KR20130115282A - 복잡한 표면 기하구조를 위한 고체 상태 터치 센서를 갖는 제어 시스템 - Google Patents

복잡한 표면 기하구조를 위한 고체 상태 터치 센서를 갖는 제어 시스템 Download PDF

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KR20130115282A
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바하르 엔. 와디아
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유아이씨오, 인크.
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Abstract

고체 상태 터치 감지 시스템은 장치 또는 장비를 위한 제어 요소에 통합된다. 제어 요소는 복잡한 표면 기하구조를 가질 수 있다. 시스템은 제어 요소와 사용자 접촉의 특성을 나타내는 실시간 파라미터들을 결정하고, 장치 또는 장비를 제어하는 제어 신호들을 발생시키거나 또는 정보 또는 경고들을 장비의 사용자에게 제공할 수 있다.

Description

복잡한 표면 기하구조를 위한 고체 상태 터치 센서를 갖는 제어 시스템{CONTROL SYSTEM WITH SOLID STATE TOUCH SENSOR FOR COMPLEX SURFACE GEOMETRY}
관련 출원들
본 출원은 2010년 10월 25일자로 출원되고, 발명의 명칭이 SOLID STATE TOUCH SENSOR FOR COMPLEX SURFACE GEOMETRY인 미국 가특허 출원 제61/406,337호의 이점을 청구하고, 상기 출원은 본 명세서에서 참고문헌으로 전체 포함되어 있다.
본 발명은 장치들 및 장비를 위한 제어 시스템들에 관한 것으로, 특히 장치들 및 장비를 위한 터치 감지 제어 시스템들에 관한 것이다.
개별 터치 패드들 및 멀티-터치 터치 스크린들을 위한 용량성 터치 감지와 같은 고체 상태 터치 감지 기술들은 최근에 휴대 전화들로부터 대형 디스플레이 모니터들까지의 범위에 이르는 제품들에서 광범위하게 수용되었다. 이 기술들의 성공은 사용자들에 의해 경험될 때 개선된 사용자 상호작용의 직접적인 결과이다.
고체 상태 감지 기술을 사용하는 하나의 이점은 그의 가상 무한 수명이다. 시간 및 반복된 사용에 따라 마모되는 필수 이동 구성요소들을 갖는 머신적 대안들과 달리, 고체 상태 터치 감지 기술들은 어떤 그러한 제한들을 갖지 않는다. 이와 같이, 그들은 좀처럼 고장나지 않고 사용자들은 고장난 사용자 인터페이스를 걱정할 필요가 없다. 고체 상태 터치 센서들은 단일 고체 밀봉 표면, 예를 들어 유리 또는 성형 플라스틱 아래에 미리 통합되어, 외부 환경에 본래 영향을 받지 않는 제품 내부에 민감한 구성요소들을 구성한다. 대조적으로, 불가능하지 않을지라도, 이것은 종래의 머신적 대안들을 이용하여 성취하기에 매우 어렵고 값비싸다.
무한 수명 및 사용자 인터페이스들을 밀봉하는 능력의 조합의 경우, 용량성 감지는 거친 옥외 환경들에 사용되는 제품들을 위해 상당한 이점들을 제공한다. 그러나, 지금까지, 고체 상태 센서들은 2차원 평면들에서 주로 전개되어, 터치 스크린들 및 터치 패드들 상의 용량성 센서들의 사용에 의해 주로 구동되었다. 복합 평면들 상에 용량성 센서들의 일부 구현들이 이전에 있었을지라도, 그들은 일반적으로 디지털 이진 스위치들의 역할을 하는 개별 터치 패드들에 한정된다.
그러나, 이러한 구현들은 머신와 인간의 상호작용에 대하여 단지 한정된 정보를 머신에 제공할 수 있었다. 예를 들어, 철도 차량에서 구현되는 종래의 시스템에서, 운전자의 손의 존재를 검출하기 위해 차량 속도 제어기에는 용량성 센서가 갖추어졌다. 손이 짧은 시간 이상 동안 제거되었다면, 차량을 정지 또는 감속시키기 위해 트랙 브레이크들이 작동되었다. 그러나, 이 시스템의 결점은 시스템이 접촉을 단지 검출할 수 있지만, 접촉의 방식 또는 특성들을 검출할 수 없다는 것이다. 부주의한 또는 태만한 운전자는 다른 활동들을 수행하는 동안 손 또는 다른 신체 부분을 센서 상에 단순히 얹음으로써 브레이크들의 적용을 피할 수 있으므로, 시스템의 목적을 좌절시킨다.
