KR20160029582A

KR20160029582A - 좌표 측정 장치 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR20160029582A
Application number: KR1020140119339A
Authority: KR
Inventors: 박성수; 강병훈; 박창병; 조규형
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-03-15
Also published as: KR102249203B1; US20160070387A1; US10191598B2

Abstract

좌표 측정 장치가 개시된다. 본 좌표 측정 장치는, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부. 복수의 제1 전극에 복수의 전극 단위로 구동 신호를 동시에 인가하는 구동부, 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부, 및, 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 구동부는, 하다마드 행렬(hadamard matrix)에 모든 첫 열이 0 값으로 대체된 행렬에 대응되는 연속적인 구동 신호를 복수의 전극 단위로 복수의 제1 전극에 동시에 인가한다.

Description

좌표 측정 장치 및 이의 구동 방법{COORDINATE INDICATING APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}

본 발명은 좌표 측정 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동시간의 증가 없이 센서의 수신 감도를 향상할 수 있는 좌표 측정 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.

최근에 스마트폰 또는 태블릿 PC의 보급이 활발하게 진행되고 있으며, 내장되는 접촉 위치 측정 장치에 대한 기술의 개발도 활발하게 진행되고 있다. 스마트폰 또는 태블릿 PC는 주로 터치 스크린을 구비하고 있으며, 사용자는 손가락 또는 스타일러스 펜을 이용하여 터치 스크린의 특정 좌표를 지정할 수 있다. 사용자는 터치 스크린의 특정 좌표를 지정함으로써 스마트폰에 특정한 신호를 입력할 수 있다.

터치 스크린은 전기적 방식, 적외선 방식 및 초음파 방식 등에 기초하여 동작할 수 있으며, R 타입 터치 스크린(resistive touch screen) 또는 C 타입 터치 스크린(capacitive touch screen)을 전기적 동작 방식의 예로서 들 수 있다.

종래에는 터치 스크린 중 사용자의 손가락 및 스타일러스 펜을 동시에 인식할 수 있는 R 타입 터치 스크린이 많이 이용되었다. 그러나 R 타입 터치스크린의 경우, ITO 층 사이의 공기층에 의한 반사에 의한 문제점이 존재하였다.

이에 따라, 최근에는 C 타입 터치 스크린이 많이 적용되고 있다. 여기서, C 타입 터치 스크린은 물체의 접촉에 의하여 발생하는 투명 전극의 정전 용량의 차이를 감지하는 방식으로 작동하는 터치 스크린이다.

이러한 C 타입 터치 스크린에서 센서의 수신 감도와 구동 시간은 상반관계(trade-off)를 갖는다. 즉, 센서의 수신 감도를 향상시키기 위해서는 구동 시간을 증가해야 하는데, 구동 시간의 증가는 센서의 감지 속도 저하로 이어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 개전하기 위하여, 근래에는 복수의 구동 전극에 서로 다른 디지털 코드에 해당하는 구동 신호를 동시에 인가하여 구동한 후, 응답 신호를 디코딩하여 위치 정보를 추출하는 방식이 이용되고 있다. 이때, 각 채널에 인가되는 디지털 코드는 상호 직교한 신호인바, 복수의 채널에서의 응답이 혼재된 수신 신호에서 특정 채널에 대한 응답 신호를 손쉽게 디코딩하여 추출할 수 있다. 즉, 순차 구동 방식에 대비하여 한 개 채널에 대한 구동 시간을 길게 가져갈 수 있으므로, 센서의 수신 감도를 향상할 수 있었다.

그러나 종래의 방식은 하다마드 행렬(Hadamard matrixs)을 이용하여 복수의 구동 신호를 생성하기 때문에, 복수의 채널에 인가되는 첫 번째 디지털 코드가 모두 동일한 값을 갖는다. 따라서, 첫 번째 구간에서 의해서 수신되는 신호(Vt1)는 다른 구간에 의해서 수신되는 신호(Vt2~Vtn)에 비하여 상당히 큰 값을 갖게 되고, 첫 번째 구간을 포함하는 전 구간에 신호를 감지하기 위해서는 수신단 구성에 있어서 상당한 제한 사항이 있었다.

즉, 구동 전극에서의 커패시턴스의 미세한 변화를 감지하기 위해서는 수신 회로의 수신 가능한 신호의 크기를 작게 가져가야 하나, 첫 번째 구간에서의 큰 수신 신호(Vt1)를 수신하기 위해서 수신회로의 다이내믹레인지(dynamic range)를 매우 크게 가져가야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하는 동시에 상술한 기술 개발 요청에 응답하기 위하여 안출된 것으로, 구동시간의 증가 없이 센서의 수신 감도를 향상할 수 있는 좌표 측정 장치 및 이의 구동 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치는, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부, 상기 복수의 제1 전극에 복수의 전극 단위로 구동 신호를 동시에 인가하는 구동부, 상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부, 및, 상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 구동부는, 하다마드 행렬(hadamard matrix) 중 각 전극에 인가되는 구동 신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 행렬에 대응되는 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가한다.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 전극 단위 내의 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스를 계산하고, 상기 계산된 커패시턴스에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단할 수 있다.

한편, 상기 복수의 제1 전극은, 연속적으로 배치되는 복수의 채널 단위로 복수의 서브 그룹으로 구분되며, 상기 구동부는, 하나의 서브 그룹 내의 모든 전극에 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

이 경우, 상기 구동부는, 제1 서브 그룹 내의 모든 전극에 대한 연속적인 구동 신호의 인가 이후에 제2 서브 그룹 내의 모든 전극에 대한 연속적인 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 서브 그룹과 상기 제2 서브 그룹은 적어도 하나의 제1 전극을 공유할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 서브 그룹과 상기 제2 서브 그룹은 연속적으로 배치될 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 제1 서브 그룹 내의 복수의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제1 오프셋(offset)을 적용한 제1 서브 그룹 커패시턴스 및 상기 제2 서브 그룹 내의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제2 오프셋을 적용한 제2 서브 그룹 커패시턴스를 기초로 하여 물체의 위치를 산출하며, 상기 제1 오프셋 및 상기 제2 오프셋은, 상기 공유되는 제1 전극에 대해서, 상기 제1 서브 그룹 커패시턴스와 상기 제2 서브 그룹 커패시턴스를 동일하게 할 수 있다.

한편, 상기 구동부는, 상기 복수의 서브 그룹 중 하나의 서브 그룹에 대해서만 구동 신호를 인가할 수 있다.

이 경우, 상기 구동 신호가 인가되는 서브 그룹 내의 복수의 제1 전극은 기설정된 시간 단위로 변경될 수 있다.

