KR20190138759A - 압력 신호 처리 - Google Patents

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Abstract

하나의 방법은 복수의 압전 센서(5, 6, 7)에 대응하는 힘 값들(23)을 터치 패널(1)로부터 수신하는 단계(S1)를 포함한다. 각 압전 센서는 상기 터치 패널의 물리적 위치(xm, yn)에 해당한다. 상기 방법은 상기 힘 값들(23) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지에 대한 식별 정보를 수신하는 단계(S2)를 더 포함한다. 상기 방법은 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 식별되는 하나 이상의 힘 값들(23)에 대응하여(S3), 해당 힘 값들(23)을 배제된 힘 값으로 설정하고(S4), 나머지 힘 값들(23)을 유효한 힘 값으로 설정한다(S5). 상기 방법은 유효한 힘 값에 기초하여, 각각의 배제된 힘 값(23)과 동일한 물리적 위치(xm, yn)에 대응하는 하나 이상의 재구성된 힘 값들(25)을 보간 및/또는 보외하는 단계(S6)를 더 포함한다.

Description

압력 신호 처리 {Pressure signal processing}
본 발명은 압전 압력 감지 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지를 위한 터치 패널로부터 신호를 처리하는 것에 관한 것이다.
저항성 및 정전 용량성 터치 패널들은 컴퓨터들 및 모바일 장치들의 입력 장치들로 사용된다. 정전 용량성 터치 패널의 한 유형인, 투사형 캐패시턴스 터치 패널들은 외부 층이 스크래치에 강한 경질 표면을 제공하면서 유리로 제조될 수 있기 때문에, 종종 모바일 장치들에 사용된다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 예가 US 2010/0079384 A1에 설명되어 있다.
투사형 캐패시턴스 터치 패널들은 전도성 물체의 근접으로 인한 전기장의 변화를 감지하여 작동한다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널이 터치되는 위치는 대개 정전 용량성 센서들의 어레이 또는 그리드를 사용하여 결정된다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널들은 보통 싱글 터치 이벤트와 멀티 터치 이벤트를 구별할 수 있지만, 압력을 감지 할 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 투사형 캐패시턴스 터치 패널들은 상대적으로 가벼운 탭과 상대적으로 무거운 압력을 구분할 수 없는 경향이 있다. 압력을 감지할 수 있는 터치 패널은 터치의 단순한 위치에 추가 정보를 제공함으로써 사용자가 새로운 방식으로 장치와 상호 작용할 수 있게 해준다.
WO 2016/102975 A2는 단일 신호가 증폭된 후 압력 성분 및 캐패시턴스 성분으로 분리되는 결합된 정전 용량성 및 압력 감지를 위한 장치 및 방법들을 설명한다. WO 2017/109455 A1은 단일 신호가 정전 용량성 신호 및 증폭된 압력 신호로 분리되는 결합된 정전 용량성 및 압력 감지 방식의 장치 및 방법들을 설명한다.
압전 센서는 과도 신호들(transient signals)을 발생시키며, 이러한 과도 압전 신호들을 정전기 인가된 힘을 나타내는 신호들로 변환하는 방법을 개발하려는 시도가 있어 왔다. 예를 들어, WO 2017/122466 A1, JP 2015/097068 A 및 EP 2 902 886 A1은 압전 센서들로부터의 신호들을 조건부 적분하기 위한 방법을 기술한다.
본 발명의 제1양태에 따르면, 복수의 압전 센서들에 대응하는 힘 값들을 터치 패널로부터 수신하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 압전 센서 각각은 터치 패널의 물리적 위치에 해당한다. 상기 방법은 상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지의 식별을 수신하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 식별되는 하나 이상의 힘 값에 대응하여, 해당 힘 값들을 배제된 힘 값으로 설정하고 나머지 힘 값들을 유효한 힘 값들로 설정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 유효한 힘 값들에 기초하여, 각각의 배제된 힘 값과 동일한 물리적 위치들에 대응하는 하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계를 더 포함한다.
상기 유효한 힘 값들 및 재구성된 힘 값들은 프로세서에 출력될 수 있다. 상기 유효한 힘 값들 및 재구성된 힘 값들은 소프트웨어 응용 프로그램에 대한 입력으로 사용될 수 있다.
하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계는 유효한 힘 값들 및 각각의 물리적 위치에 기초하여 다항식 보간을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
다항식 보간은 Lagrange 다항식 방법, Newton 다항식 방법, 또는 임의의 다른 적절한 다항식 보간 방법, 예를 들어 Neville 다항식 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 것은 보간 위치들의 세트를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 보간 위치들의 수는 수신된 힘 값들의 수와 동일할 수 있다.
상기 보간 위치들은 상기 물리적 위치들보다 터치 패널의 에지를 향한 높은 공간 밀도를 가질 수 있다. 하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계는 보간 위치에 근접하거나 보간 위치에 걸쳐있는 2개 이상의 물리적 위치들로부터 유효한 힘 값들을 보간 또는 보외함으로써 보간 위치의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 포함 할 수 있다. 하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계는 추정된 힘 값들 및 해당 보간 위치들을 사용하여 다항식 보간을 수행하는 단계, 및 다항식 보간을 사용하여 하나 이상의 재구성된 힘 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보간 위치들은 Runge 현상을 완화하도록 선택될 수 있다. 상기 보간 위치들은 수신된 힘 값들의 수와 동일한 Chebyshev 포인트(Chebyshev 노드라고도 함)의 수로 결정될 수 있다.
보간 위치의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 것은 모든 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
보간 위치의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계는, 유효한 힘 값들 모두에 대응하는 한 쌍의 인접한 물리적 위치들에 의해 뻗어있는 각각의 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계, 및 유효한 힘 값에 대응하는 물리적 위치의 미리 결정된 거리 내에 있는 각각의 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 포함한다.
보간 위치의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계는, 유효한 힘 값에 대응하는 각 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 보간 위치는 좌표에 의해 정렬된 모든 보간 위치들의 시퀀스 내의 보간 위치의 위치가 좌표에 의해 정렬된 모든 물리적 위치들의 시퀀스 내의 힘 값과 관련된 물리적 위치의 위치와 일치하는 경우 힘 값에 대응한다.
이러한 방법은 사용자가 터치 패널과 상호 작용하는 좌표에 대응하는 하나 이상의 터치 위치를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 방법은 터치 위치가 터치 패널의 에지로부터 미리 결정된 거리보다 작은 것에 응답하여 모든 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 터치 패널의 에지로부터 미리 결정된 거리보다 더 멀리 있는 터치 위치에 응답하여, 상기 유효한 힘 값들에 모두 대응하는 한 쌍의 인접한 물리적 위치에 의해 걸치는 각각의 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계, 혹은 유효한 힘 값에 대응하는 각각의 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 포함한다.
각각의 추정된 힘 값은 다음에 의해 결정될 수 있다: a) 유효한 힘 값에 대응하는 제1물리적 위치, 및 제1물리적 위치에 선행하고 유효한 힘 값에 대응하는 가장 가까운 물리적 위치인 제2물리적 위치에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계; 혹은 b) 상기 제1물리적 위치 및 상기 제1물리적 위치에 후속하여 유효한 힘 값에 대응하는 가장 가까운 물리적 위치인 제3물리적 위치에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 제1물리적 위치는 보간 위치에 대응하거나 또는 보간 위치에 가장 근접한 유효한 힘 값의 물리적 위치일 수 있다. 단계 a) 또는 b)의 선택은 제1 및 제2물리적 위치에 대해 계산된 비용 함수를 제1 및 제3위치에 대해 계산된 비용 함수와 비교하여 결정될 수 있다.
상기 선행이라는 용어는 제2위치가 주어진 좌표계에 대하여 제1물리적 위치보다 낮은 값을 가질 수 있음을 의미할 수 있다. 상기 후속이라는 용어는 제3위치가 주어진 좌표계와 관련하여 제1물리적 위치보다 큰 값을 가질 수 있음을 의미할 수 있다.
상기 비용 함수는 다음 그룹에서 선택할 수 있다:
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
여기서, C1 내지 C10은 제1 내지 제10비용 함수이고, Pa 는 물리적 위치 xa에 대응하는 제1유효한 힘 값 입력이고, Pb는 물리적 위치 xb에 대응하는 제2유효한 힘 값 입력이고, xint는 보간 위치이며, Cstd는 다음에 따라 계산된 표준 비용이다.
Figure pat00011
각각의 추정된 힘 값은 보간 위치에 걸친 2개 이상의 물리적 위치를 연결하는 2차 또는 3차 스플라인 계산에 기초하여 결정될 수 있다. 각각의 추정된 힘 값은 보간 위치에 근접한 둘 이상의 물리적 위치를 연결하는 2차 또는 3차 스플라인을 계산하고 보외하는 것에 기초하여 결정될 수 있다.
제1물리적 위치는 보간 위치에 대응하거나 또는 보간 위치에 가장 근접한 유효한 힘 값의 물리적 위치일 수 있다. 각각의 추정된 힘 값은 다음에 의해 결정될 수 있다: a) 임의의 방향으로 상기 제1물리적 위치에 가장 가까운 제1물리적 위치 쌍에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계; 혹은 b) 제1물리적 위치 직전의 유효한 압력 값에 대응하는 물리적 위치에 대응하는 제2물리적 위치 쌍, 및 제1물리적 위치 직후의 유효한 압력 값에 대응하는 물리적 위치에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계. 단계 a) 또는 b)의 선택은 제1물리적 위치 쌍에 대해 계산된 비용 함수를 제2물리적 위치 쌍에 대해 계산된 비용 함수와 비교하여 이루어질 수 있다.
제1물리적 위치 쌍은 제1물리적 위치를 배제할 수 있다. 제2물리적 위치 쌍은 제1물리적 위치를 배제할 수 있다. 제1 및/또는 제2물리적 위치들의 쌍을 선택함에 있어서 모호성은 보간 위치에 기초하여 해결될 수 있다.
하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 것은 유효한 힘 값 및 각각의 물리적 위치에 힘 값 모델을 피팅하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 피팅은 최소 제곱 피팅일 수 있다.
하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계는 유효한 힘 값들 각각 및 각각의 물리적 위치를 통과하는 스플라인 보간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 스플라인 보간은 2차 또는 3차이다. 상기 스플라인은 터치 패널의 에지에 가까운 위치에 대해서는 선형 보간을 사용하고 다른 위치에서는 고차 보간을 사용할 수 있다.
힘 값들 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지에 대한 식별 정보를 수신하는 것은 힘 값 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
힘 값 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커프링에 의해 영향을 받는지 여부를 결정하는 것은 힘 값이 미리 정해진 임계 값을 초과하면 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 힘 값을 각 힘 값에 플래그하는 것을 포함할 수 있다.
상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 결정하는 단계는, 상기 복수의 힘 값 및 상기 각각의 물리적 위치에 기초하여, 각각의 힘 값에 대응하는 공간 구배를 계산하는 단계; 및 각각의 힘 값에 대해, 상기 대응하는 공간 구배에 응답하여 미리 결정된 공간 구배 임계 값을 초과하여, 외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 힘 값을 플래그하는 단계를 포함한다.
상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 결정하는 단계는, 상기 현재 측정된 힘 값 및 이전에 측정된 힘 값을 저장하는 버퍼에 기초하여 각 힘 값에 대응하는 시간 구배를 계산하는 단계, 및 각각의 힘 값에 대해, 상기 대응하는 시간 구배에 응답하여 미리 결정된 시간 구배 임계 값을 초과하여, 외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 힘 값을 플래그하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 압전 센서는 복수의 감지 전극과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함할 수 있다. 각 압전 센서는 감지 전극과 공통 전극으로 구성될 수 있다. 상기 방법은 모든 감지 전극들 및/또는 각각의 공통 전극으로부터 수신된 신호들에 대한 합계인 외부 간섭 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지 결정하는 것은 외부 간섭 신호를 미리 결정된 외부 간섭 임계 값과 비교하는 것을 포함할 수 있다.
상기 외부 간섭 신호가 미리 결정된 외부 간섭 임계 값을 초과하면, 글로벌 플래그는 힘 값이 외부 전계에 커플링 됨으로써 영향을 받는다는 것을 나타내도록 설정될 수 있다.
상기 방법은 사용자 터치에 대응하는 하나 이상의 위치를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 위치는 정전 용량성 터치 정보를 사용하여 결정될 수 있다. 상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지 여부를 결정하는 단계는 상기 글로벌 플래그가 설정된 것에 응답하여, 사용자 터치 위치의 미리 결정된 거리를 갖는 물리적 위치들에 대응하는 모든 힘 값들을 배제시키는 단계를 포함할 수 있다.
임계 값, 공간 구배 임계 값 및/또는 시간 구배 임계 값 중 하나 이상의 값은 글로벌 플래그가 설정되는 것에 응답하여 제1값일 수 있고 글로벌 플래그가 설정되지 않은 것에 응답하여 제2값이 될 수 있다.
본 발명의 제2양태에 따르면, 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장되고, 데이터 처리 장치가 상기 방법을 실행하게 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 제3양태에 따르면, 상기 방법을 수행하도록 구성된 장치가 제공된다.
본 발명의 제4양태에 따르면, 복수의 압전 센서에 대응하는 힘 값을 수신하도록 구성된 장치가 제공된다. 각 압전 센서는 터치 패널의 물리적 위치에 해당한다. 상기 장치는 상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지의 식별을 수신하도록 더 구성된다. 상기 장치는 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 식별되는 하나 이상의 힘 값에 대응하여 대응 힘 값을 배제된 힘 값으로 설정하고 나머지 힘 값을 유효한 힘 값으로 설정하도록 더 구성된다. 상기 장치는 유효한 힘 값에 기초하여, 각각의 배제된 힘 값과 동일한 물리적 위치에 대응하는 하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하도록 더 구성된다.
상기 장치는 상기 복수의 압전 센서로부터 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 상기 장치는 수신된 신호들에 기초하여 힘 값들을 생성하도록 더 구성될 수 있으며, 각각의 힘 값은 하나의 압전 센서 또는 2개 이상의 인접한 압전 센서들에 대응한다.
시스템은 상기 장치 및 복수의 압전 센서들을 포함하는 터치 패널을 포함할 수 있다. 상기 터치 패널은 복수의 캐패시턴스 센서들을 더 포함할 수 있다. 상기 터치 패널은 결합된 압전 압력 및 정전 용량성 측정을 결합하기 위한 터치 패널일 수 있다. 상기 터치 패널은 복수의 감지 전극과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함할 수 있다. 상기 장치는 감지 전극으로부터 수신된 신호에 기초하여 캐패시턴스 값 및 힘 값을 생성하도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 터치 패널의 단면도이다.
도 2는 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 터치 패널에 인가된 힘 입력을 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 힘 입력에 대응하는 압전 압력 신호를 도시한다.
도 5는 측정된 압전 압력 신호의 예를 도시한다.
도 6은 도 5에 플롯된 상기 측정된 압전 압력 신호로부터 얻어진 힘 값들을 도시한다.
도 7은 외부 전계에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하기 위해 힘 값들을 보정하는 제1방법의 순서도.
도 8은 배제된 힘 값들의 서브 세트를 포함하는 힘 값들의 세트를 도시한다.
도 9는 도 8에 도시된 상기 배제된 힘 값들을 대체하기 위해 추정된 재구성된 힘 값들을 도시한다.
도 10은 외부 전계에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하기 위해 힘 값들을 보정하는 제2방법의 순서도.
도 11은 등거리의 물리적 위치들의 세트로부터 보간 위치들의 세트로의 변환을 도시한다.
도 12는 보간 위치들의 세트에 대응하는 추정된 힘 값들을 결정하는 것을 도시한다.
도 13은 보간 위치들의 제1세트를 사용하는 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 결정된 재구성된 힘 값들에 대한 측정된 힘 값들의 비교를 도시한다.
도 14는 보간 위치들의 제2세트를 사용하는 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 결정된 재구성된 힘 값들에 대한 도 13의 측정된 힘 값들을 도시한다.
도 15는 보간 위치들의 제 2 세트를 사용하는 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 결정된 재구성된 힘 값들에 대해 도 13의 측정된 힘 값들 및 도 14와 비교된 보간 위치들에서 힘 값들을 추정하는 다른 방법을 도시한다.
도 16은 3차 스플라인 보간을 사용하여 결정된 재구성된 힘 값에 대한 도 13의 측정된 힘 값들을 도시한다.
