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KR102201007B1 - 다중주파수 및 중심 정전용량 검출을 이용한 멀티터치 촉각 디바이스 - Google Patents

다중주파수 및 중심 정전용량 검출을 이용한 멀티터치 촉각 디바이스 Download PDF

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KR102201007B1
KR102201007B1 KR1020130150217A KR20130150217A KR102201007B1 KR 102201007 B1 KR102201007 B1 KR 102201007B1 KR 1020130150217 A KR1020130150217 A KR 1020130150217A KR 20130150217 A KR20130150217 A KR 20130150217A KR 102201007 B1 KR102201007 B1 KR 102201007B1
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KR
South Korea
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필리쁘 코니
지그프리트 루제
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탈레스
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Abstract

본 발명의 일반적인 분야는 복수의 전도 행들 (11) 및 전도 열들 (12) 을 포함하는 매트릭스 터치패드 (10) 를 포함하는 투영 정전용량 검출을 이용하는 터치스크린 디바이스들 (1) 로, 상기 패드는 전자 제어 수단 (20) 에 연결된다. 전자 제어 수단은 2 개의 상이한 주파수들에서 방출되는 2 개의 주기적 방출 전압들을 발생시킨다. 수신 전압들의 분석은, 가까운 행들 또는 열들에 2 개의 가압들이 행해지는 경우를 포함하여, 터치패드 상의 2 개의 동시적 가압들의 포지션들을 결정하는 것을 가능하게 한다. 가압들의 결정은 기본적으로 수신 전압들의 트로프들의 중심들을 계산함으로써 수행된다.

Description

다중주파수 및 중심 정전용량 검출을 이용한 멀티터치 촉각 디바이스{MULTITOUCH TACTILE DEVICE WITH MULTIFREQUENCY AND BARYCENTRIC CAPACITIVE DETECTION}
본 발명의 분야는 정전용량 검출을 이용한 촉각 또는 "터치스크린" 표면들에 대한 것으로, 좀더 구체적으로 2 개의 동시적 가압들 (presses) 의 검출을 허용하는 이른바 "멀티터치" 촉각 표면들에 대한 것이다. 이러한 기능은 예를 들어 이미지 "줌들" 또는 회전들을 이행하는데 필수적이다. 본 발명은 다양한 용도들에 적용될 수도 있으나, 항공 분야 및 항공기 계기판들의 제약들에 특히 알맞다.
이른바 "투영" 정전용량 검출은 사용자의 손가락들 또는 임의의 다른 전도성 포인팅 오브젝트의 근접에 의해 도입되는 커패시턴스에서의 국지적 변동들을 검출하도록 배열된 검출 매트릭스를 생성하는 것으로 구성된다. 이른바 투영 정전용량 기술은 2 개의 주요 변형들, 즉:
- 매트릭스의 터치키들의 어레이의 행들 그리고 그 다음에 열들을 판독하는 것으로 구성되는 "자기 정전용량" 검출;
- 매트릭스의 터치키들의 어레이의 각각의 교차점을 판독하는 것으로 구성되는 이른바 "상호 정전용량" 검출을 도입한다.
"상호 정전용량" 기술은 패드 전체의 판독을 요구한다. 따라서, 매트릭스가 N 개의 행들 및 M 개의 열들을 포함하는 경우, N × M 번의 획득들을 이행할 필요가 있어, 큰 사이즈이며, 높은 해상도이고, 낮은 응답 시간을 갖는 패드들을 생성하는데 문제가 되게 한다. 또한, "상호 커패시턴스" 하에 측정될 커패시턴스는 "자기 정전용량" 하에 입수된 것보다 낮으므로, 사용자가 장갑들을 이용하는데 문제가 되게 한다.
"자기 정전용량" 검출의 이점은, 위의 패드에 있어서, 매트릭스의 판독을 이행하기 위해 시스템이 단지 N+M 개의 취득만을 요구한다는 것이다. 도 1 은 이러한 원리를 도시한다. 이 도 1 에서, 제 1 손가락이 열 (CI) 과 행 (LJ) 의 제 1 교차점의 레벨에서 가압하고, 제 2 손가락이 열 (CK) 과 행 (LL) 의 제 2 교차점의 레벨에서 가압한다. 행들 및 열들의 출력 전압들 (VOUT) 은 쉽게 식별가능한 레벨에서의 강하들을 보인다. 각각의 레벨에서의 강하 주위의 전압들의 측정들은 호출된 행들 및 열들을 정확하게 식별하는 것을 가능하게 한다.
