KR20120093190A - 보상 신호 프로파일을 갖는 터치 표면 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 투과 패널의 터치 표면상의 적어도 하나의 물체의 위치를 판단하기 위한 장치, 방법, 및 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다. 상기 방법은 광을 패널 내로 유도하여 터치 표면 및 반대 표면 사이에서 내부 반사에 의해 광을 전파하는 단계; 상기 패널에서 전파되는 광을 수신하는 단계; 및 반복적으로, i) 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 현재 신호 프로파일(Si)을 결정하고(401) ii) 조건 만족 시, 상기 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하고(403), iii) 현재 보상된 신호 프로파일(Ti)을 상기 배경 신호 프로파일(Srefj) 및 현재 신호 프로파일(Si)의 함수로 계산하고(405), iv)상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉하여 상기 패널 내로 전파되는 광을 감쇠시킬 때, 상기 위치를 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)의 함수로 결정하는 단계(406)를 포함한다.

Description

보상 신호 프로파일을 갖는 터치 표면{TOUCH SURFACE WITH A COMPENSATED SIGNAL PROFILE}
본 발명은 터치 표면상의 물체의 위치를 감지하는 기술에 관한 것이다. 상기 터치 표면은 터치 패널의 일부일 수 있다.
관련 출원에 대한 참조
본 출원은 2009년 9월 2일 출원된 스웨덴 특허 출원 제0950628-8호, 2009년 9월 2일 출원된 미국 가출원 특허 제61/272219호, 2009년 10월 19일 출원된 스웨덴 특허 출원 제0950767-4호, 및 2009년 10월 19일 출원된 미국 가출원 특허 제61/272666호의 우선권을 주장하며, 이들 특허들은 여기에 참조로 포함되어 있다.
입력 데이터를 컴퓨터, 전자 측정 및 테스트 장비, 게임기 등에 제공하기 위해 터치 패널이 광범위하게 사용되고 있다. 상기 패널은 사용자가 예를 들어, 포인터, 스타일러스, 또는 하나 이상의 손가락을 이용하여 상호 작용하기 위한 그래픽 유저 인터페이스(graphical user interface, GUI)를 구비할 수 있다. 상기 GUI는 고정적이거나 동적일 수 있다. 고정 GUI는 상기 패널의 상부, 하부, 또는 내부에 위치한 인쇄물의 형태일 수 있다. 동적 GUI는 상기 패널과 일체이거나 그의 하부에 위치한 표시 화면에 의해 제공되거나 프로젝터에 의해 상기 패널 상으로 투사된 영상에 의해 제공될 수 있다.
패널에 터치 감응성을 부여하기 위해 널리 알려진 기술로는, 예를 들어, 패널상의 터치 지점으로부터 산란된 광을 포착하기 위한 카메라를 사용하거나, 저항성 와이어 격자, 용량성 센서, 및 스트레인 게이지를 패널에 집적하는 방법 등이 있다.
미국공개특허 US2004/0252091는 전반사 장애(frustrated total internal reflection, FTIR)에 기반한 대안적인 터치 감응 기술을 개시하고 있다. 두 개의 서로 이격된 광원으로부터 발산되는 빔은 패널 내로 커플링되어 전반사 현상에 의해 패널 내에서 전파된다. 각 광원에서 나오는 광은 패널 전체에 균일하게 분포된다. 광 센서들의 어레이들은 패널 둘레에 배치되어 상기 광원들로부터 나오는 광을 감지한다. 물체가 패널의 표면에 접촉하면, 접촉 지점에서 광은 국소적으로 감쇠될 것이다. 상기 물체의 위치는 상기 각 광원에서 나오는 광의 상기 광 센서들에서의 감쇠에 근거한 삼각 측량에 의해 확인된다.
미국특허 제3,673,327호는 광선 전송기들의 어레이들이 패널의 두 가장자리에 배치하여 내부반사에 의해 패널을 통해 전파되는 광선들이 격자 형태로 교차하도록 하는 유사한 터치 감응 기술을 개시하고 있다. 빔 검출기들에 대응하는 어레이들이 상기 패널의 반대쪽 가장자리에 배치된다. 물체가 패널의 표면에 접촉하면, 접촉 지점에서 서로 교차하는 빔들은 감쇠할 것이다. 검출기들의 어레이 상의 상기 감쇠된 빔은 직접적으로 상기 물체의 위치를 식별할 것이다.
이러한 종래의 FTIR 기술은 패널에 접촉하는 물체를 패널 상에 존재할 수 있는 다른 상관없는 물체와 충분히 구분 가능할 정도의 정확도로 광을 측정하기 위한 비교적 복잡한 장치를 요구하므로 비용이 많이 든다.
상기의 관점에서, 발명의 목적은 상기 기술 및 종래기술을 향상시키는 데 있다. 구체적으로, 목적은 스크린상의 어떠한 관련 없는 물체까지도 고려하는 향상된 해상도를 갖는 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 터치 표면 상의 적어도 하나의 물체의 위치를 판단하기 위한 장치가 제공되며 상기 장치는 터치 표면 및 반대 표면을 갖는 광 투과 패널; 광을 상기 패널 내로 유도하여 상기 터치 표면과 상기 반대 표면 사이에서 내부 반사에 의해 광이 전파되도록 하는 조명 장치; 상기 패널에서 전파되는 광을 수신하는 광 검출 장치; 및 반복적으로, i) 상기 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 현재 신호 프로파일을 결정하고, ii) 조건 만족 시, 상기 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 배경 신호 프로파일을 업데이트하고, iii) 현재 보상된 신호 프로파일을 상기 배경 신호 프로파일 및 현재 신호 프로파일의 함수로 계산하고, iv) 상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉하여 상기 패널 내로 전파되는 광을 감쇠시킬 때, 상기 위치를 상기 보상된 신호 프로파일의 함수로 결정하는 처리부를 포함한다.
이러한 관점에서, 광을 수신하는 방법뿐 아니라 광을 패널 내로 유도하기 위한 기술들도 다양하게 존재할 수 있음을 주지하여야 한다. 이는, 발명의 핵심은 물체의 위치를 판단하는데 사용되는 다양한 신호 프로파일을 처리하기 위해 상기 프로세서가 어떻게 구성될 수 있는가에 있으므로, 발명의 장치가 임의의 적합한 광 유도/수신 기술들을 사용할 수 있음을 의미한다. 여기서, “신호 프로파일”은 광 검출 장치를 사용하여 수신된 (그리고 함축적으로 측정된) 광의 에너지를 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 광 검출 장치가 패널의 아웃 커플링 위치에서 광을 검출하는 반면에 상기 조명 장치는 광을 패널 내의 인커플링 위치로 유도한다. 따라서, 하나의 프로파일은 아웃 커플링 위치 내의 서로 다른 공간적 장소에서의 수신된 에너지를 나타낸다. 따라서, 상기 현재 신호 프로파일은 현재 투사 신호로 불릴 수 있으며, 상기 배경 신호 프로파일은 배경 투사 신호로, 그리고 상기 보상된 신호 프로파일은 보상된 투사 신호로 불릴 수 있다.
상기 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 배경 신호 프로파일을 업데이트하는 것은 상기 프로세서에 의해 수행되는 매 반복마다 상기 배경 신호 프로파일이 반드시 업데이트되어야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 다만, 상기 배경 신호 프로파일은 상기 광 검출 장치에 의해 이전 또는 현재의 시점에서 수신된 광에 근거하여 결정될 뿐이다.
발명의 이점은 물체의 위치를 판단할 때 예를 들어, 상기 터치 표면의 오염 및 손상/결함의 영향을 줄일 수 있다는데 있다. 상기 배경 신호 프로파일을 간헐적으로 업데이트함으로써, 오염/손상/결함으로 기인하는 신호 특성들이 자동으로 억제되거나 보상된 신호 프로파일에서는 제거되기까지 한다. 결과적으로, 비교적 간단하고 효율적인 데이터 처리에 의해 좀 더 정확하게 물체의 위치를 판단할 수 있다. 게다가, 상기 발명의 장치는 물체의 위치가 광의 감쇠 및 그에 따른 상대적으로 복잡한 현재 신호 프로파일에 기반하여 판단될 때 특히 적합하다. 특히, 패널 내의 내부 반사가 전(또는 거의)반사(total internal reflection, TIR)에 의해 일어나고 물체의 접촉이 FTIR을 유발시키는 경우, 상기 장치는 효율적으로 상기 획득한 신호 프로파일들을 처리하는 점에 있어서 놀라울 정도로 유망하다는 것이 확인되었다.
상기 장치는 또한 오염이 상기 터지 표면에서 제거되어 제거된 위치에서 감쇠가 감소되는 상황을 다루는데 적합하다. 이 경우, 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트하는 것은 오염이 상기 터치 표면에 더해지는 상황에 비해서 "부정적”으로 보일 수 있다.
상기 처리부는 상기 반복 처리를 수행하기 위한 수단으로 보일 수 있고, 상기 반복 처리 동안, 상기 현재 신호 프로파일을 결정하고, 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트하고, 상기 보상된 신호 프로파일을 계산하며, 상기 물체의 위치를 판단하기 위한 수단으로 보일 수 있다. 또한, 통상의 기술자가 인식하듯이, 상기 처리부는 하나 이상의 상기 설명된 처리 연산(operations)을 수행할 수 있는 하나 이상의 데이터 프로세서를 포함할 수 있다.
지적한 바와 같이, 상기 처리부는 터치 표면에 접촉한 물체의 위치를 판단하기 위한 반복 연산을 수행한다. 또한, 상기 반복은 상기 물체가 터치 표면에 접촉하는지에 관계없이 계속적으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 처리부의 연산은 설명된 순서와 다르게 수행될 수 있으며, 서로 조합되거나 하위 연산으로 분할될 수 있다. 또한, 추가적인 연산도 상기 처리부에 의해 수행될 수 있으며 특정 연산은 상기 연산이 물체가 터치 표면에 접촉했다고 판단했을 경우에만 수행될 수 있다.
여기서, 광은 10 nm 내지 1 nm 범위에서 선택되는 파장을 갖는 전자기파로 불릴 수 있다. 즉, 자외선이 가장 바람직하기는 하지만, 자외선, 가시광선, 적외선 모두 상기 물체의 위치를 검출하는데 사용될 수 있다.
상기 처리부는 상기 현재 신호 프로파일을 상기 배경 신호 프로파일로 나누어 상기 보상된 신호 프로파일을 계산할 수 있다. 상기 처리부를 이러한 방식으로 구성함으로써, 상기 보상된 신호 프로파일이 소위 전송 신호로 보일 수 있다. 상기 전송 신호는 상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉했을 때 신호 프로파일에서의 국지적 감소가 있을 때의 (상대적인) 전송에서 본질적으로 균일한 신호 레벨을 가질 수 있다.
