KR940002362B1 - 접촉입력시스템의 연변직선화기구 - Google Patents

Abstract

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Description

접촉입력시스템의 연변직선화기구

제1도는 표면이 조작자가 잡은 물체에 의해 선택적으로 접촉된 접촉입력시스템의 예시도이다.

제2도는 저항표면에 복수전극이 배치된 것을 보여주는 연변직선화기구의 평면도이다.

제2a도는 전극(20), 코너전극(22), 코너코넥터(26), 및 공간(28,29)과 그의 상세부를 보여주기 위해 확대한 연변직선화기구의 절반부의 평면도이다.

제2b도는 코너코넥터(20), 코너전극(22), 코너코넥터(26), 및 공간(28,29)의 패턴과 치수에 관해 연변직선화기구를 상세하게 보여주는 평면도이다.

제3a, c도는 연속직선화 저항연변소자들을 갖춘 연변직선화기구의 평면도이다.

제3d 및 e도는 인접한 양 도전성소자간의 공간형상에 관한 상세도이다.

제4도는 가동형 물체가 접촉입력시스템의 표면에 접촉하게 되는 위치를 결정시켜주는 개략적인 회로를 갖춘 접촉입력시스템의 예시도이다.

제5도는 제4도의 전기회로(39)의 개략적인 다이어그램이다.

본 발명은 표면에 직교전기장을 형성하도록 한 연변직선화기구(edge linearigation device)에 관해, 보다 상세하게는 저항표면에 물체가 접촉상태로 놓이는 접촉입력시스템(contact input system)에 사용할 목적으로 저항표면중에 직교전기장을 형성하도록 한 연변직선화기구에 관한 것이다.

표면에 접촉하는 물체의 위치를 결정하는 접촉입력시스템은 컴퓨터그래픽, 컴퓨터지원설계(CAD), 및 컴퓨터지원제작(CAM) 시스템을 포함하는 광역의 응용대상에 이용된다. 그와 같은 상기 물체는 가동형이거나 고정형중 어느 하나이다. 이들 응용대상은 종종 물체의 위치가 고도의 정확성을 유지하여 수행될 것을 요한다. "접촉입력시스템"은 터치입력시스템(touch input system)뿐만 아니라, 기구가 특정위치 또는 표면을 횡단하는 연속접촉부에서 접촉 또는 터치작용으로서 감응되는 디지타이저(digitiger)를 포함하는 시스템을 말한다. 물론, 접촉입력시스템은 그와 같은 일련의 터치 또는 접촉으로 감응된다. 접촉입력시스템은 또한 도전성표면상에 투명덮개층을 갖는 영역겸분기구(overlay device)로 구성되며, 조작자는 손가락으로 덮개층을 터치함으로써 시스템을 작동시킬 수 있다. 아울러 그와 같은 시스템은 불투명 또는 반투명층으로 사용될 수 있다. 그리고, 본 발명에서 말하는 "접촉입력시스템"은 영역겸분기구 및 디지타이저를 포함한다는 것을 이해하기 바란다.

과거의 접촉입력시스템은 접촉입력시스템의 표면을 터치하는 물제의 위치 조정에 대해 다양한 접근방법이 행하여 졌었다. 전형적으로, 그와 같은 시스템의 표면은 일정한 저항성을 갖고 있다. 이러한 표면에는 다수의 전극이 접속된다. 전극은 통상, 표면보다 더 높은 도전성을 갖는 재질로서 종종 표면위에 실크-스크린화된다. 일반적으로, 그와 같은 접촉입력시스템은 제1방향으로 표면을 가로지르는 전위를 인가하고 그다음 제1방향에 직교한 제2방향으로 표면을 가로지르는 전위를 인가하는 수단을 포함한다. 따라서, 표면이 조작자의 손가락, 또는 바늘이나 기타의 수단과 같은 물체에 의해 접촉되었을때, 전극과 표면에 접촉되는 물체사이에는 일정한 전위가 존재하게 되는데 이 전위는 표면위에 있는 물체의 위치 및 전극과 물체간의 간격에 상응한다. 그와 같은 시스템은 X-Y위치를 제공함과 아울러, Z-축 값을 결정, 제공하는 수단과 결합될 수 있으며, Z축값은 압력, 위치, 또는 기타변수에 의해 정해진다.

과거 그와 같은 시스템이 갖는 통상적인 문제점은 전위의 인가에 의해 표면에 발생된 전기장의 일그러짐(distortion)이었다. 그와 같은 전기장이 일그러졌을때(예컨대, 비선형으로 되었을때), 표면에 접촉하는 물체의 위치에 관한 정확한 결정은 불가능하지는 않더라도 매우 어렵다. 일반적으로, 표면상의 물체의 위치에 관한 정확한 결정을 위해 아주 정밀한 직선화가 요구된다. 대부분의 이러한 시스템들은 별개로 된 저항소자의 저항값을 저항표면의 박막의 저항값에 부합되도록 하고 있다. 그와 같은 저항체의 정밀한 값이 일반적으로 산업적으로 이용되지 않기 때문에, 그와 같은 부합된 저항값은 제조상 어렵고 아울러 에러의 원인이 된다. 따라서, 표면에 발생한 전기장의 직선화를 개선시키기 위해 수많은 시도가 행하여 졌었다.

접촉입력시스템의 표면에 전기장을 직선화시키기 위한 종래의 시도중에는 표면에 배치된 전극들간에 저항소자를 이용하는 것도 포함하고 있다. 흔히, 그와 같은 저항소자들은 표면에 접속되거나 또는 실제표면적안에 놓여 있지 않은 전극에 접속된 별개 저항기들의 집합체였다.

그와 같은 시도의 실례로서, 페퍼 명의로서 1980. 4. 15.자로 특허된 미국특허 제 4,198,539호, 및 허스트 명의로서 1974. 3. 19.자로 특허된 미국특허 제 3,798,370호에서 발견할 수 있다. 그러나, 그와 같은 저항소자의 사용은 부수적인 부품의 필요성, 제조상 어려움 및 비용상승, 및 내구성과 신뢰성의 부족등으로 인해 바람직하지 못하다.

