KR20110015585A - 다중 터치 입력의 위치를 평가하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20110015585A
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버나드 오 기아그한
크레이그 에이 코르데이로
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

매트릭스-기반 터치 입력 시스템은 독립적으로 구해진 x-좌표 및 y-좌표로부터 유효 x-y 좌표 쌍을 형성함으로써 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 터치 위치를 평가한다. 신호 크기, 신호 세기, 신호 폭, 및 신호 변화율과 같은 하나 이상의 신호 파라미터를 비교하는 것에 기초하여 유효 x-y 쌍이 형성된다. 접지에 대한 커패시턴스 신호가 x-좌표 및 y-좌표를 구하는 데 사용되는 매트릭스형 용량성 시스템에서, 구해진 좌표는 상호 커패시턴스 측정을 사용하여 유효 x-y 쌍으로 형성될 수 있다. 3개 이상의 시간적으로 중복하는 터치를 분석할 때, 터치들 중 적어도 하나의 유효 x-y 좌표 쌍을 분석함으로써 얻어진 정보가 나머지 터치를 분석하는 데 사용될 수 있다.

Description

다중 터치 입력의 위치를 평가하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR ASSESSING LOCATIONS OF MULTIPLE TOUCH INPUTS}
관련 출원과의 상호 참조
이 특허 문서는 미국 특허법 제119조 (e)에 따라 2008년 5월 14일자로 출원된 발명의 명칭이 "Systems and Methods for Assessing Locations of Multiple Touch Inputs(다중 터치 입력의 위치를 평가하는 시스템 및 방법)"인 미국 가특허 출원 제61/127,580호를 기초로 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 다중 터치 입력을 평가하고 구별하는 터치 입력 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 허상 터치 오류(phantom touch error)에 취약한 터치 시스템에서 다중 터치 입력을 구별하는 것에 관한 것이다.
터치 감응 디바이스는 기계적 버튼, 키패드, 키보드 및 포인팅 디바이스에 대한 필요를 줄이거나 제거함으로써 사용자가 전자적 시스템 및 디스플레이와 편리하게 상호 작용하도록 해준다. 예를 들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 디스플레이 중인 터치 스크린을 간단히 터치함으로써 복잡한 일련의 명령어들을 실행할 수 있다. 많은 터치 감응 디바이스에서, 입력은 센서에 있는 전도성 물체가 사용자의 손가락과 같은 전도성 터치 도구에 용량적으로 연결될 때 감지된다. 그러한 디바이스는 터치 장애 때문에 복수의 위치에서 커패시턴스를 측정하며, 터치 위치를 결정하기 위해 측정된 커패시턴스를 사용한다.
일부 응용들에서, 예를 들어, 멀티플레이어 게임에서 다수의 사용자들로부터 또는 가상 키보드 또는 유사한 인터페이스를 사용하여 한 명의 사람으로부터 동시에 다중 터치 입력이 가해진다. 이러한 응용들은 각각의 입력에 대한 터치 위치가 응용에서 적절한 동작을 트리거하도록 판정될 수 있도록 다수의 동시적인 터치의 정확한 구별로부터 이득을 본다.
소정 실시예에서, 본 발명은 매트릭스형 용량성 터치 스크린 시스템에서 사용하기 위한 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력들의 터치 위치를 평가하고 구별하는 방법을 제공한다. 이러한 시스템은 접지에 대한 커패시턴스(capacitance-to-ground) 측정에 기초한, 터치 입력의 x-좌표를 나타내는 x-신호를 제공하는 복수의 x-전극, 및 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 복수의 y-전극을 갖는 센서를 포함한다. 이러한 방법은 수신된 x-신호로부터 2개 이상의 터치 입력의 유효 x-좌표를 구하는 단계, 수신된 y-신호로부터 2개 이상의 터치 입력의 유효 y-좌표를 구하는 단계, 및 터치 입력의 위치를 나타내는 유효 x-y 좌표 쌍을 형성하는 단계를 포함한다. 소정 실시예에서, 유효 좌표 쌍을 형성하는 단계는 상호 커패시턴스 측정을 사용하여 및/또는 신호 크기, 신호 세기, 신호 폭, 및 신호 변화율과 같은 하나 이상의 신호 파라미터를 비교함으로써 수행될 수 있다.
소정 실시예에서, 본 발명은 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력 위치의 x-좌표를 나타내는 x-신호를 제공하는 복수의 x-전극, 및 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력 위치의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 복수의 y-전극을 갖는 센서를 포함하는 매트릭스형 용량성 터치 스크린 시스템을 제공한다. 이러한 시스템은 x-전극에 결합되어 x-신호를 수신하고 y-전극에 결합되어 y-신호를 수신하는 제어기 회로를 더 포함하고, 이 제어기는 x-신호로부터 하나 이상의 x-좌표 및 y-신호로부터 하나 이상의 y-좌표를 구하고 또, 터치 센서에 가해지는 2개 이상의 터치 입력에 응답하여, 구해진 x-좌표 및 구해진 y-좌표로부터 유효 x-y 좌표 쌍을 형성하도록 구성되어 있다.
소정 실시예에서, 본 발명은 터치 입력의 x-좌표를 나타내는 x-신호 및 터치 입력의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 센서를 포함하는 매트릭스형 터치 스크린 시스템에서 사용하기 위한 3개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 터치 위치를 평가하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 수신된 x-신호로부터 3개 이상의 터치 입력의 유효 x-좌표를 구하는 단계, 수신된 y-신호로부터 3개 이상의 터치 입력의 유효 y-좌표를 구하는 단계, 유효 터치 위치를 나타내는 구해진 x-좌표 및 구해진 y-좌표로부터 유효 x-y 쌍을 형성함으로써 터치 입력들 중 하나를 미분석된 채로 있는 다른 터치 입력들을 사용하여 분석하는 단계, 및 분석된 터치 입력에 응답하여, 나머지 x-좌표 및 나머지 y-좌표로부터 미분석된 터치 입력들 중 하나 이상에 대한 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계를 포함한다.
소정 실시예에서, 본 개시는 또한, x-센서 바 및 y-센서 바의 교차점에 있는 복수의 노드 - 각각의 노드는 신호 세기를 산출하도록 전자 회로에 의해 구동됨 - 를 갖는 매트릭스형 터치 스크린에서 사용하기 위한, 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 터치 위치를 평가하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 정의된 터치-이벤트 임계값을 초과하는 신호 세기를 갖는 노드에 대해, (1) 최고 신호 세기를 갖는 노드를 제1 터치와 연관시키는 단계, (2) 최고 신호 세기를 갖는 노드에 인접한 노드들을 제1 터치와 연관시키는 단계, (3) 제1 터치와 연관되지 않은 노드들 중에서, 최고 신호 세기를 갖는 노드를 제2 터치와 연관시키는 단계, 및 (4) 제2 터치와 연관된 노드에 인접한 노드들을 제2 터치와 연관시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 실시예 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 보다 완전한 이해와 더불어 이점 및 효과는 첨부 도면과 관련하여 취해진 이하의 상세한 설명 및 청구의 범위를 참조함으로써 명백해지고 이해될 것이다.
본 개시는 첨부 도면과 관련하여 다양한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 고려해서 더 완전하게 이해되며 평가될 수 있으며, 여기에서
도 1은 본 발명의 소정 실시예에 따른, 다중 터치 입력을 평가하는 매트릭스형 터치 센서 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 소정 실시예에 따른, 다중 터치 입력을 평가하는 데 사용되는 단계들을 나타낸 도면.
도 3a는 본 발명의 소정 실시예에 따라 분석될 수 있는 매트릭스형 터치 센서 상의 3개의 시간적으로 중복하는 터치를 나타낸 도면.
도 3b는 도 3a에 나타낸 터치에 대해 수신된 신호의 시간 그래프를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명의 소정 실시예에 따라 분석될 수 있는 매트릭스형 터치 센서 상의 3개의 시간적으로 중복하는 터치를 나타낸 도면.
도 4b는 도 4a에 나타낸 터치에 대해 수신된 신호의 시간 그래프를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5a는 본 발명의 소정 실시예에 따라 분석될 수 있는 매트릭스형 터치 센서 상의 3개의 시간적으로 중복하는 터치를 나타낸 도면.
도 5b는 도 5a에 나타낸 터치에 대해 수신된 신호의 시간 그래프를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 소정 실시예에 따른, 다중 터치 입력을 평가하는 데 사용되는 단계들을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 소정 실시예에 따라 분석될 수 있는 2개의 근접하여 위치한 터치의 존재 시에 매트릭스형 용량성 터치 시스템 내의 이웃하는 전극들에 수신되는 신호를 나타낸 도면.
도 8a는 예시적인 가상 키보드 레이아웃을 나타낸 도면.
도 8b는 본 발명의 소정 실시예에 따른, 예상된 키 스트로크 조합의 분석을 가능하게 해주기 위해 수정된 예시적인 가상 키보드 레이아웃을 나타낸 도면.
도 9a는 2개의 서로 다른 터치다운, 끌기, 리프트-오프(liftoff) 이벤트의 일례를 나타낸 도면.
도 9b는 도 9a의 2개의 서로 다른 터치다운 이벤트가 어떻게 잘못 해석될 수 있는지를 나타낸 도면.
도 10a는 기본 비율 해석(basic ration interpretation)을 갖는 터치다운 이벤트를 나타낸 그래프.
도 10b는 터치다운 이벤트를 나타낸 그래프.
도 10c는 터치다운 이벤트를 나타낸 그래프.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태로 될 수 있지만, 그 구체적 사항은 도면에 예시적으로 도시되어 있으며 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 설명되는 특정 실시예로 한정하고자 의도한 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되는 발명의 범주 내에 속하는 모든 변형, 균등물 및 대안예를 포함하고자 한다.
예시된 실시예의 하기의 설명에서, 본 명세서의 일부를 구성하며 본 발명이 실시될 수 있는 다양한 실시예가 예시로서 도시된 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 실시예들이 이용될 수도 있으며 구조적 변경이 이루어질 수도 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 일반적으로 터치 시스템에 적용가능하며, 특히 한명 이상의 사용자에 의해 2개 이상의 터치가 가해질 수 있는 터치 시스템에 적용가능하다. 본 발명은 2개 이상의 터치 입력 중 어떤 부분이 동시에 일어나거나 시간적으로 중복할 수 있는 터치 시스템에 특히 적합하다. 예를 들어, 본 발명은, 게임을 플레이하는 도중에, 플레이어들이 게임에서 응답을 발생하기 위해 터치 입력을 가할 수 있고 또 2개 이상의 터치가 동시에 시작 및/또는 동시에 종료 및/또는 각각의 터치가 가해지는 시간의 적어도 일부 동안 중복될 수 있는, 한명 이상의 플레이어가 플레이하도록 설계된 전자 게임 시스템에서 사용하기에 적합할 수 있다. 이러한 터치 입력을 중복하는 터치, 이중 터치 또는 동시 터치라고 할 수 있다.
