KR101648632B1 - 멀티 터치 장치 및 그 장치의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
수동 소자를 이용하여 터치 입력을 검출하는 멀티 터치 장치가 개시된다. 그 장치는, 복수의 구동 전극과, 복수의 검출 전극과, 상기 복수의 구동 전극과 상기 복수의 검출 전극의 교차점에 위치하는 복수의 임피던스와, 상기 복수의 구동 전극 및 상기 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하고, 상기 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 구동 전극 및 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력하고, 상기 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 제어부를 포함한다.
Description
본 명세서에 기재된 다양한 실시예들은 멀티 터치 장치 및 그 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 다양한 디바이스에 인터페이스 장치로 직관적인 환경을 제공하는 멀티 터치 장치가 이용되고 있다. 일반적으로 멀티 터치 장치는 구동 전극과 검출 전극을 교차로 배치한 터치 패널로 구현된다.
멀티 터치 장치에는 터치 입력을 인식하기 위해 이용되는 임피던스의 종류에 따라 정전용량 방식과 저항 방식이 있다. 정전용량 방식은 터치 입력에 의한 커패시터에 축적된 정전 용량의 변화에 기초하여 터치 입력을 인식한다. 저항 방식은 터치 입력에 따른 압력에 의해 변화되는 저항 값에 기초하여 터치 입력을 인식한다.
예를 들어, 공개특허 제10-2014-0037847호는 압력 감지형 멀티 터치 장치를 개시한다. 상기 공개특허의 멀티 터치 장치는 압력 감지 셀들의 행렬을 통해 터치 입력에 따른 압력을 감지한다.
상기 공개특허나 현재 보급된 멀티 터치 장치는 주문형 제작 공정을 통한 싱글 칩 컨트롤러를 이용하거나 일반적인 컨트롤러와 함께 상당수의 능동 소자를 이용한다. 주문형 컨트롤러나 능동 소자는 멀티 터치 장치의 제작 비용을 증가시키는 주요 원인 중 하나이다.
따라서, 일반적인 컨트롤러와 수동 소자를 이용함으로써 제작 비용을 감소시키고, 터치 입력을 정확하게 인식할 수 있는 멀티 터치 장치가 요구된다.
멀티 터치 장치에는 터치 입력을 인식하기 위해 이용되는 임피던스의 종류에 따라 정전용량 방식과 저항 방식이 있다. 정전용량 방식은 터치 입력에 의한 커패시터에 축적된 정전 용량의 변화에 기초하여 터치 입력을 인식한다. 저항 방식은 터치 입력에 따른 압력에 의해 변화되는 저항 값에 기초하여 터치 입력을 인식한다.
예를 들어, 공개특허 제10-2014-0037847호는 압력 감지형 멀티 터치 장치를 개시한다. 상기 공개특허의 멀티 터치 장치는 압력 감지 셀들의 행렬을 통해 터치 입력에 따른 압력을 감지한다.
상기 공개특허나 현재 보급된 멀티 터치 장치는 주문형 제작 공정을 통한 싱글 칩 컨트롤러를 이용하거나 일반적인 컨트롤러와 함께 상당수의 능동 소자를 이용한다. 주문형 컨트롤러나 능동 소자는 멀티 터치 장치의 제작 비용을 증가시키는 주요 원인 중 하나이다.
따라서, 일반적인 컨트롤러와 수동 소자를 이용함으로써 제작 비용을 감소시키고, 터치 입력을 정확하게 인식할 수 있는 멀티 터치 장치가 요구된다.
본 명세서에 기재된 다양한 실시예는 일반적인 컨트롤러와 수동 소자를 이용하여 터치 입력을 정확하게 인식할 수 있는 멀티 터치 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
일측에 따르면, 멀티 터치 장치는, 복수의 구동 전극; 복수의 검출 전극; 상기 복수의 구동 전극과 상기 복수의 검출 전극의 교차점에 위치하는 복수의 임피던스; 및 상기 복수의 구동 전극 및 상기 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하고, 상기 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 구동 전극 및 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력하고, 상기 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 제어부를 포함한다.
일측에 따르면, 멀티 터치 패널을 위한 제어 장치는, 멀티 터치 패널의 N 개의 구동 전극과 연결된 N 개의 출력 포트; 상기 멀티 터치 패널의 M 개의 검출 전극과 연결된 M 개의 범용 포트; 상기 N 개의 출력 포트에서 제1 출력 포트를 선택하고, 상기 M 개의 범용 포트에서 제1 범용 포트를 선택하고, 상기 제1 출력 포트에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 출력 포트 및 적어도 하나의 나머지 범용 포트에 제2 전압을 출력하고, 상기 제1 범용 포트로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 출력 포트와 연결된 상기 N 개의 구동 전극 중 제1 구동 전극 및 상기 제1 범용 포트와 연결된 상기 M 개의 검출 전극 중 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 처리부를 포함한다.
일측에 따르면, 멀티 터치 장치의 동작 방법은, 복수의 구동 전극 및 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하는 단계; 상기 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력하는 단계; 적어도 하나의 나머지 구동 전극에 제2 전압을 출력하는 단계; 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력 하는 단계; 및 상기 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 단계를 포함한다.
일측에 따르면, 멀티 터치 패널을 위한 제어 장치는, 멀티 터치 패널의 N 개의 구동 전극과 연결된 N 개의 출력 포트; 상기 멀티 터치 패널의 M 개의 검출 전극과 연결된 M 개의 범용 포트; 상기 N 개의 출력 포트에서 제1 출력 포트를 선택하고, 상기 M 개의 범용 포트에서 제1 범용 포트를 선택하고, 상기 제1 출력 포트에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 출력 포트 및 적어도 하나의 나머지 범용 포트에 제2 전압을 출력하고, 상기 제1 범용 포트로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 출력 포트와 연결된 상기 N 개의 구동 전극 중 제1 구동 전극 및 상기 제1 범용 포트와 연결된 상기 M 개의 검출 전극 중 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 처리부를 포함한다.
