습 및 학습된 모양들의 식별
○ 원, 삼각형, 정방형, 사각형 등과 같은 표준적인 모양들의 식별
● 다음과 같은 것들을 위한 객체들 또는 물질들의 광학 변수들(투명도, 반사도, 투과도)의 입력:
○ 학습 및 학습된 객체들 또는 물질들의 식별
○ 플라스틱 폰들, 또는 체스 말들과 같은 표준적인 객체들, 또는 유리, 플라스틱, 나무와 같은 물질들의 식별
● 다음과 같은 것들을 위한 하나 이상의 객체들의 추적
○ 몸짓들의 학습 및 인식
○ 표준적인 몸짓들의 인식
본 발명이 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 다양한 변형이 첨부된 청구항들에 표시된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 가능하다는 것을 이해할 것이다. 명세서 및 도면들은 따라서 예시적인 방식으로 간주되어야 하며, 첨부된 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
첨부된 청구항들을 해석할 때, 다음을 이해해야만 한다:
a) "포함한다"는 말은 주어진 청구항에 리스트된 것들 이외의 다른 구성요소들 또는 동작들의 존재를 배제하는 것이 아니다;
b) 단수표현은 동일한 구성요소들이 복수로 존재한다는 것을 배제하는 것이 아니다;
c) 청구항에서의 임의의 참조 부호들은 그들의 범위를 제한하는 것이 아니다;
d) "수단"이란 말은 구조 및 기능을 구현하는 소프트웨어, 또는 하드웨어, 또는 동일한 아이템을 포함한다;
e) 개시된 구성요소들 중 어떠한 것도 하드웨어 부분들(예컨대, 개별적 혹은 집적된 전자 회로를 포함), 소프트웨어 부분들(예컨대, 컴퓨터 프로그래밍) 및 그것들의 임의의 조합을 포함할 수 있다;
f) 하드웨어 부분들은 아날로그 및 디지털 부분들 중 하나 또는 양자를 포함할 수 있다;
g) 개시된 디바이스들 중 어느 것 또는 그 부분들이 다르게 특정적으로 언급되지 않는다면, 함께 조합되거나, 그 이상의 부분들로 분리될 수 있다;
h) 특정적으로 지시되지 않는다면, 동작들의 특정적인 순서가 요구되는 것이 아니다.

Claims (29)

  1. 터치 스크린(10)의 터치 센서 경계들 내의 평면에 위치된 적어도 하나의 객체의 위치, 모양, 및 크기를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 터치 스크린(10)은 그 외연에 복수의 광 송신기들 (Li, {i=1~N}) 및 복수의 센서들 (Sk, {k=1~M})을 포함하고, 상기 방법은,
    (a) 상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각에 대한 교정 데이터를 구하는 단계;
    (b) 상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각에 대한 비-교정 데이터를 구하는 단계;
    (c) 상기 교정 데이터 및 비-교정 데이터를 이용하여 상기 적어도 하나의 객체의 N개의 최소 영역 평가들을 산출하는 단계;
    (d) 상기 적어도 하나의 객체의 전체 최소 객체 영역 평가를 유도하기 위하여 상기 N개의 최소 영역 평가들을 조합하는 단계;
    (e) 상기 교정 데이터 및 비-교정 데이터를 이용하여 상기 적어도 하나의 객체의 N개의 최대 영역 평가들을 산출하는 단계;
    (f) 상기 적어도 하나의 객체의 전체 최대 객체 영역 평가를 유도하기 위하여 상기 N개의 최대 영역 평가들을 조합하는 단계; 및
    (g) 상기 적어도 하나의 객체의 경계 영역을 유도하기 위하여 상기 전체 최소 및 최대 객체 영역 평가들을 조합하는 단계를 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교정 데이터를 구하는 단계 (a)는 제1 광 송신기(Li, {i=1})에서 시작하여 마지막 광 송신기 (Li,{i=N})에서 끝나는 하나의 동작 주기 동안 수행되는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교정 데이터를 구하는 단계 (a)는,
    상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각을 미리결정된 순서로 미리결정된 시간 동안 턴온하는 단계;
    상기 i-번째 광 송신기(Li)의 턴온시간 동안, 상기 i-번째 광 송신기(Li)로부터의 광 신호의 존재 또는 부재를 상기 M개의 센서들(Sk) 각각에서 검출하는 단계; 및
    상기 M개의 센서들(Sk) 각각에 대해 검출된 상기 i-번째 광 송신기로부터의 상기 광 신호의 존재 또는 부재를 상기 교정 데이터로서 저장하는 단계를 더 포함 하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 교정 데이터를 구하는 단계 (a)는 상기 터치 스크린(10)의 평면에 객체 존재없이 수행되는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b) 내지 (g)는 연속하는 다수의 동작 주기에 걸쳐 수행되는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)는,
    (a) 미리결정된 시간 동안 미리결정된 순서로 상기 N개의 광 송신기들 각각(Li)을 턴온하는 단계;
    (b) 상기 i-번째 광 송신기(Li)의 턴온 시간 동안, 상기 i-번째 광 송신기(Li)로부터의 광 신호의 존재 또는 부재를 상기 M개의 센서들(Sk) 각각에서 검출하는 단계; 및
