KR101922014B1 - 용량성 센서 장치 및 용량성 센서 장치 교정을 위한 방법 - Google Patents

용량성 센서 장치 및 용량성 센서 장치 교정을 위한 방법 Download PDF

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마이크로칩 테크놀로지 저머니 게엠베하
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Abstract

적어도 하나의 발생기 전극, 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극을 포함하는 접근 및/또는 접촉 검출을 위한 용량성 센서 장치로서, 상기 상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 적어도 하나의 측정 전극에 인접하여 소정의 거리에 배치되고, 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극은 발생기 전극에 할당(assign)되며, 상기 적어도 하나의 발생기 전극에는 발생기 전압이 로딩될 수 있고 상기 적어도 하나의 교정 전극에는 교정 전압이 로딩될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 교정 전극은 적어도 제1 동작 모드와 제2 동작 모드에서 동작할 수 있으며, 동작 모드들 각각에서 교정 전압은 그라운드 전압과 발생기 전압 사이에 있으며, 교정 전압은 각 동작 모드에서 다른 용량성 센서 장치가 본 발명에 의해 제공된다. 또한, 용량성 센서 장치를 교정하기 위한 방법 및 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 포함하는 휴대 장치가 제공된다.

Description

용량성 센서 장치 및 용량성 센서 장치 교정을 위한 방법{Capacitive Sensor Device and Method for Calibrating a Capacitive Sensor Device}
본 발명은 접근 및/또는 접촉 검출을 위한 용량성 센서 장치 및 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 교정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 휴대 장치에 관한 것으로, 특히 본 발명에 따른 방법을 이용하여 교정될 수 있는 본 발명에 따른 용량성 휴대 장치를 포함하는 전기 휴대 장치에 관한 것이다.
접근 및/또는 접촉을 검출하는 수단인 용량성 센서 장치들에 있어서, 상기 용량성 센서 장치는 일회 또는 소정의 시간 간격들로 교정되어야할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 변하는 주위 조건들에서도 고 정밀도로 검출을 보장하도록 상기 용량성 센서 장치의 교정이 필요할 수 있다.
용량성 센서 장치들의 교정시의 문제는 예를 들어, 오브젝트들이 용량성 센서 장치에 근접하여 있는 경우 즉, 용량성 센서 장치의 측정 전극들에 근접하여 있는 경우 상기 용량성 센서 장치는 각각 임의의 시점에서 교정될 수 없다는 데 있다. 센서 장치에 근접하여 배치된 오브젝트들은 상기 센서 장치의 교정이 결국은 틀리게 되도록 상기 센서 시스템의 교정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 교정 절차에 영향을 미치는 어떤 오브젝트들도 상기 용량성 센서 장치에 근접하게 배치되지 않는 시점에서 상기 센서 장치를 교정하는 것이 바람직하다 .
또한, 예를 들어, 전기 휴대 장치에 제공된 용량성 센서 장치가 상기 휴대 장치의 파워 온 이후 바로 사용될 수 있도록 용량성 센서 장치의 활성화 이후 및 파워 온 이후 각각에 곧바로 용량성 센서 장치를 교정하는 것이 바람직하다. 종래 기술에 따르면, 상기 용량성 센서 장치는 상기 전기 휴대 장치의 파워 온이나 또는 소정의 기간 대략, 1초 이내에서 상기 용량성 센서 장치의 활성화 이후 바로 교정된다. 규칙적인 교정을 수행할 수 있도록 하기 위해서 유저에게는 상기 기간 동안 휴대 장치를 조작하는 것이 허용되지 않는데 이는 상기 휴대 장치의 조작이 결국은 교정에 부정적인 영향을 미치기 때문이다. 휴대 장치의 유저는 예를 들어 디스플레이 장치를 통해 상기 용량성 센서 장치가 교정 단계에 있다는 것을 통지받을 수 있다. 그러나 이렇게 된다고 하여도 교정 단계 동안 유저가 휴대 장치를 조작하지 않으리라는 것이 아직 보장되지 않는다. 또한, 그러한 교정 방법은 인간공학적 이유만으로도 수용 가능하지 않다.
용량성 센서 장치를 교정하기 위한 종래 기술에 공지된 또 다른 가능성은 예를 들어, 유저가 상기 전기 휴대 장치를 소정의 장소에 둠으로 인해 소정의 기간 동안 상기 용량성 센서 장치의 원 데이터(raw data)가 변화되지 않거나 또는 단지 약간만 변화된 경우에 조정을 수행하는 것이다. 그러나 센서 장치의 원 데이터가 소정의 시주기 동안 변하지 않거나 또는 아주 약간만 변화하는 것이 보장되지 않기 때문에 이 방법으로는 센서 시스템의 교정이 언제라도 수행되는 것을 보장할 수 없는 단점이 있다. 또한, 용량성 센서 장치의 원 데이터는 교정이 수행되는 시점까지 반드시 교정되지 않는 방식으로 처리되는 단점이 있어서 접근들 및/또는 접촉들을 잘못 검출하는 결과를 초래할 수 있다.