필요한 것은 접촉을 단순히 검출하는 것에 더하여 시스템이 표면과 사용자 접촉의 특성을 검출할 수 있도록 용량성 또는 다른 고체 상태 터치 감지 기술을 기하학적으로 복잡한 표면들에 적용하는 시스템이다.
본 발명의 실시예들은 기하학적으로 복잡한 표면을 갖는 제어 요소로 통합된 용량성 또는 다른 고체 상태 터치 감지 시스템을 제공함으로써 산업의 요구를 처리하고, 시스템은 요소와 사용자 접촉의 특성을 결정할 수 있다. "기하학적으로 복잡한 표면"은, 본 출원의 목적들을 위해, 비평면인 표면으로 정의된다.
하나의 예시적 실시예에서, 본 발명은 운전자의 손의 존재를 간단한 이진 방식으로 감지할 뿐만 아니라, 적용 범위 면적, 확인 그립, 또는 건성의 손바닥 얹음을 감지하는 스티어링 휠 내부에 내장된 하나 이상의 고체 상태 센서들이 구비된 차량 스티어링 휠을 포함할 수 있다. 차량이 움직이고 있는 동안 스티어링 휠의 운전자의 그립이 느슨해지면, 시스템은 운전자의 관심을 운전 업무로 돌리기 위해 경고를 운전자에게 제공할 수 있거나, 엔진 전력을 자동으로 감소시키거나 차량 브레이크들을 특정 상황에 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기하학적으로 복잡한 표면 아래에 또는 위에 연속적인 감지 표면을 포함할 수 있다. 감지 표면은 손 또는 다른 신체 부분의 이진 존재를 검출할 뿐만 아니라, 감지 표면은 손의 윤곽들, 손이 표면 주위에 어떻게 타이트하게 감겼는지, 미끄러짐으로 인한 손의 이동, 및 표면과 인간 접촉의 다른 그러한 특성들을 검출할 수 있다. 구현은 다수의 센서들(용량성, IR, 열 등)이 배치되는 가요성 캐리어를 구체화할 수 있다. 가요성 캐리어는 복잡한 표면 기하구조에 일치하도록 설계된다. 센서들은 그 표면과 인간 손의 복잡하지만 매우 흥미로운 상호작용을 포착하기 위해 함께 또는 독립적으로 작동한다. 센서 데이터는 분석을 위해 처리기에서 통합되고 결과적인 상호작용 정보는 반응 작용을 위해 머신에 전송된다.
실시예에 따르면, 장비를 위한 제어 시스템은 접촉 표면을 제공하는 제어 장치, 제어 장치의 접촉 표면의 적어도 일부를 커버하는 고체 상태 터치 패드, 및 고체 상태 터치 패드와 통신 결합된 신호 처리기 - 신호 처리기는 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 적어도 하나의 실시간 파라미터를 결정하기 위한 알고리즘으로 프로그래밍됨 - 를 포함한다. 신호 처리기는 메모리와 통신 결합될 수 있고, 적어도 하나의 미리 결정된 임계 파라미터는 메모리에 정의 및 저장될 수 있다. 게다가, 신호 처리기는 적어도 하나의 실시간 파라미터와 적어도 하나의 임계 파라미터를 비교하도록 프로그래밍될 수 있고, 신호 처리기는 이 때 적어도 하나의 임계 파라미터가 적어도 하나의 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호를 송신할 수 있다.
실시예에서, 고체 상태 터치 패드는 용량성 터치 패드일 수 있다. 게다가, 제어 장치의 접촉 표면은 복잡한 기하구조를 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시간 파라미터는 제어 장치와 사용자 접촉의 구역의 면적일 수 있으며, 제어 장치 상의 사용자 접촉의 구역의 위치를 포함하며, 제어 장치와 사용자 접촉의 구역의 무게중심을 포함하며, 제어 장치와 사용자 접촉의 지속 기간을 포함하며, 및/또는 제어 장치 상의 사용자 접촉의 구역의 위치에서 시프트의 크기를 포함한다.
