KR20120091019A - 고감도 멀티포인트 검출을 위한 방법 및 장치, 공기, 증기, 또는 입김에 의한 상호 상호작용에서의 사용 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량성 그리드(111)에서의 낮은 랜턴시의 멀티포인트 제어 및 검출을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 그리드는 일련의 전도성 마이크로필라멘트(101-110)로 이루어지는데, 이들은 두개의 투명 판 또는 레이어 사이에 배열되며, 로우와 컬럼이 교차하여 매트릭스를 형성한다. 그리드 근방에서 생성된 전자기장의 판독은 그와 접촉되거나 근방에 있는 물체의 검출을 가능하게 한다. 본 발명은 전기적으로 대전된 공기 또는 증기의 검출이 가능한 고감도를 제안하고, 또한 동일한 시간에서 방출된 공기 또는 증기 덩어리의 세기, 방향, 위치의 검출을 접촉 검출로서 가능하게 한다. 본 발명은 시스템과 사용자 사이의 상호 작용을 향상시키고, 검출/상호작용(옵션으로는 동시적으로)에 사용될 수 있다. 이들 시스템은 오락, 제어, 측정 기술에 사용될 수 있다.

Description

고감도 멀티포인트 검출을 위한 방법 및 장치, 공기, 증기, 또는 입김에 의한 상호 상호작용에서의 사용 용도{METHOD AND DEVICE FOR HIGH-SENSITIVITY MULTI POINT DETECTION AND USE THEREOF IN INTERACTION THROUGH AIR, VAPOUR OR BLOWN AIR MASSES}

(본 발명의 기술 분야)

본 발명은 현재 높은 비율을 차지하고 있는 용량성 그리드(capacitive grid)에 적용된, 낮은 반응시간(low latency)과 고감도(high sensitivity)를 가진 멀티포인트 제어 및 검출을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 명세서에서의 해결책은 그리드의 근방에 생성된 전자기장(electromagnetic field)의 검출을 허용하고, 그와 근접하거나 접촉한 복수의 대상물의 검출을 가능하게 한다. 본 발명은 용량성 현상(capacitive phenomena)에 기반한 전자 기술, 고주파수 제어 회로, 상기 회로를 제어하고 획득된 데이터를 처리하기 위한 소프트웨어 구성요소를 사용하여 인간/컴퓨터의 상호작용과 같은 분야와, 대량의 작호작용 분야에서의 협력 작업에 바람직하게 사용가능하다.

(요약)

본 발명에 의해 얻어지는 고감도, 고속도 그리고 이점(disentanglement)은 시스템 사이에서, 공기, 증기, 입김(blow masses)(504)과 같은 가벼운 물체를 통한 상호 작용에 대한 방안을 제시함으로써, 압력(pressure), 강도(intensity), 치수(dimension), 방향(direction), 위치(location), 이동 패턴(movement pattern) 및 시퀀스(sequences), 지속 시간 또는 그 비율 시간(rate time)을 검출하여 액션(action)을 판단한다.

본 발명은 낮은 랜턴시를 가지며, 표면, 적어도 두개 세트의 컨덕터(각각의 셋트는 하나 이상의 독립된 콘덕터(101-105, 106-110)를 포함하고 있고, 각각의 세트의 컨덕터는 서로 인터셉트 하지 않고, 상이한 세트의 컨덕터는 직접적인 전기적 접촉 없이 인터셉트함)를 포함하는 설계(designated) 용량성 그리드(111), 및 손가락과 같은 물체(710)의 접근 또는 접촉 동안 상이한 세트(112)의 두개의 컨덕터 사이의 교차점에서의 용량 변화를 검출하는 회로를 포함하는 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치로서,

- 하나의 트랜스미터로서,

- 시변 신호 투입기(1008);

- 신호가 투입될 제1 세트로부터의 컨덕터를 선택하기 위한 디멀티플렉서(1007);를 포함하는 트랜스미터;

- 신호 수신기 및 검출기로서,

- 투입된 신호가 검출되는 제2 세트로부터 다른 컨덕터를 선택하기 위한 디멀티플렉서(1010);

- 신호 증폭기(1009);

- 변조된 신호 진폭의 변동을 하나의 전압으로 변환하는 복조기;

- 전압을 숫자 판독(numeral reading)으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(1012);를 포함하는 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치에 대해 기술한다.

바람직한 본 발명의 실시예는 두 개의 선택된 컨덕터 사이에서 그 소유의 커패시티를 사용하는 저항-용량성 RC 하이-패스 필터를 포함하는 신호 수신기를 제안한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 투입 신호는 50 내지 300KHz 사이의 평균 널값(null value) 또는 널 제곱 평균값(null root-mean-square)과 10 내지 24 볼트 사이의 피크-투-피크 진폭을 가진 교류 사인파 신호이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 아날로그-디지털 변환기(1012)는 각각의 컨덕터 쌍 인터셉트의 하나 이상의 선판독값(prereadings)을 아날로그-디지털 변환 기준(1015)으로 사용하여 차동 모드에서 동작하도록 구성된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 아날로그-디지털 변환 기준은 둘 이상의 선판독값으로부터 얻어진, 각각의 컨덕터 쌍 인터셉트에 대해 최소값(1303) 및 최대값(1304)의 두 개의 전압을 포함한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 신호가 소정의 하나의 컨덕터에 투입될 때, 남은 컨덕터는 디스커넥트되거나, 높은 임피던스하에서 유지되거나 연속적으로 안정적인 전압에 유지된다.

본 발명은 표면으로의 손가락과 같은 물체(710)의 접근 또는 접촉에 따라 또는 표면으로의 트레일을 따른 손가락과 같은 물체(710)의 접근 또는 접촉에 따라, 각각이 두개의 독립된 전기 컨덕터 사이에 배열되어 있는 하나 이상의 교차점(112) 근방에서 용량 변화를 검출하는 것을 포함하고, 설계된 용량 그리드(111)가 적어도 두개 세트의 컨덕터(101-105, 106-110)를 포함하고 있고, 각각의 세트의 컨덕터는 서로 인터셉트 하지 않고, 상이한 세트의 컨덕터는 직접적인 전기적 접촉 없이 인터셉트하고 있는, 낮은 랜턴시에서 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법에 있어서,

- 제1 세트의 컨덕터로부터 제1 컨덕터(901)를 선택하는 단계;

- 시변 신호를 투입하는 단계;

- 제2 세트의 컨덕터로부터 제1 컨덕터(901)를 선택하는 단계;

- 제2 컨덕터에서 얻어진 변조 신호(902)의 진폭을 획득하기 위해 증폭 및 복조하는 단계;

- 신호를 디지털로 변환하고 처리 단계(903)로 전송하는 단계;

- 제2 세트의 컨덕터 사이에서 제2 컨덕터를 더 선택하고, 제1 컨덕터(906)에 대응하는 충분한 정보가 얻어질 때 까지 반복하는 단계;

- 제1 세트의 컨덕터 사이에서 제1 컨덕터를 더 선택하고, 용량성 그리드에 대응하는 충분한 정보가 얻어질 때 까지 반복하는 단계를 포함하는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법에 대해 기술한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 아날로그-디지털 변환기(1208)는, 두개 이상의 선판독값으로부터 얻어진 각각의 커패시터 쌍 인터셉트에 대해 독립인 최소값 및 최대값의 두개의 전압을 상기 아날로그-디지털 변환의 기준(1211)으로 사용하여 차동 모드(1209)에서 동작하도록 구성된다.

본 발명은, 공기, 증기 또는 블로우 덩어리(504')에 의한 시스템 상호 작용을 위한 방법에 대해 기술하며, 공기, 증기 또는 블로우 덩어리(504')의 압력, 세기, 치수, 방향, 위치, 이동 패턴 및 시퀀스, 지속시간 또는 비율 속도의 검출에 의한 액션 판정을 포함한다.

또한 본 발명은 전기적으로 대전된(505') 공기, 증기 또는 블로우 덩어리(504')의 검출 방법을 더 설명하고, 이는 용량성 그리드(502')상의 공기, 증기 또는 블로우 덩어리에 의한 용량 변화를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 상기 그리드(502')의 용량(206')에서의 용량 변화 또는 변화를 검출하는 것으로 공기, 증기, 블로우 덩어리(504')의 압력, 세기, 치수, 방향, 위치, 이동 패턴 및 시퀀스, 지속시간 또는 비율 속도를 판정한다.

