KR102327994B1 - 힘 검출을 갖는 투영식 용량형 터치 - Google Patents

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Abstract

힘 감지 터치 센서는 복수의 도전성 전극 로우들과 복수의 도전성 전극 컬럼들을 구비한 기판 - 상기 복수의 도전성 전극 컬럼들은 상기 기판의 표면상에 실질적으로 상기 복수의 도전성 전극 로우들에 수직이고 상기 복수의 도전성 전극 로우들 위에 있음 -, 및 상기 기판의 각각의 모서리에 있는 힘 센서를 포함한다. 상기 터치 센서의 표면에 터치가 가해질 때, 상기 터치 센서의 표면의 터치 위치에 인접한 전극 로우와 컬럼의 교차부에 의해 형성된 커패시터의 커패시턴스 값이 변화할 것이다. 이들 힘 센서들은 상기 터치 센서 기판에의 전체 힘 및 비례적인 힘을 검출한다. 이후 이 힘 정보는 이전에 결정된 터치 위치(들)와 결합하고, 개별 터치 힘(들)은 이후에 3차원(3D) 제스처링 애플리케이션들에서 충분한 분해능으로 보간될 수 있다.

Description

힘 검출을 갖는 투영식 용량형 터치{PROJECTED CAPACITIVE TOUCH WITH FORCE DETECTION}
본 개시는 터치 센서들에 관한 것으로, 특히, 터치(들) 및/또는 제스처링 동안에 터치 센서에 가해진 터치 위치(들)와 압력(힘) 둘 다를 감지하는 터치 센서에 관한 것이다.
일반적으로 영역을 갖는 터치 검출 기판을 포함하는 터치 센서들은 단지 상기 기판 영역의 표면에의 터치(들)의 위치(들)(예를 들면, 2차원 X-Y 좌표들)를 결정할 수 있다. X-Y 터치 위치 입력들과 결합하여 이용될 수 있는 추가 정보를 가능케 하기 위해서는 제 3 감지 입력부가 필요하다. 터치 센서 기판의 표면에 대한 터치의 X-Y 좌표 위치뿐만 아니라 그 터치의 힘을 결정할 수 있다면, 이러한 특징들을 갖는 터치 센서를 구비한 디바이스와 함께 사용될 수 있는 또 하나의 제어 옵션을 제공할 수 있다.
따라서, 터치 센서에 대한 터치(들)의 위치(들)와 그의 힘(들)을 둘 다 검출하는데 사용될 수 있는 터치 센서가 필요하다.
실시예에 따르면, 터치 감지 표면 상의 터치 위치와 터치의 힘을 결정하기 위한 장치는: 제 1 축의 평행 방향으로 배열된 제 1 복수의 전극들 - 상기 제 1 복수의 전극들의 각각은 자기(self) 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 축에 실질적으로 수직인 제 2 축의 평행 방향으로 배열된 제 2 복수의 전극들 - 상기 제 1 복수의 전극들은 상기 제 2 복수의 전극들 위에(over) 위치할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들의 중첩 교차부들(overlapping intersections)을 포함할 수 있는 복수의 노드들을 형성하고, 여기서 상기 복수의 노드들의 각각은 상호 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들이 배치되고 복수의 모서리들을 가질 수 있는 기판; 및 복수의 힘 센서들을 포함할 수 있고, 여기서 상기 기판의 각각의 모서리는 상기 복수의 힘 센서들의 각각의 센서와 결합할 수 있고, 이로써 상기 복수의 힘 센서들의 각각은 상기 기판에의 터치 동안 상기 기판에 가해진 힘의 일부를 측정한다.
추가 실시예에 따르면, 상기 기판은 실질적으로 광 투과성일 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO)을 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 기판은 실질적으로 광 투과성일 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들은 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide; ATO)을 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 기판은 4개의 모서리들을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 터치 감지 표면 상의 터치 위치와 터치의 힘을 결정하기 위한 방법은: 제 1 축의 평행 방향으로 배열된 제 1 복수의 전극들을 제공하는 단계 - 상기 제 1 복수의 전극들의 각각은 자기 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 축에 실질적으로 수직인 제 2 축의 평행 방향으로 배열된 제 2 복수의 전극들을 제공하는 단계 - 상기 제 1 복수의 전극들은 상기 제 2 복수의 전극들 위에 위치할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들의 중첩 교차부들을 포함할 수 있는 복수의 노드들을 형성하고, 여기서 상기 복수의 노드들의 각각은 상호 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들이 배치되고 복수의 모서리들을 가질 수 있는 기판을 제공하는 단계; 복수의 힘 센서들을 제공하는 단계 - 상기 기판의 각각의 모서리는 상기 복수의 힘 센서들의 각각의 센서와 결합될 수 있음 -; 상기 제 1 복수의 전극들의 상기 자기 커패시턴스들의 값들을 결정하기 위해 상기 제 1 복수의 전극들을 스캐닝하는 단계; 상기 제 1 복수의 전극들 중 어느 전극이 가장 큰 값의 자기 커패시턴스를 갖는지를 결정하기 위해 상기 스캐닝된 자기 커패시턴스들의 값들을 비교하는 단계; 각각의 복수의 노드들의 상호 커패시턴스들의 값들을 결정하기 위해 상기 가장 큰 값의 자기 커패시턴스를 갖는 상기 제 1 복수의 전극들 중의 상기 전극의 노드들을 스캐닝하는 단계; 가장 큰 값의 자기 커패시턴스를 갖는 상기 제 1 전극의 상기 각각의 복수의 노드들의 상기 스캐닝된 상호 커패시턴스들의 값들을 비교하는 단계 - 가장 큰 값의 상호 커패시턴스를 갖는 노드는 상기 터치 감지 표면 상의 터치의 위치일 수 있음 -; 및 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 힘 값들로부터 상기 터치 감지 표면 상의 상기 터치의 힘을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 및 상호 커패시턴스 값들은 아날로그 프런트 엔드부(analog front end)와 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에 의해 측정될 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 및 상호 커패시턴스 값들은 디지털 디바이스의 메모리에 저장될 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 디지털 디바이스 내의 디지털 프로세서는 상기 저장된 자기 및 상호 커패시턴스 값들을, 상기 터치의 터치 위치와 상기 터치 위치에서 상기 터치 감지 표면에 상기 터치에 의해 가해진 힘을 결정하는데 이용할 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 터치 감지 표면 상의 상기 터치의 힘을 결정하는 단계는 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 상기 힘 값들을 합산함으로써 계산된 힘 포인트(calculated force point; CFP)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 터치 감지 표면 상의 복수의 터치들의 위치들과 터치들의 결합된 힘을 결정하기 위한 방법은: 제 1 축의 평행 방향으로 배열된 제 1 복수의 전극들을 제공하는 단계 - 상기 제 1 복수의 전극들의 각각은 자기 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 축에 실질적으로 수직인 제 2 축의 평행 방향으로 배열된 제 2 복수의 전극들을 제공하는 단계 - 상기 제 1 복수의 전극들은 상기 제 2 복수의 전극들 위에 위치할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들의 중첩 교차부들을 포함할 수 있는 복수의 노드들을 형성하고, 여기서 상기 복수의 노드들의 각각은 상호 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들이 배치되고 복수의 모서리들을 가질 수 있는 기판을 제공하는 단계; 복수의 힘 센서들을 제공하는 단계 - 상기 기판의 각각의 모서리는 상기 복수의 힘 센서들의 각각의 센서와 결합될 수 있음 -; 상기 제 1 복수의 전극들의 상기 자기 커패시턴스들의 값들을 결정하기 위해 상기 제 1 복수의 전극들을 스캐닝하는 단계; 상기 제 1 복수의 전극들 중 어느 전극들이 가장 큰 값의 자기 커패시턴스를 갖는지를 결정하기 위해 상기 스캐닝된 자기 커패시턴스들의 값들을 비교하는 단계; 각각의 복수의 노드들의 상호 커패시턴스들의 