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KR20070111266A - 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치 및방법 - Google Patents

다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치 및방법 Download PDF

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KR20070111266A
KR20070111266A KR1020060044418A KR20060044418A KR20070111266A KR 20070111266 A KR20070111266 A KR 20070111266A KR 1020060044418 A KR1020060044418 A KR 1020060044418A KR 20060044418 A KR20060044418 A KR 20060044418A KR 20070111266 A KR20070111266 A KR 20070111266A
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조성일
박준아
소병석
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 정전 용량 방식의 터치 센서를 사용자 인터페이스로 활용하여 센싱하는 기술에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치는, 하나 이상의 접점을 구비한 터치 센서에 사용자의 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉하였는지 여부를 판단하는 접촉 판단부; 상기 터치 센서에 실제로 접촉한 것으로 판단되는 경우, 상기 터치 센서에 배열된 전극들을 소정 기준에 따라 클러스터링하는 클러스터링부; 상기 클러스터링의 결과를 이용하여 생성된 각 클러스터 단위로 상기 손가락의 위치 값을 산출하는 위치 값 산출부; 및 상기 위치 값의 시간에 따른 변화 정보를 이용하여 상기 터치 센서에 접촉 중인 손가락의 이동 정보를 검출하는 이동 정보 검출부를 포함한다.
다접점 터치 센서, 클러스터링, 터치 센서 IC

Description

다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for sensing movement of fingers using multi-touch sensor arrays}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 IC의 출력, 출력의 평균, 출력의 표준 편차를 시간에 따른 그래프로 나타내는 도면이다.
도 3a는 한 개의 손가락이 접촉된 경우 가중 평균 방법을 이용하여 손가락 위치 값을 산출하는 방법을 예시한 도면이다.
도 3b는 두 개의 손가락이 접촉된 경우 가중 평균 방법을 이용하여 손가락 위치 값을 산출하는 방법을 예시한 도면이다.
도 4는 다접점 터치 센서를 이용한 스크롤 동작 과정 중 오동작이 발생하는 것을 예시한 도면이다.
도 5는 현재 시간에서의 위치 값과 이전 시간에서의 위치 값의 변위를 산출하는 개념을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락의 이동 감지 방법을 이용하여 다접점 터치 센서에 접촉된 손가락의 수 및 이동하는 손가락의 수를 그래프로 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락의 이동 감지 방법을 이용하여 손가락의 위치 및 이동하는 손가락의 위치를 그래프로 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법의 전체 흐름을 나타내는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100: 이동 감지 장치 110: 터치 센서 배열부
120: 터치 센서 IC 130: 제어부
140: 접촉 판단부 150: 클러스터링부
160: 위치값 산출부 170: 이동 정보 검출부
180: 사용자 인터페이스
본 발명은 정전 용량 방식의 터치 센서를 사용자 인터페이스로 활용하여 센싱하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하나 이상의 접점을 구비한 터치 센서에 의해 출력되는 신호를 분석하여 상기 터치 센서에 접촉한 손가락의 개수와 손가락의 이동 정보를 검출하고, 검출된 이동 정보를 이용하여 사용자가 의도한 손가락의 스크롤 동작을 검출하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가전 제품이나 액정 모니터 등에 사용되는 스위치가 기존의 누 름 스위치 방식에서 터치 스위치 방식으로 전환되고 있는 추세이다. 터치 스위치는 제품의 전면 커버 내측에 전극을 설치하고 전극 부위를 손가락으로 터치하면, 전극과 사람 사이에 유기되는 정전 용량(Capacitance)의 변화를 센싱(Sensing)하고, 센싱된 신호를 스위치 신호로 마이크로프로세서나 마이크로컴퓨터 등에 전달하는 방식이다.
이러한 터치 스위치 방식에는, 미리 설치된 전극과 그 전극에 접촉하는 사람의 손가락 사이에 유기되는 정전 용량(Capacitance)의 변화를 감지하거나, 인덕턴스(Inductance)의 변화나 임피던스(Impedance)의 변화를 감지하는 방식이 있다.
