KR20110052621A - 터치 접촉면을 통한 신호 전파 속도 변동의 보정 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

터치 감응 장치에서 터치 기판의 균일성의 변동을 보상하는 방법 및 알고리즘.

Description

터치 접촉면을 통한 신호 전파 속도 변동의 보정 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CORRECTION OF VARIATIONS IN SPEED OF SIGNAL PROPAGATION THROUGH A TOUCH CONTACT SURFACE}

관련 출원과의 상호 참조

이 출원은 2008년 7월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/080966호를 기초로 우선권 주장하며, 이 출원은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

터치 감응 장치는 간단하고 직관적인 인터페이스를 컴퓨터 또는 기타 데이터 처리 장치에 제공한다. 키보드를 사용하여 데이터를 타이핑해 입력하기 보다는, 사용자는 터치 감응 패널 상에서 아이콘을 터치하거나 필기 또는 드로잉함으로써 정보를 전송할 수 있다. 터치 패널은 다양한 정보 처리 응용에서 사용된다. 대화형 시각 디스플레이는 종종 어떤 형태의 터치 감응 패널을 포함한다. 휴대폰, PDA(personal data assistant) 및 핸드헬드 또는 랩톱 컴퓨터 등의 차세대 휴대용 미디어 장치의 등장과 더불어, 터치 감응 패널을 시각 디스플레이에 통합시키는 것이 더 흔해지고 있다. 몇가지 예를 들자면, 입출금 기계, 게임기, 자동차 내비게이션 시스템, 레스토랑 관리 시스템, 식료품 가계의 계산대, 가스 펌프, 정보 키오스크 및 핸드헬드 데이터 오거나이저(data organizer) 등의 아주 다양한 응용에서, 이제 전자 디스플레이를 흔히 볼 수 있다.

터치 감응 패널 상에서의 터치의 위치를 결정하는 다양한 방법이 사용되어 왔다. 터치 위치는, 예를 들어, 터치 패널에 결합된 다수의 힘 센서(force sensor)를 사용하여 결정될 수 있다. 힘 센서는 터치에 응답하여 변하는 전기 신호를 발생한다. 힘 센서에 의해 발생되는 신호의 상대 크기가 터치 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다.

용량성 터치 위치 확인 기법은 터치 패널 상에서의 터치에 의해 야기되는 용량성 커플링으로 인한 전류 변화를 감지하는 것을 포함한다. 소량의 전압이 몇개의 위치에서, 예를 들어, 각각의 터치 패널 코너에서, 터치 패널에 인가된다. 터치 스크린 상에서의 터치는 커패시턴스를 결합시키고, 이는 각각의 코너로부터 흐르는 전류를 변경시킨다. 용량성 터치 시스템은 전류를 측정하고, 전류의 상대 크기에 기초하여 터치 위치를 결정한다.

저항성 터치 패널은 전형적으로 스페이서에 의해 분리되어 있는 가요성 상부층과 경성 바닥층을 가지는 다층 디바이스이다. 전도성 물질 또는 전도성 어레이는 상부층 및 바닥층의 대향하는 표면 상에 배치된다. 터치는 상부층을 굴곡시켜 대향하는 전도성 표면 사이의 접촉을 야기한다. 이 시스템은 접촉에 의해 야기된 터치 패널 저항의 변화에 기초하여 터치 위치를 결정한다.

터치 위치 결정이 광 신호 또는 음향 신호에 의존할 수도 있다. 터치 패널에서 사용되는 적외선 기법은 전형적으로, 수평축 및 수직축을 따라 적외선 광 빔을 방출하는 특수 베젤을 이용한다. 센서는 적외선 빔을 차단하는 터치를 검출한다.

SAW(Surface Acoustic Wave) 터치 위치 확인 프로세스는 유리 스크린의 표면 상으로 전파하는 고주파 파동(high frequency wave)을 이용한다. 손가락과 유리 스크린 표면의 접촉으로 일어나는 파동의 감쇠가 터치 위치를 검출하는 데 사용된다. SAW는 전형적으로 "비행시간형(time-of-flight)" 기법을 이용하며, 이 경우 외란이 픽업 센서에 도달하는 시간이 터치 위치를 검출하는 데 사용된다. 이러한 접근방법은 관심의 주파수 범위에 걸쳐 파동의 속도가 그다지 변하지 않는 비분산 방식으로 매질이 거동하는 때에 가능하다.

굽힘파 터치 기술은 터치에 의해 터치 감응 기판의 벌크 물질에 야기된 진동을 감지한다. 이 진동은 굽힘파를 나타내며, 전형적으로 기판의 가장자리에 배치되는 센서를 사용하여 검출될 수 있다. 터치 위치를 결정하기 위해 센서에 의해 발생된 신호가 분석된다.

본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 굽힘파 진동 기법을 사용하여 터치 위치를 결정할 때, 예를 들어, 유리 두께의 변동에 의해 야기될 신호 전파의 속도의 변동을 고려한다. 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은, 측정된 유리 두께 변동을 최대한 고려하기 위해, 다수의 분산 보정을 이용하고 이어서 굽힘파 진동의 처리에서 이 다수의 보정을 사용한다. 변동하는 두께로 인해 야기되는 누락된 터치를 최소화하기 위해 이 보정이 또한 임펄스 재구성 유효성 확인 단계에서도 사용된다.