값들을 결정하기 위해 가장 큰 값의 자기 커패시턴스를 갖는 상기 제 1 복수의 전극들 중의 상기 전극들의 노드들을 스캐닝하는 단계; 가장 큰 값의 자기 커패시턴스를 갖는 상기 제 1 전극들의 상기 각각의 복수의 노드들의 상기 스캐닝된 상호 커패시턴스들의 값들을 비교하는 단계 - 가장 큰 값의 상호 커패시턴스를 갖는 노드들은 상기 터치 감지 표면 상의 터치들의 위치들일 수 있음 -; 및 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 힘 값들로부터 상기 터치 감지 표면 상의 상기 터치들의 결합된 힘을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 및 상호 커패시턴스 값들은 아날로그 프런트 엔드부와 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에 의해 측정될 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 및 상호 커패시턴스 값들은 디지털 디바이스의 메모리에 저장될 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 디지털 디바이스 내의 디지털 프로세서는 상기 저장된 자기 및 상호 커패시턴스 값들을, 상기 터치들의 터치 위치들과 상기 터치 위치들에서 상기 터치 감지 표면에 상기 터치들에 의해 가해진 각각의 힘들을 결정하는데 이용할 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 터치 감지 표면 상의 상기 터치들의 결합된 힘을 결정하는 단계는: 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 상기 힘 값들을 합산함으로써, 계산된 힘 포인트(CFP)를 결정하는 단계; 및 상기 터치 위치들과 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 상기 힘 값들을 사용하여 질량 중심(center of mass; CM)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 CM을 결정하는 단계는: 상기 CFP의 X-오프셋(XR)을 결정하는 단계; 및 상기 CFP의 Y-오프셋(YR)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 X-오프셋(XR)을 결정하는 단계는 XR = (((F1 + F3) * (-W/2)) + ((F2 + F4) * (W/2)))/FR을 푸는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 W는 상기 터치 감지 표면의 폭일 수 있고, XR은 상기 CM으로부터 상기 CFP까지의 X 오프셋일 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 Y-오프셋(YR)을 결정하는 단계는 YR = (((F1 + F2) * (-H/2)) + ((F3 + F4) * (H/2)))/FR을 푸는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 H는 상기 터치 감지 표면의 높이일 수 있고, YR은 상기 CM으로부터 상기 CFP까지의 Y 오프셋일 수 있다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 터치 감지 표면 상의 터치들의 위치들과 터치들의 결합된 힘을 결정하기 위한 시스템은: 제 1 축의 평행 방향으로 배열된 제 1 복수의 전극들 - 상기 제 1 복수의 전극들의 각각은 자기 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 축에 실질적으로 수직인 제 2 축의 평행 방향으로 배열된 제 2 복수의 전극들 - 상기 제 1 복수의 전극들은 상기 제 2 복수의 전극들 위에 위치할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들의 중첩 교차부들을 포함할 수 있는 복수의 노드들을 형성하고, 여기서 상기 복수의 노드들의 각각은 상호 커패시턴스를 포함할 수 있음 -; 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들이 배치되고 복수의 모서리들을 가질 수 있는 기판; 복수의 힘 센서들 - 상기 기판의 각각의 모서리는 상기 복수의 힘 센서들의 각각의 힘 센서와 결합될 수 있음 -; 디지털 프로세서 및 메모리 - 상기 디지털 프로세서의 디지털 출력부들은 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들에 결합될 수 있음 -; 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들과 상기 복수의 힘 센서들에 결합된 아날로그 프런트 엔드부; 및 상기 디지털 프로세서에 결합된 적어도 하나의 디지털 출력부를 구비한 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수 있고, 여기서 상기 자기 커패시턴스들의 값들은 상기 아날로그 프런트 엔드부에 의해 상기 제 1 복수의 전극들의 각각에 대해 측정될 수 있고, 상기 측정된 자기 커패시턴스들의 값들은 상기 메모리에 저장될 수 있고, 최대 값들의 자기 커패시턴스 중 적어도 하나의 값을 갖는 상기 제 1 전극들 중 적어도 하나의 전극의 상기 노드들의 상기 상호 커패시턴스들의 값들이 상기 아날로그 프런트 엔드부에 의해 측정될 수 있고, 상기 측정된 상호 커패시턴스들의 값들은 상기 메모리에 저장될 수 있고, 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 힘들의 값들은 상기 메모리에 저장될 수 있고, 그리고 상기 디지털 프로세서는 상기 터치들의 위치들을 결정하기 위해, 그리고 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 상기 힘 값들로부터 상기 터치 감지 표면 상의 힘 포인트(CFP)와 질량 중심(CM)을 계산하기 위해 상기 저장된 자기 및 상호 커패시턴스 값들을 사용할 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서, 메모리, 아날로그 프런트 엔드부 및 ADC는 디지털 디바이스에 의해 제공될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서, 메모리, 아날로그 프런트 엔드부 및 ADC는 적어도 하나의 디지털 디바이스에 의해 제공될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 디지털 디바이스는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 디지털 디바이스는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 주문형 반도체(ASIC) 및 프로그램 가능 로직 어레이(PLA)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 상기 기판은 실질적으로 광 투과성일 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 기판은 실질적으로 광 투과성일 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들은 안티몬 주석 산화물(ATO)을 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 기판은 4개의 모서리들을 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면들과 연계하여 쓰여진 이하의 설명을 참조하면 보다 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른, 용량형 터치 및 힘 센서, 용량형 터치 아날로그 프런트 엔드부 및 디지털 프로세서를 구비한 전자 시스템의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 개시의 교시에 따른, 다양한 용량형 터치 센서 구조들을 갖는 터치 센서들의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 교시에 따른, 터치 센서에 대한 단일 터치의 자기(self) 및 상호 용량형 터치 검출의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 5 내지 도 9는 본 개시의 교시에 따른, 터치 센서에 대한 2개의 터치들의 자기 및 상호 용량형 터치 검출의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른, 터치 센서의 표면상의 터치들의 위치들과 그 터치들의 힘들을 둘 다 검출할 수 있는 터치 센서의 개략적인 투시도이다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따른, 터치 센서의 표면상의 터치들의 위치들과 그 터치들의 힘들을 둘 다 검출할 수 있는 터치 센서의 개략적인 정면도이다.