소정 실시예에서, 본 개시는 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 터치 위치를 평가하는 터치 센서 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 시스템 및 방법은 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력의 x-좌표를 나타내는 x-신호를 제공하는 복수의 x-전극, 및 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 복수의 y-전극을 갖는 센서를 포함한다. 2개 이상의 터치 입력의 유효 x-좌표가 수신된 x-신호로부터 구해지고, 2개 이상의 터치 입력의 유효 y-좌표가 수신된 y-신호로부터 구해진다. 유효 터치 위치를 나타내는 유효 x-y 쌍이 구해진 x-좌표 및 y-좌표로부터 형성된다. x-y 좌표 유효성 확인은, 예를 들어, 상호 커패시턴스 측정을 사용하여 및/또는 신호 크기, 신호 세기, 신호 폭, 및 신호 변화율과 같은 하나 이상의 신호 파라미터를 비교함으로써 수행될 수 있다. 발명의 명칭이 "Touch Panel System and Method for Distinguishing Multiple Touch Inputs(다중 터치 입력을 구별하는 터치 패널 시스템 및 방법)" (Geaghan 등)인 공동 양도된 미국 특허 제7,254,775호는 다수의 시간적으로 중복하는 터치 입력을 구별하는 방법 및 시스템을 포함하고 있다.
유효 터치 위치 좌표가 구해질 수 있도록 시간적으로 중복하는 터치 입력을 단일 터치 입력과 구별하는 터치 패널 센서, 제어기, 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 터치 패널 시스템 및 방법은 신호 세기를 지정된 임계값과 비교함으로써, 순차적인 신호 크기의 변화를 비교함으로써, 신호 크기 또는 측정된 위치의 변화율을 소정의 파라미터와 비교함으로써, 기타 등등에 의해 중복하는 터치를 구별할 수 있다. 이 문서에서 사용되는 바와 같이, 신호 크기는 신호 세기 및 신호 폭을 포함하는 척도이다.
본 발명은 2개 이상의 터치가 시간적으로 중복할 때 얻어지는 다수의 가능한 터치 위치들 중에서 유효 터치 위치를 구별하는 시스템 및 방법을 제공한다. 게다가, 본 발명은 다중 터치 중복 동안에 측정된 신호를 저장하여, 적어도 하나의 유효 터치 위치를 구별하여 보고함으로써 얻어진 정보가 저장된 신호로부터 부가적인 유효 터치 위치를 식별, 구별 및 보고하는 데 사용될 수 있도록 한다.
검출 메카니즘의 성질에 의해, 매트릭스형 용량성, 적외선 매트릭스형(IR), 및 SAW(surface acoustic wave)와 같은 매트릭스형 터치 센서 기술은 다중 터치 이벤트의 유효 x-좌표 및 유효 y-좌표를 용이하게 표시하고 구별할 수 있다. 그렇지만, 어느 x-좌표가 어느 y-좌표와 짝을 이루는지가 분명하지 않을 수 있고, 따라서 본 발명은 유효 터치 위치(즉, 유효 x-y 짝)를 허상 터치 위치(즉, 유효하지 않은 x-y 짝)와 구별하는 것을 포함한다. 이것은 신호 이벤트 타이밍 시퀀스를 비교하고 상관시키는 것, 신호 크기 정보를 상관시키는 것, 신호 변화율 정보를 상관시키는 것, 기타에 의해 행해질 수 있다. 기본적인 구별 원리는 유효 터치 위치 지점에 대한 x-신호 및 y-신호가 비슷한 신호 타이밍, 신호 세기, 신호 크기, 및 신호 변화율을 가지게 되는 반면, 허상 터치 지점이 이러한 신호 특성들 중 일부 또는 전부가 다른 x-신호 및 y-신호와 연관되게 된다는 것이다. 그에 따라, 이러한 신호 특성들 중 어느 것이라도 유효 터치 위치를 허상 터치 위치와 구별하는 데 개별적으로 또는 임의의 적합한 조합으로 사용될 수 있다.
소정 실시예에서, 다수의 실제 터치 지점을 허상과 구별하기 전에 다중 터치 지점의 존재가 단일 터치의 존재와 구별된다. 2개의 터치가 공간적으로 서로 아주 가까운 경우, 터치의 신호들이 서로 섞임으로써 이들을 서로 구별하는 것이 곧바로 분명하지는 않다. 본 명세서에서 나중에 매트릭스형 용량성 시스템에서 터치 신호 크기에 기초하여 이러한 근접한 다중 터치를 분석하는 방법에 대해 기술하는 것은 물론 향상된 터치 위치 정확도를 달성하기 위해 스케일링된 측정에 기초하여 보간하기 위한 교정 기법(본 명세서에 기술된 분석 향상을 위한 방법과 함께 사용될 수 있음)에 대해서도 기술한다.
소정 실시예에서, 유효 좌표가 유효 좌표 쌍을 형성하도록 짝을 이루지 않는 경우에도, 유효 x-좌표 및 y-좌표를 구함으로써 다중 터치가 충분히 분석된다. 이러한 실시예에서, 가능한 터치 지점들에 의해 정의되는 경계 다각형이 관심의 대상이다. 예를 들어, 2개의 터치가 그들의 허상과 함께 터치 좌표계에 따라 배향되는 경계 상자의 정점을 정의할 수 있다. 경계 상자는 2개의 터치가 더 가까이/더 멀어지게 움직이는 것을 검출함으로써 디스플레이된 직사각형을 더 작게/더 크게 스케일링하는 데 기준으로서 사용될 수 있다. 응용들은 실제 터치를 허상 터치와 구별하는 것에 의존할 필요가 없는 핀치 줌(pinch zoom) 동작을 포함한다. 이러한 동작을 수행하는 데 사용될 수 있는 방법에 대해 이하에서 기술한다.
더 많은 시간적으로 중복하는 터치, 예를 들어, 3개 이상의 터치가 가해질 때, 터치가 허상 터치 위치들 중 하나에 또는 그 근방에 닿게 될 가능성이 증가한다. 본 발명의 소정 실시예에 따르면, 적어도 하나의 유효 터치 위치를 찾아내기 위해 하나 이상의 신호 특성들을 상관시키는 것 및 있을 수 있는 허상 터치 위치들 중 하나 이상을 제거함으로써 나머지 신호의 분석을 간단화하기 위해 유효 터치 위치를 사용하는 것에 의해 이러한 상황이 해결될 수 있다.
매트릭스형 용량성 터치 센서를 포함하는 소정 실시예에서, 일련의 있을 수 있는 x-y 터치 위치를 나타내는 일련의 유효 x-좌표 및 y-좌표를 찾아내기 위해 접지에 대한 커패시턴스 신호가 사용된다. 이어서, 유효 터치 위치의 존재를 나타내는, x-전극과 y-전극 간의 상호 커패시턴스가 존재하는지 알아보기 위해, 각각의 있을 수 있는 x-y 터치 위치가 테스트될 수 있다. 예를 들어, 3-터치 상황의 경우, 3개의 가능한 x-좌표(x1, x2 및 x2)와 3개의 가능한 y-좌표(y1, y2 및 y3)가 존재하여 다음과 같은 9개의 가능한 터치 위치가 생기게 된다: (x1,y1), (x1,y2), (x1,y3), (x2,y1), (x2,y2), (x2,y3), (x3,y1), (x3,y2), 및 (x3,y3). x-전극이 구동 라인이고 y-전극이 감지 라인이라고 가정하면, 유효 x-좌표와 연관된 각각의 x-전극이 차례로 구동될 수 있고, 유효 y-좌표와 연관된 각각의 y-전극이 상호 커패시턴스 신호가 있는지 모니터링될 수 있다. 이러한 프로세스가 유효 x-y 쌍을 밝혀준다. 그에 부가하여, 보간 기법에 의해, 예를 들어, 유효 터치 위치의 어느 한쪽에 있는 x-전극 및 y-전극 상에 신호 세기(접지에 대한 커패시턴스 또는 상호 커패시턴스)가 있는지 모니터링을 하고 그에 따라 터치 위치를 조절하는 것에 의해 터치 위치가 세부 조정될 수 있다. 부록 A 및 C가 이러한 기법들에 대해 기술하고 있다.
본 발명의 터치 패널 시스템 및 방법은, 다중 터치를 구별할 수 있기 때문에, 멀티플레이어 게임과 같은 다중 사용자 응용에서, 빠른 연속적인 또는 중복하는 터치 입력이 있을 수 있는 응용에서, 또 단일 사용자가 제스처 또는 가상 키보드 터치와 같은 정보를 입력하기 위해 (하나 또는 2개의 손으로부터 임의의 조합으로) 여러 손가락을 사용하는 응용에서 사용될 수 있다. 임의의 수의 동시적인 터치를 구별할 수 있는 것에 의해 이러한 기능을 이용하는 응용을 개발할 수 있다. 예를 들어, 특정 핸드헬드 장치가 터치 입력 핀치 줌 및 확장 동작을 이용하며, 이 경우 사용자는 2개의 손가락으로 스크린을 터치하고 문서, 지도, 이미지, 기타를 줌인 또는 줌아웃하기 위해 손가락 사이의 거리를 확장 또는 축소한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 또한 호버(hover) 이벤트를 동시적인 터치 또는 호버 이벤트에서 검출하고 구별하는 데 사용될 수 있다. 터치 물체가 완전 터치(full touch)(예를 들어, 터치 표면과 접촉하는 것 또는 충분한 압력으로 접촉하는 것)로 간주될 정도로 터치 표면에 충분히 가까이 있지는 않으면서 전극과 용량 결합(capacitively couple)할 정도로 터치 표면에 충분히 가깝게 될 때 호버 이벤트가 일어난다. 이 문서에서 터치 및 터치 입력이 언급될 때, 문맥이 달리 기술하고 있지 않는 한, 완전 터치 및 호버 이벤트 둘다가 포함되는 것으로 생각되어야 한다.
터치 스크린 시스템에서, 사용자가 가한 터치의 위치는 일반적으로 터치 입력에 의해 발생되는 신호를 측정하고 이 신호를 사용하여 터치의 위치를 계산함으로써 구해진다. 이어서, 구해진 터치 위치에 기초하여 응용-의존적 명령이 수행된다. 적절히 교정된 터치 시스템을 가정하면, 계산된 터치 위치는 사용자의 의도된 명령이 수행될 수 있도록 사용자가 터치한 실제의 위치에 충분히 가까워야 한다. 충분히 가깝기 위해 보고된 터치 위치가 실제의 터치 위치에 얼마나 가까워야 하는지는, 부분적으로, 터치 시스템의 분해능에 의해 결정된다. 사용자가 터치한 실제의 위치에 충분히 가깝게 대응하는 보고된 터치 위치를 유효 터치(valid touch)라고 한다. 이 문서에서 사용되는 바와 같이, 터치 위치를 보고한다는 것은 계산된 터치 위치가 터치 시스템에 의해 적절한 방식으로, 예를 들어, 사용자 입력 명령을 판정하기 위해 응용 프로그램에 의해 사용된다는 것을 말한다. 보고는 터치 스크린 제어기로부터 중앙 처리 장치로의 통신을 포함할 수 있거나, 보다 통합된 시스템에서는, 터치 위치 데이터가 응용에서 생각되고 있는 대로 계산되어 적절히 사용되는 것을 수반할 수 있다.
본 발명의 방법은 x-좌표 데이터가 y-좌표 데이터와 독립적으로 구해질 수 있는 다양한 다른 터치 센서 기술, 예를 들어, 매트릭스형 용량성(접지에 대한 커패시턴스) 시스템, 매트릭스형 IR 및 SAW에서 사용하기에 적합할 수 있다. 각각의 터치 스크린 기술이 측정되는 터치 입력 신호에서 또 신호가 해석되는 방식에서 적어도 얼마간 다르기 때문에, 본 발명의 태양의 구현이 응용-고유의 요소를 가질 수 있다.
