KR20140098791A

KR20140098791A - 교호하는 반사 렌즈 면을 가진 광학 요소

Info

Publication number: KR20140098791A
Application number: KR1020147016272A
Authority: KR
Inventors: 스테판 홈그렌; 라스 스파르프; 망구스 고에츠; 토마스 에릭슨; 조세프 쉐인; 안드레 잔슨; 니클라스 크비스트; 존 칼슨; 로버트 피터슨
Original assignee: 네오노드, 인크.
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-08-08
Also published as: AU2012346379B2; SG11201401769XA; KR101491430B1; CN104094204B; WO2013081818A1; CN104094204A; CA2856992A1; JP2015503157A; AU2012346379A1; JP5876587B2; EP2786234A4; EP2786234A1

Abstract

연쇄된 복수의 세그먼트를 포함하는 광 기반의 터치 표면을 위한 광학 요소에 있어서, 각각의 세그먼트는 각각의 광 이미터와 쌍을 이루고, 각각의 세그먼트는 물결모양의 반사면 또는 굴절면의 쌍의 시리즈를 포함하며, 각 쌍의 제1 면은 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터로부터 발산된 광을 시준하기 위하여 배향되고, 각 쌍의 제2 면은 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터로부터의 광을 시준하기 위하여 배향되며, 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터는 세그먼트와 쌍을 이루는 광 이미터이고, 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터는 이웃하는 세그먼트와 쌍을 이루는 광 이미터인 것을 특징으로 한다.

Description

교호하는 반사 렌즈 면을 가진 광학 요소{OPTICAL ELEMENTS WITH ALTERNATING REFLECTIVE LENS FACETS}

본 발명의 분야는 광-기반의 터치 스크린이다.

이제 많은 가전 제품 장치는 손가락 또는 스타일러스 터치 사용자 입력을 사용하기 위하여, 터치 감응형 스크린으로 만들어지고 있다. 이들 장치의 범위는 모바일폰과 차량 엔터테인먼트 시스템과 같은 작은 스크린 장치부터, 노트북 컴퓨터와 같은 중간-크기의 스크린 장치, 공항에서 체크-인 스테이션과 같은 큰 화면 장치에 이른다.

가장 전통적인 터치 스크린 시스템은 저항성 레이어 또는 정전용량성 레이어에 기초한 것이다. 이러한 시스템은 용이하게 측정할 수 없기 때문에, 모든 것을 아우르는 해결책을 제공하기에 충분히 범용적이지 못하다.

도 1을 참조하면, 이는 종래의 터치 스크린 시스템의 종래 기술 도면이다. 이러한 시스템은 LCD 디스플레이 표면(606), 상기 LCD 표면 위에 위치되는 저항성 또는 정전용량성 오버레이(801) 및 상기 오버레이에 연결되고, 입력을 오버레이에서 의미있는 신호로 변환하는 컨트롤러 집적 회로(IC)(701)를 포함한다. 컴퓨터와 같은 호스트 장치(미도시)는 컨트롤러 IC(701)로부터 신호를 수신하고, 장치 드라이버 또는 다른 프로그램은 신호를 해석하여, 키 누름 또는 스크롤 이동과 같은 터치-기반의 입력을 감지한다.

도 2를 참조하면, 이는 종래의 저항성 터치 스크린의 종래 기술 도면이다. 도 2에 도시된 것은 얇은 공간에 의해 분리된 전도성 및 저항성 레이어(802)이다. PET 필름(803)은, 전도성 코팅물(806)을 오버레이하는 탑 회로 레이어(804)를 오버레이한다. 마찬가지로, 스페이서 도트(808)를 가진 전도성 코팅물(807)은, 글래스 레이어(607)를 오버레이하는 바텀 회로 레이어(805)를 오버레이한다. 손가락 또는 스타일러스와 같은 포인터(900)가 스크린을 터치할 때, 저항성 레이어 사이에 접촉이 형성되어 스위치를 닫는다. 컨트롤러(701)는 레이어들 사이의 전류를 결정하여, 터치 포인트의 위치를 얻는다.

저항성 터치 스크린의 이점은 저렴한 비용, 낮은 전력 소비 및 스타일러스 지원이다.

저항성 터치 스크린의 단점은, 오버레이의 결과로서, 스크린이 완전히 투명하지 않다는 것이다. 또 다른 단점은, 터치 감지를 위해 압력이 요구된다는 것인데, 즉, 충분한 압력 없이 스크린을 터치하는 포인터는 감지되지 않는다. 그 결과, 저항성 터치 스크린은 손가락 터치를 잘 감지하지 못한다. 또 다른 단점은 저항성 터치 스크린은 직접 태양광에서 대체로 읽을 수 없다는 것이다. 또 다른 단점은 저항성 터치 스크린은 스크래치에 민감하다는 것이다. 그리고, 또 다른 단점은 저항성 터치 스크린은 "멀티 터치"라고 일컬어 지는, 둘 이상의 포인터가 스크린을 동시에 터치하는 것을 구별하지 못한다.

도 3을 참조하면, 이는 종래의 표면 정전용량성 터치 스크린의 종래 기술 도면이다. 도 3에 도시된 것은 코팅된 글래스 기판(810)을 오버레이하는 터치 표면(809)이다. 글래스(811)의 두 면은 균일한 전도성 산화인듐주석(ITO) 코팅물(812)로 코팅된다. 또한, 이산화규소 하드 코팅물(813)은 ITO 코팅 레이어(812)의 한 면의 전면에 코팅된다. 전극(814)은 전류를 생성하기 위하여 글래스의 네 개의 코너에 부착된다. 손가락 또는 스타일러스와 같은 포인터(900)는 스크린을 터치하고, 접촉 포인트로 작은 양의 전류를 뽑아낸다. 그러면, 컨트롤러(701)는 네 개의 전극을 통해 지나는 전류의 비율에 기초하여 터치 포인트의 위치를 결정한다.

표면 정전용량성 터치 스크린의 이점은 손가락 터치 지원 및 내구성 있는 표면이다.

표면 정전용량성 터치 스크린의 단점은 오버레이의 결과로서, 스크린이 완전히 투명하지 않다는 것이다. 또 다른 단점은 제한된 작동 온도 범위이다. 또 다른 단점은, 터치 스크린의 정전용량성 성질에 의한, 제한된 포인터 움직임의 캡쳐 속도이다. 또 다른 단점은 표면 정전용량성 터치 스크린은 라디오 주파수(RF) 간섭 및 전자기학(EM) 간섭에 취약하다는 것이다. 또 다른 단점은 터치 위치 결정의 정확성은 용량성에 의존한다는 것이다. 또 다른 단점은 표면 정전용량성 터치 스크린은 장갑을 끼고 사용하지 못한다는 것이다. 또 다른 단점은 표면 정전용량성 터치 스크린은 넓은 스크린 경계를 요한다는 것이다. 이러한 결과로, 표면 정전용량성 터치 스크린은 작은 스크린 장치에는 사용되지 못한다. 그리고, 또 다른 단점은 표면 정전용량성 터치 스크린은 멀티-터치를 구별할 수 없다는 것이다.

도 4를 참조하면, 이는 종래의 프로젝티드 정전용량성 터치 스크린의 종래 기술 도면이다. 도 4에 도시된 것은, 다수의 수평 전극(x-축) 및 수직 전극(y-축)을 형성하는 에칭된 ITO 레이어(815)이다. 에칭된 레이어(815)는 외부 하드 코팅 레이어(816 및 817), x-축 전극 패턴(818), y-축 전극 패턴(819) 및 중간에 ITO 글래스(820)를 포함한다. AC 신호(702)는 하나의 축 상에 전극을 구동하고, 다른 축 상의 전극을 통하여 스크린 루프백을 통한 응답을 구동한다. 스크린을 터치하는 포인터(900)의 위치는 수평 전극과 수직 전극 사이의 신호 레벨 변화(703)에 기초하여 결정된다.

프로젝티드 정전용량성 터치 스크린의 이점은 손가락 멀티-터치 감지 및 내구성 있는 표면이다.

프로젝티드 정전용량성 터치 스크린의 단점은, 오버레이의 결과로서, 스크린이 완전히 투명하지 않다는 것이다. 또 다른 단점은 비용이 높다는 것이다. 또 다른 단점은 제한된 작동 온도 범위이다. 또 다른 단점은, 터치 스크린의 정전용량성 성질에 의한, 제한된 포인터 움직임의 캡쳐 속도이다. 또 다른 단점은 제한된 스크린 크기, 일반적으로 5 인치 미만이다. 또 다른 단점은 표면 정전용량성 터치 스크린은 RF 간섭 및 EM 간섭에 취약하다는 것이다. 그리고, 또 다른 단점은 터치 위치 결정의 정확성은 용량성에 의존한다는 것이다.

따라서, 종래의 터치 스크린은, 작은 모바일 장치 및 큰 스크린을 가진 장치에 일반적으로 사용하는 것은 이상적이지 않다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 기술된 저항성 터치 스크린 및 정전용량성 터치 스크린의 단점을 극복하는 터치 스크린을 제공하는 것이 유익할 것이다.

본 발명의 태양은, 광-기반의 터치 스크린을 제공하는데, 스크린을 동시에 터치하는 둘 이상의 포인터의 위치가 분명하게 추론될 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양은, 렌즈의 표면에 삼방향 마이크로 렌즈를 가진 특별히 제작된 렌즈를 사용하여, 디스플레이의 다른 세 모서리의 리시버에 광을 향하게 하는, 디스플레이 스크린의 한 모서리를 따라 이미터를 제공한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 연쇄된 복수의 세그먼트를 포함하는 광기반의 터치 표면을 위한 광학 요소가 제공되는데, 각 세그먼트는 각각의 광 이미터와 병행되고, 각 세그먼트는 물결모양의 일련의 반사 또는 굴절면의 쌍을 포함하는데, 각 쌍의 제1 면은 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터로부터 발산된 광을 시준하기 위하여 배향되고, 각 쌍의 제2 면은 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터로부터 발산된 광을 시준하기 위하여 배향되는데, 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터는 세그먼트와 병행인 광 이미터이고, 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터는 이웃하는 세그먼트와 병행하는 광 이미터이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 연쇄된 복수의 세그먼트를 포함하는 광 기반의 터치 표면을 위한 광학 요소가 추가적으로 제공되는데, 교호하는 세그먼트는 교호하는 광 이미터와 광 리시버와 각각 병행하고, 각 세그먼트는 물결모양의 일련의 반사 또는 굴절면의 쌍을 포함하는데, 각 쌍의 제1 면은 세그먼트와 관련된 광 이미터로부터 발산된 광을 시준하기 위하여 배향되고, 각 쌍의 제2 면은 세그먼트와 관련된 광 리시버로 시준된 광을 향하게 하기 위하여 배향되는데, 세그먼트와 관련된 광 리시버는 세그먼트와 관련된 광 이미터와 이웃하는 광 리시버 중 하나이다.

본 발명은 다음 도면과 함께, 후술하는 상세한 설명으로부터 좀 더 완전히 이해되고, 알 수 있게 될 것이다.
도 1은 종래의 터치 스크린 시스템의 종래 기술 도면이다.
도 2는 종래의 저항성 터치 스크린의 종래 기술 도면이다.
도 3은 종래의 표면 정전용량성 터치 스크린의 종래 기술 도면이다.
도 4는 프로젝티드 정전용량성 터치 스크린의 종래 기술 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 서로 가까이 위치된 복수의 이미터를 포함하는 터치 스크린의 일부의 도면인데, 여기서, 광은 파이버 옵틱 광 가이드에 의해 제1 스크린 모서리를 따른 위치로 안내된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 16개의 이미터와 16개의 리시버를 포함하는 터치 스크린의 도면이다.
도 7-9는 본 발명의 실시예에 따라, 스크린을 동시에 터치하는 두 개의 포인터의 감지를 나타내는, 도 6의 터치 스크린의 도면이다.
도 10 및 11은 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 손가락 글라이드 이동을 감지하는 터치 스크린의 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라, 도 6으로부터의 터치 스크린의 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라, 광-기반의 터치 스크린 시스템의 간략화된 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라, 도 13의 터치 스크린의 간략화된 횡단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린 시스템이 센서 요소보다 작은 포인터를 판독하도록 하는 이미터, 리시버 및 광학 요소의 배열의 간략화된 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린 시스템이 특히 스타일러스 포함한 센서 요소보다 작은 포인터를 감지하도록 하는 이미터, 리시버 및 광학 요소의 배열의 간략화된 도면이다.
도 17는 본 발명의 실시예에 따라, 스크린을 커버하는 넓은 광선을 가진 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 렌즈의 간략화된 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따라, 광 리시버와 상호 작동하는 시준 렌즈의 간략화된 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따라, 이미터와 대면하는 마이크로-렌즈의 표면을 가진 시준 렌즈의 간략화된 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따라, 리시버와 대면하는 마이크로-렌즈의 표면을 가진 시준 렌즈의 간략화된 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따라, 넓은 광선 터치 스크린을 가진 전자 장치의 간략화된 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 리시버에 의해 감지되는 하나의 이미터로부터의 오버래핑 광선을 감지하는, 도 22의 전자 장치의 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따라, 하나의 리시버에 의해 감지되는 두 개의 이미터로부터의 오버래핑 광선을 감지하는, 도 22의 전자 장치의 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따라, 스크린상의 포인트가 적어도 두 개의 이미터-리시버 쌍에 의해 감지되는 것을 나타내는, 도 22의 전자 장치의 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따라, 광 신호의 강도 분산을 나타내는 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 이미터로부터의 오버래핑 광 신호의 강도 분포을 나타내는, 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따라, 하나의 이미터로부터 나온 두 세트의 오버래핑 광 신호의 강도 분포를 나타내는, 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따라, 마이크로-렌즈 패턴을 가지지 않는 이미터 및 리시버 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 30 및 31은 본 발명의 실시예에 따라, 마이크로-렌즈 패턴을 가진 이미터 및 리시버 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 32는 본 발명의 실시예에 따라, 마이크로-렌즈 패턴을 가지지 않는 이미터 및 리시버 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따라, 마이크로-렌즈 패턴을 가진 이미터 및 리시버 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 34는 본 발명의 실시예에 따라, 마이크로-렌즈 패턴이 렌즈에 통합된 렌즈를 가진 두 개의 이미터의 간략화된 도면이다.
도 35는 본 발명의 실시예에 따라, 마이크로-렌즈 패턴이 렌즈에 통합된 렌즈를 가진 두 개의 리시버의 간략화된 도면이다.
도 36은 본 발명의 실시예에 따라, 디스플레이 및 외부 케이싱을 가진 전자 장치의 맥락에서, 단일-유닛 광 가이드의 측면도의 간략화된 도면이다.
도 37은 본 발명의 실시예에 따라, 표면에 깃털 패턴이 적용된 렌즈의 측면도를 두 개의 상이한 각도에서 본, 간략화된 도면이다.
도 38은 본 발명의 실시예에 따라, 넓은 광선 터치 스크린의 일부의 간략화된 도면이다.
도 39는 본 발명의 실시예에 따라, 렌즈상에 에칭된 마이크로-렌즈가 존재하고, 광선이 들어가는 간략화된 도면의 상면도이다.
도 40은 본 발명의 실시예에 따라, 디스플레이 및 외부 케이싱을 가진 장치의 맥락에서, 듀얼-유닛 광 가이드의 측면도의 간략화된 도면이다.
도 41은 본 발명의 실시예에 따라, PCB 및 외부 케이싱을 가진 장치의 내용과 함께, 광 가이드의 도면이다.
도 42는 본 발명의 실시예에 따라, 도 41의 광 가이드 유닛의 상면도이다.
도 43은 본 발명의 실시예에 따라, 전자 장치 내의 광 가이드의 측면 컷어웨이도의 간략화된 도면이다.
도 44은 본 발명의 실시예에 따라, 전자 장치의 일부의 컷어웨이의 측면도 및 광선을 접기 위한 적어도 두 개의 활성 표면을 가진 광 가이드의 상부 포션의 간략화된 도면이다.
도 45는 본 발명의 실시예에 따라, 디스플레이를 커버하는 보호 글래스의 통합 부분으로서 형성되고, 투명한 옵틱 터치 광 가이드의 섹션의 간략화된 도면이다.
도 46은 본 발명의 실시예에 따라, 스크린의 모서리를 감추는, 도 44의 전자 장치 및 광 가이드의 간략화된 도면이다.
도 47은 본 발명의 실시예에 따라, 반대편 이미터(200)로부터 디스플레이(637) 상으로 연장되는 단일 유닛인 광 가이드(483)의 간략화된 도면이다.
도 48은 본 발명의 실시예에 따라, 듀얼-유닛 광 가이드의 간략화된 도면이다.
도 49는 본 발명의 실시예에 따라, 사용자가 쥐는 터치 스크린 장치의 간략화된 도면이다.
도 50은 본 발명의 실시예에 따라, 넓은 광선으로 스크린을 커버하는 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 51-53은 본 발명의 실시예에 따라, 장치의 맥락에서 광 가이드의 간략화된 측면도, 상면도 및 저면도이다.
도 54는 본 발명의 실시예에 따라, 이미터와 리시버에 의해 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 55는 본 발명의 실시예에 따라, 반사면의 물결모양의 각이 진 패턴을 가진 광학 요소를 세 개의 각도에서 바라본 간략화된 도면이다.
도 56은 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 이웃하는 이미터로부터 나온 광을 반사하고, 시준하며, 인터리빙하는 광학 요소의 간략화된 도면이다.
도 57은 본 발명의 실시예에 따라, 복수의 면이 있는 광학 요소의 간략화된 도면이다.
도 58은 본 발명의 실시예에 따라, 9개의 면에 대한 광 분포상의 반사면 파라미터의 효과를 보여주는 간략화된 그래프이다.
도 59는 본 발명의 실시예에 따라, 넓은 광선으로 스크린을 지나는 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 60은 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 넓은 광선으로 스크린을 지나는 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 61은 본 발명의 실시예에 따라, 세 개의 넓은 광선으로 스크린을 지나는 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 62는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린 내의 넓은 광선의 광 분포의 간략화된 그래프이다.
도 63은 본 발명의 실시예에 따라, 손가락 끝이 스크린을 지나 움직임에 따라, 세 개의 넓은 광선으로부터의 감지 신호의 간략화된 도면이다.
도 64-66은 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린 내의 오버래핑 넓은 광선에서 광 분포의 간략화된 그래프이다.
도 67은 본 발명의 실시예에 따라, 세 개의 서로 다른 위치에서 손가락 끝이 스크린을 지나 이동함에 따른, 넓은 광선으로부터의 감지 신호의 간략화된 그래프이다.
도 68은 본 발명의 실시예에 따라, 4개의 광학 요소와 4개의 이웃하는 이미터의 간략화된 도면이다.
도 69는 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 이미터로부터의 광을 공통 경로를 따라 안내하는 회절 표면의 간략화된 도면이다.
도 70는 본 발명의 실시예에 따라, 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 71은 본 발명의 실시예에 따라, 스크린을 가로지르는 넓은 광선 및 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 72는 본 발명의 실시예에 따라, 스크린을 가로지르는 두 개의 넓은 광선 및 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 73은 본 발명의 실시예에 따라, 스크린을 가로지르는 세 개의 넓은 광선 및 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 74는 본 발명의 실시예에 따라, 이미터 및 이웃하는 리시버에 대한 광을 반사 및 인터리빙하는 시준 광학 요소의 간략화된 도면이다.
도 75-78은 본 발명의 실시예에 따라, 광 이미터의 제1 배향에 관하여 애매모호한 멀티-터치 위치의 도면이다.
도 79-81은 본 발명의 실시예에 따라, 광 이미터의 제2 배향에 관하여 애매모호한, 도 75-77의 멀티-터치 위치의 도면이다.
도 82는 본 발명의 실시예에 따라, 4개의 축을 따라 안내된 광선을 가진 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 83은 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 그리드 배향을 가진 광 이미터 및 광 리시버의 교호하는 구성의 간략화된 도면이다.
도 84은 본 발명의 실시예에 따라, 광 이미터와 광 리시버를 교호하는 구성의 간략화된 도면이다.
도 85는 본 발명의 실시예에 따라, 이미터로부터 나온 두 개의 넓은 광선이 두 개의 리시버에 의해 감지되는 간략화된 도면이다.
도 86은 본 발명의 실시예에 따라, 두 개의 광선 및 이들 사이의 오버랩 영역의 간략화된 도면이다.
도 87은 본 발명의 실시예에 따라, 광선을 감지하는 모서리에 위치된 터치 포인트의 간략화된 도면이다.
도 88은 본 발명의 실시예에 따라, 광을 디스플레이 스크린의 두 모서리를 따라 있는 리시버로 안내하는 디스플레이 스크린의 한 모서리를 따라 있는 이미터의 간략화된 도면이다.
도 89 및 90은 본 발명의 실시예에 따라, 각각 이면과 삼면인 움푹 들어간 캐비티의 반복적인 패턴을 가진 렌즈 표면을 포함하고, 광을 삼방향으로 굴절시키기 위한 렌즈의 간략화된 도면이다.
도 91-93은 본 발명의 실시예에 따라, 교호하는 이미터와 리시버로 둘러싸인 터치 스크린 및 스크린을 가로지르는 대각선 방향의 넓은 광선의 간략화된 도면이다.
도 94는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린의 대각선 방향의 넓은 광선에 걸친 광 분포의 간략화된 그래프이다.
도 95는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린의 세 개의 오버래핑 대각선 넓은 광선에 걸친 광 분포의 간략화된 도면이다.
도 96은 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린의 세 개의 오버래핑 대각선 넓은 광선에 걸친 손가락 글라이드로서의 터치 감지의 간략화된 그래프이다.
도 97은 본 발명의 실시예에 따라, 세 개의 서로 다른 위치에서 손가락 끝이 스크린을 지나 움직임에 따라, 대각선 넓은 광선으로부터의 감지 신호의 간략화된 도면이다.
도 98은 본 발명의 실시예에 따라, 교호하는 이미터와 리시버로 둘러싸인 터치 스크린에 대한 제1 실시예의 간략화된 도면인데, 스크린을 지나는 대각선 및 직교의 넓은 광선이 하나의 리시버에 의해 감지된다.
도 99는 본 발명의 실시예에 따라, 교호하는 이미터와 리시버로 둘러싸인 터치 스크린에 대한 제2 실시예의 간략화된 도면인데, 스크린을 지나는 대각선 및 직교의 광선은 하나의 리시버에 의해 감지된다.
도 100은 스타일러스로 종래의 터치 스크린 상에서 사용자가 글을 쓰는 것의 간략화된 도면이다.
도 101은 본 발명의 실시예에 따라, 사용자의 손바닥이 터치 스크린에 기댈 때, 스타일러스의 위치를 감지하는 광선의 간략화된 도면이다.
도 102는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린을 둘러싸는 프레임의 간략화된 도면이다.
도 103은 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린의 코너에 대하여, 이미터, 리시버 및 광학 요소의 제1 실시예의 간략화된 도면이다.
도 104는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 스크린의 코너에 대하여, 이미터, 리시버 및 광학 요소의 제2 실시예의 간략화된 도면이다.
도 105는 본 발명의 실시예에 따라, 적외선광을 투과하는 플라스틱 재료로 제조된 광학 구성의 도면이다.
도 106은 본 발명의 실시예에 따라, 광 가이드를 가진 터치 스크린의 측면의 간략화된 도면이다.
도 107은 본 발명의 실시예에 따라, 각 면에 세 개의 광학 구성의 블록을 가진 터치 스크린의 도면이다.
도 108은 본 발명의 실시예에 따라, 도 107의 이미터 블록들 중 하나의 확대 도면이다.
도 109는 본 발명의 실시예에 따라, 스크린 위의 광을 감지하기 위하여, 스크린의 제1 모서리를 따라 길고 얇은 광 가이드 및 감지된 광을 감지하고, 계산 유닛과 감지된 광값을 통신하기 위하여, 스크린의 반대편 모서리를 따라 배열된 광 리시버의 어레이를 가진 터치 스크린의 도면이다.
도 110은 본 발명의 실시예에 따라, 스크린 위의 광선을 감지하기 위하여, 스크린의 제1 모서리를 따라 광 이미터의 어레이 및 안내된 광선을 수신하고, 안내된 광을 광 가이드의 양 쪽 말단에 위치된 광 리시버로 안내하기 위한, 광 길고 얇은 광 가이드를 가진 터치 스크린의 도면이다.
도 111은 본 발명의 실시예에 따라, 길고 얇은 광 가이드(514)의 말단에 결합된 각각의 두 광 이미터들의 도면이다.
도 112-115는 본 발명의 실시예에 따라, 강한 압력의 발생을 감지하는 터치 스크린의 도면이다.
도 116 및 117은 본 발명의 실시예에 따라, 압력이 강성하게 장착된 7-인치 LCD 스크린 가해질 때, 감지된 광에서의 증가를 나타내는 막대 챠트이다.
도 118은 본 발명의 실시예에 따라, 스크린 글래스의 아래 및 그 위에 만들어진 터치의 이미지를 캡쳐하기 위하여, 스크린 글래스 디스플레이 아래에 위치된 이미지 센서의 간략화된 도면이다.
도 119는 픽셀로 나누어진 디스플레이 및 세 개의 터치 감지의 간략화된 도면이다.
도 120은 본 발명의 실시예에 따라, 랩탑 컴퓨터의 힌지에 위치되고, 스크린을 가리키는 카메라 센서의 간략화된 도면이다.
도 121은 본 발명의 실시예에 따라, 터치 영역을 바라보는 카메라를 나타내는 간략화된 측면도이다.
도 122는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 영역을 바라보는 카메라의 간략화된 상면도이다.
도 123은 본 발명의 실시예에 따라, 터치 영역을 바라보는 카메라 및 카메라에 의해 캡쳐된 이미지를 기초로 한 터치 포인터를 찾기 위한, 두 개의 이미지 축(이미지 x-축 및 이미지 y-축)의 간략화된 도면이다.
도 124는 본 발명의 실시예에 따라, 터치 영역을 바라보는 카메라 및 카메라에 의해 캡쳐된 이미지를 기초로 한 터치 포인터를 찾기 위한, 두 개의 스크린 축(스크린 x-축 및 스크린 y-축)의 간략화된 도면이다.
도 125 및 126은 본 발명의 실시예에 따라, 서로 다른 각도에서 터치 영역을 각각 캡쳐하는 두 개의 카메라의 간략화된 도면이다.
도 127은 본 발명의 실시예에 따라, 서로 다른 각도에서 터치 영역을 각각 캡쳐링 하는 4개의 카메라의 간략화된 도면이다.
도 128은 본 발명의 실시예에 따라, 카메라 관점에서, 완전한 터치 영역을 바라보는 카메라의 간략화된 도면이다.
도 129는 본 발명의 실시예에 따라, 서로 직각인 스타일러스와 스타일러스의 거울 이미지를 나타내는 터치 영역의 일부의 간략화된 도면이다.
도 130은 본 발명의 실시예에 따라, 도 129에 대하여, 터치 영역의 중심에 근접하게 움직이고, 스타일러스와 스타일러스의 거울 이미지를 나타내는 간략화된 도면이다.
도 131은 본 발명의 실시예에 따라, 도 129에 대하여, 터치 영역의 하단에 근접하게 움직이고, 스타일러스와 스타일러스의 거울 이미지를 나타내는 간략화된 도면이다.
도 132는 본 발명의 실시예에 따라, 서로 떨어져 분리된 스타일러스 및 스타일러스의 거울 이미지를 나타내는 간략화된 도면이다.
도 133을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 포인터 위치를 결정하기 위한 방법의 간략화된 흐름도이다.
도 134를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 카메라 배향을 결정하는데 사용되는 6개의 터치 아이콘을 디스플레이하는 터치 영역의 간략화된 도면이다.
도 135 및 136을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 터치 스크린 시스템에서, 이미터 렌즈와 리시버 렌즈의 마주보는 로우의 도면이다.
도 137을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 터치 스크린 시스템에서 복수의 이미터-리시버 쌍에 의하여, 터치 위치를 감지하기 위한 기술의 간략화된 도면이다.
도 138을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 135 및 136의 구성에 대한 광 가이드 프레임의 도면이다.
도 139를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린에 대한 터치 감지를 위한 방법의 간략화된 흐름도이다.
도 140-142는 회전 제스쳐의 도면이고, 여기서, 사용자는 스크린에 두 개의 손가락을 두고, 이들을 축에 대하여 회전한다.
도 143-146은 본 발명의 실시예에 따르면, 터치 스크린상의 다양한 위치에서 손가락 터치 이벤트의 도면이다.
도 147-150은 본 발명의 실시예에 따르면, 도 143-146에 도시된 터치 이벤트 동안의 광 포화의 각각의 막대 차트이다.
도 151은 본 발명의 실시예에 따르면, 동시에, 대각선으로 마주하는 터치의 위치를 결정하기 위한 방법의 간략화된 흐름도이다.
도 152는 본 발명의 실시예에 따르면, 시계방향 제스쳐와 반시계 방향 제스쳐를 구별하기 위한 방법의 간략화된 흐름도이다.
도 153은 본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린에 대한 터치 감지와 보정의 방법의 간략화된 흐름도이다.
도 154는 본 발명의 실시예에 따르면, 터치에 의해 생성된 신호와 기계적 효과에 의해 생성된 신호의 차리를 나타내는 도면이다.
도 155는 본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린을 보정할 때, 펄스 강도를 세팅하기 위한 제어 회로의 간략화된 도면이다.
도 156은 본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린을 보정하기 위하여, 최소 전류부터 최대 전류까지의 범위에 이르는 펄스 강도에 대한 보정 펄스의 플롯이다.
도 157은 본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린을 보정하기 위한, 간략화된 펄스도 및 해당 출력 신호 그래프이다.
도 158은 본 발명의 실시예에 따르면, 어떻게 모세관 효과가 이미터 또는 리시버와 같은 구성을 기판, 특히 인쇄 회로 기판 또는 광학 구성상에 위치시키는 것의 정확성을 증가시키는데 사용되는지를 나타내는 도면이다.
도 159는 본 발명의 실시예에 따르면, 가열 오븐을 통하여 통과된 후의, 도 158의 인쇄 회로 기판을 나타내는 도면이다.
도 160은 본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린 및 이를 위한 ASIC 컨트롤러의 간략화된 도면이다.
도 161을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린의 컨트롤러를 위한 칩 패키지의 회로도이다.
도 162를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 칩 패키지의 핀에 연결을 위하여, 각각의 로우에 4개 또는 5개의 포토 이미터를 가진 6 개의 로우의 포토 이미터에 대한 회로도이다.
도 163은 본 발명의 실시예에 따르면, 이미터와 리시버에 의해 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 164는 본 발명의 실시예에 따르면, 장치 1 및 장치 2에 표시된 두 개의 컨트롤러로 구성된 터치 스크린을 나타내는 간략화된 어플리케이션도이다.
도 165는 종래의 칩을 사용하는 스캔 시퀀스의 성능 대 본 발명의 전용 컨트롤러를 사용하는 스캔의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 166은 본 발명의 실시예에 따르면, 이미터와 리시버의 시프트-정렬된 배열을 가진 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도 167은 본 발명의 실시예에 따르면, 각 스크린 모서리를 따라 교호하는 이미터와 리시버를 가진 터치 스크린의 간략화된 도면이다.
도면을 참조하면, 요소 및 그의 번호의 후술하는 색인이 제공된다. 100으로 넘버링된 요소는 대체로 광선에 관한 것이고, 200으로 넘버링된 요소는 대체로 광 소스에 관한 것이며, 300으로 넘버링된 요소는 대체로 광 리시버에 관한 것이고, 400 및 500으로 넘버링된 요소는 대체로 광 가이드에 관한 것이고, 600으로 넘버링된 요소는 디스플레이에 관한 것이고, 700으로 넘버링된 요소는 대체로 회로 요소에 관한 것이고, 800으로 넘버링된 요소는 전자 장치에 관한 것이고, 900 으로 넘버링된 요소는 사용자 인터페이스에 관한 것이다. 1000으로 넘버링된 요소는 흐름도의 동작이다.
유사하게 넘버링된 요소는 동일한 타입의 요소를 나타내지만, 동일한 요소일 필요는 없다.

본 발명의 태양은 광-기반의 터치 스크린에 관한 것이다.

설명의 명확성을 위하여, 본 명세서 전반에 걸쳐서, 용어 "터치 스크린"은 전자 디스플레이을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 터치 감응형 표면을 말한다. 이와 같이, 본원에서 사용되는 용어 "터치 스크린"은 특히, 많은 랩탑 컴퓨터에 포함된 마우스 터치패드 및 휴대용 전자 장치의 커버를 포함한다. 용어 "광학 터치 스크린"은 광-기반의 터치 스크린을 통칭하는 용어로 사용되는데, 특히 예상되는 광 강도와 감지되는 광 강도의 차이에 기초하여 터치를 감지하는 스크린을 포함하며, 감지된 광 강도는 예상된 광 강도보다 크거나 작을 수 있다. 용어 "스크린 글래스"는 투명한 스크린 표면을 통칭하는 것으로 사용된다. 스크린은 특히 글래스 또는 크리스탈, 아크릭 및 플라스틱을 포함하는 글래스가 아닌 재료로 제작될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 스크린은 근적외선을 통과하게 하나, 다른 것은 비투과성이다.

설명의 명확성을 위하여, 본 명세서 전반에 걸쳐서, 용어 "이미터"는, 특히 발광 다이오드(LED)를 포함하는 발광 요소 및 디스플레이 표면상에 광을 향하게 하는 렌즈 또는 반사기로 광을 출력하는 파이오 옵틱 또는 튜불러 광 가이드의 출력단을 통칭한다. "리시버"는, 특히 포토 다이오드(PD)를 포함하는 광 감지 요소 및 디스플레이 표면을 가로지르는 광선을 수신하고, 이를 광 감지 요소 또는 이미지 센서를 향하게 하는 파이버 옵틱(fiber optic) 또는 튜불러 광 가이드의 입력단을 통칭하는데, 여기서, 이미지 센서는 특히, 전하 결합 소자(CCD) 또는 상보성 금속 산화 반도체(CMOS) 이미지 센서이다.

도 5를 참조하면, 이는 서로 가까이 위치된 복수의 이미터(201-203)를 포함하는 터치 스크린의 일부의 도면인데, 본 발명의 실시예에 따르면, 광은 파이버 옵틱 광 가이드(401)에 의해 제1 스크린 모서리를 따라서 위치로 안내된다. 또한, 터치 스크린의 일부는 서로 가까이 위치된 복수의 리시버(301-305)를 포함하는데, 광은 파이어 옵틱 광 가이드(402)에 의해 제2 스크린 모서리를 따라서 위치로부터 또 안내된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 광-기반의 터치 스크린은 하나 이상의 이미터(특히, 적외선 또는 근적외선 발광 다이오드(LED)를 포함) 및 복수의 리시버(특히, 포토 다이오드(PD)를 포함)를 포함하는데, 이들은 터치 스크린 또는 터치 표면을 감싸는 외주를 따라 배열된다. 이미터는 스크린 표면에 실질적으로 평행하게 광을 투사하고, 이 광은 리시버에 의해 감지된다. 스크린의 일부상에 위치되는, 손가락 또는 스타일러스와 같은 포인터는 광선의 일부를 막아서, 이에 상응하여, 리시버의 일부는 더 적은 광 강도를 감지한다. 리시버의 위치의 기하형상 및 리시버가 감지하는 광 강도는 포인터의 스크린 좌표를 결정하기에 충분하다. 이미터 및 리시버는 컨트롤러에 의해, 선택적인 활성 및 비활성되어 제어된다. 일반적으로, 각 이미터 및 리시버는 I/O 커넥터를 가지고, 신호가 전송되어, 어떤 이미터와 어떤 리시버가 활성화되는지 명시한다.

본 발명의 실시예에서, 복수의 이미터는 직사각형 스크린의 두 인접한 변을 따라 배열되고, 복수의 리시버는 다른 두 인접한 변을 따라 배열된다. 이와 관련하여, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 16개의 이미터(200) 및 16개의 리시버(300)를 가진 터치 스크린(800)의 도면이다. 이미터(200)는 터치 스크린의 상부에 걸쳐서, 적외선 또는 근적외선을 발산하고, 이는 각각의 이미터(200)의 정반대편에 해당 리시버(300)에 의해 감지된다. 포인터가 터치 스크린(800)을 터치할 때, 포인터는 리시버(300)의 일부에 도달하는 광을 막는다. 어떤 광선이 포인터에 의해 막혔는지를 리시버 출력으로부터 식별하여서, 포인터의 위치는 결정될 수 있다.

광-기반의 터치 스크린은 디스플레이 위에 물리적 레이어를 놓지 않는데, 이는 종래의 정전용량성 및 저항성 터치 스크린의 사용자 경험보다 우세한 사용자 경험을 제공한다. 스타일러스로 종래의 정전용량성 및 저항성 터치 스크린 오버레이에 라이팅 할 때, 스타일러스는 디스플레이 표면으로부터 제거되고, 이는 시차 효과(parallax effect)를 생성한다. 이와 대비하여, 오버레이가 없고, 보호 글래스도 없는 광-기반의 터치 스크린에 스타일러스로 라이팅 할 때, 스타일러스는 라이팅 표면에 접촉되고, 이는 자연스러운 라이팅 효과를 생성한다.

도 7-9를 참조하면, 이는 도 6의 터치 스크린(800)의 도면이고, 본 발명의 실시예에 따르면, 스크린을 동시에 터치하는 두 개의 포인터(901 및 902)의 감지를 나타낸다. 둘 이상의 포인터가 스크린을 동시에 터치할 때, 이를 "멀티-터치"라고 한다. 스크린을 터치하는 포인터(901 및 902)는 리시버(300)의 일부에 도달하는 광을 막는다. 본 발명의 실시예에 따르면, 포인터(901 및 902)의 위치는, 포인터가 막는 적외선의 교차선으로부터 결정된다. 이와 구별되게, 종래 기술의 저항-기반 및 정전용량-기반의 터치 스크린은 대체로 멀티-터치를 감지할 수 없다.

