KR101952327B1 - 다수의 물체들을 검출하기 위한 용량성 센서 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 물체들을 검출하기 위한 용량성 센서 장치에 관한 것으로, 상기 용량성 센서 장치는, 센서 표면을 형성하는 다수의 전극 구성부들을 포함하고 또한 각각의 전극 구성부는 적어도 하나의 전송 전극과 연관된 다수의 전극 구성부들, 및 상기 측정 전극들과 상기 전송 전극들에 결합되고, 전송 전극들의 하나에 교류 신호를 인가하고, 또한 나머지 전송 전극들에 소정의 정전위를 인가하고, 전기적 교류 신호가 인가된 전송 전극과 연관된 측정 전극들에서의 센서 표면에 물체의 위치를 지시하는 전기 신호를 태핑(tapping)하기 위해, 시간 다중화 방법을 사용하기에 적합한 평가 장치를 포함한다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 용량성에 기초하여 센서 장치의 검출 범위내에서 다수의 물체들을 검출하기 위한 센서 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 센서 장치에 의해 다수의 물체들을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 센서 장치를 갖고, 본 발명에 따른 방법에 따라 동작될 수 있는, 휴대형 장치, 특히 전기적 휴대형 장치에 관한 것이다.
최신의 용량성 센서 장치들에 있어서는, 센서 장치의 검출 범위내에 존재하는 물체와 센서 표면 사이의 용량성 상태가 측정되거나 또는 검출된다. 검출 범위내에 존재하는 물체는 검출 범위내의 교류 전계를 왜곡시킨다. 측정 결과로부터 센서 표면의 측정 전극들과 물체 및/또는 센서 표면로의 물체의 위치 사이의 거리에 관해 결론이 도출된다. 물체 거리 또는 물체의 위치와 측정 결과들 간의 관계는 극히 비선형적이다.
하나 이상의 물체가 센서 장치의 검출 범위내에 존재하는 경우, 각각의 개별 물체는 단일 교류 전계의 왜곡에 영향을 미친다. 측정 값들 또는 측정 결과들과 센서 표면으로부터의 물체들의 거리 또는 센서 표면로의 물체들의 위치들 간의 관계는 물체들의 수가 증가함에 따라 더욱 복잡해지는 데, 그 이유는 센서 측정 값들이 더 이상 단일 물체의 위치 또는 거리에만 의존하지 않기 때문이다. 그에 따라, 센서 표면으로부터의 복수의 물체들의 거리 또는 센서 표면에 대한 복수의 물체들의 위치들의 정확한 검출은 더 이상 보장될 수 없다.
그럼에도 불구하고, 거리 또는 위치를 추정하기 위해 어떤 센서 측정 값들이 어떤 물체들의 거리 또는 위치로부터 독립되었다고 가정되는 경우, 이는 인위적인 결과를 초래할 수 있는 계통적인 측정 오류(systematic measurment errors)로 이어진다. 최악의 경우에, 측정 오류들은 물체의 거리 또는 위치가 더 이상 검출 또는 추정될 수 없도록 할 수 있다.
용량성 센서 장치를 갖는 장치의 양손을 쓰는 동작에 대한 구체적 응용예에 있어서는, 서로 독립적으로 센서 장치에 대한 복수의 손가락들 또는 양손의 위치를 검출하는 것이 바람직하다.
센서 표면으로부터의 물체들의 거리에 의존하는 센서 측정 값들의 감도로 인해, 제2의 보다 먼 물체에 의해 야기되는 전계 왜곡으로 인한 제1의 인접한 물체에 대한 측정 값의 외란은 비교적 적으며, 이에 따라, 제1 물체의 거리 또는 위치가 신뢰성 있게 검출될 수 있게 된다. 그러나, 이와 반대로, 제2 물체의 거리 또는 위치는 높은 신뢰성 있게 검출될 수 없다.
종래 기술에 있어서, 서로에 대해 짧은 거리로 배치되고, 센서 표면에 제공되는 다수의 센서 전극들에 의해 상기 문제를 해결하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 그리고 비록 상기 전극들의 측정 값들에 미치는 다른 물체들의 영향은 무시할 수 있는 것으로 추정되지만, 개별적 센서 전극들 또는 복수의 인접한 센서 전극들은 물체의 거리 또는 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이 제안의 다른 전제 조건은, 서로에 대한 물체들의 거리가 소정 값 밑으로 떨어지지 않는 것이다. 이는 특히 센서 표면으로부터 물체들의 거리가 먼 경우에 적용하며, 즉, 센서 전극들의 감도가 낮은 경우와 센서 표면으로부터의 물체의 거리에 대하여 센서 전극들 간의 거리가 적은 경우에 대해 적용하기 때문에, X-Y 위치를 결정하기 위한 바람직하지 못한 기하학적 조건들을 생성한다.
종래 기술로부터 알려진 다른 해결책은, 복수의 센서 장치 또는 센서 전극들을 공간적으로 서로 분리하는 것으로 구성되고, 이에 의해 각각의 센서 장치 또는 센서 전극이 그 자체의 검출 범위를 형성 또는 정의한다. 이에 따라, 센서 장치의 측정 값들은 대응하는 물체와 관련되고, 반면에 다른 센서 장치의 측정 값들은 나머지 물체와 관련된다. 그리고 물체의 거리 또는 위치를 결정하기 위해, 단일 센서 장치의 센서 전극들이 사용되거나 상기 센서전극 만이 고려될 수 있으며, 여기서 다른 물체들의 각각이 상기 센서 장치의 측정 값들에 미치는 영향은 무시할 수 있는 것으로 가정되어야 한다.