그러나, 이러한 후자의 기법은 결점을 보인다. 검출된 행들 및 열들을 사용자의 손가락들에 의해 실제로 터치된 정확한 교차점이라고 하는 것이 항상 간단하지만은 않다. 실제 터치되지 않았으나, 가능성 있는 교차점들은 일반적으로 "고스트 (ghost) 들"이라고 불린다. 이러한 어려움에 대응하기 위해, 일 기법은 2 개의 상이한 획득 주파수들에서 매트릭스의 스캔을 이행하는 것으로 구성된다. 2012 년 6 월자 "SID 2012 DIGEST" 에서 발행된 공개문헌 "Eliminating Ghost Touches on a Self-Capacitive Touch-Screen" 에 이러한 기법이 설명된다.
이러한 기법을 적절히 이해하기 위해서는, 정전용량식 매트릭스 디바이스를 나타내는 전자 모델들을 이용할 필요가 있다. 전도 행들 (conducting rows) 및 전도 열들 (conducting columms) 로 구성되는 전극들의 매트릭스를 포함하는 용량성 촉각 디바이스를 전기적으로 설명하는 간소화된 모델이 존재한다. 모델은 패드 상의 그의 손가락의 표면을 투영함으로써 오퍼레이터의 손가락이 매트릭스와 용량성으로 커플링되는 가압의 표현으로 구성된다. 이러한 표면은 제 1 행 방향 및 제 2 열 방향인 적어도 2 개의 전극들을 커버한다. 그 다음에 접지와 관련된 적어도 하나의 행 또는 열 사이에 오퍼레이터가 커패시턴스 (Cd) 를 추가하는 것으로 여겨진다. 그러나 이러한 모델은 국지적으로 있을 뿐이고, 측정의 환경을 고려하지 않는다.
도 3 은 정전용량식 매트릭스 디바이스의 좀더 정교한 모델을 도시한다. 각각의 행은 사실 아날로그 스위치들을 통해 측정 및/또는 전력 공급 디바이스에 접속된다. 이러한 스위치들은 접지에 대한 커플링 커피시턴스 (Cm) 를 제공하고, 측정된 신호의 감쇠를 야기하는 전기 저항 (Rm) 을 보인다.
또한, 각각의 행은 전력 공급 지점과 손가락의 접촉 지점 사이에 소정의 저항을 보이는 ITO (Indium Tin Oxide) 유형의 투명 재료로 구성되며, 이러한 저항은 모두 손가락이 접속 지점으로부터 더 멀리 떨어질수록 더 높다. Rt 가 터치키와 터치키의 다음 접속에 대한 저항일 경우, 열 (n) 상의 가압과 매트릭스의 가장자리 사이의 저항은 n.Rt 이다.
또한, 행들 및 열들의 어레이가 상호간에 커플링된다. 사실, 트랙들의 각각의 교차부에 커패시턴스 (Cp) 가 존재하며, 각각의 행은 n 개의 열에 의해 단절되고, 또한 행들 또는 열은 그것들의 이웃들과 커플링된다. 이러한 커플링은 커패시턴스 (CIc) 로 도 3 에서 도시된다. 마지막으로, 터치패드, 터치패드의 커넥터 장치, 및 디바이스를 구성하는 기계적 아이템들 사이의 커플링 커패시턴스들, 뿐만 아니라 전자 측정 디바이스로 행들 및 열들을 연결하는 다양한 트랙들 사이의 상호 커플링이 또한 존재한다.
결과적으로, 정전용량식 터치패드의 획득은 오퍼레이터에 의해 투영된 간단한 커패시턴스의 획득으로 축소되지 않을 수도 있다. 이는 상호간에 상호접속되는 저항기들과 커패시터들의 연관으로 구성되는 다중극 하드웨어 컴포넌트들에 대한 이러한 투영의 결과이다.
"이중 주파수 자기 정전용량식" 디바이스는 이러한 복잡도를 사용한다. 도 3 에서 보여는 바와 같이, 매트릭스의 이웃에 임의의 오브젝트가 없을 시에, 각각의 행 (Li) 은 주입 커패시턴스 (Ci) 에 걸쳐 AC 전압 전력 공급기에, 그리고 접지 (Cm) 및 입력 저항 (Rm) 에 대한 스트레이 (stray) 커플링 커패시턴스로 구성되는 입력 임피던스를 지니는 판독 버퍼에 연결된다. 이러한 행 (Li) 은 선형 저항을 지니고, 각각의 열 교차부에 정전용량식으로 커플링된다.
