KR20150056815A - 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
물체의 터치-감지 표면(24)에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템(10, 30)으로, 송신된 파들 사이에 음향 간섭을 생성하도록 배열된 상기 터치-감지 표면에서 벌크 음향파를 송신하는 적어도 2개의 별개의 소스(E1, E2); 상기 터치-감지 표면에서 전파되고 간섭된 음향파를 수신하고, 상기 수신된 음향파에 기초하여 수신 신호를 공급하도록 설계된 적어도 하나의 벌크 음향파 수신기(R; R+, R-); 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 특정 스펙트럼 특성을 기준 스펙트럼 특성(62) 세트와 비교하는 것에 의해 상기 물체의 터치-감지 표면(24)에서 적어도 하나의 터치를 로컬라이즈하는 수단(60)을 포함한다.
본 시스템은 터치-감지 표면(24)의 온도를 측정하는 수단(46), 및 측정된 온도(T)의 함수로서 상기 스펙트럼 특성 중 적어도 일부의 스펙트럼 특성의 주파수 시프트에 의해 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 스펙트럼 특성 또는 상기 기준 스펙트럼 특성(62)의 스펙트럼 특성을 적응시키는 수단(56)을 더 포함한다.
본 시스템은 터치-감지 표면(24)의 온도를 측정하는 수단(46), 및 측정된 온도(T)의 함수로서 상기 스펙트럼 특성 중 적어도 일부의 스펙트럼 특성의 주파수 시프트에 의해 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 스펙트럼 특성 또는 상기 기준 스펙트럼 특성(62)의 스펙트럼 특성을 적응시키는 수단(56)을 더 포함한다.
Description
본 발명은 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈(localizing)하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 시스템에 의해 사용되는 방법에 관한 것이다.
종래 기술은, 터치-감지 표면에서 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 여러 시스템으로서, 이 터치-감지 표면에서 벌크 음향파(bulk acoustic wave)를 송신하는 수단, 이 터치-감지 표면에서 전파된 벌크 음향파를 수신하고, 수신된 음향파에 기초하여 수신 신호를 공급하도록 설계된 수단, 및 이 수신 신호에 기초하여 터치-감지 표면에서 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 수단을 포함하는 시스템을 포함한다.
US 6,741,237로 발행된 특허 문헌은, 물체, 예를 들어, 터치-감지 스크린 주위에 배열된 송신 트랜스듀서와 적어도 2개의 수신 트랜스듀서 사이에서 이 물체에서 전파되는 진동(seismic) 음향파의 주행 시간(transit time)을 중단(disruption)시켜 중단 구역으로부터 2개의 수신 트랜스듀서로 주행하는 시간에 상이한 변동(fluctuation)을 야기하는 시스템을 기술한다. 이 시스템은 주행 시간의 차이에만 기초하고, 또 예를 들어 직사각형 터치-감지 스크린 패널을 위한 코너에서 적어도 2개의 별개의 방향을 따라 주행 시간의 차이를 최대화하기 위하여 물체 주위의 정밀한 위치에 트랜스듀서를 배열할 것을 요구한다. 나아가, 이것은 분리된(isolated) 터치 유형의 중단을 검출할 수는 있지만, 이를 더 특성화할 수는 없다.
이 시스템의 감도를 개선시키기 위하여, 스펙트럼 수신 신호 분석에 기초한 솔루션을 제안하는 것이 알려져 있다. 따라서 본 발명은, 보다 구체적으로 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템 및 방법으로서,
- 송신된 파(wave)들 사이에 음향 간섭을 생성하도록 배열된 터치-감지 표면에서 벌크 음향파를 송신하는 적어도 2개의 별개의 소스,
- 터치-감지 표면에서 전파되고 간섭된 음향파를 수신하고, 수신된 상기 음향파에 기초하여 수신 신호를 공급하도록 설계된 적어도 하나의 벌크 음향파 수신기, 및
- 수신 신호의 특정 스펙트럼 특성을 기준 스펙트럼 특성 세트와 비교하는 것에 의해 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 로컬라이즈하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 및 방법에 적용된다.
예로서, FR 2 916 545로 발행된 특허 문헌은 터치-감지 인터페이스의 공진 현상(resonance figure) 세트에 대한 진동 음향파에 관한 흡수 시그너처 인식을 사용하는 시스템을 기술한다. 터치에 의해 유도된 각 주파수의 상대적인 댐핑과 위상변위는 미리 한정된 개수의 공진 수치에 대해 구성된 상대적인 댐핑 벡터의 주파수 성분들 중 하나를 나타낸다. 이 시스템을 사용하면, 초당 최대 50개의 로컬라이즈의 측정 속도에 따라 감소된 개수의 트랜스듀서를 사용하여 임의의 표면에서의 상호 작용을 정밀하게 검출하고 로컬라이즈할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이 시스템은 흡수 시그너처에 영향을 미치는 온도 변동(variation)에 민감하다는 단점을 수반한다. 그러나, 자동차 분야와 같은 고려될 수 있는 일부 응용에서, 터치-감지 인터페이스는 상당한 온도 변동을 받을 수 있는 환경, 예를 들어 차량 승객 구획에 배열되도록 의도된다.
이 시스템을 개선한 것이, 공진 현상이 더 이상 사용되지 않고, 일반적으로 "펄스 회절 현상(pulse diffraction figure)"라고 언급되는 일시적인 복사선 현상이 사용되는 FR 2 948 471로 발행된 프랑스 특허 출원에 제안되어 있다. 그리하여, 사용되는 로컬라이즈 방법은 물체의 자연 주파수에 의존하지 않고 다수의 터치를 검출할 수 있다. 그러나, 여기서 다시, 검출 시스템은 온도 변동에 민감하여 펄스 회절 수치(diffraction figure)에 영향을 미친다.
따라서 특히 온도 변동에 덜 민감한 전술된 문제와 제약 중 적어도 일부를 경감할 수 있는 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템을 제공하는 것이 추구될 수 있다.
물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템으로서,
- 송신된 파들 사이에 음향 간섭을 생성하도록 배열된 상기 터치-감지 표면에서 벌크 음향파를 송신하는 적어도 2개의 별개의 소스,
- 터치-감지 표면에서 전파되고 간섭된 음향파를 수신하고, 수신된 음향파에 기초하여 수신 신호를 공급하도록 설계된 적어도 하나의 벌크 음향파 수신기,
- 수신 신호의 특정 스펙트럼 특성을 기준 스펙트럼 특성 세트와 비교하는 것에 의해 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 로컬라이즈하는 수단을 포함하고,
- 터치-감지 표면의 온도를 측정하는 수단, 및
- 측정된 온도의 함수로서 스펙트럼 특성 중 적어도 일부의 스펙트럼 특성의 주파수 시프트에 의하여 상기 수신 신호의 스펙트럼 특성 또는 상기 기준 스펙트럼 특성을 적응시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템이 제안된다.
