KR20110022696A - 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치 검출 - Google Patents

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KR20110022696A
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올라 와스빅
토마스 크리스티안슨
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플라트프로그 라보라토리즈 에이비
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Abstract

장치는 패널(1)의 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하도록 제어된다. 입력 스캐너 장치는 내부 반사에 의해 진행하도록 적어도 세 개의 빔(B1 내지 B6)을 패널(1)로 도입시키고, 패널의 내부에서 감지 영역을 가로질러 바람직하게 적어도 두 개의 서로 다른 주요 방향(R1, R2)으로 빔(B1 내지 B6)을 스위핑한다. 적어도 하나의 복사 검출기는 빔이 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 도중 입력 스캐너 장치로부터 빔(B1 내지 B6)을 수신하도록 배열된다. 데이터 프로세서는 복사 검출기(들)에 연결되고, 감지 영역 내에서 터치면을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 빔(B1 내지 B6)의 감쇠를 기반으로 위치를 식별하도록 동작하며, 감쇠는 복사 검출기(들)의 출력 신호로부터 식별가능하다. 각각의 출력 신호는 임의의 오브젝트가 터치면 상에 없는 경우의 출력 신호를 나타내는 백그라운드 신호로 나누어짐으로써, 투과 신호를 생성하도록 더 처리될 수 있다.

Description

터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치 검출{DETECTING THE LOCATION OF A PLURALITY OF OBJECTS ON A TOUCH SURFACE}
본원은 2008년 6월 23일에 출원된 스웨덴 특허출원번호 0801466-4 및 2008년 6월 23일에 출원된 미국 가출원번호 61/129,373을 기초로 우선권을 주장하고, 상기 두 출원은 여기에서 참조로 도입된다.
본 발명은 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 기술에 관한 것이다. 터치면은 터치 감지 패널의 일부일 수 있다.
터치 감지 패널은 컴퓨터, 전기적 측정 및 테스트 장치, 게임 장치 등에 입력 데이터를 제공하기 위해 널리 사용된다. 사용자가 예컨대 포인터, 스타일러스, 또는 하나 또는 그 이상의 손가락을 사용하는 것과 상호작용하도록 패널에는 GUI(Graphical User Interface)가 제공될 수 있다. GUI는 고정적이거나 동적일 수 있다. 고정된 GUI는, 예컨대 패널 위, 아래 또는 내부에 배치되는 인쇄물의 형태를 가질 수 있다. 동적인 GUI는 패널에 일체화되거나 패널 아래에 배치되는 디스플레이 스크린에 의해 제공되거나, 프로젝터에 의해 패널에 투영되는 이미지에 의해 제공될 수 있다.
패널에 터치 감지를 제공하는 많은 공지 기술이 존재하며, 예를 들어 패널 상에 터치 지점(들)을 뿌리는 광을 캡쳐하도록 카메라를 사용하거나, 패널에 저항성 와이어 그리드, 용량성 센서, 스트레인 게이지 등을 도입하는 것이 있다.
US 2004/0252091은 FTIR(Frustrated Total Internal Reflection)을 기반으로 하는 대안적인 기술을 개시한다. 두 개의 이격된 광원으로부터 발산되는 광은 내부 전반사에 의해 패널 내부에서 진행되도록, 패널에 결합된다. 각각의 광원으로부터 발산되는 광은 패널 전체에 걸쳐 균등하게 분배된다. 광 센서의 어레이가 광원으로부터 발산된 광을 검출하기 위해 패널의 주변에 위치한다. 오브젝트가 패널의 표면과 접촉하게 되는 경우, 광은 터치 지점에서 국부적으로 감쇠될 것이다. 오브젝트의 위치는 광 센서의 어레이에서 각각의 광원으로부터의 광의 감쇠를 기반으로 한 삼각 측량에 의해 결정된다.
US 3,673,327은, 광 빔 전송기의 어레이가 패널의 두 가장자리에 걸쳐 배치되어, 내부 반사에 의해 패널을 걸쳐 진행하는 교차 광 빔의 그리드를 구축하는 유사한 기술을 개시한다. 빔 센서의 대응하는 어레이는 패널의 반대쪽 가장자리에 배치된다. 오브젝트가 패널면을 터치하는 경우, 터치 지점에서 교차하는 빔은 감쇠될 것이다. 검출기의 어레이 상의 감쇠된 빔은 직접적으로 오브젝트의 위치를 식별한다.
이러한 공지된 FTIR 기술은 비용이 문제가 되며, 즉, 이 기술은 많은 수의 검출기의 사용을 요구하고 많은 수의 광원을 요구할 수 있기 때문에 비용이 문제가 된다. 나아가, 요구되는 개수의 검출기/광원이 패널의 면적에 따라 크게 증가하기 때문에 쉽게 스케일링할 수 없다. 또한, 패널의 공간 분해능(spatial resolution)이 검출기/광원의 개수에 의존한다. 나아가, 패널 발광을 위한 에너지 소비량이 상당할 수 있으며, 패널의 면적이 증가함에 따라 상당히 증가한다.
복수의 터치하는 오브젝트의 위치를 검출하기 위한 개선된 기술에 대한 요구가 또한 존재한다.
본 발명은 종래기술의 전술한 제한사항 중 하나 또는 그 이상을 적어도 부분적으로 극복하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 및 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 수 있는 다른 목적은 독립항, 종속항에 의해 정의되는 그 실시예에 따른 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 적어도 부분적으로 달성된다.
본 발명의 제 1 양태는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치로서, 상기 장치는: 터치면 및 반대면을 정의하는 패널; 패널로 적어도 세 개의 빔의 복사를 도입시켜, 각각의 빔이 터치면과 반대면 사이에서 내부 반사에 의해 각각의 주된 방향으로 진행하도록 하고, 패널의 감지 영역을 가로질러 표면을 따라 각각의 빔을 스위핑(sweeping)하도록 구성되는 입력 스캐너 장치; 빔이 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 동안 입력 스캐너 장치로부터 빔을 수신하도록 구성되는 적어도 하나의 복사 검출기; 및 상기 적어도 하나의 복사 검출기에 연결되고, 상기 감지 영역 내에서 터치면을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔의 감쇠를 기반으로 하여 상기 위치를 식별하며, 상기 감쇠는 복사 검출기의 출력 신호로부터 식별가능한 데이터 프로세서를 포함한다.
일 실시예에서, 감지 영역의 적어도 일부는 상호 예각을 형성하는 제 1 세트의 제 1 빔에 의해 스위핑되며, 상기 제 1 빔은 30°이하, 바람직하게 20°이하의 최대 상호 예각을 갖는다.
제 1 빔은 패널을 가로질러 제 1 주요 방향으로 스위핑될 수 있으며, 적어도 하나의 제 2 빔은 패널을 가로질러 제 2 주요 방향으로 스위핑될 수 있다. 제 2 주요 방향은 제 1 주요 방향과 평행하지 않으며, 바람직하게 제 1 주요 방향에 직교한다.
일 실시예에서, 패널은 사각형이고, 제 1 및 제 2 주요 방향은 패널의 각각의 측면에 평행하다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제 2 빔은 상호 예각을 형성하는 제 2 세트의 제 2 빔에 포함되며, 제 2 빔은 제 2 주요 방향으로 스위핑되고, 30°이하, 바람직하게 20°이하의 최대 상호 예각을 갖는다.
일 실시예에서, 제 1 세트는 두 개의 제 1 빔을 포함하거나, 그리고/또는 제 2 세트는 두 개의 제 2 빔을 포함한다. 다른 실시예에서, 제 1 세트는 세 개의 제 1 빔을 포함하거나, 그리고/또는 제 2 세트는 세 개의 제 2 빔을 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 세트의 제 1 빔 중 하나의 주된 방향은 제 1 주요 방향에 직교하거나, 그리고/또는 제 2 세트의 제 2 빔 중 하나의 주된 방향은 제 2 주요 방향에 직교한다.
일 실시예에서, 제 2 빔의 각 쌍은 제 2 세트 내에서 고유한 상호 예각을 갖거나, 그리고/또는 제 1 빔의 각 쌍은 제 1 세트 내에서 고유한 상호 예각을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 적어도 세 개의 빔의 주된 방향은 감지 영역의 적어도 일부에서 상호 간에 예각을 형성하고, 상기 빔의 각 쌍은 고유한 상호 예각을 정의한다.
일 실시예에서, 상기 적어도 세 개의 빔의 주된 방향은 감지 영역의 적어도 일부에서 등각을 형성한다.
일 실시예에서, 입력 스캐너 장치는 각각의 빔을 감지 영역을 가로질러 이동시킴으로써 빔을 스위핑시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 입력 스캐너 장치는 빔의 주된 방향들이 본질적으로 일정한 상호 각도를 갖도록, 감지 영역을 가로질러 빔을 스위핑하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 빔은 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 동안, 본질적으로 불변하는 주된 방향을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 패널은 선형적인 주변부에 의해 정의되고, 각각의 빔은 본질적으로 상기 선형적인 주변부 중 하나에 평행한 각각의 주요 방향으로 이동된다.
일 실시예에서, 상기 장치는 빔이 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 동안, 입력 스캐너 장치로부터 빔을 수신하고, 빔을 적어도 하나의 복사 검출기로 전달하도록, 입력 스캐너와 동기화되는 출력 스캐너 장치를 더 포함한다. 예를 들어, 입력 및 출력 스캐너 장치는 각각의 빔을 도입하고 감지 영역의 반대측에서 각각의 빔을 수신하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기 장치는 반사기를 포함할 수 있으며, 상기 반사기는 패널의 주변 중 적어도 일부를 따라 배열되고, 패널로부터 빔을 수신하고 빔을 다시 패널로 반사시키도록 구성되며, 입력 및 출력 스캐너 장치는 각각의 빔을 도입하고 감지 영역의 동일한 측면으로부터 각각의 빔을 수신하도록 구성될 수 있다. 반사기는 재귀 반사(retro-reflecting) 장치일 수 있다.
대안적인 실시예에서, 복사 검출기는 패널의 주변 중 적어도 일부를 따라 배열되는 복수의 복사 감지 소자를 포함한다.
일 실시예에서, 데이터 프로세서는: 상기 적어도 하나의 복사 검출기로부터 적어도 두 개의 출력 신호를 획득하고; 상기 적어도 두 개의 출력 신호를 백그라운드 신호로 나눔으로써 적어도 두 개의 투과 신호(transmission signals)를 생성하고; 상기 적어도 두 개의 투과 신호에서 상기 감쇠를 피크로서 식별하도록 더 구성된다.
본 발명의 제 2 양태는 터치면 및 반대면을 정의하는 패널의 일부인 상기 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치로서, 상기 장치는: 터치면과 반대면 사이에서 내부반사에 의해 진행하는 적어도 세 개의 빔의 복사를 패널로 도입시키는 수단; 패널의 감지 영역을 가로질러 터치면을 따라 빔을 스위핑하는 수단; 빔이 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 동안 적어도 하나의 복사 검출기에서 빔을 수신하는 수단; 및 상기 감지 영역 내에서 터치면을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔의 감쇠를 기반으로 상기 위치를 식별하며, 상기 감쇠는 복사 검출기의 출력 신호로부터 식별가능한 수단을 포함한다.
본 발명의 제 3 양태는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법으로서, 상기 방법은: 터치면과 반대면 사이에서 내부 반사에 의해 진행하는 적어도 세 개의 빔의 복사를, 터치면과 반대면을 정의하는 패널로 도입시키는 단계; 패널의 감지 영역을 가로질러 터치면을 따라 빔을 스위핑하는 단계; 빔이 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 동안 적어도 하나의 복사 검출기에서 빔을 수신하는 단계; 및 상기 감지 영역 내에서 터치면을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔의 감쇠를 기반으로 상기 위치를 식별하며, 상기 감쇠는 복사 검출기의 출력 신호로부터 식별가능한 단계를 포함한다.
본 발명의 제 4 양태는 터치면과 반대면을 정의하는 패널의 일부인 상기 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법으로서, 상기 방법은: 각각의 빔이 터치면과 반대면 사이에서 내부 반사에 의해 각각의 주된 방향으로 진행하도록, 적어도 세 개의 빔의 복사를 패널로 도입시키고, 패널의 감지 영역을 가로질러 표면을 따라 각각의 빔을 스위핑하도록 입력 스캐너 장치를 구동시키는 단계; 빔이 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 동안 입력 스캐너 장치로부터 빔을 수신하도록 적어도 하나의 복사 검출기를 구동시키는 단계; 및 상기 감지 영역 내에서 터치면을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔의 감쇠를 기반으로 상기 위치를 식별하고, 상기 감쇠는 복사 검출기의 출력 신호로부터 식별가능한 단계를 포함한다.
본 발명의 제 5 양태는 데이터 프로세싱 시스템에서 실행되는 경우 제 4 양태의 방법을 수행하도록 구성되는 컴퓨터 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 1 양태의 실시예들 중 어느 하나는 제 2 내지 제 5 양태와 결합될 수 있다.
본 발명의 제 6 양태는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법으로서, 상기 방법은: 상기 패널 상의 하나 또는 그 이상의 장형 아웃커플링 부위에 광학적으로 결합되는 검출 장치로부터, 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위를 따르는 각각의 복사의 공간적인 분포를 나타내는 적어도 두 개의 출력 신호를 획득하는 단계; 적어도 두 개의 투과 신호를 생성하는 단계로서, 상기 적어도 두 개의 출력 신호를 백그라운드 신호로 나누는 단계를 포함하는, 생성 단계; 및 상기 적어도 두 개의 투과 신호의 피크를 기반으로 상기 위치를 식별하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 식별 단계는 상기 적어도 두 개의 투과 신호의 각각의 피크에 대하여 복사 경로를 식별하는 단계, 및 식별된 복사 경로에 대한 교차 지점을 식별하는 단계를 포함한다. 상기 식별 단계는 상기 적어도 두 개의 투과 신호의 각각의 피크 아래의 적분된 영역을 계산하는 단계, 및 각각의 적분된 영역을 상기 교차 지점 중 적어도 하나에 연관시키는 방정식 시스템을 해결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 생성 단계는 상기 나누기 결과에 로그 함수를 적용하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 백그라운드 신호는 터치면에 상기 적어도 하나의 오브젝트가 없는 상태에서 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위를 따르는 복사의 공간적인 분포를 나타낸다.
일 실시예에서, 백그라운드 신호는 기설정되거나, 별개의 보정 단계 도중 얻어지거나, 하나 또는 그 이상의 선행하는 출력 신호로부터 얻어진다.
일 실시예에서, 각각의 공간적인 분포는 각각의 복사 빔으로부터 유래되며, 각각의 복사 빔은 패널의 터치면과 반대면 사이에서 내부 반사에 의해 각각의 주된 방향으로 진행하도록 패널로 도입되어, 각각의 빔은 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위에서 수신된다.
본 발명의 제 7 양태는 데이터 프로세싱 시스템에서 실행되는 경우 제 6 양태의 방법을 수행하도록 구성되는 컴퓨터 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 8 양태는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치로서, 상기 장치는: 상기 패널 상의 하나 또는 그 이상의 장형 아웃커플링 부위에 광학적으로 결합되는 검출 장치로부터, 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위를 따라 각각의 복사의 공간적인 분포를 나타내는 적어도 두 개의 출력 신호를 획득하는 수단; 적어도 두 개의 출력 신호를 백그라운드 신호로 나누는 단계를 포함하며, 상기 적어도 두 개의 투과 신호를 생성하는 수단; 및 상기 적어도 두 개의 투과 신호의 피크를 기반으로 상기 위치를 식별하는 수단을 포함한다.
제 6 양태의 실시예 중 어느 하나는 제 7 및 제 8 양태와 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 양태 및 장점은, 도면 뿐만 아니라 첨부된 청구범위, 이어지는 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이제 본 발명의 실시예가 첨부된 개략적인 도면을 참조로 하여 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 1a는 터치 감지 시스템의 단순화된 실시예의 상부 평면도이며, 시스템에 생성된 측정 신호의 그래프를 포함하며; 도 1b는 도 1a의 시스템의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 다른 실시예의 상부 평면도이며, 도 2a는 빔 스위핑을 도시하며, 도 2b는 서로 다른 감지 지점의 위치를 도시하며, 도 2c는 상호 간의 빔 각도의 정의를 도시하며, 도 2d는 등각을 형성하는 빔 배열을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 다른 실시예의 상부 평면도이며, 도 3a는 빔 스위핑을 도시하며, 도 3b는 서로 다른 감지 지점의 위치를 도시한다.
