KR20110116426A - 적응적 노이즈 감쇄 방법 및 이를 지원하는 터치스크린 장치 - Google Patents

Abstract

공급 전원의 종류에 따라 터치 신호의 노이즈 감쇄 알고리즘을 차별적으로 적용하기 위한 적응적 노이즈 감쇄 방법 및 이를 지원하는 터치스크린 장치가 제공된다. 일 실시예에 의한 적응적 노이즈 감쇄 방법은 터치스크린 장치로 인가되는 공급 전원의 종류를 판별하는 단계와, 상기 판별된 전원 종류에 따라 현재의 전원 모드를 세팅하는 단계 및 복수의 노이즈 감쇄 알고리즘 중 상기 세팅된 전원 모드에 상응하는 노이즈 감쇄 알고리즘을 적용하여 터치 신호의 노이즈를 필터링하는 단계를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 의하면 전원의 종류에 따라 최적의 알고리즘을 적용함으로써 노이즈 감쇄 효율을 높이는 한편 과도한 수준의 알고리즘 적용으로 인한 불필요한 전력 소모 및 실행 시간의 지연을 방지할 수 있다.

Description

적응적 노이즈 감쇄 방법 및 이를 지원하는 터치스크린 장치{device and method of adaptive noise cancellation for touch screen}

본 발명은 공급 전원의 종류에 따라 터치 신호의 노이즈 감쇄 알고리즘을 차별적으로 적용하기 위한 적응적 노이즈 감쇄 방법 및 이를 지원하는 터치스크린 장치에 관한 것이다.

디지털 기기의 입력 방식으로 터치스크린이 주목받고 있다. 터치스크린은 구동 방식에 따라 정전용량 방식(capacitive type)과 저항막 방식(registantive type)으로 구분된다.

정전용량 방식은 인듐과 산화 주석의 전도성 화합물인 Indium Tin Oxide(In2O3+SnO2)로 코팅된 투명전극과, 투명전극에 부착된 센서로 구성된다. 투명전극에 지속적으로 전류가 흐르는 상태에서 센서는 가로 및 세로 방향으로 정밀하게 전하의 변화를 측정한다. 사람의 신체는 전도성을 띠므로 손가락이 터치 패널에 다가가거나 닿게 되면 투명전극에 흐르던 전자가 신체로 이동하게 되고, 센서는 이러한 전자의 변화를 감지하여 터치 좌표를 측정한다.

정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 터치 패널의 두께를 1mm 가량 더 줄일 수 있고 터치 패드의 내구성이 향상되며 외부압력에 의해 오작동할 우려가 적으며, 두 개의 손가락으로 이미지를 자유롭게 확대하거나 축소하는 멀티 터치가 가능하므로 그 적용 영역이 점점 넓어지고 있다.

다만 정전용량 방식은 터치 센싱의 원리상 저항막 방식에 비해 노이즈에 민감한 특성이 있으므로, 통상적으로 터치 좌표를 계산하는 과정에서 노이즈 감쇄를 위한 알고리즘이 요구된다.

그러나 터치스크린에 공급되는 전원의 종류에 따라 노이즈의 발생 특성도 상이해지는데 이러한 점을 감안하지 않고 단일한 노이즈 감쇄 알고리즘을 일률적으로 적용하게 되면 최적화되지 않은 알고리즘으로 인해 노이즈의 감쇄 효율이 낮아지는 문제, 필요 이상의 과도한 알고리즘의 일률적인 적용으로 인해 중앙처리장치에 무리한 부하가 걸려 불필요한 전력이 소모되고 터치 인식이 지연되는 문제 등이 발생한다.

본 발명이 해결하려는 과제는 터치스크린 장치에 공급되는 전원의 종류에 따라 그에 맞는 노이즈 감쇄 알고리즘을 선택적으로 적용하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 것이다.

위의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 터치스크린 장치로 인가되는 공급 전원의 종류를 판별하여 전원 모드를 세팅하는 전원 판별부; 및 복수의 노이즈 감쇄 알고리즘 중 상기 세팅된 전원 모드에 상응하는 노이즈 감쇄 알고리즘을 적용하여 터치 신호의 노이즈를 필터링하는 노이즈 감쇄 모듈을 포함하는 터치스크린 장치를 일 실시예로 제안한다.