손가락이 행 (Li) 의 정확한 지점 상에 배치될 경우, 고려되는 행의 부분 상에 정전용량을 투영한다. 선행 기술에 따른 촉각 디바이스들은 오직 이러한 투영된 커패시턴스만을 측정한다. 이러한 간단한 측정은 행 상의 가압의 포지션을 확인하는 것을 가능하게 하지 않으며, 이러한 정보는 투영된 커패시턴스의 값으로 전달되지 않는다.
디바이스의 중요부는 단순히 추가된 커패시턴스만을 고려하는 것이 아니라, 전체 행으로 구성되는 복합 모델에 대한 추가된 커패시턴스의 영향을 고려한다. 특히, 길이 (I) 의 행 (Li) 의 저항 (Ril) 이 고려되는 경우, 행의 단부와 접촉 지점 사이에 저항 (Ria) 이 존재한다. 저항 (Ria) 은 Ril 미만이다. 이러한 저항 값은 출력 신호 (VOUT) 를 변경한다. 이러한 신호 (VOUT) 는:
VOUT = Z.VIN 와 같으며, VIN 은 주파수 (F) 의 주기적 입력 신호이고, Z 는 행의 임피던스이며, 이는:
Z=A+Bj 와 같으며, 용어들 (A 및 B) 은 커패시턴스들 (Cm, Ci, 및 Cd) 및 저항들 (Rm 및 Ria) 의 함수들이다.
모델의 토폴로지는 1 차 RC 네트워크와 유사하거나, 커패시턴스 (Cd) 와 연관된 저항 (Ria) 은 1 차 저역 통과 필터를 구성한다. 도 4 는, 적용된 주파수의 함수로서, 행 가장자리에 위치된 가압에 대한 제 1 곡선 (C1), 행의 중간에서의 가압에 대한 제 2 곡선 (C2), 행의 단부에서의 가압에 대한 제 3 곡선 (C3) 인, 3 개의 상이한 가압의 포지션들에 대한 행의 출력 신호의 변화를 도시한다. 도 4 의 눈금은 양측 모두에서 로그이다. 그러면, 도 4 에서 보이는 바와 같이, 가압의 포지션이 무엇이든 Ria 의 변화들이 VOUT 의 최소 변화를 야기하는 주파수 (FMIN) 가 존재한다. 역으로, 가압의 포지션에 따라 Ria 의 변화들이 VOUT 의 상당한 감쇠를 야기하는 주파수 (FMAX) 가 존재한다. 따라서, 이러한 주파수 (FMAX) 에서, 이러한 감쇠를 측정함으로써, 그러면 저항 (Ria) 의 값을 확인하고, 결과적으로 행 상의 접촉 지점의 포지션을 결정하기 쉽다.
이러한 측정은 매우 정확할 필요는 없다. 그러나, 2 개의 동시적 가압들의 실제 포지션을 결정하기에는 충분하다. 아시다시피, 대략일지라도, 2 개의 상이한 주파수들에서의 이중 측정을 통해, 가압들의 포지션들, 실제 가압들의 쌍과 실제 가압들의 쌍에 대응하는 고스트 가압들이나 "고스트들" 의 쌍 사이의 불확정성이 올라간다.
그러나, 사용자의 손가락들의 포지션에서의 불확실성 또는 포지셔닝 오류 중 어느 일방을 낳을 수도 있는 소정의 구성들이 여전히 존재한다. 이러한 구성들 중 하나의 구성은 2 개의 손가락들이 2 개의 이웃 행들 또는 열들을 터치할 경우 일어난다. 이러한 구성은 도 2 에 도시된다. 이 도면에서, 제 1 손가락은 열 (CI) 과 행 (LI) 의 제 1 교차점의 레벨에서 가압하고, 제 2 손가락은 열 (CJ) 과 행 (LI +1) 의 제 2 교차점의 레벨에서 가압한다. 열들의 출력 전압 (VOUT) 은 열들 (CI 및 Cj) 이 가압되었음을 결정하는 것을 가능하게 하는 2 개의 쉽게 식별가능한 스파이크 (spike) 들을 보인다. 한편, 행들의 출력 전압 (VOUT) 은, 전압의 중심 계산들을 이용할지라도, 관련된 행들을 명확하게 식별하는 것을 가능하게 하지 않는 노치 게이트 (notch-gated) 형태를 보인다.