둘 이상의 포인터가 공통의 수평축 또는 수직축을 따라 스크린(800)을 동시에 터치할 때, 포인터의 위치는 막힌 리시버(300)에 의해 결정된다. 도 7의 포인터(901 및 902)는 공통 수직축을 따라 정렬되고, 터치 스크린(800)의 바텀 모서리를 따라 동일한 리시버(300)(즉, a, b, c 및 d로 표시된 리시버)를 실질적으로 막는다. 터치 스크린(800)의 왼쪽 모서리를 따라, 두 개의 서로 다른 세트의 리시버(300)가 막힌다. 포인터(901)는 e와 f로 표시된 리시버를 막고, 포인터(902)는 g와 h로 표시된 리시버를 막는다. 그래서, 두 포인터는 두 위치에 자리 잡은 것으로 결정된다. 포인터(901)는 리시버(a-d) 및 리시버(e 및 f)로부터 막힌 광선의 교차점에 위치된 스크린 좌표를 가진다. 포인터(902)는 리시버(a-d) 및 리시버(g 및 h)로부터 막힌 광선의 교차점에 위치된 스크린 좌표를 가진다.

도 8 및 9에 도시된 포인터(901 및 902)는 공통 수평축 또는 수직축을 따라 정렬되지 않고, 이들은 상이한 수평 위치 및 상이한 수직 위치를 가진다. 막힌 리시버(a-h)로부터, 포인터(901 및 902)는 서로 대각선 반대편이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이들은 터치 스크린(800)의 오른쪽 상단과 왼쪽 하단을 각각 터치하고 있고, 또는, 도 9에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(800)의 오른쪽 하단과 왼쪽 상단을 각각 터치하고 있다.

도 8과 도 9를 식별하는 것은, (i) 동일한 의미를 두 개의 터치 패턴에 모두 관련시키는 것, 또는 (ii) 의미를 두 개의 터치 패턴 중 하나에만 관련시키는 것에 의해 해결된다. (i)의 경우, UI는 그 아이콘을 배열하고, 또는 다르게 배열하여, 도 8 및 도 9의 두 개의 터치 패턴의 효과는 동일하다. 예를 들어, 터치 스크린(800)의 두 대각선 방향의 구석을 터치하는 것은 스크린을 잠금 해제 작업을 한다.

(ii)의 경우, UI는 그 아이콘을 배열하고, 또는 다르게 배열하여, 그들과 관련된 도 8 및 도 9의 두 개의 터치 패턴 중 하나만 의미를 가지게 한다. 예를 들어, 터치 스크린9800)의 오른쪽 상단 구석과 왼쪽 하단 구석을 터치하는 것은 스크린의 잠금 해제 작동이고, 터치 스크린(800)의 오른쪽 하단과 왼쪽 하단의 터치는 그와 관련된 의미가 없다. 이 경우에, 도 8이 정확한 터치 패턴인지를 UI가 식별한다.

대각선으로 배향된 멀티-터치의 위치를 결정하는 것은 이미터와 리시버의 배열을 참조하고, 네 개의 축을 따라 안내되는 광선을 참조하여, 이하에서 추가로 기술된다. 애매한 멀티-터치를 해결하는 추가적인 방법은 이하에서 논의되는 ASIC 컨트롤러에 의해 인에이블되는 빠른 스캔 주파수를 참조하여 기술된다.

도 10 및 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 손가락의 글라이드 이동(glide movement)을 감지하는 터치 스크린(800)의 도면이다. 도 10 및 11에 도시된 글라이드 이동은 포인터(901 및 902)를 서로 가깝게 하는 대각선 글라이드이다. 글라이드의 방향은 리시버(300)가 막히는 변화로부터 결정된다. 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 막힌 리시버가 a 및 b에서 좀 더 오른쪽의 리시버(300)로, c 및 d에서 좀 더 왼쪽의 리시버(300)로 변화한다. 마찬가지로, 막힌 리시버가 e 및 f에서 좀 더 하단의 리시버(300)로, g 및 h에서 좀 더 상단의 리시버(300)로 변화한다. 반대 방향으로의 글라이드로서, 포인터(901 및 902)가 더욱 멀어지는 것은 막힌 리시버가 반대 방향으로 변화한다.

포인터(901 및 902)가 공통의 수직축 또는 수평축에 정렬될 때, 글라이드 패턴을 식별하는데 모호함이 없다. 포인터(901 및 902)가 공통의 수직축 또는 수평축에 정렬되지 않을 때, 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 글라이드 패턴을 식별하는데 모호함이 있을 수 있다. 이러한 모호함이 있는 경우, 그리고, 도 8 및 9를 참조하여 이하에서 기술되는 바와 같이, 도 10과 도 11을 식별하는 것은, (i) 동일한 의미를 두 개의 글라이드 패턴에 관련시키는 것, 또는 (ii) 의미를 두 개의 글라이드 패턴 중 하나에만 관련시키는 것에 의해 해결된다.

동일한 의미를 두 글라이드 패턴에 관련시키는 것은 핀치 줌 제스쳐(pinch zoom gesture)로 수행될 수 있는데, 이는 사용자가 두 손가락을 스크린상에 놓고, 스크린의 대각선을 따라 손가락을 벌리는 것이다. 이러한 제스쳐는, 스크린상에 디스플레이된 그래픽을 확대시키기 위하여, 줌인 동작을 활성화한다. 이러한 제스쳐는, 핀치 줌이 상단-왼쪽과 하단-오른쪽 대각선을 따라 행해지는 것, 또는, 상단-오른쪽과 하단-왼쪽 대각선을 따라 행해지는 것에 무관하게 동일한 의미를 가진다.

유사한 이해가 줌-아웃 제스쳐에 적용되는데, 이는, 스크린상에 디스플레이된 그래픽의 축소를 위하여, 사용자가 두 손가락을 스크린상에 놓고, 스크린의 대각선을 따라 손가락을 좁히는 것이다. 스크린의 대각선을 따라 제스쳐가 수행되는 것에 무관하게, 이러한 제스쳐는 동일한 의미를 가진다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 도 6의 터치 스크린(800)의 회로도이다. 이미터와 리시버는 컨트롤러(미도시)에 의해 제어된다. 이미터는 스위치(A)로부터 신호(LED00 - LED15)를 각각 수신하고, 전류 리미터(B)를 통하여 VROW 및 VCOL 로부터 전류를 수신한다. 리시버는 시프트 레지스터(730)로부터 신호(PD00 - PD15)를 각각 수신한다. 리시버 출력은 신호(PDROW 및 PDCOL)를 통하여 컨트롤러로 전송된다. 스위치(A) 및 전류 리미터(B)의 컨트롤러의 동작은 출원인의 계류중인 출원, 즉, "LIGHT-BASED TOUCH SCREEN"이라는 명칭으로 2009년 2월 15일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제12/371,609호에 기술되고, 이의 내용은 참조로서 본원에 포함된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이진 스트링(binary string)을 시프트 레지스터(720)로 전송하는 이미터는 제1 직렬 인터페이스에 의해 제어된다. 이진 스트링의 각 비트는 이미터 중의 하나에 해당하고, 해당 이미터를 활성 또는 비활성하는 것을 나타내며, 여기서, 비트값 "1"은 활성을 나타내고, 비트값 "0"은 비활성을 나타낸다. 연속적인 이미터는 시프트 레지스터(720) 내의 비트 스트링을 시프팅함에 의하여 활성 및 비활성된다.

마찬가지로, 이진 스트링을 시프트 레지스터(730)로 전송하는 리시버는 제2 직렬 인터페이스에 의해 제어된다. 연속적인 리시버는 시프트 레지스터(730) 내의 비트 스트링을 시프팅함에 의하여 활성 및 비활성된다. 시프트 레지스터(720 및 730)의 동작은 출원인의 계류중인 출원, 즉, "LIGHT-BASED TOUCH SCREEN"이라는 명칭으로 2009년 2월 15일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제12/371,609호에 기술되고, 이의 내용은 참조로서 본원에 포함된다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린 시스템의 간략화된 도면이다. 도 13의 터치 스크린은 오버레이를 요하지 않는다. 그 대신에, 작은 적외선 투과성 프레임(407)이 디스플레이를 감싸서, 스크린의 반대편에 위치된 이미터(200)와 리시버 사이의 광선을 반사한다. 손가락 또는 스타일러스와 같은 포인터가 특정 지역(905)에서 스크린을 터치할 때, 이미터(200)에 의해 생성된 하나 이상의 광선은 차단된다. 차단된 광선은 하나 이상의 리시버에 의해 수신된 해당 광의 감소에 의해 감지되고, 이는 포인터의 위치를 결정하는데 사용된다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 도 13의 터치 스크린 시스템의 간략화된 횡단면도이다. 도 14에 도시된 것은 LCD 디스플레이(600) 및 적외선 투과성 프레임(407)의 섹션 A-A의 횡단면도이다. 횡단면도는 프레임(407) 내의 컷-아웃(408)에 의해 반사되고, 디스플레이 표면 위에 실질적으로 평행하게 안내되는 광(100)을 발산하는 이미터(200)를 나타낸다. 손가락(900)이 디스플레이 표면 근처로 접근함에 따라, 이미터에 의해 발산되고 근접 터치의 위치 위에 안내된 빛의 일부(101)는 손가락에 의해 막히고, 빛의 일부(102)는 손가락 끝과 스크린 글래스 사이를 통과한다. 손가락(900)은 디스플레이 표면을 터치할 때, 이미터에 의해 발산되고, 터치 위치 위에 안내된 모든 광은 손가락(900)에 의해 막힌다.

터치 스크린 시스템 구성 1

도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린 시스템이 센서 요소보다 작은 포인터를 판독할 수 있게 하는, 이미터, 리시버 및 광학 요소의 배열을 간략화한 도면이다. 도 15에 도시된 것은, 거울 또는 광학 렌즈(400), 이미터(200), 넓게 반사된 광선(105), 포인터(900) 및 리시버(300)이다. 거울 또는 광학 렌즈(400)는, 제2 거울 또는 광학 렌즈에 의해 리시버(300) 상으로 초점되는 넓은 광선을 생성한다. 포인터가 넓은 광선의 일부를 막을 때, 넓은 광선은 리시버(300)에서 감지된 광의 양에서의 아날로그식 변화를 센싱할 수 있게 한다. 따라서, 도 15에서의 포인터(900)는 광선(105)의 일부만을 막는다. 또한, 넓은 광선은 서로 멀리 떨어진 이미터들을 장착할 수 있게 하고, 서로 멀리 떨어진 리시버들을 장착할 수 있게 한다. 결과적으로, 이는 더 적은 이미터와 더 적은 리시버를 요하므로, 재료 비용을 감소시킨다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린 시스템이 특히, 스타일러스를 포함하는 센서 요소보다 작은 포인터를 감지할 수 있게 하는, 이미터, 리시버 및 광학 요소의 배열을 간략화한 도면이다. 도 16에 도시된 것은 거울 또는 광학 렌즈(400), 이미터(200), 넓게 반사된 광선(105), 포인터(900) 및 리시버(300)이다. 거울 또는 광학 렌즈(400)는, 제2 거울 또는 광학 렌즈에 의해 리시버(300) 상으로 초점되는 넓은 광선을 생성한다. 포인터(900)가 넓은 광선의 일부를 막을 때, 특히, 포인터(900)가 거울 도는 렌즈(400)의 전면에 위치할 때, 넓은 광선은 리시버(300)에서 감지된 광의 양에서의 아날로그식 변화를 센싱할 수 있게 한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 포인터(900)는 넓은 광선(105)의 일부만을 막고, 포인터(900)의 끝단에 의해 막힌 광선(106)에 의해 표시된다. 또한, 넓은 광선은 서로 멀리 떨어진 이미터들을 장착할 수 있게 하고, 서로 멀리 떨어진 리시버들을 장착할 수 있게 한다. 결과적으로, 이는 더 적은 이미터와 더 적은 리시버를 요하므로, 재료 비용을 감소시킨다.

넓은 광선을 사용하지 않고, 일반적으로, 감지되지 않는 광선 사이의 공간을 사용할 수 있는데, 이는 광선에 걸쳐서 뾰족한 스타일러스를 사용자 드래그하는 것과 뾰족한 스타일러스로 상이한 광선을 사용자 탭핑하는 것을 구별할 수 없도록 한다. 게다가, 넓게 이격된 얇은 광선을 사용하면, 얇은 빔을 가로지르기 위하여, 포인터 터치는 매우 정확해야 한다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 넓은 광선으로 스크린을 커버하는 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 넓은 광선을 사용하는 터치 스크린 시스템은 출원인의 가출원, 즉, "OPTICAL TOUCH SCREEN WITH WIDE BEAM TRANSMITTERS AND RECEIVERS"이라는 명칭으로 2010년 3월 24일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제61/317,255호에 기술되고, 이의 내용은 참조로서 본원에 포함된다.

도 17에 도시된 이미터와 리시버는 비교적 널리 이격된다. 일반적으로, 이미터들은 동시에 활성화되지 않는다. 그 대신에, 순차적으로 활성화되어서, 광선의 커버 영역은 실질적으로 연결된다.

도 17은 터치 스크린 또는 터치 표면(800)을 가진 터치 시스템의 상면도 및 측면도이다. 터치 시스템은, 표면인 디스플레이 스크린을 포함하는지와 무관하게, 터치-감응형 기능을 표면에 제공한다. 게다가, 물리적 표면이 요구되지 않는다. 광선은 공기를 통해 투사될 수 있고, 광선을 끊는, 공기 중에 포인터의 위치가 감지될 수 있다.

또한, 도 17에 도시된 것은 이미터(200), 반사기(437 및 438) 및 계산 유닛(770)과 결합된 리시버(300)이다. 이미터(200)와 리시버(300)는 스크린(800) 밑에 위치된다. 이미터(200)는 스크린(800) 밑에서 광의 아크(142)를 반사기(437)로 투사한다. 이미터(200)와 반사기(437) 사이의 거리는 아크가 반사기(437)에서 넓은 광선으로 펼쳐지기에 충분하다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 이미터(200)와 반사기(437) 사이의 거리는, 특히, 광선의 너비, 요구되는 터치 레졸루션, 이미터 특성 및 광학 반사기 특성을 포함하는 요소에 의존하여, 대략 4 mm, 10 mm, 20 mm 또는 그 이상일 수 있다.

반사기(437)는 광을 넓은 스크린 표면을 거쳐서 넓은 광선(144)으로 시준한다. 넓은 광선(144)은 반사기(438)에 도달하고, 이는 (i) 광선을 스크린(800) 밑으로 재안내하고, (ii) 광선(144)을 아크(143)로 좁힌다. 이와 같이, 광선 (144)은 스크린(800)의 표면 아래에서, 리시버(300) 중의 하나의 표면으로 집중된다. 각 리시버(300)에 의해 감지된 광 강도는 계산 유닛(770)으로 통신된다.

도 17의 구성은, 넓은 광선이 전체 스크린 표면을 커버하여서, 터치 감응형 기능을 스크린상의 어느 곳에서나 가능하게 한다는 점에서 유리하다. 또한, 비교적 적은 이미터와 리시버 구성을 요하므로, 터치 스크린을 위한 재료 비용이 감소된다.

터치 스크린 시스템 구성 2

구성 2-5는 터치 위치를 정밀하게 식별하기 위하여 복수의 이미터-리시버 쌍을 사용한다. 이하에 기술되는 구성의 일부에는, 마주보는 열의 이미터와 리시버가 있는데, 각 이미터는 각각의 리시버와 맞은편에 있다. 구성 2 및 3에서, 이미터들은 리시버와 시프트-정렬(shift-aligned)된다. 예를 들어, 각 이미터는 이와 마주보는 두 개의 리시버들의 중간점의 반대편에 위치될 수 있다. 대안적으로, 각 이미터는 반대편 리시버와 축에서 벗어나서 정렬되고, 두 개의 리시버 사이의 중간점의 반대편이 아닐 수 있다.

본 발명의 실시예는 두 개의 타입의 시준 렌즈를 사용한다. 즉, (i) 종래의 시준 렌즈와 (ii) 복수의 넓은 발산 광선을 형성하기 위하여 광을 굴절시키는 마이크로-렌즈의 표면과 결합된 시준 렌즈이다. 광 소스가 종래의 시준 렌즈의 초점에 위치될 때, 특히, 도 15-17에 도시된 바와 같이, 렌즈는 실질적으로 평행한 광선을 출력한다. 광 소스가 종래의 시준 렌즈와 그의 초점 사이에 위치될 때, 특히, 도 23-26에 도시된 바와 같이, 렌즈는 넓은 광선을 출력하는데, 렌즈의 외부 모서리는 서로 평행하지 않다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광 이미터와 상호 작동하는 시준 렌즈의 간략화된 도면이다. 도 18에 도시된 것은, (A) 평평하고 선명한 글래스(524)를 통해 광선을 전송하는 광 이미터(200)이다. 광선(190)은 글래스에 의해 바뀌지 않는다.

또한, 도 18에 도시된 것은, (B) 시준 렌즈(525)의 초점에 위치된 이미터이다. 광선(190)은 렌즈(525)에 의해 시준된다.

도 18에 도시된 것은, (C) 시준 렌즈(525)와 렌즈의 초점 사이에 위치된 이미터(200)이다. 광선(190)은 렌즈(525)에 의해 부분적으로 시준된다. 즉, 출력된 넓은 광선들은 완전히 평행하지 않다.

도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광 리시버와 상호 작동하는 시준 렌즈의 간략화된 도면이다. 도 19에 도시된 것은, (A) 평평하고 선명한 글래스(524)를 통해 전송되는 광선(191)이다. 광선(191)은 글래스에 의해 바뀌지 않는다.

또한, 도 19에 도시된 것은, (B) 시준 렌즈(525)의 초점에 위치된 리시버(300)이다. 광선(191)은 시준 렌즈(525)에 의해 리시버(300)로 굴절된다.

도 19에 도시된 것은, (C) 시준 렌즈(525)와 렌즈의 초점 사이에 위치된 리시버(300)이다. 광선(191)은 렌즈(525)에 의해 시준되나, 리시버(300)가 렌즈 초점에 있지 않으므로, 광선은 리시버로 집중되지 않는다.

이미터 또는 리시버로부터 외면하는 마이크로 렌즈의 외부 표면과 결합된 시준 렌즈는 2 단계로 광을 전송한다. 광이 렌즈의 바디를 통과하면서, 광선은 종래의 시준 렌즈와 같이 시준된다. 그러나, 광이 마이크로 렌즈의 표면을 통과하기 때문에, 특히, 도 30, 31 및 33-35에 도시된 바와 같이, 광은 다수의 넓은 발산 광선으로 굴절된다. 도 34 및 35에서, 시준 렌즈(439 및 440)는 마이크로 렌즈 표면(444)을 가지는 것으로 나타난다. 도 34에서, 광 이미터들(201 및 202)은 시준 렌즈들(439 및 440)의 초점 거리 내에 위치되고, 이미터로부터의 넓은 광선은 렌즈들(439 및 440)로 들어가는 것으로 나타난다. 종래의 시준 렌즈와 같이, 광은 렌즈를 통과하면서 시준 된다. 시준된 광이 마이크로 렌즈 표면(444)을 통과할 때, 상기 광은 복수의 넓은 발산 광선으로 굴절되고, 이들 중 셋은 도 34에 도시된다. 도 35에서, 광 리시버들(301 및 302)은 시준 렌즈의 초점 거리 내에 위치되고, 광선은 마이크로 렌즈 표면(444)을 통하여 렌즈들(439 및 440)로 들어가는 것으로 나타난다. 들어오는 광선은 렌즈 바디 내에서 넓은 발산 광선으로 굴절된다. 굴절된 광선은 렌즈들(439 및 440)의 일부를 시준함에 의하여 안내되고, 이는 광선을 광 리시버들(301 및 302)로 집중시킨다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 이미터를 대면하는 마이크로 렌즈의 표면을 가진 시준 렌즈의 간략화된 도면이다. 도 20은 (A) 이미터(200)와 대면하는 표면상에 에칭된 마이크로-렌즈를 가진 평평한 글래스(526)를 나타낸다. 광선(190)은 다양한 각도로 글래스(526)로 들어간다. 각각의 입력 포인트에서, 마이크로-렌즈는 들어오는 광선을 넓은 아크(192)로 굴절시킨다. 라인(183)은, 글래스(526)로 광선의 접근 각도에 의존하여, 다양한 방향에서 어떻게 각각의 아크의 중간이 배향되는지를 나타낸다.

또한, 도 20은 (B) 이미터(200)를 대면하는 표면상에 에칭된 마이크로-렌즈를 가진 시준 렌즈(527)를 나타낸다. 마이크로-렌즈 없이, 렌즈의 초점이 결정되고, 이미터(200)는 그 초점에 위치된다. 광선(190)은 다양한 각도로 시준 렌즈(527)로 들어간다. 각각의 입력 포인트에서, 마이크로-렌즈는 들어오는 광선을 넓은 아크(192)로 굴절시킨다. 라인(184)은, 시준 렌즈(527)로의 광선의 접근 각도에 무관하게, 동일한 방향에서 어떻게 각각의 아크의 중간이 배향되는지를 나타낸다. 이러한 타입의 렌즈를 "멀티-방향 시준 렌즈"라고 하는데, 그것은 평행한 광선의 아크를 출력하지 않지만, 모든 아크가 실질적으로 일정하게 향하기 때문이다.

또한, 도 20은, (C) 이미터(200)가 렌즈와 초점 사이에 위치되는, 동일한 시준 렌즈(527)를 나타낸다. 출력 아크(192)는 (A)의 아크와 (B)의 아크 사이의 방향으로 배향되고, 이는 라인(185)으로 표시된다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 리시버를 대면하는 마이크로-렌즈의 표면을 가진 시준 렌즈의 간략화된 도면이다. 도 21은 (A) 리시버(300)와 대면하는 표면상에 에칭된 마이크로-렌즈를 가진 평평한 글래스(526)를 나타낸다. 광선(191)은 평행한 광선으로 글래스(526)로 들어간다. 각각의 입력 포인트에서, 마이크로-렌즈는 광선을 넓은 아크(192)로 굴절시킨다. 라인(186)은 동일한 방향에서 어떻게 각각의 아크의 중간이 배향되는지를 나타낸다. 아크는 리시버(300)로 집중되지 않는다.

또한, 도 21은 (B) 리시버(300)를 대면하는 표면상에 에칭된 마이크로-렌즈를 가진 시준 렌즈(527)를 나타낸다. 마이크로-렌즈 없이, 렌즈의 초점이 결정되고, 리시버(300)는 그 초점에 위치된다. 광선(191)은 실질적으로 평행한 광선으로 렌즈(527)로 들어간다. 각각의 입력 포인트에서, 마이크로-렌즈는 들어오는 광선을 넓은 아크(192)로 굴절시킨다. 라인(187)은, 리시버(300)를 향하여 djEJgrp 각각의 아크의 중간이 배향되는지를 나타낸다.

또한, 도 21은, (C) 리시버(300)가 렌즈와 초점 사이에 위치되는, 동일한 렌즈(527)를 나타낸다.

본 명세서 전반에 사용되는 바와 같이, 용어 "시준 렌즈"는 멀티-방향 시준 렌즈를 포함한다.

도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 넓은-광선 터치 스크린을 가진 전자 장치의 간략화된 도면이다.

도 22에 도시된 것은 두 개의 이미터(201 및 202) 및 세 개의 리시버(301, 302 및 303)를 가진 전자 장치(826)이고, 이미터와 리시버는 디스플레이(636)의 반대편 모서리를 따라 위치된다. 각 리시버(301, 302 및 303)에서 감지된 광 강도는 계산 유닛(770)으로 통신된다. 각 이미터와 리시버는, 441, 442, 443, 439 및 440으로 라벨 표시된, 각각의 주요 렌즈를 사용한다. 이미터와 리시버는 동일한 렌즈 배열을 사용하여, 이미터에 의해 발산되고, 이미터 렌즈에 의해 재안내(re-direct)된 광이 마주보는 렌즈에 의해 리시버로 역으로 안내(reverse-direct)되는 것을 보장한다.

각 이미터로부터 나온 광선이 그의 반대편의 두 리시버 렌즈를 커버하는 것이 바람직하다. 이러한 상황은, 이미터의 렌즈와 이미터의 렌즈의 초점 사이에 각 이미터를 위치시킴에 의해 달성된다. 이와 같이, 이미터는 초점에 있지 않고, 그 결과, 광은 시준되지 않고 펼쳐진다. 마찬가지로, 각 리시버는 리시버의 렌즈와 리시버의 렌즈의 초점 사이에 위치된다.

도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 개의 리시버에 의해 감지되는 하나의 이미터로부터 나온 광선을 오버래핑하는 것을 도시한, 도 22의 전자 장치(826)의 도면이다. 도 23에 도시된 것은 이미터(201)로부터 나온 두 개의 넓은 광선인데, 이 중 하나는 리시버(301)에서 감지되고, 이 중 다른 하나는 리시버(302)에서 각각 감지된다. 한 광선의 왼쪽 면과 오른쪽 면은 각각 145와 146으로 표시되고, 다른 광선의 왼쪽 면과 오른쪽 면은 각각 147과 148로 각각 표시된다. 도 23에서 빗금친 영역은, 터치가 두 개의 넓은 광선의 일부를 막는, 디스플레이(636) 상의 영역을 나타낸다. 이와 같이, 이 영역에서의 터치는 두 개의 이미터-리시버 쌍(즉, 201-301 및 201-302)에 의해 감지된다.

도 24를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 하나의 리시버에 의해 감지되는 두 개의 이미터로부터 나온 광선을 오버래핑하는 것을 도시한, 도 22의 전자 장치(826)의 도면이다. 도 24에 도시된 것은, 하나는 이미터(201)로부터 나오고, 다른 하나는 이미터(202)로부터 나온 넓은 광선인데, 이들은 리시버(302)에서 모두 감지된다. 하나의 광선의 왼쪽 면과 오른쪽 면은 145와 146으로 각각 표시되고, 다른 광선의 왼쪽 면과 오른쪽 면은 각각 147과 148로 각각 표시된다. 도 24에서 빗금친 영역은, 터치가 두 개의 넓은 광선의 일부를 막는, 디스플레이(636) 상의 영역을 나타낸다. 이와 같이, 이 영역에서의 터치는 두 개의 이미터-리시버 쌍(즉, 201-301 및 201-302)에 의해 감지된다.

도 25를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린상의 포인트가 적어도 두 개의 이미터-리시버 쌍에 의해 감지되는 것을 나타내는, 도 22의 전자 장치(826)의 도면이다. 도 25는 도 23 및 24의 넓은 광선을 나타내고, 디스플레이(636)상의 빗금친 ?지(wedge)에서의 터치는 적어도 두 개의 이미터-리시버 쌍에 의해 감지된다. 두 개의 이미터-리시버 쌍은, 도 23에 도시된 바와 같이, 2 개의 리시버와 함께 하나의 이미터이거나, 도 24에 도시된 바와 같이, 하나의 리시버와 함께 두 개의 이미터이다. 좀 더 구체적으로, 이머터의 로우 근처에서 발생하는 터치는 일반적으로 전자에 의해 감지되고, 감지기의 로우 근처에서 발생하는 터치는 일반적으로 후자에 의해 감지된다. 유사하게 배열된 이미터, 렌즈 및 리시버를 포함하는 스크린을 둘러쌈에 의하여, 어떠한 점도 두 개의 이미터-리시버 쌍에 의해 유사하게 감지된다.

도 26을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광 신호의 강도 분포를 나타내는 넓은-광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 26에 도시된 것은 이미터(201)에 의해 렌즈(439)로 발산되는 넓은 각도 광선이다. 광선은 디스플레이(636)을 가로질러서, 실질적으로 렌즈들(441 및 442)에 걸쳐진다. 광은 리시버들(301 및 302)에서 감지된다.

도 26에 도시된 것은 감지된 광 강도의 그래프이다. 전체 감지된 광은 그래프하에서 빗금친 영역에 해당한다. 스크린을 터치하는 물체는 이 광의 일부를 막는다. 스크린을 터치하는 물체가 광선에 걸쳐 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이면, 물체가 광선의 왼쪽 모서리에서 광선의 중앙으로 이동하면서, 막힌 광의 양은 증가하고, 이에 따라, 전체 감지된 광은 감소한다. 마찬가지로, 물체가 광선의 중앙에서 광선의 오른쪽 모서리로 이동하면서, 막힌 광의 양은 감소하고, 이에 따라, 전체 감지된 광은 증가한다.

광선의 모서리에서 감지된 광 강도는 순전히 양이어서, 이들 모서리에서의 터치가 감지되는 것을 보장한다는 것이 주목된다.

도 27을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 개의 이미터로부터 나온 오버래핑 광 신호의 강도 분포를 나타내는, 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 27은 이미터들(201 및 202)로부터 감지된 광을 나타낸다. 디스플레이(636)상의 터치 포인트(980)는 이들 이미터로부터 상이하게 나온 광을 막는다. 영역(973)은 터치 포인트(980)에 의하여 이미터(201)로부터 나온 광의 감쇠를 나타내고, 영역들(973 및 974)의 통합은 포인트(980)에 의한 이미터(202)로부터 나온 광의 감쇠에 해당한다. 두 개의 이미터-리시버 쌍(201-302 및 202-302) 광 감쇠를 비교함에 의하여, 정밀한 터치 좌표가 결정된다.

도 28을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 하나의 이미터로부터 나온 두 세트의 오버래핑 광 신호의 강도 분포를 나타내는, 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 28에 도시된 바와 같이, 터치 포인트(980)는 이미터-리시버 쌍(201-301)과 이미터-리시버 쌍(201-302)에 의해 감지된 영역 내에 있다. 영역(976)과 같이 도시된, 리시버(302)에서의 광 신호의 감쇠는, 영역(975)와 같이 도시된, 리시버(301)에서의 감쇠보다 더 크다. 두 개의 이미터-리시버 쌍(201-301 및 201-302)에서의 광 감쇠를 비교함에 의하여, 정밀한 터치 좌표가 결정된다.

터치 포인트(980)의 위치를 결정하는 것은, 이미터가 위치되는 모서리와 평행한 축(x-축)과 수직인 축(y-축)에 따른 위치를 결정하는 것이 필요하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 대략적인 y-좌표가 우선 결정되고나서, 이렇게 결정된 y-좌표를 가진 포인트에 대한 예상된 감쇠값과 실제로 감쇠된 값에 기초하여, 정밀한 x-좌표가 결정된다. 결국, 이렇게 결정된 x-좌표는 정밀한 y-좌표를 결정하는데 사용된다. 터치 포인트(980)가 정지하던 움직이던 이미 스크린을 터치하는 경우, 터치 포인트의 이전 x 및 y 좌표는 이후의 x 및 y 좌표에 대한 근사값으로 사용된다. 대안적으로, 하나의 이전 좌표만이 제1 이후 좌표를 계산하는데 사용되고, 제2 이후 좌표는 제1 이후 좌표에 기초하여 계산된다. 대안적으로, 이전 좌표는 사용되지 않는다.

도 29를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 마이크로-렌즈 패턴을 가지지 않는 이미터 및 리시버 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 29에 도시된 것은, 디스플레이(636), 이미터들(201 및 202), 해당 이미터 렌즈들(439 및 440), 리시버들(301, 302 및 303) 및 해당 리시버 렌즈들(441, 442 및 443)을 포함하는 전자 장치(826)이다. 각각의 이미터들(201 및 202)로부터 나온 두 개의 광선들(151 및 152)은 렌즈(442)의 외부 모서리에 위치된 포인트(977)에 도달한다. 광선들(151 및 152)이 서로 다른 입사각으로 포인트(977)에 접근하기 때문에, 이들 광선들은 리시버(302)에 수렴되지 않는다. 구체적으로, 광선(152)은 리시버(302)에 도달하고, 광선(151)은 리시버(302)에 도달하지 못한다.

비수렴을 해결하기 위하여, 마이크로-렌즈의 정교한 패턴이 렌즈의 표면을 따라 많은 포인트에서 리시버 렌즈에 통합된다. 마이크로-렌즈는 들어오는 광을 분산시켜서, 각각의 마이크로 렌즈에 도달하는 광의 일부가 리시버에 이르도록 한다. 이에 관하여, 도 30 및 31을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 마이크로-렌즈 패턴을 가진 이미터 및 감지 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 30은 위치(977)에서 마이크로-렌즈에 의해, θ에 걸쳐 펼쳐지는 들어오는 광선(151)을 나타내고, 이에 따라, 광선의 일부는 리시버(302)에 이르는 것을 보장한다. 도 31은 위치(977)에서 동일한 마이크로-렌즈에 의해, ψ에 걸쳐 펼쳐지는 들어오는 광선(152)을 나타내고, 이에 따라, 광선의 일부는, 역시, 리시버(302)에 이르는 것을 보장한다. 각 리시버 렌즈를 따라서, 많은 위치에서 마이크로-렌즈를 배열함에 의하여, 상이한 각도로부터 위치에 입력되는 광선들은 리시버에 의해 모두 감지된다. 감지된 강 강도는 리시버와 결합된 계산 유닛(770)으로 통신된다.

도 32를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 마이크로-렌즈 패턴을 가지지 않는 이미터 및 리시버 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 32에 도시된 것은 디스플레이(636), 이미터들(201 및 202), 해당 이미터 렌즈들(439 및 440), 리시버들(301, 302 및 303) 및 해당 리시버 렌즈들(441, 442 및 443)을 포함하는 전자 장치(826)이다. 이미터(201)에 의해 발산되고, 각각의 리시버들(301 및 302)에 의해 감지된 두 개의 광선들은, 터치 포인트(980)의 정확한 위치를 결정하기 위하여 바람직하다. 그러나, 마이크로-렌즈 패턴이 없는 렌즈(439)는 포인트(980)을 지나는 빔을 리시버(301)로 굴절시키지 못한다. 즉, 도 32를 참조하면, 렌즈(439)는 도시된 바와 같이 광선(153)을 굴절시키지 못한다. 도시된 바와 같이, 포인트(980)을 지나는 광선(154)만이 감지된다.

이러한 감지 문제를 해결하기 위하여, 마이크로-렌즈는 렌즈의 표면을 따라 많은 포인트에서 이미터 렌즈에 통합된다. 마이크로-렌즈는 나가는 광을 분산시켜서, 광의 일부가 원하는 리시버에 이르도록 한다. 이에 관하여, 도 33을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 마이크로-렌즈 패턴을 가진 이미터 및 리시버 렌즈를 가진 넓은 광선 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 33은 마이크로-렌즈 위치(982)에서 나온 광의 일부가 복수의 리시버에 이르는 것을 나타낸다. 이와 같이, 포인트(980)에서의 터치는 리시버들(301 및 302)에 의해 감지된다. 도 32 및 33으로부터, 포인트(980)를 통과하는 광선은 상이한 위치들(981 및 982)에서 마이크로-렌즈에 의해 생성된다는 것이 주목될 수 있다. 도 32 및 33의 리시버에 의해 감지된 광 강도 값은 계산 유닛(770)으로 통신된다.

이렇게 하여, 이미터 및 리시버 렌즈와 통합된 마이크로-렌즈 패턴은 감지되는 몇몇의 오버래핑 광선을 생성한다. 터치 스크린상의 각 포인트는 복수의 마이크로-렌즈로부터 나온 복수의 광선에 의해 가로지르게되고, 이는 이미터 렌즈도 마찬가지이다. 마이크로-렌즈는 복수의 광선이 원하는 리시버에 이르도록 하는 것을 보장한다. 도 34를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 마이크로-렌즈 패턴(444)이 통합된, 각각의 렌즈(439 및 440)를 가진 두 개의 이미터들(201 및 202)의 간략화된 도면이다. 도 35를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 마이크로-렌즈 패턴(444)이 통합된, 각각의 렌즈(439 및 440)를 가진 두 개의 리시버들(301 및 302)의 간략화된 도면이다.

일부 경우에는, 이미터 및 리시버 렌즈의 가장 외부의 표면상에 마이크로-렌즈를 가지지 않는 것이 바람직하다. 가장 외부의 표면이 사용자에게 보이므로, 이들 표면에 마이크로-렌즈를 가지는 것은, 덜 미적으로 보일 수 있다. 게다가, 가장 외부의 표면은 스크래치나 먼지 및 오염물의 축적에 취약하고, 이는 마이크로-렌즈의 성능을 저하시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에서, 도 36, 37 및 40에 도시된 바와 같이, 마이크로-렌즈는 사용자에게 노출되지 않은 표면상에 통합된다.

도 36을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 디스플레이 및 외부 케이싱을 가진 전자 장치의 맥락에서, 단일 광 가이드의 측면도를 간략화한 도면이다. 도 36에 도시된 것은 디스플레이 스크린(637), 스크린(637) 위의 외부 케이싱(827) 및 스크린(637) 아래의 이미터(200)를 포함하는 전자 장치의 일부의 컷-어웨이이다. 광 가이드(450)는 광선(100)을 수신하고, 광선을 스크린(637) 위로 반사시켜서, 감지를 위해 광선이 스크린(637)의 표면을 거쳐 이동하도록 한다. 광 가이드(450)는 스크린(637)의 표면 위에 광선(100)을 투사하기 위하여 내부 반사 표면들(451 및 45)을 포함한다. 광 가이드(450)의 섹션(445)은, 광선(100)을 수신할 때, 광선(100)을 시준하기 위하여 주요 렌즈로서의 역할을 한다. 진하게 표시된, 이미터(200)를 대면하는 섹션의 표면(445)은 그 위에 에칭된 마이크로-렌즈의 패턴을 가진다. 이와 같이, 마이크로-렌즈는 사용자에게 보이지 않고, 손상 및 오염으로부터 보호된다.

섹션의 표면(445)은 이미터(200)로부터 들어오는 광선(100)을 산란시키기 위하여 깃털 패턴을 가진다. 반사 표면(451 및 452)은 광선(100)을 반사시킨다. 반사 표면(451)은 오목하고, 반사 표면(452)은 들어오는 광선(100)에 대하여 45°로 배향된 평평한 반사기이다.

광선(100)은 평평한 표면(453)을 통하여 광 가이드(450)를 나온다. 표면(454)은 광 가이드(450)를 외부 케이싱(827)에 연결하는 역할을 한다. 표면(454)은 터치 시스템에 의해 사용되는 활성 광선의 평면 위에 위치되고, 미적인 목적을 위해 굽어진다.