또한 위의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 터치스크린 장치로 인가되는 공급 전원의 종류를 판별하는 단계;와, 상기 판별된 전원 종류에 따라 현재의 전원 모드를 세팅하는 단계; 및 복수의 노이즈 감쇄 알고리즘 중 상기 세팅된 전원 모드에 상응하는 노이즈 감쇄 알고리즘을 적용하여 터치 신호의 노이즈를 필터링하는 단계를 포함하는 적응적 노이즈 감쇄 방법을 다른 일 실시예로 제안한다.

본 발명의 실시예에 의하면 전원의 종류에 따라 최적의 알고리즘을 적용함으로써 노이즈 감쇄 효율을 높이는 한편 과도한 수준의 알고리즘 적용으로 인한 불필요한 전력 소모 및 실행 시간의 지연을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 공급 전원의 종류에 따른 터치 신호의 노이즈의 발생 양상을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 노이즈 감쇄 방법의 동작 과정을 도시한 플로우챠트이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 이하에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

명세서 전체에서, "터치스크린 장치(touch screen device)"라 함은 입력 수단으로 터치 패널을 채택하고, 댁내 교류 전원을 강압 및 직류화한 전원과 배터리 전원 등과 같이 복수의 전원을 동시에 지원하는 전자 기기를 통칭하는 것으로서, 터치 방식의 셀룰러 폰(cellular phone), 스마트폰(smart phone), PDA(personal digital assistant), PMP(personal multimedia player), 네비게이션(car navigation) 등을 가리킨다. 그 외에, 터치 방식의 키오스크(kiosk), 가전 기기(home electronic instrument like TV, refrigerator etc.), 컴퓨터(computer like tablet pc) 등도 전술한 복수의 전원 지원 조건을 만족할 경우 본 발명의 터치스크린 장치에 포함될 수 있다.

명세서 전체에서, "터치 패널(touch panel)"이라 함은 상기 터치스크린 장치에서 특히 터치 입력 수단에 상응하는 부분을 지칭하는 것으로서 정전용량 방식의 터치 센서를 내장하는 입력 수단을 통칭하며 터치 패드(touch pad), 싸인 패드(sign pad) 및 터치스크린(touch screen)으로 불릴 수 있다.

또한 명세서 전체에서, "호스트 기기(host)"라 함은 상기 터치스크린 장치에서 상기 터치 패널을 제외한 나머지 부분을 가리킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1의 터치스크린 장치는 터치 패널(100)과 호스트 기기(200)를 포함하며 터치 패널(100)과 호스트 기기(200)는 데이터 버스(bus)로 연결될 수 있다. 터치 패널(100)은 정전용량 감지회로(110), 컨트롤러(120) 및 터치좌표산출기(130)를 포함하며, 호스트 기기(200)는 전원 판별부(210)와 메인 프로세서(220)를 포함한다.

먼저, 터치 패널(100)에 대해 살펴보면 다음과 같다.

정전용량 감지회로(110)는 복수의 감지 지점들(예를 들어 복수의 구동라인 및 감지라인)(11)과 연결된 다중화기(Multiplexer, MUX)(12)와, 다중화기(12)의 출력을 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기(Analogue Digital Converter, ADC)(13)를 포함한다.

상기 구동라인에 전압(또는 전류)이 인가되면 상기 감지라인과의 교차 부위에 커패시턴스가 형성된다. 그리고 사람의 신체나 터치 펜 등의 터치 수단이 접근(또는 접촉)해오면 상기 커패시턴스로부터 전하가 흘러나가면서 전기장의 세기가 변동되고, 전기장의 변동값은 상기 감지라인을 통해 수집된다.

MUX(12)는 시분할 다중화를 수행하도록 구성된 스위치이다. 다중화기(12)는 상기 복수의 감지라인들로부터 복수의 신호를 병렬로 입력받고, 이를 직렬화하여 순차적으로 출력한다. ADC(13)는 MUX(12)가 출력하는 아날로그 터치 신호를 디지털 신호로 변환한다.