본 발명에 따른 촉각 디바이스는 이러한 결점들을 보이지 않는다. 본 발명의 물리적 원리는 2 개의 상이한 주파수들에서의 방출 전압들의 이용에 의존한다. 행들 및 열들에 대한 출력 신호들은, 주파수의 함수로서, 행 및 열 상의 가압의 존재뿐만 아니라 이러한 행 및 이러한 열 상의 가압의 포지션을 나타내는 상이한 임피던스들을 가짐이 증명되었다.
이러한 디바이스는 완전히 "듀얼 터치" 이며, 판독 잡음 및 외부의 전자기 방해들에 둔감하고, 마지막으로, 항공학에서 명시된 바와 같은 전자기 방출 표준들과 호환가능하다. 또한, 사용자는 동일한 성능 레벨로 장갑을 낀 손들로 이러한 촉각 표면을 이용할 수 있다.
좀더 정확하게는, 본 발명의 대상은 복수의 전도 행들 및 전도 열들을 포함하는 매트릭스 터치패드를 포함하는 투영 정전용량 검출을 이용하는 터치스크린 디바이스로서, 상기 패드는 각각의 전도 행 및 각각의 열에 대한 방출 전압들을 발생시키는 전자 제어 수단, 및 각각의 전도 행 및 각각의 열로부터 발생하는 수신 전압들을 수신 및 분석하는 전자 수단에 연결되며,
전자 제어 수단은, 각각의 전도 행 및 각각의 열에 대해, 작동 주파수라고 일컬어지는 제 1 주파수에서 방출된 제 1 주기적 방출 전압, 및 제 1 주파수와 상이한, 판별 주파수라고 일컬어지는 제 2 주파수에서 방출된 제 2 주기적 방출 전압을 발생시키며;
임의의 가압이 없을 시에, 작동 주파수의 값은 이러한 작동 주파수에서 매우 낮은 수신 전압들의 변화들을 야기하도록 충분히 낮고, 판별 주파수의 값은 이러한 판별 주파수에서 행들 및 열들에 따라 주목할 만한 수신 전압들의 변화들을 야기하도록 충분히 높으며;
수신 및 분석하는 전자 수단 (50) 은, 각각의 행 및 각각의 열에 대해:
- 작동 주파수에서 제 1 수신 전압의 값 및 판별 주파수에서 제 2 수신 전압의 값;
- 미리 결정된 값들의 함수로서, 2 개의 수신 전압들의 값들이 터치패드 상의 2 개의 동시적 가압들, 및 관련된 2 개의 행들 및 2 개의 열들 상의 이러한 2 개의 가압들의 위치를 나타내는지를 결정하도록 배열되며;
2 개의 동시적 가압들의 경우에, 제 1 행과 제 1 열의 제 1 교차부에 위치된 제 1 가압, 및 제 2 행과 제 2 열의 제 2 교차점에 위치된 제 2 가압인 2 개의 가압들의 위치결정은:
2 개의 가압들의 전압 변화들에 대응하는 제 1 주파수에 대한 수신 전압들의 "트로프 (trough) 들", 및 제 2 주파수에 대한 수신 전압들의 "트로프들" 을 정확히 나타내는 것을 가능하게 하는 제 1 분석 수단;
전압 "트로프들" 의 중심들 (barycentres) 을 계산하는 것을 가능하게 하는 제 2 분석 수단;
중심들에 대한 지식에 기초하여, 제 1 가압에 대응하는 제 1 행과 제 1 열, 및 제 2 가압에 대응하는 제 2 행과 제 2 열을 결정하는 것을 가능하게 하는 제 3 분석 수단에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
유리하게는, 2 개의 가까운 행들 또는 2 개의 가까운 열들에 대응하는 전압에서의 두 변화들이 하나의 단일 트로프를 형성하는 식으로 제 1 행이 제 2 행의 이웃에 있는 경우 또는, 제 1 열이 제 2 열의 이웃에 있는 경우, 2 개의 가압들의 위치결정은:
2 개의 이웃 행들 또는 2 개의 이웃 열들 상의 2 개의 가압들에 대한 전압 변화들에 대응하는 제 1 주파수에 대한 수신 전압들의 "트로프들" 및 제 2 주파수에 대한 수신 전압들의 "트로프들" 을 정확하게 나타내는 것을 가능하게 하는 제 1 분석 수단;
2 개의 전압 "트로프들" 의 중심들을 계산하는 것을 가능하게 하는 제 2 분석 수단;
제 1 가압 또는 제 2 가압에 대응하는 제 1 이웃 행과 제 2 이웃 행 또는 제 1 이웃 열과 제 2 이웃 열을 상기 2 개의 중심들에 대한 지식에 기초하여 결정하는 것을 가능하게 하는 제 3 분석 수단에 의해 수행된다.