그리하여, 기준 스펙트럼 특성 또는 수신 신호의 스펙트럼 특성을 터치-감지 인터페이스에서 측정된 온도에 적응시키는 것에 의해, 기준 스펙트럼 특성이 특정 온도에서 수립되거나 학습된 경우에도 넓은 온도 범위에 걸쳐 이 스펙트럼 특성들을 비교하는 것에 의해 로컬라이즈의 신뢰성을 유지하는 것이 가능하다. 이 적응은 주파수 시프트에 의해 매우 간단히 수행될 수 있다: 사실, 비교되는 스펙트럼 특성에 대한 온도의 영향은 본질적으로 주어진 전파 모드에 대한 스펙트럼의 시프트에 기초하는 것으로 관찰되었다. 이것은 검출 및 로컬라이즈 시스템의 우수한 온도 거동을 초래한다.
선택적으로, 적응 수단은 복수의 연속적(successive)인 주파수 또는 주파수 대역과, 상기 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과 각각 연관된 복수의 주파수 시프트 값 사이에, 미리 결정된 온도 세트에 대해, 메모리에 저장된 미리 한정된 대응 관계에 기초하여, 측정된 온도에 따라 수신 신호의 각 스펙트럼 특성을 시프트하도록 설계된다.
또한 선택적으로, 온도를 측정하는 수단은,
- 미리 결정된 주파수 대역에서 수신 신호의 스펙트럼의 크기(norm)를 계산하는 계산기,
- 이 계산된 크기를 온도 세트와 각각 연관된 기준 크기 세트와 비교하는 비교기,
- 비교기에 의해 공급된 결과에 기초하여 온도를 선택하는 온도 선택기를 포함한다.
또한 선택적으로, 송신 소스와 수신기는 터치-감지 표면의 주변에 비대칭적으로 배열되고, 송신 소스의 여기(excitation)는 기준 크기 세트와 온도 세트 사이의 관계가 단조 증가 또는 단조 감소 관계에 있도록 수립된다.
또한 선택적으로, 온도를 측정하는 수단은 터치-감지 표면과 접촉하게 배열된 온도 센서, 특히 써미스터(thermistor)를 포함한다.
또한 선택적으로, 벌크 음향파는 램파(Lamb wave) 형태로 터치-감지 표면에서 전파되고, 2개의 수신기는 터치-감지 표면에 대해 서로를 향해 배열되고, 수신기는 본질적으로 기본 반대칭 램 모드만을 수신하고 대칭파와 횡방향 수평파를 제거하도록 편파(polarized)되고 상호 연결된다.
또한 선택적으로, 2개의 수신기는 터치-감지 표면의 정중면(median plane)에 대해 대칭적으로 배향된 편파를 가지도록 배열되고 직렬로 함께 전기적으로 연결된다.
또한 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 방법으로서,
- 적어도 2개의 별개의 소스에 의해, 상호 간섭하는 벌크 음향파를 터치-감지 표면에서 송신하는 단계,
- 적어도 하나의 수신기에 의해, 터치-감지 표면에서 전파되고 간섭된 벌크 음향파를 수신하고, 수신된 상기 음향파에 기초하여 수신 신호를 공급하는 단계,
- 수신 신호의 특정 스펙트럼 특성을 메모리에 저장된 기준 스펙트럼 특성 세트와 비교하는 것에 의해 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 로컬라이즈하는 단계를 포함하고,
- 터치-감지 표면의 온도를 측정하는 단계, 및
- 측정된 온도의 함수로서 스펙트럼 특성 중 적어도 일부의 스펙트럼 특성의 주파수 시프트에 의하여 수신 신호의 스펙트럼 특성 또는 기준 스펙트럼 특성을 적응시키는 단계를 더 포함하는 방법이 제안된다.
선택적으로,
- 수신 신호의 각 스펙트럼 특성은 복수의 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과, 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과 각각 연관된 복수의 주파수 시프트 값 사이에, 미리 결정된 온도 세트에 대해, 미리 한정된 대응 관계에 기초하여, 측정된 온도에 따라 시프트되고,
- 주파수 시프트 값은 상이한 온도에서 오프-로드(off-load)로 검색된 스펙트럼 특성을 기준 스펙트럼 특성을 학습하기 위한 온도에서 오프-로드로 검색된 스펙트럼 특성과 일치(match)시키는 것에 의해 이전 학습 위상(prior learning phase) 동안 학습된다.
또한 선택적으로, 벌크 음향파는 파열(wavetrain)에 공통인 최소 주파수와 최대 주파수 사이 상이한 주파수에서 연속적인 펄스 파열 송신 형태로 송신되고:
- 최소 주파수는 최대 주파수의 1/3보다 크고,
- 제2 펄스 파열에 있는 각 파열은 펄스 파들 사이의 평균 주파수 편차(deviation)의 비율만큼 펄스 파의 주파수 시프트에 의해 이전의 파열과는 상이하다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 제공된 이하 상세한 설명을 사용하여 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다:
- 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템의 사시도를 개략적으로 도시하는 도면,
- 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따라 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템의 정면을 개략적으로 도시하는 도면,
- 도 3은 본 발명에 따라 검출 및 로컬라이즈 시스템의 터치-감지 표면에 대한 트랜스듀서의 배열의 일례의 평면도,
- 도 4는 도 1 또는 도 2에 있는 시스템의 전자 제어 중앙 유닛에 연결된 도 3에 있는 터치-감지 표면의 측면도를 도시하는 도면,
- 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 방법의 연속적인 단계를 도시하는 도면, 및
- 도 6은 도 5에 있는 방법을 실행하기 전에 학습 위상의 연속적인 단계를 도시하는 도면.
- 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템의 사시도를 개략적으로 도시하는 도면,
- 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따라 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템의 정면을 개략적으로 도시하는 도면,
- 도 3은 본 발명에 따라 검출 및 로컬라이즈 시스템의 터치-감지 표면에 대한 트랜스듀서의 배열의 일례의 평면도,
- 도 4는 도 1 또는 도 2에 있는 시스템의 전자 제어 중앙 유닛에 연결된 도 3에 있는 터치-감지 표면의 측면도를 도시하는 도면,
- 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 방법의 연속적인 단계를 도시하는 도면, 및
- 도 6은 도 5에 있는 방법을 실행하기 전에 학습 위상의 연속적인 단계를 도시하는 도면.
도 1에 도시된 바와 같이 물체의 터치-감지 표면에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템(10)은, 특히 모니터(14)와 키보드(16)를 포함하는 마이크로컴퓨터(12), 및 유선 또는 무선 링크(20)를 통해 이 마이크로컴퓨터(12)에 연결된 대화식 태블릿 유형의 물체(18)를 포함한다.