소정 실시예에서, 본 발명은, 특히 매트릭스형 용량성 터치 센서가 터치 입력 장치로서 사용될 때, 다수의 시간적으로 중복하는 터치 입력을 구별하는 데 사용된다. 접지에 대한 커패시턴스 신호가 매트릭스형 용량성 터치 센서 시스템에서 터치 좌표를 구하는 데 사용될 때, 각각의 개별 전극의 접지에 대한 커패시턴스 신호가 측정된다. 그에 따라, 유효 x-좌표 위치가 x-전극으로부터 수집된 신호로부터 바로 구해질 수 있고, 유효 y-좌표 위치가 y-전극으로부터 수집된 신호로부터 바로 구해질 수 있다. 하나의 x-좌표와 하나의 y-좌표가 유효성 확인되도록 단일 터치 입력이 센서에 가해지는 상황에서는, 좌표 불일치가 존재하지 않으며, [당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 터치 위치가 보간 및 비례 전류 측정(ratiometric current measurement), 상호 커패시턴스 측정, 기타와 같은 부가의 신호로부터 수집된 부가의 정보를 사용할 수 있는 기타 방법을 통해 세부 조정될 수 있더라도], 터치 위치가 바로 보고될 수 있다. 터치 입력이 시간적으로 중복하도록 다중 터치 입력이 센서에 가해지는 상황에서는, 일반적으로 각각의 터치 입력에 대한 유효 x-좌표와 y-좌표의 쌍(유효 터치 위치)은 물론 유효하지 않은 쌍(허상 터치 위치)도 존재한다. 본 발명의 태양은 x-좌표 및 y-좌표 정보를 독립적으로 제공하는 센서에 대한 임의의 수의 시간적으로 중복하는 터치의 유효 좌표 쌍을 식별하기 위해 다양한 기법을 사용하여 유효 터치 위치를 허상 터치 위치와 구별하는 것에 관한 것이다.
본 출원인은 접지에 대한 커패시턴스 측정을 사용함으로써 매트릭스형 용량성 터치 센서 상의 다수의 터치를 구별하는 것으로부터 얻어지는 효율성을 알았다. 매트릭스형 용량성 터치 센서를 사용하여 접지에 대한 커패시턴스 측정을 할 때, 터치 입력의 x-위치 및 y-위치를 독립적으로 구하기 위해 각각의 x-전극 및 각각의 y-전극에 의해 생성되는 신호가 측정된다. 앞서 언급한 바와 같이, 이와 같이 독립적으로 구하는 것에 의해, 동일한 시간 프레임 동안에 다중 터치가 가해질 때 허상 터치가 생길 수 있다. 각각의 x-전극과 각각의 y-전극 사이의 상호 커패시턴스를 모니터링함으로써 매트릭스형 용량성 터치 센서도 역시 측정될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 x-y 전극 교차점이 모니터링되고, 유효 터치를 자동으로 분석한다(즉, 허상 터치가 생기지 않는다). 그렇지만, N개의 x-전극 및 M개의 y-전극을 포함하는 센서의 경우, 상호 커패시턴스는 센서의 완전한 특성 분석을 위해 N x M번의 측정을 하는 것을 필요로 하는 반면, 접지에 대한 커패시턴스는 N + M번의 측정을 하는 것을 필요로 한다. 게다가, 접지에 대한 커패시턴스 측정은 모든 X 전극 또는 Y 전극에 대해 동시에 행해질 수 있으며, 따라서 모든 전극이 2 단계로 측정될 수 있는 반면, 상호 커패시턴스는 한쪽 차원의 각각의 전극을 순차적으로 구동하는 것 및 다른 쪽 차원의 전극을 동시에 또는 순차적으로 측정하는 것을 수반한다.
도 1은 x-좌표 데이터 및 y-좌표 데이터가 독립적으로 측정되고 이어서 짝을 이루거나 상관되어 센서(110) 상에서의 터치 위치를 나타내는 유효 x-y 쌍을 형성하는 터치 센서 시스템(100)을 개략적으로 나타낸 것이다. 설명의 편의상, 터치 센서(110)가 매트릭스형 용량성 터치 센서로서 설명될 것이지만, 센서(110) 및 본 명세서에서 사용되는 개념이 IR, SAW 및 기타 매트릭스-기반 터치 감지 기술에 똑같이 적용가능하다는 것을 잘 알 것이다. 터치 센서 시스템(100)은 태플릿 컴퓨터, PDA, 휴대폰, 기타 등등을 비롯한 모바일 장치는 물론 게임 및 오락 기기, 공중 키오스크, 또는 터치 입력을 이용하는 임의의 다른 장치를 비롯한 임의의 적당한 장치에 포함될 수 있으며, 한명의 사용자 또는 여러명의 사용자로부터 동시에 가해질 수 있는 다중 터치 위치를 이용하는 응용을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 이러한 개념들 중 다수가, 매트릭스형 용량성 터치 시스템, IR 터치 시스템 및 SAW 터치 시스템을 비롯한, X 및 Y를 독립적으로 측정하는 매트릭스형 시스템에 적합한 다양한 방식으로 유사한 구현에 적당하다.
터치 물체가 터치 위치에 아주 근접해 있는 전극에 용량 결합될 때, 얻어진 신호가 측정되어 터치 위치를 구할 수 있도록, 매트릭스형 용량성 터치 스크린은 다수의 전극들의 그리드를 포함한다. 다수의 전극 센서의 배열이 상호 직교하는 일련의 선형 x-전극 및 선형 y-전극을 포함하지만, 다른 배열도 가능하다. 신호는 각각의 개별 전극에 대한 터치의 효과가 측정되는 접지에 대한 커패시턴스 측정에 또는 각각의 전극 쌍에 대한 터치의 효과가 그 쌍의 한쪽 전극을 구동하고 다른쪽 전극을 감지함으로써 구해지는 상호 커패시턴스 측정에 기초할 수 있다. 예시적인 매트릭스형 용량성 터치 스크린에서, 개별 전극은 AC 신호에 의해, 예를 들어, 순차적으로 활성화될 수 있다. 전극들 중 하나 이상과 충분히 근접해 있는 손가락 또는 기타 전도성 터치 물체가 전극에 용량 결합되어, 용량 결합의 세기에 비례하여 전극 상의 신호를 변경시킨다. 각각의 전극에서 이러한 신호 변경이 측정되고, 상대적 변화가 터치 위치를 계산하는 데 사용된다.
터치 위치는 신호 세기 및 신호 폭의 함수이다. 신호 세기는 하나의 용량성 전극에서 측정되는 최대 신호[예를 들어, 도 7에 나타낸 항목(62)]이다. 신호 폭은 몇개의 용량성 전극에 걸쳐 측정되는 벨 형상의 신호 엔벨로프의 폭[예를 들어, 도 7에 나타낸 곡선(70)의 폭]이다. 용량성 신호 크기는 신호 세기 및/또는 폭을 포함할 수 있다.
매트릭스형 IR 터치 스크린의 동작 원리는, 예를 들어, 미국 특허 제4,868,912호에 개시되어 있다. 매트릭스형 IR 터치 시스템은 통상적으로 직사각형 활성 터치 표면의 2개의 인접한 가장자리(수평 및 수직) 상에 있는 발광체(예를 들어, LED)의 어레이와, 활성 표면의 2개의 반대쪽 가장자리 상에 있는 수광부(light receiver)의 어레이를 갖는다. 가장 간단한 형태에서, 각각의 발광체는 활성 표면을 가로질러 반대쪽에 있는 수광부로 직접 광을 보낸다. 활성 표면에 대한 터치는 적어도 하나의 수평 광빔 및 하나의 수직 광빔을 차단한다. 터치의 위치는 어느 수광부에 수신된 광이 감소되었는지에 의해 구해진다. IR 시스템에서의 신호 크기는 IR 광빔을 차단하는 터치에 의해 야기된 음영의 폭을 말한다.
SAW 터치 스크린의 동작 원리는, 예를 들어, 미국 특허 제6,225,985호에 개시되어 있다. SAW 시스템에서, 음파가 송신기로부터 방출되고, 이어서 활성 표면의 한쪽 가장자리 근방에 있는 반사 어레이에 의해 터치 스크린의 활성 표면에 걸쳐 분산되며, 이어서 활성 표면의 반대쪽 가장자리에 있는 반사 어레이에 의해 수신기로 반사된다. 예를 들어, 음파 에너지가 반사 어레이에 의해 90°반사되고 활성 표면에 걸쳐 균일하게 분산될 때까지, 활성 표면 위쪽의 반사 어레이에 있는 송신기에 의해 음파가 수평으로 방출된다. 음파는 이어서 활성 표면 아래쪽의 반사 어레이에 의해 수평으로 수신기로 반사된다. 음파 에너지가 수신기에 도달하는 상대 시간은 반사 어레이에서 에너지가 이동한 (수평) 거리에 의존한다. 따라서, 음파 이동 시간은 활성 표면 상의 수평 위치에 상관된다. 활성 표면에 대한 터치는 터치 아래를 지나는 음파 에너지의 일부를 흡수하여, 수신된 음파의 일부분을 감쇠시킨다. 그러면, 수평(X) 차원에서는 음파의 감쇠된 부분이 수신된 상대 시간을 측정함으로써 터치의 위치를 알아낼 수 있다. 터치의 크기는 최대 감쇠 정도 및 수신된 음파의 감쇠된 부분의 폭을 포함할 수 있다. 터치의 수직(Y) 좌표를 측정하기 위해 수직 음파가 유사한 방식으로 방출, 분산 및 검출될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 센서(110)는 제어기(120)의 x-I/O(입력/출력)(122x)에 연결된 x-전극(예를 들어, 전극 xA, xB, 및 xC) , 및 제어기(120)의 y-I/O(122y)에 연결된 y-전극(예를 들어, 전극 yA, yB, 및 yC)을 포함한다. 터치 입력, 예를 들어, 터치 A, B 및 C로부터의 입력에 응답하여, 하나 이상의 x-전극 및 y-전극에 신호가 발생되고, 이 신호는 터치 위치 계산을 위해 A/D 변환기(124)에 의해 변환될 수 있다. 소정 실시예에서, 각각의 전극을 (동시에 또는 순차적으로, 동적 어드레싱 방식에 따라, 랜덤한 순서로, 기타로) 구동하는 신호를 사용하여 접지에 대한 커패시턴스 측정이 행해지며, 이 때 구동되는 전극(들)이 측정된다. 소정 실시예에서, 쌍에 있는 전극들 중 한쪽 전극(구동 전극 또는 구동 라인이라고 함)을 구동하고 쌍에 있는 다른쪽 전극(감지 전극 또는 감지 라인이라고 함)에 결합하는 것으로 인한 신호를 측정함으로써 x-전극과 y-전극의 쌍의 교차점에서 상호 커패시턴스 측정이 행해진다. 상호 커패시턴스는 또한, 예를 들어, 하나의 x-전극을 구동하고 모든 y-전극을 한꺼번에 측정함으로써 측정될 수 있다.