저항표면에 발생된 전기장을 직선화시키기 위한 유사한 시도가 1987. 4. 28.자 특허된 깁슨등의 명의의 미국특허 제 4,661,655호에 기재되어 있다. 이러한 시도는 각종의 치수 및 형상으로 된 접촉전극을 니크롬전선으로 만든 별개의 저항소자들에 접속시켜 이용한다는 것을 포함한다. 니크롬전선은 저항표면의 코너에 그리고 표면의 연변을 따라 배치된다. 그러나, 표면 및 그와 같은 저항소자의 이용은 제조상 부가적인 난점 및 비용상승, 및 내구성과 신뢰성을 저하시킨다.

표면에 형성된 전기장을 직선화시키는 또 다른 시도로서, 전극으로 동작되는 일련의 도전성 소자들을 소정의 패턴으로 저항면에 스크린시켜 전극들이 놓여진 표면의 측면에 따른 등전위 영역을 형성하도록 하는 것은 기본으로 한 것이 있었다. 그와 같은 접근방안은 일예가 1981. 10. 6.자 특허된 페퍼명의의 미국 특허 제 4,293,734호에 기재되어 있다. 그러나, 그와 같은 접근방법은 제조상의 문제점을 나타냈고 신뢰성 역시 부족하였다. 기타의 시도로서는 표면을 횡단하는 전류흐름의 방향을 제어하기 위해 다이오드를 표면의 측면을 따라 배치시키는 이용법도 있었다. 이와 같은 접근방법의 부가적인 단점은 다이오드부품의 비용문제, 그리고 다이오드가 마모되어버리거나 작동이 불가능하게 되는 경향이 있고, 그에 의해 접촉입력시스템을 쓸모없게 또는 부정확하게 만드는 수도 있다.

그외의 시도로서, 표면에 발생된 전기장을 직선화시키기 위해 코너에 전극들을 이용하고 또한 저항표면의 주 이용 내부영역보다 훨씬 더 낮은 저항성의 주위영역을 이용하는 것에 촛점이 맞추어졌다. 이러한 접근방법의 일예가 1987. 3. 10.자 특허된 나까무라등 명의의 미국 특허 제 4,649,232호이다. 그러나, 그의 접근방법도 제조상 불필요한 비용이 요구되었고 또한 접촉입력시스템에 정확한 표면을 적절히 제공, 직선화시키지 못했다.

따라서, 본 발명의 목적은 접촉입력시스템에 사용하기 위한 표면에 전기장을 직선화시키는 저렴하고도 용이제작 가능한 기구를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 접촉입력시스템에 사용하기 위한 표면에 전기장을 직선화시키는 것으로, 보다 신뢰감과 내구성을 주는 기구를 제공하는데 있다. 아울러 본 발명의 목적은 보다 정확하고도 신뢰감을 주는 접촉입력시스템에 사용하기 위한 표면을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 저렴하고도 용이하게 제작된 표면을 갖춘 신뢰성과 정확성을 기한 접촉입력시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 별개로 된 저항소자들의 이용 및 표면의 저항성을 필요로 하지 않는 신뢰성과 정확성을 기한 접촉입력시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 작용표면의 치수를 극대화하고 또한 표면의 작용면적의 치수에 관해 최소영향을 주는 것으로서 총 치수에 있어도 증감가능한 연변직선화기구와 접촉입력시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 복수의 전극을 저항표면의 어느 한 영역의 주변을 따라 배치시키고 이중 적어도 하나의 전극은 내부로 배치되는 연장부로 갖도록 해서 내부로 배치된 적어도 하나의 연장부를 표면주변의 반대부분에 존재시켜 규정된 기하(幾何)형식으로 전위장을 형성하도록 해서, 전위가 표면상에 있는 전극들을 가로질러 선택적으로 인가되었을 때, 전기장이 표면중에 나타나도록 하는 원리를 이용한다. 본 발명의 1구현예 역시 복수의 전극중 적어도 한 전극이 저항표면의 한 영역의 주변을 따라 전체적으로 놓여지는 T-형 연장부를 갖도록 해서 전위가 표면상의 전극들을 가로질러 선택적으로 인가되었을 때 표면중에 전기장이 나타나도록 직선화시키고 있다. 본 발명의 특징은 저항기를 제공하기 위해 표면에 접속시킨 도전성소자들간에 선택적으로 결정한 틈새 또는 공간을 두고 있다는 것이다. 본 발명은 복수의 전극에 T-형 연장부를 형성시키고 이들 전극의 연장부를 단독으로 그리고 결합하여 표면중에 점진적으로 내향배치시키며, 아울러 접촉입력시스템에도 전위가 표면을 가로질러 인가된 때 표면에 존재하는 전기장을 직선화시키기 위해 상기 전극을 배치하도록 하고 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 있어, 하나의 직사각형면, 4개의 측부 및 4개의 코너가 이용된다. 본 발명의 다른 구현예에 있어, 상기 면의 각 측부에 형성된 전극의 연장부의 점진내향배치는 각 측부의 중앙지점 근처에 자신의 정점을 갖는 포물선 형상을 따른다.

그럼 본 발명을 첨부도면을 참고로하여 설명하기로 한다.

본 발명은 접촉입력시스템에 사용되는 연변직선화기구에 관한 것이다. 통상, 접촉입력시스템은 컴퓨터시스템과 상호관련적으로 동작하는데 쓰인다. 그와 같은 컴퓨터시스템에 있어, 조작자는 가끔 손가락, 연필, 바늘이나 기타 수단의 물체로 표면을 접촉시킨다. 또한 그런 시스템은 물체와 표면간의 접촉위치를 결정하는 수단을 갖는다.

제1도에는 조작자(1)가 나타나 있다. 조작자(1)는 연필, 손가락, 바늘 또는 기타 유사수단으로 접촉입력시스템의 표면(10)을 선택적으로 접촉시킬 수 있다. 접촉입력시스템의 표면(10)은 컴퓨터시스템(5)의 CRT에 탈착가능하게 부착된다.