도 17은 도 13 내지 도 16에 플롯된 재구성된 힘 값들의 비교를 도시한다.
도 18은 플롯된 데이터가 상이한 사용자 상호 작용에 대응하는 것을 제외하고 도 17과 동일하다.
도 19는 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받지 않은 사용자 상호 작용에 대해 측정된 압전 압력 신호와 시간에 대한 해당 힘 값들을 보여준다.
도 20은 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받은 사용자 상호 작용에 대해 측정된 압전 압력 신호, 상기 해당 힘 값들 및 시간에 대한 재구성된 힘 값들의 세트를 도시한다.
도 21은 제1 및 제2세트의 보간 위치들을 사용하여 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 얻어지고, 3차 스플라인 보간을 사용하여 얻어진 재구성된 힘 값들의 비교를 도시한다.
도 22는 제1 및 제2세트의 보간 위치들을 사용하여 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 얻어지고, 3차 스플라인 보간을 사용하여 얻어진 재구성된 힘 값들의 비교를 도시한다.
도 23은 물체와 터치 패널의 전극 사이의 간섭 커플링의 단순화된 표현을 도시한다.
도 24는 감지 전극 및 터치 패널의 공통 전극 상에 유도된 전하의 전압 신호로의 변환을 도시한 개략도이다.
이하의 설명에서, 동일한 구성에는 동일한 참조 번호가 부여된다.
어떤 경우에는 다양한 원치 않는 신호들이 사용자의 손가락 또는 도전성 스타일러스를 통해 압전 압력 감지 터치 패널 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지 터치 패널의 감지 전극에 연결될 수 있다. 이러한 신호들은 원하는 압전 압력 신호와 함께 증폭될 수 있고, 압전 압력 신호와 유사하거나 더 큰 진폭일 수 있다. 예를 들어, 압전 압력 감지 터치 패널 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지 터치 패널 센서 상에 배치된 사용자의 손가락은 주요한 간섭을 감지 전극에 커플링 시킬 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 사용자는 압전 압력 감지 터치 패널 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지 터치 패널의 감지 전극에 커플링 될 수 있는 정전기로 대전될 수 있다. 본 명세서는 하나 이상의 사용자 상호 작용에 의해 압전 압력 감지 터치 패널 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지 터치 패널에 인가된 힘 또는 힘들을 보다 정확하게 측정할 수 있게 하도록, 이러한 불필요한 신호의 영향을 줄이거나 제거하기 위한 신호 후 처리 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서, "사용자 상호 작용"이라는 용어는 터치 패널(1)(도 1 참조) 또는 터치 패널 위에 놓인 물질층을 터치하거나 누르는 사용자를 지칭할 수 있다. 사용자 상호 작용은 사용자의 손가락 또는 스타일러스(전도성 여부와 관계 없음)를 포함할 수 있다. 터치 상호 작용은 직접 물리적 접촉 없이 또는 상당한 힘을 가하지 않고 터치 패널(1)(도 1 참조)에 근접한 사용자의 손가락 또는 전도성 스타일러스를 포함할 수 있다. 압력 상호 작용은 압전 재료층의 변형 및 압전 응답의 생성을 유발하기에 충분한 힘으로 터치 패널(1)(도 1 참조)을 누르는 사용자를 포함한다. 사용자 상호 작용의 위치는 사용자가 손가락이나 스타일러스를 움직이면 시간에 따라 변할 수 있다. 본 명세서의 방법은 때때로 "멀티 터치" 상호 작용으로 지칭되는 하나 이상의 동시 사용자 상호 작용의 측정 및 추적에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 터치 패널(1)의 예가 도시되어 있다.
터치 패널(1)은 제1 면(3)과 제2대향 면(4)을 갖는 제1층 구조(2)를 포함한다. 다수의 제1감지 전극들(5)은 제1층 구조(2)의 제1면(3) 상에 배치된다. 각각의 제1감지 전극(5)은 제1방향(x)으로 연장되고 (또는 동등하게 연장되며), 제1감지 전극들(5)은 제2방향(y)으로 이격되어 있다. 공통 전극(6)은 제1층 구조(2)의 제2면(4)을 실질적으로 커버하도록 배치된다.
제1층 구조(2)는 적어도 하나의 압전 재료층(7)을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다. 제1층 구조(2)에 포함된 각 층은 일반적으로 평면이고, 두께 방향(z)에 수직인 제1, 제2 및 제y방향으로 연장된다. 제1층 구조(2)의 하나 이상의 층은 제1층 구조(2)의 각 층의 두께 방향(z)가 제1 및 제2면(3, 4)에 실질적으로 수직이 되도록 제1 및 제2면(3, 4) 사이에 배치된다.
터치 패널(1)은 제1면(9) 및 제2대향 면(10)을 갖는 제2층 구조(8)를 더 포함한다. 다수의 제2감지 전극들(11)은 제2층 구조(8)의 제1면(9) 상에 배치된다. 각각의 제2감지 전극(11)은 제2방향(y)으로 연장되며, 제2감지 전극(11)은 제1방향(x)으로 이격된다.
제2층 구조(8)는 하나 이상의 유전체층(12)을 포함한다. 각각의 유전체층(12)은 일반적으로 평면이고 두께 방향(z)에 수직인 제1, 제2 및 제y방향으로 연장한다. 제2층 구조(8)의 하나 이상의 유전체층(12)은 제2층 구조(8)의 각 유전체층(12)의 두께 방향(z)이 제1 및 제2면(9, 10)에 수직이 되도록, 제2층 구조(8)의 제1면(9)과 제2면(10) 사이에 배치된다.
바람직하게는, 압전 재료층(7)은 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 또는 폴리락트산과 같은 압전 폴리머를 포함하거나 이로부터 형성된다. 그러나, 압전 재료층(7)은 PZT(lead zirconate titanate)와 같은 압전 세라믹층일 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(6)은 은 나노 와이어로 형성된다. 제1 및 제2감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(6)은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다. 제1 및 제2감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(6)은 박막으로 증착 및 패터닝에 적합한 알루미늄, 구리, 은 또는 다른 금속과 같은 금속막일 수 있다. 제1 및 제2감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(6)은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티펜(polythiphene), 폴리피롤(polypyrrole) 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(3,4-ethylenedioxythiophene) 폴리스티렌 술포네이트(polystyrene sulfonate: PEDOT/PSS)와 같은 전도성 중합체일 수 있다. 제1 및 제2감지 전극(5, 11) 그리고 공통 전극(6)은 금속 망, 금속 나노 와이어, 그라핀 및/또는 탄소 나노 튜브로 형성될 수 있다. 유전체층(들)(12)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 또는 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive: PSA) 재료의 층과 같은 중합체 유전체를 포함한다. 그러나, 유전체층(들)(12)은 알루미늄 산화물(aluminium oxide)과 같은 세라믹 절연 물질의 층들을 포함할 수 있다.
제1층 구조(2)는 제1 및 제2대향면(3, 4)이 압전 재료층(7)의 면이 되도록 압전 재료층(16)만을 포함할 수 있다. 또는, 제1층 구조(2)는 압전 재료층(7)과 제1층 구조(7)의 제1면(2) 사이에 적층된 하나 이상의 유전체층(12)을 포함할 수 있다. 제1층 구조(2)는 추가적으로 또는 선택적으로 제1층 구조(2)의 제2면(4)과 압전 재료층(7) 사이에 적층된 하나 이상의 유전체층(12)을 포함할 수 있다.
제2층 구조(8)의 제1 및 제2면(9, 10)이 단일 유전체층(12)의 면이 되도록, 제2층 구조(8)는 단일 유전체층(12)만을 포함할 수 있다. 또는, 제2층 구조(8)는 사용될 필요가 없고, 제2감지 전극(11)은 제1감지 전극과 함께 제1면(3) 상에 배 될 수 있다.
도 7에서, 터치 패널(1)은 x, y 및 z로 명명된 직교 축을 기준으로 도시되었다. 그러나, 제1, 제2 및 두께 방향은 우측 직교 좌표계를 형성할 필요는 없다. 다른 실시 예에서, 제1감지 전극들(5)은 제2, 및 y방향으로 연장될 수 있고 제2감지 전극(11)은 제1, 및 x 방향으로 연장될 수 있다.
또한 도 2을 참조하면, 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 제1장치(13)가 도시되어 있다.
장치(13)는 터치 패널(1), 제1회로(14), 제어기(15), 후 처리 모듈(16) 및 선택적으로 제2회로(17)를 포함한다. 제1 및 제2감지 전극(5, 11) 각각은 해당 전도성 트레이스(18)에 의해 제1회로(14)에 연결된다. 제2회로(17)는 공통 전극(6)에 접속된다.
일부 실시 예에서, 제1회로(14), 제어기(15), 후 처리 모듈(16) 및 선택적으로 제2회로(17)는 각각 별개의 구성 요소로서 제공될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 제1회로(14), 제어기(15), 후 처리 모듈(16) 및 선택적으로 제2회로(17)는 모두 단일 구성 요소에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어 단일 마이크로 컨트롤러, 특정 용도의 집적 회로, 프로세서 등으로 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 제1회로(14), 제어기(15), 후 처리 모듈(16) 및 선택적으로 제2회로(17)의 기능은 터치 제어기(도시되지 않음)와 장치(13)를 포함하는 장치(도시되지 않음)의 중앙 프로세서 또는 프로세서(도시되지 않음) 사이에서 분할될 수 있다.
제1회로(14)는 제1 및 제2감지 전극(5, 11)으로부터 신호를 수신 및/또는 송신한다. 제1회로(14)는 제1압전 압력 신호들(19)을 측정한다. 제1회로(14)는 제1 및 제2감지 전극(5, 11) 각각에 그룹으로 또는 개별적으로 연결될 수 있다. 각각의 제1압전 압력 신호(19)는 제1 또는 제2감지 전극(5, 11) 중 하나 이상에 대응하고, 각각의 제1압전 압력 신호(19)는 각각의 제1 또는 제2감지 전극(5, 11)에 근접한 터치 패널(1)에 작용하는 압력을 나타낸다. 예를 들어, 제1회로(14)는 각각의 제1감지 전극(5)에 대응하는 제1압전 압력 신호(19) 및 각각의 제2감지 전극(11)에 대응하는 제1압전 압력 신호(19)를 측정 또는 생성할 수 있다. 또는, 각각의 제1압전 압력 신호(19)는 한 쌍의 인접한 제1 또는 제2감지 전극(5, 11) 등에 대응할 수 있다. 각각의 감지 전극(5, 11)은 제1압전 압력 신호들(19) 중 하나에 기여한다.
또는, 제1회로(14)는 제1 및 제2감지 전극(5, 11)의 각각의 교차부(21)에 대응하는 상호 캐패시턴스 신호(20)를 더 측정할 수 있다. 다른 예에서, 제1회로(14)는 그 대신에 각각의 제1 및/또는 제2감지 전극(5, 11)에 대응하는 셀프-캐패시턴스 신호를 측정할 수 있다. 제1회로(14)는 캐패시턴스 신호들(20) 및 제1압전 압력 신호들(19)을 동시에 결정할 수 있다. 또는, 제1회로(14)는 캐패시턴스 신호(20)와 제1압전 압력 신호(19)를 결정하는 사이에서 교대로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1회로(14)는 WO 2016/102975 A2에 기술된 바와 같이 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위해 구성될 수 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다. 특히, 제1회로(14)는 WO 2016/102975 A2의 도 21 내지도 26에 도시된 예와 관련하여 설명된 바와 같이 구성될 수 있다. 또는, 제 1 회로(14)는 WO 2017/109455 A1에 기술된 바와 같이 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위해 구성될 수 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다. 특히, 제1회로(14)는 WO 2017/109455 A1의 도 4 내지 도 21에 도시된 예와 관련하여 설명된 바와 같이 구성될 수 있다.
그러나, 본 명세서의 방법은 이들 예에 한정되지 않으며, 전술한 기능을 제공할 수 있는 임의의 제1회로(14)에 적용 가능하다.
있다면, 제2회로(17)는 공통 전극(6)에 대응하는 제2압전 압력 신호(22)를 측정한다. 제2압전 신호(22)는 터치 패널(1)에 인가된 전체 압력을 표시해야 한다. 하나 이상의 공통 전극(6)이 사용될 때, 제2압전 압력 신호(22)는 제어기(15)에 의한 후속 합산을 위해 각각의 공통 전극(6)에 대응하여 생성될 수 있다. 내지는, 하나 이상의 공통 전극(6)이 사용될 때, 제2회로(17)는 모든 공통 전극(6) 상에 유도된 전하들에 기초하여 단일 제2압전 압력 신호(17)를 생성할 수 있다. 이상적인 조건 하에서 그리고 외부 간섭이 없는 경우, 감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(들)(6)이 압전 재료층(7)에 유도된 임의의 분극(P)의 대향 측에 배치되기 때문에, 제2압전 압력 신호(들)(22) 및 제1압전 압력 신호들(19)에 대한 합계는 (측정 오류까지) 대략 제로 이어야 한다.
제1압전 압력 신호(19) 및 선택적으로 제2압전 압력 신호(들)(22) 및/또는 캐패시턴스 신호들(20)은 터치 패널(1) 혹은 터치 패널(1) 상에 놓여 있는 재료층과의 사용자 상호 작용에 응답하여 생성된다.
제어기(15)는 제1압전 압력 신호들(19)을 수신하고, 이들을 적분하여 대응하는 힘 값들(23)을 생성한다. 실제로, 하나의 감지 전극(5, 11)과 그 하부의 공통 전극(6)의 각 쌍은 개별적인 압전 센서를 구성한다. 제1압전 압력 신호(19)를 적분하여 힘 값들(23)을 생성하는 예는 도 3 내지 도 6을 참조하여 이후에 설명될 것이다. 제어기(15)는 힘 값들(23) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지의 식별(24)을 더 생성한다. 어떤 힘 값들(23)이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는다면, 본 명세서의 방법들은 상기 영향들을 감소시키거나 제거하여 사용자 상호 작용에 의해 인가된 하나 이상의 힘들의 더 양호한 추정치를 얻도록 적용될 수 있다. 힘 값들(23) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지를 결정하는 방법의 예가 이하에 설명된다.
후 처리 모듈(16)은 한 쌍의 하나 이상의 감지 전극(5, 11)과 공통 전극(6)에 의해 제공되는 압전 센서들 중 하나에 각각 대응하는 힘 값들(23)을 수신한다. 이러한 방식으로, 각각의 힘 값은 터치 패널(1) 상의 물리적 위치에 대응한다. 후 처리 모듈(16)은 힘 값들(23) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지의 식별(24)을 더 수신한다. 후 처리 모듈은 하나 이상의 힘 값들(23)이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받아 식별되는 것에 응답하여 대응하는 힘 값들(23)을 배제된 힘 값(23b)(도 8 참조)으로 설정하고 나머지 힘 값들(23)을 유효한 힘 값(23a)으로서 출력한다. 후 처리 모듈(16)은 유효한 힘 값들(23a) 및 대응하는 물리적 위치들을 보간(interpolating) 및/또는 보외(extrapolating)하는 것에 기초하여 각각의 배제된 힘 값들(23b)(도 8)과 동일한 물리적 위치들에 대응하는 하나 이상의 재구성된 힘 값들(25)을 결정한다. 상기 유효한 힘 값들(23a) 및 상기 재구성된 힘 값들(25)은 장치(13)를 포함하는 장치(도시되지 않음)의 하나 이상의 프로세서(도시되지 않음)로 출력될 수 있다. 상기 유효 힘 값들(23a) 및 상기 재구성된 힘 값들(25)은 장치(13)를 포함하는 장치에 의해 실행되는 소프트웨어 애플리케이션(도시되지 않음)에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
일부 예에서, 장치(13)가 제2회로(16)를 포함하는 경우, 제어기(15)는 제2압전 압력 신호(22)를 더 수신할 수 있고, 제2압전 압력 신호(22)를 제1압전 압력 신호(19) 모두와 합산하여 외부 간섭 지수(26)를 생성할 수 있다. 외부 간섭 지수(26)는 비 가중된 제1압전 압력 신호(19) 및 제2압전 압력 신호(22)에 대한 단순한 합일 수 있거나 또는 외부 간섭 지수(26)는 제1 및 제2압전 압력 신호(19, 22)에 대한 가중 합일 수 있다. 제어기(15)는 미리 보정된 임계 값(예를 들어, Vthresh)에 대한 외부 간섭 지수(26)의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 표시(24)를 생성하도록 구성될 수 있다. 또는, 외부 간섭 지수(26)는 외부 간섭의 크기의 표시를 제공하도록 후 처리 모듈(16)에 더 출력될 수 있다.
