KR20100067630A - 터치 패드 장치 및 터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법 - Google Patents

터치 패드 장치 및 터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

장치 상에서의 입력 객체의 위치를 측정하는 터치 패드 장치 및 방법은, 다수의 검지 전극을 이용해서 상호 용량 결합에 의해 유도된 신호를 생성하며, 이 신호는 장치의 도전체 중 어느 것이 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지에 따라 달라진다. 이후에 이들 신호를 처리해서 터치 패드 장치 상에서의 입력 객체의 위치를 측정한다.

Description

터치 패드 장치 및 터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법{TOUCH PAD DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A POSITION OF AN INPUT OBJECT ON THE DEVICE USING CAPACITIVE COUPLING}
셀룰러 폰이나 미디어 플레이어와 같이, 현재 이용되고 있는 휴대형 장치의 수가 지속적으로 증가됨에 따라서, 이 장치에서 이용 가능한 다양한 옵션을 네비게이트하는 소형 입력 장치가 요구되고 있다. 가장 일반적인 휴대형 장치의 입력 장치는 클릭 휠(click wheel)로, 이는 용량성 검지를 기반으로 하고 있다. 클릭 휠은, 상면에 도전성 채널 그리드(도전체)가 마련되고, 하면에 다수의 도전성 웨지(wedge)가 마련된 링 형상의 멤브레인을 포함한다. 다수의 도전성 웨지는 용량성 검지 집적 회로(IC)에 전기적으로 접속되어 있다.
동작시에, 클릭 휠 멤브레인의 상면의 도전성 채널 그리드에 전류가 공급된다. 손가락(도전체로서, 접지로의 경로)이 클릭 휠 상에서 도전성 채널 그리드 부근에 위치되면, 손가락 부근의 도전성 채널 그리드로부터 손가락으로 전류가 흐르고, 이는 하면의 도전성 웨지를 통해서 용량성 검지 IC에 의해 검지된다. 손가락이 클릭 휠 둘레로 이동함에 따라서, 용량성 검지 IC는 대응하는 용량의 변화를 검출하고, 이 정보를 이용해서 손가락의 이동을 추적한다.
클릭 휠과 관련된 문제는 용량성 웨지 각각 마다 용량성 검지 IC 상의 핀이 요구된다는 점이다. 예컨대, 클릭 휠이 16개의 용량성 웨지를 갖고 있다고 하면, 용량성 검지 IC는 회전마다 16번의 카운트를 제공하기 위해서 16개의 핀을 가져야 한다. IC 제조 처리 구조가 개선되고, 로직 다이 크기가 감소될수록, 용량성 검지 IC의 핀 수에 대한 요구 조건 때문에, 용량성 검지 IC와 관련된 비용을 감소시키는 것은 어려워지고 있다. 따라서, 많은 핀의 갯수는 비용 절감에 장벽이 될 수 있다.
따라서, 휴대형 장치에서 사용될 때 클릭 휠과 유사한 기능을 제공할 수 있는 저 비용의 입력 장치가 요구되고 있다.
장치 상의 입력 객체의 위치를 측정하는 터치 패드 장치 및 방법은 다수의 검지 전극을 이용해서, 상호 용량 결합에 의해 유도된 신호를 생성하고, 이 신호는 장치의 어느 도체가 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지에 따라 달라진다. 이후에 이들 신호가 처리되어서 터치 패드 장치 상의 입력 객체의 위치를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패드 장치는, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 가진 기판과, 제 2 표면 상의 구동 도전성 전극 및 다수의 검지 전극과, 제 1 표면 상의 복수의 도전체 - 각각의 도전체는 다수의 검지 전극 중 적어도 2개의 검지 전극의 일부가 제 2 표면 상에서 이 도전체를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 제 1 표면 상에 위치됨 - 와, 구동 신호를 생성하도록 구성된 구동 회로 - 구동 회로는 구동 전극에 전기적으로 접속되어서 구동 신호를 구동 전극에 공급함으로써 다수의 검지 전극의 결합 신호를 생성하고, 결합 신호는 입력 객체와 도전체 중 적어도 하나 사이의 임의의 전기적인 접촉에 따라 달라짐 - 와, 다수의 검지 전극에 전기적으로 접속되어서 다수의 검지 전극의 결합 신호를 측정하고 출력 신호를 생성하는 다수의 신호 측정 유닛과, 다수의 신호 측정 유닛에 연결되어서 출력 신호를 처리함으로써 어느 도전체가 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지 판정해서 입력 객체의 위치를 측정하는 처리 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패드 장치는, 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 가진 고리 형상 기판과, 제 2 표면 상의 구동 전극 및 다수의 검지 전극과, 제 1 표면 상의 복수의 도전체 - 각각의 도전체는 다수의 검지 전극 중 적어도 2개의 검지 전극의 일부가 제 2 표면 상에서 이 도전체를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 제 1 표면 상에 위치됨 - 와, 구동 신호를 생성하도록 구성된 구동 회로 - 구동 회로는 구동 전극에 전기적으로 접속되어서 구동 신호를 구동 전극에 공급함으로써 다수의 검지 전극의 결합 신호를 생성하고, 결합 신호는 입력 객체와 도전체 중 적어도 하나 사이의 임의의 전기적인 접촉에 따라 달라짐 - 와, 다수의 검지 전극에 전기적으로 접속되어서 다수의 검지 전극의 결합 신호를 측정함으로써 출력 신호를 생성하는 다수의 신호 측정 유닛과, 다수의 신호 측정 유닛에 연결되어서 출력 신호를 처리함으로써, 어느 도전체가 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지 판정해서 입력 객체의 위치를 측정하는 처리 유닛을 포함한다.