현재 신호 프로파일을 전송 신호로 변환하는 것은 터치를 지시하는 관련된 신호의 감소에 대한 인식을 크게 용이하게 할 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 상기 현재 신호 프로파일을 분할 연산을 이용하여 전송 신호로 변환함으로써, 개별적 접촉 물체의 전송 신호의 국지적 감소에 미치는 원인을 분리하는 것이 가능하다.
통상의 기술자가 인지하고 있듯이, 분할에 의해 상기 보상된 신호 프로파일을 계산하는 것은 단지 분할에 의해서만 보상된 신호 프로파일을 계산하는 것으로 한정되지 않으며, 다른 대응하는 수학적 연산 역시 수행될 수 있다. 물론, 이는 하기의 신호 프로파일의 로그값 또는 그 자체를 빼는 연산에도, 비록, 후자의 경우 전송 신호가 아니라 신호 레벨의 절대적 차이를 유발하더라도, 동일하게 적용된다.
상기 처리부는 상기 현재 신호 프로파일의 로그값에서 상기 배경 신호 프로파일의 로그값을 빼서 상기 보상된 신호 프로파일을 계산할 수 있다.
상기 현재 신호 프로파일의 로그값에서 상기 배경 신호 프로파일의 로그값을 빼서 상기 보상된 신호 프로파일을 계산할 때, 상기 설명한 분할 연산과 같은 효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 뺄셈 연산은 일반적으로 나누기 연산보다 처리-효율적인 연산이므로 더 낮은 계산 비용으로 수행될 수 있다. 나아가, 계산적 부담을 좀 더 줄이기 위해, 특정 값의 로그를 결정하는 것은 테이블을 참조하여 상기 특정 값과 그의 로그값을 검색하는 것에 기반할 수 있다. 이 경우, 상기 보상된 신호 프로파일은 상기 언급된 전송 신호의 로그에 대응한다.
상기 처리부는 상기 현재 신호 프로파일에서 상기 배경 신호 프로파일을 빼서 상기 보상된 신호 프로파일을 계산할 수 있다.
이러한 방식으로 뺄셈을 사용할 때, 상기 보상된 신호 프로파일은 전송 신호의 변화로 보일 수 있으며 터치를 지시하는 감소된 신호 레벨을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
상기 처리부는 상기 보상된 신호 프로파일에서 이전에 결정된 보상된 신호 프로파일을 빼서 상기 위치를 판단할 수 있다.
상기 신호 프로파일들의 각각은 상기 패널의 제1 주요 방향의 신호 프로파일 및 상기 패널의 제2 주요 방향의 신호 프로파일을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 패널의 주요 방향들을 나타내는 적어도 네 개의 신호 프로파일을 상기 물체의 위치를 판단하기 위해 사용할 수 있고, 따라서 상기 현재 보상된 신호 프로파일의 계산은 상기 설명된 분할/뺄셈 두 연산을 포함할 수 있다. 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)가 상기 물체의 위치를 정의하기 위해 사용될 때, 네 개의 신호 프로파일은 일반적으로 배경 신호 프로파일 및 현재 신호 프로파일의 각각의 x 및 y 성분을 나타낸다.
상기 조명 장치는 상기 광을 유도하기 위한 발광기 세트를 포함할 수 있고, 상기 광 검출 장치는 상기 광을 수신하기 위한 광 검출기의 세트를 포함할 수 있으며, 상기 배경 신호 프로파일을 형성하기 위한 광, 및 상기 현재 신호 프로파일을 형성하기 위한 광은 상기와 동일한 발광기 및 광 검출기의 세트에 의해 각각의 시간에서 유도되고 수신된다. 여기서, 상기 검출기/발광기의 “세트”는 하나의 검출기/발광기를 포함할 수 있다.
상기 처리부는 상기 터치 표면상의 물체의 존재 여부와 관계없이 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 따라서, 이는 상기 배경 신호를 형성하기 위해 사용된 광이 상기 터치 표면상의 물체의 접촉에 관계없이 상기 광 검출 장치에 의해 측정되는 것을 의미할 수 있고, 또한 상기 처리부가 상기 배경 신호의 업데이트를 포함하는 반복 연산을 계속적으로 수행할 수 있음을 의미할 수 있다.
상기 처리부는 상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉하여 패널 내의 광의 전파를 감쇠시킬 때 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 이 경우, 상기 배경 신호는 사실상 상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉할 때 업데이트된다. 그러나, 이 업데이트(물체가 표면에 접촉했을 때)가 반드시, 가능하다 하더라도, 터치에 의해 촉발되는 것을 의미하는 것은 아니다. 상기 장치에서, 상기 터치 표면상의 물체의 위치가 판단될 수 있을 때, 상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉하는지를 결정할 수 있다.
상기 처리부는 상기 장치가 초기화되었을 때 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 일반적으로, 상기 초기화는 상기 장치의 일반적인 시동 처리에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 처리부는 상부에 상기 패널이 배치된 그래픽 표시 장치의 리셋 명령 또는 자동 조절 명령과 같은 사용자 명령에 응답하여 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수도 있다. 예를 들어, 상기 사용자 명령은 상기 터치 표면상의 주어진 위치에서 결정되면서 터치에 의해서 처리부에 나타낼 수 있다.
상기 처리부는 기결정된 시간 간격으로 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 일정한 시간 간격을 사용함으로써, 상기 배경 신호는, 예를 들어 물체가 상기 터치 표면에 접촉했을 때 우연히 업데이트될 수 있다. 상기 시간 간격은 상대적으로 많은 터치가 터치 패널 상에서 시간에 걸쳐 결정될 수 있을 때 감소하는 등 동적일 수 있다. 대응되는 방식으로, 상기 시간 간격은 상대적으로 적은 수의 터치가 터치 표면상에서 이루어질 때 증가될 수 있다. 상기 시간 간격은, 예를 들어 처리부에 의해 실행되는 매 4초, 매 반복, 또는 매 10번째 반복일 수 있다.
상기 처리부는 어떤 물체도 상기 터치 표면에 접촉하지 않았다고 결정되었을 때 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트하기 위한 이 기준은, 예를 들어, 상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉했을 때 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트하기 위한 기준과, 충돌되는 것처럼 보여도, 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 터치 표면에 접촉하는 물체가 없을 때 상기 배경 신호를 일정 횟수 업데이트 후, 물체가 상기 터치 표면에 접촉 하자마자 상기 배경 신호가 업데이트되도록 결정할 수 있다. 후자의 경우, 업데이트는 물체를 감지함으로써, 예를 들어, 물체의 위치가 이전 반복에서 결정되었을 때, 촉발될 수 있다.
상기 처리부는 현재 측정되는 신호 프로파일과 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일의 함수로 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트하도록 구성될 수 있다. 그렇게 함으로써, 터치 표면상의 오염이나 스크래치에 의한 상기 신호 프로파일의 피크들을 제거하는 것이 가능해진다. 상기 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일은 그보다 이른 임의의 업데이트된 배경 신호 프로파일은 포함할 수 있다. 즉, 가장 최근에 업데이트된 배경 신호 프로파일일 필요는 없다.
상기 처리부는 현재 측정되는 신호 프로파일에 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일보다 상대적으로 더 낮은 가중치를 부여하여 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 이는 터치 표면 상의 오염 및/또는 몇 번의 반복동안 터치 표면상에 남아 있는 터치로 인한 신호 피크를 버릴 수 있는 가능성을 제공한다. 가중치의 예로서, 상기 현재 측정되는 신호 프로파일은 0.01% - 1%, 상기 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일은 99% - 99.99%로 가중될 수 있다. 바람직하게, 상기 배경 신호 프로파일이 더 자주 업데이트될 때, 상대적으로 낮은 가중치를 상기 현재 측정되는 신호에 부여할 수 있다.
상기 처리부는 상기 배경 신호 프로파일의 제 2 구간과는 다르게 상기 배경 신호 프로파일의 제 1 구간을 업데이트하도록 구성될 수 있다. 상기 구간들은 상기 패널 내의 다른 위치에서 광 분포를 나타낼 수 있으며, 이는 상기 패널의 다른 부분이 다소 자주 사용되므로 유용할 수 있다. 이러한 이해하에 상기 신호 프로파일이 패널 내의 전파하는 광의 공간적 분포를 나타낼 수 있다는 사실을 유념하면, 실제 상기 배경 신호 프로파일의 업데이트 필요성은 상기 신호 프로파일의 다른 부분마다 종종 다르다.
상기 처리부는 상기 물체의 위치를 나타내지 않는 상기 배경 신호 프로파일의 제 2 구간과는 다른 상기 물체의 위치를 나타내는 상기 배경 신호 프로파일의 제 1 구간을 업데이트할 수 있다. 여기서, 위치의 “나타내지 않는”은 상기 물체의 어떤 위치도 판단할 수 없는 상기 현재 또는 보상된 신호 프로파일의 일부와 대응하는 상기 배경 신호 프로파일의 일부로 보일 수 있다.
상기 신호 프로파일의 두 구간을 다르게 업데이트하는 것은, 예를 들어, 하나의 구간이 업데이트되지 않는 동안 다른 하나를 업데이트시키는 것, 상기 구간들을 다른 시간 간격으로 업데이트하는 것, 및/또는 각 구간의 업데이트를 위해 다른 계산을 사용하는 것을 포함한다.
상기 처리부는 상기 배경 신호 프로파일을 상기 물체의 위치의 함수로 결정함으로써 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 상기 물체의 위치는 일반적으로 상기 현재 또는 보상된 신호 프로파일의 일정 구간에 의해 결정되며, 이 구간은 상기 배경 신호 프로파일에 매핑될 수 있다(mapped). 상기 매핑이 이루어지면, 상기 터치를 나타내는 상기 배경 신호 프로파일의 대응하는 구간은 일정한 방법으로 업데이트될 수 있다.
상기 처리부는 상기 배경 신호 프로파일을 상기 물체의 위치가 결정된 시점으로부터 경과한 시간의 함수로 결정함으로써 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 이는 상기 신호 프로파일을 광의 세기의 이전 측정 동안 획득된 신호 프로파일로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 지연된 배경 신호 프로파일을 사용할 때, 예를 들어 왜곡된 터치의 효과를 상기 신호 프로파일에 포함되기 이전에 보상할 수 있다.
상기 처리부는 상기 물체가 상기 터치 표면으로부터 제거될 때, 상기 물체의 위치와 관련된 상기 배경 신호 프로파일의 제 1 구간을 상기 물체의 위치와 관련되지 않은 상기 배경 신호 프로파일의 제 2 구간보다 더 빠르게 업데이트할 수 있다. 더 빨리 업데이트하는 것은 더 빈번하게 (더 자주) 업데이트하는 것을 포함할 뿐만 아니라, 상대적으로 높은 가중 계수를 이전의 배경 신호 프로파일에 비해 더 최근의 측정 신호 프로파일에 적용하는 것을 포함하며, 상기 제 1 구간을 결정하기 위해 신호 프로파일들은 조합하여 사용된다. 이는 이전에 공간적으로 터치에 대응한 상기 배경 신호 프로파일의 구간이 대응하지 않은 다른 구간에 비해 더 자주 업데이트될 수 있음을 의미한다. 상기 터치가 제거된 이래 일정 횟수의 업데이트 반복 후, 상기 제 1 구간은 같은 시간 구간 또는 같은 속도로 상기 신호 프로파일의 다른 부분으로서 업데이트될 수 있다. 즉, 상기 제 1 구간은 터치에 대응하지 않는 상기 신호 프로파일의 다른 구간과 같은 방식으로 취급될 수 있다.