또는, 제어기(15)는 후 처리 모듈(16) 및/또는 장치(13)를 포함하는 장치를 작동시키는 하나 이상의 프로세서들(도시되지 않음)에 후 미가공의 제1 및/또는 제2압전 신호(19, 22)를 더 중계할 수 있다.
일부 예에서, 제어기(15)는 제1압력 신호(19) 및 선택적으로 제2압력 신호(22)에 기초하여 터치 위치 데이터(27)를 더 결정할 수 있다. 상기 터치 위치 데이터(27)는 하나 이상의 사용자 상호 작용의 위치, 예를 들어 x, y 좌표를 표시한다. 결정 시, 터치 위치 데이터(27)는 후 처리 모듈(16) 및/또는 장치(13)를 포함하는 장치를 작동시키는 하나 이상의 프로세서들(도시되지 않음)로 출력 될 수 있다. 다른 예에서, 터치 위치 데이터(27)는 후 처리 모듈(16)에 의해 결정될 수 있다.
측정 시, 제어기(15)는 캐패시턴스 신호들(20)을 수신하고 장치(13)를 포함하는 장치를 동작시키는 하나 이상의 프로세서들(도시되지 않음)에 중계하거나 캐패시턴스 신호들(20)의 더 처리할 수 있다. 예를 들어, 제어기(15)는 캐패시턴스 신호들(20)을 처리하여 터치 위치 데이터(27)를 생성하거나 이에 기여할 수 있다. 캐패시턴스 신호들(20)은 제1신호들(19) 단독보다 터치 위치 데이터(27)의보다 정확한 결정을 가능하게 할 수 있다. 캐패시턴스 신호들(20)은 힘 값들(23)을 생성하는 과정에서 더 사용될 수 있다.
제어기(15) 및 후 처리 모듈(16)의 기능은 처리 단계의 필요한 순서와 양립할 수 있는 임의의 방식으로 이들 두 요소 사이에 분배될 수 있다. 제어기(15) 및 후 처리 모듈(16)은 단일 요소로서 결합될 수 있다. 제어기(15) 및 후 처리 모듈(16)의 모든 기능은 장치(13)를 포함하는 장치(도시되지 않음)의 하나 이상의 프로세서들(도시되지 않음)에 의해 제공될 수 있다.
외부 전계에 대한 커플링의 영향을 줄이거나 제거하는 방법을 설명하기 전에 압전 압력 신호(19, 22)를 통합하여 대응하는 힘 값들(23)을 생성하는 예를 간략히 설명하는 것이 도움이 될 수 있다.
또한 도 3을 참조하면, 터치 패널(1)에 인가된 힘 입력(28)이 개략적으로 도시되어 있다.
또한 도 4를 참조하면, 힘 입력(28)에 대응하는 이상적인 압전 압력 신호(29)가 도시되어 있다.
압전 재료층(7)은 폴드(poled) 되고 충분한 힘을 가하는 사용자 상호 작용에 의해 유발 된 변형에 응답하여 분극( P )으로 폴러라이즈 된다. 압전 재료층(7)의 분극( P )은 공통 전극(6)과 감지 전극(5, 11) 사이에 발생되는 대응하는 전하(Qpiezo(t))를 초래한다. 분극( P )을 생성시키는 변형은 압축 또는 장력에 기인할 수 있다. 분극( P )을 발생시키는 변형은 압전 재료층(7)의 면내 연신일 수 있다. 압전 재료층(7)과 감지 전극(5, 11) 사이의 긴밀한 접촉은 요구되지 않는다. 일반적으로, (보다 강력한 사용자 상호 작용에 의해 야기된) 압전 재료층(7)의 더 큰 변형은 더 큰 분극( P )을 야기하고, 그에 대응하여 감지 전극(5, 11) 상에 유도되는 전하 차이(△Qpiezo)의 더 큰 크기를 초래할 것이다. 전하(Qpiezo(t))와 관련 전류인 압전 응답(Ipiezo(t))은 증폭 및/또는 적분되어 제1 및 제2압전 압력 신호(19, 22)를 결정할 수 있다. 상기 이상적인 압전 압력 신호(29)는 제1 또는 제2압전 압력 신호(19, 22)에 대응할 수 있다.
제1 또는 제2회로(14, 17)로부터 출력되는 압전 압력 신호(19, 22, 29)는 근본적으로 과도 신호들이다. 유도된 압전 전압은 누설 전류로 인해 시간이 지남에 따라 감소한다. 또한, 압전 전류(Ipiezo)를 증폭하기 위해 제1 또는 제2회로(14)에 포함될 수 있는 적분 전하 증폭기의 출력 또한 시간에 따라 감소한다.
예를 들어, 제1로딩 기간(t0 = t ≤= t1) 동안, 힘 입력(28)은 제로에서 제1인가된 힘 값(F1)까지 꾸준히 증가한다. 상기 인가된 힘 입력(28)의 증가 속도가 해당 압전 압력 신호(29)의 감쇠 속도에 비해 빠르면, 압전 압력 신호(29)는 제1로딩 기간(t0 = t ≤= t1) 동안 꾸준히 감소하여, 상기 힘 입력(28)이 제 1인가된 힘 값(F1)에 도달할 때 제1피크 값(V1)에 도달한다. 인가된 힘 입력(28)은 제1홀딩 기간(t1　<　t　=　t2) 동안 F1에서 일정하게 유지된다. 제1홀딩 기간(t1 < t = t2) 동안, 압전 압력 신호(29)는 제1피크 값(V1)에서 이상적인 경우 제로 DC 오프셋 쪽으로 상향으로 감쇠한다.
인가된 힘 입력(28)은 제2로딩 기간(t2 < t = t3) 동안 제1인가된 힘 값(F1)으로부터 제2인가된 힘 값(F2)으로 다시 증가한다. 인가된 힘 입력(28)의 증가 속도는 해당 압전 압력 신호(29)의 감쇠 속도와 비교하여 빠르면, 압전 압력 신호(29)는 제2로딩 기간(t2 < t = t3) 동안 꾸준히 감소하여, 힘 입력(28)이 제2인가된 힘 값(F2)에 도달할 때 제2피크 값(V2)에 도달한다. 인가된 힘 입력(28)은 제2홀딩 기간(t3　<　t　=　t4) 동안 F2 에서 일정하게 유지된다. 제2홀딩 기간(t3 < t = t4) 동안, 압전 압력 신호(29)는 제2피크 값(V2)에서 이상적인 경우 제로 신호 쪽으로 상향 감쇠한다.
제2홀딩 기간(t3　<　t　=　t4)의 끝에서, 사용자 상호 작용은 언로딩 기간(t4　<　t　=　t5) 동안 인가된 힘 입력(28)의 해제로 끝난다. 인가된 힘 입력(28)의 감소 속도는 해당 압전 압력 신호(29)의 감소 속도에 비해 빠르면, 압전 압력 신호(29)는 힘 입력(28)이 제로에 도달할 때, 언로딩 기간(t4 < t = t5) 동안 꾸준히 증가하여, 제3피크 값(V3)에 도달한다. 로딩보다 언로딩에 기인한 제3피크 값(V3)은 제1 및 제2피크 값(V1, V2)과 반대 부호를 갖는다. 사용자 상호 작용의 종료 후에, 압전 압력 신호(29)는 이상적인 경우, 제로 DC 오프셋 쪽으로 감쇠한다.
도 4는 로딩에 응답하여 음이 되고 언로딩에 응답하여 양의 값으로 되는 이상적인 압전 압력 신호(29)를 도시하지만, 터치 패널(1) 및 장치(13)의 구성에 따라 압전 압력 신호(29)의 극성이 반대로 될 수 있다.
도 4에 도시 된 바와 같이, 압전 압력 신호(29)는 이상적이거나 대략 이상적인 경우, 압전 압력 신호(29)의 감쇠는 예를 들어 압전 압력 신호(29)의 구배 및/또는 값에 기초하여 압전 압력 신호(29)의 조건적 적분(conditional integration)과 같은 다양한 방법에 의해 보상될 수 있다. 압전 압력 신호(29)의 기울기 및 값이 동일한 부호일 때, 압전 압력 신호(29)를 적분함으로써, 인가된 힘 입력(28)에 비례하는 추정된 측정치가 회복될 수 있다.
그러나, 결합된 압력 및 정정 용량성 측정을 위한 터치 패널(1) 및 장치(13)가 사용될 때, 실제로 압전 압력 신호들(19, 22, 29)은 DC 오프셋들 및 상당한 노이즈 소스들에서 연속적인 변동을 겪을 수 있고, 이는 나이브(na
Figure pat00012
ve) 값 및 구배에 기반한 조건적 적분의 안정적인 작동을 방해할 수 있다. 비록 측정된 힘 값 (23)이 얻어지면, 본 명세서의 방법들에 직접적으로 관련되지 않지만, 잠재적인 노이즈 소스들, 외부 전계 커플링 및 힘 값 (23)을 얻기 위해 압전 압력 신호(19, 22, 29)를 통합하는 예시적인 방법은 본 명세서의 방법에 대한 문맥으로 간략하게 논의 될 것이다.
터치 패널(1) 및 장치(13)는 종종 핸드 헬드, 배터리 작동 전자 장치(도시되지 않음)에 설치될 수 있다. 이러한 장치들은 일반적으로 접지되지 않거나 약하게 접지되어 노이즈 픽업 및 DC 오프셋의 변동에 대한 민감성을 증가시킬 수 있다. 또한 사용자는 의류, 신발 및/또는 환경과의 상호 작용으로 인해 정전기가 발생하는 경우가 종종 있다. 이것은 DC 오프셋의 변동에 기여할 수 있으며, 또한 터치 패널(1)과의 초기 접촉 시 사용자의 손가락 및/또는 스타일러스 사이의 정전 결합을 초래할 수 있다. 이러한 정전 커플링은 인가된 힘들에 기인하는 전하(Qpiezo)와 동일하거나 심지어 실질적으로 초과할 수 있는 사용자 상호 작용에 가까운 감지 전극(5, 11)에 전하를 유도할 수 있다. 터치 패널(1)을 빠르게 연속해서 터치하는 것과 같은 짧은 상호 작용은, 다음 탭이 시작되기 전에 한 탭의 신호가 완전히 소멸되지 않아 세력이 부정확하게 측정될 수 있기 때문에, 구배 및 값 기반 접근 방식을 혼동시킬 수 있다. 전술한 논의는 전부가 아니며, 많은 추가적인 요소가 터치 패널(1) 및 장치(13)의 DC 오프셋 변동 및 노이즈 레벨에 기여할 수 있다. 수신된 압전 압력 신호(19, 22, 29)로부터 힘 값들(23)을 얻는 하나의 방법이 간략하게 요약될 것이다.
도 5를 또한 참조하면, 터치 패널(1) 및 장치(13)의 예를 사용하여 얻어지는 측정된 압전 압력 신호(30)의 예가 도시된다. 측정된 압전 압력 신호(30)는 제1 또는 제2압전 압력 신호(19, 22)를 나타낼 수 있다.
도 6을 또한 참조하면, 도 5에 도시된 측정된 압전 압력 신호(30)에 대응하는 측정된 힘 값들(23)이 도시되어 있다.
측정된 압전 압력 신호(30)는 여러 가지 방식으로 이상적인 압전 압력 신호(29)로부터 벗어날 수 있음을 알 수 있다. 먼저, 캐패시턴스 신호들(20)을 사용하여 결정된 사용자 상호 작용의 시작은 압력 신호(30) 값들(P(t))이 제로 DC 오프셋에 있지 않을 때 발생할 수 있다. 대신에, 사용자 상호 작용의 시작과 관련하여 시간 t=0 에서, 압력 신호(30) 값들(P(t))은 종종 초기 DC 오프셋 값(P0 = P(0))을 표시할 수 있다. 이는 예를 들어, 이전 사용자 상호 작용에 이어지는 잔여 DC 오프셋, 이전 사용자 상호 작용으로부터의 신호가 완전히 감소되기 전에 반복되는 터치 등과 같은 다양한 이유로 발생할 수 있다. 초기 오프셋(P0)은 실제로 중요 할 수 있다. 사용자의 손가락이 정전기로 대전될 때, 초기 오프셋(P0)은 사용자의 대전된 손가락에 대한 정전기 방전 및/또는 정전 용량성 커플링으로 인한 것으로 생각되는 초기의 거짓 피크(false peak)(도시되지 않음)를 동반 할 수 있다. 초기 거짓 피크(도시되지 않음)를 포함하면 부정확한 힘 출력이 발생할 수 있다. 그러나, 초기 오프셋(P0) 및/또는 거짓 피크(도시되지 않음)를 배제하도록 구배 및 값 임계 값들을 설정하는 것은 나머지 사용자 상호 작용을 통해 감도를 감소시킬 것이다.
둘째, 초기 피크(P1)에 도달한 후에, 압력 신호(30) 값들(P(t))는 제로가 아닌 오프셋 값(Poff)으로 감쇠될 수 있다. 오프셋 값(Poff)은 일반적으로 초기 피크(P1)와 반대의 부호인 것이 관찰되었다. 오프셋 값(Poff)은 각각의 사용자가 특정 감지 전극 (5, 11)과 상호 작용한 후에 변경되어, 기존의 DC 오프셋 교정 및 보정 방법은 효과가 떨어지거나 비효율적일 수 있음이 관찰되었다. 또한, 압력 신호(30) 값들(P(t))은 사용자 상호 작용의 일부 동안, 압력 신호(30)(P(t))가 정착 전에 오프셋 값(Poff)를 오버 슈트하는 거짓 피크(P2)를 표시할 수 있다. 거짓 피크(P2)의 크기는 일부 사용자 상호 작용 동안 중요할 수 있다.
전술한 바와 같이, 초기 오프셋 및/또는 정전기 방전 피크, 오프셋 값(Poff) 및 거짓 피크(P2)를 배제하도록 구배 및 값 임계 값을 단순히 설정하는 것은 사용자 상호 작용의 잔여 기간 동안 감도를 감소시킬 수 있다. 그러나, 단순한 조건적 적분 방식은 일부 어플리케이션에 대해 충분한 해상도를 가질 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 플롯 예를 참조하여, 압전 압력 신호(19, 22, 30)에 기초하여 힘 값들(23)을 결정하는 일 예시적인 방법의 적용이 설명될 것이다.
사용자 상호 작용이 진행됨에 따라, 제어기(15)는 적어도 4 의 구별 가능한 상태(S0, S1, S2 및 S4) 사이에서 상태 레지스터 값을 업데이트한다. 상태(S0, S1, S2 및 S3) 사이의 경계 및 천이는 참조를 위해 도 5 및 도 6에 표시되어 있다. 도 6에서 출력 힘 값들(23)은 세컨더리 y 축에 대해 플롯된다.
도 5 및 도 6의 예에서 캐패시턴스 신호들(20)에 기초하여 결정되는 사용자 상호 작용이 시작될 때, 사용자 상호 작용은 제1 또는 초기 상태(S0)로 초기화된다. 이러한 예에서, 초기 상태(S0) 동안, 압력 신호(30) 값은 터치 패널(1)상의 로드를 증가시키기 위한 적절한 부호를 가지지 않으면 사용되지 않는다. 도 5 및 도 6에 도시된 예들에 대해, 적절한 부호는 음이지만, 다른 예들에서 압력 신호(30) 값들(P (t))은 인가된 힘의 증가에 응답하여 증가할 수 있다. 실제로, 이러한 조건은 다음에 따라 처리된 압력 신호(31) 값들(P*(t))를 생성함으로써 적용될 수 있다:
Figure pat00013
(1)
초기 상태(S0) 동안, 해당 처리된 신호(31) 값(P*(t))을 이전 출력 힘 값(23) 즉, F(t) = F(t-δt) + P*(t)(여기서 δt는 샘플링 간격이다.)에 더함으로써, 출력 힘 값(23)(F(t))은 압력 신호(30) 값(P(t))의 각각의 새로운 샘플링에 대해 구해진다. 압력 신호(30) 값(P(t))이 인가된 힘을 증가시키기 위해 잘못된 부호를 가질 때, 처리된 신호(31) 값(P*(t))은 제로로 설정되기 때문에, 그러한 값은 출력 힘 값(23)(F(t))에 기여하지 않는다.