수신되고 변환된 x-신호 및 y-신호로부터, 계산 모듈(126)은 x-버퍼(128x)에 저장될 수 있는 하나 이상의 유효 x-좌표와, y-버퍼(128y)에 저장될 수 있는 하나 이상의 유효 y-좌표를 계산하는 데 사용된다. 유효 x-좌표 및 y-좌표의 다양한 가능한 조합은 실제 터치 및 허상 터치를 포함하는 일련의 가능한 터치 위치를 나타낸다. 계산 모듈(126)은 수신된 x-신호의 특성들을 수신된 y-신호의 특성들에 상관시킴으로써 실제 터치를 허상 터치와 구별한다. 유효 x-y 좌표 쌍이 형성될 때, 이 쌍은 지연된 보고를 위해 또한 추가의 구별 단계에서 사용하기 위해 저장(130)될 수 있다. 예를 들어, 유효 터치가 구해지면, 구해진 터치가 터치 표면을 가로질러 이동되더라도, 그 터치는 "로크-인(lock-in)"되어 다른 터치들과 구별될 수 있다. 분석된 터치(특정 응용에서, 미분석된 터치)가 추가의 분석을 위해, 응용에서 사용하기 위해, 디스플레이하기 위해, 기타 등등을 위해 다른 장치(150)에 보고될 수 있다.
도 2는 소정 실시예에 따른, 터치 제어기에서 구현될 수 있고 매트릭스형 용량성 터치 센서에 적용가능한 터치 구별 프로세스(200)를 개략적으로 나타낸 것이다. 접지에 대한 커패시턴스 x-신호가 수신되고(210x), 접지에 대한 커패시턴스 y-신호가 수신된다(210y). 수신된 x-신호로부터, 일련의 유효 x-좌표가 구해진다(220x). 마찬가지로, 수신된 y-신호로부터, 일련의 유효 y-좌표가 구해진다(220y). 구해진 x-좌표 및 y-좌표는 이어서 짝을 이루어(230), 유효 좌표 쌍을 형성한다. 소정 실시예에서, 좌표 쌍의 짝 형성(matching)은 상호 커패시턴스 신호를 사용하여 수행되며, 이 신호는 가능한 x-좌표와 y-좌표 짝 형성에 의해 구해지는 잠재적인 터치 위치 지점에서 또는 그 근방에서 선택적으로 획득된다(215). x-좌표 및 y-좌표가 짝을 이룰 때, 이 정보는 추가의 짝 형성 동작에서 사용될 수 있다. 이어서, 유효 터치 위치가 적절히 보고된다(240).
상호 커패시턴스 측정에 부가하여, 짝 형성 동작은 신호 타이밍 시퀀스를 상관시키는 것, 신호 세기를 상관시키는 것, 신호 크기를 상관시키는 것, 신호 폭을 상관시키는 것(SAW 및 IR 터치 센서에서 특히 유용함), 신호 변화율(예를 들어, 신호 크기의 상승 또는 하강율)을 상관시키는 것, 및 터치 센서에 걸쳐 터치 위치 이동의 연속성을 준수하는 것(즉, 실제 터치의 좌표가 확정되면, 터치 위치가 터치 스크린을 가로질러 이동할 때 터치의 연속성이 추적되어 차후의 터치를 허상 터치와 구별하는 데 사용될 수 있다)을 포함한다.
일반적으로, 터치 스크린에 가해진 터치는, 예를 들어, 터치 물체가 다가오거나 호버하는 것, 터치 물체가 터치 표면에 터치다운하는 것, 터치의 유지 또는 지속 시간, 터치 물체가 터치 표면에 걸쳐 이동되는 끌기 움직임(drag motion)(또는 검출가능한 호버 거리에 유지되면서 주변에서 이동되는 것), 및 터치 물체를 터치 표면으로부터 리프트-오프하는 것을 포함할 수 있는 시간 이벤트 시퀀스로서 생각될 수 있다. 소정 실시예에 따르면, 이러한 이벤트들 중 하나 이상이 x-신호 및 y-신호에서 관찰될 수 있고, 유효 x-좌표와 y-좌표 쌍을 짝지어 주기 위해 이벤트들의 상대적 타이밍이 상관된다.
터치다운은 일반적으로 신호 크기가 설정된 값 또는 (예를 들어, 환경, 배경 잡음, 및 서로 다른 터치 물체의 용량 결합 정도의 차이에 기초하여) 동적으로 결정되는 값일 수 있는 임계값을 초과하여 상승하는 것에 의해 판정된다. 비록 터치 표면과의 접촉이 이루어지지 않았더라도, 터치 임계값 레벨 미만의 어떤 신호 값에서, 측정가능한 신호가 얻어질 수 있다. 이것은 호버 이벤트라고 알려져 있으며, 이것도 역시 연관된 임계값 신호 레벨을 가질 수 있다. 시스템이 먼저 부가의 인자들을 만족시켜야 할지도 모르지만(예를 들어, 쓸모없는 또는 우발적인 접촉과 구별하기 위해 일정한 시간 동안 검출되는 호버, 손가락을 손 전체와 구별하기 위해 작은 영역으로 한정되는 호버, 기타 등등), 완전 터치 이벤트와 유사한 방식으로 호버의 위치가 구해질 수 있다. 호버 위치가 보고되지 않더라도, 실제 터치를 허상 터치와 구별하기 위해 터치다운 데이터와 함께 호버 정보가 기록되어 사용될 수 있다.
도 3a, 도 3b 내지 도 5a, 및 도 5b는 x-전극(X1-X8) 및 y-전극(Y1-Y7)을 포함하는 매트릭스형 용량성 터치 센서에서의 다양한 3-터치 시나리오에서 실제 터치와 허상 터치를 구별하는 것을 나타낸 것이다. 각각의 경우에, A, B 및 C 라벨로 표시된 3개의 실제 터치가 제시되어 있고, 그 결과 얻어진 일련의 허상 터치(라벨로 표시되지 않음)가 나타내어져 있다.
도 3a에, 3개의 실제 터치(A, B, 및 C) 각각이 서로 다른 x-좌표 및 서로 다른 y-좌표를 갖는 가장 일반적인 경우의 일례가 도시되어 있다. 가장 강한 수신된 신호(즉, 터치에 가장 가까운 전극에서의 신호)가 도 3b에 개략적으로 나타내어져 있다. 이 시나리오에서, 각각의 터치가 서로 다른 때에 가해지고 제거되지만, 이들 모두가 어떤 기간 동안은 중복한다. (흔히 있는 일은 아니지만, 터치가 신호 타이밍 시퀀스에 의해 구별될 수 없는 방식으로 2개의 지점이 동시에 터치될 수 있는 경우가 있을 수 있으며, 이 경우에는, 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 다른 파라미터가 사용될 수 있다.) 각각의 x-신호 상승의 타이밍을 각각의 y-신호 상승과 상관시키는 것 및/또는 각각의 x-신호 하강의 타이밍을 각각의 y-신호 하강과 상관시키는 것에 의해 터치가 구별될 수 있으며, 그 결과 A = (X3,Y6), B = (X5,Y2), 및 C = (X6,Y5)에 대한 분석된 터치 위치가 얻어진다.
예를 들어, 신호들 중 하나 이상이 시간상 함께 상승 또는 하강함으로써 타이밍 시퀀스가 터치를 제대로 구별하지 못할 때 다른 파라미터도 사용될 수 있다. 신호 세기 및 신호 폭과 같은 다른 파라미터의 사용은 도 3a에서 각각의 터치 A, B 및 C를 서로 다른 직경의 원으로 나타냄으로써 시각적으로 표현되어 있다. 개개의 터치가 y-특성과 비슷한 x-특성을 가질 것이라고 가정하면, 실제 터치는 아주 대칭적인 파라미터를 갖는 터치일 것이다. 그에 따라, 도 3a에서, 허상 터치는 x-차원이 x-신호에 기여하는 실제 터치의 직경과 같고 y-차원이 y-신호에 기여하는 실제 터치의 직경과 같은 타원 형상으로 나타내어져 있다. x-y 비대칭성은 허상 터치를 나타낸다.
도 4a에, 3개의 실제 터치 중 2개, 즉 B 및 C가 동일한 x-좌표를 갖고 모든 실제 터치가 서로 다른 y-좌표를 갖는 일례가 나타내어져 있다. 이 경우에, 도 4b에 나타낸 바와 같은 신호 변화의 타이밍이 여전히 터치를 구별하는 데 사용될 수 있다. 용량성 및 SAW 시스템에서, Y3에서의 새로운 신호와 동시적인, 전극 X6에서의 신호 세기의 변화는 2개의 터치를 나타내는 반면, 전극 X3에서의 피크 신호 세기는 하나의 터치를 나타낸다는 것을 검출할 수 있다. 그에 따라, 터치 A의 터치 위치가 분석되면(X3,Y6), 터치 B 및 C의 x-좌표가 바로 구해질 수 있음으로써 위치 B = (X6,Y3) 및 C = (X6,Y5)를 분석할 수 있다.
도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 기술되는 허상 터치 상황을 구별하는 데 신호 폭이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 5a에서, 터치 C의 신호가 신호 A보다 더 넓다. 신호 폭의 변화는 신호 세기와 동일한 방식으로 2개의 터치를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 더 넓은 터치 B 및 C가 부가될 때 전극 X6에 중심을 둔 터치의 측정된 수평 폭은 변하지 않으며, 이는 (X3,Y3) 및 (X3,Y5)에 있는 허상이 실제 터치가 아니라는 것을 알려준다.
도 5a에, 터치 A 및 B가 가해지고 이어서 터치 A 및 B가 가해진 것에 의해 생성되는 허상 터치 위치들 중 하나에 터치 C가 가해지는 용량성 또는 SAW 시스템의 일례가 나타내어져 있다. 따라서, 터치 C는 터치 A와 x-좌표를 공유하고 터치 B와 y-좌표를 공유한다. 이 경우에, 도 5b에 도시된 바와 같이, 터치 B = (X6,Y3)와 터치 A = (X3,Y6)를 구별하기 위해 전극 X3, X6, Y3, 및 Y6에서의 상승 시간 시퀀스가 상관될 수 있다. 또한, X3 및 Y3에 중심을 둔 신호가 다중 터치로서 구별될 수 있는 피크 세기 및/또는 폭의 차이를 가짐으로써 허상 위치 (X6,Y6)보다는 터치 C = (X3,Y3)를 분석한다는 것도 관찰될 수 있다.