일측에 따르면, 멀티 터치 장치의 동작 방법은, 복수의 구동 전극 및 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하는 단계; 상기 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력하는 단계; 적어도 하나의 나머지 구동 전극에 제2 전압을 출력하는 단계; 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력 하는 단계; 및 상기 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 멀티 터치 장치의 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 다양한 터치 입력 형태에 대해 고스트 터치(ghost touch)가 제거될 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 멀티 터치 장치는 터치 입력의 발생 여부 및 터치의 강도를 정확하게 인식할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 멀티 터치 장치는 간단한 수식을 통해 연산량을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 멀티 터치 장치는 터치 입력을 빠르고 정밀하게 감지할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 다양한 터치 입력 형태에 대해 고스트 터치(ghost touch)가 제거될 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 멀티 터치 장치는 터치 입력의 발생 여부 및 터치의 강도를 정확하게 인식할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 멀티 터치 장치는 간단한 수식을 통해 연산량을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 멀티 터치 장치는 터치 입력을 빠르고 정밀하게 감지할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 터치 패널의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 간섭 제거 동작을 설명하기 위한 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 간섭이 제거된 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 2는 일실시예에 따른 터치 패널의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 간섭 제거 동작을 설명하기 위한 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 간섭이 제거된 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 멀티 터치 장치는 터치 패널(100), 측정용 임피던스(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
터치 패널(100)은 사용자로부터 터치 입력을 수신한다. 터치 패널(100)은 격자 구조를 갖는 구동 전극과 검출 전극을 포함한다. 사용자의 터치 패널(100)에 대한 터치 입력에 따라, 구동 전극과 검출 전극의 교차점에 임피던스의 변화가 발생한다. 제어부(300)는 교차점에 발생하는 임피던스 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 검출한다. 터치 패널(100)의 구조는 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
측정용 임피던스(200)는 제어부(300)가 교차점에 발생하는 임피던스 변화를 측정하는데 이용된다. 측정용 임피던스(200)는 수동 소자만으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정용 임피던스(200)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 능동 소자로 구성된 일반적인 멀티 터치 장치에 비해 낮은 제작 비용으로 생산될 수 있다.
제어부(300)는 교차점에 발생하는 임피던스 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 검출한다. 제어부(300)는 통상의 마이크로 컨트롤러(MCU: Micro Control Unit)일 수 있다. 제어부(300)는 검출 전극의 검출 전압에 기초하여 교차점의 임피던스 변화를 감지할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 간섭 제거 알고리즘에 기초하여 교차점의 정확한 임피던스 값을 측정할 수 있다. 교차점의 임피던스 값은 터치 강도를 측정하는데 이용될 수 있다.
멀티 터치 장치는 측정하는 임피던스의 종류에 따라 정전용량 방식과 저항방식으로 구성될 수 있다.
정전용량 방식은 구동 전극을 통해 전파되는 미세한 전류를 검출 전극을 통해 인식하는 방식이다. 정전용량 방식에서, 사용자가 손가락과 같은 도체를 이용해 터치 패널(100)을 터치 하면, 구동 전극에서 발산되는 미세 전류가 방해를 받는다. 제어부(300)는 검출 전극을 통해 검출된 정전용량의 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 측정할 수 있다.
저항 방식은 구동 전극과 검출 전극 사이에 압력에 따라 저항이 변하는 소재를 이용하는 방식이다. 사용자가 임의의 물체를 이용해 터치를 하여 터치 패널(100)을 터치 하면, 압력의 변화에 따라 구동전극과 검출전극 사이의 저항이 변화된다. 제어부(300)는 검출 전극을 통해 검출된 저항의 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 측정할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 터치 패널의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 구동 전극(110), 검출 전극(120), 임피던스(130) 및 교차점(140)이 도시되어 있다.
구동 전극(110)은 구동 전압을 임피던스(130) 및 검출 전극(120)으로 전달한다. 구동 전극(110)은 MCU의 출력 포트에 연결될 수 있다.
검출 전극(120)은 임피던스(130)의 임피던스 값의 변화에 대한 검출 전압을 MCU로 전달한다. 검출 전극(120)은 MCU의 범용 포트에 연결될 수 있다.
구동 전극(110)과 검출 전극(120)은 격자 구조를 갖는다. 도 2에서 구동 전극(110)은 세로로 배열되고 검출 전극(120)은 가로로 배열되어 있으나, 구동 전극(110)이 가로로 배열되고 검출 전극(120)이 세로로 배열될 수 있다. 또한, 구동 전극(110)과 검출 전극(120)은 서로 교차되는 다양한 형태의 구조를 가질 수 있다.
구동 전극(110)과 검출 전극(120)의 교차점(140)에는 임피던스(130)가 위치한다. 임피던스(130)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 구체적으로, 임피던스(130)는 저항 방식에서 저항으로 구성될 수 있고, 정전용량 방식에서 커패시터로 구성될 수 있다. 임피던스(130)의 임피던스 값의 변화에 따라 교차점(140)의 터치 입력이 검출된다.
도 3은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 멀티 터치 장치는 터치 패널(100), 측정용 임피던스(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
터치 패널(100)은 구동 전극(110), 검출 전극(120) 및 임피던스(130)를 포함한다.
구동 전극(110)은 제어부(300)의 출력 포트(310)에 연결될 수 있다. 구동 전극(110)은 구동 전압을 출력 포트(310)로부터 임피던스(130) 및 검출 전극(120)으로 전달한다. 구동 전극(110)은 복수 개 있을 수 있다. 설명의 편의를 위해, 구동 전극(110)은 N 개가 있고, 구동 전극(110) 각각을 D1 내지 DN으로 정의한다. 즉, N 개의 구동 전극(110)은 Dn(1≤n≤N, N은 자연수)으로 정의된다. D1 내지 DN은 각각 출력 포트(310) TX1 내지 TXN에 연결될 수 있다.
검출 전극(120)은 제어부(300)의 범용 포트(320)에 연결될 수 있다. 검출 전극(120)은 임피던스(130)의 임피던스 값의 변화에 대한 검출 전압을 범용 포트(320)를 통해 제어부(300)로 전달한다. 검출 전극(120)은 복수 개 있을 수 있다. 설명의 편의를 위해, 검출 전극(120)은 M 개가 있고, 검출 전극(120) 각각을 S1 내지 SM으로 정의한다. 즉, M 개의 검출 전극(120)은 Sm(1≤m≤M, M은 자연수)으로 정의된다. S1 내지 SM은 각각 범용 포트(320) RX1 내지 RXN에 연결될 수 있다.
