KR102159927B1 - 향상된 용량성 근접 센서 - Google Patents

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Abstract

근접 센서 및 그와 함께 구비된 휴대용 장치는 적어도 2개의 감지 전극들을 가지고, 하나는 다른 것에 영향을 미친다. 하나의 전극의 용량을 두번 읽음으로써, 반대 전극의 전위를 가드(guard) 또는 플로팅 상태로 하도록 설정하는 동안, 본 발명의 센서는 신체 부분 또는 다른 전기적으로 등가인 객체와 저유전율 객체들간을 구별한다.

Description

향상된 용량성 근접 센서{ADVANCED CAPACITIVE PROXIMITY SENSOR}
본 발명은 신체 부분의 근접을 검출하기 위한 방법 및 근접 센서에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 특히, 저유전율 객체로부터 예를 들면, 사용자의 머리 또는 한쪽 손과 같은 신체 부분들을 구별할 수 있고 검출된 신체 부분이 접근하고 있는 방향을 인식할 수 있는 본 발명의 근접 센서들이 장착되는 휴대 전화들과 같은 휴대용 디바이스들에 관한 것이다.
신체 부분이 장치의 근거리에 있는지 여부를 검출하는 것이 종종 요구된다. 휴대 전화 및 무선 접속된 모바일 장치의 특정한 경우(태블릿들 및 기타 유사한 단자들을 포함). 이러한 형태의 근접 검출은 장치에 대한 입력으로 사용될 수 있지만, RF 방출 장치들에 대하여, SAR(비흡수율; Specific Absorption Ratio) 규정을 준수하기 위해 순간 RF 전력을 적응시키기 위해 근접 표시를 사용하는 것이 알려져 있다. SAR은 무선 방출 장치(전화, 태블릿, 랩탑 등)에 근접하게 있을 때 인체에서 방사되는 RF 에너지의 양의 측정치이다.
근접 검출에 의존하는 휴대용 접속 장치들의 다른 유용한 기능들은: 사용자가 뺨 또는 귀로 스크린을 터치함으로써 원하지 않는 동작을 트리거할 수 없도록 사용자가 휴대 전화를 귀에 가져갈 때 휴대 전화의 터치 스크린을 디스에이블시키는 것, 및 동일한 상황에서 에너지를 절약하기 위해 스크린 백라이트 오프로 전환하는 것이다.
유도성, 광학적, 열적 및 용량성 기반 센서들을 포함하여 객체에 가까운 신체를 검출하도록 구성된 센서들이 공지된다. 휴대 전화 시장에서, 가장 일반적인 방법은 오늘날 RF 안테나 근처의 객체를 검출하기 위한 용량성 기반 센서이다.
용량성 센서들은 종종 PCB상의 금속화 패드로서 실현되지만, 많은 경우들에서, 안테나(즉, 도전성 라인)와 같은 기존의 요소는 용량성 검출기로서 겸하여, 검출기가 표면 페널티(surface penalty) 없이 추가될 수 있다.
이동 통신 장치에서의 근접 감지용 용량성 센서의 일 예는 출원인의 명칭으로의 특허 출원 EP2988479에 기술되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
상기 모든 이점들에도 불구하고, 종래의 용량성 검출기들은 유일하게 접근하는 객체의 거리 및 크기에 관한 정보를 거의 또는 전혀 제공하지 않는다. 주어진 거리에 있는 신체부 및 무생물은, 그것이 충분히 크고 가까운 경우, 동일한 용량 증가를 생성할 수 있고 구별가능하지 않다.
용량성 검출기들의 이러한 구별의 결여는 일부 상황들에서 잘못된 결정들을 초래할 수 있다. 일 예는 전화 또는 휴대용 장치가 테이블이나 홀더와 같은 받침대에 놓여 있을 때이다. 이러한 경우 실제로 필요하지 않으면 전화는 RF 전력을 감소시키거나 스크린을 디스에이블할 수 있다. 종래의 용량성 센서들에서 이들 잘못된 검출들을 완화시키는 것은 어렵다.
본 발명의 목적은 첨부된 청구 범위에 설명된 바와 같은 상술된 종래 장치들의 단점들을 해결할 수 있는 향상된 용량성 검출기를 제공하는 것이다.