컨트롤러(120)는 ADC(13)에 의해 디지털화된 터치 신호(이하 '처리 전 터치 데이터'라 함)를 분석하고, 터치 이벤트가 발생한 것으로 판단되면 ADC(13)의 출력 데이터(즉, 처리 전 터치 데이터)를 터치좌표산출기(130)로 전송하여 터치 좌표의 산출을 요청한다.

여기서, 컨트롤러(120)는 ADC(13)에서 출력된 처리 전 터치 데이터에서 미리 설정된 기준 이상(또는 이하)의 값(들)이 검출되면 터치 이벤트가 발생한 것으로 판단한다. 상기 미리 설정된 기준은 터치 패널의 제조 공정에서 테스트를 통해 결정될 수 있다.

또한, 컨트롤러(120)는 터치좌표산출기(130)에 처리 전 터치 데이터를 전송할 때 전원 모드 식별 정보를 더 전송할 수 있다. 이와 같은 전원 모드 식별 정보는 호스트 기기(200)의 메인 프로세서(220) 또는 전원 판별부(210)로부터 제공받은 모드 전환 지시에 따라 결정된다. 이와 관련한 호스트 기기(200)의 상세한 동작은 후술하기로 한다.

터치좌표산출기(130)는 처리 전 터치 데이터로부터 노이즈를 감쇄하는 노이즈감쇄모듈(131), 노이즈가 감쇄된 데이터를 터치 강도에 따라 계조화하는 계조처리모듈(132), 계조화된 데이터로부터 터치 경계를 판독하는 경계판정모듈(133), 판독된 터치 경계로부터 터치 좌표를 산출하는 좌표산출모듈(134) 중 적어도 하나를 포함한다. 이 중에서 특히 노이즈감쇄모듈(131)에 대해 상술하면 다음과 같다.

터치 패널에 터치가 감지될 때 터치 수단(예를 들어 사람의 손이나 터치펜 등)에 의해 발생한 실제 터치 신호와 기타 간섭 등에 의해 생성된 노이즈가 동시에 발생한다. 노이즈감쇄모듈(131)은 노이즈가 섞인 처리 전 터치 데이터(raw touch data)에서 실제 터치 신호와 노이즈를 구별하고, 처리 전 터치 데이터에서 상기 구별된 노이즈를 마스킹한다. 일례로, 노이즈감쇄모듈(131)은 처리 전 터치 데이터가 터치 셀 형태로 표현될 때 다른 지점과 연결되지 않고 단일하게 존재하는 터치 지점들을 노이즈로 간주하여 감쇄하는 알고리즘을 사용할 수 있다.

다만, 처리 전 터치 데이터에 포함된 노이즈는 터치스크린 장치에 공급되는 전원의 종류에 따라 그 발생 패턴을 달리하므로 노이즈 감쇄 알고리즘 역시 차등 있게 적용할 필요가 있다. 여기서 노이즈의 발생 패턴이라 함은 노이즈 신호의 발생 크기, 발생 빈도, 발생 속도 중 적어도 하나를 포함하는 개념이다. 노이즈 발생 패턴 중 노이즈 신호의 크기를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 2a 및 도 2b는 공급 전원의 종류에 따른 터치 신호의 노이즈의 발생 양상을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 2a는 접지 안 된 2구 충전기를 통해 전원이 공급되는 경우의 터치 신호(또는 처리 전 터치 데이터 신호)를 도시한 것이고, 도 2b는 배터리를 통해 전원이 공급되는 경우의 터치 신호를 도시한 것이다.

도 2a와 도 2b를 비교해 볼 때, 터치 신호의 중간에 발생하는 노이즈 신호의 크기는 접지 안 된 2구 충전기 전원의 경우 150~200 mV의 변위를 가지는 데 비해, 배터리 전원의 경우 5~10 mV의 변위만을 가지는 것을 알 수 있다.

따라서, 도 2a의 노이즈를 감쇄하기 위해서는 도 2b의 노이즈보다 상대적으로 큰 복잡도(big-oh)를 가지는 알고리즘이 사용되어야 하며, 노이즈 감쇄를 위해 노이즈감쇄모듈(131)에 상대적으로 큰 부하가 걸릴 수 있다. 또한 그만큼 노이즈 감쇄를 위해 소요되는 시간이 길어지므로 결국 정확한 터치 센싱을 위해 터치 인식 속도가 다소 느려지는 결과로 나타날 수 있다. 다만 이러한 실행 시간의 지연 문제는 하드웨어의 성능 향상에 따라 자연스럽게 극복되기도 한다.