종래 기술에 공지된 또 다른 해법에 있어서, 전기 휴대 장치의 유저는 교정 동작을 활성화한다. 예를 들어, 이 방법은 교정 동작을 하도록 특별히 제공된 버튼을 작동시킴으로써 수행될 수 있다. 대안으로, 상기 교정 동작은 또한 소정의 제스쳐들을 수행함으로써 활성화될 수 있으며, 이러한 제스쳐들은 제공되어야 하는데, 이러한 제스쳐들은 센서 장치의 처음에 교정되지 않은 원 데이터로부터 인식될 수도 있다. 이러한 제스쳐들은 예를 들어, 상기 교정 동작 이전에 상기 전기 휴대 장치에 놓여진 손가락의 스위핑 제스쳐들(swipping gestures) 또는 신속한 제거일 수 있다. 이 방법은 교정이 유저에 의해 개시되기 때문에 센서 장치가 장시간 동안 교정되지 않는 단점을 갖는데, 이는 유저가 교정을 개시하는 것을 망각하였거나 또는 그/그녀가 교정을 수행해야 할 것을 알지 못하기 때문이다. 또 다른 단점은 센서 시스템의 활성화를 위해 제공되는 제스쳐들의 수행이 의도치 않은 교정을 초래할 수 있고, 또한 예를 들어, 손가락들 또는 손들이 교정에 부정적인 영향을 미치지 않는다는 것이 보장되지 않는다는 것이다.
본 발명의 목적은 용량성 센서 장치 특히 전기 휴대 장치에 제공된 용량성 센서 장치에 대한 교정을 허용하되 바람직한 교정 시간의 결정이 종래 기술의 공지된 단점을 포함하지 않고, 그다음에 오브젝트들이 상기 용량성 센서 장치에 그리고 측정 전극에 각각 근접하여 있을 때에도 센서 장치가 또한 교정될 수 있는 해결책을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 접근 및/또는 접촉 검출을 위한 용량성 센서 장치 그리고 독립 청구항들에 따른 용량성 센서 장치 및 휴대 장치 교정을 위한 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들 및 개선들은 각각의 종속항들에서 개시된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 발생기 전극, 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극을 포함하는 접근 및/또는 접촉 검출을 위한 용량성 센서 장치로서, 상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 적어도 하나의 측정 전극에 인접하여 소정의 거리에 배치되고, 상기 적어도 하나의 측정 전극 및 상기 적어도 하나의 교정 전극은 발생기 전극에 할당(assign)되며, 적어도 하나의 발생기 전극에는 발생기 전압이 로딩될 수 있고 적어도 하나의 교정 전극에는 교정 전압이 로딩될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 교정 전극은 적어도 제1 동작 모드와 제2 동작 모드에서 동작할 수 있으며,
- 상기 동작모드들 각각에서 교정 전압은 그라운드 전압과 발생기 전압 사이에 있으며,
- 상기 교정 전압은 각 동작 모드에서 상이하다.
상기 용량성 센서 장치는 평가 장치를 더 포함할 수 있으며,
이 평가 장치는 상기 측정 전극과 상기 교정 전극에 결합될 수 있고,
- 상기 제1 동작 모드에서 제1 교정 전압을 상기 교정 전극에 로딩하고, 상기 측정 전극과 상기 센서 장치의 그라운드 사이의 제1 커패시턴스를 검출하고, 그리고
- 상기 제2 동작 모드에서 제1 교정 전압을 상기 교정 전극에 로딩하고, 상기 측정 전극과 상기 센서 장치의 그라운드 사이의 제2 커패시턴스를 검출하도록 설계되어 있다.
바람직하게는, 상기 교정 전극의 형상은 실질적으로 상기 측정 전극의 형상에 맞추어진다.
상기 측정 전극 및 교정 전극은 인쇄 회로 기판 위에 배치될 수 있다. 상기 인쇄 회로 기판은 바람직하게는 상기 측정 전극과 상기 교정 전극 사이의 영역 내에 컷 아웃(cut-out)을 포함한다.
하나의 교정 전극이 다수의 측정 전극들에 할당될 수 있다.
상기 발생기 전극은 상기 인쇄 회로 기판의 하부쪽에 배치될 수 있고, 또한 상기 적어도 하나의 측정 전극 및 상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 인쇄 회로 기판의 상부쪽에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 용량성 센서 장치를 교정하는 방법으로서, 센서 장치는 적어도 하나의 발생기 전극, 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 상기 하나의 교정 전극은 서로 인접하여 소정의 거리에 배치되고, 상기 적어도 하나의 발생기 전극에 할당되며,
- 상기 적어도 하나의 발생기 전극에는 발생기 전압이 로딩되고,
- 상기 교정 전극에는 제1 동작 모드에서 제1 교정 전압이 로딩되고, 제1 센서 신호가 상기 측정 전극에서 탭되며(tapped),
- 상기 교정 전극에는 제2 동작 모드에서 제2 교정 전압이 로딩되고, 제2 센서 신호가 상기 측정 전극에서 탭되고,
- 상기 제1 센서 신호와 상기 제2 센서 신호의 차이가 결정되며,
- 상기 용량성 센서의 교정은 상기 차이는 그 절대 값에서 소정의 임계값(threshold) 보다 큰 경우에 수행되는 용량성 센서 장치 교정 방법이 본 발명에 의해 추가로 제공된다.
바람직하게는 상기 제1 교정 전압은 상기 제2 교정 전압과 상이하게 선택된다. 또한 상기 교정 전압들 둘 다는 바람직하게는 이들 각각이 그라운드 전압과 발생기 전압 사이에 놓이도록 선택된다.
상기 교정 전극의 형상은 실질적으로 상기 측정 전극의 형상에 맞추어질 때 바람직한 것으로 증명되었다.
상기 측정 전극 및 교정 전극은 인쇄 회로 기판 위에 배치될 수 있고, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 측정 전극과 상기 교정 전극 사이의 영역 내의 컷 아웃을 포함한다.