본 발명은 장치들의 큰 어레이, 예를 들면, 랩탑들, 태블릿들, 전자 판독기들, 웨어러블들, 청취 가능 장치들, 전자 측정 기구들, 및 또한 비휴대용 장치들에 적용가능하지만, 본 설명은 단순히 "모바일 전화"에 관련할 것이다. 이것은 본 발명의 제한적인 특징으로 간주되어서는 안된다.
본 발명은 예로서 주어지고 도면들에 의해 도시된 실시예의 설명에 의해 보다 잘 이해될 것이다.
도 1 및 도 2는 휴대용 접속 장치로부터 SAR 레벨들을 도시하는 도면들.
도 3은 휴대용 접속 장치 내의 용량성 근접 센서를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 용량을 전압으로 변환하기 위한 단순화된 이상적인 회로를 도시하는 도면.
도 5 및 도 6은 용량성 근접 검출기의 용량 변화들을 도시하는 도면들.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따른 용량성 센서를 포함하는 휴대용 접속 장치를 도시하는 도면.
도 8은 RF 안테나가 용량성 센서를 겸하는 가능한 접속을 도시하는 도면.
도 9는 포함된 휴대형 장치가 인체의 일부에 먼저 접근하고 이후 무생물에 접근할 때 본 발명의 센서에 의해 판독된 용량을 도시하는 도면.
도 1은 송신기 안테나와 사용자의 신체 사이의 거리의 함수로서 SAR 간의 관계를 도시한다. 곡선(210)은 전체 RF 전력으로 송신하는 종래의 휴대폰과 연관된 비흡수율을 나타낼 수 있다. 흡수율이 작은 거리들에 대한 법정 흡수율 한도(Max)를 초과하는 것이 명백하다.
곡선(220)은 RF 전력이 의도적으로 감소된 전화와 연관된 전화에서의 흡수율을 나타낸다. 명백하게 비율은 법정 한도를 준수하지만, 전력이 낮기 때문에, 전화의 접속성이 열화될 것이다.
도 2는 상기 딜레마에 대한 해결책을 도시한다. 접속 장치에 사용자와의 거리 d를 측정하는 근접 검출기가 장착된다. 장치 내의 하드웨어 또는 소프트웨어 프로세서는 거리가 그래프(230)로 도시된 바와 같이 RF 전력의 순간 감소를 트리거하는 미리 결정된 한도(dt) 아래로 작아질 때 논리 신호를 생성한다. 이러한 방식에서, 거리 d는 SAR이 최대 허용가능한 한계 이하가 될만큼 충분히 크고, 필요한 경우에만 전력이 감소할 때, 장치는 접속성의 열화를 겪지 않는다. 도 2가 단 하나의 임계값(dt)만 도시하지만, 장치가 수개의 임계값들과 관련한 거리를 결정하고, 임의의 주어진 거리에서 SAR 한계와 호환되는 최상의 접속성의 검색시, 수개의 점진적 단계들에서 전력을 감소시킬 수 있음이 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 프레임에 채용될 수 있는 용량성 근접 검출기의 구조를 개략적으로 도시한다. 검출기는 그의 용량의 결정을 위해 입력 단자(IN)에 연결된 감지 전극(20)을 포함한다. 전극의 용량은 결정된 진폭(V)의 가변 전위를 입력 단자(IN)에 인가하고, 입력 전류를 적분하여 C = Q/V에 의해 용량에 관련된 전하 Q를 얻음으로써 결정될 수 있다. 입력 전위는 예를 들어 사인파 또는 제곱 법칙에 따라 달라질 수 있다.
용량성 센서 판독 회로(80)는 전극(20)에 의해 보여지는 용량에 비례하는 전압 신호를 생성하는 용량 대 전압 변환 유닛(53)을 포함할 수 있다.
