KR20140057977A - 터치 센싱 시스템과 그 스무딩 필터 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 스무딩 필터 제어 방법에 관한 것으로, 그 터치 센싱 시스템은 터치 입력에 대한 좌표를 계산하는 좌표 계산부; 상기 좌표 계산부로부터 입력되는 과거 좌표, 상기 과거 좌표에 곱해지는 제1 계수, 상기 좌표 계산부로부터 입력되는 현재 좌표, 상기 현재 좌표에 곱해지는 제2 계수를 이용하여 상기 현재 좌표를 보상하는 스무딩 필터; 및 상기 스무딩 필터의 제1 및 제2 계수를 가변하여 상기 스무딩 필터에서 상기 과거 좌표의 영향도와 상기 현재 좌표의 영향도를 조정하는 스무딩 필터 제어부를 포함한다.

Description

터치 센싱 시스템과 그 스무딩 필터 제어 방법{TOUCH SENSING SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING SMOOTHING FILTER THEREOF}

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 스무딩 필터 제어 방법에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.

터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있는 추세에 있으며, 나아가 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 정전 용량 방식의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린의 구조가 기존의 저항막 방식에 비하여 내구성과 선명도가 높고, 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 장점이 있다.

사용자가 터치 입력으로 터치 스크린 상에 라인 드로잉(Line drawing)을 수행하면, 고주파 성분의 지터 노이즈(jitter noise)로 인하여 라인에 왜곡이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 스무딩 필터(smoothing filter)를 이용하여 지터 노이즈 영향을 줄일 수 있다. 스무딩 필터는 터치 좌표 데이터에서 고주파 노이즈의 영향을 줄여 터치 입력으로 그려지는 라인 드로잉이 부드럽게 표현될 수 있게 한다. 그런데 스무딩 필터는 글자(character)나 사인 이미지(sign image)와 같이 실제 이미지 표현력이 중요한 경우에, 뾰족한 부분이 둥글게 표현되어 실제 이미지를 왜곡시킨다.

터치 센싱 시스템은 터치 스크린의 터치 센서들을 센싱하여 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하고 그 좌표 정보를 호스트 시스템에 전송하기까지의 시간이 경과된 후에 터치 입력이 표시패널 상에 표현된다. 터치 입력의 좌표 정보는 터치 센서들의 센싱 시간과 좌표 계산 알고리즘 처리 시간 이후에 호스트 시스템으로 전송된다. 터치 입력의 좌표 정보가 호스트 시스템에 보고(report)되는 속도는 터치 레포트 레이트(touch report rate)(Hz)로 알려져 있다. 터치 레포트 레이트를 높이면 터치 스크린 상에 재현되는 과거 터치 입력 위치와 현재의 터치 입력 위치 간의 간격을 줄여 터치 반응 속도를 개선할 수 있다. 그러나 터치 레포트 레이트는 터치 센서들을 센싱하는 시간으로부터 호스트 시스템으로 좌표 정보가 전송되기까지의 지연시간(latency)으로 인하여 그 속도를 높이기가 어렵다.

스무딩 필터는 과거 좌표와 현재 좌표에 가중치를 부여하기 위하여 과거 좌표와 현재 좌표에 계수를 곱할 수 있다. 스무딜 필터의 계수는 일반적으로 고정값으로 설정된다. 스무딩 필터에서 과거 좌표의 영향도를 크게 하기 위하여 과거 좌표에 곱해지는 계수를 높은 값으로 설정하면 과거 좌표의 영향도가 커져 터치 스크린 상에 재현되는 과거 터치 입력 위치와 현재의 터치 입력 위치 간의 간격을 더 넓혀 터치 입력의 반응 속도를 더 늦어지게 한다.