이 중 정전 용량의 변화를 감지하는 방식의 터치 센서는 사람의 손가락뿐 만 아니라 인체의 다른 부위나 기타 도전체의 접촉에도 반응하게 된다. 이로 인해, 터치 센서를 장착한 터치 UI 시스템은 오동작을 유발할 가능성이 존재한다. 이러한 터치 UI 시스템의 오동작을 방지하기 위한 선행 기술들이 다음과 같이 개시되고 있다.
첫째는, 센서 신호 처리를 통한 터치 센서의 신뢰도를 향상시키는 기술로서, 여러 개의 터치 센서가 동시에 발화되었을 때 먼저 발화된 터치 센서만을 인식하도록 하는 기술에 관한 것이다. 그러나, 이러한 기술에서는 실수로 터치 센서를 건드린 상태에서 스크롤 동작을 수행하는 경우와 같이 먼저 발화된 터치 센서의 신호가 노이즈일 경우에는 오동작이 발생한다는 문제가 있다.
둘째는, 다접점 감지를 통한 터치 UI 신뢰도 향상에 관한 기술로서, 단일 접점만 가능한 터치 스크린을 신호 처리 기술을 통해 다접점의 감지가 가능하도록 한 다. 이는 터치 스크린의 X, Y 축에서 입력되는 신호 강도를 바탕으로 X, Y의 예상 좌표들을 계산하고 이들로부터 생성 가능한 (X, Y) 좌표 쌍들 중 가장 신뢰성있는 좌표 쌍을 최종 값으로 선정한다. 또한, 터치 스크린으로부터 입력되는 신호들을 바탕으로 다접점 여부를 감지하고, 각 접촉점의 위치를 파악하거나 접촉점 중 유효한 접촉점을 판별할 수 있다. 그러나, 단일 접점만 감지할 수 있는 터치 센서의 제약으로 인해 이 기술에서는 단지 두 점까지만 감지가 가능하다는 한계가 있으므로, 두 개 이상의 비의도적인 터치 센서 신호가 발생하는 경우에는 의도적인 터치의 감지가 어려워 사용자의 의도적인 터치에 대한 감지 성공률이 저하된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노이즈가 포함된 터치 센서 신호로부터 사용자의 의도적인 스크롤에 의한 터치 신호만을 효과적으로 검출하고 비의도적인 접촉을 필터링할 수 있는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치는, 하나 이상의 접점을 구비한 터치 센서에 사용자의 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉하였는지 여부를 판단하는 접촉 판단부; 상기 터치 센서에 상기 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉한 것으로 판단되는 경우, 상기 터치 센서에 배열된 전극들을 소정 기준에 따라 클러스터링하는 클러스터링부; 상기 클러스터링의 결과를 이용하여 생성된 각 클러스터 단위로 상기 손가락의 위치 값을 산출하는 위치 값 산출부; 및 상기 위치 값의 시간에 따른 변화 정보를 이용하여 상기 터치 센서에 접촉 중인 손가락의 이동 정보를 검출하는 이동 정보 검출부를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법은, (a) 하나 이상의 접점을 구비한 터치 센서에 사용자의 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉하였는지 여부를 판단하는 단계; (b) 상기 터치 센서에 상기 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉한 것으로 판단되는 경우, 상기 터치 센서에 배열된 전극들을 소정 기준에 따라 클러스터링하는 단계; (c) 상기 클러스터링의 결과를 이용하여 생성된 각 클러스터 단위로 상기 손가락의 위치 값을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 위치 값의 시간에 따른 변화 정보를 이용하여 상기 터치 센서에 접촉 중인 손가락의 이동 정보를 검출하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 미리 정의된, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치 및 방법을 설명하기 위한 블럭도 또는 흐름도들을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서 이용되는 터치 센서는 적어도 하나 이상의 접점을 동시에 감지할 수 있는 다접점 터치 센서임을 가정하고, 또한 상기 다접점 터치 센서의 사용자 인터페이스는 인체의 부위 중 손가락을 이용해 조작하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 상기 도 1을 참조한 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치(100)는 터치 센서 배열부(110), 터치 센서 IC(120), 제어부(130), 접촉 판단부(140), 클러스터링부(150), 위치값 산출부(160), 이동 정보 검출부(170), 및 사용자 인터페이스(180)를 포함한다.