도 4는 상기 목적을 위해 사용될 수 있는 단순화된 회로를 도시한다. 본 기술의 지식이 있는 독자는, 단자(IN)가, 반응으로 인해, 방형, 정현일 수 있거나 임의의 적절한 함수를 따르는 전압원(47)의 출력과 전위가 동일한 저 임피던스 노드이고, 출력 신호(V)의 진폭이 용량(20)에 비례하는 것을 인식할 것이다. 부가적인 정보에 대하여, 독자는 본원에 참고로 통합된 특허 출원 EP2876407에 대해 지시된 것이다. 도 4의 것과 동일한 기능을 이행하는 다른 회로들이 이용 가능하고 본 발명의 프레임에 포함된다. 용량성 센서 판독 회로(80)의 동작 원리는 사용자의 머리 및 신체가 자유 공간의 유전 상수보다 훨씬 높은 유전 상수를 갖는다는 것이다. 따라서, 사용자가 머리 또는 다른 신체를 전극(20)에 접근시킬 때, 그의 용량은 작지만 측정 가능한 양만큼 증가한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 근접 센서 뒤에 있는 용량 효과를 개략적으로 도시한다. 도 5에서, 용량성 센서는 접지 링(25)에 의해 둘러싸인 인쇄 회로 기판 (137)상의 디스크 패드(20)로 표현된다. 전극(20)은 바람직하게는 접지 전위 또는 차폐 전위로 유지되는 보호 전극(124) 뒤에 위치되어, 아래에 있는 휴대 전화의 회로에서 나오는 잡음을 차단한다. 바람직하게는, 도전성 패드들(20, 25)은 얇은 유전체 보호층(138)에 의해 덮인다. 전극(20)이 용량성 검출기의 IN 단자에 접속될 때, 그의 전위는 주변 접지 전극의 전위와 다르며, 필드 선들로 표현된 전기장이 생성된다.
신체 부분이 도 6에서와 같이 접근할 때, 주변 공기의 유전 상수와 상이한 유전 상수(ε)를 갖기 때문에, 및 가능하게는 전기 전도도로 인해 전기장을 변형시킨다. 이것은 전극(20)에 의해 보여지는 용량(C)의 작은 변화로서 기록된다.
중요하게는, 감지 전극(20)의 형상은 거의 중요하지 않고, 용량성 센서는 임의의 형상의 전극으로도 기능할 것이다. 접지 링(25) 및 차폐물(124)은 유용하지만, 필수적인 것은 아니고, 전극이 전화의 모든 구성 요소들과 복잡한 방식으로 결합할 것이기 때문에, 전기장의 실제 형상은 어떠한 경우에도 표현된 것과 매우 다를 것이다. 모든 경우들에, 최종 구성이 무엇이든 상관없이, 전극(20)의 용량(C)은 온도와 같은 환경 특성들과 함께 일정하거나 천천히 변화하는 기저선 값(Cenv)을 가질 것이고, 이는 신체 부분의 접근에 의한 양(CUser)만큼 약하게 순간적으로 증가할 것이다. 증가의 정확한 양은 선험적으로 정확하게 계산하기 어려울지라도, 이하의 공식에 의해 추정될 수 있다:
Figure 112018062592614-pat00001
여기서 A는 두 전극들 사이의 공통 영역, 따라서 사용자의 손가락/손바닥/얼굴과 감지 전극(20) 사이의 공통 영역이고, d는 그들의 거리이고,
Figure 112018062592614-pat00002
,
Figure 112018062592614-pat00003
는 절대 및 상대 유전율을 나타낸다. 도전 효과들은 무시된다.
인체의 상대 유전율은 수분 함량이 높기 때문에 매우 높으며, 일반적으로
Figure 112018062592614-pat00004
> 80이다. 유리, FR4, 플라스틱 라미네이트들 및 목재와 같은 대부분의 구조적인 절연 재료들의 유전율은 2와 8 사이이다. 따라서 본 발명의 용량성 검출기는 다른 재료들보다 인체에 상당히 민감할 것이지만, 아주 가깝고 상당히 큰 경우 인체의 부분으로 저유전율의 큰 신체가 오인될 수 있다.
도 3으로 돌아와서, 사용자의 근접에 의해 결정된 용량 변화가 일정하거나 또는 천천히 변동하는 큰 기저선 값에 중첩된다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 센서는 바람직하게는 ADC(55)에서 디지털 값으로 변환되기 전에 프로그램 가능한 값을 총 용량으로 감산하고, 근접 유도된 변동들을 강화시키고 후자의 동적 범위를 최적으로 이용하도록 구성된 오프셋 감산 유닛(50)을 포함한다.