제2도에는 본질적으로 일정한 저항을 갖는 표면(10)이 도시되어 있다. 표면(10)은 제2도에 있어 4측부(11)와 4코너(12)를 가지는 직사각형단면이다. 이 직사각형단면은 컴퓨터 CRT 스크린과 함께 이용되도록 되어 있고, CRT 스크린은 일반적으로 직사각형 형상으로서 각 코너는 약간 라운딩되어 있다. 표면(10)은 물론, 직각 이외의 주변형태의 단면도 가능하고 평면형 또는 그외의 외형으로 될 수 있다. 그와 같은 표면(10)은 당업자에게 잘 알려져 있고 각 회사마다 각종 저항값으로 판매 이용되고 있다. 예컨대, 적당한 표면(10)은 미합중국, 미시간소재의 네덜란드국적의 돈낼리 컴패니로부터 얻을 수 있다. 표면(10)은 본질적으로 플라스틱, 유리, 또는 기타 적절한 재료로 구성된 기판과 인듐-주석 산화물과 같은 반도체 금속산화물이나 그외에 주석산화물, 주석-안티몬산화물 또는 인듐산화물로 된 재질의 저항성 코팅으로 이루어진다. 어떠한 코팅도 "박막"으로서 이해되어야 하지만, 유사한 "후막" 및 불투명막도 이용될 수 있다. 최상위 결과를 위해, 본 출원인은 200-500 오옴/스퀘어의 일정한 저항을 갖는 표면을 택했다. 그러나, 허용가능한 결과를 얻기위해 광범위한 저항값도 쉽게 이용될 수 있다.

표면(10)과 접촉상태로 배치된 것은 다수의 도전성소자 또는 전극(20)이다. 전극(20)은 표면(10)에 전기 접촉되며 또한 다양한 수단을 통해 표면(10)과 접촉상태로 배치될 수 있다. 전극(20)이 표면(10)의 상부면에 놓이고 또한 단면(15)으로 뻗는 전극(20)의 단부분을 제외하고는 표면(10)에 전기접속될 필요는 없지만, 최상의 결과를 위해, 본 출원인은 표면(10)의 상부면상에 전극(20)이 표면(10)과 어떠한 방법으로는 접촉상태로 놓인다는 것을 포함한다는 것을 이해시키기 위한 것이다. 전극(20)들은 서로 선택적으로 이격된다. 최상의 결과를 위해, 당업자들에게 잘 알려진 다양한 방법들이 이용될 수 있지만, 본 출원인은 표준석판인쇄기술로서 전극(20)들은 표면(10)에 실크-스크린화 하기로 했다. 이러한 표면(10)상에 대한 실크-스크린화 전극(20)은 하기에 상술한 바와 같이, 전극(20)을 소정의 패턴으로 제조함으로써 본 발명에 따르는 제조상 필요한 단계의 수를 최소로 줄일수 있다. 또한 실크-스크린은 공정의 정밀한 조절에 의해 엄격한 공차로서 전극(20)을 구성할 수 있게 한다. 당업자들에게 명백한 바와 같이, 전극(20)의 다른 구성도 쉽게 표면(10)상에 실크-스크린화가 가능하다.

제2도에서 잘 알 수 있는 바와 같이, T-형 연장부를 가지는 다수의 전극(20)은 전극(20)의 최내측 연장부가 단면(15)의 코너(12)에 근접한 인접 전극(20)보다 더 크도록 하는 방도로 표면(10)의 단면(15)의 각 측부(11)에 놓인다. 단면(15)의 각 측부상에는 적어도 하나의 최중앙 전극(25)이 위치하는데, 이 중앙전극(25)은 단면(15)의 측부(11)상에 있는 다른 전극(20)들보다 더욱 중앙으로 연장하여 있다. 제2도에 도시한 바와 같이 전극(20)의 T-형 연장부는 단면(15)의 내부쪽을 향해 점진적으로 더욱 연장하여 배치되어, 적어도 최중앙 연장부가 단면(15)에서 가장 내부에 배치되도록 되어 있다. 단면(15)이 제2도에 도시한 바와 같이 직사각형이 아닌 경우, 단면(15)의 주변을 따라 배치한 전극(20)의 연장부는, 적어도 하나의 최중앙전극(25)이 단면(15)의 주변의 제1부분으로부터 단면(15)의 가장 내측에 배치되도록 그리고 또 하나의 최중앙 전극(25)이 단면(15)의 주변의 제2부분으로부터 단면(15)의 가장 내측에 배치되도록 해서 점차로 내향하는 방도로 배치된다. 표면(10)에 발생한 직교전기장의 최상의 결과를 얻기 위한 직선화를 위해, 본 출원인은 전극(20)의 연장부를 제2도에 도시한 바와 같이 T-형으로 취하여 이것을 상업적으로 이용되는 당업자에게 잘 알려진 실버잉크로 만들었으며, 이 잉크는 표면(10)에 쉽게 실크-스크린화된다. 또한 최상의 결과를 위해, 본 출원인은 전극(20)의 연장부를 단면(15)속으로 점진적으로 내향배치하는 것을 포물선의 형태를 따라 취했으며, 아울러 최중앙 연장부(25)를 대략 전극(20)의 배치에 의해 형성된 포물선의 정점위치에 위치하도록 했다.

표면(10)의 정부에 배치시킨 것은, 제2도에 도시한 바와 같이, 코너전극(22)이다. 코너전극(22)은 단면(15)의 코너(12) 근방에 위치하는데 이것의 재질은 전극(20)과 같은 재질이다. 본 출원인은 코너전극(22)역시 표면(10) 상에 실크-스크린화 하기로 했다. 또한, 제2도에 도시한 바와 같이, 각 코너전극(22)에 인접한 전극(24)은 코너전극(22)으로부터 선택적으로 이격된다. 코너전극(22)과 이 전극(22)에 인접한 전극(24)간의 간격과 각 측부(11)의 타 전극(20)들간의 간격은 하기에 상술하는 바와 같이 전극(2)과 코너전극(22)의 형상 및 치수에 따라 선택적으로 주어졌다.