임피던스(130)는 구동 전극(110)과 검출 전극(120)의 교차점(140)에 위치한다. 임피던스(130)는 임피던스 값은 사용자의 터치 입력에 따라 변화한다. 제어부(300)는 복수의 교차점에서 임피던스 값을 측정함으로써 복수의 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다.
임피던스(130)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 구체적으로, 임피던스(130)는 저항 방식에서 저항으로 구성되고, 정전용량 방식에서 커패시터로 구성될 수 있다. 설명의 편의를 위해, Dn과 Sm의 교차점에 위치하는 임피던스를 Znm으로 정의한다.
측정용 임피던스(200)는 검출 전극(120)과 범용 포트(320) 간에 위치할 수 있다. 제어부(300)는 측정용 임피던스(200)를 이용하여 교차점에 발생하는 임피던스 변화를 측정할 수 있다.
측정용 임피던스(200)는 수동 소자만으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정용 임피던스(200)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 능동 소자로 구성된 일반적인 멀티 터치 장치에 비해 낮은 제작 비용으로 생산될 수 있다.
제어부(300)는 교차점에 대한 사용자의 터치 입력을 검출할 수 있다. 제어부(300)는 Dn 및 Sm을 선택하고, Dn에 제1 전압을 출력하고, D1 내지 DN에서 Dn을 제외한 나머지 구동 전극들 및 S1 내지 SM에서 Sm을 제외한 나머지 검출 전극들에 제2 전압을 출력하고, Sm으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 Dn과 Sm의 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다. 이 때, 제어부(300)는 검출 전압을 검출하기 위해 RXm을 아날로그 디지털 변환(ADC: Analog to Digital Conversion) 모드로 전환한 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)는 복수의 구동 전극 및 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하고, 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 구동 전극 및 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력하고, 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 제1 구동 전극과 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다.
Dn을 제외한 나머지 구동 전극들 및 Sm을 제외한 나머지 검출 전극들에 출력된 제2 전압을 통해 터치 검출의 정확성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제2 전압의 출력으로 인해, 사용자의 터치 입력을 정확히 감지할 수 있으며, 고스트 터치(ghost touch)가 발생하지 않게 된다.
여기서, 제1 전압은 디지털 고(digital high) 전압이고, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다. 또는, 제1 전압은 디지털 펄스(digital pulse) 전압이고, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다.
디지털 펄스 전압은 임피던스(130)가 커패시터로 구성된 경우에 적용될 수 있다. 디지털 펄스 전압은 양 펄스 주기에서 커패시터에 충전된 잔여 전력이 음 펄스 주기에서 미리 정해진 레벨보다 낮아질 수 있는 펄스 주기를 가질 수 있다. 이 경우, 커패시터의 잔여 전력이 제거되므로, 터치 감지의 정확도가 향상될 수 있다. 제1 전압이 디지털 펄스 전압인 경우, 제어부(300)는 미리 정해진 시간 동안 수신한 검출 전력에서 최대 값을 측정하여 터치 입력을 검출할 수 있다.
제어부(300)는 터치 이벤트의 발생 여부뿐만 아니라 터치 입력의 강도를 결정할 수 있다. 제어부(300)는 간섭 제거를 통해 교차점의 임피던스 값을 계산할 수 있다. 제어부(300)는 계산된 교차점의 임피던스 값에 기초하여 터치 입력의 강도를 결정할 수 있다. 구체적인 간섭 제거 동작은 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 일실시예에 따른 간섭 제거 동작을 설명하기 위한 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 회로를 Z11의 관점으로 도시한 등가 회로가 도시되어 있다. Z11은 D1을 통해 TX1에 연결되고, S1을 통해 RX1에 연결된다. D1의 전압은 구동 전압인 VDD이고, S1의 전압은 검출 전압인 V11이다.
Z11의 임피던스를 검출하기 위해, D1으로 VDD를 출력하고, S1에서 V11을 검출하는 경우, Z11은 간섭 임피던스(131) Z12 내지 Z1M 및 Z21 내지 ZN1의 영향을 받는다. 간섭 임피던스(131)는 Z12 내지 Z1M으로 구성된 구동 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(132)와 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(133)를 포함한다. 따라서, Z11의 정확한 임피던스를 측정하기 위해서는 간섭 임피던스(131)의 영향을 고려해야 한다.
도 4의 등가 회로에서, RX1에 대해 키르히호프의 법칙을 적용하면 [수학식 1]을 얻을 수 있다.
[수학식 1]
[수학식 1]에서 VDD는 구동 전압을, V11은 검출 전압을, Zref는 측정용 임피던스(200)를 의미한다. 또한, Zij(i=1, 2, ... , N, j=1, 2, ... , M)는 앞서 정의한 것과 같이 i 번째 구동 전극과 j 번째 구동 전극의 교차점에 위치하는 임피던스이다. 여기서, N은 구동 전극의 수, M은 검출 전극의 수이다. 이하 동일한 파라미터는 동일한 의미를 갖는다.
유사하게, Z22에 대한 등가 회로에서 RX2에 대해 키르히호프의 법칙을 적용하면 [수학식 2]를 얻을 수 있다.
[수학식 2]
Z11 내지 ZN1에 대해 [수학식 1] 내지 [수학식 2]를 얻은 과정을 반복하면 [수학식 3]의 행렬을 얻을 수 있고, [수학식 3]은 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
제어부(300)는 [수학식 4]를 이용하여 교차점의 임피던스 값 Zij를 계산할 수 있다. [수학식 4]는 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다. 제어부(300)는 [수학식 4]의 행렬 연산 과정을 단순화하기 위해 [수학식 5]를 이용할 수 있다. [수학식 5]를 이용하는 경우, 역행렬을 계산하지 않아도 되기 때문에, 제어부(300)의 연산량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 터치 입력을 빠르고 정밀하게 감지할 수 있다.
[수학식 5]
[수학식 5]를 Zij에 대해 일반화하면 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
[수학식 6]을 참조하면, 구동 전압 Vdd과 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(133)의 합의 차를 이용하여, 간섭 임피던스(131)의 영향을 제거할 수 있음을 알 수 있다.
제어부(300)는 검출 전압의 아날로그 값을 그대로 이용하지 않고, 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)를 통해 변환된 디지털 값을 이용할 수 있다. ADC의 출력 값은 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
[수학식 7]에서 Amax는 ADC의 최대 출력 값을, Aij는 ADC에 따른 Vij에 대응하는 디지털 값을 의미한다. [수학식 7]을 [수학식 6]에 대입하고, 정리하면 [수학식 8]을 얻을 수 있다.