한편, 상기 수신부는, 상기 제2 전극 각각의 응답 신호를 복수의 채널 단위로 병렬 수신할 수 있다.

한편, 상기 구동부는, 행렬의 제1 값에 대응하여 상승 에지로 시작해서 하강 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하고, 상기 행렬의 제2 값에 대응하여 하강 에지로 시작해서 상승 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성할 수 있다.

이 경우, 상기 수신부는, 상기 응답 신호의 제1 구간에서 상기 응답 신호를 제1 커패시터를 이용하여 축적하고, 상기 응답 신호의 제2 구간에서 상기 응답 신호를 제2 커패시터를 이용하여 축적할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 좌표 측정 장치는, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부, 하다마드 행렬(hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하는 구동부, 상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부, 및, 상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 하다마드 행렬 중 각 전극에 인가되는 구동신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 구동 신호에 대한 응답 신호만을 이용하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단한다.

이 경우, 상기 복수의 제1 전극은, 연속적으로 배치되는 복수의 채널 단위로 복수의 서브 그룹으로 구분되며, 상기 복수의 서브 그룹은, 적어도 하나의 제1 전극을 공유하는 제1 서브 그룹과 제2 서브 그룹을 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 서브 그룹 내의 복수의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제1 오프셋(offset)을 적용한 제1 서브 그룹 커패시턴스 및 상기 제2 서브 그룹 내의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제2 오프셋을 적용한 제2 서브 그룹 커패시턴스를 기초로 하여 물체의 위치를 산출하며, 상기 제1 오프셋 및 상기 제2 오프셋은, 상기 공유되는 제1 전극에 대해서, 상기 제1 서브 그룹 커패시턴스와 상기 제2 서브 그룹 커패시턴스를 동일하게 할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 좌표 측정 장치는, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부, 서로 구분되는 제1 값 및 제2 값으로 이루어진 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하는 구동부, 상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부, 및, 상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 제1 값에 대응하여 상승 에지로 시작해서 하강 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하고, 상기 제2 값에 대응하여 하강 에지로 시작해서 상승 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성한다.

한편, 상기 수신부는, 상기 응답 신호의 제1 구간에서 상기 응답 신호를 제5 커패시터의 제1 방향으로 적분하고, 상기 응답 신호의 제2 구간에서 상기 응답 신호를 상기 제5 커패시터의 제2 방향으로 적분하는 적분기를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 좌표 측정 장치는, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부, 상기 복수의 제1 전극에 구동신호를 인가하는 구동부, 상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부, 및, 상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 수신부는, 상기 응답 신호의 제1 구간에서 상기 응답 신호를 제5 커패시터의 제1 방향으로 축적하고, 상기 응답 신호의 제2 구간에서 상기 응답 신호를 상기 제5 커패시터의 제2 방향으로 축적한다.

이 경우, 상기 수신부는, 상기 제5 커패시터에 축적된 전하를 이용하여 기설정된 기간 내의 응답 신호를 누적 저장하는 제6 커패시터를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 구동부는, 하다마드 행렬(hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 인가할 수 있다.

한편, 상기 제1 구간은 구동 신호가 증가하는 구간이고, 상기 제2 구간은 구동 신호가 감소하는 구간일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 제어 방법은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극에 복수의 전극 단위로 구동 신호를 동시에 인가하는 단계, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 단계, 및 상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 접촉 물체의 위치를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 인가하는 단계는, 하다마드 행렬(hadamard matrix) 중 각 전극에 인가되는 구동신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가한다.

이 경우, 상기 인가하는 단계는, 행렬의 제1 값에 대응하여 상승 에지로 시작해서 하강 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하고, 상기 행렬의 제2 값에 대응하여 하강 에지로 시작해서 상승 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 구체적인 구성을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 회로도를 도시한 도면,
도 3 내지 도 5는 본 실시 예에 따른 디지털 코드의 다양한 구현 예를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 디지털 코드를 이용한 경우의 구동 신호의 예를 도시한 도면,
도 7은 다른 실시 예에 따른 구동부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 8은 제1 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 9는 제1 실시 예에 따른 수신부의 회로도를 도시한 도면,
도 10은 제2 실시 예에 따른 수신부의 회로도를 도시한 도면,
도 11은 도 10의 복조부의 동작을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 좌표 측정 장치(100)는 채널 전극부(110), 구동부(120), 수신부(130) 및 제어부(140)로 구성될 수 있다. 여기서 좌표 측정 장치(100)는 터치 패드, 터치 스크린이거나, 터치 패드 또는 터치 스크린을 구비하는 노트북, 휴대폰, 스마트폰, PMP, MP3 player 등일 수 있다.

채널 전극부(110)는 복수의 전극을 포함한다. 구체적으로, 채널 전극부(110)는 매트릭스 형태로 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널 전극부(110)는 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극들과 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 채널 전극부(110)에 포함되는 복수의 전극의 형태 및 동작에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.

구동부(120)는 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가할 수 있다. 이때, 구동부(120)는 채널 전극부(110) 내의 제1 전극들에 대해서 전극 단위로 서로 구분되는 구동 신호를 인가할 수 있다. 구체적으로, 구동부(120)는 하다마드 행렬(hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 구동 신호를 복수의 전극 단위로 복수의 제1 전극에 동시에 인가할 수 있다. 또는 구동부(120)는 하다마드 행렬 중 각 전극에 인가되는 구동 신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 행렬에 대응되는 연속적인 구동 신호를 복수의 전극 단위로 복수의 제1 전극에 동시에 인가할 수 있다. 이와 같은 인가 방식에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.

여기서, 구동 신호는 이진 값을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 구체적인 구동 신호의 형태에 대해서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.

수신부(130)는 복수의 제2 전극 각각으로부터 수신한다. 구체적으로, 수신부(130)는 접촉 물체의 접근에 의하여 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스 가변에 따른 응답 신호를 복수의 제2 전극 각각으로부터 수신할 수 있다. 이때, 수신부(130)는 복수의 제2 전극 모두의 응답 신호를 동시에 수신하거나, 복수의 전극 단위로 병렬 수신할 수 있다.

제어부(140)는 좌표 측정 장치(100) 내의 각 구성을 제어하고, 기설정된 주기 단위로 연속적인 구동 신호가 복수의 제1 전극에 동시에 인가되도록 구동부(120)를 제어할 수 있다.