터치 센서 배열부(110)는 이동 감지 장치(100)에서 사용자의 손가락과 직접 접촉하는 부분으로서, 일반적으로 여러 개의 전극(Electrode)을 하나의 PCB 또는 FPCB에 배열함으로써 구성된다.
터치 센서 IC(120)는 터치 센서의 배열에 도체가 접촉하였을 때 발생하는 신호를 측정해 사용자와 터치 센서 배열부(110) 사이에서 생성되는 정전 용량(capacitance)를 산출한다. 이러한 정전 용량은 아날로그 값이므로, 터치 센서 IC(120)는 이 값을 A/D(Analog to Digital) 변환하거나, 이진화를 하는 등 디지털 신호 처리를 하여 디지털 신호를 출력하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 IC의 출력, 출력의 평균, 출력의 표준 편차를 시간에 따른 그래프로 나타내는 도면인데, 첫번째 그래프(210)가 상기 터치 센서 IC(120)의 시간에 따른 출력을 나타내는 것으로서, 총 9개의 채널에 대해 신호를 측정한 것이다. 한편, 두번째 그래프(220)는 상기 출력값의 평균을 나타낸 것이며, 세번째 그래프(230)는 상기 출력값의 표준 편차를 나타낸 것이다.
접촉 판단부(140)는 상기 터치 센서 IC(120)의 출력을 바탕으로 상기 다접점 터치 센서에 사용자의 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉하였는지 여부를 판단하게 된다. 상기 다접점 터치 센서가 모든 종류의 도체에 반응하는 현상을 방지하기 위함이다. 본 발명의 일 실시예에서는 특정 시간 t에서 측정되어 출력된 신호의 출력값의 표준 편차가 미리 정의된 소정 문턱치보다 큰 경우에 상기 사용자의 손가락이 실제로 접촉하였다고 판단하게 된다. 상기 도 2의 세번째 그래프(230)에서 소정의 문턱치를 설정하여 그보다 큰 값을 가지는 시간 범위 동안 상기 손가락이 실제로 터치 센서에 접촉하였다고 판단하게 된다.
상기 터치 센서에 실제로 접촉한 것으로 판단되는 경우, 클러스터링부(150)는 상기 터치 센서에 배열된 전극들을 소정 기준에 따라 클러스터링(clustering)하 게 된다. 여기서, 상기 기준은 ① 터치 센서에 배열된 전극의 수, ② 상기 전극에서 출력되는 디지털 신호 세기의 합, 그리고 ③ 상기 전극의 수와 상기 디지털 신호 세기의 합의 조합 등 세가지 기준 모두를 고려하여 정해진다. 가령, 일렬로 배열된 전극에 두 개의 손가락이 접촉할 경우에, 손가락이 접촉된 부위의 전극들을 하나의 그룹으로 묶고 여기서 생성되는 신호 세기의 합이 일정 세기 이상인 경우에는, 상기 그룹을 하나의 클러스터로 생성할 수 있을 것이다.
상기와 같은 방식으로 m 개의 클러스터가 생성되었다고 하면, 각 클러스터는 c1(t), c2(t), c3(t), ..., cm(t)가 될 것이며, 상기 m 개의 클러스터 중 i 번째 클러스터 ci(t)는 적어도 하나 이상의 센서 전극으로 구성될 수 있을 것이다. 즉, 클러스터링부(150)는 두 개 이상의 손가락이 접촉하는 경우에 발생하는 모호성을 해결하기 위해 터치 센서 배열부(110) 상의 전극들 중 인접한 전극들을 하나의 그룹으로 묶는 역할을 하는 것이다.
위치값 산출부(160)는 여러 개의 손가락이 터치 센서 배열부(110)에 접촉되었을 때, 상기 클러스터링의 결과를 이용하여 생성된 각 m 개의 클러스터 단위로 상기 접촉된 손가락의 위치 값을 산출하게 된다.
일반적으로, 터치 센서를 이용한 인터페이스 장치에서는 손가락의 접촉 위치를 계산할 때 가중 평균 방법(Weighted Average)을 이용하는데, 도 3a를 참조하여 하나의 손가락만이 접촉된 경우의 가중 평균 방법을 사용하여 손가락의 위치 값을 산출하는 방법을 설명하기로 한다.