코너전극(22)에 인접하거나 그들 사이에는 코너코넥터(26)가 존재하는데, 이 코넥터(26)는 각종의 전기회로소자에 전기적으로 접속될 수 있다. 전극(20)에 대해 앞에서 주지한 바와 같이, 코너전극(22)과 코너코넥터(26)는 표면(10)의 정부면에 놓일 필요가 없고 코너전극(22)과 코너코넥터(26) 역시, 단면(15) 속으로 연장하는 코너전극(22)의 단부분에 있는 코너전극(22)의 접속이외에는, 표면(10)에 전기접속되지 않는다.

제2a 및 b도에 도시한 바와 같이, 코너전극(22)과 코너코넥터(26)간의 간격(28)은 코너코넥터(26)와 코너전극(22)간에 저항(R1)을 형성시킬 수 있게끔 하며 선택적으로 주어진다. 저항(R1 및 R2)의 값은 상호 인접한 도전성소자들간의 간격(28,29)의 기하학적 함수이다.

본 출원인은 연변이 연변에 직각으로 흐르는 전류의 효과적인 공급원으로서 작용하고 또한 연변에 평행하게 흐르는 전류에 대해 비 침해상태가 동시 또는 교호적으로 남아 있게 되는 장치를 개발 연구했다. 하나의 접근방법으로, 제3a도에 도시한 바와 같이, 각 연변을 따라 저항소자들을 직선으로 설치하는 방법을 취했다. 제3a도에서 기구(e,f,g 및 h)가 단위길이당 저항의 값이 일정하게 남아있는 그와 같은 소자들이다.

기구(e,f,g 및 h)의 폭은 장치에 대해 대수롭지 않는 것으로 생각된다. 만약 등포텐셜선(eqia potential line)이 소자(e)를 따라 그리고 다른 소자(f)를 따라 설정된다면, 일정한 전류가 표면(10)을 통해서는 물론 저항소자(g 및 h)를 통해 이들 소자(e,f)에 직각으로 흐르게 되고, 그에 의해 표면(10)과 연변소자들에서는 동일한 전압경사도를 이루게 된다.

불운하게도, 등포텐셜선이 도전성소자와 더불어 이루어지는 것같이 저항소자를 횡단하여서는 쉽게 형성되지 않는다. 그러나, 연변소자들의 저항이 표면(10)에 비해 낮게 유지된다면, 등포텐셜 연변의 양호한 접근값이 형성될 수 있다. 아울러, 이들 소자들의 저항에 의해 생긴 에러는 분석가능하게 된다.

제3b도에 도시한 바와 같이 2V×2U 크기의 주어진 장치를, 예컨대 중심에 원점을 취해 도시한 좌표계를 사용함으로써, 본 출원인은 다음사항을 설명할 수 있다 : 즉 저항소자(e' 및 f')는 끝에서 끝까지 R의 저항을 갖는다. 저항표면(10)은 박판 저항률(ρ)을 갖는다. 전위(V)는 상부코너에서 하부코너에 대해 적용된다. 만약 저항소자(e' 및 f')가 등포텐셜 연변에 있다면, 전류는 일정한 전류밀도(i)을 갖는 표면(10)을 통해 흐르게 된다. 이 전류는 저항소자(e')를 통해 공급된다. 실제, 이 전류는 X좌표의 함수로서 설명할 수 있다. 제1상한에서, 이 전류 CI(x)는 하기의 공식에 의해 일점(x,u)에서 중심으로 향해 흐르는 전류로서 정의된다 :

소자(e')를 따라서 모든 점에서의 실질전위도 계산될 수 있다. 만약 Va가 일점(0, 0)와 (O, U)사이의 전위로서 정의되고, 그리고 A가 종횡비 A=u/v로서 정의된다면, 점(O, U)에서 점(x, u)까지의 전압강하는 하기의 식으로부터 결정할 수 있다 :

E(x)=(RVa/4ρA(x²))

R 및 ρ에 대한 적절한 값을 선택함으로써, 이 전압강하를 극도로 작게 할 수 있다 ; 그러나, 이것은 R에 대해 아주 낮은 값이 이용될 것을 요한다. 이것은 흔히 장치로 하여금 큰 전력의 소모를 야기시키고 또한 부가적으로 문제점을 발생시킨다. 따라서, 이 전압강하를 많은 전력에 대한 보상 및 많은 전력의 사용을 피할 수 있게 한다. 실제, E(x)가 거리 d(x)=(R/4ρA(x²))에 통해 흐르는 전류(i)로서 생긴 표면(10)에서의 전압강하에 상당하는 것으로 나타낼 수 있다. 따라서 표면(10)이 후방소자(e')를 당김으로써 거리 d(x)만틈 연장된다면, 점(x, u+d(x))와 점(O, u)간의 전압강하는 점(x, u+d(x))과 점(x, u)간의 상당량의 강하에 의한 값과 비슷하며, 그에 의해 의도한 대로 y=u에 따른 동포텐셜선이 생기게 되고, 아울러 i가 일정하다는 것이 입증된다. 결과적으로, 저항소자(e')는 형태상 포물형이 되며 ; 그렇지만 이것은 x좌표에 대해서는 선형저항기이다. 소자(f')는 소자(e')의 대칭형상으로서 포물형에 가깝게 된다. 유사한 논법으로서 좌표를 적절히 대체하고 또한 A를 1/A로 대체함으로써 소자(g' 및 h')의 형상을 유도할 수 있다. 제3c도는 그와 같은 기구의 예시도이다.

이제 3c도에 대해 설명한다면, 연변기구의 만곡은 또 하나의 부가적인 문제점을 야기시킨다. 원래의 단면치수가 2v×2u인 장치 중에서 작용단면을 한정하는 것이 바람직하다. 이 단면을 횡단하는 전체 전압경사도는 장치의 코너에 적용된 전압과 같지 않다. 따라서, 비침해 연변소자의 전압이 작용단면의 전압에 일치하도록 각 코너에 부가적인 저항을 가할 필요가 있다. 또한 계산치 중에 작용단면의 부가적인 저항을 포함시킬 필요가 있다. 전류의 연립방정식을 풀이함으로써, 전압원과 연변소자들간의 부가적인 저항은 결정될수 있다. R₂은 소자(e" 및 f")의 저항이고 R₂는 소자(g" 및 h")의 저항으로써, 다음식과 같이 설명된다.