그리고 제어부(140)는 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 접촉 물체의 위치를 판단한다. 구체적으로, 제어부(140)는 전극 단위 내의 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스를 계산하고, 계산된 커패시턴스에 기초하여 접촉 물체의 위치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 채널 전극부(110)의 특정 좌표를 터치하는 경우, 특정 좌표에 대응되는 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시턴스는 가장 크게 변화되며, 주변의 교차점의 커패시턴스도 변화하게 된다. 따라서, 각 교차점의 커패시턴스를 계산하고, 계산된 커패시턴스 중 가장 큰 커패시턴스의 변화를 갖는 교차점을 접촉 물체의 위치로 판단할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 예에 따른 좌표 측정 장치(100)는 각 전극에 인가되는 구동 신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 행렬에 대응되는 연속적인 구동신호를 복수의 제1 전극에 인가하는바, 각 구간에서 수신되는 신호들은 크기의 변화는 크지 않게 된다. 즉, 수신 회로의 수신 가능한 신호의 범위를 작게 가져가, 커패시턴스의 미세한 변화를 감지하기 용이하도록 설계하여, 수신 감도를 개선할 수 있다.

이상에서는 좌표 측정 장치(100)의 기본적인 구성에 대해서만 도시하고 설명하였지만, 좌표 측정 장치(100)는 상술한 구성 이외의 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌표 측정 장치(100)가 터치 스크린인 경우에, 디스플레이 구성이 더 포함될 수 있으며, 좌표 측정 장치(100)가 스마트폰, PMP 등의 장치인 경우에, 디스플레이, 저장부, 통신 구성 등을 더 포함할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 회로도를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 좌표 측정 장치(100)는 채널 전극부(110), 구동부(120), 수신부(130) 및 제어부(140)로 구성될 수 있다.

채널 전극부(110)는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함한다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 채널 전극부(110)는 상호 다른 방향으로 배치되는 제1 전극 그룹(111) 및 제2 전극 그룹(112)을 포함할 수 있다.

제1 전극 그룹(111)은 제1 방향(가로 방향)으로 배치되는 복수의 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6, 111-7, 111-8)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전극은 투명 전극으로, ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다. 이러한, 제1 전극 그룹(111) 내의 복수의 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6, 111-7, 111-8)은 손가락의 위치를 감지할 때, 소정의 구동 신호(Tx 신호)를 전송하는 송신용 전극일 수 있다.

제2 전극 그룹(112)은 제2 방향(세로 방향)으로 배치되는 복수의 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, 112-4, 112-5, 112-6)으로 배치될 수 있다. 여기서, 제2 전극은 투명 전극으로, ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다. 이러한, 제2 전극 그룹(111) 내의 복수의 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, 112-4, 112-5, 112-6)은 손가락의 위치를 감지할 때, 제1 전극에서 입력된 Tx 신호에 의하여 야기되는 Rx 신호를 수신하는 수신용 전극일 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 제1 전극 그룹이 8개의 전극만을 포함하고, 제2 전극 그룹이 6개의 전극만을 포함하는 것으로 도시하였지만, 구현시에는 상술한 개수와 다른 전극 수로 구현될 수 있다. 그리고 도시된 예에서는 전극 그룹 내의 전극의 형상이 단순한 직사각형 형태로 도시하였지만, 구현시에는 각 전극의 형상은 보다 복잡한 형태로도 구현될 수 있다.

구동부(120)는 복수의 제1 전극에 구동 신호를 동시에 인가한다. 구체적으로, 구동부(120)는 하다마드 행렬(hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 구동 신호(예를 들어, 도 3)를 복수의 제1 전극(예를 들어, 복수의 전극 단위가 8개인 경우, 111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6, 111-7, 111-8)에 동시에 인가할 수 있다. 또는 구동부(120)는 하다마드 행렬 중 각 전극에 인가되는 구동 신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 행렬에 대응되는 연속적인 구동 신호를 복수의 제1 전극에 동시에 인가할 수 있다. 이러한 구동 신호는 제1 값 및 제2 값의 이진 디지털 코드이며, 도 3 내지 도 5 중 어느 하나의 형태일 수 있다. 한편, 제1 전극의 개수가 하다마드 행렬의 열 개수보다 많은 경우, 복수의 제1 전극은 행렬의 열 개수 단위로 구분될 수 있다. 즉, 하다마드 행렬의 열(또는 행) 개수가 동시에 구동 신호가 인가되는 전극 단위일 수 있다. 구체적으로 복수의 전극 단위로 동작하는 형태에 대해서는 도 7을 참조하여 후술한다.

수신부(130)는 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신한다. 구체적으로, 수신부(130)는 하나의 전극 단위로 모든 전극의 응답 신호를 순차적으로 수신하거나, 복수의 전극 단위로 모든 전극의 응답 신호를 수신할 수도 있다.

그리고 수신부(130)는 복수의 펄스를 포함하는 형태의 구동 신호를 처리하기 위한 복조 및 축적 회로를 구비할 수 있으며, 이에 대해서는 도 8 내지 도 11을 참조하여 후술한다.

제어부(140)는 구동 신호의 인가 및 인가된 구동 신호에 따른 응답 신호의 수신이 수행되도록 구동부(120) 및 수신부(130)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 제1 내지 제8 시간 구간에서 모든 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6, 111-7, 111-8)에 도 3에 도시된 바와 같은 구동 신호가 동시에 인가되도록 구동부(120)를 제어하고, 상술한 시간 구간 단위로 응답 신호가 수신되도록 수신부(130)를 제어할 수 있다. 이상과 같은 시간 구간은 하다마드 행렬의 행 개수에 대응될 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에서는 8행 8열의 하다마드 행렬을 이용하는바, 접촉 물체의 위치를 파악하기 위해서는 8개의 시간 구간이 필요하다. 그리고 계속적으로 접촉 물체의 위치를 추적 또는 감지하기 위해서는 상술한 8개 시간 구간이 한 단위가 되어 반복될 수 있다.

그리고 모든 제2 전극에 대한 응답 신호가 수신되면, 제어부(140)는 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서의 커패시턴스를 계산하고, 계산된 커패시턴스에 기초한 물체 위치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(111-5)과 제2 전극(112-3)의 교차점의 커패시턴스가 가장 큰 변화를 가지면, 제어부(140)는 제1 전극(111-5)과 제2 전극(112-3)이 교차하는 위치를 접촉 물체의 위치로 판단할 수 있다.

이상에서는 제1 전극 그룹 내의 모든 제1 전극에 구동 신호가 일괄적으로 인가되는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 제1 전극 그룹 내의 일부 제1 전극에만 구동 신호가 일괄적으로 인가되도록 구현될 수 있다. 즉, 전극 단위를 이루는 전극 룹이 여러 개인 경우, 전극 그룹 단위로 순차적으로 동작할 수 있으며, 로컬 스캔을 위하여 복수의 전극 그룹 중 어느 하나만 동작할 수도 있다.