대화식 태블릿(18)은 프레임(22) 및 이 프레임의 에지의 적어도 일부 상에 이 프레임에 의해 유지되는 터치-감지 표면(24)을 포함한다. 터치-감지 표면(24)은 탄성 역학파(elastic mechanical wave) 또는 벌크 음향파가 그 두께 내에서 전파될 때 진동하는, 예를 들어, 금속, 유리 또는 플라스틱 패널 형태로 제시된다. 이 터치-감지 표면은 특히 4/3 포맷의 직사각형 형상일 수 있다. 구체적인 조건으로, 이 터치-감지 표면은 100 mm 길이, 75 mm 폭 및 그 길이와 폭에 대해 상대적으로 작은 두께, 특히 100 ㎛ 내지 4 mm 두께, 예를 들어 450 ㎛ 두께를 구비할 수 있다. 이 두께는 또한 일반적으로 대략 1 센티미터 직경의 터치를 나타내는 사용자의 손가락이 터치될 수 있는 터치-감지 표면(24)의 구역(zone)의 특성 사이즈에 비해 매우 작다.
도 1에 도시된 예에서, 3개의 압전 트랜스듀서(E1, E2 및 R)는 터치-감지 패널(24)의 내부면, 즉 터치되지 않고 프레임(22)의 내부를 향하는 면에 장착된다. 이들 트랜스듀서는 특히 전도성 에폭시 또는 시아노아크릴레이트(cyanoacylate) 접착제를 사용하여 패널(24)에 접착될 수 있다.
이들 압전 트랜스듀서는 예를 들어 LZT 유형(Lead Zirconate Titanate) 강유전성 세라믹 트랜스듀서이고, 여기서 세라믹 물질은 피복이 없거나 또는 황동판(brass disk) 상에 적층된다. 이들 트랜스듀서는,
- 반대칭 램파가 터치-감지 패널(24)에서 음향적으로 전파되고 간섭되도록 예를 들어 벤딩 모드에서 탄성 역학파(즉, 넓은 의미에서 벌크 음향파), 예를 들어 반대칭 램파를 송신하기에 적절한 2개의 별개의 송신 트랜스듀서(E1 및 E2),
- 벤딩 모드에서 전파되고 터치-감지 패널(24)에서 간섭된 탄성 역학파 또는 벌크 음향파를 픽업하기에 적절한 수신 트랜스듀서(R)를 포함한다.
이들 3개의 트랜스듀서는 바람직하게는 터치-감지 패널(24)의 임의의 대칭축 외부에 배열된다. 나아가, 이들 3개의 트랜스듀서는 사이즈가 작을 수 있고 임의의 기하학적 형상을 구비할 수 있다. 특히, 전술된 크기(75 mm × 100 mm × 0.45 mm)를 갖는 터치-감지 패널(24)에서, 이들 트랜스듀서는 수 제곱 밀리미터 내지 1 제곱 센티미터의 표면 영역을 구비할 수 있다. 송신 트랜스듀서(E1 및 E2)가 10 V 신호에 의해 여기된 경우, 수신 트랜스듀서(R)에 의해 공급되는 수신 신호는 증폭 없이 최대 0.2 V일 수 있다.
트랜스듀서(E1, E2 및 R)는 예를 들어 마이크로컴퓨터(12)에 통합된 전자 중앙 제어 유닛에 연결되고, 상기 제어 유닛은,
- 압전 트랜스듀서(E1 및 E2)에 기초하여 터치-감지 패널(24)에서 벌크 음향파를 전파하고 간섭시켜 압전 트랜스듀서(R)에 의해 이 음향파를 검출하고 수신 신호를 획득하게 하는 동작, 및
- 수신 신호의 일부 스펙트럼 특징을 기준 스펙트럼 특징 세트와 비교하는 것에 의해 터치-감지 패널(24)에서 적어도 하나의 터치를 로컬라이즈하는 동작으로서, 이 기준 스펙트럼 특징은 터치-감지 패널(24)의 주어진 온도에서 이전의 교정 공정(previous calibration phase) 동안 학습된, 상기 로컬라이즈하는 동작을 수행하도록 프로그래밍된다.
압전 트랜스듀서(E1 및 E2)로부터 터치-감지 패널(24)에서 송신된 벌크 음향파는 적어도 하나의 손가락 또는 스타일러스가 패널과 접촉할 때 국부적으로 흡수되거나 차단되거나 부분적으로 반사된다. 이것은 수신 점(R)에서 공급되는 조명 또는 복사선 정보의 중단을 야기한다. 중단된 조명 또는 복사선 정보의 미리 결정된 주파수에서 일부 스펙트럼 특징, 예를 들어 스펙트럼 진폭 및/또는 위상 파라미터를 검색하는 것에 의해, 이를 미리 결정된 터치와 연관된 파라미터의 라이브러리로부터 검색된 기준 스펙트럼 시그너처와 비교하고 이로부터 단일 또는 다수의 터치의 가능한 로컬라이즈를 추론하는 것이 가능하다. 전술된 문헌 FR 2 916 545 및 FR 2 948 471에서 사용된 방법이 적용가능하다. 특히, 트랜스듀서(E1 및 E2)에서 송신된 파는 넓은 스펙트럼에서 조명 또는 복사선 수치를 형성하기 위하여 복수의 미리 한정된 주파수, 예를 들어 35 kHz 내지 96 kHz로 구성된 음향파열에 의해 구현될 수 있다.
이것은, 터치-감지 패널(24)에서 각 터치에 대하여, 하나 또는 복수의 손가락 또는 스타일러스를 사용하여, 예를 들어 마이크로컴퓨터(12)의 모니터에서 볼 수 있는 단일 또는 다수의 터치의 로컬라이즈를 제공한다. 터치-감지 패널(24)에서 검출된 단일 또는 다수의 터치 시퀀스에 대해, 단일 또는 다수의 트레이스(26)를 형성하는 것을 연장하는 것에 의해, 이 트레이스(26)의 로컬라이즈는 검출된 트레이스(26)를 보간하는 것에 의해 획득된 운동 곡선(28) 형태로 마이크로컴퓨터(12)의 모니터에서 볼 수 있다.
도 2에서 도시된 본 발명의 추가적인 실시예에 따라, 터치-감지 패널(24)은 투명할 수 있고, 매립된 전자 시스템(30), 예를 들어, 모바일 전화, PDA(personal digital assistant) 또는 임의의 다른 휴대용 또는 탑재 디바이스, 예를 들어, 자동차 내 탑재 터치-감지 사람-기계 인터페이스 내 전자 중앙 제어 유닛과 통합될 수 있다. 이 경우에, 이 터치-감지 패널은 또한 검출된 트레이스(26)를 보간하는 것에 의해 획득된 운동 곡선(28)을 보기 위한 스크린으로 선택적으로 작용할 수 있다.
그러나, 수신 신호의 스펙트럼 특성이 터치-감지 패널(24)의 온도에 매우 민감하여 교정 단계에서 터치-감지 패널의 기준 온도를 벗어날 때 이전에 학습된 기준 스펙트럼 특성을 신속히 비활성화시킬 수 있다는 것이 관찰되었다. 실제로, 기준 온도와 단지 1℃의 편차로도 검출된 터치의 로컬라이즈의 인식을 상당히 저하시킬 수 있다.