이러한 방식으로 업데이트하는 것은 예를 들어, 이전 터치의 위치에 남아 있는 지문에 의해 공통적으로 기인하는 신호 특징이 상대적으로 빠르게 상기 배경 신호에 포함될 수 있는 점에서 장점이 있다.
상기 처리부는 상기 광 검출 장치에 의해 수신되는 광의 시간에 따른 분포 변화의 함수로 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 여기에서, 예를 들어 상기 시간에 따른 분포 변화가 시간에 걸쳐 일정 기울기를 갖거나 일정 리플을 가질 때, 상기 변화는 물체의 터치를 나타낼 수 있다. 터치가 결정되면, 이 정보는, 예를 들어 상기 배경 신호 프로파일을 터치의 함수로 업데이트할 때, 터치 표면상의 오염이나 손상으로부터 터치를 구별하기 위해 사용될 수 있다.
상기 처리부는 특정 시간 간격 동안에 판단된 상기 물체의 위치의 함수로 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 상기 현재 신호 프로파일의 일부가 터치와 대체로 대응하는 모양을 갖지만 상기 "터치"는 긴 시간 동안, 예를 들어 3시간 동안 남아있는 상태라고 한다면, 상기 배경 신호 프로파일의 대응되는 부분은 마치 그 부분이 오염과 관련되어 있는 것처럼 취급될 수 있고 그에 맞게 업데이트될 수 있다.
상기 장치는 상기 터치 표면상의 적어도 하나의 물체의 존재 여부를 가리키는 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 처리부는 상기 적어도 하나의 물체의 존재에 따른 함수로 상기 배경 신호 프로파일을 업데이트할 수 있다.
상기 처리부는 상기 물체의 위치를 이전에 결정된 보상된 신호 프로파일의 함수로 판단할 수 있다.
발명의 다른 양상에 따라, 터치 표면과 반대표면을 갖는 광 투과 패널의 상기 터치 표면 상의 적어도 하나의 물체의 위치를 판단하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 광을 상기 패널 내로 유도하여 터치 표면 및 반대 표면 사이에서 내부 반사에 의해 광을 전파하는 단계; 상기 패널에서 전파되는 광을 수신하는 단계; 및 반복적으로, i) 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 현재 신호 프로파일을 결정하고 ii) 조건 만족 시, 상기 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 배경 신호 프로파일을 업데이트하고, iii) 현재 보상된 신호 프로파일을 상기 배경 신호 프로파일 및 현재 신호 프로파일의 함수로 계산하고, iv) 상기 물체가 상기 터치 표면에 접촉하여 상기 패널 내로 전파되는 광을 감쇠시킬 때, 상기 위치를 상기 보상된 신호 프로파일의 함수로 결정하는 단계를 포함한다.
대안적인 관점에 따라, 상기의 방법에서 광을 유도하고 수신하는 단계가 생략된 방법이 제공된다. 이 경우, 상기 방법은 예를 들어 터치 장치의 메모리에 다운로드될 수 있는 처리 명령의 형태로 구현될 수 있으며, 상기 장치는 상기 명령을 사용하여 배경 신호 프로파일을 업데이트 및/또는 터치의 위치를 판단할 수 있다.
발명의 또 다른 양상에 따라, 처리부에 의해 실행되었을 때 상기 언급된 방법을 수행하는 처리 명령들을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체가 제공된다.
상기 방법은 상기 장치와 관련하여 상기 언급된 특징들의 기능 구현하는 것을 포함할 수 있으며 대응되는 장점을 공유할 수 있다. 즉, 상기 방법은 상기 언급된 상기 처리부의 동작에 대응하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 터치 감지 장치의 실시예의 상면도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1의 장치 내에서 전파되는 빔들의 측정된 에너지를 도시한다.
도 4는 도 1의 장치에 의해 수행되는 물체 위치 판단 방법의 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 광 검출 장치에 의해 수신된 광의 배경 신호 프로파일과 현재 신호 프로파일을 도시한다.
도 6은 터치가 이루어지는 동안 측정된 광의 시간에 따른 분포 감쇠를 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 도 1의 장치에 복수의 터치가 이루어지는 동안의 배경 신호 프로파일, 현재 신호 프로파일, 산출된 전송, 및 상기 전송의 역 로그값을 도시한다.
도 8은 현재 신호 프로파일과 배경 신호 프로파일의 시간에 따른 분포 값 및 일부 관련된 임계 레벨을 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 설명된 일부 원리에 따른 현재 신호 프로파일과 배경 신호 프로파일의 시간에 따른 분포 값 및 산출된 감쇠를 도시한다.
도 1 및 2는 광 투과 패널(103)을 포함하는 터치 검출 장치(101)의 실시예를 도시하고 있다. 패널(103)은 평면형이거나 곡선형일 수 있으며 터치 표면(104)을 마주보면서 그와 대체로 평행한 반대 표면(105)을 정의한다. 패널(103)은 그 내부에서 광(L)이 내부반사에 의해 전파되도록 구성되며, 예를 들어, 사각형, 원형, 타원형의 모양을 가질 수 있다.
따라서, 서로 결합하여 패널(103)의 두 경계면을 형성하는 터치 표면(104)과 반대 표면(105) 사이에 광 전파 채널이 제공된다. 터치 표면(104)은 전파하는 광(L)이, 예를 들어, 손이나 스타일러스 형태의 하나 이상의 접촉 물체(C, D, E 세 물체 도시)와 상호 작용할 수 있도록 한다. 터치 표면(104) 상의 스크래치(B) 형태의 손상뿐만 아니라 지문(A) 형태의 오염도 도시되어 있다. 여기서, 손상(B)은 오염을 의미할 수 있다.
상기 물체와의 상호 작용 중에, 광(L)의 일부는 물체에 의해 산란될 수 있고, 일부는 물체에 흡수될 수 있으며, 일부는 영향을 받지 않고 계속 전파될 수 있다. 그러므로, 상기 물체 C, D, E중 어느 것이든 터치 표면(104)과 접촉하면, 투과된 광(L)의 에너지는 감소한다. 복수(하나 이상)의 다른 방향으로부터 패널(103)을 통해 투과하는 광(L)의 에너지를 측정함으로써, 접촉하는 물체의 위치(“터치 위치”)는, 예를 들어, 삼각 측량을 통해 검출할 수 있다. 위치의 한 예로서, 물체 C의 위치는 참조 기호 pc로 나타낸다.
그러나, 상기 물체 C, D, E와 마찬가지로, 상기 오염 A, B도 광(L)의 일부를 산란시키거나 흡수할 수 있다. 그러므로, 패널(103)을 투과하는 광의 에너지에 근거하여 접촉 물체의 위치를 감지할 때, 오염은 문제를 일으킬 수 있다.
도 1에서, x, y좌표가 본 실시예에서 사각형의 모양을 갖는 패널(103)의 측면에 평행하는 데카르트 좌표계가 도입된다. 상기 데카르트 좌표계는 단지 일례일 뿐이며, 예를 들어, x, y좌표로 물체 C의 위치를 설명하거나 패널(103)에서 다양한 방향을 x, y좌표와 관련하여 설명하기 위하여 사용된다. 터치 위치 및 방향은 극좌표계, 타원 좌표계, 포물선 좌표계와 같은 임의의 좌표계로 나타낼 수 있다.
일반적으로, 패널(103)은 고체 물질을 사용하여 하나 이상의 층으로 형성된다. 터치 표면(104) 내의 내부반사는 패널(103)의 재질과 주변 매체(일반적으로 공기)와의 굴절률 차이에서 비롯되는 내부반사 또는 전반사(total internal reflection, TIR)에 의해 유발된다. 반대 경계의 표면(105) 내에서의 반사는 TIR 또는 반대 경계의 표면(105)에 도포된 반사 코팅에 의해 일어날 수 있다. 광(L)이 패널(103)의 법선과 입사부위에서의 임계각보다 큰 각도를 이루면서 패널로 입사되는 한, TIR은 지속된다. 통상의 기술자에게 공지되어 있듯이, 임계각은 광을 받는 입사 부위의 물질의 굴절률과 주변 매체 물질의 굴절률에 의해 좌우된다.
상기 기술한 접촉 물체와 전파하는 광(L) 사이의 상호 작용 과정에서, 물체가 패널 표면 물질을 둘러싼 물질보다 큰 굴절률을 갖고 표면(104)으로부터 수 파장 미만의 거리에 위치해 있으면, 에너지가 광에 의해 형성되는 소멸파로부터 물체로 소멸되는, 이른바 전반사 장애(FTIR)현상이 수반될 수 있다. 일반적으로, 패널(103)은 충분한 양의 광을 적절한 파장 범위에서 투과하여 전달되는 에너지를 감지하게 할 수 있는 임의의 물질로 형성될 수 있다. 그러한 물질은 유리와 폴리카보네이트를 포함한다. 패널(103)은 상면(104)과 바닥 면(105)에 수직이거나 수직이 아닐 수 있는 주변 가장자리 부분에 의해 정의된다.
광(L)은 패널(103)의 하나 이상의 인커플링 위치(120x, 120y)를 통해 패널(103) 내로 커플링 될 수 있으며 하나 이상의 아웃커플링 위치(121x, 121y)를 통해 아웃 커플링 될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광(L)을 패널(103)로 커플링시켜 y-방향으로 전파하기 위한 제1 조명 장치(111x) 및 x-방향으로 전파하기 위한 제2 조명 장치(111y)에 의해, 광(L)은 패널(103) 내로 커플링(도입)될 수 있다. y-방향으로 전파된 광은 x-방향으로 전파된 광이 제2 광 검출 장치(109y)에서 아웃 커플링되는 동안 제1 광 검출 장치(109x)에서 아웃 커플링(수신)된다. 광 검출 장치들은 각각의 아웃 커플링 위치에서 광의 에너지를 측정할 수 있다.
광 검출 장치들(109x, 109y)이 각각 광 검출기 세트(110x, 110y)를 갖는 반면, 조명 장치들(111x, 111y)은 각각 발광기 세트(112x, 112y)를 갖는다. 각각의 발광기는 패널(103) 전체가 비추어 지도록 반대편 검출기에 의해 수신되는 빔의 형태로 발광한다. 아웃 커플링 위치에서, 각각의 아웃 커플링 위치의 길이에 따라 다른 공간적 위치에서 광이 검출되는 반면, 인커플링 위치에 도입된 광은 각각 x, y방향으로 광의 시트를 생성한다.