서로 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 가진 기판과, 제 2 표면 상의 구동 도전성 전극 및 다수의 검지 전극과, 제 1 표면 상의 복수의 도전체 - 각각의 도전체는 다수의 검지 전극 중 적어도 2개의 검지 전극의 일부가 제 2 표면 상에서 이 도전체를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 제 1 표면 상에 위치됨 - 를 포함하는 터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 구동 신호를 터치 패드 장치의 구동 전극에 인가해서 다수의 검지 전극의 결합 신호를 생성하는 단계 - 결합 신호는 입력 객체와 도전체 중 적어도 하나 사이의 임의의 전기적인 접촉에 따라 달라짐 - 와, 터치 패드 장치의 다수의 검지 전극의 결합 신호를 측정하고 출력 신호를 생성하는 단계와, 출력 신호를 처리해서 어느 도전체가 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지 판정해서 터치 패드 장치 상에서 입력 객체의 위치를 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면 및 장점은, 본 발명의 원래를 예시적으로 도시하고 있는 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패드 장치(100)를 설명한다. 터치 패드 장치(100)는, 사용자가 손가락을 이용해서 전자 환경 내에서 네비게이트할 수 있는 터치 감응형(touch sensitive)이다. 예컨대, 터치 패드 장 치(100)는 전자 스크린 상에 표시된 커서를 제어하거나, 전자 스크린 상에 표시된 서로 다른 인터렉티브 그래픽 요소 사이를 이동하거나, 혹은 음량 제어와 같은 파라미터 제어의 설정을 제어하는데 이용될 수 있다. 터치 패드 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 노트북 컴퓨터(102), PDA(104), 셀룰러 폰(106) 및 휴대형 미디어 플레이어(108)와 같은, 다양한 전자 장치에서 제어 장치로서 이용될 수 있다.
도 2에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패드 장치(100)의 구성 요소가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 패드 장치(100)는 터치 패드(202), 구동 회로(204), 신호 측정 유닛(206A, 206B), 처리 유닛(208) 및 메모리(210)를 포함한다. 이들 구성 요소가 도 2에서는 별개의 구성 요소로 도시되어 있지만, 이들 구성 요소 중 2개 이상이 통합될 수 있다. 본 실시예에서, 터치 패드 장치(100)는, 예컨대, 화살표(212)로 도시된 바와 같이, 입력 객체, 예컨대 사용자의 손가락이 터치 패드(202)의 길이 방향을 따라서 터치 패드(202) 상에서 이동하는 것과 같은, 입력 객체의 직선 운동을 검출할 수 있는 선형 터치 감응형 장치로서 동작할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 터치 패드 장치(100)는 터치 패드(202) 상의 입력 객체의 곡선 이동을 검출하도록 변형될 수도 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 터치 패드 장치(100)는 음량 제어 장치로서 이용될 수 있다.
터치 패드(202)는 터치 패드 상의 입력 객체의 위치에 따라서 달라지는 신호를 생성하는 전자 구성 요소이다. 따라서, 터치 패드(202)로부터의 신호는 터치 패드 상의 입력 객체의 위치 및/또는 입력 객체가 터치 패드 상에서 이동하는 속도를 측정하는데 사용될 수 있다.
도 3(a), 도 3(b), 도 3(c), 도 3(d)를 참조로 터치 패드(202)가 더 설명된다. 도 3(a)는 터치 패드(202)의 측면도이다. 도 3(b)는 터치 패드(202)의 정면도이다. 도 3(c)는 터치 패드(202)의 하면도이다. 도 3(d)는, 터치 패드의 하면도의 배치가 중첩해서 투영된 터치 패드(202)의 다른 정면도이다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 터치 패드(202)는 상부 주면(major surface)과 하부 주면을 가진 기판(320)을 포함한다. 기판(320)의 상부 및 하부 주면은 대향하는 면이다. 기판(320)의 상부 주면은 사용자를 향하는 면이고, 따라서 사용자가 입력 객체 예컨대, 손가락을 이용해서 터치 패드(202)를 이용할 때 전기적으로 접촉하는 면이다. 이하 사용되는 바와 같이, 전기적인 접촉은 전기적인 연결을 생성하는 물리적인 접촉이 될 수도 있고, 아닐 수도 있다. 일부 실시예에서, 기판(320)은 플라스틱 재료와 같은 비도전성 재료로 이루어진다. 일부 실시예에서, 기판(320)은 가요성 비도전성 재료로 이루어질 수 있으며, 따라서, 터치 패드(202)는 가요성 회로가 될 수 있다.
도 3(a) 및 3(b)에 도시된 바와 같이, 터치 패드(202)는 상부 주면 상에 도전체(322)의 어레이를 포함한다. 도전체(322)는 구리나 다른 재료와 같은, 도전성 재료로 이루어진다. 도시된 실시예에서, 도전체(322)는 직사각형 형상이다. 그러나, 다른 실시예에서, 도전체(322)는 다른 구성의 형상이 될 수 있다. 터치 패드(202)에 포함되는 도전체(322)의 수는 달라질 수 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 도전체(322)는 서로 간격을 두고 물리적으로 및 전기적으로 분리되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 도전체(322)는 도전체 사이에 비도전성 재료를 배치함으로 써 서로 물리적으로 및 전기적으로 분리될 수 있다.