한편, 도 2를 도시하고 설명함에 있어서, 복수의 전극이 매트릭스 형태로 배치되는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 매트릭스 형태 이외의 형태로 배치될 수도 있다.

도 3 내지 도 5는 본 실시 예에 따른 디지털 코드의 다양한 구현 예를 도시한 도면이다.

구체적으로, 도 3은 제1 실시 예에 따른 디지털 코드의 형태를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 디지털 코드는 두 에지 형태가 디지털 코드의 이진 값을 나타낸다. 구체적으로, 제1 실시 예에 따른 디지털 코드에서 전압 신호의 상승 에지가 디지털 코드의 제1 값(+1)에 대응하며, 전압 신호의 하강 에지가 디지털 코드의 제2 값(-1)에 대응한다.

그리고 도 4는 제2 실시 예에 따른 디지털 코드의 형태를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제2 실시 예에 따른 디지털 코드는 펄스 형태가 디지털 코드의 이진 값을 나타낸다. 구체적으로, 제2 실시 예에 따른 디지털 코드에서, 도 4(a)를 참조하면, 전압 신호의 상승 에지와 하강 에지로 구성되는 펄스 신호(Tx1)가 디지털 코드의 제1 값(+1)에 대응한다. 그리고 도 4(b)를 참조하면, 전압 신호의 하강 에지와 상승 에지로 구성되는 펄스 신호(Tx2)가 디지털 코드의 제2 값(-1)에 대응한다.

그리고 도 5는 제3 실시 예에 따른 디지털 코드의 형태를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 제3 실시 예에 따른 디지털 코드는 복수의 펄스 신호의 형태가 디지털 모드의 이진 값을 나타낸다. 구체적으로, 제3 실시 예에 다른 디지털 코드에서, 도 5(a)를 참조하면, 전압 신호의 상승 에지로 시작해서 하강 에지로 끝나는 펄스 신호가 디지털 코드의 제1 값(+1)에 대응한다. 그리고 도 5(b)를 참조하면, 전압 신호의 하강 에지로 시작해서 상승 에지로 끝나는 펄스 신호(Tx2)가 디지털 코드의 제2 값(-1)에 대응한다.

제3 실시 예와 같은 디지털 신호는 제2 실시 예에 따른 디지털 신호보다 에지의 개수가 많은바, 응답 신호는 여러 번의 상승 에지와 하강 에지에 대한 응답을 축적할 수 있으며, 도 3 및 도 4의 경우보다 높은 SNR을 획득할 수 있다. 또한, 신호의 획득 시에 잡음 제거 기법을 사용하여 저주파수 잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.

도 6은 도 5의 디지털 코드를 이용한 경우의 구동 신호의 예를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 하다마드 행렬(Hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 구동 신호가 도시되어 있다. 여기서, 하다마드 행렬은 모든 구성 원소가 +1이나 -1 중 어느 하나이고, 임의 두 벡터가 모두 직교하는 장방 행렬이다. 구체적으로, 하다마드 행렬 안의 임의의 2개의 row 가 서로 직교(orthogonal) 한 특징이 있다. 여기서 직교한다는 것은, 2개의 벡터의 내적(inner product) 이 0이라는 의미이다. 또한, 하다마드 행렬 내의 임의의 행은 제 1행을 제외하면 모두 동수의 1 과 -1 을 갖게 된다.

예를 들어서, 구동 신호가 8개 bit 를 갖는 디지털 코드에 기초하는 신호라고 가정하면, i번째 Tx 채널에 인가되는 j 번째 디지털 코드(digital code)를 H(i, j), i=1~8, j=1~8 라고 하면, 하다마드 행렬은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 행렬의 열은 하나의 제1 전극에 순차적으로 인가되는 구동신호를 나타내며, 행은 하나의 시간 단위에서 복수의 제1 전극에 입력되는 구동신호이다. 예를 들어, 구동부(120)는 복수의 제1 전극(Tx1~ tx8)에 하나의 시간 단위마다 도 5와 같은 서로 다른 두 개의 이진 값을 갖는 구동 신호를 연속적으로 인가할 수 있다. 구체적으로, 구동부(120)는 제2 전극(Tx2)에 대해서는 기설정된 시단 단위마다 1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1 각각에 대응되는 도 5의 디지털 코드를 인가할 수 있다. 그리고 그와 동시에 나머지 전극들에 대해서도 동일한 방식으로 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

한편, 상술한 하다마드 행렬을 이용하여 구동 신호를 복수의 제1 채널에 인가하는 경우, 제2 전극에서의 수신 신호(V)는 아래의 수학식 2와 같이 표시할 수 있다.

여기서, V는 제2 전극에서 수신된 수신 신호로 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 그리고 k는 이득(gain), 구동 신호의 크기 및 형태에 따라 결정된 상수, H는 하다마드 행렬로 상술한 수학식 1과 같이 표현될 수 있다, C는 하나의 제2 전극과 복수의 제1 전극 간의 커패시턴스로, 아래의 수학식 4와 같이 표시될 수 있다.

수학식 2에 수학식 3 및 4를 반영하면, 아래와 같은 수학식 5와 같이 수신 신호를 나타낼 수 있다.

수학식 5에서 각 행은 서로 다른 시간에서의 코드이고, 각 열은 서로 다른 채널에 인가되는 코드를 의미한다. 구체적으로, 수학식 6을 참조하면, 첫 번째 행은 모두 '+1' 값의 디지털 코드를 갖는다. 이는 제1 시간 구간에서 모든 전극에 동일한 값의 디지털 코드가 인가됨을 의미한다.

그러나 하나의 시간 구간에서 모든 전극에 동일한 값의 코드가 전달되면, 해당 시간 구간에서의 수신 신호(Vt1)는 상당한 큰 값을 갖게 된다. 그러나 나머지 시간 구간에서의 수신 신호는 상대적으로 매우 작다는 점에서, 제1 시간 구간에서의 수신 신호를 감지할 수 있는 수신 회로에서는 제1 시간 구간 이외의 구간에서의 미세한 신호 변화를 정밀하게 감지하기 어려웠다.