광을 패널(103) 내로 커플링 하거나 아웃 커플링 하기 위해 다른 다양한 방법 역시 사용될 수 있음을 주의하여야 한다. 따라서, 가장 일반적인 정의로서, 패널(103)은 광을 도입하기 위한 인커플링 위치(120x, 120y)와 광을 아웃 커플링하기 위한 아웃 커플링 위치(121x, 121y)를 갖는 것으로 보일 수 있다. 이는 직접적으로 가장자리 부분을 통해 광을 패널(103) 내로 커플링하거나 그로부터 아웃 커플링을 하는 가능성을 포함한다. 대안적으로, 광을 패널(103) 내로 또는 그로부터 유도하기 위해, 분리된 길쭉한 커플링 부재가 상기 가장자리 부분이나 상면(104), 바닥 면(105)에 부착될 수 있다. 그러한 커플링 부재는 쐐기 모양을 가질 수 있다. 또한, 인커플링 위치는 단지 패널(103)의 가장자리나 모서리의 작은 지점일 수 있으며, 사용되는 구체적인 인커플링/아웃 커플링 방법에 따라서, 광은 실질적으로 직선인 빔으로서, 발산/수렴/조준 빔으로서, 또는 멀티플렉싱을 사용하는 코드화 빔으로서 패널(103) 내에서 전파될 수 있다.
검출기들은 아웃 커플링 위치에서 수신된 광의 에너지를 연속적으로 측정 또는 샘플링을 하고, 이는 아웃 커플링 위치 내 다른 공간적 위치에서 수신된 에너지를 나타내는 신호 프로파일을 야기한다. 신호 프로파일에 연산을 수행하기 위해 소위 “감지 인스턴스(sensing instance)”가 작은 시간 간격 동안에 형성되어 신호 프로파일을 나타내는 데이터를 시간 간격을 두어 검색할 수 있다. 이와 관련해서, 다수의 후속하는 감지 인스턴스들은 아웃 커플링 위치 및 다른 시점에서 신호 프로파일을 설명하는 같은 수의 데이터 세트들을 야기한다. 따라서, 감지 인스턴스는 일정 수의 신호 프로파일들을 수집함으로써 주어질 수 있으며, 여기서 각 신호 프로파일은, 상기 언급한 바와 같이, 아웃 커플링 위치에 있는 다수의 공간적 위치로 투과된 광의 에너지를 나타내며, 각 공간적 위치는 패널 내의 광의 특정 경로와 결합한다. 또한, 조명 장치는 다중화 신호를 전달하는 광을 도입하도록 구성될 수 있으며, 이 경우, 아웃 커플링 위치에서의 각 공간적 위치는 광의 다수 경로에 관한 정보를 유지할 수 있다.
상기 장치의 시간적 해상도는 신호 프로파일들이 얼마나 자주 검색되는 지에 따라 결정된다. 예를 들어, 친필을 기록하기 위해 설계된 장치를 위해, 신호 프로파일 검색이 적어도 75 Hz(즉, 초당 75 감지 인스턴스)인 것이 바람직할 수 있고, 반면, 다른 응용장치는 더 낮거나 높은 시간적 해상도를 요구할 수 있다. 하기에 설명된 바와 같이, 신호 프로파일들에 대한 연산들은 반복적인(iterative) 방식으로 계속적으로 실행될 수 있으며, 반복(계속적 연산)을 수행할 때, 매 반복마다 하나의 감지 인스턴스를 사용한다. 따라서, 반복적 연산은 각각의 순간적인 신호 프로파일, 감지 인스턴스 또는 반복을 위해 수행된다고 말할 수 있다.
상기에서 시사된 바와 같이, 접촉 물체 C의 위치(pc)는 물체 C가 각각의 인커플링 위치에서 방출된 적어도 두 개의 평행하지 않은 빔에 영향을 미치는지에 따라서 결정될 수 있다. 패널을 지난 후, 각 빔의 에너지는 패널(103)의 아웃 커플링 위치에 광학적으로 커플링된 반대편 광 검출기들에 의해 측정된다.
도 1의 터치 감지 장치는 감지 인스턴스 동안 표면에 접촉하는 복수의 물체들의 위치를 확인하기 위해 동작할 수 있다(“멀티터치”). 상기 언급한 바와 같이, 광의 일부만이 물체에 의해 흡수/산란되고, 나머지 광은 물체를 지나는 빔의 주요 방향을 따라 계속해서 전파한다. 따라서, 두 물체가 빔의 방향을 따라 서로의 뒤에 위치하게 된다면, 빔의 일부는 두 물체 모두와 상호 작용할 것이다. 빔의 에너지가 충분하다고 한다면, 빔의 나머지는 광 검출기에 도달하여 두 상호작용이 모두 인식되도록 하는 측정 신호를 생성할 것이다.
도 1에서, 물체 C, D는 패널(103) 상에 동시에 배치되고(즉, 하나의 같은 감지 인스턴스 동안에), 측정 신호 프로파일들(Si-x, Si-y)이 광 검출기에 의해 생성된다. 신호 프로파일들(Si-x, Si-y)은 감지 인스턴스 번호(i) 동안에 패널(103)의 아웃 커플링 위치에서 측정된 빔들의 에너지를 나타낸다. 신호들은 측정된 에너지를 시간 및/또는 주어진 좌표계의 x-y 위치의 함수로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 오염 A, B 뿐만 아니라 각각의 접촉 물체 C, D, E도 매 반복마다 측정된 빔 에너지의 국지적 감소를 초래한다. 구체적으로, 물체/오염들은 그의 겉보기 크기에 따른 신호 특징들에 기인하며, 신호 특징은 물체/오염들의 크기뿐만 아니라 그의 흡수/산란 특성에도 따른다. 신호 프로파일들(Si-x, Si-y)이 처리부(CPU, 102)로 하여금 상기 물체/오염을 구분할 수 있도록 한다면, 패널(103) 상의 그들의 위치는 언급된 바와 같이, 예를 들어, 삼각 측량에 의해 결정될 수 있다.
도 3을 참조하여, 측정 신호 프로파일들(Si-x, Si-y)이 상세하게 설명된다. 여기서, 측정 S1 내지 S8은 물체/오염에 의해 광이 감쇠되는 다수의 경로의 측정된 에너지를 나타낸다. 따라서, S1 내지 S8의 집합은 신호 프로파일들(Si-x, Si-y)의 피크(peaks)를 부여한다. 여기서, 측정 S1 내지 S8은 신호 프로파일들(Si-x, Si-y)에 의해 보이는 바와 같이 발생된 감쇠 폭에 대응하는 신호 프로파일 폭을 가지며, 상기 신호 프로파일에서는, 예를 들어, y-방향의 스크래치(B)가 x-방향에서보다 y-방향에서 더 넓은 프로파일을 유발한다. 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 감쇠는 패널 내에서 광의 흡수 및/또는 산란을 포함하며, 이는 아웃 커플링 위치에서 광의 강도를 감소시킨다.
물체 및 오염을 구분하기 위한 처리부(102, 도 2)는 또한 터치 표면(104)상에서 상기 물체 및 오염의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 처리부(102)는 신호 프로파일들(Si-x, Si-y)이 처리부(102)에 의해 검색될 수 있도록 광 검출 장치들(109x, 109y)에 연결된다. 메모리부(108) 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체가 처리부(102)에 연결되어 다양한 신호 프로파일뿐만 아니라 처리 명령들을 저장하며, 처리 명령들은 처리부(102)에 의해 실행되는 경우, 상기 기술한 방법에 따른 동작들을 수행한다.
도 1 및 도 2의 예에서, 상기 장치는 또한 패널 표면(104)의 적어도 일부에서 그래픽 유저 인터페이스(GUI)를 제공하는 인터페이스 장치(106)를 포함한다. 인터페이스 장치(106)는 패널(103)의 위, 아래, 또는 내부에 배치된 고정 영상을 구비한 기판 형태일 수 있다. 대안적으로, 인터페이스 장치(106)는 장치(101)의 아래 또는 내부에 배치된 스크린, 또는 패널(103) 상으로 영상을 투사하기 위한 장치(101)의 아래 또는 위에 배치된 프로젝터일 수 있다. 이러한 인터페이스 장치(106)는 컴퓨터 스크린에 의해 제공되는 GUI와 유사한 동적 GUI를 제공할 수 있다. 인터페이스 장치(106)는 GUI의 그래픽 물체가 어디에 위치될 것인지를 결정하는 GUI 제어기에 의해 제어된다. 여기서, 이러한 위치 제어는, 예를 들어, 터치 표면 상의 물체 또는 오염의 위치를 나타내기 위한 좌표에 대응되는 좌표를 사용하여 수행된다.
처리부(102)는 GUI의 그래픽 물체의 위치를 나타내는 좌표를 받을 수 있으며, 패널 표면(104)은 터치 표면의 좌표계에 대응하는 좌표계를 사용하므로, GUI의 물체를 터치 표면(104)상의 접촉에 관련시킬 수 있다.
패널(103) 내로 유입되는 광의 다른 예로서, 다수의 비평행 빔의 형태로 광이 유입된다. 여기서, 각 빔은 입력 스캐너 장치(미도시)에 의해 패널(103) 상의 인커플링 위치(120x)와 같은 인커플링 위치를 따라서 패널(103)을 가로지르면서 훑거나 또는 스캔된다. 이러한 인커플링 위치는 패널(103)의 좌측 및 상부 가장자리에 위치할 수 있으며 패널 상의 아웃 커플링 위치에서 전달되는 에너지는 패널(103)을 가로지르며 훑어지는 각각의 빔을 받도록 배열되는 검출 장치에 의해 측정될 수 있다. 이 예에서, 아웃 커플링 위치는 패널(103)의 우측 및 하부 가장자리에 위치한다. 또한, 대안적인 실시예에서, 발광기 및 검출기를 패널의 주변을 따라 서로 개재하여 배열할 수 있다. 이로써, 인커플링 및 아웃 커플링 위치는 패널의 각 가장자리에 배열될 수 있다.
터치 표면상의 물체의 위치를 나타내는 데이터를 출력할 수 있는 기술의 또 다른 예를 상기 기술한 방법에 따른 동작과 함께 사용될 수 있음을 주지하여야 한다. 그러한 다른 기술들을 설명하기 위해 특허 문헌 US4254333, US6972753, US7432893, US2006/0114237, US2007/0075648, WO2009048365, WO2010/006882, WO2010/006883, WO2010/006884, WO2010/006885, WO2010/006886 및 국제 출원 번호 PCT/SE2010/000135가 참고용으로 포함되어 있다. 상기 문헌들은 적합한 광의 인커플링 및 아웃커플링뿐만 아니라 광 투과 패널에서 광의 공간적 분포를 나타내는 하나 이상의 신호, 특히, 하나 이상의 아웃 커플링 위치 내 서로 다른 공간적 위치에서 수신한 광을 나타내는 하나 이상의 신호를 얻기 위한 동작들에 대해서도 설명하고 있다. 통상의 기술자가 인식하듯이, 발명은 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 구체적인 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 인커플링 및 아웃 커플링 위치의 구조와는 독립적으로, 이뿐만 아니라, 조명 및 광 검출 장치의 정확한 구성과도 독립적으로, 조명 장치는 임의의 적합한 파장 범위, 예를 들어, 적외선 또는 가시광선 파장 영역에서 동작할 수 있다. 광은 동일한 파장을 가지면서 생성될 수도 있고 발광기들 사이의 구별을 위해 다른 발광기 및 검출기들에 대해 다른 파장을 가지면서 생성될 수도 있다. 나아가, 조명 장치는 연속적이거나 펄스 형태의 광을 출력할 수 있다.