본 발명의 실시예들에서, 제어 장치는 조이스틱, 스티어링 휠, 제어 요크, 및 시프트 레버로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 실시예들에서, 신호 처리기는 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 복수의 실시간 파라미터들을 결정하기 위한 알고리즘으로 프로그래밍된다. 그러한 실시예들에서, 신호 처리기는 메모리와 통신 결합되고, 복수의 미리 결정된 임계 파라미터들은 메모리에 정의 및 저장되고, 각각의 미리 결정된 임계 파라미터는 실시간 파라미터들의 별개의 파라미터에 대응할 수 있다. 게다가, 신호 처리기는 각 실시간 파라미터와 대응하는 임계 파라미터를 비교하도록 프로그래밍될 수 있고, 신호 처리기는 각 임계 파라미터가 그의 대응하는 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호들을 송신할 수 있다. 실시예들에서, 제어 시스템은 신호 처리기와 통신 결합된 장치 제어기 - 장치 처리기는 하나의 장비를 제어하기 위해 적응됨 - 를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 차량 또는 장비를 제어하는 방법은 고체 상태 터치 패드를 차량 또는 장비의 제어 장치의 사용자 접촉 표면의 적어도 일부에 걸쳐 배치하는 단계, 신호 처리기와 고체 상태 터치 패드를 통신 결합하는 단계, 및 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 적어도 하나의 실시간 파라미터를 결정하기 위한 알고리즘으로 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계를 포함한다. 방법은 신호 처리기와 메모리를 통신 결합하는 단계, 및 적어도 하나의 미리 결정된 임계 파라미터를 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 적어도 하나의 실시간 파라미터와 적어도 하나의 임계 파라미터를 비교하기 위해 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계, 및 적어도 하나의 임계 파라미터가 적어도 하나의 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호를 송신하기 위해 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 방법은 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 복수의 실시간 파라미터들을 결정하기 위한 알고리즘으로 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 신호 처리기와 메모리를 통신 결합하는 단계, 및 복수의 미리 결정된 임계 파라미터들을 메모리에 저장하는 단계 - 각각의 미리 결정된 임계 파라미터는 실시간 파라미터들의 별개의 파라미터에 대응함 - 를 더 포함할 수 있다. 방법은 각 실시간 파라미터와 대응하는 임계 파라미터를 비교하기 위해 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계, 및 각 임계 파라미터가 그의 대응하는 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호들을 송신하기 위해 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 이하의 도면들과 함께 본 발명의 각종 실시예들의 이하의 상세한 설명을 고려하여 더 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 실시예에 따른 조이스틱의 절개 등각투상도이다.
도 2는 본 발명에 실시예에 따른 제어 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 실시예에 따른 예시적 프로세스 흐름의 흐름도이다.
도 4는 조이스틱 상의 사용자의 그립에서 기인하는 접촉 구역들을 도시하는 도 1의 조이스틱 실시예의 등각투상도이다.
도 5는 조이스틱 상의 사용자의 조여진 그립에서 기인하는 접촉 구역들을 도시하는 도 5의 조이스틱의 등각투상도이다.
도 6은 조이스틱과 사용자의 우연한 접촉에서 기인하는 접촉 구역을 도시하는 도 5의 조이스틱의 등각투상도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠의 등각투상도이다.
도 8은 휠 상의 사용자의 그립에서 기인하는 접촉 구역들을 도시하는 도 7의 스티어링 휠 실시예의 등각투상도이다.
도 9는 구역들 중 하나가 사용자의 손의 미끄러짐의 결과로 시프트되는 상태에서, 휠 상의 사용자의 그립에서 기인하는 접촉 구역들을 도시하는 도 7의 스티어링 휠 실시예의 등각투상도이다.
