打点の振動を用いたタッチセンサーシステム
【課題】簡易な構成により、タッチプレート上の打点の位置を迅速且つ正確に把握でき、製造工程の簡単化、単価の低減化、多様な装置への適用が可能なタッチセンサーシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；前記圧電物からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；前記第１のセンサーバー及び第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【解決手段】本発明は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；前記圧電物からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；前記第１のセンサーバー及び第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサーシステムに関し、特に、タッチ時に発生する振動波や弾性波を受信して、打点の位置を迅速且つ正確に把握できる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＴＶやコンピュータモニタに限られているディスプレイ技術は、携帯電話、ＰＭＰ、ＭＰ３、車両用ナビゲーションを含むモバイル機器に適用されており、その応用範囲が仮想ディスプレイまで拡張される展望である。既存のディスプレイは単純に視覚的情報のみを伝達したが、現在は、より便利なインターフェースに対する要求に応じて、キーボードやマウスが持つ情報入力窓としての役割を果たすに至った。このようなマルチ機能を持つディスプレイを、タッチスクリーン或いはタッチパネルと通称する。
【０００３】
タッチパネルの具現のための多様な技術が導入されており、外部タッチの位置を類推する方法により、三つに大別される。第一に、最も広く活用されている電気抵抗方式によるタッチパネルである。ガラスに代表されるディスプレイ窓の表面に透明電極を用いて縦軸及び横軸の配列を作った後、その上部に絶縁膜を塗布して製作される。
【０００４】
タッチが発生すれば、発生した地点の押下により通電が発生し、縦軸及び横軸に配列された透明電極からタッチされた地点を類推し得る。その製作方法は、難しいが、半導体工程の発達により当該技術が向上しており、タッチが発生すればその位置を把握するアルゴリズムが非常に簡単であるため、その活用度が高い。
【０００５】
しかしながら、透明電極を始めとしてガラス基板に追加的に装着される膜は、出力光の輝度を減少させる原因になる。すなわち、同一の輝度を出すためにはパワーの消耗量が大きいため、モバイルのような低容量移動電源付きのディスプレイには致命的である。また、その製作技術は基板全体を対象とする半導体工程に基づくので、大型タッチパネルの製作には現実的に活用性がない。
【０００６】
第二に、キャパシタンス測定方式によるタッチパネルである。タッチパネルの上、下、左、右の外枠にキャパシタンスセンサーを位置させた後、指のような電荷を持つ物質がタッチパネルに位置する場合、各キャパシタンスセンサーに帯電される電荷量の差に基づいて、その位置を類推する方式である。この方式によるタッチパネルは、高感度であり、特に指動きに敏感である。
【０００７】
しかしながら、原理上、ガラスのような透明基板への適用が困難であり、ノートブックパッドのように別途のタッチパネルを使用するため、集積化を指向する側面では大きい制約になり得る。
【０００８】
第三に、弾性波の感応によるタッチパネル駆動方式である。ガラスに代表されるタッチパネルの上部又は下部に弾性波送受信器を周期的に配列したり、弾性波反射器を用いてタッチパネルの表面に弾性波の経路を作った後、指のような弾性波吸収物質がタッチパネルの表面にタッチされた場合、タッチ地点から発生する弾性波の減殺を感知して位置を把握する方式である。これは、ディスプレイに寄与しないタッチパネルの外枠部に弾性波送受信器を位置させるので、光源の輝度が大きく向上するという側面から、脚光を浴びている。
【０００９】
しかしながら、タッチの非発生時にも継続的に弾性波の送出が必要なので、電力消耗が大きくなり、反射器や送受信器の配列により構成が複雑になる。
【００１０】
このように、従来は、多様な方式によるタッチパネルの具現が可能であるが、電力消耗が大きいため、超小型モバイルへの適用が困難である。また、従来の技術は、複雑な構造により、今後の大型ディスプレイへの適用が容易でない。したがって、構成が簡単であり、且つ、電力消耗の低減が可能な新しい方式のタッチパネルの具現が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１０−００８８３０５号
【特許文献２】国際公開特許第２００５−１０３８７３号
【特許文献３】ヨーロッパ公開特許第１８３９１１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記問題点を解決するためのもので、その目的は、簡易な構成により、タッチ入力が進行される画面上の打点の位置を迅速且つ正確に把握でき、製造工程の簡単化、単価の低減化、多様な装置への適用が可能なタッチセンサーシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の特徴は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；前記圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部から受信された電気信号を抽出して、タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【００１４】
このとき、前記タッチプレートは、振動減殺係数が一定な物質で製造されるのが好ましい。また、前記タッチプレートは、メトリックス状にパターンされるが、格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００１５】
また、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合される。
【００１６】
また、前記打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００１７】
また、前記打点算出部は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第１の格子情報格納部；前記第１の格子情報格納部に格納されている信号の受信パターンの異常可否を判断するノイズ判断部；及び、前記ノイズ判断部が前記信号の受信パターンに異常がないと判断する場合、前記第１の格子情報格納部に格納されている情報に基づき、打点の位置を算出する第１の格子情報分析部を含む。
【００１８】
このとき、前記第１の格子情報格納部は、振動を受信した格子の位置情報及び格子が振動を受信した時間情報を格納する。
【００１９】
また、前記第１の格子情報分析部は、最初に振動を受信した格子及び前記格子に隣接している格子らの位置；前記格子らが振動を受信した時間情報；及び、前記タッチプレートで振動の移動速度情報を用いて打点の位置を算出する。
【００２０】
また、前記ノイズ判断部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子が振動を感知した時間が同一であれば、第２の格子及び第３の格子に隣接している第４の格子及び第５の格子に振動が受信される時間に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【００２１】
また、前記ノイズ判断部は、隣接している第１の格子及び第２の格子が同時に振動を受信すれば、第１の格子及び第２の格子に隣接している第３の格子及び第４の格子に振動が受信される時間に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【００２２】
また、前記ノイズ判断部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に振動を受信すれば、第３の格子に振動が受信される時間、又は、第２の格子に隣接している第４の格子に振動が受信される時間に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【００２３】
このとき、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００２４】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００２５】
また、前記打点算出部は、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレート上のタッチ位置を算出する第１の打点算出部；及び、前記第１の打点算出部により算出されたタッチプレート上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する第２の打点算出部を含む。
【００２６】
このとき、前記打点算出部は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する二つ以上の位置情報により、前記タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズを判断する画面判断部をさらに含む。
【００２７】
また、前記打点算出部は、ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、前記タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズを判断する画面判断部をさらに含む。
【００２８】
このとき、前記第２の打点算出部は、ディスプレイされる画面から逸脱する打点が入力される場合、前記打点に対しては入力されないものと判断する。
【００２９】
また、前記打点算出部は、タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報を、前記タッチプレート上に表示する設定画面提示部をさらに含む。
【００３０】
また、前記打点算出部は、ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、前記タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズが、前記設定画面提示部が表示する画面の位置及びサイズに合せてディスプレイされたか否かを判断する画面判断部をさらに含む。
【００３１】
このとき、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００３２】
また、前記打点算出部は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第２の格子情報格納部；及び、前記第２の格子情報格納部に格納されている情報に基づき、打点の位置を算出する第２の格子情報分析部を含む。
【００３３】
このとき、前記第２の格子情報格納部は、振動を受信した格子の位置情報及び格子が振動を受信した時間情報を格納する。
【００３４】
また、前記第２の格子情報分析部は、最初に振動を受信した格子及び前記格子に隣接している格子らの位置；前記格子らが振動を受信した時間情報；及び、前記タッチプレートで振動の移動速度情報を用いて打点の位置を算出する。
【００３５】
このとき、前記第２の格子情報分析部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子が振動を感知した時間が同一であれば、最初に振動を感知した第１の格子の位置に基づいて振動の位置を計算する。
【００３６】
また、前記第２の格子情報分析部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に振動を受信すれば、第１の格子から第２の格子の方へ１/４地点を基準として振動の位置を計算する。
【００３７】
また、前記第２の格子情報分析部は、隣接している第１の格子及び第２の格子が同時に振動を受信すれば、第１の格子及び第２の格子の中間地点を基準として振動の位置を計算する。
【００３８】
このとき、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００３９】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００４０】
本発明の第２の特徴は、圧電体からなる格子で構成される第１のセンサー部；前記圧電体からなる格子で構成される第２のセンサー部；前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【００４１】
このとき、前記タッチプレートは、振動減殺係数が一定な物質で製造されるのが好ましい。
【００４２】
また、前記タッチプレートはメトリックス状にパターンされるが、 前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００４３】
また、前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部は、前記タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合される。
【００４４】
また、前記打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００４５】
本発明の第３の特徴は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；前記圧電体からなる格子が一側面に形成され、端部が前記第１のセンサーバーの端部に垂直方向に結合される第２のセンサーバー；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチ入力が進行される画面に対するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【００４６】
このとき、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーの端部に結合されて、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが垂直をなすように固定させるバー固定部をさらに含む。
【００４７】
また、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、センサーバーの端部境界線を逸脱したタッチを認識するための境界線検出部をさらに含み、前記境界線検出部は、圧電体からなる格子であるのが好ましい。
【００４８】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００４９】
また、前記第２のセンサーバーの対向位置において、前記第１のセンサーバーの他端に結合されている第１の追加側面バー；及び、前記第１のセンサーバーの対向位置において、前記第２のセンサーバーの他端に結合されている第２の追加側面バーをさらに含む。
【００５０】
このとき、前記第１の追加側面バー及び前記第２の追加側面バーの一側面に圧電体からなる格子が形成される。
【００５１】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００５２】
本発明の第４の特徴は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面ラインに形成される投光性シート；前記それぞれの格子と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)ラインの電気信号のうち、最初信号を抽出して格子の位置を算出し、前記抽出された格子から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部を含む。
【００５３】
ここで、前記投光性シートは、メトリックス状にパターンされるのが好ましく、グラスを材質とするのが好ましい。前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含むのが好ましい。
【００５４】
また、前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含み、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００５５】
本発明の第５の特徴は、ディスプレイ装置とタッチスクリーン装置とからなるディスプレイ部、中央処理部及び通信部を含むが、前記タッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面ラインに形成される投光性シート；前記それぞれの格子と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)ラインの電気信号のうち、最初信号を抽出して格子の位置を算出し、前記抽出された格子から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部から構成される。
【００５６】
ここで、前記モバイル機器は携帯用電話、ＰＤＡ、タブレットＰＣの何れか一つであるのが好ましく、前記投光性シートはメトリックス状にパターンされるのが好ましい。
【００５７】
また、前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含む。前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含む。前記投光性シートの下面枠に前記格子を形成し、上面枠に前記格子パターンを遮断するウィンドウフレームが形成される。
【００５８】
本発明の第６の特徴は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、前記第１のラインと対向する側面の第２のラインに形成される投光性シート；前記第１のラインの格子及び第２のラインの格子が各々連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子位置を抽出し、前記最初信号格子地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部を含む。
【００５９】
ここで、前記投光性シートは、メトリックス状にパターンされるのが好ましく、グラスを材質とするのが好ましい。前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含むのが好ましい。
【００６０】
また、前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含み、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００６１】
本発明の第７の特徴は、ディスプレイ装置とタッチスクリーン装置とからなるディスプレイ部、中央処理部及び通信部を含むが、前記タッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、前記第１のラインと対向する側面の第２のラインに形成される投光性シート；前記第１のラインの格子及び第２のラインの格子が各々連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して各ラインの格子位置を抽出し、前記最初信号格子地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して打点の位置を算出する打点算出部を含む。
【００６２】
ここで、前記モバイル機器は携帯用電話、ＰＤＡ、タブリットＰＣの何れか一つであるのが好ましい。前記投光性シートは、メトリックス状にパターンされるのが好ましい。前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含むのが好ましい。
【００６３】
また、前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含むのが好ましい。前記投光性シートは、下面枠に前記格子を形成し、上面枠に前記格子パターンを遮断するウィンドウフレームが形成されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００６４】
したがって、本発明は、簡易な構成により、タッチ入力が進行される画面上の打点の位置を迅速且つ正確に把握でき、製造工程の簡単化、単価の低減化、多様な装置への適用が可能なタッチセンサーシステムを提供できる。
【００６５】
また、周辺機器の最小化が可能であり、センサーシステムに必要な追加電源が少ないため、電力効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好適な一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図３】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートがパターンされた、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図４ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートの側面ラインのうち、第１のセンサーバー及び第２のセンサーが結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー及び第２のセンサーバーに対応する追加側面バーがさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図４ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートの側面ラインのうち、第１のセンサーバー及び第２のセンサーが結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー及び第２のセンサーバーに対応する追加側面バーがさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図５】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図６】本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のまた他の実施例に係る第１の格子情報格納部に格納される格子情報の構成を示す図である。
【図８ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在しなくて、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延の発生なしに格子まで伝達される過程を示す図である。
【図８ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在して、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。
【図９ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在しなくて、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延の発生なしに格子まで伝達される過程を示す図である。
【図９ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在して、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。
【図１０ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在しなくて、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延の発生なしに格子まで伝達される過程を示す図である。
【図１０ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在して、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。
【図１１】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を示す図である。
【図１２ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図１２ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図１３】本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的なブロック構成を示す図である。
【図１４】本発明に係る格子情報格納部に格納される格子情報の構成を示す図である。
【図１５ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１５ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１５ｃ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１６】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１７】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図１８】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図１９ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムに用いられるセンサーバーを示す図である。
【図１９ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムに用いられるセンサーバーを示す図である。
【図２０】本発明のまた他の実施例に係るバー固定部を含む打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２１ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２１ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２２】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図２３】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２４】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２５】本発明のまた他の実施例に係る投光性シートがパターンされた打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２６】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されるセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２７】本発明のまた他の実施例に係るモバイル機器に適用されるタッチスクリーン装置の投光性シートの背面及び側面を示す図である。
【図２８】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されるセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２９】本発明のまた他の実施例に係るタッチスクリーン装置の投光性シートがパターンされるもので、打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されるセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下、図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
【００６８】
図１は、本発明の好適な一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１；圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー１２；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート２０；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部３０で受信された信号を抽出して、打点の位置を算出する打点算出部４０；及び、打点算出部４０で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部５０を含む。
【００６９】
ここで、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１は、タッチプレート２０の水平(Ｘ)側に結合されており、圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の垂直(Ｙ)側に結合されている。
【００７０】
本発明の好適な一実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の側面に結合されるように、前記側面に沿って長手方向に延長されるバー形態であり、その断面の形状が四角形や三角形などのような多面体、円形や楕円形のような球面体であり得る。
【００７１】
第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の側面に結合されるが、これに限られず、側面ラインの正面、側面及び背面のうち、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する当業者の選択により結合され得る。
【００７２】
また、本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２がタッチプレート２０の側面ラインに結合される場合、第１のセンサーバー１１の一端と、第２のセンサーバー１２の他端とを構造的に結合させることができる。このような結合形態は、当業者の選択により分離型又は一体型になり得る。一体型の場合には、タッチプレート２０の水平(Ｘ)側に対応する部分が第１のセンサーバー１１に相当し、タッチプレート２０の垂直(Ｙ)側に対応する部分が第２のセンサーバー１２に相当する。これについては、以後、図４に基づいて具体的に説明する。
【００７３】
本発明の好適な一実施例において、タッチプレート２０は、プレートの一部の地点をタッチして発生した振動を、水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面まで伝達させる役割を果たす。このようなタッチの対象になる画面は、タッチプレート２０の正面又は背面にディスプレイされたり、別途の印刷用紙の形態に付着され得る。このために、本発明の一実施例に係るタッチプレート２０は、ガラス、プラスチック及び木板などのような、振動減殺係数が小さくて一定の地点に対するタッチにより発生する振動を水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面まで伝達できる、振動伝達率が高い材質を用いるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子２５地点まで低い損失率で伝えられて格子２５に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
【００７４】
信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【００７５】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳ(Data Acquisition System)という。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ及びコンピュータなどで構成される。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことのできる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【００７６】
このように、本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【００７７】
好ましくは、本発明の一実施例に係る打点算出部４０は、当業者の選択によりＭＣＵ(Micro Controller Unit)を始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【００７８】