R₁=Aρ(D²/.5-D) ; 및 R₂=(ρ/A)(D²/.5-D),

이때 D=(R/4ρA)이다.

이 접근 방식이 통상적인 장치를 만드는데 이용될 수 있지만, 제작상 극히 어려운 것이다. 연변기구의 실질적인 기하는 R 및 ρ의 비율과 A의 값에 따른다. 종횡비(A)는 항상 설계시에 알려진 것이지만, R 및 ρ의 실질값은 제작상 매우 중요한 의미를 갖는다. 이런 형식의 확실한 기하를 갖는 스크린을 제작하기 위해, ρ의 값은 각 유닛에 대해 측정되어야만 하고 적절한 재질은 장치의 기하를 형성시키는데 이용된 R과 ρ의 정확한 비율로서 직선 저항소자들을 만드는데 이용해야만 한다. 실제, 이런 정도의 정확도와 예측도를 갖는 저항막을 만드는 것은 통상적으로 실행되지 않는다.

표면(10)의 작용단면 둘레에 연속적인 저항연변소자들을 구별해서 설치하는 접근방식은 이러한 접근방식으로서 실질적이고 또한 제작 및 정확성이 용이한 장치를 만들 수 있기 때문에 잇점이 있다. 저항 R을 갖는 저항소자로서 주어졌지만, 각각 R/n의 저항값을 갖는 n개의 저항기의 일련적인 네트워크로 대치할 수도 있다. n의 값이 적저리 선택된다면, 이 네트워크는 표면(10)의 주변둘레에 배치되어 주변내에서 작용단면을 한정하는 연속적인 포물형 저항소자들의 거동을 적절히 취할 것이다. 연속적인 저항소자들의 것과 유사한 거동을 제공하기 위해, 그와같은 저항기의 네트워크는 유사한 방도로 표면(10)에 접속되어야 한다. 오로지 가능한 것은 네트워크를 저항기들이 만나는 표면(10)의 지점들에 접속시키는 것이다. 여기에는 (n-1)개의 접속지점이 있는데, 각 저항기 네트워크가 코너코넥터(26)에 접속된 2지점을 더하면 총계(n+1)의 지점이다. 이들 (n+1)개의 지점 각각은 네트워크의 단부에 대해 같은 저항 R(i)을 갖는다. 저항 R(i)을 갖는 지점은, 이용할 수 있다면, 포물형 연속 저항소자가 단부지점에 대해 R(i)의 저항을 가졌던 동일한 지점에서 표면(10)과 접촉상태로 이루어져야만 한다.

이들 부품을 포물선 형태로 기구에 접속시키기가 곤란하기 때문에, 제2도, 제2a도 및 제2b도에서 알수 있는 바와 같이, 본 발명은 직선형 저항기 네트워크를 사용하는 대신에 가상의 연속 저항기로 대치했다. 이 직선형 소자는 상기한 (n+1) 지점에서 가볍게 두들겨져서 도전성 연장부를 통해 표면(10)에 접속된다. 도전성 연장부는 일반적으로 가사의 연속적인 포물형 소자가 행한 것과 같은 경로를 따르는데, 이를테면, 이것은 작용단면으로부터 충분히 뒤로 당겨져서 전위가 표면(10)을 횡단하여 적용되었을 때 전압강하가 작용단면의 연변에서 동일한 전위를 일으키도록 한다는 것이다. 도체들은 도전성 잉크로서 제조될 수 있는데, 이 잉크는 저항성 잉크와 같은 정밀도를 가질 필요는 없다. 기구의 실질적인 기하는 설계시에 결정될 수 있으며, 저항기의 값들은 저항표면의 저항률을 측정한 후에 결정된다. 이러한 저항기들은 특정값에 맞추어 제작하는 이외에는 조립전에 측정된다. 도체들이 도전성 잉크로 인쇄될 수 있기 때문에, 그들의 기하는 아주 엄격한 공차로 쉽게 조절될 수 있다. 물론 다른 방법으로도 도체를 형성시키는데 이용될 수 있는데, 이런것은 당업자에겐 명백히 알 수 있는 것으로 생각된다.

연장부의 형상은 경험적으로 연장부가 서로 충분히 이격되어서 간섭되지 않는 방도로 결정되어 왔지만, 이들 연장부는 이들을 둘러싸는 영역의 전위를 조절하기 위해 적당한 단면을 덮고 또한 표면(10)에 적절한 전류를 공급할 수 있다. 연장부에 대한 저항 네트워크와 그들의 접촉부는 저항표면(10)에 놓일 필요가 없고 단지 연장부상의 단부만이 저항표면에 놓일 필요가 있다. 그러나, 이들 소자들은 작용단면의 연변에서 전위를 조절하기 위해 연장부의 능력과는 어떠한 중대한 간섭없이 저항표면에 모두 놓일 수 있다는 것을 주지해야 한다. 코너코넥터(26)는 코너 저항기와 전압공급원을 위한 부착지점들로서 역할을 하며, 전원공급원을 통해 전위가 표면(10)에 공급된다.

저항률의 측정없이 그와 같은 기구들을 제조하기 위해 그리고, 단일 저항표면이 전체적으로 아주 일정하게 유지되어 있기 때문에, 본 발명은 "통합 저항기(integrated resister)"를 이용한다. 이 저항기는 저항값이 인쇄된 저항표면의 저항률에 비례하여 결정되도록 설계되었다.