일 실시 형태에서, 접촉 감응 장치가 기술되어 있으며, 이 장치는 굽힘파를 지원할 수 있는 기판, 제1 측정된 굽힘파 신호를 구하기 위해 기판에서의 굽힘파 진동을 측정하는, 기판 상에 탑재된 복수의 센서, 및 센서로부터의 측정된 굽힘파 신호로부터 접촉 위치에 관한 정보를 계산하는 프로세서를 포함하고, 프로세서는 굽힘파를 지원하는 기판의 물질의 분산 관계에 기초하여 복수의 분산 보정을 적용하고, 복수의 보정의 일부는 파동이 기판을 통해 전파하는 속도에 영향을 미치는 변하는 기판 특성을 나타내는 적어도 2개의 상이한 기판 상수에 기초한다.

다른 실시 형태에서, 굽힘파를 지원할 수 있는 기판을 가지는 터치 감응 장치 상에서의 접촉에 관계된 좌표 정보를 구하는 방법이 기술되어 있으며, 이 방법은, 기판 상에 탑재된 제1 센서를 사용하여 제1 측정된 굽힘파 신호를 구하기 위해 기판에서의 굽힘파 진동을 측정하는 단계, 기판 상에 탑재된 제2 센서를 사용하여 측정되는 제2 측정된 굽힘파 신호를 구하는 단계, 및 제1 센서 및 제2 센서로부터의 측정된 굽힘파 신호로부터 접촉에 관계된 좌표 정보를 계산하는 단계를 포함하고, 계산하는 단계는 굽힘파를 지원하는 기판의 물질의 분산 관계에 기초하여 복수의 분산 보정을 적용하는 단계를 포함하고, 복수의 보정의 일부는 파동이 기판을 통해 전파하는 속도에 영향을 미치는 변하는 기판 특성을 나타내는 적어도 2개의 상이한 기판 상수에 기초한다.

도 1은 굽힘파 진동을 검출하는 특징 및 기능을 포함하는 터치 감응 장치를 나타낸 도면.
도 2는 센서(120)를 나타낸 도면.
도 3은 센서(120)를 나타낸 도면.
도 4는 불균일한 두께를 가지는 기판 상에서의 터치 위치를 결정하는 프로세스 단계들을 나타낸 플로우차트.
도 5는 본 명세서에 기술된 보정이 사용되지 않은 실시 형태에서의 테스트 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 명세서에 기술된 보정이 사용된 실시 형태에서의 테스트 결과를 나타낸 그래프.

본 발명은 다수의 트랜스듀서에 의한 감지를 위해 기판을 통해 전파하는 진동의 감지를 제공하는, 터치에 의해 작동되는 사용자 상호작용 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 기판을 통해 전파하는 굽힘파 진동을 감지하도록 구성된 트랜스듀서를 이용하는 터치 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 서로 다른 터치 위치 검출 기법을 사용하여 굽힘파 진동으로부터 터치 위치 정보가 구해질 수 있다. 트랜스듀서로부터의 데이터를 기판 상에서의 터치 위치로 변환하는 데 사용되는 이러한 터치 감지 장치, 연관된 알고리즘, 및 기법이 미국 특허 제7,157,649호의 "Contact Sensitive Device(접촉 감응 장치)"(Hill);제6,871,149호의 "Contact Sensitive Device(접촉 감응 장치)"(Sullivan 등 ), 제6,922,642호의"Contact Sensitive Device(접촉 감응 장치)"(Sullivan), 제7,184,898호의 "Contact Sensitive Device(접촉 감응 장치)"(Sullivan 등 ), 그리고 미국 특허 출원 공개 제2006/0244732호의 "Touch Location Determination using Bending Mode Sensors and Multiple Detection Techniques(굽힘 모드 센서 및 다수의 검출 기법을 사용한 터치 위치 결정)"(Geaghan)에 기술되어 있으며, 이들 각각은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 이들 특허는, 예를 들어, 측정된 굽힘파 데이터로부터 터치 좌표를 계산하는 데 필요한 분산 보정 및 신호 처리 단계를 개시하고 있다.