도 12는 본 개시의 교시에 따른, 2개의 동시적인 터치 포인트들, 이것의 결과로 얻어지는 기하학적 중심, 및 터치 센서 표면에 가한 결과로 발생한 힘을 나타내는 터치 센서의 개략적인 평면도와 정면도이다.
도 13은 본 개시의 교시에 따른, 단일 터치 포인트와 터치 센서 표면에의 결과로 발생한 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도이다.
도 14는 본 개시의 교시에 따른, 2개의 동시적인 터치 포인트들과 터치 센서 표면에의 결과로 발생한 결합된 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도이다.
도 15는 본 개시의 교시에 따른, 3개의 동시적인 터치 포인트들과 터치 센서 표면에의 결과로 발생한 결합된 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도이다.
도 16은 본 개시의 교시에 따른, 4개의 동시적인 터치 포인트들과 터치 센서 표면에의 결과로 발생한 결합된 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도이다.
본 개시는 다양한 변형들 및 대안의 형태들을 허용하지만, 그의 특정 예시의 실시예들이 도면들에 도시되었고 본 명세서에서 상세히 설명된다. 하지만, 그 특정 예시의 실시예들에 대한 설명은 본 개시를 여기에서 개시된 특정 형태들로 한정하고자 하는 것이 아니고, 오히려, 본 개시는 부속 특허청구범위에 정의된 바와 같은 모든 변형들 및 균등물들을 포괄해야 하는 것으로 이해해야 할 것이다.
다양한 실시예들에 따르면, 터치 센서는 복수의 도전성 전극 로우들과 복수의 도전성 전극 컬럼들을 구비한 기판 - 상기 복수의 도전성 전극 컬럼들은 상기 기판의 표면상에서 실질적으로 상기 복수의 도전성 전극 로우들에 수직이고 상기 복수의 도전성 전극 로우들 위에(over) 있음 -, 및 상기 기판의 각각의 모서리에 있는 힘 또는 압력 센서를 포함할 수 있다. "힘"과 "압력"의 용어는 여기서 상호 맞바꾸어 사용될 것이다. 상기 터치 센서의 표면에 터치가 가해질 때, 상기 터치 센서의 표면의 터치 위치에 인접한 전극 로우와 컬럼의 교차부에 의해 형성된 커패시터의 커패시턴스 값이 변화할 것이다. 터치 센서의 표면에의 터치들을 결정하는 이 방법은 "투영식 용량형(Projected Capacitive; PCAP) 터치"라 불리고, 그리고 www.microchip.com에서 입수 가능한, "mTouchTM Projected Capacitive Touch Screen Sensing Theory of Operation"이라는 제목이 붙은 Todd O'Connor에 의한 기술 게시판 TB3064와; Jerry Hanauer에 의해 발명되어 "자기 및 상호 커패시턴스 둘 다를 이용하는 용량형 터치 시스템(Capacitive Touch System Using Both Self and Mutual Capacitance)"이라는 발명의 명칭으로 공개된 공동 소유의 미국 특허출원 공개번호 US2012/0113047에 보다 상세하게 기술되어 있으며, 이 둘 다는 여기에 모든 목적으로 참조함으로써 통합된다. 터치 센서는 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 컴퓨터 디스플레이, 자동차, 비행기, 보트 정보 및 제어 디스플레이 등에 사용되는 터치 스크린 디스플레이에 통합될 수 있다.
힘 또는 압력 센서는 터치 센서 기판의 각각의 모서리들에 위치할 수 있다. 이들 힘 센서들은 상기 터치 센서 기판에의 전체 힘 및 비례적인 힘을 검출한다. 그리고나서 이 힘 정보는 이전에 결정된 터치 위치(들)와 결합하고, 개별 터치 힘(들)은 그 다음에 3차원(3D) 제스처링 애플리케이션들에서 충분한 분해능으로 보간될 수 있다. 예를 들면, 정사각형 또는 직사각형 터치 센서 기판에 있어서 터치 센서 기판의 표면에 행해진 하나 이상의 터치들이 있을 때마다, 4개의 힘 센서들에 힘 등이 가해지는데 하나의 힘 센서가 기판의 모서리에 각각 위치되어 있다. 각각의 힘 센서에서의 힘은 하나 이상의 터치들의 터치 센서의 표면상의 위치(들)에 의존한다. 단일 터치가 터치 센서의 표면에 가해질 때, 4개의 터치 센서들로부터의 힘 정보는 단일 터치의 힘을 결정하는데 이용될 수 있다. 2개의 터치들이 터치 센서 기판의 표면에 가해질 때, 4개의 터치 센서들로부터의 힘 정보는 상기 2개의 터치들의 알려진 위치들에 근거하여 가해진 힘들을 보간하는데 사용될 수 있다. 3개 이상의 터치들이 터치 센서 기판의 표면에 가해질 때, 4개의 터치 센서들로부터의 힘 정보는 터치 위치들 사이의 압력 바이어스들을 결정하는데 사용될 수 있다.
하나 이상의 터치들로부터 결과로 얻어진 힘 정보는, 터치 스크린 또는 패널의 각각의 모서리에 하나씩 있는 4개의 터치 센서들과 결합된 2차원 터치 스크린 또는 패널만을 사용하여 3차원(3D) 제스처 인식에 대한 정보와 특징들을 제공하는데 유리하게 사용될 수 있는 3차원 정보를 결정하고 활용하는데 이용될 수 있다. 이것은, 터치 스크린 또는 패널의 디스플레이 부분의 시각의 명료함(visual clarity)에 영향을 주지 않고, 터치 스크린 또는 패널 상의 제스처 명령들(gesture commands)의 대역폭, 복잡도 및 기능의 증가를 가능케 한다.
이제 도면들을 참조하면, 특정한 예시적인 실시예들의 세부 사항들이 도식적으로 도시되어 있다. 도면들에서 동일 요소들은 동일 번호들로 표시될 것이며, 유사한 요소들은 다른 소문자 첨자가 붙여진 동일 번호들로 표시될 것이다.
