KR101740757B1 - 다수의 구동 주파수 및 최대 우도 추정을 갖는 멀티-터치 터치 디바이스 - Google Patents

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Abstract

터치 감응 디바이스는 터치 패널, 구동 유닛, 및 측정 유닛을 포함한다. 패널의 주어진 노드에 가해지는 터치는 터치 패널의 주어진 구동 전극과 감지 전극 사이의 용량성 커플링을 변화시킨다. 구동 유닛은 상이한 제1 및 제2 주파수를 갖는 제1 및 제2 구동 신호를, 각각, 제1 및 제2 구동 전극에 동시에 또는 중복하는 때에 전달한다. 측정 유닛은 감지 전극으로부터 제1 응답 신호를 수신하고, 최대 우도 추정을 사용해 그 신호를 분석하여 제1 구동 전극과 감지 전극 사이의 결합 커패시턴스, 및 제2 구동 전극과 감지 전극 사이의 결합 커패시턴스를 결정한다. 어떤 경우에, 모든 구동 전극을 비롯한 더 많은 구동 전극이 고유의 구동 주파수로 구동될 수 있고, 어떤 경우에, 모든 감지 전극을 비롯한 더 많은 감지 전극이 측정 유닛에 의해 감지될 수 있다.

Description

다수의 구동 주파수 및 최대 우도 추정을 갖는 멀티-터치 터치 디바이스{MULTI-TOUCH TOUCH DEVICE WITH MULTIPLE DRIVE FREQUENCIES AND MAXIMUM LIKELIHOOD ESTIMATION}
본 발명은 일반적으로 터치 감응 디바이스, 특히 사용자의 손가락 또는 기타 터치 도구와 터치 디바이스 사이의 용량성 커플링에 의존하는 터치 감응 디바이스에 관한 것이며, 특히 동시에 터치 디바이스의 상이한 부분에 가해지는 다수의 터치를 검출할 수 있는 이러한 디바이스에 적용된다.
터치 감응 디바이스는 기계식 버튼, 키패드, 키보드, 및 포인팅 디바이스의 필요성을 감소시키거나 없앰으로써 사용자가 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이스할 수 있게 해준다. 예를 들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 디스플레이 중인 터치 스크린을 간단히 터치함으로써 복잡한 일련의 명령어들을 실행할 수 있다.
예를 들어, 저항 방식, 적외선 방식, 정전용량 방식, 표면 탄성파 방식, 전자기 방식, 근접장 이미징(near field imaging) 방식 등을 비롯한, 터치 감응 디바이스를 구현하는 몇가지 유형의 기술이 있다. 정전용량 방식의 터치 감지 디바이스는 다수의 응용에서 잘 동작하는 것으로 밝혀졌다. 많은 터치 감응 디바이스에서, 센서 내의 전도성 물체가 사용자의 손가락과 같은 전도성 터치 도구와 용량적으로 결합될 때 입력이 감지된다. 일반적으로, 2개의 전기 전도성 부재가 실제로 터치하는 일 없이 서로 근접하게 될 때마다, 이들 사이에 커패시턴스가 형성된다. 정전용량 방식의 터치 감응 디바이스의 경우에, 손가락과 같은 물체가 터치 감지 표면에 접근할 때, 물체와 물체와 아주 근접해 있는 감지 지점 사이에 작은 커패시턴스가 형성된다. 각각의 감지 지점에서 커패시턴스의 변화를 검출하고 감지 지점의 위치에 유의함으로써, 감지 회로는 다수의 물체를 인식하고 물체가 터치 표면에 걸쳐 움직일 때 물체의 특성을 결정할 수 있다.
터치를 용량성 측정하기 위해 이용되는 두 공지의 기술이 있다. 첫번째 것은 접지에 대한 정전용량을 측정하는 것으로, 이에 의해 신호가 전극에 인가된다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터 손가락 같은 물체를 통해 전기적 접지로 흐르게 한다.
터치를 용량적으로 측정하는 데에 이용되는 두번째 기법은 상호 커패시턴스에 의한 것이다. 상호 정전용량 터치 스크린은 신호를 전기장에 의해 수신기 전극에 용량성 커플링되는 구동 전극에 인가한다. 두 전극들 간의 신호 커플링은 근접한 물체에 의해 감소되고, 이는 용량성 커플링을 감소시킨다.
제2 기법과 관련하여, 다양한 부가의 기법이 전극들 사이의 상호 커패시턴스를 측정하는 데 사용되었다. 이들 기법 각각은 그 자신의 능력, 한계 및 기타 특성, 그리고 성능, 속도, 복잡도, 비용 등과 같은 관점에서 볼 때 연관된 장점 및 단점을 가진다. 게다가, 주어진 기법의 특성을 장점으로 생각할지 단점으로 생각할지의 문제는 시스템 설계자의 목표에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 저해상도를 갖고 한번에 단지 하나의 터치 검출만을 요구하는 비교적 작은 터치 스크린 시스템의 설계자는 주어진 감지 기법의 특성을 장점으로 간주할 수 있는 반면, 고해상도 및 다중 동시 터치 능력을 요구하는 대형 터치 스크린 시스템의 설계자는 동일한 특성을 단점으로 간주할 수 있다.
시스템 설계자가 새롭고 향상된 터치 패널 시스템을 개발할 때 사용하고자 할지도 모르는, 터치 스크린에서 상호 커패시턴스를 측정하는 부가적인 기법을 개발하였다.
본 출원은, 그 중에서도, 동시에 또는 중복하는 때에 터치 디바이스의 상이한 부분에 가해지는 다수의 터치를 검출할 수 있는 터치 감응 디바이스를 개시하고 있다.
개시된 실시 형태들 중 일부에서, 터치 감응 디바이스는 터치 패널, 구동 유닛, 및 측정 유닛을 포함한다. 패널의 주어진 노드에 가해지는 터치는 터치 패널의 주어진 구동 전극과 감지 전극 사이의 용량성 커플링을 변화시킨다. 구동 유닛은 상이한 제1 및 제2 주파수를 갖는 제1 및 제2 구동 신호를, 각각, 제1 및 제2 구동 전극에 동시에 또는 중복하는 때에 전달한다. 측정 유닛은 제1 감지 전극으로부터 제1 응답 신호를 수신하고, 최대 우도 추정을 사용해 그 신호를 분석하여 제1 구동 전극과 제1 감지 전극 사이의 제1 결합 커패시턴스를 결정하고 제2 구동 전극과 제1 감지 전극 사이의 제2 결합 커패시턴스를 결정한다. 어떤 경우에, 모든 구동 전극을 비롯한 더 많은 수의 구동 전극이 고유의 구동 주파수로 구동될 수 있고, 어떤 경우에, 모든 감지 전극을 비롯한 더 많은 수의 감지 전극이 측정 유닛에 의해 감지될 수 있다.
측정 유닛은 또한, 제1 구동 전극과 제1 감지 전극의 교차점 및 제2 구동 전극과 제1 감지 전극의 교차점에 각각 대응하는 노드에서 또는 그 근방에서 터치가 발생하고 있는지를 판정하기 위해, 결정된 제1 및 제2 결합 커패시턴스를 제1 및 제2 결합 커패시턴스 기준값과 각각 비교한다. 특정의 노드의 측정된 결합 커패시턴스와 그 노드에 대한 기준값 사이의 차이는, 차이의 크기에 따라, 그 노드에서의 터치 또는 부분 터치를 나타낼 수 있다.
디바이스는 또한 구동 유닛 및 측정 유닛 둘다에 결합되어 있는 제어 유닛을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 구동 신호를 발생하는 것 및 응답 신호를 평가하는 것 둘다를 위해 사용되는 제어값을 이용할 수 있다. 제어값은, 예를 들어, 구동 유닛에 의해 터치 패널의 다양한 구동 전극에 전달되는 다양한 구동 신호의 상이한 구동 주파수에 대응할 수 있다. 제1 제어값에 기초하여 제1 구동 주파수 f1이 제1 구동 전극에 전달될 수 있고, 제2 제어값에 기초하여 제2 구동 주파수 f2가 제2 구동 전극에 전달될 수 있으며, 이하 마찬가지이다. 측정 기법이 간단화될 수 있고, 그의 정확도가 제어값 - 실제 구동 주파수를 나타낼 수 있음 - 을 측정 유닛에 공급하는 것 및 신호 분석에서 그 제어값을 사용하는 것에 의해 향상될 수 있으며, 따라서 측정 유닛이 실제 구동 주파수를 측정 또는 추정하기 위해 귀중한 계산 자원을 할당할 필요가 없다.
측정 유닛은 제1 응답 신호를 아날로그 형식으로부터 디지털 형식으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다. 측정 유닛은 또한 디지털화된 제1 응답 신호 및 제1 제어값을 사용하여 제1 응답 신호의 한 성분의(제1 구동 주파수에서의) 진폭을 계산하는 것에 의해 제1 결합 커패시턴스를 결정할 수 있다. 측정 유닛은 이와 유사하게 디지털화된 제1 응답 신호 및 제2 제어값을 사용하여 제1 응답 신호의 다른 성분의(제2 구동 주파수에서의) 진폭을 계산하는 것에 의해 제2 결합 커패시턴스를 결정할 수 있고, 다른 구동 주파수의 제1 응답 신호의 성분에 대해서도 마찬가지이다.