유리하게는, 수신 전압들을 수신 및 분석하는 전자 수단은 2 개의 동기식 복조기들을 포함하는데, 제 1 복조기는 작동 주파수에서 작동하며, 제 2 복조기는 판별 주파수에서 작동한다.
유리하게는, 수신 및 분석하는 전자 수단은:
- 임의의 가압이 없을 시에 각각의 행 및 각각의 열의 작동 주파수에서의 수신 전압들의 저장된 값들의 테이블;
- 각각의 행 및 각각의 열에 대해, 측정된 차이들이 관련된 행 또는 열 상의 가압을 나타내는지 여부를 결정하도록 수신 전압들의 측정된 값들과 수신 전압들의 저장된 값들 사이의 차이들을 설정하는 비교 수단을 포함한다.
유리하게는, 작동 주파수는 100 kHz 와 500 kHz 사이에 있고, 판별 주파수는 500 kHz 와 5 MHz 사이에 있다.
뒤따르는 비제한적인 설명을 읽을 시에 그리고 첨부된 도면들에 의해 본 발명은 더 잘 이해될 것이고 다른 이점들이 자명해질 것인데:
이미 언급된 도 1 은 2 개의 동시적 가압들에 대한 정전용량 검출의 원리를 도시하며;
이미 언급된 도 2 는 이웃하는 2 개의 행들 또는 2 개의 열들 상의 2 개의 가압들에 대한 정전용량 검출의 문제점을 도시하며;
이미 언급된 도 3 은 터치패드의 행과 열 사이의 교차부 주위의 커패시턴스들 및 전기 저항들의 전기적 다이어그램을 도시하며;
이미 언급된 도 4 는, 2 개의 상이한 주파수들에 대해, 촉감 디바이스에서 가압의 포지션의 함수로서 행 또는 열의 출력 신호의 변화들을 도시하며;
도 5 는 본 발명에 따른 투영 정전용량식 촉감 디바이스의 개략도를 도시하며;
도 6 은 이웃하는 2 개의 행들 또는 2 개의 열들 상의 2 개의 가압들의 검출 및 식별의 원리를 도시한다.
비제한하는 예로서, 도 5 는 본 발명에 따른 투영 정전용량 검출을 이용하는 터치패드를 구비한 디바이스 (1) 를 도시한다. 디바이스 (1) 는 기본적으로 다음을 포함한다:
- 제 1 일련의 상호 평행 전도 행들 (11) 을 포함하는 제 1 기판, 및 제 2 일련의 상호 평행 전도 열들 (12) 을 포함하는 제 2 기판을 포함하는 터치패드 (10);
- 촉감 디바이스의 동작에 필요한 다양한 방출 신호 및 수신 신호의 제어 및 분석 수단 (20);
- 디지털-아날로그 변환기 "DAC" (31), 증폭기 (32), 및 주입 커패시터 (33) 를 거쳐 교류 전압들 (VIN) 을 통해 터치패드에 가변 주파수를 공급하는 고주파수 정현파 발생기 (30). 통상, 주파수들은 수백 kHz 와 수 MHz 사이에 있다;
- 다중화기 (40). 다중화기 (40) 는 터치패드 (10) 의 각각의 열 (12) 에 그리고 그 다음에 각각의 행 (11) 에 연속적으로 입력 전압 (VIN) 을 인가하고, 인가된 전압 (VIN) 에 대응하는 각각의 출력 전압 (VOUT) 을 전자 프로세싱 체인 (50) 쪽으로 향하게 한다;
- 버퍼 메모리 (51), 아날로그-디지털 변환기 또는 ADC (52), 주파수 발생기 (30) 에 연결된 동기식 복조기 (53), 및 전자 필터링 수단 (54) 을 포함하는 전자 프로세싱 체인 (50). 필터링된 신호들은 분석 수단 (20) 으로 보내진다;
- 일반적으로 터치패드와 커플링된 뷰잉 디바이스이고 제어, 수정, 또는 인증하고자 하는 정보를 디스플레이하는 외부로의 분석 수단 (20) 에 의해 프로세싱된 신호들의 재송신을 보장하는 송신-수신 수단 (60) 또는 "범용 비동기 송수신기 (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)" 를 뜻하는 "UART".