본 발명은 문자 표현 능력과 터치 입력의 반응 속도를 개선할 수 있는 터치 센싱 시스템과 그 스무딩 필터 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 입력에 대한 좌표를 계산하는 좌표 계산부; 상기 좌표 계산부로부터 입력되는 과거 좌표, 상기 과거 좌표에 곱해지는 제1 계수, 상기 좌표 계산부로부터 입력되는 현재 좌표, 상기 현재 좌표에 곱해지는 제2 계수를 이용하여 상기 현재 좌표를 보상하는 스무딩 필터; 및 상기 스무딩 필터의 제1 및 제2 계수를 가변하여 상기 스무딩 필터에서 상기 과거 좌표의 영향도와 상기 현재 좌표의 영향도를 조정하는 스무딩 필터 제어부를 포함한다.

상기 스무딩 필터 제어부는 상기 터치 입력의 각도 변화, 상기 터치 입력의 드로잉 속도 변화, 상기 터치 입력의 면적 변화 중 하나 이상을 판단하고, 그 결과를 바탕으로 상기 제1 및 제2 계수를 가변한다.

상기 스무딩 필터 제어부는 상기 터치 입력의 각도가 커질수록 상기 제1 계수를 높이고 상기 제2 계수를 낮춘다.

상기 스무딩 필터 제어부는 상기 터치 입력의 드로잉 속도가 빠를수록 상기 제2 계수를 높이고, 상기 제1 계수를 낮춘다.

상기 스무딩 필터 제어부는 상기 터치 입력의 면적이 클수록 상기 제2 계수를 높이고, 상기 제1 계수를 낮춘다.

상기 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법은 터치 입력에 대한 좌표를 계산하는 단계; 제1 및 제2 계수가 설정되는 스무딩 필터를 이용하여 현재 좌표를 보상하는 단계; 및 상기 스무딩 필터의 제1 및 제2 계수들을 가변하여 상기 스무딩 필터에서 과거 좌표의 영향도와 상기 현재 좌표의 영향도를 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 터치 입력의 각도 변화, 드로잉 속도 변화, 면적 변화 등을 고려하여 스무딩 필터의 계수를 적응적으로 가변함으로써 터치 센싱 시스템의 문자 표현 능력과 터치 입력의 반응 속도를 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린의 등가 회로도이다.
도 3 내지 도 5는 표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태를 보여 주는 도면들이다.
도 6은 스무딩 필터 유무에 따른 터치 입력 라인의 스무딩 적용 효과를 비교한 도면이다.
도 7은 스무딩 필터를 적용할 때 글자나 사인 이미지의 왜곡을 보여 주는 도면이다.
도 8은 과거 터치 입력 위치와 현재 터치 입력 위치 간의 지연 시간을 보여 주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 10은 터치 입력 라인의 각도 계산 방법의 예시를 보여 주는 도면이다.
도 11은 터치 입력 라인의 각도에 따라 가변되는 스무딩 필터의 계수를 보여 주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 13은 터치 입력 라인의 드로잉 속도 계산 방법의 예시를 보여 주는 도면이다.
도 14는 터치 입력 라인의 드로잉 속도에 따라 가변되는 스무딩 필터의 계수를 보여 주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 16은 터치 입력 면적이 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 17은 터치 입력 면적에 따라 가변되는 스무딩 필터의 계수를 보여 주는 도면이다.
도 18은 스무딩 필터의 가변 계수에 따라 스무딩 필터에서 과거 좌표 영향도와 현재 좌표 영향도가 조절되는 예를 보여 주는 도면이다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 등가회로로 볼 때 정전 용량(capacitance)을 포함한다. 정전 용량은 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 이하의 실시예에서, 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린이 예시되었으나, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 입력의 좌표 정보를 보상하는 스무딩 필터에 그 특징이 있으므로 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에 한정되지 않고 스무딩 필터가 적용 가능한 공지의 어떠한 터치 센싱 시스템으로도 구현될 수 있다. 본 발명의 터치 센싱 시스템으로부터 생성된 좌표 정보는 표시장치에 연결된 호스트 시스템으로 전송되어 표시장치의 표시패널 상에 재현된다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시장치의 일 예로서 액정표시소자를 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시장치에 한정되지 않고 공지의 모든 표시장치로 구현될 수 있다는 것에 주의하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 센서들(Cts)이 배열된 터치 스크린(TSP)과, 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다. 터치 스크린(TSP)은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 4와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cts)은 도 5와 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부 기판에 내장될 수 있다. 도 3 내지 도 5에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(50)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(Tx1~Txj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(Tx1~Txj)과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~Rxi, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 터치 센서들(Cts)을 포함한다. 터치 센서들(Cts) 각각은 상호 용량을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 터치 센싱회로(30), 좌표 계산부(36), 스무딩 필터(40), 스무딩 필터 제어부(42) 등을 포함한다. 터치 스크린 구동회로는 터치 센서들에 구동신호를 공급하여 터치 입력 전후의 터치 센서의 전압 변화를 센싱하고, 그 전압 변화를 소정의 문턱값과 비교하여 터치 입력 위치를 검출한다. 터치 스크린 구동회로는 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다. 그리고 터치 스크린 구동회로는 터치 입력 위치의 좌표를 분석하여 터치 입력 라인의 각도 변화, 터치 입력의 드로잉 속도 변화, 터치 입력 면적 변화를 판단하여, 그 변화에 따라 스무딩 필터(40)의 계수를 적응적으로 가변한다. 그리고 터치 스크린 구동회로는 터치 입력의 좌표를 계수가 가변되는 스무딩 필터(40)를 통해 보상하여 호스트 시스템(50)으로 전송한다.