측정 유닛은 또한 제1 샘플 시간에 걸쳐 제1 응답 신호를 평가할 수 있고, 제1 샘플 시간은 제1 구동 주파수의 제1 정수개의 주기에 또한 제2 구동 주파수의 제2 정수개의 주기에 대응한다. 제1 응답 신호을 평가하기 위해 그리고 선택적으로 다른 감지 전극으로부터 감지된 응답 신호도 평가하기 위해 이러한 제1 샘플 시간을 사용하는 것은 상이한 구동 주파수의 신호 성분을 분리시키기 위해 대역 통과 필터에 의존할 필요성을 감소시키거나 없애는 방식으로 구현될 수 있다. 일반적으로, 구동 유닛이 2개 이상의[예컨대, N개의(단 N ≥ 2임)] 고유 구동 신호를 대응하는 수(N개)의 고유 구동 전극에 동시에 또는 중복하는 때에 전달하도록 구성되어 있는 경우 - 여기서 각각의 구동 신호는 다른 구동 신호의 구동 주파수와 상이한 구동 주파수를 가짐 -, 제1 샘플 시간이 N개의 상이한 구동 주파수 각각의 정수개에 대응하게 될 수 있다. 예를 들어, 구동 유닛이 5개의 상이한 구동 주파수 f1, f2, f3, f4, f5의 5개의 상이한 구동 신호를 5개의 상이한 구동 전극에 동시에 또는 중복하는 때에 제공하는 경우, 제1 샘플 시간은 1/ fGCF이도록 선택될 수 있으며, 여기서 fGCF는 주파수들 f1, f2, f3, f4, f5의 최대 공약수이다. 이러한 기간 1/ fGCF에 걸쳐 주어진 응답 신호를 평가하는 것은 응답 신호의 5개의 상이한 주파수 성분을 격리시키기 위해 5개의 상이한 대역 통과 필터를 이용할 필요성을 감소시키거나 없애는 데 도움을 줄 수 있다.
관련 방법, 시스템 및 물품이 또한 논의된다.
본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며, 그 요지는 절차의 수행 동안 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
도 1은 터치 디바이스의 개략도.
도 2는 터치 디바이스에서 사용되는 터치 패널의 일부분의 개략 측면도.
도 3은 관련 구동 및 검출 회로가 일군의 구동 전극 및 그에 용량적으로 결합된 일군의 수신 전극과 관련하여 도시되어 있는 터치 디바이스의 개략도.
도 4a 내지 도 4e는 복수의 가능한 구동 신호의 진폭 대 시간을 나타낸 그래프.
도 5는 도 4의 구동 신호로부터 획득될 수 있는 대표적인 응답 신호의 진폭 대 시간을 나타낸 그래프.
도 6은 3개의 터치가 터치 패널의 3개의 상이한 노드에서 발생하는 가설적 상황에 대한 상이한 응답 신호의 상이한 주파수 성분의 대표적인 계산된 진폭을 나타낸 그래프.
도 7은 구동 유닛의 동작과 관련한 부가적인 상세를 나타내고 있는, 도 3의 터치 디바이스와 유사한 터치 디바이스의 개략도.
도 8은 구동 유닛의 대안적인 또는 부가적인 동작과 관련한 상세를 나타내고 있는, 도 7의 터치 디바이스와 유사한 터치 디바이스의 개략도.
도 9는 개시된 실시 형태들 중 적어도 일부에서 사용될 수 있는 검출 및 분석 회로의 개략도.
도 10은 대표적인 응답 신호의 주파수 성분의 계산된 진폭을 사용된 샘플 지점의 수의 함수로서 나타낸 그래프로서, 여기서 최대 우도 추정(MLE)을 사용하여 계산된 진폭이 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용하여 계산된 진폭과 비교될 수 있음.
도 11a 및 도 11b는 대표적인 응답 신호의 주파수 성분의 계산된 진폭을 응답 신호의 위상의 함수로서 나타낸 그래프로서,여기서 그래프 11a는 FFT를 사용하여 계산된 진폭을 나타낸 것이고 그래프 11b는 MLE를 사용하여 계산된 진폭임.
이들 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 가리킨다.
도 1에, 예시적인 터치 디바이스(110)가 도시되어 있다. 디바이스(110)는 전자 회로에 연결된 터치 패널(112)을 포함하며, 전자 회로는 간단함을 위해 114로 표시된 하나의 개략적인 상자 내에 그룹화되어 있고 총칭하여 제어기라고 한다.
터치 패널(112)은 열 전극(column electrode)(116a 내지 116e)과 행 전극(row electrode)(118a 내지 118e)의 5x5 매트릭스를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 수의 전극 및 다른 매트릭스 크기도 사용될 수 있다. 패널(112)은 전형적으로 사용자가 패널(112)을 통해 물체(컴퓨터, 핸드헬드 장치, 휴대폰, 또는 기타 주변 장치의 픽셀화된 디스플레이 등)를 볼 수 있도록 실질적으로 투명하다. 경계(120)는 패널(112)의 가시 영역(viewing area)과 또한 바람직하게는, 사용되는 경우, 이러한 디스플레이의 가시 영역을 나타낸다. 전극(116a 내지 116e, 118a 내지 118e)은, 평면도에서 볼 때, 가시 영역(120) 상에 공간적으로 분포되어 있다. 설명의 편의상, 전극이 넓고 잘 보이도록 도시되어 있지만, 실제로는 비교적 좁고 사용자에게 잘 보이지 않게 되어 있을 수 있다. 게다가, 전극이 가변 폭 - 예를 들어, 전극간 프린지 전계(inter-electrode fringe field)를 증가시키고 그로써 전극간 용량성 커플링(electrode-to-electrode capacitive coupling)에 대한 터치의 효과를 증가시키기 위해 매트릭스의 노드의 근방에서 다이어몬드-형상 또는 기타 형상의 패드의 형태로 증가된 폭 - 을 가지도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 전극은 ITO(indium tin oxide, 인듐 주석 산화물) 또는 다른 적당한 전기 전도성 물질로 이루어져 있을 수 있다. 깊이 관점에서 볼 때, 열 전극과 행 전극 사이에 어떤 유효 오옴 접촉(significant ohmic contact)도 일어나지 않도록 그리고 주어진 열 전극과 주어진 행 전극 사이의 유일한 유효 전기적 커플링(significant electrical coupling)이 용량성 커플링이도록 열 전극이 행 전극과 상이한 평면에 있을 수 있다. 도 1의 관점에서 볼 때, 열 전극(116a 내지 116e)은 행 전극(118a 내지 118e) 아래에 있다. 전극의 매트릭스가 전형적으로 커버 유리, 플라스틱 필름, 기타 아래에 있으며, 따라서 전극이 사용자의 손가락 또는 기타 터치-관련 도구와의 직접적인 물리적 접촉으로부터 보호된다. 이러한 커버 유리, 필름 또는 기타의 노출된 표면은 터치 표면이라고 할 수 있다.
임의의 열 및 행 전극 간의 용량성 커플링은 주로 전극들이 가장 근접하게 되는 영역에서의 전극들의 기하학의 함수가 된다. 이러한 영역은 전극 매트릭스의 "노드"에 대응하며, 이들 중 일부가 도 1에 표시되어 있다. 예를 들어, 열 전극(116a)과 행 전극(118d) 사이의 용량성 커플링은 주로 노드(122)에서 일어나고, 열 전극(116b)과 행 전극(118e) 사이의 용량성 커플링은 주로 노드(124)에서 일어난다. 도 1의 5x5 매트릭스는 25개의 이러한 노드를 가지며, 이들 중 임의의 노드가, 각자의 열 전극(116a 내지 116e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(126) 중 하나의 적절한 선택 및 각자의 행 전극(118a 내지 118e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(128) 중 하나의 적절한 선택을 통해, 제어기(114)에 의해 어드레싱될 수 있다.
터치 위치(131)에 나타낸 바와 같이, 사용자의 손가락(130) 또는 기타 터치 도구가 디바이스(110)의 터치 표면과 접촉하거나 거의 접촉할 때, 손가락은 전극 매트릭스와 용량적으로 결합한다. 손가락은 매트릭스로부터, 특히 터치 위치에 가장 가까이 있는 그 전극으로부터 전하를 끌어내고, 그렇게 할 때, 손가락은 가장 가까운 노드(들)에 대응하는 전극들 사이의 결합 커패시턴스를 변화시킨다. 예를 들어, 터치 위치(131)에서의 터치는 전극(116c/118b)에 대응하는 노드에 가장 가깝게 있다. 이하에서 더 기술하는 바와 같이, 이러한 결합 커패시턴스의 변화가 제어기(114)에 의해 검출되고 116a/118b 노드에서 또는 그 근방에서의 터치 또는 부분 터치로서 해석될 수 있다. 바람직하게는, 제어기는, 있는 경우, 매트릭스의 모든 노드의 커패시턴스의 변화를 신속하게 검출하도록 구성되어 있고, 보간에 의해 노드들 사이에 있는 터치 위치를 정확하게 결정하기 위해 이웃 노드에 대한 커패시턴스 변화의 크기를 분석할 수 있다. 게다가, 제어기(114)는 유리하게도 동시에 또는 중복하는 때에 터치 디바이스의 상이한 부분에 가해지는 다수의 개별 터치를 검출하도록 설계되어 있다. 따라서, 예를 들어, 다른 손가락(132)이, 손가락(130)의 터치와 동시에, 터치 위치(133)에서 디바이스(110)의 터치 표면을 터치하는 경우, 또는 각자의 터치가 적어도 시간적으로 중복하는 경우, 제어기는 바람직하게는 이러한 터치 둘다의 위치(131, 133)를 검출하고 터치 출력(114a)을 통해 이러한 위치를 제공할 수 있다. 제어기(114)에 의해 검출될 수 있는 별개의 동시적인 또는 시간적으로 중복하는 터치의 수가 바람직하게는 2로 제한되지 않으며, 예를 들어, 전극 매트릭스의 크기에 따라 3, 4 또는 그 이상일 수 있다. 개시된 실시 형태들 중 적어도 일부에서, 검출될 수 있는 시간적으로 중복하는 터치의 수가 전극 매트릭스에서의 노드의 수와 같다.