표면(452)의 반사 특징은 먼지와 오염물이 표면(452)상에 축적되지 않을 것을 요하고, 외부 케이싱(827)을 요하는데, 이는 특히, 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수 있고, 표면(452)과 접촉하지 않도록 제조될 수 있다(아니면, 표면(452)의 반사성이 손상될 수 있음). 이와 같이, 외부 케이싱(827)은 표면(452) 위에 위치되고, 이에 따라, 먼지 및 오염으로부터 표면(452)을 보호하고, 외부 케이싱(827)은 표면(452)과 같은 높이가 아니어서, 케이싱 재료가 표면(452)를 터치하지 못한다. 들어오는 광선에 대하여 45°로 평평한 반사기를 두면, 표면(452)은 디스플레이(637)의 상부 표면 위에 위치된다. 이와 같이, 광 가이드(450) 때문에 디스플레이(637) 위에, 장치 높이(H3)는 높이(H1)(표면(452)의 높이) 더하기 두께(H2)(외부 케이싱(827))를 포함한다.

수신하는 측면에서, 450과 유사한 광 가이드는 스크린(637) 위에 전송된 광선(100)을 수신하고, 이들을 해당하는 하나 이상의 리시버로 안내한다. 따라서, 표면(453)에서 광 가이드(450)로 들어가는 광선은 표면(452)에 의해, 그래서, 표면(451)에 의해 재안내되고, 하나 이상의 리시버로 섹션(445)의 마이크로-렌즈 패턴의 표면을 통하여 나간다. 수신하는 측면에서, 섹션(445)의 표면은 상기 기술된 바와 같이 광선을 산란시키는 패턴을 가진다.

도 37을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 표면상에 적용된 깃털 패턴을 가진 렌즈의 측면을 두 개의 상이한 각도에서 본 간략화된 도면이다. 도 37에 도시된 것은 내부 반사 섹션(456)을 가진 광 가이드(455), 내부 시준 렌즈(457) 및 에칭된 마이크로-렌즈(458)이다. 광 가이드(455)로 들어가는 광선(101)은 렌즈(457)에서 표면(459)를 통하여 광선(105)으로서 광 가이드를 탈출한다.

유사한 광 가이드가 광선들을 리시버로 집중시키기 위하여, 스크린을 가로질렀던 광선을 수신하는데 사용된다. 이 경우에, 표면(459)에 들어간 광선은 내부 반사 섹션(456)에 의해 스크린 표면 아래에서 반사되고, 시준 렌즈(457)에 의해 리시버로 재-집중되어서, 마이크로-렌즈(458)에 의해 재분산된다. 일반적으로, 동일한 렌즈와 마이크로-렌즈가 이미터와 감지기에서 사용되는데, 이는 송신하는 측면에서 안내된 방식과 반대 방식으로, 광선이 수신하는 측면에서도 안내되어야 하기 때문이다.

시준 렌즈(457)는 도 37의 아래에 도시된 바와 같이, 바닥이 둥근 모서리를 가진다. 이미터 측면에서 들어오는 광을 적절히 굴절시키기 위하여, 마이크로-렌즈(458)는, 도 37 및 도 38의 아래에 도시된 바와 같이, 깃털 패턴, 팬처럼 펼쳐진 것으로 형성된다.

도 38을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 넓은 광선 터치 스크린의 일부의 간략화된 도면이다. 깃털 패턴(460)은 렌즈(461)의 표면에 적용된 것이 나타난다. 유사한 이웃하는 렌즈는 넓은 광선(158)을 발산하는 이미터(200)에 관련된다.

도 39를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈상에 에칭된 마이크로-렌즈가 존재하고, 광선이 들어가는 간략화된 도면의 상면도이다. 실질적으로, 도 39에 도시된 바와 같이, 시준된 광선(101)이 마이크로-렌즈(462)로 들어가고, 광선(102)으로 굴절되어서, 각각의 마이크로-렌즈는 넓은 각도에 걸쳐 넓은 광을 펼치는 광 소스로서의 역할을 한다.

터치 스크린 시스템 구성 3

구성 2의 마이크로-렌즈의 제작에 있어서, 몇몇 과제가 발생한다. 첫 번째 과제는 마이크로-렌즈의 팬-모양의 깃털 패턴을 정확하게 형성하는 것의 어려움이다. 팬/깃털 패턴 대신에, 서로 평행하게 배열된 마이크로-렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

두 번째 과제는 구성 2에서 광 가이드를 제조하는데 사용되는 몰드에 관한 것이다. 도 36을 참조하면, 이미터(200)와 대면하는 섹션(445)의 외부 표면이 수직이어서, 섹션(445)의 전면이 광 가이드(450)의 후면 부분과 정확히 평행한 것이 바람직하다. 그러나, 정확히 평행한 면을 제조하는 것은 어렵다. 게다가, 광 가이드(450)가 그 바닥에서 더 넓어진다면, 광 가이드의 몰드로부터 용이하게 제거될 수 없을 것이다. 이와 같이, 두 개의 표면은 일반적으로 ?지를 형성하고, 이미터(200)와 대면하는 섹션(445)의 표면은 완전히 수직이지 않다. 이를 보상하기 위하여, 마이크로-렌즈는 들어오는 광선의 면에 수직이 되도록 배치된다.

세 번째 과제는, 광학 성능에 있어서, 마이크로-렌즈는 해당 이미터 또는 리시버에 대하여 정확히 위치되어야 한다는 제약이다. 이러한 위치에 대한 허용오차는 낮다. 이와 같이, 광 가이드의 섹션(445)을 분리시켜서, 정확하게 위치시키고, 조립하는 동안 요구되거나 전자 장치의 외부 충격 때문에 이동시 강건성을 요하므로, 광 가이드의 남은 부분에 대하여 더 많은 허용오차를 갖게 되는 것이 바람직하다.

도 40-42 및 48에 도시된 바와 같이, 구성 3은 이들 및 다른 과제를 극복하는 역할을 한다.

도 40을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 디스플레이(637)와 외부 케이싱(827)을 가지는 전자 장치의 맥락에서, 듀얼-유닛 가이드의 측면도를 간략화한 도면이다. 도 40에 도시된 것은, 광 가이드(450)가 상부 포션(463)과 하부 포션(464)으로 분리된 것을 제외하고, 도 36의 것과 유사한 배열이다. 마이크로-렌즈는 하부 포션(464)의 상부 표면(466)에 위치된다. 이와 같이, 마이크로-렌즈는 광 가이드(464)의 시준 렌즈 부분 내에 내장되지 않는다.

구성 2에서, 시준 렌즈의 곡선 모양은, 그 위에 에칭된 마이크로-렌즈를 위한 팬/깃털 패턴이 필요했다. 이와 구별되게, 구성 3의 마이크로-렌즈는 직사각형 표면(466)상에 에칭되고, 평행한 로우와 같이 배열된다. 이러한 평행 배열(이하에서, "튜불러 배열" 이라함)은 도 42에 도시된다. 구체적으로, 마이크로-렌즈(467)의 평행한 시리즈는 도 42의 광 가이드(464)의 상부 표면을 따라 나타난다.

구성 3의 이점은 광 가이드의 평평한 상부 표면이 스크린 표면과 가능한 거의 평행하게 몰드될 수 있다는 것인데, 왜냐하면, 몰드는 광 가이드(464)의 상면을 들어올리는 하나의 평평한 표면이기 때문이다. 게다가, 구성 3에서, 광 가이드의 포션(464)만이 위치 선정에 대한 낮은 허용오차 요구사항을 가진다. 포션(463)은 그 표면이 요소의 초점에 위치되지 않기 때문에, 높은 허용오차를 가진다.

도 40에 도시된 바와 같이, 이미터(200)에 의해 발산되고, 표면(465)에서 광 가이드 유닛(464)로 들어간 광선(100)은 반사 표면(451)에 의해 반사되고, 표면(466)을 통과하여, 광 가이드 유닛(463)으로 들어간다. 광 가이드 유닛(463) 내에서, 광선(100)은 표면(452)에 의해 반사되고, 디스플레이(637) 위의 표면(453)을 통하여 나간다.

도 40은 높이(H3)는 디스플레이(637) 위의 광 가이드가 더해져서, 높이(H1)(내부 반사 표면(452))와 높이(H2)(외부 케이싱(827)의 두께)의 합을 포함한다.

도 41을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 PCB(700) 및 외부 케이싱(827)을 가진 장치의 내용에서, 광 가이드 유닛(463 및 464)의 도면이다. 광 가이드 유닛(464)의 상부 표면상의 튜불러 패턴은 정교한 패턴이다. 이 패턴이 광선을 정확하게 분산시키기 위하여, 광 가이드(464)는 각각의 LED 또는 PD에 대하여 정확하게 위치시켜야 한다. 이와 대조적으로, 광 가이드 유닛(463)은 평평한 반사 표면을 가지고 있어서, 이러한 정확한 위치를 요하지 않는다. 도 41은 광 가이드 유닛(463 및 464)의 상대적인 위치선정을 나타낸다. 이들 배열은 거리(523)에 의해 표현되고, 이는 1 mm 까지의 허용오차를 가진다. 거리(522)는 광 가이드 유닛들간의 높이를 나타낸다.

도 42를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 도 41의 광 가이드 유닛(463 및 464)의 상면도이다. 튜불러 패턴(467)은 광 가이드 유닛(464)의 상부 표면 상에서 나타난다.

터치 스크린 시스템 구성 4

구성 4는 디스플레이 위에 광 가이드의 높이를 감소시키는 반사 광 가이드 및 렌즈를 사용한다. 구성 4의 반사 광 가이드 및 렌즈는, 구성 2의 깃털 패턴 렌즈와, 구성 3의 튜불러 패턴 랜즈와, 구성 5의 교호하는 반사면과 함께 사용하기에 적합하다. 많은 전자 장치는 장치의 모서리와 동일한 높이인 디스플레이 표면으로 디자인된다. 이는 종종 미적인 특징이며, 이에 의해, 광-기반의 터치 스크린을 전자 장치와 통합할 때, 상승된 테두리를 최소 또는 제거하는 것이 바람직하다. 시각적으로 돌출된 테두리가 적을수록 매끄러우며, 장치의 외부 표면과 더욱 동일 높이를 가진다.

게다가, 광-기반의 터치 스크린에서, 상승된 테두리는 디스플레이의 모서리를 넘어서, 디스플레이 주변의 너비를 차지한다. 많은 전자 장치는, 장치의 모서리로 이음매 없이 연장되는 디스플레이 표면으로 디자인된다. 이는 종종 미적인 특징이고, 이에 의해, 광-기반의 터치 스크린이 전자 장치와 통합될 때, 반사적이고 상승된 테두리를 디자인하여 디스플레이의 이음매 없는 연장부를 나타내는 것이 바람직하다.

구성 4는 베젤 높이를 줄이고, 디스플레이 모서리와 장치의 외부 경계 사이에 이음매 없는 전이부를 제공하여, 좀 더 미적인 디자인에 호소할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 구성 4의 광 가이드는 길쭉하고 둥근 모서리를 가져서, 부드럽고 선명한 각과 곧은 표면을 가진 외부 케이싱과 통합된다.

구성 4는 두 개의 활성 거울 표면을 사용한다. 즉, 포물선형 반사 표면은 들어오는 광을 접고, 초점 위치로 집중시키며, 타원형 반사 표면은 초점 위치로부터의 광을 수집하고, 광을 스크린에 걸쳐 광선으로 시준한다.

도 43을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 전자 장치 내의 광 가이드의 측면도의 간략화된 도면이다. 도 43에 도시된 것은 외부 케이싱(828)과 디스플레이(637) 사이의 광 가이드(468)이다. 이미터(200)로부터의 광선은 표면(445)을 통하여 광 가이드(468)로 들어간다. 마이크로-렌즈의 깃털 패턴은, 광선(100)을 산란사키기 위하여, 표면(445)의 하부 포션상에 있다. 광선(100)은 내부의 오목한 반사 표면(469) 및 포물선형 반사 표면(470)에 의해 반사되고, 타원형 반사 표면(471)을 통하여 광 가이드(468)를 나간다. 타원형 반사 표면(471)은 디스플레이(637)의 표면과 평행한 평면에서, 광선(100)의 적어도 일부를 재안내한다. 광선(100)은 광 리시버(300) 상으로 광선을 안내하는 유사한 광 가이드에 의해 디스플레이(637)의 다른 말단에서 수신된다. 광 리시버(300)에 의해 감지된 광 강도는 계산 유닛(770)으로 통신된다.

도 44를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 전자 장치의 일부의 컷어웨이의 측면도 및 광선을 접기 위한 적어도 두 개의 활성 표면을 가진 광 가이드의 상부 포션의 간략화된 도면이다. 도 44에 도시된 것은 광 가이드(472)의 상부 포션이다. 표면(473)은 포물선형 또는 준포물선형의 일부이고, 대안적으로, 초점 라인(475)을 가진 자유형태이다. 초점 라인(475) 및 표면들(473 및 474)은 디스플레이(637)의 테두리를 따라 연장된다. 표면(474)은 타원형 또는 준타원형의 일부이고, 대안적으로, 초점 라인(475)을 가진 자유형태이다.

이미터 측면에서, 광선은 광 가이드로 들어가고, 포물선형 거울(473)은 상기 광선을 광 가이드 내부의 초점으로 반사시킨다. 굴절시키는 타원형 렌즈(474)는 포물선형 거울(473)과 동일한 초점을 가진다. 타원형 렌즈(474)는 초점으로부터 디스플레이(637) 위의 시준된 광선으로 광을 굴절시킨다. 리시버 측면에서, 시준된 광선은 광 가이드로 들어가고, 타원형 렌즈(474)에 의해 초점으로 굴절된다. 포물선형 거울(473)은 광 가이드 내부의 초점으로부터 광을 시준된 출력 광선으로 반사시킨다.

도 43의 표면(469)은 광선(100)을 90°위로 접는다. 표면(469)은 포물선의 일부로서 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 입력 표면(445)이 완전한 수직보다 약간 기울어지고, 또한, 광 소스가 단일 포인트 보다 더 넓어서, 표면(469)은 일탈에 대해 보정된다.

표면들(469 및 470)은 내부 반사기를 사용하여 광선을 접는다. 따라서, 이들 표면은 먼지와 스크래치로부터 보호될 필요가 있다. 도 44에서, 표면(473)은 외부 케이싱(829)에 의해 보호된다. 광 가이드(472)의 하부 포션(미도시)은 전자 장치 내에 깊숙히 있어서, 보호된다.

구성 4를 사용하는 것에서, 실질적으로 모든 반사 표면(473)은 디스플레이(637)의 상부 표면 아래에 위치된다. 따라서, 이러한 구성은 구성 2보다 전자 장치에 대해 더 낮은 높이가 가해진다. 도 43을 참조하면, 본 구성에서 광 가이드에 의해 가해진 높이(H3)는 대략적으로, 외부 케이싱의 두께(H2)이고, 이는 구성 2에서 해당 높이(H3)보다 작다. 게다가, 도 43의 표면(471)의 볼록한 모양 및 도 44의 표면(474)은 도 36의 수직 표면(453)보다 사용자가 세척하기 용이하다. 따라서, 사용자는 디스플레이(637) 및 표면(471) 상에 축적될 수 있는 먼지와 오염물을 용이하게 닦을 수 있다. 구성 4는 도 36의 표면(454)에 대한 필요성을 제거한다는 것이 주목되는데, 외부 케이싱(828)은 표면(471)보다 위에 있지 않고, 표면과 동일 높이에 있기 때문이다.

도 43의 표면(471)의 볼록한 모양은 도 36의 수직 표면(453)보다 시각적으로 덜 돌출된 베젤을 만든다.

일부 전자 장치는 장치의 네 모서리까지 연장되는 평평한 시트의 글래스로 커버된다. 글래스의 아랫면은 장치의 모서리 근처에 검은색으로 칠해지고, 디스플레이는 글래스의 가운데의 선명한 직사각형 윈도우를 통해 보여진다. 이러한 장치의 예는 캘리포니아, 쿠퍼티노의 애플사에 의해 제조된, IPHONE^®, IPOD TOUCH^® 및 IPAD^® 및 평평한 판넬의 컴퓨터 모니터 및 털레비젼의 다양한 모델을 포함한다. 일부의 경우에, 본원에서 기술된 다양한 터치 스크린을 감싸는 광 가이드는, (a) 광 가이드는 스크린 글래스와 분리된 유닛이어서, 이들 사이의 경계가 눈에 띄고, (b) 광 가이드는 스크린 아래에서 연장되어서, 광 가이드의 아랫면도 검은색으로 칠하더라도, 광 가이드의 바닥과 스크린 글래스 사이의 높이 차이가 눈에 띄기 때문에 미적이지 않아 보일 수 있다. 본 발명의 실시예는 이 문제를 극복하기 위하여 두 개의 유닛의 광 가이드를 사용한다.

이러한 일 실시예에서, 광 가이드의 상부 유닛은 스크린 글래스에 흡수된다. 이에 관하여, 도 45를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 디스플레이(637)를 커버하는 보호 글래스(638)의 통합 부분으로서 형성되고, 투명한 옵틱 터치 광 가이드(476)의 섹션의 간략화된 도면이다. 보호 글래스(638)의 아랫면상에 주광 필터 시트(639)는, 검은색 페인트 대신에, 광선(100)을 막지 않으면서 디스플레이(637)의 모서리를 감추는 역할을 한다. 광 가이드(476)는 외부의 타원형 표면(478) 및 내부의 포물선형 표면(477)을 가지고, 외부 케이싱(830)에 부드럽게 흡수된다. 광선(100)은 도 44에서와 같이 광 가이드(476)를 통과한다.

일부의 경우에, 통합된 반사 렌즈를 커버하는 보호 글래스를 제조하는 비용이 높을 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 대안적인 실시예에서, 검은색 물체가 광 가이드의 상부 유닛과 하부 유닛 사이에 위치된다. 검은색 물체의 높이는 전자 장치 내에서, 보호 글래스의 아랫면상의 검은색 페인트의 높이에 정렬된다. 이와 관련하여, 도 46을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린의 모서리를 감추는, 도 44의 전자 장치 및 광 가이드의 간략화된 도면이다. 도 46에 도시된 것은 디스플레이(637)를 커버하는 보호 글래스(640)의 아랫면상의 검은색 페인트 또는 대안적으로 주광 필터 시트(641)이다. 블랙 플라스틱 요소(482)는 블랙 페이트/주광 필터 시트(641)에 정렬되어서, 보호 글래스(640)의 모서리가 사용자의 눈에 띄지 않도록 한다. 검은색 플라스틱 요소(482)는 적외선광을 전송하여, 광선(100)이 통과하도록 한다.

도 47을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 반대편 이미터(200)로부터 디스플레이(637) 상으로 연장되는 단일 유닛인 광 가이드(483)의 간략화된 도면이다. 외부 케이싱(832)의 포션은 광 가이드(483)의 상단과 동일한 높이로 도시된다. 광 가이드(483)의 하부 포션은 마이크로-렌즈(8)의 깃털 패턴을 가져서, 이미터(200)로부터 도달하는 광선을 산란시킨다. 수신하는 측면에서, 광선은 광 가이드(483)와 유사한 광 가이드의 하단을 통하여, 리시버로 나간다. 동일한 깃털 패턴(484)은 리시버로 가는 광선을 끊는다.

도 48을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 듀얼-유닛 광 가이드의 간략화된 도면이다. 도 48에 도시된 것은 상부 유닛(485)과 하부 유닛(486)을 가진 광 가이드이다. 외부 케이싱(832)의 포션은 광 가이드 유닛(485)의 상단과 동일한 높이이다. 디스플레이(637)는 광 가이드 유닛(485)의 오른쪽에 도시된다. 광 가이드 유닛(486)의 상단 표면은 마이크로-렌즈(487)의 튜불러 패턴을 가져서, 이미터(200)로부터 도달하는 광선을 끊는다. 수신하는 측면에서, 광선은 도 48에 도시된 광 가이드와 유사한 광 가이드의 하단을 통해 리시버를 향하여 나간다. 동일한 튜불러 패턴(487)은 리시버로 가는 광선을 끊는다.

도 36 및 40을 참조하여 설명된 바에 따르면, 튜불러 패턴(487)을 가진 광 가이드 유닛(486)의 위치 선정은 높은 정확성을 요구하는 반면, 광 가이드 유닛(485)의 위치 선정은 그러한 정확성을 요구하지 않는다. 광선에 대한 튜불러 패턴(487)의 효과는 각각의 이미터 또는 리시버에 대한 정확한 자리 잡음에 의존한다. 광 가이드 유닛(485) 내의 활성 표면은 좀 더 허용오차가 큰데, 이들은 대게 자립적, 다시 말해, 이들은 도 4의 초점 라인(475)과 같은 내부 초점 라인에 모두 집중되기 때문이다.

장치 스크린의 아랫면에 이미터와 리시버를 위치시키는 것과 각각의 이미터 또는 리시버에 반대편에 시준하는 반사 요소를 위치시키는 것은 장치의 두께에 제약을 가한다는 것이 주목된다. 첫 번째 제약은, 장치의 두께가 적어도 스크린 두께와 이미터 또는 리시버 두께의 합이어야 한다는 것이다. 두 번째 제약은, 스크린 위로 향하여 반사된 광선을 적절히 시준하기 위하여, 이미터 또는 리시버의 반대편의 반사 요소는, 특히, 도 37 및 38에 도시된 바와 같이, 볼록한 "스마일" 모양으로 구부러져야 한다는 것이다. 볼록한 모양은 장치의 전체 두께에 더해진다.

테블릿 및 이-북 리더의 디자이너들은 가능한 얇은 폼 팩터를 달성하기 위해 분투한다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 리시버와 시준 렌즈는 스크린의 아래에 위치되는 대신에, 스크린을 둘러싸는 경계 내에 위치된다. 이는 특히, 장치를 잡기 위한 비-스크린 경계 영역을 제공하는 태블릿 및 이-북 리더를 실현할 수 있게 한다.

도 49를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 사용자가 쥐는 터치 스크린 장치의 간략화된 도면이다. 도 49에 도시된 것은 손(930)에 의해 잡힌 프레임(840)에 의해 둘러싼 터치 스크린(800)을 포함한 장치(826)이다.

도 50을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 넓은 광선으로 스크린을 커버하는 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 50은, 태블릿 또는 이-북 리더와 같은 전자 장치의 맥락에서, 터치 스크린(800)을 포함한 터치 시스템의 상면도 및 측면도를 나타낸다. 또한, 도 50은 이미터(200) 및 리시버(300)를 도시하는데, 이들 각각은 광을 시준하기 위하여, 에어갭(555)에 의해 분리되고, 한 쌍의 렌즈들(550 및 551)과 결합된다. 측면도는 장치 케이싱(827)과 터치 스크린(800)을 둘러싸는 프레임(849)을 도시한다. 프레임(89)은 사용자가 장치를 잡기 위한 그립을 제공하고, 프레임은 요소(200, 300, 550 및 551)를 수용하기에 충분히 넓다.

광은 속이 찬 렌즈보다 복수의 에어-투-플라스틱 인터페이스를 사용하여 짧은 거리에 걸쳐 좀 더 효과적으로 시준된다. 이미터, 리시버 및 렌즈는 터치 스크린(800)의 표면과 실질적으로 동일 평면에 있다. 장치의 높이를 따라서, 렌즈들(500 및 551)의 평평한 비-곡선형 프로필은, 렌즈들(500 및 551)이 스크린 표면의 평면을 따라서만 투사되는 경우이기 때문에, 도 37 및 38의 렌즈들의 프로필 보다 낮다. 장치 폼 팩터에 가해진 높이는 베젤의 높이 또는 스크린에 걸쳐 광을 안내하기 위한, 터치 스크린(800) 위의 렌즈(551)의 높이이다. 오버래핑 광을 생성하기 위하여 마이크로-렌즈 패턴이 사용된다면, 마이크로-렌즈 패턴을 포함하는 제3 렌즈가 가해진다. 대안적으로, 마이크로-렌즈 패턴은 두 개의 렌즈들(500 및 551) 중 하나 상에서 형성될 수 있다.

도 51 내지 53을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 장치의 맥락에서 광 가이드의 간략화된 측면도, 상면도 및 저면도이다. 도 51은 디스플레이(635)를 도시하는 측면도 및 디스플레이(635)와 실질적으로 동일 평면인 측면의 이미터(200)를 도시하는 측면도이다. 복수의 렌즈 어셈블리는 광을 디스플레이(635) 위로 반사시키고, 넓은 광선을 출력한다. 도 51은 에어갭(555 및 556)에 의해 분리된 세 개의 섹션(550-552)을 가진 복수 렌즈 어셈블리를 도시한다. 섹션(550 및 551)은 에어갭(555) 아래에서 연결되고, 디스플레이(635)를 감싸는 강성 프레임의 일부를 형성한다. 프레임은 측면의 이미터(200) 또는 유사한 모양의 리시버를 수용하기 위한 캐비티(220)를 포함한다. 렌즈 섹션(550 및 551)은 함께 이하에 설명되는 바와 같이, 넓은 시준된 광선을 생성한다. 렌즈 섹션(552)은 도 41 및 42를 참조하여 기술되는 바와 같이, 마이크로-렌즈의 튜불러 패턴을 포함한다. 도 51은 디스플레이(635) 위를 지나는 광선(105)의 레이를 나타낸다. PCB(700)는 이미터(200), 디스플레이(635) 및 광 가이드 프레임을 지지하기 위한 기판을 형성한다.

도 52는 에어갭(555 및 556)에 의해 분리된 렌즈 섹션(550-552)을 나타내는 상면도이다. 도 52는 어떻게 렌즈 섹션(550 및 551)이 넓은 광선을 시준하는지 나타내기 위하여 세 개의 시준된 광선(105)을 도시한다. 또한, 도 52는 렌즈 섹션(552)과 렌즈 섹션(550 및 551)에 의해 형성된 강성 프레임을 연결하는 작은 커넥터(559)을 도시한다. 이와 같이, 모든 세 개의 섹션(550-552)은 단일 조각의 플라스틱으로부터 형성될 수 있다.

도 53은 세 개의 이미터(200)를 포함하는 이미터/리시버 캐비티(220)를 가진 렌즈 섹션(500)을 나타내는 저면도이다.

터치 스크린 시스템 구성 5

본 발명의 실시예에 따르면, 구성 2 및 3을 참조하여, 본원에 기술되는 바와 같이, 일반적인 영역에 걸쳐, 두 개 이상의 이미터-리시버 쌍의 신호를 조합하여, 높은 레졸루션 터치 민감도를 달성한다. 구성 5는 대안적인 광학 요소 및 오버래핑 감지를 제공하기 위한 이미터 및 리시버의 대안적인 장치를 제공한다.

다양한 접근이 오버래핑 감지 광선을 제공하는데 사용될 수 있다. 하나의 접근법은 스크린에 걸쳐 약간 상이한 높이에서 투사되는 두 개의 분리된 넓은 광선을 제공하는 것이다. 두 개의 광선은 공통의 스크린 영역을 커버하고, 이에 따라 그 영역에서 터치에 대한 복수의 감지 신호를 제공한다. 또 다른 접근법은, 두 광선이 동시에 활성화될 때, 두 넓은 광선의 레이를 인터리브(interleave)하는 광학 요소를 제공하는 것인데, 이는 두 광선으로부터의 극미한 레이를 인터리브하기 위한 회절성 구조를 사용하거나, 두 소스로부터 약 0.1-0.6 mm의 광선을 인터리브하기 위한 약간 큰 교호하는 면을 사용하여 달성될 수 있다. 일반적으로, 두 개의 광선은 별개로 활성화된다. 이와 같이, 이들은 공통 스크린 영역을 커버하나 실제로 인터리브되지 않는다. 대안적인 후자는 이하에서 기술된다.

도 54를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 이미터와 리시버에 의해 둘러싸인 터치 스크린(800)의 간략화된 도면이다. 또한, 도 55를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 반사면의 물결모양의 각이 진 패턴을 가진 광학 요소(530)를 세 개의 각도에서 바라본 간략화된 도면이다. 도 55에 도시된 것은 광학 요소(530)의 세 개의 도면 (a), (b) 및 (c) 이다. 이미터로부터 나온 광은 넓은 각이 진 오버래핑 광선으로서 광학 요소(530)로 들어간다. 도 55는 요소(530)의 표면(541)을 대면하는 이미터(200-202)를 나타낸다. 각각의 이미터(200-02)로부터 나온 넓은 광선(107-109)은 표면(541)을 통하여 요소(530)로 들어간다. 또한, 도 55는 이웃하는 이미터 요소 간의 거리 또는 피치를 나타낸다.

각각의 넓은 광선(107-109)은 두 개의 피치에 걸쳐 있고, 이와 같이, 넓은 광선은 이웃하는 이미터 사이에 영역에서 오버랩된다. 요소(530)의 표면(542)은 교대로 이웃하는 이미터를 향하면서, 물결모양의 패턴의 면으로서 형성된다. 도 55(c)는 표면(542)상의 빗금친 면과 빗금치지 않은 면이 교대로 나타난다. 이미터(200 및 201) 사이의 요소(530)에서, 이미터(200)를 향하는 빗금친 면은 이미터(201)를 향하는 빗금치지 않은 면과 인터리브된다. 이미터(201 및 202) 사이의 요소(530)에서, 이미터(202)를 향하는 빗금친 면은 이미터(201)를 향하는 빗금치지 않은 면과 인터리브된다.

도 56을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 개의 이웃하는 이미터로부터 나온 광을 반사하고, 시준하며, 인터리빙하는 광학 요소의 간략화된 도면이다. 도 56에 도시된 바와 같이, 요소(530)의 각 반사면은 그의 해당 이미터로부터 나온 광선을 시준하고, 이에 의해, 두 개의 이미터로부터 나온 시준된 광선을 인터리빙한다. 도 56은 두 개의 이웃하는 이미터(200 및 201)로부터 나온 광을 반사 및 시준하는 광학 요소(530)를 나타낸다. 요소(530)의 교호하는 면은 이들 두 요소에 초점을 맞춘다. 시준된 광선을 인터리빙함에 의하여, 요소(530)는 두 이미터로부터 나온 광을 스크린에 걸쳐 오버래핑 넓은 광선으로 시준한다. 반대편 스크린 모서리에서, 요소(530)는 넓은 광선을 각각의 리시버로 안내한다.

표면(542)상의 각 면은 그의 요소에 초점을 맞추기 위해 정확히 각을 준다. 각 면의 표면 영역은 또한, 충분한 양의 광이 감지를 위해 제공되기 위하여 구성된다.

광학 요소(530)의 대안적인 실시예는 반사 대신에 굴절을 통해 들어오는 넓은 광선을 시준하고 인터리브한다. 이러한 경우에, 물결 모양의 복수의 면이 있는 표면은 광학 요소(530)의 입력 표면 또는 출력 표면에 위치된다. 반사면의 경우에, 면은 광을 광학 요소 내로 재 안내한다.

가끔은, 가령, 전력을 아끼기 위하여, 낮은 주파수 모드에서 터치 스크린을 실행하는 것이 바람직하다. 구성 5에 의해 정확한 낮은-전력 스캔 모드가 가능하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 스크린 축을 따라서, 두 개의 감지 신호가 각 터치 위치에 제공된다. 낮은 주파수 모드에서, 첫 번째 스캔 동안에, 하나 걸러 이미터-리시버 쌍이 활성화되어서, 하나의 스크린 축을 따라 쌍의 절반만이 활성화되나, 그럼에도 이는 전체 스크린을 커버한다. 두 번째 스캔 동안에, 이 축을 따라 나머지 이미터-리시버 쌍이 활성화된다. 이에 따라, 홀수의 이미터-리시버 쌍이 우선 활성화되고, 짝수의 이미터-리시버 쌍이 활성화되는 것은 두 개의 전체 스크린 스캔을 제공하고, 모든 이미터 및 리시버 요소에 균일하게 걸쳐 펼쳐지게 된다. 전력 소비를 최소로 유지하기 위하여, 직사각형 스크린의 짧은 모서리를 따라 이미터-리시버 쌍이 활성화된다.

본 발명의 대안적인 실시예에서, 스크린의 두 축이 스캔되고, 각 스캔된 축은 스크린에 대하여 초기 터치 정보를 제공한다. 이에 따라, 하나의 축의 복수의 스캔을 순차적으로 활성화시키는 것 대신에, 대안적인 실시예에서, 별개의 축의 스캔의 순차적인 활성이 활성화된다. 4개의 스캔의 시퀀스가 4개의 샘플링 인터벌에서 활성화된다. 다시 말해, (i) 제1 스크린 축을 따라 이미터-리시버 쌍의 제1 절반이 스캔되고, (ii) 제2 스크린 축을 따라 이미터-리시버 쌍의 제1 절반이 활성화되며, (iii) 제1 스크린 축을 따라 이미터-리시버 쌍의 제2 절반이 활성화되고, (iv) 제2 스크린 축을 따라 이미터-리시버 쌍의 제2 절반이 활성화된다.

반사 요소의 디자인

광학 요소의 교호하는 반사면 또는 굴절면을 디자인하는 목적은, 이미터에서 리시버로 선형 신호 그래디언트 S(x)에 의하여, 보간법에 대한 기반으로서 우수한 그래디언트를 제공하는 광 분포를 생성하는 것이다. 파라미터의 수는 광 분포에 영향을 미친다.

도 57을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 복수의 면이 있는 광학 요소(530)의 간략화된 도면이다. 도 57에 도시된 것은, 이하에서 기술되는 바와 같이, 광학 요소의 각 면으로부터 나온 광을 제어하는 파라미터이다.

광 강도 분포는 편각 (θ)에 의존하는데, 이는 세 제곱(cos³ θ)에 따른다. 각도(θ)는, 서로 다른 면으로 향해 가는 하나의 이미터 또는 리시버 요소의 광들 사이의 거리(110) 및 이미터 또는 리시버 요소와 요소(530) 사이의 거리(111)의 함수이다.

면 너비(facet width, B)는 용이하게 조절 가능한 파라미터이다.

프레넬 로스(Fresnel loss, F)는, 광선이 광학 요소(530)로 들어올 때, 요소(530)의 굴절률에 의해 발생되는 반사 때문의 광 손실의 양이다. 브루스터 각 하에서 서로 다른 각들(θ) 간의 프레넬 로스(F)의 변화는 1% 미만이고, 따라서 무시할 정도이다.

면 광선 너비(facet beam width, Y)는 하나의 면 광선에 의해 커버되는 전체 너비이다. 교호하는 면은, 이웃하는 면이 이웃하는 이미터(202) 상에 초점이 맞춰지기 때문에, 이미터(201)로부터 나온 광에서 갭을 생성한다. 각 면으로부터의 광은 갭을 커버한다. 면 광선 너비(Y)는 면 너비(B) 및 이웃하는 면의 너비에 의존한다. 도 57은 이미터(201)에 조준된 면들(545, 547 및 549) 및 이미터(202)를 조준하는 이웃하는 면들(548, 546)을 함께 커버하는 각각의 면-광선 너비(Y ₅₄₅ , Y ₅₄₇ 및 Y ₅₄₉ )를 나타낸다.

도 58을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 9개의 면에 대한 광 분포상의 반사면 파라미터(θ, Y 및 B)의 효과를 보여주는 간략화된 그래프이다. 또한, 도 58의 그래프는 실제 광 분포 및 기준선 함수를 나타낸다. 도 58에 도시된 바와 같이, 실제 광 분포 신호는 거의 선형이다. 그래프상 데이터는 x-축상에 위치(0)에 위치된 중앙면에 기초하여 정규화되고, 모든 면에서 1의 값으로 할당된다. 이와 같이, 면 너비(B)는 그래프에서 Bnorm으로 라벨링되고, 면 너비는 중앙면의 너비에 대해 정규화된다. 일반적으로, 각 파라미터(θ)는 기울어진 곡선을 제공하고, 이는, 도 58에 도시된 바와 같이, x-축을 따라 위치(0) 및 위치(2) 사이에서, cos3으로 라벨링된 θ곡선의 평평한 부분에서, θ의 작은 값에 대해 평평하다. 작은 θ에 대한 그래디언트는 조정하는 파라미터(B)에 의해 증가되고, 이는 결국 Yfactor로 라벨링된 파라미터(Y)에 영향을 준다. 완전한 신호는 그래프에서 signal로 라벨링되고, 이는 거의 선형이다.

파라미터(θ, B, F 및 Y)의 함수로서, 면에 대한 광 강도(k)는 다음과 같이 기술된다.

(1)

여기서, 면의 강도(k)는 중앙면에 대하여 θ=0에 기초하여 정규화된다.

표 1에서, 이미터 또는 리시버 요소에 초점을 맞추는 일련의 9개의 면에서 각 면에 대한 파라미터를 나열한다. 표 1에서, x-pos는 중앙면으로부터의 거리를 밀리미터로 나타낸 것이고, B는 면 너비를 밀리미터로 나타낸 것이며, B-norm은 1의 너비를 가진 중앙면에 기초하여, 정규화된 면 너비를 나타내며, Yfactor는 중앙 면 광선의 너비에 대해 정규화된, 면 광선 너비를 나타내고, Signal은 각 면에 대한 정규화된 신호값을 나타내며, Line은 기준 직선에 대한 신호값을 나타낸다.

표 1: 9개의 면에 대한 면 파라미터
Facet no .	x- pos	B	B- norm	Yfactor		Signal	Line
1	0	0.66	1	1	1	1	1
2	1.265	0.59	0.893939	1.065574	0.973981	0.927774	0.913516
3	2.46	0.56	0.848485	1.11588	0.907237	0.858978	0.831817
4	3.605	0.55	0.833333	1.150442	0.817261	0.78351	0.753537
5	4.725	0.55	0.833333	1.171171	0.717801	0.700557	0.676966
6	5.835	0.57	0.863636	1.160714	0.618698	0.620205	0.601079
7	6.965	0.59	0.893939	1.135371	0.524528	0.532371	0.523824
8	8.13	0.62	0.939394	1.087866	0.438568	0.448188	0.444177
9	9.35	0.64	0.969697	1.027668	0.362027	0.360769	0.360769
	10

표 2는 이미터 및 이웃하는 리시버와 같은 두 개의 이웃하는 요소에 초점이 맞춰진 일련의 교호하는 면에 대한 파라미터를 나열한다. 표 2에서, facets nos 1-5는 이미터에 초점이 맞춰지고, facets nos 6-9는 이웃하는 리시버에 초점이 맞춰진다. 세 개의 값은 각 면에 대해 나열된다. 다시 말해, 면의 너비(B), 이미터에 대한 중앙면의 중앙에 대한 x-축을 따른 면의 위치(X-pos) 및 면의 외부 모서리의 위치,border_pos이다. 모든 면 값은 밀리미터로 명시된다.