이에 따라, 본 실시 예에서는 수신신호의 감도를 향상하기 위하여, 하다마드 행렬 중 각 전극에 인가되는 구동 신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간(상술한 수학식 5에서는 제1 시간 구간)을 제외한 구동 신호에 대한 응답 신호만을 이용하여 구동할 수 있다. 구체적으로, 수신 신호 중 하다마드 행렬의 첫 번째 구동에 해당하는 응답 신호(Vt1)를 사용하지 않고 물체의 접촉위치를 측정할 수 있으며, 수신 감도를 향상시키기 위해서는 모든 채널에 동일한 패리티(parity)의 신호의 입력은 제외하는 것이 유리하다.

이와 같이 하다마드 행렬을 수정하여 이용하여도 각 채널에 대한 커패시턴스의 추정이 가능한 이유에 대해서는 이하에서 설명한다.

구체적으로, 하다마드 행렬에서 동일한 값을 가지는 시간 구간을 0으로 대체한 행렬(H')을 수학식 3에 반영하면, 수학식 7과 같이 표현할 수 있으며, 이를 다시 정리하면 수학식 8 및 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

한편, 수학식 9에서 수학식 2를 반영하면, 아래의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 모든 행렬의 값이 1인 [8x1] 행렬을 의미한다.

한편, 하다마드 행렬의 특성에 의하여 H H = 8I 이므로, 수학식 10은 아래의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Vt1은 수학식 2에 의하여, 아래의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

한편, 평균 커패시턴스를 Cavg를 아래의 수학식 13과 같이 정의한다면, 수학식 12는 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다. 그리고 수학식 14를 상술한 수학식 11에 반영하면, 아래와 같은 수학식 15과 같다.

따라서, 최종적으로 복수의 송신 전극(제1 전극)에 대한 하나의 수신 전극(제2 전극)의 상호 커패시턴스는 아래의 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Vt1, …, Vt8은 수학식 2에 의해서 정의되며, 제1 전극(Tx1~Tx8)에 H 매트릭스를 적용하였을 때의 출력이 된다. 그러나 T 2~T 8에서 HC와 H'C는 동일한 값을 가지므로, H'C의 값으로 대체하여도 무관하다. 또한, T1에서의 값 Vt1에 대해서는 수학식 16에서 H'의 첫 번째 열이 모두 0이므로, V 벡터에서 Vt1이 없어도, Cavg만 있으면, 커패시턴스 값을 계산할 수 있게 된다.

이상에서는 구동 신호의 생성 과정에서 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 구동 신호만을 채널 전극부(110)에 인가하는 것으로 설명하였지만, 즉, 상술한 바와 같은 동작을 구동부에서 수행하는 것으로 설명하였지만, 상술한 바와 같은 동작은 수신단에서도 수행할 수 있다. 구체적으로, 구동부에서는 종래와 같이 하다마드 행렬에 따른 구동 신호를 인가하고, 수신단에서는 하다마드 행렬에서 동일한 값을 가지는 시간 구간에 대응되는 응답 신호는 제외하고 나머지 응답 신호만 수신하는 형태로 동일한 기능을 수행할 수 있다.

한편, 다시 도 6을 참조하면, 8채널을 구동하는 구동 신호의 시퀀스를 구현한 예가 도시되어 있다. 앞선 계산에서 증명한 바와 같이 접촉된 물체의 위치를 측정하는데 있어서, Vt1은 사용되지 않으므로, 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가할 때 첫 번째 시퀀스는 제외하고 구동할 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 첫 번째 시퀀스를 제외하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 구동 신호가 모두 동일한 값을 가지는 시간 구간은 첫 번째가 아닌 다른 구간일 수도 있다.

도 7은 다른 실시 예에 따른 구동부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 복수의 제1 전극(111)은 연속적으로 배치되는 복수의 채널 단위로 복수의 서브 그룹으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 복수의 제1 전극(111)은 제1 서브 그룹(110-1), 제2 서브 그룹(110-2)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 서브 그룹(110-1)과 제2 서브 그룹(110-2)은 연속적으로 배치되며, 제1 서브 그룹(110-1)과 제2 서브 그룹(110-2)은 적어도 하나의 전극(113)을 공유할 수 있다.

이때 구동부(120)는 하나의 서브 그룹 내의 복수의 전극은 기설정된 전극 단위인바, 앞서 상술한 바와 같이 연속적인 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

한편, 구동부(120)는 제1 서브 그룹 내의 모든 전극에 대한 연속적인 구동 신호의 인가 이후에 제2 서브 그룹 내의 모든 전극에 대한 연속적인 구동 신호를 인가할 수 있다. 구체적으로, 제1 서브 그룹과 제2 서브 그룹이 하나의 전극이 공유된 경우라도, 제1 서브 그룹과 제2 서브 그룹은 서로 다른 시간 범위에서 동작하는바, 제1 서브 그룹이 동작하는 시간 범위 내에서의 동작은 앞서 설명한 바와 동일하다.

한편, 복수의 서브 그룹이 적어도 하나의 전극(113)을 공유하는 경우, 제어부(140)는 제1 서브 그룹 내의 복수의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제1 오프셋(offset)을 적용한 제1 서브 그룹 커패시턴스 및 제2 서브 그룹 내의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제2 오프셋을 적용한 제2 서브 그룹 커패시턴스를 기초로 물체의 위치를 산출할 수 있다. 여기서, 제1 오프셋 및 제2 오프셋은 공유되는 제1 전극에 대해서 제1 서브 그룹 커패시턴스와 제2 서브 그룹 커패시턴스를 동일하게 하는 것이다.

이와 같은 오프셋 적용 동작에 대해서 아래에서 자세히 설명한다.

제1 서브 그룹(Tx1~Tx8)에는 H' 의 구동 신호를 인가하고, 그에 대한 수신 신호 V1을 얻을 수 있다. 여기서, V1의 첫 번째 행인 V1(Vt1)은 앞서 설명한 바와 같이 알 수 없는 값이다.

그리고 제2 서브 그룹(Tx8~Tx15)에도 H'의 구동 신호를 인가하고, 그에 대한 수신 신호 V2을 얻을 수 있다. 편의상 H'을 row vector h1', ..., h8' 으로 표기하면, H'는 수학식 17과 같다.

여기서, 수학식 16과 제1 서브 그룹 구동의 결과인 제1 수신 신호(V1)로부터 i번째 Tx 채널과 Rx1 채널과의 커패시턴스는 아래의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다. 그리고 동일하게 수학식 16과 제2 서브 그룹의 결과인 제2 수신신호(V2)로부터 i 번째 Tx 채널과 Rx 1채널과의 커패시턴스는 아래의 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Cavg1은 수학식 13에서 정의되는 제1 전극(Tx1~Tx8)에 해당하는 제1 평균 커패시턴스 값이다.