2개의 평행한 도전성 소자 사이에 길이(L)과 폭(W)을 갖는 박판 저항률(ρ)의 저항체의 스트립이 주어졌을 때, 이들 도체간의 저항은 ρW/L이다. 이 정보는 저항기 형태의 연장부사이에 저항기를 사용할 수 있게 하는데 ρ변화의 값에 따라 저항기의 값이 비례적으로 변화하게 된다. 그와 같은 기구의 기하가 단지 R : ρ의 비에 좌우되기 때문에, 저항기/도전성 소자의 기하는 표면의 저항률의 차에 응하여 변화시킬 필요는 없다. 또한 본 발명은 표면(10)과 같은 단일 저항층상에 적절한 소정형태의 단일도전층을 이에 놓아서 제작할 수 있다.

실제, 본 출원인은 그와 같은 저항기에 대해 W : L의 비가 아주 작을때 최상의 결과를 얻었다. 그러므로, W의 최소값이 제작공정의 분석에 따라 결정되기 때문에, L은 종종 아주 큰 값으로 된다. 만약 L이 지나치게 크다면, 저항기가 표면(10)에 형성된 연장부들 사이에 끼워지지 않게 되기도 한다. 따라서, 본 발명은 보다 개선된 통합 저항기를 이용한다. 제2b도에서의 저항기들은 표면(10)에 놓인 전극(20) 및 코너전극(22)과 같은 2인접 도전성 소자사이에 틀어진 공간(28)을 갖는다. 제3d도는 도전성 소자들간의 직선 공간을 보여주고 제3e도는 인접한 도전성 소자들간에 비틀어진 공간을 상세하게 보여준다.

공간(28,29)을 횡단하여 흐르는 전류는 표면(10)의 저항률로부터 저항을 구속받는다. 이들 다수의 통합저항기는 제작하는데 있어 그들의 치수를 인지하여 저항기의 값(ρ항)을 예측할 수 있다. 따라서, 공간(28,29)의 치수를 선택적으로 결정함으로써 소정의 저항값을 선택하는 것도 가능한다.

R₁및 R₂의 값을 위한 소정의 적용부에 일단 선택된 공간(28,29)은 표면(10)에 전극(20), 코너전극(22), 및 코너코넥터(26)를 선택적으로 배치함으로써 이루어진다. 미리 예정한 기하에 따라 표면상에 선택적으로 실크-스크린화한 전극(20), 코너전극(22), 및 코너코넥터(26), 공간(28,29)을 만들고 아울러 하기에 상술하는 바와 같이 소정의 저항값을 제공한다. 전극(20), 코너전극(22), 및 코너코넥터(26)가 표면(10)상에 실크-스크린화 될 수 있기 때문에, 이들의 패턴과 치수들은 엄격한 공차로 조절될 수 있다.

표면(10)상의 공간의 패턴 및 치수, 즉 "기하"는, 하기에 상술하는 바와 같이, 선택적으로 취해져서 공간(28,29)에 있는 표면(10)의 저항률(즉, R₁및 R₂)로서 코너코넥터(26), 코너전극(22), 및 전극(20)간에 적절한 값의 저항을 부여하게끔 한다 ; 즉, 전극(20)간에 적절한 "저항률"을 제공하고, 이 저항률은 소정의 적용을 위해 미리 선택될 수 있다. 공간(28,29)을 위한 적절한 패턴과 치수를 이용함으로써, 개별적인 저항기 또는 니크롬선과 같은 저항소자들 전극(20), 코너전극(22), 또는 코텍터(26)에 접속시키는 것과 표면(10)에 붙거나 떨어져 놓이는 것을 피할 수 있다. 표면(10)의 저항률을 소정의 저항률로 형성시키는데 이용함으로써, 공간(28,29)으로 생긴 표면(10)의 저항률은 그와 같은 소자들을 전극(20), 코너전극(22), 코너코넥터(26)사이에 접속시킬 필요성이 없게 된다.

전극(20), 코너전극(22), 및 코너코넥터(26)의 적절한 기하는 표면(10)의 저항, 전극(20) 및 코너전극(22)의 전도성, 표면(10)의 각 측부(11)상에 코너전극(22)과 함께 있는 전극(20)의 수, 및 단면(15)의 크기로서 결합된 함수이다. 전극(20), 코너전극(22), 및 코너코넥터(26)의 적절한 패턴과 치수는 경험적으로 결정된다. 본 출원인은 T-형전극(20)의 바아부분의 폭과 각 전극(20)간의 표면거리의 폭의 비가 대략 40%로부터 60%까지 있을 때 최상의 결과를 얻었다. 당업자로서는 정확성 및 동작의 변동에 따라 폭을 변화시킬 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

실제적으로, T-형전극(20)의 스텝 및 바아의 폭은 선택된 전극(20)의 제조공정에 의해서만 한정된다. 아울러, 전극(20)들 사이를 최소로 하면 저 저항률을 나타내고, 저항률의 값을 줄이면 보다 큰 동력소모를 요하는데, 이런 것들은 바람직하지 못한 것이다. 본 출원인은 본 발명에 전극이 단면(15)에 연장된 정도를 최소로 함으로써, 표면(10)의 작용 단면의 크기를 최대로 할 수 있음을 알게 되었다.

제2c도에 도시한 바와 같이, 본 출원인은 다음의 실시예가 우수한 결과를 얻을 수 있음을 알았다.

실제, 본 발명의 잇점은 종전에 가능했던 것보다 더 쉬운 형상 및 치수로 변경시킬 수 있다는 것이다.

제4도는 접촉입력시스템(30)을 나타내고 있는 것으로서, 이 시스템은 표면(10), 전극(20), 코너전극(22), 및 코너코넥터(26)를 포함하되, 제4도에 있어, 표면(10)는 앞서 주지한 바와 같이 직사각형 형상이지만, 표면(10)은 이 형상으로만 될 필요는 없고 다양한 기하학적 형상으로 가능하다.

더우기, 표면(10)이 제4도에서 평면형으로 도시되었지만, 이 표면(10)은 예컨대 비평면형으로도 가능하다. 접촉입력시스템(30)은 또한 표면(10) 접촉용으로서 바늘, 연필, 또는 기타 물체와 같은 이동형 물체(2)를 포함한다. 물체(2)는 선택된 단면(15)의 위치에서 조작자에 의해 접촉입력시스템(30)의 표면(10)을 접촉시키는데 쓰인다.