대체로, 온도 변동의 제1 효과는 수신 신호의 스펙트럼의 평균 진폭과 관련된다. 이것은 온도에 따라 변한다. 특히, 압전 트랜스듀서(E1, E2 및 R)들 사이에 우수한 상대적인 배열을 선택하는 것에 의해, 미리 결정된 주파수 대역(예를 들어 주파수 대역[35 kHz, 96 kHz])에서 수신 신호 스펙트럼의 크기의 변동은 온도 변동과 단조 증가 또는 단조 감소 관계에 있을 수 있다. 일대일 대응 관계는 수신 신호 스펙트럼의 크기와 터치-감지 패널(24)의 온도 사이에 수립될 수 있다. 학습 공정은 이 일대일 대응 관계를 사용하여 수신 신호 스펙트럼의 크기를 계산하는 것에 의해 터치-감지 패널(24)의 온도를 측정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한 대체로, 온도 변동의 제2 효과는 스펙트럼 특성의 주파수와 관련된다. 이들 주파수에서 시프트는 온도가 변할 때 관찰될 수 있다. 처리된 스펙트럼 특성이 수신 신호의 스펙트럼 진폭일 때, 이것은 스펙트럼에서 반드시 균일한 것은 아닌 시프트를 야기할 수 있다. 학습 공정은 복수의 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과, 상기 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과 각각 연관된 복수의 주파수 시프트 값 사이에, 미리 결정된 온도 세트에 대해, 대응 관계를 수립하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이 학습 공정은 주파수 시프트에 의해, 비교를 수행하기 전에 수신 신호의 스펙트럼 특성 또는 기준 스펙트럼 특성을 정정하는 것을 가능하게 한다. 바람직하게는, 수신 신호의 스펙트럼 특성은 기준 스펙트럼 특성과 비교되기 전에 정정되고, 이는 메모리에 저장된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압전 트랜스듀서(E1, E2 및 R)는, 에지에 있지만 바람직하게는 그 대칭축(혼합된 파선 라인으로 표시) 밖에 있는 터치-감지 패널(24)에 배열된다. 이 트랜스듀서의 상대적인 배열과 송신기의 여기는 나아가 트랜스듀서(R)에 의해 픽업된 수신 신호의 스펙트럼의 크기와 터치-감지 패널(24)의 온도 사이에 단조 증가 또는 단조 감소 관계를 보장하도록 적절히 선택된다. 이것은 예를 들어 역위상으로 트랜스듀서(E1 및 E2)를 여기시키고 이를 거리 차이 |D2-D1|가 수신기(R)에 대해 D/2 이하이도록 배열하는 것에 의해 획득되고, D는 트랜스듀서(E1, E2 및 R)의 직경에 더 대응하는 터치-감지 패널(24)의 물질의 특성 반파장(characteristic half-wavelength)이고, D1은 E1과 R 사이의 거리이고 D2는 E2와 R 사이의 거리이다. 이 구성에서, 수신기(R)에서 보이는 간섭은 사실 대부분 상쇄 간섭이다.
단순(monotonic)관계는 또한 트랜스듀서(E1 및 E2)를 독립적으로 여기시키지만 여기의 지연을 조절하는 것에 의해 |D2-D1|에 대한 제한 없이 획득될 수 있다. 터치-감지 패널(24)의 온도에 따라 각 신호 스펙트럼의 크기의 단순 변동을 최적화하는 트랜스듀서(E1 및 E2)들 사이의 지연 또는 위상 시프트는 3λ/4이고, λ는 트랜스듀서의 동작 주파수와 연관된 파장이다. 온도가 떨어질 때, 2개의 송신 트랜스듀서(E1 및 E2) 사이의 주행 시간 차이가 감소하고 위상 시프트는 λ/2 쪽으로 가는 경향이 있다. 그 결과 신호가 감소하고, 온도가 증가할 때, 위상 시프트는 λ 쪽으로 가는 경향이 있고 신호가 증가한다. 0℃ 내지 70℃의 온도 범위에 걸쳐, 속력 변동은 최대 20%일 수 있고 이에 따라 송신기들 사이에 주행 시간 차이는 25% 만큼 변할 수 있는데, 다시 말해, 0.8.V 내지 V의 속력 변화에 대해, 주행 시간 차이는 (D1-D2)/V 내지 (D1-D2)/(0.8.V)에서 변하는 것으로 알려져 있다. 시간 차이가 항상 동작 주파수에 상관없이 1/4 기간 미만인 것을 보장하기 위해, 수신기(R)까지 E1과 E2 사이의 경로 차이는 항상 최하 파장의 1/4 미만인 것으로 규정될 수 있다. 이 제약은 수신 신호 스펙트럼의 크기의 변동이 생성된 모든 파장, 즉 짧은 파장과 긴 파장에 모두 의존하므로 강하다. 사용된 물질에 따라, 이것은 플라스틱에 대한 1 mm와 유리에 대한 5 mm의 E1과 E2 사이의 최대 경로 차이의 하한 값을 제공한다. E1과 E2 사이의 최대 경로 차이의 상한 값은 예를 들어 10%의 속력 변동 및 70kHz의 주파수에 대응하는 중간 파장에 대해 추정된다. 이것은 플라스틱에 대한 2 내지 3 mm의 상한 값과 유리와 금속에 대한 12 내지 13 mm의 상한 값을 제공한다.
터치-감지 패널(24)은 도 4에서 측면도로 도시된다. 이 터치-감지 패널은 전자 중앙 제어 유닛(40)에 연결되고, 이 제어 유닛은,
- 보다 구체적으로 압전 트랜스듀서(E1, E2 및 R)에 전기적으로 연결된 벌크 음향 볼륨 송신/수신 마이크로제어기(42), 및
- 이 송신/수신 마이크로제어기(42)에 의해 공급되는 수신 신호를 디지털적으로 처리하여 터치-감지 패널(24)에서 단일 또는 다수의 터치를 검출하고 로컬라이즈하도록 프로그래밍된 처리 모듈(44)을 포함한다.
송신/수신 마이크로제어기(42)는 디바이스(10)의 경우에 마이크로제어기(12)에 의해 선택적으로 제어된 산술 연산 및 논리 유닛을 구비한다. 이 마이크로제어기는 디지털/아날로그 변환기에 연결된 출력을 포함하고, 이 출력은, 필요한 경우 증폭기를 통해, 송신 트랜스듀서(E1 및 E2)에 연결된다. 나아가, 수신 트랜스듀서(R)는 아날로그/디지털 변환기에 연결되고, 이 변환기는 송신/수신 마이크로제어기(42)에 연결되거나 그 적분부에 연결된다. 이 아날로그/디지털 변환기와 송신/수신 마이크로제어기(42)는 적어도 192 kHz 속도에서 적어도 8 비트를 통해, 우선적으로 10 비트를 통해, 또는 12 비트 또는 그 이상의 비트를 통해 검출된 신호를 샘플링하기에 적절하다.