상기 도 3a의 네 가지 블럭에서는 모두 8 개의 클러스터로 분류된 상태임을 알 수 있으며, 각 클러스터의 위치마다 0 또는 1의 출력값이 생성되고 있다. 첫번째(302)의 경우에서는 2번 클러스터의 위치에서 출력이 1로 생성되었기에, 가중 평균을 이용하여 산출된 손가락의 위치값은 2가 된다. 두번째(304)의 경우에서는 3번 클러스터의 위치에서 출력이 1로 생성되었기에, 가중 평균을 이용하여 산출된 손가락의 위치값은 3이 된다. 세번째(306)의 경우에서는 4번 클러스터와 5번 클러스터의 위치에서 출력이 1로 생성되었기에, 가중 평균을 이용하여 산출된 손가락의 위치값은 4.5가 된다.
반면에, 네번째(308)의 블럭과 같이 두 개 이상의 손가락이 터치 센서 배열부(110)에 접촉하는 경우에는 기존의 가중 평균 방법에 따르면, 모든 출력값의 합 9를 2로 나눈 4.5가 되는데, 이러한 위치 값은 각 손가락의 위치를 정확히 구하지 못한 결과이다. 따라서, 두 개 이상의 손가락이 접촉된 경우에 있어서, 각 클러스터 단위에 가중 평균 방법을 이용하여 손가락 위치 값을 산출하는 방법을 도 3b를 참조하여 살펴보기로 한다. 도 3b의 (a)블럭(312)에는 터치 센서 IC(120)의 출력값이 클러스터 위치에 따라 0 또는 1로 표시되고 있다. 상기 도 3b의 (b)블럭(314)에는 클러스터링부의 출력이 나타나 있는데, 출력1에는 1.5의 위치값이, 출력2에는 6의 위치값이 생성됨으로써 두 손가락의 위치 값이 별개로 생성되게 된다.
한편, 사용자가 터치 패드나 터치 슬라이드나 스크롤 휠과 같은 다접점 터치 센서의 1 차원 또는 2 차원 배열로 구성된 사용자 인터페이스를 조작하여 스크롤 동작을 행하는 과정에서 여러 가지 오동작이 발생하는 경우가 도 4에 예시되고 있다. 상기 도 4의 왼쪽 그림(402)은 사용자가 의도한 바대로 손가락을 접촉하여 스 크롤 동작을 행하는 경우이며, 오른쪽 그림(404)에서는 사용자가 의도하지 않았던 비의도적인 접촉이 발생하는 경우이다. 이러한 비의도적 접촉은 일종의 노이즈를 생성하게 되는데, 상기 사용자가 디바이스를 주머니 안에 집어 넣으면서 무의식적으로 디바이스를 만지게 되는 경우, 또는 터치 조작시 실수로 터치 센서의 다른 부위를 접촉하게 되는 경우에 상기 노이즈가 생성될 수 있다.
상기와 같은 노이즈를 필터링(filtering)하기 위해, 상기 위치 값 산출부(160)는 상기 산출된 손가락의 위치 값을 이용하여 현재 시간 t에서의 위치 값과 이전 시간 t-1 에서의 위치 값의 변위를 산출함으로써 시간에 따른 위치 값의 변위를 생성하게 된다. 상기 시간에 따른 위치 값의 변위를 산출하는 과정을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 현재 시간에서의 위치 값과 이전 시간에서의 위치 값의 변위를 산출하는 개념을 나타내는 도면이다. 현재 시간 t 에서 산출된 N 개 손가락의 위치 값 중 j 번째 위치 값을 Pcj(t)라 하고, 상기 이전 시간 t-1 에서 산출된 M 개 손가락의 위치 값 중 i 번째 위치 값을 Pci(t-1)라고 하자. 상기 도 5에서는 설명의 편의상, 이전 시간 t-1에서 파악된 손가락의 개수는 총 3 개이며 각각의 위치는 Pc1(t-1), Pc2(t-1), Pc3(t-1)로 표기한다. 또한 현재 시간 t에서 파악된 손가락의 개수는 총 2 개이며 각각의 위치는 Pc1(t-1), Pc2(t-1)로 표기한다. 즉, 상기 N은 2로 상기 M은 3으로 가정하였다.