이하에서 더 논의하는 바와 같이, 제어기(114)는 바람직하게는 전극 매트릭스의 노드들 중 일부 또는 전부에서의 결합 커패시턴스를 신속하게 결정할 수 있게 해주는 각종의 회로 모듈 및 구성요소를 이용한다. 주목할 점은, 결합 커패시턴스에 의존하는 값을 가지는 임의의 적당한 파라미터 또는 양을 측정함으로써 결합 커패시턴스가 결정될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 제어기는 바람직하게는 구동 유닛의 일부를 형성하는 복수의 신호 발생기를 포함한다. 구동 유닛은 신호 발생기로부터의 구동 신호를 한 세트의 전극(구동 전극이라고 함)으로 전달한다. 도 1의 실시 형태에서, 열 전극(116a 내지 116e)이 구동 전극으로서 사용될 수 있거나, 행 전극(118a 내지 118e)이 그렇게 사용될 수 있다. 바람직하게는, 구동 유닛은 다수의 구동 신호를 구동 전극들 중 다양한 구동 전극에 동시에 전달한다. 예를 들어, 구동 유닛은 제1 구동 신호를 제1 구동 전극에 전달할 수 있으면서, 또한 제2 구동 신호를 제2 구동 전극에 전달할 수 있고, 또한 제3 구동 신호를 제3 구동 전극에 전달할 수 있으며, 이하 마찬가지이다. 상이한 구동 신호는 바람직하게는 상이한 구동 주파수로 발진한다. 이것이 일어나는 동안, 제어기는 다른 세트의 전극(수신 전극이라고 함) 중 하나, 일부 또는 전부를 모니터링할 수 있다.
제어기(114)는, 예를 들어, 수신 전극에 결합되어 있는 하나 이상의 감지 유닛을 포함할 수 있다. 주어진 감지 유닛은 주어진 수신 전극으로부터 응답 신호를 수신하고, 응답 신호는 상이한 구동 주파수의 신호 성분을 포함한다. 감지 유닛은, 수신 전극과 구동되고 있는 다양한 구동 전극 사이의 결합 커패시턴스에 각각 응답하는 신호 성분의 진폭이 측정 유닛에 의해 용이하게 측정될 수 있도록, 응답 신호를 증폭, 필터링, 또는 다른 방식으로 컨디셔닝할 수 있다. 측정 유닛은 바람직하게는 수신 전극과 구동되고 있는 다양한 구동 전극에 의해 정의되는 노드에서의 결합 커패시턴스에 응답하고 따라서 이러한 노드의 터치 상태에도 응답하는 다양한 신호 성분의 각자의 진폭을 측정하기 위해 최대 우도 추정(MLE) 기법을 이용한다. 감지 유닛은 바람직하게는 모든 감지 전극으로부터의 응답 신호를 이러한 방식으로 감지하고 그 각자의 신호 성분을 동일한 방식으로 측정한다. 모든 이러한 측정이 행해진 후에, 제어기(114)는 어느 노드(있는 경우)가 터치의 존재로 인한 결합 커패시턴스의 변화를 경험하는지의 맵을 발생하기 위해, 각각의 노드에 대해 신호 성분 진폭 측정치를 저장된 기준값과 비교할 수 있다. 저장된 기준값은 어떤 터치도 없는 경우에 각각의 노드에 대해 이전에 얻어진 결합 커패시턴스의 측정치일 수 있다.
이하에서 더 기술하는 바와 같이, 제어기는 또한 신호를 아날로그 형식으로부터 디지털 형식으로 변환하는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 디지털-아날로그 변환기(DAC)가 또한, 예를 들어, 하나 이상의 구동 유닛에서 디지털 값을 아날로그 구동 신호로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 회로 요소의 불필요한 중복을 피하기 위해 하나 이상의 멀티플렉서 및 스위치가 또한 사용될 수 있다. 물론, 제어기는 바람직하게는 측정된 진폭 및 연관된 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치와, 필요한 계산 및 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서를 포함한다. 어떤 경우에, 제어기 및/또는 터치 디바이스의 기타 부분이 또한, 본 명세서에 기술된 기능들 중 하나 이상의 기능을 수행하기 위해, 하나 이상의 ASIC(application-specific integrated circuit), ASSP(application-specific standard product) 등을 구현할 수 있다.
전극 매트릭스 내의 각각의 노드와 연관된 신호 성분의 진폭을 측정함으로써, 제어기는 전극 매트릭스의 각각의 노드에 대한 결합 커패시턴스에 관련된 측정된 값들의 행렬을 발생할 수 있다. 제어기는 이어서 어느 노드(있는 경우)가 터치의 존재로 인한 결합 커패시턴스의 변화를 경험하는지를 판정하기 위해, 이들 측정된 값을 이전에 획득된 기준값의 유사한 행렬과 비교할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 터치 디바이스에서 사용되는 터치 패널(210)의 일부분의 개략 측면도가 있다. 패널(210)은 전면층(212), 제1 일련의 전극을 포함하는 제1 전극층(214), 절연층(216), 바람직하게는 제1 일련의 전극에 직교하는 제2 일련의 전극(218a 내지 218e)을 포함하는 제2 전극층(218), 및 배면층(220)을 포함한다. 층(212)의 노출된 표면(212a) 또는 층(220)의 노출된 표면(220a)은 터치 패널(210)의 터치 표면이거나 이를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 특정의 터치 패널 구성은 단지 예시적인 것이며, 읽는 사람은 다른 터치 패널 설계가 제한 없이 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
도 3은 용량적으로 결합된 전극의 매트릭스를 갖는 터치 패널, 및 터치 패널 상의 다수의 동시적인 터치를 검출하는 데 사용될 수 있는 다양한 회로 구성요소 및 시스템을 포함하는 터치 디바이스(310)를 나타낸 것이다. 전극 매트릭스는 도시되고 a, b, c, 및 d로 표시된 적어도 4개의 병렬 구동 전극을 포함하는 상부 전극 어레이를 포함한다. 또한, 도시되고 E1, E2, E3, 및 E4로 표시된 적어도 4개의 병렬 수신 전극을 포함하는 하부 어레이가 포함되어 있다. 상부 전극 어레이 및 하부 전극 어레이는 바람직하게는 서로 직교하도록 배열되어 있지만, 비직교 설계가 또한 생각되고 있다. 주어진 노드에 대해 "결합 커패시턴스"라고 하는 각각의 직교 전극 쌍 사이의 용량성 커플링이 매트릭스의 노드들 중 일부에 대해, 도시된 바와 같이, C1a, C2a, C3a, C1b, C2b, 및 C3b 등 내지 C3c로 표시되어 있으며, 이들의 값 모두는 터치되지 않은 상태에서 대략 동일할 수 있고, 앞서 기술한 바와 같이 터치가 가해질 때 감소될 수 있다. 대안적으로, 원하는 경우, 다양한 노드의 결합 커패시턴스가 서로 상당히 다르도록 터치 패널이 설계될 수 있다.
읽는 사람은 도 3의 전극 매트릭스가 훨씬 더 큰 매트릭스의 단지 일부분일 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 일반적으로, 터치 패널은, 전극 매트릭스가 N x M 매트릭스(단, N은 M 미만이거나, M과 같거나, M 초과일 수 있음)이도록, 더 많은(또는 더 적은) 구동 전극 및 더 많은(또는 더 적은) 수신 전극을 가질 수 있다. 본 명세서에 기술된 터치 측정 기법들 중 적어도 일부에서 사용될 수 있는 관심의 한 특정의 실시 형태에서, 터치 패널은 16:10 종횡비를 갖는 48 ㎝(19 인치) 대각선의 직사각형 가시 영역을 가지는 40 x 64(40 행, 64 열) 매트릭스 디바이스를 포함할 수 있다. 이 경우에, 전극은 약 0.64 ㎝(0.25 인치)의 균일한 간격을 가질 수 있다. 이 실시 형태의 크기로 인해, 전극은 그와 연관된 상당한 표유 임피던스(stray impedance)(예를 들어, 행 전극에 대한 40K 오옴 및 열 전극에 대한 64K 오옴의 저항)를 가질 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 이 매트릭스의 16개 노드(즉, 그와 연관된 상호 커패시턴스 또는 결합 커패시턴스)가 상이한 신호 발생기(312a 내지 312d)를 포함할 수 있는 구동 유닛(312), 상이한 감지 유닛(S1 내지 S4)을 포함할 수 있는 측정 유닛(314), 및 제어기(316) - 모두가 적당한 전도성 배선 또는 와이어를 사용하여 또는 다른 적당한 기법에 의해 도시된 바와 같이 연결되어 있음 - 에 의해 모니터링된다.