여기서, Cavg2은 수학식 13에서 정의되는 제1 전극(Tx8~Tx15)에 해당하는 제2 평균 커패시턴스 값이다.

한편, 수학식 18과 수학식 19에서 C8의 값은 동일해야 하는바, 제2 평균 커패시턴스 값은 아래의 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 수학식 18, 19, 20에서 Tx1 내지 Tx15와 Rx1과의 커패시턴스는 아래와 같이 H'V1, H'V2 및 Cavg1으로 표기될 수 있다.

한편, Cvag1은 전체 Tx 채널과의 커패시턴스에 동일하게 적용되는 값이므로, 물체의 접촉 위치 계산에는 영향을 주지 않는다. 따라서, Cavg1 을 제외한 수학식 22로부터 물체의 접촉 위치를 추출해도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

한편, H' 행렬은 첫 번째 열이 0인 행렬이므로, H'V1, H'V2는 V1, V2의 첫 번째 값인 제1 서브 그룹과 제2 서브 그룹 각각의 응답 신호 Vt1(g1), Vt2(g2)각각에 무관한 결과를 산출한다.

따라서, Vt1(g1), Vt2(g2)는 측정되지 않아도 되며, Vt1의 큰 신호를 측정하지 않아도 되므로, 수신 회로의 다이내믹 레인지를 작게 설계할 수 있어, 수신회로의 감도를 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 오프셋은 커패시턴스의 차이를 누적하여 구할 수도 있다. 구체적으로, 수학식 18 및 수학식 19의 표기를 수학식 23 및 수학식 24과 같이 나타낼 수 있다. 그리고 인근 Tx 채널과의 Mutual 커패시턴스의 차이 값을 구하면, 수학식 25와 같다.

여기서, c1, c2, ...c8, c8', ... c15' 은 각각 H' 과 V1, V2 의 곱으로부터 산출되는 값이다.

상술한 수학식 25의 값들을 누적하여 정리하면 다음과 같은 수학식 26과 같다.

그리고 수학식 26을 제1 서브 그룹과 제2 서브 그룹에서 계산되는 C8이 동일한 것을 활용하여 정리하면, 다음과 같은 수학식 27과 같이 각 커패시턴스가 정리된다.

여기서, C1 및 c1은 전체 커패시턴스에 동일하게 적용되는 오프셋 값이므로, 물체의 접촉 위치 산출에는 영향을 주지 않는다. 따라서 이 값을 무시하게 되면, 각 커패시턴스는 아래의 수학식 28과 같다.

결국, 식 C1을 제외하면, 상술한 수학식 22와 동일한 형태를 갖는다.

실제 구현에 있어서는 인근 Tx 채널과의 상호 커패시턴스의 차이 값을 구한 후에 누적하여 커패시턴스를 구하는 것이, h8'V1 - h1'V2 에 해당하는 값을 따로 저장해 두어도 되지 않는 유리한 측면이 있다.

한편, 이상에서는 복수의 서브 그룹이 순차적으로 동작하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 복수의 서브 그룹 중 특정 서브 그룹만 동작할 수 있다. 구체적으로, 제어부(140)는 이전 과정에서 감지된 접촉 물체의 위치에 기초하여 구동 신호를 인가할 서브 그룹을 결정할 수 있다. 이와 같은 결정에 따라 구동부(120)는 결정된 서브 그룹에 대해서만 구동 신호를 인가할 수 있다.

한편, 이상에서는 복수의 서브 그룹이 미리 결정되어 있는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 서브 그룹의 구성은 기설정된 시간 단위로 변경될 수 있다. 예를 들어, 이전 과정에서 감지된 접촉 물체의 위치가 제1 전극(111-5)인 경우, 제1 전극(111-5)을 중심으로 8개의 제1 전극(예를 들어, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6, 111-7, 111-8, 111-9)를 하나의 서브 그룹으로 결정할 수 있다.

이와 같이 일부의 서브 그룹에만 구동 신호를 인가하게 되면, 모든 전극에 대해서 구동 신호를 인가할 필요가 없게 되어, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있게 된다. 또한, 구동되는 전극의 수가 줄어드는바, 적은 개수의 응답 신호에 대한 계산만을 수행하면 되는바, 연산이 간단해 진다. 또한, 접촉 물체의 접촉 면적이 넓은 경우에 수신단에서의 포화(saturation)를 방지할 수 있다. 더욱이 전체 구동 시퀀스의 길이가 짧아져, 감지 속도를 향상하거나, 단위 디지털 코드에 해당하는 구동신호 길이를 증가시켜 감도를 향상시키는데 유리해 진다.

한편, 상술한 바와 같은 제1 전극에 대한 부분 구동은 수신단에 대해서도 동일하게 수행될 수 있다. 즉, 이전 과정에서 감지된 접촉 물체의 위치에 따라, 일부 제2 전극에 대한 응답 신호만을 처리할 수 있다.

한편, 도 7을 도시함에 있어서, 복수의 제1 전극이 두 개의 서브 그룹만을 포함하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 세 개 이상의 서브 그룹으로 구분될 수도 있다.

도 8은 제1 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 그리고 도 9는 제1 실시 예에 따른 수신부의 회로도를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 9는 Tx 채널 1~8이 상호 커패시턴스 C_M1 내지 C_M8을 통하여 Rx와 연결된 구조에서의 수신회로의 구성 예이다. 도시된 회로는 설명을 용이하게 하기 위하여 하나의 Rx 채널에 대한 것만을 표시하였으나, 구현시에는 복수의 회로가 구비될 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 수신부(200)는 복조부(210), 모드 변경부(220), 축적부(230) 및 먹스부(240)로 구성된다.

복조부(210)는 수신된 응답 신호를 적분기를 이용하여 복조한다. 구체적으로, 복조부(210)는 하나의 OP-AMP, 제1 커패시터(Cd1), 제2 커패시터(Cd2) 및 OP-AMP와 복수의 커패시터 간의 연결 상태를 가변하는 복수의 스위치를 포함한다. 복수의 스위치는 응답 신호의 제1 구간에서는 제1 커패시터(Cd1)가 OP-AMP와 함께 적분기로 동작하도록 한다. 그리고 응답 신호의 제2 구간에서는 제2 커패시터(Cd2)가 OP-AMP에 대한 적분기로 동작하도록 한다. 이에 따라 구동 신호가 증가하는 제1 구간에서는 제1 커패시터(Cd1)를 이용하여 응답 신호의 상승 에지에 응답 신호를 축적할 수 있다. 그리고 구동 신호가 감소하는 제2 구간에서는 제2 커패시터(Cd2)를 이용하여 응답 신호의 하강 에지의 응답 신호를 축적할 수 있다.