터치 검출을 위한 용량성 기술은 상이한 형태의 스크린(터치 스크린)과 장치에 폭넓게 사용되고 있고, 외적인 상호 작용이 요구된다(예를 들면, 키보드, 제어 패널, 터치 스위치). 최근의 방법은 다음을 기반하여 동작한다.

? 로우 및 컬럼으로 짜여진 트랙 그리드 또는 박막(highly-thin) 금속 와이어(도 5 참조) 또는 전도성 투명 트랙(도 6 참조);

?로우와 컬럼을 통해 전류를 보내고 각각의 로우와 컬럼에서 비충전 전력(uncharged power)의 량을 검출하는 센싱(sensing) 또는 검출 회로 시스템;

?로우 및 컬럼 세기 상에서 값이 처리됨에 따라 최대값을 가진 컬럼과 로우를 판별하고, 칼리브레이션에 의해 미리-계산된 트랜스레이션(translation)의 수단에 의해 상기 컬럼 및 로우를 온-스크린 좌표(on-screen coordinates)로 변환하는 신호 처리 시스템;

그러나, 이들 기술들은 다음과 같은 하나 이상의 단점을 가진다.

?단 하나의 터치 포인트만이 검출되기 쉬움;

?일부 경우, 최대 두개의 터치 포인트가 검출되기 쉬움;

?두개 이상의 포인트가 검출되는 경우, 스크린 크기의 제한이 발생됨;

이런 단점의 이유는 용량성 현상(capacitive phenomena)과 전자기장 정보가 캡처되는 방식에 실질적으로 관련이 있다. 용량성 기술과 동일한 그리드를 사용하여 멀티포인트 캡처를 달성하기 위해서, 센서 구성요소로부터 수집된 정보에 인가되는 신호 처리 방법 뿐만 아니라 캡처 기술도 현재 사용되는 기술과는 실질적으로 상이해야만 한다.

터치 기술에서 중요한 두가지 요소는 벌키성(bulkiness)과 응답 시간(response time)이다. 이 두가지 요소 모두 사용자의 지각(perception)에 영향을 미치고 시스템의 유용성(usability)을 결정한다. 성공적인 멀티터치 시스템에 있어서, 시스템의 멀치터치 포인트의 검출은 충분하지 않지만, 터치 이동으로부터 시스템으로부터의 응답(response)이 얻어지는(낮은 반응시간) 이동까지의 감지 딜레이(지연(delay)) 없이 차라리 더 견고(sturdily)하도록 한다(퍼스-포지티브(false positive) 또는 퍼스-네거티브(false negative)로부터 면죄됨). 또한, 터치 포인트의 연속적인 처리가 필요하면(예를 들면, 특정한 트레일(trail)이나 움직임을 식별하기 위해 시간을 통해 터치 포인트를 추종함(following)), 시스템의 반응시간(랜턴시(latency))은 그리드 스캐닝이 수행되기에 충분할 정도로 낮아야만 이러한 프로세싱이 가능하고, 반응시간은 가급적이면 사용자가 감지할 수 없을 정도로 설정되어야 한다.

본 발명은, 그리드와 접촉된 또는 그 근방의 복수 물체의 검출을 허용하고 동시적으로 그리드 상에서의 공기 및 증기(이하 입김(또는 블로우(blow)라고 함)의 발산 검출을 허용하기 위한, 용량성 그리드로의 공기 및/또는 증기 발산(이하 입김(또는 블로우(blow)라고 함)의 영향과 용량성 그리드 상에서의 전하 변동의 판독 방법에 대해 기술한다

공기 및/또는 증기 덩어리(mass)는 비그라운드 리드(no grounding lead)를 가진 바디(body)이지만, 특정 조건에서, 즉 고체 바디에 대항한 그 물의 입자의 이전 마찰(previous friction) 하에서 전기적으로 양성(positive)이다.

이러한 사실은 1841년 존 윌리엄스(John Williams)와 1843년 마이클 패러데이(Michael Faraday)에 의해 확인되었다.

본 발명의 범위 내에서, 그라운드 리드가 없고 전기적으로 양성인 바디는 생명체(예를 들면, 인간) 또는 증발기(vaporizer) 또는 이온화 가능한 입자 마찰에 의해 얻어진 덩어리(예를 들면 액체)를 전기적으로 대전하는 기타 장치 또는 시스템으로부터 나오는 증기 덩어리로서 이해되어야 한다(예를 들면 획득된 증기 내의 물 입자).

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것을 목적으로 한다.

(본 발명의 일반적인 설명)

본 발명은 용량성 그리드(도 1)의 근방에서 생성된 전자기장 판독의 수행을 높은 비율로 허용하고, 그에 따라 그리드 근방에 있거나 그리드에 접촉된 복수 물체의 검출을 허용한다. 그리드 또는 그리드 근방에서의 각각의 움직임이나 터치를 판독하기 위해, 제어기(1001)로부터 전송된 정보의 조정(adjustments) 및 캘리브레이션을 주로 담당하는 컴퓨터(1002) 뿐만 아니라, 제어기(1001)는 4개의 메인 회로("센싱" 또는 검출 회로(1003), 변환 회로(1004), 신호 처리 회로(1005), 통신 회로(1006))를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 용량성 그리드(도 1)의 근방에서 생성된 전자기장 판독의 수행을 허용하고, 바람직하게 그리드는 높은 비율을 나타내고, 그에 따라 그리드 근방에 있거나 그리드에 접촉된 복수 물체의 검출을 허용한다. 사용된 그리드 타입은, 폴리머 필름과 같은 두개의 투명 플레이트 또는 레이어(506, 507, 606, 607, 608) 사이에 매트릭스를 형성하도록 서로 교차하여 컬럼과 로우로 배열된(균일하게 또는 균일하지 않게 분포됨), 일련의 코팅된 전도성 마이크로필라멘트(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310, 501, 502, 503, 504, 505, 701, 702, 703, 704)로 이루어진다(도 1, 2, 3, 5 및 7). 이 물질들은 투명할 필요는 없고, 필라멘트는 와이어 또는 다른 전도성 물질(401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 601, 602, 603, 604, 605)(예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide))로 이루어질 수도 있다(도 4 및 6). 필라멘트 배열은 로우와 컬럼에 가까운 기하학구조를 따라야 한다(도 1). 그러나, 하나의 로우 또는 컬럼은 지그재그 방향으로 배열된 하나의 필라멘트에 의해 형성될수 있거나 또는 그러한 로우 또는 컬럼이 가급적이면 많은 동작 면적을 커버할 수 있는 다른 방식으로 형성될 수도 있다(도 1, 2, 3, 4). 전자기장으로부터 정보를 캡처하기 위해, 결정된 로우와 컬럼 사이의 교차점은 커패시터(112)로서 고려될 수 있다(도 7). "혼합된(mixed)" 커패시터는 선택된 로우와 컬럼 사이의 직접 커패시터(706), 선택된 로우와 컬럼과 인접한 로우와 컬럼 사이에 형성된 커패시터(707,708), 인접한 컬럼과 로우과 후속하는 로우와 컬럼 사이에 형성된 커패시터로 이루어진다. 선택된 로우와 컬럼은 "혼합된" 커패시터의 전극으로서 동작한다(도 7). 정보 수집을 단순화하기 위해, 트리거링 신호(triggering signal)(1008, 1101, 1201)가 그러한 전극(예를 들면 로우)에 특정한 특성(이하에 상술함)을 갖고 입력측 멀티플렉서(1007, 1102, 1202)에 의해 만들어진 미리결정된 선택에 따라 인가되고, 결국 상기 커패시터의 충전 및 방전을 일으키고, 따라서 전자기장이 생성되고 이어서 제2 전극(이 경우 컬럼) 상에 전류가 생성된다. 이러한 전자기장은 물체(예를 들면 손가락(710), 경우에 따라 그라운드 리드(709)에 접촉됨)의 신속성(immediacy)에 의해 영향을 받게 되는데, 전기적으로는 하나의 커패시터(705)가 "혼합된" 커패시터에 추가되어(도 7), 결과적으로 제2 전극에서 생성된 신호에 있어서의 진폭(amplitude)이 변화된다.이 신호의 진폭에 있어서의 변동은, 예를 들면, 상기 로우와 컬럼의 교차점에서의 신속성과 터치의 인디케이터(indicator)로서 이용될 수 있다. 그러한 변화를 측정하기 위해, 제2 전극에서의 신호 진폭 변환은 하우징 회로(1107, 1207)에서 전압차(voltage differential)로 수행된다(복조). 이 전압에 기반하여, 전압에서 디지털(1004)로의 변환은 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(1012, 1208)를 사용하여 수행된다. 필요에 따라, 차동 회로(differential circuit)(1014, 1208)가 적용될 수도 있고 ADC로부터 얻어진 값이 이전의 판독에 기반하여 교정 팩터를 사용해 보상될 수도 있다.