[수학식 8]
[수학식 8]을 참조하면, 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(133)의 전압에 대응하는 아날로그 디지털 변환 값의 합과 아날로그 디지털 변환기의 최대 출력 값의 차를 이용하여, 간섭 임피던스(131)의 영향을 제거할 수 있음을 알 수 있다. 제어부(300)는 [수학식 8]을 이용하여, 검출 전압의 디지털 값 Aij로부터 교차점 임피던스 Zij를 계산할 수 있다.
[수학식 9]는 범용 포트(320)의 검출 전압에 대응하는 디지털 값에 기초하여 나타낸 수학식이다.
[수학식 9]
[수학식 9]에서 Aij는 검출 전압에 대응하는 디지털 값이다. 제어부(300)는 [수학식 9]로부터 Aij에서 간섭 임피던스(131)의 영향이 제거된 Aij’을 얻을 수 있다. 제어부(300)는 [수학식 9]를 이용하여, 검출 전압의 디지털 값 Aij로부터 교차점 임피던스 Zij를 계산할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 간섭이 제거된 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 구동 전압 VDD, 검출 전압 V11, 교차점 임피던스 Z11 및 측정용 임피던스(200)가 도시되어 있다. [수학식 6], [수학식 8] 또는 [수학식 9]를 이용하여, 간섭 임피던스(131)에 의한 영향을 제거할 경우, 도 5에 도시된 등가 회로에서 Z11의 임피던스 값을 검출하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 제어부(300)는 검출 전압 V11을 측정함으로써 Z11의 정확한 임피던스 값을 알 수 있다. 제어부(300)는 Z11의 임피던스 값을 이용하여 터치 입력의 강도를 정확히 검출할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 6을 참조하면, 단계(400)에서, 멀티 터치 장치는 검출 전극을 선택하기 위한 값인 j를 1로 설정한다. j는 1 이상이고 N 이하인 자연수이다. 여기서, N은 검출 전극의 총 수를 의미하며, 자연수이다.
단계(401)에서, 멀티 터치 장치는 구동 전극을 선택하기 위한 값인 i를 1로 설정한다. i는 1 이상이고 M 이하인 자연수이다. 여기서 M은 구동 전극의 총 수를 의미하며, 자연수이다.
단계(401)에서, 멀티 터치 장치는 N 개의 구동 전극 및 M 개의 검출 전극에서 i번째 구동 전극 및 j번째 검출 전극을 선택한다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 복수의 구동 전극 및 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택할 수 있다.
단계(403)에서, 멀티 터치 장치는 i번째 구동 전극에 제1 전압을 출력한다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 제1 전압은 디지털 고(digital high) 전압 또는 디지털 펄스(digital pulse) 전압일 수 있다.
디지털 펄스 전압은 임피던스가 커패시터로 구성된 경우에 적용될 수 있다. 디지털 펄스 전압은 양 펄스 주기에서 커패시터에 충전된 잔여 전력이 음 펄스 주기에서 미리 정해진 레벨보다 낮아질 수 있는 펄스 주기를 가질 수 있다. 이 경우, 커패시터의 잔여 전력이 제거되므로, 터치 감지의 정확도가 향상될 수 있다. 제1 전압이 디지털 펄스 전압인 경우, 제어부는 미리 정해진 시간 동안 수신한 검출 전력에서 최대 값을 측정하여 터치 입력을 검출할 수 있다.
단계(404)에서, 멀티 터치 장치는 N 개의 구동 전극에서 i번째 구동 전극을 제외한 나머지 구동 전극에 제2 전압을 출력한다. 다시 말해, 적어도 하나의 나머지 구동 전극에 제2 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다.
단계(405)에서, 멀티 터치 장치는 M 개의 검출 전극에서 j번째 검출 전극을 제외한 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력한다. 다시 말해, 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다.
단계(406)에서, 멀티 터치 장치는 j번째 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 i번째 구동 전극과 j번째 검출 전극의 교차점에 대한 터치 입력을 검출한다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 제1 구동 전극과 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다.
또한, 단계(406)에서, 멀티 터치 장치는 N 개의 검출 전극과 N 개의 검출 전극이 연결된 N 개의 범용 포트 간에 위치하는 N 개의 측정용 임피던스를 이용하여 터치 입력을 검출할 수 있다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 복수의 검출 전극과 복수의 검출 전극이 연결된 복수의 범용 포트 간에 위치하는 복수의 측정용 임피던스를 이용하여 상기 터치 입력을 검출할 수 있다.
또한, 단계(406)에서, 멀티 터치 장치는 j번째 검출 전극을 따라 발생하는 간섭 임피던스를 제거함으로써, i번째 구동 전극과 j번째 검출 전극의 교차점에 위치한 Zij의 임피던스 값을 측정할 수 있다.
다시 말해, 멀티 터치 장치는 상기 제1 검출 전극을 따라 발생하는 간섭 임피던스를 제거함으로써, 상기 제1 교차점에 위치한 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정할 수 있다. 이 때, 멀티 터치 장치는 제1 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스의 전압의 합과 제1 전압의 차를 이용하여, 간섭 임피던스를 제거할 수 있다.
멀티 터치 장치는 Zij의 임피던스 값을 측정하기 위해 [수학식 7] 내지 [수학식 9]과 관련하여 설명한 ADC 출력 값을 이용할 수 있다.
단계(407)에서, 멀티 터치 장치는 i와 M을 비교한다. 멀티 터치 장치는 i가 M보다 클 경우, 단계(409)를 수행하고, i가 M보다 크지 않을 경우, 단계(408)을 수행한다.
단계(408)에서, 멀티 터치 장치는 i를 1 증가시키고, 다시 단계(402)를 수행한다.
단계(409)에서, 멀티 터치 장치는 멀티 터치 장치는 j와 N을 비교한다. 멀티 터치 장치는 j가 N보다 클 경우, 다시 단계(400)을 수행하고, j가 N보다 크지 않을 경우, 단계(410)을 수행한다.
단계(410)에서, 멀티 터치 장치는 j를 1 증가시키고, 다시 단계(401)을 수행한다.