접촉입력시스템(30)은 또한 단면(15)의 제1측부(11A)상에 전극(20)의 코너전극(22)을 가로질러 그리고 제2측부(11B)상에 전극(20)과 코너전극(22)을 가로질러 전위를 선택적으로 인가시키고, 그 다음 단면(15)의 제3측부(11C)상에 전극(20)과 코너전극(22)을 가로질러 그리고 단면(15)의 제4측부(11D)상에 전극(20)과 코너전극(22)을 가로질러 전위를 선택적으로 인가시키는 전기회로(39)를 포함한다. 제4도에 도시한 바와 같이, 전기회로(39)는 측부(11A 및 11B)상에 있는 코너전극(26)에 전기적으로 접속된다. 전위는 대안적인 유형으로 측부(11A,11B) 및 측부(11C ,11D)에 선택적으로 인가된다. 제4도 및 제5도에는 전기회로(39)의 사용에 있어 선택된 전위를 대안적으로 표면(10)을 가로질러 인가시키는 것을 나타내고 있지만, 당업자로서는 전위가 다른 방도로도 표면(10)을 가로질러 선택적으로 인가될 수 있다는 것도 잘 알 것이다. 예컨대, 측부(11A)와 측부(11B)사이에 제1전위를 그리고 측부(11C)와 측부(11D)사이에 제2전위를 동시에 인가함으로서 전위를 인가할 수 있으며, 이때 상기 제1 및 제2전위를 다른 주파수를 갖는 대안적인 전류신호이다.

본 출원인은 초(second)당 약 200배의 비율로 측부(11A ,11B) 및 측부(11C ,11D)를 가로질러 인가되는 전위가 최상의 결과를 얻는다는 것을 알았다. 그러나, 당업자들에게는 접촉입력시스템의 특수적용 및 접촉입력시스템의 표면의 치수와 같은 각종 요인에 따라 전위가 다양하게 이용될 수 있다는 것도 명백히 알 것이다.

측부(11A ,11B) 및 측부(11C ,11D)를 횡단하는 전위의 응용을 바꾸는 것은 제5도에 도시한 전기회로(39)로서 쉽게 해결할 수 있다. 표면(10)을 가로질러 전위를 선택적으로 인가하고 또한 가동형 물체(2)가 표면(10)에 접촉할 때 가동형 물체(2)의 위치를 결정하는 전기회로(39)는 마이크로콘트롤러 시스템(50), 비교기(53), 여진기(driver)(55,56,57,58), 아날로그/디지탈(A/D)변환기(60), 레귤레이터(65), 스위치(70,71), 완충증폭기(buffer amplifier)(75), 및 스위치(80)로 이루어진다. 제5도에 상세하게 도시되고 또한 하기에 상술한 바와 같이, 마이크로콘트롤러 시스템(50)은 비교기(53), A/D변환기(60)와 더불어 스위치(70,71,72) 및 스위치(80)에 전기접속된다. 레귤레이터(65)는 스위치(70,71,72) 및 여진기(58)와 함께 접속되고, 여진기(driver)(55,56,57)는 각기 스위치(70,71,72)에 접속된다. 스위치(80)는 완충증폭기(75)에 접속되고 이 증폭기는 비교기(53) 및 A/D변환기(60)와 접속한다. 물론, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어남이 없이 다른 수단에 의해서도 같은 결과를 얻을 수 있다.

접촉입력시스템과 그의 회로는 전형적으로 표면(10)의 제1코너상에 "고 전위"(통상+5V)를, 그리고 제1코너에 대각상태에 있는 제2코너상에 "저 전위"를 설정함으로써 동작한다. 표면(10)의 다른 2코너에서의 전압레벨은 선택적으로 변환되어 1차 상태에서 제3코너는 고전압레벨을 그리고 제4코너는 낮은 레벨을 갖게 되고 2차 상태에서는 제3코너는 저전압레벨을 그리고 제4코너는 고전압레벨을 갖게 된다.

탐침(探針 : probe)(2)은 디지타이저 또는 접촉입력시스템이 표면(10)에 선택적으로 접촉되어서 전압 또는 전류레벨을 측정한다. 이 레벨(전압 또는 전류)은 완충증폭기(75)를 통과하여 A/D변환기(60)과 비교기(53) 속으로 보내진다. 이 회로에 있어, 비교기(53)는 전압레벨을 비교하고 그리고, 그 레벨이 +5V보다 작은 경우, 터치의 방향을 지시하는 고논리 출력신호를 발생시킨다. 그와 같은 "터치검출(touch detect)"신호를 받아들일때, 마이크로콘트롤러(50)중의 퍼엄웨어(firm ware)는 A/D변환기(60)로부터 1차 세로 좌표값을 얻는다. 마이크로콘트롤러(50)는 그때 스위치(70,71)에 스윗칭 신호를 발생시키고, 스위치(70,71)가 동작하였을 때, 3코너 및 4코너의 전압레벨은 전류가 1차 상태에서 앞서의 방향에 대해 직각으로 흐르도록 변경된다. 마이크로콘트롤러(50)는 이때 A/D변환기(60)로부터 표면(10)상의 탐침(2)의 위치에 일치하는 제2세로좌표를 얻는다.

마이크로콘트롤러(50)는 표면(10)의 코너에서 전압레벨을 변환시키고 터치검출신호는 비교기(53)에 의해 발생된다. 마이크로콘트롤러(50)가 전압레벨을 변환시킬때까지는 A/D변환기(60)에 의한 변환은 완료되지 않는다. 비교기(53)가 터치검출신호를 계속 제공하는 동안, 마이크로콘트롤러(50)는 전압레벨을 계속 변환시키고 또한, 터치검출회로가 충분히 긴기간 동안 존재한다면, A/D변환기(60)로부터 세로좌표의 다수측정치를 얻는다.