このような構成により、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチすれば、その地点(以下“打点”という)から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に伝播され、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【００７９】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換され、打点算出部４０でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチプレート２０のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【００８０】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態に存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【００８１】
このような弾性波は、タッチプレート２０のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレートをタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【００８２】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【００８３】
圧電体(Piezoelectrics)は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【００８４】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器などに広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【００８５】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【００８６】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上において、格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【００８７】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、前記電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【００８８】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。外部装置と信号送信部５０とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth（登録商標）方式による直接通信方式で連結でき、WiFi（登録商標）方式による間接通信方式で連結できる。また、Zigbee（登録商標）、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
【００８９】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０が信号を受信して最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【００９０】
図２は、本発明の他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、打点から伝播される弾性波が、水平(Ｘ)又は垂直(Ｙ)の側面に形成される二つ以上の格子２５に同時に到達し得る。この場合、打点(Ｐ)の位置を抽出するが、複数の打点(Ｐ)の位置を算術平均して位置を決定し得る。例えば、水平(Ｘ)の側面に形成される格子の二つと、垂直(Ｙ)の側面に形成される格子の二つとに、弾性波が同時に最初に受信されれば、同図に示すように、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4のような四つの交差点が発生し、これらの算術平均値を打点として算出し得る。
【００９１】
このように、本発明の実施例は、二つ以上の交差点を抽出し、これを算出平均した値を打点(Ｐ)として、より正確なタッチの打点(Ｐ)を検索し得る。
【００９２】
図３は、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートがパターンされる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、タッチプレート２０がメトリックス状にパターンされるものを除いては、図１の実施例と同様な構成を持つ。
【００９３】
本実施例では、ディスプレイにタッチする場合、打点(Ｐ)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(Ｐ)から格子点への最短距離が直線経路という点に着眼して、タッチプレート２０の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターンを形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
【００９４】
図４ａは、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート２０の側面ラインのうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサー１２が結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【００９５】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合される追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、分離型に形成されることができる。このとき、追加側面バー１３、１４の一側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２のように圧電体からなる格子が形成されることもできる。
【００９６】
図４ｂは、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート２０の側面ラインのうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサー１２が結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【００９７】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合される追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、一体型に形成されることができる。このとき、追加側面バー１３、１４の一側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２のように圧電体からなる格子が形成されることもできる。
【００９８】
図５は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図５には、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ８０から投影される画面に対するタッチの入力を受け、打点に関する情報を外部コンピュータ装置７０に提供する過程を説明するための図である。
【００９９】
図５に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子(図示せず)が一側面に形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されるタッチプレート２０；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結しており、電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部で受信された電気信号により、タッチプレートに対するタッチ位置を算出する打点算出部４０；算出された打点位置情報を外部コンピュータ装置７０に、無線６１又は有線６５で伝送する信号送信部５０；特定位置基盤の作業入力が必要な画面を生成し、画面に対応する打点位置情報を信号送信部５０から無線６２又は有線６５で受信するコンピュータ装置７０；及び、コンピュータ装置７０で生成した、特定位置基盤の作業入力が必要な画面をタッチプレート２０上に投影するプロジェクタ８０を含む。
【０１００】
本実施例では、コンピュータ装置７０がタッチ入力が必要な画面を生成してプロジェクタ８０に送信すれば、プロジェクタ８０がこれをタッチプレート２０上に投影する。タッチプレート２０上に投影された画面に対してタッチ入力(Ｐ)がある場合、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２、信号処理部３０及び打点算出部４０により、タッチが発生した打点(Ｐ)に関する位置情報が算出される。このように算出された打点(Ｐ)に関する位置情報は、信号送信部５０によりコンピュータ装置７０に伝送される。このとき、信号送信部５０及びコンピュータ装置７０は、それぞれ無線通信装備６１、６２を備え、 互いに無線で連結されれば、無線で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送し、互いに有線６５で連結されれば、有線６５で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送する。
【０１０１】
本発明のまた他の実施例では、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチすれば、その打点から振動波や弾性波が発生する。このように発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に、次の数式１のような速度で伝播される。
【０１０２】
【数１】
このとき、ｖ（ｔ）は時間ｔにおける弾性波の速度、ｖ0はタッチ時に発生する弾性波の初期速度、及び、ｖd（ｔ）はタッチプレート２０の固有減殺係数に係る弾性波の速度減少分である。一般に、タッチプレート２０の材質及び厚さが決定されると、ｖ0及びｖd（ｔ）は容易に計算できる。このように、弾性波は、ｖ（ｔ）の速度で打点から伝播されて、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成される格子２５に到達することになり、圧電体からなる各格子２５は、弾性波により圧力又はストレスを受けて電気信号を発生する。
【０１０３】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信されて、デジタル信号に変換され、打点算出部４０がデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチプレート２０のマトリックス上において抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０１０４】
ここで、タッチプレート２０上に汚染物質が存在する場合、タッチにより発生する弾性波の進行に遅延又は屈折が発生し得る。これにより、弾性波が格子２５への順次伝達が困難になり、受信信号パターンに異常、すなわちノイズが発生し得る。このとき、打点算出部４０は、このような異常発生を感知して、汚染物質による意図しない入力エラーを防止することになる。
【０１０５】
図６は、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部４０は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第１の格子情報格納部４３と、第１の格子情報格納部４３に格納される信号の受信パターンの異常可否を判断するノイズ判断部４２と、第１の格子情報格納部に格納される情報に基づいて打点の位置を算出する第１の格子情報分析部４１とを含む。
【０１０６】
第１の格子情報格納部４３には、タッチにより発生する弾性波を受信する格子に関する情報が格納される。以下、図７に基づき、本発明の好適な実施例に係る格子情報格納部４３に格納される受信格子情報について詳細に説明する。
【０１０７】
図７は、本発明のまた他の実施例に係る第１の格子情報格納部４３に格納される格子情報の構成を示す図である。具体的には、同図に示すように、振動を受信する圧電体からなる格子をそれぞれ区別するための格子識別情報(Ｐ10、Ｐ20、Ｐ30、Ｐ40、Ｐ50．．．Ｐ01、Ｐ02、Ｐ03、Ｐ04、Ｐ05．．．)と、各格子が振動を感知する時間情報(ｔ10、ｔ20、ｔ30、ｔ40、ｔ50．．．ｔ01、ｔ02、ｔ03、ｔ04、ｔ05．．．)とを含む。
【０１０８】
本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、打点から伝達される弾性波を受信する格子の位置及び弾性波受信時間に基づいて打点の位置を確認するため、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２の一側面に形成される格子のそれぞれに対して区別される識別番号を付与する。具体的な識別番号付与体系は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した当業者の選択により決定され得るが、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成される格子が区別されるようにするのが好ましい。
【０１０９】
好ましくは、格子が形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される。よって、第１の格子情報格納部４３には、図７に示すように、水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面のそれぞれに対し、格子識別情報と各格子に対して振動を感知する時間情報とを区別して含むことができる。
【０１１０】
図７に示すように、タッチにより発生する弾性波は、水平(Ｘ)方向の第１のセンサーバー１１に形成されるＰ10格子に最初に受信され、Ｐ10格子が弾性波を受信する時間はｔ10である。順次、Ｐ20格子がｔ20時間に、Ｐ30格子がｔ30時間に、弾性波を受信する。また、タッチにより発生する弾性波は、垂直(Ｙ)方向の第２のセンサーバー１２に形成されるＰ01格子に最初に受信され、Ｐ01格子が弾性波を受信する時間はｔ01である。順次、Ｐ02格子がｔ02時間に、Ｐ03格子がｔ03時間に、振動を受信する。
【０１１１】
第１の格子情報分析部４３は、各格子２５が振動を受信する位置及び時間に関する情報に基づいて打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標を算定し、打点の位置を算出する。本発明の好適な一実施例に係る第２の格子情報分析部４８は、最初に振動を受信する格子及び前記格子に隣接している格子らの位置と、振動を受信する格子らの振動受信時間情報と、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度情報ｖ（ｔ）とを用いて、打点の位置を算出する。すなわち、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度と、各格子が振動を受信する相対的な時間情報とを用いる場合、振動の移動距離を算出でき、これに基づいて打点の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の方向の位置を算出できる。
【０１１２】
以下、図８ａ及び図８ｂに基づき、本発明のまた他の実施例では、第１の格子(Ｐ10)に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子２５に受信される時、ノイズ判断部４２を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
【０１１３】
図８ａは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子２５まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)の左右に隣接している第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)に同時(ｔ20)に受信され、第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)の左右に隣接している第４の格子(Ｐ40)及び第５の格子(Ｐ50)に同時(ｔ30)に受信される。
【０１１４】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の格子が同時(ｔ20)に振動を感知すれば、第２の格子及び第３の格子に隣接している第４の格子及び第５の格子も同時(ｔ30)に振動を感知したか否かに基づいて、信号の受信パターンの異常可否を判断する。或いは、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート２０上で弾性波の伝播速度がｖ（ｔ）であり、各格子間の距離は知られているので、各格子(Ｐ40、Ｐ50)に弾性波が受信される予想時間を算出して信号の受信パターンの異常可否を判断できる。すなわち、ノイズ判断部４２は、算出された予想時間と実際に各格子に振動が受信される時間(ｔ30)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。図８ａの場合、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しなくて、算出された予想時間と実際に振動が受信された時間とが同一であるので、汚染物質による信号の受信パターンに異常がないと判断する。
【０１１５】
図８ｂは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図８ｂでは、タッチプレート２０上に存在する汚染物質により、格子２５に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図８ａとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)の左右に隣接している第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)に同時(ｔ20)に受信され、第２の格子(Ｐ20)に隣接している第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ30)され、第３の格子(Ｐ30)に隣接している第５の格子(Ｐ50)に受信(ｔ40)される。
【０１１６】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の３格子が同時(ｔ20)に振動を感知すれば、第２の格子及び第３の格子に隣接している第４の格子及び第５の格子に振動が受信される時間(ｔ30、ｔ40)が同一か否かに基づいて、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１１７】
或いは、格子(Ｐ40、Ｐ50)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ30、Ｔ40)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１１８】
図８ｂの場合、第５の格子(Ｐ50)の近所に汚染物質が存在する場合、第５の格子(Ｐ50)の方に進行される振動は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第５の格子(Ｐ50)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(ｔ40)とが異なることになる。このとき、ノイズ判断部４２は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
【０１１９】
以下、図９ａ及び図９ｂに基づき、本発明のまた他の実施例では、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子２５に受信される時、ノイズ判断部４２を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
【０１２０】
図９ａは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子２５まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)に最初に同時(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の左右に隣接している第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)に同時(ｔ20)に受信される。
【０１２１】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、隣接している第１の格子及び第２の格子が同時(ｔ10)に振動を受信すれば、第１の格子及び第２の格子に隣接している第３の格子及び第４の格子に同時(ｔ20)に振動が受信されたか否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２２】
或いは、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ20)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２３】
図９ａの場合、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しなくて、算出された予想時間と実際に振動が受信された時間とが同一であるので、汚染物質による信号の受信パターンに異常がないものと判断する。
【０１２４】
図９ｂは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図９ｂでは、タッチプレート２０上に存在する汚染物質により、格子２５に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図９ａとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)に隣接している第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ20)され、第２の格子(Ｐ20)に隣接している第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ30)される。
【０１２５】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、隣接している第１の格子及び第２の格子が最初に弾性波を受信し、その時間が同一(ｔ10)すれば、第１の格子及び第２の格子に隣接している第３の格子及び第４の格子に振動が受信される時間(ｔ20、ｔ30)が同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２６】
或いは、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と、実際に各格子２５に振動が受信された時間(ｔ20、ｔ30)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２７】
図９ｂの場合、第４の格子(Ｐ40)の近所に汚染物質が存在する場合、第４の格子(Ｐ40)の方に進行される振動は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第４の格子(Ｐ40)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(ｔ30)とが異なることになる。このような場合、ノイズ判断部４２は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
【０１２８】
以下、図１０ａ及び図１０ｂに基づき、本発明のまた他の実施例では、第１の格子(Ｐ10)から第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置、すなわち、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置と第１の格子(Ｐ10)との中間位置に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子２５に受信される時、ノイズ判断部４２を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
【０１２９】
図１０ａは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子２５まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第２の格子(Ｐ20)に受信(ｔ20)され、第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ30)され、第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ40)される。
【０１３０】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に弾性波を受信(ｔ20)すれば、第３の格子に弾性波が受信される時間(ｔ30)、又は、第２の格子に隣接している第４の格子に弾性波が受信される時間(ｔ40)に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。より詳しくは、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート２０上で弾性波の伝播速度がｖ（ｔ）であり、各格子間の距離は知られているので、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出できる。ノイズ判断部４２は、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ30、ｔ40)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【０１３１】
図１０ｂは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図１０ｂでは、タッチプレート２０上に存在する汚染物質により、格子２５に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図１０ａとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第２の格子(Ｐ20)に受信(ｔ20)され、汚染物質による速度変化がある振動波が第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ30、ｔ40)される。
【０１３２】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に振動を受信(ｔ20)すれば、第３の格子に振動が受信される時間(ｔ30)、又は、第２の格子に隣接している第４の格子に振動が受信される時間(ｔ40)に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。すなわち、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート２０上で弾性波の伝播速度がｖ（ｔ）であり、各格子２５間の距離は知られているので、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出できる。ノイズ判断部４２は、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ30、ｔ40)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【０１３３】
図１０ｂの場合、第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)の近所に汚染物質が存在する場合、第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)の方に進行される振動波や弾性波は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(ｔ30、ｔ40)とが異なることになる。このとき、ノイズ判断部４２は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
【０１３４】
汚染物質により、振動波の屈折又は遅延が発生し、振動波の伝播速度が変化する。このとき、振動波の伝播速度は、遅くなったり速くなったりする。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、汚染物質により振動波の伝播速度が速くなる場合も、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲に含まれることが分かる。
【０１３５】
こうした方法により、ノイズ判断部４２は、各格子２５から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断できる。ノイズ判断部４２は、タッチによる入力がある毎に各格子２５から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断でき、使用者の要請によって信号の受信パターンの異常可否を判断できる。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、ノイズ判断部４２が各格子２５から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断する際、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様に具現できることが分かる。
【０１３６】
また、ノイズ判断部４２は、信号の受信パターンに異常があると判断される場合、新たにタッチによる入力信号を要請(Push)したり、タッチによる入力信号のパターンに異常があることを通知(Push)する。或いは、タッチによる入力信号発生に対する補正過程を行うこともできる。
【０１３７】
打点算出部４０は、本発明のまた他の実施例による打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、タッチプレート２０とタッチプレート２０上にディスプレイされる画面との位置及びサイズが異なる場合、タッチプレート２０上に入力される打点の位置情報を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うようにマッピングさせ、ディスプレイされる画面を基準として変換されたタッチ位置情報を生成する。本発明の好適な実施例に係る打点算出部４０は、信号処理部３０で受信される電気信号によりタッチプレート２０上のタッチ位置を算出する第１の打点算出部４４と、第１の打点算出部４４により算出されるタッチプレート上のタッチ位置を、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面に対する相対的な位置に変換する第２の打点算出部４７とを含む。
【０１３８】
第１の打点算出部４４は、各格子２５から受信される電気信号のうち、最初に受信される電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。このとき、第１の打点算出部４４で算出される座標は、タッチプレート２０の全体を基準として打点(Ｐ)の位置を算出するもので、第２の打点算出部４７を用いてディスプレイされる画面に対する相対的な位置に変換する作業が必要である。
【０１３９】
以下、図１１に基づき、本発明の好適な実施例に係るタッチセンサーシステムの第２の打点算出部４７において、打点の位置情報をタッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を詳細に説明する。
【０１４０】
図１１は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、第２の打点算出部４７で打点の位置情報をタッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を示す図である。同図に示すように、タッチプレート２０のＰ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4からなる一部の領域に、タッチによる入力が必要な画面がディスプレイされる場合、打点の位置情報をタッチプレート２０の全体を基準として算出する第１の打点算出部４４のみがあり、算出された打点の位置情報をタッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する第２の打点算出部４７がないと、ディスプレイされる画面に対するタッチ位置と、タッチセンサーシステムのタッチプレート２０が認識するタッチ位置とに差が発生する。例えば、図１１において、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4からなる領域にタッチによる入力が必要な画面がディスプレイされる場合、Ｐ1地点が、ディスプレイされる画面上は(０、０)を意味するが、第２の打点算出部４７がないタッチセンサーシステムは(ｍ、ｎ)として認識する。よって、使用者が、ディスプレイされる画面の(０、０)地点をクリックするためにＰ1地点をタッチする場合、タッチ位置をタッチプレート２０の全体を基準として第２の打点算出部４７がないタッチセンサーシステムは(ｍ、ｎ)地点がタッチされたものと認識し、最終的にディスプレイされる画面を生成するコンピュータ装置は、Ｐ1地点を基準として、Ｘ軸方向にｍだけ、Ｙ軸方向にｎだけ、離れているＰ5地点がタッチされたものと判断することになる。