상기 차이는 절대값에서 사전정의된 임계값 보다 작은 경우에 상기 용량성 센서 장치의 예비 교정이 수행될 수 있고, 상기 측정 전극으로부터의 오브젝트의 거리가 상기 제1 및 제2 센서 신호로부터 각각 유도 및 추정되고, 또한 상기 용량성 센서 장치의 센서 데이터가 상기 추정된 거리에 의해 교정된다.
상기 제1 센서 신호 및 상기 제2 센서 신호는 각각 센서 원 데이터(raw data)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 포함하는 휴대 장치 특히 전기 휴대 장치가 제공되는데, 상기 용량성 센서 장치는 특히 본 발명에 따른 방법에 따라 교정될 수 있다.
다수의 측정 장치들을 포함하는 용량성 센서 장치가 휴대 장치에 제공될 수 있는데, 상기 측정 전극들의 적어도 일부 전극 각각에 전용 교정 전극이 할당되거나 또는 모든 측정 전극 각각에 단일 교정 전극이 할당된다. 상기 측정 전극들 모두는 단일 교정 단계에서 교정될 수 있다. 대안으로, 모든 측정 전극들이 서로 독립적으로 교정될 수 있도록 상기 측정 전극들 각각에 대해 전용 교정 단계 또는 교정 상태가 수행될 수 있다.
상기 전기 휴대 장치는 예를 들어, 스마트 폰, 이동 무선 유닛, 컴퓨터 마우스, 원격 제어기, 키보드, 디지털 카메라, 이동 미니 컴퓨터, 태블릿 PC 또는 기타 전기 휴대 장치일 수 있다.
본 발명에 의하면, 용량성 센서 장치 특히 전기 휴대 장치에 제공된 용량성 센서 장치에 대한 교정을 허용하되 바람직한 교정 시간의 결정이 종래 기술의 공지의 단점을 포함하지 않고, 그다음에 오브젝트들이 상기 용량성 센서 장치에 그리고 측정 전극에 각각 근접하여 있을 때에도 센서 장치가 또한 교정될 수 있는 해결책을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1a - 도 1e는 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 전극 구성의 다른 실시예들을 도시하는데, 전극 구성들 각각은 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극을 포함한다.
도 2는 용량성 센서 장치 및 교정 전극의 각각의 제1 동작 모드 동안 및 제2 동작 모드 동안 시간에 걸친 용량성 센서 장치의 원 신호들을 도시한다.
도 3은 측정 전극으로부터의 오브젝트의 거리에 종속하는 도 2에 도시된 원 신호들의 차이를 도시한다.
도 4a 및 4b는 인쇄 회로 기판 위의 측정 및 교정 전극 각각의 배치를 위한 예시적 실시예들 및 인쇄 회로 기판의 바람직한 실시예를 도시한다.
본 발명의 또 다른 구성들 및 특징들 및 본 발명의 특정 일례의 실시예들은 첨부 도면을 참조로 한 이하의 설명으로부터 명확해 질 것이다.
도 1a 내지 도 1e 각각은 본 발명에 따른 센서 장치의 전극 구성을 도시한다.
도 1a는 측정 전극(M) 및 교정 전극(K)을 포함하는 본 발명에 따른 센서 장치의 전극 구성을 도시한다. 교정 전극(K)은 측정 전극(M)으로부터 소정의 거리에 그리고 인접하게 배치된다. 교정 전극(K)은 측정 전극(M)에 가능한 한 가까이에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나 교정 전극(K)과 측정 전극(M) 사이의 거리는 최소한, 교정 전극(K)이 측정 전극(M)에 너무 강한 영향을 미치지 않도록 충분히 커야 한다.
교정 전극(K) 및 측정 전극(M)은 여기에서 도시하지 않은 평가 장치에 결합될 수 있다. 평가 장치는 교정 전극(K)이 적어도 두 가지 동작 모드들에서 동작될 수 있도록 설계된다. 이하의 설명은 교정 전극(K)이 제1 동작 모드(B1)에서 및 제2 동작 모드에서 동작하는 경우로 한정된다. 그러나 교정 전극(K)은 또한, 또 다른 동작 모드들에서 동작할 수 있다. 이하의 설명은 일관되게 또한 또 다른 동작 모드들에도 적용된다.
평가 장치는 여기에서 도시하지 않은 발생기 전극에 발생기 전압(UGEN)을 로딩하고, 교정 전극(K)에서 교정 전압(UKAL)이 로딩하도록 설계된다.
본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 발생기 전극들이 인쇄 회로 기판의 하부쪽에 배치될 수 있고, 측정 전극들과 교정 전극들이 인쇄 회로 기판의 상부쪽에 배치될 수 있다. 상기 발생기 전극에는 발생기 신호가 로딩된다. 예를 들어, 발생기 신호는 대략 100kHz의 저역 필터링된 구형파 신호일 수 있다. 또한, 발생기 신호들은 다르게 설계될 수 있는데, 특히 다른 주파수를 갖는 발생기 신호들이 설계될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 넓은 표면 영역을 갖는 것으로 설계된 발생기 전극이 제공된다. 발생기 신호가 로딩되는 발생기 전극의 목적은 발생기 전극의 둘레에 교류 전계를 설정하는 것이다.
전극 및 측정 전극들은 각각 상기 평가 장치에 대해 고 저항으로 접속된다. 이렇게 함으로써 측정 전극들은 사실상 교류 전계에 대해 보이지는 않지만(invisible) 여전히 상기 교류 전계의 진폭을 측정할 수 있다. 측정 전극에서 측정된 진폭은 실질적으로 상기 측정 전극으로부터의 도전 오브젝트의 거리에 따르므로 오브젝트로부터의 상기 거리는 상기 측정 전극들에서 측정된 진폭들로부터 유도될 수 있다.