굽힘파 진동이라는 용어는 굽힘파 진동을 지원할 수 있는 부재에 어떤 면외 변위(out of plane displacement)를 제공하는, 예를 들어, 물리적 접촉에 의한 여기(excitation)를 말한다. 많은 물질이 굽혀지는데, 일부는 완전 제곱근 분산 관계에 의한 순수 굽힘(pure bending)에 의한 것이고, 일부는 순수 굽힘과 전단 굽힘(shear bending)의 혼합에 의한 것이다. 분산 관계는 파동의 주파수에 대한 파동의 면내 속도(in-plane velocity)의 의존관계를 나타낸다. 굽힘이라는 용어는 또한, 터치 패널이 터치 패널의 표면에 가해진 터치에 응답하여 휠 때[예를 들어, 만곡(bowing)될 때]와 같이, 하중을 받을 때 부재의 면외 변위 또는 휨(deflection)에도 적용된다. 이 점에서, 터치 패널의 한쪽 표면이 압축 상태에 있는 반면, 반대쪽 표면은 인장 상태에 있고, 그 결과 터치 패널의 만곡이 일어난다. 터치 패널의 이러한 만곡은 본 명세서에 기술된 유형의 굽힘 모드 센서를 사용하여 이하에 기술되는 방식으로 검출될 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 다수의 개별적인 터치 위치 검출 기법을 사용하여 굽힘파 진동을 검출하고 터치 위치를 결정하는 특징 및 기능을 포함하는 터치 감응 장치(100)의 한 구성이 도시되어 있다. 이 실시 형태에 따르면, 터치 감응 장치(100)는 기판(120) 및 기판(120)의 상부 표면에 결합되어 있는 진동 센서(130)를 포함한다. 이 예시적인 실시예에서, 기판(120)의 상부 표면은 터치 감응 표면을 정의한다. 비록 진동 센서(130)가 기판(120)의 상부 표면에 결합되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 다른 대안으로서 기판(120)의 하부 표면에 결합될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 진동 센서(130)가 상부 표면에 결합될 수 있는 반면, 하나 이상의 다른 진동 센서(130)가 터치 기판(120)의 하부 표면에 결합될 수 있다. 달성된 기계적 결합이 터치 플레이트에서 전파하는 진동을 진동 센서에 의해 검출하는 데 충분하기만 하다면, 진동 센서(130)는 임의의 적당한 수단에 의해, 예를 들어, 접착제 또는 기타 적당한 물질을 사용하여 터치 기판(120)에 결합될 수 있다. 예시적인 진동 센서(130) 및 진동 센서 배열이 공동 양도된 미국 특허 출원 제10/440,650호(Robrecht) 및 제10/739,471호(Hill)에 개시되어 있으며, 이들 출원은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 문서에 포함된다.

기판(120)은 굽힘파 진동과 같은 관심의 진동을 지원하는 어떤 기판이라도 될 수 있다. 예시적인 기판(120)은 아크릴 또는 폴리카보네이트와 같은 플라스틱, 유리, 강철, 알루미늄, 또는 기타 적당한 물질을 포함한다. 일반적으로, 분산 관계가 공지되어 있는 어떤 물질이라도 사용될 수 있다. 터치 기판(120)은 투명하거나 불투명할 수 있으며, 선택적으로 다른 층을 포함 또는 구체화하거나 부가의 기능을 지원할 수 있다. 예를 들어, 기판(120)은 긁힘 내성, 얼룩 방지, 눈부심 감소, 반사 방지 특성, 방향성 또는 프라이버시를 위한 광 제어, 필터링, 편광, 광학 보상, 마찰 텍스처링, 착색, 그래픽 이미지, 기타를 제공할 수 있다. 일 실시 형태에서, 기판(120)은 직사각형 유리이다. 다른 실시 형태에서, 기판(120)은 길이 및 폭에 비해 얇다는 점에서 시트형 기판이다. 일부 실시 형태에서, 기판(120)은 비교적 균일한 두께이다. 기판(120)은 크기가 아주 커서, 직경이 116.8 ㎝(46 인치)를 훨씬 초과한다. 예를 들어, 기판(120)은 직경이 127 ㎝, 152.4 ㎝, 203.2 ㎝, 228.6 ㎝ 또는 심지어 254 ㎝ (50 인치, 60 인치, 70 인치, 80 인치, 90 인치 또는 심지어 100 인치)일 수 있다. 훨씬 더 큰 크기가 생각될 수 있으며, 진동이 너무 작게 되어 센서에 의해 감지될 수 없는 크기에 의해서만 제한된다.

기판(120)이 꼭 터치 감응 장치로서 사용하기 위한 것은 아닌 어떤 다른 응용에 이미 포함되어 있을 수 있다. 예를 들어, 센서 보드가 창문의 유리에 부착되어 있을 수 있다.

일부 실시 형태에서, 기판(120)은 전기 커넥터(140)의 프로파일을 감소시키기 위해 기판의 가장자리 근방을 지나가는 전도성 배선을 포함한다. 일반적으로, 터치 감응 장치(100)는 2차원으로 터치 입력의 위치를 결정하기 위해 적어도 3개의 진동 센서(130)를 포함하고, 일부 실시 형태에서, 미국 특허 제6,922,642호(Sullivan) 및 제7,157,649호(Hill)와 공동 양도된 미국 특허 출원 제09/746,405호에 기술되어 있는 바와 같이, 4개의 진동 센서(130)[도 3에 진동 센서(130A, 130B, 130C, 130D)로서 도시됨]가 바람직할 수 있으며, 이들 특허 및 출원 각각은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 문서에 포함된다.