본 발명이 각종 수정들 및 대안의 형태들에 따를지라도, 그의 상세는 도면들에서 예로서 도시되었고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 의도는 본 발명을 설명된 특정 실시예들에 한정하지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이에 반하여, 의도는 본 발명의 사상 및 범위 이내에 있는 모든 수정들, 등가물들, 및 대안들을 커버하는 것이다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 제어 장치(10)는 일반적으로 조이스틱(12) 및 스프링 하중 위치 결정 패드(14)를 포함한다. 조이스틱(12)은 일반적으로 샤프트부(16), 샤프트부(16)를 둘러싸는 스페이서(18), 고체 상태 감지 패드(20), 외부 커버링(22), 및 내장 신호 처리기(24)를 포함하며, 내장 신호 처리기는 고체 상태 감지 패드(20)에 통신 결합된다. 스프링 하중 위치 결정 패드(14)는 조이스틱(12)의 지향성 이동 및 이동의 크기에 기초하여, 전체적 직립 및 중심 위치를 향해 바이어스되는 조이스틱(12)을 유지하기 위해, 및 제어 신호들을 그와 함께 연결된 머신(도시되지 않음)에 송신하기 위해 본 기술분야에 통상 공지된 바와 같은 임의의 그러한 장치일 수 있다. 명백히, 조이스틱(12)은 도시된 원통 형상과 같은 복합 외부 윤곽, 또는 사용자의 손 형상에 인체공학적으로 일치할 수 있는 다른 윤곽들을 갖는 표면을 구비할 수 있다. 고체 상태 감지 패드(20)는, 본 발명의 예시적 실시예들에서, 다수의 동시적 터치들을 검출할 수 있는 용량성 감지 패드일 수 있다.
도 2에서, 본 발명에 실시예에 따른 제어 시스템(30)의 블록도가 도시되어 있다. 시스템(30)은 일반적으로 제어 장치(10)를 포함하고, 제어 장치는 장치 제어기(32), 및 피제어 장치(34)를 포함한다. 도 1의 조이스틱 실시예에 대해 이전에 설명된 바와 같이, 제어 장치(10)는 일반적으로 고체 상태 감지 패드(20), 신호 처리기(24)를 포함하고, 적외선(IR) 또는 열 센서들과 같은 하나 이상의 다른 감지 장치들(36)을 포함할 수도 있다. 신호 처리기(24)는 도 1의 실시예에서와 같이 제어 장치(10)에 내장될 수 있거나, 제어 장치(10)의 다른 구성요소들로부터 원격으로 위치될 수 있고, RAM, EEPROM과 같은 메모리, 또는 다른 전자 메모리 회로(도시되지 않음)와 연관될 수 있다.
장치 제어기(32)는 일반적으로 컴퓨터 프로세서 및 임의의 관련된 주변 장치들을 포함하고, 피제어 장치(34)를 제어하고 신호 처리기(24)로부터의 신호들을 수신 및 처리하기 위한 알고리즘들로 프로그래밍된다. 예를 들어, 장치 제어기(32)는 피제어 장치(34)가 차량 변속기인 경우, 차량 변속기의 변속기 제어 모듈일 수 있다. 그러한 경우에, 장치 제어기(32)는 전형적으로 원격 센서들에 의해 공급된 정보를 사용하여, 최적 성능, 연료 절약, 및 변속 품질(shift quality)을 위해 차량의 기어를 제어 및 계산하고 기어를 변경하는 방법 및 기어를 변경할 때를 제어하기 위한 알고리즘들로 프로그래밍된다. 본 발명의 실시예에서, 장치 제어기(32)는 또한 이하에 더 설명되는 바와 같이, 제어 장치(10)와 사용자의 상호작용을 나타내는 신호 처리기(24)로부터 수신된 신호들을 인식 및 처리하는 능력으로 프로그래밍된다.
장치 제어기(32) 및 피제어 장치(34)는 사용자 입력에 의해 명령되는 연관된 제어 처리기를 갖는 임의의 머신인 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 장치 제어기(32)는 피제어 장치가 차량 브레이크 시스템인 경우, 차량에 대한 브레이크 시스템 제어기일 수 있다. 다른 예들에서, 장치 제어기(32)는 조이스틱 또는 요크에 의해 동작되는 장비에 대한 모션 제어기일 수 있거나, 장비의 조작자에게 계측, 정보, 또는 경고 신호들을 발생시키는 처리기일 수 있다. 또한, 신호 처리기(24)는 상이한 목적들을 위해 사용되고 차량 또는 장비의 상이한 장치들 또는 구성요소들을 제어하는 다수의 장치 제어기들(32)과 인터페이스될 수 있는 것이 인식될 것이다.
도 3에서, 신호 처리기(24)가 본 발명의 예시적 실시예에 따라 프로그래밍되는 알고리즘의 흐름도가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 임계 파라미터들은 단계 38에서 정의되고, 신호 처리기(24)와 연관된 메모리에 저장될 수 있다. 그러한 임계 파라미터들은 예를 들어 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 원하는 면적 커버리지(areal coverage), 고체 상태 터치 패드(20)와 예상된 사용자 접촉의 위치에 대한 좌표들, 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 위치 내의 최대 허용가능한 시프트, 및/또는 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 예상된 일시적 지속 기간을 포함할 수 있다. 이 파라미터들 중 어느 하나가 단독으로 정의될 수 있거나, 이들 또는 다른 그러한 파라미터들의 임의의 조합이 정의될 수 있는 것이 인식될 것이다.