모드 변경부(220)는 싱글 채널의 응답 신호를 수신하거나, 옆 채널과의 차분 신호를 감지하도록 선택할 수 있다. 구체적으로, 모드 변경부(220)는 복조부(210)의 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 축적부에 연결한다.

구체적으로, 제1 커패시터의 우측 단자는 축적부(230)의 하단 입력단자로 연결되고, 제1 커패시터의 좌측 단자는 축적부(230)의 상단 입력 단자로 연결된다.

그리고 제2 커패시터의 우측 단자는 축적부(230)의 상단 입력단자로 연결되고, 제2 커패시터의 좌측 단자는 축적부(230)의 하단 입력 단자에 연결된다. 따라서, 제1 커패시터 및 제2 커패시터에서 축적된 신호는 서로 상이한 극성으로 축적부(230)에 축적된다.

축적부(230)는 복조부(210)에서 복조된 응답 신호를 축적한다. 구체적으로, 축적부(230)는 축적 커패시터를 포함하고, 복조부(210)에서 전달되는 전하를 축적할 수 있다.

구체적으로, 축적 커패시터는

신호가 들어올 때까지 복수의 상승 에지 및 하강 에지에 대한 응답 신호를 누적하여 축적하게 된다. 그리고 축적 커패시터는 제1 커패시터(Cd1)에 대해서는

신호, 제2 커패시터(Cd2)에 대해서는

신호가 인가될 때, 복조부(210)로부터 응답 신호를 수신하게 된다.

한편,

이므로, 축적부(230)는 제1 커패시터(Cd1)에 제 1구간의 구동 신호가 인가되는 동안(상승 에지), 제2 커패시터(Cd2)에 축적된 제 2구간 (falling edge)의 응답신호를 축적하게 된다.

먹스부(240)는 복수의 수신회로 중 원하는 수신회로의 신호를 선택적으로 출력할 수 있다.

이와 같이 제1 실시 예에 따른 수신부는, 두 개의 커패시터를 이용하여 서로 상이한 극성의 신호를 개별적으로 누적하여 출력하는바, 응답 신호의 수신 과정에서 포함되는 잡음 성분은, 극성이 바뀌는 과정에서 서로 상쇄하게 되어, 높은 품질의 SNR을 구현할 수 있게 된다.

도 10은 제2 실시 예에 따른 수신부의 회로도를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 수신부(400)는 복조부(300), 축적부(340, 350, 360) 및 오프셋부(370)로 구성된다.

복조부(300)는 하나의 커패시터를 이용하여 응답 신호를 축적한다. 구체적으로, 복조부(300)는 응답 신호의 제1 구간에서 응답 신호를 커패시터의 제1 방향으로 축적하고, 응답 신호의 제2 구간에서 응답 신호를 커패시터의 제2 방향으로 축적하는 적분기를 포함한다. 이러한 복조부(300)의 구체적인 동작에 대해서는 도 11을 참조하여 후술한다.

축적부(340, 350, 360)는 축적 커패시터(350)를 포함하고, 축적 커패시터(350)에 복조부(300)에서 복조된 응답 신호를 축적한다.

오프셋부(370)는 일정량의 오프셋 전하를 저장한다. 구체적으로, 오프셋 커패시터(Coff)는 CVDAC(Constant voltage digital to analog convertor)에서 결정된 전압에 따라 일정량의 오프셋 전하를 저장할 수 있다.

구체적으로, 오프셋부(370)는 위상(

)에서 스위치(

)가 연결되면, 축적부(340, 350, 360)의 축적 커패시터(350)로 오프셋 전하를 전송할 수 있다.

이러한 오프셋 전하는 CVDAC에서 조절 가능한바, 복조부(300)에서 들어오는 Mutual 커패시턴스의 오프셋을 상쇄하도록 조절하면, 앞의 복조부에서 들어오는 커패시턴스 오프셋을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 11은 도 10의 복조부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 복조부(300)는 증폭기(310), 커패시터(320) 및 복수의 스위치(330)로 구성된다.

커패시터(320)는 증폭기(310)와 적분기를 이룬다. 다만, 복수의 스위치(300)의 연결 상태에 따라 교번적으로 제1 방향(구체적으로, 커패시터의 배치 방향)으로 증폭기와 적분기를 이루다가, 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 증폭기와 적분기를 이룰 수 있다.

구체적으로, 위상(

) 에서 제3 스위치(333) 및 제4 스위치(334)가 연결되는 경우, 커패시터(320)는 입력 신호에 대해서 순방향(또는 제1 방향)으로 연결되게 되며, 위상(

) 에서는 제1 스위치(331) 및 제2 스위치(332) 이 연결되며, 입력신호에 대해서 역방향(또는 제2 방향)으로 연결되게 된다.

따라서, 복조부(300)는 하나의 커패시터만을 이용하여서, 구동 신호에 대한 응답 신호를 서로 상이한 극성으로 축적하도록 할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

채널 전극부 내의 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극에 복수의 전극 단위로 구동 신호를 동시에 인가한다(S1210). 이에 따라 제1 전극에서의 응답 신호가 야기된다. 이때, 복수의 제1 전극들에 대해서 복수의 전극 단위로 동일한 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다. 그리고 이때의 구동 신호는 하다마드 행렬(hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 이진 값을 가지거나, 수정된 하다마드 행렬에 대응되는 연속적인 이진 값을 가질 수도 있다.

제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신한다(S1220). 이때, 복수의 제2 전극의 응답 신호를 하나의 채널 단위로 수신하거나, 복수의 채널 단위로 병렬 수신할 수 있다.