출력 힘 값(23)(F(t))은 인가된 힘에 비례하지만, 절대 인가된 힘의 추정된 측정 값을 구하려면, 힘 값(23)(F(t))에 상응하는 스케일 팩터를 곱해야 한다. 상기 스케일 팩터는 공지의 인가된 힘 프로파일을 사용하여 교정 실험에서 얻을 수 있다. 상기 스케일 팩터는 터치 패널(1)과의 사용자 상호 작용의 위치에 더 좌우될 수 있다.
제2프라이머리 로딩 상태(S1)로의 전이는 사용자 상호 작용의 시작 이후 미리 결정된 지속 시간이 경과하면 발생할 수 있다. 캐패시턴스 신호들(20)이 얻어지면, 사용자 상호 작용의 시작은 양호한 정확성으로 알려질 수 있다. 프라이머리 로딩 상태(S1) 동안, 모든 샘플 압력 신호(30) 값들(P(t))은 무조건적으로 사용될 수 있다. 즉, 처리된 신호(31)는 P*(t) = P(t)로 설정될 수 있고, 출력된 힘 값(23)(F(t))은 F(t) = F(t-δt) + P*(t)로서 갱신될 수 있다.
제3상태 또는 정착 상태(S2)로의 전이는 압력 신호(30) 값들(P(t))이 부호를 변경하거나 또는 제어기(15)가 초기 로딩 피크(P1)를 결정적으로 검출한 후에 발생할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 예에서, 압력 신호(30) 값들(P(t))이 부호가 음에서 양으로 변경 되었기 때문에 상태(S1)에서 상태(S2)로 천이가 발생한다. 물론, 인가된 힘의 증가가 압력 신호(30)를 증가시키는 다른 예들에서, 상기 천이는 반대 방향으로 검출될 수 있다. 제어기(15)는 초기 로딩 피크(P1)의 대략적인 시간 및 값을 결정하기 위해 임의의 적합한 수치 기술을 사용할 수 있다. 정착 상태(S2) 동안, 압력 신호(30) 값들(P(t))은 예를 들어 P*(t)=0으로 처리된 신호 값들(31)(P*(t))을 설정함으로써 사용되지 않을 수 있다. 따라서, 도 5 및 도 6에서, 이러한 예에서, 처리된 신호 값들(31)(P*(t))은 거짓 오버 슈트 피크(P2) 동안 제로로 클램프 된다는 것을 알 수 있다.
제4상태 또는 안정 상태(S3)로의 천이는 압력 신호(30) 값들(P(t))이 DC 오프셋(Poff)에서 안정화되면 발생할 수 있다. 일반적으로, DC 오프셋(Poff)은 시간에 따라 및/또는 압력 신호(30) 값들(P(t))의 각각의 로딩/언로딩 피크를 따라 천천히 변할 수 있다. 몇몇 예에서, 제어기(15)는 이전 압력 샘플들 {P(t), P(t-δt), ..., P(t-δt(Nbuff+1))}의 수(Nbuff)의 버퍼를 유지하고, 여기서 문맥 t, t-δt, t-δtNbuff은 샘플링 시간이다. 제1회로(14)는 각각의 새로운 압력 샘플(P(t))이 구해질 때, 버퍼링된 샘플들 {P(t), P(t- δt),..., P(t- δt(Nbuff+1))}에 대한 선형 회귀를 계산한다. 일단 버퍼링 된 압력 신호(30) 샘플들 {P(t), P(t- δt),..., P(t- δt(Nbuff+1))}의 기울기(m) 및 분산 값(VAR)의 크기는 미리 보정 된 임계 값들(mstable, VARstable) 이하이면, 제어기(15)는 상태 레지스터 값을 안정 상태(S3)로 업데이트하고, 버퍼링된 샘플들 {P(t), P(t- δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))}의 평균값을 오프셋 보정 값(Pcor = mean({P(t), P(t- δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))}))으로 설정한다.
안정 상태(S3) 동안, 처리된 압력 신호(31) 값들(P*(t))은 P*(t)　=　P(t) - Pcor에 따라 설정될 수 있다. 출력 힘 값(23)(F(t))은 다음에 따라 업데이트될 수 있다:
Figure pat00014
(2)
여기서 Pnoise는 노이즈 임계 값이다. 예를 들어, Pnoise는 사용자 상호 작용이 없는 교정 기간 동안 압력 신호(19, 22, 30) 값들(P (t))의 표준 편차의 배수로 설정될 수 있다. 노이즈 임계 값(Pnoise)은 교정 기간 동안 기록된 압력 신호(19, 22, 30) 값들(P(t))의 표준 편차의 5 배수로 설정될 수 있다. 노이즈 임계 값(Pnoise)은 사전 설정될 수 있거나, 예를 들어 정던 용량성 신호들(20)을 사용하여 검출된 사용자 상호 작용이 없는 조용한 기간 동안 주기적으로 업데이트될 수 있다.
사용자가 인가한 힘의 변화는 인가된 힘의 증가 또는 감소 여부에 관계없이 안정 상태(S3) 동안 고감도로 포착될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 예에서, 인가된 압력의 약간의 감소에 대응하는 작은 피크(P3)가 검출되고 그에 대응하여 출력 힘 값(23)(F(t))이 감소된다.
안정 상태(S3) 동안, 터치 패널(1)에 인가된 힘의 변화를 검출하기 위한 임계 값은 전체 신호에 적용되는 종래의 구배 및 값에 기반한 조건적 적분에 대해 가능한 것보다 낮은 값으로 설정될 수 있다. 이는 정전기 방전/커플링, 초기 오프셋(P0), 오버 슈트 오프셋(Poff) 및 거짓 피크(P2)와 같은 효과가 다른 상태 레지스터 값들(S0, S1 및 S2)의 사용을 통해 스크린 될 수 있기 때문이다.
실제로, 요구된 오프셋 보정 값(Pcor)은 사용자가 일정한 인가된 입력 힘을 유지하는 동안 천천히 드리프트 할 수 있다. 또한, 사용자가 인가된 입력 힘을 실질적으로 증가시키거나 감소시키는 경우, 이는 압전 압력 신호(19, 22, 30) 값들(P(t))이 감소하는 오프셋(Poff)을 변화시킬 수 있다. 그러나, 보정 값(Pcor)은 버퍼 {P(t), P(t-δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))}가 비교적 편평하게(즉, m < mstable 및 VAR < VARstable) 유지되는 동안 간단하게 연속적으로 업데이트 될 수 없다. 이러한 경우, 인가된 입력 힘의 약간의 증가 또는 감소는 처리된 압력 신호(31)(P*(t))로부터 연속적으로 제거될 것이므로 검출되지 않을 것이다.
대신에, 안정 상태(S3) 동안, 제어기(15)는 각각의 새로운 샘플링(P(t))후에 버퍼 {P(t), P(t- δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))}에 대한 선형 회귀를 수행할 수 있다. 버퍼 {P(t), P(t- δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))}가 평평하게 유지되는 동안(i.e. m < mstable and VAR < VARstable), 버퍼링 된 샘플의 평균값은 보정 값(Pcor)과 비교되고, 차이 |mean({P(t), P(t- δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))})-Pcor|의 크기가 임계 값(△Pcor)보다 작은 경우, 보정 값(Pcor)은 변하지 않는다. 그러나, 차이 |mean({P(t), P(t- δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))})-Pcor|가 임계 값(△Pcor)를 초과하면, 보정 값은 Pcor = mean({P(t), P(t- δt), ..., P(t- δt(Nbuff+1))})로 업데이트 된다.
임계 값(△Pcor)은 터치 패널(1) 및 장치(13)마다 다를 수 있다. 주어진 터치 패널(1) 및 장치(13)에 대한 적절한 값은 공지된 힘 교정 프로파일들의 선택에 대응하는 데이터를 측정함으로써 구해질 수 있다. 단순한 경우에, 임계 값(△Pcor)은 공지된 정전기 인가된 힘의 지속 기간 동안 관찰된 최대 드리프트에 따라 설정될 수 있다. 또는, 공지된 힘 교정 프로파일들을 사용하여 구해진 측정치들은 비용 함수로서 알려지고 측정된 힘의 편차를 사용하여 피팅에 대한 훈련 세트를 생성하는데 사용될 수 있다.
안정 상태(S3)는 사용자 상호 작용이 끝날 때 종료된다.
전술한 힘 값들(23)을 결정하는 방법은 단지 예시적인 것이고 본 명세서에 첨부된 청구 범위를 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서의 방법들은 힘 값들(23)(F(t))을 얻는데 사용되는 상기 특정 방법 또는 조건적 적분 방식에 상관없이 압전 힘 값들(23)(F(t))에 적용될 수 있다.
제1방법
또한, 도 7을 참조하면, 외부 전계에 대한 커플링의 힘 값(23)을 보정하는 제1방법이 설명될 것이다.
제1회로(14) 및 제어기(15)를 통해 예를 들어 터치 패널(1)로부터 힘 값(23)이 수신된다(단계 S1). 각각의 힘 값(23)은 터치 패널(1) 상의 특정 물리적 위치에 대응한다. 예를 들어, y-방향으로 이격된 N개의 제1감지 전극(5) 중 n번째에 해당하는 힘 값(23)은 F(yn)로 표시될 수 있고 x-방향으로 이격된 M개의 제2감지 전극(11) 중 m번째에 해당하는 힘 값(23)은 F(xm)로 표시될 수 있다. 각각의 감지 전극(5, 11)은 등전위이므로, x-방향으로 신장된 제1감지 전극(5)은 x-방향으로의 변화에 응답하지 않으며, 각각의 제2감지 전극(11)에 대해서도 마찬가지이다. 각각의 물리적 위치(xm, yn)는 예를 들어 각각의 제 1 또는 제 2 감지 전극 (5, 11)의 중심에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1회로(14)는 2개 이상의 인접한 감지 전극(5, 11)으로부터의 압전 전하(Qpiezo)를 집계하여 그룹화된 전극(5, 11)에 대한 단일의 제1압전 압력 신호(19)를 출력할 수 있다. 이러한 예들에서, 각각의 물리적 위치(xm, yn)는 예를 들어, 집합된 2개 이상의 제1 또는 제2감지 전극(5, 11)의 중심에 대응할 수 있다.
또한 도 8을 참조하면, 유효한 힘 값들(23a)과 배제된 힘 값들(23b)을 포함하는 힘 값들(23)의 세트가 개략적으로 도시되어 있다.
사용자 상호 작용의 위치 주변에서 힘 값 F(x9), F(x10), F(x11) 중 3개는 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받아, 결과적으로 압전 재료층(7)의 물리적 변형에 대응하는 기본 값들(32)로부터 현저하게 벗어난다. 이러한 외부 전계에 대한 커플링들은 다른 소스 중에서 터치 패널(1)의 사용자가 정전기로 대전됨으로써 초래되는 것으로 생각된다.
상기 힘 값들(23, F(xm), F(yn)) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지의 식별(24)이 더 수신된다(단계 S2). 내지는, 후 처리 모듈(16)은 힘 값들(23, F(xm), F(yn)) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지의 결정을 내릴 수 있다. 외부 전계에 대한 커플링의 존재 또는 존재 가능성을 검출하기 위한 적절한 방법의 범위는 이하에서 설명된다.
상기 힘 값들(23, F(xm), F(yn)) 중 어느 것도 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받지 않는 것으로 표시되면(단계 S3), 힘 값들(23, F(xm), F(yn))은 장치(13)를 포함하는 장치(도시되지 않음)의 프로세서(들)(도시되지 않음)에 출력된다(단계 S4). 상기 출력된 힘 값들(23, F(xm), F(yn))은, 장치(13)를 포함하는 장치(도시되지 않음)의 프로세서(들)(도시되지 않음)에 의해 실행되는 운영 시스템 또는 소프트웨어 어플리케이션에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
그러나, 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지가 식별되는 하나 이상의 힘 값들(23, F(xm), F(yn))에 대응하여(단계 S3), 상기 대응하는 힘 값들(23, F(xm), F(yn))은 배제된 힘 값들(23b)로 설정되고 나머지 힘 값들은 유효한 힘 값들(23a)로 설정된다(단계 S5). 예를 들어, 힘 값들(P(xk), P(yp))은 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 나타낼 수 있으므로, 유효 힘 값들(23a)은 모든 m ≠ k 에 대해 P(xm)가 되고, 모든 n　≠ p 에 대해 P(yn)이 된다. 일반적으로, 제로, 하나 또는 하나 이상의 힘 값(23b)은 x 또는 y 힘 값으로부터 배제될 수 있다. 즉, x-방향에서의 상기 측정의 총 수(Mex)가 배제된 힘 값들(23b)이면, 유효한 힘 값들(23a)은 모든 m ≠ k1, ...,kMex 에 대해 P(xm)일 수 있고, y-방향에서의 상기 측정의 총 수(Nex)가 배제된 힘 값들(23b)이라면, 유효한 힘 값들(23a)은 모든 n ≠ p1, ..., pNex에 대해 P(yn)일 수 있다. 둘 이상의 힘 값들(23b)이 배제될 때, 이들은 인접한 물리적 위치에 대응하거나 대응하지 않을 수도 있고, 예를 들어, k1, ...,kMex는 연속적일 필요는 없다.
도 8에 도시된 예에서, 3개의 힘 값들(F(x9), F(x10), F(x11))은 Mex = 3 및 k1　=　9, k2=10, k3=11에 대한 배제된 힘 값들(23b)이다. 나머지 힘 값들(F(x1) 내지 F(x8) 및 F(x12) 내지 F(x14))은 유효한 힘 값들(23a)이다.
유효 힘 값들(23a) 및 각각의 물리적 위치에 기초하여 보간 및/또는 보외함으로써 임의의 배제된 힘 값들(23b)과 동일한 물리적 위치에 대응하여 재구성된 힘 값들(25)이 결정된다(단계 S6). 예를 들어, 유효 힘 값들(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex) 및 P(yn) (n ≠ p1, ..., pNex))은 배제 된 힘 값들(23b, F(xk), F(yp), (k = k1, ..., kMex 및 p = p1, ..., pNex))의 물리적 위치들(xk, yp)에 대응하는 재구성된 값들(R(xk), 및 R(yp))을 생성하는데 사용될 수 있다. 상기 처리는 한 쌍의 유효 힘 값들(23a)에 의해 뻗어있는 물리적 위치(xk, yp)에 대해 재구성된 값(R(xk), R(yp))가 결정될 때 보간(interpolation) 중 하나이고, 그리고, 예를 들면 배제된 힘 값들(23b, F(xk), F(yp))이 터치 패널(1)의 엣지까지 연장될 때 보외(extrapolation) 중 하나이다.
또한 도 9를 참조하면, 도 8에 도시된 예에 대한 재구성된 힘 값들(25)이 도시되어 있다.
재구성된 힘 값들(R(x9), R(x10), R(x11))은 유효한 힘 값들(23a, F(x1) 내지 F(x8) 및 F(x12) 내지 F(x14))과 각각의 물리적 위치에 따라 보간 되었다.
재구성된 힘 값들(25)을 결정하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 다항식 보간은 하나 이상의 재구성된 힘 값들(25)을 보간 및/또는 보외하기 위해 유효한 힘 값들(23a) 및 각각의 물리적 위치들(xm, yn)에 적용될 수 있다. 다항식 보간은 라그랑주 다항식 방법, 뉴턴 다항식 방법 또는 임의의 다른 적절한 다항식 보간 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
대체 실시 예에서, 하나 이상의 재구성된 힘 값들(R(xk), R(yp))의 보간 및/또는 보외는 유효 힘 값들(23a) 및 각각의 물리적 위치에 힘 값 모델을 피팅함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 힘 값 모델은 최소 제곱 피팅 기술을 사용하여 피팅될 수 있다. 힘 값 모델들은 다항식, 사인 함수 또는 코사인 함수 등을 포함하되 이에 국한되지 않는 모든 기본 함수 세트를 기반으로 할 수 있다.