도 1을 보면, 본 개시의 교시에 따른, 용량형 터치 센서, 용량형 터치 아날로그 프런트 엔드부 및 디지털 프로세서를 구비한 전자 시스템의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 디지털 디바이스(112)는 디지털 프로세서 및 메모리(106), 아날로그-디지털 변환기(ADC) 컨트롤러(108) 및 용량형 터치 아날로그 프런트 엔드부(AFE)(110)를 포함할 수 있다. 디지털 디바이스(112)는 기판(101) 상에 매트릭스로 배열된 복수의 도전성 컬럼들(104) 및 로우들(105)을 갖는 기판(101)과 기판(101)의 각 모서리에 센서(103)가 하나씩 있는 4개의 힘 센서들(103)로 이루어진 터치 센서(102)에 결합될 수 있다. 도전성 로우들(105) 및/또는 도전성 컬럼들(104)은 예를 들어, 투명(clear) 기판(예를 들면, 디스플레이/터치 스크린 등) 상의 인쇄 회로 기판 도전체들, 와이어들, 인듐 주석 산화물(ITO), 안티몬 주석 산화물(ATO) 코팅들, 또는 이것들의 임의의 결합체일 수 있지만 이들로 한정되지 않음이 예상되고 본 개시의 범위 내에 있다. 디지털 디바이스(112)는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 주문형 반도체(ASIC), 프로그램 가능 로직 어레이(PLA) 등을 포함할 수 있으며, 패키징된 또는 패키징되지 않은 하나 이상의 집적 회로들(미도시됨)을 추가로 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 보면, 본 개시의 교시에 따른, 다양한 용량형 터치 센서 구조들을 갖는 터치 센서들의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 도 2a는 도전성 컬럼들(104)과 도전성 로우들(105)을 보여준다. 도전성 컬럼들(104) 각각은 정지(quiescent) 상태에 있을 때에 개별적으로 측정될 수 있는 "자기(self) 커패시턴스"을 갖거나, 또는 도전성 로우들(105) 모두는 도전성 컬럼들(104)의 각각에서 그의 자기 커패시턴스 측정들이 이루어지는 동안에 능동적으로 여기될 수 있다. 도전성 로우들(105) 모두의 능동적인 여기는 도전성 컬럼들(104)의 개별적인 커패시턴스 측정들에 더 강한 측정 신호를 제공할 수 있다.
예를 들면, 자기 커패시턴스 스캔 동안에 도전성 컬럼들(104) 중 하나에서 터치가 검출되면, 그 검출된 터치를 갖는 그 도전성 컬럼(104)만이 그것의 상호 커패시턴스 스캔 동안에 추가로 측정될 필요가 있다. 자기 커패시턴스 스캔은 도전성 컬럼들(104) 중 어느 것이 터치되었는지를 결정할 수 있을 뿐이지만, 그것이 터치되었을 경우에는 그 도전성 컬럼(104)의 축을 따라 어느 위치에서 터치되었는지를 결정할 수는 없다. 상호 커패시턴스 스캔은 도전성 로우들(105)을 한번에 하나씩 개별적으로 여기(구동)하고 그리고 도전성 로우들(105)과 교차(크로스오버)하는 그 도전성 컬럼(104)에 있는 위치들의 각각의 위치에 대한 상호 커패시턴스 값을 측정함으로써, 그 도전성 컬럼(104)의 축을 따라 터치 위치를 결정할 수 있다. 도전성 컬럼들(104)과 도전성 로우들(105) 사이에는 도전성 컬럼들(104)과 도전성 로우들(105)을 분리시키는 절연성 비도전성 유전체(미도시됨)가 있을 수 있다. 도전성 컬럼들(104)이 도전성 로우들(105)와 교차(크로스오버)하는 곳에서는, 그에 따른 상호 커패시터들(120)이 형성된다. 위의 자기 커패시턴스 스캔 동안에 도전성 로우들(105) 모두는 접지되거나(예를 들면, VSS) 또는 로직 신호의 전압(예를 들면, VDD)으로 구동될 수 있으며; 이에 따라, 도전성 컬럼들(104)의 각 컬럼과 연관된 개별적인 컬럼 커패시터들을 형성할 수 있다.
도 2b 및 도 2c는 도전성 컬럼들(104)과 도전성 로우들(105)의 다이아몬드 형상 패턴들의 인터리빙(interleaving)을 보여준다. 이 구성은 도전성 컬럼들(104)과 도전성 로우들(105) 사이의 더 작은 중첩 상태에서 각 축의 도전성 컬럼 및/또는 로우를 터치에 최대한 노출시킬 수 있다(예컨대, 더 좋은 감도). 도 2d는 수신기(상부) 도전성 로우들(예컨대, 전극들)(105a)과, 빗 형상의 메시형 손가락들(comb like meshing fingers)을 포함하는 송신기(하부) 도전성 컬럼들(104a)을 보여준다. 도전성 컬럼들(104a)과 도전성 로우들(105a)은 평면에 나란히 있는 것처럼 보이지만, 통상적으로는 상부 도전성 로우들(105a)은 하부 도전성 컬럼들(104a) 위에(over) 있을 것이다.
도 3 및 도 4를 보면, 본 발명의 교시에 따른, 터치 센서에 대한 단일 터치의 자기 및 상호 용량형 터치 검출의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 도 3에서, 손가락의 일부분의 그림으로 나타난 터치는 대략 X05, Y07의 좌표에 있다. 자기 용량형 터치 검출 동안에, 로우들(Y01 내지 Y09)의 각 로우는 그의 커패시턴스 값들을 결정하도록 측정될 수 있다. 로우들(Y01 내지 Y09)의 각 로우에 대해서는 그것에 터치가 전혀 없는 기준 커패시턴스 값들이 획득되어 메모리(예를 들면, 도 1의 메모리(106))에 저장되었음에 유의한다. 로우들(Y01 내지 Y09)의 기준 커패시턴스 값들에 대한 임의의 상당한 커패시턴스 변화는 쉽게 알 수 있을 것이고 손가락 터치로서 여겨질 것이다. 도 3에 도시된 예에서는, 손가락이 로우(Y07)를 터치하고 있고 그 로우의 커패시턴스 값이 변할 것이고 그 로우에 대한 터치를 나타낼 것이다. 하지만, 자기 커패시턴스 측정들로부터는 그 터치가 이 로우 상의 어디에서 일어났었는지는 여전히 알 수 없다.