하나의 대안적인 실시예에 따라, 또는 보다 특히 테스트 벤치(test bench)의 경우에, 아날로그/디지털 및 디지털/아날로그 변환기는 수집 보드(acquisition board)와 임의의 기능 생성기로 대체될 수 있다.
트랜스듀서(E1, E2 및 R)에의 전기적 연결은 특히 오디오 유형 동축 케이블 또는 임의의 다른 차폐된 연결로 구성될 수 있다. 이 조건은 2개의 송신 트랜스듀서(E1 및 E2)에 대해서보다 작은 중단이 고려되는 수신 트랜스듀서(R)에 대해서 더 강하다.
도 4에 도시된 예에서, 수신 트랜스듀서(R)는 실제 터치-감지 패널(24)의 양쪽에서 서로를 향하여 배열된 2개의 트랜스듀서(R+ 및 R-)로 구성된 것이라는 점이 더 주목되어야 한다. 수신 모드에서 이 배열은 본질적인 것은 아니지만 유리하게는 터치-감지 패널(24)에서 전파되고 간섭된 벌크 음향파를 선택적으로 수신하게 하는데 사용된다. 특히, 이 배열은 본질적으로 기본 반대칭 램파 전파 모드(A0)에 따라서만 수신 신호 R(t)를 검색하는 것을 목적으로 한다. 대체로, 송신에 사용되는 주파수는 100 kHz를 초과하지 않으므로, 벌크 음향파는 3개의 모드, 즉 대칭 모드(S), 반대칭 모드(A) 및 횡방향 수평 모드(TH)에서 램파 형태로 얇은 패널에서 전파되는데, 이들 모드 각각은 기본 성분과 고조파를 포함한다. 그러나, 각 모드에서, 이 파는 상이한 속력으로 전파되고 속력은 온도와 물질에 따라 상이하게 변한다. 그리하여, 스펙트럼의 크기와 주파수 시프트의 변동, 이 신호가 복수의 전파 모드를 포함하는 경우 수신 신호의 스펙트럼 왜곡 외에 임의의 온도 변동이 생성된다. 나아가 이 모드가 본질적으로 터치-감지 패널(24)에서 단일 또는 다수의 터치에 반응하는 기본 반대칭 모드(A0)인 것으로 주어지면, 다른 모드들을 필터링(즉, 제거하거나 구별하여) 불필요한 왜곡을 방지하는 것이 유리하다.
서로 반대로 배열된 2개의 트랜스듀서(R+ 및 R-)를 사용하여 기본 반대칭 램파 전파 모드(A0)를 선택적으로 수신하는 것은 상이한 방식으로 구체적인 조건에서 예상될 수 있다:
- 2개의 트랜스듀서(R+ 및 R-)는 터치-감지 패널(24)의 정중면에 대해 비대칭적으로 배향된 편파를 구비하도록 배열되고 병렬로 전기적으로 함께 연결되고,
- 2개의 트랜스듀서(R+ 및 R-)는 터치-감지 패널(24)의 정중면에 대해 대칭적으로 배향된 편파를 구비하도록 배열되고 반평행하게 전기적으로 함께 연결되고,
- 2개의 트랜스듀서(R+ 및 R-)는 터치-감지 패널(24)의 정중면에 대해 대칭적으로 배향된 편파를 구비하도록 배열되고 직렬로 전기적으로 함께 연결된다(도 4에 도시된 배열은 처음 2개보다 더 적은 연결 케이블을 요구하고 LZT 트랜스듀서들이 황동판을 통해 연결될 수 있을 때 구현하기에 용이하다).
이들 3개의 유형의 배열은 터치-감지 패널이 상대적으로 균일하고 등방성 두께를 구비하는 경우에만 효과적이다.
서로를 향하여 배열된 2개의 트랜스듀서(R+ 및 R-)를 사용하여 기본 반대칭 램파 전파 모드(A0)를 선택적으로 수신하는 것에 대안적으로 또는 추가적으로, 또한 서로를 향하게 배열된 송신 트랜스듀서(E1+ 및 E1-, E2+ 및 E2-)의 쌍을 사용하여 이 기본 반대칭 모드를 선택적으로 송신하는 것을 예상할 수도 있다. 그러나, 실제로, 이 대안 또는 이 추가는 송신 트랜스듀서의 정전 용량과 그리하여 전기 전력 소비량을 상당히 증가시키기 때문에 매우 유리한 것은 아니다.
송신/수신 마이크로제어기(42)에 의해 디지털화된 수신 신호 R(t)는 처리 모듈(44)로 송신되기 전에 FFT(Fast Fourier Transform)에 의해 변환될 수 있다. 이 경우에, FFT(R(t))로 표시된 수신 신호 R(t)의 스펙트럼은 모듈(44)에 의해 수신되고 처리된다.
처리 모듈(44)은 오프-로드 수신 신호 FFT(R(t))의 스펙트럼의 유클리안 크기(Euclidean norm)의 변동에 기초하여 터치-감지 패널(24)의 온도를 측정하는 모듈(46)을 선택적으로 포함할 수 있다. 오프-로드 수신 신호라는 용어는 단일 또는 다수의 터치가 검출되지 않을 때 송신/수신 마이크로제어기(42)에 의해 송신된 수신 신호를 나타낸다. 전술된 바와 같이 이전 학습 공정은, 터치-감지 패널(24)의 상이한 온도 값과 오프-로드 수신 신호 FFT(R(t))의 유클리안 크기의 상이한 값 사이에 일대일 대응 관계를 수립하는 것을 가능하게 한다. 이 관계는 측정 모델(46)이 판독 액세스를 한 메모리 영역(48)에 저장된다.
이 경우에, 측정 모듈(46)은,
- 미리 결정된 주파수 대역과 미리 결정된 시간 창에서 수신 신호의 스펙트럼의 평균 크기 값, 예를 들어 유클리안을 계산하는 계산기(50),
- ||FFT(R(t))||로 표시된 이 계산된 크기를 메모리 영역(48)에 있는 온도 세트와 각각 연관된 기준 크기 세트와 비교하는 비교기(52),
- 비교기(52)에 의해 공급된 결과에 기초하여 온도(T)를 선택하는 온도(T) 선택기(54)를 포함한다.