광은 원하는 파장 범위의 광을 방출할 수 있는 임의의 종류의 하나 또는 그 이상의 광원, 예를 들어, 다이오드 레이저, 수직 공동 표면 발광 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL), 또는 대안적으로, 발광 다이오드(light-emitting diode, LED), 백열등, 할로겐 램프 등에서 생성될 수 있다.
광의 에너지는 광을 전기 신호로 변환할 수 있는 임의의 종류의 광 검출기에 의해 측정될 수 있다. 그러한 광 검출기는 임의의 수의 감광 소자를 가질 수 있고 따라서 0차원, 1차원(1D), 또는 2차원(2D) 검출기일 수 있다. 하나의 검출기는 하나의 빔의 에너지 또는 복수개 빔들의 개별적 에너지를 (광의 인커플링 및 아웃 커플링하기 위해 사용된 기술에 따라) 측정하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 검출기는 큰 검출 표면은 가질 수 있는 하나의 감광 소자를 갖는 광 검출기일 수 있으며, 이는 검출 노이즈를 낮게 한다.
도 4를 참조하면, 물체의 위치를 결정하는 방법을 나타내는 순서도가 도시되어 있으며 하기의 정의들을 사용한다.
Si: i번째의 반복(감지 인스턴스)동안 아웃 커플링 위치에서 수신된 광의 에너지를 측정하여 획득한 측정 신호 프로파일. Si는 Si-x 및 Si-y를 포함할 수 있으므로, 물체의 위치를 완전히 설명할 수 있다. 하기에서, 측정 신호 프로파일은 또한 현재 신호 프로파일로 나타낼 수 있다. Si는, 아웃 커플링 위치에서 수신된 광의 에너지를 획득 및 표현하기 위해 사용된 기술 및 원리가 무엇인지에 따라서, 추가적인 또는 Si-x 및 Si-y와는 다른 신호 프로파일을 포함할 수 있다. 그러한 다른 신호 프로파일은 예를 들어, WO2010/006882에서 설명된 기술이 채택되었다면 획득될 수 있다.
Srefj: 특정 반복(감지 인스턴스)동안 아웃 커플링 위치에서 수신된 광의 에너지의 측정 신호 프로파일에 근거하여 획득된 j번째 배경 신호 프로파일. Srefj는x-y 성분 Srefj-x 및 Srefj-y를 포함할 수 있으며, 여기서 Srefj-x는 공간적으로 Si-x에 대응하며 Srefj-y는 공간적으로 Si-y에 대응한다.
Ti: 물체의 위치 결정시 오염을 고려하기 위한 Si/Srefj에 의해 정의되는 전송 신호.
처리부(102)는, 패널(103)로 계속적으로 도입되고 터치 표면(104)과 반대 표면(105) 사이의 내부 반사에 의해 전파되는 광을 이용하는 다수의 단계를 수행함으로써 접촉 위치를 계산하도록 구성될 수 있다. 상기 방법은 반복적이며 장치(101)가 접촉 위치를 결정하는 모드로 설정되어 있는 한 수행된다.
401 단계에서, 현재 신호 프로파일 Si는 장치의 광 검출기로부터 측정 신호를 획득함으로써 결정된다. 각각의 측정 신호는 하나 이상의 빔에 의해 (사용된 인커플링 및 아웃 커플링 기술에 따라) 패널을 통해 전송되는 에너지를 나타낸다. 401 단계는 측정 신호를 공간적 위치에 매핑하는 것을 수반할 수 있으며, 이는, 사용된 구체적인 기술에 따라서, 임의의 시간 의존성 측정 신호를 패널 좌표계로 변환하는 것을 포함할 수 있다.
402 단계에서, 하나 이상의 기준에 근거하여 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트할 것인지를 결정한다. 일반적으로, 이전의 반복에서 결정된 배경 신호 프로파일이 없으면, 배경 신호 프로파일은 업데이트된다. 구체적으로, 제1 및 임의의 후속하는 배경 신호 프로파일은 장치의 광 검출기로부터 측정 신호를 획득함으로써 결정될 수 있다.
배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트할 것인지를 결정하기 위한 다른 기준은 배경 신호 프로파일의 이전 업데이트 시기로부터 기결정된 시간 간격이 지났는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 기결정된 시간 간격을 사용하여, 배경 신호 프로파일은 시간의 함수로, 예를 들어, 각 반복마다, 2분 마다, 또는 100번째 반복마다, 규칙적으로 업데이트될 수 있다.
또 다른 기준은 터치 패널 상에 접촉이 없을 시 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 것을 포함할 수 있다; 접촉 위치는 규칙적으로 결정되므로, 406 단계와 관련하여 하기에 설명된 바와 같이, 접촉 위치를 결정하지 못하는 것은 물체의 부재를 의미할 수 있으며, 따라서 배경 신호 프로파일을 업데이트하기 위한 기준으로 사용될 수 있다.
403 단계에서, 배경 신호 프로파일(Srefj)은 업데이트되며 이는 하기에 기술된 동작들을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
일반적으로, 터치 표면에 접촉하는 물체가 없음이 확인되었을 때, 즉 물체의 위치가 전혀 결정되지 않았을 때(예를 들어, 406 단계에서) 또는 이전의 반복동안 접촉이 없었다면, 배경 신호 프로파일(Srefj)은 배경 신호 프로파일을 현재 신호 프로파일(Si)과 같도록 설정함으로써 업데이트된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 터치 표면이 상대적으로 오염의 염려가 없고 터치 표면에 접촉하는 물체가 전혀 없을 때 배경 신호 프로파일(Srefj)은 장치(101)의 제조 과정에서 결정될 수 있다. 다시 한번, 이 경우, 배경 신호 프로파일은 현재 신호 프로파일(Si)을 정할 때와 마찬가지 방법으로, 즉 아웃 커플링 위치에서의 광의 공간적 분포를 측정함으로써 결정될 수 있다. 또한, 배경 신호 프로파일은, 예를 들어 리셋 동작의 일부로서, 사용자 초기화에 응답하여 현재 신호 프로파일로 설정될 수 있다.
배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 다른 방법은 배경 신호 프로파일을 시간 경과에 따라 측정된 아웃 커플링 위치에서의 광의 평균 공간적 분포로서 계산하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 광의 공간적 분포는 일정한 시간 간격으로 측정되며, 그 평균값은 시간이 지남에 따라 패널에 더 많은 오염이 더해지므로 자주 변하며 측정된 공간적 분포로부터 계산된다.
또한, 배경 신호 프로파일(Srefj)이 일정 시간 간격 내에 아웃 커플링 위치에서의 광의 평균 공간적 분포로 계산되는데 있어서, 예를 들어 현재 시간에서 10초 간의 시간 간격 내에서 평균 공간적 분포로 계산되는데 있어서, 소위 윈도우 함수(window function)를 사용할 수 있다
상기 배경 신호 프로파일의 업데이트의 추가적 연산은 배경 신호 프로파일을 현재 측정된 신호 프로파일(Si) 및 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일(Srefj -1)의 함수로 업데이트하는 것을 포함한다. 예를 들어, 현재 측정된 신호 프로파일(Si)에 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일(Srefj -1)에 비해 더 낮은 가중치를 부여함으로써 업데이트할 수 있다. 이의 예는 다음의 식으로 나타낸다:
Srefj = (1 - ε)?Srefj -1 + ε?Si (1)
여기서, 0 <= ε < 1 이다. 낮은 ε 값을 선택함으로써, 현재 신호 프로파일은 상대적으로 낮은 가중치를 부여 받으며, 이는 예를 들어 순간적 장애 효과를 감소시킬 수 있다. 그 이유는 업데이트된 배경 신호 모두가 가장 최근의 측정 신호에 의존하게 되는 것은 아니기 때문이다. ε 값을 0으로 설정함으로써, 터치에 의한 어떤 신호도 배경 신호에 간섭하지 않도록 보장할 수 있으며, 이는 본질적으로 배경 신호를 업데이트하지 않는 것에 대응한다. ε를 더 높은 값으로 선택함으로써 배경 신호를 빠르게 업데이트할 수 있는 데, 이는 터치가 사라진 것을 감지한 경우 특히 적절하다.
광 검출 장치에 의해 수광된 광의 배경 신호 프로파일(Srefj) 및 현재 신호 프로파일(S)를 나타내는 도 5a 및 5b를 참조하면, 배경 신호 프로파일(Srefj)에 대한 또 다른 업데이트 동작은 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제2구간(Srefj-B)과는 다른 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제1구간(Srefj-A)을 업데이트하는 단계를 포함한다. Srefj-A 구간과 Srefj-B 구간을 업데이트하는 데 있어서의 차이는 Srefj-A 구간과 Srefj-B 구간 중 하나가 터치를 나타내고 있는지에 기초할 수 있다.
보다 상세하게는 도 5b에서 볼 수 있는 바와 같이, 구간 Srefj-C뿐만 아니라 구간 Srefj-A는 하기에서 보다 상세히 언급하는 바와 같이 일반적으로 터치를 나타내는 감소된 신호 레벨을 갖는 신호 프로파일(Srefj)의 각 일부를 포함한다. 신호 프로파일들(Srefj, S)은 패널의 아웃커플링 위치에서 동일한 광의 공간 분포에 상응하므로 Srefj-A 및 Srefj-C 구간은 터치 지시 구간(Si-A, Si-C)을 인지함으로써 구별될 수 있다. 이로부터, Srefj-A 및 Srefj-C 구간은 터치에 공간적으로 대응하는 구간으로 불릴 수 있다. 유사한 방법으로, Si-B 구간은 공간적으로 Srefj-B와 대응하며, 구간들은 따라서 패널 상의 현재의 터치에 영향을 받지 않는 단일 프로파일의 일부를 나타내게 된다. 따라서, 터치 위치를 인지함으로써, 예를 들면, Srefj-B 구간은 업데이트될 수 있으나 구간 Srefj-A 및 Srefj-C는 해당 터치가 존재하는 한 업데이트되지 않는다.
배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 추가적인 동작은 접촉 표면에서 터치가 해제될 때 해제된 터치에 공간적으로 상응하는 구간을 배경 신호 프로파일(Srefj)의 다른 구간보다 더 빠르게 업데이트하는 단계를 포함한다. 더 빠른 업데이트는 터치가 해제된 때로부터 일정 기간 동안 수행된다.