호스트 시스템(50)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(50)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(50)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(50)은 스무딩 필터(40)로부터 입력된 터치 입력 위치의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

터치 센싱회로(30)는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), Tx/Rx 콘트롤러(38) 등을 포함한다. 터치 센싱회로(30)는 Tx 구동회로(32)를 이용하여 Tx 라인들(Tx1~Txj)을 통해 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 인가하고, 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rxi)과 Rx 구동회로(34)를 통해 터치 센서들(Cts)의 전압을 센싱하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 구동신호는 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다. 터치 센싱회로(30)는 하나의 ROIC(Read-out Integrated Circuit)로 집적될 수 있다. 또한, 터치 센싱회로(30), 좌표 계산부(36), 스무딩 필터(40), 및 스무딩 필터 제어부(42) 하나의 ROIC로 집적될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)로부터의 Tx 셋업신호에 응답하여 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 구동신호를 인가한다. Tx 라인들(Tx1~Txj)은 구동신호의 고전위 구간 동안 충전되어 터치 센서들(Cts)에 전하를 공급한다. 구동신호는 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을 통해 터치 센서들(Cts)의 전압이 Rx 구동회로(34)에 내장된 적분기(Integrator)의 커패시터에 누적될 수 있도록 Tx 라인들(Tx1~Txj) 각각에 N(N은 이상의 양의 정수)회 연속 공급될 수 있다.

Rx 구동회로(34)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)로부터의 Rx 셋업신호에 응답하여 터치 센서의 전압을 수신할 Rx 라인들을 선택하여, 구동 신호에 동기하여 선택된 Rx 라인들을 통해 터치 센서(Cts)의 출력 전압을 수신하여 샘플링한다. 그리고 Rx 구동회로(34)는 샘플링한 전압을 적분기의 커패시터에 누적하고, 그 커패시터의 전압을 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하여 그 디지털 데이터를 터치 원시 데이터(Touch raw data)로서 출력한다.

Tx/Rx 콘트롤러(38)는 좌표 계산부(36)로부터의 Tx 셋업신호와 Rx 셋업신호에 응답하여 Tx 채널과 Rx 채널 설정을 제어하고 Tx 구동부(32)와 Rx 구동부(34)를 동기시킨다.