아날로그-디지털 변환은 변환의 최소와 최대 한계로서 기능하는 아날로그 값들 사이의 인터벌(interval)을 규정하는 두 개의 리퍼런스 전압에 의해 통제된다.

ADC 변환 정밀도(1108, 1208)를 최적화하기 위해, DAC(1110, 1211)를 사용하는 것에 의해 ADC(1108, 1208)에 의한 변환에 있어서의 허용가능한 값 범위를 각각의 인터셉트에 대해 규정하는 캘리브레이션 회로(1019)의 사용이 제안된다.

그러나, 전술한 바와 같이, 신호 판독에 있어서 터치 반응이 낮은 랜턴시(low latency)를 갖는 문제점이 내재한다. 안정적인 판독을 위해 동일한 인터셉트에서 복수 회 판독을 수행하고 그에 따라 시간이 소요되는 현재 시장에 유통되는 기술과 달리, 본 발명의 기술은 한번의 판독만을 필요로 하고, 여러 다른 기술(예를 들면, 각각의 셀에 대해 평균값의 칼리브레이션, 능동의 동적 필터 적용)을 사용하여 제어기 펌웨어 및/또는 컴퓨터 상에서 차후 변동을 보상한다.

센싱 또는 검출 회로(1003)는 매트릭스에서의 인터셉트 포인트에서의 물체의 신속성 또는 접촉을 국부적으로 검출한다.

로우로 투입되는 전기 트리거링 신호(신호 특성)(도 11, 도 12)는 웨이브 신호 생성 장치(1008, 1101, 1201)로부터 출력되고, 바람직하게는 50 내지 300KHz 사이 주파수와, 10 내지 25 볼트(평균점 0볼트에서 -5 볼트 내지 +5 볼트 또는 -12 볼트 내지 + 12볼트) 사이의 피크-투-피크 진폭을 가진 사인파 신호이다. 생성된 전자기장의 감도(sensitivity)와 범위는 신호 생성기로부터의 주파주와 진폭 변동에 의해 조절될 수 있다. 웨이브 신호 생성 회로에서, 주파수 변동는 고정 또는 가변 커패시터를 사용하여 수동으로 조절가능하고 또는 디지털 커패시터를 적용하여 디지털 방식으로 조절될 수도 있다. 동일한 회로에서, 진폭 변동은 가변 레지스터를 사용해 수동으로 조절될 수 있고, 또는 디지털 레지스터가 적용하여 디지털 방식으로 조절될 수도 있다.

신호 투입을 위한 로우 선택은 결정된 로우를 구동하고 나머지 로우는 비활성으로 유지하는("트리 상태(tri-state)", 또는 고 임피던스) 입력측 멀티플렉스 회로(inlet multiplex circuit)(1007, 1102, 1202)를 사용하여, 그 어드레싱 및 제어 인렛(inlets)의 수단에 의해 이루어질 수 있다(도 11, 12).

대안적으로, 사용되지 않은 로우는 연속적인 성분, 즉 DC(직류)를 수신하는데 이용될 수도 있다. 유사하게, 선택된 로우-컬럼 인터셉트와 연관된 최종 아날로그 신호를 취득하는 컬럼 선택 역시 멀티플렉스 회로(1010, 1103, 1203)를 사용하여 이루어질 수 있다. 멀티플렉스 회로의 출력측(1010, 1103, 1203)에서의 신호는 정류(rectification) 및 하우징 회로(1107, 1207)를 거쳐 신호의 진폭차는 전압차로 변환된다.

각각의 컬럼에서의 수신 및 증폭 회로(1009, 1104, 1105, 1106, 1204, 1205, 1206)는 RC 메쉬(RC mesh)(여기서 커패시터는 선택된 컬럼과 로우에 의해 형성됨)에 의해 하이-패스 필터 구성으로 바람직하게 형성되고, 커패시터에 대한 확산 저항(spreading resistance)(투입 주파수와 커패시터 값에 의해 계산됨)은 RC 메쉬 저항을 가진 전압 분배기를 형성하고, 비반전 모드(non-inversion mode)에서 증폭기로 공급한다. 모든 컬럼(1104, 1105, 1106, 1204, 1205, 1206)은 그들의 출력측(outlets)에서 동일한 회로를 가지며, 출력 멀티플렉서 회로(1010, 1103, 1203)에 차례로 접속된다(특정 컬럼으로부터의 출력 신호의 선택을 허용함). 이 멀티플렉서 회로(1010, 1103, 1203)는 로우-패스 필터 구성인 두 개의 RC 메쉬를 그 출력측에 구비하고, 컬럼의 출력측에서 전류의 진폭에 연관된 전압이 얻어진다(1107,1207)(정류). 후속하는 디지털 신호의 처리를 대비해서, 전압 값 또는 차동 동작의 경우 전압 차를 디지털 값으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 회로(1004)가 더 제공되고, 이는 ADC 컨버터(1012, 1108)를 이용하여 신호를 변환하고, 회로의 파워 서플라이는 기준 범위(예를 들면, 0볼트는 하위 제한으로서 5볼트는 상위 제한으로서)로서 사용되거나, 마이크로 컨트롤러(1018, 1109, 1209)에 대해 외부에 있는 구성요소 또는 프로그램(마이크로컨트롤러의 내부에 있음)에 의해 인가된 기준 전압으로서 이용된다. 필요에 따라서, 신호 변환의 레벨링을 위해, ㅊ최대 기준 범위를 만들기 위해 ADC는 차동 모드(1014, 1208)에서 사용된다(도 12).

터치 검출 동안 ADC 동작 모드임에도 불구하고, 초기화 단계(801)에서 노멀 모드(normal mode)가 사용되고, 여기서 매트릭스 인터셉션 포인트에 대한 기준 값을 가진 테이블이 얻어진다(802). 테이블은 스무딩 알고리즘(smoothing algorithms)에 사용되고, 필요에 따라서는 차동 ADC 인렛(1208)의 하나에 사용될 수 있다. 차동 모드(도 12)에 있어서, ADC(1014, 1208)는 하나의 인렛에서 선택된 컬럼으로부터의 신호를 수신하고, 다른 인렛에서는 그 인렛에서 초기화 단계(801)에서 생성되고 테이블로부터 얻어진 매트릭스 인터셉션 포인트로부터의 기준 값(1015)을 차례로 나타내는 DAC 출력(1013, 1209)을 수신한다. 아날로그 신호와 캡처된 신호 사이의 차이를 계산하기 위해, 선택된 컬럼 신호와 DAC 아웃렛에서의 기준 값 사이의 차이가 사용된다(1013, 1208).

아날로그-디지털 변환은 변환에 대한 최소와 최대 제한으로서 작용하는 아날로그 값들 사이의 인터벌(interval)을 규정하는 두 개의 기준 전압에 의해 통제된다.

ADC 변환 정밀도(1108, 1208)를 최적화하기 위해, DAC(1110, 1211)를 사용하는 것에 의해 ADC(1108, 1208)에 의한 변환에 있어서의 허용가능한 값 범위를 각각의 인터셉트에 대해 규정하는 캘리브레이션 회로(1019)의 사용이 제안된다.

주어진 그리드 특성, 전압 값(1301), 최대값(터치가 발생하지 않을 때(1305, 1306), 즉 "혼합된" 커패시터가 충전될 때), 최소값(터치가 발생할 때(1302), 즉 "혼합된" 커패시터가 방전될 때)이 각각의 인터셉트에서 상이하다.

한 쌍의 기준 값(Vref+(1304) 및 Vref-(1303))은 모든 인터셉트의 변환에 대해 배타적으로 규정되고, 규정된 인터벌은 모든 인터셉트의 모든 제한을 포함할 정도로 넓어야만 하며, 따라서 변환 정밀도는 손실된다.

각각의 인터셉트에 대한 기준 값(1303)의 결정은 차동 회로(1011)의 것과 유사하게 수행되는데, 즉 그리드에서 판독되고 초기화 단계(801)에서 생성된 값을 사용한 캘리브레이션에 의해 수행된다.

주어진 인터셉트에서의 기준 값(1303, 1304)에 대한 캘리브레이션 처리는 일련의 근사법(successive approximation)에 의해 수행되고, 유효한 ADC 판독이 얻어질 때까지 조절되는 초기 기준 전압 값을 규정한다.