동작을 설명하면, 제어기(316)는 구동 유닛(312)으로 하여금 상이한 주파수의 구동 신호를 발생하게 하고 이러한 구동 신호를 분산 방식으로 구동 전극들 중 일부 또는 전부에 전달하게 한다. 예를 들어, 제어기(316)는 신호 발생기(312a)로 하여금 주파수 f1의 제1 구동 신호를 발생하게 하는 제1 디지털 또는 아날로그 제어값을 신호 발생기(312a)에 제공할 수 있다. 발생기(312a)로부터 구동 전극 a로의 전기적 연결에 의해, 이러한 구동 신호가 이어서 구동 전극 a에 전달된다. 이와 유사하게, 제어기(316)는 제2 및 제3 디지털 또는 아날로그 제어값을 신호 발생기(312b, 312c)에 각각 제공할 수 있고, 다른 신호 발생기에 대해서도 마찬가지이다. 제2 제어값은 발생기(312b)로 하여금 구동 전극 b에 전달되는 주파수 f2의 제2 구동 신호를 발생하게 하는 반면, 제3 제어값은 발생기(312c)로 하여금 구동 전극 c에 전달되는 주파수 f3의 제3 구동 신호를 발생하게 한다. 구동 신호는 바람직하게는 주기적(예를 들어, 사인파)이지만, 원하는 경우 비사인파 파형도 역시 사용될 수 있다. 구동 신호는 또한 바람직하게는 상이한 구동 전극에 동시에 전달된다. 즉, 구동 신호가 정확히 동시에 시작되든 상이한 때에 시작되든 간에, 구동 신호는 완전히 또는 거의 완전히 서로 중복하는 시간 구간에 걸쳐 그 각자의 구동 전극에 전달된다. 주파수 f1, f2, f3 등은 바람직하게는 측정 유닛이 개개의 주파수 성분(예컨대, f1)을 검출된 응답 신호의 다른 주파수 성분(예컨대, f2, f3 등)으로부터 용이하게 격리시킬 수 있게 해주기에 충분한 양만큼 서로 상이하다. 원하는 경우, f1 = f1이고, f2 = f1 + Δf이며, f3 = f1 + 2Δf이고, 이하 마찬가지인 경우와 같이, 주파수가 편리하게도 주파수 상에서 동일한 간격으로 떨어져 있도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 불균일한 주파수 간격이 사용될 수 있다.
각각의 구동 신호는 주어진 구동 전극과의 그 각자의 상호 커패시턴스를 통해 복수의 수신 전극(E1 내지 E4), 및 바람직하게는 수신 전극(E1 내지 E4) 모두에 결합된다. 따라서, 주파수 f1의 제1 구동 신호는 결합 커패시턴스 C1a를 통해 구동 전극 a로부터 수신 전극 E1에 결합되고, 또한 결합 커패시턴스 C2a를 통해 수신 전극 E2에 결합되며, 또한 결합 커패시턴스 C3a를 통해 수신 전극 E3에 결합되고, 이하 마찬가지이다. 이것이 일어나는 동안, 주파수 f2의 제2 구동 신호는 결합 커패시턴스가 C1b, C2b, C3b 등인 노드를 통해 구동 전극 b로부터 동일한 수신 전극 E1, E2, E3 등에 결합된다. 다른 구동 신호도 이와 유사하게 그 각자의 구동 전극으로부터 수신 전극에 결합된다. 이러한 방식으로, 구동되고 있는 노드들 전부에서의 결합 커패시턴스에 관한 정보를 전체적으로 포함하는 응답 신호가 수신 전극 상에 생성된다. 예를 들어, 수신 전극 E1은 이하의 신호 성분들의 중첩을 포함하는 Sig1으로 표시된 제1 응답 신호를 제공한다: 노드 E1/a에서 결합 커패시턴스 C1a를 통해 결합된 (주파수 f1의) 제1 구동 신호, 노드 E1/b에서 결합 커패시턴스 C1b를 통해 결합된 (주파수 f2의) 제2 구동 신호, 노드 E1/c에서 결합 커패시턴스 C1c를 통해 결합된 (주파수 f3의) 제3 구동 신호, 및 다른 구동 신호가 다른 구동 전극을 통해 제공되는 경우 이하 마찬가지임. 다른 수신 전극 E2, E3, E4은 유사한 방식으로 제2, 제3 및 제4 응답 신호 Sig2, Sig3, Sig4를 제공한다.
다양한 신호로부터 관심의 특징 - 즉, 다양한 결합 커패시턴스(이는 또한 터치(들)를 나타냄)를 나타내는 특징 - 을 측정하려고 시도하기 전에 수신 전극으로부터의 원시 응답 신호를 증폭, 필터링 및/또는 다른 방식으로 컨디셔닝하는 것이 종종 유리하다. 측정 유닛(314)에서, 신호 컨디셔닝은 감지 유닛(S1 내지 S4)에 의해 달성되고, 감지 유닛들 중 하나가, 도시된 바와 같이, 각각의 수신 전극에 연결되어 있다. 대안의 실시 형태에서, 디바이스(310)는 수신 전극보다 더 적은 감지 유닛을 포함할 수 있고, 주어진 감지 유닛을 2개 이상의 상이한 수신 전극에 결합시키기 위해 멀티플렉서가 이용될 수 있다. 감지 유닛 자체와 관련하여, 이하에서 더 논의되는 예시적인 실시 형태에서, 감지 유닛은 각각의 수신 전극을 기지의 전압 레벨 - 전압 레벨이 0(접지) 전위와 아주 다를 수 있을지라도 가상 접지라고도 함 - 에 유지함으로써 전극들 사이의 교차 결합을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 어떤 경우에, 응답 신호를 디지털화하는 것 - 즉, 임의의 적당한 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하여 아날로그 형식으로부터 디지털 형식으로 변환하는 것 - 이 바람직할 수 있다. 모든 감지 채널에 대해 다수의 이러한 ADC가 제공될 수 있다 - 예컨대, 각각의 감지 유닛이 하나 이상의 전용 ADC를 포함함 -. 대안적으로, 하나 이상의 ADC가 멀티플렉싱에 의해 2개 이상의 감지 채널 간에 공유될 수 있다.
신호 컨디셔닝 후에, 이제 신호 컨디셔닝되어 있을 수 있는 응답 신호로부터 각각의 노드에 대한 결합 커패시턴스 정보를 어떻게 추출하느냐의 문제가 남아 있다.
한가지 가능한 방식에서, 각각의 응답 신호가 디지털화되고 마이크로컨트롤러 또는 기타 적당한 디바이스 상에서 구현되는 기지의 고속 푸리에 변환(FFT) 기법을 사용하여 평가될 수 있다. FFT는 주파수 영역 출력 벡터를 제공하고, 그 벡터의 요소는 일정 범위의 주파수에 걸쳐 시간 영역 응답 신호의 주어진 주파수 성분의 진폭을 나타낸다. 이 유형의 변환에 대한 식은 다음과 같다:
Figure 112012035677566-pct00001
, (수학식 1)
여기서,
k = 주파수 수(frequency number)이고,
n = 샘플 수(시간 영역)이며,
N = 샘플의 총수이고,
x[n] = 시간 n에서의 신호 진폭이며,
Figure 112012035677566-pct00002
이다.
특정의 주파수에서의 진폭을 결정하기 위해, 수학식 2가 사용된다:
Figure 112012035677566-pct00003
. (수학식 2)
X[k]이 복소수라고 가정하면, 이산 푸리에 변환(DFT)의 N개의 값 전부를 계산하기 위해, N2번의 복소수 곱셈 및 N*(N-1)번의 복소수 덧셈이 필요하다. 이 변환의 성질로 인해, 샘플의 수(N)를 2의 배수로 선택하는 것은 구현이 시간에 대해 최적화될 수 있게 해준다. 이것은 DFT가 더 작은 DFT로 분해될 수 있게 해주며, 이는 또한 복소수 곱셈 및 덧셈의 총 횟수를 N*log2(N)으로 감소시킨다.
이 방식에서, 주어진 임계값을 초과하는 국소 피크 진폭을 식별함으로써 FFT 출력 벡터를 분석할 수 있고, 여기서 이러한 국소 피크 진폭이 발생하는 주파수가 구동 신호의 구동 주파수와 상관되어 있는 것으로 예상될 것이다. 따라서, 피크 진폭을 구동 주파수와 상관시키는 것은 주어진 수신 전극으로부터 측정된 주어진 피크 진폭을 전극 매트릭스의 주어진 노드와 연관시킬 수 있게 해준다.
다른 가능한 방식에서, 응답 신호는 좁은 대역 통과 아날로그 필터의 뱅크에 전달될 수 있고, 각각의 필터는 구동 주파수들 중 하나만을 포함하는 좁은 대역 내의 주파수를 실질적으로 전송하도록 구성되어 있고, 다른 구동 주파수에서 상당한 감쇠를 갖는다. 예를 들어, 응답 신호는 다수의 채널로 분할될 수 있고, 하나의 채널은 주파수 f1에 중심을 둔 대역 통과 필터를 가지며, 다른 채널은 주파수 f2에 중심을 둔 대역 통과 필터를 가지고, 다른 채널은 주파수 f3에 중심을 둔 대역 통과 필터를 가지며, 이하 마찬가지이다. 충분히 높은 차단 특성 및 충분히 낮은 시스템 노이즈를 갖는 경우, 예를 들어, 간단한 피크 검출 회로 등으로 각각의 대역 통과 필터로부터의 출력 신호의 진폭을 측정하려고 할지도 모른다. 대안적으로, 이 방식은 최대 우도 추정(MLE) 방식과 결합될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 기술한다.