좌표 계산부(36)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)에 Tx 셋업신호와 Rx 셋업신호를 공급하고 Rx 구동회로(34)의 ADC를 동작시키기 위한 ADC 클럭신호를 Rx 구동회로(34)에 공급한다. 좌표 계산부(36)는 미리 설정된 터치 알고리즘을 실행하여 Rx 구동회로(34)로부터 수신된 터치 원시 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교한다. 터치 알고리즘으로는 공지된 어떠한 알고리즘도 가능하다. 터치 알고리즘은 문턱값 이상의 터치 원시 데이터를 검출한다. 문턱값 이상의 터치 원시 데이터는 터치 입력이 발생된 터치 센서들로부터 얻어진 터치 데이터로 판단된다. 좌표 계산부(36)는 터치 알고리즘을 실행하여 문턱값 이상의 터치 데이터들 각각에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치들 각각에 대한 좌표를 계산한다. 그리고 좌표 계산부(36)는 문턱값 이상의 터치 데이터들 각각의 식별 번호와 좌표 정보(XY)를 호스트 시스템(50)으로 전송한다. 좌표 계산부(36)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다. 또한, 좌표 계산부(36)와 함께 스무딩 필터(40)과 스무딩 필터 제어부(42)가 MCU 내에 집적될 수 있다.

스무딩 필터(40)는 고주파 대역의 노이즈를 제거하기에 적합한 로 패스 필터(Low pass filter, LPF)로 구현될 수 있다. 본 발명의 스무딩 필터(40)로 적용 가능한 로 패스 필터(LPF)는 IIR 필터(Infinite Impulse Response Filter)이 바람직하다. IIR 필터는 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)에 비하여 계산량이 적고 과거 출력을 이용하기 때문에 본 발명의 스무딩 필터(40)에 적합하다. IIR 필터의 계수는 과거값에 곱해지는 제1 계수와, 현재값에 곱해지는 제2 계수를 포함한다. 스무딩 필터(40)는 좌표 계산부(36)로부터 입력되는 과거 좌표, 과거 좌표에 곱해지는 제1 계수(α), 좌표 계산부(36)로부터 입력되는 현재 좌표, 현재 좌표에 곱해지는 제2 계수(β)를 이용하여 현재 좌표를 보상한다.

스무딩 필터 제어부(42)는 스무딩 필터(40)의 제1 및 제2 계수(α, β)를 가변하여 스무딩 필터(40)에서 과거 좌표의 영향도와 현재 좌표의 영향도를 조정한다. 이 스무딩 필터 제어부(42)는 좌표 계산부(36)로부터 입력되는 좌표를 분석하여 터치 입력의 각도 변화, 터치 입력의 드로잉 속도 변화, 터치 입력의 면적 변화 중 하나 이상을 판단하고, 그 결과를 바탕으로 스무딩 필터의 제1 및 2 계수들(α, β)을 가변한다. 예를 들어, 스무딩 필터 제어부(42)는 터치 입력의 각도가 커질수록 제1 계수(α)를 높이고 제2 계수(β)를 상대적으로 낮출 수 있다. 스무딩 필터 제어부(42)는 터치 입력의 드로잉 속도가 빠를수록 제2 계수(β)를 높이고, 제1 계수(α)를 상대적으로 낮춘다. 스무딩 필터 제어부(42)는 터치 입력의 면적이 클수록 제2 계수(β)를 높이고, 제1 계수(α)를 상대적으로 낮춘다.

도 6은 스무딩 필터 유무에 따른 터치 입력 라인의 스무딩 적용 효과를 비교한 도면이다. 도 7은 스무딩 필터를 적용할 때 글자나 사인 이미지의 왜곡을 보여 주는 도면이다. 도 8은 과거 터치 입력 위치와 현재 터치 입력 위치 간의 지연 시간(latency)을 보여 주는 도면이다.

스무딩 필터(40)는 터치 입력 라인(61)의 좌표들 중에서 고주파 지터 노이즈를 제거하여 도 6의 (a)과 같이 불규칙하게 흔들리는 터치 입력 라인(61)을 도 6의 (b)와 같이 부드러운 곡선으로 표현할 수 있게 한다. 그런데 종래의 스무딩 필터를 사용하면 도 7과 같이 글자나 사인 이미지에서 뾰족한 부분이 둥글게 표현되어 실제 이미지를 왜곡시키고, 과거 좌표에 대한 가중치가 크게 설정되면 도 8과 같은 지연 시간(latency)를 줄이기가 어렵다. 도 7에서 점선 라인은 실제 이미지이고 실선 라인은 스무딩 필터를 통해 부드럽게 보정된 예이다. 도 8에서, 지연 시간은 터치 센서의 전압 변화를 센싱하는 센싱 시간(sensing time), 공지된 터치 알고리즘을 실행하여 터치 입력에 대한 좌표를 계산하는 터치 알고리즘 시간(touch algoritm tim), 호스트 시스템(50)에 터치 입력 위치의 좌표를 전송하는 레포트 시간(report time)을 포함한다. 도 7에서 "Reported Touch Point"는 호스트 시스템(50)에 가장 최근에 보고되어 표시패널(DIS) 상에 재현된 가장 최근의 과거 터치 포인트를 의미하고, "Real Touch Point"는 지연시간으로 인하여 아직 호스트 시스템(50)에 보고되지 않은 현재의 실제 터치 포인트를 의미한다.