디바이스는 다음과 같이 동작한다. 정규 모드에서, 패드의 행들 및 열들은 제 1 작동 주파수 (FMIN) 및 제 2 이른바 판별 주파수 (FMAX) 에서 입력 전압 (VIN) 에 의해 영구적으로 그리고 연속적으로 스캐닝된다. 이러한 전압은 수단 (30, 31, 32, 및 33) 으로 구성되는 전자 어셈블리에 의해 발생된다.
도 5 에서 손가락으로 상징적으로 나타내어는 가압 중에, 그리고 이러한 가압의 포지션에 따라, 접촉 지점과 접지 사이에 소정의 커패시턴스가 형성되며, 이러한 커패시턴스는 다중화기 (40) 에 행들 및 열들의 저항에 의해 주로 연결된다.
이러한 저항식 컴포넌트 및 정전용량식 컴포넌트는 시스템의 전체 임피던스 (Z) 에서의 변화를 야기하고, Z=A+Bj 인 Z.VIN 으로 언급된 바와 같은 출력 신호 (VOUT) 에 영향을 줄 것이다. 신호 (VOUT) 는 그 후에 전자 체인 (50) 에 의해 복조되어 동기식 복조기 (53) 에 의해 Z=A+Bj 이고 j=sin (2π.F.t) 인 실효 값 VOUT=Z.VIN 을 그로부터 추출한다. 동기식 변조는 고 품질 인자를 갖는 대역통과 필터로서 역할을 함으로써 "EMI" 유형의 전자기 방해들을 필터링하는 것을 가능하게 하며, 그렇게 함으로써 다소 선택되지 않은 수동적 필터링들의 이용을 피한다.
적어도 2 개의 측정들이 수행되는데, 하나는 작동 주파수 (FMIN) 에서, 그리고 하나는 판별 주파수 (FMAX) 에서 수행된다. 상당한 치수의 패드들에 있어서는, 여러 판별 주파수들 (FMAX) 을 이용하는 것이 가능하다. 유리하게는, 주파수들 (FMIN 및 FMAX) 은 변조되고 2 개의 동기식 복조기들 (53) 에 의해 별도로 복조됨으로써, 단일 측정으로, 가압의 포지션을 나타내는, 커패시턴스 (C) 및 저항 (R) 의 값들을 입수하는 것을 가능하게 한다. 마지막으로, 복조기 (53) 로부터 발생하는 필터링된 연속 신호가 필터링 수단 (54) 에 의해 필터링된다.
손의 접근이 없을 시에, 촉감 제어기는 주파수 (FMIN) 에서 패드의 이미지에 영구적으로 영향을 미치고 평균을 하락시켜 그로부터 임피던스들의 정지 테이블을 추론한다. 이러한 이미지는 임피던스들의 순시 값들의 테이블로부터 감해져, 차이들의 테이블을 형성하며, 차이들의 테이블에 기초하여 각각의 교차부 지점이 그 상태에 있다고 하는 것이 가능하다. 이러한 기법은 "Process for operating a capacitive tactile keyboard" 라는 명칭의 특허 제 EP 0 567 364 호에서 부분적으로 설명된다.
2 개의 상이한 측정 주파수들의 이용은 상당한 이점을 갖는다. 정렬되지 않은 다수의 가압들의 경우에, 주파수 (FMIN) 에서 그리고 그 다음에 주파수 (FMAX) 에서 4 중의 지점들이 측정된다. 주파수 변화에 뒤이은 신호 변화는 고스트 가압들의 거부를 결정하는데 이용되고, 4 중의 지점들은 다양한 가압들의 좌표를 제공하는 것을 가능하게 한다.
가압들의 포지션에 대한 더 많은 세부사항들을 입수하기 위해, 가압들의 위치결정은:
가압들의 전압 변화들에 대응하는 작동 주파수에 대한 수신 전압들의 "트로프들", 및 판별 주파수에 대한 수신 전압들의 "트로프들" 을 정확히 나타내는 것을 가능하게 하는 제 1 분석 수단;
전압 "트로프들" 의 중심들을 계산하는 것을 가능하게 하는 제 2 분석 수단;
중심들에 대한 지식에 기초하여, 다양한 가압들에 대응하는 행들 및 열들을 결정하는 것을 가능하게 하는 제 3 분석 수단에 의해 수행된다.