다른 대체 실시 예에서, 1개 이상의 재구성된 힘 값들(R(xk), R(yp))은 유효한 힘 값들(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex) 및 F(yn) (n ≠ p1, ..., pNex)) 및 각각의 물리적 위치들(xm (m ≠ k1, ..., kMex), yn (n ≠ p1, ..., pNex)) 각각을 연결하는 스플라인 보간(spline interpolant)을 결정함으로써 보간 및/또는 보외할 수 있다. 스플라인 보간은 2 차 또는 3 차이다. 스플라인은 터치 패널의 가장자리에 가까운 위치에 대해서는 선형 보간을 사용하고 다른 곳에서는 고차 보간을 사용할 수 있다. 이렇게 하면 터치 패널(1) 에지에 가까운 위치에서 비현실적인 발산 값들을 피하는데 도움이 될 수 있다.
유효한 힘 값들(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex) and P(yn) (n ≠ p1, ..., pNex)) 및 재구성된 압력 값들(25, R(xk), R(yp) (for k = k1, ..., kMex and p = p1, ..., pNex))은 장치(13)를 포함하는 장치(도시되지 않음)의 프로세서(들)(도시되지 않음)로 출력된다(단계 S7). 유효한 힘 값들(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex) and P(yn) (n ≠ p1, ..., pNex)) 및 재구성된 힘 값들(25, R(xk), R(yp) (for k = k1, ..., kMex and p = p1, ..., pNex))은 장치(13)를 포함하는 장치(도시되지 않음)의 프로세서(들)(도시되지 않음)에 의해 실행되는 운영 시스템 또는 소프트웨어 어플리케이션에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
장치(13)가 활성인 동안(단계 S8), 힘 값들(23)이 더 수신된다(단계 S1).
제2방법
또한 도 10을 참조하면, 외부 전계에 대한 커플링의 힘 값들(23)을 보정하는 제2방법이 설명될 것이다. 상기 제2방법은 다항식 보간 방법들에 고유한 제1방법의 예이다.
제1방법과 동일한 제2방법의 단계는 다시 기술되지 않을 것이다(단계 S1 내지 S5 및 S7).
후 처리 모듈(16)은 원래의 물리적 위치들(xm, yn) 중 하나에 대응하는 보간 위치들(x'm, y'n)의 세트, 각각의 보간 위치(x'm, y'n)를 결정한다. (단계 S6a). 즉, 보간 위치들(x'm, y'n)의 수는 수신된 힘 값들(23)의 수와 동일하다. 다른 예에서, 보간 위치(x'm, y'n)는 미리 결정될 수 있으며, 필요 시 후 처리 모듈(16)에 의해 검색될 수 있다. 보간 위치(x'm, y'n)는 터치 패널(1)의 에지 쪽으로 더 높은 공간 밀도로 불균일하게 분포된다. 이와 반대로, 터치 패널(1) 전극(5, 11)에 대응하는 물리적 위치(xm, yn)는 전형적으로 균일하게 이격되어 있다.
터치 패널(1) 에지 쪽으로 보간 위치(x'm, y'n)의 공간 밀도가 증가한 이유는, Runge 현상의 발생을 피하거나 최소화하는 것이지만, 이는 등 간격 보간 점에 다항식 보간이 적용될 때 경계에서 관찰되는 문제가 있는 진동들을 나타낸다. 보간 위치(x'm, y'n)의 분포는 Runge 현상을 완화시키거나 피하도록 선택될 수 있다.
예를 들어, 도 11을 참조하면, 보간 위치(x'm, y'n)는 각각 원래의 등 간격의 물리적 위치(34) 중 하나에 대응하는 Chebyshev 포인트들(33)(때로는 Chebyshev 노드들이라고도 함)으로서 계산될 수 있다.
x-방향으로 이격된 M개의 물리적 위치(xm) 중 m번째에 대응하는 Chebyshev 포인트(33)는 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure pat00015
(3)
여기서 xmin 은 x1 또는 터치 패널의 시작 중 하나이며, xmax 는 xN 또는 터치 패널의 끝 중 하나이고, n = 1, 2, ..., N 이다. 바람직하게는 xmin = x1 및 xmax = xN 이다. y-방향으로 이격된 N개의 물리적 위치(yn)의 n번째에 대응하는 Chebyshev 포인트(33)가 마찬가지로 결정될 수 있다.
추정된 힘 값들(Fest(x'm), Fest(y'n))은 보간 위치들(x'm, y'n)의 일부 또는 전부에 대응하여 결정된다(단계 S6b). 보간 위치(x'm, y'n)에 대한 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 보간 위치(x'm, y'n)에 근접하거나 걸쳐있는 2개 이상의 물리적 위치(xm, yn)로부터 보간 또는 보외 유효한 힘 값들(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex) and F(yn) (n ≠ p1, ..., pNex))에 기초하여 결정된다.
보간 옵션 A
일부 구현 예에서, 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 모든 보간 위치(x'm, y'n)에 대해 결정될 수 있다. 이러한 예들은 다항식 보간이 연속적으로 계산될 때 과도하게 제한될 수 있고 안정적인 경향이 있다. 그러나 보간을 과도하게 제한하면 재구성된 힘 값들(25)이 과소 평가될 수 있다.
보간 옵션 B
다른 구현들에서, 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 유효한 힘 값(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex) and F(yn) (n ≠ p1, ..., pNex))에 대응하는 각 보간 위치(x'm, y'n)에 대해서만 결정될 수 있다. 보간 위치(x'm, y'n)는 좌표에 의해 정렬된 모든 보간 위치들(x'm, y'n)의 시퀀스 내의 보간 위치(x'm, y'n)의 위치가 좌표(식(3) 참조)에 의해 정렬된 모든 물리적 위치들(xm, yn)의 시퀀스 내의 힘 값(23, F(xm), F(yn))과 관련된 물리적 위치(xm, yn)의 위치와 일치하는 경우 힘 값에 대응한다. 예를 들어, 도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 추정된 힘 값들(Fest(x'm), Fest(y'n))은 9번째, 10번째 및 11번째 보간 위치(x'9, x'10, x'11)에 대하여 계산되지 않을 것이다. 보간 다항식의 계산이 힘 값들(23b)이 배제 된 영역을 통해 과소 제한되기 때문에, 보간 옵션 B는 재구성 된 힘 값들(25)의보다 양호한 추정을 제공할 수 있다. 그러나, 배제된 힘 값들(23b)이 터치 패널(1)의 에지에 근접하게 위치 될 때, 이러한 과소 제한된 접근법은 이전에 설명된 과도 제한 보간 옵션 A보다 덜 정확할 수 있다.
하이브리드 보간 옵션
방법의 개선에서, 다음 중 하나의 선택: 모든 보간 위치(x'm, y'n)에 대해 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하는 (옵션 A) 또는 유효한 힘 값(F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex) 및 F(yn) (n ≠ p1, ..., pNex))에 대응하는 보간 위치들(x'm, y'n)에 대해서만 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정 결정하는 (옵션 A)은, 배제된 힘 값들(23b)에 대응하는 물리적 위치(xm, yn)에 따라 만들어 질 수 있다. 이러한 하이브리드 방식에서, 배제된 힘 값들(23b)이 터치 패널(1)의 에지에 가까울 때, 과도 제한 (옵션 A)이 안정성을 위해 사용될 수 있다. 이와 반대로, 배제된 힘 값들(23b)이 터치 패널(1)의 에지에 근접하지 않을 때, 과소 제한 (옵션 B)가 재구성된 힘 값들(25)에 대한 덜 제한적인 추정치를 얻는데 사용될 수 있다.
외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 힘 값들(23)은 전형적으로 사용자 상호 작용에 가장 가까운 물리적 위치(xm, yn)에 대응하는 힘 값들이다. 따라서, 일부 구현 예에서, 후 처리 모듈(16)은 하나 이상의 사용자 상호 작용에 대응하는 터치 위치 데이터(27)(또는 "터치 좌표")를 더 수신할 수 있다. 보간 옵션 A 또는 보간 옵션 B 중 어느 것을 사용할 지의 여부는 수신된 터치 좌표에 기초할 수 있다. 터치 위치 데이터(27)는 제1압력 신호들(19)에 기초하여 결정될 수 있다. 내지는, 정전 용량성 센싱이 구현될 때, 캐패시턴스 신호들(20)을 사용하여 터치 위치 데이터(27)가 결정될 수 있다.
보간 옵션 C
일부 구현 예에서, 사용된 보간 위치(x'm, y'n)의 수는 옵션 A와 옵션 B 사이의 중간일 수 있다. 예를 들어, 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 유효한 힘 값들(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex), F(yn) (n ≠ p1, ..., pNex))에 대응하는 한 쌍의 인접한 물리적 위치들(xm, yn)에 의해 뻗어있는 각 보간 위치(x'm, y'n)에 대해 결정될 수 있다. 부가적으로, 추정된 힘 값들(Fest(x'm), Fest(y'n))은 유효한 힘 값(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex), F(yn) (n ≠ p1, ..., pNex))에 대응하는 물리적 위치(xm, yn)의 미리 결정된 거리 내에 있는 각 보간 위치(x'm, y'n)에 대해 더 결정될 수 있다.
추정 힘 값들을 결정하는 제1방법
추정된 힘 값들(Fest(x'm), Fest(y'n))은 다수의 상이한 방식으로 결정될 수 있다.
힘 값들(Fest(x'm), Fest(y'n))을 추정하는 제1방법에 따라, 각각의 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 보간 위치(x'm, y'n) 자체의 바로 전후에 유효한 힘 값들로 형성된 쌍을 사용하여 선형 보간에 따라 계산된다.
또한 도 12를 참조하면, 제1위치(35, x4)는 유효 힘 값(23a, F(x4))에 대응되고, 제2위치(36, x2)는 유효 힘 값(23a, F(x2))에 대응되며, 제3위치(37, x5)는 유효한 힘 값(23a, F(x5))에 대응한다. 힘 값(F(x3))는 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 (또는 영향을 받기 쉬운) 것으로 표시 되었기 때문에 배제된 힘 값(23b)이다. 제1위치(35, x4)에 대응하는 보간 위치(x'4)는 F(x2)와 F(x4) 사이의 보간 또는 F(x4)와 F(x5)로부터의 보외에 의해 얻어진 가능한 값을 포함하여 도시된다. 추가적인 보간 위치(x'3, x'5)가 더 표시된다.
제4보간 위치(x'4)에 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 추정하는 제1방법을 적용하면, 보간 위치(x'4)의 바로 전후의 유효한 힘 값 쌍(23a)은 제2위치(36, x2)에서의 F(x2), 제 1 위치 (35, x4)에서의 F(x4)로 구성된다. 추정된 힘 값(Fest(x'4))은 다음과 같이 보간될 수 있다:
Figure pat00016
(4)
물리적 위치(x3) 및 상기 대응하는 힘 값(F(x3))는 이들이 배제된 힘 값(23b)에 대응하기 때문에 직전 보간 위치로서 사용되지 않는다.
마찬가지로, 제3보간 위치(x'3)에 대해, 보간 위치(x'3) 직전 직후로 한 쌍의 유효한 힘 값(23a)은 제2위치(36, x2)에서 F(x2) 및 제1위치(35, x4)에서 F(x4)로 구성된다. 추정된 힘 값(Fest(x'3))는 다음과 같이 보간될 수 있다:
Figure pat00017
(5)
제5보간 위치(x'5)에 대하여, 보간 위치(x'5)의 직전 및 직후의 한 쌍의 유효한 힘 값들(23a)은 제1위치(35, x4)에서 F(x4) 및 제3위치(37, x5)에서 F(x5)로 구성된다. 추정된 힘 값(Fest(x'5))은 다음과 같이 보간될 수 있다:
Figure pat00018
(6)
특정 보간 위치(x'm, y'n)가 적어도 한 쌍의 유효한 압력 값들(23a)에 의해 뻗어 있지 않을 때, 예를 들어 배제된 압력 값(23b)이 터치 패널(1)의 에지에 근접하게 발생할 때, 2개의 가장 가까운 유효한 압력 값(23a)에 기초한 선형 보외가 선형 보간 대신에 사용될 수 있다.
추정된 힘 값들을 결정하는 제1방법은 보간 옵션들 A 내지 C 중 하나 또는 하이브리드 보간 옵션에 따라 선택된 보간 위치들에 적용될 수 있다.
추정된 힘 값들을 결정하는 제2방법
추정된 힘 값들(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하는 제2방법에 따라, 각각의 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 다음에 의하여 결정될 수 있다: 한 쌍의 상기 제1유효한 힘 값(23a)과 제1유효한 힘 값(23a)에 선행하는 가장 가까운 유효한 힘 값인 제2유효한 힘 값(23a), 및 각각의 물리적 위치들(xm, yn)의 추정 쌍(1); 혹은 한 쌍의 제1유효한 힘 값(23a)과 제1유효한 힘 값(23a)을 따르는 가장 가까운 유효한 힘 값인 제3유효한 힘 값(23a), 및 각각의 물리적 위치들(xm, yn)의 추정 쌍(2).
제1유효한 힘 값(23a)은 항상 보간 위치(x'm, y'n)에 해당 유효한 힘 값(23a)이거나 보간 위치(x'm, y'n)에 해당 힘 값이 없는 경우 가장 가까운 유효한 힘 값(23a)이다. 보간 옵션 B와 관련하여 정의된 바와 같이, 좌표에 의해 순서화된 모든 물리적 위치들(xm, yn)의 시퀀스 내의 각각의 물리적 위치(xm, yn)의 위치가 좌표에 의해 순서화된 모든 보간 위치들(x'm, y'n)의 시퀀스 내의 보간 위치(x'm, y'n)의 위치와 일치하는 경우, 유효한 힘 값은 보간 위치(x'm, y'n)에 대응한다.
예를 들어, 다시 도 12를 참조하고, 제4보간 위치(x'4)를 고려하면, 제1유효한 압력 값(23a)은 제1위치(35, x4)에서 F(x4)이다. 이러한 경우, 제1유효한 압력 값(23a, F(x4))은 보간 위치(x'4)에 대응한다. 추정 쌍(1)이 제1유효한 힘 값(F(x4), x4) 및 제2유효한 힘 값(F(x2), x2)으로 구성되도록, 제1유효한 힘 값(F(x4))에 선행하는 가장 가까운 유효한 힘 값(23a)은 제2위치(36, x2)에서 F(x2)이다. 물리적 위치(x3)에서의 힘 값(F(x3))은 배제된 힘 값(23b)이며 사용되지 않는다. 추정 쌍(2)이 제1유효한 힘 값(F(x5), x5) 및 제3유효한 힘 값(F(x5), x5)으로 구성되도록, 제1유효한 힘 값(F(x4)) 다음의 가장 가까운 유효한 힘 값(23a)은 제3위치(37, x5)에서 F(x5)이다.
추정 쌍(1) 및 (2)를 사용하여, 추정된 압력 값(Fest (x'4))은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pat00019
(7a)
혹은:
Figure pat00020
(7b)
분명히 Fest(x'4)의 값은 식(7a) 또는 식(7b)이 계산에 사용되는지 여부에 따라 달라진다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 추정 쌍(1)이 수학 식(7a)에 따라 사용되면, Fest(x'4)는 F24로서 보간될 것이고, 반면에 추정 쌍(2)이 수학 식(7b)이면 Fest(x'4)는 F45 ≠ F24로 보외된다.
추정 쌍(1) 또는 (2) 사이의 선택(예를 들어, 식 (7a) 및 (7b))은 제1추정 쌍(1) 및 제2추정 쌍(2)에 대해 계산된 비용 함수에 따라 제공될 수 있다. 적합한 비용 기능의 예는 다음과 같다:
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
(8)
C1 내지 C10은 제1 내지 제10비용 함수이고, Fa=F(xa) 및 Fb=F(xb)는 각각의 물리적 위치(xa, xb)에 대응하는 유효한 힘 값이고, xint는 보간 위치이며, 그리고 Cstd는 다음에 따라 계산된 표준 비용이다.
Figure pat00031
(9)
선택된 비용 함수 C1, ..., C10은 먼저 인수 Fa, xa, Fb, xb를 제공하기 위해 제1추정 쌍(1)을 사용하고, 두 번째로 인수 Fa, xa, Fb, xb를 제공하기 위해 추정 쌍(2)을 사용하여 평가될 수 있다. 선택된 비용 함수(C1, ..., C10) 중 가장 낮은 값을 갖는 추정 쌍(1), (2)은 보간 위치(xint)에 대응하는 추정된 힘 값(Fest(xint))을 보간하거나 보외하기 위해 사용된다. 앞서 나열된 비용 함수 C1, ..., C10은 철저한 목록을 나타내지 않으며 C1, ..., C10 대신 다른 비용 함수가 사용될 수 있다.