도 3(c)에 도시된 바와 같이, 터치 패드(202)는 구동 전극(324) 및 2개의 검지 전극(326A, 326B)을 하부 주면 상에 포함하고 있다. 도시된 실시예에서, 구동 전극(324)은 우측 상부 모서리에서 좌측 하부 모서리로 연장하는 형태로 대각 방향으로 배치된 도전성 스트립의 형상으로 되어 있다. 또한, 2개의 검지 전극(326A, 326B)은 직각 삼각형의 형상으로 되어 있으며, 2개의 검지 전극 사이에 구동 전극(324)이 위치되는 형태로 위치된다. 검지 전극(326B)은, 기판의 하부 주면으로부터 봤을 때, 그 빗변이 구동 전극(324)에 인접해서 위치되고, 그 2개의 직각 변이 기판(320)의 우측 변과 아래 변으로서 정렬되는 형태로, 구동 전극 아래에 위치된다. 검지 전극(326A)은, 기판의 하부 주면으로부터 봤을 때, 그 빗변이 역시 구동 전극에 인접해서 위치되고, 그 2개의 직각 변이 기판(320)의 윗변과 좌측 변으로서 정렬되는 형태로, 구동 전극(324) 위에 위치된다. 따라서, 검지 전극(326A, 326B)은 기판(320)의 하부 주면 상에 직사각형 배치를 이루도록 위치된다. 그러나, 다른 실시예에서, 구동 전극(324) 및 2개의 검지 전극(326A, 326B)은 다른 구성의 형상으로 기판(320)의 하부 주면 상의 다른 위치에 위치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 구동 전극(324) 및 검지 전극(326A, 326B)은 각각 간격을 두고 서로 물리적으로 및 전기적으로 분리되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 구동 전극(324) 및 검지 전극(326A, 326B)은 구동 전극과 검지 전극 사이에 비도전성 재료를 배치함으로써 서로 물리적으로 및 전기적으로 분리될 수 있다.
기판(320)의 하부 주면 상의 검지 전극(326A, 326B)에 대한 기판(320)의 상 부 주면 상의 도전체(322)의 상대적인 위치가 도 3(d)에 도시되어 있다. 도전체(322)는 도전체 각각이 하부 주면 상에서 검지 전극(326A)의 일부와 검지 전극(326B)의 일부를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 상부 주면 상에 위치된다. 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 검지 전극(326A, 326B) 중 각각의 도전체를 가로지르게 위치된 부분의 크기는 상부 주면 상의 도전체의 위치에 따라 달라진다. 검지 전극(326B) 중 각각의 도전체를 가로질러서 위치되는 부분의 크기는 좌측 끝의 도전체로부터 우측 끝의 도전체로 갈수록 커진다. 반대로, 검지 전극(326A) 중 각각의 도전체를 가로질러서 위치되는 부분의 크기는 좌측 끝의 도전체로부터 우측 끝의 도전체로 갈수록 작아진다. 따라서, 상부 주면 상의 각각의 도전체(322)는 하부 주면 상의 검지 전극(326A, 326B)의 서로 다른 크기의 부분과 연관되어 있다.
도 2로 돌아가면, 터치 패드 장치(100)의 구동 회로(204)는 터치 패드(202)의 구동 전극(324)에 전기적으로 접속되어 있다. 구동 회로(204)는 구동 신호를 생성하도록 설계되며, 이 구동 신호는 구동 전극(324)에 인가되어서 인접하는 검지 전극(326A, 326B)과 도전체(322)와의 결합 효과를 일으킨다. 그 결과, 검지 전극(326A, 326B) 각각에서 결합 신호가 생성된다. 일 실시예에서, 구동 회로(204)는 직사각형 파(구형파) 구동 신호를 생성하도록 구성되고, 이 구동 신호는 전형적으로 검지 전극(326A, 326B)에서의 더 큰 결합을 일으킬 것이다. 그러나, 다른 실시예에서, 구동 회로(204)는 임의의 타입의 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 검지 전극(326A, 326B)에서 생성된 결합 신호는 입력 객체(예컨대, 사용자의 손가락)가 터치 패드(202)의 도전체(322) 중 하나 이상과 전기적으로 접촉할 때 변경하여, 접 지로의 경로를 제공한다. 도전체(322) 중 어느 것이 입력 객체에 의해 터치되는지에 따라서, 검지 전극(326A, 326B)의 결합 신호는 검지 전극 중 이들 도전체를 가로지르는 부분에 따라서 변할 것이다. 예컨대, 검지 전극(326A, 326B)에서의 결합-유도된 전류는, 검지 전극 중 이들 도전체를 가로질러 배치되는 부분의 크기에 따라서, 터치 패드(202)의 도전체(322) 중 하나 이상의 위에 입력 객체가 위치될 때 감소될 것이다. 따라서, 검지 전극(326A, 326B)에 있어서의 결합 신호는 터치 패드(202) 상에서의 입력 객체의 위치를 측정하는데 사용될 수 있다.