단계 40에서, 정의된 임계 파라미터들과 일치하는 고체 상태 터치 패드(20)의 사용자 접촉의 실시간 파라미터들은 신호 처리기(24)를 사용하여 결정된다. 상기 주어진 예들에 대해, 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 면적 커버리지가 사용자 접촉의 합으로서 또는 별개의 개별 면적들로서 계산될 수 있으며, 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 별개의 면적들의 좌표들 및 무게중심들이 결정될 수 있으며, 사용자 접촉의 면적들의 무게중심들의 위치 내의 시프트들이 결정 및 추적될 수 있으며, 및/또는 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 지속 기간이 측정될 수 있다.
단계 42 및 44에서, 단계 40에서 결정된 실시간 파라미터들 각각은 단계 38에서 정의된 대응하는 임계값들과 비교된다. 정의된 임계 파라미터가 대응하는 실시간 결정된 파라미터에 의해 충족되지 않으면, 단계 46에서 임계가 충족되지 않는 것을 나타내는 신호는 신호 제어기(24)에 의해 장치 제어기(32)에 송신된다. 대안적으로, 정의된 임계 파라미터가 대응하는 실시간 결정된 파라미터에 의해 충족되면, 단계 48에서 임계가 충족되는 것을 나타내는 신호는 신호 제어기(24)에 의해 장치 제어기(32)에 송신된다. 각각의 경우에, 프로세스는 단계 40으로 복귀되고 연속적으로 반복된다.
단계 46 및 48에서 송신된 이진 신호들에 대한 대안으로서 또는 이진 신호들에 더하여, 단계 40에서 결정된 실시간 사용자 접촉 파라미터들에 대한 값들은 신호로서 처리를 위해 장치 제어기(32)에 단순히 송신될 수 있는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 면적 커버리지, 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 별개의 면적들의 좌표들 및 무게중심들, 사용자 접촉의 면적들의 무게중심들의 위치 내의 시프트들, 및/또는 고체 상태 터치 패드(20)와 사용자 접촉의 지속 기간에 대한 값들은 하나 이상의 장치 제어기들(32)에 송신될 수 있다.
이제 예시적 목적들을 위한 도 4-도 6을 참조하면, 사용자가 손(도시되지 않음)을 사용하여 조이스틱(12)을 그립할 때, 사용자의 손이 조이스틱(12)과 접촉하는 각종 위치들을 검출하기 위해 고체 상태 감지 패드(20)가 사용되고, 신호 처리기는 본 기술분야에서 공지된 방법들에 따라 접촉 구역들과 연관된 각종 파라미터들을 결정 및 계산할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자의 손바닥은 조이스틱(12)을 접촉 구역(50)에서 접촉할 수 있는 한편, 사용자의 검지, 중지, 약지, 및 새끼 손가락들은 조이스틱(12)을 접촉 구역들(52, 54, 56, 58)에서 각각 접촉할 수 있다. 각각의 접촉 구역(50, 52, 54, 56, 58)에 대해, 신호 처리기(24)는, 조이스틱(12)에서 고체 상태 감지 패드(20)와 통신 연결되는데, 각각의 면적을 결정 또는 계산하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 각 구역의 무게중심의 위치는 극좌표들 또는 x-y-z 좌표들과 같은 좌표계에서 계산 및 주어질 수 있다. 또한, 접촉의 지속 기간은 각 구역에 대해 측정될 수 있다.