도 12에 도시된 제4보간 점( x'4)의 예로 돌아가서, 제2유효한 힘 값(F(x2), x2) 및 제1유효한 힘 값(F(x4), x4)으로 구성된 제1추정 쌍(1)이 비용 함수(C1, ..., C10)의 보다 낮은 값을 갖는다면, 추정된 힘 값(Fest(x'4))은 식(7a)에 따라 F24로서 계산될 것이다. 그러나, 제1유효한 힘 값(F(x4), x4) 및 제3유효한 힘 값(F(x5), x5)으로 구성된 제2추정 쌍(2)이 비용 함수(C1, ..., C10)의 보다 낮은 값을 갖는다면, 추정된 힘 값(Fest(x'4))은 식(7b)를 사용하여 F45로 계산된다.
추정된 힘 값을 결정하는 제2방법을 제5보간 위치(x'5)에 적용하면, 제1유효한 힘 값( 23)은 제5보간 위치(x'5)에 대응하는 물리적 위치(x5)에서의 F(x5)이다. 추정 쌍(1)은 (x'5에서의 Fest(x'5) 보간에 해당하는) 제1유효한 힘 값(F(x5), x5) 및 제2유효한 힘 값(F(x4), x4)으로 구성된다. 추정 쌍(2)은 (x'5에서의 Fest(x'5) 보외에 해당하는) 제1유효한 힘 값(F(x5), x5) 및 제3유효한 힘 값(F(x6), x6)으로 구성된다.
제3보간 위치(x'3)에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 제2방법의 적용은 제3보간 위치(x'3)이 직접적으로 대응하는 유효한 압력 값(23a)을 가지지 않기 때문에 약간 상이하다. 대신에, 제1유효한 힘 값(23a)은 x2에서 F(x2)인 제3보간 위치(x'3)에 가장 가까운 것으로 선택된다. 그 다음, 제1추정 쌍(1)은 제1유효한 힘 값(F(x2), x2) 및 제2유효한 힘 값(F(x1), x1)(도 12에 도시되지 않음)으로 구성된다. 이러한 경우, 제1추정 쌍(1)은 Fest(x'3), x'3의 보외에 대응한다. 제2추정 쌍(2)은 제1유효한 힘 값(F(x2), x2) 및 제3유효한 힘 값(F(x4), x4)으로 구성된다. 이러한 경우, 제2추정 쌍(1)은 Fest(x'3), x'3의 보간에 대응한다.
추정된 힘 값을 결정하는 제2방법이 보간 또는 보외에 대응하는지 여부는 비용 함수의 값 및 보간 위치(x'm, y'n)의 상대 위치, 유효한 압력 값(23a) 및 제외된 압력 값(23b)에 따라 달라진다.
추정된 힘 값을 결정하는 제3방법
제3추정 쌍(3) 및 제4추정 쌍(4)이 제2방법의 제1추정 쌍(1), 및 제2추정 쌍(2)과 약간 다른 기준에 따라 선택된다는 점을 제외하면 제2방법과 유사하다.
각각의 보간 위치(x'm, y'n)에 대해, 제1유효한 힘 값(23a)은 제2방법과 동일한 방식으로 식별된다. 그러나, 제1유효한 힘 값이 제1 및 제2추정 쌍(1), (2)의 일부인 제2방법과 달리, 제3 및 제4추정 쌍(3), (4)은 제1유효한 힘 값(23a)을 포함하지 않는다.
추정 된 힘 값들(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하는 제3방법을 사용하여, 각각의 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 다음을 참조하여 결정될 수 있다: 임의의 방향으로 제1유효한 압력 값(23a)에 가장 가까운 2개의 유효한 압력 값(23a)으로 이루어지는 추정 쌍(3); 혹은 가장 가까운 유효한 압력 값(23a)을 양의 좌표 방향의 제1유효한 압력 값으로 구성하고, 가장 가까운 유효한 압력 값(23a)을 음의 좌표 방향의 제1유효한 압력 값(23a)으로 구성하는 추정 쌍(4).
비용 함수(C1, ..., C10)는 제3 및 제4추정 쌍(3), (4)에 대해 계산되고, 비용 함수(C1, ..., C10) 중 가장 낮은 값을 갖는 쌍(3), (4)는 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 보간 또는 보외하는 데 사용된다.
제4보간 위치(x'4)에 관하여 도 12에 도시된 예를 다시 참조한다. 제4보간 위치(x'4)에 대응하는 제1유효한 압력 값(23a)은 물리적 위치(x4)에서 F(x4)이다. 제3추정 쌍(3)은 x5에서의 F(x5)를 포함하지만, x6에서의 F(x6) 및 x2에서의 F(x2)는 동등하게 가깝다. 제3추정 쌍(3)을 선택할 때의 모호성은 다양한 방법으로 해결될 수 있다. 예를 들어, 유효한 힘 값들 사이의 최소 간격이 우선될 수 있으며, 이러한 경우 제3추정 쌍(3)은 x5에서의 F(x5) 및 x6에서의 F(x6)로 구성될 수 있다. 내지는, 보간 점(x'4)까지의 거리가 모호성을 해결하는데 사용될 수 있는데, 이러한 경우 제3추정 쌍(3)은 x5에서의 F(x5)와 x2에서의 F(x2)로 구성될 것이다. 내지는, 모호함이 있을 때, 모든 가능한 쌍에 대해 선택된 비용 함수(C1, ..., C10)가 계산될 수 있다. 일반적으로, 임의의 적합한 전략이 제3추정 쌍(3)의 선택에서 모호성을 해결하는데 사용될 수 있다.
제4추정 쌍(4)은 모호성과 같은 문제를 경험하지 않으며, x5에서의 F(x5)와 x2에서의 F(x2)로 구성된다. 제3 및 제4추정 쌍(3), (4)은 몇몇 환경에서 동일할 수 있음을 알 수 있다.
x-방향 및 y-방향으로 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 얻기 위해 동일한 절차가 뒤따를 수 있다. 비용 함수(C1 내지 C10)는 단지 예이며, 임의의 적절한 비용 함수가 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하기 위해 어떤 물리적 위치(35, 36, 37) 쌍을 사용할지를 결정하는데 사용될 수 있다.
그러나, 다른 구현에서, 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))은 다른 방식으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 모든 유효한 힘 값(23a, F(xm) (m ≠ k1, ..., kMex))을 연결하는 2차 또는 3차 스플라인이 계산될 수 있다. 추정된 힘 값(Fest(x'm))은 해당 스플라인 세그먼트를 사용하여 보간 위치(x'm)의 일부 또는 전부에 대해 계산될 수 있다. 추정된 힘 값(Fest(y'n))은 동일한 방식으로 보간 위치(y'n)의 일부 또는 모두에 대해 계산 될 수 있다.
일단 보간 위치(x'm, y'n) 및 해당 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))이 결정되면, 이들은 보간 다항식을 생성하기 위한 입력으로서 사용된다(단계 S6c). 전술한 바와 같이, 임의의 적절한 다항식 보간 방법이 사용될 수 있다. 하나의 적절한 예가 Lagrange 보간이다.
보간 옵션 A에 대한 Lagrange 다항식의 계산
모든 보간 위치(x'm, y'n) 및 해당 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))에 대한 값이 사용된다. 따라서, x-방향으로 총 M개의 보간 점들이 있고 Lagrange 보간 다항식은 다음과 같이 주어진다.
Figure pat00032
(10)
여기서, m = 1, ..., M, 및l m (x)는 다음에 의해 주어진 Lagrange 기반 다항식이다:
Figure pat00033
(11)
여기서, j = 1, ..., M 이다. 마찬가지로, y-방향으로 총 N개의 보간 점들이 있고 Lagrange 보간 다항식은 다음과 같이 주어진다:
Figure pat00034
(12)
여기서 m = 1, ..., M, 및 l n (y)는 다음에 의해 주어진 Lagrange 기반 다항식이다:
Figure pat00035
(13)
보간 옵션 B에 대한 Lagrange 다항식의 계산
전술한 바와 같이, 유효한 힘 값에 대응하는 보간 위치(x'm, y'n)만이 사용된다. 따라서, x-방향으로 총 M - Mex 보간 점들이 존재하며, Lagrange 보간 다항식은 이보다 작은 수의 보간 점을 사용하여 계산된다. 마찬가지로 보간 옵션 B를 사용하여 y-방향으로 총 N - Nex 보간 점이 있다.
재구성된 힘 값들 계산
Lagrange 보간 다항식(Lx(x), Ly(y))이 결정되면, 이들을 사용하여 배제된 힘 값(23b)에 대응하는 물리적 위치(xm, yn)를 Lagrange 보간 다항식으로 대체함으로써 재구성된 힘 값(25)을 계산할 수 있다. 예를 들어, k = k1,..., kMex에 대한 R(xk) = Lx(xk)이고, p = p1,..., pNex 에 대한 R(yp) = Ly(yp)이다.
실험 데이터
또한 도 13을 참조하면, 원래 힘 값(23)과 재구성된 힘 값(25)의 비교가 도시되어 있다.
원래 힘 값(23)은 "F"로 표시되고, 점선과 다이아몬드 마커들로 그려진다. 하나의 배제된 힘 값(23b)이 있었다. 추정된 힘 값들을 결정하는 제2방법 및 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 보간 옵션 A에 따라 계산된 유효 힘 값들(23a) 및 재구성된 힘 값(25)은 "A"로 표시되고 실선 및 정사각형 마커들로 그려진다. 원래 힘 값(23)은 외부 전계에 대한 커플링의 결과로 비현실적으로 예리한 피크를 나타내는 것으로 보인다. 배제된 힘 값(23b)이 재구성된 힘 값(25)을 사용하여 배제되고 대체될 때, 피크 값은 △FA 만큼 현저하게 감소된다. 이러한 방식으로, 사용자 상호 작용에 의해 적용된 피크 힘 값의 보다 물리적으로 현실적이고 정확한 추정이 결정될 수 있다.
도 14를 또한 참조하면, 도 13에 도시된 원래 힘 값(23)은 추정된 힘 값을 결정하는 제2방법을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 얻어진 재구성된 힘 값(25)과 비교된다.
원래 힘 값(23)은 "F"로 표시되고 점선과 다이아몬드 마커들로 그려진다. 추정된 힘 값들을 결정하는 제2방법을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 계산된 유효한 힘 값들(23a) 및 재구성된 힘 값(25) 그리고 Lagrange 다항식 보간은 "B2"로 표시되고 실선 및 사각형 마커들로 그려진다. 보간 옵션 A와 마찬가지로, 보간 옵션 B 및 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하는 제2방법을 사용하여 사용자 상호 작용에 의해 적용된 피크 힘 값의 보다 물리적으로 현실적이고 정확한 추정이 결정될 수 있다.
도 15를 또한 참조하면, 도 13에 도시된 원래 힘 값(23)은 추정된 힘 값을 결정하는 제3방법을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 얻어진 재구성된 힘 값(25)과 비교된다.
원래 힘 값(23)은 "F"로 표시되고 점선과 다이아몬드 마커들로 그려진다. 추정된 힘 값을 결정하는 제3방법 및 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 계산된 유효한 힘 값(23a) 및 재구성된 힘 값(25)은 "B3"으로 표시되고 실선 및 정사각형 마커들로 그려진다. 보간 옵션 A와 마찬가지로, 보간 옵션 B 및 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하는 제3방법을 사용하여 사용자 상호 작용에 의해 적용되는 피크 힘 값의 보다 물리적으로 현실적이고 정확한 추정이 결정될 수 있다.
또한 도 16을 참조하면, 도 13에 도시된 원래 힘 값들(23)은 3차 스플라인을 사용하여 얻어진 재구성된 힘 값(25)과 비교된다.
원래 힘 값(23)은 "F"로 표시되고 점선과 다이아몬드 마커들로 그려진다. 유효 힘 값들(23a) 및 3차 스플라인 보간을 사용하여 계산된 재구성된 힘 값(25)은 " Sp "로 표시되고 실선 및 사각형 마커들로 그려진다. 도 13 내지 도 15에 도시된 재구성된 힘 값들(25)과 달리, 도 16에 도시된 재구성된 힘 값들(25)은 다항식 보간을 사용하여 구해지지 않는다. 그 대신, 유효 힘 값들(23a)을 연결하는 3차 스플라인들이 얻어지고, 배제된 힘 값(23b)에 대응하는 물리적 위치에 걸친 스플라인 세그먼트가 재구성된 힘 값(25)을 얻기 위해 물리적 위치에서 샘플링 되었다. 보간 옵션 A 또는 B를 사용한 다항식 보간과 마찬가지로, 사용자 상호 작용에 의해 적용된 최대 힘 값의 보다 물리적으로 현실적이며 정확한 추정은 3 차 스플라인 보간을 사용하여 결정될 수 있다.
또한 도 17을 참조하면, 도 13 내지 도 16에 도시된 재구성된 힘 값(25)의 비교가 도시되어 있다. 도 17의 축은 재구성된 힘 값(25)의 보다 상세한 비교를 허용하기 위해 보다 작은 힘 값 및 위치 범위에 대응한다.
또한, 도 18을 참조하면, 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하는 제2방법(B2) 혹은 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))을 결정하는 제3방법 중 하나를 사용하여 보간 옵션 A, 보간 옵션 B에 따라 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 그리고 3차 스플라인을 사용한 보간을 사용하여 얻어진 재구성된 힘 값들(25)의 비교가 도시된다. 도 18에 도시된 데이터는 도 17에 도시된 데이터와 상이한 사용자 상호 작용에 대응하지만, 동일한 방법을 사용하여 준비되었다.
재구성된 힘 값(25)을 얻기 위한 상이한 방법들 사이의 변화는 외부 전계에 대한 커플 링의 영향을 포함하는 재구성된 힘 값(25)과 본래 배제된 힘 값(23b) 사이의 차이△FA, △FB2, △FB3 and △FSp 보다 실질적으로 작다는 것이 관찰될 수 있다. 특히, 외부 전계에 대한 커플링이 실제 압력 신호보다 클 수 있고, 예를 들어, 정전기의 양에 의존하기 때문에, 영향을 받은 값은 사용자가 인가하는 힘의 양과 실질적으로 관련이 없는 것처럼 보일 수 있다.
반대로, 추정되었지만, 재구성된 힘 값(25)은 인가된 힘의 보다 현실적인 측정을 제공한다. 중요하게는, 유효한 힘 값들(23a)을 보간 및/또는 보외함으로써, 재구성된 힘 값들(25)은 사용자가 실제로 적용하는 힘에 강하게 상관될 것으로 예상될 수 있다.
도 19를 또한 참조하면, 수신된 제 1 압력 신호(19, P(t)) 및 해당 힘 값(23, F(t))의 예는 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받지 않는 사용자 상호 작용을 위한 시간의 함수로서 도시된다.
힘 값(23, F(t))은 1차 수직 축에 대해 "F"로 표시된 점선으로 표시되고, 압력 신호(19, P(t))는 2차 축에 대해 "P"로 표시된 실선으로 그려진다. 사용자가 상대적으로 일정한 힘을 가했을 때 힘이 풀린 것을 볼 수 있다. 힘 값(23, F(t)) 및 압력 신호(19, P(t)) 모두는 예상된 행동을 나타낸다.
또한 도 20을 참조하면, 수신된 제1압력 신호(19, P(t)) 및 해당 힘 값들(23, F(t))의 예가 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받은 사용자 상호 작용에 대한 시간 함수로서 도시된다.
도 20의 데이터는 사용자가 합성 섬유 카펫으로 신발을 긁고, 터치 패널(1)을 가볍게 두드리는 것에 의해 얻어졌다. 사용자가 두드린 위치에 가장 가까운 감지 전극(5, 11)에 대한 데이터가 도시되어 있다. 재구성된 힘 값(25)은 또한 "A"로 표시된 쇄선으로 도시되어 있다. 재구성된 힘 값(25)는 보간 옵션 A를 사용하는 Lagrange 다항식 보간을 사용하여 얻어졌다. 도 20에 도시된 데이터에서, 힘 값(23)은 배제된 힘 값(23b)이었고, 재구성된 힘 값(25)은 인접 전극(5, 11)으로부터 유효한 힘 값(23a)을 사용하여 얻어졌다.