터치 패드 장치(100)의 신호 측정 유닛(206A, 206B)은 터치 패드(202)의 검지 전극(326A, 326B) 각각에 전기적으로 접속된다. 신호 측정 유닛(206A, 206B) 각각은 접속된 검지 전극의 결합 신호를 측정하고 출력 신호를 생성하도록 설계되며, 이 출력 신호는 결합 신호의 강도를 나타낸다. 일 실시예에서, 신호 측정 유닛(206A, 206B) 각각은 접속된 검지 전극에서의 결합-유도된 전류를 측정하도록 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 출력 신호는 검지 전극(326A, 326B)에서의 전류량을 나타내는 디지털 값이다. 그러나, 다른 실시예에서, 신호 측정 유닛(206A, 206B)은 전압과 같은, 결합 신호의 다른 전기적인 특성을 측정하도록 구성될 수 있다.
신호 측정 유닛(206A, 206B)은 처리 유닛(208)에 전기적으로 접속되고, 처리 유닛(208)은 신호 측정 유닛으로부터의 출력 신호를 수신한다. 처리 유닛(208)은 출력 신호를 처리해서, 예컨대, 사용자의 손가락 혹은 유사한 전기적인 특성을 가진 다른 임의의 객체와 같은 입력 객체가 터치 패드(202) 상에 위치되어 있는지 측 정해서 터치 패드 상에서의 입력 객체의 위치를 측정하도록 구성된다. 예컨대, 처리 유닛(208)은, 출력 신호의 값 중 하나 혹은 둘이 사전 결정된 예상값에서 변경되는 경우에, 터치 패드(202) 상에 입력 객체가 존재하는지 측정하도록 구성될 수 있다. 처리 유닛(208)은 또한 출력 신호의 값을 기준값과 비교함으로써 터치 패드(202) 상의 입력 객체의 위치를 측정하도록 구성될 수 있으며, 이는 터치 패드 상에서 가장 확률이 높은 입력 객체의 절대 위치를 나타낸다. 이들 기준값은 경험적으로 유도되어서 메모리(210)에 저장될 수 있으며, 이 메모리는 임의의 타입의 저장 장치가 될 수 있다. 처리 유닛(208)은 시간 경과에 따른 입력 객체의 위치 변화를 검출함으로써 터치 패드(202) 상에서의 입력 객체의 속도를 측정하도록 구성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 처리 유닛(208)은 또한 구동 회로(204)에 전기적으로 접속되어서 구동 회로를 제어한다. 따라서, 처리 유닛(208)은 구동 회로(204)가 구동 신호를 생성하도록 지시할 수 있으며, 이 구동 신호는 터치 패드(202)의 구동 전극(324)에 인가되어서 터치 패드의 검지 전극(326A, 326B)에 결합 신호를 유도한다. 그러나 다른 실시예에서, 다른 구성 요소가 구동 회로(204)를 제어할 수도 있다.
처리 유닛(208)은 마이크로프로세서 혹은 마이크로컨트롤러와 같은 다목적 디지털 프로세서가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 처리 유닛(208)은 디지털 신호 프로세서와 같은 특수 목적 프로세서가 될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 처리 유닛(208)은 다른 타입의 컨트롤러 혹은 FPGA(field programmable gate array:필드 프로그래머블 게이트 어레이)가 될 수 있다.
일 실시예에서, 신호 측정 유닛(206A, 206B), 처리 유닛(208) 및 메모리(210)는 하나의 집적 회로(IC)로 통합될 수 있다. 2개의 결합 신호만이 신호 측정 유닛(206A, 206B)에 의해 수신되기 때문에, IC는 3개의 입력 핀(하나는 구동 신호용)만을 필요로 할 것이고, 이는 종래의 클릭 휠의 용량성 검지 IC의 핀 갯수에 비해서 크게 적은 것이다.
위에 설명된 바와 같이, 터치 패드 장치(100)는 2개의 검지 전극을 이용해서 2개의 결합 신호를 생성하고, 이는 터치 패드(202) 상의 입력 객체의 존재 여부, 위치 및/또는 속도를 측정하는데 사용된다. 그러나, 다른 실시예에서, 터치 패드 장치(100)는 2개 이상의 검지 전극을 이용할 수 있다. 또한, 터치 패드(202)는 고리 형상 구성과 같은 다른 구성으로 구성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패드 장치(400)가 도시되어 있다. 터치 패드 장치(400)는 터치 패드(402), 구동 회로(404), 4개의 신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D), 처리 유닛(408) 및 메모리(410)를 포함한다. 이들 구성 요소가 개별적인 구성 요소로서 도 4에 도시되어 있지만, 이들 구성 요소 중 2개 이상이 통합될 수 있다. 이 실시예에서, 터치 패드(402)는, 4개의 검지 전극을 이용해서 터치 패드 상에서의 입력 객체, 예컨대, 사용자의 손가락의 존재 여부, 위치 및/또는 속도를 측정하는 고리 형상 터치 감응형 장치로서 구성된다.
고리 형상 터치 패드(402)는 고리 형상 터치 패드 상에서의 입력 객체의 위치에 따라서 변하는 신호를 생성하는 전자 구성 요소이다. 따라서, 터치 패드(402) 로부터의 신호는 터치 패드 상에서의 입력 객체의 고리 방향의 위치를 결정하고/결정하거나 터치 패드 상에서 입력 객체 패드가 이동하는 속도를 측정하는데 사용될 수 있다.