도 3에 관하여 이전에 논의된 바와 같이, 이 검출된 또는 계산된 파라미터들 중 임의의 하나 이상은 임계값들이 충족되는지를 판단하기 위해 정의된 임계 파라미터들과 비교될 수 있다. 예를 들어, 조이스틱(12)의 우연한 동작을 방지하기 위해 임계 파라미터들을 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우에, 조이스틱(12)이 도 4에 도시된 바와 같이 손바닥 및 손가락들로 그립된 상태에서, 접촉 구역들(50, 52, 54, 56, 58)의 전체 면적은 합산되어, 신호 처리기(24)를 사용하여 사용자 접촉에 대한 임계값과 비교될 수 있다. 임계값이 충족된 경우, 신호 처리기(24)는 표시하는 신호를 장치 제어기(32)에 송신할 수 있고, 이어서 장치 제어기는 스프링 하중 위치 결정 패드(14)에 의해 적용된 바이어스에 대해 수직 위치에서 떨어져 있는 조이스틱의 시프팅이 제어 신호로 하여금 조이스틱(12)에 의해 제어되는 머신에 발생되게 하도록 조이스틱(12)으로부터의 제어 입력을 인에이블시키고, 신호 내용은 조이스틱(12)이 시프팅된 방향 및 정도에 따른다. 임계값이 충족되지 않으면, 예를 들어 사용자가 단순히 도 6에 도시된 바와 같이 접촉 구역(60)에서 조이스틱(12)에 단순히 우연히 스치면, 신호 처리기(24)는 신호를 장치 제어기(34)에 송신할 수 있으며, 이어서 장치 제어기는 조이스틱(12)으로부터의 제어 입력들을 무시하도록 프로그래밍될 수 있다.
게다가, 사용자가 조이스틱(12)을 더 타이트하게 그립하면, 접촉 구역들(50, 52, 54, 56, 58) 중 하나 이상의 면적은 도 5에 도시된 바와 같이 확장될 수 있다. 게다가, 터치 패드(20)가 용량성 터치 패드인 경우, 각각에서의 용량성 결합의 정도는 증가할 수 있다. 신호 제어기(24)는 접촉 구역들(50, 52, 54, 56, 58)의 더 큰 면적들을 재계산하며, 및/또는 본 기술분야에서 공지된 방법들에 따라 용량성 결합의 증가를 검출하고, 더 타이트한 그립을 나타내는 신호를 장치 제어기(32)에 송신하도록 프로그래밍될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 실시예들에서, 고체 상태 터치 패드(20)는 다수의 터치들을 검출할 수 있는 내장 용량성 터치 센서일 수 있고, 사용자 접촉의 특성은 터치 센서로 감지될 수 있는 각종 파라미터들을 분석함으로써 추론될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 손가락들 및 손바닥의 위치는 각 다수의 터치의 형상들 및 면적들로부터 추론될 수 있다. 각 터치 면적의 무게중심이 계산될 수 있고, 무게중심들의 이동이 실시간으로 추적될 수 있어 사용자의 손이 제어 요소 상에서 미끄러지고 있는 경우와 같이 손의 시프팅 위치의 결정을 가능하게 한다. 제어 요소 상의 사용자의 그립의 강도는 다수의 터치들 각각의 면적 사이즈, 및 각 터치점에서의 상대 결합도로부터 추론될 수 있다.
터치 센서로부터 감지 및 결정된 파라미터들의 분석으로부터 전개되는 정보는 머신 제어 알고리즘들에서 방대한 어레이의 사용들에 배치될 수 있는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 도 7-도 9에 도시된 바와 같이, 자동차 스티어링 칼럼(62)은 일반적으로 칼럼(64) 및 휠(66)을 포함한다. 휠(66)은 일반적으로 외부 커버링(72)에 의해 커버되는 고체 상태 감지 패드(70)에 부분적으로 또는 전체적으로 커버될 수 있는 코어(68)를 포함한다. 코어(68)는 거기에 윤곽이 나타난(defined) 핑거 그립들(69)을 가질 수 있다. 신호 처리기(74)는, 고체 상태 감지 패드(70)에 통신 결합되는데, 도시된 바와 같이 칼럼(64), 또는 휠(66)에 수용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 고체 상태 감지 패드(70)는, 신호 처리기(74)와 함께, 사용자 접촉을 접촉 구역들(76, 78)에서 검출하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 각 접촉 구역(76, 78)의 면적이 계산될 수 있고, 무게중심(80, 82)의 위치는 각 접촉 구역(76, 78)에 대해 각각 결정될 수 있고, 본 기술분야에서 공지된 방법들에 따라 결정될 수 있다. 이 정보는 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, 운전자가 휠(66) 상의 적절한 "10시 및 2시" 위치들에서 휠을 양손으로 그립하고 있는지를 판단하기 위해 사용될 수 있다. 각 접촉 구역(76, 78)에서의 접촉의 지속 기간이 타이밍될 수도 있다. 운전자가 수초 기간 이상 동안 휠로부터 한손을 제거하면(예를 들어 텍스트 메시지를 휴대 전화로 송신하기 위해), 또는 운전자의 손이 접촉 구역(76) 무게중심(80)(화살표들에 의해 표시됨)의 위치의 변경에 의해 지시된 바와 같이 미끄러지면, 자동차의 내장 컴퓨터 내의 제어 알고리즘은 양손을 휠 상에 배치하도록 운전자에게 음성 경고를 발하도록 프로그래밍될 수 있다. 경고가 다른 시간 기간 내에 주의되지 않으면, 내장 컴퓨터 내의 알고리즘은 엔진 전력을 중단하거나 차량 브레이크들을 천천히 적용하거나 차량을 정지시킬 수 있다.