표 2: 9개의 교호하는 면들
Facet no .	B	x- pos	border pos
1	0.66	0	0.33
9	0.64	0.65	0.97
2	0.59	1.265	1.56
8	0.62	1.87	2.18
3	0.56	2.46	2.74
7	0.59	3.035	3.33
4	0.55	3.605	3.88
6	0.57	4.165	4.45
5	0.55	4.725	5
		5

요소(530)에 의해 생성된 신호

도 59를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 넓은 광선으로 스크린을 지나는 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 60을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 개의 넓은 광선으로 스크린을 지나는 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 또한, 도 61을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 세 개의 넓은 광선으로 스크린을 지나는 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 59에 도시된 바와 같이, 스크린(800)은 이미터와 리시버에 의해 둘러싸인다. 넓은 광선(167)은 스크린(800) 상의 넓은 감지 영역을 나타내고, 이는 이미터-리시버 쌍(200-300)에 의해 감지된다. 넓은 광선(167)은, 본원에서 기술되지만 도 59-61에 도시되지 않은 요소(530)와 같은 광학 요소에 의해 생성된다. 제1 요소(530)는 이미터(200)로부터의 광을 시준하고, 제2 요소(530)는 넓은 광선(167)을 리시버(300)로 초점을 맞춘다. 그래프(910)는 넓은 광선(167)의 너비에 걸쳐 감지되는 신호 강도의 그래디언트를 나타낸다.

도 60은 각각의 이미터-리시버 쌍(201-301 및 202-302)에 의해 감지되는 스크린(800)상의 넓은 감지 영역을 나타내는, 이웃하는 넓은 광선(168 및 169)을 나타낸다. 각각의 그래프(911 및 912)는 넓은 광선(168 및 169)의 너비에 걸쳐 감지되는 신호 강도의 그래디언트를 나타낸다.

도 61은 도 59 및 60의 세 개의 넓은 광선을 나타낸다. 도 61에 도시되는 바와 같이, 광선(167)의 왼쪽 절반은 광선(168)의 절반에 의해 오버랩되고, 광선(167)의 오른쪽 절반은 광선(169)의 절반에 의해 오버랩된다. 그래프(910-912)의 강도 그래디언트는, 광선(167)의 너비에 따라 임의의 위치에서 터치가 두 개의 오버래핑 넓은 광선의 두 그래디언트를 따라 감지된다는 것을 나타낸다. 마찬가지로, 스크린 상의 임의의 위치에서의 터치는 각각의 축 상의 두 오버래핑 넓은 광선의 두 그래디언트를 따라, 수직축과 수평축 모두에서 감지되는 것이다. 정확한 터치 좌표는 감지 신호 그래디언트에 기초한 두 신호의 터치 위치를 보간함에 의하여 계산된다. 도 56은 두 오버래핑 광선의 너비에 걸친 광 신호 감쇠 그래디언트(920 및 921)를 나타낸다. 광 신호 감쇠 그래디언트(920)는 이미터 요소(200)로부터 발산된 광선에 해당하고, 광 신호 감쇠 그래디언트(921)은 이미터 요소(201)로부터 발산된 광선에 해당한다. 이와 같이, 광선은 요소의 바로 위에 최대 강도를 가지고, 양 측면으로 줄어든다. 오버래핑 광선에 대한 두 개의 서로 다른 기울어진 그래디언트를 가지는 것은, 이하에 기술되는 바와 같이, 정확한 터치 위치를 계산하기에 바람직하다.

도 62를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린 내의 넓은 광선의 광 분포의 간략화된 그래프이다. 도 62의 아래 부분은 넓은 광선(167)에 걸친 경로를 나타내고, 도 62의 윗 부분은 이 경로에 따라서, 신호 강도 분포를 도시한 그래프이다. 그래프의 x-축은 밀리미터 단위로 수평 스크린 치수를 나타낸다. 그래프의 y-축은 스크린 축을 따라 10 mm에 위치된 이미터-리시버 쌍(200-300)에 의해 감지된 베이스라인 신호 강도를 나타낸다. 신호는 10 mm 의 피치로 배열된 이미터 및 리시버 요소를 가진 스크린에 해당한다. 이에 따라, 감지된 넓은 광선은 20 mm에 달한다. 그래프에서 스파이크는 상기 기술된 광학 요소(530)의 교호하는 면에 의해 발생되고, 이는 교호적으로 이웃하는 요소에 광선을 집중시킨다. 이와 같이, 스파이크는 측정된 이미터-리시버 쌍에 속하는 면에 해당하고, 이웃하는 골(trough)은 이웃하는 이미터-리시버 쌍에 속하는 면에 해당한다. 이들 스파이크에 불구하고, 측정된 스크린 축을 따라 손가락 또는 다른 물체는 광선의 전체 20 mm 구간을 따라 비교적 완만한 그래디언트를 가지는데, 이는 손가락이 좁은 스파이크 및 골 채널보다 넓기 때문이다. 이와 같이, 손가락이 스크린 축을 따라 미끄러지면서, 손가락은 실질적으로 일정한 일련의 스파이크를 막는다. 가령, 손가락 끝은 대략 6 mm 너비인 반면, 도 62의 그래프에서는 10 mm의 8-9개의 스파이크가 있다.

도 63을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 손가락 끝이 스크린을 지나 움직임에 따라, 세 개의 넓은 광선으로부터의 감지 신호의 간략화된 도면이다. 도 63에 도시된 것은 손가락 끝이 스크린 축을 따라 세 개의 이웃하는 넓은 광선을 지나 움직임에 따른, 손가락 끝의 세 개의 감지 신호이다. 각 신호로부터, 손가락은 넓은 광선에 들어가고, 손가락이 광선의 작은 부분을 막는다는 것이 명백하다. 손가락이 관선의 중앙을 향하여 축을 따라 움직이면서, 손가락은, 예상되는 베이스라인 신호의 60%의 최소 감지에 의해 그래프에서 나타난, 광 강도의 대략 40%를 막을 때까지, 점차적으로 광선을 막는다. 손가락이 더욱 이동함에 따라, 이는 광선의 점차적으로 덜 막는다. 감지 곡선의 모양은, 도 62에 도시된 광선에서의 피크와 골이 있음에도 불구하고, 비교적 완만하다. 피크 때문에 적어도 부분적으로 도 63의 감지 곡선을 따라 약간의 파동이 있으나, 이들 파동은 최소이고, 신호의 트렌드를 현저히 왜곡시키지 못한다.

도 64-66을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린 내의 오버래핑 넓은 광선에서 광 분포의 간략화된 그래프이다. 도 62 및 64-66은 함께, 10 mm 만큼 이격된 이미터-리시버 쌍을 가진 스크린 상의 세 개의 이웃하는 넓은 광선에 걸친 광 분포를 나타낸다. 이들 도면에 도시되는 바와 같이, 광학 요소(530)의 면은 두 개의 이미터-리시버 쌍에 의해 오버래핑 터치 감지를 제공한다. 도 64는 측정된 스크린 축을 따라 위치(0)에 위치된 이미터-리시버 쌍으로부터의 광 신호를 나타낸다. 도 65는 측정된 스크린 축을 따라 20 mm 위치에 위치된 이미터-리시버 쌍으로부터의 광 신호를 나타낸다. 도 66은 도 62, 64 및 65의 세 개의 이미터-리시버 쌍으로부터의 광 신호를 나타내고, 이들 광선이 어떻게 스크린 표면의 오버래핑 영역을 커버하는지 도시한다. 도 63은, 손가락 끝이 스크린 축을 따라 움직임에 의한, 도 66의 세 개의 이미터-리시버 쌍에 대한 세 개의 감지 신호를 나타낸다.

터치 감지 신호는, 손가락을 사용할 때보다 얇고 뾰족한 스타일러스를 사용할 때 덜 완만하다. 예를 들어, 스크린을 가로질러 이동하는 2 mm 스타일러스 끝단은 6 mm 손가락 보다 감지 신호에서 더 많은 파동을 생성하는데, 이는 스타일러스 끝단은 광 신호의 더 적은 피크를 커버하고, 이에 따라, 들어오고 나가는 신호 피크의 움직임이 막힌 신호의 더 많은 부분을 변화시킨다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 실시예는 이 결점을 극복하고, 복수의 감지 신호의 보간법에 의하여 높은 정도의 정확성으로 스타일러스 터치 위치를 결정한다.

도 67을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 세 개의 서로 다른 위치에서 손가락 끝이 스크린을 지나 이동함에 따른, 넓은 광선으로부터의 감지 신호의 간략화된 그래프이다. 도 67의 아래 부분에 도시된 것은, 넓은 광선(167)에 걸쳐 손가락에 의해 추적된 세 개의 경로(925-927)이다. 경로(925)는 LED(200) 근처이고, 경로(926)는 스크린 중앙이며, 경로(927)는 PD(300) 근처이다. 도 67의 윗 부분의 그래프는, 손가락 끝이 각각 LED 모서리, 스크린 중간 및 PD 모서리로서 그래프 범례에 라벨링된 세 개의 경로(925-927)를 가로지르면서, 손가락 끝의 세 개의 감지 신호를 나타낸다. 그래프에서 세 개의 감지 신호는 실질적으로 오버랩된다. 이에 따라, 신호는 그의 뎁스에 따라 균일하게 감지되고, 신호는 스크린의 하나의 축에따라서만 터치의 함수로서 가변한다. 따라서, 제1 축을 따라 터치 위치를 결정하는 것은 제2 축을 따라 감지 신호와 독립적이다. 게다가, 신호의 강도는 제2 축을 따라 일정하고, 이는 신호를 강건하게 한다.

다양한 스크린 사이즈의 지원

구성 5의 일부 실시예는 두 개의 이웃하는 광 이미팅 또는 리시빙 요소에 초점이 맞춰진 교호하는 면을 가진 광학 요소를 포함한다. 이러한 광학 요소가 광 이미터 또는 리시버로부터 분리될 때, 이미터 또는 리시버는 일반적으로 특정의 피치로 이격된다. 이러한 광학 요소가 이미터 또는 리시버와 함께 강성 모듈로 형성될 때, 내장된 이미터 또는 리시버는 반사면에 대해 정확하게 위치된다. 이웃하는 모듈에 조준된 면은 이웃하는 모듈 내에 내장된 이미터 또는 리시버에 따라 조준되고, 상기 이웃하는 모듈도 마찬가지로 그의 모듈에 위치된다. 이러한 위치 선정은 스크린의 사이즈를 피치의 정수배로 잠제적 제약을 가한다. 예를 들어, 이미터들 간에 10 mm 의 피치를 가지면, 스크린 치수는 10 mm 의 정수배이어야만 한다. 본 발명의 실시예는, 다음에 기술되는 바와 같이, 이러한 제약을 극복할 수 있다.

도 68을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 4개의 광학 요소와 4개의 이웃하는 이미터의 간략화된 도면이다. 도 68에 도시된 것은, 연달아 배열된 4개의 광학 요소(531-534)이다. 각 요소는 이미터(200-203)의 각각에 대해 반대편에 위치된다. 동일한 구성이 리시버에 대해 조립되거나, 이미터와 리시버가 교호하여 조립된다. 리시버의 경우에서, 이미터(200-203)는 리시버에 의해 대체되고, 이미터와 리시버가 교호하는 경우에는, 이미터(200 및 202)가 리시버로 대체된다.

광학 요소(531, 532 및 534)는 모두 동일한 너비, 가령 10 mm를 가지는데, 즉, w1 = w2 = w4이다. 이미터들(200 및 201) 사이의 피치(P1)는 표준 거리, 가령 10 mm이다. 광학 요소(531)의 면은 10 mm의 표준 피치에서의 이미터를 위해 제작된다. 피치들(P2 및 P3)은 비표준일 수 있다. 장치 제조자가 비표준 피치에 하나의 이미터를 삽입하게 함으로써, 제조자는 임의의 스크린 사이즈를 도모할 수 있다. 광학 요소(533)의 너비(W3)는 비표준 스크린 사이즈에 대해 맞춰 제작된다. 예를 들어, 96 mm의 스크린 길이에 대해, w3는 10 mm 대신에 6 mm이고, 피치들(P2 및 P3)은 각각 8 mm이다. 광학 요소(532)는 하이브리드 요소이다. 즉, 요소(532)의 왼쪽 절반은 표준 10 mm 피치에 따라 위치된 이미터들(200 및 201)에 조준된 면을 가지고, 요소(532)의 오른쪽 절반은 이미터들(201 및 202)에 조준된 면을 가지는데, 여기서, 이미터(202)는 비표준 위치를 가진다. 또한, 광학 요소(534)도 하이브리드 요소인데, 그 왼쪽 절반은 이미터들(202 및 203)에 조준된 면을 가지는 반면, 그 오른쪽 절반은 두 개의 표준 피치 이미터에 조준된다. 광학 요소(533)는 전반적으로 비표준이다. 그것은 표준 요소만큼 넓지 않고, 이미터(202)에 조준된 면을 하나 걸러서 가진다. 이 예에서, 이미터(202)로부터의 광선의 너비는, 표준 너비 20 mm에 비교할 때, 대략 16 mm이다. 이와 같이, 이미터(202)는 광학 요소(533)에 약간 더 근접하여 위치된다.

회절 표면

본원에서 기술되는 바와 같이, 회절 표면이 두 개의 이미터로부터의 광을 공통 경로를 따라 안내하기 위해 본 발명의 실시예에서 사용된다. 도 69를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 개의 이미터로부터의 광을 공통 경로를 따라 안내하는 회절 표면의 간략화된 도면이다. 도 69에 도시된 것은 광(107 및 108)의 아크를 두 개의 시준 렌즈(525)로 발산하는 이미터(200 및 201)이다. 넓은 광선(167 및 168)은 렌즈(525)에서 나가서, 굴절 표면(560)으로 들어가는데, 이는 두 광선(167 및 168)을 스크린을 지나는 광선(193)으로 안내한다. 유사한 광학 장치는 넓은 광(193)을 반대편 스크린 모서리의 두 개의 리시버로 분리한다. 각 이미터는 각각의 반대편 리시버와 별개로 활성화된다. 두 개의 이미터로부터의 광선은 이하에서 설명되는 바와 같이, 광선(193)의 너비에 따라 서로 다른 신호 그래디언트를 가진다. 두 방향의 신호는 이하에서 제공되는 EQS (2) 및 (3)으로부터 터치 위치를 계산하는데 사용된다.

평행한 오버래핑 광선

본원에서 기술되는 바와 같이, 스크린 위에서 약간 서로 다른 높이에서 투사된 평행한 광선이 스크린 상의 터치 이벤트에 대한 복수의 감지 신호를 제공하는 것이 본 발명의 일실시예에서 사용된다.

교호하는 이미터 및 리시버

본 발명의 대안적인 실시예에서, 이미터와 리시버는 각각의 스크린 모서리를 따라 교호적으로 위치된다. 도 70을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 또한, 도 71을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린을 가로지르는 넓은 광선 및 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 또한, 도 72를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린을 가로지르는 두 개의 넓은 광선 및 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 또한, 도 73을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린을 가로지르는 세 개의 넓은 광선 및 교호하는 이미터 및 리시버로 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 71-73은 도 59-61에서 기술된 것과 유사한 오버래핑 넓은 광선을 나타낸다.

도 74를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 이미터 및 이웃하는 리시버에 대한 광을 반사 및 인터리빙하는 시준 광학 요소의 간략화된 도면이다. 도 74는 이웃하는 광선을 인터리빙하는 광학 요소(530)를 나타내는데, 제1 광선은 이미터(200)로부터 나가고, 제2 광선은 이웃하는 리시버(301)로 들어온다. 또한, 도 74는 제1 광선에 대한 신호 그래디언트(920) 및 제2 광선에 대한 신호 그래디언트(921)를 나타낸다. 터치가 두 광선에서 감지될 때, 기울어진 그래디언트는 본원에서 기술되는 바와 같이, 보간법에 의해 정확한 터치 위치의 결정을 가능하게 한다.

도 67을 참조하여 본원에 표시된 바와 같이, 감지 시호는 넓은 광선 내의 터치 위치의 뎁스로 가변되지 않는다. 따라서, 인접하는 오버래핑 광선의 반대 방향은 터치 감지 신호에 영향을 주지 않는다. 결국, 이는 각 광선의 방향과 무관하게 오버래핑 광선으로부터의 신호를 보간할 수 있도록 한다.

멀티-터치 감지

멀티-터치 위치는, 두 축에 평행한 방향으로 광을 발산하는 광 이미터를 통하여 분명하게 식별하는 것이 종종 어렵다. 도 75-78을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광 이미터의 제1 배향에 관하여 애매모호한 멀티-터치 위치의 도면이다. 도 75 및 76에 도시된 바와 같이, 대각선으로 배향된 멀티-터치의 위치를 결정하는데 있어서의 애매모호함이 있다. 만일 멀티-터치가 두 개의 포인터 이상을 포함한다면 더욱 애매모호함이 있다. 예를 들어, 도 75 및 76에 도시된 2-터치의 경우는, 도 77에 도시된 3-터치에 관하여, 및 도 78에 도시된 4-터치에 관하여 애매모호하다. 이들 각각의 경우에서, 로우 및 칼럼 표시자(a-h)는 동일 위치에서 광의 부재(absence)를 나타낸다. 이러한 애매모호성은 "고스팅(ghosting)"에 의해 발생되는데, 이는 하나의 포인터의 그림자가 또 다른 포인터의 일부를 차단하는 영향을 말한다.

본 발명의 실시예에서, 고스팅은 터치 감지를 위한 두 세트의 그리드 배향의 사용에 의해 해결된다.

도 79-81을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광 이미터의 제2 배향에 관하여 애매모호한, 도 75-77의 멀티-터치 위치의 도면이다. 도 70 및 71을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 교호하는 이미터 및 리시버의 배열의 사용 및 두 세트의 감지 축을 생성하기 위한 추가의 광학 요소의 사용은 중요한 이점을 제공한다. 하나의 이점은 한 세트의 강건한 오버래핑 광선을 생성하는 것인데, 복수의 감지 신호는 높은 정확성으로 터치 좌표를 결정하기 위하여 보간될 수 있다. 또 다른 이점은 제2 축 세트 상의 오버래핑 광선을 생성하여서, 제2 축 세트 상의 터치 감지 역시 정확하다는 것이다.

듀얼-유닛 광 가이드는 도 41 및 42를 참조하여 본원에 기술된다. 기술되는 바와 같이, 광 가이드의 하부 포션(464)은 이미터 및 리시버로 초점이 맞춰진 반사면 또는 렌즈를 포함하고, 상부 포션(463)은 이미터 및 리시버에 관하여 정확한 위치 선정을 요하지 않는 반사면 및 렌즈를 포함한다. 구성 5에서, 교호하는 반사면 또는 굴절면은 하부 포션의 일부를 형성한다. 세 방향으로 광선을 분산시키기 위한 세면의 굴절 캐비티는 상부 포션의 일부로서 형성된다. 구성 5에서, 마이크로-렌즈(467)의 사용을 요하지 않는다. 대안적으로, 교호하는 면은, 도 105를 참조하여 본원에 기술되는 바와 같이, 이미터 또는 리시버를 포함하는 투명한 플라스틱 모듈 내에서 형성된다. 세 개의 모듈의 배열은 하부 포션(464)을 대체하고, 상부 포션(463)은 그대로 있다.

도 82를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 4개의 축을 따라 안내된 광선을 가진 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 도 82에 도시된 것은 스크린(800)의 상단 모서리를 따라 광 이미터(00)의 로우 및 스크린(800)의 하단 모서리를 따라 광 리시버(300)의 로우이다. 스크린(800)의 왼쪽 모서리와 오른쪽 모서리는 겹합된 이미터-리시버 요소(230)의 마주보는 로우들을 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 이미터와 리시버는, 펜실베니아의 맬번의 Vishay Corporation에서 제조된 반사 및 전송 센서와 같은 단일 유닛으로 결합된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, LED는 광 발산 및 감지를 위해 사용된다. LED 및 전류 제한 저항을 사용하여 광을 발산 및 감지하는 집적 회로는 Dietz, P.H., Yerazunis, W.S. and Leigh, D.L.에 International conference on Ubiquitous Computing (UbiComp), October, 2003에서 "Very low cost sensing andcommunication using bidirectional LEDs"에 기술된다.

도 83을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 개의 그리드 배향을 가진 광 이미터 및 광 리시버의 교호하는 구성의 간략화된 도면이다. 도 83에 도시된 것은 스크린 외주 주위에 교호하는 패턴으로 광 리시버(300)와 광 이미터(200)이다. 각각의 이미터에 의해 발산된 광은 반대편 스크린 모서리에서 두 개의 리시버에 의해 감지되고, 두 개의 리시버들은 그 사이에 있는 이미터에 의해 분리된다.

이미터로부터 나온 광이 두 개의 반대편 리시버의 외부 모서리에 도달하기 위하여, 각각의 이미터로부터 발산된 넓은 광선은 세 개의 광학 렌즈의 거리를 가로질러야 한다. 이것이 시프트-정렬된 이미터 및 리시버와 관련하여 기술된 구성과 차이점인데, 공통의 이미터로부터 나온 광을 감지하는 두 개의 리시버는 서로 인접하여 위치되어서, 각각의 이미터로부터 발산된 넓은 광선은 두 광학 렌즈의 거리 만큼만 걸칠 것을 요한다.

도 84를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광 이미터와 광 리시버를 교호하는 구성의 간략화된 도면이다. 도 84에 도시된 바와 같이, 이미터(201)는 하단 스크린 모서리를 따라서, 리시버들(303 및 304) 사이에 위치하고, 이미터(202)는 상단 스크린 모서리를 따라서, 리시버들(301 및 302) 사이에 위치된다. 이미터(201)로부터 나온 광은 리시버들(301 및 302)에 의해 감지되고, 이미터(202)로부터 나온 광은 리시버들(303 및 304)에 의해 감지된다.

도 85를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 이미터로부터 나온 두 개의 넓은 광선이 두 개의 리시버에 의해 감지되는 간략화된 도면이다. 도 85에 도시된 것은, 이미터(201)로부터 나온 두 개의 넓은 광선이, 렌즈(440)에서 나오고, 리시버들(301 및 302)에 의해 각각 감지되기 위해 렌즈(441 및 443)에 도달하는 것이다. 하나의 넓은 광선은 모서리들(145 및 146)에 의해 경계지어지고, 다른 광선은 모서리(147 및 148)에 의해 경계지어진다. 빗금친 삼각형 모양의 영역은 터치가 리시버들(301 및 302)에서 감지된 오버랩을 나타낸다.

도 86을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 두 개의 광선 및 이들 사이의 오버랩 영역의 간략화된 도면이다. 이미터(201)로부터 나온 하나의 넓은 광선은 렌즈(440)를 나와서 리시버(301)에 의한 감지를 위해 렌즈(441)에 도달한다. 넓은 광선은 모서리들(145 및 146)에 의해 경계지어진다. 이미터(202)로부터 리시버(303)로의 또 다른 넓은 광선은 모서리들(147 및 148)에 의해 경계지어진다. 빗금친 다이아몬드 모양의 역역은 터치가 리시버들(301 및 302)에서 감지된 오버랩을 나타낸다.

따라서, 이미터-감지기 쌍이 반대편 스크린 모서리에 위치되어, 본원에서 기술되는 바와 같이, 정확한 터치 위치가 계산될 때, 스크린상의 임의의 위치는 두 개의 이미터-감지기 쌍에 의해 감지된다는 것을 당업자가 알 수 있을 것이다.

도 87을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광선을 감지하는 모서리에 위치된 터치 포인트(980)의 간략화된 도면이다. 도 87은 터치 포인트(980)의 위치를 정확하게 결정하기 위하여, 광선이 이미터 및 리시버 렌즈의 모서리까지 연장되는 것이 바람직하다는 것을 보여준다.

도 88을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광을 디스플레이 스크린의 두 모서리를 따라 있는 리시버로 안내하는 디스플레이 스크린의 한 모서리를 따라 있는 이미터의 간략화된 도면이다. 도 88에 도시된 것은 디스플레이 스크린의 하나의 모서리에 있는 이미터(200)로부터 디스플레이 스크린의 반대편 모서리를 따라 있는 리시버(300 및 301)로 발산된 제1 쌍의 광선 및 이미터(200)로부터 디스플레이 스크린과 인접한 왼쪽 모서리를 따라 있는 리시버(302 및 303)로 발산된 제2 쌍의 광선이다. 제3 쌍의 광선(미도시)은 이미터(200)로부터 디스플레이 스크린과 인접한 오른쪽 모서리에 있는 리시버로 발산된다. 제2 및 제3 쌍의 광선은 제1 쌍의 광선에 대하여 대략 45°의 각도로 각각 배향된다.

또한, 도 88에 도시된 것은, 이미터(200)로부터의 광을 렌즈들(442 및 443)로 굴절시키는데 사용되는 렌즈(439)인데, 이는 렌즈(439)의 왼쪽으로 대략 45°로 배향된다. 본 발명의 실시예에서, 렌즈(439)는 플라스틱 재료로 제조되고, 이는 대략 1.4-1.6의 굴절률을 가진다. 이와 같이, 45°로 광이 굴절되기 위하여, 대략 84°의 입사각이 요구된다. 그러나, 이러한 큰 입사각을 위하여, 내면 반사 때문에 광 손실의 양이 크다. 쓰루풋을 개선시기키 위하여, 두 개의 공기/플라스틱 인터페이스가, 본원에서 기술되는 바와 같이, 대략 45°의 굴절각을 달성하기 위하여 사용된다.

삼방향 마이크로-렌즈

도 89 및 90을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 각각 이면과 삼면인 움푹 들어간 캐비티의 반복적인 패턴을 가진 렌즈 표면을 포함하고, 광을 삼방향으로 굴절시키기 위한 렌즈의 간략화된 도면이다. 이미터 또는 리시버의 반대편에 있는 평평한 표면은 삼면의 캐비티를 형성하는 도 89의 이미터 또는 리시버에 대해 먼쪽(diatal)이고, 이면의 캐비티를 두 개로 분리시키는 도 90에서 가까운 쪽(proximal)이다.

이러한 삼면의 렌즈는 여러 실시예에서 사용된다. 제1 실시예에서, 이 렌즈는 이웃하는 광선을 인터리빙하기 위한 교호하는 면을 가진 추가적인 광학 구성없이 사용된다. 이 실시예에서, 넓은 광선은 스크린을 커버하나, 보간법을 위하여 두 개 이상의 감지 신호를 제공하기 위해 반드시 오버랩하지는 않는다. 이 실시예에 대한 일반적인 사용 경우는 손가락 입력이지, 스타일러스 입력이 아니다. 삼방향 렌즈는, 멀티-터치의 경우에 애매모호함과 고스팅을 제거하기 위하여 4개의 서로 다른 축 상에서 감지할 수 있게 한다. 또한, 삼방향 렌즈는 추가적인 터치 위치 정보를 제공한다. 다시 말해, 2개가 아닌 4개의 축과 추가적인 정보는 한 번의 터치에 대해서라도, 터치 위치의 정확성을 증가시킨다.

제2 실시예에서, 렌즈는 이웃 광선을 인터리빙하기 위한 교호하는 면을 가진 추가적인 광학 구성 또는 오버래핑 감지 신호를 제공하는 대안적인 장치와 함께 사용된다. 이 실시예에서, 오버래핑 넓은 광선은 보간법을 위하여 두 개 이상의 감지 신호를 제공한다. 본 실시예에 대한 일반적인 사용 경우는 손가락 입력과 스타일러스 입력이다. 삼방향 렌즈 및 인터리빙 면은 두 개의 구별되는 구성으로 형성될 수 있다. 인터리빙 면 구성은 삼방향 구성보다 이미터 또는 리시버에 더 근접하여 위치되는데, 이는 인터리빙 면 구성의 부정확한 위치에 대한 허용오차가 낮은 반면, 삼방향 렌즈 구성의 부정확한 위치에 대한 허용오차가 높기 때문이다. 대안적으로, 삼방향 렌즈 및 인터리빙 면은 하나의 강성 구성으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 회절 그레이팅(grating)은 두 개의 소스로부터의 신호를 인터리브하고, 또한, 광선을 삼방향으로 분리시킨다.

도 89에 도시된 것은, 렌즈의 아랫면에 마이크로-렌즈(528)의 패턴을 가진 렌즈(527)이다. 도 89에 도시된 마이크로-렌즈 패턴은 세 개의 실질적으로 평면인 면을 가지고, 각 면은 광을 서로 다른 방향으로 굴절시킨다. 마이크로-렌즈(528)의 패턴은 렌즈의 상부 섹션의 하단 모서리를 따라 반복되는 톱니 모양의 패턴을 형성한다. 광이 의도한 리시버를 향하여 렌즈에서 나가면서, 광이 더 넓은 아크로 펼쳐지기 위하여, 각각의 마이크로-렌즈(528)의 세 개의 벽은 약간 구부러진다.

시준 렌즈 섹션(미도시)은 렌즈(527) 아래에 위치되어, 광을 평행하게 마이크로-렌즈(528)로 안내한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 렌즈(527)는 이미터 또는 리시버로부터 멀리 떨어지고 스크린 표면에 가까운, 두 개의 렌즈 배열의 일부(두 개의 렌즈의 상부를 형성하는 렌즈(527))이다. 구별하건데, 도 41에 도시된 두-섹션 렌즈는 하부 섹션의 상단에 마이크로-렌즈 패턴을 가진다.

교호하는 면 구성으로부터 나온 시준된 광선을 적절히 인터리브하기 위하여, 삼면의 캐비티의 피치는 교호하는 면의 피치보다 훨씬 적어야 한다. 이상적으로, 캐비티의 피치는 가능한 작게 제조되어야 한다. 약 0.6 mm 의 교호하는 면이고, 캐비티는 0.2 mm 또는 그 보다 더 작아야 한다. 인접한 평면의 각 쌍 사이의 2면각은 대략 122°이어서, 1.6의 굴절률을 가진 플라스틱을 사용하여 45°굴절을 달성한다. 그러나, 이와 다른 각이 서로 다른 세트의 대각선 축을 위해 바람직할 수 있고, 또한, 면각이 다르면, 이와 다른 굴절률이 바람직할 수 있다.

도 89에 도시된 바와 같이, 들어오는 시준된 광은 두 개의 공기/플라스틱 인터페이스를 통해 굴절되어서, 대략 45°인 굴절각으로 나온다. 마이크로-렌즈의 내부 평면을 따르는 제1 인터페이스는 들어오는 광을 대략 58°인 굴절각으로 굴절시키고, 제2 인터페이스는 광을 대략 45°인 굴절각으로 나오도록 굴절시킨다.

도 91-93을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 교호하는 이미터와 리시버로 둘러싸인 터치 스크린 및 스크린을 가로지르는 대각선 방향의 넓은 광선의 간략화된 도면이다. 도 91 및 92는 이미터(200 및 201)로부터 리시버(300)로의 대각선 방향의 넓은 광선 및 해당 신호 그래디언트(910)를 나타낸다. 도 93은 이미터(202 및 204)로부터 리시버(302 및 304)로의 대각선 방향의 넓은 광선 및 해당 신호 그래디언트(911 및 912)를 나타낸다. 이들 광선은 도 88의 넓은 광선(167)과 오버랩되어서, 보간을 위한 복수의 터치 감지를 제공한다.

도 94를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린의 대각선 방향의 넓은 광선에 걸친 광 분포의 간략화된 그래프이다. 도 94의 아래 부분은, 광선(167) 및 제2 축 시스템에 따라서, 광선을 지나는 경로(925)를 나타낸다. 요소간의 피치가 1 단위라면, 이 광선의 너비는 /

단위이다. 따라서, 요소간의 피치가 10 mm 라면, 대각선 방향의 축을 따라가는 광선은 대략 7 mm 폭이다. 도 94의 윗 부분은 넓은 광선(167)에 걸쳐서 광의 분포를 나타낸다. 신호는 도 60의 수직 광선의 20 mm와 비교할 때, 대각선 광선의 대략 14 mm 에 걸친다. 도 62를 참조하여 기술되는 바와 같이, 광선의 너비에 걸친 신호 그래디언트는 정확한 터치 위치를 결정하기 위하여 복수의 감지 신호를 보간할 수 있게 한다.

도 95를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린의 세 개의 오버래핑 대각선 넓은 광선에 걸친 광 분포의 간략화된 도면이다. 도 95는 도 66과 마찬가지로, 제2 축 시스템에서 세 개의 오버래핑 광선에 걸친 신호 분포를 나타낸다. 서로 다른 너비는 이들 두 세트의 광선에 의해 커버된다.

도 96을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린의 세 개의 오버래핑 대각선 넓은 광선에 걸친 손가락 글라이드로서의 터치 감지의 간략화된 그래프이다. 도 96은 세 개의 인접한 오버래핑 광선에 걸친 손가락의 수신이 어떻게 각 광선에 의해 감지되는지를 나타낸다. 최대 감지 신호는 베이스라인 신호 강도의 대략 40%이고, 이는 손가락이 광선의 중간에 있을 때 발생한다. 이 경우에서, 손가락은 광선의 전체 광의 대략 60%를 막는다. 이는 도 63에서 동일한 손가락에 의해 막힌 광의 양(40%)보다 더 크다. 이 차이는 대각선 광선이 수직 광선보다 더 좁기 때문이다. 따라서, 6 mm 손가락 끝은 광선에서 더 많은 부분을 막는다. 감지 신호는 실질적으로 완만하고 터치 위치를 결정하기 위해 강건하다.

도 97을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 세 개의 서로 다른 위치에서 손가락 끝이 스크린을 지나 움직임에 따라, 대각선 넓은 광선으로부터의 감지 신호의 간략화된 도면이다. 도 97은 도 67을 참조하여 본원에 기술되는 바와 같이, 터치 감지는 넓은 광선의 뎁스에 따라 안정하게 유지되고, 광이 너비에 걸쳐 손가락 끝의 위치에 따라서만 가변한다.

도 98을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 교호하는 이미터와 리시버로 둘러싸인 터치 스크린에 대한 제1 실시예의 간략화된 도면인데, 스크린을 지나는 대각선 및 직교의 넓은 광선이 하나의 리시버에 의해 감지된다. 도 98은 각 스크린 모서리를 따라 위치된 동일한 수의 요소를 가진 실시예를 나타낸다. 세 개의 광선(167-169)은 하나의 리시버(300)를 위해 나타난다. 다시 말해, 반대편 이미터(200)로 안내된 하나와 인접한 스크린 모서리에서 이미터(201 및 202)로 안내된 다른 두 개이다. 대각선 광선은 서로 수직이 아닌 두 개의 축을 생성한다.

도 99를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 교호하는 이미터와 리시버로 둘러싸인 터치 스크린에 대한 제2 실시예의 간략화된 도면인데, 스크린을 지나는 대각선 및 직교의 광선은 하나의 리시버에 의해 감지된다. 도 99는 인접한 스크린 모서리를 따라 위치된 상이한 수의 요소를 가진 실시예를 나타낸다. 세 개의 광선(167-169)은 하나의 리시버(300)를 위해 나타난다. 다시 말해, 반대편 이미터(200)로 안내된 하나와 이미터(201 및 202)에 대해 실질적으로 45°로 안내되는 다른 두개인데, 이들 중 하나는 반대편 모서리 상에 있고, 이들 중 다른 하나는 인접한 모서리에 위치된다. 이들 대각선 광선은 서로 수직인 두 축을 생성한다.

손바닥 거부( Palm Rejection )

사용자가 스타일러스로 터치 스크린 상에서 글을 쓸 때, 그의 새끼 손가락 밑의 손바닥 측면에 위치한 그의 소지구(hypothenar) 근육의 힘을 뺄 때, 일반적으로 고스팅이 발생한다. 손바닥의 이 부분이 터치 스크린의 넓은 영역을 막고, 종종 스크린의 수직 축을 따라 일련의 광선을 막아서, 수직 축을 따라 스타일러스의 터치 위치를 가린다.

도 100을 참조하면, 이는 스타일러스로 종래의 터치 스크린 상에서 사용자가 글을 쓰는 것의 간략화된 도면이다. 도 100에 도시된 것은 스타일러스(931)를 잡는 손(930) 및 터치 스크린(800) 상의 라인(932)을 그리는 것이다. 사용자의 손바닥은 스크린(800) 상에서 힘을 빼고 있고, 점선과 같이 그려진 두 개의 일련의 광선을 막고 있다. 다시 말해, 스크린의 수평축을 따르는 시리즈(113)와 스크린의 수직축을 따르는 시리즈(114)이다. 수직축상의 스타일러스 끝단의 위치는 시리즈(114) 내에 있다. 광선(115)은 스타일러스의 끝단을 감지하나, 단지 수평축 위치만 제공한다.

본 발명의 실시예는 도 100에 도시된 단점을 극복한다. 도 101을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 사용자의 손바닥이 터치 스크린에 기댈 때, 스타일러스의 위치를 감지하는 광선의 간략화된 도면이다. 두 세트의 감지 축(수직 세트와 대각선 세트)을 제공함에 의하여, 스타일러스의 2차원 위치가 결정된다. 도 101은 스타일러스를 고유하게 감지하는 광선(115 및 116)을 나타낸다. 본원에서 기술되는 바와 같이, 각각의 감지가 오버래핑 광선을 포함하고, 상기 오버래핑 광선의 신호가 보간되기 때문에, 스타일러스 위치는, 광선(115 및 116)이 서로 수직하지 않더라도, 높은 정확도로 결정된다. 사용자의 손바닥이 대각선 광선(117)을 막지 않을 경우에는, 광선(117)은 손바닥과 별개로 스타일러스 위치를 감지한다. 이러한 경우에, 광선(116 및 117)은 스타일러스 위치를 감지하기 위해 사용된다. 대안적으로, 모든 세 개의 감지 광선(115-117)이 사용될 수 있다.