일 실시 형태에서, 센서들(130) 전부는 터치 기판(120)에서의 진동을 감지하도록 구성되어 있다. 센서들(130)이 기술 및 기능의 면에서 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 센서들(130) 전부가 특정의 제조업자에 의해 동일한 부품 번호 또는 식별 번호로 생산된 굽힘 모드 센서일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 센서들(130)이 기술면에서는 실질적으로 동일하지만 기능면에서는 다를 수 있다. 예를 들어, 센서들(130) 전부가 특정의 제조업자에 의해 생산된 굽힘 모드 센서일 수 있으며, 이들 센서 중 일부가 굽힘파를 검출하도록 구현되고 다른 센서들이 플레이트 휨을 검출하도록 구현될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 센서들(130) 중 하나 이상이 굽힘 모드 센서 이외의 센서일 수 있다.

다른 실시 형태에 따르면, 센서들(130) 중 하나 이상이 기준 신호로서 사용되기 위해 다른 센서들(130)에 의해 감지될 수 있는 신호를 방출하거나 터치 입력 하에서 변경될 수 있는 진동[이러한 변경된 진동이 터치의 위치를 결정하기 위해 센서들(130)에 의해 감지됨]을 생성하는 이미터 장치로서 사용될 수 있다. 전기역학적 트랜스듀서가 적당한 이미터 장치로서 사용될 수 있다. 게다가, 센서들(130) 중 하나 이상이, 예를 들어, 이미 포함된 미국 특허 제6,922,642호 및 제7,157,649호는 물론 공동 양도된 미국 특허 제7,411,584호(Hill)(여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 문서에 포함됨)에 개시되어 있는 이중 목적의 감지 및 여기 트랜스듀서로서 구성될 수 있다.

터치 감응 장치(100)를 이용하는 많은 응용이 또한 터치 감응 장치(100)를 통해 정보를 디스플레이하는 데 전자 디스플레이를 사용할 수 있다. 이러한 디스플레이는, 예를 들어, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 및 유기 발광 다이오드 디스플레이를 포함한다. 디스플레이가 전형적으로 직사각형이기 때문에, 직사각형 터치 감응 장치(100)를 사용하는 것이 전형적이고 편리하다. 그에 따라, 센서들(130)이 부착되어 있는 터치 기판(120)은 전형적으로, 직사각형 형상이지만, 다른 기하 형태가 바람직할 수도 있다는 것을 잘 알 것이다.

한 구성에 따르면, 진동 센서(130A, 130B, 130C, 130D)는 바람직하게는 기판(120)의 코너 근방에 배치된다. 많은 응용에서 터치 감응 장치(100)를 통해 디스플레이를 볼 필요가 있기 때문에, 때때로 센서 보드(130A-130D)를, 바람직하지 않게도 가시 디스플레이 영역을 잠식하지 않도록, 터치 기판(120)의 가장자리 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 터치 기판(120)의 코너에 진동 센서(130A-130D)를 배치하는 것은 또한 기판 가장자리로부터의 음향 반사의 영향도 감소시킬 수 있다.

터치 감응 장치(100)에 의해 감지되는 접촉은 핸드헬드 펜의 형태일 수 있는 스타일러스로부터의 터치의 형태일 수 있다. 터치 기판(120) 상에서의 스타일러스의 이동은 터치 기판(120) 상에서의 스타일러스의 위치, 압력 및 속도에 의해 영향을 받는 연속 신호를 발생할 수 있다. 스타일러스는 기판(120)에 가변 힘을 가함으로써 기판(120)에 굽힘파를 발생하는, 예를 들어, 고무로 된 가요성 팁을 가질 수 있다. 다른 대안으로서 기판(120)의 표면에 부착되거나 기판의 표면에 걸쳐 슬립하는 팁에 의해 가변 힘이 제공될 수 있다. 다른 대안으로서, 접촉이 터치 기판(120)에 굽힘파를 발생할 수 있는 손가락의 터치의 형태일 수 있으며, 이 굽힘파가 수동 및/또는 능동 감지에 의해 검출될 수 있다. 굽힘파는 초음파 영역(> 20 ㎑)의 주파수 성분을 가질 수 있다.

도 1에 도시된 터치 감응 장치(100)는 제어기(150)에 통신 연결되어 있다. 진동 센서(130A-130D)는 도체(예를 들어, 전선) 또는 터치 기판(120) 상에 현상된 인쇄 전극 패턴을 통해 제어기(150)에 통신 연결되어 있다. 제어기(150)는 전형적으로 진동 센서(130A-130D) 상의 센서로부터의 신호 또는 신호 변화를 측정하는 프런트 엔드(front end) 전자 회로를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 제어기(150)는 센서 보드(130A-130D) 상의 센서에 신호를 인가한다. 다른 구성에서, 제어기(150)는 프런트 엔드 전자 회로에 부가하여 마이크로프로세서를 추가로 포함할 수 있다. 제어기(150)는, 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이, 일련의 개별적인 터치 위치 검출 기법 중에서 선택된 하나 이상의 터치 위치 검출 기법을 구현할 수 있으며, 이에 대해서는, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2006/0244732호의 "Touch Location Determination using Bending Mode Sensors and Multiple Detection Techniques(굽힘 모드 센서 및 다수의 검출 기법을 사용한 터치 위치 결정)"(Geaghan)에 기술되어 있으며, 이 출원은 이미 인용 문헌으로서 본 문서에 포함되어 있다.