그러나, 이 해결책은, 상기 센서 장치들 또는 센서 전극들이 충분히 공간적 으로 분리되어 있는 경우에만 실제적으로 의미가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 용량성 센서 장치의 검출 범위내에 있는 다수의 물체들의 위치 및/또는 용량성 센서 장치의 센서 표면에 대한 다수의 물체들의 거리가 결정 또는 검출될 수 있도록 하는 해법들을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 독립 청구항들에 따른 본 발명에 의한 다수의 물체들을 검출하기 위한 센서 장치 및 상기 센서 장치에 의해 다수의 물체들을 검출하기 위한 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들 및 내재적 응용예들은 대응하는 종속 청구항들 및 다른 독립 청구항들에 기재되어 있다.
따라서, 다수의 물체들을 검출하기 위한 센서 장치가 기술되고, 상기 센서 장치는,
- 센서 표면을 형성하는 다수의 전극 구성부들- 각각의 전극 구성부는 다수의 측정 전극들을 구비하고 또한 각각의 전극 구성부는 적어도 하나의 전송 전극과 연관되는, 다수의 전극 구성부들;
- 평가 장치- 상기 측정 전극들 및 상기 전송 전극들에 결합되고,
상기 전송 전극들중 하나에 교류 신호를 인가하고, 또한 나머지 전달 전극들에 소정의, 바람직하게는 정 전위를 인가하고,
전기적 교류 신호가 인가된 전송 전극과 연관된 측정 전극들에서 센서 표면에 대한 물체의 위치를 나타내는 전기 신호를 태핑(tapping)하기 위해 시간 다중화 방법을 사용하기에 적합하다 -를 포함한다.
단 하나의 전송 전극, 즉 교류 전기 신호가 인가되는 전송 전극이 한 번에 활성화되기 때문에, 하나의 전극 구성부만이 또한 한번에 활성화되어 비활성 전극에 접근하는 손가락이 활성화 전극 구성부로부터 태핑된(tapped) 전기 신호에 미치는 영향이 바람직한 방식으로 크게 감소된다. 이에 따라 활성 전극부에 대한 손가락의 접근 또는 활성 전극 구성부에 대한 손가락의 위치가 더욱 양호하게 결정 또는 추정될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제1 보조 전극이 전극 구성부들 사이에 배치되고, 또한, 평가 장치가, 시간 다중화 프로세스에 있어서 상기 제1 보조 전극을 소정의, 바람직하게는 정 전위에 접속하기에 적합하다면 바람직한 것으로 확인되었다.
이와 같이, 인접한 비액티브 전극 구성부들의 영향 즉, 활성 전극 구성부 상의 하나 이상의 손가락들과 같은, 비활성 전극 구성부들에 접근하는 물체의 영향이 더욱 바람직하게 감소되며, 이에 따라, 액티브 전극 구성부에 대한 손가락의 접근 또는 액티브 전극 구성부에 대한 손가락의 위치가 더욱 양호하게 결정 또는 추정될 수 있다.
적어도 하나의 또 다른 보조 전극이 각 전극 구성부의 에지에 배치될 수 있고, 이때 상기 평가 장치는 또한, 시간 다중화 프로세스에 있어서 상기 적어도 하나의 또 다른 보조 전극을 소정의, 바람직하게는 일정 전위에 접속하거나, 또는 상기 또 다른 보조 전극에 교류 전기 신호를 인가하기에 적합하도록 구성된다.
상기 센서 표면은, 하측 보조 전극 및/또는 상측 보조 전극과 연관될 수 있고, 이때 상기 평가 장치는 또한, 상기 하측 보조 전극 및/또는 상측 보조 전극을 소정의, 바람직하게는 정 전위에 접속하거나, 또는 상기 상측 보조 전극 및/또는 상측 보조 전극에 교류 전기 신호를 인가하기에 적합하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서 표면은 2개의 전극 구성부들을 포함할 수 있고, 상기 2개의 전극 구성부들은 4개의 측정 전극들을 각각 구비한다.
접촉 검출 전극이 적어도 하나의 전극 구성부의 측정 전극들 사이에 배치될수 있고, 그에 의해 접촉을 검출하도록 작용한다. 또한, 접촉 검출 전극들은 측정 전극들로서 동작될 수도 있다.
본 발명은 또한, 센서 장치에 의해 다수의 물체들을 검출하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 센서 장치는, 센서 표면을 형성하는 다수의 전극 구성부들을 포함하고, 각각의 전극 구성부는 다수의 측정 전극들을 구비하고 또한 각각의 전극 구성부는 적어도 하나의 전송 전극과 연관되며, 이때 시간 다중화 프로세스에 있어서,
- 교류 전기 신호가 상기 전송 전극들의 하나에 인가되고,
- 나머지 전송 전극들이 소정의, 바람직하게는 정전위에 접속되고;
- 상기 센서 표면에 대한 물체의 위치를 지시하는 전기적 신호가, 전기적 교류 신호가 인가된 전송 전극과 연관된 측정 전극들에서 태핑된다.
적어도 하나의 제1 보조 전극이 상기 전극 구성부들 사이에 배치될 수 있으며, 또한 소정의, 바람직하게는 정 전위에 접속될 수 있다.
적어도 하나의 또 다른 보조 전극이 모든 전극 구성부의 에지에 배치될 수 있고, 상기 센서 표면은 하측 보조 전극 및/또는 상측 보조 전극과 연관되며, 이때 적어도 하나의 다른 보조 전극 및/또는 하측 보조 전극 및/또는 상측 보조 전극이 소정의, 바람직하게는 정 전위에 접속되거나 또는 교류 전기 신호가 상기 적어도 하나의 다른 보조 전극 및/또는 하측 보조 전극 및/또는 상측 보조 전극에 인가된다.
소정의, 바람직하게는 정 전위는, 센서 장치의 접지 전위일 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 센서 장치를 갖는 전기적 휴대형 장치에 관한 것으로, 상기 센서 장치의 제1 전극 구성부가 상기 휴대형 장치의 하우징 케이스의 좌측 영역에 배치되고 상기 센서 장치의 제2 전극 구성부가 상기 휴대형 장치의 하우징 케이스의 우측 영역에 배치된다.