도 6은 매트릭스형 용량성 센서에서의 다중 터치를 평가하는 데 사용될 수 있고 IR 및 SAW 센서에 적용가능한 다중 터치를 평가하는 단계들을 포함하는 프로세스(600)를 나타낸 도면이다. 단계(610)에서, x-신호 및 y-신호가 측정된다. 측정된 x-신호 및 y-신호가 유효 x-좌표 및 y-좌표를 발생하는 데 사용된다. 이어서, 다양한 후보 구별 방법(620A-620C) 중에서 선택(615)하는 것에 기초하여 실제 터치 위치가 허상 터치 위치와 구별된다. 예를 들어, 단계(620A)에 따라 실제 터치와 허상 터치를 구별하는 데 신호 타이밍 시퀀스가 사용될 수 있다. 단계(620B)에 따라 실제 터치와 허상 터치를 구별하는 데 다른 신호 파라미터가 사용될 수 있으며, 이러한 파라미터는 신호 크기 파라미터, 신호 변화율 파라미터, 겉보기 터치 위치와 허용된 또는 허용되지 않은 영역의 일치(예를 들어, 도 8a 및 도 8b와 관련하여 설명됨), 기타 등등을 포함한다. 매트릭스형 용량성 센서의 경우, 단계(620C)에 따라 실제 터치를 허상 터치와 구별하는 데 상호 커패시턴스 측정이 사용될 수 있다. 어떤 경우에 모든 유효 터치 위치가 620A 내지 620C에 나타낸 것과 같은 하나의 구별 기법을 사용하여 구별될 수 있는 반면, 예를 들어, 다른 기법을 사용하여 구별하기 어려운 터치를 구별하기 위해, 다른 기법을 사용하여 행해진 터치 구별을 유효성 확인하기 위해, 기타 등등을 위해 다수의 기법이 선택되어 순차적으로 또는 동시에 사용될 수 있고 또 한번 또는 재귀적으로 적용될 수 있다. 소정 실시예에서, 다수의 구별 기법의 사용은, 예를 들어, 3개 이상의 터치를 검출하여 구별할 때와 같이 보다 복잡한 구별 동작을 예상한 것에 따른 것일 수 있다.
신호 변화를 검색하기 위해, 예를 들어, 설정된 간격으로 및/또는 일정한 기간 동안(예를 들어, 미리 정해진 기간 동안 또는 모든 현재의 터치가 사라질 때까지) 측정된 터치 신호가 프로세스(600) 전체에 걸쳐 재측정되고 재테스트될 수 있다. 신호의 변화는 터치 센서에 걸쳐 터치들 중 하나 이상의 이동, 기존의 터치의 리프트-오프, 새로운 터치의 터치다운, 기타 등등으로 인한 변화를 포함한다. 아직 유효성 확인되지 않은 터치 위치를 구별하는 데 도움을 주기 위해 신호 변화가 사용될 수 있다.
각각의 터치 위치가 유효성 확인될 때, 분석된 터치 위치가 큐잉되고(650), 미분석된 터치 위치가 있는지 여부가 판정된다(630). 미분석된 터치가 일정한 기간보다 적게(예를 들어, 20 내지 40 msec보다 적게) 미분석으로 있는 경우(640), 부가의 정보가 획득될 수 있도록 측정 및 분석 단계가 반복된다. 미분석된 터치가 그 기간 후에 미분석으로 남아 있는 경우(640), 미분석된 위치가 큐잉될 수 있고(660), 예를 들어, 특정의 응용(예를 들어, 도 8a 및 도 8b와 관련하여 설명함)과 관련하여 구해질 수 있는, 분석된 터치 위치, 허용된 터치 영역, 허용된 터치 조합, 기타 등등에 기초하여 가능성있는 터치 위치를 분석함으로써, 유효 터치 위치가 보고될 때 아마도 분석될 수 있다(670). 활성 영역, 활성 아이콘, 및 유효 키 조합이 어느 터치 조합이 유효한지에 관한 정보를 가지고 있는 응용-인식 프로세스에 의해 분석될 수 있다. 이러한 응용-인식 프로세스는 다른 터치 측정 프로세스와 분리되어 있을 수 있고, 따라서 미분석된 터치 위치 정보가 응용-인식 프로세스에 보고될 수 있다.
도 7은 일련의 x-센서 요소(x-전극 등)에 대한 예시적인 신호 세기 히스토그램을 나타낸 것으로서, 각각의 바(bar)의 높이는 각각의 센서 요소에서 인지된 신호 세기에 비례한다. 이 경우에, 적어도 2개의 터치가 존재하고, 한쪽 터치는 센서 요소 X2 근방에 x-좌표를 갖는 신호 엔벨로프(70)에 의해 정의되고, 다른쪽 터치는 센서 요소 X4 근방에 x-좌표를 갖는 신호 엔벨로프(71)에 의해 정의된다. 이 터치가 또한 이웃하는 바(bar)와 용량 결합되어, 전극 X2 근방에서의 터치가 센서 요소 X1 및 X3에 대한 측정가능한 기여를 갖고 센서 요소 X4 근방에서의 터치가 센서 요소 X3 및 X5에 대한 측정가능한 기여를 갖는다. 그에 따라, 터치(70)는 센서 요소 X1에 신호(61)를 기여하고, 센서 요소 X2에 신호(62)를 기여하며, 센서 요소 X3에 신호(63)를 기여한다. 터치(71)는 센서 요소 X3에 신호(64)를 기여하고, 센서 요소 X4에 신호(65)를 기여하며, 센서 요소 X5에 신호(66)를 기여한다.
이웃하는 센서 요소에서의 신호가 일반적으로 터치 위치를 보간하고 세부 조정하는 데 사용된다. 도 7에 나타낸 바와 같이 2개의 터치가 동시에 가해지고 둘다 동일한 이웃 센서 요소에 기여를 할 때, 중복하는 이웃 센서 요소에 대한 각각의 터치로부터의 기여를 분석하는 것으로부터 보간이 이득을 볼 수 있다. 양쪽 터치의 터치다운 및 리프트-오프가 정확하게 동시적이지 않는 한, 전극 X3에 대한 이러한 개별적인 터치 기여가 분석될 수 있다. 터치(70 및 71) 중 단지 하나만이 존재하는 어떤 시간이 있는 경우, 센서 요소 X3에서 측정되는 신호에 대한 그 터치의 기여가 구해질 수 있고, 또한 다른쪽 터치 자체의 기여를 구하기 위해 센서 요소 X3에 대한 양쪽 터치의 총 기여로부터 차감될 수 있다.
유효 조합의 처리의 일례는 도 8a 및 도 8b를 참조하면 이해될 수 있다. 도 8a는 표준 PC 키보드 레이아웃(800)을 나타낸 것이다. 보통의 키보드 동작에서, 다수의 키가 종종 데이터 입력에 사용된다. 이 키보드 레이아웃(800)은 터치 디스플레이 상에 디스플레이되는 "가상 키보드"일 수 있다. Shift, Ctrl, 또는 Alt 키 + 임의의 글자와 같은 다양한 2-키 키스트로크 조합이 일반적으로 순차적으로 수행되고, 따라서 상기한 바와 같이 터치 시퀀스 처리를 사용하여 유효성 확인될 수 있다.
[Shift + Ctrl + 화살키(←,↑,→, 또는 ↓)] 과 같은 3-키 조합도 사용되고, 신호 타이밍 시퀀스만을 사용하여 분석하기 어려울 수 있는 허상 터치를 생성할 수 있다. 예를 들어, Shift + Ctrl이 터치되고 이어서 ↑이 터치되는 경우, 타이밍 시퀀스에 의해 분석하기 어려운 ↓ 키의 위치에 허상 터치가 생성될 수 있다. 특정 응용에서, ↑ 및 ↓둘다는 Shift + Ctrl와 결합하여 유효 키일 수 있다(예를 들어, MS Word에서, 한번에 한줄씩 하이라이팅하는 것). 이러한 문제는 가상 키보드의 레이아웃을 적절히 재구성함으로써, 이 경우에 도 8b의 레이아웃(850)으로 나타낸 바와 같이, 화살키를 한 행 위로 이동시킴으로써 회피될 수 있다. 그에 따라, 본 발명은 응용-고유의 키, 아이콘 및 버튼을 다중-키 조합의 분석을 증진시키는 위치에 재배치하는 것을 생각하고 있다.
도 8b의 키보드 레이아웃(850)을 다시 참조하면, 조합 [Ctrl + Alt]은 허상을 발생하지 않는데, 그 이유는 [터치 센서 매트릭스가 키 행(key row)과 일렬로 정렬되어 있다고 가정할 때] 이들 키가 하나의 행에 있기 때문이다. [Ctrl + Alt]를 누른 채로 Del을 터치하면 키 ← 아래쪽의 영역에 허상 터치 지점(852)을 발생하고, Tab 키의 영역에 허상 터치 지점(854) 및 W와 E 키의 영역에 허상 터치 지점(856)을 발생한다(좌측 Ctrl 및 Alt가 터치되어 있는 것으로 가정함). [Ctrl + Alt + Tab], [Ctrl + Alt + E], [Ctrl + Alt + W], 및 [Ctrl + Alt + 키 없음]의 조합이 허상으로서 식별될 수 있는데, 그 이유는 [Ctrl + Alt]가 Del이 터치되기 전에 측정되었고 허상이 알고 있는 터치 좌표와 공통으로 하나의 좌표를 가지고 있기 때문이다. 이것으로 충분하지 않다면, [Ctrl + Alt + Tab], [Ctrl + Alt + E], [Ctrl + Alt + W], 및 [Ctrl + Alt + 키 없음] 지점은, 이들이 특정의 응용이 주어진 경우 Ctrl + Alt와 함께 유효하지 않은 조합을 형성하는 경우에, 제거될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 모두 망라하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하려고 의도한 것이 아니다. 상기 교시에 비추어 많은 변경예 및 변형예가 가능하다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 검출 방법이 코드가 있는 구현 및 배터리 또는 기타 전원을 갖추고 있는 구현을 비롯한 아주 다양한 터치 구현과 관련하여 사용될 수 있다. 게다가, 다양한 처리 단계가 특수 소프트웨어를 구현하는 범용 프로세서, 디지털 신호 처리기, 프로그램가능 논리 어레이, 이산 논리 구성요소 및 완전-프로그램가능(fully-programmable) 및 부분-프로그램가능(semi-programmable) 회로를 비롯한 각종의 장치 및 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 범주가 이러한 상세한 설명에 의해 한정되지 않고 오히려 본 명세서에 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되도록 의도된다.
본 발명이 이상의 설명 및 첨부된 부록 A, B 및 C(이 문서의 일부를 형성함)와 이하의 특허청구범위에 기술되어 있지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 변경이 행해질 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 이러한 변경은, 예를 들어, 부록 A, B 및 C에 기술된 하나 이상의 방식의 구현을 포함할 수 있다. 이하의 특허청구범위에 기술된 이들 및 기타 방법들이 본 발명의 태양의 특징을 이룬다.
상호 커패시턴스 다중-터치 방법
매트릭스형 센서에서 행해진 상호 커패시턴스 측정으로부터 수집된 데이터를 사용하여 다수의 터치를 구별할 수 있는 방법이 제시된다. 이 방법은 미세한 터치 위치를 계산하고 또한 터치다운, 끌기 및 리프트-오프할 때 개개의 터치를 정렬하고 추적한다.
한명의 조작자 또는 여러명의 조작자의 어느 한쪽 손으로부터의 개별적인 터치 신호가 다른 터치 신호를 방해하지 않고 다중-터치를 가능하게 만들어준다는 것이 상호 커패시턴스 매트릭스형 센서의 특성이다. 매트릭스형 센서는 직선 전극 "바" 또는 연결된 패드의, 때로는 다이어몬드 형상의 XY 어레이이다. 바 어레이(bar array)의 각각의 패드 또는 교차점(노드)의 상호 커패시턴스가 측정 파라미터이다.
매트릭스를 스캔한 후에, 제어기의 2가지 주요 작업은, 터치다운, 끌기 및 리프트-오프할 때, 개개의 터치를 정렬하여 추적하는 것과, 대략적인 피치로 배열되어 있는 패드/바의 커패시턴스 측정을 사용하여 미세 위치를 계산하는 것이다.