전형적인 배치 구성에서, 터치 감응 장치(100)는 사용자와 호스트 컴퓨팅 시스템 간의 시각적 및 촉각적 상호작용을 제공하기 위해 호스트 컴퓨팅 시스템(도시 생략)의 디스플레이와 함께 사용된다. 호스트 컴퓨팅 시스템은 터치 감응 장치(100)를 포함하는 터치 패널 시스템과 원격 시스템 간의 통신을 용이하게 해주기 위해 네트워크 인터페이스 등의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 터치 패널 시스템 진단, 교정 및 유지 작업이 터치 패널 시스템과 원격 시스템 간의 협동적 통신에 의해 구현될 수 있다.

예를 들어, 압전 센서를 포함하는 진동 감지 터치 입력 장치에서, 터치 패널 플레이트의 면을 따라 전파하는 진동이 압전 센서에 응력을 가하여, 센서에 검출가능한 전압을 야기한다. 수신된 신호는 직접적인 터치 입력 또는 트레이스(trace)(마찰)로 인한 에너지의 입력의 영향으로부터 직접적으로 생기는 진동에 의해 또는, 예를 들어, 진동의 감쇠에 의해, 기존의 진동에 영향을 미치는 터치 입력에 의해 야기될 수 있다. 수신된 신호는 또한 터치 입력 장치의 사용자 조작이나 오조작으로 인한 또는 터치 입력 장치와 무관한 것이지만 그에 의해 감지되는 환경적 요인으로 인한 입력 등의 의도되지 않은 입력에 의해서도 야기될 수 있다.

굽힘파 기술을 이용하는 터치 감응 장치에서 사용되는 기판(120)은 시트 내에서의 두께 변동이 0.05 ㎜를 초과할 수 있다(어떤 경우에, 최대 0.13 ㎜를 초과할 수 있음). 많은 굽힘파 방식의 터치 감지 알고리즘이 기판의 두께가 일정한 것으로 가정하고 있기 때문에, 기판 두께의 변동은 정확도 오차 및 터치 누락을 야기할 수 있다. 이것은 굽힘파가 매질의 두께에 관련된 속도로 기판을 통해 이동하기 때문이다. 따라서, 변하는 두께로 인해 굽힘파가 서로 다른 속도로 전달되며, 이에 따라 센서에서 터치 위치를 결정하는 정확도가 떨어질 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시 형태는 기판(120)을 통해 전파하는 다수의 파동 속도를 고려하여, 균일한 두께를 가지지 않는 센서에서 터치 좌표를 정확하게 구하는 시스템 및 방법을 제공한다.

본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 터치 기판(120)을 "있는 그대로" 받아서 본 시스템 및 방법이 없는 경우에 일어날 수 있는 것보다 더 많은 유리 두께의 변동에 대처하는 방법을 제공할 수 있다. 기판(120)이 유리인 경우, 두께 변동에 관한 허용오차가 까다로울 필요가 없기 때문에, 이것은 보다 저렴한 유리 제조를 가능하게 해줄 수 있다. 또한, 센서가 클수록 유리 두께 변동이 있을 가능성이 많아지기 때문에, 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 굽힘파 터치 감지 기술을, 예를 들어, 직경이 116.8 ㎝(46 인치) 초과의 제품으로 확장하는 것이 더욱 쉽도록 해줄 수 있다. 비록 굽힘파 기술에 대해 기술되어 있지만, 힘 센서 기술 및 능동 음향 터치 기술을 비롯한 이들 기법이 적용될 수 있는 다른 터치-관련 기술이 있다.

굽힘파 터치 감지 알고리즘에서의 고수준 단계들은 다음과 같다(앞서 인용된 특허 및 특허 출원에 더욱 상세히 기술되어 있음):

1. 진동 센서로부터의 입력 신호(이 실시예에서 4채널을 가정함)가 필터링되고 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수 영역으로 변환된다.

2. 입력 신호가 이어서 정규화되고 한 형태의 일반화된 교차-상관을 사용하여 쌍으로 결합된다. 이 프로세스는 신호로부터 통상의 잡음 및 지연을 제거하여, 터치 위치를 결정하는 것을 보다 쉽게 만들어준다. 일 실시 형태에서, 6개의 교차-상관 함수가 계산된다.

3. 이들 6개의 함수는 이어서 플레이트형 기판에서의 굽힘파의 분산 성질을 고려하는 분산 보정 함수를 사용하여 주파수 영역으로부터 파수 영역(wavenumber domain)으로 변환된다. 앞서 포함된 인용 문헌, 특히 미국 특허 제6,922,642호에 기술된 바와 같이, 이 분산 보정 함수는 C=(μ/B)^1/4에 의해 정의되는 기판 상수 C를 사용하며, 여기서 μ = 기판의 단위 면적당 질량이고, B = 기판의 굽힘 강성(bending stiffness)이다. 분산 효과를 제거함으로써 터치 지점과 교차-상관에서 사용된 2개의 센서 간의 거리 차이를 계산할 수 있다.