【０１４１】
したがって、第１の打点算出部４４により算出されるタッチプレート２０上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うタッチ情報に変換する第２の打点算出部４７が必要になる。
【０１４２】
例えば、図１１に示すように、ディスプレイされる画面がＰ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4を四つの頂点とする四角形である場合、Ｐ1をタッチすれば、(ｍ、ｎ)というタッチプレート２０上の位置情報を、(０、０)というディスプレイされる画面上の位置情報に変換する過程が必要である。より詳しくは、タッチプレート２０上におけるＰ1は(ｍ、ｎ)の位置情報を持つが、ディスプレイされる画面上では(０、０)の位置情報を持つように変換しなければならない。このような変換過程により、ディスプレイされる画面に対して適切な入力情報として加工できる。本発明の好適な一実施例に係る第２の打点算出部４７は、タッチによる入力が必要な画面がタッチプレート２０上の一部の領域にディスプレイされる場合、タッチプレート２０に対してなされるタッチの位置を、ディスプレイされる画面上の位置に合せてマッピングさせる。
【０１４３】
また、本発明の好適な一実施例に係る第２の打点算出部４７は、タッチプレート２０と、ディスプレイされる画面との位置及びサイズが異なるため、画面がディスプレイされない部分に関するタッチ情報が入力される場合、前記打点に対して入力がないものと判断し得る。タッチセンサーシステムは、ディスプレイされる画面に対する直観的な入力方法を提示するもので、画面から逸脱する入力がある場合、第２の打点算出部４７で入力がないものと判断しなければ、前記入力によりエラーが発生することがある。このとき、第２の打点算出部４７は、画面から逸脱する打点の入力があることを通知(Push)することもできる。
【０１４４】
第２の打点算出部４７は、第１の打点算出部４４により算出されるタッチ位置情報を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うタッチ情報に変換する時、ディスプレイされる画面がタッチプレート２０上のどの部分に位置しているかに関する情報を必要とする。本発明の好適な実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報を管理する画面判断部４６をさらに含むことができる。画面判断部４６は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報が使用者により入力されたり、システムに設定されたり、ディスプレイされる画面の相対的な位置及びサイズを感知して画面の位置及びサイズ情報が生成されたりする。
【０１４５】
より詳しくは、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報が使用者により入力される場合、画面判断部４６は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに対する二つ以上の位置情報の入力を受け、前記位置情報に基づいて画面の位置及びサイズを計算できる。ディスプレイされる画面の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)のラインが、それぞれタッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面と平行又は対応する四角形である場合、画面判断部４６は、二つの位置情報(Ｐ1、Ｐ4)の入力だけに基づいてＰ2、Ｐ3の位置を計算でき、画面の相対的な位置及びサイズを計算できる。
【０１４６】
また、本発明の好適な実施例に係る画面判断部４６には、より正確な画面の相対的な位置及びサイズを計算するために、三つ以上の位置情報が入力されることができる。例えば、三つの位置情報(Ｐ1、Ｐ2、Ｐ4)が入力される場合、これに基づいてＰ3の位置を計算でき、画面の位置及びサイズを計算できる。画面が多角形である場合、入力される位置情報に基づいて画面判断部４６が画面の位置及びサイズを計算できることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者であれば分かる。
【０１４７】
また、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報は、既設定によりシステムに格納されることもできる。すなわち、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに一定のパターンが存在する場合、この位置及びサイズに関する情報をシステムに格納したり、又は、予めシステムに格納されている。
【０１４８】
本発明に適用可能な好適な実施例において、サイズに関する情報は、タッチプレート２０上の特定の位置に合せて格納され、ディスプレイされる画面がディスプレイされる画面のサイズに対応する位置にディスプレイされるように設定できる。このとき、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、第１の打点算出部４４により算出されるタッチプレート２０上のタッチ位置を、第２の打点算出部４７によりディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する時、システムに設定されている情報を用いて、タッチ位置を画面に対する相対的な位置に合せて変換する。
【０１４９】
ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報がシステムに設定されている場合、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、前記情報に基づいて、タッチプレート２０上に設定されている画面の位置及びサイズに関する情報を表示できる。これについては、図１２ａ及び図１２ｂに基づいて詳細に説明する。
【０１５０】
図１２ａ及び図１２ｂは、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図１２ａ及び図１２ｂには、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ８０からタッチプレート２０上に投影される画面に対するタッチの入力を受け、前記打点に関する情報を外部コンピュータ装置７０に提供する過程を説明するための図である。
【０１５１】
図１２ａに示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されるタッチプレート２０；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結しており、電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部３０で受信された電気信号と、ディスプレイされる画面に関する位置及びサイズ情報とを用いて、ディスプレイされる画面に対する相対的なタッチ位置を算出する打点算出部４０；算出された打点位置情報を無線６２又は有線６５で受信するコンピュータ装置７０；及び、コンピュータ装置７０で生成した、特定位置基盤の作業入力が必要な画面をタッチプレート２０上に投影するプロジェクタ８０を含む。
【０１５２】
ここで、打点算出部４０は、信号処理部３０で受信された電気信号により、タッチプレート２０上のタッチ位置を算出する第１の打点算出部４４；設定のディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報に基づいて、タッチプレート２０上に設定された画面の位置及びサイズに関する情報を表示する設定画面提示部４５；ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、設定画面提示部４５で表示した画面の位置及びサイズに合う画面がタッチプレート２０上にディスプレイされたか否かを判断する画面判断部４６；及び、第１の打点算出部４４により算出されたタッチプレート２０上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する第２の打点算出部４７を含む。
【０１５３】
図１２ａに示すように、プロジェクタ８０を用いてコンピュータ装置７０から送信される画面をタッチプレート２０上にディスプレイしたい場合、打点算出部４０の設定画面提示部４５は、設定画面の位置及びサイズ情報に基づいて、コンピュータ装置７０から送信される画面をタッチプレート２０上に表示できる。
【０１５４】
より詳しくは、本発明の好適な一実施例において、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、コンピュータ装置７０を用いてタッチ入力が必要な画面がプロジェクタ８０に送信されると、プロジェクタ８０が画面をタッチプレート２０上に投影する。このとき、プロジェクタ８０により投影される画面は、図１２ａに示すように、タッチプレート２０より小さいサイズになり得る。
【０１５５】
これにより、ディスプレイされる画面の位置及びサイズと、タッチプレート２０の位置及びサイズとに差が発生して、第１の打点算出部４４で算出されたタッチプレート２０上のタッチ位置情報が、第２の打点算出部４７により画面の位置及びサイズに合せて変換される。
【０１５６】
図１２ａに示すように、設定画面提示部４５は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報をタッチプレート２０上に表示できる。より詳しくは、プロジェクタ８０を用いてタッチプレート２０上に画面をディスプレイする際、ディスプレイされる画面がシステムに格納された位置及びサイズに合せてディスプレイされるようにガイドする情報をタッチプレート２０上に表示できる。ガイド情報は、図１２ａの点線で表示したように、タッチプレート２０の特定の位置及びサイズを持つ領域として表示される。このようなガイド情報は、必要に応じて、タッチプレート２０上に予め印刷されていたり、別途にディスプレイできる。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、前記表現方法が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内において多様に変形できることが分かる。
【０１５７】
このとき、本発明の好適な実施例において、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、設定画面提示部４５で表示する設定画面の位置及びサイズ情報に合せて、画面をディスプレイしたか否かを判断する画面判断部４６を含む。画面判断部４６は、ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、設定画面提示部４５で表示する設定画面の位置及びサイズ情報に合せて、画面をディスプレイしたか否かを判断する。画面判断部４６により、プロジェクタ８０からディスプレイされる画面が、設定画面の位置及びサイズに合せてディスプレイされているか否かを確認できる。画面判断部４６は、設定画面の位置及びサイズ情報に合せて画面がディスプレイされていない場合、これを使用者にメッセージなどの手段により通知(Push)する。
【０１５８】
また、画面判断部４６は、ディスプレイされる画面のサイズ及びタッチプレート２０上での相対的な位置を感知して、画面の位置及びサイズに関する情報を生成できる。
【０１５９】
図１２ｂは、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図１２ｂでは、図１２ａとは異なり、設定画面提示部４５が、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報を表示しない。プロジェクタ８０を用いて、コンピュータ装置７０から送信される画面をタッチプレート２０上にディスプレイすれば、画面判断部４６は、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面のサイズ及びタッチプレート２０上での相対的な位置を感知して、前記画面の位置及びサイズに関する情報を生成する。
【０１６０】
画面のサイズ及び位置情報を生成するために、画面判断部４６は、光センサーを用いて画面を構成する光を感知して、画面のサイズ及び位置を判断できる。光センサーは、タッチプレート２０の正面又は背面に結合されたり別途に付着されたりする。
【０１６１】
このような過程により、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面に対してタッチ入力(Ｐ)がある場合、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２、信号処理部３０及び打点算出部４０により、タッチが発生した打点(Ｐ)に関する位置情報を算出する。
【０１６２】
このように算出された打点(Ｐ)に関する位置情報は、信号送信部５０によりコンピュータ装置７０に伝送される。このとき、信号送信部５０及びコンピュータ装置７０は、それぞれ無線通信装備６１、６２を備え、互いに無線で連結されれば、無線で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送し、互いに有線６５で連結されれば、有線６５で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送する。
【０１６３】
図１３は、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第２の格子情報格納部４９と、格子情報格納部４９に格納された情報に基づいて打点の位置を算出する第２の格子情報分析部４８とを含む。
【０１６４】
第２の格子情報格納部４９には、タッチにより発生する振動を受信する格子に関する情報が格納される。以下、図１４に基づき、本発明の好適な実施例に係る格子情報格納部４９について詳細に説明する。図１４は、本発明の好適な一実施例に係る第２の格子情報格納部４９に格納される格子情報の構成を示す図である。具体的には、図１４に示すように、振動を受信した圧電体からなる格子を区別するための格子識別情報(Ｐ10、Ｐ20、Ｐ30、Ｐ40、Ｐ50．．．Ｐ01、Ｐ02、Ｐ03、Ｐ04、Ｐ05．．．)と、各格子が振動を感知した時間情報(ｔ10、ｔ20、ｔ30、ｔ40、ｔ50．．．ｔ01、ｔ02、ｔ03、ｔ04、ｔ05．．．)とを含む。
【０１６５】
本発明の好適な一実施例に係るタッチセンサーシステムは、打点の振動を受信する格子の位置に基づいて打点の位置を確認するため、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２の一側面に形成される格子のそれぞれに対して区別される識別番号を付与する。具体的な識別番号付与体系は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した当業者の選択により決定され得るが、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成される格子が区別されるようにするのが好ましい。
【０１６６】
好ましくは、格子が形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される。よって、第２の格子情報格納部４９には、図１４に示すように、水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面のそれぞれに対し、格子識別情報と各格子に対して振動を感知する時間情報とを区別して含むことができる。
【０１６７】
図１４に示すように、タッチにより発生する振動は、水平(Ｘ)方向の第１のセンサーバー１１に形成されるＰ10格子に最初に受信され、Ｐ10格子が振動を受信する時間はｔ10である。順次、Ｐ20格子がｔ20時間に、Ｐ30格子がｔ30時間に、振動を受信する。また、タッチにより発生する振動は、垂直(Ｙ)方向の第２のセンサーバー１２に形成されるＰ01格子に最初に受信され、Ｐ01格子が振動を受信する時間はｔ01である。順次、Ｐ02格子がｔ02時間に、Ｐ03格子がｔ03時間に、振動を受信する。
【０１６８】
第２の格子情報分析部４８は、各格子２５が振動を受信する位置及び時間に関する情報に基づいて、格子２５地点を基準として打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標を算定し、打点の位置を算出する。本発明の好適な一実施例に係る第２の格子情報分析部４８は、最初に振動を受信する格子及び前記格子に隣接している格子らの位置と、振動を受信する格子らの振動受信時間情報と、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度情報とを用いて、打点の位置を算出する。すなわち、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度と、各格子が振動を受信する相対的な時間情報とを用いる場合、振動の移動距離を算出でき、これに基づいて打点の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の方向の位置を算出できる。
【０１６９】
以下、図１５ａ、図１５ｂ及び図１５ｃに基づき、本発明のまた他の実施例に係るタッチセンサーシステムの第２の格子情報分析部４８により、打点の位置を算出する過程を詳細に説明する。
【０１７０】
図１５ａに示すように、第１の格子(Ｐ10)に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレートの何れか一つの地点(Ｐ1)をタッチすると、発生した振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)の左右に隣接している第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)に同時(ｔ20)に受信される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第１の格子(Ｐ10)に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第２の格子情報分析部４８は、最初に振動波や弾性波を受信する第１の格子(Ｐ10)の位置を基準として振動の位置を計算することになる。
【０１７１】
図１５ｂに示すように、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置(Ｐ3)でタッチプレートをタッチすれば、発生した振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の左右に隣接している第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ20)される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第２の格子情報分析部４８は、最初に振動波や弾性波を受信した第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置を基準として振動の位置を計算することになる。
【０１７２】
図１５ｃに示すように、第１の格子(Ｐ10)から第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置、すなわち、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置と第１の格子(Ｐ10)との中間位置に対する垂直延長線上の一定位置(Ｐ3)でタッチプレートをタッチすれば、発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第２の格子(Ｐ20)に振動が受信(ｔ20)され、第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ30)される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第１の格子(Ｐ10)から第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第２の格子情報分析部４８は、最初に振動波や弾性波を受信する第１の格子(Ｐ10)から、振動波や弾性波を受信する第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置を基準として振動の位置を計算することになる。
【０１７３】
本発明の一実施例に係る打点算出部４０は、当業者の選択によりＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５点のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカード２５により、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出して打点の位置を算出する。
【０１７４】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。外部装置と信号送信部５０とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth（登録商標）方式による直接通信方式で連結でき、WiFi（登録商標）方式による間接通信方式で連結できる。また、Zigbee（登録商標）、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
【０１７５】
図１６は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムで打点の位置を算出する過程を示す図である。
【０１７６】
タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に伝播され、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０１７７】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、打点算出部４０でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチプレート２０のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０１７８】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０１７９】
このような弾性波は、タッチプレート２０のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレートをタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０１８０】
打点からそれぞれの格子２５は弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０１８１】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０１８２】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器などに広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０１８３】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０１８４】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０１８５】
打点算出部４０は、信号処理部３０から振動を受信した格子２５の位置及び格子２５が振動を受信した時間に関する情報を受信して、打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標を算出する。
【０１８６】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。
【０１８７】
図１７は、本発明のまた他の実施例に係る圧電体からなる格子が、バーの一側面に形成されず、タッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成されることで、第１のセンサー部１５及び第２のセンサー部１６を構成した打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０１８８】
このような構成は、タッチセンサーシステムを構成する原価の減少、構成の単純化及び一体化のためのものである。また、本発明の好適な一実施例において、第１のセンサー部１５及び第２のセンサー部１６を保護するために、カバーをさらに含むことができる。
【０１８９】
図１８は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１；圧電体からなる格子が一側面に形成され、端部が第１のセンサーバーの端部に垂直方向に結合される第２のセンサーバー１２；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部３０で受信された信号を抽出して、打点の位置を算出する打点算出部４０；及び、打点算出部４０で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部５０を含む。
【０１９０】
本発明の好適な一実施例において、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１は、タッチ入力が進行される画面２１の水平(Ｘ)側面に対応し、圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー１２は、タッチ入力が進行される画面２１の垂直(Ｙ)側面に対応する。また、第１のセンサーバー１１の一側端と第２のセンサーバー１２の他側端とは垂直方向に結合されている。タッチ入力が進行される画面２１に合せて第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を設置したり、設置された第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２からなる領域に合せてタッチ入力が進行される画面をディスプレイすることもできる。
【０１９１】
本発明の好適な一実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチ入力が進行される画面２１の水平(Ｘ)又は垂直(Ｙ)の側面に結合されるように、前記側面に沿って長手方向に延長されたバー形態であり、その断面の形状が四角形や三角形などのような多面体、円形や楕円形のような球面体であり得る。
【０１９２】
図１９ａは、本発明のまた他の実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２で使われるセンサーバー１０の構造を示す図である。図１９ａに示すように、センサーバー１０の一側面には、圧電体からなる格子２５が形成されている。
【０１９３】
本発明の好適な一実施例において、タッチ入力が進行される画面２１は、タッチによる使用者の入力が必要な画面であり、多様なコンピュータ装置により生成され得る。特に、画面２１は、使用者のタッチ入力により発生する振動を周辺に伝播できる媒質上にディスプレイされるのが好ましい。例えば、グラス、プラスチック及び木板などのような媒質上にプロジェクタなどで投影される画面や、別途のタッチ入力装置が付加されないディスプレイ装置上の画面などを例示できる。
【０１９４】
タッチ入力が進行される画面２１の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に伝播され、センサーバー１０に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播される弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０１９５】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０１９６】
このような弾性波は、タッチ入力が進行される画面２１のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチ入力が進行される画面をタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０１９７】
打点からそれぞれの格子２５は弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０１９８】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０１９９】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に対する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２００】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２０１】
図１９ｂは、本発明のまた他の実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２として用いられるセンサーバー１０の構造を示す図である。
【０２０２】
このとき、本発明の好適な実施例に係るセンサーバー１０の一側端には、センサーバー１０の端部境界線を逸脱するタッチを認識するための境界線検出部２６がさらに形成され得る。これは、図１９ｂに示すように、センサーバー１０の端部を越えた領域に対してなされたタッチ(Ｐ)を認識するためのもので、格子２５と同じ材質であり得る。
【０２０３】
本発明の好適な実施例において、タッチが必要な画面は、センサーバー１０の端部境界線内に位置することになるが、図１９ｂに示すように、端部境界線を逸脱する外部領域にタッチが行われると、タッチにより発生する振動を境界線検出部２６が受信するので、境界を逸脱したタッチか否かを認識できる。
【０２０４】
また、本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、タッチ入力が進行される画面２１の側面に結合される場合、第１のセンサーバー１１の一端と、第２のセンサーバー１２の他端とを構造的に結合させることができる。このような結合形態は、当業者の選択により分離型又は一体型であり得る。一体型の場合には、タッチ入力が進行される画面２１の水平(Ｘ)側に対応する部分が第１のセンサーバー１１に相当し、タッチ入力が進行される画面２１の垂直(Ｙ)側に対応する部分が第２のセンサーバー１２に相当する。
【０２０５】
図２０は、本発明のまた他の実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を垂直方向に結合させるバー固定部１８を含む、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。バー固定部１８は、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、タッチ入力が進行される画面の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に対応して位置できるように、センサーバー１１、１２の一側端とそれぞれ結合される。
【０２０６】
本発明の好適な一実施例において、タッチ入力が進行される画面２１は、タッチによる使用者の入力が必要な画面であり、多様なコンピュータ装置により生成され得る。特に、画面２１は、使用者のタッチ入力により発生する振動を周辺に伝播できる媒質上にディスプレイされるのが好ましい。例えば、グラス、プラスチック及び木板などのような媒質上にプロジェクタなどで投影される画面や、別途のタッチ入力装置が付加されないディスプレイ装置上の画面などを例示できる。
【０２０７】
信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【０２０８】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳという。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ及びコンピュータなどで構成される。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【０２０９】
このように、本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【０２１０】