도 4a는 도 2의 실시예의 변형이며, 도 4b는 도 3의 실시예의 변형이다.
도 5는 상호 간의 빔 각도가 6°, 12°, 20°, 40°인 이중 v-스캔 빔 배열의 실시예에서 서로 다른 감지부의 위치를 도시한다.
도 6은 상호 간의 빔 각도가 6°, 12°, 20°, 40°인 이중 Ψ-스캔 빔 배열의 실시예에서 서로 다른 감지부의 위치를 도시한다.
도 7은 이중 Ψ-스캔 빔 배열을 갖는 단일-패스(single-pass) 시스템의 상부 평면도이다.
도 8은 예시적인 두 개의 빔 배열에서 터치 지점 및 그로 인한 유령 지점의 세트를 도시한다.
도 9는 예시적인 세 개의 빔 배열에서 터치 지점 및 그로 인한 유령 지점의 세트를 도시한다.
도 10은 등각을 형성하는 3 개의 빔 배열의 문제점을 유발하는 터치 지점의 결합을 도시한다.
도 11은 문제점을 해결하는 도 10의 터치 지점의 변형을 도시한다.
도 12a는 v-스캔되는 세 개의 빔 배열의 문제점을 유발하는 터치 지점의 결합을 도시하고, 문제점을 해결하는 도 12a의 터치 지점의 변형을 도시한다.
도 13a는 비대칭적인 세 개의 빔 배열의 문제점을 유발하는 터치 지점의 결합을 도시하고, 도 13b는 문제점을 해결하는 도 13a의 터치 지점의 변형을 도시한다.
도 14는 비대칭적인 세 개의 빔 배열의 문제점에 대한 터치 지점의 제거의 영향을 도시한다.
도 15는 이중 v-스캔 빔 배열의 문제점을 유발하는 터치 지점의 결합을 도시한다.
도 16은 이중 v-스캔 빔 배열의 문제점에 대한 터치 지점의 제거의 영향을 도시한다.
도 17은 네 개의 터치 지점에 관한 대칭 및 비대칭적인 Ψ-스캔 빔 배열 간의 차이점을 도시한다.
도 18a는 본 발명의 실시예를 구현할 수 있는 단일-패스 시스템의 상부 평면도이고, 도 18b는 도 18a의 시스템에 포함될 수 있는 복사 검출기의 상부 평면도이다.
도 19는 이중 Ψ-스캔 빔 배열을 갖는 재귀 반사 시스템의 상부 평면도이다.
도 20은 이중 Ψ-스캔 빔 배열을 갖는 다중-센서 시스템의 상부 평면도이다.
도 21은 단일-패스 시스템의 실시예의 상부 평면도이다.
도 22a 및 도 22b는 각각, 꺾인 빔 경로를 갖는 실시예의 측면도 및 상부 평면도이다.
도 23은 꺾인 빔 경로를 갖는 다른 실시예의 상부 평면도이다.
도 24a 및 도 24b는 각각, 꺾인 빔 경로를 갖는 다른 실시예의 측면도 및 상부 평면도이다.
도 25는 꺾인 빔 경로를 갖는 다른 실시예의 상부 평면도이다.
도 26a는 모서리에 위치한 빔 스캐너 및 스캐닝 검출기를 갖는 실시예의 상부 평면도이며; 도 26b는 도 26a의 실시예의 상세도를 도시하며; 도 26c는 대안적인 실시예의 상세도를 도시한다.
도 27은 터치 감지 시스템에서 터치 지점을 결정하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 28a 및 도 28c는, 하나의 터치 오브젝트에 대한, 아웃커플링 부위 내의 위치의 함수로서, 각각 측정 신호, 백그라운드 신호 및 투과 신호의 그래프이다.
도 29a 및 도 29b는 세 개의 터치 오브젝트에 대한, 아웃커플링 부위 내의 위치의 함수로서, 각각 측정 신호 및 투과 신호의 그래프이다.
도 30은 산란면을 갖는 패널에서 빔을 따르는 터치 지점의 함수로서 신호의 폭에 대한 그래프이다.
본 발명은 복사 투과성 패널의 표면 상의 복수의 터치지점의 위치를 검출하는 기술에 관한 것이다. 이해를 돕기 위해, 다중 터치 검출을 위한 예시적인 빔 배열을 설명하기 전에, 먼저 일부 기본 원리가 단순화된 예와 관련하여 기술된다. 그리고 나서, 시스템 구성의 예가 설명되고, 이러한 시스템 구성과 관련하여 다수의 상세한 구현 예가 설명된다. 그리고, 데이터 프로세싱의 예로 마무리된다. 명세서에 걸쳐, 동일한 도면번호는 대응하는 구성요소를 식별하기 위해 사용된다.
개괄
복사 투과성 패널(1)을 포함하는 터치 감지 시스템의 일 예가 도 1a의 상부 평면도 및 도 1b의 단면도(도 1a의 라인 1B - 1B를 따르는 단면임)에 도시된다. 패널(1)은 두 개의 마주보며 일반적으로 평행한 표면(2, 3)을 정의하고, 평면적이거나 곡선형일 수 있다. 패널(1)은 복사가 내부 반사에 의해 패널 내부에서 진행되도록 구성된다. 이를 위해, 복사 진행 채널이 패널의 두 경계면 사이에 제공되며, 경계면 중 적어도 하나는 진행하는 복사가 하나 또는 그 이상의 터치 오브젝트(두 개의 오브젝트(O1, O2)가 도시됨)와 상호작용하도록 한다. 각각의 오브젝트와의 상호작용 시, 복사의 일부는 오브젝트에 의해 산란될 수 있으며, 복사의 일부는 오브젝트에 의해 흡수될 수 있으며, 복사의 일부는 영향받지 않은 채 진행을 계속할 수 있다. 따라서, 오브젝트(O1, O2)가 패널(1)의 터치면(예컨대, 상부면(2))을 터치하는 경우, 전달된 복사의 에너지는 감소된다. 복수의 서로 다른 방향으로부터 패널(1)을 통해 전달되는 복사의 에너지를 측정함으로써, 터치 오브젝트의 위치("터치 위치")가 예컨대 삼각 측량에 의해 검출될 수 있다.
도 1의 예에서, 상기 시스템은 감지 영역의 적어도 일부에 GUI(Graphical User Interface)를 제공하는 인터페이스 장치(6)를 포함할 수도 있다. 인터페이스 장치(6)는 패널(1) 위, 아래 또는 내부에 배열되는 고정된 이미지를 갖는 기판의 형태일 수 있다. 대안적으로, 인터페이스 장치(6)는 시스템의 아래 또는 내부에 배열되는 스크린 또는 이미지를 패널(1) 상에 투영시키도록 시스템의 아래 또는 위에 배열되는 프로젝터일 수 있다. 이러한 인터페이스 장치(6)는 컴퓨터 스크린에 의해 제공되는 GUI와 유사한 동적인 GUI를 제공할 수 있다.
일반적으로, 패널(1)은 하나 또는 그 이상의 레이어에서 고체 물질로 만들어진다. 터치면 내의 내부 반사는 TIR(total internal reflection)에 의해 유발되며, 이는 패널의 물질과 주변 물질, 일반적으로 공기 간의 굴절률의 차이에 기인한다. 반대쪽 경계면(3)에서의 반사는 TIR 또는 반대쪽 경계면에 적용되는 반사성 코팅에 의해 야기될 수 있다. 각각의 주사 지점에서의 임계각보다 더 큰, 터치면의 수직선에 대한 각도로, 복사가 패널(1)로 주사되는 한, TIR은 유지된다. 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 임계각은 주사 지점에서 복사를 수신하는 물질과 주변 물질의 굴절률에 의해 지배된다. 전술한 터치 오브젝트와 진행하는 복사 간의 상호작용의 프로세스는 소위 FTIR(frustrated total internal reflection)을 포함할 수 있으며, 이 경우 진행되는 복사에 의해 형성되는 소산파로부터 오브젝트로 에너지가 소산되고, 오브젝트는 패널면의 물질을 둘러싸는 물질보다 더 높은 굴절률을 갖고, 표면(2)으로부터의 수 파장 거리 내에 위치한다. 일반적으로, 패널은, 전달된 에너지를 감지가능하게 측정하기에 충분한, 관련 파장 범위의 복사량을 투과시키는 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 이러한 물질은 유리, PMMA(poly(methyl methacrylate)) 및 PC(polycarbonates)를 포함한다. 패널은 원주 방향 가장자리부에 의해 정의되며, 상기 가장자리부는 상면 및 하면(2, 3)에 수직하거나 수직하지 않을 수 있다. 복사는 가장자리부를 통해 직접적으로 패널 안으로 그리고 밖으로 결합될 수 있다. 대안적으로, 분리된 결합 소자가 가장자리부 또는 상면이나 하면(2, 3)에 부착되어, 복사를 패널 안으로 또는 밖으로 유도할 수 있다. 이러한 결합 소자는 쐐기 형상을 가질 수 있다(예컨대, 도 22a에 도시된 바와 같음).
도 1a에 도시된 바와 같이, 복사는 다수의 평행하지 않은 빔(B1, B2)의 형태로 패널(1)로 도입된다. 각각의 빔(B1, B2)은 입력 스캐너 장치(미도시)에 의해 패널(1)의 인커플링 부위를 따라 패널(1)을 가로질러 스위핑되거나 스캔된다. 도시된 예에서, 장형 인커플링 부위는 패널(1)의 좌측 및 상부 가장자리에 배치된다. 패널 상의 아웃커플링 부위에서의 전달된 에너지는 각각의 빔(B1, B2)이 패널(1)을 가로질러 스위핑됨에 따라, 각각의 빔(B1, B2)을 수신하도록 배열되는 검출 장치(미도시)에 의해 측정된다. 도시된 예에서, 장형 아웃커플링 부위는 패널(1)의 우측 및 하부 가장자리에 배치된다.
본 명세서에서, "감지 인스턴스(sensing instance)"는 모든 빔이 패널을 가로질러 한 번 스위핑되는 경우 형성된다. 빔은 감지 인스턴스 내에서 패널을 가로질러 순차적으로 스위핑될 수 있다. 대안적으로, 둘 또는 그 이상의 빔이 감지 인스턴스 동안 패널을 가로질러 전체적으로 또는 부분적으로 동시에 스위핑될 수 있다. 바람직하게, 각각의 빔은 패널을 가로질러 연속적인 움직임으로 스위핑된다. 시스템의 시간 분해능은 업데이트 주파수에 의해 결정되며, 상기 업데이트 주파수는 감지 인스턴스의 주파수이다. 예를 들어, 수기를 기록하기 위해 설계된 시스템의 경우, 상기 시스템은 적어도 75 Hz의 업데이트 주파수를 갖는 것이 바람직할 수 있는 반면, 다른 응용에서는 보다 낮거나 높은 시간 분해능이 요구될 수 있다.
일반적으로, 입력 스캐너 장치는 임의의 적절한 파장 범위, 예컨대 적외선 또는 가시광선 파장 영역에서 동작할 수 있다. 모든 빔은 동일한 파장을 갖도록 생성될 수 있다. 대안적으로, 서로 다른 빔은 서로 다른 파장 범위를 갖는 복사를 갖도록 생성되어, 파장을 기반으로 하여 빔을 구별할 수 있다. 나아가, 광원은 연속적이거나 펄스화된 복사를 출력할 수 있다. 나아가, 입력 스캐너 장치는 동시에 또는 순차적으로 활성화될 수 있다.
빔은 하나 또는 그 이상의 복사원에 의해 생성될 수 있으며, 상기 복사원은 요구되는 파장 범위에서 복사를 방출할 수 있는 임의의 타입의 장치이며, 예를 들어, 다이오드 레이저, VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser) 또는 LED(light-emitting diode), 백열 램프, 할로겐 램프 등이 있다.
전술한 바와 같이, 터치 오브젝트(O1, O2)의 위치는, 빔이 패널을 가로질러 스위핑되는 동안, 오브젝트(O1, O2)가 적어도 두 개의 평행하지 않는 빔(B1, B2)에 영향을 미치는 경우 결정될 수 있다. 각각의 빔(B1, B2)은 바람직하게 스위핑 방향(R1, R2)로는 좁고, 그에 수직한 방향, 즉 패널의 깊이 방향으로는 넓다. 패널을 적어도 한 번 지나간 후, 각각의 빔(B1, B2)의 에너지는 적어도 하나의 복사 검출기(미도시)에 의해 측정되며, 상기 복사 검출기는 패널(1)의 아웃커플링 부위(들)에 광학적으로 결합된다.
빔의 에너지는 복사를 전기 신호로 변환할 수 있는 임의의 타입의 복사 검출기에 의해 측정될 수 있다. 이러한 복사 검출기는 임의의 개수의 복사 감지 소자를 가질 수 있고, 그 결과 0차, 1차(1D) 또는 2차(2D) 검출기가 될 수 있다. 하나의 검출기는 하나의 빔의 에너지 또는 복수의 빔의 개별적인 에너지를 측정하도록 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 검출기는 오직 하나의 복사 감지 소자를 갖는 광 검출기일 수 있으며, 상기 복사 감지 소자는 넓은 검출면을 구비하여, 검출 노이즈를 낮출 수 있다. 나아가, 광 검출기는 다른 검출기에 비해 저렴하다. 다른 실시예에서, 0 또는 1차 검출기는 CMOS 센서와 같은 2차원 검출기의 복사 감지 소자(픽셀)를 적절하게 버림으로써 형성된다.
일반적으로, 패널을 가로질러 빔을 스위핑하기 위해 입력 스캐너 장치를 사용함으로써, 패널의 표면 상의 오브젝트의 위치를 검출하기 위해 적은 개수의 복사원만이 요구된다. 나아가, 복사원의 개수는 패널의 표면적에 의존하며, 따라서, 터치 감지 시스템은 용이하게 스케일링 가능하다.
패널 전체를 일정하게 조명하는 종래 기술과 비교하여, 조명 장치는 주어진 SNR에 대하여 낮은 전력 소모가 가능하며, 이는 패널의 오직 작은 부분만이 한 번에 조명되기 때문이다.
나아가, 터치 감지 장치의 공간적인 분해능은 샘플링 레이트, 즉 측정 데이터가 각각의 복사 검출기로부터 샘플링되는 비율에 의해 주어진다. 이는 충분한 양의 복사가 패널에 도입되도록 제공되어 임의의 요구되는 분해능이 달성될 수 있음을 의미한다. 나아가, 공간 분해능은 터치 감지 장치의 동작 시 변할 수 있으며, 서로 다른 공간 분해능이 감지 영역의 서로 다른 부위에서 달성될 수 있다.
도 1의 터치 감지 시스템은 감지 인스턴스 동안 표면을 터치하는 복수의 오브젝트의 위치를 결정하도록("멀티터치") 구동될 수 있다. 전술한 바와 같이, 복사의 일부만이 오브젝트에 의해 흡수되거나/산란되며, 나머지 복사는 빔의 주된 방향을 따라 진행을 계속한다. 그 결과, 두 개의 오브젝트가 빔의 주된 방향으로 각각의 오브젝트 뒤에 위치하는 경우, 빔의 일부는 두 오브젝트와 상호작용할 것이다. 빔 에너지가 충분하게 제공되면, 나머지 빔은 복사 검출기에 도달하고, 두 개의 상호작용이 식별되도록 측정 신호를 생성할 것이다. 도 1a에서, 두 개의 오브젝트(O1, O2)는 패널(1)에 동시에(즉, 동일한 감지 인스턴스 동안) 위치하고, 측정 신호(S1, S2)는 복사 검출기(들)에 의해 생성된다. 신호(S1, S2)는 스위핑 시 빔(B1, B2)의 측정된 에너지를 나타낸다. 신호는 측정된 에너지를 시간, 스위핑 각도 또는 패널(1)에 대하여 주어진 좌표계에서의 X/Y 위치의 함수로 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 터치 오브젝트(O1)는 각각의 스위핑에 대하여 측정된 빔 에너지의 국부적인 감소를 유발한다. 구체적으로, 오브젝트(O1)는 신호(S1)의 신호 특징 w1 및 h1에 기여하고, 신호(S2)의 신호 특징 w2 및 h2에 기여하는 반면, 오브젝트(O2)는 신호(S1)의 신호 특징 W1 및 H1에 기여하고, 신호(S2)의 신호 특징 W2 및 H2에 기여한다. 신호 특징 w1, w2, W1, W2(폭 특징)는 오브젝트(O1, O2)의 사이즈에 의존한다. 신호 특징 h1, h2, H1, H2(에너지 특징)는 오브젝트의 사이즈 뿐만 아니라 오브젝트(O1, O2)의 흡수성/산란성에 의존한다. 신호(S1, S2)가 데이터 프로세서(미도시)로 하여금 오브젝트들을 구별하도록 한다면, 오브젝트의 패널 상 위치가 결정될 수 있다.