    (c) 상기 M개의 센서들(Sk) 각각에 대해 상기 i-번째 광 송신기로부터의 상기 광 신호의 존재 또는 부재를 상기 비-교정 데이터로서 저장하는 단계를 더 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비-교정 데이터를 구하는 단계 (b)는 상기 적어도 하나의 객체의 존재로 수행되는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)는,
    (1) 데이터 저장소로부터 상기 교정 데이터를 복구하는 단계;
    (2) 상기 데이터 저장소로부터 상기 비-교정 데이터를 복구하는 단계;
    (3) 상기 복구된 교정 데이터로부터 상기 i-번째 광 송신기에 의해 조명되는 센서들(M)의 범위를 결정하는 단계;
    (4) 상기 복구된 비-교정 데이터로부터 상기 i-번째 광 송신기에 의해 조명되지 않는 센서들의 범위를 결정하는 단계;
    (5) 상기 단계 (3)에서 결정된 상기 i-번째 광 송신기에 의해 조명되는 센서들(M)의 범위로부터 및 상기 단계 (4)에서 결정된 상기 i-번째 광 송신기에 의해 조명되지 않는 센서들(M)의 범위로부터 상기 적어도 하나의 객체에 대한 i-번째 최소 영역 평가를 산출하는 단계; 및
    (6) 각각의 광 송신기(Li)에 대해 상기 단계들 (3)~(5)을 반복하는 단계를 더 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 N개의 최소 영역 평가들을 저장하는 단계를 더 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 상기 단계 (c)에서 산출된 상기 N개의 최소 영역 평가들의 수학적 교집합을 수행하는 단계를 더 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 N개의 최소 영역 평가들의 상기 수학적 교집합은 다음과 같이 산출되는 방법:
    Figure 112007072608150-PCT00008
  12. 제8항에 있어서,
    상기 N개의 최대 영역 평가들을 저장하는 단계를 더 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (e)는 상기 단계 (e)에서 산출된 상기 N개의 최대 영역 평가들의 수학적 교집합을 수행하는 단계를 더 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 N개의 최대 영역 평가들의 상기 수학적 교집합은 다음과 같이 산출되는 방법:
  15. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (g)는 상기 단계 (d)에서 유도된 상기 전체 최소 객체 영역 평가 및 상기 단계 (f)에서 유도된 상기 전체 최대 객체 영역 평가의 수학적 교집합을 수행하는 단계를 더 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 미리결정된 순서는 (a) 평이한 순서, (b) 최적화된 순서, 및 (c) 상호작용 순서 중 하나인, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 평이한 순서에 따라 상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각을 턴온하는 단계 는,
    (i) 상기 미리결정된 시간 동안 상기 터치 스크린(10)의 외연에 위치된 제1 광 송신기(Li)를 턴온하는 단계;
    (ii) 시계방향 또는 반 시계방향 중 하나로 상기 터치 스크린(10)의 외연에 위치된 인접한 광 송신기(Li)로 진행하는 단계;
    (iii) 상기 미리결정된 시간 동안 상기 터치 스크린(10)의 외연에 위치된 상기 인접한 광 송신기(Li)를 턴온하는 단계; 및
    (iv) 상기 터치 스크린(10)의 외연에 위치된 각각의 광 송신기(Li)에 대해 상기 (ii)~(iii) 단계들을 반복하는 단계를 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 최적화된 순서에 따라 상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각을 턴온하는 단계는,
    i) 미리결정된 시간 동안 상기 터치 스크린(10) 외연의 각각의 모서리들에 위치된 광 송신기(Li)를 차례로 턴온하는 단계;
    ii) 최대 검출 정보를 제공하도록, 상기 터치 스크린(10) 외연에 위치된 적 어도 하나의 추가적인 광 송신기(Li)를 선택하는 단계; 및
    iii) 상기 터치 스크린(10)의 상기 선택된 적어도 하나의 추가적인 광 송신기(Li)를 턴온하는 단계를 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 상호작용 순서에 따라 상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각을 턴온하는 단계는,
    i) 이전 단계 주기로부터의 비-교정 데이터를 복구하는 단계;
    ii) 상기 비-교정 데이터로부터 현재의 동작 주기에서 상기 광 송신기들(Li) 중 어떤 것을 턴온할 것인지를 결정하는 단계으로서, 상기 결정은 상기 적어도 하나의 객체의 이전에 검출된 위치에 기초하는, 상기 결정 단계;
    iii) (ii) 단계에서 결정된 대로 상기 광 송신기들(Li)을 상기 미리결정된 시간 동안 미리결정된 순서로 턴온하는 단계; 및
    iv) 상기 터치 스크린(10)의 각각의 모서리 광 송신기들(Li) 각각을 턴온하는 단계를 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 방법.