好ましくは、本発明の一実施例に係る打点算出部４０は、当業者の選択によりＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチ入力が進行される画面２１上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【０２１１】
このような構成により、タッチ入力が進行される画面２１の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチ入力が進行される画面２１の媒質により全方向に伝播され、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播される弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０２１２】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、打点算出部４０でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチ入力が進行される画面２１のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０２１３】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０２１４】
このような弾性波は、タッチ入力が進行される画面２１の媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチ入力が進行される画面をタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０２１５】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０２１６】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０２１７】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２１８】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２１９】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０２２０】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【０２２１】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味し、好ましくはタッチ入力が進行される画面２１を生成する装置と同一である。外部装置と信号送信部５０とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth（登録商標）方式による直接通信方式に連結でき、WiFi（登録商標）方式による間接通信方式に連結できる。また、Zigbee（登録商標）、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
【０２２２】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０から信号が受信されて最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【０２２３】
図２１ａは、本発明に係るまた他の実施例として、タッチ入力が進行される画面２１の側面のうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が結合されていない対向側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合された、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０２２４】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。本発明の好適な実施例における追加側面バーは、図２１ａに示すように、別途の圧電体からなる格子バーが形成されていない平凡なバーであり得る。
【０２２５】
本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合された追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、分離型又は一体型で形成され得る。或いは、図２０に示すようにバー固定部をさらに含むことができる。
【０２２６】
図２１ｂは、本発明に係るまた他の実施例として、タッチ入力が進行される画面２１の側面のうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が結合されていない対向側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合された、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０２２７】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。本発明の好適な実施例における追加側面バーは、図２１ｂに示すように、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２のように圧電体からなる格子が一側面に形成されることもできる。
【０２２８】
本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合された追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、分離型又は一体型で形成され得る。或いは、図２０に示すようにバー固定部をさらに含むことができる。
【０２２９】
図２２は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図２２には、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ８０から投影される画面に対するタッチの入力を受け、打点に関する情報を外部コンピュータ装置７０に提供する過程を説明するための図である。
【０２３０】
図２２に示すように、コンピュータ装置７０がタッチ入力が必要な画面２１を生成してプロジェクタ８０に送信すれば、プロジェクタ８０が画面２１を壁面に投影する。ここで、壁面は、タッチにより弾性波が発生して周辺に伝播される媒質として役割を果たす。このとき、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が一側面に形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を、タッチ入力が必要な画面２１の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に合せて、壁面に結合させる。特に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、バー固定部１８により端部が結合されているため、画面２１の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に合せて垂直をなしている。
【０２３１】
タッチ入力が進行される画面２１上にディスプレイされた画面に対してタッチ入力(Ｐ)がある場合、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２、信号処理部３０及び打点算出部４０により、タッチが発生した打点(Ｐ)に関する位置情報が算出される。このように算出された打点(Ｐ)に関する位置情報は、信号送信部５０によりコンピュータ装置７０に伝送される。このとき、信号送信部５０及びコンピュータ装置７０は、それぞれ無線通信装備６１、６２を備え、 互いに無線で連結されれば、無線で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送し、互いに有線６５で連結されれば、有線６５で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送する。
【０２３２】
図２３は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される投光性シート２２；それぞれの格子２５と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の電気信号のうち、最初信号を抽出して格子２５の位置を算出し、抽出された格子２５から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２３３】
このように、本発明は、ディスプレイの構成要素の一つである投光性シート２２の水平及び垂直の側面に圧電体からなる格子２５を形成し、それぞれの格子２５を電気的に連結する信号処理部３０と、前記信号により位置を算出する打点算出部４０とを含む構成を提供する。
【０２３４】
ここで、投光性シート２２は、グラスのような振動伝達率が高い材質であるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子２５の地点まで損失率が低くよく伝えられて格子２５に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
【０２３５】
また、信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【０２３６】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳという。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ、コンピュータなどからなる。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【０２３７】
本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５から弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【０２３８】
好ましくは、打点算出部４０は、ＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【０２３９】
このような構成により、投光性シート２２の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動を発生させる。弾性波は、投光性シート２２を媒質として全方向に伝播され、各格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達し、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０２４０】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、前記信号のうち、最初に伝達される信号の格子位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、投光性シート２２のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０２４１】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０２４２】
このような弾性波は、投光性シート２２のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレート上にタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０２４３】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０２４４】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０２４５】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２４６】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２４７】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０２４８】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【０２４９】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０から信号が受信されて最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【０２５０】
図２４は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２；第１のラインの格子２５及び第２のラインの格子２５がそれぞれ連結されて電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号により、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子２５の位置を抽出し、最初信号の格子２５の地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２５１】
信号処理部３０及び打点算出部４０は、図２３の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【０２５２】
図２４に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２を備える。四角形のディスプレイ上の４つの側面に圧電体からなる格子２５を形成して、打点(Ｐ)又はタッチ点から発生した振動波や弾性波をそれぞれの格子２５から受信し、これにより打点(Ｐ)の位置を抽出する。このとき、複数の打点(Ｐ)の位置を算術平均して、位置を決定する。
【０２５３】
すなわち、何れか一側の水平(Ｘ)軸及び垂直(Ｙ)軸上の格子２５の第１のラインと、第１のラインと対向する第２のラインとを形成し、タッチすれば、四方に伝えられる弾性波が各ラインの格子２５に受信される。第１のライン２７及び第２のライン２８のＸ及びＹの座標基準格子２５を全部考慮して、第１のライン２７のＸ及びＹ(Ｐ1)、第１のライン２７のＸ及び第２のライン２８のＹ(Ｐ3)、第２のライン２８のＸ及び第１のライン２７のＹ(Ｐ4)、第２のライン２８のＸ及びＹ(Ｐ2)の４つの交差点が発生でき、これらの算術平均値を打点に算出できる。勿論、第１のライン２７及び第２のライン２８のそれぞれの座標により算出された交差点(Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4)を算術平均して、打点(Ｐ)を算出する方法も可能である。
【０２５４】
このように、本発明の実施例は、一つのＸ及びＹの格子２５点により打点(Ｐ)の位置を算出するものではなく、２つの座標軸ラインにより交差点を抽出し、この値を算出平均した値を打点(Ｐ)として、より正確なタッチの打点(Ｐ)を検索できる。
【０２５５】
図２５は、本発明のまた他の実施例に係る投光性シート２２がパターンされる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、投光性シート２２がメトリックス状にパターンされたものを除いては、図２３の実施例と同様である。
【０２５６】
本実施例は、ディスプレイにタッチする場合、打点(Ｐ)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(Ｐ)から格子点への最短距離は直線経路という点に着眼して、投光性シート２２の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターンを形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
【０２５７】
図２６は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のモバイル機器１００は、ディスプレイ装置及びタッチスクリーン装置からなるディスプレイ部と、中央処理部と、通信部とを含む。タッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される投光性シート２２；それぞれの格子２５と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)ラインの電気信号のうち、最初信号を抽出して格子２５の位置を算出し、抽出された格子２５の地点から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２５８】
ここで、モバイル機器は、携帯電話、ＰＤＡ及びタブレットＰＣの何れか一つであるのが好ましいが、その以外にも多様なモバイル機器に適用し得る。モバイル機器は、携帯性、便利性及び耐久性が重要であるから、本発明は多様なモバイル機器に高いデザイン自由度も持って適用し得る。
【０２５９】
このように、本発明は、モバイル機器１００における出力部であるディスプレイ部のタッチスクリーン装置は、投光性シート２２の側面の水平及び垂直ラインに圧電体からなる格子２５を形成し、それぞれの格子２５を電気的に連結する信号処理部３０と、前記信号により位置を算出する打点算出部４０とを含む。
【０２６０】
ここで、投光性シート２２は、グラスのような振動伝達率が高い材質であるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子２５の地点まで損失率が低くよく伝えられて格子２５に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
【０２６１】
また、信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【０２６２】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳという。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ、コンピュータなどからなる。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【０２６３】
このように、本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【０２６４】
好ましくは、打点算出部４０は、ＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【０２６５】
このような構成により、投光性シート２２の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動を発生させる。弾性波は、投光性シート２２を媒質として全方向に伝播され、各格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達し、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０２６６】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、前記信号のうち、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、投光性シート２２のマトリックス上で抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０２６７】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０２６８】
このような弾性波は、投光性シート２２のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレート上にタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０２６９】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることにより、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔に形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０２７０】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０２７１】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２７２】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２７３】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０２７４】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【０２７５】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０で前記信号を受信して最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【０２７６】
このように、本発明は、従来のタッチスクリーン装置とは異なり、ＩＴＯフィルム、ドットスペーサー及び高周波発振器等のような多くの周辺機器が不要であり、簡単な格子パターン及びモバイル機器１００に既に内蔵されているプロセッサーにより、認知率及び反応速度が速いタッチスクリーン装置を持つモバイル機器１００を提供する。
【０２７７】
図２７は、本発明に係るモバイル機器１００に適用されるタッチスクリーン装置の投光性シートの背面及び側面を示す図である。同図に示すように、投光性シート２２は、振動波や弾性波の伝達率が高いグラスシートの下面の水平及び垂直の側面に数十ナノサイズの圧電体からなる格子２５を形成し、上面に格子パターンを遮断する不透明のウィンドウフレーム２４を形成するのが好ましい。これは、美観上、格子パターンが外部に露出されないのがよく、タッチ点の境界点を明確にするために、タッチスクリーン装置の最枠面に不透明のウィンドウフレーム２４を形成するのが好ましいためである。
【０２７８】
不透明のウィンドウフレーム２４は、一定の広さを持つウィンドウフレーム形状の不透明シートを付着することができ、不透明シートをコーティングすることができる。必要に応じて多様な色を持つシートを用いることもできる。
【０２７９】
図２８は、本発明にまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器１００に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明の実施例のタッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２；第１のラインの格子２５及び第２のラインの格子２５がそれぞれ連結されて電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号から、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子２５の位置を抽出し、最初信号格子２５の地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２８０】
信号処理部３０及び打点算出部４０は、図２６の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【０２８１】
図２８に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２を備える。四角形のディスプレイ上の４つの側面に圧電体からなる格子２５を形成して、打点(Ｐ)又はタッチ点から発生した振動波や弾性波をそれぞれの格子２５から受信し、これにより打点(Ｐ)の位置を抽出する。このとき、複数の打点(Ｐ)の位置を算術平均して、位置を決定する。
【０２８２】
すなわち、何れか一側の水平(Ｘ)軸及び垂直(Ｙ)軸上の格子２５の第１のラインと、第１のラインと対向する第２のラインとを形成し、タッチすれば、四方に伝えられる弾性波が各ラインの格子２５に受信される。第１のライン２７及び第２のライン２８のＸ及びＹの座標基準格子２５を全部考慮して、第１のライン２７のＸ及びＹ(Ｐ1)、第１のライン２７のＸ及び第２のライン２８のＹ(Ｐ3)、第２のライン２８のＸ及び第１のライン２７のＹ(Ｐ4)、第２のライン２８のＸ及びＹ(Ｐ2)の４つの交差点が発生でき、これらの算術平均値を打点に算出できる。勿論、第１のライン２７及び第２のライン２８のそれぞれの座標により算出された交差点(Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4)を算術平均して、打点(Ｐ)を算出する方法も可能である。
【０２８３】
このように、本発明の実施例は、一つのＸ及びＹの格子２５点により打点(Ｐ）の位置を算出するものではなく、２つの座標軸ラインにより交差点を抽出し、この値を算出平均した値を打点(Ｐ)として、より正確なタッチの打点(Ｐ)を検索できる。
【０２８４】
図２９は、本発明に係るまた他の実施例として、タッチスクリーン装置の投光性シートがパターンされたもので、打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器１００に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０２８５】
図２９に示すように、投光性シート２２がメトリックス状にパターンされたものを除いては、図２６の実施例と同様である。
【０２８６】
本実施例は、ディスプレイにタッチする場合、打点(Ｐ)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(Ｐ)から格子点への最短距離は直線経路という点に着眼して、 投光性シート２２の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターン２３を形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
【０２８７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において多様に変更することができる。
【符号の説明】
【０２８８】
１０ センサーバー
１１ 第１のセンサーバー
１２ 第２のセンサーバー
１３、１４ 追加側面バー
１５ 第１のセンサー部
１６ 第２のセンサー部
１８ バー固定部
２０ タッチプレート
２１ タッチ入力が進行される画面
２２ 投光性シート
２３ メトリックスパターン
２４ ウィンドウフレーム
２５ 格子
２６ 境界線検出部
２７ 第１のライン
２８ 第２のライン
２９ 端部境界線
３０ 信号処理部
４０ 打点算出部
４１ 第１の格子情報分析部
４２ ノイズ判断部
４３ 第１の格子情報格納部
４４ 第１の打点算出部
４５ 設定画面提示部
４６ 画面判断部
４７ 第２の打点算出部
４８ 第２の格子情報分析部
４９ 第２の格子情報格納部
５０ 信号送信部
１００ モバイル機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサーシステムに関し、特に、タッチ時に発生する振動波や弾性波を受信して、打点の位置を迅速且つ正確に把握できる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＴＶやコンピュータモニタに限られているディスプレイ技術は、携帯電話、ＰＭＰ、ＭＰ３、車両用ナビゲーションを含むモバイル機器に適用されており、その応用範囲が仮想ディスプレイまで拡張される展望である。既存のディスプレイは単純に視覚的情報のみを伝達したが、現在は、より便利なインターフェースに対する要求に応じて、キーボードやマウスが持つ情報入力窓としての役割を果たすに至った。このようなマルチ機能を持つディスプレイを、タッチスクリーン或いはタッチパネルと通称する。
【０００３】
タッチパネルの具現のための多様な技術が導入されており、外部タッチの位置を類推する方法により、三つに大別される。第一に、最も広く活用されている電気抵抗方式によるタッチパネルである。ガラスに代表されるディスプレイ窓の表面に透明電極を用いて縦軸及び横軸の配列を作った後、その上部に絶縁膜を塗布して製作される。
【０００４】
タッチが発生すれば、発生した地点の押下により通電が発生し、縦軸及び横軸に配列された透明電極からタッチされた地点を類推し得る。その製作方法は、難しいが、半導体工程の発達により当該技術が向上しており、タッチが発生すればその位置を把握するアルゴリズムが非常に簡単であるため、その活用度が高い。
【０００５】
しかしながら、透明電極を始めとしてガラス基板に追加的に装着される膜は、出力光の輝度を減少させる原因になる。すなわち、同一の輝度を出すためにはパワーの消耗量が大きいため、モバイルのような低容量移動電源付きのディスプレイには致命的である。また、その製作技術は基板全体を対象とする半導体工程に基づくので、大型タッチパネルの製作には現実的に活用性がない。
【０００６】
第二に、キャパシタンス測定方式によるタッチパネルである。タッチパネルの上、下、左、右の外枠にキャパシタンスセンサーを位置させた後、指のような電荷を持つ物質がタッチパネルに位置する場合、各キャパシタンスセンサーに帯電される電荷量の差に基づいて、その位置を類推する方式である。この方式によるタッチパネルは、高感度であり、特に指動きに敏感である。
【０００７】
しかしながら、原理上、ガラスのような透明基板への適用が困難であり、ノートブックパッドのように別途のタッチパネルを使用するため、集積化を指向する側面では大きい制約になり得る。
【０００８】
第三に、弾性波の感応によるタッチパネル駆動方式である。ガラスに代表されるタッチパネルの上部又は下部に弾性波送受信器を周期的に配列したり、弾性波反射器を用いてタッチパネルの表面に弾性波の経路を作った後、指のような弾性波吸収物質がタッチパネルの表面にタッチされた場合、タッチ地点から発生する弾性波の減殺を感知して位置を把握する方式である。これは、ディスプレイに寄与しないタッチパネルの外枠部に弾性波送受信器を位置させるので、光源の輝度が大きく向上するという側面から、脚光を浴びている。
【０００９】
しかしながら、タッチの非発生時にも継続的に弾性波の送出が必要なので、電力消耗が大きくなり、反射器や送受信器の配列により構成が複雑になる。
【００１０】
このように、従来は、多様な方式によるタッチパネルの具現が可能であるが、電力消耗が大きいため、超小型モバイルへの適用が困難である。また、従来の技術は、複雑な構造により、今後の大型ディスプレイへの適用が容易でない。したがって、構成が簡単であり、且つ、電力消耗の低減が可能な新しい方式のタッチパネルの具現が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１０−００８８３０５号
【特許文献２】国際公開特許第２００５−１０３８７３号
【特許文献３】ヨーロッパ公開特許第１８３９１１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記問題点を解決するためのもので、その目的は、簡易な構成により、タッチ入力が進行される画面上の打点の位置を迅速且つ正確に把握でき、製造工程の簡単化、単価の低減化、多様な装置への適用が可能なタッチセンサーシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の特徴は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；前記圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部から受信された電気信号を抽出して、タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【００１４】
このとき、前記タッチプレートは、振動減殺係数が一定な物質で製造されるのが好ましい。また、前記タッチプレートは、メトリックス状にパターンされるが、格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００１５】
また、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合される。
【００１６】
また、前記打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００１７】
また、前記打点算出部は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第１の格子情報格納部；前記第１の格子情報格納部に格納されている信号の受信パターンの異常可否を判断するノイズ判断部；及び、前記ノイズ判断部が前記信号の受信パターンに異常がないと判断する場合、前記第１の格子情報格納部に格納されている情報に基づき、打点の位置を算出する第１の格子情報分析部を含む。
【００１８】
このとき、前記第１の格子情報格納部は、振動を受信した格子の位置情報及び格子が振動を受信した時間情報を格納する。