읽는 사람은 또한 디지털 대역 통과 필터가 아날로그 대역 통과 필터 대신에 사용될 수 있다는 것과 원하는 바에 따라 디지털 및 아날로그 대역 통과 필터의 결합도 역시 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
MLE 기법이 다수의 구동 주파수를 이용하는 본 명세서에 개시된 터치 디바이스에 사용하기에 특히 유리하다는 것을 알았다. 최대 우도 추정기는 미지의 파라미터 θ가 확률 밀도 함수 p(x;θ)를 최대로 하는 이 파라미터의 값을 결정하는 것에 의해 추정될 수 있다는 개념에 기초하고 있다. p(x;A)(단, A는 진폭임)를 최대로 하는 경우, 관심의 특정 주파수 fint에서 진폭에 대해 수학식 3에 도달한다:
Figure 112012035677566-pct00004
, (수학식 3)
여기서,
n = 샘플 수(시간 영역)이며,
N = 샘플의 총수이고,
x[n] = 시간 n에서의 신호 진폭이며,
f0 = fint/fs(정규화된 주파수)이고,
fs = 샘플링 주파수이다.
따라서, FFT에서와 같이 모든 주파수에 대해 시간 영역 신호를 분석하기 보다는, MLE를 사용할 때는 관심 주파수 fint만을 평가하면 된다. 이것은 필요한 계산의 횟수를 크게 감소시킨다. 물론, 개시된 터치 디바이스의 목적을 위한 관심 주파수는 사용되고 있는 구동 주파수이다: f1, f2 등. 이들 주파수를 아주 정확하게 알고 있는 것에 의해, 각각의 응답 신호에 대해 각각의 주파수 f와 연관되어 있는 각각의 진폭 A에 대한 정확하고 신뢰성있는 값을 얻을 수 있다. 이것을 보장해주는 한가지 방식은 제어기(316)가 신호 발생기에 제어값을 제공하는 것이며, 그러면 신호 발생기는 제어값을 사용하여 특정의 주파수 f1, f2 등의 구동 신호를 발생한다. 이들 주파수를 발생하는 데 사용되는 동일한 제어값이 이어서 제어기(316)에 의해 측정 유닛(314)에도 제공될 수 있고, 측정 유닛(314)은 각각의 수신 전극으로부터의 각각의 응답 신호에 대해 본 명세서에 기술된 MLE 방법을 구현한다. 주어진 구동 주파수 f의 주어진 신호 성분의 진폭 A를 계산할 시에, 측정 유닛은 이러한 주파수에 대한 제어값 또는 그에 기초한 숫자를 그의 관심 주파수 fint의 값으로서 사용할 수 있다.
상기 수학식 3과 관련하여 어떤 관측이 행해질 수 있다. 첫째, 수학식 3이 신호 위상에 대한 어떤 정보도 필요로 하지 않는다. 이것은 MLE를 신호 성분의 진폭을 측정하는 데 사용될 수 있는 특정의 다른 기술과 구별시켜준다. 예를 들어, 동기 복조 기법은 동위상(in-phase)이거나 정확히 90도만큼 자극 주파수에 진상(leading)이거나 지상(lagging)인 믹서를 필요로 한다. 제2 관측은 수학식 3이 실수부 및 허수부 둘다를 갖는 "복소" 방정식이라는 것이다. 내장된 터치 감응 디바이스에서의 더 나은 적합성을 위해, 수학식 3을 다음과 같이 다시 쓸 수 있다:
Figure 112012035677566-pct00005
. (수학식 4)
추가적인 편리함 및 속도를 위해, 진폭 자체보다는 관계식의 우변의 양을 사용하여 시스템을 진폭의 제곱(A2) 또는 A2에 비례하는 파라미터와 관련하여 동작하도록 구성하는 것에 의해 제곱근 계산을 피할 수 있다:
Figure 112012035677566-pct00006
. (수학식 5)
시스템이 실제 진폭 A 또는 진폭 제곱 (A2) 또는 A2에 비례하는 양(수학식 5의 관계식의 우변 등)과 같은 다른 진폭 관련 양, 또는 진폭 A에 비례하는 양에 기초하여 동작할 수 있다는 것을 고려하여, 실제 진폭 A를 비롯한 이들 가능한 경우 모두를 포괄하기 위해 "진폭 관련 양(amplitude-related quantity)"이라는 용어를 사용한다. 진폭 제곱 A2 및 그에 비례하는 임의의 양을 포괄하기 위해 "진폭 제곱 관련 양"이라는 용어를 사용한다.
응답 신호를 필터링하려는 시도가 없는 경우, 시간 영역에서 샘플링된 응답 신호의 원시 진폭을 나타내는 함수 x[n]는 관심 주파수 fint의 신호 성분 뿐만 아니라 다른 구동 주파수의 신호 성분도 포함할 것이다. 이들 다른 신호 성분은 일반적으로 수학식 3 내지 수학식 5에서 노이즈처럼 거동할 것이며, 이는 진폭 관련 양의 측정에 원하지 않는 오차 및 변동을 유입시킬 수 있다. 이들 문제를 피하는 한가지 방식은 응답 신호의 각각의 구동 주파수 성분을 다른 구동 주파수로부터 격리시키기 위해 앞서 기술한 바와 같이 하나 이상의 대역 통과 필터를 이용하는 것이다. 따라서, 제1 대역 통과 필터는, 구동 주파수 f1의 및 그 근방의 신호 성분은 통과되고 다른 구동 주파수 f2, f3 등의 신호 성분은 실질적으로 감쇠되도록, 컨디셔닝된 응답 신호를 필터링할 수 있다. 구동 주파수 f1의 신호 성분의 진폭 관련 양이 이어서 상기 MLE 기법을 사용하여 계산되고, 여기서 시간 영역에서 샘플링된 이 필터링된 신호는 함수 x[n]에 대해 사용된다. 제2 대역 통과 필터는 구동 주파수 f2의 및 그 근방의 성분은 통과시키는 반면 다른 구동 주파수 f1, f3 등의 성분은 감쇠시키기 위해 컨디셔닝된 응답 신호를 필터링할 수 있고, 시간 영역에서 샘플링된 이 필터링된 신호는 구동 주파수 f2의 신호 성분의 진폭 관련 양의 MLE 계산에서 함수 x[n]에 대해 사용된다. 다른 구동 주파수 f3 등의 다른 신호 성분의 진폭 관련 양이 유사한 방식으로 얻어질 수 있다.
실제의 시스템에서, 구동 주파수는 비교적 가까운 간격(예컨대, 어떤 경우에, 대략 10 ㎑ 정도의 주파수 간격 Δf를 나타냄)으로 있을 수 있고, 따라서 대역 통과 필터(사용되는 경우)가 주어진 구동 주파수를 적절히 격리시키기 위해 고차 차단 특성을 가질 필요가 있을지도 모른다. 이러한 고차 특성으로부터, 어떤 경우에, 내장된 시스템에서의, 예를 들어, 긴 계산 시간으로 인해 바람직하지 않을 정도로 느린 응답 시간이 얻어질 수 있다.
응답 신호를 대역 통과 필터링하는 것이 유리하게도 진폭 관련 양의 계산에서 사용되는 샘플 시간의 주의깊은 선택에 의해 회피될 수 있다는 것을 알았다. 이것은 샘플링 주파수 fs 및 샘플의 총수 N의 적절한 선택을 필요로 한다. 물론, 샘플링 주파수는 전형적으로 최소한 엘리어싱(aliasing)을 피하는 데 필요한 최소 샘플링 레이트인 나이키스트 레이트(Nyquist rate)만큼 크고 신호에 포함된 최고 주파수의 2배와 같도록 선택된다. 본 명세서에 기술된 터치 감응 디바이스의 목적상, 주어진 응답 신호에서의 최고 유효 주파수(highest significant frequency)는 전형적으로 사용되는 구동 주파수들 중 가장 높은 것(즉, max[f1, f2, f3, 기타]이다. 어느 경우든지, 구동 주파수 신호의 정수개의 주기에 대응하는 샘플 시간을 선택함으로써 응답 신호의 대역 통과 필터링이 회피될 수 있다는 것을 알았다. 이 조건으로 인해 상기 수학식 3 내지 수학식 5에서의 신호 x[n]의 합이 관심 구동 주파수 fint이외의 모든 구동 주파수에 대해 실질적으로 0이 된다. 원하는 조건을 표현하는 다른 방식은 fGCF의 역수(또는, 속도가 관심사가 아닌 경우, 이 역수의 정수배)인 총 샘플 시간을 선택하는 것이며, 여기서 fGCF는 구동 신호에 대해 사용되는 구동 주파수 f1, f2, f3 등의 최대 공약수로서 정의된다.
한 예시적인 실시 형태에서, 이하의 4개의 구동 주파수가 사용되는 것으로 가정한다: f1 = 40 ㎑, f2 = 55 ㎑, f3 = 70 ㎑, f4 = 85 ㎑. 500 ㎑의 샘플링 주파수 fs를 선택하는 것으로 추가적으로 가정한다. 최대 공약수 주파수 fGCF = 5 ㎑ 및 그의 역수는 200 마이크로초의 총 샘플 시간을 제공한다. 이 샘플 시간은 100(= 200 마이크로초 * 500 ㎑)의 샘플의 총수(N)에 대응한다. 200 마이크로초 샘플 시간은 또한 40 ㎑ 주파수의 8 주기에, 55 ㎑ 주파수의 11 주기에, 70 ㎑ 주파수의 14 주기에, 그리고 85 ㎑ 주파수의 17 주기에(즉, 각각의 구동 신호에 대한 정수개의 주기에) 대응한다. 200 마이크로초 샘플 시간(또는 N = 100)이 선택된 경우, 수신 전극 E1, E2, 기타 중의 주어진 수신 전극으로부터의 응답 신호가 적절한 정보 및 알고리즘을 사용하여 수학식 5를 푸는 것에 의해 평가될 수 있다. 알고리즘이, 예를 들어, 사인 및 코사인 탐색 테이블을 이용하고 제곱근 함수를 회피하여, DMAC 기능을 갖는 150 ㎒ 클록 디지털 신호 프로세서(DSP)에서 구현되는 경우, 5개의 주파수에 대한 진폭 관련 양을 계산하는 데 필요한 시간 - 각각의 응답 신호에 대해 200개 샘플(= 400 마이크로초 * 500 ㎑)을 사용하고 16개의 수신 전극에 대응하는 총 16개의 응답 신호에 대해 이들 계산을 수행함 - 은 200 마이크로초이고, 이는 500 ㎑에서 각각의 응답 신호를 샘플링하는 데 걸리는 400 마이크로초 시간보다 짧다.