스무딩 필터 제어부(42)는 터치 입력 라인의 각도, 터치 입력의 드로잉 속도, 터치 입력 면적 등을 분석하여 스무딩 필터의 과거 좌표와 현재 좌표의 가중치를 결정하는 계수를 가변한다. 이 스무딩 필터 제어부(42)는 터치 입력을 분석하고 그 분석 결과에 따라 스무딩 필터(40)의 계수를 적응적으로 가변하여 계수가 고정된 종래의 스무딩 필터를 적용할 때 나타나는 문제점 예컨대, 실제 터치 입력 이미지와 다르게 터치 입력 이미지가 왜곡되는 현상, 터치 입력의 반응 속도 저하 문제를 해결한다. 스무딩 필터 제어부(42)는 도 10, 도 12, 도 15와 같은 알고리즘으로 스무딩 필터의 계수들을 적응적으로 가변할 수 있다. 스무딩 필터 제어부(42)는 터치 스크린의 구동 특성에 따라 도 10, 도 12, 도 15의 알고리즘들 중에서 하나를 선택하여 적용하거나, 2 개 이상 함께 적용할 수 있다.

본 발명의 스무딩 필터(40)에는 아래의 수학식 1 및 2와 같이 과거 좌표(x_{n -1}, y_n-1)에 곱해지는 제1 계수(α)와, 현재 좌표(x_n, y_n)에 곱해지는 제2 계수(β)이 설정된다. 스무딩 필터 제어부(42)는 터치 입력 분석 결과에 따라 제1 계수(α)와 제2 계수(β)를 가변한다. 스무딩 필터 제어부(42)는 제1 계수(α)와 제2 계수(β)의 합은 항상 1이 되는 조건 하에서 제1 계수(α)와 제2 계수(β)를 가변할 수 있다.

여기서, x_n, y_n는 스무딩 필터(40)에 입력되는 현재 좌표이고, x_{n -1}, y_{n -1}은 스무딩 필터(40)에 입력되는 과거 좌표이다. x'_n, y'_n는 스무딩 필터(40)로부터 출력된 현재 좌표의 보상 좌표이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 10은 터치 입력 라인의 각도 계산 방법의 예시를 보여 주는 도면이다. 도 11은 터치 입력 라인의 각도에 따라 가변되는 스무딩 필터(40)의 계수(α,β)를 보여 주는 도면이다. 도 11에서 횡축은 각도(°)이고, 종축은 스무딩 필터(40)의 계수(α,β)이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린의 터치 센서들에 구동신호를 인가하여 그 터치 센서들의 전압 변화를 센싱한 다음, 전압 변화를 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 출력한다.(S1 및 S2) 이어서, 터치 센싱 시스템은 터치 원시 데이터를 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 터치 원시 데이터를 터치 입력 데이터로 판단하고 터치 입력 위치마다 식별 부호를 부여한다.(S3) 이어서, 터치 센싱 시스템은 터치 입력 위치들 각각에 대하여 좌표를 계산한다.(S4)

본 발명의 스무딩 필터 제어 방법은 도 10과 같이 제n(n은 양의 정수) 프레임 기간(F(n))에서 얻어진 터치 입력 좌표, 제n-1 프레임 기간(F(n-1))에서 얻어진 터치 입력 좌표, 제n-2 프레임 기간(F(n-2))에서 얻어진 터치 입력 좌표를 이어 그 사이의 각도(θ)를 계산한다.(S51) 각도(θ)는 삼각함수를 이용한 삼각측량법으로 계산될 수 있다.