4. 이들 6개의 함수는 이어서 IFFT(inverse-FFT)를 통해 공간 영역으로 변환된다.

5. 각각의 함수의 최대값은 각각의 교차-상관에 대한 2개의 센서와 터치 지점 간의 거리 차를 정의한다. 이 거리 차는 잠재적인 터치 해(touch solution)를 포함하는 쌍곡선을 정의한다. 6개의 교차-상관 함수가 있는 경우, 6개의 쌍곡선이 계산되고, 교점이 터치 지점인 것으로 결정된다.

6. 특정 유형의 입력[예를 들어, 태핑(tap)]에 대해, 최종 확인 단계가 행해진다. 터치 지점이 결정되었으면(즉, 단계 5), 4개의 입력 신호는 굽힘파의 분산 효과를 고려하는 시간 반전(time reversal) 프로세스를 사용하여 터치 지점으로 역전파(back-propagate)된다. 터치 지점이 정확한 경우, 4개의 입력 채널 전부로부터의 역전파된 신호가 대략 동일해야만 한다. 이 프로세스는 임펄스 재구성이라고 하고, 미국 특허 출원 제2005/0146511호(Hill/Sullivan)에 개시되어 있으며, 이 출원은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

기판(120)을 통한 신호 전파 속도의 변동(즉, 기판 두께의 변동)에 알고리즘적으로 대응하는 한가지 접근방법은 이하에 기술되는 바와 같이 단계 3 및 단계 6에 중점을 두고 있다.

도 2는 굽힘파 터치 감지 기술을 이용하는 센서(120)를 나타낸 것이며, 4개의 진동 센서에는 각각의 코너에서 도 1과 동일한 번호가 부여되어 있다[도 2에서 전기 커넥터(140) 및 제어기(150)는 도시되어 있지 않음]. 점선은 6개의 상관 함수에 해당하는 센서쌍 조합을 나타낸다. 상기한 알고리즘에서, 6개의 상관 함수 전부가, 기판 상수(C)에 기초하여, 하나의 분산 보정 행렬을 사용하여 변환된다. 이 변환에 대한 방정식은 다음과 같다:

여기서 D는 분산 보정 행렬이고, x_i(ω)는 주파수 영역에서의 상관 함수(i)이며, x_i(k)는 파수 영역에서의 상관 함수(i)이다.

터치 접촉 매질을 통한 신호 전파 속도의 변동에 대처하기 위해, 개개의 D_i 보정 행렬이 상수 D 보정 행렬을 대체한다. 가장 일반적인 의미에서, 6개의 상관 함수 각각이 개개의 기판 상수(C)에 기초하여 그 자신의 분산 보정 행렬을 갖는다고 말해질 수 있다.

이들 개개의 분산 보정 행렬은, 서로 다른 두께에 부가하여, 서로 다른 물질 특성 또는 서로 다른 주파수 대역폭도 고려하고 있다. 예시적인 일 실시 형태에서, 개개의 분산 보정 행렬은 서로 다른 두께에 기초하여 결정된다. 그렇지만, 각각의 상관 함수가 2개의 센서에 관련되어 있기 때문에, 각각의 경우에 어떤 두께 값을 사용할지가 명확하지 않을 수 있다. 어떤 두께 값을 사용할지를 결정하는 한가지 접근방법은 2개의 각자의 센서에서 또는 그 근방에서 측정된 평균 두께를 사용하는 것이다. 예를 들어, 위치(130C)(좌측 하부 코너) 및 위치(130D)(우측 하부 코너)에서의 측정은 센서쌍(202)[위치(130C)와 위치(130D) 사이에 뻗어 있는 점선으로 나타냄] 사이의 두께 값을 정의한다.

단계 6은 각각의 센서에서 측정된 신호를 추정된 터치 위치에 기초한 기판(120)에 대한 충격(터치) 시각(t=0)으로 시간상 역방향으로 전파하는 임펄스 재구성을 구현한다. 이 터치 위치가 정확한 경우, 4개의 센서 전부는 동일한 재구성된 임펄스를 계산할 것이다. 각각의 주파수에서의 위상을 그 주파수에 대한 추정된 전파 시간만큼 조정함으로써 임펄스 재구성이 행해진다(분산 매질에서는 모든 주파수가 서로 다른 파속을 가진다는 것을 염두에 둘 것). 이들 위상 조정은 기판 상수(C)에 기초하여 벡터(w)로 저장된다. 다수의 기판 상수를 사용할 때, 다수의 위상 조정이 사용된다(상기 단계 3과 유사함). 일반적으로, 각각의 센서는 센서에서의 유리의 두께에 기초한 그 자신의 위상 조정 벡터를 가질 수 있다. 그에 부가하여, 터치의 추정된 위치에 기초하여 위상 조정 벡터를 추가로 조정할 수 있다. 예를 들어, 주어진 센서에 대한 위상 조정 벡터가 터치로부터 센서까지의 추정된 거리에 기초하여 선형적으로 조정될 수 있거나, 이하의 실시예에서 설명하는 바와 같이, 2개의 서로 다른 위상 조정 벡터의 선형 조합일 수 있다. 이에 따라 추정된 터치 지점에서의 두께가 일반 값을 대신하여 사용될 수 있다.