도면에서, 오프셋 보상 유닛(50)은 용량-전압 변환기(53)에 의해 생성된 아날로그 신호에 작용하는 별도의 블록으로 표현된다. 이것은 가능하고 바람직한 구현이지만, 단지 하나는 아니며; 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않고, 개략도 1의 블록들은 물리적으로 분리된 엔티티들이라기보다 기능 요소들로 해석되어야 한다. 변형들에서, 오프셋의 감산은 용량 대 전압 변환기(53) 또는 ADC(55)에서 수행될 수 있다. 또한, 더 상세히 설명되는 바와 같이, 근접 검출기 판독 회로(80)가 여러 입력 채널들을 포함하는 경우, 오프셋 보상은 각 채널에 대한 독립적인 유닛들에서 또는 공유된 보상 회로에서 수행될 수 있다.
용량성 근접 검출기들의 또 다른 어려움은 입력 전극(20)이, 내장된 전화로부터 오는 신호를 포함하여 그의 환경에서 생성된 모든 종류의 신호 및 교란들을 포착할 수 있다는 것이다. 이러한 교란들은 신호 처리에 의해 필터링될 수 있지만, 시작부터 그들을 감쇠시키는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 검출기는 전화 내부의 전자 장치로부터 이를 차단하기 위해 감지 전극(20) 아래에 차폐 전극(23)을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 감지 전극은 입력 단자(IN)의 가변 전위를 따르는 차폐 제어 유닛(51)의 출력 단자에 접속된다. 이러한 방식으로, 차폐부(23)는 전극(20)에 의해 보여지는 용량에 기여하지 않는다. 차폐 전극은 감지 전극 아래에 나타내지만, 이는 다른 곳에 배치될 수 있다.
디지털 프로세서(65)는 ADC(55)에 의해 생성된 디지털 신호를 정교화하고 전극(20)의 용량에 기초한 근접 신호(PROX)를 제공한다. 호스트 시스템, 예를 들어 버스(DB)를 통해 이동 전화와 통신하고, 임의의 형태의 유선 또는 프로그램 가능 로직에 의해 구현될 수 있다. 디지털 프로세서(65)는 미세 오프셋 차감, 잡음 필터링과 같은 기능을 처리하고, 입력(IN1)(뿐만 아니라 입력(IN2))에서 판독된 정전 용량이 주어진 임계값과 호환가능할 때 PROX 신호를 어서트하는 결정 알고리즘을 구현한다. 이후 디지털 처리는, 예를 들면, 정전 용량 증가가 신체 부분(머리 뺨, 손, 무릎)인지 무생물인지가 판단되는 것이 어서트되는 OBJECTA 및 OBJETB라고 지칭되는 신호들의 또 다른 세트를 생성할 것이다. 이들은 근접시 사용자의 신체의 부분으로부터 전력이 낮춰져야 하는지를 결정하기 위해 호스트가 이후 사용할 수 있는 것이다.
도 3은 단지 하나의 안테나 단자를 나타내지만, 근접 센서는, 가능하게는 멀티플렉서에 의해 공통 ADC를 공유하는, 상이한 안테나 단자들에 대해 상이한 전극들에 각각이 접속되는 수개의 입력 그룹들(INA, INB, ...)을 가질 수 있다.
중요하게는, 용량성 센서는 고 임피던스 상태에서 대응하는 차폐 입력을 유지하는 차폐 전극(또는 다수 존재하는 경우 차폐 전극들 중 적어도 하나)을 접속 해제할 수 있다. 그러한 상황에서, 대응하는 감지 전극은 플로팅(floating) 상태일 것이다.
도면은 스위치(S0)에 의해 차폐 전극을 접속 해제하는 기능을 나타내지만, 원하는 전압 또는 고-임피던스 상태, 예를 들어 여러가지 중에서 로직 3-상태 출력(가변 전압(47)이 방형 신호인 경우), 전송 게이트, 또는 CMOS 스위치로 설정될 수 있는 단자를 실현하는 다른 방법이 있다.
도 7은 전방 유전체층 아래에 숨겨진 근접 검출기의 입력(IN)에 접속된 감지 전극(20), 차폐 단자에 접속된 차폐 전극(23), 및 선택적으로 감지 전극(20) 및 차폐 전극(23)을 둘러싸는 접지 가드 패드(ground guard pad; 25)를 갖는 이동 전화(100)에서 본 발명의 센서의 가능한 실현을 보여준다.
