KR102542753B1 - 인간-컴퓨터 인터페이스에서 터치 입력을 검출하고 특성화하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템의 일 변형예는: 상부층 및 바닥층, 바닥층 상에 배열되는 커패시턴스 센서의 어레이, 및 커패시턴스 센서에 인접한 지지 위치의 어레이를 포함하는 기판; 기판의 상부층 위에 배열되는 터치 센서 표면; 지지 위치에 결합되고, 기판을 섀시에 결합하도록 구성되고, 및 터치 센서 표면에 인가되는 힘에 응답하여 섀시를 향해 하방으로 기판의 변위에 항복하도록 구성되는 스프링 요소의 어레이; 스프링 요소에 인접한 섀시에 결합하고 그리고 결합 플레이트를 향한 기판의 변위에 응답하여 커패시턴스 센서의 커패시턴스값을 제공하도록 구성되는 결합 플레이트; 및 커패시턴스 센서의 커패시턴스값에 기초하여, 터치 센서 표면 상의 입력의 힘 크기를 해석하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다.
Description
본 출원은 2020년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/984,448호, 2020년 6월 17일자로 출원된 미국 가특허출원 제63/040,433호, 및 2020년 8월 7일자로 출원된 미국 가특허출원 제63/063,168호의 이익을 청구하며, 그 각각은 여기에 참조 인용되었다.
본 출원은 2014년 9월 26일에 출원된 미국 특허출원 제14/499,001호, 및 2019년 3월 8일에 출원된 미국 특허출원 제16/297,426호에 관한 것이며, 그 각각은 여기에 참조 인용되었다.
본 발명은 일반적으로 터치 센서의 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 터치 센서의 분야에서 신규하고 유용한 인간-컴퓨터 인터페이스 시스템에 관한 것이다.
도 1은 시스템의 개략도이다.
도 2는 방법의 흐름도이다.
도 3은 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 4는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 5는 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 6은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 7은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8f는 시스템의 변형예의 개략도이다.
도 9는 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 10은 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 11은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 12는 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 13a 및 도 13b는 시스템의 변형예의 개략도이다.
도 14는 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 2는 방법의 흐름도이다.
도 3은 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 4는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 5는 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 6은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 7은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8f는 시스템의 변형예의 개략도이다.
도 9는 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 10은 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 11은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 12는 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 13a 및 도 13b는 시스템의 변형예의 개략도이다.
도 14는 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
본 발명의 실시예의 이하의 기재는 본 발명을 이들 실시예에 한정하기 위한 것이 아니라, 본 기술분야의 숙련자로 하여금 본 발명을 제조하고 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 여기에 기재된 변형예, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예는 선택적인 것이며, 그리고 이들이 설명하는 변형예, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예에 배타적이지 않다. 여기에 기재된 발명은 이들 변형예, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예의 임의의 그리고 모든 치환을 포함할 수 있다.
1. 방법
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스의 표면에서 입력을 특성화하기 위한 방법(S100)은: 블록(110)에서, 압력 센서 요소의 어레이를 포함하는 압력 센서 위에 배열된 터치 센서 표면(116)에서 터치 입력을 검출하는 단계; 블록(S120)에서, 압력 센서 요소의 어레이의 각각의 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 저항값의 세트를 판독하는 단계; 블록(S130)에서, 상기 저항값의 세트를, 터치에 의해 터치 센서 표면(116) 위에 발휘된 힘의 크기 성분의 세트로 변환하는 단계; 블록(S140)에서, 상기 크기 성분의 세트에 기초하여, 힘의 크기를 계산하는 단계; 블록(S150)에서, 상기 크기 성분의 세트에서 크기 성분들 사이의 차이에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 추정 위치를 유도하는 단계; 블록(S160)에서, 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 힘 분포 및 상기 터치 입력의 추정 위치를 나타내는 터치 입력과 관련된 압력 이미지를 발생하는 단계; 및 블록(S170)에서, 임계 크기를 초과하는 힘의 크기에 응답하여, 터치 센서 표면(116)을 발진시키기 위해, 터치 입력의 추정 위치에 가장 가까운 진동기의 세트에서 진동기를 선택적으로 구동하는 단계를 포함한다.