수식 Dij = Pci(t-1) - Pcj(t) 또는 Dji = Pcj(t) - Pci(t-1) 를 이용하여 현재 시간 t와 이전 시간 t-1에서의 위치값의 차이를 각각 산출하게 되는데, Pc1(t-1)에서 Pc1(t)로의 변위를 D11, Pc2(t-1)에서 Pc1(t)로의 변위를 D21, Pc3(t-1)에서 Pc1(t)로의 변위를 D31이라고 놓을 수 있으며, Pc1(t-1)에서 Pc2(t)로의 변위를 D12, Pc2(t-1)에서 Pc2(t)로의 변위를 D22, Pc3(t-1)에서 Pc2(t)로의 변위를 D32 로 놓을 수 있다. 이와 같은 방식으로 산출된 D11, D21, D31, D12, D22, D32는 3*2 행렬의 원소로 표현될 수 있다. 일반적으로는 M*N 의 행렬로 생성될 것이다. 물론 각 위치 간의 변위를 나타내는 상기 원소의 노테이션(notation)을 반대로 하여 N*M의 행렬로 생성할 수도 있다.
이동 정보 검출부(170)는 상기 위치값 산출부(160)에 의해 산출된 손가락의 위치 값과 상기 위치 값의 시간에 따른 변화 정보를 이용하여 상기 터치 센서에 접촉 중인 손가락의 개수와 상기 손가락의 이동 정보를 검출한다. 이를 위해, 이동 정보 검출부(170)는 이전 시간 t-1에서 계산된 손가락들의 위치 값과 현재 시간 t에서 계산된 손가락들의 위치 값을 이용하여 실제로 사용자의 의도에 따라 의미있게 이동하는 스크롤 동작을 검출해 내는 것이다. 여기서, 사용자의 의도에 따라 의미있게 이동하는 스크롤 동작이란 사용자가 의도하지 않은 접촉에 의해 발생하는 노이즈를 제외한 스크롤 동작을 의미한다.
이동 정보 검출부(170)는 사용자의 설정에 따라 단 하나의 손가락의 이동을 검출할 수도 있고, 두 개 이상의 손가락의 이동을 검출할 수도 있다.
그런데, 여기서 Pci(t-1) (i = 1, 2, 3)과 Pcj(t) (j = 1, 2) 사이의 정확한 이동 관계를 상기 산출된 위치만으로 파악하기 어려울 수 있다. 즉, Pc1(t)와 Pc1(t-1)이 동일한 손가락에 의한 것인지 확인할 수 없다는 문제가 발생하는데, 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 상기와 같은 거리 척도를 원소로 하는 행렬을 사용하는 것이다. 상기 거리 척도를 나타내는 행렬의 각 원소들 중 크기가 가장 작은 점들의 쌍을 하나의 단일 손가락의 시간에 따른 위치 변화로 보게 된다.
즉, 이동 정보 검출부(170)는 상기 현재 시간 t 에서 산출된 j 번째 위치 값 Pcj(t)에 대하여, Pc1(t-1) 내지 PcM(t-1)의 위치 값 각각과 상기 Pcj(t)와의 변위를 비교하여 그 크기가 가장 작은 값을 가지는 원소를 상기 j 번째 손가락의 실제 이동에 대응되는 변위로 결정하게 된다. 상기 도 5의 경우에서는, 현재 시간 t에서 검출된 두 개의 손가락의 실제 이동에 대응되는 변위를 구하기 위해서, D11과 D21와 D31 중 가장 작은 값을 가지는 원소를 상기 1 번째 손가락의 실제 이동에 대응되는 변위로 결정하고, D12와 D22와 D32 중 가장 작은 값을 가지는 원소를 상기 2 번째 손가락의 실제 이동에 대응되는 변위로 결정하게 되는 것이다.