스타일러스로 글을 쓰기 위해 스크린상에 사용자의 손바닥을 올려놓을 때, 스타일러스 입력과 손가락 입력을 지원하는 터치 스크린에서 발생하는 또 다른 문제점은, 아이콘을 탭핑하는 것과 같이, 손바닥과 스크린 사이의 처음 접촉의 오류해석인데, 이는 의도치 않게 어플리케이션의 아이콘이 탭핑되어서, 장치가 어플리케이션을 실행시키는 것에 응답한다. 손바닥이 스크린에 기대면, 접촉 면적은 스크린 탭으로서의 손바닥 터치를 거부하는데 사용된다. 그럼에도 불구하고, 초기 접촉은 스크린의 적은 표면적을 커버하여서, 스크린 탭으로 오류 해석된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 스크린 위의 광선은 손바닥이 스크린에 접근함에 따라, 손바닥을 감지하는데 사용된다. 일 실시예에서, 이는 스크린 위에 여러 높이에서 각각의 이미터로부터 광을 투사함에 의해 달성되는데, 도 14에 도시되는 바와 같이, 접근하는 손가락(900)은 광선(101)을 막지만, 광선(102)를 막지 않는다. 또 다른 실시예에서, 이미터 및 리시버의 복수의 층은 스크린 주위에 배열되고, 사용자의 입력 제스처 캐비티와 특히, 스크린의 상단에 접혀진 캐비티 프레임을 참조하여, 본원에서 기술되는 바와 같이, 스크린 위의 서로 다른 높이에서 물체를 감지하는데 사용된다.

도 102를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린을 둘러싸는 프레임의 간략화된 도면이다. 도 102는 도 49의 프레임(849)과 마찬가지로, 터치 스크린을 둘러싸는 프레임(849)을 나타낸다. 2단으로 쌓은 로우의 이미터(200) 및 리시버(300)가 프레임에 제공된다. 전자 장치의 디스플레이에 함께 조립될 때, 쌓인 로우의 이미터 및 리시버는 디스플레이 표면 위로 상승되고, 두 개의 높이에서, 즉, 아래쪽 로우의 이미터 및 리시버에 의하여 스크린상에서, 또한, 위쪽 로우의 이미터 및 리시버에 의하여 스크린의 위에서 물체 감지를 제공한다. 사용자의 손바닥이 스크린을 터치할 때, 넓은 손바닥 영역은 스크린 위에서 감지된 허버링이다. 이에 의해, 장치는 손바닥이 스크린에 접근하는 것과 임의의 스크린 탭이 의도치 않은 것을 결정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 이미터 및 리시버의 하나의 로우만 스크린 위의 손바닥 호버링을 감지하기 위해 제공되고, 스크린상의 터치는 특히, 정전용량성 또는 저항성 터치 센서를 포함하는 디스플레이에 있는 종래의 감지 시스템에 의해 감지된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 손바닥이 감지될 때, 사용자 인터페이스가 기능을 활성화시키기 위한 스크린 탭을 불능하게 한다. 손바닥이 감지될 때, 사용자 인터페이스는, 아이콘의 사용자 터칭과 터치 스크린을 따라 터치된 위치로부터 그의 손가락을 글라이딩하는 것(즉, 두 세트의 사용자 인터페이스 제스쳐가 제공됨)에 응답하여 어플리케이션을 실행하도록 구성된다. 손바닥이 감지되지 않을 때, 제1 세트의 제스처가 사용된다. 제1 세트의 제스처로, 아이콘에 탭은 아이콘과 연계되는 어플리케이션 또는 기능을 활성화시킨다. 손바닥이 스크린 위에 호버링으로 감지될 때, 제2 세트의 제스쳐가 사용된다. 제2 세트의 제스쳐로, 사용자는 아이콘을 터치하고, 아이콘과 연계된 어플리케이션 또는 기능을 활성화시키기 위하여, 터치 스크린을 따라 터치 위치로부터 그의 손가락을 글라이딩 한다. 이러한 방식으로, 장치는 사용자가 그의 손바닥을 스크린상에 놓을 때, 의도치 않은 어플리케이션을 실행하지 않는다. 제2 세트의 제스처는 아이콘의 활성화를 불능시키지 않는다. 이는, 만일 사용자가 그렇게 하길 원하면, 터치 또는 글라이드 제스쳐에 의하여, 사용자가 아이콘과 연계된 어플리케이션 또는 기능을 활성화시킬 수 있게 한다.

코너 주위에 요소 배치하는 것

스크린 코너에 이미터 및 리시버를 배열하는데 있어 여러 문제점이 있다. 하나의 문제점은 두 개의 이미터가 동일한 위치에 놓여져야 하는 것(각각의 스크린 모서리에 대해 하나)이다. 이 문제점은 도 40에 도시된 레이아웃에 의해 복잡해지는데, 이미터 및 리시버 요소가 스크린 표면 아래에 위치되고, 따라서, 이들 요소에 의해 형성된 직사각형은 스크린을 둘러싸는 렌즈의 프레임보다 작다. 이 문제점을 극복하기 위한 하나의 접근법은 PCB 상의 거의 동일 위치에 두 개의 이미터를 놓는 것인데, 이미터들 중 하나는 PCB의 상단 표면에 놓이고, 다른 이미터는 PCB의 표면의 하단에 위치시킨다. 그러나, 이러한 접근법은 커넥터 및 광학 요소의 위치 선정에 있어 복잡함을 야기한다.

또 다른 문제점은 오버래핑 광선을 스크린의 모서리까지 확장하는 것이다. 이미터와 리시버가 스크린의 아래에 있더라도, 터치 감지는 스크린을 둘러싸는 광학 요소의 내부 모서리에 의해 경계지어진 전체 영역을 커버한다.

본 발명의 실시예는, 본원에서 기술되는 바와 같이, 수직 및 대각선 감지축으로 사용하기에 적합한 장치를 제공한다. 도 103을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린의 코너에 대하여, 이미터, 리시버 및 광학 요소의 제1 실시예의 간략화된 도면이다. 도 103은 이미터 또는 리시버 요소 및 그들 각각의 광학 요소의 제1 코너 배치를 나타낸다. 리시버들(300-303) 및 이미터들(200-202)은 두 개의 인접한 스크린 모서리를 따라 교호적으로 배열된다. 실선은 이미터로부터 나온 광선을 나타내고, 점선은 리시버에 도달하는 광선을 나타낸다. 이미터 및 리시버(300, 200, 302, 202 및 303)는 표준 피치에 따라 배치되고, 광학 요소(530)는 이에 따라 구성된다. 리시버(301) 및 이미터(201)는 각진 곳에 배향되고, 이들 광선은 나누어져서 광선의 절반은 제1 방향(가령, 스크린의 수직축을 따라)으로 스크린을 가로지르고, 광선의 다른 절반은 제2 방향(가령, 스크린의 수평축을 따라)으로 스크린을 가로지른다. 게다가, 본원에서 기술되는 바와 같이, 광선을 분리시키기 위한 삼면의 캐비티를 가진 제2 렌즈를 포함하는 실시예에서, 광선의 절반은 스크린 모서리를 따라 시작된 제1 쌍의 대각선 광선으로 분리되고, 광선의 다른 절반은 이웃하는 스크린 모서리를 따라 시작된 제2 쌍의 대각선 광선으로 분리된다. 이미터(201) 및 리시버(302)에 대한 광선을 오버랩하기 위하여, 하이브리드 광학 요소(531)가 제공된다. 광학 요소(531)는 "하이브리드 광학 요소"로 불리는데, 왜냐하면, 요소의 오른쪽 절반은 요소(530)의 오른쪽 절반과 같으나, 왼쪽 절반의 반사면 또는 굴절면의 일부는 비표준 위치 및 이미터(201)의 배향으로 배향되기 때문이다. 마찬가지로, 이미터(200) 및 리시버(301)에 대한 광선을 오버랩하기 위하여, 하이브리드 광학 요소(532)가 제공된다. 하이브리드 광학 요소(532)의 아래쪽 절반은 요소(530)의 왼쪽 절반과 유사하다. 코너 요소(533)의 두 절반들은 고유하게 구성되는데, 다시 말해, 왼쪽 절반은 이미터(201) 및 리시버(301)에 대한 광선을 오버랩하고, 오른쪽 절반은 이미터(201) 및 리시버(302)에 대한 광선을 오버랩한다. 코너 광학 요소(534)의 두 절반은 또한, 이미터들(200 및 201) 및 리시버(301)에 대해 고유하게 구성된다.

도 104를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린의 코너에 대하여, 이미터, 리시버 및 광학 요소의 제2 실시예의 간략화된 도면이다. 도 104는 이미터 또는 리시버 요소 및 그들 각각의 광학 요소의 대안적인 코너 배치를 나타낸다. 도 104에 도시된 배열에서, 이미터(201)만이 비표준 피치와 배향으로 위치된다. 표준 광학 요소(530)는 하이브리드 광학 요소(531 및 532) 및 고유한 코너 광학 요소(533)으로 함께 사용된다. 광학 요소(531-533)는 도시된 이미터-리시버 배열로 구성되어서, 도 103의 요소(531-533)과 상이하다.

집적 모듈

일반적으로, 두 개의 초점으로 조준되는 교호하는 반사면 또는 굴절면을 사용하는 터치 시스템에 대하여, 조립 에러에 대해 허용오차가 낮다. 이미터 또는 리시버의 위치선정에서의 오프셋은 반사면의 초점에서 나가게 되고, 이는 이러한 시스템의 정확성과 성능을 저하시킨다. 본 발명의 실시예에 따르면, 반사면 또는 굴절면을 포함하는 강성 모듈 블록 및 이미터 또는 리시버가, 필요한 조립 정확성을 보장하기 위하여, 준비된다. 이러한 모듈 블록은 터치 스크린 구성을 통합하는 과정을 간략화시키고, 제조자를 위하여 허용오차 체인을 최소화하는데 유용하다. 이들 모듈 블록은, 터치 스크린의 빠른 조립을 위해, 디스플레이의 모서리를 따라 일렬로 함께 용이하게 위치되기 위하여 형성된다. 이미터 또는 리시버를 정학하게 위치시키는 높은 허용오차 요구와 반사면 또는 굴절면에 관한 정확한 위치는 모듈 블럭의 제조시 다루어서, 장치 제조자로부터 매우 정화한 조립에 대한 부담을 제거한다.

간략화된 제조는 광학 요소와 전자 구성을 하나의 유닛으로 통합하는 것에 의해 달성된다. 이와 같이, 복잡한 표면은 하나의 구성으로 모아지고, 이에 따라, 높은 조립 허용오차에 대한 요구가 줄어든다.

도 105를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 적외선광을 투과하는 플라스틱 재료로 제조된 광학 구성의 도면이다. 도 105에 도시된 것은 앞면 LED(236) 및 LED 신호를 다루는 전자장치를 포함하는 광학 구성(488)이다. 광학 구성(488)은 전기 패드(760 및 761)에 연결된다. 광학 구성(488)은 두 개의 이미터(즉, 이미터(235) 및 이미터(236))로부터 나온 시준된 광선을 전달하는데 사용된다. 이미터(235)는 이웃하는 광학 구성(489)에 포함된다. 본원에서 기술되는 교호하는 이미터-리시버 실시예에서, 광학 구성(488)은 하나의 이미터 및 하나의 리시버에 대한 시준된 광선을 전달하는데 사용된다. 예를 들어, 이웃하는 모듈(489)은 이미터(235) 대신에 리시버를 포함한다.

이미터(235)로부터의 광선은 타이트-피팅 표면(tight-fitting surface, 491)을 통하여 광학 구성(489)를 나가고, 타이트-피팅 표면(490)을 통하여 광학 구성(488)에 들어간다. 도 105는 물결 모양의 복수의 면의 반사 표면(493)상의 교호하는 면을 때리는, 이미터(235 및 236)로부터의 평행하지 않은 광선을 나타낸다. 구성들(488 및 489)는 거의 동일하고, 서로 잘 맞는다. 따라서, 장치 제조자는, 디스플레이의 각 모서리를 따라 일렬로 일려의 이들 빌딩 블록을 배열함에 의하여, 빌딩 블록으로서의 이들 구성을 사용하여 터치 스크린을 만든다. 일반적인 배열은 (a) 두 인접한 디스플레이 모서리에 이미터 구성이 줄지어 있고, 다른 모서리에 리시버 구성이 줄지어 있는 것과, (b) 전체 4개의 디스플레이 모서리에 교호하는 이미터/리시버 구성(즉, 각각의 이미터는 이웃하는 리시버를 가짐)이 줄지어 있다. 정말로, 실질적으로 동일한 모양으로, 이미터 및 리시버 구성은 동일한 로우에 함께 위치될 수 있다.

광학 구성(494)은, LED(237)가 앞면이 아닌 옆면인 것을 제외하고는 광학 구성(488)과 유사하다. 도 105는 광학 구성(494)을 나가는 시준된 광선(100)을 나타낸다. 핀들(989 및 990)은 인쇄 회로 기판상의 광학 구성(494)를 안내한다.

광학 구성(495)은 전면에서 바라보는 바와 같이, 광학 구성(488)이다. 도 105는 광학 구성(495)을 나가는 시준된 광선(100)을 나타낸다.

유사한 광학 구성(미도시)도 스크린 표면을 가로지르는 광선을 수신하기 위해 제공된다. 이들 구성에 대하여, 이미터들은 리시버로 대체되고, 전기 구성은 리시버 신호를 다룬다. 이러한 광학 구성은 시준된 광선을 수신하고, 이들 광선을 두 개의 서로 다른 리시버로 안내한다.

도 106을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광 가이드를 가진 터치 스크린의 측면의 간략화된 도면이다. 도 106에 도시된 것은 디스플레이(642), 광학 요소(496), 광학 요소(496) 내의 포토 다이오드(394), 광학 요소(497) 및 광학 요소(497) 내의 이미터(238)이다. 광학 요소(496 및 497)는 인쇄 회로 기판(762)에 연결된다. 도 105를 참조하여 본원에 기술되는 바와 같이, 이미터(238)는 평행하지 않은 광선을 발산하고, 평행하지 않은 광선은, 광학 요소(497)를 나가기 전에, 시준되거나 실질적으로 시준된 광선으로 변환된다. 평행하지 않은 광선의 또 다른 일부는, 도 105에 도시되지 않은 이웃하는 모듈에 의해 시준된다. 광학 요소(497)를 나가는 광선(100)은 위로 안내되어서, 광 가이드(498)에 의해 디스플레이(642) 위에서 반사된다. 본 발명의 실시예에서, 삼방향 굴절 캐비티는 광학 요소(498)의 하부 표면상에 에칭되거나 다르게 형성되어서, 터치 위치를 결정하기 위한 두 개의 좌표 시스템을 제공하기 위하여, 광선을 삼방향으로 굴절시킨다. 광선(100)은 스크린(642)의 반대편상의 광 가이드(499)에 들어가고, 디스플레이(642) 아래에서 광학 요소(496)으로 반사된다. 두 좌표 시스템을 지원하는 실시예에서, 삼방향 굴절 캐비티는 광학 요소(499)의 아랫면에도 존재한다. 본원에서 기술되는 바와 같이, 광학 요소(496) 및 그 이웃하는 광학요소(미도시)는 들어오는 광선을 포토 다이오드(394)에 초점을 맞춘다. 본 발명의 일 실시예에서, 광 가이드들(498 및 499)은 디스플레이(642)를 둘러싸는 프레임처럼 제작된다.

도 106의 터치 스크린에서, 광선 재안내의 두 가지 타입이 발생한다. 제1 재안내는 하나의 초점에 안내되는 복수의 면을 필요로 한다. 제2 재안내는 들어오는 광선을 90°로 일정하게 재안내하거나, 구성 4를 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 들어오는 광선을 좁은 웨이스트(waist) 또는 초점으로 접는다. 일부 실시예에서, 시준된 광선은, 굴절 캐비티에 의하여, 제1 재안내 및 제2 안내 사이에서, 삼방향으로 굴절된다.

재안내의 첫 번째 타입은 많은 면의 초점에 대하여 특정 위치에 위치되는 이미터 또는 리시버를 요구하는 것이다. 이와 같이, 이미터 또는 리시버 및 그의 반사면의 위치선정이 위치선정에서의 변화에 민감하다. 따라서, 이미터 또는 리시버 및 그의 반사면의 해당 표면과 함께되는 조립은 오류의 낮은 허용오차를 가진다. 반사와 관련하여, 일부의 경우에는 삼방향으로 일정한 굴절과 관련하여, 재안내의 두 번째 타입은 반사기의 위치선정에서의 변화 및 고아 가이드내에 위치되는 굴절 캐비티의 패턴에 강건하다. 따라서, 광 가이드의 이 부분의 조립은 오류에 대해 높은 허용오차를 가진다.

광을 스크린 표면 위에서 반사하는 광 가이드는 별개로 제조될 수 있고, 다른 터치 스크린 구성과 함께 조립될 수도 있다. 따라서, 도 106에서, 광 가이드들(498 및 499)은 광학 요소(496 및 497)와 분리되어 도시된다.

도 107을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 각 면에 세 개의 광학 구성의 블록을 가진 터치 스크린의 도면이다. 블록들(500 및 501)은 이미터이고, 블록들(502 및 503)은 리시버이다. 블록은 활성 영역(991)을 생성하고, 여기서, 스타일러스 또는 손가락의 x-y 터치 위치는 막힌 것으로 감지된 광에 기초하여 계산될 수 있다. 각 블록에 동일한 타입의 광학 구성을 추가하는 것은 생성된 활성 영역을 확대시키는 역할을 한다.

도 108을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 도 107의 이미터 블록들 중 하나의 확대 도면이다. 도 108에 도시된 것은 스크린의 한 모서리로부터 광선들(167, 168 및 169)을 각각 발산하는 세 개의 이미터들(239, 240 및 241)이고, 상기 광선들은 각각의 신호들(170, 171 및 172)로 판독된다. 신호 그래디언트는 그들의 대각선 배향에 의해 표시된다. 스크린의 반대편 모서리에서, 신호들(170, 171 및 172)은 각각의 광학 구성에 의해 리시버로 재안내된다. 스크린을 터치하는 손가락 또는 스타일러스 물체의 정확한 위치는 본원에서 기술되는 바와 같이, 리시버에 대해 막힌 광의 값에 기초하여 결정된다.

터치 스크린 시스템 구성 6

구성 6은 스크린의 모서리를 따라 위치되는 길고 얇은 광 가이드의 일단에 이미터 또는 리시버를 결합시켜서, 수가 줄어든 구성을 사용한다. 이러한 광 가이드는 "ILLUMINATION FOR OPTICAL TOUCH PANEL"라는 명칭의 미국 특허 번호 제7,333,095호에 기술된다.

도 109를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린 위의 광을 감지하기 위하여, 스크린의 제1 모서리를 따라 길고 얇은 광 가이드(514) 및 감지된 광을 감지하고, 계산 유닛(770)과 감지된 광값을 통신하기 위하여, 스크린의 반대편 모서리를 따라 배열된 광 리시버(300)의 어레이를 가진 터치 스크린의 도면이다. 광 이미터(200)는 광 가이드(514)의 양 말단에 결합된다. 광 가이드(514)는 터치 스크린(800)의 한 모서리를 따라 위치된다. 광은 스크린 모서리를 따르는 광 가이드(514)내로 발산되고, 반사기(515)에 의해 스크린 표면에 걸쳐 재안내된다. 복수의 리시버(300)는 터치 스크린(800)의 반대편 모서리를 따라서 위치되어서, 복수의 리시버가 구성 2 및 3을 참조하여 기술되는 바와 같이, 터치를 감지할 수 있게 한다.

도 110을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린 위의 광선을 감지하기 위하여, 스크린의 제1 모서리를 따라 광 이미터(200)의 어레이 및 안내된 광선을 수신하고, 안내된 광을 광 가이드(514)의 양 쪽 말단에 위치된 광 리시버(300)로 안내하기 위한, 광 길고 얇은 광 가이드(514)를 가진 터치 스크린의 도면이다. 리시버(300)에서 감지된 광값은 계산 유닛(미도시)에 통신된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 오직 하나의 광 리시버(300)만이 광 가이드(514)의 일단에 결합된다. 광 가이드(514)는 터치 스크린(800)의 한 모서리를 따라 위치된다. 복수의 이미터는 터치 스크린의 반대편 모서리를 따라 위치되어서, 리시버들(300)이 구성 2 및 3을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 복수의 이미터의 일련의 활성화에 기초하여 터치를 감지할 수 있게 한다. 스크린 표면에 걸쳐 발산된 광은 반사기(515)에 의해 재안내된다. 광은 스크린 모서리를 따라 광 가이드(514)내로 수용되고, 광 가이드(514)의 길이를 통하여 리시버(300)로 안내된다.

도 111을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 길고 얇은 광 가이드(514)의 말단에 결합된 각각의 두 광 이미터들(201 및 202)의 도면이다. 광 가이드(514)는 터치 스크린의 한 모서리를 따라 위치된다. 광(100)은 스크린 모서리를 따라 광 가이드(514)내로 발산되고, 반사기(515)에 의해 스크린 표면에 걸쳐 재안내된다. 복수의 리시버는 터치 스크린의 반대편 모서리를 따라 위치되고, 구성 2 및 3을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 복수의 리시버가 터치를 감지할 수 있게 한다. 각각의 이미터들(201 및 202)은 별개로 활성화되어서, 리시버들은 두 이미터들의 각각으로부터의 막힌 광에 기초하여 터치를 감지한다. 광 가이드의 길이를 따라 임의로 주어진 위치에서 발산된 광(100)의 양은 위치와 이미터 사이의 거리의 함수로서 감소된다. 이와 같이, 각각의 이미터(201 및 202)들로부터의 상이한 막힌 광의 양은 구성 2 및 3을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 터치의 정확한 위치를 계산하는데 사용된다.

본 발명의 실시예는, 구성 2 및 3을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 도 109의 나가는 광선(101) 또는 도 96의 들어오는 광선(102)을 넓게 굴절시키기 위하여, 광 가이드의 외부 표면상에 마이크로 패턴(516)을 에칭 또는 다른 방법으로 형성시킴에 의하여, 미국 특허 번호 제7,333,095호의 광 가이드를 개선시킨다. 마이크로 패턴(516)은 광 가이드(514)를 따라 일정하고, 실질적으로 평행한 패턴의 그루브이고, 구성 2를 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같은 팬 패턴보다 간단하게 형성한다. 또한, 광 가이드(514)는 광 가이드(514)의 내부에 광 산란 스트립(517)을 포함한다. 마이크로 패턴(516) 및 광 산란 스트립(517)은 도 109 및 110에 도시된다.

터치 스크린 시스템 구성 7

구성 7은, 터치 동작동안에 가해지는, 터치 스크린상의 압력을 감지할 수 있게 한다. 압력을 감지하는 것은, 약한 터치와 강한 압력을 구별할 수 있게 하고, 터치와 가압의 별개의 행동과 관련된 사용자 인터페이스에 유용하다. 예를 들어, 사용자는 버튼 또는 아이콘을 터치함에 의하여 이들을 선택할 수 있고, 버튼 또는 아이콘을 가압함에 의하여, 이들과 관계된 기능을 활성화시킬 수 있다. 이러한 사용자 인터페이스는 "USER INTERFACE FOR MOBILE COMPUTER UNIT"라는 명칭의 출원인의 계류중인 미국 특허 번호 제12/486,033호에 기술된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 터치 가능한 장치는 PCB와 같이 베이스 평면, 그 위에 강하게 장착된 광 가이드 프레임 및 광 가이드 프레임 내에 강하지 않게 장착된 터치 스크린을 매달거나 "부양"하기 위해 베이스 평면에 부착된 탄성 부재를 포함한다. 터치 스크린을 가압하는 것은 z-축을 따라 터치 스크린을 부양하는 것을 막으면서, 광 가이드 프레임의 더 많은 부분을 노출시킨다. 본원에서 기술되는 바와 같은 스크린 위의 광을 안내하는 광 가이드 프레임 반사기가 형성되어서, 노출에 의해 더 많은 광이 스크린을 가로지를 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 스크린에 강한 압력이 발생할 때, 많은 리시버는 감지된 광에서 갑작스런 증가를 감지한다. 게다가, 강한 압력의 감지는 동시에 감지되는 터치를 조건으로 할 수 있어서, 주변 광에서의 갑작스런 증가 때문에 강한 압력의 오류 감지를 막을 수 있다. 아래 방향으로의 압력이 약해질 때, 탄성 부재는 스크린을 광 가이드 프레임 내의 원래 위치로 되돌린다.

도 112-115를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 강한 압력의 발생을 감지하는 터치 스크린(800)의 도면이다. 도 112는 레스트 위치(rest position)에 있는 터치 스크린(800)을 나타내고, 스크린(800)은 가요성 에어갭(843)을 만드는 탄성 지지 부재(841 및 842)에 의해 지탱되며, 상기 탄성 지지 부재는 인쇄 회로 기판(700)상에 장착된다. 도 112는 두 개의 광 가이드(518 및 519)를 나타내는데, 광(100)을 이미터(200)로부터 스크린(800) 위를 거쳐서 리시버(300)로 안내하기 위한, 스크린(800)의 양 면에 하나씩 있다. 각각의 광 가이드(518 및 519)의 작은 상부 포션만 스크린(800) 위로 연장된다. 리시버(300)는 감지된 광 강도를 계산 유닛(미도시)과 통신한다.

도 113은 손가락(900)이 스크린을 누르는 것을 나타내고, 이는 부재들(841 및 842)을 가압하여 가요성 에어갭(843)을 좁게 한다. 그 결과, 광 가이드(518 및 519)의 큰 포션은 스크린(800) 위로 노출되어서, (a) 이미터(200)로부터의 더 많은 광이 스크린(800) 위를 가로지르게 하고, 리시버(300)에 의해 감지되도록 하며, (b) 더 많은 주변광(101)이 리시버(300)에 도달하도록 한다. 다양한 실시예에서, 감지된 광에서의 이들 중 하나 또는 둘 다의 증가는 강한 압력을 나타내는데 사용된다. 다른 실시예에서, 아래 방향으로 가압된 압력의 양은 추가적으로 감지된 광의 양에 기초하여 결정되어서, 더 강하거나 덜 강한 터치간의 구별을 할 수 있게 한다.

일부 실시예에서, 광 가이드 프레임은 도 114에 도시된, 스크린(800)의 모서리에 위로 연장되는 돌출된 립(520 및 521)을 포함하는데, 이는 아래 방향의 압력이 스크린(800)에 가해지지 않을 때, 탄성 부재들(841 및 842)의 윗 방향으로의 균형을 맞추기 위함이다. 탄성 부재들(841 및 842)은 특히, 가요성 탑재 재료, 토션 스프링, 탄성 폴리머 바디 또는 유압식 서스펜션 시스템을 포함할 수 있다. 도 115는 이미터(200), 계산 유닛(770)과 결합된 리시버(300) 및 단일 PCB(700) 상에 배열된 탄성 부재들(841 및 842)을 나타낸다.

다른 실시예에서, 터치 스크린은 프레임에 대하여 옮길 수 있는 것이 아니다. 그러나, 강한 압력에 응답하여, 스크린은 약간 휘어지거나 구부러진다. 스크린이 구부러지는 것은 스크린상의 강한 압력을 나타내는, 많은 리시버에서 감지된 광에서의 갑작스러운 증가를 야기한다. 본원에서 나타난 바와 같이, 강한 압력의 감지는 이와 동시에 감지되는 터치를 조건으로 할 수 있어서, 장치에 대한 외상에 응답하여 강한 압력의 오류 감지를 막는다.

도 116 및 117을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 압력이 강성하게 장착된 7-인치 LCD 스크린 가해질 때, 감지된 광에서의 증가를 나타내는 막대 챠트이다. 약한 터치가 발생할 때(도 116) 및 강한 터치가 발생할 때(도 117), 스크린의 모서리를 따라 각 이미터로부터 감지된 광의 양을 나타낸다. 광 이미터와 광 리시버는 시프트-정렬되어서, 각 이미터로부터의 광은 두 개의 리시버에 의해 감지된다. 이와 같이, 두 개의 막대는 두 개의 리시버의 각각에 의해 감지된 광을 나타내며, 각 이미터에 대해 나타낸다. 두 개의 막대는 광이 감지되지 않은 LED 4 반대편의 리시버에서 터치가 감지되는 것을 나타낸다. 막대 챠트는 약한 터치보다 강한 터치의 경우에, 이웃하는 이미터로부터 더 많은 광이 감지되는 것을 나타낸다.

터치 스크린 시스템 구성 8

구성 8은 스크린 표면 아래에 위치된 적어도 하나의 카메라를 가진 터치 스크린을 제공하여, 스크린 표면 및 스크린 표면을 터치하는 포인터 또는 포인터들의 이미지를 캡쳐한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 스크린 픽셀은 광 센서를 포함하는데, 이들 각각은 스크린 글래스의 아랫면의 이미지의 픽셀을 생성하고, 상기 이미지는 본원에서 "스크린 글래스 이미지"라고 한다.

본원에서 기술되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 공간 및 시간 필터를 사용하여 정확한 터치 좌표를 결정한다. 구성 8에 대한 이들 방법의 활용은 터치 좌표에 대한 서브-픽셀 정확성을 낳는다.

터치 위치의 중심에 있는 스크린 글래스 이미지 내의 픽셀은 대체로 완전히 막힌다. 즉, 각각의 이러한 픽셀에서 감지된 광의 레벨은 지정된 문턱값 이하이고, 이는 픽셀이 터치 물체에 의해 가로막힌다는 것을 나타낸다. 터치 위치의 모서리를 따라 스크린 글래스 이미지 내의 픽셀은 대체로 부분적으로 막힌다. 즉, 각각의 이러한 픽셀에서 감지된 광의 레벨은 지정된 문턱값 이상이고, 이는 픽셀이 터치 물체에 의해 부분적으로만 가려져 있다는 것을 나타낸다.

스크린 글래스 이미지 데이터를 수신하는 계산 유닛은, 픽셀의 값에 의해 나타난 바와 같이, 픽셀과 관련된 터치 감지 강도에 기초하여, 각 픽셀 좌표에 상대적 가중치를 할당한다. 또한, 계산 유닛은 터치 좌표를 결정하기 위하여, 그들의 관련 가중치에 근거하여 픽셀 좌표를 보간 한다. 일부 실시예에서, 계산 유닛은 둘레를 가진 터치 영역을 계산하는데, 터치 영역의 가장자리는 상기 보간에 기초하여 서브-픽셀 레벨에 대해 계산된다. 본원에서 기술되는 시간적 필터는, 특히 시간 구간에 걸쳐서, 일련의 연결된 터치가 글라이드 이동으로 연쇄될 때, 적용된다.

도 118을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 스크린 글래스의 아래 및 그 위에 만들어진 터치의 이미지를 캡쳐하기 위하여, 스크린 글래스 디스플레이(635) 아래에 위치된 이미지 센서(844)의 간략화된 도면이다. 캡쳐된 이미지 데이터는 분석을 위해 계산 유닛(770)으로 전송된다.

도 119를 참조하면, 이는 픽셀로 나누어진 디스플레이(635) 및 세 개의 터치 감지(906-908)의 간략화된 도면이다. 각각의 터치 감지의 모서리는 픽셀의 각각의 부분을 커버한다는 것을 주목한다. 본원에서 기술되는 가중화된 픽셀 좌표 보간법은 터치들(906 및 907)에 대한 좌표와 같은 터치 좌표 및 영역의 윤곽(907 및 908)과 같은 터치 영역의 윤곽을 식별하는데 사용된다. 본 발명의 일부 실시예에서, 보간은 완전히 가려진 픽셀을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 보간은 부분적으로만 가려진 픽셀을 포함한다.

터치 스크린 시스템 구성 9

구성 9는 터치 스크린에 관한 포인터의 3차원 위치를 결정하기 위한 수단을 가진 터치 스크린을 제공한다. 이 구성에서, 저렴한 터치 스크린은 카메라를 사용하여, 뎁스 정보를 결정한다. 하나 이상의 카메라는, 활성 터치 영역의 반사된 이미지를 캡쳐하기 위하여, 터치 스크린의 측면에 탑재되고, 반사된 이미지는 프로세싱되어, 터치 스크린 위의 포인터의 높이를 결정한다. 본 발명은 빛나는 표면을 가진 임의의 크기의 터치 스크린에 구체화될 수 있다.

도 120을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 랩탑 컴퓨터(848)의 힌지(771)에 위치되고, 스크린(643)을 가리키는 카메라 센서(844)의 간략화된 도면이다.

도 121을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 영역(992)을 바라보는 카메라(844)를 나타내는 간략화된 측면도이다.

도 122를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 영역(992)을 바라보는 카메라(844)의 간략화된 상면도이다. 도 122의 점선은 카메라(844)에 의해 캡쳐된 공간의 부피를 나타낸다.

도 123을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 영역(992)을 바라보는 카메라(844) 및 카메라(844)에 의해 캡쳐된 이미지를 기초로 한 터치 포인터를 찾기 위한, 두 개의 이미지 축(이미지 x-축 및 이미지 y-축)의 간략화된 도면이다. 또한, 도 124를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 영역(992)을 바라보는 카메라(844) 및 카메라(844)에 의해 캡쳐된 이미지를 기초로 한 터치 포인터를 찾기 위한, 두 개의 스크린 축(스크린 x-축 및 스크린 y-축)의 간략화된 도면이다. 카메라(844)에 의해 캡쳐된 시각선에 따른 스크린 표면은 이미지 y-축을 따라 배향된다. 이미지 x-축은 터치 스크린 표면의 평면을 따라 이미지 y-축에 수직이다. 이들 축을 스크린 모서리에 평행하게 이어진 스크린 축과 구별하기 위하여, 앞의 축을 본원에서 "이미지 축"이라 하고, 뒤의 축을 본원에서 "스크린 축"이라고 한다. 이미지 축에 대한 터치 좌표는 스크린 축 좌표로 변환될 수 있다.

카메라(844)에 의해 캡쳐된 이미지는 일반적으로, 포인터 및 터치 스크린의 표면에 포인터의 반사기를 포함한다. 포인터의 위치와 캡쳐된 이미지 내의 반사에 기초하여, 포인터가 스크린 또는 심지어 스크린 위에 위치될 때, 포인터 위치가 결정될 수 있다. 포인터가 스크린을 터치할 때, 도 129-131에 도시되는 바와 같이, 포인터 및 그의 캡쳐되 이미지에서의 반사는 서로 수직이다. 포인터가 스크린 위에 있을 때, 도 132에 도시되는 바와 같이, 포인터 및 캡쳐된 이미지에서의 반사는 서로 분리된다.

캡쳐된 이미지는 이미지의 하단 모서리를 따르는 x-축 및 카메라의 시각선을 따르는 스크린 표면에서의 y-축에 대하여 분석된다는 것을 당업자는 알 것이다. 포인터가 스크린을 터치할 때, 포인터의 x 좌표와 y 좌표는 x-축 및 y-축을 따라 캡쳐된 이미지에서 포인터의 위치를 투사함에 의하여 결정될 수 있다.

포인터가 스크린 위에 위치될 때, 즉, 스크린을 터치하지 않을 때, 포인터의 x-좌표는 상기와 같이 결정될 수 있다. 즉, x-축을 따라 캡쳐된 이미지에서 포인터의 위치를 투사함에 의하여 결정될 수 있다. 포인터의 y-좌표를 결정하기 위하여, 적절한 위치가 포인터 및 캡쳐된 이미지에서의 반사된 포인터의 포지션들을 결합하는 라인을 따라 선택되고, 위치의 포지션은 y- 축을 따라 투사된다. 일부 예에서, 적절한 위치는 포인터와 반사된 포인터의 포지션들을 결합하는 라인의 중간점이다. 다른 예에서, 적절한 위치는, 카메라가 스크린 표면에 대해 배향되는 방위각에 기초한다.

스크린 표면 위의 포인터의 높이는 포인터 및 캡쳐된 이미지에서 포인터의 반사 사이의 거리에 기초하여 결정될 수 있다는 것을 당업자는 알 것이다.

복수의 카메라의 사용은 손에 의해 가려질 수 있는 멀티-터치 정보 및 스타일러스 정보와 같은 추가적인 정보를 제공한다. 도 125 및 126을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 서로 다른 각도에서 터치 영역(992)을 각각 캡쳐하는 두 개의 카메라(844 및 845)의 간략화된 도면이다. 각각의 카메라는 도 126에 도시된 바와 같이, 각각의 세트의 이미지 축을 가진다. 도 127을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 서로 다른 각도에서 터치 영역(992)을 각각 캡쳐링 하는 4개의 카메라(844-847)의 간략화된 도면이다.

도 128을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 카메라 관점에서, 완전한 터치 영역(992)을 바라보는 카메라(844)의 간략화된 도면이다. 도 128에 도시된 것은 카메라(844)에 의해 캡쳐된 이미지에 대한 이미지 x-축 및 y-축이다.

도 129를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 서로 직각인 스타일러스(903)와 스타일러스의 거울 이미지(645)를 나타내는 터치 영역(992)의 일부의 간략화된 도면이다. 스타일러스(903)의 이미지 x-좌표 및 y-좌표는 스타일러스(903)의 포지션을 이미지 x-축 및 y-축으로 투사함에 의하여 결정된다. 투사를 지원하기 위하여, 스타일러스(903)와 그 거울 이미지(645) 사이의 중심 라인(996)이 사용된다.

도 130을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 도 129에 대하여, 터치 영역(992)의 중심에 근접하게 움직이고, 스타일러스(903)과 스타일러스의 거울 이미지(645)를 나타내는 간략화된 도면이다. 다시 말해, 스타일러스(903)의 이미지 x-좌표 및 y-좌표는 스타일러스(903)의 포지션을 이미지 x-축 및 y-축으로 투사함에 의하여 결정된다. 투사를 지원하기 위하여, 스타일러스(903)와 그 거울 이미지(645) 사이의 중심 라인(997)이 사용된다.

도 131을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 도 129에 대하여, 터치 영역(992)의 하단에 근접하게 움직이고, 스타일러스(903)과 스타일러스의 거울 이미지(645)를 나타내는 간략화된 도면이다. 다시 말해, 스타일러스(903)의 이미지 x-좌표 및 y-좌표는 스타일러스(903)의 포지션을 이미지 x-축 및 y-축으로 투사함에 의하여 결정된다. 투사를 지원하기 위하여, 스타일러스(903)와 그 거울 이미지(645) 사이의 중심 라인(998)이 사용된다.