터치된 로우(Y07)의 자기 커패시턴스 변화를 이용하여 일단 터치된 로우(Y07)가 결정되면 터치가 터치된 로우(Y07) 상의 어디에서 일어났었는지를 결정하는데에는 상호 용량형 검출이 사용될 수 있다. 이것은, 컬럼들(X01 내지 X12) 각각을 하나씩 여기시켜, 예를 들면 컬럼들(X01 내지 X12) 각각에 전압 펄스를 하나씩 가하고(putting on) 그리고 한편 컬럼들(X01 내지 X12) 각각이 개별적으로 여기될(excited) 때에 로우(Y07)의 커패시턴스 값을 측정함으로써 달성될 수 있다. 로우(Y07)의 커패시턴스 값에 가장 큰 변화를 일으키는 컬럼(X05) 여기는 컬럼(X05)과 로우(Y07)의 교차점에 대응하는 그 로우 상의 위치일 것이고, 따라서 단일 터치가 포인트 또는 노드(X05, Y07)에 있다. 자기 및 상호 커패시턴스 터치 검출의 이용은 터치 센서(102)의 X,Y 터치 좌표를 얻기 위한 로우 및 컬럼 스캔들의 수를 상당히 감소시킨다. 이 예에서는, 전체 스캔 수 9 + 12 = 21 스캔에서 9개의 로우들이 자기 용량형 터치 검출 동안 스캔되었고, 터치 센서(102)의 X,Y 터치 좌표를 얻기 위한 12개의 컬럼들이 상호 용량형 터치 검출 동안 스캔되었다. 각각의 노드(위치)에 대하여 개개의 x-y 용량형 터치 센서들이 사용되면, 그때는 이 하나의 터치, 상당한 차이를 발견하기 위해 9 x 12 = 108 스캔이 필요할 것이다. 컬럼들(X01 내지 X12)의 자기 커패시턴스들이 먼저 결정될 수 있고, 그 다음에 선택된 컬럼(들) 상의 터치 위치를 발견하기 위해 각각의 로우(Y01 내지 Y09)를 여기함으로써 그 선택된 컬럼(들)의 상호 커패시턴스들이 결정될 수 있음이 예상되고 본 개시의 범위 내에 있다.
도 5 내지 도 9를 보면, 본 개시의 교시에 따른, 터치 센서에 대한 2개의 터치들의 자기 및 상호 용량형 터치 검출의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 도 5에서, 2개의 손가락의 일부분들의 그림으로 나타난 2개의 터치들은 터치 #1의 경우에 대략 좌표(X05, Y07)에 있고, 터치 #2의 경우에 대략 좌표(X02, Y03)에 있다. 자기 용량형 터치 검출 동안, 로우들(Y01 내지 Y09)의 각각이 그것의 커패시턴스 값들을 결정하기 위해 측정될 수 있다. 로우들(Y01 내지 Y09)의 각 로우에 대해서는 그것에 터치가 전혀 없는 기준 커패시턴스 값들이 획득되어 메모리(예를 들면, 도 1의 메모리(106))에 저장되었음에 유의한다. 로우들(Y01 내지 Y09)의 기준 커패시턴스 값들에 대한 임의의 상당한 커패시턴스 변화들은 쉽게 알 수 있을 것이고 손가락 터치들로서 여겨질 것이다. 도 6에 도시된 예에서, 제1 손가락은 로우(Y07)를 터치하고 있고 그리고 제2 손가락은 로우(Y03)를 터치하고 있으며, 여기서 그 2개의 로우들의 커패시턴스 값들이 변화할 것이고 그 로우들에의 터치들을 나타낼 것이다. 하지만, 자기 커패시턴스 측정들로부터는 그 터치들이 이들 2개의 로우 상의 어디에서 일어났는지는 여전히 알 수 없다.
로우들의 자기 커패시턴스 변화들을 이용하여 일단 터치된 로우들(Y07 및 Y03)이 결정되었다면, 터치들이 이들 2개의 터치된 로우들(Y07 및 Y03) 상의 어디에서 일어났는지를 결정하는데에는 상호 용량형 검출이 사용될 수 있다. 도 7을 보면, 이것은, 컬럼들(X01 내지 X12) 각각을 하나씩 여기시켜, 예를 들면 컬럼들(X01 내지 X12) 각각에 하나씩 전압을 펄스를 가하고 그리고 한편 컬럼들(X01 내지 X12) 각각이 개별적으로 여기될 때에 로우(Y07)의 커패시턴스 값을 측정함으로써 달성될 수 있다. 로우(Y07)의 커패시턴스 값의 가장 큰 변화를 일으키는 컬럼(X05) 여기는 컬럼(X05)과 로우(Y07)의 교차점에 대응하는 그 로우 상의 위치일 것이다. 도 8을 보면, 마찬가지로 컬럼들(X01 내지 X12) 각각이 개별적으로 여기될 때에 로우(Y03)의 커패시턴스 값을 측정하는 것은 터치 #2가 컬럼(Y03) 상의 어디에서 일어났는지를 결정한다. 도 9를 보면, 2개의 터치들은 포인트들 또는 노드들((X05, Y07) 및 (X02, Y03))에 있다. 선택된 로우들 중 하나보다 많은 로우들, 예를 들면 Y07 및 Y03의 커패시턴스들이 동시에 측정될 수 있고, 그리고 터치 센서(102)에 대한 2개의 터치들을 결정하는데에는 단지 한 세트의 개개의 컬럼(X01 내지 X12) 여기들이 필요함이 예상되고 본 개시의 범위 내에 있다.
투영식 커패시턴스(projected capacitance; PCAP) 터치 시스템들을 사용하는 멀티-터치 검출 및 제스처링은, Jerry Hanauer에 의해 발명되어 "Capacitive Touch System Using Both Self and Mutual Capacitance"라는 발명의 명칭으로 공개된 공동 소유의 미국 특허출원 공개번호 US2012/0113047; 및 Lance Lamont와 Jerry Hanauer에 의해 발명되어 "Method And System For Multi-Touch Decoding"이라는 발명의 명칭으로 2013년 3월 14일자로 출원된 미국 특허출원 번호 13/830,891 호에 보다 상세하게 설명되어 있으며, 이 두 문헌들은 모든 목적들을 위해 본 출원에 참조로 통합된다.