그리고 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 수신된 복수의 응답 신호를 기초로 접촉 물체의 위치를 판단한다(S1230). 구체적으로, 전극 단위 내의 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스를 계산하고, 계산된 커패시턴스에 기초하여 접촉 물체의 위치를 판단할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 예에 따른 좌표 측정 장치의 제어 방법은 각 전극에 인가되는 구동 신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 행렬에 대응되는 연속적인 구동신호를 복수의 제1 전극에 인가하는바, 각 구간에서 수신되는 신호의 변화는 크지 않게 된다. 즉, 수신 회로의 수신 가능한 신호의 범위를 작게 가져가, 구동 전극에서의 커패시턴스의 미세한 변화를 감지하기 용이하여, 수신 감도를 개선할 수 있다. 도 12와 같은 제어 방법은, 도 1의 구성을 가지는 좌표 측정 장치상에서 실행될 수 있으며, 그 밖의 구성을 가지는 좌표 측정 장치 상에서도 실행될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 제어 방법은 도 1의 제어부(140)에서 실행 가능한 프로그램으로 구현될 수 있고, 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100: 좌표 측정 장치 110: 채널 전극부
120: 구동부 130: 수신부
140: 제어부

Claims

좌표 측정 장치에 있어서,
제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부;
상기 복수의 제1 전극에 복수의 전극 단위로 구동 신호를 동시에 인가하는 구동부;
상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부; 및
상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부;를 포함하고,
상기 구동부는,
하다마드 행렬(hadamard matrix) 중 각 전극에 인가되는 구동 신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 행렬에 대응되는 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하는 좌표 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전극 단위 내의 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스를 계산하고, 상기 계산된 커패시턴스에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극은, 연속적으로 배치되는 복수의 채널 단위로 복수의 서브 그룹으로 구분되며,
상기 구동부는,
하나의 서브 그룹 내의 모든 전극에 구동 신호를 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제3항에 있어서,
상기 구동부는,
제1 서브 그룹 내의 모든 전극에 대한 연속적인 구동 신호의 인가 이후에 제2 서브 그룹 내의 모든 전극에 대한 연속적인 구동 신호를 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 서브 그룹과 상기 제2 서브 그룹은 적어도 하나의 제1 전극을 공유하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 서브 그룹과 상기 제2 서브 그룹은 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 서브 그룹 내의 복수의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제1 오프셋(offset)을 적용한 제1 서브 그룹 커패시턴스 및 상기 제2 서브 그룹 내의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제2 오프셋을 적용한 제2 서브 그룹 커패시턴스를 기초로 하여 물체의 위치를 산출하며,
상기 제1 오프셋 및 상기 제2 오프셋은,
상기 공유되는 제1 전극에 대해서, 상기 제1 서브 그룹 커패시턴스와 상기 제2 서브 그룹 커패시턴스를 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제3항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 복수의 서브 그룹 중 하나의 서브 그룹에 대해서만 구동 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제8항에 있어서,
상기 구동 신호가 인가되는 서브 그룹 내의 복수의 제1 전극은 기설정된 시간 단위로 변경되는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 제2 전극 각각의 응답 신호를 복수의 채널 단위로 병렬 수신하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동부는,
행렬의 제1 값에 대응하여 상승 에지로 시작해서 하강 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하고,
상기 행렬의 제2 값에 대응하여 하강 에지로 시작해서 상승 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제11항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 응답 신호의 제1 구간에서 상기 응답 신호를 제1 커패시터를 이용하여 축적하고, 상기 응답 신호의 제2 구간에서 상기 응답 신호를 제2 커패시터를 이용하여 축적하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
좌표 측정 장치에 있어서,
제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부;
하다마드 행렬(hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하는 구동부;
상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부; 및
상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 하다마드 행렬 중 각 전극에 인가되는 구동신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 구동 신호에 대한 응답 신호만을 이용하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 좌표 측정 장치.
제13항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극은, 연속적으로 배치되는 복수의 채널 단위로 복수의 서브 그룹으로 구분되며,
상기 복수의 서브 그룹은,
적어도 하나의 제1 전극을 공유하는 제1 서브 그룹과 제2 서브 그룹을 포함하며,
상기 제어부는,
상기 제1 서브 그룹 내의 복수의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제1 오프셋(offset)을 적용한 제1 서브 그룹 커패시턴스 및 상기 제2 서브 그룹 내의 전극의 커패시턴스에 기초한 값에 제2 오프셋을 적용한 제2 서브 그룹 커패시턴스를 기초로 하여 물체의 위치를 산출하며,
상기 제1 오프셋 및 상기 제2 오프셋은,
상기 공유되는 제1 전극에 대해서, 상기 제1 서브 그룹 커패시턴스와 상기 제2 서브 그룹 커패시턴스를 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
좌표 측정 장치에 있어서,
제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부;
서로 구분되는 제1 값 및 제2 값으로 이루어진 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하는 구동부;
상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부; 및
상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부;를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 제1 값에 대응하여 상승 에지로 시작해서 하강 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하고, 상기 제2 값에 대응하여 하강 에지로 시작해서 상승 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하는 좌표 측정 장치.
제15항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 응답 신호의 제1 구간에서 상기 응답 신호를 제1 커패시터를 이용하여 축적하고, 상기 응답 신호의 제2 구간에서 상기 응답 신호를 제2 커패시터를 이용하여 축적하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제15항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 응답 신호의 제1 구간에서 상기 응답 신호를 제5 커패시터의 제1 방향으로 적분하고, 상기 응답 신호의 제2 구간에서 상기 응답 신호를 상기 제5 커패시터의 제2 방향으로 적분하는 적분기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
좌표 측정 장치에 있어서,
제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하는 채널 전극부;
상기 복수의 제1 전극에 구동신호를 인가하는 구동부;
상기 복수의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 수신부; 및
상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 제어부;를 포함하고,
상기 수신부는,
상기 응답 신호의 제1 구간에서 상기 응답 신호를 제5 커패시터의 제1 방향으로 축적하고, 상기 응답 신호의 제2 구간에서 상기 응답 신호를 상기 제5 커패시터의 제2 방향으로 축적하는 좌표 측정 장치.
제18항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 제5 커패시터에 축적된 전하를 이용하여 기설정된 기간 내의 응답 신호를 누적 저장하는 제6 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제18항에 있어서,
상기 구동부는,
하다마드 행렬(hadamard matrix)에 대응되는 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
제18항에 있어서,
상기 제1 구간은 구동 신호가 증가하는 구간이고,
상기 제2 구간은 구동 신호가 감소하는 구간인 것을 특징으로 하는 좌표 측정 장치.
좌표 측정 장치의 제어 방법에 있어서,
제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극에 복수의 전극 단위로 구동 신호를 동시에 인가하는 단계;
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 단계; 및
상기 제1 전극에서 송신된 구동 신호 및 상기 제2 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여 접촉 물체의 위치를 판단하는 단계;를 포함하고,
상기 인가하는 단계는,
하다마드 행렬(hadamard matrix) 중 각 전극에 인가되는 구동신호가 동일한 값을 가지는 시간 구간을 제외한 연속적인 구동 신호를 상기 복수의 전극 단위로 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하는 제어 방법.
제22항에 있어서,
상기 인가하는 단계는,
행렬의 제1 값에 대응하여 상승 에지로 시작해서 하강 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하고, 상기 행렬의 제2 값에 대응하여 하강 에지로 시작해서 상승 에지로 끝나는 복수의 펄스 신호를 구동 신호로 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.