다른 예에서, 본 발명에 따른 터치 센서는 자동차의 변속기 시프트 레버에 내장되고 사용자가 시프트 레버를 어떤 적절한 방법으로 그립하고 있는지를 검출하도록 설정될 수 있다. 레버가 적절한 방법으로 그립된 다음에 중립에서 주행으로 시프팅되면, 차량의 내장 컴퓨터 내의 알고리즘은 변속기가 시프트를 지시된 바와 같이 수행할 수 있게 하도록 프로그래밍될 수 있다. 그러나, 레버가 적절한 방법으로 그립되지 않으면, 예를 들어 레버가 단순히 우연하게 주행으로 되면, 알고리즘은 변속기로 하여금 시프트를 무시하고 중립에 존속하게 할 것이다.
본 발명은 특정 타입들의 제어 요소들에 한정되는 것이 아니라, 사용자의 신체와 접촉에 의해 동작되는 임의의 타입의 제어 요소에 사용될 수 있는 것이 더 인식될 것이다. 예를 들어, 제한없이, 본 발명은 조이스틱들, 스티어링 휠들, 제어 요크들, 레버들, 푸시버튼들, 다른 타입들의 핸드 및 풋 컨트롤들, 및 접촉에 의해 동작되는 임의의 다른 타입의 컨트롤에 내장될 수 있다.
또한, 다른 타입들의 센서들은 용량성 터치 센서들 대신에, 또는 이 센서들에 더하여 사용될 수 있는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 적외선 또는 열 센서는 사용자의 체열을 감지함으로써 터치 크기 또는 특성의 검출을 가능하게 하기 위해 제어 요소에 내장될 수 있다. 그러한 센서들은 제어 요소에도 내장된 용량성 터치 센서로부터 수집된 정보를 증가시키시기 위해 사용될 수 있거나, 어떤 응용들에서 단독으로 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명된 본 발명은 가상으로 임의의 형상 및 사이즈를 갖는 제어 요소에 적용될 수 있고 고체 상태 센서들은 제어 요소 상의 가상으로 임의의 위치에서 적용될 수 있는 것이 인식될 것이다. 고체 상태 센서는 용량성 터치 패드의 경우에 적절한 유전 특성들을 갖는 가요성 및/또는 탄성 폴리머 재료로 제조될 수 있고, 제어 요소의 기하구조에 일치하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 고체 상태 센서는 본 명세서의 도 1에 도시된 바와 같은 조이스틱의 전체 원통 형상, 또는 도 7-도 9에 도시된 바와 같은 심지어 더 기하학적으로 복잡한 형상을 갖는 스티어링 휠의 형상에 일치될 수 있다. 다른 예들에서, 고체 상태 센서들은 제어 요크 또는 시프트 레버의 형상에 일치할 수 있고, 거기에 형성된 핑거 그립들에 일치하도록 심지어 형상화될 수 있다.
이전 설명들은 본 발명의 각종 실시예들의 완전한 이해를 제공하는 다수의 구체적 상세들을 제안한다. 본 명세서에서 개시된 각종 실시예들은 이 구체적 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있는 것이 당업자에게 명백해질 것이다. 다른 경우들에서, 당업자들에게 공지되어 있는 구성요소들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 본 명세서에서 상세히 설명되지 않았다. 각종 실시예들의 다수의 특성들 및 장점들이 각종 실시예들의 구조 및 기능의 상세와 함께, 이전 설명에서 진술되었을지라도, 이 개시는 단지 예시적인 것이 이해되어야 한다. 그럼에도 불구하고 본 발명의 원리들 및 사상을 이용하는 다른 실시예들이 구성될 수 있다. 따라서, 본 출원은 본 발명의 임의의 적응들 및 변화들을 커버하도록 의도된다.