예로서, 중심의 결정은 다음의 방식으로 수행된다. 수신 전압들 (VOUT) 의 최소치들 또는 "트로프들" 이 결정된다. 최소치는 특정 행 또는 열에 대응한다. 이 단락 이후부터, 간단함을 위해, 선택적으로, 행들의 수신 전압들의 최소치들만이 관심대상이다. 물론, 방법은 열들에 대해서도 유효하다. 최소치에 대응하는 행 (LMIN) 주위에서, 이러한 행 (LMIN) 의 어느 일측에 위치된 결정된 개수의 행들에 대해, 상기 행들의 중심이 계산되며, 각각의 행에는 상기 행의 출력 전압의 값과 같은 계수가 할당된다. 이러한 중심은 가압 지점의 포지션에 대응한다. 물론, 예를 들어, 전압 최소치 주변의 전압 기울기들을 결정함으로써 기법을 개량하는 것이 가능하다.
중심 기법은 가압들의 포지션에서의 정확도를 개선시키는 것을 가능하게 한다. 2 개의 상이한 주파수들에서의 측정과 결합되는 경우 다른 이점을 갖는다. 사실, 도 6 에 도시된 바와 같이, 2 개의 동시적 가압들의 경우에서, 제 1 행과 제 1 열의 제 1 교차부에 위치된 제 1 가압 및 제 2 행과 제 2 열의 제 2 교차부에 위치된 제 2 가압의 경우, 및 2 개의 가까운 행들이나 2 개의 가까운 열들에 대응하는 전압에서의 2 개의 변화들이 하나의 단일 전압 트로프를 포함하는 방식으로 제 1 행이 제 2 행의 이웃에 있는 경우나 제 1 열이 제 2 열의 이웃에 있는 경우, 호출된 행들 및 열들을 정확하게 결정하는 것이 가능하다. 사실, 도 6 에서 보이는 바와 같이, 작동 주파수에서, 예를 들어, 2 개의 이웃 행들 (LI 및 LI +1) 상에 위치되는 2 개의 가압들에 대응하는 수신 전압은 호출된 행들을 간단히 결정하는 것을 가능하게 하지 않는 단일 전압 트로트를 제공할 것이다. 2 개의 가압들의 중심을 결정하는 것만이 가능하다. 한편, 판별 주파수에서, 2 개의 가압들 중 하나의 가압에 대응하는 전압 트로프가 감쇠된다. 이제, 제 1 행, 예를 들어, 2 개의 가압들 중 하나의 가압에 대응하는 LI 를 분명하게 결정하는 것을 가능하게 하는 단일 전압 트로프만이 남아 있다. 그 다음에는, 이러한 제 1 가압의 중심 포지션 및 이와 함께 2 개의 가압들의 중심 포지션을 알면, 제 2 가압에 대응하는 제 2 행 (LI +1) 을 결정하는 것이 쉬워진다.
보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 촉감 디바이스에서 구현된 전자 수단은 간단하고, 효과적으로 해결할 수 있게 하는데, 다시 말해, 고스트 감압들의 검출, 가까운 감압들의 검출, 동기식 검출로 인한 외부 전자기 방해들에 대한 둔감성, 및 고조파들 없이 순수 정현파 신호들의 이용을 통한 전자 환경의 방해의 부재라는 투영 정전용량 검출의 주요 문제점들을 효과적으로 해결하는 것을 가능하게 한다.