본 발명에 따르면, 교정 전극(K)에는 제1 동작 모드(B1)에서 제1 교정 전압(UKAL1)이 로딩되고, 또한 제2 동작 모드(B2)에서 제2 교정 전압(UKAL2)이 로딩된다.
한편으로, 교정 전압들(UKAL1, UKAL2)은 이들이 두 가지 동작 모드들 각각에서 상기 용량성 센서 장치의 그라운드 전압(UGND)과 상기 용량성 센서 장치의 발생기 전압(UGEN) 사이에 놓이도록 선택된다. 다른 한편으로, 상기 제1 동작 모드(B1)에서의 교정 전압(UKAL1)은 제2 동작 모드(B2)에서의 교정 전압(UKAL2)과 상이하다. 예를 들어, 제1 동작 모드에서 제1 제1 교정 전압(UKAL1)은 0V일 수 있고(UGEN), 제2 동작 모드에서 제2 교정 전압(UKAL2)은 발생기 전압(UGEN)일 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 교정 전압(UKAL1)은 또한 상기 용량성 센서 장치의 그라운드 전압(UGND)과 각각 다를 수 있고 그 보다 클 수 수 있다.
제2 교정 전압(UKAL2)은 또한 각각 발생기 전압(UGEN)과 다를 수 있고 그 보다 작을 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 교정 전압(UKAL1) 및 제2 교정 전압(UKAL2)은 다음 조건과 부합하도록 선택되어야 한다.
Figure 112014006617818-pct00001
여기서 0 ≤ A, B ≤ 1 및 A ≠ B
2 이상의 동작 모드들에서 상기 각각의 교정 전압들은 다음 조건을 만족하도록 선택되어야 한다.
모든 n 에 대해
Figure 112014006617818-pct00002
∈ {동작 모드들}
본 발명에 따른 발생기 전압(UGEN) 대신에 또한 유사한 형태를 포함하는 또 하나의 전압이 사용될 수 있다.
또한, 예를 들어, 제1 동작 모드에서 교정 전극(K)은 전기 전위(부동 도체(floating conductor))에 접속되지 않을 수 있다.
용량성 센서 장치가 하나 이상의 측정 전극(M) 나아가 모든 측정 전극들 또는 단 몇 개의 측정 전극들까지 포함하는 경우, 각 교정 전극(K)은 상기 측정 전극들로부터의 각기 소정의 거리에서 인접하게 할당 및 배치될 수 있다. 이렇게 함으로써, 교정 전극들 각각에는 같은 신호가 로딩될 수 있으며, 즉 교정 전극들은 교정 전압들(UKAL, UKAL1, UKAL2,...UKALn)을 제공하는 공유 신호 발생기에 결합될 수 있다. 또한, 예를 들어 도 1e에 참조로 도시된 바와 같이, 서로 접속된 몇 개의 전극 세그먼트들로 구성된 단일 교정 전극(K)을 다수의 측정 전극들 상에 제공할 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 교류 전계가 발생기 전극 및 측정 전극(K)에서 각각 방사된다. 측정 전극(M) 및 교정 전극(K)에 결합된 평가 장치에 의해 상기 용량성 센서 장치의 그라운드에 대한 측정 전극(M)의 커패시턴스가 각각 검출 및 측정된다. 교정 전극(K)에서 방사된 교류 전계는 상기 발생기 전극에서 방사된 교류 전계의 전계 분포를 변경하는데, 교정 전극(K)에서 방사된 교류 전계가 상기 발생기 전극에서 방사된 교류 전계에 미치는 전계 분포의 영향은 교정 전극(K)이 동작되는 동작 모드에 의존한다.
상기 발생기 전극에서 방사된 교류 전계의 전계 분포의 변경으로 인하여 측정 전극(M)의 커패시턴스의 변화(variation)가 유효하게 센서 그라운드에 대해 측정된다. 상기 용량성 센서 장치에 근접하게 그리고 상기 용량성 센서 장치의 측정 전극 및 교정 전극에 각각 근접하게 오브젝트가 위치하지 않은 경우, 상기 용량성 센서 장치는 상기 제1 동작 모드로부터 상기 제2 동작 모드로의 이동 동안 예상되는 커패시턴스의 변화에 의해 또는 상기 제1 동작 모드 및 상기 제2 동작 모드에서 예상되는 커패시턴스들에 의해 교정될 수 있다.
상기 제1 동작 모드와 상기 제2 동작 모드 사이의 커패시턴스들의 차이는 그 절대값에서 소정의 임계값을 초과하는 경우는, 상기 용량성 센서 장치는 상기 용량성 센서 장치의 전극들의 근처에 아무 오브젝트가 없다는 가정아래 동작될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 센서 장치의 교정이 수행될 수 있다.
또한, 상기 용량성 센서 장치의 전극들의 근처에 오브젝트가 있는 경우는, 용량성 센서 장치의 교정 예를 들어, 이하에서 상세히 기술하는 바와 같이 예비적인 또는 일시적인 교정이 수행될 수 있다.
이와 함께, 이제 센서 장치의 교정을 위한 바람직한 활용할 수 있는 어떤 시점이 있는지가 결정될 수 있으며, 여기서 상기 시점이 교정을 하는데 단점이 있는 경우는 센서 장치의 예비적인 교정이 수행되거나 또는 전혀 센서 장치의 교정이 수행되지 않는다. 그러나 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 포함하는 휴대 장치의 파워 온 동안, 각각의 경우 즉 예비적인 또는 일시적인 교정에 의해 또는 센서 전극들 근처에 오브젝트가 없는 경우에 수행되는 교정에 의해 센서 장치를 교정하는 것이 바람직하다.