고리 형상 터치 패드(402)는 도 5(a), 5(b), 5(c), 5(d)를 참조로 더 설명될 것이다. 도 5(a)는 고리 형상 터치 패드(402)의 측면도이다. 도 5(b)는 고리 형상 터치 패드(402)의 정면도이다. 도 5(c)는 고리 형상 터치 패드(402)의 하면도이다. 도 5(d)도, 고리 형상 터치 패드의 하면도의 배치가 중첩해서 투영된 고리 형상 터치 패드(402)의 다른 정면도이다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 고리 형상 터치 패드(402)는 상부 주면 및 하부 주면을 가진 고리 형상 기판(520)을 포함한다. 고리 형상 기판(520)의 상부 및 하부 주면은 대향하는 면이다. 고리 형상 기판(520)의 상부 주면은 사용자를 향하는 면이고, 따라서 사용자가 입력 객체 예컨대, 손가락을 이용해서 터치 패드(402)를 이용할 때 전기적으로 접촉하는 면이다. 일부 실시예에서, 고리 형상 기판(520)은 플라스틱 재료와 같은 비도전성 재료로 이루어진다. 일부 실시예에서, 고리 형상 기판(520)은 가요성 비도전성 재료로 이루어질 수 있으며, 따라서, 터치 패드(402)는 가요성 회로가 될 수 있다.
도 5(a) 및 5(b)에 도시된 바와 같이, 고리 형상 터치 패드(402)는 상부 주면 상에 도전체(522)의 어레이를 포함하며, 이는 터치 패드(202)의 도전체(322)의 어레이와 유사하다. 그러나, 이 실시예에서, 도전체(522)는 각각이 방사 방향을 향하도록 고리 형상 배치로 위치되고, 즉 각각의 도전체의 길이 방향이 방사 방향을 향한다. 고리 형상 터치 패드(402)에 포함되는 도전체(522)의 수는 달라질 수 있 다. 도시된 실시예에서, 도전체(522) 각각은 서로 간격을 두고 물리적으로 및 전기적으로 분리되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 도전체(522)는 도전체 사이에 비도전성 재료를 배치해서 서로 물리적으로 및 전기적으로 분리될 수 있다.
도 5(c)에 도시된 바와 같이, 고리 형상 터치 패드(402)는 고리 형상 기판(520)의 하부 주면 상에 구동 전극(524) 및 4개의 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 구동 전극(524)은 2개의 도전성 스트립이 고리 형상 기판(520)의 외부 모서리로부터 고리 형상 기판의 내부 모서리로, 그리고 다시 외부 모서리로 연장하는 형상으로 형성된다. 따라서, 고리 형상 기판(520)의 하부 주면은 구동 전극(524)에 의해 4개의 영역으로 나누어진다. 이들 4개의 영역은 4개의 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)이 차지하고 있으며, 이들은 구동 전극(524)에 의해서 나누어진 고리 형상 기판(520)의 4개의 영역과 유사한 형상으로 구성된다. 검지 전극(526A, 526B)은 구동 전극(524)와 고리 형상 기판(520)의 외부 모서리 사이에 위치되고, 검지 전극(526C, 526D)은 구동 전극(524)과 고리 형상 기판의 내부 모서리 사이에 위치된다. 도 5(c)에서는 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)이 특정 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 이들 검지 전극은 다른 형상을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 구동 전극 및 검지 전극(524, 526A, 526B, 526C, 526D) 각각은 서로 간격을 두고 물리적으로 및 전기적으로 분리되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 구동 전극 및 검지 전극(524, 526A, 526B, 526C, 526D)은 구동 전극과 검지 전극 사이에 비도전성 재료를 배치함으로써 서로 물리적으로 및 전기적으로 분리될 수 있다.
고리 형상 기판(520)의 하부 주면 상의 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)에 대한 고리 형상 기판(520)의 상부 주면 상의 도전체(522)의 상대적인 위치가 도 5(d)에 도시되어 있다. 도전체(522)는 도전체 각각이 하부 주면 상에서 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D) 중 2개의 일부를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 상부 주면 상에 위치된다. 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 2개의 검지 전극 중 각각의 도전체를 가로지르게 위치된 부분의 크기는 상부 주면 상의 도전체의 위치에 따라 달라진다. 상부 주면 상의 각각의 도전체(522)는 하부 주면 상의 2개의 검지 전극의 서로 다른 크기의 부분과 연관되어 있다.
고리 형상 터치 패드(402)의 도전체(522), 구동 전극(524) 및 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)의 형상은, 직사각형 기판이 터치 패드(402)의 고리 형상 기판(520)과 같이, 고리 형상으로 구부러짐에 따라서 변형된 형상으로 직사각형 기판 상에서 보여질 수 있다. 직사각형 기판 상의 도전체(522), 구동 전극(524) 및 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)의 사전-변형된 형상이 도 6(a) 및 6(b)에 도시되어 있다. 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 도전체(522)의 사전-변형된 형상은 직사각형이다. 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 구동 전극(524)의 사전-변형된 형상은 W자 형상의 도전성 스트립이다. 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)의 사전-변형된 형상은 삼각형이고, 더 상세하게는, 이등변 삼각형 형상이다. 도 6(b)에서, 검지 전극(526B)는 반으로 나누어진 것으로 도시되어 있다. 도 6(a) 및 도 6(b)의 직사각형 기판이, 그 상부 모서리가 고리 형상 기판의 내부 모서리가 되고, 하부 모서리가 고리 형상 기판의 외부 모서리가 되는 형태로 고리 형상으로 구부러지는 경우에, 도전체(522), 구동 전극(524) 및 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)의 형상은 도 5(b) 및 도 5(c)에 도시된 형상으로 변형될 것이다.