도 4a 내지 도 4e는 상이한 예시적인 실시 형태에서의 복수의 가능한 구동 신호의 진폭 대 시간을 나타낸 그래프이다. 이 실시 형태에서, 5개의 구동 신호가 사용되고, 여기서 f1 = 40 ㎑(도 4a)이고, f2 = 55 ㎑(도 4b)이며, f3 = 70 ㎑(도 4c)이고, f4 = 85 ㎑(도 4d)이며, f5 = 100 ㎑(도 4e)이다. 도면에 도시된 시간 윈도우 - 측정 단계에서 실제로 사용되지만 예시를 위해 구동 신호에 중첩되어 있음 - 는 제1 내지 제5 구동 주파수의 정수개(각각, 16개, 22개, 28개, 34개, 및 40개)의 주기에 대응하는 0.4 밀리초의 길이를 가진다. 중복하는 때에 상이한 선택된 구동 전극에 전달될 때 구동 신호는 전극 매트릭스의 각자의 노드에서의 용량성 커플링을 통해 각각의 수신 전극에 결합된다. 도 5는, 도 4a 내지 도 4e의 구동 신호가 사용될 때, 하나의 이러한 수신 전극으로부터 획득될 수 있는 대표적인 응답 신호의 진폭 대 시간을 나타낸 그래프이다. 이 신호로부터 수신 전극과 5개의 구동 전극 각각 사이의 결합 커패시턴스의 값을 추출하기 위해, 신호가 적당한 샘플링 레이트 fs에서 디지털화될 수 있고, 응답 신호의 5개의 주파수 성분 각각에 대한 진폭 관련 양이 수학식 5에 기술된 계산을 수행함으로써 또는 본 명세서에 달리 기술된 바와 같이 얻어질 수 있다. 결과는 수신 전극과 5개의 구동 전극 사이의 각각의 노드에 대한 계산된 진폭 또는 다른 진폭 관련 양이다.
도 6은 3개의 터치가 터치 패널의 3개의 상이한 노드에서 발생하는 가설적 상황에 대한 상이한 응답 신호의 상이한 주파수 성분의 대표적인 계산된 진폭 또는 다른 진폭 관련 양을 나타낸 그래프이다. 도면에서, "x", "o", 및 (도트) 심볼은, 각각, 제1, 제2 및 제3 수신 전극으로부터 획득된 응답 신호에 대해 계산된 진폭 관련 양을 나타낸 것이고, 그 동안 내내 적어도 제1, 제2 및 제3 구동 전극은, 각각, 주파수 f1, f2, f3의 구동 신호에 의해 구동되고 있었다. 진폭 관련 양은, 간단함을 위해, 높은 값 6a 또는 낮은 값 6b에 있는 것으로 도시되어 있지만, 실제의 시스템에서 실제의 터치의 경우, 계산된 양이 중간값도 또한 가질 수 있다. 노드에 터치가 존재하는 것은 통상적으로 노드에서의 결합 커패시턴스를 감소시키기 때문에, 높은 계산된 값은 통상적으로 터치의 부존재를 나타내고, 낮은 계산된 값은 터치의 존재를 나타낸다. 도 6의 일례에서, 제1 수신 전극("x" 심볼)은 주파수 f1의 낮은 계산된 값을 제공하고, 제2 수신 전극("o" 심볼)은 주파수 f2의 낮은 계산된 값을 제공하며, 제3 수신 전극(도트 심볼)은 주파수 f3의 낮은 계산된 값을 제공한다. 따라서, 도 6의 계산된 양은 3개의 터치가 터치 패널 상에서 중복하는 때에 일어난 것을 나타낸다: 제1 감지 전극과 제1 구동 전극의 노드에서의 터치, 제2 감지 전극과 제2 구동 전극의 노드에서의 터치, 및 제3 감지 전극과 제3 구동 전극의 노드에서의 터치.
도 7은 용량적으로 결합된 전극의 매트릭스를 갖는 터치 패널(720), 및 터치 패널 상의 다수의 동시적인 터치를 검출하는 데 사용될 수 있는 회로 구성요소 및 시스템을 포함하는 터치 디바이스(710)를 나타낸 것이다. 전극 매트릭스는 5개의 구동 전극의 상부 전극 어레이(모두 합하여 722로 표시됨)를 포함한다. 또한, 모두 합하여 724로 표시된 5개의 수신 전극의 하부 전극 어레이도 포함되어 있다. 각각의 구동 전극과 각각의 수신 전극의 겉보기 교차점의 노드에서 각각의 구동 전극과 각각의 수신 전극 사이에 용량성 커플링이 일어나고, 이러한 결합 커패시턴스는 사용자의 손가락 또는 기타 터치 도구가 노드에 존재하는 것에 응답하여 변한다. 읽는 사람은 5개의 구동 및 수신 전극이 예시를 위해 도시되어 있지만 원하는 바에 따라 일반적으로 N x M 매트릭스를 제공하기 위해 다른 수의 전극이 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
패널(720)의 25개 노드에서의 결합 커패시턴스가 구동 유닛(712), 측정 유닛(714) 및 제어기(716)에 의해 모니터링된다. 이 실시 형태에서, 구동 유닛은 개별 구동 신호를 제공하기 위해, 도시된 바와 같이, 복수의 대역 통과 필터(712a 내지 712e)와 관련하여 단일 신호 발생기(712f)를 이용한다. 보다 구체적으로는, 신호 발생기(712f)는 복수의 상이한 주기적인 신호 성분을 포함하는 복합 신호를 발생한다. 복합 신호는 Σ(pσ,i(t)) 형태로 되어 있을 수 있고, 여기서 합산은 증분 변수 i에 대한 것이며, pσ,i(t)는 i의 특정의 값에 고유한 주기 σ를 갖는 주기 신호를 나타낸다. 한 일례에서, 각각의 pσ,i(t)는 sin(2πtfi) 형태로 되어 있을 수 있지만, 원하는 바에 따라 비사인파 주기 신호도 역시 사용될 수 있다. 복합 신호는 대역 통과 필터(712a 내지 712e) 모두에 결합되고, 이들 필터 각각은 선택된 구동 주파수 f1, f2, f3, f4, f5 중 하나의 주파수를 통과시키고 다른 주파수들을 감쇠시키기 위해 소정의 중심 주파수를 가진다. 대역 통과 필터, 및/또는 감지 유닛 및 신호 발생기와 같은 기타 회로는, 원하는 집적(integration)에 따라, PCB 보드 상에, 플렉스 테일(flex tail) 상에, 또는 터치 패널의 경계 또는 가장자리 상에 직접 배치된 회로 상에 구현될 수 있다. 본질적으로, 발생기(712f)와 필터(712a)의 결합을 주파수 f1에 대한 제1 유효 신호 발생기를 형성하는 것으로 생각할 수 있고, 발생기(712f)와 필터(712b)의 결합을 주파수 f2에 대한 제2 유효 발생기를 형성하는 것으로 생각할 수 있으며, 이하 마찬가지이다.
앞서 기술된 다른 실시 형태에서와 같이, 다양한 구동 전극(722)에 전달되는 구동 신호는 매트릭스의 적용가능한 노드에서의 결합 커패시턴스를 통해 수신 전극(724)에 결합된다. 수신 전극(724)으로부터 획득되는 얻어진 응답 신호는 감지 유닛(714a 내지 714e)에 의해 컨디셔닝되고, 매트릭스의 각각의 노드에서의 결합 커패시턴스의 측정치를 획득하기 위해, 각각의 결합 커패시턴스를 나타내는 것으로서 진폭 관련 양을 사용하든 진폭 제곱 관련 양을 사용하든 간에, 바람직하게는 앞서 기술된 MLE 기법을 사용하여, 측정 유닛(714)에 의해 추가적으로 처리되는 신호일 수 있다. 계산된 값과 기준값의 비교는 터치 패드 전체에 걸친 터치 정보의 맵 또는 행렬을 생성하고, 터치 패드의 출력은 출력(715)으로 나타내어져 있다.
도 8에서, 터치 디바이스(810)는 용량적으로 결합된 전극의 매트릭스를 갖는 터치 패널(820), 및 터치 패널 상의 다수의 동시적인 터치를 검출하는 데 사용될 수 있는 회로 구성요소 및 시스템을 포함한다. 전극 매트릭스는 15개의 구동 전극의 하부 전극 어레이(모두 합하여 822로 표시됨)를 포함한다. 또한, 모두 합하여 824로 표시된 5개의 수신 전극의 상부 전극 어레이도 포함되어 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 적용가능한 노드에서 각각의 구동 전극과 각각의 수신 전극 사이에 용량성 커플링이 일어난다. 15개의 구동 전극 및 5개의 수신 전극이 도시되어 있지만, 일반적으로 N x M 매트릭스를 제공하기 위해 원하는 바에 따라 다른 수의 전극이 사용될 수 있다.