단계(400) 내지 단계(410)은 멀티 터치 장치가 터치 입력을 검출하는 동안 계속적으로 반복될 수 있다. 또한, 단계(400), 단계(401), 단계(407) 내지 단계(410)은 멀티 터치 장치가 터치 패널의 모든 교차점에 대한 터치 입력을 반복적으로 검출하기 위한 기법이므로, 이와 동일 또는 유사한 효과를 갖는 다양한 기법으로 대체될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 단계(400) 내지 단계(410)을 통해 일반적인 컨트롤러 및 수동 소자를 이용하여 터치 입력을 감지하고 터치 입력의 강도를 정확히 검출할 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 주문형 컨트롤러나 능동 소자를 사용하지 않으므로 일반적인 멀티 터치 장치에 비해 저렴한 비용으로 제작될 수 있으며, 고스트 터치가 없이 정확하게 터치를 인식할 수 있고, 터치 입력을 정확하게 검출할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 멀티 터치 장치는 터치 패널(100), 측정용 임피던스(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
터치 패널(100)은 사용자로부터 터치 입력을 수신한다. 터치 패널(100)은 격자 구조를 갖는 구동 전극과 검출 전극을 포함한다. 사용자의 터치 패널(100)에 대한 터치 입력에 따라, 구동 전극과 검출 전극의 교차점에 임피던스의 변화가 발생한다. 제어부(300)는 교차점에 발생하는 임피던스 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 검출한다. 터치 패널(100)의 구조는 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
측정용 임피던스(200)는 제어부(300)가 교차점에 발생하는 임피던스 변화를 측정하는데 이용된다. 측정용 임피던스(200)는 수동 소자만으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정용 임피던스(200)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 능동 소자로 구성된 일반적인 멀티 터치 장치에 비해 낮은 제작 비용으로 생산될 수 있다.
제어부(300)는 교차점에 발생하는 임피던스 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 검출한다. 제어부(300)는 통상의 마이크로 컨트롤러(MCU: Micro Control Unit)일 수 있다. 제어부(300)는 검출 전극의 검출 전압에 기초하여 교차점의 임피던스 변화를 감지할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 간섭 제거 알고리즘에 기초하여 교차점의 정확한 임피던스 값을 측정할 수 있다. 교차점의 임피던스 값은 터치 강도를 측정하는데 이용될 수 있다.
멀티 터치 장치는 측정하는 임피던스의 종류에 따라 정전용량 방식과 저항방식으로 구성될 수 있다.
정전용량 방식은 구동 전극을 통해 전파되는 미세한 전류를 검출 전극을 통해 인식하는 방식이다. 정전용량 방식에서, 사용자가 손가락과 같은 도체를 이용해 터치 패널(100)을 터치 하면, 구동 전극에서 발산되는 미세 전류가 방해를 받는다. 제어부(300)는 검출 전극을 통해 검출된 정전용량의 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 측정할 수 있다.
저항 방식은 구동 전극과 검출 전극 사이에 압력에 따라 저항이 변하는 소재를 이용하는 방식이다. 사용자가 임의의 물체를 이용해 터치를 하여 터치 패널(100)을 터치 하면, 압력의 변화에 따라 구동전극과 검출전극 사이의 저항이 변화된다. 제어부(300)는 검출 전극을 통해 검출된 저항의 변화에 기초하여 사용자의 터치 입력을 측정할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 터치 패널의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 구동 전극(110), 검출 전극(120), 임피던스(130) 및 교차점(140)이 도시되어 있다.
구동 전극(110)은 구동 전압을 임피던스(130) 및 검출 전극(120)으로 전달한다. 구동 전극(110)은 MCU의 출력 포트에 연결될 수 있다.
검출 전극(120)은 임피던스(130)의 임피던스 값의 변화에 대한 검출 전압을 MCU로 전달한다. 검출 전극(120)은 MCU의 범용 포트에 연결될 수 있다.
구동 전극(110)과 검출 전극(120)은 격자 구조를 갖는다. 도 2에서 구동 전극(110)은 세로로 배열되고 검출 전극(120)은 가로로 배열되어 있으나, 구동 전극(110)이 가로로 배열되고 검출 전극(120)이 세로로 배열될 수 있다. 또한, 구동 전극(110)과 검출 전극(120)은 서로 교차되는 다양한 형태의 구조를 가질 수 있다.
구동 전극(110)과 검출 전극(120)의 교차점(140)에는 임피던스(130)가 위치한다. 임피던스(130)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 구체적으로, 임피던스(130)는 저항 방식에서 저항으로 구성될 수 있고, 정전용량 방식에서 커패시터로 구성될 수 있다. 임피던스(130)의 임피던스 값의 변화에 따라 교차점(140)의 터치 입력이 검출된다.
도 3은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 멀티 터치 장치는 터치 패널(100), 측정용 임피던스(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
터치 패널(100)은 구동 전극(110), 검출 전극(120) 및 임피던스(130)를 포함한다.
구동 전극(110)은 제어부(300)의 출력 포트(310)에 연결될 수 있다. 구동 전극(110)은 구동 전압을 출력 포트(310)로부터 임피던스(130) 및 검출 전극(120)으로 전달한다. 구동 전극(110)은 복수 개 있을 수 있다. 설명의 편의를 위해, 구동 전극(110)은 N 개가 있고, 구동 전극(110) 각각을 D1 내지 DN으로 정의한다. 즉, N 개의 구동 전극(110)은 Dn(1≤n≤N, N은 자연수)으로 정의된다. D1 내지 DN은 각각 출력 포트(310) TX1 내지 TXN에 연결될 수 있다.
검출 전극(120)은 제어부(300)의 범용 포트(320)에 연결될 수 있다. 검출 전극(120)은 임피던스(130)의 임피던스 값의 변화에 대한 검출 전압을 범용 포트(320)를 통해 제어부(300)로 전달한다. 검출 전극(120)은 복수 개 있을 수 있다. 설명의 편의를 위해, 검출 전극(120)은 M 개가 있고, 검출 전극(120) 각각을 S1 내지 SM으로 정의한다. 즉, M 개의 검출 전극(120)은 Sm(1≤m≤M, M은 자연수)으로 정의된다. S1 내지 SM은 각각 범용 포트(320) RX1 내지 RXN에 연결될 수 있다.