즉, 터치가 패널에서 사라지자마자 터치에 공간적으로 상응하는 배경 신호 프로파일의 일부가 배경 신호 프로파일의 다른 부분들 보다 빠른 속도로 업데이트된다. 예를 들어, 터치가 해제되면 배경 신호 프로파일의 관련 부분이 40번의 이어지는 감지 인스턴스 동안에 매 감지 인스턴스마다 업데이트될 수 있으며, 한편 해제된 터치에 영향을 받지 않은 배경 신호의 다른 부분은 15번째 감지 인스턴스마다 업데이트된다. 이러한 동작을 수행함으로써 이전의 터치 위치에 잔존하는 예를 들어, 지문으로부터 기인한 신호 기여분이 상대적으로 빠르게 고려될 수 있다. 배경 신호가 매회 반복 업데이트되는 경우 업데이트 과정의 일시적인 움직임을 변경하여 보다 빠른 업데이트를 달성할 수 있으며, 이는 예를 들면, 식(1)의 ε 값을 증가시킴으로써 달성될 수 있다.
구간이 예를 들어 컴퓨터 아이콘과 같은 형태의 그림문자와 같은 GUI의 특정 객체에 공간적으로 대응하는 경우 다른 배경 신호의 구간을 업데이트할 수도 있다.
또 다른 업데이트 동작은 배경 신호 프로파일을 시간의 함수로 업데이트하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 배경 신호 프로파일은 적어도 4초 전에 아웃커플링 사이트에서 얻어진 측정값으로 설정될 수 있다. 이러한 동작은 배경 신호 프로파일이 몇 번의 감지 인스턴스 이후에까지 감지될 수 없는 경우에 왜곡될 수 있으며, 지체된 배경 신호 프로파일을 이용하여 이러한 경우의 효과는 물체의 위치를 결정하기 위한 후속 동작에 사용되는 배경 신호 프로파일에 도달하기 전에 보상될 수 있다.
배경 신호 프로파일의 업데이트는 현재 신호 프로파일 또는 이전의 배경 신호 프로파일을 입력으로 이용하여 일체화된 제어 시스템으로 구현될 수도 있다. 이러한 제어 시스템의 예는 하기의 공식에 의해 수학적으로 나타낼 수 있는데, 여기서, 예를 들어, i=j이고, a는 통상 0.001에서 0.1 사이의 시간 계수이며, Srefx는 터치 상태로 진입하기 전의 1 내지 50번의 감지 인스턴스 사이의 Srefj-값으로 통상 설정된다:
Figure pct00001
(2)
Srefx는 터치 상태가 진입된 이후에는 일반적으로 업데이트되지 않음에 주의해야 하지만 터치 상태가 진입되기 전에 배경이 어떠한 지에 대한 척도가 된다.
여기서, “터치 상태”는 터치에 공간적으로 대응하는 배경 신호 프로파일의 일부를 말하는 것으로, 즉, 예를 들어 도 5a-b의 신호 프로파일을 이용할 경우 위에서 언급한 Srefj-A 및 Srefj-C 구간이 배경 신호 프로파일에 대한 터치 상태를 나타내거나 진입했다. 이와 상응하게, Srefj-B 구간은 터치 구간에 진입되지 않았으므로 Srefj-B를 포함하는 배경 신호 프로파일의 일부가 식(2)의 제1변수(Srefj
Figure pct00002
터치 상태)에 따라 업데이트되며, 한편 터치 상태 부들(Srefj-A 및 Srefj-C 구간)은 제2변수(Srefj ∈ 터치 상태)에 따라 업데이트된다.
터치가 생기거나 사라진 직후 a를 이전의 Srefj-값을 새로운 Si-값으로 빠르게 맞추기 위하여 통상 0.01에서 1.0의 범위의 높은 값으로 설정한다.
배경 신호(Srefj)를 업데이트하는 경우의 특별한 상황이 2개 이상의 터치가 패널에서의 광의 동일한 경로를 따라 정렬되는 것으로 인하여 현재 신호 프로파일(S)의 전체적인 감소를 가져오는 경우에 나타날 수 있다. 정렬된 터치 중 하나가 해제되면 현재 신호 프로파일(S)의 관련된 부분이 여전히 터치를 나타낸다. 하지만, 이와 동시에 해제된 터치에서 지문이 접촉 표면에 남아 있을 수 있으므로 배경 신호 프로파일(Srefj)의 해당 부분이 보다 빠른 업데이트를 필요로 할 수 있다. 이를 처리하기 위하여 배경 신호 프로파일(Srefj)의 이러한 해당 부분은, 예를 들어 식(2)의 제1변수를 이용하여 하지만 상대적으로 작은 a-값으로 관련 부분을 업데이트함으로써, 터치가 있는 경우의 보통의 상황보다 빠른 속도로 업데이트를 할 수 있다. 터치가 사라진 관련 부분의 Srefj를 업데이트하는 다른 방법은 Srefx 값에 지문 신호를 추가하는 단계를 포함한다. 이러한 추가는 식(2)의 제2변수가 Srefj 값을 업데이트하여 지문에 의한 감쇠를 포함하도록 한다. 통상의 지문 신호는 다수의 지문에 의한 평균 감쇠를 평가하여 실험적으로 결정할 수 있다. 또 다른 대안은 지문을 남긴 터치를 나타내는 현재 신호 프로파일 구간의 신호 레벨의 2-15%로 지문 신호를 설정하는 단계를 포함한다. 물론, 지문 신호는 일례로 이전 배경 신호 프로파일에 직접 지문 신호를 추가하여 배경 신호 프로파일을 업데이트하기 위한 다른 동작에 사용될 수 있다.
각각의 터치가 현재 신호 프로파일의 동일한 부분에서의 신호 레벨을 감소시키는 여러 터치 중 하나의 터치의 해제에 대한 검출은 현재 신호 프로파일의 각각의 터치 지시 구간에 대한 신호 변화 레벨을 모니터링하는 것에 기초한다. 예를 들어, 신호 변화가 터치 지시 구간에서의 일정 증가된 에너지 레벨을 나타내며 한편 그 구간에서의 에너지 레벨은 여전히 터치를 나타내고 있는 경우 여러 개의 정렬된 터치 중 하나의 터치 해제가 감지된다. 바람직하게는 0, 1, 2, 3(기타 등등)개의 터치를 나타내는 아웃커플링 위치에서의 에너지 레벨은 실험적으로 결정된다.
상술한 바와 같이, 배경 신호 프로파일의 업데이트는 물체가 접촉 표면에 접촉하느냐에 따라 달라질 수 있다. 표면에 물체가 존재하는지를 결정하기 위한 몇몇 대안은 i) 이전의 반복 또는 감지 인스턴스 동안에 물체의 위치를 성공적으로 결정하는 단계, ii) 현재 신호 프로파일의 신속한 변화를 결정하는 단계, 및 iii) 현재 신호 프로파일의 시간에 따른 분포 리플을 결정하는 단계를 포함한다.
뒤의 2개의 대안인 ii) 및 iii)을 설명하기 위해 예를 들어 발광기/감지부 쌍(pair)에 의해 터치에서 측정된 광의 시간에 따른 감쇠 그래프인 도 6을 참조하여 설명한다. 감쇠는 각각의 감지 인스턴스(시간 간격)에서 터치를 나타내는 전송 신호 구간 내에서의 전송 신호의 평균 음의 로그로서 측정될 수 있다. 전송 신호에 대해 아래에 더 설명이 된다. 감쇠 신호 대신에 전송 신호 자체, 현재 신호 프로파일, 배경 신호 프로파일 또는 광 감지기의 원신호(raw signal)가 사용될 수 있다.
전류 신호 프로파일의 신속한 변경을 결정하는 것을 종종 기울기 감지(slope detection)라고도 하며 시간에 따른 감쇠의 일부 변화량을 측정하는 것을 포함한다. 변화량이 급격히 증가하면 터치를 지시하는 것으로 여겨진다. 이와 유사하게, 감지 인스턴스들 간에 감쇠가 급격히 감소하면 터치가 해제된 것으로 판단될 수 있다.
도 6에서 알 수 있듯이, 짧은 시간 주기 내에 L1 선으로 표시한 바와 같이 감쇠가 급격히 증가하며, L2 선으로 표시한 바와 같이 감쇠가 급격히 감소한다. 언급한 바와 같이, 감쇠는 다수의 감지 인스턴스들에 걸쳐 분포하며, 이는 시간에 따라 분포된 감쇠에 해당한다. 감쇠의 변화량은 접촉 물체의 감쇠(광의 산란/흡수) 특성에 따라 변하며, 물체가 얼마나 단단하게 패널을 누르는지에 따라 변하고, 장치에 사용된 특정 하드웨어 성분 및 재료에 따라 변한다. 변화량은 예를 들어, 접촉 표면을 다양한 종류의 일반적으로 사용하는 물체로 접촉/비접촉 시의 크기를 측정함으로써 모든 종류의 터치 감지 장치에 대해 실험적으로 정해질 수 있다.
단일 프로파일의 리플(ripple)을 결정하는 것은 시간에 따른 감쇠의 특정 부분-광의 증가된 감쇠를 나타내는 그러한 부분들-을 조사하는 것을 포함할 수 있다. 조사된 부분의 크기가 감지 인스턴스들 간의 일정 정도로 변한다면, 즉, 리플이 있다면, 이러한 리플은 보통 사람이나 로봇에 의해 시작된 터치를 나타내며, 이는 많은 로봇뿐만 아니라 사람이 완전히 움직이지 않는 경우는 거의 없다는 이해에 기초한다. 얼마나 많은 리플이 터치를 나타내는 지는 실험적으로 정해질 수 있다.
이러한 리플의 예는 신호 프로파일이 감지 인스턴스(ΔSi)에 걸친 감쇠 변화량(ΔΑ)을 갖는 도 6에서 보여진다. 정확한 감쇠 변화량(ΔΑ)은 실험적으로 결정될 수 있으나 어느 경우나 채용된 광 검출 장치와 같은 전자 측정 장치에서 흔히 일반적인 신호 노이즈에 기인한 작고 일반적인 리플 보다는 크다. 노이즈에 기인한 작은 리플의 예는 602 구간에 나타난다.
특히, 뒤의 2가지 대안 ii) 및 iii), 즉, 단일 프로파일의 신속한 변화를 결정하는 것과 단일 프로파일의 시간에 따른 리플을 결정하는 것은 터치의 존재 및/또는 터치 위치를 식별하기 위한 터치 감지 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 대안은 여기서 언급한 장치 및 방법에 한정되지 않는다. 두 개의 대안은 터치의 존재 및/또는 터치 위치를 식별하기 위해서는 (아웃커플링 위치에서의) 광의 시간 분포에 의존하기 때문에, 다른 터치 감응성 장치와 연계하여 적용할 수 있는 일반적인 방법은 아웃커플링 위치에서 수집된 광의 시간에 따른 분포 변화의 함수로 터치의 존재 및/또는 터치 위치를 결정하는 단계를 포함하고 있다. 대안 ii) 및 iii)은 일반적인 방법의 보다 상세한 실시예이며 조합하여 사용될 수 있다. 일반적인 방법은 기존의 방법이 터치의 존재/위치를 정확히 식별하는 것 같은지를 확인하기 위해 사용될 수도 있다. 나타낸 바와 같이, 일반적인 방법은 입력으로 광 감지기의 원신호 또는 원신호에서 파생된 다른 신호 프로파일을 사용할 수 있으며, 또한 일반적인 방법은 예를 들어, 앞서 포함된 특허문헌에 언급한 기술에 적용할 수 있다.