미 가공된 출력 힘 값(23)이 신뢰된다면, 인가된 압력이 상당히 과대 평가되는 것을 관찰 할 수 있다. 출력 힘 값들(23)이 사용자의 정전기에 대한 커플링에 의해 잠재적으로 지배되는 결과로서, 인가된 힘의 측정은 사용자가 가하는 힘의 양과 실질적으로 관련성이 없을 수 있다. 이와 반대로, 예를 들어 사용자의 손가락 상의 정전기에 약하게 커플링 될 수 있는 인접한 유효한 힘 값들(23a)에 기초한 재구성된 힘 값들(25)은 사용자가 실제로 적용하는 힘과 강하게 상관될 수 있다.
또한 도 21을 참조하면, 도 20에 플롯된 재구성된 힘 값(25)과 재구성된 힘 값(25)을 얻는 3개의 다른 방법 사이의 비교가 도시되어 있다.
Lagrange 다항식 보간을 사용하여 보간 옵션 A에 따라 계산된 재구성된 힘 값(25)은 "A"로 표시되고 실선으로 그려진다. 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n)) 및 Lagrange 다항식 보간을 결정하는 제2방법을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 계산된 재구성된 힘 값들(25)은 "B2"로 표시되고 점선으로 그려진다. 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n)) 및 Lagrange 다항식 보간을 결정하는 제3방법을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 계산된 재구성된 힘 값들(25)은 "B3"으로 표시되고 쇄선으로 그려진다. 3차 스플라인 보간을 사용하여 계산된 재구성된 힘 값(25)는 "Sp"로 표시되고 점선으로 그려진다. 도 20을 다시 참조하면, 재구성된 힘 값(25)을 추정하는 대안적인 방법들 사이의 편차는 외부 전계에 대한 커플링의 영향을 포함하는 임의의 한 세트의 재구성된 값(25)과 원래 힘 값(23, 23b) 사이의 차이보다 실질적으로 작다는 것을 알 수 있다. 더욱 중요한 것은, 배제된 힘 값(23b)을 사용하지 않고 재구성된 값(25)이 추정되므로, 재구성된 힘 값(25)은 사용자가 실제로 터치 패널(1)에 가하는 힘과 상관 관계를 유지한다.
또한 도 22를 참조하면, 외부 전계에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는 원래 힘 값(23, 23b)은 다양한 방법을 사용하여 구해진 재구성된 힘 값(25)과 비교하기 위한 시간에 대해 도시된다. 도 22에 도시된 데이터는 도 20 및 도 21에 도시된 데이터에 대한 상이한 사용자 상호 작용에 대응한다.
원래 힘 값(23)은 "F"로 표시되고, 선 없이 교차 마커들를 사용하여 플롯된다. 도 22에 도시된 데이터에서, 힘 값(23)은 배제된 힘 값(23b)이었고, 재구성된 힘 값(25)은 인접한 전극(5, 11)으로부터 유효한 힘 값(23a)을 사용하여 얻어졌다. Lagrange 다항식 보간을 사용하여 보간 옵션 A에 따라 계산된 재구성된 힘 값(25)은 "A"로 표시되고 실선으로 그려진다. 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n)) 및 Lagrange 다항식 보간을 결정하는 제2방법을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 계산된 재구성된 힘 값들(25)은 "B2"로 표시되고 점선으로 그려진다. 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n)) 및 Lagrange 다항식 보간을 결정하는 제3방법을 사용하여 보간 옵션 B에 따라 계산된 재구성된 힘 값들(25)은 "B3"으로 표시되고 쇄선으로 그려진다. 3 차 스플라인 보간을 사용하여 계산된 재구성된 힘 값(25)은 "Sp"로 표시되고 점선으로 그려진다. 도 21과 마찬가지로, 재구성된 힘 값들(25)을 추정하는 대안적인 방법들 사이의 편차들은 외부 전계에 대한 커플 의 영향을 포함하는 재구성된 값들(25)의 임의의 세트와 원래 힘 값들(23) 간의 차이보다 실질적으로 작다는 것이 관찰 될 수 있다.
외부 전계의 영향을 받는 힘 값 결정
제1 및 제2방법에서, 힘 값(23)이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받거나 받기 쉬운 식별(24)을 수신한다(단계 S2).
제1 및 제2방법의 일부 구현 예에서, 식별(24)을 수신하는 단계는 외부 전계에 대한 커플링에 의하여 힘 값(23) 중 어느 것이 영향을 받았는지 또는 영향을 받기 쉬운지를 결정하는 단계로 대체될 수 있다. 이러한 기능은 제1회로(14), 제어기(15), 후 처리 모듈(16)에서 구현되거나, 3가지 모두에서 확산될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이들 구성 요소는 모두 마이크로 컨트롤러, 프로세서 등의 형태로 단일 장치를 사용하여 구현 될 수 있거나, 관련 기능이 둘 이상의 연결된 구성 요소 사이에 확산될 수 있다.
외부 전계에 대한 커플링에 의하여 힘 값들(23) 중 어느 것이 영향을 받거나 영향을 받기 쉬운지를 결정하는 것은 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다:
예를 들어, 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 힘 값(23)을 결정하는 것은, 힘 값(23)이 미리 결정된 임계 값을 초과하는 경우 외부 전계에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는 힘 값(23)을 플래그하는 각각의 힘 값(23)을 포함할 수 있다. 도 13 내지 도 16을 다시 참조하면, 배제된 힘 값들(23b)로 식별된 원래 힘 값들(23)은 인접한 유효한 힘 값들(23a)보다 현저하게 더 크다는 것을 알 수 있다. 공지의 힘으로 사전 교정을 사용하여, 현실적인 사용자 상호 작용에 상응할 것으로 예상되는 신호의 범위가 결정될 수 있고, 사전 결정된 임계 값은 최대 교정된 입력 힘을 초과 (또는 그 배수)하는 값에 대응할 수 있다.
부가적으로 또는 선택적으로, 힘 값들(23) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지를 결정하는 단계는 복수의 힘 값들(23, F(xm), F(yn)) 및 각각의 물리적 위치들(xm, yn)에 기초하여 각각의 힘 값(23)에 대응하는 하나 이상의 공간 구배들(
Figure pat00036
,
Figure pat00037
)을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 전방, 후방 및 대칭 차이를 포함하여 임의의 적절한 수치 구배가 사용될 수 있다:
Figure pat00038
(14)
그리고 y-방향의 유사한 근사 구배를 포함한다. 공간 구배를 결정하는 단계에서 아직 힘 값(23)은 제외되지 않았으므로 생략된 값으로 인한 불연속성은 문제가 되지 않는다. 대칭 차이 구배가 계산되는 경우, 터치 패널(1)의 에지 근처에서 전방 또는 후방 차이 구배로 대체해야 한다.
각각의 힘 값(23, F(xm), F(yn))에 대해, 해당 공간 구배(들)(
Figure pat00039
,
Figure pat00040
)이 미리 결정된 공간 구배 임계 값을 초과하면, 힘 값(23, F(xm), F(yn))은 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 플래그 될 수 있다. 임계 값과 마찬가지로, 공간 구배 임계 값은 공지된 교정 로드를 사용하여 측정된 최대 공간 구배에 대응하거나 초과하도록 사전 교정될 수도 있다. 이러한 방식으로, 공간 구배 임계 값을 초과하는 공간 구배는 비 물리적 국부 곡률에 상응하는 것으로 해석될 수 있으며, 결과적으로 측정된 힘 값(23)과의 외부 간섭으로 인한 것일 수 있다.
부가적으로 또는 선택적으로, 힘 값들(23) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지를 결정하는 것은 현재 측정된 힘 값(F(t)) 및 이전에 측정된 힘 값(F(t-δt), F(t-2δt)) 등을 저장하는 버퍼에 기초하여 각 힘 값(23)에 대응하는 시간 구배(
Figure pat00041
)를 계산하는 단계를 포함할 수 있으며, δt는 샘플링 간격이다. 각 힘 값에 대해, 해당 시간 구배(
Figure pat00042
)가 미리 결정된 시간 구배 임계 값을 초과하면, 그 힘 값(23, F(t))은 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 표시될 수 있다. 임계 값 및 공간 구배 임계 값과 마찬가지로, 시간 구배 임계 값은 공지된 교정 로드 비율을 사용하여 측정된 최대 시간 구배에 대응하거나 초과하도록 미리 교정될 수 있다. 이러한 방식으로 시간 구배 임계 값을 초과하는 시간 구배는 비 물리적으로 빠른 로딩 비율에 해당하는 것으로 해석될 수 있으며, 결과적으로 측정된 힘 값(23)과의 외부 간섭으로 인한 것일 수 있다.
사용자 상호 작용 시점에서 압전 재료층(7)에 유도된 변형은 인가된 힘뿐만 아니라 터치 패널(1) 상의 위치에 의존할 수 있다. 마찬가지로, 값들 및 공간 구배 또는 시간 구배들은 인가된 힘뿐만 아니라 위치 또는 사용자 상호 작용에 의존할 수 있다. 일반적으로, 임계 값, 공간 구배 임계 값 및/또는 시간 구배 임계 값 중 임의의 것 또는 모든 것은 대응하는 사용자 상호 작용의 위치의 함수일 수 있다. 제1회로(14)가 캐패시턴스 신호들(20)을 더 결정하는 구현에서, 사용자 상호 작용에 대응하는 위치 데이터(27)는 캐패시턴스 신호들(20)을 사용하여 편리하게 결정될 수 있다. 캐패시턴스 신호들(20)을 사용하여 사용자 상호 작용 위치 데이터(27)를 결정하는 것은 힘 값들(23)과 무관하다는 추가적인 이점을 가질 수 있다.
공통 전극을 이용한 외부 전계와의 결합 결정
제2회로(17)를 생략한 실시 예에서, 공통 전극(6)은 시스템 접지 또는 공통 모드 전압에 접속된다.
그러나, 제2회로(17)가 하나 이상의 공통 전극(6)에 연결될 때, 제2압전 압력 신호(22)는 제1압전 압력 신호(19)와 결합되어 외부 전계에 대한 커플링의 정도와 상관될 수 있는 외부 간섭 검출 신호(26)를 생성할 수 있다. 외부 간섭 검출 신호(26)는 힘 값 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지의 식별(24)의 일부를 형성할 수 있다.
또한 도 23을 참조하면, 터치 패널(1)의 전극(5, 6, 11)과 물체(39) 사이의 커플링의 단순화 된 표현이 도시되어 있다.
또한 도 24를 참조하면, 감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(6) 상에 유도된 전하의 전압 신호로의 변환을 도시하는 개략도가 도시되어 있다.
터치 패널(1)에 근접하거나 접촉하는 물체(39), 예를 들어 사용자의 손가락은 정전기 대전에 의해 잠재적인 Vint로 충전되거나, 전자기 간섭의 소스 Vint를 위한 안테나로서 작용할 수 있다. 물체(39)와 모든 감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(6)의 전체 집합 사이에는 정전 용량성 커플링(Cext)이 있다. 전체 정전기 전하(QES)는 모든 감지 전극(5, 11) 및 공통 전극(6)의 전체 집합에서 대략 QES = Cext.Vint로 유도된다. 사용자가 터치 패널(10)에 관련하여 자신의 손가락 및/또는 스타일러스를 움직이면 정확한 지오메트리가 연속적으로 변하기 때문에 실제로 Cext를 보정하는 것이 불가능할 수도 있고, 또한 상이한 사용자와 동일한 사용자의 다른 자릿수에 따라 다를 수 있음을 유의해야 한다. 또한 Vint는 일반적으로 측정할 수 없다. 그러나, 외부 간섭 검출 신호(26)를 결정하기 위해 Cext 및/또는 Vint의 결정 또는 추정은 필요하지 않다.
상기 방법은 전극들(5, 6, 11) 상에 유도된 알려지지 않은 총 정전기 전하(QES)가 각각의 전극들(5, 6, 11) 상에 유도된 개별 정전기 전하들의 합으로 구성된다는 전제에 기초한다.
해당 물리적 위치(yn)에 의해 N개의 제1감지 전극(5)의 n번째 위치, 및 해당 물리적 위치(xm)에 의해 M개의 제2감지 전극 (11)의 m번째 위치와 관련하여, 물체(39)에 의해 m번째 제2감지 전극(11, xm)에 유도되는 정전기 전하를 Sxm 등으로 표시할 수 있다. 마찬가지로, 물체(39)에 의해 N개의 제1감지 전극(5, yn) 중 n번째에 유도된 정전기를 Syn 등으로 표기하고, 물체(39)에 의해 상대 전극(6) 상에 유도된 정전기 전하가 SCE로 표시될 수 있다. 총 정전기(QES)는 다음과 같이 근사화될 수 있다:
Figure pat00043
(15)
공통 전극(5)과 감지 전극(xm, yn) 사이에 압전 재료층(7)의 분극( P )이 유도되면, 감지 전극(xm, yn)에 유도된 전하는 공통 전극(6)에 유도된 전하와 반대 극성을 갖는다. 다시 말해서, 물체(39)에 대한 외부 커플링은 시스템 접지 또는 공통 모드 전압과 모든 전극(xm, yn, 6)의 전체 집합 사이의 전하 흐름을 유도하는 반면, 이와 반대로 압전 물질층(7)의 분극( P )은 상대 전극(15)과 감지 전극(xm, yn) 사이에 전하를 유도한다.
그 결과, 압전 재료층(7)의 분극( P )에 의해 유도된 전하는 적어도 측정 오차 내에서 제로가 될 것으로 예상된다. 예를 들면, 만약 압전 재료층(7)의 분극( P )에 의해 M개의 제 2 감지 전극(xm)의 m번째에 유도된 압전 전하는 Fxm 등으로 표시되고, 압전 재료층(7)의 분극( P )에 의해 N개의 제1감지 전극(yn)의 n번째에 유도된 압전 전하는 Fyn 등으로 표시되고, 압전 재료층(7)의 분극( P )에 의해 상대 전극(6) 상에 유도된 압전 전하는 FCE로 표시되고, 총 유도된 압전 전하(QPT)는 다음과 같이 근사화 될 수 있다:
Figure pat00044
(16)
상대 전극(6) 상에 유도된 압전 전하(FCE)는 터치 패널(1)에 가해지는 총 힘의 양호한 척도를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
특히 도 24를 참조하면, M개의 제2감지 전극(xm, 11)의 m번째에 유도된 전하는 다음과 같이 기재할 수 있다:
Figure pat00045
(17)
마찬가지로, N개의 제1감지 전극(yn, 5)에 유도되는 전하는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00046
(18)
그리고 상대 전극(6) 상에 유도된 전하는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00047
(19)
외부 간섭 신호(26)를 생성하기 위해, 모든 감지 전극(xm, yn) 상에서 측정된 전하(Qxm, Qyn)는 공통 전극(6) 상에서 측정 된 전하(SCE)와 합쳐져서 다음을 산출한다:
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
(20)
여기서, Qext는 공통 전극(5)과 모든 감지 전극(xm, yn)에 의해 측정된 모든 전하의 합이다. 외부 간섭 신호는 합계 Qext에 대응하거나 관련될 수 있다. 식(15) 및 식(16)을 참조하면, 이상적인 조건 하에서, 식(20)의 첫 번째 괄호로 표시된 항은 총 정전기(QES)와 동일하고, 식(20)의 두 번째 괄호로 표시된 항은 제로와 같다. 실용적인 비 이상적인 조건에서, 외부 간섭 신호는 총 정전기(QES)에 여전히 근사될 수 있다:
Figure pat00051
(21)
실제로, 전하들(Qxm, Qyn, QCE)은 예를 들어 제1 및 제2회로들(14, 15)에 통합된 전하 증폭기들(40)을 사용하여 검출될 수 있다. M개의 제2감지 전극들(xm, 11)의 m번째에 대응하는 전압 출력은 Vxm으로 표시될 수 있고, Qxm 등과 관련된다. 도 24는 각각의 전극(5, 6, 11)에 연결된 단일 전하 증폭기(40)를 도시하지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 2개 이상의 인접한 제1감지 전극(5)은 단일 전하 증폭기(40)에 연결될 수 있으며, 제2감지 전극(11)에 대해서도 마찬가지로 연결될 수 있다. 또한, 각각의 전극(5, 6, 11)은 전하 증폭기(40)에 접속되는 것 이외에 추가적인 처리 회로(도시되지 않음)에 접속될 수 있다.