그러나 공급 전원의 종류에 따라 노이즈의 발생 특성이 서로 상이하고, 그에 따라 최적화된 노이즈 감쇄 알고리즘이 존재함에도 불구하고 단일한 알고리즘을 일률적으로 적용한다면 과도한 복잡도로 인해 불필요하게 전력이 낭비되는 한편 자칫 터치 인식 속도가 획일적으로 느려지는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 감안하여, 노이즈감쇄모듈(131)은 전원 모드에 따라 노이즈 감쇄 알고리즘을 선택적으로 적용한다. 이를 위해 노이즈감쇄모듈(131)은 모드 별 노이즈 감쇄 알고리즘을 저장하는 메모리(미도시)와 연결되어 있으면서 전원 모드 식별 정보에 상응하는 알고리즘을 불러와서 실행할 수도 있고, 모드 별 노이즈 감쇄 알고리즘을 하드웨어로 구현한 복수의 알고리즘 모듈(미도시)을 자체적으로 구비할 수도 있다.

한편, 모드 별 노이즈 감쇄 알고리즘 간의 차이는 전술한 바와 같이 알고리즘의 복잡도가 될 수도 있지만 이는 일례에 불과하며 그 외의 다른 요소가 될 수도 있음은 자명하다.

터치좌표산출기(130)는 컨트롤러(120) 내에 단일칩(single on chip, SoC) 형태로 포함될 수도 있고, 도 1과 같이 컨트롤러(120)와는 별개의 ASIC(application-specific integrated circuit) 또는 FPGA(field programmable gate array) 형태로 구현될 수 있다. 그리고 터치좌표산출기(130)는 별도의 하드웨어 형태로 구현되는 것이 아니라 컨트롤러(120)에 의해 실행되는 소프트웨어 형태로 구현될 수도 있으며, 이 경우 터치좌표산출기(130)는 터치 패널(100)에 별도로 마련된 메모리(미도시)에 알고리즘 소프트웨어 형태로 저장될 수 있다.

다시 도 1의 설명으로 돌아가서, 호스트 기기(200)에 대해 설명하면 다음과 같다.

호스트 기기(200)는 전원 판별부(210)와 메인 프로세서(220)를 포함하며 그 외에, 터치 외에 사용자의 조작을 인지하기 위한 입력부(미도시), 터치스크린 장치의 동작 상태를 보여주기 위한 출력부(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.

전원 판별부(210)는 터치스크린 기기에 공급되는 전원의 종류를 판별한다. 일례로, 터치스크린 기기가 복수의 전원 공급 단자를 구비하고 각 단자로 입력된 전원이 서로 다른 포트를 통해 상기 터치스크린 기기의 각 구성에 공급될 경우, 전원 판별부(210)는 각 전원 입력 포트를 감시하고 있다가 어느 하나의 포트에 전원 인가가 감지되면 메인 프로세서(220)에 해당 전원의 종류를 통보한다. 구체적인 예로서, 전원 인가 여부를 감지하기 위해 GPIO가 각 포트의 HIGH/LOW를 체크하도록 배치할 수 있다. 만약 둘 이상의 포트에 전원 인가가 감지되면 미리 설정된 우선 순위에 따라 그 중 하나만을 메인 프로세서(220)에 통보할 수 있다. 다만 전원 인가의 여부를 체크하거나 인가 전원의 종류를 판단하기 위해 반드시 전술한 포트 모니터링 기법에 한정할 것은 아니며 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다.

메인 프로세서(220)는 터치스크린 기기의 전반적인 동작을 위해 운영체제 프로그램 및 각종 사용자 애플리케이션 프로그램을 실행하는 한편, 전원 판별부(210)가 판별한 전원에 상응하는 전원 모드를 터치 패널의 컨트롤러(120)에 통보한다.