스무딩 필터 제어 방법은 터치 입력 좌표들 간의 각도(θ)가 커 직선에 가까우면 각도(θ)가 커질수록 도 11과 같이 스무딩 필터(40)의 제1 계수(α)를 높이는 반면, 제2 계수(β)를 상대적으로 낮춘다.(S61) 반면에, 스무딩 필터 제어 방법은 터치 입력 좌표들 간의 각도(θ)가 작아 터치 입력 라인이 뾰족해지면 각도(θ)가 작아질수록 도 11과 같이 스무딩 필터(40)의 제2 계수(β)를 높이는 반면, 제1 계수(α)를 상대적으로 낮춘다.(S61) 제1 계수(α)는 스무딩 필터(40)의 과거 좌표 영향도(또는 가중치)를 결정하고, 제2 계수(β)는 스무딩 필터(40)의 현재 좌표 영향도(가중치)를 결정한다. 제1 계수(α)가 커질수록 스무딩 효과가 커지고, 제2 계수(β)가 커질수록 도 8에서 지연시간(latency)가 작아진다.

터치 입력 라인(61)이 직선이거나 직선에 가깝게 각도(도 10, θ)가 클수록, 과거 좌표 영향도를 크게 하여 스무딩 효과를 크게 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 스무딩 필터 제어 방법은 각도(도 10, θ)가 클수록제1 계수(α)를 크게 하여 스무딩 필터(40)의 과거 좌표 영향도를 크게 하여 스무딩 효과를 크게 하면 부드러운 터치 입력 라인을 재현할 수 있다. 스무딩 필터(40)의 제1 계수(α)가 커질수록 도 18과 같이 스무딩 필터(40)로부터 출력된 현재 좌표(x'_n, y'_n)는 과거 좌표(x_{n -1}, y_n-1)와 가깝게 된다.

터치 입력 라인(61)에서 각도(θ)가 작은 뾰족한 부분에는 스무딩 효과를 줄여 터치 입력 이미지의 왜곡을 줄이는 것이 필요하다. 이를 위하여, 스무딩 필터 제어 방법은 각도(도 10, θ)가 클수록 스무딩 필터(40)의 제2 계수(β)를 크게 하여 현재 좌표 영향도를 크게 하여 스무딩 효과를 줄인다. 스무딩 필터(40)의 제2 계수(β)를 커질수록 도 18과 같이 스무딩 필터(40)로부터 출력된 현재 좌표(x'_n, y'_n)는 스무딩 필터(40)를 통과하기 전의 현재 좌표(x_n, y_n)와 가깝게 되므로 터치 입력 이미지 왜곡을 줄이고 지연시간을 줄여 터치 반응 속도를 빠르게 할 수 있다.

도 11의 예에서, 터치 입력 라인(61)의 각도(θ)가 45°일 때 α = 0.345, β = 0.655이고, 각도(θ)가 135°일 때 α = 0.615, β = 0.385이다. 스무딩 효과를 일정 수준 이상 얻기 위하여, 모든 각도에서 계수(α,β)를 가변하지 않고 도 11과 같이 소정의 계수 가변 범위 예를 들어, 10°~170°사이의 각도 범위에서 계수(α,β)를 가변할 수 있다. 계수 가변 각도 범위의 최소 각도와 최대 각도는 적절히 조정될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 12에서, S1~S4는 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 도 13은 터치 입력 라인의 드로잉 속도 계산 방법의 예시를 보여 주는 도면이다. 도 14는 터치 입력 라인의 드로잉 속도에 따라 가변되는 스무딩 필터(40)의 계수(α,β)를 보여 주는 도면이다. 도 14에서 횡축은 터치 입력 좌표의 프레임 간 이동 거리(mm)이고, 종축은 스무딩 필터(40)의 계수(α,β)이다.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 스무딩 필터 제어 방법은 도 13과 같이 제n-1 프레임 기간에서 계산된 터치 좌표(과거 좌표)과 제n 프레임 기간에서 계산된 터치 좌표(현재 좌표)을 비교하여 프레임간 터치 입력 위치의 거리 변화를 계산하고, 그 거리 변화를 바탕으로 터치 입력 라인의 드로잉 속도를 계산한다.(S52) 프레임 기간은 소정 시간으로 정해진 시간이므로 프레임간 터치 좌표들 간의 차 즉, 이동 거리를 계산하면 터치 입력 라인의 드로잉 속도를 알 수 있다. 본 발명의 스무딩 필터 제어 방법은 프레임 간에 터치 입력의 이동 거리가 클수록 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 빠른 것으로 판단하는 반면, 그 이동 거리가 작을수록 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 작은 것으로 판단한다.