비록 도 1의 시스템에서 복수의 터치 지점을 결정할 수 있을지라도, 측정 신호에서 중첩된 신호 패턴을 분리시키는 기능에 덜 의존하는 개선된 기술이 필요하다.
이러한 개선된 기술은 적어도 세 개의 빔이 패널의 적어도 일부에서 일치되지 않도록 패널을 가로질러 스위핑함으로써 달성된다. 적어도 세 개의 비일치하는 빔에 의해 스위핑되는 상기 표면의 일부는 멀티 터치 감지 영역(이하에서는 또한 "감지 영역"으로도 지칭됨)을 형성한다.
이하 더 기술되는 바와 같이, 상기 시스템은 시스템의 요구되는 특성, 예컨대 터치 위치 검출의 정확도, 감지 인스턴스 내에서 검출될 수 있는 터치 지점의 개수, 시스템의 발자국, 패널의 전체 면적에 대한 멀티 터치 감지 영역의 상대적인 사이즈 등에 따라 패널 내에서 상이한 빔 배열로 구성될 수 있다.
이하 기술되는 빔 배열에 관하여, 빔은 물리적으로 패널 전체에 걸쳐 교차하지 않는다. 그 대신, 각각의 빔이 패널을 가로질러 스위핑되는 경우, 빔 간의 교차 지점이 재구성될 수 있다.
나아가, 빔의 방향에 대한 이어지는 설명은 각각의 빔의 주된 방향을 언급하며, 패널의 평면도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 주된 방향은 패널 내에서 빔 주사 부위로부터 연장되는 일직선의 대칭 라인이다.
나아가, 본 명세서에서, "스위핑 방향(sweep direction)"은 특정 방향(R) 및 그 반대 방향(-R)을 포함하는 주요 방향을 의미한다.
도 1 내지 5에서, 사각형의 패널의 측면과 평행한 X, Y 좌표축을 갖는 카테시안 좌표계가 도입된다. 이는 오직 설명을 위한 것이며, 터치 지점은 임의의 타입의 좌표계, 예컨대 극좌표계, 타원형 좌표계, 포물선 좌표계로 나타낼 수 있다.
예시적인 빔 배열
도 2a 내지 도 2d는 세 개의 빔(B1 내지 B3)이 패널을 가로질러 스위핑되는 실시예를 도시한다. 도 2a는 두 개의 빔(B1, B2)이 제 1 스위핑 방향(R1)으로 이동되고, 제 3 빔(B3)이 제 1 스위핑 방향에 직교하는 제 2 스위핑 방향(R2)으로 이동되는 것을 도시한다. 빔(B1, B2)의 주된 방향은 제 1 스위핑 방향(R1)의 수직선(N)에 대해 α1, α2의 각도를 정의하며(도 2c), 빔(B3)의 주된 방향은 제 2 스위핑 방향(R2)에 수직하다. 패널을 가로질러 R1과 동일한 방향으로 이동되며 두 개의 평행하지 않는 빔(B1, B2)을 갖는 이러한 타입의 빔 배열은 이하에서 "v-스캔"으로 지칭된다. 다른 모든 실시예 뿐만 아니라 도시된 실시예에서, 빔(B1, B2)은 패널의 반대측으로부터 또는 동일한 측 상에 도입될 수 있다.
도시된 예에서, 제 1 및 제 2 스위핑 방향(R1, R2)은 패널의 측면에 평행하다. 이는 시스템의 설계를 용이하게 하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 이하 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 빔이 빔 전달 소자를 따라 스위핑됨에 따라 패널 내에서 주된 빔 방향을 정의하도록, 장형 빔 전달 소자는 시스템의 측면을 따라 배열된다. 따라서, 선형적인 주변부(측면)에 의해 정의되는 패널의 경우, 일반적으로 각각의 스위핑 방향은 본질적으로 각각의 주변부에 평행한 것이 바람직할 수 있다.
도 2a에서, 빔(B1 내지 B3)은 X 방향으로 v-스캔을 형성하고 Y 방향으로 단일 스캔을 형성한다. 이러한 빔 배열로, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 패널은 상이한 개수의 빔에 의해 스위핑되는 부분(P1, P2)으로 분할될 것이다. 따라서, 패널(1)은, 각각의 교차 지점이 두 개의 빔에 의해 형성되는 다수의 제 1 부분들(P1), 및 각각의 교차 지점이 세 개의 빔에 의해 형성되는 제 2 중앙 부분(P2)을 포함한다. 따라서, 제 2 부분(P2)은 시스템의 멀티 터치 감지 영역을 정의한다.
도 2b에서, 빔(B1 내지 B3)은 본질적으로 제 2 부분(P2) 내에서 등각을 이룬다. 이러한 빔 배열은 빔들 간의 상호 각도를 최대화한다. 적어도 일부 실시예에서, 큰 상호 각도는 검출된 터치 지점의 정확도를 개선시킬 수 있다. "등각의 빔"은, 각각의 교차 지점에서, 빔의 주된 방향이 360°에 걸쳐 동일하게 분산되는 것을 의미한다. 이 예에서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 빔은 60°(α1=α2=30°)의 상호 각도로 교차한다.
비록 감지 영역 내에서 빔이 등각을 형성하는 것이 바람직할지라도, 이러한 빔 배열은 감지 영역을 패널의 중앙 부분(즉, 부분(P2))으로 제한할 수 있는 반면, 나머지 전체 패널면은 낭비된다. 따라서, 터치 감지 시스템의 발자국이 감지 영역의 사이즈에 대하여 과도하게 될 수 있다.
도 3a는 도 2a의 실시예의 변형을 도시하며, 하나의 추가적인 빔(B4)가 X 방향으로 추가적으로 스위핑되는 실시예를 도시한다. 도시된 예에서, 상기 빔은 그 스위핑 방향(R1)에 직교하며, 따라서 패널의 한 쌍의 마주보는 측면에 평행하다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 감지 영역은 각각의 지점이 두 개의 빔에 의해 형성되는 두 개의 제 1 부분들(P1), 및 각각의 교차 지점이 세 개의 빔에 의해 형성되는 네 개의 인접한 제 2 부분들(P2) 뿐만 아니라, 각각의 교차 지점이 네 개의 빔에 의해 형성되는 중앙의 제 3 부분(P3)을 포함한다. 이 실시예에서, 등각을 형성하는 빔(B1 내지 B3)은, 멀티 터치 감지 영역의 범위를 확장시키기 위해 추가적인 빔(B4)에 의해 보충되며, 상기 멀티 터치 감지 영역은 부분(P2 및 P3)을 포함한다. 이러한 확장은 패널을 가로질러 하나의 방향(R1)으로 v-스캔(B1 및 B2) 및 직교하는 빔(B4)의 조합으로 스위핑함으로써 달성된다. 이러한 빔의 조합은 이하 "Ψ-스캔"으로 지칭된다.
비록 멀티 터치 감지 영역이 확장되더라도, 이러한 감지 영역은 이제 서로 다른 부분들(P2, P3)을 포함한다. 잠재적으로, 부분들(P2, P3) 간에 성능이 차이나며, 예컨대 구별될 수 있는 동시적인 터치의 개수 뿐만 아니라, 터치 위치의 결정 시 달성될 수 있는 정확도에 있어서 차이가 있을 수 있다. 시스템의 전반적인 성능은 패널을 가로질러 스위핑되는 빔의 개수를 증가시킴으로써 더 개선될 수 있으나, 빔의 개수를 증가시키는 것은 또한 감지 영역 내의 상이한 부분들의 개수를 증가시킬 것이다. 그 결과, 성능의 차이가 패널에 걸쳐 나타날 수 있다. 나아가, 약 6 내지 10 개보다 많은 개수의 빔들이 패널을 가로질러 스위핑되는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 빔의 개수가 증가함에 따라, 비용, 기술적 복잡도 및 시스템의 가능한 발자국도 증가한다. 나아가, 일반적으로 처리 시스템의 샘플링 레이트가 특정 비용에서 일정하기 때문에, 빔의 개수가 증가하는 것은 빔 스캔 당 샘플의 개수를 감소시킬 것이다. 각각의 샘플에 대한 측정된 신호 레벨은 빔의 개수의 증가와 함께 감소할 수도 있다.
도 4a는 X 및 Y 방향 각각이 상호 간에 평행하지 않은 두 개의 빔에 의해 스위핑(즉, v-스캔)되는 도 2의 실시예의 변형을 도시하고, 도 4b는 X 및 Y 방향 각각이 상호 간에 평행하지 않은 두 개의 빔 및 직교하는 빔에 의해 스위핑(즉, Ψ-스캔)되는 도 3의 실시예의 변형을 도시한다.
도 5는 도 4a에 도시되는 이중 v-스캔 배열에서 네 개의 빔에 의해 스위핑되는 사각형 패널 상의 서로 다른 부분들의 위치를 도시한다. 구체적으로, 도 5는, 각각의 v-스캔의 빔들 간에 상이한 상호 각도(즉, 도 4a에서 빔(B1)과 빔(B2) 간의 예각, 및 빔(B3)과 빔(B4) 간의 예각)가 설정되는 경우, 상기 부분들의 범위 및 위치가 어떻게 변하는지 도시한다. 약 20°의 상호 빔 각도에서는(도 5(a)), 패널의 대부분이 네 개의 빔에 의해 스위핑된다. 따라서, 시스템의 성능은 패널의 대부분에 걸쳐 동일하다. 상호 빔 각도를 더 줄이는 것은 중앙 부분의 범위를 증가시키고 다른 부분들의 사이즈를 감소시킨다. 약 12 내지 15°의 각도에서는(즉, 도 5(d)), 본질적으로 둘 미만의 빔에 의해 스위핑되는 부분들은 존재하지 않으며, 따라서 패널 전체는 터치에 민감하게 된다. 약 2 내지 8°의 각도에서는(즉, 도 5(b)), 패널 전체가 본질적으로 균일한 성능을 나타내도록 고려될 수 있다. 비록 상호 각도가 감소함에 따라 시스템의 성능이 감소되더라도, 약 2°에서 약 30°의 상호 예각에서 적절한 성능이 달성될 수 있음이 발견되었다.
도 6은 도 4b에 도시된 이중 Ψ-스캔 구성에서 여섯 개의 빔에 의해 스위핑되는 사각형 패널 상의 서로 다른 부분들의 위치를 도시한다. 도 6은 각각의 Ψ-스캔의 빔들 간의 최대 상호 각도(즉, 도 4b에서 빔(B1)과 빔(B2) 간의 예각, 및 빔(B5)와 빔(B6) 간의 예각)의 영향을 도시한다. 부분들의 분포 및 사이즈는 도 6과 도 5 간에 다르지 않다. 그러나, 이중 Ψ-스캔의 경우, 각각의 부분은 둘보다 더 많은 빔들에 의해 스위핑되며, 시스템의 성능을 증가시키도록 기능한다. 예를 들어, 다수의 터치를 검출하는 시스템의 기능이 향상되며, 약 12 내지 15°의 상호 각도에서는(즉, 도 6(d)), 본질적으로 넷 미만의 빔에 의해 스위핑되는 부분들이 존재하지 않는다.
일반적으로, v/Ψ-스캔은, 패널을 가로질러 주어진 스위핑 방향으로, 적어도 한 세트의 상호 예각을 이루는 빔들을 스위핑하는 것을 포함하며, 상기 세트에 포함되는 빔은 30° 이하, 바람직하게 20° 이하의 최대 상호 각도를 갖는다. v-스캔에서는, 각각의 세트에 두 개의 빔이 구비되고, Ψ-스캔에서는 각각의 세트에 세 개의 빔이 구비된다. Ψ-스캔에서는, 상기 빔들 중 하나의 주된 방향은 바람직하게 스위핑 방향에 직교한다.
스위핑 방향에 직교하는 중앙 빔을 Ψ-스캔에 구비하는 일 장점은, 적어도 패널이 사각형인 경우, 중앙 빔이 전체 패널에 걸쳐 스위핑되는 것이다. 이중 v-스캔과 비교하여, 이중 Ψ-스캔의 두 중앙 빔들은 전체 패널에 걸쳐 스위핑될 수 있으며, 이는 패널의 주변에서 성능을 크게 개선시킬 수 있다.
v 및 Ψ-스캔의 사용의 일반적인 장점은, 패널을 가로지르는 적은 개수의 빔을 스위핑함으로써 터치 감지 시스템의 적절한 성능이 달성될 수 있다는 것이다. 나아가, v 및 Ψ-스캔 둘 모두는 공간효율적이고, 단순하고, 강건한 구성요소들의 결합으로 구현될 수 있다. 이러한 구현의 상세한 예는 도 21 내지 도 26을 참조로 이하에서 상세하게 기술될 것이다.
놀랍게도, 비대칭적인 빔 배열이, 주어진 개수의 빔에 대하여 보다 많은 개수의 터치 지점들을 결정하게 할 수 있거나, 그리고/또는 터치 지점의 결정 시 강건함(robustness)을 개선시킬 수 있음이 발견되었다. 이러한 비대칭적인 빔 배열은 각 쌍의 빔들이 고유한 상호 예각을 정의하도록 적어도 세 개의 빔들을 배열함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, Ψ-스캔을 형성하는 빔들의 세트 내의 각 쌍의 빔들은 고유한 상호 예각을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 비대칭적인 빔 배열은 공통된 스위핑 방향으로 상이한 각도를 갖도록(예컨대, 도 2c에서 α1≠α2) 적어도 두 개의 빔을 배열함으로써 획득된다.
도 7은 빔들(B1 내지 B6) 간의 상호 예각을 적절하게 선택함으로써 비대칭적일 수 있는 이중 Ψ-스캔 배열을 도시한다. 도 7의 용어에서, 상호 예각(mutual actue angles)은 한 세트의 빔(B1, B2 및 B4)에서 α, β 및 (α+β)에 의해 주어지고, 다른 세트의 빔(B3, B5 및 B6)에서 γ, δ 및 (γ+δ)에 의해 주어진다. 따라서, 적절한 비대칭적인 빔 배열은 α≠β 및/또는 γ≠δ인 경우 획득된다. 비대칭적인 성질은 α≠β≠γ≠δ를 선택함으로써 더 개선될 수 있으며, 심지어 α≠β≠γ≠δ≠(α+β)≠(γ+δ)를 선택함으로써 더 개선될 수 있다. 빔(B1 내지 B6) 간에 정의되는 모든 상호 예각이 고유하도록 α, β, γ 및 δ가 선택되는 경우, 보다 더 비대칭적인 빔 배열이 획득된다. 이러한 비제한적인 일 예에서, α=6°, β=8°, γ=7° 그리고 δ=5°이다. 패널이 상호 간에 마주보는 장측 및 단측을 구비하는 사각형인 경우, 패널의 장측에 직교하게 스위핑되는 빔의 세트(B3, B5 및 B6)가 다른 빔의 세트(B1, B2 및 B4)보다 더 작은 최대 상호 예각을 갖도록, 즉 (γ+δ)<(α+β)가 되도록 비대칭적인 성질이 선택될 수 있다. 이러한 빔 배열은 다른 비대칭적인 이중 Ψ-스캔 배열과 비교하여 패널의 감지 영역을 증가시킬 수 있다.
빔 배열의 악화
이하에서는, 서로 다른 빔 배열의 특징이 다수의 예를 참조로 하여 더 설명될 것이다. 상기 예는 다음과 같은 정의를 사용한다.
Si: 빔 i에 대한 측정 신호.
Sij: 빔 i에 대한 스캔 라인, 여기서 j는 스캔 라인을 따르는 하나 또는 그 이상의 터치 지점으로부터 발생되는 측정 신호의 피크의 인덱스이다. 각각의 스캔 라인은 총 투과율 Tij를 갖는다.
pn: 터치 지점, 여기서 n은 터치 지점의 인덱스이다. 터치 지점은 패널을 터치하는 오브젝트에 의해 생성된다.
gm: 유령 지점, 여기서 m은 유령 지점의 인덱스이다. 유령 지점은 존재하지 않는 터치 지점으로 정의되며, 측정 신호를 기반으로 하여 존재하지 않는 것으로 즉시 폐기될 수 없다.