패널(820)의 75개 노드에서의 결합 커패시턴스가 구동 유닛(812), 측정 유닛(814) 및 제어기(816)에 의해 모니터링된다. 이 실시 형태에서, 구동 유닛은 보다 많은 구동 전극이 보다 적은 구동 주파수를 사용하여 구동될 수 있도록 신호 발생기와 멀티플렉서의 결합을 이용한다. 신호 발생기(812a 내지 812e) - 각각, 고유 주파수 f1 내지 f5의 주기 신호를 발생함 - 는, 도시된 바와 같이, 1 x 3 멀티플렉서(813a 내지 813e)의 뱅크와 결합되어 있다. 제어기(816)는 반복하는 순서로 멀티플렉서 입력(즉, 연관된 신호 발생기의 출력)을 3개의 멀티플렉서 출력 각각에 순환적으로 결합시키기 위해 각각의 멀티플렉서를 제어한다. 멀티플렉서 출력은 3개의 상이한 구동 전극 - 도 8에 도시된 바와 같이, 이웃하는 구동 전극일 수 있거나 다른 구동 전극들과 함께 산재되어 있을 수 있음 - 에 연결된다. 전자의 경우에, 제1 구동 신호(주파수 f1)는 제1 구동 전극에 전달될 수 있는 반면, 제2 구동 신호(f2)는 제4 구동 전극에 전달되고, 제3 구동 신호(f3)는 제7 구동 전극에 전달되며, 이하 마찬가지이다. 측정 유닛이 모든 수신 전극의 응답 신호로부터 결합 커패시턴스 측정치를 얻은 후에, 제어기(816)는 제1 구동 신호가 제2 구동 전극에 전달되고, 제2 구동 신호가 제5 구동 전극에 전달되며, 제3 구동 신호가 제8 구동 전극에 전달되고, 이하 마찬가지이도록 멀티플렉서를 순환시킨다. 멀티플렉서가 그의 출력 상태들 중 마지막 상태까지 순환되었을 때까지는, 측정 유닛은 전극 매트릭스의 모든 노드에 대한 결합 커패시턴스를 측정하고 이러한 측정치를 터치 패드 전체에 걸친 터치 정보의 맵 또는 행렬로 변환하며, 터치 패드의 출력은 출력(815)으로 나타내어져 있다.
대체 실시 형태에서, 주어진 멀티플렉서의 출력은 다른 전극들과 함께 산재되어 있는 전극에 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 멀티플렉서의 출력은 제1, 제6, 및 제11 구동 전극에 연결될 수 있고, 제2 멀티플렉서의 출력은 제2, 제7, 및 제12 구동 전극에 연결될 수 있으며, 이하 마찬가지이다. 이 경우에, 제1 단계에서, 제어기는 제1 구동 신호가 제1 구동 전극에 전달되게 하는 반면, 제2 구동 신호는 제2 구동 전극에 전달되고, 제3 구동 신호는 제3 구동 전극에 전달되며, 이하 마찬가지이다. 측정 유닛이 모든 수신 전극의 응답 신호로부터 결합 커패시턴스 측정치를 얻은 후에, 제어기(816)는 제1 구동 신호가 제6 구동 전극에 전달되고, 제2 구동 신호가 제7 구동 전극에 전달되며, 제3 구동 신호가 제8 구동 전극에 전달되고, 이하 마찬가지이도록 멀티플렉서를 순환시킨다. 멀티플렉서가 그의 출력 상태들 중 마지막 상태까지 순환되었을 때까지는, 측정 유닛은 전극 매트릭스의 모든 노드에 대한 결합 커패시턴스를 측정하고 이러한 측정치를 터치 패드 전체에 걸친 터치 정보의 맵 또는 행렬로 변환하며, 터치 패드의 출력은 출력(815)으로 나타내어져 있다.
다른 대안의 실시 형태에서, 다양한 멀티플렉서 모두가 실질적으로 동시에 상태를 천이시키도록 그리고 이들 멀티플렉서가 항상 동일한 상태를 갖도록(예컨대, 멀티플렉서 모두가 그 각자의 멀티플렉서 입력을 동일한 멀티플렉서 출력 리드에 일제히 결합시키도록) 이들 멀티플렉서 모두를 동기적으로 제어하는 대신에, 멀티플렉서의 제어가 랜덤화될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제1 멀티플렉서가 그의 출력을 제1 출력 리드를 통해 제공할 때, 제2 멀티플렉서는 그의 출력을 제3 출력 리드를 통해 제공할 수 있는 반면, 제3 멀티플렉서는 그의 출력을 제2 출력 리드를 통해 제공할 수 있다. 상이한 멀티플렉서의 상태를 순서화하는 것이 빠른 터치 검출을 위해 정적으로 또는 동적으로 랜덤화될 수 있다.
상기 멀티플렉서 연결 방식들 중 임의의 방식과 결합될 수 있는 또 다른 대안의 실시 형태에서, 디바이스(810)는 2가지 상이한 동작 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제1 동작 모드에서, 각각의 구동 신호는 모든 멀티플렉서 출력에 동시에 결합된다. 따라서, 예를 들어, 제1 구동 신호는, 멀티플렉서가 구동 전극에 어떻게 연결되어 있느냐에 따라, 제1 내지 제3 전극에 동시에 또는 제1, 제6 및 제11 전극에 동시에 전달될 수 있다. 어느 경우든지, 수신 전극으로부터의 응답 신호는 멀티플렉서의 어떤 순환도 없이 전극 매트릭스의 모든 노드로부터의 정보를 전체적으로 포함할 것이다. 이러한 모드는 저해상도 "대기" 모드로서 사용될 수 있다. 구동 주파수들 중 임의의 구동 주파수에 대한 임의의 진폭 관련 양에 대해 어떤 변화가 검출되는 경우 - 이 변화는 패널 상의 어딘가에서의 터치를 나타냄 -, 이러한 변화는 각각의 멀티플렉서가, 앞서 기술한 바와 같이, 그의 입력을 그의 출력들 중 하나에만 순차적으로 연결시키는 제2 동작 모드로 천이하도록 디바이스(810)를 트리거할 수 있다. 이 제2 동작 모드는 고해상도 "활성" 모드로서 사용될 수 있다.
앞서 기술된 다른 실시 형태에서와 같이, 다양한 구동 전극(822)에 전달되는 구동 신호는 매트릭스의 적용가능한 노드에서의 결합 커패시턴스를 통해 수신 전극(824)에 결합된다. 수신 전극(824)으로부터 획득되는 얻어진 응답 신호는 감지 유닛(814a 내지 814e)에 의해 컨디셔닝되고, 매트릭스의 각각의 노드에서의 결합 커패시턴스의 측정치를 획득하기 위해, 각각의 결합 커패시턴스를 나타내는 것으로서 진폭 관련 양을 사용하든 진폭 제곱 관련 양을 사용하든 간에, 바람직하게는 앞서 기술된 MLE 기법을 사용하여, 측정 유닛(814)에 의해 추가적으로 처리되는 신호일 수 있다. 계산된 값과 기준값의 비교는 터치 패드 전체에 걸친 터치 정보의 맵 또는 행렬을 생성하고, 터치 패드의 출력은 출력(815)으로 나타내어져 있다.
다른 실시 형태에서, 멀티플렉서가 구동 유닛(812)에서 사용되든 그렇지 않든 간에, 멀티플렉서가 측정 유닛(814)에서 구동 유닛에 대해 전술한 것과 완전히 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 수신 전극들의 부분집합이 전극 부분집합 간에 공유되는 감지 유닛 및/또는 측정 유닛(측정 유닛은 MLE 계산 또는 기타 계산을 수행함)에 멀티플렉서를 통해 순차적으로 결합될 수 있다. 어떤 경우에, 모든 수신 전극에 대해 단지 하나의 감지/측정 유닛이 사용될 수 있지만, 각각의 구동 주파수에 대한 결합 커패시턴스 계산을 수행하기에 충분한 시간 동안 이러한 유닛을 각각의 수신 전극에 연결시키는 데 필요한 시간이 엄청나게 느릴 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 개시된 실시 형태들 중 적어도 일부에서 사용될 수 있는 예시적인 검출 및 분석 회로(910)가 있다는 것을 알 것이다. 회로(910)는 감지 유닛(912) 및 측정 유닛(914)을 포함한다. 감지 유닛은 앞서 개시된 바와 같이 수신 전극들 중 하나 이상의 수신 전극에, 직접 또는 멀티플렉서 또는 스위치를 통해, 전기적으로 연결되는 입력 리드(916a)를 가진다. 커패시터 C1, C2, 저항기 R1, R2, Rf, 및 연산 증폭기 OA1은 수신 전극으로부터 수신된 전류 기반 신호를 증폭하고 감지 유닛(912)의 출력 리드(916b) 상의 전압 기반 신호로 변환하기 위해 도시된 바와 같이 연결되어 있다. 이 리드는 또한 측정 유닛(914)의 입력 리드에 대응한다. 연산 증폭기의 비반전 입력은 기지의 전압 레벨 V0 - 가상 접지라고도 하며, 수신 전극 사이의 교차 결합을 방지하는 데 도움을 줌 - 에 연결되어 있다. 한 예시적인 실시 형태에서, C1 = 1 마이크로패럿이고, C2 = 27 피코패럿이며, R1 = 1 킬로오옴이고, R2 = 100 오옴이며, Rf = 2 킬로오옴이고, V0 = 1.5 볼트이다.