도 132를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 서로 떨어져 분리된 스타일러스(903) 및 스타일러스의 거울 이미지(645)를 나타내는 간략화된 도면이다. 스타일러스(903)와 거울 이미지(645) 사이의 거리는 터치 영역(992)의 스타일러스(903)의 높이를 결정하는데 사용될 수 있다. 스타일러스(903)와 거울 이미지(645) 사이의 중심 라인(999)은 스타일러스(903)의 이미지 y-좌표를 결정하는 것을 지원하는데 사용된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 129-132의 스타일러스(903)는 끝이 뭉뚝한 스타일러스다. 끝이 뭉뚝한 스타일러스는 그의 비교적 큰 헤드부가 이미지 프로세싱에 의해 용이하게 감지되므로, 유리하다. 또한, 끝이 뭉뚝한 스타일러스는 그의 비교적 큰 헤드부가 끝이 뾰족한 스타일러스 보다 더 많은 광을 막으므로서, 구성 2-6에서 유리하다.

도 133을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 3차원 포인터 위치를 결정하기 위한 방법의 간략화된 흐름도이다. 동작(1011)에서, 스크린 표면의 이미지가 캡쳐된다. 도 129-132를 참조하여 본원에 기술되는 바와 같이, 이미지는 포인터, 스크린 표면상의 포인터의 반사를 포함한다. 동작(1012)에서, 스크린 표면의 이미지가 캡쳐된다. 도 129-132에 도시된 각각의 이미지에서 스타일러스의 위치에 해당하는 x-좌표에 나타난 바와 같이, 축을 따라 이미지에서 포인터의 위치에 해당하는, 제1 스크린 축을 따라 포인터 위치가 결정된다. 동작(1013)에서, 제2 스크린 축을 따라 포인터 위치는 결정되는데, 이는, 도 129-132에서 중심 라인(996-999)에 도시되는 바와 같이, 포인터와 그 반사의 위치들 사이의 중간점을 통하여 이어지는 라인에 해당한다. 동작(1014)에서, 스크린 위의 포인터의 높이는 캡쳐된 이미지에서 포인터와 그 반사 사이의 거리에 기초하여 결정된다.

스크린에 대하여 카메라 포지션이 알려지거나 고정될 때, 특히, 스크린이 카메라가 강성하게 장착되어 제조될 때, 이미지에서 스크린 (이미지 좌표에서 스크린 좌표로의) 변환이 결정될 수 있다. 스크린에 대한 카메라의 포지션이 알려지지 않을 때, 특히, 사용자에 의해 수동으로 카메라를 장착시킬 때, 이미지에서 스크린 변환을 결정하기 위하여, 카메라 배향에 대한 과정이 요구된다. 이러한 과정은 알려진 스크린 좌표에서 스크린 상의 일련의 터치 아이콘을 디스플레이하기 위함이다. 도 134를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 카메라 배향을 결정하는데 사용되는 6개의 터치 아이콘(965-970)을 디스플레이하는 터치 영역(992)의 간략화된 도면이다. 카메라(844)는 터치 이벤트를 캡쳐하기 위하여 터치 영역에 조준된다. 사용자는 다양한 아이콘을 터치하는 것을 배운다. 일부 실시예에서, 각 아이콘은 차례로 개별적으로 디스플레이된다. 사용자가 아이콘을 터치할 때, 터치의 이미지 좌표는 결정되고, 아이콘의 알려진 스크린 좌표와 매칭된다. 이미지 좌표 및 스크린 좌표의 연속적인 매칭된 쌍은 이미지에서 스크린 변환을 결정하는데 사용된다. 본 발명의 실시예에서, 본원에서 기술되는 바와 같이, 포인터가 그 반사와 수직일 때, 사용자가 아이콘을 터치하는 이벤트는 캡쳐된 이미지로부터 인식된다.

구성 2 및 3의 작동

후술하는 논의는 정확한 터치 감지를 위하여, 터치 스크린 주위에, 구성 2 및 3에 도시된 광학 요소의 장치에 대한 작동의 방법에 대한 것이다. 이들 방법은 미세한 터치 포인트를 가진 펜 및 스타일러스 지원에 유리하며, 싱글-손가락 및 멀티-손가락 터치에 대하여 매우 정확한 위치 결정도 제공한다.

도 135 및 136을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린 시스템에서, 이미터 렌즈와 리시버 렌즈의 마주보는 로우의 도면이다. 각각의 이미터 및 리시버 렌즈의 뒤에 위치된 것은 각각의 해당 광 이미터(200) 또는 광 리시버(200)이다. 도 135에 도시된 바와 같이, 각각의 이미터(200)는 이미터에 의해 발상된 광선을 감지하는 두 개의 리시버(300)의 반대편에 위치된다. 마찬가지로, 각각의 리시버(300)는 두 개의 이미터(200)의 반대편에 위치되고, 두 이미터로부터 발산된 광선을 수신한다.

도 135는 (A) 두 개의 리시버(300)에 걸치는 이미터(200)로부터의 단일 전체 광선(173), (B) 두 개의 리시버(300) 중 왼쪽의 하나(174로 표시됨)에 의해 감지되는 전체 광선의 일부, (C) 두 개의 리시버(300) 중 오른쪽의 하나(175로 표시됨)에 의해 감지되는 전체 광선의 일부, (D) 터치 스크린을 커버하는 복수의 이미터(200)에 대한 복수의 광선(176), (E) 터치 스크린을 커버하는 복수의 이미터(200)에 대한 복수의 광선(177)을 도시한다. 일반적으로, 각각의 이미터(200)는 단독으로 활성화된다. 정확한 터치 감지는 본원에서 기술되고, 터치 포인트는 복수의 광선에 의해 감지된다. 스크린 상의 포인트는 적어도 하나의 광선(176) 및 하나의 광선(177)에 의해 감지되는 것을 (D) 및 (E)로부터 알 것이다.

전력을 보존하기 위하여, 터치 스크린이 아이들(idle)일 때, 한 세트의 광선만이, 다시 말해 광선(176 또는 177)이 스캐닝 스윕(scanning sweep)에서, 가장 작은 수의 이미터(200)로 축에 대해 스캔된다. 스캐닝은 광선(176)과 광선(177) 사이에서 토글링되어서, 축을 따라 두 개의 스캐닝 스윕은 축을 따라 모든 이미터-리시버 쌍을 활성화시킨다. 많은 수의 이미터를 가진 다른 축은, 터치가 존재할 때 또는 신호가 예상된 노이즈 레벨보다 이상인 기준 값과 상이할 때, 또는 각각의 축에 대한 기준값의 업데이트값이 수행될 때에만 스캔된다. 기준값은 본원에서 자세히 기술된다.

도 136은 (A) 왼쪽으로 15°의 각도에서 리시버(301)로 광을 전송하는 이미터(201), (B) 오른쪽으로 15°의 각도에서 리시버(302)로 광을 전송하는 이미터(201), (C) 왼쪽으로 15°의 각도에서 리시버(302)로 광을 전송하는 이미터(202), (D) 들어오는 광을 굴절시키는 미세구조물을 도시한다. 도 136에 도시된 이미터 렌즈 및 리시버 렌즈는, (i) 이미터 렌즈 표면을 따라 복수의 위치로부터 왼쪽 방향 및 오른쪽 방향 모두로 광을 발산하기 위하여, (ii) 리시버 렌즈를 따라, 임의의 위치에서, 임의의 입사각으로 수신되는 광이 리시버에 의해 감지되는 것을 보장하기 위하여, (D)에 도시된 미세구조물을 구비한다.

도 137을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린 시스템에서 복수의 이미터-리시버 쌍에 의하여, 터치 위치를 감지하기 위한 기술의 간략화된 도면이다. 도 137에 도시된 것은 터치 스크린 상에서, 너비(k)의 광학 이미터 렌즈(506), 반대편에 위치된 각각 너비(k)의 두 개의 광학 리시버 렌즈(508 및 509)이다. 스크린을 터치하는 포인터(900)는 광학 이미터 렌즈(506)로부터 발산되는 광선의 일부를 막는다. 광학 이미터 렌즈(506)는 두 광학 리시버 렌즈(508 및 509)를 커버하는 오버래핑 광선을 발산한다. 광선의 펼쳐지는 각도는 x-축을 따라, 스크린 치수 및 렌즈 너비(k)에 의존한다. 또 다른 광학 이미터 렌즈(507)도 광학 리시버 렌즈(510) 아래로 너비(m)의 요소의 절반만큼 시프트되어 나타난다.

본 발명의 실시예에 따르면, 광학 이미터 렌즈(506)의 적어도 하나의 표면의 질감은 복수의 리지(ridge)를 가진다. 각각의 리지는 두 개의 마주보는 리시버 렌즈(508 및 509)에 걸치는 광선을 펼친다. 이와 같이, 광학 이미터 렌즈(506)의 표면을 따라 많은 포인트들의 각각으로부터의 광은 마주보는 리시버 렌즈(508 및 509)에 도달하고, 인접한 리시버에 의해 감지된 광선은 오버랩된다. 구성 2에서, 이들 리지는 깃털 패턴을 형성하고, 구성 3에서, 이들 리지는 튜불러 패턴을 형성한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 리지는, 터치 스크린 구성에 의존하여, 대략 0.2 - 0.5 mm의 피치를 각각 가지는 마이크로-렌즈를 형성한다. 깃털 패턴의 경우, 리지는 팬을 형성하고, 그들의 피치는 리지가 안으로 향하면서 더욱 가까워지면서 좁아진다. 튜불러 패턴의 경우, 각각의 마이크로-렌즈의 피치는 마이크로-렌즈의 길이에 따라 일정하게 유지된다.

각각의 리시버 렌즈(508 및 509)의 적어도 하나의 표면은, 리시버 렌즈 표면을 따라 많은 포인트의 각각에 도달하는 광의 적어도 일부가 리시버 포토 다이오드에 도달하기 위하여, 유사한 재질을 가진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 출력 x 및 y 좌표는 시간적으로 및 공간적으로 필터링된다. 후술하는 논의는 x-좌표의 결정과 관련된 것이고, 동일한 방법이 y-좌표의 결정에 적용된다는 것을 당업자는 이해할 것이다.

구성 2 및 3은 터치 위치가 적어도 두 개의 이미터-리시버 쌍에 의해 감지된다는 것을 나타낸다. 도 137은 이러한 두 개의 이미터-리시버 쌍(506-508 및 506-509)을 나타내고, x-축을 따라 물체(900)의 터치 위치를 감지한다. 도 137에서, 광선(506-508)은 광선(178)으로 표시되고, 광선(506-509)은 광선(179)로 표시된다. 도 137은 세 개의 감지 영역을 나타낸다. 다시 말해, (i) 오른쪽-기울어진 라인으로 채워진 ?지로 도시된, 이미터-리시버 쌍(506-508)에 의해 감지된 스크린 영역, (ii) 왼쪽- 기울어진 라인으로 채워진 ?지로 도시된, 이미터-리시버(506-509)에 의해 감지된 스크린 영역, 및 (iii) 크로스 헤치 패턴을 가진 ?지로 도시된, 두 개의 이미터-리시버 쌍(506-508 및 506-509)에 의해 감지되는 스크린 영역이다. 이 세 번째 스크린 영역의 왼쪽 및 오른쪽 경계는 각각 라인들(X₁ 및 X₂)로 도시된다.

물체(900)의 터치 위치(X_p, Y_p)의 x- 좌표(X_p)를 결정하기 위하여, 초기 y-좌표(Y_initial)가 y-축을 따라 모든 이미터-리시버 쌍들 중에, 최대 신호 감지 신호를 가진 이미터-리시버 쌍의 y-축을 따르는 위치에 일치하게 결정된다. 도 137에서, 이 이미터-리시버 쌍은 507-510 이다. 도 137에서 X₁ 및 X₂로 표시된 라인들은, 이들이 위치 (X_a _,Y_initial) 및 (X_b, Y_initial)에서 라인 y = Y_initial 과 교차할 때까지 가로지른다. 좌표(X_a 및 X_b)는 도 137에 도시된다. 물체(900)의 x-좌표는 가중화된 평균을 사용하여 결정된다.

X_P = (W_a X_a + W_b X_b) / (W_a + W_b) (2)

여기서, 가중치 W_a 및 W_b 는 각각 광선(178) 및 광선(179)에 대한 정규화된 신호 차이들이다. 사용된 신호 차이는 베이스 라인 또는 기대되는 광값과 실제 감지된 광값간의 차이이다. 이러한 차이는 물체가 스크린을 터치하고, 기대되는 광의 일부를 막는다는 것을 나타낸다. 도 143-150을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 이미터의 로우 근처에서 발생하는 터치의 감지 신호가 리시버의 로우 근처에서 발생하는 터치와 상이하기 때문에, 가중치(W_a 및 W_b)는 정규화된다. 터치 스크린 디자인은, 물체가 광선의 길이에 따라 다양한 부분에서 광선을 지남에 따라, 상이한 신호 강도 및 감쇠 패턴을 결정하기 위해 테스트 된다. 다양한 시나리오가 테스트되는데, 예를 들어, 광선의 이미터 근처의 물체에 대한 시나리오, 스크린의 중간에서 물체에 대한 시나리오이다. 터치가 감지될 때, 감지하는 리시버의 감지 패턴은 분석되어 적절한 시나리오를 선택하고, 신호는 선택된 시나리오에 따라 정규화된다. 조정 및 가중치의 추가 정규화가 본원에서 기술된다. 유사한 가중화된 평균은 y-좌표(Y_P)를 결정하는데 사용된다.

포인터(900)가 두 개 이상의 이미터-리시버 쌍에 의해 감지된다면, 상기 가중화된 평균은 아래와 같이 나타난다.

Xp = ∑(Wn Xn) / (∑Wn) (3)

여기서, 가중치 Wn은 정규화된 신호 차이이고, Xn은 가중 포지션(weight position이다.

본 발명의 일 실시예에서, 포인터(900)는 작은 물체이고, 가장 큰 신호 차이가 포지션을 계산하기 위해 두 개의 가장 유사한 신호와 함께 사용된다. 이는, 작은 물체에 대한 신호 차이가 작다는 사실을 보상하여서, 노이즈는 주요 에러 요소가 된다. 두 개의 가장 유사한 신호의 사용은 노이즈 때문에 에러를 감소시킨다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 두 개의 가장 큰 신호 차이만이 사용된다.

도 138을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 도 135 및 136의 구성에 대한 광 가이드 프레임의 도면이다. 도 138에 도시된 것은 광학 이미터 렌즈(511) 및 광학 리시버 렌즈(512)를 가진 광 가이드 프레임의 4개의 모서리이다. 프레임의 내부 모서리는 광선(182)에 의해 완전히 커버되지 못한다는 것을 주목한다. 이에 따라, 본 발명의 일부 실시예에서, 점선 직사각형에 의해 표시된 내부 터치 영역(993)만이 사용된다.

신호 노이즈에 의한 에러를 줄이기 위하여, 최종 좌표는 상기와 같이 결정된 공간적으로 필터링된 현재의 좌표값 및 이전의 좌표값을 사용하여, 시간 필터의 출력으로서 결정된다. 현재 x-좌표에 주어진 필터 가중치가 높을수록, 출력은 그 값에 더 가까워질 것이고, 필터의 영향은 더 작아질 것이다. 일반적으로, 두 개의 좌표값에 대한 실질적으로 동일한 가중치의 사용은 강한 필터라는 결과를 낳는다. 본 발명의 일 실시예에서, 시간적 필터(temporal filter)는 로우패스 필터이나, 다른 필터도 본 발명에 고려될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상이한 사전에 지정된 필터 가중치 계수가 다양한 경우에 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 필터 가중치 계수는 필요한 대로 계산된다.

적절한 필터 계수의 선택은 스캐닝 주파수, 터치 물체가 스크린을 거쳐 이동할 때의 속도, 물체 움직임이 직선인지 아닌지, 터치 물체의 크기에 기초한다.

일반적으로, 스캐닝 주파수가 높을수록, 현재 좌표값이 이전 좌표값에 가까워지고, 더 강한 필터가 사용된다. 스캐닝 주파수는 물체의 움직임의 속도와 방향을 추정하는데 사용된다. 스캐닝 주파수에 기초하여, 문턱값 거리는 두 개의 입력값에 할당되고, 문턱값은 빠른 움직임을 나타낸다. 현재 좌표값과 이전 좌표값 사이의 차이가 문턱값 거리보다 크다면, 출력 좌표가 실제 터치 위치 보다 상당히 뒤쳐져 있지 않도록 하기 위하여 약한 필터가 사용된다. 필터는 이 경우에 우수한 결과를 제공한다는 것은 실험에 의해 밝혀졌다.

output_val = 1/10 * previous_val + 9/10 * current_val (4)

또한, 본원에서 기술되는 래그값(lag value)은 이 경우에 출력값과 동일하게 리세트된다.

현재 좌표값과 이전 좌표값 사이의 차이가 문턱값 거리보다 작다면, 래그값이 결정된다. 래그값은 축을 따라 속도와 방향을 나타낸다. 이 경우에, 값이 우수한 결과를 초래한 다는 것은 실험에 의해 발견되었다.

lag = 5/6 * lag + 1/6 * current_val (5)

필터 가중화 계수는 래그값과 현재 좌표값간의 차이를 기초로 하여 선택된다. 일반적으로, 이 차이가 클수록, 이는 빠른 움직임 또는 방향에서의 갑작스러운 변화를 나타내므로, 필터는 약하다.

예를 들어, 터치 물체가 정적인 경우, 래그값은 결국에는 현재 좌표값과 대략 동일하다. 이러한 경우에서, 신호 노이즈는 공간적으로 계산된 터치 포지션에서 작은 차이를 야기할 수 있고, 이는 결국 혼란스러운 지터 효과를 야기할 수 있다. 즉, 터치 스크린은 물체 지터링을 나타낼 수 있다. 강한 시간적 필터의 사용은 이러한 지터링을 실질적으로 완하시킨다.

터치 물체가 빠르게 움직이거나 방향에서의 갑작스럽게 변화한다면, 강한 시간적 필터가 실제 터치 위치와 디스플레이된 터치 위치 사이의 래그를 인지할 수 있다. 스타일러스로 사람이 글을 쓰는 경우에, 쓰여진 라인은 스타일러스보다 뒤떨어져 있다. 이러한 경우에, 약한 시간적 필터의 사용이 이러한 래깅을 감소시킨다.

스크린을 터치하는 손가락 또는 다른 뭉뚝한 물체와 같은 터치 물체가 비교적 넓은 스크린 영역을 커버할 때, 실제 손가락 움직임과 움직임의 디스플레이된 자취 사이의 래그는 덜 인식가능한데, 왜냐하면, 손가락은 래그의 영역을 커버하기 때문이다. 이러한 경우에, 서로 다른 시간적 필터가 사용된다.

사용되는 물체의 타입(손가락 대 스타일러스)은 예상되는 사용자 행동을 인식함에 의하여 추론될 수 있다. 예를 들어, 손가락 터치를 하려는 사용자 인터페이스는 손가락이 사용된다고 가정한다. 또한, 물체의 타입은 물체에 의해 생성되는 그림자진 영역에 의해 추론될 수 있다. 따라서, 그림자진 이미터 신호에 기초하여 결정된 터치 영역의 사이즈는 시간적 필터 가중화 계수를 선택하는데 사용되는 요소이다.

도 139를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린에 대한 터치 감지를 위한 방법의 간략화된 흐름도이다. 동작(1021)에서, 현재 좌표값은 복수의 이미터-리시버 쌍으로부터의 신호를 프로세스하는 공간적 필터에 기초하여 수신된다. 문턱값 거리는 스캔 주파수에 기초하여 제공된다. 동작(1022)에서, 현재 좌표값과 이전 좌표값간의 차이가 문턱값 거리와 비교된다. 차이가 문턱값보다 작거나 같다면, 동작(1023)에서, 새로운 래그값이 방정식 (5)에서 계산된다. 동작(1024)에서, 시간적 필터 가중화 계수가 현재 좌표값과 래그값사이의 차이에 기초하여 결정된다. 동작(1025)에서, 시간적 필터는 방정식(4)에서, 출력 좌표값을 계산하는데 적용된다.

동작(1022)에서, 현재 좌표값과 이전 좌표값의 차이가 문턱값 거리보다 크다면, 약한 필터 가중화 계수가 동작(1026)에서 선택된다. 동작(1027)에서, 시간적 필터가 방정식 (4)에서, 출력 좌표를 계산하는데 적용된다. 동작(1028)에서, 래그값은 출력 좌표값으로 설정된다.

본 발명의 실시예는, 터치 스크린의 두 코너에서 두 개의 터치가 동시에 발생하는 멀티-터치 동작을 감지하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 이러한 멀티-터치의 예는, 도 140-142에 도시된 회전 제스쳐이고, 여기서, 사용자는 스크린(800)에 두 개의 손가락(900)을 두고, 이들을 축에 대하여 회전한다. 도 8 및 9를 참조하여 본원에서 지적한 바와 같이, 광-기반의 시스템이 상단-왼쪽 및 하단-오른쪽 터치 대 하단-왼쪽 및 상단-오른쪽 터치를 구별하기는 어렵다. 시프트-정렬된 이미터 및 리시버의 사용에 의하여, 본원에서 도시되는 바와 같이, 이러한 구별이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 축을 따른 리시버로부터의 데이터는 두 개의 축을 따르는 터치 위치를 결정하는데 사용된다. 도 143-146을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치 스크린상의 다양한 위치에서 손가락(900) 터치 이벤트의 도면이고, 도 147-150은 터치 이벤트 동안에 광 포화의 각각의 막대 차트이다. 도 143은 두 이미터 사이의 이미터의 로우에 근접하게 위치된 터치를 나타낸다. 도 144는 리시버를 막는, 리시버의 로우에 근접하게 위치된 터치를 나타낸다. 도 145는 이미터를 막는, 이미터의 로우에 근접하게 위치된 터치를 나타낸다. 도 146은 두 개의 리시버 사이에, 리시버의 로우에 근접하게 위치된 터치를 나타낸다.

도 147-150은 각각 두 개의 막대 챠트를 포함한다. 다시 말해, 위쪽 챠트는 x-축을 따라 리시버에서 광포하를 나타내고, 아래쪽 챠트는 y-축을 따라 리시버에서 광포화를 나타낸다. 리시버의 각각의 로우는 반대편의 이미터의 로우와 시프트-정렬된다. 이와 같이, 각각의 이미터는 두 개의 리시버에 의해 감지된다. 이에 상응하여, 도 147-150은 각각의 이미터에 대한 두 개의 막대를 나타낸다(리시버 당 하나의 바).

도 147-150은 4개의 명확한 감지 패턴을 나타낸다. 도 147은 두 각각의 이미터에서 나온, 하나의 리시버에 의해 주로 감지되는 광의 부재를 나타낸다. 광의 부재는 중간이다. 도 148은 두 각각의 이미터에서 나온, 하나의 리시버에 의해 감지되는 광의 부재를 나타낸다. 광의 부재는 크다. 도 149는 막힌 이미터로부터 나온 예상되는 광의 큰 부재를 감지하는 인접하는 두 개의 리시버를 나타낸다. 두 리시버는 이웃하는 요소로부터 나온 약간의 광을 감지한다. 도 150은 막힌 이미터로부터 나온 예상되는 광의 중간적인 부재를 감지하는 인접하는 두 개의 리시버를 나타낸다. 두 개의 리시버는 이웃하는 이미터로부터의 약간의 광을 감지한다. 표 3은 이들 다양한 패턴을 요약한다.

표 3: 이미터와 리시버의 근접성 및 정렬에 기초한 터치 패턴
패턴 도면 번호	터치 위치	터치를 감지하는 리시버의 개수	막힌 예상된 광의 양
1 도 143 도 147	이미터의 로우 근처이고, 두 이미터 사이	1	중간
2 도 144 도 148	리시버의 로우 근처이고 리시버를 막음	1	큼
3 도 145 도 149	이미터의 로우 근처이고, 이미터를 막음	2	큼
4 도 146 도 150	리시버의 로우 근처이고, 두 리시버의 사이	2	중간

본 발명의 실시예에 따르면, 멀티-터치의 위치 결정은 표 3에 나타난 패턴에 기초한다. 따라서, 다시 도 141을 참조하면, 4개의 감지 포인트가 리시버의 두 개의 로우에 따라 나타난다. 감지부(D1-D4)는 스크린의 구성의 오른쪽-상단 및 왼쪽-하단에 터치 포인트(971)를 감지한다. 각각의 포인트의 감지 패턴이 타입 1 또는 3인지, 타입 2 또는 4인지에 따라서, 감지 패턴은 해당 터치가 이미터에 가까운지, 리시버에 가까운지 결정한다. 각각의 터치는 두 개의 독립적인 표시자를 가지는데, 다시 말해, x-축 감지기 및 y-축 감지기이다. 따라서, 도 141에서 감지 포인트(971)에 대하여, 감지부(D1 및 D3)는 타입 2 또는 4이고, 감지부(D2 및 D4)는 타입 1 또는 3이다. 구별하자면, 도 132의 감지 포인트(971)에 대하여, 감지부(D2 및 4)는 타입 2 또는 4이고, 감지부(D1 및 D3)은 타입 1 또는 3이다.

감지 포인트를 독립적으로 평가하는 것뿐만 아니라, 다양한 감지 패턴이 랭크되어서, 어떤 터치 포인트가 이미터 또는 리시버에 가까운지를 결정한다.

게다가, 회전 제스쳐가 수행될 때, 터치 포인트(971)에서 터치 포인트(972)로, 감지의 움직임은, 제스쳐가 이미터로부터 리시버를 향하여 글라이드 했는지 아니면, 그 반대인지를 구별한다. 특히, 이후의 감지가 비교되고, 구별은 각각의 감지 패턴이 타입 1 또는 3에 좀 더 유사한지, 또는 타입 2 또는 4에 유사한지에 기초한다.

도 151을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 동시에, 대각선으로 마주하는 터치의 위치를 결정하기 위한 방법의 간략화된 흐름도이다. 동작(1031)에서, 도 141 및 142에 도시된 x-좌표(D1 및 D2) 및 y-좌표(D3 및 D4)와 같이 두 개의 x-좌표와 두 개의 y-좌표가 감지된다. 동작(1032)에서, 감지된 x-좌표는 분석되어 표 1에 나열된 것 중에서 감지의 패턴을 식별한다. 동작(1033)에서, 감지된 x-좌표는, 동작(1032)에서 감지된 패턴 및 표 3의 열의 "터치 위치"에 기초하여, 지정된 스크린 모서리와 가까이 또는 멀리서 발생한 터치에 따라 랭크된다. y-좌표는 지정된 모서리로부터의 거리를 나타낸다. 동작(1034)에서, 각각의 랭크된 x-좌표는 해당 y-좌표와 쌍이 된다. x-좌표에 대해 수행된 동작(1032-1034)과 마찬가지로, 동작(1035-1037)이 y-좌표에 대해 수행된다. 동작(1038)에서, 두 세트의 결과가 비교된다.

도 152를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 시계방향 제스쳐와 반시계 방향 제스쳐를 구별하기 위한 방법의 간략화된 흐름도이다. 동작(1041)에서, 두 개의 글라이드 제스쳐는 x-축을 따라 감지된다. 각각의 글라이드 제스쳐는 연결된 터치 위치의 시리즈로서 감지된다. 따라서, 도 141 및 142를 참조하면, 제1 글라이드 제스쳐는 x-좌표 D1에서 시작하는 터치 위치의 연결된 시리즈로서 감지되고, 제2 글라이드 제스쳐는 x-좌표 D2에서 시작하는 터치 위치의 연결된 시리즈로서 감지된다. 동작(1042)에서, x-글라이드 감지가 분석되어, 표 3에 나열된 패턴 중에서 각각의 시리즈에서 발생되는 감지의 타입을 결정한다.

동작(1043)에서, x-글라이드 감지는, 동작(1042)에서 결정된 감지의 패턴 및 표 3의 "터치 위치" 열에 기초하여, 지정된 스크린 모서리에 가까이서 또는 멀리서 발생되는 터치에 따라 랭크된다. 동작(1043)은 타임 간격에 걸쳐 연결된 터치 감지의 시리즈와 관련 있다. 일반적으로, 각각의 시리즈는, 글라이드가 지정된 모서리에 가까운지 또는 먼지에 따라서, 표 3에 나열된 패턴 1 및 3 또는 패턴 2 및 4의 터치 감지를 포함한다. 글라이드를 포함하는 개개의 감지를 분석하는 것뿐만 아니라, 터치 감지의 시리즈는, 시간에 걸쳐 감지의 강도의 비교에 기초하여, 글라이드가 지정된 모서리로 가까이 또는 멀리 움직이는지 결정하기 위해 분석된다. 예를 들어, 복수의 패턴 1 감지를 가지는 감지의 한 시리즈에서, 막힌 광의 양이 시간에 걸쳐 증가한다면, 글라이드는 리시버를 향하여 움직이는 것이고, 아니면, 글라이드는 이미터를 향하여 움직이는 것이다.

y-좌표는 이미터의 모서리와 같은 지정된 모서리로부터의 거리를 나타낸다. 동작(1044)에서, 각각의 랭크된 x-축 글라이드는 해당 y-축 글라이드와 쌍을 이룬다. x- 축 글라이드에 대해 수행된 동작(1042-1044)과 마찬가지로, 동작(1045-1047)은 y-축 글라이드에 대해 수행된다. 동작(1048)에서, 두 세트의 결과가 비교된다. 단계(1049)에서, 회전 제스쳐가 시계방향 또는 반시계 방향인지 구별이 이루어진다.

도 54 및 70은 이미터와 리시버의 정렬을 나타내는데, 도 61 및 73에 도시되는 바와 같이, 각각의 광선의 오른쪽 절반과 왼쪽 절반은 이웃하는 광선과 오버랩된다. 세 개의 광선(즉, 광선 167,168 및 169)이 이들 도면에서 도시된다. 광선(167)의 왼쪽 절반은 광선(168)의 오른쪽 절반과 오버랩되고, 광선(167)의 오른쪽 절반은 광선(169)의 왼쪽 절반과 오버랩된다. 이와 같이, 광선(167)내의 임의의 위치에서의 터치는 두 광선에 의해 감지된다. 두 개의 감지 광선은 도면에서, 광 감지 영역(910-912)에 의해 도시되는 바와 같이, 광선의 너비를 따라 상이한 감지 그래디언트를 가진다.

광 감쇠의 그래디언트는 광선의 너비에 걸쳐 실질적으로 선형이다. 이와 같이, 상이한 감지 신호의 가중화된 평균은 상기 식(2) 및 (3)을 사용하여, 하나의 축을 따르는 포지션을 계산하는데 사용된다. 식(2)는 샘플의 수(n)로 확장된다. 예를 들어, 광선(a)의 중앙에서 손가락이 광선(a)의 예상되는 신호의 40%를 막고, 광선(b)의 예상되는 신호를 막지 않는다면, Wa 및 Wb는 각각 0.4 및 0이고, 위치(Xp)는 다음과 같이 계산된다.

X_P = (0.4 * X_a + 0 * X_b) / (0.4 + 0) = X_a

손가락보다 더 얇기 때문에, 광선(a)의 예상된 신호의 단지 20%만 막아서, Xp의 동일한 값이 스크린 위치에서 스타일러스에서 얻는다.

마찬가지로, 광선(a 및 b)의 중앙에 있는 손가락이 두 광선으로부터의 예상된 광의 유사한 양, 즉, 30%를 막는다면, Xp는 다음과 같이 계산된다.

X_P = (0.3 * X_a + 0.3 * X_b) / (0.3 + 0.3) = 1/2(X_a + X_b)

이는, X_a 및 X_b의 중점이다.

정렬된 이미터 및 리시버의 시스템에서의 위치 계산은 시프트-정렬된 이미터 및 리시버의 시스템에서의 위치 계산과 여러 면에서 상이하다. 정렬된 이미터 및 리시버의 시스템에서, 광선은 터치 위치를 명시하기 위해 사용되는 좌표 시스템으로 정렬된다. 이 경우에, 터치 위치는 제2 축을 따르는 터치 위치와 관련 없는 제1 축을 따라 계산된다. 그에 반하여, 시프트-정렬된 시스템에서, 주요 광선 좌표, 가령, 광선(a)에 대한 Xa는 제2 축(Y_initial)에 대한 가정된 터치 좌표에 기초하여 결정된다.

또한, 정렬된 이미터 및 리시버의 시스템에서, 광선을 지나는 물체에 의해 생성된 감쇠 및 신호 강도 패턴은, 광선의 길이를 따른 모든 위치에서 실질적으로 동일하다.도 67 및 97을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 물체가 광선의 너비를 지나 움직이면서, 그 물체는 광선의 이미터, 감지기 근처 또는 스크린 중앙의 광선을 가로지르는 실질적으로 유사한 신호 패턴을 생성한다. 따라서, 감지 패턴에 기초한 가중화(Wa, Wb, ..., Wn)의 초기 정규화는 시프트-정렬된 시스템에서 요구되지, 정렬된 시스템에서 요구되지 않는다.

광을 막는 물체가 도 61 및 73의 광선(167)과 같은 광선의 중앙에 위치될 때, 이웃하는 광선의 일부가 막힌다. 예를 들어 광선(167)의 40%가 막히고, 광선(168)의 5%가 막힌다. 그러나, 신호는 랜덤 노이즈와 신호 출렁임의 이유가 되는 교호하는 면들에 의해 생긴 노이즈를 포함한다. 터치가 광선(167)의 중앙 또는 중앙에서 약간 오프셋에 있다는 사실을 결정하기 위해 기술이 요구된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 각 신호의 복수의 샘플을 취해서 결합되어 신호 노이즈를 필터링한다. 추가적으로, 이웃하는 광선(168 및 169)은 각각의 광학 요소에 의해 구성되어서, 도 63 및 96에 도시된 바와 같이, 광선(167)의 중앙 주위에서 오버랩되고, 모든 세 개의 신호는 가운데 신호의 중앙 주위의 터치를 감지한다. 주요 감지 신호가 하나의 광선으로 집중되는 경우에, 왼쪽 및 오른쪽 이웃하는 광선으로부터의 감지 신호는 터치 위치 계산을 정교한 튜닝에 사용된다. 구체적으로, 이웃하는 광선(168 및 169)의 필터링된 신호는 광선(167)으로부터의 오프셋을 결정하는데 사용된다.

두 세트의 축을 따른 광선을 생성하는 삼방향 렌즈를 가진 광학 요소의 실시예에서, 유사한 계산이 대각선 감지 광선에 수행되어서, 제2 축 시스템에 대한 위치를 결정한다. 본원에서 기술되는 바와 같이, 일반적으로, 터치 물체는 수직 신호(orthogonal signal)의 것보다 대각선 신호의 더 큰 부분을 막는다.

시프트-정렬된 이미터-리시버 배열을 참조하여 본원에서 기술되는 공간적 및 시간적 필터는 정렬된 이미터-리시버 배열에도 적용된다.

터치 스크린 구성의 보정

도 153을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린에 대한 터치 감지와 보정의 방법의 간략화된 흐름도이다. 일반적으로, 각각의 이미터/리시버 쌍 신호는, 기계적 허용오차 및 구성 허용오차 때문에, 다른 쌍의 신호와 현저히 다르다. 개개의 이미터 및 리시버의 보정이 수행되어서, 모든 신호 레벨이, 허용 가능한 신호-대-노이즈 비율을 가지는 기설정된 범위 내에 있도록 보장한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 보정은 개별적으로 (i) 펄스 구간 및 (ii) 펄스 강도, 즉, 이미터 전류를 설정함에 의해 수행된다. 전력 소비의 이유 때문에, 높은 전류 및 짧은 펄스 구간이 바람직하다. 신호가 기설정된 범위 아래일 때, 펄스 구간 및/또는 펄스 강도는 증가된다. 신호가 기설정된 범위 위 일 때, 펄스 구간 및/또는 펄스 강도는 감소된다.

도 153에 도시된 바와 같이, 보정(동작 (1051))은 부트업(동작(1050))에서 수행되고, 신호가 기설정된 범위(동작(1055)) 바깥에서 감지될 때, 수행된다. 터치가 감지되지 않을 때(동작(1053))와 동일한 축상의 모든 신호가 안정할 때(동작(1054)), 즉, 신호 차이가 시가 구간에 걸쳐 노이즈 레벨 내에 있을 때에만 보정이 수행된다.

각각의 이미터/리시버 쌍에 대한 기준 신호값은 터치를 인식하기 위한 비교의 기준으로 사용되고, 이웃에 걸쳐 터치 좌표의 가중화된 평균을 계산하는데 사용된다. 이미터/리시버 쌍에 대한 기준 신호값은 정상 신호 레벨이다. 기준 신호값은 부트업에서 수집되고, 주변광의 변화 또는 기계적 변화와 같은 변화가 감지될 때, 업데이트 된다. 일반적으로, 도 153에 도시된 바와 같이, 신호가 안정화될 때(동작(1054)), 즉, 신호 변형이 시간에 걸쳐 샘플의 수(N)에 대한 기대 범위 내일 때, 기준 신호값은 업데이트된다(동작(1056)).

스크린의 터치 영역 내의 터치는 스크린 표면을 약간 구부릴 수 있는데, 이는 터치 영역의 포토 다이오드에서 감지된 신호에 영향을 주는 반사를 야기한다. 이러한 구부러지는 것은 터치 물체가 스타일러스와 같이 미세하거나, 뽀족할 때, 더욱 두드러진다. 터치가 감지될 때(동작(1053)), 이러한 구부러지는 것을 설명하기 위하여, 터치 영역 바깥의 모든 안정한 신호(동작(1058))는 기준 업데이트(동작(1059))을 겪는다. 터치가 존재하지 않고, 모든 신호가 안정하나(동작(1054)), 축을 따른 신호가 예상된 노이즈 레벨 이상으로 기준값과 차이가 날 때(동작(1055)), 이미터는 보정된다(동작(1051)). 기준값의 재보정 및 어데이트는, 스크린 프레임의 구부러짐 또는 비틀어짐에 의한 기계적 응력에 의한 신호값과 같은 일시적인 신호값의 영향을 막기 위하여, 안정한 신호를 요한다.

노이즈에 의한 에러를 추가로 막기 위하여, 이미터/리시버 쌍의 결과가 예상된 노이즈 레벨 이상으로 이전의 결과와 상이할 경우, 새로운 측정이 수행되고, 두 결과가 이전의 결과외 비교되어 최적의 매칭을 얻는다. 최종값이 예상된 노이즈 레벨 내에 있는 경우, 카운터가 증가된다. 아니면, 카운터가 클리어된다(cleared.). 업데이트 기준값일 때와 재보정일 때, 카운터는 신호가 안정한지 또는 불안정한지 결정하는데 이후에 사용된다.