단일 터치 매트릭스형 센서에 대한 미세 위치를 계산하는 데 비율 방법(ratio method)이 사용되었다. 가장 강한 신호를 갖는 패드/바를 찾아냄으로써 대략적인 위치가 확정되면, 비례 수식을 이용해 1개 또는 2개의 인접 바의 신호를 사용하여 미세 위치가 보간된다.
다른 방법에서는, 다중-터치 시나리오에서 터치의 개괄적인 위치가, 특정의 분수계 알고리즘(watershed algorithm)을 사용하여 개개의 터치 지점과 연관된 노드들의 영역의 형상을 먼저 결정하고 이어서 그룹 내의 노드들의 가중 평균을 사용하여 중심(centroid)을 계산함으로써 계산되었다.
본 명세서에 기재된 알고리즘은 다수의 터치의 중심 노드를 재귀적으로 찾고, 이어서 보간 알고리즘이 적용될 수 있다.
시제품은 Silcon Labs(미국 텍사스주 오스틴 소재)의 C8051F327 마이크로프로세서를 사용하여, Analog Devices(미국 매사추세츠주 노어우드 소재)의 AD7142 커패시턴스-디지털 변환기를 제어하였다. AD7142 여기 구동(excitation drive)이, C8051F327 제어 하에서, 작은 다이어몬드 패턴의 매트릭스형 터치 스크린의 하나의 축으로 멀티플렉싱되었다. AD7142는 내부적으로 감지 라인을 다른 축으로 멀티플렉싱하였다. 내부적인 AD7142 환경 보상이, C8051F327 펌웨어에 의해 행해지는 대신에, 사용되지 않았고 사용될 수 없었다.
신호 세기가 일반적으로 터치 지점으로부터 더 멀리 있는 노드에 대해 빨리 감소된다. 터치 스크린 유형이 통상적인 터치에 대한 이러한 감소(falloff)의 범위에 관해 특성 분석될 수 있다. 통상적인 강한 터치의 중심 부근에 있는 노드들의 반경을 정의하게 될 터치 폭(Touch Width) 파라미터를 정의하는 것이 가능하며, 이 파라미터를 넘어서면 신호 레벨이 미리 정해진 터치 임계값 미만으로 떨어지게 된다. 환언하면, 터치 폭 파라미터는 주어진 센서의 표면에 대한 통상적인 강한 터치로 인해 생기게 되는, 정의된 임계값을 초과하는 신호를 갖는 모든 노드를 둘러싸고 있는 원(대략 원)의 반경이다.
이 알고리즘은 전극 어레이를 스캔하고 터치 임계값을 초과하는 가장 강한 신호를 갖는 노드를 찾아낸다. 이 노드 및 (상기한 터치 폭 파라미터에 기초한) 이 노드에 인접한 영역에 있는 노드들이 이전에 예약된 적이 없는 경우, 이 노드가 그에 인접한 상기한 노드들과 함께 예약된다. 다른 대안으로서, 중심 노드에 인접한 노드들 및 그로부터 점점 더 멀리 있는 노드들이 터치 임계값 미만인 것으로 밝혀질 때까지 스캔되고 예약될 수 있지만, 이것은 처리 시간을 증가시킬 수 있다.
지원되는 터치 횟수에 이르기까지, 본 알고리즘은 이어서, 아무것도 발견되지 않을 때까지, 어레이 내의 예약되지 않은 노드들 전부를 이러한 방식으로 재귀적으로 스캔한다.
유의할 점은, 상호 커패시턴스 매트릭스형 터치 스크린에서, 터치가 실제로 주변 값(ambient value)을 떨어뜨리지만, 관례는 강한 터치 신호를 "높은" 값이라고 말한다. 또한, 유의할 점은, 이하의 알고리즘에서, 슬루 검사(Slew Check)가 쓸모없는, 즉 잡음 영향을 받은 터치 측정을 거부한다는 것이다. 슬루 검사가 또한 동시적인(한 스캔 구간보다 적게 떨어져 있음) 터치다운 및 리프트-오프 이벤트를 검출하는 방식으로서 역할한다.
알고리즘 1(의사 코드):
상호 커패시턴스 매트릭스형 터치 스크린 내의 모든 노드를 스캔함.
노드값을 2차원 행렬(구동 x 감지)로 저장함.
부유 용량(stray)과, 선택적으로 손바닥(palm)을 차감함.
매트릭스 검사:
모든 노드를 예약되지 않은 것으로 표시함.
새로운 터치들의 임시 목록을 모두 유효하지 않은 것으로 초기화함.
loop 지원되는 수의 손가락 터치에 걸쳐
loop 모든 구동 라인에 걸쳐
loop 모든 감지 라인에 걸쳐
이 노드 및 사전 정의된 인접 노드들이 예약되지 않은 경우, 이 노드가 이 루프에서 스캔된 가장 높은 것인지를 검사하고, 그러한 경우, 그 노드의 높이 및 색인을 저장함
next 감지 라인
next 구동 라인
발견된 가장 높은 예약되지 않은 노드의 높이를 검사함
가장 높은 노드가 터치 임계값을 초과하는 경우, 그 노드를 유효한 새로운 터치의 목록에 추가하고, 이 노드 및 그 주변의 사전 정의된 인접 노드들을 예약함
그렇지 않은 경우, 매트릭스 검사를 조기에 실시함
next 손가락
터치를 정렬함:
이제 "이전의" 터치의 작업 목록과 상관될 적격의 새로운 터치의 임시 목록을 가지게 되었다.
모든 이전의 터치를 예약되지 않은 것으로 표시함.
(그 다음 루프에서 업데이트될 때까지) 모든 이전의 터치 상태를 임계값 미만으로 표시함
모든 새로운 터치를 행해지지 않은 것으로 표시함
while 새로운 터치에 대해 행해지지 않음
loop 목록 내의 (아직 행해진 것으로 표시되지 않은) 모든 새로운 터치에 걸쳐
loop 모든 유효의, 예약되지 않은, 이전의 손가락 터치에 걸쳐
이 새로운 터치가 이 루프에서 스캔된 다른 이전의 터치보다 이 이전의 터치에 더 가까운 경우,
이전의 터치 색인 및 새로운 터치 색인과 이들 간의 거리를 저장함
next 이전의 터치
이전의 루프에서 유효의, 예약되지 않은 이전의 터치가 발견되지 않은 경우, 이전의 터치의 작업 목록 내의 첫번째 비어있는 색인을 이 새로운 터치 값으로 채우고, 그 색인을 예약하며 상태를 임계값을 초과하는 것으로 표시함 새로운 터치 색인을 행해진 것으로 표시함 이 새로운 터치 루프를 조기에 종료함
next 새로운 터치
유효의, 예약되지 않은, 가장 가까운 새로운/이전의 터치 쌍이 발견된 경우, 이전의 터치 값을 새로운 터치 값으로 업데이트하고 작업 목록 내의 이전의 터치의 색인을 예약하며 상태를 문턱값을 초과하는 것으로 표시함. 새로운 터치 색인을 행해진 것으로 표시함
next while 루프
이제 업데이트된 터치의 작업 목록을 가지게 되었다.
작업 목록 내의 각각의 색인에 대해, 독립적으로 터치 업/다운 논리, 필터링, 스케일링, 선택적인 슬루 검사, 및 보간을 수행한다.
색인 순서로 포맷팅된 터치 패킷을 호스트로 전송함 패킷 내의 각각의 색인은 터치다운부터 리프트-오프까지의 하나의 손가락 터치에 관련된 연속적인 데이터 스트림을 포함한다.
알고리즘 1의 종료.
알고리즘 1은 불명확한 상황을 피하기 위해 스캔 사이의 움직임이 스캔 속도에 비해 충분히 느릴 때 잘 동작한다. 알고리즘 1은 모든 새로운 터치 및 이전의 터치의 모든 조합에 걸쳐 반복되고, 가장 가까운 거리의 순서로 터치들을 짝지운다. 도 9는 터치 스크린 표면에서 있을 수 있는 2개의 터치다운 이벤트를 나타낸 것이다. 예를 들어, 손가락이 위치 T1에서 터치다운하고, 이어서 이동하여 위치 T2에서 리프트-오프한다. 한편, 유사한 이벤트가 위치 T3 및 T4과 관련하여 일어난다. 손가락 이동의 속도에 대해 충분히 빠르게 스캔이 일어나는 경우, 도 9는 실제의 분석된 터치 및 리프트-오프의 표현을 나타낸 것이다.
그렇지만, 느린 스캔 및/또는 빠른 움직임인 경우에 불명확한 상황이 일어날 수 있다. 도 9b는 도 9a로부터의 터치/끌기 시퀀스가 실제로 어떻게 해석될 수 있는지 - 경로(851)를 포함할지 경로(852)를 포함할지 - 를 나타낸 것이다.
이하에 기재되는 알고리즘 2는 도 9b와 관련하여 나타낸 것들과 같은 빠른 움직임 아티팩트를 정정하는 데 사용될 수 있다. 알고리즘 2는 또한 새로운 터치 및 이전의 터치 모두의 모든 조합에 걸쳐 반복되어 가장 가까운 거리에 따라 이들을 짝지우지만, 가장 가까운 거리의 순서보다는 새로운 터치의 순서로 이것을 한다. 알고리즘 2는 이어서 새로운 터치 순서의 모든 순열에 걸쳐 반복된다. 순열의 수는 N 계승(factorial)이고, 여기서 N은 새로운 터치의 수이다. 각각의 순열에 대해, 최소 거리를 갖는 쌍 및 최대 거리를 갖는 쌍이 얻어진다. 마지막으로, 알고리즘 2는 가장 작은 최대 쌍 거리를 생성하는 순열의 결과를 받아들인다.
알고리즘 2(의사 코드):
loop 새로운 터치에 대한 모든 순열에 대해
모든 이전의 터치를 예약되지 않은 것으로 표시함.
(그 다음 루트에서 업데이트될 때까지) 모든 이전의 터치 상태를 임계값 미만으로 표시함
모든 새로운 터치를 행해지지 않은 것으로 표시함
loop 목록 내의 모든 새로운 터치에 걸쳐, 순열 순서로
loop 모든 유효의, 예약되지 않은, 이전의 손가락 터치에 걸쳐
이 새로운 터치가 이 루프에서 스캔된 다른 이전의 터치보다 이 이전의 터치에 더 가까운 경우, 이전의 터치 색인 및 새로운 터치 색인과 이들 간의 거리를 저장함. 이 쌍의 거리가 루프에서의 이전의 쌍들보다 큰 경우, 그 거리를 가장 큰 거리로서 저장함.
next 이전의 터치
이전의 루프에서 유효의, 예약되지 않은 이전의 터치가 발견되지 않은 경우, 이전의 터치의 작업 목록 내의 첫번째 비어있는 색인을 이 새로운 터치 값으로 채우고, 그 색인을 예약하며 상태를 임계값을 초과하는 것으로 표시함 새로운 터치 색인을 행해진 것으로 표시함 이 새로운 터치 루프를 조기에 종료함
유효의, 예약되지 않은, 가장 가까운 새로운/이전의 터치 쌍이 발견된 경우, 이전의 터치 값을 새로운 터치 값으로 업데이트하고 작업 목록 내의 이전의 터치의 색인을 예약하며 상태를 문턱값을 초과하는 것으로 표시함. 새로운 터치 색인을 행해진 것으로 표시함
next 새로운 터치
이 순열에서 발견된 가장 큰 쌍 거리가 루프에서의 이전의 순열들보다 큰 경우, 그 거리를 가장 큰 거리로서 저장함.
next 순열
최상의 순열만을 사용하여 상기 알고리즘을 재실행하고 터치의 최종 목록을 업데이트함. (또는 저장된 최상의 임시 목록을 최종 목록으로 복사함)
알고리즘 2의 종료.