FTIR 시스템에서, 각각의 터치 지점 pn은 0 내지 1 범위의 투과율 tn을 갖지만, 상기 투과율은 일반적으로 0.7 내지 0.99이다. 스캔 라인 Sij를 따르는 총 투과율 Tij는 스캔 라인 상의 터치 지점 pn의 개별적인 투과율 tn의 곱에 의해 주어질 수 있다: Tij = Πtn. 예를 들어, 스캔 라인 Sij 상에서 각각 투과율 0.9 및 0.8인 두 개의 터치 지점 p1 및 p2는 총 투과율 Tij = 0.72를 야기할 수 있다.
이는 도 8a에 더 도시되며, 도 8a는 두 개의 빔 스위핑으로부터 획득되는 스캔 라인 및 측정 신호를 도시한다. 측정 신호의 프로세싱은 측정 신호에 의해 주어진 후보 터치 지점의 세트 중 터치 지점을 식별하는 것을 목표로 한다. 이 예에서, 후보 지점은 세 개의 터치 지점(p1 내지 p3) 및 세 개의 유령 지점(g1 내지 g3)으로 구성된다. 후보 터치 지점은 모든 사용가능한 스캔 라인들이 모여지는 지점으로 정의되며, 다시 말해, 각각의 빔으로부터의 스캔 라인이 단일 지점에서 교차되는 곳으로 정의된다. 터치 지점이 확장된 영역을 갖는 경우, 스캔 라인은 폭을 가지며, 후보 터치 지점은 각각의 지점으로부터의 교차하는 스캔 라인의 집합이 된다. 이는 도 8b에 도시되며, 터치 지점 및 유령 지점을 둘러싸는 회색 영역은 교차하는 스캔 라인의 집합을 나타낸다.
도 8에서는, 총 다섯 개의 스캔 라인(S11, S12, S21, S22, S23)이 측정 신호(S1, S2)로부터 식별될 수 있다. 스캔 라인은 다음과 같은 투과율을 나타낸다: T11 = t1, T12 = t2·t3, T21 = t1, T22 = t2, 및 T23 = t3.
도 9는 도 2에 도시된 바와 같은 빔 배열을 갖는 세 개의 빔 스위핑으로부터 야기되는 스캔 라인 및 측정 신호를 도시한다. 도 9a는 세 개의 터치 지점(p1 내지 p3)을 갖는 경우를 도시하고, 도 9b는 네 개의 터치 지점(p1 내지 p4)를 갖는 경우를 도시한다. 측정 신호(S1 내지 S3)는 이들 경우마다 다르며, 이는 p4로부터의 투과율이 스캔 라인을 따르는 다른 지점으로부터의 투과율과 곱해지기 때문이다. 이는 또한 하나의 터치 지점 pn에 대한 투과율 tn이 결정되면, 상기 터치 지점 pn과 교차하는 다른 스캔 라인의 총 투과율로부터 상기 투과율 tn이 제거될 수 있기 때문이다. 도 9b의 예에서, 터치 지점 p1 및 p3의 투과율이 결정될 수 있으며, 이는 스캔 라인 S21이 오직 터치 지점 p1에만 도달하고, 스캔 라인 S23이 오직 터치 지점 p3에만 도달하기 때문이다. T21 및 T23을 측정함으로써, t1 및 t3 값이 알려진다: t1 = T21 및 t3 = T23. 그리고 나서, 다른 터치 지점 p2 및 p4의 투과율 t2 및 t4는 다음과 같이 결정된다:
t4 = T32/t3 및 t2 = T12/t3.
모든 투과율(t1 내지 t4)가 결정되었으므로, 터치 지점 p4가 존재하는지 아닌지 여부를 평가할 수 있다.
전술한 바와 같이, 해석될 수 없는 터치 지점의 결합, 소위 악화된(degenerated) 경우가 존재한다. 그 결과, 악화된 경우에는, 측정 신호를 기반으로 하여, 패널 상의 둘 또는 그 이상의 터치 지점의 세트를 구별할 수 없다. 이러한 악화된 경우의 기하학적인 구조는 사용된 빔의 개수 및 빔의 주된 방향 간의 상호 예각에 의존한다. 악화된 경우의 발생은 이하에서 다음과 같은 다섯 개의 서로 다른 빔 배열에 대하여 시험될 것이다: 세 개의 등각을 형성하는 빔(도 10 및 도 11), 단일 빔과 20°의 v-스캔의 조합(도 12), 비대칭적인 빔 배열(도 13 및 도 14), 이중 비대칭 v-스캔(도 15 및 도 16), 이중 비대칭 Ψ-스캔(도 17).
도면에서, d는 터치 지점의 직경을 나타내고, L은 하나의 빔의 스캔 라인을 따르는 터치 지점과 유령 지점 간의 거리를 나타내고, l은 다른 빔의 스캔 라인을 따르는 터치 지점과 유령 지점 간의 거리를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 세 개의 등각을 형성하는 빔을 사용하는 경우의 악화된 경우를 도시한다. 따라서, 도 10a의 터치 지점(p1 내지 p3)의 세트는 도 10b의 터치 지점(p1 내지 p3)의 세트와 동일한 측정 신호를 생성한다. 이는 또한 도 10의 7 개의 후보 지점들 중 임의의 지점에 배치된 두 개의 터치 지점들을 항상 구별할 수 있음을 의미한다.
도 10의 악화된 경우는, 도 11a에 도시된 바와 같이, 터치 지점(p1 내지 p3) 중 하나가 스캔 라인 중 하나에 직교하는 방향으로 1.5d 거리만큼 이동되는 경우 해결되거나, 도 11b에 도시된 바와 같이, 터치 지점(p1 내지 p3) 중 하나가 임의의 방향으로 √3d 거리만큼 이동되는 경우 해결될 수 있다. 나아가, 두 개의 평행한 스캔 라인 간의 거리는 적어도 2.5d일 필요가 있다. 터치 지점의 이러한 이동이 수행되는 경우, 적어도 하나의 스캔 라인이 오직 하나의 터치 지점을 통과한다. 그에 의해, 터치 지점의 투과율이 결정되어, 상기 결정된 투과율을 제거함으로써 다른 터치 지점이 결정될 수 있다.
도 12a는 두 개의 빔(각각 스캔 라인 S2j 및 S3j에 의해 도시됨)이 상호 간에 20°의 예각을 갖는 v-스캔을 정의하는 경우의 악화된 경우를 도시하고, 제 3 빔(스캔 라인 S1j에 의해 도시됨)의 주된 방향은 v-스캔 빔의 수직선에 직교한다. 도 10과 비교하면, 거리 l 및 L은 서로 다르다. S2j와 S3j 간의 예각이 감소됨에 따라, l과 L의 차이는 증가한다. 거리 l 및 L이 다른 경우, 도 12b에 도시된 바와 같이, 터치 지점의 세트를 arcsin(d/L)의 각도만큼 회전시킴으로써 악화된 경우를 해결할 수 있으며, 여기서 d는 지점 d의 직경이고, L은 지점들 중 하나와 스캔 라인을 따르는 가장 먼 이웃 간의 거리이다.
도 13a 및 도 13b는 세 개의 빔의 비대칭적인 배열을 도시하며, 빔 간의 상호 예각은 45°(S1j와 S2j 간의 예각), 75°(S1j와 S3j 간의 예각), 60°(S2j와 S3j 간의 예각)이다. 먼저, 비대칭적인 빔 배열은 세 개의 터치 지점들의 임의의 세트에 대하여 악화된 경우를 유발하지 않음을 강조한다. 악화된 경우는, 제 4 터치 지점이 도입된 경우, 즉 도 13a에 도시된 터치 지점(p1 내지 p4)의 세트를 형성하는 경우 발생한다. 도 13b에 예시적으로 도시된 바와 같이, 터치 지점들(p1 내지 p4) 중 하나가 충분히 긴 거리를 이동한 경우, 악화된 경우가 해결된다. 이는 또한, 도 13a의 지점들 중 어느 하나가 완전히 제거되는 경우에도 상기 악화된 경우가 해결되는 것을 의미한다.
도 14b 내지 도 14d는 각각 도 14a의 터치 지점의 결합으로부터 p1, p2 및 p3를 제거한 결과를 더 도시한다. 구체적으로, 도 14a는 도 13의 비대칭적인 빔 배열에 대한 악화된 경우를 도시한다. 전술한 바와 같이, 터치 지점 pn 및 유령 지점 gn은 후보 터치 지점의 세트를 형성하지만, 측정 신호로부터 터치 지점 pn을 식별할 수는 없다. 그러나, 하나의 터치 지점이 후보 터치 지점의 세트로부터 제거되는 경우, 나머지 터치 지점은 명확하게 결정될 수 있다.
터치 지점 p1이 제거되는 경우(도 14b), 스캔 라인 S11 및 S21은 1과 동일한 투과율을 갖고(즉, 상기 스캔 라인에는 터치 지점이 존재하지 않음), 그 결과 유령 지점 g1 및 g2는 존재하지 않는다. 그리고 나서, 터치 지점 p2 및 p4는 각각 스캔 라인 S31 및 S34의 터치 지점이므로, 대응하는 투과율 t2 및 t4가 결정될 수 있다. 그에 의해, g4 및 p3의 투과율이 상술한 알고리즘에 따라 계산될 수 있다.
터치 지점 p2이 제거되는 경우(도 14c), 스캔 라인 S14 및 S31은 1과 동일한 투과율을 갖고, 그 결과 유령 지점 g2 및 g4는 존재하지 않는다. 스캔 라인 S22는 1과 동일한 투과율을 갖지 않을 것이며, 이는 부분적으로 스캔 라인 S23과 일치하기 때문이다. 그러나, 터치 지점 p1 및 p4가 각각 스캔 라인 S21 및 S24의 터치 지점이므로, 대응하는 투과율 t1 및 t4가 결정될 수 있다. 그에 의해, g1, g3 및 p3의 투과율이 상술한 알고리즘에 따라 계산될 수 있다.
터치 지점 p3이 제거되는 경우(도 14d), 스캔 라인 S12 및 S33은 1과 동일한 투과율을 갖고, 그 결과 유령 지점 g2 및 g4는 존재하지 않는다. 스캔 라인 S23은 투과율이 1과 동일하기에는 스캔 라인 S22와 너무 근접하다. 그러나, 터치 지점 p1, p2 및 p4가 각각 스캔 라인 S21, S14 및 S24의 터치 지점이므로, 대응하는 투과율 t1, t2 및 t4가 결정될 수 있다. 그에 의해, g1 및 g3의 투과율이 상술한 알고리즘에 따라 계산될 수 있다.
도 15는 도 4a와 유사한 비대칭 이중 v-스캔 배열로 구동하는 터치 시스템의 8 개의 터치 지점의 세트로부터 야기되는 스캔 라인을 도시한다. 터치 지점은 검은 점으로 표시되고, 유령 지점은 빈 점으로 표시된다. 각각의 스캔 라인 상에는 적어도 하나의 터치 지점과 하나의 유령 지점이 있으며, 그 결과, 터치 지점의 세트는 악화된 경우를 나타낸다. 도 16a 내지 도 16d를 참조로 설명되는 바와 같이, 8개 보다 적은 터치 지점의 임의의 결합은 항상 해결될 수 있다.
도 16a는 도 15와 동일한 터치 시스템의 8 개의 터치 지점의 다른 결합으로부터 야기되는 스캔 라인을 도시한다. 좌상단 터치 지점이 제거되는 경우, 세 개의 스캔 라인(도 16a에서 굵은 라인)은 투과율일 1이 될 것이다. 결과적으로, 상기 스캔 라인 상의 세 개의 유령 지점은 다섯 개의 터치 지점의 투과율을 결정하여 구별될 수 있으며(도 16b의 하얀 점), 이는 상기 터치 지점이 이제 각각의 스캔 라인(도 16b의 굵은 라인)에 존재하는 유일한 터치 지점이기 때문이다. 상기 터치 지점의 투과율을 결정하고 제거한 후, 상술한 알고리즘을 사용함으로써, 다른 다섯 개의 스캔 라인(도 16c의 굵은 라인)은 1의 총 투과율을 가져, 나머지 다섯 개의 유령 지점이 식별된다. 도 16d는 두 개의 다른 스캔 라인(굵은 라인)을 사용하여 마지막 두 개의 터치 지점의 투과율이 결정되는 마지막 단계를 도시한다. 상술한 방법은 도 16a의 터치 지점의 세트로부터 임의의 터치 지점을 제거하는데 있어 유효하다.
보다 많은 빔을 패널을 가로질러 스위핑함으로써, 보다 많은 터치 지점을 명확히 식별가능할 것이다. 예를 들어, 이중 Ψ-스캔은 32 개의 터치 지점의 특정한 결합에 대해서만 악화될 것이다. 그 결과, 이론적으로, 31 개의 터치 지점의 개별적인 투과율은 항상 결정될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비대칭 이중 Ψ-스캔 배열을 제공하는 것은 보다 강건한 알고리즘적인 단계를 제공할 수 있다. 도 17a 및 도 17b는, 각각 대칭 및 비대칭 배열에서 단일 세트의 Ψ-스캔 빔에 대한 네 개의 터치 지점 및 그에 따른 스캔 라인을 도시한다. 도 17a의 대칭적인 빔 배열에서, 직교하는 스캔 빔(실선)은 두 개의 터치 지점에 도달하는 스캔 라인을 야기할 것이다. 도 17b의 비대칭적인 빔 배열에서, 대응하는 스캔 라인(실선)은 각각 하나의 터치 지점에 도달한다. 예를 들어, 상술한 알고리즘을 사용하여 터치 지점의 개별적인 투과율이 결정되는 경우, 스캔 라인의 결정된 투과율에 대한 임의의 부정확함/노이즈는 알고리즘의 다음 단계로 진행될 것이다. 이러한 부정확함/노이즈는 오직 하나의 터치 지점에 도달하는 스캔 라인의 개수를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 따라서, 비대칭적인 빔 배열은 터치 지점의 결정에 있어서 보다 강건하고 정확한 결과를 유발할 수 있다.
악화된 경우는 최악의 시나리오이며, 터치 지점의 특정한 조합에 대해서만 발생한다. 따라서, 터치 감지 시스템은 악화된 경우에 의해 지시된 것보다 더 많은 수의 동시적인 터치 지점을 결정하도록 동작될 수 있다. 그러나, 악화된 경우는 특정한 터치 감지 시스템에 대한 평균적인 성공률을 나타낼 수 있다.
비록 전술한 예가 측정 신호, 즉 검출 장치에 의해 생성되는 신호의 사용을 언급하더라도, 터치 오브젝트의 위치를 결정하는 실제 디코딩 프로세스는 투과 신호에 대해서도 동작할 수 있으며, 상기 투과 신호는 측정 신호를 백그라운드 신호로 나눔으로써 획득된다(이하의 내용 참조).
예시적인 시스템 구성
멀티 터치 검출을 위한 전술한 원리 및 예시적인 빔 배열은 다양한 타입의 시스템에서 구현될 수 있다. 세 가지 상이한 타입의 시스템이 이하 설명을 위해서만 기술된다.
단일 패스 시스템
도 18a는 빔이 패널의 일측에서 주사되고 패널의 타측에서 수신되는 "단일 패스(single-pass)" 시스템을 도시한다. 일반적인 수준에서, 상기 시스템은, 빔을 패널로 도입시키고 패널을 가로질러 빔을 스위핑하는 입력 스캐너 장치 및 빔이 패널을 가로질러 스위핑되는 동안 입력 스캐너 장치로부터 빔을 수신하고 빔을 적어도 하나의 복사 검출기로 전달하기 위해 입력 스캐너 장치와 동기화되는 출력 스캐너 장치를 포함한다. 이러한 단일 패스 시스템은 2008년 6월 23일에 출원된 미국 가출원번호 61/129,372에 더 기술되어 있으며, 이 출원은 여기에서 참조로 도입된다.
이하, 이러한 단일 패스 시스템의 동작 원리가 두 개의 빔(B1, B2)으로 구성된 단순화된 빔 배열에 관하여 간략하게 설명될 것이다. 도 18a의 시스템은 임의의 적절한 배열에서 임의의 개수의 빔으로 확장될 수 있다.