바람직하게는, 상기 센서 장치는 본 발명에 따른 방법에 의해 동작될 수 있다.
상기 전기적 휴대형 장치는 예컨대, 이동 전화, 컴퓨터 마우스, 리모트 콘트롤러, 게임 콘솔용 입력 수단, 모바일 미니 컴퓨터, 태블릿 PC 또는 동등의 것으로 될 수 있다.
본 발명의 다른 상세한 구성과 특징 및 본 발명의 구체적인 실시예들은 도면을 참조한 다음의 설명으로부터 확인될 수 있다. 도시된 바와 같이:
도 1은, 평면도 및 단면도로 나타낸 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 전극 구성부의 일례이다.
도 2는, 복수의 센서 전극들이 단일의 전송 전극과 관련되어 있는, 교류 전계에 영향을 미치는 물체의 2차원 정전 시뮬레이션(등전위 라인들)을 도시한다.
도 3은, 2개의 측정 전극들이 각각의 전송 전극과 연관되어 있고 또한 보조 전극이 상기 전송 전극들과 대응하는 측정 전극들 사이에 배치되어 있는, 교류 전계에 영향을 미치는 물체의 2차원 정전 시뮬레이션(등전위 라인들)을 도시한다.
도 4는, 2개의 측정 전극들이 각각의 전송 전극과 관련되어 있고 또한 상기 전송 전극들중 하나 또는 상기 전송 전극과 관련된 측정 전극들이 비활성화된, 교류 전계에 영향을 미치는 물체의 2차원 정전 시뮬레이션(등전위 라인들)을 도시한다.
도 1은, 평면도 및 단면도로 나타낸 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 전극 구성부의 일례이다.
도 2는, 복수의 센서 전극들이 단일의 전송 전극과 관련되어 있는, 교류 전계에 영향을 미치는 물체의 2차원 정전 시뮬레이션(등전위 라인들)을 도시한다.
도 3은, 2개의 측정 전극들이 각각의 전송 전극과 연관되어 있고 또한 보조 전극이 상기 전송 전극들과 대응하는 측정 전극들 사이에 배치되어 있는, 교류 전계에 영향을 미치는 물체의 2차원 정전 시뮬레이션(등전위 라인들)을 도시한다.
도 4는, 2개의 측정 전극들이 각각의 전송 전극과 관련되어 있고 또한 상기 전송 전극들중 하나 또는 상기 전송 전극과 관련된 측정 전극들이 비활성화된, 교류 전계에 영향을 미치는 물체의 2차원 정전 시뮬레이션(등전위 라인들)을 도시한다.
도 1은, 특히 센서 표면으로부터의 물체들의 거리 또는 센서 표면에 대한 물체들의 위치들과 같은, 다수의 물체들을 검출하기 위한 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 전극 배치의 일례를 도시한다. 도 1의 상부 영역은 전극 배치의 평면도를 도시하고, 저부 영역은 회로기판상의 전극 배치의 단면도를 도시한다.
상기 전극 배치는 복층 회로 기판(LP)으로 실시될 수 있다. 2전극 구성부들은, 회로 기판(LP)의 상측에 배치되고, 함께 센서 표면을 형성한다.
좌측 전극 구성부는 4개의 좌측 측정 전극들 또는 센서 전극들(MEL1 내지 MEL4)를 포함한다. 우측 전극 구성부는 4개의 측정 전극들 또는 센서 전극들(MER1 내지 MER4)를 포함한다. 센서 표면에 대한 구체적인 요건에 따라, 좌측 전극 구성부 및 우측 전극 구성부는 각각, 여기에서 도시된 4개의 측정전극들보다 적거나 많은 측정 전극들을 포함할 수 있다.
여기에서 도시된 2전극 구성들은 각각 실질적으로 사각형 센서 영역을 형성하며, 상기 측정 전극들(MEL1 내지 MEL4 및 MER1 내지 MER4)는 각 센서 영역의 코너 영역에 배치되어 있다. 또한, 각 센서 영역에 있어서의 측정 전극들의 배치 및 그의 형상은, 센서 표면 또는 센서 영역들에 대한 구체적인 요건에 따라, 도 1에 도시된 배치와 다르게 될 수 있다.
상기 전극 구성부에 대한 물체의 접근은 전극 구성부의 4개 측정 전극에 의해 검출될 수 있고, 이때 센서 영역으로부터의 물체의 거리 및/또는 센서 영역에 대한 물체의 위치가 검출 또는 측정될 수 있다. 상기 측정 전극들은 각각, 측정 전극들로부터 태핑되는 전기적 신호들로부터 물체의 거리 및/또는 위치를 결정하는 평가 장치에 결합된다.
2개의 전송 전극들(GEL, GER)은 상기 측정 전극들(MEL1 내지 MEL4 및 MER1 내지 MER4)의 하방에 배치된다. 좌측 전송 전극(GEL)은 좌측 전송 전극들 측정 전극ㄷ들(MEL1 내지 MEL4)에 관련되고, 우측 전송 전극(GER)은 우측 측정 전극들(MER1 내지 MER4)에 관련된다. 상기 전송 전극들은 회로 기판(LP)의 하측에 배치될 수 있다. 그러나, 상기 전송 전극들은 또한, 회로 기판(LP)의 상측 및 측정 전극들의 하방에도 배치될 수 있으며, 이때 상기 전송 전극들은 측정 전극들로부터 갈바니 전기적으로(galvanically) 분리되어야 한다. 상기 측정 전극들은 대응하는 전송 전극들에 용량적으로 결합된다. 용량 결합은 또한, 측정 전극들에 접근하는 손가락과 측정 전극들 사이에 형성되며, 측정 전극들로부터 손가락의 거리의 변화는 손가락과 측정 전극들 사이의 용량 또는 용량성 결합의 변화를 야기한다.