【００１９】
また、前記第１の格子情報分析部は、最初に振動を受信した格子及び前記格子に隣接している格子らの位置；前記格子らが振動を受信した時間情報；及び、前記タッチプレートで振動の移動速度情報を用いて打点の位置を算出する。
【００２０】
また、前記ノイズ判断部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子が振動を感知した時間が同一であれば、第２の格子及び第３の格子に隣接している第４の格子及び第５の格子に振動が受信される時間に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【００２１】
また、前記ノイズ判断部は、隣接している第１の格子及び第２の格子が同時に振動を受信すれば、第１の格子及び第２の格子に隣接している第３の格子及び第４の格子に振動が受信される時間に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【００２２】
また、前記ノイズ判断部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に振動を受信すれば、第３の格子に振動が受信される時間、又は、第２の格子に隣接している第４の格子に振動が受信される時間に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【００２３】
このとき、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００２４】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００２５】
また、前記打点算出部は、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレート上のタッチ位置を算出する第１の打点算出部；及び、前記第１の打点算出部により算出されたタッチプレート上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する第２の打点算出部を含む。
【００２６】
このとき、前記打点算出部は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する二つ以上の位置情報により、前記タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズを判断する画面判断部をさらに含む。
【００２７】
また、前記打点算出部は、ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、前記タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズを判断する画面判断部をさらに含む。
【００２８】
このとき、前記第２の打点算出部は、ディスプレイされる画面から逸脱する打点が入力される場合、前記打点に対しては入力されないものと判断する。
【００２９】
また、前記打点算出部は、タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報を、前記タッチプレート上に表示する設定画面提示部をさらに含む。
【００３０】
また、前記打点算出部は、ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、前記タッチプレート上にディスプレイされる画面の位置及びサイズが、前記設定画面提示部が表示する画面の位置及びサイズに合せてディスプレイされたか否かを判断する画面判断部をさらに含む。
【００３１】
このとき、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００３２】
また、前記打点算出部は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第２の格子情報格納部；及び、前記第２の格子情報格納部に格納されている情報に基づき、打点の位置を算出する第２の格子情報分析部を含む。
【００３３】
このとき、前記第２の格子情報格納部は、振動を受信した格子の位置情報及び格子が振動を受信した時間情報を格納する。
【００３４】
また、前記第２の格子情報分析部は、最初に振動を受信した格子及び前記格子に隣接している格子らの位置；前記格子らが振動を受信した時間情報；及び、前記タッチプレートで振動の移動速度情報を用いて打点の位置を算出する。
【００３５】
このとき、前記第２の格子情報分析部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子が振動を感知した時間が同一であれば、最初に振動を感知した第１の格子の位置に基づいて振動の位置を計算する。
【００３６】
また、前記第２の格子情報分析部は、最初に振動を受信した第１の格子に対し、両側に最も隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に振動を受信すれば、第１の格子から第２の格子の方へ１/４地点を基準として振動の位置を計算する。
【００３７】
また、前記第２の格子情報分析部は、隣接している第１の格子及び第２の格子が同時に振動を受信すれば、第１の格子及び第２の格子の中間地点を基準として振動の位置を計算する。
【００３８】
このとき、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００３９】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００４０】
本発明の第２の特徴は、圧電体からなる格子で構成される第１のセンサー部；前記圧電体からなる格子で構成される第２のセンサー部；前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【００４１】
このとき、前記タッチプレートは、振動減殺係数が一定な物質で製造されるのが好ましい。
【００４２】
また、前記タッチプレートはメトリックス状にパターンされるが、 前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００４３】
また、前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部は、前記タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合される。
【００４４】
また、前記打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００４５】
本発明の第３の特徴は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；前記圧電体からなる格子が一側面に形成され、端部が前記第１のセンサーバーの端部に垂直方向に結合される第２のセンサーバー；前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチ入力が進行される画面に対するタッチ位置を算出する打点算出部を含む。
【００４６】
このとき、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーの端部に結合されて、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが垂直をなすように固定させるバー固定部をさらに含む。
【００４７】
また、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、センサーバーの端部境界線を逸脱したタッチを認識するための境界線検出部をさらに含み、前記境界線検出部は、圧電体からなる格子であるのが好ましい。
【００４８】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００４９】
また、前記第２のセンサーバーの対向位置において、前記第１のセンサーバーの他端に結合されている第１の追加側面バー；及び、前記第１のセンサーバーの対向位置において、前記第２のセンサーバーの他端に結合されている第２の追加側面バーをさらに含む。
【００５０】
このとき、前記第１の追加側面バー及び前記第２の追加側面バーの一側面に圧電体からなる格子が形成される。
【００５１】
また、打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含む。
【００５２】
本発明の第４の特徴は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面ラインに形成される投光性シート；前記それぞれの格子と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)ラインの電気信号のうち、最初信号を抽出して格子の位置を算出し、前記抽出された格子から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部を含む。
【００５３】
ここで、前記投光性シートは、メトリックス状にパターンされるのが好ましく、グラスを材質とするのが好ましい。前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含むのが好ましい。
【００５４】
また、前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含み、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００５５】
本発明の第５の特徴は、ディスプレイ装置とタッチスクリーン装置とからなるディスプレイ部、中央処理部及び通信部を含むが、前記タッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面ラインに形成される投光性シート；前記それぞれの格子と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)ラインの電気信号のうち、最初信号を抽出して格子の位置を算出し、前記抽出された格子から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部から構成される。
【００５６】
ここで、前記モバイル機器は携帯用電話、ＰＤＡ、タブレットＰＣの何れか一つであるのが好ましく、前記投光性シートはメトリックス状にパターンされるのが好ましい。
【００５７】
また、前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含む。前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含む。前記投光性シートの下面枠に前記格子を形成し、上面枠に前記格子パターンを遮断するウィンドウフレームが形成される。
【００５８】
本発明の第６の特徴は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、前記第１のラインと対向する側面の第２のラインに形成される投光性シート；前記第１のラインの格子及び第２のラインの格子が各々連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子位置を抽出し、前記最初信号格子地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部を含む。
【００５９】
ここで、前記投光性シートは、メトリックス状にパターンされるのが好ましく、グラスを材質とするのが好ましい。前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含むのが好ましい。
【００６０】
また、前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含み、前記格子間隔は１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００６１】
本発明の第７の特徴は、ディスプレイ装置とタッチスクリーン装置とからなるディスプレイ部、中央処理部及び通信部を含むが、前記タッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、前記第１のラインと対向する側面の第２のラインに形成される投光性シート；前記第１のラインの格子及び第２のラインの格子が各々連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、前記信号処理部で受信された信号により、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して各ラインの格子位置を抽出し、前記最初信号格子地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して打点の位置を算出する打点算出部を含む。
【００６２】
ここで、前記モバイル機器は携帯用電話、ＰＤＡ、タブリットＰＣの何れか一つであるのが好ましい。前記投光性シートは、メトリックス状にパターンされるのが好ましい。前記信号処理部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含むのが好ましい。
【００６３】
また、前記打点算出部は、前記変換されたデジタル信号を用いて、前記ディスプレイのＸ軸及びＹ軸上の位置を算出するコントローラカードを含むのが好ましい。前記投光性シートは、下面枠に前記格子を形成し、上面枠に前記格子パターンを遮断するウィンドウフレームが形成されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００６４】
したがって、本発明は、簡易な構成により、タッチ入力が進行される画面上の打点の位置を迅速且つ正確に把握でき、製造工程の簡単化、単価の低減化、多様な装置への適用が可能なタッチセンサーシステムを提供できる。
【００６５】
また、周辺機器の最小化が可能であり、センサーシステムに必要な追加電源が少ないため、電力効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好適な一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図３】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートがパターンされた、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図４ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートの側面ラインのうち、第１のセンサーバー及び第２のセンサーが結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー及び第２のセンサーバーに対応する追加側面バーがさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図４ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートの側面ラインのうち、第１のセンサーバー及び第２のセンサーが結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー及び第２のセンサーバーに対応する追加側面バーがさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図５】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図６】本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のまた他の実施例に係る第１の格子情報格納部に格納される格子情報の構成を示す図である。
【図８ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在しなくて、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延の発生なしに格子まで伝達される過程を示す図である。
【図８ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在して、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。
【図９ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在しなくて、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延の発生なしに格子まで伝達される過程を示す図である。
【図９ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在して、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。
【図１０ａ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在しなくて、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延の発生なしに格子まで伝達される過程を示す図である。
【図１０ｂ】本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート上に汚染物質が存在して、タッチにより発生した弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。
【図１１】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を示す図である。
【図１２ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図１２ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図１３】本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的なブロック構成を示す図である。
【図１４】本発明に係る格子情報格納部に格納される格子情報の構成を示す図である。
【図１５ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１５ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１５ｃ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１６】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、打点の位置を算出する過程を示す図である。
【図１７】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図１８】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図１９ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムに用いられるセンサーバーを示す図である。
【図１９ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムに用いられるセンサーバーを示す図である。
【図２０】本発明のまた他の実施例に係るバー固定部を含む打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２１ａ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２１ｂ】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２２】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。
【図２３】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２４】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２５】本発明のまた他の実施例に係る投光性シートがパターンされた打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２６】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されるセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２７】本発明のまた他の実施例に係るモバイル機器に適用されるタッチスクリーン装置の投光性シートの背面及び側面を示す図である。
【図２８】本発明のまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されるセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【図２９】本発明のまた他の実施例に係るタッチスクリーン装置の投光性シートがパターンされるもので、打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されるセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下、図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
【００６８】
図１は、本発明の好適な一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１；圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー１２；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート２０；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部３０で受信された信号を抽出して、打点の位置を算出する打点算出部４０；及び、打点算出部４０で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部５０を含む。
【００６９】
ここで、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１は、タッチプレート２０の水平(Ｘ)側に結合されており、圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の垂直(Ｙ)側に結合されている。
【００７０】
本発明の好適な一実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の側面に結合されるように、前記側面に沿って長手方向に延長されるバー形態であり、その断面の形状が四角形や三角形などのような多面体、円形や楕円形のような球面体であり得る。
【００７１】
第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の側面に結合されるが、これに限られず、側面ラインの正面、側面及び背面のうち、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する当業者の選択により結合され得る。
【００７２】
また、本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２がタッチプレート２０の側面ラインに結合される場合、第１のセンサーバー１１の一端と、第２のセンサーバー１２の他端とを構造的に結合させることができる。このような結合形態は、当業者の選択により分離型又は一体型になり得る。一体型の場合には、タッチプレート２０の水平(Ｘ)側に対応する部分が第１のセンサーバー１１に相当し、タッチプレート２０の垂直(Ｙ)側に対応する部分が第２のセンサーバー１２に相当する。これについては、以後、図４に基づいて具体的に説明する。
【００７３】
本発明の好適な一実施例において、タッチプレート２０は、プレートの一部の地点をタッチして発生した振動を、水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面まで伝達させる役割を果たす。このようなタッチの対象になる画面は、タッチプレート２０の正面又は背面にディスプレイされたり、別途の印刷用紙の形態に付着され得る。このために、本発明の一実施例に係るタッチプレート２０は、ガラス、プラスチック及び木板などのような、振動減殺係数が小さくて一定の地点に対するタッチにより発生する振動を水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面まで伝達できる、振動伝達率が高い材質を用いるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子２５地点まで低い損失率で伝えられて格子２５に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
【００７４】
信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【００７５】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳ(Data Acquisition System)という。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ及びコンピュータなどで構成される。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことのできる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【００７６】
このように、本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【００７７】
好ましくは、本発明の一実施例に係る打点算出部４０は、当業者の選択によりＭＣＵ(Micro Controller Unit)を始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【００７８】
このような構成により、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチすれば、その地点(以下“打点”という)から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に伝播され、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【００７９】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換され、打点算出部４０でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチプレート２０のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【００８０】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態に存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【００８１】
このような弾性波は、タッチプレート２０のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレートをタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【００８２】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【００８３】
圧電体(Piezoelectrics)は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【００８４】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器などに広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【００８５】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【００８６】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上において、格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【００８７】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、前記電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【００８８】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。外部装置と信号送信部５０とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth（登録商標）方式による直接通信方式で連結でき、WiFi（登録商標）方式による間接通信方式で連結できる。また、Zigbee（登録商標）、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
【００８９】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０が信号を受信して最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【００９０】
図２は、本発明の他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、打点から伝播される弾性波が、水平(Ｘ)又は垂直(Ｙ)の側面に形成される二つ以上の格子２５に同時に到達し得る。この場合、打点(Ｐ)の位置を抽出するが、複数の打点(Ｐ)の位置を算術平均して位置を決定し得る。例えば、水平(Ｘ)の側面に形成される格子の二つと、垂直(Ｙ)の側面に形成される格子の二つとに、弾性波が同時に最初に受信されれば、同図に示すように、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4のような四つの交差点が発生し、これらの算術平均値を打点として算出し得る。
【００９１】
このように、本発明の実施例は、二つ以上の交差点を抽出し、これを算出平均した値を打点(Ｐ)として、より正確なタッチの打点(Ｐ)を検索し得る。
【００９２】
図３は、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートがパターンされる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、タッチプレート２０がメトリックス状にパターンされるものを除いては、図１の実施例と同様な構成を持つ。
【００９３】
本実施例では、ディスプレイにタッチする場合、打点(Ｐ)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(Ｐ)から格子点への最短距離が直線経路という点に着眼して、タッチプレート２０の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターンを形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
【００９４】
図４ａは、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート２０の側面ラインのうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサー１２が結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【００９５】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合される追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、分離型に形成されることができる。このとき、追加側面バー１３、１４の一側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２のように圧電体からなる格子が形成されることもできる。
【００９６】
図４ｂは、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート２０の側面ラインのうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサー１２が結合されていない側面ラインに、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【００９７】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合される追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、一体型に形成されることができる。このとき、追加側面バー１３、１４の一側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２のように圧電体からなる格子が形成されることもできる。