임피던스(130)는 구동 전극(110)과 검출 전극(120)의 교차점(140)에 위치한다. 임피던스(130)는 임피던스 값은 사용자의 터치 입력에 따라 변화한다. 제어부(300)는 복수의 교차점에서 임피던스 값을 측정함으로써 복수의 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다.
임피던스(130)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 구체적으로, 임피던스(130)는 저항 방식에서 저항으로 구성되고, 정전용량 방식에서 커패시터로 구성될 수 있다. 설명의 편의를 위해, Dn과 Sm의 교차점에 위치하는 임피던스를 Znm으로 정의한다.
측정용 임피던스(200)는 검출 전극(120)과 범용 포트(320) 간에 위치할 수 있다. 제어부(300)는 측정용 임피던스(200)를 이용하여 교차점에 발생하는 임피던스 변화를 측정할 수 있다.
측정용 임피던스(200)는 수동 소자만으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정용 임피던스(200)는 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 능동 소자로 구성된 일반적인 멀티 터치 장치에 비해 낮은 제작 비용으로 생산될 수 있다.
제어부(300)는 교차점에 대한 사용자의 터치 입력을 검출할 수 있다. 제어부(300)는 Dn 및 Sm을 선택하고, Dn에 제1 전압을 출력하고, D1 내지 DN에서 Dn을 제외한 나머지 구동 전극들 및 S1 내지 SM에서 Sm을 제외한 나머지 검출 전극들에 제2 전압을 출력하고, Sm으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 Dn과 Sm의 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다. 이 때, 제어부(300)는 검출 전압을 검출하기 위해 RXm을 아날로그 디지털 변환(ADC: Analog to Digital Conversion) 모드로 전환한 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)는 복수의 구동 전극 및 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하고, 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 구동 전극 및 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력하고, 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 제1 구동 전극과 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다.
Dn을 제외한 나머지 구동 전극들 및 Sm을 제외한 나머지 검출 전극들에 출력된 제2 전압을 통해 터치 검출의 정확성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제2 전압의 출력으로 인해, 사용자의 터치 입력을 정확히 감지할 수 있으며, 고스트 터치(ghost touch)가 발생하지 않게 된다.
여기서, 제1 전압은 디지털 고(digital high) 전압이고, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다. 또는, 제1 전압은 디지털 펄스(digital pulse) 전압이고, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다.
디지털 펄스 전압은 임피던스(130)가 커패시터로 구성된 경우에 적용될 수 있다. 디지털 펄스 전압은 양 펄스 주기에서 커패시터에 충전된 잔여 전력이 음 펄스 주기에서 미리 정해진 레벨보다 낮아질 수 있는 펄스 주기를 가질 수 있다. 이 경우, 커패시터의 잔여 전력이 제거되므로, 터치 감지의 정확도가 향상될 수 있다. 제1 전압이 디지털 펄스 전압인 경우, 제어부(300)는 미리 정해진 시간 동안 수신한 검출 전력에서 최대 값을 측정하여 터치 입력을 검출할 수 있다.
제어부(300)는 터치 이벤트의 발생 여부뿐만 아니라 터치 입력의 강도를 결정할 수 있다. 제어부(300)는 간섭 제거를 통해 교차점의 임피던스 값을 계산할 수 있다. 제어부(300)는 계산된 교차점의 임피던스 값에 기초하여 터치 입력의 강도를 결정할 수 있다. 구체적인 간섭 제거 동작은 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 일실시예에 따른 간섭 제거 동작을 설명하기 위한 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 회로를 Z11의 관점으로 도시한 등가 회로가 도시되어 있다. Z11은 D1을 통해 TX1에 연결되고, S1을 통해 RX1에 연결된다. D1의 전압은 구동 전압인 VDD이고, S1의 전압은 검출 전압인 V11이다.
Z11의 임피던스를 검출하기 위해, D1으로 VDD를 출력하고, S1에서 V11을 검출하는 경우, Z11은 간섭 임피던스(131) Z12 내지 Z1M 및 Z21 내지 ZN1의 영향을 받는다. 간섭 임피던스(131)는 Z12 내지 Z1M으로 구성된 구동 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(132)와 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(133)를 포함한다. 따라서, Z11의 정확한 임피던스를 측정하기 위해서는 간섭 임피던스(131)의 영향을 고려해야 한다.
도 4의 등가 회로에서, RX1에 대해 키르히호프의 법칙을 적용하면 [수학식 1]을 얻을 수 있다.
[수학식 1]
[수학식 1]에서 VDD는 구동 전압을, V11은 검출 전압을, Zref는 측정용 임피던스(200)를 의미한다. 또한, Zij(i=1, 2, ... , N, j=1, 2, ... , M)는 앞서 정의한 것과 같이 i 번째 구동 전극과 j 번째 구동 전극의 교차점에 위치하는 임피던스이다. 여기서, N은 구동 전극의 수, M은 검출 전극의 수이다. 이하 동일한 파라미터는 동일한 의미를 갖는다.
유사하게, Z22에 대한 등가 회로에서 RX2에 대해 키르히호프의 법칙을 적용하면 [수학식 2]를 얻을 수 있다.
[수학식 2]
Z11 내지 ZN1에 대해 [수학식 1] 내지 [수학식 2]를 얻은 과정을 반복하면 [수학식 3]의 행렬을 얻을 수 있고, [수학식 3]은 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
제어부(300)는 [수학식 4]를 이용하여 교차점의 임피던스 값 Zij를 계산할 수 있다. [수학식 4]는 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다. 제어부(300)는 [수학식 4]의 행렬 연산 과정을 단순화하기 위해 [수학식 5]를 이용할 수 있다. [수학식 5]를 이용하는 경우, 역행렬을 계산하지 않아도 되기 때문에, 제어부(300)의 연산량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 터치 입력을 빠르고 정밀하게 감지할 수 있다.
[수학식 5]
[수학식 5]를 Zij에 대해 일반화하면 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
[수학식 6]을 참조하면, 구동 전압 Vdd과 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(133)의 합의 차를 이용하여, 간섭 임피던스(131)의 영향을 제거할 수 있음을 알 수 있다.
제어부(300)는 검출 전압의 아날로그 값을 그대로 이용하지 않고, 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)를 통해 변환된 디지털 값을 이용할 수 있다. ADC의 출력 값은 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
[수학식 7]에서 Amax는 ADC의 최대 출력 값을, Aij는 ADC에 따른 Vij에 대응하는 디지털 값을 의미한다. [수학식 7]을 [수학식 6]에 대입하고, 정리하면 [수학식 8]을 얻을 수 있다.