상기 전송 전극들(GEL, GER))은, 상기 전송 전극들에 교류 전기 신호를 인가하기 위해 신호 발생기에 각각 결합되며, 이에 따라 각각의 전송 전극들과 그라운드 사이에 교류 전계가 발생되어, 각 전극 구성부의 모니터링 범위를 한정하고 형성하도록 한다. 상기 신호 발생기 또는 신호 발생기들은 전술한 평가 장치의 일부로 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 중앙 보조 전극(EM)은 좌측 센서 영역과 우측 센서 영역 사이에 배치되어, 상기 좌측 센서 영역을 우측 센서 영역으로부터 분리한다. 이를 위해, 상기 중앙 보조 전극(EM)은 소정의, 바람직하게는 센서 장치의 그라운드와 같은 정전위에 결합될 수 있다. 또 다른 전극 구성부 또는 센서 영역의 한 영역으로의 전송 전극에서 방출된 교류 전계의 확산이 실질적으로 크게 방지되거나 감쇠될 수 있다. 궁극적으로, 이는 예컨대, 우측 전극 구성부에 접근하는 물체의 검출에 대한 좌측 전극 구성부에 접근하는 물체의 영향이 감소 또는 제거되는 효과를 갖는다.
좌측 보조 전극(EL), 우측 보조 전극(ER) 및 하측 보조 전극(EU)이 더 제공되고, 상기 좌측 보조 전극(EL) 및 우측 보조 전극(ER)은 측면들에서의 주변 영역으로부터 측정 전극들을 한정하며, 즉, 일측으로부터 센서 장치에 접근하는 물체들은 전극 구성부의 검출 범위내에 존재하는 물체들의 검출에 거의 영향을 미치지 않는다.
하측 보조 전극(EU)은 발생기 전극(GEL, GER)의 하방에 배치될 수 있다. 여기에서 도시되지 않은 또 하나의 상측 보조 전극도 제공될 수 있다. 하측 보조 전극(EU)의 배선에 따라, 즉 전송 전극의 교류 전기 신호가 하측 보조 전극(EU)에 인가되는지, 또는 상기 전극이 센서 장치의 그라운드와 같은 소정의 전위에 접속되는지에 따라, 전송 전극들에서 방사되는 교류 전계의 범위가 아래로부터 증가 되거나 한정될 수 있다. 또한, 전송 전극(GEL, GER)에 인가되는 교류 전기 신호 역시, 범위를 증대시키기 위해 좌측 및/또는 우측 보조 전극(EL 또는 ER)에 인가될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 배치의 도 1에 도시된 예에 있어서, 하나의 접촉 검출 전극(TEL, TER)(터치 전극)이 상기 측정 전극들(MEL1 내지 MEL4 및 MER1 내지 MER4)의 각각 사이에 배치되며, 이들은 표면과 접촉을 이루는 물체를 간단히 검출하기 위해 제공될 수 있다.
이하에 있어서, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같은 전극 배치를 포함하는, 본 발명에 따른 센서 장치에 의해 다수의 물체들을 검출하기 위한 방법이 상세히 설명된다.
좌측 전극 구성부 및 우측 전극 구성부는 시간 다중화 프로세스로 동작되며, 좌측 전극 구성부는 제1 단계에서 활성화되고, 반면에, 우측 전극 구성부는 비활성화된다.
우측 전극 구성부를 비활성화시키기 위해, 우측 전송 전극(GER) 및 선택적인 중앙 보조 전극(EM)이, 소정의 전위, 바람직하게는 용량성 센서 장치의 그라운드에 접속된다.
교류 전기 신호가 좌측 전송 전극(GEL)에 인가되며, 이에 따라 교류 전계가 발생되어 좌측 전극 구성부의 검출 범위를 형성하고 한정한다. 우측 전극 구성부의 비활성화는 실질적으로 좌측 전송 전극(GEL)에 의해 발생되는 교류 전계가 우측 전극 구성부에 걸쳐 방출되지 않도록 한다. 이에 따라, 손가락과 같이, 우측 전극 구성부의 범위내에 존재하는 물체는, 좌측 전극 구성부에 걸쳐 교류 전계를 단지 미약하게 교란시키거나 또는 영향을 미칠 수 있으며, 즉, 그에 따라, 우측 전극 구성부의 범위내에 존재하는 물체는 크게 "마스킹"된다.
제2 단계에 있어서, 우측 전극 구성부가 활성화되고, 반면에, 좌측 전극 구성부는 비활성화된다.
제1 단계와 유사한 방식으로, 좌측 전송 전극(GEL)이 소정의 전위, 바람직하게는 센서 장치의 그라운드에 접속된다. 이에 반해, 중앙 보조 전극(EM)의 전위는 변경되지 않은 상태로 있고, 즉, 제2 단계에서 있어서도 소정의 전위, 특히 센서 장치의 그라운드에 접속된 상태로 있게 된다.
제2 단계에 있어서, 교류 전기 신호가 우측 전송 전극(GER)에 현재 인가되고 있고, 이에 따라 상기 우측 전달전극에 교류 전계가 발생되어 우측 전극 구성부의 검출 범위 또는 모니터링 범위를 형성하고 한정한다. 여기에서 다시, 좌측 전극 구성부의 비활성화는, 실질적으로 우측 전송 전극(GER)에 의해 발생되는 교류 전계가 좌측 전극 구성부에 걸쳐 실질적으로 확장되지 않도록 한다. 이는 특히, 좌측 전극 구성부가 교류 전계를 방출하지 않도록 한다, 이에 따라, 좌측 전극 구성부의 범위내에 존재하고 움직이는 손가락과 같은 물체는 우측 전극 구성부에서 방사된 교류 전계를 단지 미약하게 교란시킨다. 이에 따라, 좌측 전극 구성부 상의 손가락은 크게 "마스킹"된다.