대안적으로 온도 변동과 스펙트럼 변동 사이에 동일한 일대일 대응 관계 원리에 따라, 측정 모듈(46)은 오프-로드 수신 신호의 주파수 시프트에 대한 온도 변동의 효과를 처리할 수 있다. 그리하여, 제1 대안적인 실시예에 따라, 측정 모듈(46)에 의해 사용되는 방법은 미리 결정된 주파수 대역에서 오프-로드 스펙트럼 FFT(R(t))의 빈도 무게 중심(frequential barycenter)을 연산하는 것일 수 있고, 이 무게 중심의 스펙트럼 위치는 전술된 것과 유사한 학습 공정에 따라 온도와 일대일 대응하여 연관된다. 추가적인 대안적인 실시예에 따라, 측정 모듈(46)은 오프-로드 스펙트럼 FFT(R(t))의 국부적 극값(local extremum)을 연산할 수 있고, 이 극값은 터치-감지 패널(24)에 의해 형성된 전파 매체의 특정 공진 주파수에 대응한다. 이 경우에, 특정 주파수 스캐닝은 공진이 40 kHz에 위치된 경우 이 공진 주파수, 예를 들어 39 kHz와 41 kHz 주위에서 수행될 수도 있다. 이 특정 범위에서 고해상도 FFT 연산은 이 경우에 선택적으로 극값에 대한 FFT의 2차 보간을 수반하는 국부적 극값의 위치를 정밀하게 검출할 수 있게 한다. 빈도 무게 중심과 유클리안 크기에 대해, 국부적 극값의 주파수 시프트는 온도 변동을 수반한다. 국부적 극값의 주파수 시프트는 FFT 연산을 수반함이 없이 그러나 단지 극값의 대략적인 위치 주위에 일부 10개의 미리 한정된 주파수에서 수신 신호 R(t)의 피크 진폭을 측정하고 나서 2차 보간을 하는 것에 의해 더 관찰될 수 있다. 이 연산은 FFT 연산보다 더 간단하고 더 신속하다. 이것은 또한 단지 일부 10개의 미리 한정된 주파수에 대해 빈도 무게 중심을 연산하기 위해 적용될 수 있다.
또한 대안적으로, 이 터치-감지 패널(24), 예를 들어 써미스터와 접촉하도록 배열되고, 측정된 값을 처리 모듈(44)에 공급하기에 적절한 온도 센서에 의해 이를 대체하는 것에 의해 측정 모듈(46)을 없앨 수도 있다.
처리 모듈(44)은 측정된 온도(T)에 따라 그 성분을 시프트하는 것에 의해 수신 신호의 스펙트럼 FFT(R(t))을 적응시키는 모듈(56)을 포함한다. 이 처리 모듈은 수신 신호의 정정된 스펙트럼 FFT'(R(t))을 공급한다. 전술된 바와 같이 이전 학습 공정은, 예를 들어 모듈(46)에 의해 측정되기에 적절한 각 온도 값에 대해, 오프-로드 스펙트럼 FFT(R(t))의 연속적인 주파수와 기준 온도에 대한 재교정에 적용될 주파수 시프트 값 사이에 대응 관계를 수립할 수 있다. 대체로, 이 대응 관계는, 미리 결정된 온도 세트에 대해, 복수의 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과, 이 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과 각각 연관된 복수의 주파수 시프트 값 사이에, 수립될 수 있다. 이 미리 수립된 대응 관계는 적응 모듈(56)이 판독 액세스를 하는 메모리 영역(58)에 저장된다. 이것은 온도에 따른 주파수 시프트가 단일 또는 다수의 터치가 검출되었는지 여부에 거의 의존하지 않는 것으로 관찰되었으므로 오프-로드 수신 신호에 대해 학습된다.
마지막으로, 처리 모듈(44)은 수신 신호의 특정 스펙트럼 특성, 이 경우에 미리 결정된 주파수 대역에 걸쳐 정정된 스펙트럼 FFT'(R(t))을, 로컬라이즈 모듈(60)이 판독 액세스된 메모리 영역(60)에 저장된 기준 스펙트럼 특성 세트와 비교하는 것에 의해 터치-감지 패널(24)에서 적어도 하나의 터치(L)를 로컬라이즈하는 모듈(60)을 포함한다. 이 기준 스펙트럼 특성은 전술된 기준 온도 이전에 학습된 단일 또는 다수의 터치의 상이한 로컬라이즈와 관련된다. 대안적으로, 기준 스펙트럼 특성은 수신 신호의 스펙트럼 특성과 비교되기 전에 정정될 수 있으나, 실제로 수신 신호의 것을 정정하는 것이 더 간단하다는 것은 명백하다.
전술된 시스템(10 또는 30)에 의해 사용되는 단일 또는 다수의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 방법이 이제 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명된다.
본 방법의 다른 단계들과 병렬로 그리고 규칙적으로 반복되는 측정 단계(100) 동안, 터치-감지 패널(24)의 온도(T)는 검출 및 로컬라이즈 시스템(10 또는 30)의 측정 모듈(46)에 의해 측정된다.
단계(102) 동안, 벌크 음향파는 송신/수신 마이크로제어기(42)의 명령으로 송신 트랜스듀서(E1 및 E2)에 의해 터치-감지 패널(24)에서 송신된다.
단계(104) 동안, 송신된 음향파는 터치-감지 패널(24)에서 전파되고 서로 간섭된 후 수신 트랜스듀서(R)에 의해 수신된다. 송신/수신 마이크로제어기(42)는 트랜스듀서(R)에 의해 리턴된 아날로그 신호를 처리하여 디지털화되고 나서 FFT에 의해 변환된 수신 신호를 공급한다. 그 결과 스펙트럼 FFT(R(t))은 처리 모듈(44)로 송신된다.
단계(102 및 104)는 루프에서 반복된다.
반복된 단계(102)의 경우들 중 하나의 경우 후에 수행되는 단계(106) 동안, 하나 또는 다수의 터치 접촉이 검출된다. 이 검출은 수신 신호 또는 그 스펙트럼의 특정 특성의 급격한 변동(오프-로드 기준 스펙트럼 등에 대해 스펙트럼의 감쇠, 왜곡)으로부터 초래될 수 있다.
적응 단계(108) 동안, 메모리 영역(58)에 저장된 측정된 온도(T)와 주파수 시프트 파라미터에 따라, 스펙트럼 FFT(R(t))은 기준 온도에 채택되었어야 하는 형태를 재교정하는 모듈(56)에 의해 적응된다. 이 단계 후에, 정정된 스펙트럼 FFT'(R(t))은 로컬라이즈 모듈(60)로 송신된다.
마지막으로, 로컬라이즈 단계(110) 동안, 모듈(60)은 기준 온도에서 복수의 주어진 단일 또는 다수의 터치에 대해 이전에 학습된 기준 스펙트럼을 정정된 스펙트럼 FFT'(R(t))과 비교한다. 이 모듈은 전술된 문헌 FR 2 916 545와 FR 2 948 471로부터 알려진 방법에 따라 검출된 터치의 로컬라이즈(들)(L)를 추론한다.
각 측정된 온도에 적용되는 주파수 시프트 파라미터를 메모리 영역(58)에 공급하는 학습 공정은 이제 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
본 학습 위상의 제1 단계(200)에 따라, 오프-로드 스펙트럼은 상이한 온도(학습된 온도 범위에 걸쳐 검출 및 로컬라이즈 시스템의 만족스러운 온도 거동을 보장하는데 필요한 개수)에서 획득되고 기준 온도에서 획득된 오프-로드 스펙트럼 또는 기준 스펙트럼과 비교된다. 이 비교를 수행하기 위해, 오프-로드 스펙트럼의 관심 지점이 식별된다. 이 관심 지점은 예를 들어 각 오프-로드 스펙트럼에서 용이하게 발견되는 피크(peak)와 골(trough)로 구성된다.