투영 용량성 터치 구별 방법
이 섹션에서는 투영 용량성 매트릭스형 센서(projected capacitive matrix sensor)로부터 수집된 데이터를 사용하여 단일 터치 또는 2개의 터치에 의해 정의되는 직사각형(경계 상자)을 구별할 수 있는 예시적인 알고리즘에 대해 기술한다. 이 알고리즘은 미세한 터치 위치를 계산하고 또한 터치다운, 끌기 및 리프트-오프할 때 터치를 정렬하고 추적한다.
투영 용량성 매트릭스형 센서는 대략적인 피치로 배열된, 보통 다이어몬드 형상을 갖는, 직선 바 또는 연결된 패드의 XY 어레이로서 구성되어 있다.
이러한 유형의 센서는 한번에 전체 행 또는 열의 커패시턴스를 측정함으로써 신속하고 경제적으로 스캔될 수 있다. 그렇지만, 이러한 방식으로 스캔될 때, 2개의 손가락이 동시에 터치하는 경우, 이것은 2개의 허상 터치를 생성한다. 이들은 실제 터치에 의해 정의되는 직사각형의 마주하는 대각 코너 쌍에 나타난다.
단일 터치 매트릭스형 센서 및 슬라이더에 대한 미세 위치를 계산하는 데 비율 방법(ratio method)이 사용되었다. (매트릭스형 스크린은, 각각의 축에 하나씩, 2개의 슬라이더로서 생각될 수 있다.) 가장 강한 신호를 갖는 바(bar)를 찾아냄으로써 대략적인 위치가 확정되면, 비례 수식을 이용해 1개 또는 2개의 인접 바의 신호를 사용하여 미세 위치가 보간된다.
또한, 축에 있는 바들의 가중 평균을 사용하여 중심을 계산함으로써 슬라이더 또는 단일 매트릭스형 축의 미세 위치를 구할 수 있다.
본 발명의 알고리즘은 각각의 축에서의 하나 또는 2개의 터치의 중심 바를 찾아낸 다음에 보간을 사용한다.
본 알고리즘은 핸드헬드 전자 장치 시장에서 고객이 원하는, 핀치 및 물체 회전(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 특정의 2-손가락 제스처에 대해 사용될 수 있다. 본 알고리즘은 또한 호스트 소프트웨어가 하드웨어 독립적인 방식으로 터치 제스처를 구현할 수 있게 해준다.
시제품은 Silicon Labs (미국 텍사스주 오스틴 소재)의 C8051F327 마이크로프로세서를 사용하여 각각의 축에 하나씩 한쌍의 Analog Devices (미국 메사추세츠주 노어우드 소재)의 AD7147 커패시턴스-디지털 변환기(각각이 다른 하나가 디스에이블되어 있는 동안 교대로 동작함)를 제어하였다. 내부적인 AD7147 환경 보상이, C8051F327 펌웨어에 의해 행해지는 대신에, 사용되지 않았고 사용될 수 없었다.
신호 세기가 터치 지점으로부터 더 멀리 있는 바에 대해 빨리 감소된다. 터치 스크린 유형이 통상적인 터치에 대한 이러한 감소(falloff)의 범위에 관해 특성 분석될 수 있다. 강한 터치의 중심으로부터의 거리를 규정하게 될 터치 폭(Touch Width) 파라미터를 정의하는 것이 가능하며, 이 파라미터를 넘어서면 신호 레벨이 터치 임계값 미만으로 떨어지게 된다.
이 알고리즘은 각각의 축을 스캔하고 터치 임계값보다 높은 2개의 가장 강한 신호를 갖는 바를 탐색한다. 임계값보다 높은 단지 하나의 바가 있는 경우 또는 이러한 2개의 바가 (상기한 터치 폭 파라미터에 기초하여) 충분히 떨어져 있지 않은 경우, 이 알고리즘은 단일-터치 상태에 들어간다. 이 상태에서, 이 알고리즘은 보간 알고리즘을 사용하여 각각의 축의 미세 좌표를 계산한다. 이 좌표가 이어서 단지 하나의 손가락이 터치하고 있음을 나타내는 형식으로 보고된다. 그렇지 않고, 이들 2개의 바가 충분히 떨어져 있는 경우, 이 알고리즘은 2-터치 상태에 들어간다.
2-터치 상태에서, 이 알고리즘은 이 동일한 보간 알고리즘을 사용하여 각각의 축에서 2개의 터치 위치의 미세 좌표를 계산한다. 2개의 터치에 대해 4개의 가능한 해가 있다는 점에서 정확한 터치 위치가 불명확하다. 예를 들어, 좌표 (X3, Y9) 및 (X6, Y4)에서의 실제 터치가 있는 경우, (X6, Y9) 및 (X3, Y4)에서의 다른 터치(허상 터치)가 보고될 것이다. 이어서, 2개의 미세 좌표 쌍이 직사각형의 좌측 상부 코너와 우측 하부 코너의 좌표를 보고하도록 구성된다. 4개의 코너 중 어느 2개가 실제이고 어느 것이 허상인지는 중요하지 않다. 이 좌표가 2개의 손가락이 터치하고 있음을 나타내는 형식으로 보고된다.
기술된 알고리즘(의사 코드):
투영 용량성 매트릭스형 터치 스크린 내의 모든 행 및 열 바를 스캔하고, 측정을 개별적인 축 어레이에 저장함.
부유 용량(stray)과, 선택적으로 손바닥(palm)을 차감함
loop X 축 어레이에 걸쳐
바가 이 루프에서 스캔된 가장 높은 것인지 또 터치 임계값을 초과하는지를 검사하고, 바의 높이 및 색인을 저장함.
next 바
적격의 바가 발견되는 경우,
loop X 축 어레이에 걸쳐
첫번째 바 또는 그 주변의 사전 정의된 인접 바들을 제외하고, 바가 이 루프에서 스캔된 가장 높은 것인지 또 터치 임계값을 초과하는지를 검사하고, 바의 높이 및 색인을 저장함.
next 바
적격의 X축 바가 발견되는 경우,
loop Y 축 어레이에 걸쳐
바가 이 루프에서 스캔된 가장 높은 것인지 또 터치 임계값을 초과하는지를 검사하고, 바의 높이 및 색인을 저장함.
next 바
적격의 바가 발견되는 경우,
loop Y 축 어레이에 걸쳐
첫번째 바 또는 그 주변의 사전 정의된 인접 바들을 제외하고, 바가 이 루프에서 스캔된 가장 높은 것인지 또 터치 임계값을 초과하는지를 검사하고, 바의 높이 및 색인을 저장함.
next 바
양쪽 축 스캔이 2개의 적격의 터치 바를 반환하는 경우, 바의 좌표를 좌측 상부와 우측 하부 쌍으로 배열하고, 2-터치 상태에 들어감.
그렇지 않고 단지 하나의 적격의 좌표 쌍이 발견되는 경우, 단일-터치 상태에 들어감.
2-터치 상태에 있는 경우, 각각의 코너에 대해 독립적으로 터치 업/다운 논리, 필터링, 스케일링, 선택적인 슬루 검사, 및 보간을 수행함. 좌측 상부, 우측 하부의 색인 순서로 포맷팅된 터치 패킷을 출력함.
그렇지 않고 단일-터치 상태에 있는 경우, 터치 업/다운 논리, 필터링, 스케일링, 선택적인 슬루 검사, 및 동일한 보간을 수행하고, 단일 터치임을 나타내도록 포맷팅된 터치 패킷을 출력함.
알고리즘의 종료.
보간 방법
아주 다양한 매트릭스형 및 슬라이더 센서에 걸쳐 바/패드의 보간을 최적화하기 위해 스케일링 파라미터가 사용될 수 있다. 또한 이 파라미터의 최상의 값을 구하는 데 사용될 수 있는 방법도 포함된다.
슬라이더 및 매트릭스형 센서가 1개 또는 2개의 축으로 배열되어 있는 몇개의 패드 또는 바로 제조된다. 분해능이 단지 패드 또는 바의 수로 제한되지 않는다. 패드들/바들 사이의 보간에 의해 분해능이 향상될 수 있다. 통상의 방법은 패드/바의 폭(즉, 피치)에 대한 2개의 인접한 바의 신호 세기의 비를 스케일링하는 것이다.
바의 신호 세기, 따라서 비는 대체로 패드/바의 폭 및 손가락의 평탄 부분(flat patch)의 크기와 형상 및 유전 재료(통상적으로 PET 또는 유리)의 두께에 의존한다.
이 실시예에서, 좌측에서 우측으로 우세 바(dominant bar)로부터 그 우측에 있는 인접 바 쪽으로 보간하는 관례를 사용한다. 이 관례에서, 보간은 우세 바의 좌측으로 ㅍ 바 폭(bar width)에서 시작하는 것에 기초하며, 이 때 신호 세기는 그의 좌측으로는 인접 바와 동일하고 그의 우측으로 ㅍ 바 폭까지 뻗어 있다. Bar1은 가장 강한 신호를 갖는 바이고, Bar2는 우측으로 인접해 있다. 보간 오프셋은 다음과 같다:
(BarWidth * (Bar2 / (Bar1+ Bar2)))
이 오프셋은 이어서 Bar1의 중심에 위치하는 베이스에 부가된다. 대부분의 센서에서, 이것은, 도 10a에 나타낸 바와 같이, 비선형 결과를 가져온다. (도 10a, 도 10b 및 도 10c의 "ORG+OFF" 그래프는 미처리 바 신호(raw bar signal)(입력)는 물론 보간된 위치 계산(출력)도 나타내고 있다.) 보간된 위치는 바의 중심(원점)으로부터의 오프셋이다.
향상된 보간으로 인해 보다 정확한 터치 좌표가 얻어진다. 파라미터화에 의해 하나의 펌웨어가 다양한 매트릭스형 및 슬라이더 센서를 지원할 수 있다. 파라미터는 패드/바의 수와 같은, 센서에 관한 기타 정보와 함께 EEPROM에 저장될 수 있다. 하나의 파라미터가 모든 바에 적용될 수 있지만, 또한, 바가 서로 다른 크기 또는 피치를 갖는 경우에, 개별적으로 최적화될 수 있으며, 가장 명백한 것은 바 매트릭스형 센서의 X 및 Y 평면이다.
다른 보간 관례는 중심으로부터 좌측 바 및 우측 바를 사용하여 1/2 범위 보간을 사용하였다. 최좌측 바 및/또는 최우측 바는 예외로 하며, 예를 들어, 3M TG3 터치 제어기 및 Touchware/MT7 소프트웨어는 두꺼운 손가락이 활성 터치 영역의 가장자리에 도달할 수 있게 해주기 위해 푸싱 기법을 사용하였으며, 경계 영역에서 정확도의 트레이드오프가 있다.