본 발명에 따른 센서 장치에 의해 다수의 물체들을 검출하기 위해 설명된 발명에 의한 방법은 또한, 예를 들면, 손가락과 같은 단 하나의 물체의 위치가 검출 또는 추정되는 경우 사용될 수 있다. 그 경우에, 전체 감지 영역, 즉 용량성 센서 장치의 전체 센서 표면이 사용될 수 있다. 이를 위해, 두 전송 전극들이 활성화될 수 있으며, 즉 교류 전기 신호가 2개의 전송 전극들(GEL, GER)에 인가될 수 있고, 이에 따라, 함께 용량성 센서 장치의 검출 범위 또는 관찰 범위를 형성하는 2개의 전송 전극들에서 교류 전계가 방사된다.
교류 전계는 또한, 2개의 전극 구성부들 사이에 배치된 중앙 보조 전극( EM)에 인가될 수 있다. 더욱이, 교류 전계는 좌측 보조 전극(EL) 및 우측 보조 전극(ER)에도 인가될 수 있다. 또한, 2개의 접촉 검출 전극들(TEL, TER)을 측정 전극 또는 센서 전극들로서 사용할 수 있으며, 이들은 상기 측정 전극들(MEL1 내지 MEL4 및 MER1 내지 MER4)과 동일한 방식으로 분석 장치에 접속되고, 그에 따라 그의 전기적 신호들이 분석된다. 그러나, 또한 상기 접촉 검출 전극들(TEL, TER)은 접촉을 검출하는데만 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서 장치는 터치 감응 영역으로서 전체 센서 표면을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우에 좌측 및 우측 보조 전극들은 물론 중앙 보조 전극들이 접촉 검출 전극들(TEL, TER)에 접속될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 방법의 2개의 단계에 있어서, 좌측 보조 전극(EL) 및 우측 보조 전극(ER)중 어느 하나가 소정 전위, 바람직하게는 용량성 센서 장치의 그라운드에 인가될 수 있으며, 또는 교류 전기 신호가 상기 어느 하나의 전극에 인가될 수 있다. 그에 의해, 제1의 경우에 있어서, 범위는 센서 장치의 측면 에지 영역 너머로 제한될 수 있다. 제2의 경우에, 즉, 교류 전기 신호가 좌측 보조 전극 및 우측 보조 전극에 인가된 경우, 방사되는 교류 전계의 범위가 증대될 수 있다. 이는, 상측 보조 전극이 제공되는 경우, 하측 보조 전극(EU) 및 상측 보조 전극에 인가된다.
본 발명에 따른 방법의 제2 단계에 있어서, 상기 방법은 제1 단계에서 계속될 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 제1 단계 및 제2 단계가 실질적으로 주기적으로 실행된다.
도 2 내지 도 4는, 교류 전계에 대한, 손가락들과 같은 물체들의 영향의 2D 시뮬레이션을 각각 도시한다. 4개의 센서 전극들 또는 측정 전극들은 각각, 발생기, 즉 하나 이상의 전송 전극들에 걸쳐 X축을 따라 배치된다. 각각의 경우에, 오른 손가락과 관련된, 우측으로부터 제2 센서 전극상의 왼 손가락으로 인한 전위의 영향이 관찰된다.
2차원 정전 시뮬레이션에 있어서, 전송 전극들은 각각 사각형으로 나타냈으며, 이 전극들 위의 짧은 선들은 측정 전극들을 나타낸다. 손가락들은 원으로 나타냈으며, 좌측 원은 왼 손가락을 나타내고 우측 원은 오른 손가락을 나타낸다. 회로 기판의 유전체 매질은 공기인 것으로 생각되므로 본원에는 명확히 도시되지 않는다.
도 2 내지 도 4는 각각 4개의 상황을 도시하며, 도면들은 도 1에 도시한 단면도에 실질적으로 각각 대응한다.
손가락은 용량성 센서 장치의 검출 범위내에 존재하지 않는다.
(a) 오른 손가락이 센서 장치의 우측 절반부 상에 존재한다. 우측 절반부의 측정 전극으로부터 오른 손가락의 거리는 측정 전극들 간의 거리보다 크다.
(b) 왼 손가락이 센서 장치의 좌측 절반부 상에 존재한다. 센서 장치의 좌측 절반부의 측정 전극으로부터 왼 손가락의 거리는 측정 전극들 간의 거리보다 상당히 적다.
(c) 오른 손가락 및 왼 손가락 모두 측정 장치의 검출 범위내에 존재한다. 그에 따른 센서 장치의 측정 전극들로부터 손가락들의 거리는 (b) 및 (c)와 동일하다.
상기 시뮬레이션들에 있어서, 여기에서 원으로 나타낸, 접지 전위(0 V)는 프레임 및 손가락 모두와 관련되며, 반면에 발생기 또는 전송 전극들은 1 V의 전위를 갖는다. 상기 시뮬레이션의 결과는 측정 전극들에서 계산된 전위들이다. 도 2 내지 도 4는 등전위 라인들을 각각 도시한다.
물체(손가락)의 위치를 계산하기 위해 사용되는 전극에서의 측정 신호는, 검출 범위내에 물체가 없는 전극 전위와 검출 범위내에 물체가 있는 전극 간의 차이다. 측정 신호가 전극과 관련된 물체에 의해 생성된 경우, 상기 신호는 소망의 신호로 고려될 수 있다. 소망 신호가 클수록 물체의 위치가 더욱 정확히 결정될 수 있다.