도 18a의 예에서, 각각의 빔(B1, B2)은 빔 스캐너(BS1, BS2)에 의해 패널을 가로질러 스위핑되거나 스캔된다. 패널을 지나간 후, 각각의 빔(B1, B2)은 패널(1)로부터 아웃커플링되고, 스캐닝 검출기(SD1, SD2)에 의해 수신되며, 상기 스캐닝 검출기는 빔 에너지를 측정하는 복사 검출기를 포함한다. 제어 장치(4)는 빔 스캐너(BS1, BS2)와 스캐닝 검출기(SD1, SD2)의 각 쌍을 상호 동기화하여 구동시키도록 연결될 수 있다. 대안적으로, 상기 시스템은 빔 스캐너 및 스캐닝 검출기를 동기화시키기 위한 기계적인 장치를 포함할 수 있다.
스캐닝 검출기(SD1, SD2)는, 각각의 감지 인스턴스에 대하여 스캐닝 검출기(SD1, SD2)의 출력 신호를 기반으로 터치 위치를 결정하도록 구성되는 데이터 프로세서(8), 예컨대 컴퓨터에 연결된다. 출력 신호는 감지 인스턴스 동안 스캐닝 검출기(SD1, SD2)에 의해 측정되는 각각의 빔의 에너지를 나타낸다(도 1a의 신호(S1, S2) 참조).
도 18a의 예에서, 스캐닝 검출기(SD1, SD2)는, 감지 영역을 가로지르는 빔(B1, B2)의 이동과 동기화되는 움직임으로 패널(1)의 주변을 따라 이동하도록 제어되는 검출기를 포함할 수 있다. 그러나, 시스템의 복잡도, 사이즈 및 정확도로 인해, 바람직하게 검출기는 이동하지 않는다. 그 대신, 도 18a에 도시된 바와 같이, 빔(B1, B2)이 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 동안, 전달된 빔(B1, B2)을 수신하고 공통 검출 지점(D1, D2)으로 재전달시키도록 고정식 재전달 소자(10A, 10B)가 배열될 수 있다. 터치 감지 시스템의 사이즈를 줄이기 위해, 재전달 소자(10A, 10B)는 패널(1)의 주변부에 근접하여 배치될 수 있다. 강건함 및 장착의 정확도를 위해, 재전달 소자(10A, 10B)는 상기 주변부와 접촉하여 장착될 수 있다. 적절한 재전달 소자의 비제한적인 예는 DOE(diffractive optical elements), 마이크로 광학 소자, 거울, 굴절 렌즈 및 임의의 그 조합을 포함한다.
터치 지점(들)의 결정 시 적절한 정확도를 얻기 위해 검출기는 작은 시야각을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 빔이 패널을 통해 진행되는 도중, 패널의 불규칙성으로 인해 패널이 빔을 산란시켜, 주사 부위로부터의 거리에 대한 함수로 빔이 패널의 평면 내에서 확산될 수 있기 때문이다. 검출기의 작은 시야각은 빔(B1, B2)의 주된 방향 주변으로 제한된 영역으로 검출을 제한하여, 터치 오브젝트에 의해 유발되는 에너지 감소의 위치 결정에 대해 정확도를 증가시킬 것이다. 예를 들어, 제한된 영역은 터치 패널의 아웃커플링 부위(예컨대, 패널의 가장자리)에서 약 10 mm가 되는 것이 바람직하며, 일반적으로는 약 1 내지 50 mm의 범위가 바람직할 수 있다. 스위핑 도중 전달된 빔의 방향이 변하는 것을 수용하기 위해, 스캐닝 검출기(SD1, SD2)는 빔 스위핑과 동기화되어 그 시야 영역을 스캐닝하도록 구성될 수 있다.
도 18b는 여기에 기술되는 임의의 실시예에 따른 스캐닝 검출기에 포함될 수 있는 복사 검출기의 예시적인 구성을 도시한다. 검출기는 적절한 시야각 γ를 제공하도록 기구성되거나 제어가능할 수 있다. 검출기는 개구 차단부(11a) 및 복사 감지 소자(들)(11B)을 포함한다. 개구 차단부(11A)는 복사 감지 소자(들)(11B)로부터 이격되어 시야각 γ를 정의한다. 검출기는 개구 차단부(11A)와 복사 감지 소자(들)(11B) 간의 거리를 변경하거나 그리고/또는 개구 차단부(11A)의 개구 사이즈 또는 복사 감지 소자(들)(11B)의 범위를 변경함으로써, 또는 둘 모두에 의해 시야각 γ를 변경하도록 조절하거나/제어가능할 수 있다. 나아가, 검출기의 성능을 개선하기 위해, 광학 소자가 개구 차단부(11A)의 일측 상에 배열될 수 있다.
시야 영역은 도 18b의 복사 검출기를 공통 검출 지점(D1, D2) 주변으로 회전시킴으로써 기계적으로 스캔될 수 있다. 또다시, 복잡도, 사이즈 및 정확도로 인해, 검출기 전체가 회전하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 그 대신, 이하에서 더 예시적으로 설명되는 바와 같이, 이동가능한 편향 소자가 공통 검출 지점(D1, D2)에 배열되어, 전달된 빔(B1, B2)을 고정된 복사 검출기로 편향시킬 수도 있다.
이러한 이동가능한 편향 소자는 복사 빔을 특정 각도로 편향시킬 수 있는 임의의 타입의 소자 또는 소자들의 조합일 수 있다. 상기 각도는 시스템의 기하학적인 구조에 의존하지만, 일반적으로 1 내지 90°범위에 위치한다. 이러한 편향 소자의 비제한적인 예는 회전식 거울, 공진 거울, 검류계(galvanometer) 미러, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems), MOEMS(Micro Opto-Electrical-Mechanical Systems) 등을 포함한다.
다른 대안적인 실시예에 따르면, 스캐닝 검출기(SD1, SD2)는 전자적으로 그 시야 영역을 스캔하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복사 감지성 소자(픽셀)의 어레이, 예컨대 1D 검출기는 빔에 의해 스위핑되는 패널의 가장자리 또는 측면(예컨대, 도 18a의 우측 수직 가장자리)에 평행하게 배열될 수 있다. 마이크로렌즈 및 핀홀(pinholes)의 어레이가 검출기의 전방에 배열되어, 검출기의 정의된 부분(예컨대, 하나 또는 그 이상의 픽셀)이 패널 가장자리의 오직 작은 부분만을 커버하는 제한된 시야 영역을 갖도록 할 수 있다. 마이크로렌즈 및 핀홀의 어레이 또는 그와 균등한 소자는 전술한 재전달 소자(예컨대, 도 18a의 (10B))를 대체하거나 보완할 수 있다. 검출기는 패널 가장자리를 가로지르는 빔 스위핑에 의해 순차적으로 읽어지는 픽셀에 의해 빔 스캐너와 동기화되어, 빔에 의해 조명되는 순간 영역을 바라보는 검출기만이 빔 위치에 대한 신호 값을 주게 한다. 그 결과, 읽혀지는 마지막 픽셀에서 빔 스위핑이 완료될 때까지, 픽셀은 하나씩 읽혀지며, 스캔은 검출기의 첫 번째 픽셀에서 다시 시작될 수 있다.
도 18a의 시스템에서, 각각의 빔(B1, B2)은 패널을 가로질러 각각의 스위핑 방향(R1, R2)를 따라 이동된다. 이러한 배열에서, 전체 스위핑 도중 동일한 샘플링 레이트가 사용되는 경우, 공간 분해능은 패널 전체에 걸쳐 동일하다. 도 18a에서, 고정식 빔 전달 소자(12A, 12B)는, 빔 스캐너(BS1, BS2)로부터 빔(B1, B2)을 수신하고, 빔(B1, B2)이 패널을 가로질러 스위핑되는 도중 본질적으로 불변하는 주된 방향으로 이동되도록 배열된다. 적절한 빔 전달 소자의 비제한적인 예는 DOE(diffractive optical elements), 마이크로 광학 소자, 미러, 굴절 렌즈 및 임의의 그 조합을 포함한다.
빔 스캐너(BS1, BS2) 및 스캐닝 검출기(SD1, SD2)의 상이한 조합은 패널을 가로질러 빔(B1, B2)을 스위핑하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은, 하나의 빔 스캐너가 하나보다 많은 빔을 스위핑하도록 사용되거나, 그리고/또는 하나의 스캐닝 검출기가 스위핑된 빔 중 하나보다 많은 빔을 수신하도록 사용되도록 구성될 수 있다.
단일 패스 시스템의 다른 실시예에서, 전달된 빔의 에너지는 각각의 검출 지점(D1, D2)에 배열되는 고정식 복사 검출기에 의해 측정된다. 이러한 타입의 단일 패스 시스템은 2009년 4월 15에 출원된 미국 가출원번호 61/202,874, 및 2009년 4월 15일에 출원된 미국 가출원번호 61/202,875에 더 기술되며, 이 출원들은 여기에서 참조로 도입된다.
반사기 시스템
도 19는 본 출원인에 의해 개발되고 WO 2009/048365에 제안된 대안적인 시스템을 도시하며, 상기 출원은 여기에 참조로 도입된다.
도 19의 시스템은 패널의 두 개의 평행하지 않은 측면을 따라 배열되는 재귀 반사기(retro-reflectors)(14)를 포함한다. 재귀 반사기(14)는 전달된 복사를 다시 복사원으로 재전달시키는 구성요소이다. 재귀 반사기는, 예컨대 코너 큐브 반사기(corner-cube reflectors) 또는 복사원에 모두 수직한 세그먼트를 갖는 분할된 미러의 세트로 구현될 수 있다.
도 19의 시스템에서, 각각의 빔(B1 내지 B6)은 광 트랜시버(optical transceiver)(미도시)에 의해 도입되고 패널의 동일한 측면에서 수신된다. 그 결과, 광 트랜시버는 빔 스캐너와 스캐닝 검출기 둘 모두의 기능을 구현한다. 이러한 광 트랜시버는 복사원, 복사 검출기, 빔 스플리터, 및 단일 패스 시스템의 스캐닝 검출기에 포함되는 것과 유사한 이동가능한 편향 소자를 포함할 수 있다. 복사 빔(바람직하게 콜리메이팅됨)은 복사원으로부터 빔 스플리터로 발산되며, 상기 빔 스플리터는 유입되는 빔의 일부를 패널(1)의 가장자리에 있는 고정식 빔 전달 소자(12A, 12B)로 빔을 반사시키는 편향 소자로 전달한다. 편향 소자가 이동됨에 따라, 일반적으로 회전함에 따라, 빔은 단일 패스 시스템과 같이 패널을 가로질러 이동될 것이다. 빔이 재귀 반사기(14)에 도달하는 경우, 빔은 다시 빔 전달 소자(12A, 12B)로 반사되며, 상기 빔 전달 소자는 빔을 다시 편향 소자로 전달한다. 편향 소자는 빔을 빔 스플리터로 반사시키며, 상기 빔 스플리터는 빔의 일부를 고정식 복사 검출기로 반사시킨다. 그 결과, 빔이 패널을 가로질러 스위핑됨에 따라, 광 트랜시버는 스위핑 도중 재귀 반사된 빔의 에너지를 나타내는 측정 신호를 생성한다.
각각의 광 트랜시버는 패널을 가로질러 하나보다 많은 빔을 스위핑하도록 구성될 수 있다.
도 19의 변형에서는, 재귀 반사기(14)가, 각각의 빔을 재귀반사하지는 않지만 빔을 분리된 스캐닝 검출기로 반사사키는 반사기 컴포넌트로 대치된다. 그 결과, 비록 각각의 빔이 스캐닝 검출기에 도달하기 전에 적어도 두 번씩 패널을 가로지르더라도, 이러한 변형은 단일 패스 시스템과 유사한 빔 스캐너 및 스캐닝 검출기의 조합을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 시스템은 광 트랜시버 또는 빔 스캐너와 스캐닝 검출기의 쌍을 동기화시키는 제어 유닛(도 18a의 (4) 참조)을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 시스템은 복사 검출기(들)에 의해 생성된 측정 신호를 기반으로 터치 위치를 결정하는 데이터 프로세서(도 18a의 (8) 참조)를 적절하게 포함한다.
대안적인 단일 패스 시스템
도 20은, 복수의 복사 감지성 소자(16)가 패널의 두 평행하지 않은 측면에 배열되어, 각각의 빔(B1 내지 B6)이 패널(1)을 가로질러 스위핑됨에 따라 각각의 빔의 에너지를 측정하는, 다른 대안적인 단일 패스 시스템을 도시한다. 복사 감지성 소자(16)는 두 개의 1차원 복사 검출기 및/또는 각각의 0차원 복사 검출기로 구성된 두 개의 라인에 의해 구현될 수 있다.
빔(B1 내지 B6)은 임의의 적절한 입력 스캐너 장치, 예컨대 단일 패스 시스템의 빔 스캐너 및 빔 전달 소자(12A, 12B)를 사용하여, 패널(1)을 가로질러 스위핑될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 시스템은, 복수의 복사 감지성 소자(16)에 의해 생성되는 측정 신호를 기반으로 터치 위치를 결정하는 데이터 프로세서(도 18a의 (8) 참조) 뿐만 아니라, 빔 스캐너와 복사 검출기를 동기화시키는 제어 유닛(도 18a의 (4) 참조)을 포함할 수도 있다.
도 20에 도시되지 않은 실시예에서는, 소자(16)가, 복사를 수신하기 위해 패널의 각각의 측면에 배열되는 두 개의 장형 0차원 검출기로 대체된다. 각각의 0차원 검출기는, 각각의 빔이 패널을 가로질러 스위핑되는 도중, 수신된 총 에너지를 시간의 함수로 측정한다.
구현에 대한 세부 사항
이하에서는 v-스캔 빔 배열을 사용하는 단일 패스 시스템의 특정 구현에 대한 예시적인 설명을 기술한다. 유사한 구현이 다른 빔 배열, 예컨대 전술한 Ψ-스캔을 제공하도록 사용될 수 있음이 이해된다.
도 21은, 빔(B1, B2)이 레이저, VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers), LED(Light-Emitting Diodes), 또는 임의의 다른 복사원이나, 요구되는 파장 대역으로 복사를 방출할 수 있는 복사원과 파장 필터의 조합일 수 있는 고정식 이미터(21, 22)에 의해 발산되는 터치 감지 시스템을 도시한다. 빔이 발산된 후, 빔(B1, B2)은 미러(23)에 도달하여 두 개의 가상 소스(24, 25)를 생성한다. 미러(23)가 회전축 주변의 화살표 방향으로 회전하는 경우, 두 개의 스캔이 스위핑 방향(R1)으로 생성된다. 빔(B1, B2)은 가상 소스(24, 25)로부터 재전달 렌즈 장치(26)를 통해 이동한다. 렌즈 장치(26)는 가상 소스(24, 25) 사이에 초점을 가지며, 그 결과, 가상 소스(24, 25)의 이동은 빔(B1, B2) 간의 각도를 생성한다. 빔(B1, B2) 간의 각도는 가상 소스(24, 25) 간의 거리에 의존한다. 일 예에서, 렌즈 장치(26)는 하나 또는 그 이상의 프레넬 렌즈의 형태로 구현된다. 프레넬 렌즈의 사용은 시스템의 발자국을 줄이는데 유리할 수 있다. 렌즈 장치(26)는, 빔이 스위핑 방향(R1)으로 렌즈 장치(26)를 따라 스위핑되는 도중, 렌즈 장치(26)를 떠나는 빔(B1, B2)의 주된 방향이 변하지 않도록 구성된다. 빔(B1, B2)이 렌즈 장치(26)를 통과한 후, 빔은 빔(B1, B2)을 패널(1)로 안내하는 결합 소자(27)로 진입하며, 빔이 결합 소자(28) 및 빔 전달 렌즈 장치(29)를 통해 패널 밖으로 나갈 때까지 빔은 TIR(total internal reflection)에 의해 진행한다. 일반적으로, 스위핑은 렌즈 장치(26)의 상단에서 시작하여 렌즈 장치(29)의 하단에서 종료한다. 렌즈 장치(29)는 렌즈 장치(26)와 유사하고 빔(B1, B2)을 미러(30) 상의 각각의 가상 검출 지점(D1, D2)으로 전달시키도록 구성될 수 있다. 미러(30)는 미러(23)와 동기화되어 화살표 방향으로 회전축 주변으로 회전되어, 가상 검출 지점(D1, D2)은 공간에 고정된다. 빔(B1, B2)은 가상 검출 지점(D1, D2)에서 반사되고, 각각의 고정식 검출기(31, 32)에 의해 검출된다. 따라서, 빔(B1, B2)이 스위핑 방향(R1)으로 패널(1)을 가로질러 스위핑되는 도중, 이미터(21, 22) 뿐만 아니라 검출기(31, 32)까지 공간에 고정된다. 이는 회전식 거울(23, 30)을 상호 간에 동기화시킴으로써 달성된다.