바람직하게는, 이동 전화는 한쌍 이상의 전극들을 포함한다. 도 7에 도시된 예에서, 감지 전극(20) 및 차폐 전극(23)은 전화의 상부에 가깝게 배치되고, 감지 전극(21)과 차폐 전극(24)을 포함하는 다른 쌍은 전화(100)의 하부에 배치된다. 가능하게는, 하부 감지 전극(21)은 도 8에 도시된 바와 같이 용량성 근접 센서(80) 및 적절한 결합 해제 소자들을 통해 RF 송수신기 모두에 접속되고, RF 안테나를 겸한다.
이해될 수 있는 바와 같이, 차폐 전극들(23, 24)은 대응하는 전극들(20, 21) 아래에 있을 필요는 없지만, 도시된 바와 같이, 떨어져 있거나, 전화의 전방 또는 후방을 향하여 부분적으로 덮이거나, 전화(100)의 임의의 위치에 있을 수 있다.
본 발명의 근접 검출기는 2개의 용량 측정치들을 획득하도록 구성된다: Cmain으로 표시되는 첫 번째 것은 보조 차폐 전극(23)은 감지 전극(20)과 동일한 전위에서 차폐 제어 유닛에 의해 유지되는 동안 메인 감지 전극(20)에 의해 알려지는 용량이고, Caux로 표시되는 두 번째는 차폐 전극(23)이 플로팅 상태인 동안(SHIELD 출력은 고 임피던스 상태) 감지 전극(20)에 의해 알려지는 용량이다. 전화가 하나보다 많은 감지/차폐 전극 쌍을 포함한다면, 동일한 순서가 각각의 쌍에서 반복될 수 있고, 예를 들어, 하부 감지 전극(21)의 용량은, 먼저 용량이 측정되는 전극과 동일한 전위로 차폐 전극(24)을 유지하고, 이후 차폐 전극 전극(24)이 플로팅 상태일 때 측정될 것이다.
발명자들은, 보조 전극(23)을 하이-Z 상태로 설정하는 것은, 신체 부분과 저유전율 객체 간에 구별하게 하는 방식으로 측정 용량을 변화시키는 것을 발견하였다. 도 8은 시간에 대한 용량들 Cmain(실선)과 Caux(점선)를 나타낸다. 사용자의 손의 접근에 대응하는 그래프의 왼쪽 부분(구간(213)) 및 저유전율 객체의 접근에 대응하는 그래프의 오른쪽 부분(구간(215)). 신호들은 유사한 진폭들을 갖지만, Cmain과 Caux는 두 객체들의 접근에 다르게 반응한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 구성에서, Cmain은 저유전율 객체보다 신체 부분에 더 많이 반응하고 Caux는 역으로 반응한다. 이롭게는, 디지털 프로세서(65)는 용량들(Cmain, Caux)에 기초하여 접근하는 객체가 저유전율 객체가 아닌 인체의 일 부분인지를 결정하도록 구성된다.
이는 본질적으로 모든 진실한 접근들을 포함하고 적어도 저유전율 신체들의 큰 부분을 거부하는 전략을 선택함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, OBJECTA 또는 OBJECTB 신호는, 2차원 평면에서 좌표들로 취해진 제 1 용량 및 제 2 용량이 미리 규정된 수용 영역 내 지점에 위치할 때, 또는 비율 Cmain/Caux이 미리 결정된 수용 영역 내에 있을 때, 또는 Cmain 및 Caux에 기초한 또 다른 적합한 선택 알고리즘에 의해 어서트될 수 있다.