용량성 센서 장치의 검출 범위내에서 다수의 물체들을 검출했을 때, 전계에 대한 물체들의 영향은 서로에 대한 간섭 신호들로 나타날 수 있다. 예컨대, 2 개의 손가락들의 위치들을 검출했을 때, 왼 손가락은, 오른 손가락의 위치를 측정하려는 전극들(우측 측정 전극들)에 대한 간섭 신호를 발생한다. 우측 전극들에 대한 왼 손가락의 영향이 적을수록(즉, 간섭 신호가 적을수록), 측정 데이터(즉, 소망 신호)를 사용하여 우측 측정 전극들에 의해 오른 손가락의 위치가 더욱 정확하게 결정될 수 있다.
시뮬레이션 결과들의 해석은, (왼 손가락으로부터) 간섭 신호의 크기가 (오른 손가락으로부터) 소망 신호에 대해 결정되도록 한다. 이들 데이터를 사용하여, 센서 장치의 최적의 구성이 구해질 수 있다. 상기 시뮬레이션에 있어서, 왼 손가락은(간섭원)은 센서 장치로부터 먼 거리에 위치되는 오른 손가락에 대한 왼 손가락의 영향을 조사하기 위해, 센서 장치의 우측 절반부에 매우 가까이 배치된다.
도 2는 발생기 전극 또는 전송 전극을 갖는 경우를 도시하며, 이때의 동적 범위(dynamic range)는 약 971 mV이다. 상기 동적 범위는 측정 전극에서의 전위에 있어서 가능한 최대 차(신호차)로서 규정된다. 상기 전위의 차는, "무한대로 떨어져 있는 손가락"에 대한 전위와 "측정 전극들에 터치하는 손가락"에 대한 전위 사이의 차로서 주어지며, 후자의 경우에, 터치하는 손가락은 실질적으로 센서 전극을 접지 전위로 가져온다. 이 예에서 왼 손가락의 영향은 약 34 mV이고, 오른 손가락의 영향(소망 신호)은 약 10.6 mV이다.
도 3은 왼 손가락에 의한 교류 전계에 대한 영향의 2차원 정전 시뮬레이션을 도시하며, 도 2와 반대로, 전송 전극이 2개의 부분으로 구현되고, 중앙 보조 전극(EM)이 2개의 전송 전극들 사이에 배치되고 또한 용량성 센서 장치의 접지 전위에 접속된다. 동적 범위는 상기 중앙 보조 전극(EM)에 의해 감소하나, 관찰된 센서 전극(우측으로부터 제2 센서 또는 측정 전극)의 전위에 대한 왼 손가락의 간섭 효과 역시 감소된다. 이 예에서 왼 손가락의 영향은 약 18.4 mV이고, 오른 손가락의 영향(소망 신호)은 약 8.7 mV이다.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같이, 교류 전계에 대한 영향의 2차원 정전 시뮬레이션을 도시하지만, 좌측 전송 전극도 용량성 센서 장치의 접지 전위에 접속된다. 그에 따라 동적 범위가 더욱 감소되나, 관찰된 센서 전극(우측으로부터 제2 센서 또는 측정 전극)의 전위에 대한 왼 손가락의 간섭 효과 역시 더욱 감소된다. 이 예에서 왼 손가락의 영향은 약 6.1 mV이고, 오른 손가락의 영향(소망 신호)은 약 7.6 mV이다.
상기 예들에 대해 결정된 수치적 값들은 하기 표에 요약된다.
표 1은, 상기 시뮬레이션에 있어서 결정된, 관찰된 센서 전극(우측으로부터 제2 센서 또는 측정 전극)에서의 전위의 값들을 나타낸다. 표 2는, 시뮬레이션된 이벤트들에 대응하는 상기 측정 전극들에서의 측정 신호들을 나타낸다.
| 전위[mV] | 손가락 없음 | 오른 손가락 | 왼 손가락 | 왼 및 오른 손가락 |
| 도 2 | 971.0 | 960.4 | 937.0 | 930.2 |
| 도 3 | 819.2 | 810.5 | 800.8 | 794.8 |
| 도 4 | 803.3 | 795.7 | 797.2 | 791.3 |
측정 전극들에서의 전위
측정 전극들에서의 측정 신호
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 3 경우 모두에 있어서의 측정 전극들에서의 측정 신호는, 왼 손가락 및 오른 손가락이 존재할 때 가장 크다. 좌측 전송 전극이 용량성 센서 장치의 그라운드에 접속되어 있는 경우에, 비록 왼 손가락이 오른 손가락보다 상기 전극에 더 가까이 위치되어 있지만, 관찰된 측정 전극의 전위에 대한 왼 손가락의 영향보다 적다.
본 발명에 따른 센서 장치에 의해 또한 본 방법에 따른 방법에 의해, 용량성 센서 장치의 관찰 범위내에 있어서의 복수의 물체들의 위치의 매우 양호하고 확실한 결정이 가능하다.
예컨대, 상기 용량성 센서 장치는, 이동 전화와 같은 휴대형 장치에 사용될 수 있으며, 이동 전화로부터의 복수의 손가락들의 거리 또는 이동 전화에 대한 손가락들의 위치가 결정될 수 있다. 회로의 복잡성, 특히, 센서 전극들의 수가 종래 용량성 센서들에 비해 현저하게 감소될 수 있다. 또한, 그와 관련하여, 용량성 센서 장치를 갖는 전기적 휴대형 장치를 제조하고 또한 용량성 센서 장치 자체를 제조하기 위한 복잡성이 현저히 감소된다.