이제, 도 4의 방법을 참조하면 404 단계에서 현재 신호 프로파일(S) 및 선택적으로 배경 신호 프로파일(Srefj)이 사전 처리된다. 예를 들어, 신호 프로파일은 저대역 필터, 중대역 필터, 푸리에-평면 필터와 같은 표준 필터 기술을 이용하여 노이즈를 감소하기 위해 처리될 수 있다. 또한, 발산된 광 에너지가 장치에서 측정되면 신호 프로파일은 조명 장치에서 일시적인 에너지 변동에 대해 보상될 수 있다. 또한, 신호 프로파일은 패널의 감지 영역 외부와 같은 관심 영역 외부로부터 센서 판독을 포함할 수 있다. 따라서, 신호 프로파일은 그 관련 부분을 추출하여 사전 처리될 수 있다. 더욱이, 신호는 패널 좌표계에서 동일한 샘플링 거리를 같도록 교정, 즉 변환될 수 있다. 이러한 교정은 각각의 측정 신호를 비선형 각도 변수로 보간하는 과정을 포함하며 그 결과 패널에 고르게 분포된 샘플의 데이터 셋트가 된다.
405 단계에서 전송 신호(T)의 형태인 보상된 신호 프로파일이 산출되는 데, 여기서 Ti = Si / Srefj 이며 달리 동등하게는 log(Ti) = log(Si) - log(Srefj)로 표현된다.
도 7a를 참조하여 배경 신호 프로파일(Srefj)의 예를 설명한다. 여기서, 아웃커플링 위치(수직축)에서 수광된 광의 에너지는 공간 신호 분포(수평축)의 함수로 나타내었다. 다시 말하면, 배경 신호 프로파일은 아웃커플링 위치 내의 위치 함수로서 전송된 에너지의 플롯(plot)으로 주어질 수 있다. 터치 패널에 존재하는 오염은 아웃커플링 위치에서의 광의 감소(예, 610, 611)를 유발할 수 있다.
세 개의 물체가 패널(103)에 접촉한 경우 얻어지는 현재 신호 프로파일(Si)이 도 7b에 예시되어 있다. 여기서 측정된 신호 레벨은 접촉에 상응하는 지점(612, 613)에서 현저히 낮아진다. 그러나, 알 수 있는 바와 같이, 오염에 의한 광의 감소는 감소(610)에 나타낸 바와 같이 단일 프로파일에 여전히 포함된다.
현재 신호 프로파일(Si)을 배경 신호 프로파일(Srefj)로 분배하면 도 7c에 나타낸 바와 같은 전송 분포를 갖는 전송 신호(Ti)가 얻어진다. 여기서 터치를 나타내는 전송(Ti) 구간(614, 615)은 전송 감소를 나타낸다. 그 결과 전송 신호는 접촉 물체에 의한 구간(614, 615)에 비해 (상대적) 전송에서 대략 1로서 균일한 신호 레벨을 나타낸다. 측정 신호의 전송 신호로의 변환은 터치를 나타내는 관련 구간의 식별을 용이하게 함을 알 수 있다. 또한, 다른 아웃커플링 위치에서 및/또는 패널 내에 진행하는 다른 빔에 대해 얻어진 측정 신호의 구간을 비교할 수 있다.
아웃커플링 위치를 향해 진행 중인 광의 방향에 정렬된 하나 이상의 터치가 있는 경우, 터치에 의해 주어지는 전체 전송 신호는 터치들의 개별적인 전송들의 곱이다. 도 7c에서, 615 구간이 한 번의 터치를 나타내는 반면 614 구간은 2번의 터치를 나타낸다.
로그 연산이 유용하게 사용되며 터치를 양의 신호를 나타내는 것이 보다 잘 설명이 되므로, Ti의 음의 로그(-log(Ti))는 도 7d의 프로파일과 같은 단일 프로파일을 만드는 것으로 정해질 수 있는 데, 여기서 616 피크는 614 구간에 대응되며 617 피크는 615 구간에 대응된다.
전송 신호는 터치 패널의 다른 광의 흡수 결함뿐만 아니라 오염을 보상하므로 전송 신호는 “보상된” 신호로 여겨진다.
도 7a-7d의 신호 프로파일은 패널의 x- 또는 y-축 방향으로의 광의 공간 분포를 나타낼 수 있음을 유의하여야 한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 터치의 x- 및 y-위치 각각이 결정되면 여러 신호 프로파일에 대한 연산이 수행되어야만 한다. 그러나, 패널에서 광의 완전한 공간 분포를 나타내는 합쳐진 신호 프로파일을 생성하고 이에 대해 연산할 수도 있다.
이제, 도 4를 참조하면, 406 단계에서, 터치 위치는 송신 신호에 따라 결정되며, 선택적으로는 이전 반복 동안에 계산된 전송 신호에 따라서도 결정된다. 간단히 말해서, 터치 위치는 여러 번의 감지 인스턴스에 걸쳐 전송 차이에 따라 결정될 수 있다.
도 7d에서의 피크(616, 617)의 크기뿐만 아니라 도 7c에서의 구간(614, 615)의 크기는 터치 위치를 나타낸다. 또한, 예를 들어 각 피크(616, 617) 아래의 통합 면적을 나타내는 면적 값의 크기는 예를 들어 이전의 감지 인스턴스 동안에 식별되었던 터치 위치에 관한 정보를 이용하여 터치 위치 및 터치 위치에 관한 선험적인 지식을 나타낼 수 있으며, 터치 위치의 결정에 대한 정확성 및/또는 계산 속도를 증가하기 위해 이용될 수 있다.
더욱이, 여기에 언급한 터치 감지 장치는 투과 단층 촬영용으로 개발된 적절한 공지의 알고리즘을 이용하도록 모델링될 수 있다. 이와 같이, 터치 위치는 퓨뷰(few-view) 알고리즘과 같은 사용 가능한 모든 영상 재구성 알고리즘을 이용하여 재구성될 수 있다. 재구성은 장치 내 산란에 의해 야기되는 터치 패널에서의 신호폭과 위치 간의 기결정된 함수적 의존관계를 고려할 수도 있다.
상기 예로부터 감지 위치를 알고 있는 것은 배경 신호 프로파일을 업데이트하는 몇몇 경우에 있어서 적절하다고 하는 것은 분명하다. 이러한 목적을 위해 터치에 공간적으로 해당하는 배경 신호 프로파일 일부(예, 도 5a의 Srefj-A 구간)의 정도가 터치 감지 장치의 메모리에 저장된다. 패널을 터치하고 있는 한, 배경 신호 프로파일의 터치 지시 구간을 업데이트하는 것을 막을 수 있다.
배경 신호 프로파일의 터치 지시 구간을 업데이트하는 것을 막음으로써, 예를 들어, T의 음의 로그 신호 프로파일이 터치 지시 피크를 유지하게 된다.
반면, 배경신호를 현재 측정한 신호 프로파일 또는 평균이나 가중 평균한 신호 프로파일로 설정하여 완전 배경 신호 프로파일을 업데이트한다면, Ti = Si / Srefj이고 일정 시간 후의 Si 및 Srefj 모두 접촉을 나타내는 지점에서의 해당 신호 레벨을 포함하므로 음의 로그 터치 지시 피크는 시간이 지남에 따라 줄어들게 된다. 이 경우, 접촉이 처음 감지되면 터치 위치 정보가 시간에 따른 접촉을 식별하기 위한 터치 감지 장치의 메모리에 저장된다. 패널에서 터치가 해제되면 터치가 해제된 위치에서 전송이 증가하고 전송 신호(도 7c와 비교)가 터치가 해제된 곳에서 피크를 보인다. 터치가 해제되면, 터치가 더 이상 유효하지 않으므로 메모리 내에 있는 관련 터치 지시 정보는 무시된다.
407 단계에서, 결정된 터치 위치가 출력되고 상기 방법은 다음의 감지 인스턴스를 처리하기 위한 401 단계로 돌아간다.
배경 신호 프로파일(Srefj)이 시간에 따라 어떻게 변하는지를 설명하기 위하여 도 8을 참조한다. 여기서, 전류 신호 프로파일(S)의 시간에 따른 분포 감쇠값(V-S)은 아웃 커플링 위치의 특정 부위에서의 감쇠를 나타낸다. 배경 신호 프로파일(Srefj)의 해당 시간에 따른 분포 감쇠값(V-Sref)을 또한 보여주다. 알려진 바와 같이, 감쇠는 신호 레벨의 증가로서 터치를 나타내는 반면, 예를 들어, 센서로부터의 원신호는 신호레벨의 증가로서 터치를 나타낸다.
V-S 값 및 V-Sref 값은 초기에는 대략적으로 동일한 감쇠 레벨을 갖는다. 이때, 저주파 대역을 통과한 배경 신호 프로파일(현재 신호 프로파일은 통과하지 못함)에 의해 작은 감쇠 차이가 일반적으로 야기될 수 있다.
시간 상의 t1 지점에서 V-S 값은 급격히 증가하며 이는 패널에 접촉된 물체에 통상적으로 대응된다. 배경신호 프로파일이 현재 신호 프로파일을 이용하는 방법으로 업데이트된다고 가정하면 V-Sref 값은 그 동일한 시간 t1에서 증가하게 된다. V-S 값은 664 곡선으로 나타낸 일정 레벨 이상 증가하므로 물체가 스크린에 접촉하고 있는 것으로 판단될 수 있다. 시간 t1에서의 터치에 따른 V-Sref 값의 증가는 시간 t1 이전 순간에 갖고 있던 값으로 설정함으로써 해소할 수 있다. 곡선 662에서 나타낸 임계 레벨은 터치가 더 이상 없는 경우를 판단하기 위해 사용될 수 있는 데, 즉, V-S 값이 시간 상의 t2 지점에서의 임계 레벨(662) 이하로 떨어지는 경우 터치는 더 이상 없는 것으로 판단할 수 있다. 임계 레벨(662)은 과거에 여러 감지 인스턴스들에서 측정한, 예를 들어, 최대 V-S 값의 30%로 설정할 수 있다.
물체가 스크린을 감지하고 있는 동안은 V-Sref 값은 업데이트되지 않지만 시간 t2에서 터치가 없어지자마자 현재의 V-S 값을 고려하여 V-Sref 값이 V-S 값과 기본적으로 동일한 신호 레벨을 갖도록 V-Sref 값이 업데이트된다. 시간 t1 이전의 신호 레벨과 비교하여 시간 t2 이후의 증가된 신호 레벨(감쇠)은 이전의 터치 위치 상에 잔존하는 지문 형태의 오염에 의해 통상적으로 발생될 수 있다. 시간 t2 이후 일정 레벨 664는 터치 전후의 V-S 값에 대한 신호 레벨의 차에 해당하는 크기만큼 업데이트된다.