후속 단계(202) 동안, 이 학습 위상에 의해 관심 있는 각 온도에 대해, 대응하는 오프-로드 스펙트럼의 관심 지점은 기준 스펙트럼의 것과 동일한 관심 지점과 각각 매칭된다. 해당 온도에서 대응하는 오프-로드 스펙트럼의 각 관심 지점으로부터 기준 스펙트럼의 대응하는 지점으로 스위칭하도록 수행되는 주파수 시프트가 추론된다.
이후, 단계(204) 동안, 각 관심 지점들 사이에 선형 보간에 의하여, 관심 스펙트럼 대역의 각 주파수에 대한 시프트 파라미터 값이 추론된다.
마지막으로, 마지막 단계(206) 동안, 선택적으로 시프트 방향을 반전(invert)시키고 최종 시프트 파라미터를 메모리 영역(58)에 저장하는 것으로 유지된다. 이들 파라미터는 기준 온도, 즉 단계(110)에서 로컬라이즈 모듈(60)에 의해 사용된 단일 또는 다수의 터치 학습 공정이 수행된 온도에서 획득되었어야 하는 것에 대응하도록 온도(T)에서 획득된 임의의 스펙트럼 FFT(R(t))을 정정하는데 사용된다.
측정된 온도에 따라 스펙트럼 FFT(R(t))을 이렇게 적응시키면 검출 및 로컬라이즈 시스템의 온도 거동을 매우 상당히 개선시킬 수 있다. 실험적으로, 20℃를 초과하는 온도 거동이 단일 기준 온도에서 학습된 기준 스펙트럼 특성의 단일 세트에 기초하여 획득될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 그리하여, 20℃에서 수행된 학습 공정에서, 이 온도 거동은 10℃ 내지 30℃에서 만족스러운 것으로 밝혀졌다.
나아가, 시스템 성능의 이러한 개선을 보강하기 위해, 추가적인 개선이 일반적으로 이루어질 수 있다.
그리하여, 작용하는 스펙트럼 FFT(R(t))을 적응시키기 위하여, 측정 전자장치의 스펙트럼 해상도는, 일반적으로 100 Hz는 사용되는 터치-감지 패널의 스펙트럼의 변동에 대해 충분하여야 한다. 다시 말해, 패널은 매우 선택적인 공진 피크를 구비하지 않도록 약간 반사적이어야 한다. 실제로, 음향파는 플라스틱 패널 또는 몸체에서 상대적으로 효과적으로 댐핑되지만, 특히 터치-감지 표면을 갖는 물체가 예를 들어 도 1 내지 도 4에 도시된 예의 경우와 같이 높은 대칭성을 가지는 경우 유리 또는 금속 패널에서 훨씬 약하게 댐핑된다. 이 경우에, 터치-감지 패널(예를 들어, 중밀도 내지 고-밀도 PVC 폐포(alveolar), 폴리우레탄 포움(polyurethane foam))의 표면에 댐핑 포움을 추가하는 것이 유리하다. 또한 터치-감지 패널의 일면을 실리콘 배스(silicone bath)에 코팅하거나 침지하여 최대 0.5 mm 내지 2 mm 두께의 실리콘 층을 형성하는 것이 가능하다. 댐핑 층은 터치-감지 패널 또는 몸체의 주변으로 제한될 수 있다.
그리하여 또한, 터치-감지 패널(24)의 온도 변동에 따라 주파수에서 관찰된 시프트 때문에, 만족스러운 성능으로 기능하도록 제안된 적응에 따라 터치 중단을 재교정하기 위하여, 송신 트랜스듀서(E1 및 E2)의 여기 스펙트럼이 관심 스펙트럼 대역에 가능한 한 평평한 것이 유리하다. 정사각형 스펙트럼을 갖는 파열은 하한과 상한이 제3 고조파를 배제하는 주파수 대역에서 송신된다. 상한의 1/3을 넘는 하한이 선택된다. 나아가, 스펙트럼이 더 높거나 또는 패널이 더 얇을수록, 제안된 방법의 해상도가 더 우수하다는 것이 관찰된다. 주어진 패널 두께에 대해, 로컬라이즈가 매우 공간적으로 구별될 수 있으므로 터치의 검출과 로컬라이즈를 연산할 때 이 주파수를 더 이상 고려하지 않는 임계값을 한정하는 것이 가능하다.
낮은 주파수에서, 가청 임계값은 한계를 설정하는데, 이때 주파수는 트랜스듀서(E1 및 E2)의 여기 진폭이 상당히 감소된 경우 및 R(t)이 증폭을 더 크게 받는 경우 가청 범위에 진입할 수 있다. 이 때문에, [35 kHz, 96 kHz]의 전술된 주파수 대역은 두께가 1 mm 내지 6 mm에 위치된 많은 물질과 관련된다. 나아가, 스펙트럼에 대한 파동(undulation)을 제한하기 위하여, 가능한 가장 편평한 템플릿을 생산하도록 생성될 주파수의 최적 개수가 선택된다. [35 kHz, 96 kHz]의 주파수 대역의 예에서, 최적값은 60개의 주파수의 송신 주위에 위치된다. 구체적인 조건으로, "주파수 송신"이라는 용어는 해당 주파수에 중심을 둔 사인 함수(cardinal sine) 유형의 펄스의 송신을 나타내는 것으로 이해된다.
나아가, 송신 스펙트럼의 평탄화를 최대화하기 위해, 원래의 주파수 스캐닝 여기 기술을 사용하여 스펙트럼에 포함된 잡음을 더 제거하는 것이 가능하다. 이것은 시간에 따라 순환적으로 변하는 주파수로 터치-감지 패널(24)을 여기시키고 획득된 결과를 평균내도록 의도된다. 그리하여, Fmin(예를 들어 35 kHz) 내지 Fmax(예를 들어 96 kHz)에 이르는 N개의 주파수에서 파열의 송신에 의해 생성된 스펙트럼에 대해, 2개의 주파수 사이, 그리하여 스펙트럼의 2개의 인접한(consecutive) 로브(lobe) 사이의 편차는 대략 Δf = (Fmax - Fmin)/N인 경우, 동일한 파열이지만 이 편차의 비율 Δf/P만큼 매번 시프트된 파열에 P배를 생성한 후 P로 나누면, 로브-없는 여기와 등가가 획득된다. 지불할 가격은 단일 스펙트럼으로 종료하도록 연속적으로 송신될 파열의 개수 P이다. 요구되는 스펙트럼 정밀도와 연산 시간 사이를 절충하는 것이 필요하다. 예를 들어 P = 2 파열 송신만을 수행하여 허용가능한 연산 시간을 유지하는 동안 스펙트럼을 평판화하는 것이 선택될 수 있다.