MEL1 내지 MEL4 좌측 측정 전극들 1 내지 4(센서 전극들)
MER1 내지 MER4 우측 측정 전극들 1 내지 4(센서 전극들)
GEL 좌측 전송 전극
GER 우측 전송 전극
TFL 좌측 접촉 검출 전극(터치 전극)
TFR 우측 접촉 검출 전극(터치 전극)
EL 좌측 보조 전극
ER 우측 보조 전극
EM 중앙 보조 전극
EU 하측 또는 상측 보조 전극
MER1 내지 MER4 우측 측정 전극들 1 내지 4(센서 전극들)
GEL 좌측 전송 전극
GER 우측 전송 전극
TFL 좌측 접촉 검출 전극(터치 전극)
TFR 우측 접촉 검출 전극(터치 전극)
EL 좌측 보조 전극
ER 우측 보조 전극
EM 중앙 보조 전극
EU 하측 또는 상측 보조 전극
Claims (24)
- 다수의 오브젝트들 - 상기 오브젝트들은 센서 표면을 터치하지 않음 - 을 검출하기 위한 센서 디바이스로서,
상기 센서 표면을 형성하는 복수의 전극 구조들 - 각각의 전극 구조는 다수의 측정 전극들을 포함하고 또한 각각의 전극 구조는 상기 측정 전극들 아래에 배치된 적어도 하나의 송신기 전극과 관련되어 있음 -, 그리고
상기 측정 전극들과 상기 송신기 전극들과 결합된 평가 디바이스 - 상기 평가 디바이스는 시간 다중화를 수행하고, 이에 의해 상기 전극 구조들 중 각각의 전극 구조를 선택하도록 구성됨 - 을 포함하고,
상기 전극 구조들 중 각각의 선택된 전극 구조에 대해서는, 교류 신호가 상기 복수의 전극 구조들 중 상기 선택된 전극 구조의 상기 적어도 하나의 송신기 전극에 공급되고, 그리고 나머지 전극 구조들에 대해서는, 소정의 일정 전위가 상기 나머지 송신기 전극 구조들 중 적어도 하나의 송신기 전극의 각각에 인가되고,
상기 평가 디바이스는 상기 교류 전기 신호를 수신하는 상기 적어도 하나의 송신기 전극과 관련된 상기 측정 전극들로부터 상기 센서 표면에 대한 상기 오브젝트의 위치를 나타내는 전기 신호들을 수신하고, 그리고
각 전극 구조의 상기 측정 전극들은 상기 측정 전극들 아래에 배치된 상기 송신기 전극에 의해 커버된 영역 내에 있는, 센서 디바이스. - 삭제
- 제1항에 있어서,
적어도 하나의 제1 보조 전극은 상기 전극 구조들 사이에 배치되고, 상기 평가 디바이스는 시간 다중화 프로세스에 있어서 상기 제1 보조 전극에 상기 소정의 전위를 인가하도록 더 구성되는, 센서 디바이스. - 제1항에 있어서,
적어도 하나의 추가 보조 전극은 모든 전극 구조의 에지에 배치되고, 상기 평가 디바이스는 시간 다중화 프로세스에 있어서 상기 적어도 하나의 추가 보조 전극에 소정의 전위 또는 상기 교류 전기 신호를 인가하도록 더 구성되는, 센서 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 센서 표면은, 인접 전극 구조들의 하단 에지에 인접하여 배치된 하측 보조 전극 및 인접 전극 구조들의 상단 에지에 인접하여 배치된 상측 보조 전극 중 적어도 하나와 관련되고, 상기 평가 디바이스는 상기 하측 보조 전극 및 상기 상측 보조 전극 중 적어도 하나에 상기 소정의 전위 또는 상기 교류 전기 신호를 인가하도록 더 구성되는, 센서 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 센서 표면은 2개의 전극 구조들을 포함하고, 상기 2개의 전극 구조들은 각각 4개의 측정 전극들을 포함하는, 센서 디바이스. - 제1항에 있어서,
접촉 검출 전극이 적어도 하나의 전극 구조의 측정 전극들 사이의 중심 영역에 배치되어 접촉을 검출하는 기능을 하는, 센서 디바이스. - 센서 표면을 형성하는 다수의 전극 구조들을 포함하는 센서 디바이스에 의해 다수의 오브젝트들을 검출하기 위한 방법으로, 상기 오브젝트들은 상기 센서 디바이스를 터치하지 않으며, 각각의 전극 구조는 복수의 측정 전극들을 포함하고, 또한 적어도 하나의 송신기 전극은 상기 적어도 하나의 송신기 전극에 의해 송신된 신호가 상기 복수의 측정 전극들에 의해 수신되도록 상기 복수의 측정 전극들 아래에 배치되는, 센서 디바이스에 의해 다수의 오브젝트들을 검출하기 위한 방법으로서,
시간 다중화를 수행하고, 이에 의해 상기 전극 구조들 중 하나의 전극 구조를 선택하는 방법에 있어서, 각 선택된 전극 구조에 대해서:
- 교류 전기 신호가 상기 복수의 전극 구조들 중 상기 선택된 전극 구조의 상기 적어도 하나의 송신기 전극에 인가되고,
- 나머지 전극 구조들 중 상기 적어도 하나의 송신기 전극들은 소정의 일정 전위에 연결되고, 그리고
- 상기 교류 전기 신호를 수신하는 상기 적어도 하나의 송신기 전극과 관련된 상기 복수의 측정 전극들로부터 수신된 상기 센서 표면에 대한 오브젝트의 위치를 나타내는 전기 신호들이 평가되고,
각 전극 구조의 상기 측정 전극들은 상기 측정 전극들 아래에 배치된 상기 송신기 전극에 의해 커버된 영역 내에 있는, 센서 디바이스에 의해 다수의 오브젝트들을 검출하기 위한 방법. - 삭제
- 제8항에 있어서,
적어도 하나의 제1 보조 전극이 상기 전극 구조들 사이에 배치되고, 또한, 상기 소정의 일정 전위에 연결되는, 센서 디바이스에 의해 다수의 오브젝트들을 검출하기 위한 방법. - 제8항에 있어서,
적어도 하나의 추가 보조 전극은 모든 전극 구조의 에지에 배치되고, 상기 센서 표면은 인접 전극 구조들의 하단 에지에 인접하여 배치된 하측 보조 전극 및 인접 전극 구조들의 상단 에지에 인접하여 배치된 상측 보조 전극 중 적어도 하나와 관련되고, 상기 교류 전기 신호 또는 상기 소정의 전위는 상기 적어도 하나의 추가 보조 전극, 상기 하측 보조 전극 및 상기 상측 보조 전극 중 적어도 하나에 인가되는, 센서 디바이스에 의해 다수의 오브젝트들을 검출하기 위한 방법. - 제8항 또는 제10항에 있어서,