도 10 및 도 11을 보면, 본 개시의 실시예에 따른, 터치 센서의 표면상의 터치들의 위치들과 그 터치들의 힘들을 둘 다 검출할 수 있는 터치 센서의 개략적인 사시도와 정면도가 각각 도시되어 있다. 터치 센서의 표면에의 터치(들)의 위치와 그 터치(들)의 힘(들)을 둘 다 검출할 수 있는 터치 센서는 전체적으로 숫자 102로 표시되어 있으며 기판(101) 상의 복수의 도전성 로우들(105)과 컬럼들(104) 및 힘 센서들(103)을 포함할 수 있고, 기판(101)의 각 모서리에는 한 개의 힘 센서(103)가 위치한다. 위에 보다 상세하게 설명한 바와 같이, 도전성 컬럼들(104)과 도전성 로우들(105)은 터치(들)의 위치(들)를 결정하는데 사용되며, 힘 센서들(103)은 기판(101)에 가해진 힘(1142)의 양을 검출하는데 사용된다. 기판(101)은 투명하거나 반투명하거나 불투명 또는 이들의 임의의 결합체일 수 있다. 시각적 변위(visual displace)가 정보와 이미지들을 사용자에게 공급하기 위해 기판(101)에 포함될 수 있거나 기판(101)을 통해 투사될 수 있고, 또한 터치 센서(102)의 터치 및/또는 제스처링 동작 동안 시각적 피드백을 제공할 수 있다. 본 개시의 교시에 따라, 4개의 힘 센서들(103)보다 많거나 적은 센서들이 사용의 용도에 맞는 기판(101)의 임의의 기하학적 형상과 함께 사용될 수 있음이 예상되고 본 개시의 범위 내에 있다.
다시 도 1로 돌아가서 보면, 마이크로컨트롤러들(112)은 이제 이러한 커패시턴스 값 변화들의 검출 및 평가를 향상시키는 주변장치들을 포함한다. 다양한 용량형 터치 시스템 애플리케이션들의 보다 상세한 설명들은 www.microchip.com에서 입수 가능한 마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드 애플리케이션 노트들 AN1298, AN1325 및 AN1334에 보다 상세하게 개시되어 있으며, 이 문헌들 모두는 모든 목적들을 위해 여기에 참조로 통합된다. 이러한 애플리케이션들 중 하나는, 커패시턴스 값을 결정하고/하거나 상기 커패시턴스 값이 변했는지를 평가하기 위해 용량형 전압 분배기(CVD) 방법을 활용한다. CVD 방법은 www.microchip.com에서 입수 가능한 애플리케이션 노트 AN1208에 보다 상세하게 설명되어 있고; CVD 방법의 보다 상세한 설명은, Dieter Peter에 의해 발명되어 "Capacitive Touch Sensing using an Internal Capacitor of an Analog-To-Digital Converter (ADC) and a Voltage Reference"이라는 발명의 명칭으로 공개된 공동 소유의 미국 특허출원 공개번호 US2010/0181180에 제시되어 있으며, 이 문헌들 둘 다는 모든 목적들을 위해 여기에 참조로 통합된다.
충전 시간 측정 유닛(CTMU)는 매우 정밀한 커패시턴스 측정들에 사용될 수 있다. CTMU는 www.microchip.com에서 입수 가능한 마이크로칩 애플리케이션 노트들 AN1250 및 AN1375와, James E. Bartling에 의해 발명되어 "Measuring a long time period"라는 발명의 명칭으로 등록된 공동 소유의 미국등록특허 US 7,460,441 B2와 "Current-time digital-to-analog converter"라는 발명의 명칭으로 등록된 공동 소유의 미국등록특허 US 7,764,213 B2에 보다 상세하게 설명되어 있으며, 이 문헌들 모두는 모든 목적들을 위해 여기에 참조로 통합된다.
필요한 분해능을 갖는 어떠한 유형의 커패시턴스 측정 회로도 복수의 도전성 컬럼들(104) 및/또는 로우들(105)의 커패시턴스 값들을 결정하는데 사용될 수 있으며, 또한 전자 분야에서 통상의 지식을 갖고 본 개시의 혜택을 가진 자는 이러한 커패시턴스 측정 회로를 구현할 수 있음이 예상되고 본 개시의 범위 내에 있다.
도 12를 보면, 본 개시의 교시에 따른, 2개의 동시적인 터치 포인트들, 이것들의 결과로 얻어지는 기하학적 중심, 및 터치 센서 표면에의 결과로서 생기는 힘을 나타내는 터치 센서의 개략적인 평면도와 정면도가 도시되어 있다. 기판(101)의 각 모서리에 하나씩 위치한 4개의 힘 센서들(103a-103d)은 터치 센서 기판(101)에 전체적이고 비례적인 힘을 제공한다. 터치 힘 바이어스는 터치들(터치 포인트들)의 클러스터의 기하학적 중심과 힘의 크기뿐만 아니라 개별 손가락 압력 레벨들에 의해 발생된 합력(resultant force)(계산된 힘 포인트) 사이의 오프셋(offset)으로 정의된다. 예를 들면, 도 12에는 2개의 손가락 터치들이 나타나 있으며, 이 손가락 터치들에서 왼쪽 손가락 압력(터치 포인트(1214))은 오른쪽 손가락 압력(터치 포인트(1216))보다 작다. 이들 두 개의 손가락 터치들 사이의 기하학적 중심은 두 개의 터치 포인트들(1214 및 1216) 사이에 위치한 질량 중심(center of mass; CM)(1210)으로 표시될 수 있다.
4개의 센서들(103a-103d)은 터치 포인트들(1214 및 1216)에서의 두 개의 터치들로부터 생성되는 합력, 예를 들면 계산된 힘 포인트(calculated force point; CFP)(1212)를 결정하는데 사용될 수 있다. 센서들(103)의 각각에서의 압력(힘)을 이용하는 2차원 계산에 의해 합력(CFP(1212))이 결정될 수 있다. 4개의 센서들(103)에서의 힘들은 모든 터치 위치들에서 사용자의 손가락 압력(들)에 의해 발생된 총 힘을 제공한다. 위치는 예를 들어 X 및 Y 합력 계산에 의해 결정되지만 이것으로 한정되는 것은 아니다. 합력(CFP(1212))을 계산하기 위해, X 및 Y 좌표 시스템이 스크린에 대하여 질량 중심에서 영(0)을 갖는 터치 센서 상에 놓여질(superimposed) 수 있다. 그 다음에, 결과로 생기는 힘 벡터들은 이하의 식들에 사용될 수 있다.
총 결과 힘(total resulting forces) FR(CFP(1212))은 다음과 같이 계산될 수 있다:
FR = F1 + F2 + F3 + F4 (식 1)
여기서 F1, F2, F3 및 F4는 각각 센서들(103)의 각각에 의해 측정된 힘들이다.
총 결과 힘 FR(CFP(1212))의 X-오프셋(XR)은 다음과 같이 계산될 수 있다:
FR * XR = ((F1 + F3) * (-W/2)) + ((F2 + F4) * (W/2)) (식 2)
여기서 W는 터치 센서(102)의 표면의 폭이고, XR은 질량 중심(CM(1210))으로부터 합력(CFP(1212))까지의 X 오프셋이다.
총 결과 힘 FR(CFP(1212))의 Y-오프셋(YR)은 다음과 같이 계산될 수 있다:
FR * YR = ((F1 + F2) * (-H/2)) + ((F3 + F4) * (H/2)) (식 3)
여기서 H는 터치 센서(102)의 표면의 높이이고, YR은 질량 중심(CM(1210))으로부터 합력(CFP(1212))까지의 Y 오프셋이다.