사용할 두께 값의 결정

이들 개선된 알고리즘에 의해 사용되는 값을 측정하는 한가지 방법은 마이이크로미터(micrometer), 레이저, 또는 다른 측정 장치를 사용하여 그 값을 직접 측정하는 것이다. 그렇지만, 두께를 측정하는 몇가지 보다 효율적인 간접적인 방법이 이용가능하며, 다음과 같은 것들이 있다:

* 음향 소스를 사용하여 터치 접촉 매질의 소정의 위치에 광대역 고주파 잡음을 지향시키고 4개의 센서에서 응답을 측정하는 것에 의한 두께의 계산,

* 소정의 위치에서 터치 접촉 매질을 태핑하고 4개의 센서에서 응답을 측정하는 것에 의한 두께의 계산, 또는

* 터치 접촉 매질 상에 탑재된 능동 압전 트랜스듀서를 사용하여 매질을 여기시키고 4개의 센서에서 응답을 측정하는 것.

일 실시 형태에서, 이들 간접적인 두께 측정 방법은 교정 단계 동안에 수행되거나 - 그 결과가 제어기 메모리에 저장됨 -, 동작 동안에 백그라운드에서 자동으로 또는 사용자에 의해 요청될 때 수행될 수 있다.

실시예

개념의 증명이 유리 기판 및 2개의 기판 상수를 사용하여 행해졌으며, 그 결과 2개의 분산 행렬 및 2개의 위상 조정 벡터가 얻어졌다. 한쪽 가장자리(2개의 코너)가 다른쪽 가장자리(다른 2개의 코너)보다 더 두꺼운 패널에 대해 타당한 결과가 얻어질 수 있는 것으로 판정되었다. 이것은 유리 등의 기판 내에서 전형적으로 볼 수 있는 두께 변동의 유형과 일치한다.

이제 도 3을 참조하면, 2개의 기판 상수를, 하나는 얇은 가장자리(320)에서의 두께에 기초하고 다른 하나는 두꺼운 가장자리(310)에서의 두께에 기초하여, 계산하였다. 분산 보정을 행할 때, 두꺼운 가장자리를 따라서의 상관 함수를 제외한 모든 상관 함수에 대해 얇은 가장자리의 분산 행렬이 사용되었다.

임펄스 재구성을 위해, 2개의 두꺼운 코너(130A 및 130C)에 대해 두꺼운 위상 조정 벡터를 사용하고 2개의 얇은 코너(130B 및 130D)에 대해 얇은 위상 조정 벡터를 사용하는 것이 생각되었다. 그렇지만, 이것이 만족할만한 결과를 산출하지 않는 것으로 밝혀졌다. 이러한 이유는 플레이트를 따라 이동하는 진동이 이동함에 따라 서로 다른 두께를 만나기 때문이다. 따라서, 두꺼운 유리 또는 얇은 유리만을 통해 일정하게 이동한다고 가정하면 오류가 있게 된다. 이것을 극복하기 위해, 하기의 방정식에 따라 양쪽 위상 조정 벡터의 조합이 사용된다:

여기서,

ρ 는 가장자리의 총 길이에 대한 두꺼운 가장자리로부터의 거리의 비이다. 예를 들어, 두꺼운 가장자리 바로 위에 있는 좌표에 대해서는, ρ =0이고, 얇은 가장자리 바로 위에 있는 좌표에 대해서는, ρ =1이다.

α 는 이 알고리즘에서 ¾ (0.75)로서 정의된 상수이다.

β는 이 알고리즘에서 ¼ (0.25)로서 정의된 상수이다.

X 및 Y는 사용할 얇은 위상 조정 벡터 대 두꺼운 위상 조정 벡터의 가중을 정의하는 2개의 비이다. X는 두꺼운 코너에 대해 사용할 비를 정의하고, Y는 얇은 코너에 대해 사용할 비를 정의한다.

일례로서, 패널의 중앙에서의 터치에 대해, ρ = 0.5이며, 이에 따라 X = 0.375이고 Y = 0.125이다. 따라서, 두꺼운 코너에 대해, 위상 조정(φ_thick)은 얇은 위상 조정 벡터(w_thin)를 0.375만큼 가중하고 두꺼운 위상 조정 벡터(w_thick)를 0.625만큼 가중하는 비이다. 얇은 코너에 대해, 위상 조정(φ_thin)은 얇은 위상 조정 벡터(w_thin)를 0.875만큼 가중하고 두꺼운 위상 조정 벡터(w_thick)를 0.125만큼 가중하는 비이다.

가중값 α 및 β는 재구성된 임펄스의 적절한 정렬을 검증함으로써 실험적으로 결정되었다.