상기 소정의 전위는 상기 센서 디바이스의 접지 전위인, 센서 디바이스에 의해 다수의 오브젝트들을 검출하기 위한 방법. - 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 센서 디바이스를 구비한 전기 핸드헬드 디바이스로서,
상기 센서 디바이스의 제1 전극 구조는 상기 핸드헬드 디바이스의 하우징 케이스의 좌측 영역에 배치되고 상기 센서 디바이스의 제2 전극 구조는 상기 핸드헬드 디바이스의 하우징 케이스의 우측 영역에 배치되는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 센서 디바이스를 구비한 전기 핸드헬드 디바이스로서,
센서 표면을 형성하는 복수의 전극 구조들 - 각각의 전극 구조는 복수의 측정 전극들을 포함하고, 적어도 하나의 송신기 전극은 상기 적어도 하나의 송신기 전극에 의해 송신된 신호가 상기 복수의 측정 전극들에 의해 수신되도록 상기 복수의 측정 전극들 아래에 배치됨 -,
오브젝트들은 각각 센서 표면 위에서 소정의 거리에 있고, 그리고
상기 측정 전극들과 상기 송신기 전극들에 결합된 평가 디바이스 - 상기 평가 디바이스는 시간 다중화를 수행하고, 이에 의해 상기 전극 구조들의 각각의 전극 구조를 선택하도록 더 구성됨 - 을 포함하고,
상기 전극 구조들 중 각각의 선택된 전극 구조에 대해서는, 교류 전기 신호가 상기 복수의 전극 구조들 중 상기 선택된 전극 구조의 상기 적어도 하나의 송신기 전극에 공급되고, 그리고, 나머지 전극 구조들에 대해서는, 소정의 일정 전위가 상기 나머지 전극 구조들 중 적어도 하나의 송신기 전극의 각각에 인가되고,
상기 평가 디바이스는 상기 교류 전기 신호를 수신하는 상기 적어도 하나의 송신기 전극과 관련된 상기 측정 전극들로부터 상기 센서 표면에 대한 상기 오브젝트의 위치를 나타내는 전기 신호들을 수신하고,
상기 센서 디바이스의 제1 전극 구조는 상기 전기 핸드헬드 디바이스의 하우징 케이스의 좌측 영역에 배치되고, 상기 센서 디바이스의 제2 전극 구조는 상기 전기 핸드헬드 디바이스의 상기 하우징 케이스의 우측 영역에 배치되고,
각 전극 구조의 상기 측정 전극들은 상기 측정 전극들 아래에 배치된 상기 송신기 전극에 의해 커버된 영역 내에 있는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 센서 디바이스는 제8항, 제10항 또는 제11항에 따른 방법에 의해 동작되는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제14항에 있어서,
적어도 하나의 제1 보조 전극은 상기 전극 구조들 사이에 배치되고, 상기 소정의 일정 전위에 연결되는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제16항에 있어서,
적어도 하나의 추가 보조 전극은 모든 전극 구조의 에지에 배치되고, 상기 센서 표면은 인접 전극 구조들의 하단 에지에 인접하여 배치된 하측 보조 전극 및 인접 전극 구조들의 상단 에지에 인접하여 배치된 상측 보조 전극 중 적어도 하나와 관련되고, 상기 교류 전기 신호 또는 상기 소정의 일정 전위는 상기 적어도 하나의 추가 보조 전극, 상기 하측 보조 전극, 상기 상측 보조 전극 중 적어도 하나에 인가되는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 소정의 일정 전위는 상기 센서 디바이스의 접지 전위인, 전기 핸드헬드 디바이스 - 제14항에 있어서,
적어도 하나의 제1 보조 전극(EM)은 인접한 전극 구조들 사이에 배치되고, 상기 평가 디바이스는 상기 제1 보조 전극에 상기 소정의 일정 전위를 인가하도록 더 구성되는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제14항에 있어서,
적어도 하나의 추가 보조 전극은 모든 전극 구조의 에지에 배치되고, 상기 평가 디바이스는 상기 적어도 하나의 추가 보조 전극에 상기 소정의 일정 전위 또는 상기 교류 전기 신호를 인가하도록 더 구성되는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 센서 표면은 인접 전극 구조들의 하단 에지에 인접하여 배치된 하측 보조 전극 및 상기 인접 전극 구조들의 상단 에지에 인접하여 배치된 상측 보조 전극 중 적어도 하나와 관련되고, 상기 평가 디바이스는 상기 하측 보조 전극 및 상기 상측 보조 전극 중 적어도 하나에 상기 소정의 일정 전위 또는 상기 교류 전기 신호를 인가하도록 더 구성되는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 센서 표면은 2개의 전극 구조들을 포함하고, 상기 2개의 전극 구조들 각각은 4개의 측정 전극들을 포함하는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제14항에 있어서,
접촉 검출 전극은 적어도 하나의 전극 구조의 상기 측정 전극들 사이의 중앙 영역에 배치되어 접촉을 검출하는 기능을 하는, 전기 핸드헬드 디바이스. - 제23항에 있어서,
각각의 전극 구조는 프레임을 정의하도록 배치된 4개의 측정 전극들을 포함하는, 전기 핸드헬드 디바이스.
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