마이크로콘트롤러(50)는 또한 수취된 데이타를 걸러주는 퍼엄웨어를 이용한다. 필터링 연산(filtering algorthm)은 데이타 포인트를 원활하게 한다. 또한, 마이크로콘트롤러(50)는 소정의 출력데이타를 소정의 포멧(format)으로 변환시킨다. 잘 알 수 있는 바로서, 다른 적용에서는 상이한 포멧도 가능한 경우도 있다. 당업자들은 마이크로콘트롤러(50)를 프로그램화 시키기 위해 출력데이타를 소정의 포멧으로 제공한다는 것을 명백히 알 것이다.

마이크로콘트롤러(50)는 아울러 스위치(80)에 임피던스 제어신호를 제공한다. 비교기(53)로부터의 터치검출신호는 마이크로콘트롤러(50)에 의해 테스트된다. 만약 터치검출신호의 임피던스가 매우 높게 남아있다면, 마이크로콘트롤러(50)는 시스템의 상황이 "터치" 또는 "히트"로서 다루어 지는 것을 방지하기 위해 스위치(80)를 폐쇄시킨다. 터치검출신호인 임피던스가 낮은 경우, 표면(10)상의 강력한 터치를 나타내고, 앞서의 상태(이를테면, 터치의 결핍상태)로부터 임피던스의 변화가 표시되고, 마이크로콘트롤러(50)는 스위치(80)을 폐쇄시키지 않는다. 따라서, 마이크로콘트롤러(50)로부터의 임피던스 제어신호는 시스템이 선택적으로 행해질 수 있게 동작하게 된다. 소정의 감도레벨에 따라, 퍼엄웨어는 마이크로콘트롤러(50)가 임피던스 제어신호에 의해 스위치(80)를 폐쇄시킬 때 선택적으로 결정할 수 있도록 프로그램을 짜넣을 수 있다.

제5도에 도시한 다른 구성 요소들은 일반적으로 알려진 형식의 것들이다. 레귤레이터(65)는 +5V의 정상신호를 제공하는데 사용되고, 완충증폭기(75)는 탐침(2)으로부터 수취한 신호의 전압을 올려주는데 사용되고, 또한 여진기(55,56,57 및 58)는 표면(10)이 충분한 전류로서 제공되도록 하는데 사용된다. 스위치(70 및 71)는 공지되어 상업적으로 이용되는 RCA 4053과 같은 형식의 멀티플렉서(multiplexer)일 수 있다.

또한 주지해야 할 것은 마이크로콘트롤러(50)에 의해 수행되는 기능은 전기적인 하드웨어 구성요소에 의해 수행될 수 있다는 것이다. 물론, 그와 같은 하드웨어 구성요소의 사용은 당업자에게는 명확히 알 수 있는 것이다.

본 발명에 관한 상기 설명은 예시적인 것으로서, 당업자들은 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 다음의 청구범위 안에서 치수, 형상, 재질, 및 예시한 구성의 상세부에서 다양한 변경이 가능하리라는 것을 잘 알 것이다.

Claims (10)

1. 규정된 기하(幾何)의 전위장을 형성시키는 장치에 있어서, 일정한 박편저항률을 가지는 표면(10) ; 표면에 접촉상태로 배치되고, 각기 표면보다 더 큰 전도성을 가지는 다수의 개별적인 전극(20) ; 전위장의 일단부에 위치한 제1전극(26)과 전위장의 반대단부에 위치한 제2전극(26)간에 전위차를 일으키게 하는 것으로서, 다수의 간섭용 전극(20,24,24,25)들이 제1 및 제2전극사이에서 표면의 주변 둘레에 배치되어 전압이 표면의 코너들에 있는 전극들에 교호적으로 인가되도록 한 전압공급부 ; 및 인접한 전극(20,22,24,25,26)들을 규정치수의 공간(28,29) 만큼 이격시켜, 인접한 전극들 간의 공간에 있는 표면부분이 표면의 박판저항률에 비례하는 저항을 갖는 인접 전극(20,22,24,25,26)들간의 독립된 저항기로 규정되도록 함으로써, 전위장의 기하(幾何)가 인접한 전극들간의 독립된 저항기의 저항함수로 되도록 한 다수의 독립형 저항기로 구성됨을 특징으로 하는 전위장 형성 장치.
2. 제1항에 있어서, 각각의 저항기를 형성하는 공간(28,29)의 적어도 일부분이 제1 및 제2전극을 연결하는 축선에 평행하게 뻗고 각 공간의 다른 부분은 상기 축선에 교차하여 뻗는 전위장 형성장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전극(20,22,24,25,26)이 표면의 측부에 인접하여 적어도 1열 이상으로 배치된 전위장 형성장치.
4. 제3항에 있어서, 다수의 전극들이 내향 연장부를 포함하는 전위장 형성 장치.
5. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 최 중앙 연장부(25)가 같은 열중에 있는 잔여 전극(20,22,24,26)의 연장부들보다 더욱 안쪽으로 배치되도록 하여 각 열을 이룬 전극의 상기 연장부들이 표면의 중심을 향해 점진적으로 내향배치된 전위장 형성 장치.
6. 제5항에 있어서, 다수의 전극들이 T-형의 내향 연장부를 가지는 전위장 형성 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 전극(20,22,24,26)의 내향 연장부들이 상기 최중앙 연장부의 위치 근처에 정점이 있는 포물선 형상으로 배치된 전위장 형성 장치.
8. 제1항에 있어서, 전극들이 표면의 4축부를 따라 열을 지어 배치되고, 코너코넥터(26)는 열을 이룬 교점이치에 배치되고, 각 코너코넥터(26)의 각 인접 전극(22)간의 공간(28)은 열을 이룬 다른 인접 전극(20,22,24)간의 공간과는 서로 다른 전위장 형성 장치.
9. 제1항에 있어서, 표면(10)이 증착형 인듐주석 산화물층으로 형성되고 전극(20,22,24,25,26)들은 스크린 인쇄형 전도성 잉크로 형성되는 전위장 형성 장치.
10. 제1항에 있어서, 다수의 전극(20,22,24,25,26)들이 표면의 측부를 따라 위치한 1열의 전극에 횡방향으로 뻗는 연장부를 포함하고, 통합 저항기(28,29)는 각 연장부 사이에 형성되는 전위장 형성 장치.

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