한편으로 측정 전극(M) 가까이에 상기 교정 전극을 배치하고 또한 다른 한편으로 실질적으로 측정 전극(M)의 형상에 상기 교정 전극의 형상을 맞추는 것이 상기 용량성 센서 장치 최적화 동작을 위해 즉 신뢰성 있게 교정 시점을 결정하는데 바람직하다. 그러나 교정 전극(K)과 측정 전극(M) 사이의 거리는 교정 전극(K)이 측정 전극(M)에 너무 강한 영향을 미치지 않도록 적어도 충분히 커야 한다. 예를 들어, 소형의 측정 전극을 위해 상기 측정 전극 가까이에 배치된 소형 교정 전극이 제공될 수 있다. 또한 예를 들어, 기다란 측정 전극을 위해 기다란 교정 전극이 제공될 수 있다.
측정 전극(M)의 형상에 교정 전극(K)의 형상을 맞추는 것은 본 발명에 따른 방법의 도움으로 용량성 센서 장치의 교정이 수행될 수 있는 지 여부가 결정될 때, 모든 수단에 의해 상기 발생기 전극에서 방사된 교류 전계의 전계 분포로 교정 전극(K)에서 방사된 교류 전계의 영향이 그때 최대가 되는 장점을 갖는다.
도 1a에 도시한 전극들의 예시의 실시예에서, 측정 전극(M) 및 교정 전극(K)은 원형으로 형성되고, 실질적으로 동일한 전극 표면을 갖는다.
도 1b는 원형 측정 전극(M) 및 링 세그먼트로 형성된 두 개의 교정 전극들(K1 및 K2)을 도시한다. 상기 전극들은 측정 전극(M)이 링 세그먼트들로 형성된 두 개의 교정 전극들(K1 및 K2) 사이에 배치되도록 서로에 대해 배치된다. 교정 전극들(K1, K2)은 각기 같은 신호로 동작될 수 있는데, 즉 제1 동작 모드에서 두 개의 교정 전극들에는 제1 교정 전압(UKAL1)이 로딩되고, 제2 동작 모드에서 이들전극들에는 제2 교정 전압(UKAL2)이 로딩된다.
교정 전극들의 동일 구현 및 교정 전극들의 대칭 배치로 인해, 예를 들어 제1 동작 모드에서 단지 교정 전극(K1)에만 제1 동작 전압(UKAL1)이 로딩될 수 있고, 또한 제2 동작 모드에서 교정 전극(K2)에만 제2 동작 전압(UKAL2)이 로딩될 수 있다. 그러나 더 양호한 기능을 보장하기 위해 두 가지 동작 모드들 각각의 경우에 각각의 교정 전압을 두 개의 교정 전극에 로딩하는 것이 바람직하다.
도 1c는 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 전극 배치의 또 다른 예를 도시한다. 측정 전극(M) 및 교정 전극(K1)은 여기서는 각기 기다랗게 형성되는데, 교정 전극은 측정 전극(M)보다 폭이 좁다. 그러나 교정 전극(K)은 또한 측정 전극(M)과 폭이 같을 수도 있고, 측정 전극(M) 보다 폭이 넓을 수도 있다.
도 1d는 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 전극 구성의 또 다른 예를 도시한다. 여기서, 측정 전극은 실질적으로 원형으로 형성된다. 교정 전극(K)은 실질적으로 장방형으로 형성되고, 여기서 두 개의 전극들의 표면 영역들은 동일한 것이 바람직하다.
도 1e는 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 전극 구성의 또 다른 예를 도시한다. 이 예에서, 전극 구성은 4개의 측정 전극(M1 내지 M4) 및 하나의 교정 전극(K)을 포함한다. 여기서, 교정 전극(K)은 4개의 측정 전극들(M1 내지 M4) 각각을 적어도 부분적으로 에워싸도록 형성된다. 대안으로, 교정 전극(K)은 또한 4개의 측정 전극들(M1 내지 M4)을 완전히 에워싸도록 형성될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 서로 독립적인 각각의 측정 전극(M1 내지 M4)에 대해 용량성 센서 장치를 교정하기 위한 적합한 시점이 존재하는 지 여부가 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 용량성 센서 장치는 모든 4개의 측정 전극들(M1 내지 M4)에 대해 교정을 위한 필요조건이 충족되는 경우 교정될 수 있다. 본 발명의 또 하나의 실시예에서, 각각의 개별적인 측정 전극은 다른 측정 전극들과 개별적으로 그리고 독립적으로 교정될 수 있으며, 즉 각각의 측정 전극과 관련된 센서 원 신호는 나머지 측정 전극들의 센서 원 신호들과 독립적으로 교정된다. 이는 측정 전극들이 서로 넓게 이격지고, 또한 넓게 이격진 측정 전극들의 환경 조건들이 서로 다른 경우 그때 특히 장점이 있다.
교정 방법 및 교정 순간을 결정하기 위한 방법:
다음에서는 용량성 센서 장치를 교정하는 방법 및 상기 용량성 센서 장치를 교정하기 위한 바람직한 시점을 결정하는 방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 방법은 측정 전극(M) 및 교정 전극(K)을 포함하는 용량성 센서 장치를 기반으로 설명되는데, 상기 방법은 다수의 측정 전극들 및 상기 측정 전극들에 할당된 다수의 교정 전극들을 포함하는 용량성 센서 장치에 대해 수행될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법의 이하의 설명은 두 개의 동작 모드들이 교정 전극의 동작을 위해 제공된다는 가정을 기초로 주어진다.