스무딩 필터 제어 방법은 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 빠르면 터치 입력의 반응 속도를 높이기 위하여 스무딩 필터(40)의 제2 계수(β)를 높인다. 반면에, 스무딩 필터 제어 방법은 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 느리면 스무딩 효과를 높이기 위하여 스무딩 필터(40)의 제1 계수(α)를 높인다.(S62)

고정된 계수가 적용된 종래의 스무딩 필터를 사용한 터치 센싱 시스템에서, 사용자는 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 빠를 때 터치 입력의 반응 속도 저하를 느낀다. 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 느리면, 고주파 지터 노이즈가 심해지므로 스무딩 효과를 크게 하는 것이 좋다. 본 발명의 스무딩 필터 제어 방법은 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 빠를 때 스무딩 필터(40)의 제2 계수(β)를 높여 지연 시간(도 8)을 줄여 터치 입력의 반응 속도를 높이고, 터치 입력 라인의 드로잉 속도가 느릴 때 스무딩 필터(40)의 제1 계수(α)를 높여 스무딩 효과를 향상시킨다.

도 14의 예에서, 프레임간 터치 입력의 이동 거리가 2mm일 때 α = 0.64, β = 0.36이고, 그 이동 거리가 33 mm일 때 α = 0.44, β = 0.56이다. 스무딩 효과를 일정 수준 이상 얻기 위하여, 모든 이동 거리에서 계수(α,β)를 가변하지 않고 도 14와 같이 소정의 계수 가변 범위 예를 들어, 0.45mm~10mm 사이의 이동 거리 범위에서 계수(α,β)를 가변할 수 있다. 계수 가변 각도 범위에서 최소 거리와 최대 거리는 적절히 조정될 수 있다.

도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 15에서, S1~S4는 전술한 실시예들과 실질적으로 동일하므로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 도 16은 터치 입력 면적이 다른 예를 보여 주는 도면이다. 도 17은 터치 입력 면적에 따라 가변되는 스무딩 필터(40)의 계수(α,β)를 보여 주는 도면이다. 도 17에서 횡축은 터치 입력 면적(mm²)이고, 종축은 스무딩 필터(40)의 계수(α,β)이다.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 스무딩 필터 제어 방법은 도 16과 같이 문턱값 이상의 터치 원시 데이터에 대하여 계산된 좌표를 바탕으로 터치 입력 면적(71, 72)을 계산한다.(S53)

터치 입력 면적이 커지면 참조해야될 데이터의 양이 많아 지고 그 터치 입력 면적의 중심 좌표가 변동이 많아지기 때문에 고주파 지터 노이즈가 심해진다. 터치 입력 면적이 작으면 터치 입력 면적이 클 때 보다 고주파 지터 노이즈가 작기 때문에 스무딩 효과를 작게 하더라도 부드러운 터치 드로잉 라인을 표현할 수 있다. 이러한 상황을 고려하여 스무딩 필터 제어 방법은 터치 입력 면적(71)의 작을록 반응속도를 높이기 위하여 스무딩 필터(40)의 제2 계수(β)를 높이는 반면, 터치 입력 면적(72)이 클수록 스무딩 효과를 높이기 위하여 스무딩 필터(40)의 제1 계수(α)를 높인다.(S62)