도 21의 실시예에서, 미러(23, 30)는 패널(1)의 경계 밖에 배치된다. 이는, 예컨대 터치 감지 시스템이 LCD(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이, OLED(Organic Light-Emitting Diode) 디스플레이 또는 그와 유사한 장치와 같은 디스플레이 장치에 일체화되는 경우 바람직하지 않을 수 있다. 터치 감지 시스템의 컴포넌트가 디스플레이의 경계로부터 멀리 떨어져 배열되는 경우, 완전한 시스템의 표면적은 바람직하지 않게 커질 수 있다.
도 22a는 빔 경로가 꺾여, 미러(23, 30)가 패널(1) 및 디스플레이 장치(6) 아래에 배치되도록 하는 대안적인 실시예의 측면도이다. 상기 시스템은 패널(1)의 타측에 배열되는 두 개의 폴딩(folding) 시스템(35, 36)을 포함한다. 패널(1)은 디스플레이 장치(6)의 상부에 배치되고, 결합 소자(27, 28)는 예컨대 광학적으로 선명한 풀 또는 임의의 다른 종류의 적절한 접착제를 사용하여 패널(1)에 부착된다. 도 22a의 시스템에서, 빔(B1)은 이미터(21)로부터 발산되어 회전식 거울(23)에 도달하며, 상기 회전식 거울은 빔(B1)을 폴딩 시스템(35)을 향해 반사시킨다. 폴딩 시스템(35)에 진입한 후, 빔(B1)은 먼저 고정식 미러(37)에서 반사되고, 그 후 고정식 미러(38)에서 반사되어, 빔(B1)은 패널(1)의 평면으로 꺾인다. 그리고 나서, 꺾인 빔(B1)은 렌즈 장치(26)를 통과하고, 결합 소자(27)를 통해 패널(1)로 진입한다. 빔(B1)은 TIR에 의해 패널(1)을 통해 진행되고, 결합 소자(28)를 통해 패널(1) 밖으로 나간다. 그 후, 빔(B1)은 폴딩 시스템(36)으로 진입하고, 빔은 렌즈 장치(29)를 통과하고, 고정식 미러(39, 40)에 의해 반사되어, 빔(B1)은 또다시 패널(1) 아래로 꺾인다. 그 후, 빔(B1)은 폴딩 시스템(36) 밖으로 나오고, 회전식 미러(23)와 동기화되는 회전식 미러(30)에서 반사되며, 빔(B1)은 검출기(31)에 의해 검출된다.
도 22b는 도 22a의 시스템의 상부 평면도이다. 설명을 단순화하기 위해, 이미터(21, 22) 및 검출기(31, 32)는 도면으로부터 생략되었다. 도 22b는 빔(B1, B2)이 스위핑 방향(R1)으로 패널(1)을 가로질러 스위핑됨에 따라 빔(B1, B2)의 세 개의 스냅샷을 포함한다.
요구되는 경우, 도 22의 시스템은 두 개의 가상 소스(24, 25) 사이에 제 3 가상 소스를 추가하여 Ψ-스캔 시스템으로 확장될 수 있다.
도 23은 동기화된 스캐너 및 꺾인 빔을 갖는 v-스캔 구성의 다른 실시예에 대한 상부 평면도이다. 도 22b와 유사하게, 이미터(21, 22) 및 검출기(31, 32)는 설명의 명확함을 위해 생략되었다. 이 실시예는 도 22의 실시예와 같이 빔(B1)을 안내하고 스위핑 방향(R1)으로 스위핑하기 위한 구성요소의 동일한 배열을 이용하며, 따라서, 그에 대한 설명은 반복되지 않을 것이다. 도 23의 시스템은 스위핑 방향(R2)로 빔(B2)을 스위핑하는 구성요소의 배열을 더 포함한다. 미러(23)의 가상 소스(25)에서, 빔(B2)은 폴딩 시스템(35')을 향하여 반사되며, 상기 폴딩 시스템(35')은, 빔(B2)을 패널(1)의 평면으로 꺾고 렌즈 장치(26)에 대응하는 재전달 렌즈 장치(미도시)를 통해 빔을 전달시키는 폴딩 시스템(35)과 동일한 구성을 가질 수 있다. 빔(B2)은 결합 소자(27')를 통해 패널(1)로 진입하고, TIR에 의해 패널(1)을 통해 진행하고, 결합 소자(28')를 통해 패널(1) 밖으로 나간다. 그 후, 빔(B2)은 폴딩 시스템(36')으로 진입하며, 상기 폴딩 시스템(36')은, 렌즈 장치(29)에 대응하는 빔 전달 렌즈 장치(미도시)를 통해 빔(B2)을 전달하고 패널(1) 아래로 빔(B2)을 꺾는 폴딩 시스템(36)과 동일한 구성을 가질 수 있다. 그 후, 빔(B2)은 폴딩 시스템(36') 밖으로 나가고, 미러(30)의 가상 검출 지점(D2) 상에 입사된다. 미러(30)의 회전이 미러(23)의 회전과 동기화되므로, 빔(B2)은 미러(30)로부터 고정식 검출기(도 21의 검출기(32) 참조)로 반사될 수 있다.
도 23의 시스템이 스위핑 방향(R1, R2) 각각으로 v-스캔 구성을 생성하여, 도 4a에 도시된 타입의 빔 배열을 야기하도록 확장될 수 있음이 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 이러한 확장은 도 22b와 동일한 방식으로 가상 소스(24) 옆에 가상 소스를 추가하고, 대응되는 방식으로 가성 소스(25) 옆에 가상 소스를 추가하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템은 통상의 기술자에 의해 용이하게 구현되는 바와 같이 쌍으로 동기화되는 네 개의 회전식 미러를 사용함으로써 생성된다.
터치 감지 시스템의 비용을 최적화하기 위해, 시스템의 구성요소의 수를 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 도 24a 및 도 24b는 이미터, 검출기 및 회전식 미러의 수가 50%로 줄어든 실시예를 도시한다. 이하 더 기술되는 바와 같이, 이러한 감소는 각각의 v-스캔을 위한 네 개의 추가적인 고정식 미러와 하나의 추가적인 렌즈 장치에 대한 비용으로 달성된다. 그러나, 추가된 구성요소는 이미터, 검출기 및 회전식 미러보다 더 싸고 에러에 취약할 수 있다. 구체적으로, 상기 시스템의 가장 취약한 구성요소는 회전식 미러이며; 임의의 개수의 회전식 미러를 제거하는 것은 시스템 고장의 위험을 크게 감소시킨다. 나아가, 도 21 내지 도 23에 도시된 시스템에서, 회전식 미러(23, 30)는 동기화 시스템과 동기화될 필요가 있다. 도 24a 및 도 24b의 시스템에서, 동일한 회전식 미러는 빔을 스위핑하고 빔을 검출기로 수집하기 위해 사용된다.
도 24a의 측면도와 도 24b의 상부 평면도에서 실선으로 도시된 빔 경로를 보면, 빔은 이미터(21)로부터 발산되고, 그 후 회전식 미러(23)에서 반사되어, 두 개의 가상 소스를 생성하는 제 1 루프 탑 미러(roof top mirror)(42) 위에서 빔이 스위핑되도록 하며, 하나의 가상 소스는 루프 탑 미러(42)의 각 부분에 대한 것이다. 명확한 설명을 위해, 하나의 가상 소스(43)가 도시된다. 상기 가상 소스는, 오직 하나의 이미터(21) 및 루프 탑 미러(42)를 사용하여 생성되는 것을 제외하고, 도 22b의 가상 소스(24, 25)와 동일한 방식으로 동작한다. 빔은 폴딩 시스템(35)을 향하여 진행을 계속하고, 고정식 미러(37, 38)에서 반사되고, 결합 소자(27)를 통해 패널(1)로 진입하기 전에 렌즈 장치(26)를 통과한다. 빔은 TIR에 의해 패널(1)을 통해 진행되고, 결합 소자(28)를 통해 패널(1) 밖으로 나온다. 그리고 나서, 빔은 폴딩 시스템(36)으로 진입하고, 빔은 미러(39, 40)에서 반사되기 전에 렌즈 장치(29)를 통과한다. 그 후, 빔은 반전 미러(inverting mirror)(44)에서 렌즈 장치(45) 및 미러(46)를 향해 반사되며, 상기 렌즈 장치(45) 및 미러(46)는 폴딩 시스템(29)의 일부로 배열되거나 배열되지 않을 수 있다. 빔은 렌즈 장치(45)를 통과하고, 미러(46)에서 반사되고, 다시 렌즈 장치(45)를 통과한다. 그리고 나서, 빔은 제 2 루프 탑 미러(47)에서 반사된다. 빔이 루프 탑 미러(47) 위에서 스위핑됨에 따라, 두 개의 가상 검출 지점이 생성된다. 또다시, 명확한 설명을 위해, 오직 하나의 가상 검출 지점(48)만이 도시된다. 상기 가상 검출 지점은 도 22b의 가상 검출 지점(D1, D2)와 동일한 방식으로 동작한다. 그리고 나서, 빔은 회전식 미러(23)를 향하여 진행을 계속하고, 회전식 미러에서 반사되고, 반전 미러(44), 렌즈 장치(45) 및 미러(46)의 영향으로 인해, 스위핑은 이제 반전되고, 회전식 미러(23)는 그 자체와 자동으로 동기화되어, 빔은 공간에 고정되는 검출기(31)에 항상 도달하게 된다. 다른 빔 경로가 도 24b에서 점선으로 도시되며, 빔이 루프 탑 미러(42)의 일 부분을 가로질러 스위핑됨에 따라 빔은 불변하는 주된 방향으로 패널(1)을 가로질러 이동된다. 통상의 기술자는, 루프 탑 미러(42)를 가로지르는 완전한 스위핑이 방향(R1)으로 패널(1)을 가로질러 두 번 스위핑되어 v-스캔 구성을 형성하는 하나의 빔을 야기하는 것을 인식한다.
원하는 경우, 도 24의 시스템은 제 3 가상 소스를 추가함으로써 Ψ-스캔 시스템으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 루프 탑 미러(42)에 다른 면(facet)을 추가함으로써 Ψ-스캔이 생성될 수 있다. 그 결과, 상기 Ψ-스캔 시스템은 세 개의 면을 갖는 미러(42)를 가질 것이다.
도 25는 도 24의 시스템의 변형에 대한 평면도이다. 여기에서, 상기 시스템은 두 개의 스위핑 방향(R1, R2)으로 v-스캔을 생성하도록 구성된다. 가상 소스(명확한 설명을 위해 미도시됨)는 스위핑 방향(R1)을 위한 루프 탑 미러(42) 및 스위핑 방향(R2)을 위한 루프 탑 미러(42)에 의해 생성된다. 유사하게, 가상 검출 지점(명확한 설명을 위해 미도시됨)은 스위핑 방향(R1)을 위한 루프 탑 미러(47) 및 스위핑 방향(R2)을 위한 루프 탑 미러(47')에 의해 생성된다. 도 25는 빔 경로의 스냅샷만을 도시함을 강조한다. 이미터(21, 22)로부터의 빔이 루프 탑 미러(42, 42')의 전체 위에서 스위핑됨에 따라, 완전한 v-스캔이 플레이트(10) 내부에서 두 방향(R1, R2)으로 수행될 것이다. 폴딩 시스템(35, 35')은 그 길이를 제외하고 동일할 수 있으며; 이와 유사하게, 폴딩 시스템(36, 36')은 그 길이를 제외하고 동일할 수 있다.
특정 응용에서는, 터치 감지 시스템의 두께를 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 예컨대 터치 감지 시스템이 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이동 단말기, PDA 및 유사한 제품에 도입되는 경우이다. 도 26은 두께를 줄이도록 구성된 실시예를 도시한다. 구체적으로, 이 실시예의 시스템의 두께는 가장 두꺼운 구성요소에 의해 결정되며, 다시 말해, 어떠한 구성요소도 서로 적층될 필요가 없다. 구성요소의 선택에 따라, 시스템의 두께는 수십 밀리미터에서 수 센티미터까지 형성될 수 있다.
도 26의 시스템은 패널(1)을 가로질러 두 개의 직교하는 방향(R1, R2)으로 v-스캔을 달성하도록 설계되었다. 도 26a의 평면도에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 각각의 복사 빔을 발산하도록 배열된 네 개의 이미터(21, 21', 22, 22'), 각각의 빔의 에너지를 측정하도록 배열된 네 개의 검출기(31, 31', 32, 32'), 및 시스템 내에서 빔 스캐너와 스캐닝 검출기의 동기화된 쌍을 형성하도록 제어가능한 여덟 개의 이동가능한 편향 소자(23A 내지 23H)를 포함한다. 나아가, 네 개의 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D)는 패널(1)의 각각의 주변부를 따라 연장되도록 고정적으로 배열된다. 각각의 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D)는 소자의 시퀀스를 포함할 수 있으며, 각각의 소자는 입사 빔을 주어진 방향으로부터 주어진 나가는 방향으로 재전달하도록 설계되어, 각각의 빔(B1 내지 B4)이 불변하는 주된 방향을 가지면서 패널(1)을 가로질러 스위핑되도록 한다. 광학적 재전달 장치의 비제한적인 예는 DOE(diffractive optical elements), 마이크로 광학 소자, 미러, 굴절 렌즈 및 임의의 그 조합을 포함한다. 재전달 장치(50A 내지 50D)는 도 26b 및 도 26c를 참조로 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 26a의 터치 감지 시스템은, 빔(B1)을 이미터(21)로부터, 광학적 재전달 장치(50C)의 상부에서 하부로 빔(B1)을 스위핑하도록 동작하는 편향 소자(23A)로 발산시킴으로써 동작한다. 광학적 재전달 장치(50C)는, 빔(B1)이 도달하는 광학적 재전달 장치(50C)의 지점에 관계없이 빔(B1)이 항상 동일한 방향을 갖도록 빔(B1)을 재전달한다. 빔(B1)은 패널(1)에 진입하고, TIR에 의해 패널을 통해 진행된다. 빔(B1)은 패널(1) 밖으로 나가고, 빔(B1)이 도달하는 광학적 재전달 장치(50D)의 지점에 관계없이 항상 편향 소자(23E)를 향해 빔(B1)을 재전달하도록 구성되는 광학적 재전달 장치(50D)로 진입한다. 편향 소자(23E)의 이동은 편향 소자(23A)와 동기화되어(기계적 또는 전자적으로 동기화됨), 전체 빔 스위핑 도중, 빔(B1)이 복사 검출기(31)를 향하여 편향되도록 한다.
유사하게, 빔(B2)은 이미터(22)에 의해 생성되고, 편향 소자(23B), 광학적 재전달 장치(50D), 광학적 재전달 장치(50C), 편향 소자(23F)에 의해 복사 검출기(32)로 안내된다.
유사하게, 빔(B3)은 이미터(21')에 의해 생성되고, 편향 소자(23C), 광학적 재전달 장치(50A), 광학적 재전달 장치(50B), 편향 소자(23G)에 의해 복사 검출기(31')로 안내된다.
유사하게, 빔(B4)은 이미터(22')에 의해 생성되고, 편향 소자(23D), 광학적 재전달 장치(50B), 광학적 재전달 장치(50A), 편향 소자(23H)에 의해 복사 검출기(32')로 안내된다.
그에 의해, 두 개의 v-스캔이 패널 내에서 스위핑 방향(R1, R2)을 따라 생성된다.
광학적 재전달 장치(50A 내지 50D)는 도 26b에 더 도시되며, 도 26b는 이미터(22)에 의해 발산됨에 따라, 빔(B2)이 광학적 재전달 장치(50D)를 가로질러 편향 소자(23B)에 의해 스위핑될 때의 빔(B2)의 세 개의 스냅샷/인스턴스를 도시한다. 광학적 재전달 장치(50D)의 역할은, 도 26b에 도시된 바와 같이, 편향 소자(23B)로부터 오는 빔(B2)의 모든 인스턴스를 수신하고, 상기 빔들이 서로 평행하도록 재전달시키는 것이다. 광선 경로는 항상 가역적이기 때문에, 도시된 빔 경로가 역으로 되면, 빔은 모두 편향 소자(23B)를 향해 수렴할 것이 분명하다. 패널(1)을 가로지른 후, 상호 간에 평행한 빔(B2)의 인스턴스는, 광학적 재전달 장치(50D)와 유사하게 빔(B2)의 모든 인스턴스가 편향 소자(23F)로 수렴되도록 설계될 수 있는 광학적 재전달 장치(50C)(도 26a)에 도달한다. 상기 인스턴스가 도달될 광학적 재전달 장치(50C)의 지점에 대한 지식을 기반으로 하여, 편향 소자(23F)는 빔(B2)의 모든 인스턴스를 검출기(332)로 편향시키도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 편향 소자(23F)는, 광학적 재전달 장치(50D)를 따라 빔(B2)을 스위핑하고 빔(B2)이 플레이트(1)를 통과한 후 광학적 재전달 장치(50C)를 따라 빔(B2)을 스위핑하는 편향 소자(23B)와 동기화될 수 있다. 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D)는, 예를 들어 DOE(diffractive optical element)일 수 있다.