도 9a-c를 참조하여 상기 언급된 일부 계산 결과를 보다 상세히 설명한다.
도 9a는 각각 아웃커플링 위치의 특정부위에 대하여 1000번의 감지 인스턴스에 걸쳐 업데이트하고 측정된 현재 신호 프로파일(Si)의 시간에 따른 분포 신호 값(V-S') 및 배경신호 프로파일(Srefj)의 시간에 따른 분포 신호 값(V-Sref')을 나타낸다. 여기서 V-S’값은 광 검출 장치에서 얻어진 원신호 레벨이며, B1 구간에 포함된 측정 지점들의 변화량에 의해 알 수 있듯이 일부 노이즈를 나타낸다. A 구간에 포함된 측정 지점들은 손가락에 의한 터치를 나타내며, B2 구간에 포함된 측정 지점들은 B1 구간에 포함된 측정 지점들과 비교하여 감소된 신호 레벨을 갖는데, 이는 손가락 터치에 의해 야기되는 지문에 의한 일반적인 영향 때문이다. V-S’ 값은 터치가 생긴 즉시 실행되는 약간의 리셋을 제외하고는 A 구간에 포함된 감지 인스턴스 동안에는 업데이트되지 않는다.
도 9b는 도 9a에 대응되지만 차이는 터치가 사라진 후에 기준 신호의 업데이트가 보다 빠르다는 것이다. 보다 빠른 업데이트는 B2’구간에 포함된 감지 인스턴스들에 대해 수행된다. 보통의 업데이트는 B2 구간에 포함된 감지 인스턴스에서 수행된다. 알 수 있는 바와 같이, 여기서 V-Sref' 값은 도 9a에서 보다 V-S’값을 빨리 반영하여 지문의 효과를 초기 단계에서 고려할 수 있도록 한다.
도 9c는 1 - V-S' / V-Sref'로서 계산된 보완된 신호 프로파일의 시간에 따른 분포값을 예시하고 있으며, 여기서 V-S' 및 V-Sref'는 도 9b의 값이다. 알 수 있는 바와 같이, 비록 이전의 터치 위치에 지문이 있더라도 B2 및 B2’구간의 신호 레벨은 기본적으로 B1 구간의 신호 레벨에 대응된다. 그러나, 배경 신호 프로파일이 언급한 바와 같이 업데이트되지 않으면 B2 및 B2’구간의 신호 레벨은 현저히 높아질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 서술하고 도시하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 청구항에서 정의된 대상의 범주 내에서 다양하게 구현될 수 있다. 특히, 본 발명은 패널 내에서 광의 분포를 나타내는 신호 프로파일을 얻기 위한 다른 기술을 이용하여 구현될 수도 있다.

Claims (27)

  1. 터치 표면(104) 상의 적어도 하나의 물체(C)의 위치(pc)를 판단하기 위한 장치에 있어서,
    터치 표면(104) 및 반대 표면(105)을 갖는 광 투과 패널(103);
    상기 광 투과 패널(103) 내로 광(L)을 유도하여 상기 터치 표면(104)과 상기 반대 표면(105) 사이에서 내부 반사에 의해 광이 전파되도록 하는 조명 장치(111x);
    상기 광 투과 패널(103)에서 전파되는 광(L)을 수신하는 광 검출 장치(109x); 및
    반복적으로, 상기 광 검출 장치(109x)에 의해 수신된 광의 현재 신호 프로파일(Si)을 결정하고, 조건 만족 시, 상기 광 검출 장치(109x)에 의해 수신된 광(L)의 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하고, 현재 보상된 신호 프로파일(Ti)을 상기 배경 신호 프로파일(Srefj) 및 상기 현재 신호 프로파일(Si)의 함수로 계산하며, 그리고 상기 물체(C)가 상기 터치 표면(104)에 접촉하여 상기 광 투과 패널(103) 내로 전파되는 광(L)을 감쇠시킬 때, 상기 위치(pc)를 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)의 함수로 결정하는 처리부(102)를 포함하는 물체 위치 판단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 현재 신호 프로파일(Si)을 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)로 나누어 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)을 계산하는 물체 위치 판단 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 현재 신호 프로파일(Si)의 로그값에서 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)의 로그값을 빼서 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)을 계산하는 물체 위치 판단 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 현재 신호 프로파일(Si)에서 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 빼서 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)을 계산하는 물체 위치 판단 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)에서 이전에 결정되고 보상된 신호 프로파일(Ti -1)을 빼서 상기 위치(pc)를 판단하는 물체 위치 판단 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 신호 프로파일들(Srefj, Si, Ti)은 상기 광 투과 패널(103)의 제1 주요 방향(x)의 각 신호 프로파일(Srefj -x, Si -x, Ti -x) 및 상기 광 투과 패널(103)의 제2 주요 방향(y)의 각 신호 프로파일(Srefj -y, Si -y, Ti -y)을 포함하는 물체 위치 판단 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 장치(111x)는 광(L)을 유도하기 위한 발광기(112x) 세트를 포함하고,
    상기 광 검출 장치(109x)는 광(L)을 수신하기 위한 광 검출기(110x) 세트를 포함하고 있으며,
    상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 형성하기 위한 광, 및 상기 현재 신호 프로파일(Si)을 형성하기 위한 광은 동일한 세트의 발광기(112x) 및 광 검출기(110x)에 의해 각 시간에서 유도되고 수신되는 물체 위치 판단 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 터치 표면(104) 상의 물체(C)의 존재 여부와 상관없이 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는, 상기 물체(C)가 상기 터치 표면(104)에 접촉하여 상기 광 투과 패널(103) 내로 전파되는 광(L)을 감쇠시킬 때, 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는, 상기 물체 위치 판단 장치가 초기화되는 경우, 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 기결정된 시간 간격으로 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)가 상기 물체(C)가 상기 터치 표면(104)에 접촉하지 않았다고 판단하는 경우, 상기 처리부는 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 현재 측정되는 신호 프로파일 및 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일(Srefj -1)의 함수로 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 현재 측정되는 신호 프로파일에 이전에 업데이트된 배경 신호 프로파일(Srefj -1)보다 상대적으로 낮은 가중치를 부여하여 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제 2 구간(Srefj-B)과는 다른 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제 1 구간(Srefj-A)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는, 상기 물체(C)의 위치(pc)를 나타내지 않는 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제 2 구간(Srefj-B)과는 다른 물체(C)의 위치(pc)를 나타내는 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제 1 구간(Srefj-A)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 상기 물체(C)의 위치(pc)의 함수로 결정함으로써 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 상기 물체(C)의 위치(pc)가 결정된 시점으로부터 경과한 시간의 함수로 결정함으로써 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는, 상기 물체(C)가 상기 터치 표면(104)으로부터 제거되는 경우, 상기 물체(C)의 위치(pc)와 관련된 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제 1 구간(Srefj-A)을, 상기 물체(C)의 위치(pc)와 관련되지 않은 배경 신호 프로파일(Srefj)의 제 2 구간(Srefj-B)보다 빠르게 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 광 검출 장치(109x)에 의해 수신되는 광(L)의 시간에 따른 분포 변화(time-distributed variation)의 함수로 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  21. 제 1항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 특정 시간 간격 동안에 판단된 상기 물체(C)의 위치(pc)의 함수로 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 표면(104) 상의 적어도 하나의 물체의 존재 여부를 나타내는 데이터를 저장하는 메모리부(24)를 포함하며, 상기 처리부(102)는 적어도 하나의 물체의 존재에 따른 함수로 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  23. 제 1항 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(102)는 상기 물체(C)의 위치(pc)를 이전에 결정되고 보상된 신호 프로파일(Ti -1)의 함수로 판단하는 물체 위치 판단 장치.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 투과 패널(103)에 정렬되는 그래픽 유저 인터페이스를 제공하는 인터페이스 장치(106)를 포함하며,
    상기 처리부(102)는 상기 그래픽 유저 인터페이스의 함수로 상기 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 물체 위치 판단 장치.
  25. 터치 표면(104) 및 반대 표면(105)을 갖는 광 투과 패널(103)의 터치 표면(104) 상의 적어도 하나의 물체(C)의 위치(pc)를 판단하는 방법에 있어서,
    상기 광 투과 패널(103) 내로 광(L)을 유도하여 상기 터치 표면(104)과 상기 반대 표면(105) 사이에서 내부 반사에 의해 광을 전파하는 단계;
    상기 광 투과 패널(103)에서 전파되는 광(L)을 수신하는 단계; 및
    반복적으로, 광 검출 장치(109x)에 의해 수신된 광의 현재 신호 프로파일(Si)을 결정하고(401), 조건 만족 시, 상기 광 검출 장치(109x)에 의해 수신된 광(L)의 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하고(403), 현재 보상된 신호 프로파일(Ti)을 상기 배경 신호 프로파일(Srefj) 및 현재 신호 프로파일(Si)의 함수로 계산하며(405), 그리고 상기 물체(C)가 상기 터치 표면(104)에 접촉하여 상기 광 투과 패널(103) 내에 전파되는 광(L)을 감쇠시킬 때, 상기 위치(pc)를 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)의 함수로 결정하는 단계(406)를 포함하는 물체 위치 판단 방법.
  26. 터치 표면(104) 및 반대표면(105)을 갖는 광 투과 패널(103)의 터치 표면(104) 상의 적어도 하나의 물체(C)의 위치(pc)를 판단하는 방법에 있어서,
    반복적으로 수행되는
    - 상기 터치 표면(104) 및 상기 반대 표면(105) 사이의 내부 반사에 의하여 광이 상기 광 투과 패널(103) 내로 전파된 후, 광 검출 장치(109x)에 의해 수신된 광의 현재 신호 프로파일(Si)을 결정하는 단계(401);
    - 조건 만족 시, 상기 광 검출 장치(109x)에 의해 수신된 광(L)의 배경 신호 프로파일(Srefj)을 업데이트하는 단계(403);
    - 현재 보상된 신호 프로파일(Ti)을 상기 배경 신호 프로파일(Srefj) 및 상기 현재 신호 프로파일(Si)의 함수로 계산하는 단계(405); 및
    - 상기 물체(C)가 상기 터치 표면(104)에 접촉하여 상기 광 투과 패널(103) 내로 전파되는 광(L)을 감쇠시킬 때, 상기 위치(pc)를 상기 보상된 신호 프로파일(Ti)의 함수로 결정하는 단계(406)를 포함하는 물체 위치 판단 방법.
  27. 처리 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 있어서,
    상기 처리 명령은 처리부(102)에 의해 실행될 시에, 제 25항 또는 제 26항에 따른 물체 위치 판단 방법을 실행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
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