각각의 완전한 스캔 이후에, 신호는 그 신호들의 각각의 기준값으로 정규화된다. 정규화된 신호가 터치 문턱값 아래가 아니라면, 기준값의 재보정 또는 업데이트가 필요한지 확인한다. 정규화된 신호가 터치 문턱값 아래라면, 터치는 감지된다(동작(1053)).

갑작스러운 방해 때문의 허위 알람 터치 감지의 위험을 줄이기 위하여, 스크린에 첫 번째 손가락 터치와 같은, 접촉의 초기 포인트를 감지하기 위한 문턱값은 스크린을 터치하면서 스크린을 따라 손가락을 글라이딩하는 것과 같은 접촉의 포인트를 이동하는 것을 감지하기 위한 문턱값 보다 더 엄격하다. 즉, 스크린 표면을 따라 물체의 이동을 감지하는데 요구되는 차이와 관련하여, 초기 터치를 감지하기 위애서는 더 큰 신호 차이가 요구된다. 더구나, 초기 접촉은 터치가 유효하고, 터치의 위치가 대략 동일한 포지션인지를 재스캔(rescan)이 확인할 때까지 펜딩(pending)으로 프로세스 된다.

터치 물체의 사이즈를 결정하기 위하여(동작(1057)), 막힌 신호 및 그 진폭의 범위가 측정된다. 큰 물체에 대하여, 터치가 정착될 때까지, 스크린과의 초기의 접촉 포인트를 감지하는데 기다림이 있는데, 이는 큰 물체의 터치는 물체가 스크린에 실제로 터치되기 이전에 스크린의 근처일 때 대체로 감지되기 때문이다. 추가적으로, 큰 물체가 스크린에 터치 영역에 대하여 수직이 아닌 방향으로 접근할 때, 이후의 위치는 제1 접촉 위치로부터 약간 움직인다.

그러나, 펜 또는 스타일러스와 같은 작은 접촉 면적을 가진 물체는 의도된 스크린 위치에 직접 위치되는 것이 일반적이다. 이와 같이, 본 발명의 일부 실시예에서, 미세한 물체의 초기 접촉을 감지하기 위한 기다림은 전체적으로 짧아지거나 생략된다.

터치 스크린을 가진 장치가 파우치 또는 주머니에 저장될 때, 일정한 터치의 감지를 막기 위하여, 터치를 생성하는 물체의 사이즈를 제한하는 것이 바람직하다는 것이 발견되었다.

동작(1053)에서, 유효 터치를 나타내는 신호와 기계적 효과로부터 발생하는 신호를 구별하는 것도 필요하다. 이에 관하여, 도 154를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 터치에 의해 생성된 신호와 기계적 효과에 의해 생성된 신호의 차리를 나타내는 도면이다. 도 154에서의 4개의 그래프의 각각은 하나의 스크린 축을 따라 스캔하는 동안 감지 광선 1-10 을 나타낸다. 도 154에 도시된 바와 같이, 신호 그래디언트는 유효 터치와 기계적 효과를 구별한다.

도 155를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린을 보정할 때, 펄스 강도를 세팅하기 위한 제어 회로의 간략화된 도면이다. 도 156을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린을 보정하기 위하여, 최소 전류부터 최대 전류까지의 범위에 이르는 펄스 강도에 대한 보정 펄스의 플롯이다. 도 156은 6개의 서로 다른 펄스 구간(PULSETIME1-PULSETIME6)에 대한 플롯 및 각각의 플롯에 대한 16개의 펄스 강도 레벨(1-16)을 나타낸다.

도 155의 제어 회로는, 각각의 가변 저항(R1, R2, R3 및 R4)를 가진 4개의 트랜지스터를 포함한다. 저항의 값은 신호 레벨을 제어하고, 그들의 값의 비율은 도 155에 도시된 펄스 곡선의 그래디언트를 제어한다.

도 157을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린을 보정하기 위한, 간략화된 펄스도 및 해당 출력 신호 그래프이다. 간략화된 펄스도는 도 157의 왼쪽에 있고, 터치 스크린을 보정할 대, 제어 회로에 의해 관리되는 다양한 펄스 구간(t₀, ..., t_N)을 나타낸다. 도 157에 도시된 바와 같이, 복수의 그래디언트는 펄스의 구간을 제어하는데 사용되고, 복수의 그래디언트는 펄스 전류를 제어하는데 사용된다. 해당 출력 신호 그래프는 도 157의 오른쪽에 있다.

도 157에 도시된 바와 같이, 다양한 펄스 구간이 다양한 상승 시간 및 다양한 진폭을 야기한다. 아날로그-투-디지털(A/D) 샘플러가 그 샘플 및 홀드 회로(hold circuit)에 가까울 때, 신호 피크는 그 시간에 가까이 발생한다. 최대 출력 신호를 얻기 위하여, 이미터 펄스 구간은 A/D 샘플링 윈도우의 말단 또는 말단 근처에서 끝내기 위하여 제어된다. A/D 샘플링 타임이 고정되기 때문에, A/D 샘플링의 시작과 펄스 활성화 시간 사이의 타이밍(t_d)이 매우 중요한 요소이다.

터치 스크린 구성의 조립

본원에 기술되는 바와 같이, 광-기반의 터치 스크린에 대한 정밀한 정확성을 달성하기 위하여, 각각의 광 이미터 및 광 리시버에 초점을 맞추는 광 가이드를 정렬할 때, 최소의 허용 오차가 요구된다. 작은 정렬 불량은 광선을 교호함에 의하여 터치 감지의 정확성을 심각하게 저하시킬 수 있다. 리시버에 장착된 표면과 트랜스미터를 정확하게 위치시켜서, 이들이 각각 광 가이드와 적절히 정렬되도록 하는 것이 어렵다.

이러한 어려움 때문에, 본 발명의 실시예에서, 도 105-108을 참조하여 본원에서 기술되는 바와 같이, 광 가이드와 트랜스미터 또는 리시버는 하나의 모듈 또는 광학 요소로 결합된다.

일부 예에서, 가령, 표준 이미터 및 리시버 구성을 사용하기 위하여, 이미터 또는 리시버를 광학 요소에 결합하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 예에서, 구성의 정확성은 중요하다.

본 발명의 일부 실시예에서, 깃털 패턴을 포함하는 광학 렌즈는 스크린 위의 맞는 프레임의 일부이다. 도 37은 이러한 프레임(455)의 횡단면도이고, 이는 LED(200)와 분리된다.

도 158을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 어떻게 모세관 효과가 이미터 또는 리시버와 같은 구성을 기판, 특히 인쇄 회로 기판 또는 광학 구성상에 위치시키는 것의 정확성을 증가시키는데 사용되는지를 나타내는 도면이다. 도 158에 도시된 것은, 광학 구성 또는 임시 가이드(513)와 정렬되어야 하는 이미터 또는 리시버(398)이다. 광학 구성 또는 임시 가이드(513)는 가이드 핀(764)에 의하여 인쇄 회로 기판(763)에 고정된다. 솔더 패드(765)는 구성 솔더 패드(766)로부터 오프셋으로 위치된다. 인쇄 회로 기판(763)은 솔더링을 위하여 가열 오븐으로 들어간다.

도 159를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 가열 오븐을 통하여 통과된 후의, 도 158의 인쇄 회로 기판(763)을 나타내는 도면이다. 도 159에 도시된 바와 같이, 구성(398)은 솔더(solder)의 모세관 효과에 의해 빨아 들여졌고, 노치(768) 및 캐비티(769)에 의하여, 광학 구성 또는 임시 가이드(513)내로 안내된다. 임시 가이드가 사용될 때, 이후의 솔더링을 위해 재사용될 수 있다.

도 158 및 159를 참조하여 기술된 프로세스는 전자 장치의 대량 생산에서 사용하기에 적합하다.

광-기반의 터치 스크린을 위한 ASIC 컨트롤러

본 발명의 태양은 일련의 이미터와 디텍터에 스캐닝 프로그램을 실행하는 신규의 광-기반의 터치 스크린 ASIC 컨트롤러를 위한 프로그램 가능한 상태 머신의 디자인 및 사용에 관한 것이다. 스캐닝 프로그램은 스캐닝 시퀀스, 현재 레벨 및 펄스 너비를 결정한다. 컨트롤러는 LED 전류 제어를 위한 집적화된 LED 드라이버, 포토 디텍터 전류 측정을 위한 집적화된 리시버 드라이버 및 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)와 같은 표준 버스 인터페이스를 사용하여 컨트롤러와 호스트 프로세서간에 통신할 수 있게 하는 집적화된 A/D 변환기를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 프로그램은 컨트롤러, 가령, SPI 상에 로드된다. 그 후에, 스캐닝 실행은, 전반적인 시스템 전력 소모를 최적화하면서, 호스트 프로세서로부터 독립적으로 실행된다. 스캔 데이터가 준비될 때, 컨트롤러는 INT 핀을 통하여 호스트 프로세서로 인터럽트를 발행한다.

도 160을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린(800) 및 이를 위한 ASIC 컨트롤러의 간략화된 도면이다.

도 161을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 광-기반의 터치 스크린의 컨트롤러를 위한 칩 패키지(731)의 회로도이다.

도 161에 도시된 바와 같이, 칩 패키지(731)는 칩 패키지의 외부에 있는 복수의 포토이미터(200)를 선택적으로 활성화하기 위한 이미터 구동 회로(740) 및 포토이미터(200)를 이미터 구동 회로(740)에 연결하기 위한 신호 전도성 핀(732)을 포함한다. 이미터 드라이버 회로(740)는 출원인의 계류중인 출원, 즉, "LIGHT-BASED TOUCH SCREEN"이라는 명칭으로 2009년 2월 15일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제12/371,609호에 기술되고, 이의 내용은 참조로서 본원에 포함된다. 특히, 2009년 7월 30일에 공개 번호 2009/0189878 A1로 공개된 이 출원의 단락 [0073], 단락 [0087]-[0091] 및 도 11을 참조한다.

이미터 드라이버 회로(740)는 프로그램 가능한 전류원을 통하여 개개의 포토이미터 펄스 구간 및 각각의 이미터-디텍터 쌍에 대한 펄스 전류를 형성하기 위한 회로(742)를 포함한다. 회로(742)는 출원인의 계류중인 출원, 즉, "LIGHT-BASED TOUCH SCREEN WITH SHIFT-ALIGNED EMITTER ND RECEIVER LENSES"이라는 명칭으로 2011년 3월 21일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제13/052,511호에 기술되고, 이의 내용은 참조로서 본원에 포함된다. 특히, 2011년 7월 7일에 공개 번호 2011/0163998로 공개된 이 출원의 단락 [0343]-[0358] 및 도 101을 참조한다.

칩 패키지(731)는 칩 패키지의 외부에 있는 복수의 디텍터(300)를 선택적으로 활성화하기 위한 디텍터 구동 회로(750) 및 포토디텍터(300)를 디텍터 구동 회로(750)에 연결하기 위한 신호 전도성 핀(733)을 포함한다. 디텍터 드라이버 회로(750)는 연속적인 피드백 밴드 패스 필터를 수행함에 의하여 포토 디텍터(300)로부터 수신된 필터링 전류를 위한 회로(755) 및 밴드 패스 필터링된 전류를 디지털화하기 위한 회로(756)를 포함한다. 회로(755)는, 특히 상기 참조된 미국 공개번호 제2009/0189878 A1호의 단락 [0076], 단락[107]-[0163] 및 도 14-23B에 기술된다. 또한, 칩 패키지(731)는 포토 디텍터(300)상에 감지된 측정된 광의 양을 나타내는 감지 신호를 생성하기 위한 디텍터 신호 프로세싱 회로(753)을 포함한다.

또한, 칩 패키지(731)는 호스트 프로세서(772)와 통신하기 위한 I/O 핀(736)을 포함한다. 또한, 칩 패키지(731)는 이미터 드라이버 회로(740) 및 디텍터 드라이버 회로(750)를 제어하기 위한 컨트롤러 회로(759)를 포함한다. 컨트롤러 회로(759)는 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI)에 대한 버스 표준을 사용하여 호스트 프로세서(772)와 통신한다. 또한, 칩 패키지(731)는 광-기반의 터치 스크린을 위한 적어도 하나의 추가 컨트롤러(774)를 가진 컨트롤러 회로(759)의 작동을 조정하기 위한 칩 선택(CS) 핀(737)을 포함한다.

도 161에 도시된 컨트롤러는 상기 언급된 요소의 전부를 칩 패키지(731)내에 패키징하여서, (i) 52 이미터-리시버 쌍과 같은 전체 스캔 시퀀스의 자동 실행을 가능하게 하고, (ii) 호스트 프로세서(772)에 의한 이후의 분석을 위하여 컨트롤러 회로(759)내에 위치된 레지스터 어레이 내의 감지 신호를 저장한다. 이 레지스터 어레이는 적어도 52개의 저장소, 12-비트 리시버 결과를 제공한다. 컨트롤러 회로(759)내의 추가적인 레지스터는 각각의 펄스 구간 및 각각의 이미터-리시버 쌍에 대한 펄스 전류를 구성하기 위해 제공된다. 52 개의 고유 이미터-리시버 쌍을 지원하기 위하여, 적어도 104개의 레지스터가 제공된다. 다시 말해, 각각의 펄스 구간을 구성하기 위한 52개의 레지스터 및 각각의 펄스 전류를 구성하기 위한 52개의 레지스터이다.

도 162를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 칩 패키지(731)의 핀(732)에 연결을 위하여, 각각의 로우에 4개 또는 5개의 포토 이미터를 가진 6 개의 로우의 포토 이미터에 대한 회로도이다. 11 개의 라인(LED_ROW1, ..., LED_ROW6 및 LED_COL1, ..., LED_COL5)은 도 150에 도시된 바와 같이, 포토 이미터가 물리적으로 터치 스크린의 두 모서리 주위에 배열되더라도, 26개의 포토 이미터에 대한 2차원 어드레싱을 제공한다. 표 4는 포토 이미터 LED에서 LED_ROW 및 LED_COL 핀으로 맵핑하는 LED 멀티플렉스를 나타낸다. 좀 더 일반적으로, LED 매트릭스 컨트롤러 상의 m + n I/O 핀에 의해 지원된 LED의 m × n 어레이를 포함할 수 있다.

이와 같이, LED는 로우 및 칼럼 I/O 핀의 선택에 의하여 평가된다. 컨트롤러는 로우 및 칼럼을 선택하기 위한 푸쉬-풀 드라이버를 포함한다. LED의 로우 및 칼럼 좌표가 LED 및 푸쉬-풀 드라이버의 물리적 위치와 무관하다는 것은 당업자가 인식할 것이다. 특히, LED는 직사각형 매트릭스 내에 물리적으로 위치될 필요가 없다.

본 발명의 컨트롤러의 대안적인 실시예에서, 전류원 드라이버가 푸쉬-풀 드라이버 대신에 사용된다. 본 발명의 컨트롤러의 또 다른 실시예에서, 푸쉬-풀 드라이버의 일부는 전류원 드라이버와 결합되고, 푸쉬-풀 드라이버의 나머지는 전류 싱크 드라이버와 결합된다.

표 4: LED_ROW 및 LED_COL 핀으로 LED 멀티플렉스맵핑
LED	인에이블된 LED_ROW 핀	인에이블된 LED_COL 핀
1	1	1
2	2	1
3	3	1
4	4	1
5	5	1
6	6	1
7	1	2
8	2	2
9	3	2
10	4	2
11	5	2
12	6	2
13	1	3
14	2	3
15	3	3
16	4	3
17	5	3
18	6	3
19	1	4
20	2	4
21	3	4
22	4	4
23	5	4
24	6	4
25	1	5
26	2	5

광-기반의 터치 스크린의 이미터 및 리시버에 대한 전용 컨트롤러를 가지는 이점은 전력 절감 및 성능이다. 종래의 시스템에서, 텍사스 델라스의 Texas Instruments에 의해 제조된 MSP430과 같은 종래의 칩은 이미터와 리시버를 제어한다. 전력 절감에 관하여, 종래의 칩은 전력 소비 칩 요소의 전부로의 접근을 제공하지 않는다. 게다가, 종래의 칩으로, 이미터와 동기식으로 외부 요소를 파워온 및 파워오프를 할 수 없다. 예를 들어, 종래의 칩으로, 리시버에 연결된 증폭 유닛 및 리시버 광 감지 전류를 디지털화하기 위한 아날로그-투-디지털 변환기(ADC)는 이미터의 활×성화와 동기식으로 턴온 및 턴오프될 수 없다. 종래의 시스템에서, 이들 요소는 전체 스캔 시퀀스 전반에 걸쳐 파워온상태로 유지된다. 이와 구별되게, 본 발명의 전용 컨트롤러는 이미터 활성화와 동기식으로, 마이크로세컨드의 레졸루션에서 이들 요소의 파워온 및 파워오프할 수 있다. 이러한 컨트롤러 블록의 선택적인 활성화는 터치 시스템의 전체 전력 소모를 상당히 줄인다. 사실, 증폭기, ADC 및 다른 컨틀롤러 블록에 대한 전력 소모는, 총 전력 소모가 포토이미터 활성화 전력과 비교할 때, 무시할만한 정도로 줄어든다. 이와 같이, 시스템 전력 소모는 포토이미터를 활성화시키기 위한 전력 소모와 거의 동일하다.

본 발명의 전용 컨트롤러가 일련의 이미터-리시버 쌍을 스캔할 때, LED 드라이버는 LED 전류 제어 레지스터 및 LED 펄스 길이 제어 레지스터 내의 설정에 따라 LED로의 전류의 양을 공급한다. 표 5는 2.7V의 전력원으로 100Hz에서 50개의 이미터-리시버 쌍에 대한, 전용 컨트롤러의 전력 소비를 나타낸다. 펄스 구간 및 펄스 전류는 컨피규레이션 레지스터를 사용하여 회로(742)를 통해 설정된다. 전류 소비는 100Hz × 50 활성화 쌍 × 펄스 구간(㎲) × 펄스 전류(A) = 배터리로부터의 전류 소비(㎂)로 계산된다.

전력 소모는 전류 소비(㎂) * 전압(V) = 전력(mW)로 계산된다.

표 5: 2.7V 전력원으로, 100Hz에서, 50개의 이미터-리시버 쌍에 대한 포토이미터 전력 소비
펄스 구간(㎲)	펄스 전류(A)	전류 소비(㎂)	전력(mW)
0.125	0.05	31.25	0.084375
0.25	0.05	62.5	0.16875
0.5	0.05	125	0.3375
1	0.05	250	0.675
2	0.05	500	1.35
4	0.05	1000	2.7
0.125	0.1	62.5	0.1685
0.25	0.1	125	0.3375
0.5	0.1	250	0.675
1	0.1	500	1.35
2	0.1	1000	2.7
4	0.1	2000	5.4
0.125	0.2	125	0.3375
0.25	0.2	250	0.675
0.5	0.2	500	1.35
1	0.2	1000	2.7
2	0.2	2000	5.4
4	0.2	4000	10.8
0.125	0.4	250	0.675
0.25	0.4	500	1.35
0.5	0.4	1000	2.7
1	0.4	2000	5.4
2	0.4	4000	10.8
4	0.4	8000	21.6

성능에 관하여, 스크린 주위의 모든 이미터-리시버 쌍의 스캔을 완성하는데 요구되는, 특히, 빠른 스타일러스 추적에 대한 시간이 중요하다. 도 163을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 이미터(200)와 리시버(300)에 의해 둘러싸인 터치 스크린의 간략화된 도면이다. 이미터(200)는 스캔 시퀀스로 스캔된다. 예를 들어, 이미터(200)는 도 163에 도시된 넘버링된 순서 1-16으로 스캔될 수 있다. 터치 포인트(900)는 미세한-포인트 스타일러스를 사용하여 빠른 스크롤로 그의 사인을 쓰는 사람에 의해 만들어진 터치에 해당한다. 세 개의 위치가 터치 포인트(900)에 대해 표시된다. 시간 t1에서, 이미터(1)가 활성화될 때, 스타일러스는 위치 a에 위치된다. 시간 t2에서, 이미터(16)가 활성화될 때, 스타일러스는, 사용자가 그의 이름을 사인하면서 빠른 이동 때문에, 위치 b에 위치된다. 그러나, 시간 t2에서 스크린상의 전용 위치는 위치 b와 다른 위치 c이다. 시간 t2에서, 이미터(16)가 활성화될 때, 스타일러스는 t1에서 그의 위치로부터 이동된다. x-좌표 감지와 y-좌표 감지 간의 이러한 타임 래그는 스크린 상의 스타일러스의 터치 포인트를 감지하는데 에러가 발생한다. 이들 에러는 빠른 스타일러스 쓰기에서 가장 두드러진다. 이와 같이, 가능한 빠르게, 전체 스캔 시퀀스를 완성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전용 컨트롤러는 종래의 칩보다 더 빠르게 스캔 시퀀스를 완성한다. 본 발명의 전용 컨트롤러는 전체 스캔 시퀀스를 자동으로 실행하기 위한 필요한 파라미터를 저장하는 레지스터 어레이를 포함한다. 또한, 전용 컨트롤러는 스캔 시퀀스를 위한 필터링된 디지털 결과를 저장하기 위한 레지스터 어레이를 포함한다. 이와 구별되게, 종래의 칩을 가지고, 모든 레지스터가 가능하지 않고, 레지스터 내의 컨피규레이션(configuration) 데이터가 자동으로 파싱(parse) 되지 않는다. 따라서, 종래의 칩을 사용하여 스캔 시퀀스를 하는 동안에, 일부 사이클은 추가 이미터 활성화를 구성하기 위하여, 및 리딩 결과(reading result)를 위해 요구된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이미터와 리시버의 수가 하나의 전용 컨트롤러에 의해 지원될 수 있는 것보다 큰 컨피규레이션에 대하여, 복수의 컨트롤러가 사용된다. 복수의 컨트롤러는 스캔을 실행하기 전에 각각 구성되어서, 스캔이 빠르게 연달아 각각의 컨트롤러에 의해 실행된다. 이 실시예에 대하여, 모든 컨트롤러에서 레지스터를 구성한 후에, 호스트는 도 161에 도시된 칩-선택(CS) 핀을 사용하여 제1 컨트롤러 칩을 선택하고, 그 칩을 활성화시킨다. 그 칩상의 스캔 시퀀스가 완성될 때, 칩은 호스트에 인터럽트를 전송한다. 그리고 나서, 호스트는 그 CS 핀을 사용하여 제2 컨트롤러 칩을 선택하고, 제2 칩의 스캔 시퀀스를 실행한다. 컨트롤러 칩의 전부가 그 각각의 스캔을 완성한 이후에, 호스트는 각각의 칩으로부터의 결과를 판독하고, 터치 위치를 계산한다.

이와 관련하여, 도 164를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 장치 1 및 장치 2에 표시된 두 개의 컨트롤러로 구성된 터치 스크린을 나타내는 간략화된 어플리케이션도이다. 도 164에 도시된 것은 LED 및 시프트-정렬된 PD로 둘러싸인 터치 스크린(800)이다. 26개의 LED들(LED₁-LED₂₆)은 장치 1로부터의 LED 핀에 제1 스크린 모서리를 따라 연결되고, 이 모서리를 따른 추가적인 LED들(LED₁-LED_CR)은 장치 2로부터의 LED 핀에 연결된다. 반대편 모서리를 따라, PD는 LED에 시프트-정렬된다. 장치 1 LED로부터의 광을 감지하는 PD는 장치 1 PD 핀에 연결되고, 장치 2 LED로부터의 광을 감지하는 PD는 장치 2 PD 핀에 연결된다. 각각의 LED를 두 개의 PD에 연결하는 점선은 각각의 LED로부터의 광이 어떻게 두 개의 PD에 의해 감지되는지 보여준다. 각각의 PD는 두 개의 LED로부터의 광을 감지한다.

도 164에 도시된 바와 같이, 장치 1의 PD₂₇은 장치 1의 LED₂₆로부터의 광을 감지하고, 장치 2의 LED₁로부터의 광을 감지한다. 이와 같이, PD₂₇은 장치 1의 PD₂₇ 핀에 연결되고, 장치 2의 PD₁에도 연결된다. 장치 1의 LED₂₆으로부터의 광을 감지할 때, PD₂₇은 장치 1의 PD₂₇ 핀에 걸쳐 샘플링되고, 그 결과는 장치 1에 저장된다. 장치 2의 LED₁ _로부터의 광을 감지할 때, PD₂₇은 장치 2의 PD₁ 핀에 걸쳐 샘플링되고, 그 결과는 장치 2에 저장된다. 이와 같이, 각각의 컨트롤러는 LED 활성화와 각각의 PD 활성활를 코디네이트한다. 호스트 프로세서는 두 장치로부터의 PD 결과를 보간함에 의하여, 장치 1-장치 2를 따라 터치 위치를 계산한다.

도 165를 참조하면, 이는 종래의 칩을 사용하는 스캔 시퀀스의 성능 대 본 발명의 전용 컨트롤러를 사용하는 스캔의 성능을 나타내는 그래프이다. 각각의 완성된 스크린 스캔의 구간은 전용 컨트롤러보다 종래의 칩이 더 길다. 전용 컨트롤러는 추가의 전력 절감을 제공하면서, 스캔 시퀀스들 간에 파워 다운될 수 있고, 특히, 스캔 시퀀스들 간의 타임 연장이 종래의 칩을 사용하는 것보다 전용 컨트롤러의 사용이 더 길이 때문이다. 복수의 스캔의 터치 포인트를 연결하기 위하여, 호스트 프로세서는 스플라인 보간법(spline interpolation) 또는 이러한 다른 예측 코딩 알고리즘(predictive coding algorithm)을 사용하여, 사용자의 펜 스트로크와 매칭되는 부드러운 라인을 생성할 수 있다. 중요한 것은, 본 발명의 전용 컨트롤러를 사용할 때, 각각의 터치 포인트가 매우 정확하다는 것이다.

게다가, 본 발명의 전용 컨트롤러를 사용하는 호스트는 종래의 칩을 사용할 때의 가능한 한계를 넘어 스캔 주파수를 증가시킬 수 있다는 것이 도 165로부터 명백하다. 예를 들어, 호스트는 본 발명의 컨트롤러를 사용하여, 100Hz에서 50개의 이미터 리시버 쌍을 스캔할 수 있다. 이와 구별되게, 종래의 칩을 사용하는 터치 스크린은 일반적으로 100Hz 또는 그 이하의 주파수에서 동작한다. 1000Hz에 해당하는 높은 샘플링 레이트(rate)는 시간에 걸쳐 정확한 터치 위치 계산을 가능하게 한다. 결국, 이는 스타일러스가 정적일 때, 상기 기술된 지터 효과를 실질적으로 제거하는 터치 좌표의 시간적 필터링을 가능하게 하면서, 스타일러스 위치와 스크린을 따라 스타일러스의 경로를 나타내는 라인 간의 상기 기술된 래그 타임을 실질적으로 감소시킨다.

이러한 1000Hz에서 대략 50개의 이미터-리시버 쌍에 대한 높은 샘플링 레이트는, 만일 개개의 LED가 활성화 이전에 컨피규레이션을 요한다면 달성될 수 없다. 본 발명의 전용 컨트롤러는 전체 스캔 시퀀스를 자동으로 활성화하기 위한 레지스터 및 회로를 제공함에 의하여 이러한 높은 샘플링 레이트를 달성한다.

짧은 시간에 복수의 스캔 시퀀스를 완성하는 추가적인 이점은 터치 신호의 명확성(disambiguation)이다. 애매모호한 신호의 문제는 도 8 및 9를 참조하여 상기에 기술된다. 상기 설명된 바와 같이, 포토 디텍터의 동일한 감지 패턴은, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 스크린 대각선을 따라 두 개의 동시 발생하는 터치를 위해 수신된다. 스크린 상에 두 개의 손가락을 위치시킬 때, 제1 터치와 제2 터치 간에 내재하는 지연이 있다. 매우 짧은 시간에 복수의 스캔 시퀀스를 완성하는 것에 의해 시스템은 명확한 제1 터치를 결정한다. 그리고 나서, 제2 터치가 감지될 때, 제1 터치가 유지된다고 가정하여, 제2 터치 위치가 용이하게 해결된다. 예를 들어, 하나의 터치가 왼쪽 상단 코너에 있고, 터치 감지 패턴이 도 8 및 9에 도시된 것이라면, 제2 터치 위치는 스크린의 오른쪽 하단에 있을 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 전용 컨트롤러는 전력-효율적이고, 매우 정확하며, 높은 샘플링 레이트를 가능하게 한다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 호스트는 100Hz 또는 그 이하에 해당하는 적은 전력을 위한 컨트롤러 또는, 500Hz-1000Hz와 같은 높은 주파수 스캐닝을 위한 컨트롤러를 설정한다.

어떤 컨피규레이션이 적절한지의 결정은 특히, 터치 포인터에 의해 커버되는 터치 스크린의 영역에 기초하는데, 스타일러스 터치와 같은 비교적 작은 영역을 커버하는 터치보다 손가락 터치와 같은 비교적 넓은 영역을 커버하는 터치에 대해 지터와 래그가 덜 현저하기 때문이다. 광-기반의 터치 스크린 신호의 그림자진 영역의 사이즈에 의해 결정되는 바와 같이, 포인터에 의해 커버되는 영역에 기초하여, 호스트는 손가락 또는 스타일러스가 사용되는지를 결정하고, 전력과 정확성간의 트레이드-오프(trade-off)에 기초한 적절한 스캔 레이트를 설정한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전용 컨트롤러는 선택적으로 활성화되는 LEDfmf 위한 스캔 범위 레지스터 및 전류 제어기 및 전류의 양 및 구간(각각의 활성화)을 명시하기 위한 펄스 구간 레지스터를 포함한다. 스캔 범위 레지스터는 각각의 스크린 모서리를 따라 활성화될 제1 LED 및 제1 PD를 지정하는데, 이는 각 모서리를 따라 활성화될 LED의 수와 활성화된 LED들 간의 단계 요인(step factor)이다. 0의 단계 요인은 각각의 단계에서 다음 LED가 활성화된다는 것을 나타내고, 1의 단계 요인은 하나 걸러 LED가 활성화된다는 것을 나타낸다. 따라서, 홀수의 LED만 또는 짝수의 LED만을 활성화 시키기 위하여, 1의 단계 요인이 사용된다. 2 또는 그 이상의 단계 요인은 각각 2 또는 그 이상의 LED의 단계를 위해 사용될 수 있다. 추가적인 레지스터는 각각의 LED와 활성화되는 PD의 수를 설정한다. 0의 값은 각각의 LED가 해당하는 하나의 PD로 활성화되고, 1의 값은 각각의 LED는 두 개의 PD로 활성화된다. 각각의 LED로 활성화되는 PD의 수는 터치 스크린 주위에 가능한 많은 PD일 수 있다. 전력을 절감하기 위하여, 초기 터치 위치를 감지하기 위하여 낮은 레졸루션 스캔 모드를 가지는 것이 바람직하다. 호스트는, 가령, 터치가 감지되지 않을 때, 이 모드에서 실행될 수 있다. 터치가 감지될 때, 호스트는, 도 135를 참조하여 상기 기술되는 바와 같이, 정확한 터치 위치를 계산하기 위하여, 높은 레졸루션 스캔 모드로 스위치된다. 컨트롤러 스캔 시퀀스 레지스터와 관련하여, 모든 이미터는 하나의 리시버로 활성화된다(즉, 단계 = 0). 도 135(d)의 스캔 시퀀스는, 각각의 스크린 모서리에 대한 시퀀스의 사용된 초기 PD에 있어서, 도 135(e)의 스캔 시퀀스와 상이하다. 구체적으로, 제1 PD(즉, PD0)는 도 135(d)에서 사용되고, 제2 PD(즉, PD1)는 도 135(e)에서 사용된다. 각 스크린 모서리를 따라 사용될 초기 PD는 레지스터에 의해 설정된다.

각각의 LED가 하나 이상의 PD로 활성화될 때, LED는 각각의 PD에 대해 별개로 활성화된다. 이러한 각각의 별개의 활성화는 각각의 전류 제어기 및 펄스 구간 레지스터를 가진다.

본 발명의 컨트롤러는 먹스(mux)를 자동으로 제어하여 원하는 LED로 전류를 안내한다. LED 먹스 제어기는 스캔 제어 레지스터에 의해 설정된다. 드라이버가 LED를 펄스를 줄 때, 컨트롤러는 정확한 PD 리시버를 자동으로 동기화한다. 12-비트 ADC 리시버 정보는 PD 데이터 레지스터에 저장된다. 스캐닝이 완성되면, 컨트롤러는 호스트 프로세서로 인터럽트를 방출하고, 자동으로 스탠바이 모드에 들어간다. 그리고 나서, 호스트는 SPI 인터페이스에 걸쳐 전체 스캔 시퀀스에 대한 리시버 데이터를 판독한다.

일부 터치 스크린 컨피규레이션에서, 이미터는 리시버와 시프트-정렬되고, 이미터는 하나 이상의 리시버에 의해 감지되며, 각각의 감지하는 리시버에 대하여 한 번 이상 활성화된다. 예를 들어, 이미터는 빠르게 연속으로 3번 활성화될 수 있고, 각각의 활성화로, 서로 다른 리시버가 활성화된다. 게다가, 리시버는 이미터 활성화들 사이의 인터벌 동안에 추가적으로 활성화되어, 주변광 강도를 결정한다.

다른 터치 스크린 컨피규레이션에서, 이미터와 리시버는 정렬되나, 각각의 이미터는 하나 이상의 리시버에 의해 감지되고, 각각의 이미터는 각각의 감지하는 리시버에 대해 별개로 활성화된다. 이미터-리시버 활성화 패턴은 출원인의 계류중인 출원, 즉, SCANNING OF A TOUCH SCREEN이라는 명칭으로 2010년 1월 5일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제12/667,692호에 기술되고, 이의 내용은 참조로서 본원에 포함된다. 특히, 2011년 2월 24일에 미국 공개 번호 2011/0043485에 공개된 이 출원의 단락 [0029], [0030], [0033] 및 [0034]를 참조한다.

도 166을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 이미터와 리시버의 시프트-정렬된 배열을 가진 터치 스크린(800)의 간략화된 도면이다. 도 166에 도시된 것은 스크린(800)의 남쪽 모서리를 따른 이미터(204-208), 스크린(800)의 북쪽 모서리를 따른 시프트-정렬된 리시버(306-311), 스크린(800)의 동쪽 모서리를 따른 이미터(209-211) 및 스크린(800)의 서쪽 모서리를 따른 시프트-정렬된 리시버(312-315)이다. 스크린(800)의 코너에서 터치를 감지하기 위하여, 각 모서리의 리시버는 반대편 모서리를 따른 이미터의 수보다 하나 이상의 리시버를 가진다는 점을 주목한다. 광선(174)은 이미터(204)의 활성화 및 리시버(306)에 의한 감지를 나타낸다. 표 6은 이미터-리시버 쌍과 관련된 활성화 시퀀스를 나열한다.

표 6: 이미터-리시버 쌍의 활성화 시퀀스
활성화 번호	이미터	리시버
1	204	306
2	204	307
3	205	307
4	205	308
5	206	308
6	206	309
7	207	309
8	207	31
9	208	310
10	208	311
11	209	312
12	209	313
13	210	313
14	210	314
15	211	314
16	211	315

활성화 번호 10, 208-311은 스크린(800)의 수평적 차원을 따른 마지막 활성화이다. 활성화 번호 11은 스크린(800)의 수직적 차원을 다른 첫 번째 활성화이다. 이러한 코너의 회전(turning)은 스크린 모서리를 따른 활성화 패턴을 바꾼다. 구체적으로, 스크린 모서리를 따른 활성화 패턴은 AA-AB-BB-BC-CC-CD ..., 의 형태이고, 여기서, 각 쌍의 첫 번째 문자는 이미터를 나타내고, 두 번재 문자는 리시버를 나타낸다. 따라서, AA-AB에서, 동일한 이미터는 두 개의 리시버로 활성화되고, AB-BB에서, 두 개의 이미터는 동일한 리시버로 활성화된다. 코너를 회전할 때,활성화 번호 11과 같이, 패턴은 리셋된다. 활성화 이미터(209)는 이전에 활성화된 리시버(311)에 의해 감지되지 않는데, 이는 이미터(209) 및 리시버(311)가 반대편 스크린 모서리를 따라 위치되지 않기 때문이다. 그 대신에, 이미터(209)는 리시버(312)에 의해 감지되어서, 수직 스크린 차원을 따라 새로운 AA-AB-BB-BC 활성화 패턴을 시작한다. 컨트롤러는 스캔 시퀀스 레지스터에 기초한 패턴 리셋을 조작하고, 이는 스크린 모서리를 따른 스캔이 완성될 때를 나타낸다.