향상된 보간 방법은 단지 바 폭을 사용하는 것보다 더 나은 결과를 가져오는 스케일링 파라미터를 적용하는 것이다. 스케일링 파라미터에 대한 최상의 값을 구하는 방법은 센서 유형을 특성 분석하기 위해 교정 절차를 수행하는 것이다. 이것을 하기 위해, 손가락 또는 탐침을 일정한 속도로 바/패드를 가로질러 가면서 바/패드의 신호 세기를 기록한다. 도 10a에 도시된 바와 같이 그래프로 나타낼 때, 4개의 대표적인 바에서의 신호가 순서대로 피크로 상승한 다음에 하강한다. 실제 값이 다음과 같은 동일한 보간 관례를 모델링하는 스프레드시트로 복사될 수 있다:
Interpolation Offset = ((ScalingFactor * (Bar2 / (Bar1 + Bar2)))) - (ScalingFactor /2) + (BarWidth/2).
이 오프셋은 이어서 [Bar1, (N * BarWidth)]의 중심에 부가되고, 여기서 N은 Bar1의 제로-기반 차수(zero-based order)이다.
데이터가 스프레드시트에 있으면, 도 10b에 나타낸 최상의 결과를 얻기 위해 스케일링 인자를 수동으로 변화시키기가 쉽다(BarWidth으로부터 위쪽으로 나아감).
다른 대안으로서, 소프트웨어 알고리즘은 도 10a에 나타낸 불일치 인접 보간의 종점에 가장 잘 일치하도록 스케일을 선택할 수 있고, 이어서 나머지 측정된 지점 중 가장 적합한 것(best fit)을 탐색한다.
그렇지만, 이는 계산되고, 도 10b에 나타낸 바와 같은 너무 큰 스케일링 인자에 의한 과잉 보정이 회피되어야만 한다.
다른 대안으로서, 상기 수식으로부터의 값이 사전-계산될 수 있고, 사용을 위해 읽기-전용 표에 넣어져 있다. 이 표는, 예를 들어, 다수의 값 집합으로 이루어져 있으며, 각각의 집합은 하나의 스케일링 파라미터 값에 대응한다. 센서에 가장 적합한 집합이 사용될 것이다. 표를 사용하여 사인파(또는 임의적인 형상의) 오프셋을 모델링하는 것이 순전히 수식에 의한 방법보다 더 계산 효율적일 수 있으며, 이는 일부 실시예에서 정확도의 향상을 가져올 수 있다.
이 방법 및 응용은 Analog Devices (미국 메사추세츠주 노어우드 소재) AD7147 커패시턴스-디지털 변환기를 실행시키는 Silicon Labs (미국 텍사스주 오스틴 소재) C8051F327 마이크로프로세서 및 몇개의 매트릭스형 센서를 사용하여 3M Touch Systems 매트릭스형 센서 데모 기판에 시제품으로 구현되었다.

Claims (27)

  1. 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력의 x-좌표를 나타내는 x-신호를 제공하는 복수의 x-전극, 및 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 복수의 y-전극을 갖는 센서를 포함하는 매트릭스형 용량성 터치 스크린 시스템에서 사용하기 위한, 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 터치 위치를 평가하는 방법으로서,
    접지에 대한 커패시턴스 x-신호에 응답하여, 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 유효 x-좌표를 구하는 단계,
    접지에 대한 커패시턴스 y-신호에 응답하여, 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 유효 y-좌표를 구하는 단계, 및
    구해진 x-좌표 및 y-좌표로부터 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계 - 유효 x-y 쌍은 터치 위치를 나타냄 - 를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계가 접지에 대한 커패시턴스 x-신호의 타이밍 시퀀스를 접지에 대한 커패시턴스 y-신호의 타이밍 시퀀스와 비교하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계가 접지에 대한 커패시턴스 x-신호의 크기를 접지에 대한 커패시턴스 y-신호의 크기와 비교하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계가 접지에 대한 커패시턴스 x-신호의 적어도 하나의 파라미터의 변화율을 접지에 대한 커패시턴스 y-신호의 적어도 하나의 파라미터의 변화율과 비교하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 파라미터가 신호 세기를 포함하는 것인 방법.
  6. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 파라미터가 신호 폭을 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계가 구해진 x-좌표에 근접해 위치하는 x-전극과 구해진 y-좌표에 근접해 위치하는 y-전극 간의 상호 커패시턴스 신호를 측정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 터치 입력들 중 적어도 하나의 사전-터치 호버링(pre-touch hovering)과 연관된 접지에 대한 커패시턴스 x-신호 및 접지에 대한 커패시턴스 y-신호를 감지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계가 감지된 사전-터치 호버링 신호를 사용하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계가 가능한 좌표 쌍을 허용된 터치 영역과 비교하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  11. 매트릭스형 용량성 터치 스크린 시스템으로서,
    접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력 위치의 x-좌표를 나타내는 x-신호를 제공하는 복수의 x-전극, 및 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력 위치의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 복수의 y-전극을 포함하는 센서, 및
    x-전극에 결합되어 x-신호를 수신하고 y-전극에 결합되어 y-신호를 수신하는, 논리 회로를 포함하는 제어기를 포함하고, 제어기는 x-신호로부터 하나 이상의 x-좌표 및 y-신호로부터 하나 이상의 y-좌표를 구하고, 터치 센서에 가해지는 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력에 응답하여, 구해진 x-좌표 및 구해진 y-좌표로부터 유효 x-y 쌍을 형성하도록 구성되어 있으며, 유효 x-y 쌍은 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 위치를 나타내는 것인 터치 스크린 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 제어기로부터 유효 x-y 쌍을 수신하고 그에 응답하여 하나 이상의 응용의 동작을 실행하는 프로세서를 더 포함하는 터치 스크린 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 제어기가 또한 응용-고유의 허용된 터치 영역에 관련된 정보를 프로세서로부터 수신하고, 수신된 정보를 사용하여 유효 x-y 쌍을 형성하도록 구성되어 있는 것인 터치 스크린 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 멀티플레이어 게임에 구현되어 있는 터치 스크린 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 모바일 장치에 구현되어 있는 터치 스크린 시스템.
  16. 터치 입력의 x-좌표를 나타내는 x-신호 및 터치 입력의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 센서를 포함하는 매트릭스형 터치 스크린 시스템에서 사용하기 위한, 3개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 터치 위치를 평가하는 방법으로서,
    수신된 x-신호로부터 3개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 유효 x-좌표를 구하는 단계,
    수신된 y-신호로부터 3개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 유효 y-좌표를 구하는 단계,
    구해진 x-좌표 및 구해진 y-좌표로부터 제1의 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계 - 제1의 유효 x-y 쌍은 3개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력 중 제1 터치 입력의 터치 위치를 나타내고, 나머지 터치 입력은 미분석(unresolved)되어 있음 -, 및
    제1의 유효 x-y 쌍에 응답하여, 나머지 미분석된 터치 입력 중 하나 이상에 대한 부가의 유효 x-y 쌍을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 나머지 미분석된 터치 입력 중 하나 이상이 유효성 확인될 수 있게 해주는 데 충분한 부가의 x-신호 또는 y-신호가 수신될 때까지 부가의 유효 x-y 쌍을 형성하는 것을 지연시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 터치 위치에 기초하여 응용의 동작을 실행하는 프로세서에 유효 x-y 쌍을 터치 위치로서 보고하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 나머지 미분석된 터치 입력의 x-좌표 및 y-좌표를 프로세서에 보고하고, 그에 응답하여, 응용-고유의 허용된 터치 영역에 관련된 정보를 프로세서로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제16항에 있어서, 센서가 매트릭스형 용량성 센서인 것인 방법.
  21. 제16항에 있어서, 센서가 IR 센서인 것인 방법.
  22. 제16항에 있어서, 센서가 SAW 센서인 것인 방법.
  23. 센서 및 디스플레이를 포함하는 매트릭스형 용량성 터치 스크린 시스템에서 사용하기 위한 방법으로서, 센서는 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력의 x-좌표를 나타내는 x-신호를 제공하는 복수의 x-전극, 및 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 복수의 y-전극을 가지며, 이 방법이,
    센서에 대한 2개의 시간적으로 중복하는 터치 입력을 검출하는 단계,
    접지에 대한 커패시턴스 x-신호에 응답하여, 2개의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 유효 x-좌표를 구하는 단계,
    접지에 대한 커패시턴스 y-신호에 응답하여, 2개의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 유효 y-좌표를 구하는 단계,
    구해진 x-좌표 및 y-좌표의 교점에 정점을 갖는 경계 상자를 정의하는 단계 - 경계 상자는 디스플레이 상에 표시된 영역과 연관되어 있음 -, 및
    2개의 중복하는 터치 입력의 상대적 움직임을 검출한 것에 응답하여 디스플레이 상에 표시된 영역을 조절하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  24. 매트릭스형 용량성 터치 스크린 시스템으로서,
    디스플레이,
    접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력 위치의 x-좌표를 나타내는 x-신호를 제공하는 복수의 x-전극, 및 접지에 대한 커패시턴스 측정에 기초한, 터치 입력 위치의 y-좌표를 나타내는 y-신호를 제공하는 복수의 y-전극을 포함하는 센서, 및
    x-전극에 결합되어 x-신호를 수신하고 y-전극에 결합되어 y-신호를 수신하는, 논리 회로를 포함하는 제어기를 포함하고, 제어기가 수신된 x-신호로부터 터치 입력의 유효 x-좌표를 구하고 수신된 y-신호로부터 터치 입력의 유효 y-좌표를 구하도록 구성되어 있으며, 2개의 시간적으로 중복하는 터치 입력을 검출한 것에 응답하여, 제어기가 구해진 x-좌표 및 y-좌표의 교점에 정점을 갖는 경계 상자를 정의하고, 2개의 터치 입력 사이의 차후의 상대적 움직임을 검출한 것에 기초하여 경계 상자를 조절하며, 디스플레이 상에 표시하기 위해 경계 상자에 관련된 정보를 전송하는 것인 터치 스크린 시스템.
  25. x-센서 바 및 y-센서 바의 교차점에 있는 복수의 노드 - 각각의 노드는 신호 세기를 산출하도록 전자 회로에 의해 구동됨 - 를 갖는 매트릭스형 터치 스크린에서 사용하기 위한, 2개 이상의 시간적으로 중복하는 터치 입력의 터치 위치를 평가하는 방법으로서,
    정의된 터치-이벤트 임계값을 초과하는 신호 세기를 갖는 노드에 대해,
    (1) 최고 신호 세기를 갖는 노드를 제1 터치와 연관시키는 단계,
    (2) 최고 신호 세기를 갖는 노드에 인접한 노드들을 제1 터치와 연관시키는 단계,
    (3) 제1 터치와 연관되지 않은 노드들 중에서, 최고 신호 세기를 갖는 노드를 제2 터치와 연관시키는 단계, 및
    (4) 제2 터치와 연관된 노드에 인접한 노드들을 제2 터치와 연관시키는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 인접한 노드가 적어도 주어진 노드로부터 한 노드 떨어져 있는 노드를 포함하는 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    (2b) 제1 터치와 연관된 노드들에 인접한 미연관된 노드들을 예약 영역(reserve area)과 연관시키는 단계를 더 포함하며,
    단계 (3)이 또한 예약 영역에 포함된 노드를 제2 터치에 대한 고려로부터 제외시키는 것인 방법.
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