본 발명의 청구항들을 해석하기 위해, 35 U.S.C의 112조, 여섯째 단락의 조항들은 "을 위한 수단" 또는 "을 위한 단계"라는 구체적 용어들이 청구항에 열거되지 않는 한, 적용되지 않는 것으로 명백히 의도된다.

Claims (21)

  1. 장비를 위한 제어 시스템으로서,
    접촉 표면을 제공하는 제어 장치;
    상기 제어 장치의 접촉 표면의 적어도 일부를 커버하는 고체 상태 터치 패드; 및
    상기 고체 상태 터치 패드와 통신 결합된 신호 처리기 - 상기 신호 처리기는 상기 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 적어도 하나의 실시간 파라미터를 결정하기 위한 알고리즘으로 프로그래밍됨 -
    를 포함하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리기는 메모리와 통신 결합되고, 적어도 하나의 미리 결정된 임계 파라미터는 상기 메모리에 정의 및 저장되는 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 신호 처리기는 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터와 상기 적어도 하나의 임계 파라미터를 비교하도록 프로그래밍되고, 상기 신호 처리기는 상기 적어도 하나의 임계 파라미터가 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호를 송신하는 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고체 상태 터치 패드는 용량성(capacitive) 터치 패드인 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접촉 표면은 복잡한 기하구조를 갖는 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터는 상기 제어 장치와 사용자 접촉의 구역의 면적을 포함하는 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터는 상기 제어 장치 상의 사용자 접촉의 구역의 위치를 포함하는 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터는 상기 제어 장치와 사용자 접촉의 구역의 무게중심(centroid)을 포함하는 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터는 상기 제어 장치와 사용자 접촉의 지속 기간을 포함하는 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터는 상기 제어 장치 상의 사용자 접촉의 구역의 위치에서의 시프트의 크기를 포함하는 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 조이스틱, 스티어링 휠, 제어 요크(control yoke), 및 시프트 레버로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제어 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리기는 상기 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 복수의 실시간 파라미터들을 결정하기 위한 알고리즘으로 프로그래밍되는 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 신호 처리기는 메모리와 통신 결합되고, 복수의 미리 결정된 임계 파라미터들은 상기 메모리에 정의 및 저장되고, 각각의 미리 결정된 임계 파라미터는 상기 실시간 파라미터들의 별개의 파라미터에 대응하는 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 신호 처리기는 각 실시간 파라미터와 상기 대응하는 임계 파라미터를 비교하도록 프로그래밍되고, 상기 신호 처리기는 각 임계 파라미터가 그의 대응하는 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호들을 송신하는 제어 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리기와 통신 결합되는 장치 제어기 - 상기 장치 처리기는 하나의 장비를 제어하도록 적응됨 - 를 더 포함하는 제어 시스템.
  16. 차량 또는 장비를 제어하는 방법으로서,
    고체 상태 터치 패드를 상기 차량 또는 장비의 제어 장치의 사용자 접촉 표면의 적어도 일부 위에 배치하는 단계;
    신호 처리기와 상기 고체 상태 터치 패드를 통신 결합하는 단계; 및
    상기 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 적어도 하나의 실시간 파라미터를 결정하기 위한 알고리즘으로 상기 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계
    를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 신호 처리기와 메모리를 통신 결합하는 단계, 및 적어도 하나의 미리 결정된 임계 파라미터를 상기 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터와 상기 적어도 하나의 임계 파라미터를 비교하도록 상기 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 임계 파라미터가 상기 적어도 하나의 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호를 송신하도록 상기 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 고체 상태 터치 패드와 사용자의 신체의 접촉과 관련된 복수의 실시간 파라미터들을 결정하기 위한 알고리즘으로 상기 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 신호 처리기와 메모리를 통신 결합하는 단계, 및 복수의 미리 결정된 임계 파라미터들을 상기 메모리에 저장하는 단계 - 각각의 미리 결정된 임계 파라미터는 상기 실시간 파라미터들의 별개의 파라미터에 대응함 - 를 더 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 각 실시간 파라미터와 상기 대응하는 임계 파라미터를 비교하도록 상기 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계, 및 각 임계 파라미터가 그의 대응하는 실시간 파라미터에 의해 충족되는지를 나타내는 신호들을 송신하도록 상기 신호 처리기를 프로그래밍하는 단계를 더 포함하는 방법.
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