【００９８】
図５は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図５には、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ８０から投影される画面に対するタッチの入力を受け、打点に関する情報を外部コンピュータ装置７０に提供する過程を説明するための図である。
【００９９】
図５に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子(図示せず)が一側面に形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されるタッチプレート２０；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結しており、電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部で受信された電気信号により、タッチプレートに対するタッチ位置を算出する打点算出部４０；算出された打点位置情報を外部コンピュータ装置７０に、無線６１又は有線６５で伝送する信号送信部５０；特定位置基盤の作業入力が必要な画面を生成し、画面に対応する打点位置情報を信号送信部５０から無線６２又は有線６５で受信するコンピュータ装置７０；及び、コンピュータ装置７０で生成した、特定位置基盤の作業入力が必要な画面をタッチプレート２０上に投影するプロジェクタ８０を含む。
【０１００】
本実施例では、コンピュータ装置７０がタッチ入力が必要な画面を生成してプロジェクタ８０に送信すれば、プロジェクタ８０がこれをタッチプレート２０上に投影する。タッチプレート２０上に投影された画面に対してタッチ入力(Ｐ)がある場合、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２、信号処理部３０及び打点算出部４０により、タッチが発生した打点(Ｐ)に関する位置情報が算出される。このように算出された打点(Ｐ)に関する位置情報は、信号送信部５０によりコンピュータ装置７０に伝送される。このとき、信号送信部５０及びコンピュータ装置７０は、それぞれ無線通信装備６１、６２を備え、 互いに無線で連結されれば、無線で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送し、互いに有線６５で連結されれば、有線６５で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送する。
【０１０１】
本発明のまた他の実施例では、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチすれば、その打点から振動波や弾性波が発生する。このように発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に、次の数式１のような速度で伝播される。
【０１０２】
【数１】
このとき、ｖ（ｔ）は時間ｔにおける弾性波の速度、ｖ0はタッチ時に発生する弾性波の初期速度、及び、ｖd（ｔ）はタッチプレート２０の固有減殺係数に係る弾性波の速度減少分である。一般に、タッチプレート２０の材質及び厚さが決定されると、ｖ0及びｖd（ｔ）は容易に計算できる。このように、弾性波は、ｖ（ｔ）の速度で打点から伝播されて、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成される格子２５に到達することになり、圧電体からなる各格子２５は、弾性波により圧力又はストレスを受けて電気信号を発生する。
【０１０３】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信されて、デジタル信号に変換され、打点算出部４０がデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチプレート２０のマトリックス上において抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０１０４】
ここで、タッチプレート２０上に汚染物質が存在する場合、タッチにより発生する弾性波の進行に遅延又は屈折が発生し得る。これにより、弾性波が格子２５への順次伝達が困難になり、受信信号パターンに異常、すなわちノイズが発生し得る。このとき、打点算出部４０は、このような異常発生を感知して、汚染物質による意図しない入力エラーを防止することになる。
【０１０５】
図６は、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部４０は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第１の格子情報格納部４３と、第１の格子情報格納部４３に格納される信号の受信パターンの異常可否を判断するノイズ判断部４２と、第１の格子情報格納部に格納される情報に基づいて打点の位置を算出する第１の格子情報分析部４１とを含む。
【０１０６】
第１の格子情報格納部４３には、タッチにより発生する弾性波を受信する格子に関する情報が格納される。以下、図７に基づき、本発明の好適な実施例に係る格子情報格納部４３に格納される受信格子情報について詳細に説明する。
【０１０７】
図７は、本発明のまた他の実施例に係る第１の格子情報格納部４３に格納される格子情報の構成を示す図である。具体的には、同図に示すように、振動を受信する圧電体からなる格子をそれぞれ区別するための格子識別情報(Ｐ10、Ｐ20、Ｐ30、Ｐ40、Ｐ50．．．Ｐ01、Ｐ02、Ｐ03、Ｐ04、Ｐ05．．．)と、各格子が振動を感知する時間情報(ｔ10、ｔ20、ｔ30、ｔ40、ｔ50．．．ｔ01、ｔ02、ｔ03、ｔ04、ｔ05．．．)とを含む。
【０１０８】
本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、打点から伝達される弾性波を受信する格子の位置及び弾性波受信時間に基づいて打点の位置を確認するため、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２の一側面に形成される格子のそれぞれに対して区別される識別番号を付与する。具体的な識別番号付与体系は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した当業者の選択により決定され得るが、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成される格子が区別されるようにするのが好ましい。
【０１０９】
好ましくは、格子が形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される。よって、第１の格子情報格納部４３には、図７に示すように、水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面のそれぞれに対し、格子識別情報と各格子に対して振動を感知する時間情報とを区別して含むことができる。
【０１１０】
図７に示すように、タッチにより発生する弾性波は、水平(Ｘ)方向の第１のセンサーバー１１に形成されるＰ10格子に最初に受信され、Ｐ10格子が弾性波を受信する時間はｔ10である。順次、Ｐ20格子がｔ20時間に、Ｐ30格子がｔ30時間に、弾性波を受信する。また、タッチにより発生する弾性波は、垂直(Ｙ)方向の第２のセンサーバー１２に形成されるＰ01格子に最初に受信され、Ｐ01格子が弾性波を受信する時間はｔ01である。順次、Ｐ02格子がｔ02時間に、Ｐ03格子がｔ03時間に、振動を受信する。
【０１１１】
第１の格子情報分析部４３は、各格子２５が振動を受信する位置及び時間に関する情報に基づいて打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標を算定し、打点の位置を算出する。本発明の好適な一実施例に係る第２の格子情報分析部４８は、最初に振動を受信する格子及び前記格子に隣接している格子らの位置と、振動を受信する格子らの振動受信時間情報と、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度情報ｖ（ｔ）とを用いて、打点の位置を算出する。すなわち、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度と、各格子が振動を受信する相対的な時間情報とを用いる場合、振動の移動距離を算出でき、これに基づいて打点の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の方向の位置を算出できる。
【０１１２】
以下、図８ａ及び図８ｂに基づき、本発明のまた他の実施例では、第１の格子(Ｐ10)に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子２５に受信される時、ノイズ判断部４２を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
【０１１３】
図８ａは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子２５まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)の左右に隣接している第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)に同時(ｔ20)に受信され、第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)の左右に隣接している第４の格子(Ｐ40)及び第５の格子(Ｐ50)に同時(ｔ30)に受信される。
【０１１４】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の格子が同時(ｔ20)に振動を感知すれば、第２の格子及び第３の格子に隣接している第４の格子及び第５の格子も同時(ｔ30)に振動を感知したか否かに基づいて、信号の受信パターンの異常可否を判断する。或いは、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート２０上で弾性波の伝播速度がｖ（ｔ）であり、各格子間の距離は知られているので、各格子(Ｐ40、Ｐ50)に弾性波が受信される予想時間を算出して信号の受信パターンの異常可否を判断できる。すなわち、ノイズ判断部４２は、算出された予想時間と実際に各格子に振動が受信される時間(ｔ30)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。図８ａの場合、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しなくて、算出された予想時間と実際に振動が受信された時間とが同一であるので、汚染物質による信号の受信パターンに異常がないと判断する。
【０１１５】
図８ｂは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図８ｂでは、タッチプレート２０上に存在する汚染物質により、格子２５に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図８ａとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)の左右に隣接している第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)に同時(ｔ20)に受信され、第２の格子(Ｐ20)に隣接している第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ30)され、第３の格子(Ｐ30)に隣接している第５の格子(Ｐ50)に受信(ｔ40)される。
【０１１６】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の３格子が同時(ｔ20)に振動を感知すれば、第２の格子及び第３の格子に隣接している第４の格子及び第５の格子に振動が受信される時間(ｔ30、ｔ40)が同一か否かに基づいて、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１１７】
或いは、格子(Ｐ40、Ｐ50)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ30、Ｔ40)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１１８】
図８ｂの場合、第５の格子(Ｐ50)の近所に汚染物質が存在する場合、第５の格子(Ｐ50)の方に進行される振動は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第５の格子(Ｐ50)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(ｔ40)とが異なることになる。このとき、ノイズ判断部４２は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
【０１１９】
以下、図９ａ及び図９ｂに基づき、本発明のまた他の実施例では、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子２５に受信される時、ノイズ判断部４２を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
【０１２０】
図９ａは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子２５まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)に最初に同時(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の左右に隣接している第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)に同時(ｔ20)に受信される。
【０１２１】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、隣接している第１の格子及び第２の格子が同時(ｔ10)に振動を受信すれば、第１の格子及び第２の格子に隣接している第３の格子及び第４の格子に同時(ｔ20)に振動が受信されたか否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２２】
或いは、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ20)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２３】
図９ａの場合、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しなくて、算出された予想時間と実際に振動が受信された時間とが同一であるので、汚染物質による信号の受信パターンに異常がないものと判断する。
【０１２４】
図９ｂは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図９ｂでは、タッチプレート２０上に存在する汚染物質により、格子２５に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図９ａとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)に隣接している第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ20)され、第２の格子(Ｐ20)に隣接している第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ30)される。
【０１２５】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、隣接している第１の格子及び第２の格子が最初に弾性波を受信し、その時間が同一(ｔ10)すれば、第１の格子及び第２の格子に隣接している第３の格子及び第４の格子に振動が受信される時間(ｔ20、ｔ30)が同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２６】
或いは、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と、実際に各格子２５に振動が受信された時間(ｔ20、ｔ30)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
【０１２７】
図９ｂの場合、第４の格子(Ｐ40)の近所に汚染物質が存在する場合、第４の格子(Ｐ40)の方に進行される振動は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第４の格子(Ｐ40)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(ｔ30)とが異なることになる。このような場合、ノイズ判断部４２は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
【０１２８】
以下、図１０ａ及び図１０ｂに基づき、本発明のまた他の実施例では、第１の格子(Ｐ10)から第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置、すなわち、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置と第１の格子(Ｐ10)との中間位置に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子２５に受信される時、ノイズ判断部４２を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
【０１２９】
図１０ａは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子２５まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第２の格子(Ｐ20)に受信(ｔ20)され、第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ30)され、第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ40)される。
【０１３０】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に弾性波を受信(ｔ20)すれば、第３の格子に弾性波が受信される時間(ｔ30)、又は、第２の格子に隣接している第４の格子に弾性波が受信される時間(ｔ40)に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。より詳しくは、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート２０上で弾性波の伝播速度がｖ（ｔ）であり、各格子間の距離は知られているので、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出できる。ノイズ判断部４２は、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ30、ｔ40)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【０１３１】
図１０ｂは、タッチプレート２０上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図１０ｂでは、タッチプレート２０上に存在する汚染物質により、格子２５に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図１０ａとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第２の格子(Ｐ20)に受信(ｔ20)され、汚染物質による速度変化がある振動波が第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)に受信(ｔ30、ｔ40)される。
【０１３２】
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(ｔ10)した第１の格子に対し、両側に隣接している第２の格子及び第３の格子のうち、第２の格子が先に振動を受信(ｔ20)すれば、第３の格子に振動が受信される時間(ｔ30)、又は、第２の格子に隣接している第４の格子に振動が受信される時間(ｔ40)に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。すなわち、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート２０上で弾性波の伝播速度がｖ（ｔ）であり、各格子２５間の距離は知られているので、各格子(Ｐ30、Ｐ40)に振動が受信される予想時間を算出できる。ノイズ判断部４２は、算出された予想時間と実際に各格子２５に振動が受信される時間(ｔ30、ｔ40)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。
【０１３３】
図１０ｂの場合、第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)の近所に汚染物質が存在する場合、第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)の方に進行される振動波や弾性波は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第３の格子(Ｐ30)及び第４の格子(Ｐ40)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(ｔ30、ｔ40)とが異なることになる。このとき、ノイズ判断部４２は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
【０１３４】
汚染物質により、振動波の屈折又は遅延が発生し、振動波の伝播速度が変化する。このとき、振動波の伝播速度は、遅くなったり速くなったりする。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、汚染物質により振動波の伝播速度が速くなる場合も、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲に含まれることが分かる。
【０１３５】
こうした方法により、ノイズ判断部４２は、各格子２５から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断できる。ノイズ判断部４２は、タッチによる入力がある毎に各格子２５から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断でき、使用者の要請によって信号の受信パターンの異常可否を判断できる。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、ノイズ判断部４２が各格子２５から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断する際、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様に具現できることが分かる。
【０１３６】
また、ノイズ判断部４２は、信号の受信パターンに異常があると判断される場合、新たにタッチによる入力信号を要請(Push)したり、タッチによる入力信号のパターンに異常があることを通知(Push)する。或いは、タッチによる入力信号発生に対する補正過程を行うこともできる。
【０１３７】
打点算出部４０は、本発明のまた他の実施例による打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、タッチプレート２０とタッチプレート２０上にディスプレイされる画面との位置及びサイズが異なる場合、タッチプレート２０上に入力される打点の位置情報を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うようにマッピングさせ、ディスプレイされる画面を基準として変換されたタッチ位置情報を生成する。本発明の好適な実施例に係る打点算出部４０は、信号処理部３０で受信される電気信号によりタッチプレート２０上のタッチ位置を算出する第１の打点算出部４４と、第１の打点算出部４４により算出されるタッチプレート上のタッチ位置を、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面に対する相対的な位置に変換する第２の打点算出部４７とを含む。
【０１３８】
第１の打点算出部４４は、各格子２５から受信される電気信号のうち、最初に受信される電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。このとき、第１の打点算出部４４で算出される座標は、タッチプレート２０の全体を基準として打点(Ｐ)の位置を算出するもので、第２の打点算出部４７を用いてディスプレイされる画面に対する相対的な位置に変換する作業が必要である。
【０１３９】
以下、図１１に基づき、本発明の好適な実施例に係るタッチセンサーシステムの第２の打点算出部４７において、打点の位置情報をタッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を詳細に説明する。
【０１４０】
図１１は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、第２の打点算出部４７で打点の位置情報をタッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を示す図である。同図に示すように、タッチプレート２０のＰ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4からなる一部の領域に、タッチによる入力が必要な画面がディスプレイされる場合、打点の位置情報をタッチプレート２０の全体を基準として算出する第１の打点算出部４４のみがあり、算出された打点の位置情報をタッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する第２の打点算出部４７がないと、ディスプレイされる画面に対するタッチ位置と、タッチセンサーシステムのタッチプレート２０が認識するタッチ位置とに差が発生する。例えば、図１１において、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4からなる領域にタッチによる入力が必要な画面がディスプレイされる場合、Ｐ1地点が、ディスプレイされる画面上は(０、０)を意味するが、第２の打点算出部４７がないタッチセンサーシステムは(ｍ、ｎ)として認識する。よって、使用者が、ディスプレイされる画面の(０、０)地点をクリックするためにＰ1地点をタッチする場合、タッチ位置をタッチプレート２０の全体を基準として第２の打点算出部４７がないタッチセンサーシステムは(ｍ、ｎ)地点がタッチされたものと認識し、最終的にディスプレイされる画面を生成するコンピュータ装置は、Ｐ1地点を基準として、Ｘ軸方向にｍだけ、Ｙ軸方向にｎだけ、離れているＰ5地点がタッチされたものと判断することになる。
【０１４１】
したがって、第１の打点算出部４４により算出されるタッチプレート２０上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うタッチ情報に変換する第２の打点算出部４７が必要になる。
【０１４２】
例えば、図１１に示すように、ディスプレイされる画面がＰ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4を四つの頂点とする四角形である場合、Ｐ1をタッチすれば、(ｍ、ｎ)というタッチプレート２０上の位置情報を、(０、０)というディスプレイされる画面上の位置情報に変換する過程が必要である。より詳しくは、タッチプレート２０上におけるＰ1は(ｍ、ｎ)の位置情報を持つが、ディスプレイされる画面上では(０、０)の位置情報を持つように変換しなければならない。このような変換過程により、ディスプレイされる画面に対して適切な入力情報として加工できる。本発明の好適な一実施例に係る第２の打点算出部４７は、タッチによる入力が必要な画面がタッチプレート２０上の一部の領域にディスプレイされる場合、タッチプレート２０に対してなされるタッチの位置を、ディスプレイされる画面上の位置に合せてマッピングさせる。
【０１４３】
また、本発明の好適な一実施例に係る第２の打点算出部４７は、タッチプレート２０と、ディスプレイされる画面との位置及びサイズが異なるため、画面がディスプレイされない部分に関するタッチ情報が入力される場合、前記打点に対して入力がないものと判断し得る。タッチセンサーシステムは、ディスプレイされる画面に対する直観的な入力方法を提示するもので、画面から逸脱する入力がある場合、第２の打点算出部４７で入力がないものと判断しなければ、前記入力によりエラーが発生することがある。このとき、第２の打点算出部４７は、画面から逸脱する打点の入力があることを通知(Push)することもできる。
【０１４４】
第２の打点算出部４７は、第１の打点算出部４４により算出されるタッチ位置情報を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うタッチ情報に変換する時、ディスプレイされる画面がタッチプレート２０上のどの部分に位置しているかに関する情報を必要とする。本発明の好適な実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報を管理する画面判断部４６をさらに含むことができる。画面判断部４６は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報が使用者により入力されたり、システムに設定されたり、ディスプレイされる画面の相対的な位置及びサイズを感知して画面の位置及びサイズ情報が生成されたりする。
【０１４５】
より詳しくは、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報が使用者により入力される場合、画面判断部４６は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに対する二つ以上の位置情報の入力を受け、前記位置情報に基づいて画面の位置及びサイズを計算できる。ディスプレイされる画面の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)のラインが、それぞれタッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面と平行又は対応する四角形である場合、画面判断部４６は、二つの位置情報(Ｐ1、Ｐ4)の入力だけに基づいてＰ2、Ｐ3の位置を計算でき、画面の相対的な位置及びサイズを計算できる。
【０１４６】
また、本発明の好適な実施例に係る画面判断部４６には、より正確な画面の相対的な位置及びサイズを計算するために、三つ以上の位置情報が入力されることができる。例えば、三つの位置情報(Ｐ1、Ｐ2、Ｐ4)が入力される場合、これに基づいてＰ3の位置を計算でき、画面の位置及びサイズを計算できる。画面が多角形である場合、入力される位置情報に基づいて画面判断部４６が画面の位置及びサイズを計算できることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者であれば分かる。
【０１４７】
また、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報は、既設定によりシステムに格納されることもできる。すなわち、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに一定のパターンが存在する場合、この位置及びサイズに関する情報をシステムに格納したり、又は、予めシステムに格納されている。
【０１４８】
本発明に適用可能な好適な実施例において、サイズに関する情報は、タッチプレート２０上の特定の位置に合せて格納され、ディスプレイされる画面がディスプレイされる画面のサイズに対応する位置にディスプレイされるように設定できる。このとき、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、第１の打点算出部４４により算出されるタッチプレート２０上のタッチ位置を、第２の打点算出部４７によりディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する時、システムに設定されている情報を用いて、タッチ位置を画面に対する相対的な位置に合せて変換する。
【０１４９】
ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報がシステムに設定されている場合、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、前記情報に基づいて、タッチプレート２０上に設定されている画面の位置及びサイズに関する情報を表示できる。これについては、図１２ａ及び図１２ｂに基づいて詳細に説明する。