  20. 터치 스크린(10)의 터치 센서 경계들 내의 평면에 위치된 적어도 하나의 객체의 위치, 모양, 및 크기를 검출하기 위한 장치에 있어서,
    상기 터치 스크린(10)은 상기 터치 스크린(10)의 외연을 따라 배열되는 복수의 광 송신기들 (Li, {i=1~N}) 및 복수의 센서들 (Sk, {k=1~M})을 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 광 송신기들(Li, {i=1~N}) 및 상기 복수의 센서들(Sk, {k=1~M})은 상기 터치 스크린(10)의 외연을 따라 교번하는 패턴으로 배열되는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 터치 스크린(10)의 모양은 정방형, 원, 및 타원 중 하나인, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    각각의 송신기(Li)는 각각의 턴온 시간 동안 특징적인 광 빔 폭(
    Figure 112007072608150-PCT00010
    )을 갖는 광 빔을 전송하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 특징적인 광 빔 폭(
    Figure 112007072608150-PCT00011
    )은 상이한 광 송신기들에 대해 다를 수 있는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 광 송신기들(Li, {i=1~N})은 상기 터치 스크린(10)의 외연 주위의 제1 평면에 위치되고, 상기 복수의 센서들(Sk, {k=1~M})은 상기 터치 스크린(10)의 외연 주위의 제2 평면에 위치되고, 상기 제2 평면은 실질적으로 상기 제1 평면에 인접하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 광 송신기들(Li) 각각은 상기 터치 스크린(10)의 외연을 따라 등거리 간격으로 배치되는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 광 송신기들(Li) 각각은 상기 터치 스크린(10)의 외연을 따라 다른 간격으로 배치되는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 터치 스크린(10)의 중앙을 지향하는 상기 광 송신기(Li)들 중 어떤 것들은 상기 터치 스크린(10)에 수직이 아닌, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
  29. 터치 스크린(10)의 터치 센서 경계들 내의 평면에 위치된 적어도 하나의 객체의 위치, 모양, 및 크기를 검출하기 위한 장치로서, 상기 터치 스크린(10)은 그 외연에 복수의 광 송신기들 (Li, {i=1~N}) 및 복수의 센서들 (Sk, {k=1~M})을 포함하는 장치에 있어서,
    상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각에 대한 교정 데이터를 구하기 위한 수단;
    상기 N개의 광 송신기들(Li) 각각에 대한 비-교정 데이터를 구하기 위한 수단;
    상기 교정 데이터 및 비-교정 데이터를 이용하여 상기 적어도 하나의 객체의 N개의 최소 영역 평가들을 산출하기 위한 수단;
    상기 적어도 하나의 객체의 전체 최소 객체 영역 평가를 유도하기 위하여 상기 N개의 최소 영역 평가들을 조합하기 위한 수단;
    상기 교정 데이터 및 비-교정 데이터를 이용하여 상기 적어도 하나의 객체의 N개의 최대 영역 평가들을 산출하기 위한 수단;
    상기 적어도 하나의 객체의 전체 최대 객체 영역 평가를 유도하기 위하여 상기 N개의 최대 영역 평가들을 조합하기 위한 수단; 및
    상기 적어도 하나의 객체의 실제 객체 영역을 유도하기 위하여 상기 전체 최소 및 최대 객체 영역 평가들을 조합하기 위한 수단을 포함하는, 객체의 위치, 모양, 및 크기 검출 장치.
KR1020077023149A 2005-03-10 2006-03-08 터치 스크린 디스플레이와 상호작용하는 다수의 객체들의위치, 크기 및 모양을 검출하기 위한 시스템 및 방법 KR20070116870A (ko)

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