도 4로 돌아가면, 터치 패드 장치(400)의 구동 회로(404)는 고리 형상 터치 패드(502)의 구동 전극(524)에 전기적으로 접속된다. 구동 회로(404)는 구동 신호를 생성하도록 설계되며, 이 구동 신호는 구동 전극(524)에 인가되어서 인접하는 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)과 도전체(522)와의 결합 효과를 일으킨다. 그 결과, 4개의 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D) 각각에서 결합 신호가 생성된다. 일 실시예에서, 구동 회로(404)는 직사각형 파 구동 신호를 생성하도록 구성되고, 이 구동 신호는 전형적으로 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)에서의 더 큰 결합을 일으킬 것이다. 그러나, 다른 실시예에서, 구동 회로(404)는 임의의 타입의 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 4개의 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)에서 생성된 결합 신호는, 입력 객체(예컨대, 사용자의 손가락)가 고리 형상 터치 패드(402)의 도전체(522) 중 하나 이상의 위에 위치될 때 변경되어서, 접지로의 경로를 제공한다. 도전체(522) 중 어느 것이 입력 객체에 의해 터치되는지에 따라서, 결합 신호는 검지 전극 중 이들 도전체에 걸쳐진 부분에 따라서 변경될 것이다. 예컨대, 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)에서의 결합-유도된 전류는, 고리 형상 터치 패드(402)의 도전체(522) 중 하나 이상의 위에 입력 객체가 위치될 때 감소될 것이다. 따라서, 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)에 있어서의 결합 신호는 터치 패드 상에서의 입력 객체의 위치를 측정하는데 사용될 수 있다.
신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D)은 고리 형상 터치 패드(402)의 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D) 각각에 전기적으로 접속된다. 신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D) 각각은 접속된 검지 전극의 결합 신호를 측정해서 출력 신호를 생성하도록 설계되며, 이 출력 신호는 결합 신호의 강도를 나타낸다. 일 실시예에서, 신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D) 각각은 접속된 검지 전극에서의 결합-유도된 전류를 측정하도록 ADC를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 출력 신호는 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)에서의 전류를 나타내는 디지털 값이다. 그러나, 다른 실시예에서, 신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D)은 전압과 같은, 결합 신호의 다른 전기적인 특성을 측정하도록 구성될 수 있다.
신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D)은 처리 유닛(408)에 전기적으로 접속되고, 처리 유닛(408)은 4개의 신호 측정 유닛으로부터의 4개의 출력 신호를 수신한다. 처리 유닛(408)은 출력 신호를 처리해서, 입력 객체가 고리 형상 터치 패드(402) 상에 위치되어 있는지 측정하고, 터치 패드 상에서의 입력 객체의 위치를 측정하도록 구성된다. 예컨대, 처리 유닛(408)은, 출력 신호의 값 중 하나 이상의 값이 사전 결정된 예상값에서 변경되는 경우에, 고리 형상 터치 패드(402) 상에 입력 객체가 존재하는지 측정하도록 구성될 수 있다. 처리 유닛(408)은 또한 출력 신호의 값을 기준값과 비교함으로써 고리 형상 터치 패드(402) 상의 입력 객체의 위치를 측정하도록 구성될 수 있으며, 이는 고리 형상 터치 패드 상에서 가장 유력한 입력 객체의 위치를 나타낸다. 이들 기준값은 경험적으로 유도되어서 메모리(410)에 저장될 수 있으며, 이 메모리는 임의의 타입의 저장 장치가 될 수 있다. 처리 유닛(408)은 시간 경과에 따른 입력 객체의 위치 변화를 검출함으로써 고리 형상 터치 패드(402) 상에서의 입력 객체의 속도를 측정하도록 구성될 수도 있다.
도시된 실시예에서, 처리 유닛(408)은 또한 구동 회로(404)에 전기적으로 접속되어서 구동 회로를 제어한다. 따라서, 처리 유닛(408)은 구동 회로가 구동 신호를 생성하도록 지시할 수 있으며, 이 구동 신호는 고리 형상 터치 패드(402)의 구동 전극(524)에 인가되어서 고리 형상 터치 패드의 검지 전극(526A, 526B, 526C, 526D)에 결합 신호를 유도한다. 그러나 다른 실시예에서, 다른 구성 요소가 구동 회로(404)를 제어할 수도 있다.
처리 유닛(408)은 마이크로프로세서 혹은 마이크로컨트롤러와 같은 다목적 디지털 프로세서가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 처리 유닛(408)은 디지털 신호 프로세서와 같은 특수 목적 프로세서가 될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 처리 유닛(408)은 다른 타입의 컨트롤러 혹은 FPGA가 될 수 있다.
일 실시예에서, 신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D), 처리 유닛(408) 및 메모리(210)는 하나의 IC로 통합될 수 있다. 4개의 결합 신호만이 신호 측정 유닛(406A, 406B, 406C, 406D)에 의해 수신되기 때문에, IC는 5개의 입력 핀(하나는 구동 신호용)만을 필요로 할 것이고, 이는 종래의 클릭 휠의 용량성 검지 IC의 핀 갯수에 비해서 크게 적은 것이다.