0.075 ㎜의 두께 변동(두꺼운 가장자리에서 2.275 ㎜이고 얇은 가장자리에서 2.200 ㎜임)을 가지는 813 ㎜(직경)에 대해 이 알고리즘을 테스트하였다. 도 4는 먼저 제1 센서에서 굽힘파 진동을 측정하는 단계(401)와 이어서 다른 두께를 가지는 기판의 일부 상에 있는 제2 센서에서 굽힘파 진동을 측정하는 단계(402)를 포함하는, 보정을 적용하는 고수준 프로세스를 나타낸 것이다. 상기한 바와 같이 분산 보정이 적용되고(403), 기판 상의 터치 위치의 좌표가 결정된다(404). 이 마지막 단계(404)는 임펄스 인식 검증 단계를 포함한다.

도 5는 본 명세서에 개시된 어떤 보정 알고리즘(제어)도 사용하지 않고 표준의 정확도 테스트를 위해 측정된 오차를 나타낸 것이다. 정확도 테스트는 센서 상의 41개(주변부를 따라 16개 및 센서의 본체에 25개)의 소정의 지점 각각에서 센서를 30회 태핑하는 것을 포함하였다. 특정의 위치에 정확하게 태핑을 적용할 수 있는 자동화된 기계를 사용하여 테스트가 수행되었다. 이 방식으로, 위치 오차의 아주 정확한 측정치가 얻어질 수 있다.

도 6은, 이번에는 본 명세서에 기술된 보정 알고리즘을 사용한, 도 5에 요약된 것과 동일한 테스트의 결과를 나타낸 것이다.

그 결과는 제어 테스트와 보정 알고리즘을 사용한 테스트 간의 오차의 상당한 감소를 보여주며, 평균 오차가 절반을 초과하여(도 5와 연관된 테스트에서의 0.41%에서 도 6과 연관된 테스트에서의 0.19%로) 감소되었다. 또한, 0.5% 초과의 오차를 갖는 기준 터치 지점의 수가 상당히(373에서 31로) 감소되었다.

이상의 설명 및 연관된 도면에 제시된 개시 내용의 이점을 가지는 발명의 많은 수정 및 기타 실시 형태가 본 발명과 관련된 당업자에게 안출될 것이다. 따라서, 발명이 개시된 특정의 실시 형태로 제한되지 않고 여러 수정 및 기타 실시 형태가 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 보아야 한다는 것을 잘 알 것이다. 본 명세서에서 특정의 용어들이 이용되지만, 이들 용어가 제한하기 위한 것이 아니라 단지 일반적이고 설명적인 의미로 사용되고 있다.

Claims (9)

1. 굽힘파를 지원할 수 있는 기판, 제1 측정된 굽힘파 신호를 구하기 위해 기판에서의 굽힘파 진동을 측정하는, 기판 상에 탑재된 복수의 센서, 및 센서로부터의 측정된 굽힘파 신호로부터 접촉 위치에 관한 정보를 계산하는 프로세서를 포함하며, 프로세서가 굽힘파를 지원하는 기판의 물질의 분산 관계에 기초하여 복수의 분산 보정을 적용하고, 복수의 보정의 일부가 파동이 기판을 통해 전파하는 속도에 영향을 미치는 변하는 기판 특성을 나타내는 적어도 2개의 상이한 기판 상수에 기초하는 것인 접촉 감응 장치.
2. 제1항에 있어서, 변하는 기판 특성이 변하는 기판 두께를 말하는 것인 접촉 감응 장치.
3. 제2항에 있어서, 기판이 유리인 것인 접촉 감응 장치.
4. 제3항에 있어서, 기판 상수 = (μ/B)^1/4이고, 여기서 μ = 기판의 단위 면적당 질량이고, B = 기판의 굽힘 강성(bending stiffness)인 접촉 감응 장치.
5. 제2항에 있어서, 복수의 보정이 적어도 6개의 상이한 기판 상수에 기초하는 것인 접촉 감응 장치.
6. 굽힘파를 지원할 수 있는 기판을 가지는 터치 감응 장치 상에서의 접촉에 관계된 좌표 정보를 구하는 방법으로서,
   기판 상에 탑재된 제1 센서를 사용하여 제1 측정된 굽힘파 신호를 구하기 위해 기판에서의 굽힘파 진동을 측정하는 단계,
   기판 상에 탑재된 제2 센서를 사용하여 측정되는 제2 측정된 굽힘파 신호를 구하는 단계, 및
   제1 센서 및 제2 센서로부터의 측정된 굽힘파 신호로부터 접촉에 관계된 좌표 정보를 계산하는 단계를 포함하고, 계산하는 단계가 굽힘파를 지원하는 기판의 물질의 분산 관계에 기초하여 복수의 분산 보정을 적용하는 단계를 포함하고, 복수의 보정의 일부가 파동이 기판을 통해 전파하는 속도에 영향을 미치는 변하는 기판 특성을 나타내는 적어도 2개의 상이한 기판 상수에 기초하는 것인 방법.
7. 제6항에 있어서, 변하는 기판 특성이 변하는 기판 두께를 말하는 것인 방법.
8. 제7항에 있어서, 기판이 유리인 것인 방법.
9. 제8항에 있어서, 기판 상수 = (μ/B)^1/4이고, 여기서 μ = 기판의 단위 면적당 질량이고, B = 기판의 굽힘 강성(bending stiffness)인 방법.

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