유효한 값이 얻어지면, 이는 그 인터셉트에 대한 기준 전압 값의 하나로 된다. 제2 기준 전압 값은 변환(1301)에 대한 모든 신호 변동을 포함하도록 발견된 제1 기준 전압 값에 의존한다.

이들 값들은 기준 테이블에 저장되어 이들은 DAC(1110, 1211)를 사용함으로써 ADC 파라미터화(parametrization)(1108,1208)에서의 터치 검출단에서 순차적으로 사용된다.

이들 값들은 그리드 사용에 따른 동적 조정의 수단에 의해 또는 휴기 기간 중의 재 캘리브레이션에 의해 주기적으로 또는 연속적으로 업 데이트 될 수 있다.

디지털 신호 처리 회로(1005)는 또한 채용될 수도 있고, 이는 ADC(1012, 1014, 1108, 1208)의 스무딩 및 파라미터화로부터의 노이즈를 신호와 잡음 레벨에 최적인 해상도(resolution)로 감소시킨다(필요에 따라서, 기준 신호와 DAC 동작(1013, 1209))의 통제를 허용한다).

이러한 로우-컬럼 인터셉트의 판독 처리는 다음의 순차적 프로세스에 따라 모든 그리드 인터셉트에 대해 수행됨(도 9):

- 각각의 로우에 대해(907);

- 인렛 멀티플렉서(1007, 1102, 1202)에서, 희망하는 로우-컬럼 인터셉트에 대응하는 로우가 선택되고(901), 여기서 트리거링 신호가 투입됨

- 각각의 컬럼에 대해(906);

- 신호는 상응하는 로우와 컬럼 사이에 생성된 커패시터를 충전함

- 증폭단은 컬럼의 아웃렛에서 획득된 신호를 증가시킴

- 아웃렛 멀티플렉서(1010, 1103, 1203)에서, 희망하는 로우-컬럼 인터셉트에 대응하는 컬럼이 선택됨

- 멀티플렉서(1010, 1103, 1203)의 아웃렛은 정류 회로(1107, 1207)를 지나감

- 정류된 신호(902)가 ADC(1012, 1014, 1108, 1208)에 들어가고, 디지털 값으로 변환되고(903), 마이크로컨트롤러(1018, 1109, 1210)로 보내짐

- 필요 시, 그리드에서 판독된 값은 미리 처리됨(904)

- 그리드에서 판독된 값은 컴퓨터로 보내짐(905)

신호를 처리하기 위해, 펌웨어에 인코딩되고 마이크로컨트롤러(1018, 1109, 1210)를 프로그래밍하는 신호 디지털 처리 알고리즘이 사용된다. 그 후에, 통신 회로(1006)는 예를 들면 구조화된 USB 기술을 사용하여 호스트 시스템 또는 컴퓨터(1002)로 전송하기 위해 수집된 디지털 정보를 준비한다.

USB 통신은 디바이스 에뮬레이션(device enumeration)을 더 수행하여 호스트 시스템(컴퓨터)(1002)에 의해 인식되는데, 이것은 그곳에 설치된 컨트롤러(드라이버)(1016)에 느리게 연결되고 매트릭스 포인트 셋 값을 패키지로 분할하여 이들을 호스트 시스템(1002)으로 전송한다. 또한, 예를 들면,장치(1001)를 파라미터화하는 값을 포함하여 제어 패키지를 송신하고 호스트 시스템(1002)으로부터 제어 패키지를 수행하는 것에 의해 패키지의 전송 동기화가 수행된다. 이런 값들은 신호 생성 회로의 주파수와 진폭, 신호 증폭단으로부터의 일드(yield), 스무딩/신호 노이즈 감소, 아날로그-디지털 변환 정밀도(1017)와 같이 파라미터화될 수 있다.

그리드로부터 획득된 정보 처리에 대한 실시가능한 바람직한 알고리즘을 이하에 설명한다. 각각의 프레임(그리드로부터 판독하는 매트릭스)을 디지털 형태로 수신한 후에, 그런 정보의 처리는 노이즈를 감소하고 터치 포인트를 검출하며 그런 포인트의 추적을 수행하기 위해 실행된다.

이 처리는 복수의 단계로 분할되지만 이에 한정되는 것은 아니다.

터치 포인트 검출을 위한 단계:

- 임계화(thresholding): 최소값 보다 낮은 값은 잔차(residuals) 및 무효로 고려됨;

- 시간 필터 내에서 평균 이동: 각각의 위치(x,y)에서의 각각의 값은 각각의 포인트에 대한 마지막 n개 판독을 고려한 평균에 의해 수정된다. 이는 노이즈(시간적 코히런스 기반(temporal coherence basis))에 기인한 고립된 피크를 보상하기 위함임;

- 컬럼당 임계화, 임계화에 의한 검출: 주어진 회로의 특성, 특정 컬럼에서 터치가 발생할 때, 그 컬럼에서의 모든 값들은 점진적 방식(progressive manner)으로 영향을 받음. 이는 또한 오류를 증가시키고, 컬럼의 최대값의 주어진 퍼센트 이내의 값들의 제거가 수행됨;

- 스무딩: 스무딩은 간섭으로부터의 노이즈를 더 감소시키기 위해 적용될 수 있음, 따라서 공간적 코히런스(spatial coherence)가 이용됨. 가우시안 필터와 같은 로우-패스 필터, 이웃한 포인트 평균 또는 중간값은 그런 알고리즘의 일례임;

- 이용가능한 터치 영역의 식별: 이전 단계에서 수행된 필터링에 후속하여, 연관된 판독을 가진 매트릭스의 인접한 영역이 식별됨. 각각의 인접한 영역에 있어서, 그 매스(mass) 중앙부와 확장부(extension)가 계산됨. 그 값이 의미가 있다면(예를 들면, 주어진 최대 레벨 이상이라면), 매스 중앙부에 대응한 터치 포인트 발생인 것으로 고려됨;

터치 포인트 추적을 위한 단계:

- 이전 단계에서 터치 포인트로부터 정보가 검출되면, 그 추적이 행해지고, 동일한 정보가 트레일(trails)로서 저장됨;

- 초기 단계에서, 트레일은 없음;

- 터치 포인트 발생이 고립된 방식으로 발생되면 새로운 트레일로 됨;

- 후속의 시점(또는 모멘트(moment))에서, 각각의 새로운 터치 포인트는 이전 모멘트에서의 현존의 트레일에 비교됨. 만일 터치 포인트가 현존의 트레일에 충분히 가까우면 트레일에 추가됨. 만일 터치 포인트가 현존의 트레일에 충분히 가깝지 않으면 새로운 트레일로 됨;

- 각각의 모멘트에서, 새로운 포인트의 추가가 결핍된 트레인들은 최종의 것으로 고려되고 현존의 트레일들의 리스트로부터 제거됨;

새로운 트레일에서의 정보, 새로운 포인트 추가 및 트레일의 끝은 상이한 어플리케이션으로 전송될 수도 있고, 즉 그런 이벤트의 어플리케이션을 알리는 오퍼레이팅 시스템 이벤트로서 또는 알려진 통신 포트로부터의 어플리케이션에 의해 판독되는 명령어 시퀀스로서 전송될 수도 있다.

본 발명은, 그리드와 접촉된 또는 그 근방의 복수 물체의 검출을 허용하고 동시적으로 그리드 상에서의 공기 및 증기(이하 입김(또는 블로우(blow)라고 함)의 발산 검출을 허용하기 위한, 용량성 그리드로의 공기 및/또는 증기 발산(이하 입김(또는 블로우(blow)라고 함)의 영향(도 18)과 용량성 그리드 상에서의 전하 변동의 판독 방법에 대해 기술한다.

터치 검출 및 공기 및/또는 증기 발산(exhalation) 검출은 동시적으로 또는 독립된 동작으로 수행될 수 있다.

커패시터 특성 및 용량성 전하에 포함된 이론에 따르면, 그리드상에서의 하나 이상의 물체의 터치 또는 접근(approaches)의 검출은 그러한 접근 또는 터치에 의해 유도된 용량성 전하의 변동에 기반한다.

손가락, 손, 또는 한명 이상의 사람에 의해 다루어지는 기타 물체와 같은 물체들은 그라운드 리드 방식으로 커패시터(105')를 "혼합된" 커패시터(104')(로우와 컬럼 사이에 형성됨)에 추가하고, 따라서 결과적으로 혼합된 커패시터(104')의 전하 용량이 감소되고, 따라서 "혼합된" 커패시터 출력(104',204')에서의 전류 값이 휴기 상태에 있던 전류 값에 비교하여 낮게 판독된다.