터치 패드 장치(400)의 고리 형상 터치 패드(402)가 고리 형상 기판(520)을 갖는 것으로 도시되어 있고, 설명되었지만, 터치 패드(402)의 기판(520)은 다른 실시예에서는 다른 형상으로 구성될 수 있다. 예컨대, 기판(520)은 고리 형상의 다각 형 모양으로 구성될 수 있다. 다른 예로서, 기판(520)은 직사각형 틀 형상 혹은 다른 다각형 틀 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패드 장치 상에서의 목적 객체의 위치를 측정하는 방법이 도 7을 참조로 설명된다. 터치 패드 장치는 서로 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 가진 기판과, 제 2 표면 상의 구동 도전성 전극 및 다수의 검지 전극과, 제 1 표면 상의 복수의 도전체를 포함한다. 각각의 도전체는 다수의 검지 전극 중 적어도 2개의 일부가 제 2 표면 상에서 도전체를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 제 1 표면 상에 위치된다. 블록(702)에서, 구동 신호가 터치 패드 장치의 구동 전극에 인가되어서 다수의 검지 전극과 도전체와의 결합 신호를 생성한다. 결합신호는 입력 객체와 도전체 중 적어도 하나 사이의 임의의 전기적인 접촉에 따라 달라진다. 다음으로, 블록(704)에서, 터치 패드 장치의 다수의 검지 전극의 결합 신호가 측정되어서 출력 신호를 생성한다. 다음으로, 블록(706)에서, 출력 신호가 처리되어서, 도전체가 입력 객체에 접촉되어 있다면, 어느 도전체가 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지 판정해서 입력 객체의 위치를 측정한다.
본 발명의 특정 실시예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 여기 설명되고 도시된 특정 형태 혹은 배치로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범주는 여기 첨부된 청구의 범위 및 그 균등물에 의해 정의된다.
도 1은 다양한 전자 장치에 사용될 수 있는, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패드 장치를 도시하는 도면,
도 2는 도 1의 터치 패드 장치의 블록도,
도 3(a)는 도 2의 터치 패드 장치의 터치 패드의 측면도,
도 3(b)는 도 2의 터치 패드 장치의 터치 패드의 정면도
도 3(c)는 도 2의 터치 패드 장치의 터치 패드의 하면도,
도 3(d)는, 터치 패드의 하면도의 배치가 중첩해서 투영된 도 2의 터치 패드 장치의 터치 패드의 다른 정면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패드 장치의 블록도,
도 5(a)는 도 4의 터치 패드 장치의 고리 형상 터치 패드의 측면도,
도 5(b)는 도 4의 터치 패드 장치의 고리 형상 터치 패드의 정면도
도 5(c)는 도 4의 터치 패드 장치의 고리 형상 터치 패드의 하면도,
도 5(d)는, 고리 형상 터치 패드의 하면도의 배치가 중첩해서 투영된 도 4의 터치 패드 장치의 고리 형상 터치 패드의 다른 정면도,
도 6(a)는 직사각형 기판 상의 도전체의 정면도로서, 고리 형상 터치 패드의 도전체의 사전-변형된 형상을 나타내는 도면,
도 6(b)는 직사각형 기판 상의 구동 전극 및 검지 전극의 하면도로서, 고리 형상 터치 패드의 구동 전극 및 검지 전극의 사전-변형된 형상을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패드 장치 상의 목적 객체의 위치를 측정 하는 방법의 처리 흐름도를 도시하고 있다.

Claims (20)

  1. 서로 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 가진 기판과,
    상기 제 2 표면 상의 구동 전극 및 다수의 검지 전극과,
    상기 제 1 표면 상의 복수의 도전체 - 상기 도전체 각각은 상기 다수의 검지 전극 중 적어도 2개의 검지 전극의 일부가 상기 제 2 표면 상에서 이 도전체를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 상기 제 1 표면 상에 위치됨 - 와,
    구동 신호를 생성하는 구동 회로 - 상기 구동 회로는 상기 구동 전극에 전기적으로 접속되어서 상기 구동 신호를 상기 구동 전극에 공급함으로써 다수의 검지 전극의 결합 신호를 생성하고, 상기 결합 신호는 입력 객체와 상기 도전체 중 적어도 하나 사이의 임의의 전기적인 접촉에 따라 달라짐 - 와,
    상기 다수의 검지 전극에 전기적으로 접속되어서 상기 다수의 검지 전극의 상기 결합 신호를 측정하고 출력 신호를 생성하는 다수의 신호 측정 유닛과,
    상기 다수의 신호 측정 유닛에 접속되어서, 상기 출력 신호를 처리함으로써 상기 도전체 중 어느 도전체가 상기 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되어 있는지 측정해서 상기 입력 객체의 위치를 측정하는 처리 유닛
    을 포함하는 터치 패드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 직사각형 형상인
    터치 패드 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 검지 전극은 직각 삼각형 형상의 제 1 및 제 2 검지 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 검지 전극은 상기 구동 전극이 상기 제 1 검지 전극과 제 2 검지 전극 사이에 위치되는 형태로 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 검지 전극은 상기 기판의 제 2 표면 상에 직사각형 배치로 위치되는
    터치 패드 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 고리 형상 기판인
    터치 패드 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 검지 전극은 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 검지 전극을 포함하되, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 검지 전극은 상기 구동 전극에 의해서 서로 분리되는 형태로 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 검지 전극은 상기 기판의 외부 모서리와 상기 구동 전극 사이에서 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되고, 상기 제 3 및 제 4 검지 전극은 상기 기판의 내부 모서리와 상기 구동 전극 사이에서 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 신호 측정 유닛 각각은 상기 다수의 검지 전극 각각의 전류를 측정하기 위한 아날로그-디지털 변환기를 포함하는
    터치 패드 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 구동 신호를 직사각형 파 신호의 형태로 생성하는
    터치 패드 장치.