【０１５０】
図１２ａ及び図１２ｂは、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図１２ａ及び図１２ｂには、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ８０からタッチプレート２０上に投影される画面に対するタッチの入力を受け、前記打点に関する情報を外部コンピュータ装置７０に提供する過程を説明するための図である。
【０１５１】
図１２ａに示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されるタッチプレート２０；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結しており、電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部３０で受信された電気信号と、ディスプレイされる画面に関する位置及びサイズ情報とを用いて、ディスプレイされる画面に対する相対的なタッチ位置を算出する打点算出部４０；算出された打点位置情報を無線６２又は有線６５で受信するコンピュータ装置７０；及び、コンピュータ装置７０で生成した、特定位置基盤の作業入力が必要な画面をタッチプレート２０上に投影するプロジェクタ８０を含む。
【０１５２】
ここで、打点算出部４０は、信号処理部３０で受信された電気信号により、タッチプレート２０上のタッチ位置を算出する第１の打点算出部４４；設定のディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報に基づいて、タッチプレート２０上に設定された画面の位置及びサイズに関する情報を表示する設定画面提示部４５；ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、設定画面提示部４５で表示した画面の位置及びサイズに合う画面がタッチプレート２０上にディスプレイされたか否かを判断する画面判断部４６；及び、第１の打点算出部４４により算出されたタッチプレート２０上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する第２の打点算出部４７を含む。
【０１５３】
図１２ａに示すように、プロジェクタ８０を用いてコンピュータ装置７０から送信される画面をタッチプレート２０上にディスプレイしたい場合、打点算出部４０の設定画面提示部４５は、設定画面の位置及びサイズ情報に基づいて、コンピュータ装置７０から送信される画面をタッチプレート２０上に表示できる。
【０１５４】
より詳しくは、本発明の好適な一実施例において、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、コンピュータ装置７０を用いてタッチ入力が必要な画面がプロジェクタ８０に送信されると、プロジェクタ８０が画面をタッチプレート２０上に投影する。このとき、プロジェクタ８０により投影される画面は、図１２ａに示すように、タッチプレート２０より小さいサイズになり得る。
【０１５５】
これにより、ディスプレイされる画面の位置及びサイズと、タッチプレート２０の位置及びサイズとに差が発生して、第１の打点算出部４４で算出されたタッチプレート２０上のタッチ位置情報が、第２の打点算出部４７により画面の位置及びサイズに合せて変換される。
【０１５６】
図１２ａに示すように、設定画面提示部４５は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報をタッチプレート２０上に表示できる。より詳しくは、プロジェクタ８０を用いてタッチプレート２０上に画面をディスプレイする際、ディスプレイされる画面がシステムに格納された位置及びサイズに合せてディスプレイされるようにガイドする情報をタッチプレート２０上に表示できる。ガイド情報は、図１２ａの点線で表示したように、タッチプレート２０の特定の位置及びサイズを持つ領域として表示される。このようなガイド情報は、必要に応じて、タッチプレート２０上に予め印刷されていたり、別途にディスプレイできる。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、前記表現方法が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内において多様に変形できることが分かる。
【０１５７】
このとき、本発明の好適な実施例において、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、設定画面提示部４５で表示する設定画面の位置及びサイズ情報に合せて、画面をディスプレイしたか否かを判断する画面判断部４６を含む。画面判断部４６は、ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、設定画面提示部４５で表示する設定画面の位置及びサイズ情報に合せて、画面をディスプレイしたか否かを判断する。画面判断部４６により、プロジェクタ８０からディスプレイされる画面が、設定画面の位置及びサイズに合せてディスプレイされているか否かを確認できる。画面判断部４６は、設定画面の位置及びサイズ情報に合せて画面がディスプレイされていない場合、これを使用者にメッセージなどの手段により通知(Push)する。
【０１５８】
また、画面判断部４６は、ディスプレイされる画面のサイズ及びタッチプレート２０上での相対的な位置を感知して、画面の位置及びサイズに関する情報を生成できる。
【０１５９】
図１２ｂは、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図１２ｂでは、図１２ａとは異なり、設定画面提示部４５が、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報を表示しない。プロジェクタ８０を用いて、コンピュータ装置７０から送信される画面をタッチプレート２０上にディスプレイすれば、画面判断部４６は、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面のサイズ及びタッチプレート２０上での相対的な位置を感知して、前記画面の位置及びサイズに関する情報を生成する。
【０１６０】
画面のサイズ及び位置情報を生成するために、画面判断部４６は、光センサーを用いて画面を構成する光を感知して、画面のサイズ及び位置を判断できる。光センサーは、タッチプレート２０の正面又は背面に結合されたり別途に付着されたりする。
【０１６１】
このような過程により、タッチプレート２０上にディスプレイされる画面に対してタッチ入力(Ｐ)がある場合、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２、信号処理部３０及び打点算出部４０により、タッチが発生した打点(Ｐ)に関する位置情報を算出する。
【０１６２】
このように算出された打点(Ｐ)に関する位置情報は、信号送信部５０によりコンピュータ装置７０に伝送される。このとき、信号送信部５０及びコンピュータ装置７０は、それぞれ無線通信装備６１、６２を備え、互いに無線で連結されれば、無線で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送し、互いに有線６５で連結されれば、有線６５で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送する。
【０１６３】
図１３は、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第２の格子情報格納部４９と、格子情報格納部４９に格納された情報に基づいて打点の位置を算出する第２の格子情報分析部４８とを含む。
【０１６４】
第２の格子情報格納部４９には、タッチにより発生する振動を受信する格子に関する情報が格納される。以下、図１４に基づき、本発明の好適な実施例に係る格子情報格納部４９について詳細に説明する。図１４は、本発明の好適な一実施例に係る第２の格子情報格納部４９に格納される格子情報の構成を示す図である。具体的には、図１４に示すように、振動を受信した圧電体からなる格子を区別するための格子識別情報(Ｐ10、Ｐ20、Ｐ30、Ｐ40、Ｐ50．．．Ｐ01、Ｐ02、Ｐ03、Ｐ04、Ｐ05．．．)と、各格子が振動を感知した時間情報(ｔ10、ｔ20、ｔ30、ｔ40、ｔ50．．．ｔ01、ｔ02、ｔ03、ｔ04、ｔ05．．．)とを含む。
【０１６５】
本発明の好適な一実施例に係るタッチセンサーシステムは、打点の振動を受信する格子の位置に基づいて打点の位置を確認するため、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２の一側面に形成される格子のそれぞれに対して区別される識別番号を付与する。具体的な識別番号付与体系は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した当業者の選択により決定され得るが、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成される格子が区別されるようにするのが好ましい。
【０１６６】
好ましくは、格子が形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される。よって、第２の格子情報格納部４９には、図１４に示すように、水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面のそれぞれに対し、格子識別情報と各格子に対して振動を感知する時間情報とを区別して含むことができる。
【０１６７】
図１４に示すように、タッチにより発生する振動は、水平(Ｘ)方向の第１のセンサーバー１１に形成されるＰ10格子に最初に受信され、Ｐ10格子が振動を受信する時間はｔ10である。順次、Ｐ20格子がｔ20時間に、Ｐ30格子がｔ30時間に、振動を受信する。また、タッチにより発生する振動は、垂直(Ｙ)方向の第２のセンサーバー１２に形成されるＰ01格子に最初に受信され、Ｐ01格子が振動を受信する時間はｔ01である。順次、Ｐ02格子がｔ02時間に、Ｐ03格子がｔ03時間に、振動を受信する。
【０１６８】
第２の格子情報分析部４８は、各格子２５が振動を受信する位置及び時間に関する情報に基づいて、格子２５地点を基準として打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標を算定し、打点の位置を算出する。本発明の好適な一実施例に係る第２の格子情報分析部４８は、最初に振動を受信する格子及び前記格子に隣接している格子らの位置と、振動を受信する格子らの振動受信時間情報と、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度情報とを用いて、打点の位置を算出する。すなわち、タッチプレート２０という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度と、各格子が振動を受信する相対的な時間情報とを用いる場合、振動の移動距離を算出でき、これに基づいて打点の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の方向の位置を算出できる。
【０１６９】
以下、図１５ａ、図１５ｂ及び図１５ｃに基づき、本発明のまた他の実施例に係るタッチセンサーシステムの第２の格子情報分析部４８により、打点の位置を算出する過程を詳細に説明する。
【０１７０】
図１５ａに示すように、第１の格子(Ｐ10)に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレートの何れか一つの地点(Ｐ1)をタッチすると、発生した振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)の左右に隣接している第２の格子(Ｐ20)及び第３の格子(Ｐ30)に同時(ｔ20)に受信される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第１の格子(Ｐ10)に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第２の格子情報分析部４８は、最初に振動波や弾性波を受信する第１の格子(Ｐ10)の位置を基準として振動の位置を計算することになる。
【０１７１】
図１５ｂに示すように、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置(Ｐ3)でタッチプレートをタッチすれば、発生した振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の左右に隣接している第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ20)される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第２の格子情報分析部４８は、最初に振動波や弾性波を受信した第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置を基準として振動の位置を計算することになる。
【０１７２】
図１５ｃに示すように、第１の格子(Ｐ10)から第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置、すなわち、第１の格子(Ｐ10)及び第２の格子(Ｐ20)の中間位置と第１の格子(Ｐ10)との中間位置に対する垂直延長線上の一定位置(Ｐ3)でタッチプレートをタッチすれば、発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第１の格子(Ｐ10)に最初(ｔ10)に受信され、順次、第２の格子(Ｐ20)に振動が受信(ｔ20)され、第３の格子(Ｐ30)に受信(ｔ30)される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第１の格子(Ｐ10)から第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第２の格子情報分析部４８は、最初に振動波や弾性波を受信する第１の格子(Ｐ10)から、振動波や弾性波を受信する第２の格子(Ｐ20)の方へ１/４程度離隔された位置を基準として振動の位置を計算することになる。
【０１７３】
本発明の一実施例に係る打点算出部４０は、当業者の選択によりＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５点のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカード２５により、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出して打点の位置を算出する。
【０１７４】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。外部装置と信号送信部５０とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth（登録商標）方式による直接通信方式で連結でき、WiFi（登録商標）方式による間接通信方式で連結できる。また、Zigbee（登録商標）、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
【０１７５】
図１６は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムで打点の位置を算出する過程を示す図である。
【０１７６】
タッチプレート２０の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に伝播され、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０１７７】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、打点算出部４０でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチプレート２０のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０１７８】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０１７９】
このような弾性波は、タッチプレート２０のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレートをタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０１８０】
打点からそれぞれの格子２５は弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０１８１】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０１８２】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器などに広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０１８３】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０１８４】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０１８５】
打点算出部４０は、信号処理部３０から振動を受信した格子２５の位置及び格子２５が振動を受信した時間に関する情報を受信して、打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標を算出する。
【０１８６】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。
【０１８７】
図１７は、本発明のまた他の実施例に係る圧電体からなる格子が、バーの一側面に形成されず、タッチプレート２０の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成されることで、第１のセンサー部１５及び第２のセンサー部１６を構成した打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０１８８】
このような構成は、タッチセンサーシステムを構成する原価の減少、構成の単純化及び一体化のためのものである。また、本発明の好適な一実施例において、第１のセンサー部１５及び第２のセンサー部１６を保護するために、カバーをさらに含むことができる。
【０１８９】
図１８は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１；圧電体からなる格子が一側面に形成され、端部が第１のセンサーバーの端部に垂直方向に結合される第２のセンサーバー１２；第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；信号処理部３０で受信された信号を抽出して、打点の位置を算出する打点算出部４０；及び、打点算出部４０で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部５０を含む。
【０１９０】
本発明の好適な一実施例において、圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー１１は、タッチ入力が進行される画面２１の水平(Ｘ)側面に対応し、圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー１２は、タッチ入力が進行される画面２１の垂直(Ｙ)側面に対応する。また、第１のセンサーバー１１の一側端と第２のセンサーバー１２の他側端とは垂直方向に結合されている。タッチ入力が進行される画面２１に合せて第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を設置したり、設置された第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２からなる領域に合せてタッチ入力が進行される画面をディスプレイすることもできる。
【０１９１】
本発明の好適な一実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、タッチ入力が進行される画面２１の水平(Ｘ)又は垂直(Ｙ)の側面に結合されるように、前記側面に沿って長手方向に延長されたバー形態であり、その断面の形状が四角形や三角形などのような多面体、円形や楕円形のような球面体であり得る。
【０１９２】
図１９ａは、本発明のまた他の実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２で使われるセンサーバー１０の構造を示す図である。図１９ａに示すように、センサーバー１０の一側面には、圧電体からなる格子２５が形成されている。
【０１９３】
本発明の好適な一実施例において、タッチ入力が進行される画面２１は、タッチによる使用者の入力が必要な画面であり、多様なコンピュータ装置により生成され得る。特に、画面２１は、使用者のタッチ入力により発生する振動を周辺に伝播できる媒質上にディスプレイされるのが好ましい。例えば、グラス、プラスチック及び木板などのような媒質上にプロジェクタなどで投影される画面や、別途のタッチ入力装置が付加されないディスプレイ装置上の画面などを例示できる。
【０１９４】
タッチ入力が進行される画面２１の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート２０を媒質として全方向に伝播され、センサーバー１０に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播される弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０１９５】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０１９６】
このような弾性波は、タッチ入力が進行される画面２１のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチ入力が進行される画面をタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０１９７】
打点からそれぞれの格子２５は弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０１９８】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０１９９】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に対する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２００】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２０１】
図１９ｂは、本発明のまた他の実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２として用いられるセンサーバー１０の構造を示す図である。
【０２０２】
このとき、本発明の好適な実施例に係るセンサーバー１０の一側端には、センサーバー１０の端部境界線を逸脱するタッチを認識するための境界線検出部２６がさらに形成され得る。これは、図１９ｂに示すように、センサーバー１０の端部を越えた領域に対してなされたタッチ(Ｐ)を認識するためのもので、格子２５と同じ材質であり得る。
【０２０３】
本発明の好適な実施例において、タッチが必要な画面は、センサーバー１０の端部境界線内に位置することになるが、図１９ｂに示すように、端部境界線を逸脱する外部領域にタッチが行われると、タッチにより発生する振動を境界線検出部２６が受信するので、境界を逸脱したタッチか否かを認識できる。
【０２０４】
また、本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、タッチ入力が進行される画面２１の側面に結合される場合、第１のセンサーバー１１の一端と、第２のセンサーバー１２の他端とを構造的に結合させることができる。このような結合形態は、当業者の選択により分離型又は一体型であり得る。一体型の場合には、タッチ入力が進行される画面２１の水平(Ｘ)側に対応する部分が第１のセンサーバー１１に相当し、タッチ入力が進行される画面２１の垂直(Ｙ)側に対応する部分が第２のセンサーバー１２に相当する。
【０２０５】
図２０は、本発明のまた他の実施例に係る第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を垂直方向に結合させるバー固定部１８を含む、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。バー固定部１８は、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が、タッチ入力が進行される画面の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に対応して位置できるように、センサーバー１１、１２の一側端とそれぞれ結合される。
【０２０６】
本発明の好適な一実施例において、タッチ入力が進行される画面２１は、タッチによる使用者の入力が必要な画面であり、多様なコンピュータ装置により生成され得る。特に、画面２１は、使用者のタッチ入力により発生する振動を周辺に伝播できる媒質上にディスプレイされるのが好ましい。例えば、グラス、プラスチック及び木板などのような媒質上にプロジェクタなどで投影される画面や、別途のタッチ入力装置が付加されないディスプレイ装置上の画面などを例示できる。
【０２０７】
信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【０２０８】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳという。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ及びコンピュータなどで構成される。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【０２０９】
このように、本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【０２１０】
好ましくは、本発明の一実施例に係る打点算出部４０は、当業者の選択によりＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチ入力が進行される画面２１上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【０２１１】
このような構成により、タッチ入力が進行される画面２１の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチ入力が進行される画面２１の媒質により全方向に伝播され、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に形成されている格子２５に到達する。このように、打点から伝播される弾性波が各格子２５に到達すれば、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０２１２】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、打点算出部４０でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部４０は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、タッチ入力が進行される画面２１のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０２１３】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０２１４】
このような弾性波は、タッチ入力が進行される画面２１の媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチ入力が進行される画面をタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０２１５】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０２１６】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０２１７】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２１８】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２１９】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０２２０】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【０２２１】
信号送信部５０は、打点算出部４０で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味し、好ましくはタッチ入力が進行される画面２１を生成する装置と同一である。外部装置と信号送信部５０とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth（登録商標）方式による直接通信方式に連結でき、WiFi（登録商標）方式による間接通信方式に連結できる。また、Zigbee（登録商標）、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
【０２２２】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０から信号が受信されて最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【０２２３】
図２１ａは、本発明に係るまた他の実施例として、タッチ入力が進行される画面２１の側面のうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が結合されていない対向側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合された、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０２２４】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。本発明の好適な実施例における追加側面バーは、図２１ａに示すように、別途の圧電体からなる格子バーが形成されていない平凡なバーであり得る。
【０２２５】
本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合された追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、分離型又は一体型で形成され得る。或いは、図２０に示すようにバー固定部をさらに含むことができる。
【０２２６】
図２１ｂは、本発明に係るまた他の実施例として、タッチ入力が進行される画面２１の側面のうち、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２が結合されていない対向側面に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２に対応する追加側面バー１３、１４がさらに結合された、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０２２７】
このような追加側面バー１３、１４は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を構造的に支持するための構成である。本発明の好適な実施例における追加側面バーは、図２１ｂに示すように、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２のように圧電体からなる格子が一側面に形成されることもできる。
【０２２８】
本発明の好適な一実施例において、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２及び各センサーバー１１、１２の対応位置に結合された追加側面バー１３、１４の隣接した端部は、分離型又は一体型で形成され得る。或いは、図２０に示すようにバー固定部をさらに含むことができる。
【０２２９】
図２２は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図２２には、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ８０から投影される画面に対するタッチの入力を受け、打点に関する情報を外部コンピュータ装置７０に提供する過程を説明するための図である。