도 167을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 이는 각각의 스크린 모서리를 따라 교호하는 이미터와 리시버를 가진 터치 스크린(800)의 간략화된 도면이다. 도 167에 도시된 바와 같이, 각각의 이미터는 두 개의 리시버 사이에 위치되어서, 어떤 숫자 n에 대해, n 개의 이미터와 n + 1 개의 리시버가 주어진 모서리를 따라 있다. 도 167은 10개의 이미터(204-213) 및 14개의 리시버(306-319)에 의해 둘러싸인 터치 스크린(800)을 나타낸다. 도 163을 참조하여 상기 기술되는 바와 같이, 각각의 이미터는 두 개의 리시버와 쌍을 이룬다. 도 167의 점선 화살표(174 및 175)는 이미터(204)의 두 활성화, 다시 말해, 리시버(316)에 의해 감지된 활성화 및 리시버(315)에 의해 감지된 또 다른 활성화를 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따르면, 활성화 시퀀스가 스크린 모서리를 따른 이미터의 시퀀스의 말단에 도달할 때, 활성화 패턴은 인접한 모서리를 따른 이미터를 활성화할 때 재시작된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 감지하는 리시버와 각각의 이미터의 배향의 각도는 이미터가 배열된 모서리의 수직으로부터 실질적으로 45°이다. 이러한 경우에, 인접한 모서리를 따른 리시버는 스크린 코너 근처의 이미터로부터의 광을 감지하도록 작동한다. 이와 같이, 활성화 패턴은 재시작되지 않으나, 그 대신 코너를 돌면서 활성화된 이미터의 시리즈로서 계속된다. 대안적으로 컨트롤러는, 각각의 스크린 차원을 따른 컨트롤러에 의해 활성화될 마지막 LED의 인덱스(index)를 저장하기 위한 레지스터의 사용에 의하여, 코너를 돌 때, 활성화 패턴을 재시작할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 단일의 상태 머신이고, ARM 코어와 같은 프로세서 코어를 포함하지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 컨트롤러의 가격은 낮다. 본 발명의 컨트롤러를 사용하는 광-기반의 터치 스크린은 비교할 만한 정전용량성 터치 스크린보다 가격이 낮은데, 이는 정전용량성 터치 스크린이 복수의 신호를 집적하고 터치 위치를 계산하기 위하여 프로세서 코어를 요하기 때문이다. 빠른 응답 시간을 달성하기 위하여, 정전용량성 터치 스크린은 터치 위치 계산을 호스트 프로세서로 오프로딩(offloading)하는 대신에, 전용 프로세서 코어를 사용하여 터치 위치를 계산한다. 결국, 이는 정전용량성 터치 스크린을 위한 재료의 비용을 증가시킨다. 이와 구별되게, 본 발명의 광-기반의 터치 스크린은 두 개의 이웃하는 리시버값을 사용하여 축을 따른 터치 위치를 계산하는데, 이는 호스트가 터치 위치를 계산할 수 있게 하여, 결과적으로 낮은 가격의 컨트로러의 사용을 가능하게 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 컨트롤러는 터치 스크린(800)을 제어하기 위해 작동할 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 칩 패키지(731)는 스캐닝 컨트롤러 회로(759)의 동작을 광-기반의 터치 스크린을 위한 적어도 하나의 추가적인 컨트롤러(774)와 코디네이트하기 위한 칩 선택(CS) 핀(737)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 상기 기술된 구성 5의 터치 스크린을 위한 활성화 시퀀스를 지원한다. 제1 실시예에서, 이미터는 도 54에 도시된 바와 같이, 두 개의 스크린 모서리를 따라 위치되고, 나머지 두 개의 스크린 모서리를 다라 각각의 리시버가 직접 반대편에 위치된다. 각각의 이미터는 두 개의 피치 너비의 광선을 각각의 리시버로 전송한다. 도 55를 참조하여 상기 기술된 요소(530)와 같은 광학 요소는 이웃하는 넓은 광선으로 이 넓은 광선을 인터리브하여 스크린을 커버하는 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 생성한다. 예를 들어, 각각의 광선을 포함하는 이 세트는 스크린을 커버한다. 도 60은 이미터들(201 및 202) 사이의 이미터(200)와 함께, 각각의 이미터(201 및 202)에 의해 생성된 광선(168 및169)으로 커버되는 인접한 영역을 나타낸다.

두 개의 활성화 시퀀스, 즉, 터치가 없을 때, 낮은-레졸루션 감지를 위한 활성화 시퀀스와 하나 이상의 감지된 터치를 트레이스하기 위한 높은 레졸루션 감지를 위한 활성화 시퀀스가 제공된다. 낮은-레졸루션 감지에서, 이미터-리시버 쌍이 하나의 스크린 모서리를 따라 매초 활성화된다. 직사각형 스크린에 대하여, 더 짧은 모서리가 사용된다. 부품의 사용을 균일하게 분포시키기 위하여, 이미터-리시버 쌍의 홀수 세트 및 짝수 세트가 교대로 활성화된다. 따라서, 낮은-레졸루션 감지에서, 각각의 이미터는 하나의 리시버로 활성화되도록 구성되고, 단계 요인은 1, 즉, 하나 걸러서 이미터가 활성화된다. 높은 레졸루션 감지 모드에서, 각각의 이미터는 하나의 리시버로 활성화되도록 구성되고, 단계 요인은 0, 즉, 모든 이미터가 활성화된다. 이 모드에서 스캔은 이미터-줄 지어진 스크린 모서리들 모두를 따라 이미터를 활성화시킨다.

대안적인 실시예에서, 이미터와 리시버는 도 70에 도시된 바와 같이, 스크린 모서리를 따라 교호된다. 각각의 이미터는 2-피치 넓은 광선을 각각의 리시버로 전송한다. 요소(530)와 같이 도 55를 참조하여 본원에서 기술되는 광학 요소는 이들 넓은 광선을 이웃하는 넓은 광선과 인터리브하여 스크린을 커버하는 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 생성한다. 예를 들어, 하나 걸러서 광선을 포함하는 세트는 스크린을 커버한다. 도 69는 이미터들 사이의 리시버(300)와 함께, 각각의 이미터(201 및 202)에 의해 생성된 광선(168 및 169)에 의해 커버된 인접한 영역을 나타낸다.

본 실시예에서, 3개의 활성화 시퀀스, 즉, 하나의 축에 대한 감지를 사용하여 낮은-레졸루션 감지를 위한 활성화 시퀀스, 두 개의 축에 대한 감지를 사용하여 높은 레졸루션 감지를 위한 활성화 시퀀스 및 네 개의 축에 대한 감지를 사용하여 높은 레졸루션 감지를 위한 활성화 시퀀스가 제공된다. 낮은-레졸루션 감지에서, 하나 걸러서 이미터-리시버 쌍이 하나의 스크린 모서리를 따라 활성화된다. 직사각형 스크린에 대하여, 더 짧은 모서리가 사용된다. 부품의 사용을 균일하게 분포시키기 위하여, 이미터-리시버 쌍의 홀수 세트 및 짝수 세트가 교대로 활성화된다. 그러나, 이웃하는 광선이 반대 방향으로 조준되기 때문에, 이미터는 ASIC LED 커넥터에 연결되어서, 이미터의 인덱스가 단일의 스크린 모서리를 따라 증가하도록 구성된다. 따라서, 단계 요인 0, 즉, 하나 걸러서 광선이 활성화되고, 활성화 시리즈는 활성화 모서리를 따라 마지막 이미터에서 끝난다. 대안적인 실시예에서, 이미터는 ASIC LED 커넥터에 연결되어서, 이미터의 인덱스는 광선의 시리즈와 함께 증가되도록 구성된다. 이 경우에, 단계 용인은 1, 즉, 하나 걸러서 광선이 활성화된다.

두 개의 축을 따르는 광선을 사용하는, 높은 레졸루션 감지 모드에서, 각각의 이미터는 하나의 리시버로 활성화되도록 구성되고, 단계 요인 0이고, 활성화 시리즈는 모든 이미터를 커버한다.

네 개의 축을 따르는 광선을 사용하는, 높은 레졸루션 감지 모드에서, 복수의 활성화가 실행된다. 제1 활성화는 수평축 및 수직축을 따르는 광선을 활성화시킨다. 초기 이미터 인덱스는 초기 리시버 인덱스와 매치되고, 이미터 인덱스는 리시버 인덱스와 함께 증가한다. 제2 활성화 시리즈는 제1 세트의 대각선 광선을 활성화 시킨다. 이 경우에, 초기 이미터 및 리시버 인덱스는 초기 이미터로부터의 대각선 광선들 중 하나의 종점을 정의한다. 그리고 나서, 이미터 인덱스는 스크린 주위의 리시버 인덱스와 함께 증가한다. 제3 활성화 시리즈는 제2 세트의 대각선 광선을 활성화 시킨다. 이 경우에, 초기 이미터 및 리시버 인덱스는 초기 이미터로부터의 제2 대각선 광선의 종점을 정의한다.

본 발명은 작은-사이즈, 중간-사이즈 및 큰-사이즈 스크린을 포함하는 터치 감응형 스크린을 가진 전자 장치에 대한 방송 어플리케이션을 가진다. 이러한 장치는 특히, 컴퓨터, 홈 엔터테인먼트 시스템, 카 엔터테인먼트 시스템, 보안 시스템, PDA, 셀 폰, 전자 게임 및 장난감, 디지털 포토 프레임, 디지털 악기, 이-북 리더, TV 및 GPS 네비게이션을 포함한다.

상기 명세서에서, 본 발명은 구체적인 예시적 실시예를 참조하여 기술되었다. 그러나, 첨부된 청구항에 제시된 바와 같은 본 발명의 범위 및 더 넓은 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 해석되어야 한다.

일반적으로 광선과 관련된 요소
100-102: 광선 105, 106: 반사된 광선
107-109: 광 소스로부터의 광 출력의 아크
110: 두 광선의 중심 사이의 거리
111: 이미터/리시버에서 광 요소 사이의 거리
112: 굴절된 광선 113-117: 막힌 광선
142: 광 소스로부터의 광 출력의 아크
143: 광 리시버로의 광 입력의 아크 144: 넓은 광선
145-148: 넓은 광선의 모서리 151-154: 광선
158: 넓은 광선 167-169: 넓은 광선
170-172: 광 리시버에 의해 수신된 신호
173: 1 이미터에서 2 리시버로의 광선
174: 1 이미터에서 제1 리시버로의 광선
175: 1 이미터에서 제2 리시버로의 광선
176: 이미터에서 제1 리시버로의 광선
177: 이미터에서 제2 리시버로의 광선
178: 1 이미터에서 제1 리시버로의 광선
179: 1 이미터에서 제2 리시버로의 광선
182: 1 이미터에서 2 리시버로의 광선
183-187: 광의 아크의 중간 190: 광 소스로부터의 광선 출력
191: 광 리시버로의 광선 입력 192: 광의 아크
193: 두 개의 소스로부터의 넓은 광선
일반적으로 광 소스와 관련된 요소
200-213: 광 이미터 220: LED 캐비티
230: 결합된 이미터-리시버 요소 235-241: 광 이미터
일반적으로 광 리시버와 관련된 요소
300-319: 광 리시버 394: 광 리시버
398: 광 리시버/광 이미터
일반적으로 광 가이드와 관련된 요소
400: 렌즈 401, 402: 광학 섬유 광 가이드
407: 상승된 반사기 베젤 408: 컷 아웃
437,438: 반사기 및 렌즈 439-443: 렌즈
444: 마이크로-렌즈 445: 마이크로-렌즈의 팬을 가진 표면
450: 광 가이드 451, 452: 내부 반사 표면
453, 454: 광 가이드 표면 455: 광 가이드
456: 내부적으로 반사 표면 457: 시준 렌즈 및 반사 표면
458: 마이크로-렌즈 459: 광 가이드 표면
460: 마이크로-렌즈의 팬을 가진 표면
461: 렌즈 462: 마이크로-렌즈
463: 광 가이드의 상단부 464: 광 가이드의 하단부
465: 광 가이드 표면
466: 평행한 로우 마이크로-렌즈를 가진 표면
457: 마이크로-렌즈의 평행한 로우 패턴 468: 광 가이드
469, 470: 내부적으로 반사 표면 471: 광 가이드 표면
472: 광 가이드 473: 내부적으로 반사 표면
474: 과 가이드 표면 475: 렌즈의 초점 라인
476: 광 가이드 477: 내부적으로 반사 표면
478: 광 가이드 표면 479: 광 가이드
480: 내부적으로 반사 표면 481: 광 가이드 표면
482: 블랙 플라스틱 전달 요소 483: 광 가이드
484: 마이크로-렌즈의 팬을 가진 표면
485: 광 가이드의 상단부 486: 광 가이드의 하단부
487: 평행한 로우 마이크로-렌즈를 가진 표면
488,489: 광학 구성요소 490-492: 광학 구성요소의 표면
493: 복수-면의 반사 표면 494-497: 광학 구성요소
498-499: 광 가이드
500-501: 이미터 광학 구성요소 블록
502-503: 리시버 광학 구성요소 블록
504:이미터 렌즈 505: 리시버 렌즈
506,507: 이미터 광학 구성요소 508-510: 리시버 광학 구성요소
511: 이미터 광학 구성요소 512: 리시버 광학 구성요소
513: 광학 구성요소/임시 가이드 514: 길고 얇은 광 가이드
515: 광 가이드 반사기 516: 마이크로-렌즈
517: 광 산란 스트립 518, 519: 광 가이드
520, 521: 광 가이드 상에 돌출된 립
522, 523: 광 가이드 요소의 상대적 위치
524: 청결하고 평평한 글래스 525: 시준 렌즈
526: 마이크로-렌즈 표면을 가진 청결하고 평평한 글래스
527: 굴절 표면의 패턴을 가진 렌즈 528: 마이크로-렌즈 패턴
530-534: 복수의 면의 표면을 가진 광학 요소
541: 광학 요소 표면 542: 복수의 면의 반사 표면
545-549: 반사면
550-552: 복수-렌즈의 어셈블리에서 렌즈 섹션
555,556: 에어갭 559: 렌즈 섹션에 결합하는 커넥터
560: 회절 표면
일반적으로 디스플레이와 관련된 요소
600: 스크린 글래스 606: LCD 디스플레이 (종래 기술)
607: 스크린 글래스(종래 기술) 635-637: 디스플레이
638: 보호 글래스 639: 주광 필터 시트
640: 보호 글래스 641: 주광 필터 시트
642-643: 디스플레이 645: 디스플레이 글래스 상의 반사
일반적으로 회로 요소와 관련된 요소
700: 인쇄 회로 기판 701: 컨트롤러 집적 회로(종래 기술)
702: AC 입력 신호(종래 기술) 703: 출력 신호(종래 기술)
720: 컬럼 활성화를 위한 시프트 레지스터
730: 컬럼 활성화를 위한 시프트 레지스터
731: 칩 패키지 732, 733: 신호 전도성 핀
736: 입력/출력 핀 737: 칩 선택 핀
740: 이미터 드라이버 회로 742: 이미터 펄스 제어 회로
750: 감지기 드라이버 회로 753: 감지기 신호 프로세싱 회로
755: 감지기 전류 필터 756: 아날로그-투-디지털 컨버터
759: 컨트롤러 회로 760,761: 전기 패드
762,763: 인쇄 회로 기판 764: 가이드 핀
765: 솔더 패드 766: 구성요소 솔더 패드
767: 가열 오븐 이후의 솔더 패드
768,769: 광학 구성요소/가이드 내의 노치부
770: 계산 유닛 771: 칩-온 패스너
772: 호스트 프로세서 774: 터치 스크린 컨트롤러
775: 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI)
일반적으로 터치-기반 전자 장치와 관련된 요소
800: 터치 스크린 801: 터치 오버레이(종래 기술)
802: 전도성 및 저항성 레이어(종래 기술) 803: PET 필름(종래 기술)
804: 상단 회로 레이어(종래 기술) 805: 하단 회로 레이어(종래 기술)
806,807: 전도성 코팅물(종래 기술) 808: 스페이서 도트(종래 기술)
809: 터치 표면(종래 기술) 810: 코팅된 글래스 기판(종래 기술)
811: 글래스 기판(종래 기술) 812: 전도성 ITO 코팅물(종래 기술)
813: 실리콘 다이옥사이드 하드 코팅물(종래 기술)
814: 전극(종래 기술) 815: 에칭된 ITO 레이어(종래 기술)
816, 817: 하드 코팅 레이어(종래 기술) 818: x-축 전극 패턴(종래 기술)
819: y-축 전극 패턴(종래 기술) 820: ITO 글래스(종래 기술)
826: 전자 장치 827-832: 장치 케이싱
841, 842: 탄성 부재 842: 가요성 에어갭
844-847: 이미지 센서 848: 랩탑 컴퓨터
849: 스크린 프레임
일반적으로 사용자 인터페이스와 관련된 요소
900-903: 포인터/손가락/엄지/스타일러스 905-908: 감지된 터치 영역
910-912: 광 신호 감쇠 영역 920, 921:광 신호 감쇠 그래디언트
925-927: 넓은 광선에 걸치 경로 930: 손
931: 스타일러스 932: 그려진 선
965-970: 터치 아이콘 971, 972: 터치 포인트
973-976: 광 신호 감쇠 영역 977: 렌즈상의 포인트
980: 터치 포인트 981, 982: 렌즈 상의 포인트
989, 990: 핀 991-993: 활성 터치 영역
996-999: 포인터와 반사형 사이의 중간-라인

Claims

연쇄된 복수의 세그먼트를 포함하는 광 기반의 터치 표면을 위한 광학 요소에 있어서, 각각의 세그먼트는 각각의 광 이미터와 쌍을 이루고, 각각의 세그먼트는 물결모양의 반사면 또는 굴절면의 쌍의 시리즈를 포함하며, 각 쌍의 제1 면은 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터로부터 발산된 광을 시준하기 위하여 배향되고, 각 쌍의 제2 면은 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터로부터의 광을 시준하기 위하여 배향되며, 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터는 세그먼트와 쌍을 이루는 광 이미터이고, 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터는 이웃하는 세그먼트와 쌍을 이루는 광 이미터인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 세그먼트의 각각에 대하여, 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터로부터 발산된 광은 세그먼트에 의해 안내되어 터치 표면의 영역에 걸쳐 시준된 광선의 제1 로컬 공간적 광 강도 분포를 생성하고, 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터로부터 발산된 광은 세그먼트에 의해 안내되어 터치 표면의 영역에 걸쳐 시준된 광선의 제2 로컬 공간적 광 강도 분포를 생성하며, 제1 및 제2 로컬 공간적 광 강도 분포는 상이한 분포인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
제 2 항에 있어서, 상기 복수의 세그먼트의 각각에 대하여, 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터 근처에 있는, 면 쌍의 시리즈의 제1 복수의 제1 면은 제1 광 이미터로부터의 제1 면의 거리의 함수로서 감소하는 사이즈를 포함하고, 제1 광 이미터로부터 추가적인 제2 복수의 제1 면은 제1 광 이미터로부터의 제1 면의 거리의 함수로서 증가하는 사이즈를 포함하여, 제1 로컬 공간적 광 강도 분포는 공간적 위치의 함수와 실질적으로 선형인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
광 기반의 터치 표면 어셈블리를 위한 모듈 구성요소에 있어서,
제1 항의 광학 요소의 적어도 하나의 복수의 세그먼트 및 단일 유닛으로 상기 세그먼트 사이에 쌍을 이루는 광 이미터; 및
두 개의 반대편에 윤곽을 만든 외부 모서리를 포함하여, 이웃하는 모듈 구성요소의 반대편에 윤곽을 만든 외부 모서리를 따라 모듈 구성요소의 윤곽을 만든 외부 모소리중 하나를 위치시킴에 의하여, 모듈 구성요소에 포함된 세그먼트 중 하나와 인접한 세그먼트를 포함하는, 유사하게 이웃하는 모듈 구성요소로 모듈 구성요소를 인터피팅(interfitting)하는 것을 촉진하는 것을 특징으로 하는 모듈 구성요소.
광학 터치 감지 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
하우징;
상기 하우징 내에 마운팅된 표면;
상기 표면의 한 모서리를 따라 위치되는, 제1 항에 따른 한 세트의 제1 광학 요소;
상기 하우징에 마운팅된, 한 세트의 제1 광학 요소의 세그먼트와 쌍을 이루는 광 이미터;
연쇄된 복수의 유사한 세그먼트를 포함하고, 한 모서리의 반대편에 상기 표면의 모서리를 따라 위치된 한 세트의 제2 광학 요소 - 각각의 세그먼트는 각각의 광 리시버와 쌍을 이루고, 각각의 세그먼트는 물결모양의 반사면 또는 굴절면의 쌍의 시리즈를 포함하며, 각 쌍의 제1 면은 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터로부터 발산된 광을 시준하기 위하여 배향되고, 각 쌍의 제2 면은 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터로부터의 광을 시준하기 위하여 배향되며, 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터는 세그먼트와 쌍을 이루는 광 이미터이고, 세그먼트와 관련된 제2 광 이미터는 이웃하는 세그먼트와 쌍을 이루는 광 이미터임 - 와,
하우징 내에 마운팅된, 상기 한 세트의 제2 광학 요소의 세그먼트와 쌍을 이루는 광 리시버; 및
상기 하우징에 마운팅되고, 상기 광 리시버에 연결되며, 상기 광 리시버의 출력에 의해 결정되는 바와 같이, 포인터에 의해 막힌 상기 광 이미터로부터 발산된 광의 양에 기초하여, 상기 표면을 터치하는 포인터의 위치를 결정하기 위한 계산 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 감지 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 제1 광학 요소의 세트의 상기 복수 세그먼트의 각각에 대하여, 세그먼트의 시리즈의 면 쌍의 각각의 제1 면에 의해 안내되는 시준된 광은 제2 면에 의해 안내되는 시준된 광과 적어도 부분적으로 오버랩되고, 상기 계산 유닛은 세 개의 이웃하는 광 이미터에 의해 발산된 광을 수신하는 적어도 세 개의 광 리시버의 출력에 기초하여 표면을 터치하는 포인터의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
제 5 항에 있어서, 제1 광학 요소의 상기 세트의 세그먼트는 모두 동일한 길이를 가지지 않고, 제2 광학 요소의 상기 세트의 세그먼트는 모두 동일한 길이를 가지지 않는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
제 5 항에 있어서, 상기 한 모서리에 인접한 상기 표면의 모서리를 따라 배열되는, 제 1 항에 따른 제3 광학 요소의 세트를 더 포함하되, 제1 광학 요소의 상기 세트의 하나의 세그먼트 중의 하나와 제3 광학 요소의 상기 세트의 세그먼트 중의 하나는 동일한 이미터로 쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
연쇄된 복수의 세그먼트를 포함하는 광 기반의 터치 표면을 위한 광학 요소에 있어서, 상기 세그먼트의 교호하는 것은 교호하는 광 이미터 및 광 리시버와 각각 쌍을 이루고, 각각의 세그먼트는 반사면 또는 굴절면의 물결모양의 시리즈의 쌍을 포함하고, 각 쌍의 제1 면은 세그먼트와 관련된 광 이미터로부터 발산된 광을 시준하기 위하여 배향되고, 각 쌍의 제2 면은 세그먼트와 관련된 광 리시버로의 시준된 광을 안내하기 위하여 배향되며, 세그먼트와 관련된 광 리시버는 세그먼트와 관련된 광 이미터와 이웃하는 광 리시버 중 하나인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
제 9 항에 있어서, 상기 복수의 세그먼트 각각에 대하여, 세그먼트와 관련된 광 이미터로부터 발산된 광은 세그먼트에 의해 안내되어서, 터치 표면의 영역에 걸쳐 시준된 광선의 로컬 공간적 광 강도 분포를 생성하고, 세그먼트와 관련된 제1 광 이미터 근처에 있는, 면 쌍의 시리즈의 제1 복수의 제1 면은 제1 광 이미터로부터의 제1 면의 거리의 함수로서 감소하는 사이즈를 포함하고, 제1 광 이미터로부터 추가적인 제2 복수의 제1 면은 제1 광 이미터로부터의 제1 면의 거리의 함수로서 증가하는 사이즈를 포함하여, 제1 로컬 공간적 광 강도 분포는 공간적 위치의 함수와 실질적으로 선형인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
광 기반의 터치 표면 어셈블리를 위한 모듈 구성요소에 있어서,
제9 항의 광학 요소의 적어도 하나의 복수의 세그먼트 및 단일 유닛으로 상기 세그먼트 사이에 쌍을 이루는 광 이미터 및 리시버; 및
두 개의 반대편에 윤곽을 만든 외부 모서리를 포함하여, 이웃하는 모듈 구성요소의 반대편에 윤곽을 만든 외부 모서리를 따라 모듈 구성요소의 윤곽을 만든 외부 모소리중 하나를 위치시킴에 의하여, 모듈 구성요소에 포함된 세그먼트 중 하나와 인접한 세그먼트를 포함하는, 유사하게 이웃하는 모듈 구성요소로 모듈 구성요소를 인터피팅(interfitting)하는 것을 촉진하는 것을 특징으로 하는 모듈 구성요소.
광학 터치 감지 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
하우징;
상기 하우징 내에 마운팅된 표면;
상기 표면을 감싸는, 제9항에 따른 광학 요소의 프레임;
상기 하우징에 마운팅되고, 상기 프레임의 광학 요소 내의 세그먼트와 쌍을 이루는 교호하는 복수의 광 이미터 및 광 리시버; 및
상기 하우징에 마운팅되고, 상기 광 리시버에 연결되며, 상기 광 리시버의 출력에 의해 결정되는 바와 같이, 포인터에 의해 막힌 상기 광 이미터로부터 발산된 광의 양에 기초하여, 상기 표면 상의 물체의 위치를 결정하기 위한 계산 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 감지 시스템.
제 12 항에 있어서, 광학 요소의 상기 프레임 내에 렌즈의 프레임을 더 포함하고, 상기 렌즈의 각각은 세 개의 실질적으로 평면인 면의 반복 패턴에 의해 형성되는 움푹 패인 캐비티의 패턴을 포함하여, 상기 이미터에 의해 발산된 시준된 광을 삼방향으로 굴절시키고, 삼방향으로부터의 시준된 광선을 상기 리시버로 안내하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 감지 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 표면에 동시에 있는 적어도 두 개의 물체의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 감지 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 표면에 동시에 있는 적어도 세 개의 비-정렬된 물체의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 감지 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 표면에 동시에 있는 적어도 네개의 비-정렬된 물체의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 감지 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 표면 상의 스타일러스의 위치를 결정하고, 사용자의 손바닥이 상기 이미터로부터 발산된 광의 일부를 스타일러스에 도달하는 것을 막을 때, 상기 스타일러스는 사용자에 의해 쥐어지는 것을 특징으로 하는 광학 터치 감지 시스템.
광을 삼방향으로 굴절절시키기 위한 렌즈에 있어서, 상기 렌즈는 세 개의 실질적으로 평면인 면의 반복 패턴에 의해 형성된 움푹 패인 캐비티의 반복 패턴을 가진 렌즈 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈.
이미터 또는 리시버;
상기 이미터 또는 리시버와 상호작동하는 시준 광학 요소; 및
상기 시준 광학 요소와 상호작동하는 청구항 18항의 렌즈를 포함하는 터치 스크린을 위한 광학 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 시준 광학 요소는 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 시준 광학 요소는 굴절 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 시준 광학 요소는 광을 두 개의 초점에 대해 시준하는 교호하는 면의 시리즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제 22 항에 있어서, 캐비티의 피치는 교호하는 면의 피치의 절반 이하인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 캐비티는 삼면이고, 각각의 캐비티의 좌면과 우면은 캐비티의 가운데면과 대략 122°의 이면각으로 있는 것을 특징으로 하는 렌즈.
제 24 항에 있어서, 대략 1.6의 굴절률을 가진 플라스틱 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈.
제 18 항에 있어서, 상기 캐비티는 두 개의 면을 가지고, 각각의 캐비티의 좌면과 우면은 대략 64°의 이면각을 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈.
광학 터치 스크린에 있어서, 상기 광학 터치 스크린은,
하우징;
상기 하우징에 마운팅된 디스플레이;
상기 디스플레이의 모서리를 따라 상기 하우징에 마운팅되는, 제1항에 따른 복수의 렌즈;
상기 하우징에 마운팅되고, 광 펄스를 상기 렌즈 중 적어도 하나를 통하여 전송하기 위한 복수의 광 이미터 - 상기 광 펄스는 상기 디스플레이에 걸쳐 삼방향으로 굴절됨 - 와,
상기 하우징에 마운팅되고, 광 펄스를 상기 렌즈 중 적어도 하나를 통하여 수신하기 위한 복수의 광 리시버; 및
상기 하우징에 마운팅되고, 상기 광 리시버에 연결되며, 상기 리서버의 출력에 기초하여, 상기 이미터에 의해 발산된 광 펄스를 부분적으로 막는 상기 디스플레이상의 포인터의 위치를 결정하기 위한 계산 유닛을 포함하되,
상기 이미터 및 상기 리시버는 상기 디스플레이의 모서리를 따라 교호하는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
제 27 항에 있어서, 상기 포인터는 복수의 광 펄스를 막는 사용자의 손의 일부와 정렬되는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
제 27 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 리시버의 출력에 기초하여, 상기 이미터에 의해 발산된 광 펄스를 부분적으로 막는 상기 디스플레이 상의 두 개의 포인터의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
제 27 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 리시버의 출력에 기초하여, 상기 이미터에 의해 발산된 광 펄스를 부분적으로 막는 상기 디스프레이 상의 세 개의 포인터의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
제 27 항에 있어서, 상기 이미터 및 상기 리시버는 상기 디스플레이의 모서리를 따라 고정된 피치에서 위치되고, 굴절된 광 펄스는 오소고날(orthogonal) 광 펄스의 두 개의 그리드를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
제 27 항에 있어서, 상기 이미터 및 상기 리시버는 더 짧은 스크린 모서리를 따라 제1 피치에 위치되고, 더 긴 스크린 모서리를 다라 제2 피치에 위치되는데, 굴절된 광 펄스는 오소고날 광 펄스의 그리드 및 비오소고날 광 펄스의 또 다른 그리드를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 터치 스크린.
디스플레이 스크린을 동시에 터치하는 두 개 이상의 포인터의 위치를 식별하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
두 축에 대해 평행한 방향으로 디스플레이 스크린 위로 광을 발산하도록 복수의 광 이미터를 제어하는 단계 - 발산된 광의 일부는 디스플레이 스크린을 동시에 터치하는 두 개 이상의 포인터에 의해 막힘 - 와,
복수의 광 리시버에 의해 감지되는 광의 양을 측정하는 단계와,
두 개의 서로 다른 축에 대해 평해한 방향으로 디스플레이 스크린 위로 광을 발산하도록 복수의 광 이미터를 추가로 제어하는 단계 - 발산된 광의 일부는 디스플레이 스크린을 동시에 터치하는 두 개 이사의 포인터에 의해 막힘 - 와,
복수의 광 리시버에 의해 감지되는 광의 양을 추가로 측정하는 단계와,
상기 측정하는 단계 및 상기 추가로 측정하는 단계의 결과를 프로세싱하여 디스플레이 스크린 상의 두 개 이상의 포인터의 위치를 추론하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 33 항에 있어서, 상기 추가로 제어하는 단계 및 상기 추가로 측정하는 단계는, 디스플레이 스크린상의 두 개 이상의 포인터의 위치가 상기 측정 단계 단독의 결과에 의해 분면하게 추론되지 못한 경우에만 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
광-기반의 터치 스크린을 위한 컨트롤러에 있어서, 상기 컨트롤러는,
광-기반의 터치 스크린과 결합된 칩 패키지;
상기 칩 패키지의 외부에 있는 복수의 포토이미터를 선택적으로 활성화시키기 위한 상기 칩 패키지 내부의 이미터 드라이버 회로;
상기 칩 패키지의 외부에 있는 복수의 포토 디텍터를 선택적으로 활성화시키기 위한 상기 칩 패키지 내부의 디텍터 드라이버 회로;
복수의 포토 디텍터상에서 감지된 측정된 광양을 나타내는 감지 신호를 생성하기 위한 디텍터 신호 프로세싱 회로;
칩 패키지 외부의 복수의 포토이미터를 칩 패키지 내부의 상기 이미터 드라이버 회로에 연결시키기 위한 제1 복수의 신호 전도성 핀;
칩 패키지 외부의 복수의 포토 디텍터를 칩 패키지 내부의 상기 디텍터 드라이버 회로 및 상기 디텍터 신호 프로세싱 회로에 연결시키기 위한 제2 복수의 신호 전도성 핀;
상기 이미터 드라이버 회로 및 상기 디텍터 드라이버 회로를 제어하기 위한, 상기 칩 패키지 내부의 컨트롤러 회로; 및
호스트 프로세서가 터치된 터치 스크린상의 하나 이상의 위치를 식별하기 위하여, 호스트 프로세서와 통신 및 상기 디텍터 신호 프로세싱 회로에 의해 생성된 감지 신호를 호스트 프로세서로 출력시키기 위한 적어도 하나의 입력/출력 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 광-기반의 터치 스크린을 위한 컨트롤러.
제 35 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 스캔 패턴을 구성하기 위한 프로그램 가능한 레지스터를 포함하되, 상기 복수의 포토이미터 각각은 하나 이상의 상기 복수의 포토 디텍터와 쌍을 이루고, 상기 복수의 포토 디텍터 가각은 하나 이상의 상기 복수의 포토이미터와 쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 광-기반의 터치 스크린을 위한 컨트롤러.
제 36 항에 있어서, 상기 복수의 포토이미터 및 포토 디텍터는 두 세트의 오버래핑 넓은 광선을 각각 발산 및 감지하도록 배열되고, 상기 컨트롤러 회로는 초기 터치를 감지하기 위하여, 넓은 광선의 한 세트의 스캔 시퀀스를 생성하고, 초기 터치를 감지한 이후에 넓은 광선을의 두 세트의 스캔 시퀀스를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 37 항에 있어서, 포토이미터 및 포토 디텍터는 1 밀리초 이하로 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 각각 발산 및 감지하기 위하여 활성화되어서, 수평 및 수직 터치 스크린 축을 따라 실질적으로 동시 감지를 제공하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 38 항에 있어서, 포토이미터 및 포토 디텍터는 적어도 50Hz의 레이트에서 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 각각 발산 및 감지하기 위하여 활성화되어서, 사용자가 터치 스크린사에 두 손가락을 위치시킬 때, 제1의 두 손가락의 초기 터치 위치를 감지하고, 호스트 프로세서는 초기 터치 위치에 기초하여 두 손가락의 제2 터치 위치를 식별하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 38 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
아날로그-투-디지털 컨트롤러(ADC);
증폭기; 및
디지털 컨트롤러 코어를 더 포함하되,
포토이미터 및 포토 디텍터는 적어도 100Hz 레이트에서 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 각각 발산 및 감지하기 위하여 활성화되고, 컨트롤러는 필요할 때, 상기 ADC, 상기 증폭기 및 상기 디지털 컨트롤러 코어를 선택적으로 활성화시킴에 의하여 전력의 2 밀리와트 이하를 소비하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 38 항에 있어서, 포토이미터 및 포토 디텍터는 적어도 500Hz 레이트에서 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 각각 발산 및 감지하기 위하여 활성화되고, 호스트 프로세서는 100Hz 이하의 레이트에서 식별된 터치 위치를 업데이트하며, 호스트는 각 식별된 터치 위치에 대한 복수의 활성화의 통계에 기초하여 신호-대-잡음비를 향상시키는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 41 항에 있어서, 컨트롤러는 전력의 20 밀리와트 미만을 소비하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 36 항에 있어서, 상기 복수의 포토이미터 및 포토 디텍터는 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 각각 발산 및 감지하도록 배열되며, 상기 컨트롤러 회로는 초기 터치를 감지하기 위하여 넓은 광선의 두 세트의 교호하는 스캔 시퀀스를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 36 항에 있어서, 상기 복수의 포토이미터 및 포토 디텍터는 4개의 축의 각각을 따라 오버래핑 넓은 광선의 두 세트를 각각 발산 및 감지하도록 배열되고, 상기 컨트롤러 회로는 4개의 축에 대한 넓은 광선의 두 세트의 스캔 시퀀스를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 36 항에 있어서, 상기 이미터 드라이버 회로는,
해당 복수의 이미터-디텍터 쌍에 대한 개개의 포토이미터 펄스 구간값을 저장하기 위한 복수의 레지스터; 및
저장된 펄스 구간값에 따라 포토이미터 펄스를 생성하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 36 항에 있어서, 상기 이미터 드라이버 회로는,
해당 복수의 이미터-디텍터 쌍에 대한 개개의 포토이미터 펄스 전류값을 저장하기 위한 복수의 레지스터; 및
저장된 펄스 전류값에 따라 포토이미터 펄스를 생성하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 46 항에 있어서, 포토이미터 펄스를 생성하기 위한 상기 회로는 포토이미터를 구동하기 위한 프로그램 가능한 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 35 항에 있어서, 상기 감지 신호 프로세싱 회로는 포토 디텍터로부터 수신된 전류를 필터링하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 48 항에 있어서, 전류를 필터링하기 위한 상기 회로는 연속적인 피드백 밴드패스 필터를 수행하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 49 항에 있어서, 상기 디텍터 신호 프로세싱 회로는 밴드패스 필터링된 전류를 디지털화시키는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 50 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는, 포토이미터의 활성화 동안에 감지된 광을 나타내는 제2 디지털화된 전류값에서 주변광을 나타내는 제1 디지털화된 전류값을 빼는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 35 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 사용자-정의된 시퀀스에 따른 순서로 포토이미터 및 포토 디텍터를 호라성화시키기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 35 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는, 선택된 포토이미터 및 선택된 포토 디텍터를 사용자-정의된 시퀀스에 따fms 순서로 활성화하기 위하여, 복수의 포토이미터의 사용자-정의된 서브세트와 복수의 포토 디텍터의 사용자-정의된 서브세트를 선택하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
터치 스크린 시스템에 있어서, 상기 터치 스크린 시스템은,
하우징;
상기 하우징에 마운팅된 표면;
상기 표면상의 터치 위치를 결정하기 위한, 상기 하우징 내에 마운팅된 호스트 프로세서;
상기 표면 위로 전송되는 광을 발산하기 위한 복수의 광 이미터;
상기 이미터에 의해 발산된 감지된 광에 기초하여 출력값을 생성하기 위한 복수의 광 리시버; 및
호스트 프로세서로부터 스캔 컨피규레이션 세팅을 수신하기 위하여, 스캔 컨피규레이션 세팅에 따라 실질적으로 방해 없는 스캔 시퀀스로 이미터를 활성화시키기 위하여, 그리고, 리시버로부터 출력값을 저장하기 위하여, 상기 호스트 프로세서, 상기 이미터 및 상기 리시버에 연결된 제 35 항에 따른 제1 및 제2 컨트롤러 - 상기 광 이미터 및 상기 광 리시버의 수는 상기 제1 및 제2 컨트롤러의 각각의 신호 전도성 핀에 의해 지원되는 광 이미터 및 광 리시버의 수보다 각각 많은 것을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
제 54 항에 있어서, 제1 이미터는 상기 제1 컨트롤러에 연결되고, 제2 이미터는 상기 제2 컨트롤러에 연결되며, 제1 이미터로부터의 광과 제2 이미터로부터의 광은 상기 두 컨트롤러들에 연결된 리시버에 의해 감지되고, 제1 이미터에 의해 발산되고 감지된 광에 대한 리시버 출력값은 상기 제1 컨트롤러에 의해 저장되고, 제2 이미터에 의해 발산되고 감지된 광에 대한 리시버 출력값은 상기 제2 컨트롤러에 의해 저장되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.