20 : 감지 전극 21 : 감지 전극
23 : 차폐, 보조 전극 24 : 차폐, 보조 전극
25 : 가드 전극 47 : 전압원
50 : 오프셋 보상 51 : 차폐 제어
53 : 용량 대 전압 변환기 55 : ADC
65 : 디지털 프로세서 70 : 디스플레이
80 : 용량성 센서 회로 85 : 아날로그 인터페이스
95 : RF 트랜시버
100 : 호스트 시스템, 모바일 전화, 휴대용 장치
124 : 후면 전극 137 : 인쇄 회로
138 : 오버레이 210 : 비흡수율/완전 RF
213 : 사용자 신체의 접근 215 : 저유전율 객체의 접근
220 : 비흡수율/감소된 RF 230 : 비흡수율/스마트

Claims (16)

  1. 휴대용 장치를 위한 근접 센서로서, 상기 휴대용 장치에 대한 신체 부분의 근접을 검출하고 물 또는 오염물들을 거부하도록 구성된, 상기 근접 센서에 있어서,
    상기 휴대용 장치의 외부를 향하는 하나의 주 전극; 하나의 보조 기준 전극; 상기 주 전극 및 상기 보조 기준 전극에 동일한 전위를 인가함으로써 상기 주 전극의 제 1 용량을 획득하고, 상기 보조 기준 전극을 플로팅 상태로 유지하는 동안 상기 주 전극의 제 2 용량을 획득하도록 동작 가능하게 구성된 판독 회로; 및 상기 제 1 용량 및 상기 제 2 용량에 기초하여 근접 신호를 생성하도록 구성된 결정 유닛을 포함하는, 휴대용 장치를 위한 근접 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물 또는 오염물들은 인체의 유전율(dielectric permittivity)보다 실질적으로 낮은 유전율을 갖는, 휴대용 장치를 위한 근접 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 전극은 도전성 패드이고, 상기 보조 기준 전극은 상기 주 전극의 한쪽에 배치된 도전성 요소인, 휴대용 장치를 위한 근접 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 전극 아래에 스크린 전극을 포함하고, 상기 판독 회로는 상기 스크린 전극을 상기 보조 기준 전극의 전위로 유지하도록 구성되는, 휴대용 장치를 위한 근접 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 유닛은 2차원 평면에서의 좌표들로서 취해진 상기 제 1 용량 및 상기 제 2 용량이 미리 규정된 수용 영역 내 지점에 위치할 때 근접 신호를 생성하도록 동작 가능하게 구성되는, 휴대용 장치를 위한 근접 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 유닛은 상기 제 1 용량과 상기 제 2 용량 사이의 비율이 미리 결정된 구간 내에 놓일 때 근접 신호를 생성하도록 동작 가능하게 구성되는, 휴대용 장치를 위한 근접 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 용량 및/또는 상기 제 2 용량에 비례하는 전압 레벨을 생성하도록 구성된 전하 대 전압 변환기, 상기 전압 레벨로부터 제 1 프로그램 가능 오프셋 레벨을 감산하도록 동작 가능하게 구성된 오프셋 감산 유닛, 아날로그 디지털 변환기, 및 결정 유닛으로서 상기 제 1 용량값 및 상기 제 2 용량값에 기초하여 근접 신호를 생성하도록 프로그램된 디지털 프로세서를 포함하는, 휴대용 장치를 위한 근접 센서.
  8. 센서와 신체 부분 사이의 근접을 결정하고 물 또는 오염물들을 거부하는 방법에 있어서,
    검출 체적을 향하는 주 전극의 제 1 용량을 측정하는 단계; 상기 주 전극의 제 2 용량을 측정하는 단계로서, 상기 제 1 용량은 상기 주 전극과 보조 전극에 동일한 전위를 인가하면서 측정되고, 상기 주 전극의 상기 제 2 용량은 상기 보조 전극을 플로팅 상태로 유지하면서 측정되는, 상기 주 전극의 상기 제 2 용량을 측정하는 단계; 및 상기 제 1 용량 및 상기 제 2 용량에 기초하여 근접 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 센서와 신체 부분 사이의 근접을 결정하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 용량 및 상기 제 2 용량은 다중화 방식으로 교대로 측정되는, 센서와 신체 부분 사이의 근접을 결정하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 용량으로부터 제 1 프로그램 가능 제로값 및 상기 제 2 용량으로부터 제 2 프로그램 가능 제로값을 감산하는 단계를 포함하는, 센서와 신체 부분 사이의 근접을 결정하는 방법
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 근접 신호는 2차원 평면에서의 좌표들로서 취해진 상기 제 1 용량 및 제 2 용량이 결정된 영역 내의 지점에 위치하는 경우에 생성되는, 센서와 신체 부분 사이의 근접을 결정하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 근접 신호는 상기 제 1 용량과 상기 제 2 용량 사이의 비율이 미리 결정된 구간 내에 놓이는 경우에 생성되는, 센서와 신체 부분 사이의 근접을 결정하는 방법.