  10. 서로 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 가진 기판과, 상기 제 2 표면 상의 구동 도전성 전극 및 다수의 검지 전극과, 상기 제 1 표면 상의 복수의 도전체 - 각각의 도전체는 상기 다수의 검지 전극 중 적어도 2개의 검지 전극의 일부가 상기 제 2 표면 상에서 이 도전체를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 상기 제 1 표면 상에 위치됨 - 를 포함하는 터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 다수의 검지 전극의 결합 신호를 생성하기 위해 상기 터치 패드 장치의 상기 구동 전극에 구동 신호를 인가하는 단계 - 상기 결합 신호는 입력 객체와 상기 도전체 중 적어도 하나 사이의 임의의 전기적인 접촉에 따라 달라짐 - 와,
    출력 신호를 생성하기 위해 상기 터치 패드 장치의 상기 다수의 검지 전극의 상기 결합 신호를 측정하는 단계와,
    상기 출력 신호를 처리해서, 상기 도전체 중 어느 도전체가 상기 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지 판정해서 상기 입력 객체의 위치를 측정하는 단계
    를 포함하는 터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동 신호를 인가하는 단계는 상기 다수의 검지 전극의 상기 결합 신호를 생성하기 위해 직사각형 파 구동 신호를 상기 터치 패드 장치의 상기 구동 전극에 인가하는 단계를 포함하는
    터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 터치 패드 장치의 상기 다수의 검지 전극의 상기 결합 신호를 측정하는 단계는 아날로그-디지털 변환을 수행해서 상기 다수의 검지 전극 각각의 전류를 측정함으로써 상기 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는
    터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 직사각형 형상이고,
    상기 다수의 검지 전극은 직각 삼각형 형상의 제 1 및 제 2 검지 전극을 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 검지 전극은 상기 구동 전극이 상기 제 1 검지 전극과 제 2 검지 전극 사이에 위치되는 형태로 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 고리 형상 기판이고,
    상기 다수의 검지 전극은 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 검지 전극을 포함하되, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 검지 전극은 상기 구동 전극에 의해서 서로 분리되는 형태로 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 검지 전극은 상기 기판의 외부 모서리와 상기 구동 전극 사이에서 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되고, 상기 제 3 및 제 4 검지 전극은 상기 기판의 내부 모서리와 상기 구동 전극 사이에서 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치 상에서 목적 객체의 위치를 측정하는 방법.
  16. 서로 대향하는 제 1 및 제 2 표면을 가진 고리 형상 기판과,
    상기 제 2 표면 상의 구동 전극 및 다수의 검지 전극과,
    상기 제 1 표면 상의 복수의 도전체 - 상기 도전체 각각은 상기 다수의 검지 전극 중 적어도 2개의 검지 전극의 일부가 상기 제 2 표면 상에서 이 도전체를 직접 가로질러서 위치되는 형태로 상기 제 1 표면 상에 위치됨 - 와,
    구동 신호를 생성하도록 구성된 구동 회로 - 상기 구동 회로는 상기 구동 전극에 전기적으로 접속되어서 상기 구동 신호를 상기 구동 전극에 공급함으로써 다수의 검지 전극의 결합 신호를 생성하고, 상기 결합 신호는 입력 객체와 상기 도전체 중 적어도 하나 사이의 임의의 전기적인 접촉에 따라 달라짐 - 와,
    상기 다수의 검지 전극에 전기적으로 접속되어서 상기 다수의 검지 전극의 상기 결합 신호를 측정해서 출력 신호를 생성하는 다수의 신호 측정 유닛과,
    상기 다수의 신호 측정 유닛에 접속되어서, 상기 출력 신호를 처리함으로써 상기 도전체 중 어느 도전체가 상기 입력 객체에 의해 전기적으로 접촉되고 있는지 측정해서 상기 입력 객체의 위치를 측정하는 처리 유닛
    을 포함하는 터치 패드 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 다수의 검지 전극은 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 검지 전극을 포함하되, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 검지 전극은 상기 구동 전극에 의해서 서로 분리되는 형태로 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 검지 전극은 상기 기판의 외부 모서리와 상기 구동 전극 사이에서 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되고, 상기 제 3 및 제 4 검지 전극은 상기 기판의 내부 모서리와 상기 구동 전극 사이에서 상기 기판의 상기 제 2 표면 상에 위치되는
    터치 패드 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 다수의 신호 측정 유닛 각각은 상기 다수의 검지 전극 각각의 전류를 측정하기 위한 아날로그-디지털 변환기를 포함하는
    터치 패드 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 구동 신호를 직사각형 파 신호의 형태로 생성하도록 구성되는
    터치 패드 장치.
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