물론, 그때 도 1a와 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 두 가지 이상의 동작 모드들이 교정 전극의 동작을 위해 제공되는 경우에 본 발명에 따른 방법은 각각의 방식으로 적용될 수 있다.
예를 들어, 측정 전극 및 교정 전극은 도 1a 내지 도 1e와 관련하여 설명한 바와 같이 서로 상대적으로 형성 및 배치된다. 발생기 전극에는 발생기 전압(UGEN)이 로딩되고, 여기서, 발생기 전압(UGEN)은 교정 전극(K)의 각 동작 모드에서 동일하게 유지한다.
제1 단계에서, 교정 전극(K)은 제1 동작 모드(B1)로 동작한다. 제1 동작 모드(B1)에서, 상기 교정 전극(K1)에는 제1 교정 전압(UKAL1)이 로딩되고, 또한 측정 전극(M)과 센서 장치의 그라운드 사이의 제1 커패시턴스가 검출되고, 이때 측정 전극(M)의 센서 원 데이터가 검출된다.
이어서, 제2 단계에서, 교정 전극(K) 동작을 위해 용량성 센서 장치는 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 스위칭된다. 제2 동작 모드(B2)에서, 교정 전극(K)에는 제1 동작 모드(B1)의 제1 교정 전압(UKAL1)과는 다른 제2 교정 전압(UKAL2)이 로딩된다. 제1 교정 전압(UKAL1)과 제2 교정 전압(UKAL2)이 여기서는 도 1a와 관련하여 기술한 것과 같이 선택된다. 제2 단계에서, 즉 제2 동작 모드(B2)에서의 교정 전극의 동작 동안, 제2 커패시턴스가 측정 전극(M)과 상기 센서 장치의 그라운드 사이에서 검출되고, 여기서 다시 측정 전극(M)의 센서 원 데이터가 검출된다.
도 2는 측정 전극(M)의 제1 동작 모드와 제2 동작 모드에서 검출된 센서 원 데이터의 시간적 추이를 도시한다. 상부 곡선은 상기 제1 동작 모드에서 검출되었던 센서 원 데이터를 도시한다. 하부 곡선은 제2 동작 모드에서 검출되었던 센서 원 데이터를 도시한다. 여기에 도시한 예에서, 측정 전극(M)으로부터 오브젝트의 거리는 측정 동안 약 5cm내지 0.5cm로 구간적으로 감소되었는데, 여기서 상기 구간의 크기는 약 0.5cm이다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서 원 신호들에 미치는 교정 전극의 영향은 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로의 스위칭동안 상기 측정 전극으로부터 오브젝트의 거리의 감소에 따라 감소하는데 즉, 제2 동작 모드에서의 센서 원 신호들에 대한 제1 동작 모드에서의 센서 원 신호들의 차이는 상기 측정 전극으로부터의 오브젝트의 거리의 감소에 따라 감소한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 단계에서, 상기 이전 단계들에서 측정된 센서 원 데이터의 차이가 구해진다.
상기 제1 동작 모드에서의 센서 원 데이터와 상기 제2 동작 모드에서의 센서 원 데이터 사이의 차이는 도 3에 도시되는데, 여기서 곡선은 측정 전극(M)으로부터의 오브젝트의 거리에 따른 차이를 나타낸다. 상기 제1 동작 모드에서의 센서 원 데이터와 상기 제2 동작 모드에서의 센서 원 데이터 사이의 차이의 절대값은 측정 전극(M)으로부터의 오브젝트의 거리의 증가에 따라 각각 증가하거나 더 커지게 됨은 명백하다. 도 3으로부터, 측정 전극으로부터의 오브젝트의 거리가 0cm 내지 3cm의 경우에는 결론이 내려질 수 있지만, 측정전극으로부터의 오브젝트이 차이가 3cm보다 큰 경우에는 차이는 실질적으로 같은 값을 유지함은 명백하다.
차이(D)의 절대값이 소정의 임계값(X) 이상인 경우, 상기 용량성 센서 장치는 측정 전극의 근처에 어떤 오브젝트도 없고 또한, 측정 전극의 근처에 어떤 오브젝트도 존재하기 않기 때문에, 상기 용량성 센서 장치의 교정을 위한 바람직한 시점이 존재한다는 가정아래 동작된다. 이 경우에, 용량성 센서 장치의 교정이 각각 개시 및 수행될 수 있다.
실험들은 오브젝트의 크기로부터 어떤 주목할 만한 차이(D)의 의존성도 존재하지 않는다는 것을 나타내었다. 그러나 이 의존성이 존재하면 그럼에도 불구하고 측정 전극의 근처에 오브젝트가 있는지 여부를 결정할 수 있어서 용량성 센서 장치의 교정이 이 경우에 각각 행해지지 않을 수 있고 또한 생략될 수 있게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 차이(D)가 절대 값에서 임계값(X) 보다 작으면 용량성 센서 시스템의 교정이 수행되지 않는다. 그러나 이 정보, 즉 차이가 절대값에 있어서 소정의 임계값(X)보다 작다는 정보는 상기 센서 장치의 예비적인 또는 일시적인 교정을 수행하는데 사용될 수 있다. 그래서 이는 특히 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 포함하는 휴대 장치의 파워 온에서, 오브젝트가 이미 측정 전극 근처에 있는 경우 또한 그럼에도 불구하고, 휴대 장치의 파워 온에서 용량성 센서 장치의 교정이 수행되게 되어 전술한 바와 같이 교정이 수행될 수 있는 바람직한 시점까지 비교정된 센서 원 신호들이 처리되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 휴대 장치의 전체 동작 동안 본 발명에 따른 용량성 센서 장치가 교정되는 것을 보장한다.