이후, 동일한 X-Y 좌표 시스템을 사용하여 기하학적 중심이 계산될 수 있다. 상기 결과로 생성된 힘의 위치 대(versus) 기하학적 중심을 비교할 때, 두 개의 바이어스 해결책들을 얻을 수 있다:
1. 상기 결과로 얻어진 힘과 상기 기하학적 중심이 일치되고, 상기 압력은 수직 이동일 수 있다. 푸시 다운(push down)은 멀티-페이지 문서(a multi-page document)를 검색하거나, 페이지를 삽입하거나, 또는 오브젝트를 제 위치에 고정하는데 사용될 수 있다.
2. 상기 결과로 얻어진 힘은 기하학적 중심으로부터 오프셋되고, 상기 압력은 상기 결과로 얻어진 힘과 상기 기하학적 중심 간의 라인에 수직인 축을 둘레로의(about an axis) 회전 이동이다. 회전 각도는 상기 결과로 얻어진 힘의 크기에 의해 결정될 수 있다. 이것은 다양한 축들에서 오브젝트들을 회전시키는데 도움이 된다.
그 다음에, 이 바이어스 해결책들은 몇몇 가능한 제스처들 중 어느 것이 발생되고 있는지를 결정하기 위해 현재 압력의 히스토리(시간이 지남에 따라 압력을 증가시킴, 또는 터치의 이동)와 결합될 수 있다. 다른 바이어스 해결책들이 가능하고 또한 여기서 착안된다.
도 13을 보면, 본 개시의 교시에 따른, 단일 터치 포인트와 터치 센서 표면에의 결과로 발생한 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 4개의 힘 센서들(103)이 터치 센서 기판(101)의 모서리들에 위치한다. 힘 센서들(103)은 터치 센서 기판(101)에 전체적이고 비례적인 힘을 제공한다. 터치 센서들(103)로부터의 힘 정보와 터치 센서 상에서의 이전에 결정된 터치 포인트(touch point; TP)는 계산된 힘 포인트(CFP)를 결정하는데 사용된다.
도 14를 보면, 본 개시의 교시에 따른, 2개의 동시적인 터치 포인트들과 터치 센서 표면에의 결과로 발생된 결합 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 4개의 힘 센서들(103)은 터치 센서 기판(101)의 모서리들에 위치한다. 힘 센서들(103)은 터치 센서 기판(101)에 전체적이고 비례적인 힘을 제공한다. 터치 센서들(103)로부터의 힘 정보와 터치 센서 상에서의 이전에 결정된 터치 포인트들(TP)은 질량 중심(CM) 및 계산된 힘 포인트(CFP)를 결정하는데 사용된다.
도 15를 보면, 본 개시의 교시에 따른, 3개의 동시적인 터치 포인트들과 터치 센서 표면에의 결과로 발생된 결합 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 4개의 힘 센서들(103)은 터치 센서 기판(101)의 모서리들에 위치한다. 힘 센서들(103)은 터치 센서 기판(101)에 전체적이고 비례적인 힘을 제공한다. 터치 센서들(103)로부터의 힘 정보와 터치 센서 상에서의 이전에 결정된 터치 포인트들(TP)은 질량 중심(CM) 및 계산된 힘 포인트(CFP)를 결정하는데 사용된다.
도 16을 보면, 본 개시의 교시에 따른, 4개의 동시적인 터치 포인트들과 터치 센서 표면에의 결과로 발생된 결합 힘을 나타내는 터치 센서 표면의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 4개의 힘 센서들(103)은 터치 센서 기판(101)의 모서리들에 위치한다. 힘 센서들(103)은 터치 센서 기판(101)에 전체적이고 비례적인 힘을 제공한다. 터치 센서들(103)로부터의 힘 정보와 터치 센서 상에 이전에 결정된 터치 포인트들(TP)은 질량 중심(CM) 및 계산된 힘 포인트(CFP)를 결정하는데 사용된다.
4개보다 많은 터치 위치들이 검출될 수 있고, 이들의 CFP 및 CM은 4개보다 많거나 적은 힘 센서들(103)을 사용하여 결정될 수 있음이 예상되고 본 개시의 범위 내에 있다. 게다가 힘 센서 기판(101)은 사용의 용도에 맞는 임의의 기하학적 형상일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 예시적 실시예를 참조하여 도시되고, 설명되고, 정의되어 있지만, 이러한 참조는 본 발명의 한정을 의미하지 않고 이러한 한정이 추정되지도 않는다. 개시된 본 발명은 이 기술분야의 당업자들 및 본 발명의 혜택을 갖는 자들에게는, 형태와 기능에 있어서 상당한 수정물, 변경물, 및 균등물들이 가능하다. 본 발명의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예로서, 본 개시의 범위를 한정하지 않는다.

Claims (25)

  1. 터치 감지 표면에의 터치들의 위치와 상기 터치 감지 표면에의 상기 터치들의 합력(combined force)을 결정하기 위한 시스템으로서,
    제 1 축의 평행 방향으로 배열된 제 1 복수의 전극들 - 상기 제 1 복수의 전극들 중 각각은 자기(self) 커패시턴스를 포함함 -;
    상기 제 1 축에 수직인 제 2 축의 평행 방향으로 배열된 제 2 복수의 전극들 - 상기 제 1 복수의 전극들은, 상기 제 2 복수의 전극들 위에(over) 위치하고 또한 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들의 중첩 교차부들(overlapping intersections)을 포함하는 복수의 노드들을 형성하고, 여기서 상기 복수의 노드들 중 각각은 상호 커패시턴스를 포함함 -;
    상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들이 배치되고 복수의 모서리들을 갖는 기판;
    복수의 힘 센서들 - 상기 기판의 모서리 각각에 상기 복수의 힘 센서들 중 각각이 결합됨 -;
    디지털 프로세서 및 메모리 - 상기 디지털 프로세서의 디지털 출력부들은 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들에 결합됨 -;
    상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들 및 상기 복수의 힘 센서들에 결합된 아날로그 프런트 엔드부; 및
    적어도 하나의 디지털 출력부가 상기 디지털 프로세서에 결합된 아날로그-디지털 컨버터를 포함하고,

    상기 아날로그 프런트 엔드부, 상기 아날로그-디지털 컨버터 및 상기 디지털 프로세서는:
    상기 제 1 복수의 전극들 중 각각에 대해 상기 자기 커패시턴스의 값들을 측정하고,
    상기 측정된 자기 커패시턴스의 값들을 상기 메모리에 저장하고,
    적어도 하나의 가장 큰 상기 자기 커패시턴스의 값들을 갖는 상기 제 1 전극들 중 적어도 하나의 상기 노드들에 대해 상기 상호 커패시턴스의 값들을 측정하고,
    상기 측정된 상호 커패시턴스의 값들을 상기 메모리에 저장하고,
    상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 힘의 값들을 상기 메모리에 저장하고, 그리고
    상기 터치들의 위치를 결정하기 위해 상기 저장된 자기 및 상호 커패시턴스의 값들을 사용하도록 구성되고,

    상기 디지털 프로세서는:
    상기 복수의 힘 센서들에 의해서 측정된 상기 힘의 값들로부터 상기 터치 감지 표면 상의 힘 포인트와 기하학적 질량 중심(geometric center of mass)을 계산하고, 또한, 상기 계산된 힘 포인트와 상기 기하학적 질량 중심을 비교하여, 수행할 동작을 결정하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 광 투과성이고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO)을 포함하는, 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 광 투과성이고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들은 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide; ATO)을 포함하는, 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 4개의 모서리들을 포함하는, 시스템.