상기와 같은 과정을 거쳐, 상기 이동 정보 검출부(170)는 상기 결정된 변위를 이용하여 상기 손가락의 접촉 중 2 이상의 의도적인 손가락의 스크롤 동작에 대한 정보를 추출할 수 있고, 비의도적인 손가락의 접촉을 필터링하게 된다. 여기서, 상기 의도적인 손가락의 접촉에 대한 정보는 상기 의도적인 접촉을 하고 있는 손가락의 개수 및 이동하는 손가락의 개수에 대한 정보를 포함하는데, 상기 정보를 그래프로 표현한 도 6을 참조한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락의 이동 감지 방법을 이용하여 다접점 터치 센서에 접촉된 손가락의 수 및 이동하는 손가락의 수를 그래프로 예시하는 도면이다. 상단의 그래프는 접촉 중인 손가락의 개수를 표시하고 있는데, 2.3 초 정도까지는 계속 하나의 손가락만이 검출되다가, 2.3 초 근방부터 약 3 초까지는 사용자의 부주의로 인한 비의도적인 터치가 감지되어 2 개의 손가락이 검출됨을 알 수 있다(602). 또한, 하단의 그래프의 시간 축에서 볼 때 2.3초 근방을 전후로 하여 이동하는 손가락이 2개가 순간적으로 검출됨을 알 수 있다(604). 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 비의도적인 접촉으로 인한 외부의 노이즈에도 불구하고 정확하게 이동중인 손가락의 위치를 계산할 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락의 이동 감지 방법을 이용하여 손가락의 위치 및 이동하는 손가락의 위치를 그래프로 예시하는 도면이다.
상기 도 7의 실험 결과를 얻기 위해 사용된 다접점 터치 센서를 이용한 디바이스는 'ㄱ' 자형 패턴의 터치 센서로서, 좌상단에서 우하단으로 왕복 스크롤을 수행하는 도중에 임의의 위치에 다른 손가락이 추가로 접촉하여 노이즈를 생성하는 상황을 가정한다.
상기 'ㄱ' 자형 패턴의 터치 센서의 가로 배열부를 X축으로, 세로 배열부를 Y축으로 가정한다. 상기 도 7의 좌측 상단의 그래프(710)는 손가락의 X 축상의 위치를 나타내고, 우측 상단의 그래프(720)는 손가락의 Y 축상의 위치를 나타낸다.
그래프 710 및 720을 동시에 참조하면, 0 초에서 약 0.9 초 사이에서는 X 축상의 변위가 증가하고, Y 축상의 변위는 일정함을 알 수 있다. 그러다가 약 0.9 초부터 약 1.8 초 사이에서는 사용자의 손가락이 아래로 스크롤되기 때문에, X 축상의 변위는 일정하고, Y 축상의 변위는 증가하다가 다시 터치 센서의 윗부분으로 돌아오게 된다. 약 1.8 초부터 약 2.4 초 사이에는 사용자의 손가락이 다시 왼쪽으로 스크롤되기 때문에, X 축상의 변위는 감소하고, Y 축상의 변위는 일정하게 된다. 약 2.4 초부터 약 3.0 초 까지는 다시 사용자의 손가락이 오른쪽으로 스크롤되다가 아래로 스크롤되기 때문에, X 축상의 변위는 증가하다가 일정하게 유지되고, Y 축상의 변위는 일정하다가 다시 증가하게 되는 것이다.
그런데, 상기와 같은 스크롤 동작 과정에서 약 2 초와 약 3 초 사이에 X 축상의 변위와 Y 축상의 변위가 모두 일정하게 되는 부분(712, 722)이 존재하게 되는데, 이 부분이 정상적인 왕복 스크롤을 수행하는 도중에 발생하는 노이즈로서, 다른 손가락이 비의도적으로 접촉되는 것을 나타내는 것이다.
상기 도 7의 좌측 하단의 그래프(730)는 스크롤 동작을 수행하는 손가락의 X 축상의 위치를 나타내고, 우측 하단의 그래프(740)는 스크롤 동작을 수행하는 손가락의 Y 축상의 위치를 나타낸다. 즉, 그래프 730 및 740은 상기 그래프 710 및 720에서 노이즈(712, 722)를 제거한 상태에서 순수하게 사용자의 의도에 의한 스크롤 동작만을 나타낸 그래프이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 다시 상기 도 1로 돌아가면, 제어부(130)는 터치 센서 IC(120)에서 출력된 신호를 입력받아 접촉 판단부(140)로 제공하고, 이동 정보 검출부(170)에서 검출된 손가락의 스크롤 이동에 관한 정보를 입력받아 사용자 인터페이스(180)에 제공하게 된다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 도 1에 도시되는 구성요소로서, '~부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 어떤 기능들을 수행한다. 그렇지만, 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 상기 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 상기 구성 요소는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 상기 구성 요소가 제공하는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 구성 요소들은 디바이스 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법의 전체 흐름을 나타내는 도면이다.