한편, 전원 판별부(210)는 터치스크린 기기에 공급되는 전원의 종류를 판별한 후 메인 프로세서(220)를 거치지 않고 해당 전원 모드를 터치 패널(100)의 컨트롤러에 직접 통보할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 노이즈 감쇄 방법의 동작 과정을 도시한 플로우챠트이다.

호스트 기기의 전원 판별부는 전원 입력 포트를 감시하고 있다가 어느 하나의 포트에 전원 인가가 감지되면(S101), 메인 프로세서를 통해 터치 패널에 전원 모드(또는 전원 모드)를 통보한다(S102). 또는, 전원 판별부는 메인 프로세서를 통하지 않고 직접 터치 패널에 전원 모드를 통보할 수도 있다.

또한 전원 판별부는 전원 인가가 감지될 때마다 전원 모드의 통보를 수행할 수도 있지만, 전원 인가가 감지될 때마다 현재 설정된 전원 모드와 비교하고 전원의 종류가 달라질 경우에만 전원 모드의 통보를 수행할 수도 있다. 후자를 이해 전원 판별부의 내부 레지스터나 호스트 기기의 메모리의 일정 영역에는 현재의 전원 모드가 저장된다.

터치 패널의 컨트롤러는 호스트 기기의 통보가 있으면 컨트롤러 내부의 레지스터 또는 터치 패널의 메모리에 세팅되어 있는 전원 모드를 확인하고(S103), 현재의 전원 모드가 통보된 전원 모드와 동일하면 별도의 조치를 취하지 않지만, 서로 상이할 경우에는 현재의 전원 모드를 상기 통보된 전원 모드로 세팅한다(S104). 만약 전원 인가가 감지될 때 현재 설정된 전원 모드와 다른 경우에만 터치 패널에 전원 모드가 통보되는 경우에는 상기 전원 모드의 확인 단계(S103)는 생략될 수 있다.

터치좌표산출기는 현재 세팅된 전원 모드에 상응하는 노이즈 감쇄 알고리즘을 터치 데이터에 적용하여 노이즈를 필터링하고(S105), 계조 처리 및 경계 판정의 과정을 거친 결과를 대상으로 터치 좌표를 산출한다(S106).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위에 한정되는 것은 아니고 아래의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 이용하여 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

구체적으로, 이상에서 설명한 실시예에서는 공급 전원의 종류에 따라 노이즈 감쇄 알고리즘을 차별적으로 적용하는 기술을 제안하였지만 반드시 이에 한정할 것은 아니고 계조 처리, 경계 판정 및 좌표 산출 중 적어도 하나를 위한 알고리즘을 공급 전원의 종류에 따라 서로 다르게 적용하는 기술에도 동일한 원리로 응용이 가능하다.

한편, 본 발명 실시예들은 장치 및 방법에만 한정되는 것은 아니고 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 방법을 구현하기 위한 프로그램에도 용이하게 본 발명을 유추 적용할 수 있다.

100 : 터치 패널 110 : 정전용량 감지회로
120 : 터치 패널의 컨트롤러 130 : 터치 좌표 산출기
200 : 호스트 기기 210 : 전원 판별부
220 : 호스트 기기의 메인 프로세서

Claims (2)

1. 정전용량 방식의 터치스크린 장치에 있어서,
   상기 터치스크린 장치로 인가되는 공급 전원의 종류를 판별하여 전원 모드를 세팅하는 전원 판별부; 및
   복수의 노이즈 감쇄 알고리즘 중 상기 세팅된 전원 모드에 상응하는 노이즈 감쇄 알고리즘을 적용하여 터치 신호의 노이즈를 필터링하는 노이즈 감쇄 모듈
   을 포함하는 적응적 노이즈 감쇄를 수행하는 터치스크린 장치.
2. 터치 신호의 노이즈 감쇄 방법에 있어서,
   터치스크린 장치로 인가되는 공급 전원의 종류를 판별하는 단계;
   상기 판별된 전원 종류에 따라 현재의 전원 모드를 세팅하는 단계; 및
   복수의 노이즈 감쇄 알고리즘 중 상기 세팅된 전원 모드에 상응하는 노이즈 감쇄 알고리즘을 적용하여 터치 신호의 노이즈를 필터링하는 단계
   를 포함하는 적응적 노이즈 감쇄 방법.
   

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