감지 유닛(912)은 수신 전극으로부터의 원시 응답 신호를 증폭, 필터링 및/또는 다른 방식으로 컨디셔닝한다. 컨디셔닝된 응답 신호는 리드(916b)를 통해 측정 유닛(914)에 제공된다. 도 9에서, 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 측정 유닛에 포함되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 대안적으로 감지 유닛(912)에 그룹화되어 있을 수 있다. ADC는 다양한 신호로부터 다양한 결합 커패시턴스를 나타내는 관심의 특징(즉, 진폭 제곱 관련 양 및 기타 진폭 관련 양과 같은 앞서 논의된 특징)[결합 커패시턴스는 또한 터치(들)를 나타냄]을 측정하는 마이크로프로세서(μP)에 의해 행해질 계산을 위한 준비로서 신호를 디지털화한다. 마이크로프로세서는 또한 입력(916c)으로부터 주파수 정보를 수신할 수 있고, 이 정보는 제어 유닛으로부터의 하나 이상의 제어값 또는 구동 신호에서 사용되는 실제 구동 주파수 f1, f2 등을 나타내는 기타 데이터를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는, 각각의 결합 커패시턴스를 나타내는 것으로서 진폭 제곱 관련 양을 사용하든 다른 진폭 관련 양을 사용하든 간에, 수신 전극의 각각의 노드에서의 결합 커패시턴스의 측정치를 획득하기 위해, 선택적으로 주파수 정보와 함께 그리고 바람직하게는 앞서 기술된 MLE 기법을 사용하여, 디지털화된 응답 신호를 처리한다. 계산된 값과 기준값의 비교는 수신 전극에 대한 일련의 터치 정보를 산출하고, 그의 출력은 출력(916d)을 통해 제공된다. 이 터치 정보는, 전극 매트릭스의 다른 수신 전극으로부터의 유사한 터치 정보와 결합될 때, 터치 시스템이 터치 패드의 모든 노드에 대한 터치 정보의 맵 또는 행렬을 제공할 수 있게 해준다.
이제 도 10 및 도 11을 참조하면, 이들 도면은, 특정의 대표적인 신호 및 동작 조건에 대해, 앞서 논의된 MLE 기법의 성능과 앞서 논의된 FFT 기법을 비교하고 있다. 이 비교는 FFT에 대한 MLE 기법의 장점들 중 일부를 설명하는 데 도움을 준다.
도 10과 관련하여, 단위 진폭 및 40 ㎑ 주파수의 신호를 정의하였다. 이어서, 이 신호를 500 ㎑ 샘플 레이트로 샘플링함으로써 디지털화하였다. 이 디지털화된 신호로부터, 신호에 포함된 샘플의 수(N)만큼만 서로 상이한 유한의 디지털화된 신호의 시퀀스를 생성하였다. 샘플의 수(N)가 100(200 마이크로초의 총 샘플 시간을 갖는 가장 짧은 유한의 디지털화된 신호에 대응함) 내지 500(1 밀리초의 총 샘플 시간을 갖는 가장 긴 유한의 디지털화된 신호에 대응함)의 범위에 있는 경우를 조사하였다. 다시 말하지만, 40 ㎑의 단일 고정 주파수 및 1.0의 진폭을 가정하여 이들 유한의 디지털화된 신호 각각이 계산되었다. 이들 유한의 디지털화된 신호 각각이 신호의 진폭을 계산하기 위해 MLE 방법(예컨대, 상기 수학식 4 참조) 및 FFT 방법(예컨대, 상기 수학식 2 참조)을 사용하여 평가되었다. MLE 방법의 경우, 정규화된 주파수 f0가 0.08(= 40 ㎑ / 500 ㎑)로 설정되었고, 그에 따라 진폭이 계산되었다. FFT 방법의 경우, 계산된 진폭에 대한 최대값을 산출한 주파수 수 k는 신호 주파수인 것으로 가정되었고, 그 주파수 수 k에 대해 계산된 진폭 값이 신호의 진폭인 것으로 가정되었다. 테스트되는 유한의 디지털화된 신호 모두에 대해 이 절차를 따랐다.
결과가 도 10에 도시되어 있으며, 여기서 곡선(1010)은 MLE의 결과를 나타내고, 곡선(1012)은 FFT의 결과를 나타낸다. 명확하게도, 디지털화된 신호에서 사용되는 샘플의 수의 함수로서 MLE 기법을 사용하여 계산된 진폭에서의 변동성은 FFT 기법을 사용할 때의 변동성보다 훨씬 더 작다. 곡선(1010)은 0.998의 평균 진폭 값 및 0.0034의 표준 편차를 제공하는 반면, 곡선(1012)은 0.8715의 평균 진폭 값 및 0.1104의 표준 편차를 제공한다. 곡선(1012)에서의 피크가 1에 가까운 값에서 발생하는 것으로 증명되는 바와 같이 FFT 기법이 정확한 결과를 생성할 수 있지만, 이는 또한 피크가, 예를 들어, 0.7 미만의 값에서 발생하는 것으로 증명되는 바와 같이 실질적으로 부정확한 결과를 생성할 수 있다. MLE 곡선(1010)의 변동성은 비교적 훨씬 더 작다. 게다가, 샘플의 수가 증가함에 따라, 곡선(1010)의 변동성이 감소되는(정확도가 증가되는) 반면, 곡선(1012)의 변동성은 실질적으로 동일한 채로 유지된다.
도 11a 및 도 11b는 고정된 수의 샘플 지점에 대한 신호 위상의 효과를 조사한다. 따라서, 이들 도면은 응답 신호의 성분을 대표하는 단일 주파수 신호의 계산된 진폭을 신호의 위상의 함수로서 나타낸 것으로서, 여기서 그래프 11a는 FFT를 사용하여 계산된 진폭을 나타낸 것이고 그래프 11b는 MLE를 사용하여 계산된 진폭을 나타낸 것이다. 이들 그래프의 목적상, 다시 말하지만 단위 진폭 및 40 ㎑ 주파수의 신호가 가정되었다. 신호는 500 ㎑ 샘플링 레이트로 디지털화되었다. 이 디지털화된 신호로부터, 모두 256개의 샘플 지점(512 마이크로초의 총 샘플 시간을 나타냄)을 갖고 신호의 위상 φ만큼만 서로 상이한 - 위상은 0 내지 π 라디안의 범위에 있음 - 유한의 디지털화된 신호의 시퀀스를 생성하였다. 이들 유한의 디지털화된 신호 각각은 동일한 FFT 및 MLE 방법을 사용하여 도 10에 대해 기술된 동일한 방식으로 평가되었고, 결과가 도 11a 및 도 11b에 도시되어 있다. FFT 기법의 변동성에 대한 도 11b의 곡선에서의 작은 변동성에 의해 증명되는, 신호의 위상에 대한 MLE 기법의 상대 불감도(relative insensitivity)를 용이하게 관찰할 수 있다. 또한 주목할 점은, FFT에 의해 계산된 신호 진폭이 1.0의 진짜 신호 진폭과 실질적으로 상이하다는 것이다. 이것은 이 비교를 위해 선택된 특정의 수의 샘플과 함께 샘플 수(도 10 참조)에 따른 FFT의 변동성의 결과이다.
달리 언급하지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 달리 언급하지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 기술되는 숫자 파라미터는 본 출원의 개시 내용을 이용하여 당업자가 달성하고자 하는 원하는 특성에 따라 다를 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 범주에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치적 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 임의의 수치 값이 본 명세서에 설명된 특정 예에 기술되는 한, 이들은 가능한 한 합리적으로 정확히 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 시험 또는 측정 한계와 관련된 오차를 분명히 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 기술 분야의 당업자에게는 명백할 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 읽는 사람은 달리 표시되지 않는 한, 개시된 일 실시예의 특징이 다른 모든 개시된 실시예에 또한 적용될 수 있음을 생각하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 모든 미국 특허, 특허 출원 공개, 및 기타 특허와 비특허 문서가, 이상의 개시 내용과 모순되지 않는 한, 참조 문헌으로서 포함된다는 것을 잘 알 것이다.

Claims (20)

  1. 터치 감응 장치로서,
    터치 표면, 복수의 구동 전극, 및 복수의 수신 전극을 포함하는 패널;
    제1 구동 주파수를 갖는 제1 구동 신호를 복수의 구동 전극 중 제1 구동 전극에 전달하면서 또한 제1 구동 주파수와 상이한 제2 구동 주파수를 갖는 제2 구동 신호를 복수의 구동 전극 중 제2 구동 전극에 전달하도록 구성된 구동 유닛; 및
    복수의 수신 전극 중 제1 수신 전극으로부터 제1 응답 신호를 수신하고 제1 응답 신호를 분석하여 그로부터 (a) 제1 구동 주파수와 연관된 제1 주파수 및 최대 우도 추정을 이용해 제1 수신 전극과 제1 구동 전극 사이의 제1 결합 커패시턴스, 및 (b) 제2 구동 주파수와 연관된 제2 주파수 및 최대 우도 추정을 이용해 제1 수신 전극과 제2 구동 전극 사이의 제2 결합 커패시턴스를 결정하도록 구성된 측정 유닛
    을 포함하고, 최대 우도 추정은 응답 신호의 진폭의 제곱에 기초하는, 터치 감응 장치.
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