먼저, 상기 손가락과 상기 터치 센서의 접촉에 의해 생성되는 정전 용량을 터치 센서 IC(120)에 의해 산출하고, 상기 정전 용량을 디지털 신호 처리하여 출력되는 신호를 측정하게 된다. 그 후, 접촉 판단부(140)는 하나 이상의 접점을 구비한 터치 센서에 사용자의 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉하였는지 여부 를 판단한다(S102). 바람직하게는, 상기 측정된 신호의 출력값의 표준 편차가 소정 문턱치보다 큰 경우에 상기 손가락이 실제로 접촉하였다고 판단할 수 있다.
클러스터링부(150)는 상기 터치 센서에 실제로 접촉한 것으로 판단되는 경우, 상기 터치 센서에 배열된 전극들을 소정 기준에 따라 클러스터링하게 된다(S104).
위치 값 산출부(160)는 상기 클러스터링의 결과를 이용하여 생성된 각 클러스터 단위로 상기 손가락의 위치 값을 산출하게 된다(S106). 바람직하게는, 상기 클러스터 단위에 가중 평균 알고리즘(Weighted Average Algorithm)을 적용함으로써 상기 손가락의 위치 값을 산출하고, 상기 산출된 위치 값을 이용하여 현재 시간에서의 위치 값과 이전 시간에서의 위치 값의 변위를 산출하게 된다.
마지막으로, 이동 정보 검출부(170)는 상기 위치 값의 시간에 따른 변화 정보를 이용하여 상기 터치 센서에 접촉 중인 손가락의 이동 정보를 검출하게 된다(S108).
한편, 본 발명의 실시예에 따른 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치의 권리 범위는 상기와 같은 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에도 미침은 당업자에게 자명하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므 로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스크롤 동작 시 발생하는 비의도적인 터치를 효과적으로 필터링해 유효한 스크롤 동작만을 추출할 수 있다. 특히, 위치와 시간에 따른 이동을 파악할 수 있는 손가락의 개수에 제한이 없으므로, 터치 센서를 이용한 사용자 인터페이스의 사용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 접점을 구비한 터치 센서에 사용자의 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉하였는지 여부를 판단하는 접촉 판단부;
    상기 터치 센서에 상기 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉한 것으로 판단되는 경우, 상기 터치 센서에 배열된 전극들을 소정 기준에 따라 클러스터링하는 클러스터링부;
    상기 클러스터링의 결과를 이용하여 생성된 각 클러스터 단위로 상기 손가락의 위치 값을 산출하는 위치 값 산출부; 및
    상기 위치 값의 시간에 따른 변화 정보를 이용하여 상기 터치 센서에 접촉 중인 손가락의 이동 정보를 검출하는 이동 정보 검출부를 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 손가락과 상기 터치 센서의 접촉에 의해 생성되는 정전 용량을 산출하고, 상기 정전 용량을 디지털 신호 처리하여 신호를 출력하는, 터치 센서 IC를 더 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접촉 판단부는,
    상기 측정된 신호의 출력값의 표준 편차가 소정 문턱치보다 큰 경우에 상기 손가락이 실제로 접촉하였다고 판단하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 기준은,
    상기 전극의 수, 상기 전극에서 출력되는 디지털 신호 세기의 합, 및 상기 전극의 수와 상기 디지털 신호 세기의 합의 조합을 고려한 기준인, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 값 산출부는,
    상기 클러스터 단위에 가중 평균 알고리즘(Weighted Average Algorithm)을 적용함으로써 상기 손가락의 위치 값을 산출하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치 값 산출부는,
    상기 산출된 위치 값을 이용하여 현재 시간에서의 위치 값과 이전 시간에서의 위치 값의 변위를 산출하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장 치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위치 값의 변위는,
    상기 현재 시간 t 에서 산출된 N 개 손가락의 위치 값 중 j 번째 위치 값을 Pcj(t)라 하고, 상기 이전 시간 t-1 에서 산출된 M 개 손가락의 위치 값 중 i 번째 위치 값을 Pci(t-1)라고 할 경우, 수식 Dij = Pci(t-1) - Pcj(t) 또는 Dji = Pcj(t) - Pci(t-1) 에 의해 산출되며, 상기 산출된 각 Dij 또는 Dji를 원소로 하는 M * N 또는 N * M의 행렬로 표현되는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이동 정보 검출부는,
    상기 현재 시간 t 에서 산출된 j 번째 위치 값 Pcj(t)에 대하여, Pc1(t-1) 내지 PcM(t-1)의 위치 값 각각에 대해 상기 Pcj(t)와의 변위가 가장 작은 값을 가지는 원소를 상기 j 번째 손가락의 실제 이동에 대응되는 변위로 결정하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 정보 검출부는,
    상기 결정된 변위를 이용하여 상기 손가락의 접촉 중 의도적인 손가락의 접촉에 대한 정보를 추출하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 의도적인 손가락의 접촉에 대한 정보는,
    상기 의도적인 접촉을 하고 있는 손가락의 개수 및 이동하는 손가락의 개수에 대한 정보인, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 장치.