Claims (5)

  1. 복수의 전도 행들 (11) 및 전도 열들 (12) 을 포함하는 매트릭스 터치패드 (10) 를 포함하는 투영 정전용량 검출을 이용하는 터치스크린 디바이스 (1) 로서, 상기 터치패드는 각각의 전도 행에 대해서 및 각각의 열에 대해서 방출 전압들 (VIN) 을 발생시키는 전자 제어 수단 (20), 및 각각의 전도 행으로부터 그리고 각각의 열로부터 발생하는 수신 전압들 (VOUT) 을 수신 및 분석하는 전자 수단 (50) 에 연결되고,
    상기 전자 제어 수단은, 각각의 전도 행에 대해서 및 각각의 열에 대해서, 작동 주파수라고 일컬어지는 제 1 주파수 (FMIN) 에서 방출되는 제 1 주기적 방출 전압, 및 상기 제 1 주파수와 상이한, 판별 주파수라고 일컬어지는 제 2 주파수 (FMAX) 에서 방출되는 제 2 주기적 방출 전압을 발생시키며,
    임의의 가압이 없을 시에, 상기 작동 주파수에서의 상기 제 1 주기적 방출 전압은 상기 수신 전압들이 최소의 변화들을 갖는 것을 야기하고, 상기 판별 주파수에서의 상기 제 2 주기적 방출 전압은 상기 행들 및 열들에 따라 상기 수신 전압들이 구별할 수 있는 변화들을 갖는 것을 야기하며;
    상기 수신 및 분석하는 전자 수단 (50) 은, 각각의 행에 대해서 및 각각의 열에 대해서, 상기 작동 주파수에서의 제 1 수신 전압의 값, 및 상기 판별 주파수에서의 제 2 수신 전압의 값을 결정하고; 상기 제 1 수신 전압 및 상기 제 2 수신 전압의 값들이 상기 수신 및 분석하는 전자 수단 (50) 에 의해 상기 터치패드 상의 2 개의 동시적 가압들을 나타내는 것으로 결정되면, 이들 2 개의 가압들의 위치결정이 수행되며,
    2 개의 동시적 가압들인, 제 1 행과 제 1 열의 제 1 교차부에 위치된 제 1 가압, 및 제 2 행과 제 2 열의 제 2 교차부에 위치된 제 2 가압의 경우에, 상기 2 개의 가압들의 위치결정은,
    상기 2 개의 가압들의 전압 변화들에 대응하는 상기 제 1 주파수에 대한 상기 수신 전압들의 "트로프 (trough) 들", 및 상기 제 2 주파수에 대한 상기 수신 전압들의 "트로프들" 을 정확히 나타내는 것을 가능하게 하는 제 1 분석 수단;
    상기 전압 "트로프들" 의 중심들을 계산하는 것을 가능하게 하는 제 2 분석 수단;
    상기 중심들에 대한 지식에 기초하여, 상기 제 1 가압에 대응하는 상기 제 1 행과 상기 제 1 열, 및 상기 제 2 가압에 대응하는 상기 제 2 행과 상기 제 2 열을 결정하는 것을 가능하게 하는 제 3 분석 수단에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2 개의 가까운 행들 또는 2 개의 가까운 열들에 대응하는 전압에서의 2 개의 변화들이 하나의 단일 트로프를 형성하는 식으로, 상기 제 1 행이 상기 제 2 행의 이웃에 있는 경우 또는 상기 제 1 열이 상기 제 2 열의 이웃에 있는 경우, 상기 2 개의 가압들의 위치결정은,
    2 개의 이웃 행들 또는 2 개의 이웃 열들 상의 상기 2 개의 가압들에 대한 상기 전압 변화들에 대응하는, 상기 제 1 주파수에 대한 상기 수신 전압들의 "트로프들", 및 상기 제 2 주파수에 대한 상기 수신 전압들의 "트로프들" 을 정확히 나타내는 것을 가능하게 하는 상기 제 1 분석 수단;
    2 개의 전압 "트로프들" 의 중심들을 계산하는 것을 가능하게 하는 상기 제 2 분석 수단;
    상기 2 개의 중심들에 대한 지식에 기초하여, 상기 제 1 가압 또는 상기 제 2 가압에 대응하는 제 1 이웃 행과 제 2 이웃 행, 또는 제 1 이웃 열과 제 2 이웃 열을 결정하는 것을 가능하게 하는 상기 제 3 분석 수단에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수신 전압들을 수신 및 분석하는 전자 수단은 2 개의 동기식 복조기들 (53) 인, 상기 작동 주파수에서 작동하는 제 1 복조기, 상기 판별 주파수에서 작동하는 제 2 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수신 및 분석하는 전자 수단은,
    - 임의의 가압이 없을 시에 각각의 행 및 각각의 열의 상기 작동 주파수에서의 상기 수신 전압들의 저장된 값들에 대한 테이블;
    - 각각의 행에 대해서 및 각각의 열에 대해서, 측정된 차이들이 관련된 행 또는 열 상의 가압을 나타내는지 여부를 결정하도록 상기 수신 전압들의 측정된 값들과 상기 수신 전압들의 저장된 값들 사이의 차이들을 설정하는 비교 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 디바이스.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 주파수는 100 kHz 와 500 kHz 사이에 있고, 상기 판별 주파수는 500 kHz 와 5 MHz 사이에 있는 것을 특징으로 하는 터치스크린 디바이스.
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