마지막으로, 종래의 방법을 사용하여 식별된 후에, 트랜스듀서(E1, E2 및 R)의 전달 함수를 고려하여 파열 송신에서 및 신호 수신에서 이를 보상하는 것이 또한 가능하다. 이 목적을 위하여, 송신된 신호의 진폭 또는 각 주파수의 송신 지속시간이 조절될 수 있다.
전술된 바와 같이 단일 또는 다수의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템은 로컬라이즈될 수 있는 터치의 학습 공정이 단일 기준 온도에서 수행되는 경우에도 불구하고 만족스러운 온도 거동을 보장할 수 있게 한다.
본 발명은 전술된 실시예로 제한되지 않는다는 것이 더 주목되어야 한다.
특히, 도 1 및 도 2에서 예를 참조하여 도시되고 설명된 터치-감지 패널(24)은 3차원을 포함하여 임의의 형상의 터치-감지 물체로 대체될 수 있다.
보다 일반적으로 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 본 명세서에 설명된 개시 내용에 비춰 전술된 실시예에 여러 변형이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 이후 청구범위에서 사용되는 용어는 본 상세한 설명에 개시된 실시예로 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되고, 본 명세서에 개시된 개시 내용을 구현하는데 일반적인 지식을 적용함으로써 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있고, 용어에 의해 청구범위에 커버되도록 의도된 임의의 균등 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (10)
- 물체의 터치-감지 표면(24)에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈(localizing)하는 시스템(10, 30)으로서,
- 상기 송신된 파들 사이에 음향 간섭을 생성하도록 배열된 상기 터치-감지 표면에서 벌크 음향파를 송신하는 적어도 2개의 별개의 소스(E1, E2),
- 상기 터치-감지 표면에서 전파되고 간섭된 음향파를 수신하고, 상기 수신된 음향파에 기초하여 수신 신호를 공급하도록 설계된 적어도 하나의 벌크 음향파 수신기(R; R+, R-),
- 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 특정 스펙트럼 특성을 기준 스펙트럼 특성(62) 세트와 비교하는 것에 의해 상기 물체의 상기 터치-감지 표면(24)에서 적어도 하나의 터치를 로컬라이즈하는 수단(60)을 포함하고,
- 상기 터치-감지 표면(24)의 온도를 측정하는 수단(46), 및
- 측정된 상기 온도(T)의 함수로 상기 스펙트럼 특성 중 적어도 일부의 스펙트럼 특성의 주파수 시프트에 의하여 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 스펙트럼 특성 또는 상기 기준 스펙트럼 특성(62)을 적응시키는 수단(56)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 적응 수단(56)은 복수의 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과, 상기 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과 각각 연관된 복수의 주파수 시프트 값 사이에, 미리 결정된 온도 세트에 대해, 메모리(58)에 저장된 미리 한정된 대응 관계에 기초하여, 측정된 온도(T)에 따라 수신 신호(FFT(R(t)))의 각 스펙트럼 특성을 시프트하도록 설계된 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 온도(T)를 측정하는 수단(46)은,
- 미리 결정된 주파수 대역에서 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 스펙트럼의 크기(norm)를 계산하는 계산기(50),
- 상기 계산된 크기를 온도 세트와 각각 연관된 기준 크기(48) 세트와 비교하는 비교기(52),
- 상기 비교기(52)에 의해 공급된 결과에 기초하여 온도(T)를 선택하는 온도(T) 선택기(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 송신 소스(E1, E2)와 상기 수신기(R; R+, R-)는 상기 터치-감지 표면(24)의 주변에 비대칭적으로 배열되고, 상기 송신 소스의 여기(excitation)는 상기 기준 크기 세트와 상기 온도 세트 사이의 관계가 단조 증가 또는 단조 감소 관계이도록 수립되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 온도를 측정하는 수단은 상기 터치-감지 표면(24)과 접촉하게 배열된 온도 센서, 특히 써미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
벌크 음향파는 램파(Lamb wave) 형태로 터치-감지 표면에서 전파되고, 2개의 수신기(R+, R-)는 상기 터치-감지 표면(24)에서 서로 향하게 배열되고, 수신기는 본질적으로 기본 반대칭 램 모드만을 수신하고 대칭파와 횡방향 수평파를 제거하도록 편파(polarized)되고 상호 연결된 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 2개의 수신기(R+, R-)는 상기 터치-감지 표면(24)의 정중면(median plane)에 대해 대칭적으로 배향된 편파를 구비하도록 배열되고, 직렬로 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 시스템. - 물체의 터치-감지 표면(24)에서 적어도 하나의 터치를 검출하고 로컬라이즈하는 방법으로서,
- 적어도 2개의 별개의 소스(E1, E2)에 의해, 상호 간섭하는 벌크 음향파를 상기 터치-감지 표면(24)에서 송신(102)하는 단계,
- 적어도 하나의 수신기(R; R+, R-)에 의해, 상기 터치-감지 표면(24)에서 전파되고 간섭된 벌크 음향파를 수신하고, 상기 수신된 음향파에 기초하여 수신 신호를 공급하는 단계(104),
- 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 특정 스펙트럼 특성을 메모리에 저장된 기준 스펙트럼 특성(62) 세트와 비교하는 것에 의해 상기 물체의 상기 터치-감지 표면(24)에서 적어도 하나의 터치를 로컬라이즈하는 단계(110)를 포함하고,
- 상기 터치-감지 표면(24)의 온도를 측정하는 단계(100), 및
- 측정된 상기 온도(T)의 함수로서 상기 스펙트럼 특성 중 적어도 일부의 스펙트럼 특성의 주파수 시프트에 의해 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 스펙트럼 특성 또는 상기 기준 스펙트럼 특성(62)을 적응시키는 단계(108)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제8항에 있어서,
- 상기 수신 신호(FFT(R(t)))의 각 스펙트럼 특성은 복수의 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과, 상기 연속적인 주파수 또는 주파수 대역과 각각 연관된 복수의 주파수 시프트 값 사이에, 미리 결정된 온도 세트에 대해, 미리 한정된 대응 관계(58)에 기초하여, 측정된 상기 온도(T)에 따라 시프트되고,
- 상기 주파수 시프트 값은 상이한 온도에서 오프-로드(off-load)로 검색된 스펙트럼 특성을 상기 기준 스펙트럼 특성을 학습하기 위한 온도에서 오프-로드로 검색된 스펙트럼 특성과 일치(202)시키는 것에 의해 이전의 학습 위상(200, 202, 204, 206) 동안 학습되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
벌크 음향파는 파열(wavetrain)에 공통인 최소 주파수와 최대 주파수 사이 상이한 주파수에서 연속적인 펄스 파열 송신 형태로 송신되고(102),
- 상기 최소 주파수는 상기 최대 주파수의 1/3보다 더 크고,
- 제2 펄스 파열에 있는 각 파열은 펄스 파들 사이의 평균 주파수 편차(deviation)의 비율만큼 상기 펄스 파의 주파수 시프트에 의해 이전의 파열과는 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
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