본 발명에 따른 방법의 전술한 단계들은 가능하다면 용량성 센서 장치의 교정이 변화하는 환경 조건들에 적응될 수 있도록 소정의 시점들에서 또는 주기적인 방식으로 수행될 수 있다.
센서 원 데이터의 각각의 예비적인 또는 일시적인 교정을 위해, 오브젝트로부터의 거리(A)가 상기 차이(D)로부터 추정되고, 상기 거리에 대응하는 교정된 센서 원 데이터는 계산되어 교정 즉, 예비적인 교정을 위해 사용되는데, 여기서 상기 교정된 센서 원 데이터는 현재의 센서 원 데이터로부터 감산된다.
도 4a 및 도 4b는 전극들이 인쇄 회로 기판(PCB)에 배치된 전극 구성을 각각 도시한다.
제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로의 교정 전극(K)의 스위칭시 측정 전극(M)의 센서 원 데이터가 변화하는 양은 실질적으로 교정 전극(K)과 측정 전극(M) 사이의 커패시턴스에 의해 식별된다. 많은 경우에, 전극들(M, K)은 PCB 상에서 구리 표면들로 구현된다. 인쇄 회로 기판에 사용된 재료에 따라 인쇄 회로 기판(PCB)의 치수는 온도 변화들에 의존하여 심하게 변할 수 있다. 따라서 또한 교정 전극(K)으로부터 측정 전극(M)으로의 커패시턴스는 전극 설계의 실시예에 의존하여 다소 강한 온도 의존성을 받을 수 있다.
오브젝트와 측정 전극(M) 사이의 거리에 대한 바람직한 불변의 추정이 주위 온도와 관계없이 보장되도록 측정 전극에 대한 교정 전극의 커패시턴스의 온도 의존성을 최소화하고 실질적으로는 소거하는 각각의 동작을 위해서, 측정 전극(M)과 교정 전극(K) 사이에 개구가 형성되어 실질적으로 인쇄 회로 기판의 전극들 사이에는 아무런 물질로 개재되지 않도록 측정 전극(M)과 교정 전극(K) 사이의 인쇄 회로 기판(PCB)의 일부는 밀링될 수 있다.
도 4a는 두 개의 전극들(M 및 K) 사이에 실질적으로 기다란 형태로 설계된 컷 아웃(CO)이 제공되는 도 1a에 도시한 전극 배치를 도시한다.
도 4b는 두 개의 전극들(M, K) 사이에 다시 실질적으로 기다란 컷 아웃(CO)이 제공되는 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 도 1d에 도시된 전극 배치를 도시한다.
본 발명에 따른 용량성 센서 장치 및 상기 용량성 센서 장치를 교정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 각기 용량성 센서 시스템의 교정이 수행될 수 있는지를 결정하기 위한 결정의 개선된 기준을 제공한다. 또한, 일시적이고 그리고 예비적인(대략적인) 각각의 용량성 센서 시스템의 교정은 예를 들어 교정의 조건들이 바람직하지 못한 경우 예를 들어, 오브젝트가 측정 전극(M) 가까이 또는 아주 가까이에 있을 경우에 수행될 수 있다. 대체로 이러한 방식으로 오브젝트가 측정 전극에 근접하게 있는지 여부에 무관하게 용량성 센서 장치의 활성화 후에 곧 바로 센서 장치를 교정할 수 있다. 따라서 완전한 동작기간 내내 용량성 센서 장치가 각기 교정되고 또한 교정될 수 있다. 센서 원 데이터가 비교정된 방식으로 추가로 처리하는데 공급되는 기간이 효과적으로 방지되어 접근 및 접촉을 변함없이 그리고 정확하게 검출하는 것이 각각 용량성 센서 장치의 완전한 동작기간 내내 보장될 수 있다.