  5. 터치 감지 표면에의 복수의 터치들의 위치와 상기 터치 감지 표면에의 상기 터치들의 합력을 결정하기 위한 방법으로서,
    제 1 축의 평행 방향으로 배열된 제 1 복수의 전극들을 제공하는 단계 - 상기 제 1 복수의 전극들 중 각각은 자기 커패시턴스를 포함함 -;
    상기 제 1 축에 수직인 제 2 축의 평행 방향으로 배열된 제 2 복수의 전극들을 제공하는 단계 - 상기 제 1 복수의 전극들은, 상기 제 2 복수의 전극들 위에 위치하고 또한 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들의 중첩 교차부들을 포함하는 복수의 노드들을 형성하고, 여기서 상기 복수의 노드들 중 각각은 상호 커패시턴스를 포함함 -;
    상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들이 배치되고 복수의 모서리들을 갖는 기판을 제공하는 단계;
    복수의 힘 센서들을 제공하는 단계 - 상기 기판의 모서리 각각에 상기 복수의 힘 센서들 중 각각이 결합됨 -;
    상기 제 1 복수의 전극들의 상기 자기 커패시턴스의 값들을 결정하기 위해 상기 제 1 복수의 전극들을 스캐닝하는 단계;
    상기 제 1 복수의 전극들 중 어느 전극들이 가장 큰 자기 커패시턴스의 값들을 갖는지를 결정하기 위해 상기 스캐닝된 자기 커패시턴스의 값들을 비교하는 단계;
    상기 복수의 노드들 중 각각의 상호 커패시턴스의 값들을 결정하기 위해 상기 제 1 복수의 전극들 중 가장 큰 자기 커패시턴스의 값들을 갖는 전극들의 노드들을 스캐닝하는 단계;
    가장 큰 자기 커패시턴스의 값들을 갖는 상기 제 1 전극들상의 상기 복수의 노드들 중 각각의 상기 스캐닝된 상호 커패시턴스의 값들을 비교하는 단계 - 가장 큰 상호 커패시턴스의 값들을 갖는 노드들은 상기 터치 감지 표면에의 터치들의 위치임 -;
    상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 힘의 값들로부터 그리고 터치들의 결정된 위치들로부터, 계산된 힘 포인트와 기하학적 질량 중심을 결정하는 단계; 및
    상기 계산된 힘 포인트를 상기 질량 중심과 비교하여, 수행할 동작을 결정하는 단계;를 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자기 및 상호 커패시턴스의 값들은 아날로그 프런트 엔드부와 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에 의해 측정되는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 자기 및 상호 커패시턴스의 값들은 디지털 디바이스의 메모리에 저장되는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스 내의 디지털 프로세서는, 상기 터치들의 터치 위치들과 상기 터치 위치들에서 상기 터치 감지 표면에 상기 터치들에 의해 가해진 각각의 힘들을 결정할 때, 상기 저장된 자기 및 상호 커패시턴스의 값들을 사용하는, 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    이어지는 단계들로서,
    상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 상기 힘의 값들을 합산하여 상기 계산된 힘 포인트를 결정하는 단계; 및
    상기 터치들의 터치 위치들과 상기 복수의 힘 센서들에 의해 측정된 상기 힘의 값들을 사용하여 상기 기하학적 질량 중심을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기하학적 질량 중심에 대한 상기 계산된 힘 포인트의 X-오프셋(XR)을 결정하는 것; 및
    상기 기하학적 질량 중심에 대한 상기 계산된 힘 포인트의 Y-오프셋(YR)을 결정하는 것을 더 포함하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 X-오프셋(XR)을 결정하는 것은, XR = (((F1 + F3) * (-W/2)) + ((F2 + F4) * (W/2)))/FR을 푸는 것을 포함하고,
    여기서 W는 상기 터치 감지 표면의 페이스의 폭(width of a face)이고, XR은 상기 질량 중심으로부터 상기 계산된 힘 포인트까지의 X-오프셋이고,
    F1, F2, F3, F4는 상기 기판의 복수의 모서리들 중 4개의 모서리의 각각에 결합된 각각의 상기 힘 센서들에 의해 측정된 힘의 값들이고, 상기 기판의 복수의 모서리들은 4개 이상이며, 그리고
    FR은 상기 F1, F2, F3, F4를 합산한 총 결과 힘인, 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 Y-오프셋(YR)을 결정하는 것은, YR = (((F1 + F2) * (-H/2)) + ((F3 + F4) * (H/2)))/FR을 푸는 것을 포함하고,
    여기서 H는 상기 터치 감지 표면의 페이스의 높이(height of a face)이고,
    YR은 상기 질량 중심으로부터 상기 계산된 힘 포인트까지의 Y-오프셋이고,
    F1, F2, F3, F4는 상기 기판의 복수의 모서리들 중 4개의 모서리의 각각에 결합된 각각의 상기 힘 센서들에 의해 측정된 힘의 값들이고, 상기 기판의 복수의 모서리들은 4개 이상이며, 그리고
    FR은 상기 F1, F2, F3, F4를 합산한 총 결과 힘인, 방법.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 계산된 힘 포인트가 상기 질량 중심과 일치할 때, 상기 터치들의 수직 이동이 결정되는, 방법.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 계산된 힘 포인트가 상기 질량 중심과 일치하지 않을 때, 상기 터치들의 회전 이동이 결정되는, 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서 및 메모리, 상기 아날로그 프런트 엔드부 및 상기 아날로그-디지털 컨버터는 디지털 디바이스에 의해 제공되는, 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서 및 메모리, 상기 아날로그 프런트 엔드부 및 상기 아날로그-디지털 컨버터는 적어도 하나의 디지털 디바이스에 의해 제공되는, 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는 마이크로컨트롤러를 포함하는, 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 주문형 반도체 및 프로그램 가능 로직 어레이로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
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