  11. (a) 하나 이상의 접점을 구비한 터치 센서에 사용자의 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉하였는지 여부를 판단하는 단계;
    (b) 상기 터치 센서에 상기 적어도 하나 이상의 손가락이 실제로 접촉한 것으로 판단되는 경우, 상기 터치 센서에 배열된 전극들을 소정 기준에 따라 클러스터링하는 단계;
    (c) 상기 클러스터링의 결과를 이용하여 생성된 각 클러스터 단위로 상기 손가락의 위치 값을 산출하는 단계; 및
    (d) 상기 위치 값의 시간에 따른 변화 정보를 이용하여 상기 터치 센서에 접촉 중인 손가락의 이동 정보를 검출하는 단계를 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 손가락과 상기 터치 센서의 접촉에 의해 생성되는 정전 용량을 산출하고, 상기 정전 용량을 디지털 신호 처리하여 출력되는 신호를 측정함으로써 상기 접촉 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 측정된 신호의 출력값의 표준 편차가 소정 문턱치보다 큰 경우에 상기 손가락이 실제로 접촉하였다고 판단하는 단계를 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 소정 기준은,
    상기 전극의 수, 상기 전극에서 출력되는 디지털 신호 세기의 합, 및 상기 전극의 수와 상기 디지털 신호 세기의 합의 조합을 고려한 기준인, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 클러스터 단위에 가중 평균 알고리즘(Weighted Average Algorithm)을 적용함으로써 상기 손가락의 위치 값을 산출하는 단계를 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 산출된 위치 값을 이용하여 현재 시간에서의 위치 값과 이전 시간에서의 위치 값의 변위를 산출하는 단계를 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 위치 값의 변위는,
    상기 현재 시간 t 에서 산출된 N 개 손가락의 위치 값 중 j 번째 위치 값을 Pcj(t)라 하고, 상기 이전 시간 t-1 에서 산출된 M 개 손가락의 위치 값 중 i 번째 위치 값을 Pci(t-1)라고 할 경우, 수식 Dij = Pci(t-1) - Pcj(t) 또는 Dji = Pcj(t) - Pci(t-1) 에 의해 산출되며, 상기 산출된 각 Dij 또는 Dji를 원소로 하는 M * N 또는 N * M의 행렬로 표현되는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 현재 시간 t 에서 산출된 j 번째 위치 값 Pcj(t)에 대하여, Pc1(t-1) 내지 PcM(t-1)의 위치 값 각각에 대해 상기 Pcj(t)와의 변위가 가장 작은 값을 가지는 원소를 상기 j 번째 손가락의 실제 이동에 대응되는 변위로 결정하는 단계; 및
    (d2) 상기 결정된 변위를 이용하여 상기 손가락의 접촉 중 의도적인 손가락의 접촉에 대한 정보를 추출함으로써, 비의도적인 손가락의 접촉을 필터링하는 단계를 포함하는, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 의도적인 손가락의 접촉에 대한 정보는,
    상기 의도적인 접촉을 하고 있는 손가락의 개수 및 이동하는 손가락의 개수에 대한 정보인, 다접점 터치 센서를 이용한 손가락의 이동 감지 방법.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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