[수학식 8]
[수학식 8]을 참조하면, 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스(133)의 전압에 대응하는 아날로그 디지털 변환 값의 합과 아날로그 디지털 변환기의 최대 출력 값의 차를 이용하여, 간섭 임피던스(131)의 영향을 제거할 수 있음을 알 수 있다. 제어부(300)는 [수학식 8]을 이용하여, 검출 전압의 디지털 값 Aij로부터 교차점 임피던스 Zij를 계산할 수 있다.
[수학식 9]는 범용 포트(320)의 검출 전압에 대응하는 디지털 값에 기초하여 나타낸 수학식이다.
[수학식 9]
[수학식 9]에서 Aij는 검출 전압에 대응하는 디지털 값이다. 제어부(300)는 [수학식 9]로부터 Aij에서 간섭 임피던스(131)의 영향이 제거된 Aij’을 얻을 수 있다. 제어부(300)는 [수학식 9]를 이용하여, 검출 전압의 디지털 값 Aij로부터 교차점 임피던스 Zij를 계산할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 간섭이 제거된 교차점 임피던스 관점의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 구동 전압 VDD, 검출 전압 V11, 교차점 임피던스 Z11 및 측정용 임피던스(200)가 도시되어 있다. [수학식 6], [수학식 8] 또는 [수학식 9]를 이용하여, 간섭 임피던스(131)에 의한 영향을 제거할 경우, 도 5에 도시된 등가 회로에서 Z11의 임피던스 값을 검출하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 제어부(300)는 검출 전압 V11을 측정함으로써 Z11의 정확한 임피던스 값을 알 수 있다. 제어부(300)는 Z11의 임피던스 값을 이용하여 터치 입력의 강도를 정확히 검출할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 멀티 터치 장치의 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 6을 참조하면, 단계(400)에서, 멀티 터치 장치는 검출 전극을 선택하기 위한 값인 j를 1로 설정한다. j는 1 이상이고 N 이하인 자연수이다. 여기서, N은 검출 전극의 총 수를 의미하며, 자연수이다.
단계(401)에서, 멀티 터치 장치는 구동 전극을 선택하기 위한 값인 i를 1로 설정한다. i는 1 이상이고 M 이하인 자연수이다. 여기서 M은 구동 전극의 총 수를 의미하며, 자연수이다.
단계(401)에서, 멀티 터치 장치는 N 개의 구동 전극 및 M 개의 검출 전극에서 i번째 구동 전극 및 j번째 검출 전극을 선택한다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 복수의 구동 전극 및 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택할 수 있다.
단계(403)에서, 멀티 터치 장치는 i번째 구동 전극에 제1 전압을 출력한다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 제1 전압은 디지털 고(digital high) 전압 또는 디지털 펄스(digital pulse) 전압일 수 있다.
디지털 펄스 전압은 임피던스가 커패시터로 구성된 경우에 적용될 수 있다. 디지털 펄스 전압은 양 펄스 주기에서 커패시터에 충전된 잔여 전력이 음 펄스 주기에서 미리 정해진 레벨보다 낮아질 수 있는 펄스 주기를 가질 수 있다. 이 경우, 커패시터의 잔여 전력이 제거되므로, 터치 감지의 정확도가 향상될 수 있다. 제1 전압이 디지털 펄스 전압인 경우, 제어부는 미리 정해진 시간 동안 수신한 검출 전력에서 최대 값을 측정하여 터치 입력을 검출할 수 있다.
단계(404)에서, 멀티 터치 장치는 N 개의 구동 전극에서 i번째 구동 전극을 제외한 나머지 구동 전극에 제2 전압을 출력한다. 다시 말해, 적어도 하나의 나머지 구동 전극에 제2 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다.
단계(405)에서, 멀티 터치 장치는 M 개의 검출 전극에서 j번째 검출 전극을 제외한 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력한다. 다시 말해, 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 제2 전압은 디지털 저(digital low) 전압일 수 있다.
단계(406)에서, 멀티 터치 장치는 j번째 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 i번째 구동 전극과 j번째 검출 전극의 교차점에 대한 터치 입력을 검출한다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 제1 구동 전극과 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출할 수 있다.
또한, 단계(406)에서, 멀티 터치 장치는 N 개의 검출 전극과 N 개의 검출 전극이 연결된 N 개의 범용 포트 간에 위치하는 N 개의 측정용 임피던스를 이용하여 터치 입력을 검출할 수 있다. 다시 말해, 멀티 터치 장치는 복수의 검출 전극과 복수의 검출 전극이 연결된 복수의 범용 포트 간에 위치하는 복수의 측정용 임피던스를 이용하여 상기 터치 입력을 검출할 수 있다.
또한, 단계(406)에서, 멀티 터치 장치는 j번째 검출 전극을 따라 발생하는 간섭 임피던스를 제거함으로써, i번째 구동 전극과 j번째 검출 전극의 교차점에 위치한 Zij의 임피던스 값을 측정할 수 있다.
다시 말해, 멀티 터치 장치는 상기 제1 검출 전극을 따라 발생하는 간섭 임피던스를 제거함으로써, 상기 제1 교차점에 위치한 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정할 수 있다. 이 때, 멀티 터치 장치는 제1 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스의 전압의 합과 제1 전압의 차를 이용하여, 간섭 임피던스를 제거할 수 있다.
멀티 터치 장치는 Zij의 임피던스 값을 측정하기 위해 [수학식 7] 내지 [수학식 9]과 관련하여 설명한 ADC 출력 값을 이용할 수 있다.
단계(407)에서, 멀티 터치 장치는 i와 M을 비교한다. 멀티 터치 장치는 i가 M보다 클 경우, 단계(409)를 수행하고, i가 M보다 크지 않을 경우, 단계(408)을 수행한다.
단계(408)에서, 멀티 터치 장치는 i를 1 증가시키고, 다시 단계(402)를 수행한다.
단계(409)에서, 멀티 터치 장치는 멀티 터치 장치는 j와 N을 비교한다. 멀티 터치 장치는 j가 N보다 클 경우, 다시 단계(400)을 수행하고, j가 N보다 크지 않을 경우, 단계(410)을 수행한다.