A 측정 전극으로부터의 오브젝트의 거리
CO 인쇄 회로 기판의 컷 아웃(Cut-Out)
D 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이의 센서 원 데이터의 차이
B1, B2 교정 전극들 및 센서장치의 동작 모드들
K, K1, K2 교정 전극들
M, M1 - M4 측정 전극들
PCB 인쇄 회로 기판
UGEN 발생기 전극에 공급되는 발생기 전압
UKAL, UKAL1, UKAL2 교정 전극들에 공급되는 교정 전압들
X 임계값

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 발생기 전극, 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극을 포함하여, 접근 및 접촉 중 어느 하나의 검출을 위한 용량성 센서 디바이스로서,
    상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 적어도 하나의 측정 전극에 인접하여 소정의 거리 내에 배치되고, 상기 적어도 하나의 측정 전극 및 상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 적어도 하나의 발생기 전극에 할당되며, 상기 적어도 하나의 발생기 전극은 교류 발생기 전압을 수신할 수 있고 그리고 상기 적어도 하나의 교정 전극은 교류 교정 전압을 수신할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 교정 전극은 적어도 제1 동작 모드와 제2 동작 모드로 동작할 수 있으며,
    - 상기 동작 모드들의 각각에서, 상기 교류 교정 전압은 상기 발생기 전압과 동일하거나 또는 상기 발생기 전압보다 작고, 그리고
    - 상기 교류 교정 전압은 각 동작 모드에서 서로 다르고;
    그리고 상기 교정 전극이 상기 제1 동작 모드 또는 상기 제2 동작 모드로 각각 동작하는 동안에 상기 측정 전극과 그라운드 간의 커패시턴스를 측정하고 그리고 상기 측정들 간의 차이를 결정하도록 구성되는 평가 디바이스를 더 포함하고,
    상기 평가 디바이스는 더욱이 상기 측정들 간의 상기 차이를 임계값과 비교하여 교정이 수행될 수 있는 지의 여부를 결정하는, 용량성 센서 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평가 디바이스는,
    - 상기 제1 동작 모드에서는 상기 교정 전극에 제1 교정 전압을 로딩하고, 상기 측정 전극과 상기 센서 디바이스의 상기 그라운드 간의 제1 커패시턴스를 검출하고, 그리고
    - 상기 제2 동작 모드에서는 상기 교정 전극에 제2 교정 전압을 로딩하고, 상기 측정 전극과 상기 센서 디바이스의 상기 그라운드 간의 제2 커패시턴스를 검출하도록 구성되는, 용량성 센서 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교정 전극의 형상은 상기 측정 전극의 형상에 맞추어진, 용량성 센서 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정 전극 및 상기 교정 전극은 인쇄 회로 기판에 배치되고, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 측정 전극과 상기 교정 전극 사이의 영역 내에 컷 아웃을 포함하는, 용량성 센서 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    하나의 교정 전극이 다수의 측정 전극들에 할당되는, 용량성 센서 디바이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 발생기 전극은 상기 인쇄 회로 기판의 저면에 배치되고, 또한 상기 적어도 하나의 측정 전극 및 상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 인쇄 회로 기판의 상부에 배치되는, 용량성 센서 디바이스.
  7. 하나의 사례(an instance)가 용량성 센서 디바이스를 교정하기에 알맞은 것인 지의 여부를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 센서 디바이스는 적어도 하나의 발생기 전극, 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 측정 전극 및 상기 적어도 하나의 교정 전극은 서로 인접하여 소정의 거리 내에 배치되고 그리고 상기 적어도 하나의 발생기 전극에 할당되며,
    상기 방법은,
    - 상기 적어도 하나의 발생기 전극에 교류 발생기 전압을 공급하는 것,
    - 제1 측정에서는, 상기 교정 전극에 제1 교류 교정 전압을 공급하여 상기 측정 전극에서 제1 센서 신호를 측정하는 것,
    - 제2 측정에서는, 상기 교정 전극에 제2 교류 교정 전압을 공급하여 상기 측정 전극에서 제2 센서 신호를 측정하는 것, - 상기 제1 교류 교정 전압은 상기 제2 교류 교정 전압과는 다르게 선택되고, 두 개의 교류 교정 전압들은 상기 두 개의 교류 교정 전압들이 상기 발생기 전압과 동일하거나 또는 상기 발생기 전압보다 작도록 선택됨 -,
    - 상기 제1 센서 신호와 상기 제2 센서 신호의 차이를 결정하는 것, 그리고
    - 상기 차이가 그의 절대값에서 소정의 임계값보다 클 때에는 상기 용량성 센서의 교정을 수행하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 교정 전극의 형상은 상기 측정 전극의 형상에 맞추어진, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 측정 전극 및 상기 교정 전극은 인쇄 회로 기판에 배치되고, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 측정 전극과 상기 교정 전극 사이의 영역 내에 컷 아웃을 포함하는, 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 차이가 그의 절대값에서 상기 소정의 임계값보다 작을 때에는 상기 용량성 센서 디바이스의 예비 교정이 수행되고, 상기 측정 전극으로부터의 오브젝트 거리가 상기 제1 및 제2 센서 신호로부터 각각 얻어져서 추정되고, 또한 상기 용량성 센서 디바이스의 센서 데이터가 추정된 거리에 따라 교정되는, 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 센서 신호 및 상기 제2 센서 신호는 각각 센서 원(raw) 데이터를 포함하는, 방법.
  12. 적어도 하나의 발생기 전극, 적어도 하나의 측정 전극 및 적어도 하나의 교정 전극을 포함하는 용량성 센서 디바이스를 포함하는 핸드헬드 디바이스로서,
    상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 적어도 하나의 측정 전극에 인접하여 소정의 거리 내에 배치되고, 상기 적어도 하나의 측정 전극 및 상기 적어도 하나의 교정 전극은 상기 적어도 하나의 발생기 전극에 할당되며, 상기 적어도 하나의 발생기 전극은 교류 발생기 전압을 수신할 수 있고 그리고 상기 적어도 하나의 교정 전극은 교류 교정 전압을 수신할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 교정 전극은 적어도 제1 동작 모드와 제2 동작 모드로 동작할 수 있으며,
    - 상기 동작 모드들의 각각에서, 상기 교류 교정 전압은 상기 발생기 전압과 동일하거나 또는 상기 발생기 전압보다 작고, 그리고
    - 상기 교류 교정 전압은 각 동작 모드에서 서로 다르고;
    그리고 상기 교정 전극이 상기 제1 동작 모드 또는 상기 제2 동작 모드로 각각 동작하는 동안에 상기 측정 전극과 그라운드 간의 커패시턴스를 측정하고 그리고 상기 측정들 간의 차이를 결정하도록 구성되는 평가 디바이스를 더 포함하고,
    상기 평가 디바이스는 더욱이 상기 측정들 간의 상기 차이를 임계값과 비교하여 교정이 수행될 수 있는 지의 여부를 결정하는, 핸드헬드 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 용량성 센서 디바이스는 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 교정되는, 핸드헬드 디바이스.
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