추가 커패시터가 변경되면, 이는 혼합 커패시터(206', 303', 404', 405')와의 병렬 접속되어 있으므로, 그 전하 용량을 증가하면 후자는 부스트되고, 즉 휴기 상태(추가 커패시터가 없음)에 있는 전류에 비교하여 혼합 커패시터의 아울렛에서 전류 값의 증가가 그 방전 동안에 가능하게 된다. 그러한 구성, 추가 커패시터가 혼합 커패시터에 접속된 구성은, 예를 들면 전기적으로 양성이고 그라운드 리드가 없는 바디(304',406')로부터의 근접 또는 터치에 의해 얻어질 수 있다(도 16, 도 17).

본 발명의 범위 내에서, 비그라운드 리드를 가지며 통상적으로 전기적으로 양성인 바디(205')는 생명체(예를 들면, 인간)으로부터, 또는 증발기(vaporizer) 또는 기타 장치 또는 이온화 가능한 액체로부터의 입자 마찰 수단에 의해(예를 들면, 획득된 증기 내의 물 입자) 얻어진 덩어리를 전기적으로 충전하는 시스템으로부터 나와 생성되는 공기 및/또는 증기로서 이해된다.

일반적인 상황에서, 정적인 전하는 양성이지만, 환경의 요구에 따라 본 발명은 음성 전하를 검출하도록 용이하게 구성될 수도 있다.

따라서, 인간의 숨 내쉼(또는 발산(exhalation))을 예로 들면, 숨을 내쉬거나 입김을 부는 것에 의해 물 입자와 폐포(pulmonary alveolus)로부터 입까지의 경로를 따른 벽 사이에서 일어나는 마찰에 기인하여 양성으로 대전된 증기 덩어리가 생성된다.

이러한 증기 덩어리가 용량성 그리드에 직접 닿으면, 증기 덩어리에 의해 영향 받는 그리드 위치상의 전하 용량이 증가하고, 따라서 그 위치에 대응하는 "혼합" 커패시터의 아웃렛에서의 전류 값이 증가한다.

이어서, 증기 덩어리에 의해 영향을 받은 그리드 위치에서 전하 용량은 증발에 따라 고정된 값으로 복귀한다. 용량성 그리드상으로의 발산 검출은 수평 및 수직 측정 시스템의 경우 그리드를 형성하는 로우와 컬럼 내에 존재하는 용량성 전하를 측정하거나, 포인트-투-포인트 측정 시스템의 경우 용량성 그리드를 형성하는 로우와 컬럼에 존재하는 용량성 전하를 측정하는 것으로 수행된다.

수평 및 수직 측정 시스템의 일례는 로우와 컬럼을 독립된 커패시터로서 고려한 회로일 수 있고, 따라서 로우와 컬럼에 대한 값을 획득한다. 그리드 판독이 (그들 사이의 각각의 인터셉트 포인트에 존재하는 값을 대신하여) 각각의 로우와 각각의 컬럼에 존재하는 그런 전하 값으로 제한되는 것으로 하면, 하나의 터치가 획득된다(또는 펌웨어 또는 소프트웨어의 도움으로 두개의 터치도 동시적으로 가능함). 발산 또는 덩어리 검출의 경우, 하나의 로우(또는 그 이상의 연이은 로우)와 하나의 컬럼(또는 그 이상의 연이은 컬럼)은 터치 검출 결과 뿐만 아니라 그런 위치의 좌표까지 지시하기 때문에 이들이 그리드와 충돌하는 위치를 획득하는 것이 가능하다. 터치와 발산 사이의 구별은 어느 하나로부터의 결과가 다른 하나의 결과와 반대된다는 사실에 기반하는데, 즉, 터치가 휴기(idle) 상태 값 보다 낮은 값을 리턴한다면, 덩어리의 발산은 그 반대로 휴기 상태 값 보다 높은 값을 리턴한다.

포인트-투-포인트 측정 시스템의 일례는 로우와 컬럼 사이의 인터셉트를 혼합된 커패시터로서 고려한 회로일 수 있고, 따라서 각각의 인터셉트에 대한 값을 획득하고 최종적으로 값 매트릭스가 획득된다. 이러한 판독법은 복수의 동시적 터치의 직접 검출을 허용한다. 발산 또는 덩어리 검출의 경우, 전하 용량 추가 효과가 전체 컬럼(또는 혼합 커패시터의 아웃렛 측에 대응하는 로우)에 추가되기 때문에, 직접적인 위치 대신에 이들이 그리드와 충돌한 컬럼(또는 로우)을 인식하는 것이 가능하다. 다음으로, 그러한 제한을 극복하기 위해 멀티플렉스 또는 스위칭 방법이 사용될 수 있다. 터치와 발산 사이의 구별은 어느 하나로부터의 결과가 다른 하나의 결과와 반대된다는 사실에 기반하는데, 즉, 터치가 휴기(idle) 상태 값 보다 낮은 값을 리턴한다면, 덩어리의 발산은 그 반대로 휴기 상태 값 보다 높은 값을 리턴한다.

검출 시스템이 사용됨에도 불구하고, 덩어리 발산 강도는 판독 값의 수신 시스템 내의 히스토리 수단에 의해 직접적으로 얻어지고, 그 방향성(direction)이 얻어진다. 따라서 블로우 검출로부터 얻어진 데이터(이동, 주기, 강도, 방향, 위치 등)는 호스트 시스템 또는 신호 수신 시스템내에 미리설정된 패턴 및 시수턴스를 사용하여 액션(actions) 또는 제스처(gestures)로 번역된다. 검출 시스템으로부터 데이터를 수신하는 소프트웨어 또는 하드웨어는 그러한 패턴 및 시수턴스를 사용하여 수신 시스템으로 보내질 액션을 결정하고, 이들은 다른 어플리케이션 또는 시스템과 상호작용하도록 사용된다.

(바람직한 실시예)

실제 사용중인 대부분의 상호작용 검출 시스템들은 터치 인터액션 방식(직접방식: 손가락, 손; 간접방식: 펜, 포지션 오브젝트(position objects)), 시각 검출(visual detection)(카메라, 감지 센서 등), 그 이외의 것들(온도 또는 초음파 센서 등)에 배타적으로 기반한다. 일부의 사람들은 이들 시스템들이 특정 형태의 검출 또는 상호작용을 위해 일반적으로 설계됨을 인지하고, 따라서 상이한 방법의 검출과 상호작용에 대해 이들은 다양한 시스템을 사용하기를 바란다.

본 발명은 용량성 그리드의 근방에서 생성된 전자기장의 판독하고, 상기 그리드와 접촉하거나 그 근방에 있는 복수 물체를 검출하는 것을 허용하는 동시에 상기 그리드 상으로의 공기 및/또는 증기(이하 입김 또는 블로우)의 발산 검출을 허용하고, 얻어진 데이터에 대해 여러 특성들 중 블로우 이동, 주기 그리고 강도를 반영하여 호스트 시스템 또는 수신 시스템 내의 액션 또는 액션 제스처로 번역하는 것에 대해 게시한다.

본 발명은, 용량성 그리드로의 공기 및/또는 증기 발산(이하 블로우)의 영향과, 용량성 그리드 상에서 기인하는 전하 변동의 판독 방법에 대해 게시하고, 또한 그라운드 리드를 가지거나 그라운드 리드를 가지지 않은, 그리드와 접촉되거나 그 근방에 있는 복수 물체의 검출을 허용하고 동시적으로 그리드 상에서의 공기 및 증기(이하 블로우라고 함)의 발산 검출을 허용하는 것에 대해 게시한다.

본 발명은 용량성 현상에 기반한 전자 기술을 사용하여 인간/컴퓨터 상호작용 분야에서 바람직하게 응용가능하다.

본 발명은 전기 전자 시스템과 사용자 사이의 상호작용 능력을 향상시킴에 있어 유용하고, 터치 검출 시스템과의 공존(coexistence)을 허용하며, 다양한 동시 상호작용 방법(터치 및 공기 및/또는 증기 발산이 발견될 수 있음)을 지닌 시스템을 제공하여 상이한 방법으로부터 검출/상호작용(동시적 또는 비동시적임)을 허용하거나 필요로 하는 시스템에서의 그 응용 가능성을 더 제공한다. 이들 시스템은 오락 환경, 제어 환경, 그리고 측정 환경에 적용되거나 물리적 장애를 지닌 개인에게도 도움이된다.