일반적으로, 전하 증폭기(40)는 입력 전류를 적분할 것이다. 예를 들어, 제2감지 전극(xm)의 m번째 전류는 Ixm이고, 이상적인 조건 하에서, 시각(t)에서 m번째 제2감지 전극(xm) 상의 전압(Vxm)은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00052
(22)
여기서 Gxm은 M개의 제2감지 전극(xm)에 연결된 M개의 전하 증폭기(40)의 이득이며, τ는 적분 변수이다. 유사하게, N 개의 제1감지 전극들(yn) 상의 전압(Vyn)은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00053
(23)
여기서, Gyn은 N개의 제1감지 전극들(yn)에 연결된 N개의 전하 증폭기들(40)의 이득이고, Iyn은 N개의 제1감지 전극들(yn)의 전류이고, τ는 적분 변수이다. 마찬가지로, 공통 전극(6) 상의 전압(VCE)은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00054
(24)
여기서, GCE는 공통 전극(6)에 연결된 전하 증폭기(40)의 이득이고, ICE는 공통 전극(6) 상의 전류이며, τ는 적분 변수이다. 이러한 경우에 Vext로 표시되는 외부 간섭 신호는 모든 전하 증폭기(40) 신호들의 합으로서 근사화될 수 있다:
Figure pat00055
Figure pat00056
(25)
Gxm
Figure pat00057
Gyn
Figure pat00058
GCE
Figure pat00059
G가 되도록 상기 이득이 모두 실질적으로 동일하다면, 전압(Vext)에 대한 외부 간섭 신호(32)는 전하(Qext)의 관점에서 외부 간섭 신호(32)의 단순 배수, 즉 Vext
Figure pat00060
G.Qext로 표현될 수 있다. 그러나, 실제로, 전하 증폭기(40) 이득 Gxm, Gyn, GCE는 동일하지 않을 것이다. 또한, 각각의 전하 증폭기(40)는 실제로 전압 출력에서 저주파 성분 및 DC 성분의 시간 종속적인 감소("롤오프 (roll-off)"라고도 함)에 더하여 DC 오프셋 및 드리프트를 경험할 것이다.
따라서, 실용적인 측면에서, 외부 간섭 신호(26, Vext)는 간섭 소스(Vint)에 의해 유도된 전하(QES)의 측정에 더하여 노이즈 항을 더한 것으로 볼 수 있다:
Figure pat00061
(26)
여기서, GT는 전하 증폭기(40)의 전체 이득과 관련된 상수이고, ε은 앞에서 설명한 다양한 소스로 인한 순간 오류 또는 노이즈를 나타내는 항이다. 상기 노이즈 항(ε)은 개별 전하 증폭기(40) 이득 Gxm, Gyn, GCE의 약간의 불균형으로 인해 상쇄되지 않은 상기 압력 신호들(19, 22)의 잔류 성분으로 주로 구성되는 것으로 볼 수 있다. 상수 GT의 값을 보정할 수도 있지만 이것은 필요하지 않다. 외부 간섭 신호(26, Vext)가 간섭 소스(Vint)의 영향을 검출하고 있다는 것이 신뢰성 있게 판정할 수 있는 적절한 임계 값(Vthresh)을 결정하는 것이 필요하다.
예를 들어, 터치 패널(1)은 쉴드된 용기 내에 배치될 수 있고, 비도전성 스타일러스 또는 비교 물체(39)를 사용하여 인가된 입력 힘의 범위를 가질 수 있다. 이러한 상황 하에서, 총 외부 유도 전하(QES)는 대략 제로 이어야 하며, 따라서 식(26)은 다음과 같다:
Figure pat00062
(27)
예를 들어 0.5 N과 10 N 사이에서 적당한 범위의 인가된 힘에 걸친 적절한 길이의 신호를 기록한 후에, 적합한 임계 값(Vthresh)은 ε의 측정된 값에 기초하여 결정될 수 있다. 임계 값(Vthresh)는 기록된 ε의 최대 절대 값의 배수로 설정될 수 있다. 예를 들어, Vthresh = 1.5Хmax(|ε|) 또는 Vthresh　=　2Хmax(|ε|) 등이다.
또는, ε의 측정된 값에 기초하여 표준 오차(σε)가 계산될 수 있고, 임계 전압(Vthresh)가 표준 오차(σε)의 배수로 설정될 수 있다. 예를 들어, Vthresh = 3Хσε 또는 Vthresh = 5Хσε이다.
따라서, 힘 값들(23) 중 어느 것이 외부 전계에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지를 결정하는 것은, 제어기(15) 또는 후 처리 모듈(16)이 외부 간섭 신호(Vext)를 구할 수 있고 이를 사전-보정된 임계 값(Vthresh)과 비교하는 것을 포함할 수 있다. 외부 간섭 신호(Vext)의 진폭이 임계 값(Vthresh) 보다 작은 경우, 즉 |Vext| < Vthresh 이면, 압전 압력 신호(29, 22) 및 해당 힘 값들(23)은 외부 간섭 소스(Vint)에 의해 크게 영향을 받기 어렵다.
그러나, 외부 간섭 신호(Vext)의 진폭이 임계 값(Vthresh) 보다 크거나 같으면, 즉 |Vext| = Vthresh 이면, 압전 압력 신호(19, 22) 및 해당 신호 값들(23)은 아마도 외부 간섭 소스(Vint)에 의해 영향을 받는다. 이러한 경우, 표시(24)는 예를 들어 '참', 단일 등의 적절한 값으로 설정된 간섭 플래그 (Intflag)를 포함할 수 있다.
간섭 플래그(Intflag)는 어느 힘 값(23)이 배제된 힘 값(23b)으로 플래그 되어야 하는지 여부를 결정하는데 결정에 기여하는데 다수의 상이한 방식으로 사용될 수 있다.
일 실시 예에서, 간섭 플래그(Intflag)는 하나 이상의 사용자 상호 작용에 대응하는 위치 데이터(27)와 함께 사용되어, 사용자 상호 작용 위치로부터 미리 결정된 거리 내의 물리적 위치에 대응하는 모든 힘 값(23)을 배제된 힘 값으로 간단히 지정한다. 사용자 상호 작용을 위한 위치 데이터(27)는 제1압력 신호(19)를 사용하여 결정될 수 있다. 그러나, 캐패시턴스 신호들(20)(이용 가능하다면)을 사용함으로써 압력 신호들(19, 22)과 독립적으로 사용자 상호 작용을 위한 위치 데이터(27)를 결정하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 접근법은 사용자의 손가락 또는 유사한 물체(39)에 대한 커플링이 전형적으로 압전 재료층(7)의 변형보다 더 국부적으로 위치하기 때문에 효과적일 수 있다.
다른 예에서, 간섭 플래그(Intflag)는 임계 값, 공간 구배 임계 값 및/또는 시간 구배 임계 값 중 하나 이상과 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 힘 값들(23)은 간섭 플래그(Intflag)가 설정되지 않을 때 제1임계 값과 비교될 수 있고, 간섭 플래그(Intflag)가 설정될 때 제2의 더 낮은 임계 값과 비교될 수 있다. 이러한 방식으로, 외부 간섭 신호(Vext)가 외부 전계들에 원하지 않는 커플링 가능성을 나타낼 때 더 낮은 임계 값이 적용될 수 있다. 유사한 이중 임계 값이 공간 및/또는 시간 구배 임계 값에 더 사용될 수 있다.
배제된 힘 값(23b)으로서 특정 힘 값(23)을 지정하는 것은 동일한 시간으로서 다중 임계 값을 초과하는 것에 의존할 수 있다. 예를 들어, 임계 값 중 2개, 공간 구배 임계 값 및 시간 구배 임계 값이 동시에 초과되는 경우, 힘 값(23)은 제외될 수 있다. 다른 예에서, 간섭 플래그(Intflag)는 참, 단일 등의 값으로 설정되는 동시에 임계 값, 공간 구배 임계 값 및 시간 구배 임계 값 중 하나가 초과되면 힘 값(23)이 배제될 수 있다.
수정
전술한 실시 예에 많은 수정이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 변형은 압전 압력 감지 터치 패널, 정전 용량성 터치 패널 또는 결합된 압전 압력과 정전 용량성 터치 패널을 결합한 제품의 제조 및 사용에 이미 공지된 등가의 다른 특징을 포함할 수 있다. 일 실시 예의 특징은 다른 실시 예의 특징으로 대체되거나 보완될 수 있다.
앞의 예에서, 추정된 힘 값(Fest(x'm), Fest(y'n))의 보간은 x-방향 및 y-방향에서 독립적 인 것으로 설명되었다. 그러나, 일부 구현 예에서, 보간 면을 사용하여 추정된 힘 값(Fest(x'm, y'n))을 결정하기 위해 2차원 보간이 사용될 수 있다. 예를 들어, Lagrange 보간의 2차원 형식을 적용한다.
본 출원에서 특정 용도의 조합에 대해 클레임이 공식화되었지만, 본 발명의 개시의 범위는 또한 임의의 신규한 특징 또는 명시 적으로 또는 암시 적으로 또는 본원에 개시된 특징의 임의의 신규 한 조합을 포함하거나, 그것이 임의의 청구 범위에서 현재 청구되는 것과 동일한 발명과 관련이 있는지 및 그것이 본 발명과 동일한 기술적 문제들 중 일부 또는 전부를 완화하는지 여부에 관한 것이다. 출원인은 본 출원의 출원 또는 그로부터 파생된 임의의 추가 출원의 진행 중에 그러한 특징 및/또는 이러한 특징의 조합에 새로운 청구항이 공식화 될 수 있음을 통지한다.

Claims (21)

  1. 복수의 압전 센서들에 대응하는 힘 값들을 터치 패널로부터 수신하고, 상기 압전 센서 각각은 상기 터치 패널 상의 물리적인 위치에 대응하는 단계;
    상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는지에 대한 식별 정보를 수신하는 단계;
    외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 식별되는 하나 이상의 힘 값에 응답하여, 상기 대응하는 힘 값들을 배제된 힘 값들로 설정하고 나머지 힘 값들을 유효한 힘 값들로 설정하는 단계;
    상기 유효한 힘 값들에 기초하여 상기 각각의 배제된 힘 값들과 동일한 물리적 위치들에 대응하는 하나 이상의 재구성된 힘 값들을 보간 및/또는 보외하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계는 상기 유효한 힘 값들 및 상기 각각의 물리적 위치들에 기초하여 다항식 보간을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 재구성된 힘 값들을 보간 및/또는 보외하는 단계는,
    상기 수신된 힘 값들의 수와 동일한 다수의 보간 위치들의 세트를 결정하고, 상기 보간 위치들은 상기 물리적 위치들보다 상기 터치 패널의 에지들쪽으로 더 높은 공간 밀도를 가지는 단계;
    상기 보간 위치들에 근접하거나 보간 위치들에 걸치는 2개 이상의 물리적 위치로부터 상기 유효한 힘 값들을 보간 또는 보외함으로써, 상기 보간 위치들의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값들을 결정하는 단계;
    상기 추정된 힘 값들 및 상기 대응하는 보간 위치들을 이용하여 다항식 보간을 수행하는 단계;
    상기 다항식 보간을 사용하여 상기 하나 이상의 재구성된 힘 값들을 결정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보간 위치들의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계는,
    모든 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 보간 위치들의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계는,
    상기 유효한 힘 값들에 모두 대응하는 한 쌍의 인접한 물리적 위치에 의해 걸치는 각각의 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계; 및
    유효한 힘 값에 대응하는 물리적 위치의 미리 결정된 거리 내에 있는 각각의 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 보간 위치들의 일부 또는 전부에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계는,
    유효한 힘 값에 대응하는 각각의 보간 위치에 대한 추정된 힘 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용자가 상기 터치 패널과 상호 작용하는 좌표에 대응하는 하나 이상의 터치 위치를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    터치 위치가 상기 터치 패널의 에지로부터 소정 거리 또는 그 미만인 것에 응답하여, 청구항 4에 따른 방법을 수행하고,
    터치 위치가 상기 터치 패널의 에지로부터 소정의 거리 더 멀어지는 것에 응답하여, 청구항 5 또는 청구항 6의 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 추정된 힘 값은 다음 단계에 의하여 결정되고:
    a)유효한 힘 값에 대응하는 제1물리적 위치, 및 상기 제1물리적 위치에 선행하고 유효한 힘 값에 대응하는 가장 가까운 물리적 위치인 제2물리적 위치에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계; 혹은
    b)상기 제 1 물리적 위치 및 상기 제 1 물리적 위치에 후속하여 유효한 힘 값에 대응하는 가장 가까운 물리적 위치인 제3물리적 위치에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계;
    상기 제1물리적 위치는 보간 위치에 대응하거나 또는 보간 위치에 가장 가까운 유효한 힘 값의 물리적 위치이고,
    상기 단계 a) 또는 b)의 선택은 상기 제 1 및 제 2 물리적 위치에 대해 계산된 비용 함수를 상기 제 1 및 제 3 위치에 대해 계산된 비용 함수와 비교하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1물리적 위치는 보간 위치에 대응하거나 또는 보간 위치에 가장 가까운 유효한 힘 값의 물리적 위치이고, 각각의 추정된 힘 값은 다음 단계에 의하여 결정되며:
    a)임의의 방향으로 상기 제1물리적 위치에 가장 가까운 제1물리적 위치 쌍에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계;
    b)제1물리적 위치 직전의 유효한 압력 값에 대응하는 물리적 위치에 대응하는 제2물리적 위치 쌍, 및 제1물리적 위치 직후의 유효한 압력 값에 대응하는 물리적 위치에 기초하여 선형 보간을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 단계 a) 또는 b)의 선택은 상기 제1물리적 위치 쌍에 대해 계산된 비용 함수를 상기 제2물리적 위치 쌍에 대해 계산 된 비용 함수와 비교하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계는,
    상기 유효한 힘 값 및 상기 각각의 물리적 위치에 힘 값 모델을 피팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 재구성된 힘 값을 보간 및/또는 보외하는 단계는,
    상기 유효한 힘 값들과 상기 각각의 물리적 위치 각각을 통과하는 스플라인 보간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식별 정보를 수신하는 단계는, 상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 결정하는 단계는,
    상기 힘 값이 사전 결정된 임계 값을 초과하는 경우 외부 전계에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는 상기 힘 값을 플래그하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 결정하는 단계는,
    상기 힘 값들 및 상기 각각의 물리적 위치에 기초하여, 각각의 힘 값에 대응하는 공간 구배를 계산하는 단계; 및
    각각의 힘 값에 대해, 상기 대응하는 공간 구배에 응답하여 미리 결정된 공간 구배 임계 값을 초과하여, 외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 힘 값을 플래그하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 결정하는 단계는,
    상기 현재 측정된 힘 값 및 이전에 측정된 힘 값을 저장하는 버퍼에 기초하여 각 힘 값에 대응하는 시간 구배를 계산하는 단계; 및
    각각의 힘 값에 대해, 상기 대응하는 시간 구배에 응답하여 미리 결정된 시간 구배 임계 값을 초과하여, 외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 힘 값을 플래그하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 압전 센서들은 복수의 감지 전극들과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하고, 상기 압전 센서 각각은 상기 감지 전극 및 공통 전극으로 형성되며;
    상기 방법은, 모든 상기 감지 전극들 및/또는 각각의 공통 전극으로부터 수신된 신호들에 대한 합계인 외부 간섭 신호를 수신하는 단계;
    상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 결정하는 단계는, 상기 외부 간섭 신호를 미리 결정된 외부 간섭 임계 값과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 일시적으로 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장되고, 데이터 처리 장치가 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하게 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  19. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 장치.
  20. 복수의 압전 센서에 대응하는 힘 값들을 수신하고, 상기 복수의 압전 센서는 터치 패널 상의 물리적 위치에 대응하는 단계;
    상기 힘 값들 중 어느 것이 외부 전계들에 대한 커플링에 의하여 영향을 받는지를 식별하는 단계;
    외부 전계들에 대한 커플링에 의해 영향을 받는 것으로 식별되는 하나 이상의 힘 값에 응답하여, 상기 대응하는 힘 값들을 배제된 힘 값들로 설정하고 나머지 힘 값들을 유효한 힘 값들로 설정하는 단계;
    상기 유효한 힘 값에 기초하여 상기 각각의 배제된 힘 값들과 동일한 물리적 위치에 대응하는 하나 이상의 재구성된 힘 값들을 보간 및/또는 보외하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 청구항 19 또는 청구항 20에 따른 장치, 및
    복수의 압전 센서를 포함하는 터치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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