  13. 휴대용 장치에 대한 신체 부분의 근접을 검출하고 물 또는 오염물들을 거부하도록 구성된 근접 센서를 포함하는 상기 휴대용 장치에 있어서,
    상기 휴대용 장치 외부를 향하는 하나의 주 전극; 하나의 보조 전극; 상기 주 전극 및 상기 보조 전극에 동일한 전위를 인가함으로써 상기 주 전극의 제 1 용량을 획득하고, 상기 보조 전극을 플로팅 상태로 유지하는 동안 상기 주 전극의 제 2 용량을 획득하도록 동작 가능하게 구성된 판독 회로, 및 상기 제 1 용량 및 상기 제 2 용량에 기초하여 근접 신호를 생성하도록 구성된 결정 유닛을 포함하는, 근접 센서를 포함하는 휴대용 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 근접 신호에 기초하여 스크린 밝기 또는 무선 방사의 레벨을 감소시키거나 촉각 입력 장치를 디스에이블하도록 구성되는, 근접 센서를 포함하는 휴대용 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    모바일 휴대 전화, 무선 핸드폰, 태블릿, 또는 랩탑인, 근접 센서를 포함하는 휴대용 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 근접 센서는 복수 쌍들의 전극들을 포함하고, 각각의 쌍은 상기 주 전극 및 상기 보조 전극을 갖고, 상기 판독 회로는, 상기 주 전극 및 대응하는 보조 전극에 동일한 전위를 인가함으로써 상기 주 전극의 제 1 용량을 획득하고, 상기 대응하는 보조 전극을 플로팅 상태로 유지하는 동안 상기 주 전극의 어느 하나의 제 2 용량을 획득하도록 동작가능하게 구성되는, 근접 센서를 포함하는 휴대용 장치.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI811241B (zh) 2017-09-18 2023-08-11 美商珊泰克公司 用於無線電力傳輸及通訊之系統及方法
US11276938B2 (en) 2018-01-11 2022-03-15 Semtech Corporation Single layer antenna
US11463088B2 (en) * 2019-09-18 2022-10-04 Semtech Corporation Proximity sensor with nonlinear filter and method
CN113746957A (zh) * 2020-05-28 2021-12-03 北京小米移动软件有限公司 屏下结构及基于该屏下结构的手机的场景识别方法
JP2023050102A (ja) 2021-09-29 2023-04-10 セムテック コーポレイション 環境センサ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5337353A (en) * 1992-04-01 1994-08-09 At&T Bell Laboratories Capacitive proximity sensors
JP2006078422A (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Mitsuba Corp 近接センサ及びそれを用いた挟み込み検出装置
JP4714817B2 (ja) * 2005-01-28 2011-06-29 株式会社日本アレフ 人体検知装置
US7782220B2 (en) * 2006-05-26 2010-08-24 Fujikura Ltd. Proximity sensor and proximity sensing method
US8692565B2 (en) * 2007-10-04 2014-04-08 Fujikura Ltd. Capacitive proximity sensor and proximity sensing method
KR101483346B1 (ko) * 2009-08-21 2015-01-15 애플 인크. 정전용량 감지를 위한 방법 및 장치
US9979389B2 (en) * 2012-07-13 2018-05-22 Semtech Corporation Capacitive body proximity sensor system
CN104122974B (zh) * 2013-04-24 2017-07-18 华硕电脑股份有限公司 具有识别人体功能的移动通信装置
KR101659789B1 (ko) * 2013-11-26 2016-09-26 셈테크 코포레이션 근접 검출을 위한 용량성 감지 인터페이스
DE102014107559A1 (de) * 2014-05-28 2015-12-03 Huf Hülsbeck & Fürst Gmbh & Co. Kg Sensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug
US9304643B2 (en) * 2014-06-24 2016-04-05 Synaptics Incorporated Classifying input objects interacting with a capacitive button
EP2988479B1 (en) 2014-08-19 2019-01-30 Semtech Corporation Capacitive proximity sensor and mobile device
US9582111B2 (en) * 2014-10-31 2017-02-28 Semtech Corporation Method and device for improved accuracy of proximity and touch detection in mobile devices
US9864464B2 (en) * 2014-10-31 2018-01-09 Semtech Corporation Method and device for reducing radio frequency interference of proximity and touch detection in mobile devices
GB2540768A (en) * 2015-07-27 2017-02-01 Touchnetix Ltd Capacitive sensing apparatus and methods

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