【０２３０】
図２２に示すように、コンピュータ装置７０がタッチ入力が必要な画面２１を生成してプロジェクタ８０に送信すれば、プロジェクタ８０が画面２１を壁面に投影する。ここで、壁面は、タッチにより弾性波が発生して周辺に伝播される媒質として役割を果たす。このとき、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が一側面に形成される第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２を、タッチ入力が必要な画面２１の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に合せて、壁面に結合させる。特に、第１のセンサーバー１１及び第２のセンサーバー１２は、バー固定部１８により端部が結合されているため、画面２１の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に合せて垂直をなしている。
【０２３１】
タッチ入力が進行される画面２１上にディスプレイされた画面に対してタッチ入力(Ｐ)がある場合、第１のセンサーバー１１、第２のセンサーバー１２、信号処理部３０及び打点算出部４０により、タッチが発生した打点(Ｐ)に関する位置情報が算出される。このように算出された打点(Ｐ)に関する位置情報は、信号送信部５０によりコンピュータ装置７０に伝送される。このとき、信号送信部５０及びコンピュータ装置７０は、それぞれ無線通信装備６１、６２を備え、 互いに無線で連結されれば、無線で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送し、互いに有線６５で連結されれば、有線６５で打点(Ｐ)に関する位置情報を伝送する。
【０２３２】
図２３は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される投光性シート２２；それぞれの格子２５と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の電気信号のうち、最初信号を抽出して格子２５の位置を算出し、抽出された格子２５から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２３３】
このように、本発明は、ディスプレイの構成要素の一つである投光性シート２２の水平及び垂直の側面に圧電体からなる格子２５を形成し、それぞれの格子２５を電気的に連結する信号処理部３０と、前記信号により位置を算出する打点算出部４０とを含む構成を提供する。
【０２３４】
ここで、投光性シート２２は、グラスのような振動伝達率が高い材質であるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子２５の地点まで損失率が低くよく伝えられて格子２５に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
【０２３５】
また、信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【０２３６】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳという。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ、コンピュータなどからなる。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【０２３７】
本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５から弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【０２３８】
好ましくは、打点算出部４０は、ＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【０２３９】
このような構成により、投光性シート２２の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動を発生させる。弾性波は、投光性シート２２を媒質として全方向に伝播され、各格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達し、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０２４０】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、前記信号のうち、最初に伝達される信号の格子位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、投光性シート２２のマトリックス上において、抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０２４１】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０２４２】
このような弾性波は、投光性シート２２のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレート上にタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０２４３】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０２４４】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０２４５】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２４６】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２４７】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０２４８】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【０２４９】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０から信号が受信されて最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【０２５０】
図２４は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２；第１のラインの格子２５及び第２のラインの格子２５がそれぞれ連結されて電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号により、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子２５の位置を抽出し、最初信号の格子２５の地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２５１】
信号処理部３０及び打点算出部４０は、図２３の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【０２５２】
図２４に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２を備える。四角形のディスプレイ上の４つの側面に圧電体からなる格子２５を形成して、打点(Ｐ)又はタッチ点から発生した振動波や弾性波をそれぞれの格子２５から受信し、これにより打点(Ｐ)の位置を抽出する。このとき、複数の打点(Ｐ)の位置を算術平均して、位置を決定する。
【０２５３】
すなわち、何れか一側の水平(Ｘ)軸及び垂直(Ｙ)軸上の格子２５の第１のラインと、第１のラインと対向する第２のラインとを形成し、タッチすれば、四方に伝えられる弾性波が各ラインの格子２５に受信される。第１のライン２７及び第２のライン２８のＸ及びＹの座標基準格子２５を全部考慮して、第１のライン２７のＸ及びＹ(Ｐ1)、第１のライン２７のＸ及び第２のライン２８のＹ(Ｐ3)、第２のライン２８のＸ及び第１のライン２７のＹ(Ｐ4)、第２のライン２８のＸ及びＹ(Ｐ2)の４つの交差点が発生でき、これらの算術平均値を打点に算出できる。勿論、第１のライン２７及び第２のライン２８のそれぞれの座標により算出された交差点(Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4)を算術平均して、打点(Ｐ)を算出する方法も可能である。
【０２５４】
このように、本発明の実施例は、一つのＸ及びＹの格子２５点により打点(Ｐ)の位置を算出するものではなく、２つの座標軸ラインにより交差点を抽出し、この値を算出平均した値を打点(Ｐ)として、より正確なタッチの打点(Ｐ)を検索できる。
【０２５５】
図２５は、本発明のまた他の実施例に係る投光性シート２２がパターンされる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、投光性シート２２がメトリックス状にパターンされたものを除いては、図２３の実施例と同様である。
【０２５６】
本実施例は、ディスプレイにタッチする場合、打点(Ｐ)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(Ｐ)から格子点への最短距離は直線経路という点に着眼して、投光性シート２２の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターンを形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
【０２５７】
図２６は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のモバイル機器１００は、ディスプレイ装置及びタッチスクリーン装置からなるディスプレイ部と、中央処理部と、通信部とを含む。タッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に形成される投光性シート２２；それぞれの格子２５と連結して電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号により、各水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)ラインの電気信号のうち、最初信号を抽出して格子２５の位置を算出し、抽出された格子２５の地点から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２５８】
ここで、モバイル機器は、携帯電話、ＰＤＡ及びタブレットＰＣの何れか一つであるのが好ましいが、その以外にも多様なモバイル機器に適用し得る。モバイル機器は、携帯性、便利性及び耐久性が重要であるから、本発明は多様なモバイル機器に高いデザイン自由度も持って適用し得る。
【０２５９】
このように、本発明は、モバイル機器１００における出力部であるディスプレイ部のタッチスクリーン装置は、投光性シート２２の側面の水平及び垂直ラインに圧電体からなる格子２５を形成し、それぞれの格子２５を電気的に連結する信号処理部３０と、前記信号により位置を算出する打点算出部４０とを含む。
【０２６０】
ここで、投光性シート２２は、グラスのような振動伝達率が高い材質であるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子２５の地点まで損失率が低くよく伝えられて格子２５に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
【０２６１】
また、信号処理部３０は、格子２５から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えるのが好ましい。Ａ／Ｄコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
【０２６２】
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、ＤＡＳという。ＤＡＳは、センサー、Ａ／Ｄコンバータ、コンピュータなどからなる。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、Ａ／Ｄコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びＡ／Ｄコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
【０２６３】
このように、本発明の信号処理部３０は、圧電体からなる格子２５により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部４０で打点の位置を正確に算出できる。
【０２６４】
好ましくは、打点算出部４０は、ＭＣＵを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部３０で抽出された各格子２５のデジタル信号を、タッチプレート２０上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子２５から受信された信号のＸ座標及びＹ座標を抽出し、ＭＣＵから最初信号の格子２５のＸ座標及びＹ座標を抽出して、打点の位置を算出する。
【０２６５】
このような構成により、投光性シート２２の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動を発生させる。弾性波は、投光性シート２２を媒質として全方向に伝播され、各格子２５に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子２５に到達し、圧電体からなる各格子２５は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
【０２６６】
各格子２５から発生した電気信号は、信号処理部３０で受信され、デジタル信号に変換し、前記信号のうち、最初に弾性波信号を受信した格子２５の位置を抽出する。格子２５の位置が算出されると、投光性シート２２のマトリックス上で抽出された格子２５の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
【０２６７】
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
【０２６８】
このような弾性波は、投光性シート２２のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレート上にタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子２５に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
【０２６９】
それぞれの格子２５は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子２５が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子２５の変形ストレスなどが加えられることにより、圧電体からなる格子２５は電気信号を発生させる。ここで、格子２５の間隔はナノスケールの間隔に形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
【０２７０】
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
【０２７１】
現在、圧電体として広く用いられるＰＺＴ材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Ｐｂ(Ｚｒ、Ｔｉ)Ｏ３の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)や超音波モーターなどに応用されている。
【０２７２】
このように、圧電体からなる格子２５は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子２５や導線などにより信号処理部３０と電気的に連結している。
【０２７３】
信号処理部３０では、それぞれの格子２５から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子２５の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
【０２７４】
打点算出部４０は、各格子２５の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子２５の地点を打点(Ｐ)のＸ座標及びＹ座標に設定し、打点の位置を算出する。
【０２７５】
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子２５が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部３０及び打点算出部４０で前記信号を受信して最初信号を抽出し、これをＸ座標及びＹ座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
【０２７６】
このように、本発明は、従来のタッチスクリーン装置とは異なり、ＩＴＯフィルム、ドットスペーサー及び高周波発振器等のような多くの周辺機器が不要であり、簡単な格子パターン及びモバイル機器１００に既に内蔵されているプロセッサーにより、認知率及び反応速度が速いタッチスクリーン装置を持つモバイル機器１００を提供する。
【０２７７】
図２７は、本発明に係るモバイル機器１００に適用されるタッチスクリーン装置の投光性シートの背面及び側面を示す図である。同図に示すように、投光性シート２２は、振動波や弾性波の伝達率が高いグラスシートの下面の水平及び垂直の側面に数十ナノサイズの圧電体からなる格子２５を形成し、上面に格子パターンを遮断する不透明のウィンドウフレーム２４を形成するのが好ましい。これは、美観上、格子パターンが外部に露出されないのがよく、タッチ点の境界点を明確にするために、タッチスクリーン装置の最枠面に不透明のウィンドウフレーム２４を形成するのが好ましいためである。
【０２７８】
不透明のウィンドウフレーム２４は、一定の広さを持つウィンドウフレーム形状の不透明シートを付着することができ、不透明シートをコーティングすることができる。必要に応じて多様な色を持つシートを用いることもできる。
【０２７９】
図２８は、本発明にまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器１００に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明の実施例のタッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２；第１のラインの格子２５及び第２のラインの格子２５がそれぞれ連結されて電気信号を受信する信号処理部３０；及び、信号処理部３０で受信された信号から、第１のライン及び第２のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子２５の位置を抽出し、最初信号格子２５の地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部４０を含む。
【０２８０】
信号処理部３０及び打点算出部４０は、図２６の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【０２８１】
図２８に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子２５が何れか一側の水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面の第１のラインに形成され、第１のラインと対向する第２のラインに形成される投光性シート２２を備える。四角形のディスプレイ上の４つの側面に圧電体からなる格子２５を形成して、打点(Ｐ)又はタッチ点から発生した振動波や弾性波をそれぞれの格子２５から受信し、これにより打点(Ｐ)の位置を抽出する。このとき、複数の打点(Ｐ)の位置を算術平均して、位置を決定する。
【０２８２】
すなわち、何れか一側の水平(Ｘ)軸及び垂直(Ｙ)軸上の格子２５の第１のラインと、第１のラインと対向する第２のラインとを形成し、タッチすれば、四方に伝えられる弾性波が各ラインの格子２５に受信される。第１のライン２７及び第２のライン２８のＸ及びＹの座標基準格子２５を全部考慮して、第１のライン２７のＸ及びＹ(Ｐ1)、第１のライン２７のＸ及び第２のライン２８のＹ(Ｐ3)、第２のライン２８のＸ及び第１のライン２７のＹ(Ｐ4)、第２のライン２８のＸ及びＹ(Ｐ2)の４つの交差点が発生でき、これらの算術平均値を打点に算出できる。勿論、第１のライン２７及び第２のライン２８のそれぞれの座標により算出された交差点(Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4)を算術平均して、打点(Ｐ)を算出する方法も可能である。
【０２８３】
このように、本発明の実施例は、一つのＸ及びＹの格子２５点により打点(Ｐ）の位置を算出するものではなく、２つの座標軸ラインにより交差点を抽出し、この値を算出平均した値を打点(Ｐ)として、より正確なタッチの打点(Ｐ)を検索できる。
【０２８４】
図２９は、本発明に係るまた他の実施例として、タッチスクリーン装置の投光性シートがパターンされたもので、打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器１００に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
【０２８５】
図２９に示すように、投光性シート２２がメトリックス状にパターンされたものを除いては、図２６の実施例と同様である。
【０２８６】
本実施例は、ディスプレイにタッチする場合、打点(Ｐ)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(Ｐ)から格子点への最短距離は直線経路という点に着眼して、 投光性シート２２の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターン２３を形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
【０２８７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において多様に変更することができる。
【符号の説明】
【０２８８】
１０ センサーバー
１１ 第１のセンサーバー
１２ 第２のセンサーバー
１３、１４ 追加側面バー
１５ 第１のセンサー部
１６ 第２のセンサー部
１８ バー固定部
２０ タッチプレート
２１ タッチ入力が進行される画面
２２ 投光性シート
２３ メトリックスパターン
２４ ウィンドウフレーム
２５ 格子
２６ 境界線検出部
２７ 第１のライン
２８ 第２のライン
２９ 端部境界線
３０ 信号処理部
４０ 打点算出部
４１ 第１の格子情報分析部
４２ ノイズ判断部
４３ 第１の格子情報格納部
４４ 第１の打点算出部
４５ 設定画面提示部
４６ 画面判断部
４７ 第２の打点算出部
４８ 第２の格子情報分析部
４９ 第２の格子情報格納部
５０ 信号送信部
１００ モバイル機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；
前記圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー；
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、
前記信号処理部で受信された信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含むことを特徴とする、打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項２】
前記タッチプレートは、振動減殺係数が一定な物質で製造されることを特徴とする、請求項１に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項３】
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、前記タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項４】
前記打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項５】
圧電体からなる格子で構成される第１のセンサー部；
前記圧電体からなる格子で構成される第２のセンサー部；
前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；
前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、
前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含むことを特徴とする、打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項６】
前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部は、前記タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合されていることを特徴とする、請求項５に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項７】
圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；
前記圧電体からなる格子が一側面に形成され、端部が前記第１のセンサーバーの端部に垂直方向に結合されている第２のセンサーバー；
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、
前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチ入力が進行される画面に関するタッチ位置を算出する打点算出部を含むことを特徴とする、打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項８】
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーの端部に結合され、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが垂直をなすように固定するバー固定部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項９】
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、センサーバーの端部境界線を逸脱したタッチを認識するための境界線検出部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項１０】
前記第２のセンサーバーの対向位置において、前記第１のセンサーバーの他端に結合されている第１の追加側面バー；及び、
前記第１のセンサーバーの対向位置において、前記第２のセンサーバーの他端に結合されている第２の追加側面バーをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項１】
圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；
前記圧電体からなる格子が一側面に形成される第２のセンサーバー；
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、
前記信号処理部で受信された信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含むことを特徴とする、打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項２】
前記タッチプレートは、振動減殺係数が一定な物質で製造されることを特徴とする、請求項１に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項３】
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、前記タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項４】
前記打点算出部で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項５】
圧電体からなる格子で構成される第１のセンサー部；
前記圧電体からなる格子で構成される第２のセンサー部；
前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部が、それぞれ水平(Ｘ)及び垂直(Ｙ)の側面に結合されているタッチプレート；
前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部と連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、
前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチプレートに関するタッチ位置を算出する打点算出部を含むことを特徴とする、打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項６】
前記第１のセンサー部及び前記第２のセンサー部は、前記タッチプレートの正面、側面又は背面の何れか一つに結合されていることを特徴とする、請求項５に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項７】
圧電体からなる格子が一側面に形成される第１のセンサーバー；
前記圧電体からなる格子が一側面に形成され、端部が前記第１のセンサーバーの端部に垂直方向に結合されている第２のセンサーバー；
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーと連結して電気信号を受信する信号処理部；及び、
前記信号処理部で受信された電気信号により、前記タッチ入力が進行される画面に関するタッチ位置を算出する打点算出部を含むことを特徴とする、打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項８】
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーの端部に結合され、前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーが垂直をなすように固定するバー固定部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項９】
前記第１のセンサーバー及び前記第２のセンサーバーは、センサーバーの端部境界線を逸脱したタッチを認識するための境界線検出部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【請求項１０】
前記第２のセンサーバーの対向位置において、前記第１のセンサーバーの他端に結合されている第１の追加側面バー；及び、
前記第１のセンサーバーの対向位置において、前記第２のセンサーバーの他端に結合されている第２の追加側面バーをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の打点の振動を用いたタッチセンサーシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５ａ】
【図１５ｂ】
【図１５ｃ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９ａ】
【図１９ｂ】
【図２０】
【図２１ａ】
【図２１ｂ】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５ａ】
【図１５ｂ】
【図１５ｃ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９ａ】
【図１９ｂ】
【図２０】
【図２１ａ】
【図２１ｂ】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１２−１８１８３１（Ｐ２０１２−１８１８３１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３０４５（Ｐ２０１２−２３０４５）
【出願日】平成２４年２月６日（２０１２．２．６）
【出願人】（５１２０３０６１４）慶北大學校産學協力團 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月６日（２０１２．２．６）
【出願人】（５１２０３０６１４）慶北大學校産學協力團 (1)
【Ｆターム（参考）】
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