단계(410)에서, 멀티 터치 장치는 j를 1 증가시키고, 다시 단계(401)을 수행한다.
단계(400) 내지 단계(410)은 멀티 터치 장치가 터치 입력을 검출하는 동안 계속적으로 반복될 수 있다. 또한, 단계(400), 단계(401), 단계(407) 내지 단계(410)은 멀티 터치 장치가 터치 패널의 모든 교차점에 대한 터치 입력을 반복적으로 검출하기 위한 기법이므로, 이와 동일 또는 유사한 효과를 갖는 다양한 기법으로 대체될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 단계(400) 내지 단계(410)을 통해 일반적인 컨트롤러 및 수동 소자를 이용하여 터치 입력을 감지하고 터치 입력의 강도를 정확히 검출할 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 주문형 컨트롤러나 능동 소자를 사용하지 않으므로 일반적인 멀티 터치 장치에 비해 저렴한 비용으로 제작될 수 있으며, 고스트 터치가 없이 정확하게 터치를 인식할 수 있고, 터치 입력을 정확하게 검출할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (17)
- 복수의 구동 전극;
복수의 검출 전극;
상기 복수의 구동 전극과 상기 복수의 검출 전극의 교차점에 위치하는 복수의 임피던스; 및
상기 복수의 구동 전극 및 상기 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하고, 상기 제1 구동 전극에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 구동 전극 및 적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 전압을 출력하고, 상기 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 제어부
를 포함하는 멀티 터치 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 검출 전극과 복수의 범용 포트 간에 위치하는 복수의 측정용 임피던스
를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 측정용 임피던스를 이용하여 상기 터치 입력을 검출하는,
멀티 터치 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 검출 전극을 따라 발생하는 간섭 임피던스를 제거함으로써, 상기 복수의 임피던스 중 상기 제1 교차점에 위치한 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는,
멀티 터치 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스의 전압의 합과 상기 제1 전압의 차에 기초하여 상기 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는,
멀티 터치 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 임피던스 각각은 저항으로 구성되고,
상기 제어부는,
상기 각각의 저항의 저항 값의 변화에 기초하여 상기 터치 입력을 검출하는,
멀티 터치 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 임피던스 각각은 커패시터로 구성되고,
상기 제어부는,
상기 각각의 커패시터의 커패시턴스 값의 변화에 기초하여 상기 제1 교차점에 대한 상기 터치 입력을 검출하는,
멀티 터치 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전압은 디지털 고 전압이고, 상기 제2 전압은 디지털 저 전압인,
멀티 터치 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전압은 디지털 펄스 전압이고, 상기 제2 전압은 디지털 저 전압인,
멀티 터치 장치. - 제8항에 있어서,
상기 복수의 임피던스 각각은 커패시터로 구성되고,
상기 디지털 펄스 전압은 상기 디지털 펄스 전압의 양 펄스 주기에서 상기 각각의 커패시터에 충전된 잔여 전력이 음 펄스 주기에서 미리 정해진 레벨보다 낮아질 수 있는 펄스 주기를 갖는,
멀티 터치 장치. - 멀티 터치 패널의 N 개의 구동 전극과 연결된 N 개의 출력 포트;
상기 멀티 터치 패널의 M 개의 검출 전극과 연결된 M 개의 범용 포트;
상기 N 개의 출력 포트에서 제1 출력 포트를 선택하고, 상기 M 개의 범용 포트에서 제1 범용 포트를 선택하고, 상기 제1 출력 포트에 제1 전압을 출력하고, 적어도 하나의 나머지 출력 포트 및 적어도 하나의 나머지 범용 포트에 제2 전압을 출력하고, 상기 제1 범용 포트로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 출력 포트와 연결된 상기 N 개의 구동 전극 중 제1 구동 전극 및 상기 제1 범용 포트와 연결된 상기 M 개의 검출 전극 중 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 처리부
를 포함하는 멀티 터치 패널을 위한 제어 장치. - 제10항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 제1 검출 전극을 따라 발생하는 간섭 임피던스를 제거함으로써, 상기 제1 교차점에 위치한 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는,
멀티 터치 패널을 위한 제어 장치. - 제11항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 제1 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스의 전압의 합과 상기 제1 전압의 차에 기초하여 상기 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는,
멀티 터치 패널을 위한 제어 장치. - 제11항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 제1 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스의 전압에 대응하는 아날로그 디지털 변환 값의 합과 아날로그 디지털 변환기의 최대 출력 값의 차에 기초하여 상기 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는,
멀티 터치 패널을 위한 제어 장치. - 복수의 구동 전극 및 복수의 검출 전극에서 제1 구동 전극 및 제1 검출 전극을 선택하는 단계;
상기 제1 구동 전극에 제1 레벨의 전압을 출력하는 단계;
적어도 하나의 나머지 구동 전극에 제2 레벨의 전압을 출력하는 단계;
적어도 하나의 나머지 검출 전극에 제2 레벨의 전압을 출력 하는 단계; 및
상기 제1 검출 전극으로부터 검출된 검출 전압에 기초하여 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 검출 전극의 제1 교차점에 대한 터치 입력을 검출하는 단계
를 포함하는 멀티 터치 장치의 동작 방법. - 제14항에 있어서,
상기 검출 전압에 기초하여 상기 터치 입력을 검출하는 단계는,
상기 복수의 검출 전극과 상기 복수의 검출 전극이 연결된 복수의 범용 포트 간에 위치하는 복수의 측정용 임피던스를 이용하여 상기 터치 입력을 검출하는 단계
를 포함하는 멀티 터치 장치의 동작 방법. - 제14항에 있어서,
상기 검출 전압에 기초하여 상기 터치 입력을 검출하는 단계는,
상기 제1 검출 전극을 따라 발생하는 간섭 임피던스를 제거함으로써, 상기 제1 교차점에 위치한 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는 단계
를 포함하는 멀티 터치 장치의 동작 방법. - 제16항에 있어서,
상기 간섭 임피던스를 제거함으로써, 상기 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는 단계는,
상기 제1 검출 전극을 따라 위치하는 간섭 임피던스의 전압의 합과 상기 제1 레벨의 전압의 차에 기초하여 상기 제1 임피던스의 임피던스 값을 측정하는 단계
를 포함하는 멀티 터치 장치의 동작 방법.
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