도 26a의 실시예의 대안적인 구성에서, 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D) 중 두 개는 광학적 재전달 장치의 양단에서, 편향 소자로부터 수신된 빔에 대해 동작하도록 배열되고 구성될 수 있으며, 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D) 중 두 개는 광학적 재전달 장치의 양단에서, 전달된 빔을 편향 소자로 전달하도록 배열되고 구성될 수 있다. 이러한 구성의 일부가 도 26c에 도시되며, 빔(B1)의 경로는 서로 평행하고, 빔(B2)의 경로는 서로 평행하고, 두 빔(B1, B2)은 광학적 재전달 장치(50D)에 의해 재전달된다. 도 26c에서, 빔(B1, B2)은 각각 이미터(22, 23)로부터 오지만, 전술한 광선의 가역성으로 인해, 이미터(22, 23) 중 어느 하나는 검출기로 대체될 수 있다. 따라서, 이러한 설계 원리는 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D)의 요구되는 재전달 기능을 유발한다.
임의의 구성에서, 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D)는 접착제로 패널(1)의 가장자리에 부착될 수 있으며, 상기 접착제는 패널(1)과 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D) 간의 인터페이스에서 임의의 복사 손실을 최소화하도록 광학적으로 선명하다(사용되는 파장 범위에서 선명함). 대안적으로, 다른 기계적인 해결책이 광학적 재전달 장치(50A 내지 50D)를 부착하기 위해 통상의 기술자에게 용이하게 사용가능하다.
도 21 내지 도 26에 도시되고 전술된 시스템의 특징, 구체적으로 예컨대 빔의 생성, 주사 및 스위핑을 포함하는 입력 스캐너 장치에 관련된 특징은, 반사기 시스템(예컨대, 도 19에 도시된 바와 같은 시스템) 및 대안적인 단일 패스 시스템(예컨대, 도 20에 도시된 바와 같은 시스템) 뿐만 아니라, 검출 지점에 고정식 검출기를 포함하는 시스템에 적용가능할 수도 있다.
터치 지점의 결정
전술한 실시예, 구성, 배열, 대안 및 변경 모두에서, 데이터 프로세서(도 18a의 (8)을 참조)는 하나 또는 그 이상의 복사 검출기로부터 획득한 측정 신호를 기반으로 터치 위치를 계산하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 터치 위치를 결정하는 다수의 방법이 존재함을 용이하게 인식할 것이다. 도 27은 이러한 예시적인 방법의 흐름도이다.
단계(60)에서, 측정 신호는 시스템 내의 복사 검출기(들)로부터 획득된다. 각각의 측정 신호는 전달된 단일 빔의 에너지를 나타내고, 감지 인스턴스 도중 N 개의 시간 간격으로 샘플링된 데이터 값을 포함한다. 상기 시간 간격은 패널 상의 아웃커플링 부위(들)에서의 서로 다른 공간적인 지점에 대응한다. 따라서, 단계(60)은, 시간에 의존하는 측정 신호를 패널 좌표계로 변환하기 위해, 측정 신호를 공간적인 지점에 매핑시키는 단계를 포함할 수 있으며, N 개의 데이터 값 각각은 감지 영역을 가로지르는 스캔 라인(복사 경로)와 연관된다. 이러한 매핑의 상이한 실시예는 전술한 미국 가출원번호 61/202,874에 기술되며, 이 출원은 여기에서 참조로 도입된다.
단계(62)에서, 측정 신호는 사전-처리된다. 예를 들어, 측정 신호는 일반적인 필터링 기술, 예컨대 저역 통과 필터링, 중간 필터링, 푸리에 평면 필터링 등을 사용하여 노이즈 감소를 위해 처리될 수 있다. 나아가, 발산된 빔의 에너지가 시스템에서 측정되는 경우, 측정 신호는 입력 스캐너 장치에서의 일시적인 에너지 변동에 대해 보상될 수 있다. 나아가, 측정 신호는 관심 영역 외부, 예컨대 패널의 감지 영역 외부로부터의 센서 측정값을 포함할 수 있다. 따라서, 측정 신호는 그 관련된 부분을 추출함으로써 사전 처리될 수 있다. 관련된 데이터의 추출을 개선시시키거나/구현하기 위해 측정 신호에 하나 또는 그 이상의 트리거 지점을 추가하는 것이 요구될 수 있다. 이러한 트리거 지점은 빔 스위핑의 시작 또는 정지를 지시할 수 있다. 나아가, 측정 신호는 정류될 수 있으며, 다시 말해, 패널 좌표계에서 동일한 간격의 샘플링 거리를 갖도록 변환될 수 있다. 이러한 정류는, 각각의 측정 신호를 비선형적인 각도 변수로 보간하여, 패널에 걸쳐 균등하게 분포된 샘플을 갖는 데이터 세트를 획득하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 정류는 옵션적이지만, 이어지는 터치 위치의 계산을 단순화시킬 수 있다.
단계(64)에서, 측정 신호를 백그라운드 신호로 나눔으로써, 각각의 사전 처리된 측정 신호에 대하여 투과 신호가 계산된다. 백그라운드 신호는 오브젝트가 패널을 터치하지 않는 상태의 전달된 에너지를 나타내고, 아웃커플링 부위 내에서 복사의 공간적인 분포를 나타낸다. 백그라운드 신호는 각각의 검출기/아웃커플링 부위 또는 각각의 측정 신호에 대하여 고유하거나 고유하지 않을 수 있다. 백그라운드 신호는, 상기 측정 신호의 세트의 평균값을 계산함으로써, 기설정되거나, 별개의 보정 단계 도중 얻어지거나, 또는 하나 또는 그 이상의 선행하는 이터레이션 도중 획득된 측정 신호(어떠한 오브젝트도 패널을 터치하지 않은 상태의 측정 신호)로부터 얻을 수 있다.
투과 신호의 계산을 더 설명하기 위해, 도 28a는 하나의 오브젝트가 패널을 터치하는 경우 획득된 측정 신호(S1)를 도시하며, 아웃커플링 부위 내의 지점의 함수에 따른 에너지의 그래프로 도시된다. 도 28b는 대응하는 백그라운드 신호 REF를 도시하며, 또한 아웃커플링 부위 내의 지점의 함수에 따른 전달된 에너지의 그래프로 도시된다. 이 예에서, 복사의 분포는 아웃커플링 부위 내에서 매우 불균일하다. 도 28c는 그에 따른 투과 신호 T1 = S1/REF를 도시하며, 약 1의 (상대적인) 투과율에서 피크 T11을 갖는 본질적으로 균일한 신호 레벨을 보여준다. 측정 신호를 투과 신호로 변환하는 것은 관련된 피크의 식별을 용이하게 하는 것을 알 수 있다. 이는 또한 서로 다른 아웃커플링 부위에서 획득하거나 그리고/또는 서로 다른 빔에 대하여 획득된 측정 신호의 피크를 비교할 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 동일한 스캔 라인 상에 둘보다 많은 터치 지점이 있는 경우, 전체 투과 신호는 터치 지점의 개별적인 투과율의 곱이다. 이는 나머지 빔이 검출기에 도달하는 임의의 스캔 라인 상의 임의의 개수의 오브젝트의 경우 참이다. 따라서, 측정 신호를 투과 신호로 변환함으로써, 개별적인 터치 오브젝트로부터 투과 신호의 피크에 대한 기여를 분리할 수 있다. 도 29a는 도 28a에 대응하지만, 세 개의 터치 오브젝트의 경우 획득된 측정 신호(S1)를 도시하며, 여기서 두 개의 터치 오브젝트는 동일한 스캔 라인 상에 위치한다. 도 29b는 그로 인한 투과 신호(T1)가 두 개의 피크(T11 및 T12)를 포함하는 것을 도시하며, 피크(T11)의 크기는 두 개의 터치 오브젝트의 투과율의 곱을 나타낸다.
통상의 기술자는, 로그(임의의 밑을 가짐)에 대한 동작으로 위치 결정이 단순화될 수 있음을 인식하며, 이는 다음과 같이 전체 투과 신호의 로그가 개별적인 투과 신호의 로그의 합과 동일하기 때문이다: logTij = ∑logtn. 그러나, 로그는 사용되지 않을 수도 있다.
단계(66)에서, 터치 위치가 투과 신호를 기반으로 결정된다. 여기에 기술된 터치 감지 시스템은 평행한 스캐닝 기하학적 구조를 갖는 투과 단층촬영을 위해 개발된 공지된 알고리즘을 사용하여 모델링될 수 있다. 따라서, 터치 위치는 임의의 사용가능한 이미지 재구성 알고리즘을 사용하여 재구성될 수 있으며, 특히 예컨대 단층촬영 분야에서 사용되는 알고리즘(few-view algorithms)을 사용하여 재구성될 수 있다. 상기 재구성은 시스템 내의 산란에 의해 유발되는, 신호 폭 및 패널을 따르는 지점 간의 기결정된 함수적 의존성을 고려할 수 있다(이하의 내용 참조).
따라서, 단계(66)에서 터치 위치의 결정은, 투과 신호 내의 피크를 식별하면서, 인접한/중첩되는 피크(도 1a 참조)를 분리시킬 수 있는 단계; 식별된 피크에 대응하는 빔을 재구성하고, 감지 영역 내의 재구성된 빔 간의 후보 교차지점을 식별하는 단계; 투과 신호 내의 각각의 식별된 피크 아래의 적분된 영역(로그값)을 나타내는 영역 값을 계산하고, 후보 교차 지점을 영역 값에 연관시키는 연립방정식을 설정하는 단계; 및 예를 들어, 후보 지점의 세트로부터 터치일 가능성이 높은 지점을 식별하기 위한 선형적인 프로그래밍을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(66)의 정확도 및/또는 계산 속도는 터치 위치에 대한 사전 지식, 예컨대 이전 감지 인스턴스(들) 도중 식별되었던 터치 위치에 관한 정보를 사용하여 증가될 수 있다.
단순화된 예를 제시하기 위해, 도 1a의 측정/투과 신호를 기반으로 하여, 신호(S1)의 피크는 로그값의 영역 a1, a2를 나타낼 수 있으며, 신호(S2)의 피크는 로그값의 영역 a3를 나타낼 수 있다. 빔 재구성은 두 개의 교차지점 p1, p2를 나타낼 수 있으며, 연립방정식은 다음과 같다:
p1 = a1
p2 = a2
p1 + p2 = a3
상기 특정한 예에서, 해(solution)는 사소하지만, 다수의 터치 및 비교적 적은 빔 스위핑의 제공은, 많은 해를 갖거나 해가 없는 연립방정식을 야기하여, 가장 가능성이 높은 터치 지점의 세트를 유도하기 위한 최적화 방법의 사용을 요구할 수 있다.
단계(66) 후, 결정된 터치 위치가 출력되고, 상기 방법은 다가오는 감지 인스턴스의 처리를 위해 단계(60)으로 되돌아간다.
전술한 데이터 프로세서는 일반적으로 전술한 디코딩 프로세스의 서로 다른 처리 단계를 실행하기 위한 구성요소 또는 수단의 세트를 포함한다. 데이터 프로세서는 하나 또는 그 이상의 범용 또는 특정-목적의 컴퓨팅 장치에서 실행되는 특정-목적의 소프트웨어(또는 펌웨어)에 의해 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 이러한 컴퓨팅 장치의 각각의 "구성요소" 또는 "수단"은 방법 단계의 개념적인 균등물을 의미하며; 구성요소/수단과 하드웨어 또는 소프트웨어 루틴의 특정 부분 간에 항상 일대일 대응이 존재하지는 않는다. 하드웨어의 일 부분은 가끔씩 서로 다른 수단/구성요소를 포함한다. 예를 들어, 프로세싱 유닛은 하나의 명령을 실행하는 경우 하나의 구성요소/수단으로 기능하지만, 다른 명령을 실행하는 경우에는 다른 구성요소/수단으로 기능한다. 또한, 하나의 구성요소/수단은 일부 경우에서 하나의 명령에 의해 구현되지만, 일부 다른 경우에서는 복수의 명령에 의해 구현될 수 있다. 이러한 소프트웨어로 제어되는 컴퓨팅 장치는 하나 또는 그 이상의 프로세싱 유닛, 예컨대 CPU("Central Processing Unit"), DSP("Digital Signal Processor"), ASIC("Application-Specific Integrated Circuit"), 이산 아날로그 및/또는 디지털 컴포넌트, 또는 FPGA("Field Programmable Gate Array")와 같은 일부 다른 프로그래밍 가능한 논리 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 시스템 메모리 및 시스템 메모리를 포함하는 다양한 시스템 컴포넌트를 프로세싱 유닛에 결합시키는 시스템 버스를 더 포함할 수 있다. 시스템 버스는, 임의의 다양한 버스 아키텍쳐를 사용하는, 다수의 타입의 메모리 버스 또는 메모리 컨트롤러, 주변 버스(pheripheral bus), 및 로컬 버스 중 임의의 버스일 수 있다. 시스템 메모리는 ROM(read only memory), RAM(random access memory) 및 플래시 메모리와 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리의 형태인 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 특정-목적의 소프트웨어는, 컴퓨팅 장치에 포함되거나 액세스가능한 시스템 메모리 또는 다른 제거가능한/제거가능하지 않은 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체, 예컨대 자기 미디어, 광 미디어, 플래시 메모리 카드, 디지털 테잎, 솔리드 스테이트 RAM, 솔리드 스테이트 ROM 등에 저장될 수 있다. 컴퓨팅 장치는, 하나 또는 그 이상의 데이터 획득 장치, 예컨대 A/D 컨버터 뿐만 아니라, 하나 또는 그 이상의 통신 인터페이스, 예컨대 직렬 인터페이스, 병렬 인터페이스, USB 인터페이스, 무선 인터페이스, 네트워크 어댑터 등을 포함할 수 있다. 특정-목적의 소프트웨어는 임의의 적절한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체 상에서 컴퓨팅 장치로 제공될 수 있으며, 상기 매체는 기록 매체, ROM 또는 전기적인 캐리어 신호를 포함한다.
산란의 영향
산란을 무시할 수 있는 시스템에서, 오브젝트와의 상호작용으로 손실된 에너지 부분은 오브젝트와 검출기 간의 거리에 독립적이다. 이는 검출기에서 검출된 투과 신호가 빔의 주된 방향을 따르는 오브젝트의 위치에 독립적일 것임을 의미한다.
산란이 시스템에 존재하는 경우, 오브젝트의 투과 신호는 빔의 주된 방향을 따르는 오브젝트의 위치에 의존할 것이다. 산란은 빔이 내부적으로 패널의 표면에서 반사될 때마다 산란되는 빔에 의해 주로 유발된다. 이는 빔이 주사 부위로부터 패널을 통해 이동함에 따라 패널의 평면에서 확산되는 것을 유발한다. 따라서, 각각의 내부 반사의 경우, 일부 복사가 빔의 주된 방향으로부터 벗어나 다른 방향으로 진행되고, 빔의 중심은 거리에 따라 에너지를 잃는다. 다른 영향은, 확산된 빔으로부터 산란된 복사가 터치 오브젝트 뒤에서 빔을 다시 진입시키는 것이다. 이러한 영향은 오브젝트와 검출기 간의 거리에 의존한다. 확산 및 재진입의 결합된 영향은 측정 신호의 신호 폭(도 1a의 w1 및 W1 참조)과 검출기 및 터치 오브젝트 간의 거리 간의 함수적인 의존도를 생성한다. 도 30은 이러한 함수적인 의존도의 일 예를 도시하며, 다시 말해, 주어진 사이즈(폭)를 갖는 오브젝트에 대한 빔을 따르는 지점의 함수에 대한 측정된 신호의 폭을 도시한다. 분명히, 측정 신호(예컨대, S1, S2)는 함수적인 의존도를 통해 추가적인 거리 정보를 포함할 것이다. 함수적인 의존도가 알려지거나 근사치로 계산되는 경우, 추가적인 거리 정보는 위치 결정을 용이하게 하거나 그리고/또는 개선하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 함수적인 의존도의 사용은 2009년 2월 5일에 출원된 미국 가출원번호 61/202,208에 더 기술되며, 이 출원은 여기에서 참조로 도입된다.