도 17의 예에서, 터치 입력 면적이 400mm²일 때 α = 0.585, β = 0.415이고, 그 면적이 600 mm²일 때 α = 0.485, β = 0.515이다. 스무딩 효과를 일정 수준 이상 얻기 위하여, 모든 면적에서 계수(α,β)를 가변하지 않고 도 17과 같이 소정의 계수 가변 범위 예를 들어, 63mm²~961mm² 사이의 면적 범위에서 계수(α,β)를 가변할 수 있다. 계수 가변 면적 범위에서 최소 면적과 최대 면적은 적절히 조정될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동회로 14 : 스캔 구동회로
20 : 타이밍 콘트롤러 30 : 터치 스크린 구동회로
32 : Tx 구동회로 34 : Rx 구동회로
36 : 좌표 계산부 38 : Tx/Rx 콘트롤러
40 : 스무딩 필터 42 : 스무딩 필터 제어부

Claims (9)

1. 터치 센서들로부터 검출된 터치 입력에 대한 좌표를 계산하는 좌표 계산부;
   상기 좌표 계산부로부터 입력되는 과거 좌표, 상기 과거 좌표에 곱해지는 제1 계수, 상기 좌표 계산부로부터 입력되는 현재 좌표, 상기 현재 좌표에 곱해지는 제2 계수를 이용하여 상기 현재 좌표를 보상하는 스무딩 필터; 및
   상기 스무딩 필터의 제1 및 제2 계수를 가변하여 상기 스무딩 필터에서 상기 과거 좌표의 영향도와 상기 현재 좌표의 영향도를 조정하는 스무딩 필터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스무딩 필터 제어부는,
   상기 터치 입력의 각도 변화, 상기 터치 입력의 드로잉 속도 변화, 상기 터치 입력의 면적 변화 중 하나 이상을 판단하고, 그 결과를 바탕으로 상기 제1 및 제2 계수를 가변하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 스무딩 필터 제어부는,
   상기 터치 입력의 각도가 커질수록 상기 제1 계수를 높이고 상기 제2 계수를 낮추는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 스무딩 필터 제어부는,
   상기 터치 입력의 드로잉 속도가 빠를수록 상기 제2 계수를 높이고, 상기 제1 계수를 낮추는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스무딩 필터 제어부는,
   상기 터치 입력의 면적이 클수록 상기 제2 계수를 높이고, 상기 제1 계수를 낮추는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 스무딩 필터 제어부는,
   상기 터치 입력의 각도가 커질수록 상기 제1 계수를 높이고 상기 제2 계수를 낮추고,
   상기 터치 입력의 드로잉 속도가 빠를수록 상기 제2 계수를 높이고, 상기 제1 계수를 낮추는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 스무딩 필터 제어부는,
   상기 터치 입력의 각도가 커질수록 상기 제1 계수를 높이고 상기 제2 계수를 낮추고,
   상기 터치 입력의 드로잉 속도가 빠를수록 상기 제2 계수를 높이고, 상기 제1 계수를 낮추며,
   상기 터치 입력의 면적이 클수록 상기 제1 계수를 높이고, 상기 제2 계수를 낮추는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
8. 터치 입력에 대한 좌표를 계산하는 단계;
   제1 및 제2 계수가 설정되는 스무딩 필터를 이용하여 현재 좌표를 보상하는 단계;
   상기 스무딩 필터의 제1 및 제2 계수들을 가변하여 상기 스무딩 필터에서 과거 좌표의 영향도와 상기 현재 좌표의 영향도를 조정하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 계수는 상기 과거 좌표에 곱해지고, 상기 제2 계수는 상기 현재 좌표에 곱해지는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 스무딩 필터의 제1 및 제2 계수들을 가변하여 상기 스무딩 필터에서 과거 좌표의 영향도와 상기 현재 좌표의 영향도를 조정하는 단계는,
   상기 터치 입력의 각도 변화, 상기 터치 입력의 드로잉 속도 변화, 상기 터치 입력의 면적 변화 중 하나 이상을 판단하고, 그 결과를 바탕으로 상기 제1 및 제2 계수를 가변하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 스무딩 필터 제어 방법.

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