또한 본 발명은 블로우 검출로부터 여러 특성들 중 이동(movement), 주기(duration), 및 강도(intensity)를 반영한 데이터를 어떻게 액션 또는 액션 제스처로 호스트 시스템이나 수신 시스템에 번역할 것인지에 대해 게시한다.

본 발명에 따르면, 전기적으로 대전된 공기 또는 증기의 검출이 가능하고, 또한 동일한 시간에서 방출된 공기 또는 증기 덩어리의 세기, 방향, 위치의 검출을 접촉 검출로서 가능하게 한다. 따라서 본 발명은 시스템과 사용자 사이의 상호 작용을 향상시키고, 검출/상호작용(옵션으로는 동시적으로)에 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용량성 그리드를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 각각의 로우 및/또는 컬럼 트레일을 중복시켜 넓은 커버리지 영역을 허용하게 한 대안적인 그리드를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 각각의 로우 및/또는 컬럼에 대해 지그재그형 트레일의 수단에 의해 넓은 커버리지 영역을 허용하게 한 대안적인 그리드를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 각각의 로우 및/또는 커럼에 대한 폭과 연관된 전도성 트레일에 의해 넓은 커버리지 영역을 허용하게 한 대안적인 그리드를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 로우와 컬럼의 금속 와이어를 가진 그리드 섹션을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 로우 및 커럼의 전도성의 투명 트레일을 가진 그리드 섹션을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 각각의 로우-컬럼 인터셉트에 대한 등가 회로를 개략적으로 도시한 도면으로서, 선택된 로우와 컬럼 사이의 직접 커패시터, 선택된 로우와 컬럼 그리고 인접한 로우와 컬럼 사이의 커패시터, 및 인접한 컬럼과 로우와 뒤따른 로우와 컬럼 사이의 커패시터에 대응하는 등가의 "혼합" 커패시터가 배열되고, 손가락과 같은 물체의 근방에 대응하여 그러한 혼합 커패시터에서의 변동에 등가인 커패시터가 도시된 도면.
도 8은 시스템의 전체 동작 방법을 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 용량성 그리드의 판독 방법을 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 용량성 그리드의 컨트롤러와 각각의 호스트 컴퓨터 프로세싱을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 용량성 그리드의 신호 제어 및 처리 회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 용량성 그리드의 신호 제어 및 처리 회로를 개략적으로 도시한 도면으로, 차동 동작에 대해 아날로그-투-디지털 DAC 변환기 옵션(1209)을 제공하는 것을 나타낸 도면.
도 13은 최소 기준 전압(1303)과, 최대 기준 전압(1304)과, 변환되는 신호 (1301), 터치에 따른 전압(1302), 터치가 없을 때 전압(1305, 1306)에 대응하는 전압 레벨을 개략적으로 도시한 도면.
도 14는 물체가 그리드와 접촉하거나 인접할 때 물체의 검출을 개략적으로 도시한 도면.
도 15는 그리드 상에 블로우의 발산 검출을 개략적으로 도시한 도면.
도 16은 포인트-투-포인트 검출 시스템에서 그리드 상의 발산 전기 특성을 개략적으로 도시한 도면.
도 17은 수평 및 수직 검출 시스템에서 그리드 상의 발산 전기 특성을 개략적으로 도시한 도면.
도 18은 용량성 그리드 상에서의 공기 및 증기(블로우)의 발산 효과를 개략적으로 도시한 도면.
도 19는 포인트-투-포인트 검출 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 20은 수평 및 수직 검출 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 21은 스위치를가진 포인트-투-포인트 검출 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 22는 데이터 패턴 또는 시퀀스의 예의 표준 세트를 개략적으로 도시한 도면.

(추가의 바람직한 실시예)

본 발명은 보호 및/또는 지지 물질(101', 201') 내에 전도성 물질로 설계된 로우(102', 202')와 컬럼(103', 203')으로 형성되는 용량성 그리드로의 공기 및/또는 증기 발산(이하 블로우)의 영향과, 용량성 그리드 상에서 기인하는 전하 변동의 판독 방법과, 그에 따른 그리드와 접촉되거나 그 근방에 있는 복수 물체의 검출(도 14)을 허용하고 동시적으로 그리드 상에서의 공기 및 증기(이하 블로우라고 함)의 발산 검출(도 15)을 허용하는 것에 대해 게시한다.

터치의 검출(도 14) 그리고 공기 및/또는 증기 발산 검출(도 15)은 동시적으로 또는 독립된 동작으로 수행될 수 있다.

본 발명의 범위 내에서, 그라운드 리드가 없고 전기적으로 양성인 바디는 생명체(예를 들면, 인간) 또는 증발기(vaporizer) 또는 이온화 가능한 입자 마찰에 의해 얻어진 덩어리(예를 들면 액체(503'))를 전기적으로 대전하는 기타 장치 또는 시스템으로부터 나오는 증기 덩어리(505')로서 이해되어야 한다(예를 들면 획득된 증기 내의 물 입자).

수평 및 수직 검출 회로(도 20)에 있어서, 전하 투입 및 검출은 하나의 극(702', 703') 내에서 병행되고, 따라서 로우의 한쪽을 상기 극에 연결하여 그리드(701')로부터의 로우의 판독을 허용한다. 동일한 과정이 컬럼에도 적용된다. 현재의 배열에서, 터치의 경우, 센싱은 로우(706') 마다 그리고 컬럼(705') 마다 수행되기 때문에(인터셉트 포인트 마다 수행되는 대신에) 하나의 동시적인 터치를 직접 검출하는 것이 가능하다(그러나, 특정 펌웨어나 소프트웨어를 통해 더 많은 터치를 간접적으로 검출하는 것은 가능함).

따라서 블로우(704')가 그리드(701') 상의 위치(704')에 가해지면, 그 위치를 통해 지나는 그리드(403') 상의 컬럼(401')과 로우(402')는 덩어리 증발이 완료될 때까지 증가된 전류 값을 갖게 된다.

그리드 상의 위치에서의 그러한 블로우의 결과로서, 하나 또는 그 이상의 그리드 판독 동안 전류 값 벡터(컬럼 값에 대응하는 하나의 벡터와 로우 값에 대응하는 다른 하나의 벡터)는 컬럼과 로우를 매트릭스 평균 이상의 값으로 증가시킨다.

이들 벡터를 교차시킴으로써, 2 차원 시스템이 얻어지는데, 즉 충돌 지점 또는 덩어리와 그리드 사이의 영역의 좌표가 얻어진다.

영향을 받는 컬럼과 로우의 수는, 즉 영향을 받는 영역은 몇 가지의 요소에 의존하는데, 덩어리 이동 속도, 덩어리 발산 지점(입)과 용량성 그리드 사이의 거리, 덩어리 부피, 충돌후 덩어리에 의해 영향 받는 용량성 그리드 상의 면적을 예로 들 수 있다.

포인트-투-포인트 측정 회로(도 19)는 2차원의 공간에서 전기적으로 대전된 증기 덩어리의 검출을 허용한다.

포인트-투-포인트 검출 회로에서, 신호 투입(602')은 로우에서 수행되고, 센싱(603')은 컬럼에서 수행된다. 이 구성에서, 덩어리 증발(604')에는 시간이 필요하기 때문에, 덩어리에 의해 충돌된 컬럼은 완전한 증발까지 전체적으로 영향을 받고(덩어리 증발 시간은 컬럼 인터셉트 판독에 요구되는 시간보다 길다), 센싱 회로는 그리드(302')의 컬럼(301')(즉, 혼합 커패시터 아웃렛 상의 폴에)에 주로 연결되고, 이런 컬럼과 투입 로우 사이의 모든 인터셉트는 센싱 회로(603')에서 후속하여 얻어지는 전류 값에 있어서 증가될 것이다. 따라서, 블로우(604')가 그리드(601') 상의 위치에 인가되면, 그 위치를 지나는 컬럼 인터셉트는 덩어리 증발이 완료될 때 까지 증가된 전류 값을 가지게 된다.

그리드(601') 상의 위치에서의 그러한 블로우(604')의 결과로서, 로우와 컬럼 인터셉트에 대응하는 전류 값 벡터 매트릭스는 하나 이상의 그리드 판독 동안, 매트릭스 평균 이상의 값으로 컬럼을 증가시킨다.

영향을 받는 컬럼과 로우의 수는, 즉 영향을 받는 영역은 몇 가지의 요소에 의존하는데, 덩어리 이동 속도, 덩어리 발산 지점(입)과 용량성 그리드 사이의 거리, 덩어리 부피, 충돌후 덩어리에 의해 영향 받는 용량성 그리드 상의 면적을 예로 들 수 있다.