눈부심 방지면/층이 하나 또는 두 패널면에 제공되는 경우, 산란은 특히 현저해진다. 눈부심 방지면/층은, 각각의 내부 반사 도중 빔의 산란을 향상시킬 수 있으며, 또한 각각의 내부 반사 도중 표면을 통해 복사가 탈출하도록 유발할 수 있는, 확산 구조를 제공할 수 있다. 따라서, 눈부심 방지면/층의 제공은 일반적으로 주사 부위로부터의 거리에 따라 빔의 확산을 증가시킨다. 이는 도 30에 도시되고 전술한 바와 같이, 전술한 투과 신호가 이미터와 오브젝트 간의 거리에 의존하도록 할 것이다.
눈부심 방지면/층의 사용은 패널의 표면 상에서 외부 조명으로부터의 눈부심(glare)을 감소시키는데 유리할 수 있다. 이러한 눈부심은 외부 관찰자가 인터페이스 장치(도 1a의 (6))에 의해 패널 상에 제공되는 임의의 정보를 보는 것을 방해할 수 있다. 나아가, 터치하는 오브젝트가 손가락인 경우, 손가락과 패널 간의 접촉은 일반적으로 표면 상에 지문을 남긴다. 완벽히 평평한 면에서, 상기 지문은 또렷하게 확인가능하고 이는 일반적으로 원치 않는 결과이다. 눈부심 방지면/층을 표면에 추가함으로써, 지문이 보이는 것이 줄어든다. 나아가, AG가 사용되는 경우, 손가락과 패널 간의 마찰은 감소하여, 사용자의 경험이 개선된다. AG는 GU(gloss units)으로 기술되며, 낮은 GU 값은 보다 낮은 눈부심을 유발한다. 일 실시예에서, 패널의 터치면(들)은 10 내지 200, 바람직하게 100 내지 120의 GU 값을 갖는다.
본 발명은 주로 몇 개의 실시예를 참조로 기술되었다. 그러나, 통상의 기술자가 용이하게 인식할 수 있는 바와 같이, 전술된 실시예 외의 다른 실시예가 본 발명의 범위 및 사상 내에서 동일하게 적용가능할 수 있으며, 본 발명의 범위 및 사상은 오직 첨부된 특허 청구항에 의해서만 정의되고 제한된다.
예를 들어, 빔은 순수하게 병진(translation) 이동으로만 패널을 가로질러 스위핑될 필요는 없다. 예를 들어, 스위핑 방향의 수직선에 대한 각각의 빔의 각도는 스위핑 도중 변경될 수 있다. 이러한 변경은 의도적이거나 의도적이지 않을 수 있다. 의도적이지 않은 변경은 입력 스캐너 장치, 예컨대 빔 스캐너 또는 빔 전달 소자(도 18a의 12A, 12B)의 부정확함에 의해 유발될 수 있다. 일반적으로, 의도하지 않은 각도 변화는 ±2°를 넘지 않는다. 의도적인 변경은 패널의 특정 부위에 특정한 성질을 제공하기 위해 포함될 수 있다. 적절하게, 변경은 감지 영역의 적어도 일부에 주어진 설계 제한 내에서 빔 각도를 유지하도록 제어된다. 의도적인 변경의 특정 경우에서, 상기 변경은 본질적으로 일정한 상호 각도가 감지 영역의 적어도 일부에서 유지되도록 제어된다. 일반적으로, 예컨대 보정 과정을 통해, 변경이 알려져 있는 한, 데이터 프로세서에 의해 수행되는 빔의 재구성에 고려될 수 있다.
전술한 빔 배열 중 어느 하나는 전술한 설계 원리 중 어느 하나에 따르지 않은 추가적인 빔 배열과 결합될 수 있다. 예를 들어, 등각을 형성하는 빔의 세트는 등각을 형성하는 빔의 세트와 등각을 형성하지 않는 하나 또는 그 이상의 추가적인 빔과 결합될 수 있다. 또한, v-스캔을 Ψ-스캔에 결합하거나, 등각을 형성하는 빔을 하나 또는 그 이상의 v-스캔 또는 Ψ-스캔에 결합하는 등과 같이, 전술한 빔 배열 중 어느 하나를 다른 하나에 결합시킬 수도 있다.
비록 발명의 상세한 설명이 멀티 터치 검출을 위해 패널 내부에서 스위핑된 빔의 사용에 초점을 맞추고 있으나, 패널이 "고정식" 시트의 광, 즉 모든 광선들이 동시에 발산되는 시트에 의해 내부적으로 조명되는 경우에도 투과 신호의 계산 및 사용을 포함하는 전술한 디코딩 프로세스는 동일하게 적용가능하며, 각각의 시트는 측정 신호를 유발한다. 나아가, 디코딩 프로세스는, 예컨대 단일 v-스캔 또는 도 1에 도시된 빔 배열로부터 얻어지는 둘 또는 그 이상의 측정 신호를 기반으로 하여 단일 터치 오브젝트의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
1: 패널
2: 터치면
3: 반대면
8: 데이터 프로세서
B1 내지 B6: 빔
BS1, BS2, 12A, 12B: 입력 스캐너 장치
16, 31, 31', 32, 32': 복사 검출기

Claims (38)

  1. 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치에 있어서,
    상기 터치면(2) 및 반대면(3)을 정의하는 패널(1);
    각각의 빔이 상기 터치면(2)과 상기 반대면(3) 사이에서 내부 반사에 의해 각각의 주된 방향으로 진행하도록 적어도 세 개의 빔(B1 내지 B6)의 복사를 상기 패널(1)로 도입시키고, 각각의 빔을 상기 패널(1)의 감지 영역을 가로질러 표면을 따라 스위핑하도록 구성되는 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B);
    상기 빔(B1 내지 B6)이 상기 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 도중, 상기 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B)로부터 상기 빔을 수신하도록 구성되는 적어도 하나의 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16); 및
    상기 적어도 하나의 복사 검출기에 연결되고, 상기 감지 영역 내에서 상기 터치면(2)을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔의 감쇠를 기반으로 상기 위치를 식별하도록 구성되며, 상기 감쇠는 상기 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)의 출력 신호로부터 식별가능한, 데이터 프로세서(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 영역의 적어도 일부는 상호 간에 예각을 형성하는 제 1 세트의 제 1 빔에 의해 스위핑되며, 상기 제 1 빔은 30°이하, 바람직하게 20°이하의 최대 상호 예각을 갖는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 빔은 제 1 주요 방향으로 상기 패널(1)을 가로질러 스위핑되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    적어도 하나의 제 2 빔은 제 2 주요 방향으로 상기 패널(1)을 가로질러 스위핑되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 주요 방향은 상기 제 1 주요 방향에 직교하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 패널(1)을 사각형이고, 상기 제 1 및 제 2 주요 방향은 상기 패널(1)의 각각의 측면에 평행한 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 빔은 상호 간에 예각을 형성하는 제 2 세트의 제 2 빔에 포함되며, 상기 제 2 빔은 상기 제 2 주요 방향으로 스위핑되고, 30°이하, 바람직하게 20°이하의 최대 상호 예각을 갖는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 세트는 세 개의 제 1 빔을 포함하거나, 그리고/또는 상기 제 2 세트는 세 개의 제 2 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 상기 제 1 빔 중 하나의 주된 방향은 상기 제 1 주요 방향에 직교하거나, 그리고/또는 상기 제 2 세트의 상기 제 2 빔 중 하나의 주된 방향은 상기 제 2 주요 방향에 직교하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 빔의 각 쌍은 상기 제 2 세트 내에서 고유한 상호 예각을 갖는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 빔 중 하나의 주된 방향은 상기 제 2 주요 방향에 직교하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  12. 제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 빔의 각 쌍은 상기 제 1 세트 내에서 고유한 상호 예각을 갖는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  13. 제 2항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 중 하나의 주된 방향은 상기 제 1 주요 방향에 직교하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 빔(B1 내지 B6)의 주된 방향은 상기 감지 영역의 적어도 일부에서 상호 간에 예각을 형성하고, 상기 빔의 각 쌍은 고유한 상호 예각을 정의하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 빔(B1 내지 B6)의 주된 방향은 상기 감지 영역의 적어도 일부에서 등각을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B)는 각각의 빔을 상기 감지 영역을 가로질러 이동시킴으로써 상기 빔을 스위핑하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B)는, 상기 빔의 주된 방향들 간에 본질적으로 일정한 상호 각도를 갖도록, 상기 감지 영역을 가로질러 상기 빔(B1 내지 B6)을 스위핑하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    각각의 빔은 상기 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 도중 본질적으로 불변하는 주된 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패널(1)은 선형적인 주변부에 의해 정의되고, 각각의 빔은 본질적으로 상기 선형적인 주변부 중 하나에 평행한 각각의 주요 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 도중 상기 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B)로부터 상기 빔을 수신하고 상기 빔을 상기 적어도 하나의 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)로 전달하도록, 상기 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B)와 동기화되는 출력 스캐너 장치(10A - 10B, SD1 - SD2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 입력 및 출력 스캐너 장치는 각각의 빔을 상기 감지 영역의 마주보는 측면 상에서 도입시키고 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 패널(1)의 주변의 적어도 일부를 따라 배열되는 반사기(14)를 더 포함하고, 상기 반사기(14)는 상기 패널(1)로부터 상기 빔을 수신하고 상기 빔을 다시 상기 패널(1)로 반사하도록 구성되고, 상기 입력 및 출력 스캐너 장치는 각각의 빔을 상기 감지 영역의 동일한 측면으로부터 도입시키고 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 반사기(14)는 재귀 반사 장치인 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  24. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 복사 검출기는 상기 패널의 주변의 적어도 일부를 따라 배열되는 복수의 복사 감지 소자(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서(8)는: 상기 적어도 하나의 복사 검출기로부터 적어도 두 개의 출력 신호(S1, S2)를 획득하고; 상기 적어도 두 개의 출력 신호(S1, S2)를 백그라운드 신호(REF)로 나눔으로써 적어도 두 개의 투과 신호(T1)를 생성하고; 상기 적어도 두 개의 투과 신호(T1) 내의 피크로 상기 감쇠를 식별하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  26. 터치면(2) 및 반대면(3)을 정의하는 패널(1)의 일부인 상기 터치면(2) 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치에 있어서,
    상기 터치면(2)과 상기 반대면(3) 사이에서 내부 반사에 의해 진행하는 적어도 세 개의 빔(B1 내지 B6)의 복사를 상기 패널(1)로 도입시키는 수단(28);
    상기 패널(1)의 감지 영역을 가로질러 상기 터치면을 따라 상기 빔을 스위핑하는 수단(BS1, BS2; 23A 내지 23D, 50A 내지 50D);
    상기 빔이 상기 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 도중, 상기 빔을 적어도 하나의 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)에서 수신하는 수단(SD1, SD2; 23E 내지 23H, 50A 내지 50D); 및
    상기 감지 영역 내에서 상기 터치면(2)을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔(B1 내지 B6)의 감쇠를 기반으로 상기 위치를 식별하며, 상기 감쇠는 상기 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)의 출력 신호로부터 식별가능한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
  27. 터치면(2) 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 터치면(2)과 반대면(3) 사이에서 내부 반사에 의해 진행하는 적어도 세 개의 빔(B1 내지 B6)의 복사를 상기 터치면(2) 및 상기 반대면(3)을 정의하는 패널(1)로 도입시키는 단계;
    상기 패널(1)의 감지 영역을 가로질러 상기 터치면(2)을 따라 상기 빔(B1 내지 B6)을 스위핑하는 단계;
    상기 빔이 상기 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 도중, 적어도 하나의 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)에서 상기 빔(B1 내지 B6)을 수신하는 단계; 및
    상기 감지 영역 내에서 상기 터치면(2)을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔의 감쇠를 기반으로 상기 위치를 식별하며, 상기 감쇠는 상기 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)의 출력 신호로부터 식별가능한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  28. 터치면(2) 및 반대면(3)을 정의하는 패널(1)의 일부인 상기 터치면(2) 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치를 구동시키는 방법에 있어서,
    각각의 빔이 상기 터치면(2)과 상기 반대면(3) 사이에서 내부 반사에 의해 각각의 주된 방향으로 진행하도록 적어도 세 개의 빔(B1 내지 B6)의 복사를 상기 패널(1)로 도입시키고, 상기 패널(1)의 감지 영역을 가로질러 표면을 따라 각각의 빔을 스위핑하도록, 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B)를 구동시키는 단계;
    상기 빔이 상기 감지 영역을 가로질러 스위핑되는 도중, 상기 입력 스캐너 장치(BS1 - BS2, 12A - 12B)로부터 상기 빔을 수신하도록, 적어도 하나의 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)를 구동시키는 단계; 및
    상기 감지 영역 내에서 상기 터치면(2)을 터치하는 오브젝트에 의해 유발되는 상기 빔의 감쇠를 기반으로 상기 위치를 식별하며, 상기 감쇠는 상기 복사 검출기(31, 31', 32, 32'; 16)의 출력 신호로부터 식별가능한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치면 상의 복수의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치를 구동시키는 방법.
  29. 데이터 프로세싱 시스템(8)에서 실행되는 경우, 제 28항의 방법을 수행하도록 구성되는 컴퓨터 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  30. 복사 투과성 패널(1) 상의 터치면(2) 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 패널(1) 상의 하나 또는 그 이상의 장형 아웃커플링 부위에 광학적으로 결합되는 검출 장치로부터, 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위를 따르는 각각의 복사의 공간적인 분포를 나타내는 적어도 두 개의 출력 신호(S1, S2)를 획득하는 단계;
    상기 적어도 두 개의 출력 신호(S1, S2)를 백그라운드 신호(REF)로 나누는 단계를 포함하며, 적어도 두 개의 투과 신호(T1)를 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 두 개의 투과 신호(T1) 내의 피크를 기반으로 상기 위치를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 식별하는 단계는, 상기 적어도 두 개의 투과 신호 내의 각각의 피크에 대한 복사 경로를 식별하는 단계 및 식별된 복사 경로에 대한 교차 지점을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 식별하는 단계는, 상기 적어도 두 개의 투과 신호 내의 각각의 피크 아래의 적분 영역을 계산하는 단계 및 각각의 적분 영역을 상기 교차 지점 중 적어도 하나에 연관시키는 연립방정식의 해를 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  33. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는 나누기 결과에 대해 로그 함수를 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  34. 제 30항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백그라운드 신호(REF)는, 상기 적어도 하나의 오브젝트가 상기 터치면(2) 상에 없는 경우 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위를 따르는 복사의 공간적인 분포를 나타내는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  35. 제 30항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백그라운드 신호(REF)는 기설정되거나, 별개의 보정 단계 도중 얻어지거나, 또는 하나 또는 그 이상의 이전 출력 신호로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  36. 제 30항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 공간적인 분포는 각각의 빔의 복사로부터 유래되며, 상기 빔은 상기 패널(1)의 상기 터치면(2)과 반대면(3) 사이에서 내부 반사에 의해 각각의 주된 방향으로 진행하도록 상기 패널로 도입되어, 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위에서 수신되는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 방법.
  37. 데이터 프로세싱 시스템(8)에서 실행되는 경우, 제 30항 내지 제 36항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성되는 컴퓨터 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  38. 복사 투과성 패널(1) 상의 터치면(2) 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치에 있어서,
    상기 패널(1) 상의 하나 또는 그 이상의 장형 아웃커플링 부위에 광학적으로 결합되는 검출 장치로부터, 상기 하나 또는 그 이상의 아웃커플링 부위를 따르는 각각의 복사의 공간적인 분포를 나타내는 적어도 두 개의 출력 신호(S1, S2)를 획득하는 수단;
    상기 적어도 두 개의 출력 신호(S1, S2)를 백그라운드 신호(REF)로 나누는 단계를 포함하며, 적어도 두 개의 투과 신호(T1)를 생성하는 수단; 및
    상기 적어도 두 개의 투과 신호(T1) 내의 피크를 기반으로 상기 위치를 식별하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 투과성 패널 상의 터치면 상의 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하는 장치.
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