따라서 포인트-투-포인트 측정 회로(도 19)는 하나의 차원 공간(컬럼 축에서만) 내에서 용량성 그리드(601', 801') 내의 전기적으로 대전된 증기 덩어리(604', 804')의 검출을 허용한다. 2차원 공간 내에서의 검출을 위해, 회로와 개별의 소프트웨어는, 로우와 컬럼 사이를 스위칭하는 것에 의해, 트리거링 신호 투입(802')은 로우와 컬럼에서 수행되고 센싱(803')(또는 포착)은 컬럼과 로우에서 각각 수행되도록 변경될 수도 있다(도 21). 그리드로부터 두 개의 연속된 판독이 이루져서, 그리드 내에 2차원 공간을 생성하기에 충분한 데이터 판독이(이전 설명했던 바와 같이 컬럼과 로우를 교호적으로) 얻어지고, 하나 이상의 덩어리가 용량성 그리드에 충돌하면, 하나(또는 그 이상)의 컬럼 및 하나(또는 그 이상)의 로우가 충전된다. "충전된" 로우와 컬럼 사이의 인터셉트는 덩어리가 용량성 그리드와 접촉한 포인트 또는 영역을 지시한다.

일차원 또는 이차원 공간에서, 수직 및 수평 측정 회로 또는 포인트-투-포인트 회로에 의해 판독이 수행되더라도 소프트웨어를 거쳐서(예를 들면, 용량성 그리드로부터의 판독의 히스토리 수단에 의해) 덩어리의 작용 시간(actuation time), 덩어리의 방향, 덩어리의 크기, 덩어리의 압력, 이동 및 강도 패턴과 같은 다른 데이터가 얻어질 수 있다.

블로우 검출로부터 이렇게 얻어진 데이터(예를 들면, 이동, 덩어리의 기간 또는 작용 시간, 크기 또는 강도, 방향, 위치 등)는 미리설정된 패턴 및 시퀀스를 사용하여 호스트 시스템 또는 신호 수신 시스템 내에 액션 또는 액션 제스처로 번역된다. 획득된 데이터의 이런 패턴 또는 시퀀스는 그리드를 따른 덩어리의 이동, 덩어리가 작용하는 시간 동안의 강도 차이, 덩어리 이동의 방향 등일 수도 있다. 검출 시스템으로부터 데이터를 수신하는 소프트웨어 또는 하드웨어는 이러한 패턴과 시퀀스를 사용하여 수신 시스템으로 보낼 액션을 판정하고, 시스템은 다른 어플리케이션 또는 시스템과 상호작용하기 위해 이들을 사용할 수도 있다. 패턴과 시퀀스는 블로우 검출로부터 얻어진 데이터로부터 주로 생성되고, 블로우 검출로부터의 데이터와 터치 검출로부터의 데이터의 조합일 수도 있다.

패턴 또는 시퀀스는 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어에 미리정의될 수도 있고, 검출 시스템 및/또는 호스트 시스템 내에 통합된 어플리케이션 또는 통합된 시스템에 의해 변경되거나 프로그램될 수도 있으며, 따라서 패턴 또는 시퀀스는 사용시 검출 시스템에서 원하는 액션으로 환경 또는 물리적 제한에 맞게 조절된다. 새로운 패턴 및 시퀀스는 액션 범위나 제스처 응답을 향상시키도록 추가될 수도 있고, 이미 존재하는 패턴이나 스퀀스를 변경하고 제거될 수도 있다.

패턴 또는 시퀀스에 의해 부스트되는 액션 또는 액션 제스처는 포인터 이동(예를 들면 마우스 포인터) 키 액션 또는 특성 전송(예를 들면 슬라이드, 스크롤, 스위블, 증가 및 감소, 줌, 회전), 어플리케이션의 실행 및 중지, 어플리케이션 사이의 데이터 교환, 시스템 사이의 데이터 교환, 그리고 어플리케이션과 로컬의 시스템 또는 원격 접속 시스템 사이의 데이터 교환일 수도 있다.

본 발명은 각각이 하나의 액션 또는 그와 연관된 액션 제스처들을 가진 데이터 패턴 또는 시퀀스(도 22)의 표준 세트를 정의한다. 이들 액션들 또는 액션 제스처들은 인터페이스 시스템에서 표준 명령이고, 예를들면 우측으로의 블로우 이동("슬라이드/스크롤 라이트" 명령)(901'), 좌측으로의 블로우 이동("슬라이드/스크롤 레프트" 명령)(902'), 단일 블로우("클릭" 명령)(903'), 강한 단일 블로우("프레스(press)" 명령)(904'), 이중 블로우("더블 클릭" 명령)(907'), 강한 이중 블로우("클릭 앤드 프레스" 명령)(908'), 우측으로의 블로우 이동에 이은 좌측으로의 블로우 이동("슬라이드/스크롤 라이트-레프트" 명령)(905'), 좌측으로의 블로우 이동에 이은 우측으로의 블로우 이동("슬라이드/스크롤 레프트-라이트" 명령)(906'), 좌측으로의 블로우 회전("좌회전" 명령)(909'), 우측으로의 블로우 회전("우회전" 명령)(910'), 블로우 지속기간/세기("X초 프레스" 명령)(911'), 강한 블로우 지속기간/세기("X초 높은 프레스" 명령)(912'), 아래로의 블로우 이동("슬라이드/스크롤 다운" 명령)(913'), 위로의 블로우 이동("슬라이드/스크롤 업" 명령)(914'), 블로우에 의한 실행취소(undo)("언두" 명령)(915'), 블로우에 의한 재실행(redo)("리두" 명령)(916'), 블로우에 의한 증가("줌인" 명령)(917'), 블로우에 의한 감소("줌아웃" 명령)(918')와 같다. 그러나 이들 데이터 패턴들 또는 시퀀스는 그와 연관된 것을 변경하도록 전술한 검출 시스템 및/또는 호스트 시스템 내에 통합된 어플리케이션 또는 시스템을 사용하여 다른 연관된 액션이나 액션 제스처를 가질 수도 있다.

명확하게, 이들 블로우와 각각의 액션들은 용량성 그리드를 포함하여, 블로우 또는 공기 덩어리 및 그 위치를 검출할 수 있는 다른 장치에 연결될 수 있다.

전술한 것에 더하여, 하나의 예는 포인트-투-포인트 측정 회로에 대해 기술하는 PT104765호에 기재되어 있는 회로의 구성을 고려할 수 있으며, 휴기 상태에서의 대응 값 이상의 값 판독을 허용하기 위해 아날로그-디지털 변환 범위로부터 기준 범위를 변경한 후, 일차원(순수하게 컬럼축 상에서) 공간 내에서 전기적으로 대전된 증기 덩어리를 검출할 수 있다. 2차원 공간에서의 검출을 위해, 회로와 소프트웨어가 각각 변경될 수 있으며 그에 따라 트리거링 신호 투입은 로우와 컬럼에서 수행되고, 센싱(또는 포착)은 각각 컬럼과 로우에서 수행된다. 용량성 그리드로부터의 두 개의 연이은 판독됨에 따라(이전 설명했던 바와 같이 컬럼과 로우를 교호적으로), 2차원 공간의 생성하기에 충분한 데이터 얻어지고, 하나 이상의 덩어리가 용량성 그리드에 충돌하는 경우, 하나(또는 그 이상)의 컬럼 및 하나(또는 그 이상)의 로우가 "충전"된다. "충전된" 로우와 컬럼 사이의 인터셉트는 덩어리가 용량성 그리드와 접촉한 포인트 또는 영역을 지시한다.

본 발명은 전술한 실시예에 의해 제한되는 것은 아니며 본 발명의 범위 내에서 각종 다양한 변경 및 변형이 가능하며, 따라서 본 발명은 이하 첨부된 특허청구범위에 의해 제한되어야만 한다.

Claims (18)

1. 표면, 적어도 두개 세트의 컨덕터를 포함하는 설계(designated) 용량성 그리드, 및 손가락과 같은 물체(710)의 접근 또는 접촉 동안 상이한 두 개의 세트의 컨덕터 사이의 교차점에서의 용량 변화를 검출하는 회로를 포함하는 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치로서,
   a) 하나의 트랜스미터로서,
   i) 시변 신호 투입기(1008);
   ii) 신호가 투입될 제1 세트로부터의 컨덕터를 선택하기 위한 디멀티플렉서(1007);를 포함하는 트랜스미터;
   b) 신호 수신기 및 검출기로서,
   i) 투입된 신호가 검출되는 제2 세트로부터 다른 컨덕터를 선택하기 위한 디멀티플렉서(1010);
   ii) 신호 증폭기(1009);
   iii) 변조된 신호 진폭의 변동을 하나의 전압으로 변환하는 복조기;
   iv) 전압을 숫자 판독(numeral reading)으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(1012);를 포함하는 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 아날로그-디지털 변환기(1012)는 각각의 컨덕터 쌍 인터셉트의 하나 이상의 선판독값(prereadings)에 비교하여 차동 모드에서 동작하도록 구성된 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치.
   
3. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 아날로그-디지털 변환 기준은 둘 이상의 선판독값으로부터 얻어진, 각각의 컨덕터 쌍 인터셉트에 대해 최소값(1303) 및 최대값(1304)의 두 개의 전압을 포함하는 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치.
   
4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 투입 신호는 50 내지 300KHz 사이의 평균 널값(null value) 또는 널 제곱 평균값(null root-mean-square)과 10 내지 24 볼트 사이의 피크-투-피크 진폭을 가진 교류 사인파 신호인 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치.
   
5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 신호 수신기의 복조기는 정류기와 두개의 선택된 컨덕터 사이에서 그 소유의 커패시티를 사용하는 저항-용량성 RC 하이-패스 필터를 추가적으로 더 포함하는 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치.
   
6. 전술한 어느 한 항에 있어서,
   상기 신호 트랜스미터 회로는 신호가 주어진 하나의 컨덕터에 투입될 때 남은 컨덕터가 디스커넥트되거나, 높은 임피던스하에서 유지되거나 연속적으로 안정적인 전압에 유지되도록 구성된 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치.
   
7. 전술한 어느 한 항에 있어서,
   장치의 구성요소는 전체적으로 또는 부분적으로 투명하고, 상기 용량성 그리드(111)의 상부에 배열되는 스크린을 더 포함하는 용량성 그리드에서 멀티포인트 검출을 위한 장치.
   
8. 액션은 공기, 증기 또는 블로우 덩어리(504')의 압력, 세기, 치수, 방향, 위치, 이동 패턴 및 시퀀스, 지속시간 또는 속도 시간에 의해 결정되고, 오락, 제어 및 측정 어플리케이션, 또는 장애인을 위한 어플리케이션 용도로 사용되는 전술한 어느 한 항에 기재된 장치의 사용 방법.
   
9. 표면으로의 손가락 또는 공기 덩어리와 같은 물체(710)의 접근 또는 접촉에 따라 또는 표면으로의 트레일을 따른 손가락 또는 공기 덩어리와 같은 물체(710)의 접근 또는 접촉에 따라, 각각이 두개의 독립된 전기 컨덕터 사이에 배열되어 있는 하나 이상의 교차점(112) 근방에서 용량 변화를 검출하는 것을 포함하고, 설계된 용량 그리드(111)가 적어도 두개 세트의 컨덕터(101-105, 106-110)를 포함하고 있는, 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법에 있어서,
   - 제1 세트의 컨덕터로부터 제1 컨덕터(901)를 선택하는 단계;
   - 시변 신호를 투입하는 단계;
   - 제2 세트의 컨덕터로부터 제1 컨덕터(901)를 선택하는 단계;
   - 제2 컨덕터에서 얻어진 변조 신호(902)의 진폭을 획득하기 위해 증폭 및 복조하는 단계;
   - 신호를 디지털로 변환하고 처리 단계(903)로 전송하는 단계;
   - 제2 세트의 컨덕터 사이에서 제2 컨덕터를 더 선택하고, 제1 컨덕터(906)에 대응하는 충분한 정보가 얻어질 때 까지 반복하는 단계;
   - 제1 세트의 컨덕터 사이에서 제1 컨덕터를 더 선택하고, 용량성 그리드에 대응하는 충분한 정보가 얻어질 때 까지 반복하는 단계를 포함하는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
   
10. 전술한 어느 한 항에 있어서,
    아날로그-디지털 변환기(1208)는, 두개 이상의 선판독값으로부터 얻어진 각각의 커패시터 쌍 인터셉트에 대해 독립인 최소값 및 최대값의 두개의 전압을 상기 아날로그-디지털 변환의 기준(1211)으로 사용하여, 각각의 컨덕터 쌍 인터셉트의 하나 이상의 선판독값(prereadings)에 비교한 차동 모드(1209)에서 동작하는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 투입 신호는 50 내지 300KHz 사이의 평균 널값(null value) 또는 널 제곱 평균값(null root-mean-square)과 10 내지 24 볼트 사이의 피크-투-피크 진폭을 가진 교류 사인파 신호인 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    그리드로부터 디지털 판독을 수신한 후, 처리는
    a) 임계화(thresholding) 단계 - 최소값 보다 낮은 값은 잔차(residuals) 및 무효로 고려됨 - ;
    b) 시간 필터 내에서 평균 이동 단계 - 각각의 위치에서의 각각의 값은 시간 코히런스 기반(temporal coherence basis)에서 위치로부터의 최후 판독을 고려한 평균에 의해 수정됨 - ;
    c) 컨덕터 세트 당 임계화 단계 - 상기 세트의 최대값 퍼센트 보다 낮은 값은 무효로 고려함 - ;
    d) 스무딩 단계 - 필요에 따라 가우시안 필터와 같은 로우-패스 필터, 이웃한 포인트 평균 또는 중간값과 같은 스무딩이 공간적 코히런스(spatial coherence) 기반에 적용됨; 중 하나 이상의 단계를 포함하는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그리드(502')에서의 용량(206') 변화의 위치를 검출하는 것에 의해 공기, 증기 또는 블로우 덩어리(504')의 압력, 세기, 치수, 방향, 위치, 이동 패턴 및 시퀀스, 지속시간의 검출을 포함하는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    인위적(manipulated)이거나 인위적이지 않은, 인체의 일부분 또는 물체(105')와 같이 그라운딩 리드(grounding lead)을 가진 엘리먼트, 또는 공기, 증기 또는 블로우 덩어리(205')와 같이 그라운딩 리드가 없고 전기적으로 양성인 엘리먼트의 접촉 및/또는 접근을 검출과; 용량의 감소 또는 증가에 의해 이들의 이격됨의 통보를 포함하는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘리먼트는 동시적으로 또는 하나의 시퀀스로의 검출과, 용량의 감소 또는 증가에 의해 이들의 이격됨의 통보를 포함하는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기, 증기, 또는 블로우 덩어리(504')의 대응하는 미리설정된 작용(actuation)이 검출될 때 액션이 결정되는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    인체의 일부분 또는 물체(105')와 같은 그라운딩 리드를 포함하는 엘리먼트의 접촉 및/또는 접근이 추가로 검출될 때 액션이 더 결정되는 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.
    
18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기, 증기 또는 블로우 덩어리의 이동 패턴과 미리설정된 작용과 연관된 액션 또는 인체의 일부분 또는 물체의 접근 및/또는 접촉의 유무와 연관된 액션의 정의를 포함하고, 이 정의는,
    a. 포인터 이동, 키 작용(key actuation) 및/또는 특성 전송(character transmission);
    b. 인터페이스 시스템으로의 주문 - 슬라이드, 스크롤, 스위블, 증가 및 감소, 줌 및/또는 회전 주문 -;
    c. 어플리케이션의 실행 및 중지, 어플리케이션 사이의 작동 정보와 데이터 교환 및/또는 시스템과 어플리케이션 사이의 작동 정보 및 데이터 교환;
    d. 우측으로의 블로우 이동(901'), 좌측으로의 블로우 이동(902'), 단일 블로우 - "클릭" 명령(903'), 강한 단일 블로우 - "프레스(press)" 명령(904'), 이중 블로우 - "더블 클릭" 명령(907'), 강한 이중 블로우(908'), 우측으로의 블로우 이동에 이은 좌측으로의 블로우 이동(905'), 좌측으로의 블로우 이동에 이은 우측으로의 블로우 이동(906'), 좌측으로의 블로우 회전(909'), 우측으로의 블로우 회전(910'), 블로우 세기를 가진 지속 시간의 연관 명령(911'), 강한 블로우 세기를 가진 지속 시간의 연관 명령(912'), 아래로의 블로우 이동(913'), 위로의 블로우 이동(914'), 블로우에 의한 실행취소(undo)(915'), 블로우에 의한 재실행(redo)(916'), 블로우에 의한 증가(917'), 블로우에 의한 감소(918');
    중 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 용량성 그리드 내에서 멀티포인트 검출을 위한 방법.

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