1.1 응용
일반적으로, 방법(S100)은 (저해상도) 압력 센서 요소의 세트, (고해상도) 용량성 터치 센서(170), 및 컨트롤러(180)를 포함하는 시스템(100)에 의해 실행될 수 있으며, 상기 컨트롤러는: 용량성 터치 센서(170)에 의해 캡처된 고해상도 데이터에 기초하여, 시스템(100)의 터치 센서 표면(116)(예를 들어, 트랙패드, 키보드, 터치-감지 디스플레이) 상의 입력의 위치를 검출하여 구별하고; 압력 센서 요소의 세트 및 이들 압력 센서 요소의 위치에 의해 캡처된 동시발생 저해상도의 힘 데이터에 기초하여, 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 힘 분포를 해석하고; 이들 입력의 검출된 위치 및 힘 분포에 기초하여, 상기 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘을 해석하고; 및 입력의 위치 및 이들 입력의 힘 크기를 나타내는 스캔 이미지를 발생한다. 보다 구체적으로, 시스템(100)은 고해상도 압력 또는 힘 정보로 주석이 달린, 터치 센서 표면(116) 상의 입력의 고해상도 공간 이미지를 발생하기 위해, 터치 센서 표면(116) 뒤의 간헐적인 위치에 분포된 개별 압력 센서 요소의 세트에 의해 출력되는 저해상도 압력 데이터를, 상기 터치 센서 표면(116) 상에 걸쳐 있는 용량성 터치 센서(170)에 의해 출력되는 고해상도 입력 위치 데이터와 융합할 수 있다.
시스템(100)은 인접한 용량성 터치 센서(170)의 픽셀의 수량보다 더 적은 크기의 다중 차수(multiple order)인 압력 센서 요소의 수량을 포함하는 저해상도 압력 센서 어레이를 포함할 수 있다[예를 들어, 10개의 압력 센서 요소 대 200만개의 용량성 터치 센서(170) 픽셀]. 이에 따라, 시스템(100)은 용량성 터치 센서(170)를 통해 더 긴 기간에 걸쳐 및/또는 더 큰 전력 소비로 고해상도 입력 위치 데이터를 캡처할 동안, 비교적 짧은 기간에 걸쳐 및/또는 제한된 전력 소비로 압력 센서 어레이의 압력 센서 요소를 스캔하고 해석할 수 있다.
일 예에 있어서, 시스템(100)은, 시스템(100)(예를 들어, 주변 터치 입력 디바이스, 스마트폰 디스플레이, 랩탑 컴퓨터에 통합된 트랙패드)의 섀시 내에 터치 센서 표면(116)을 기계적으로 지지하고 위치시키는 개별적인(예를 들어, 불연속적인) 압력 센서 요소(이하, "압력 센서 어레이")의 어레이를 포함한다. 일반적으로, 각각의 압력 센서 요소는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130); 및 인가된 힘에 응답하여 국부적 벌크 저항의 변화를 나타내고, 따라서 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130) 사이의 저항 변화를 생성하는 힘-감지 재료를 포함할 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는: 스캔 사이클 동안 각각의 압력 센서 요소로부터 저항값을 판독할 수 있고; 터치 센서 표면(116) 아래의 이들 압력 센서 요소의 알려진 위치에 기초하여, 이들 저항값을, 터치 센서 표면(116)에 인가되어 이들 압력 센서 요소에 전달되는 힘 크기로 변환할 수 있고; 및 그 후, 압력 센서 요소의 알려진 위치, 터치 센서 표면(116)의 알려진 역학, 및 상기 스캔 사이클 동안 용량성 터치 센서(170)에 의해 검출된 힘의 위치 등에 기초하여, 상기 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 고해상도의 힘 분포로 변환할 수 있다. 이에 따라, 시스템(100)은 용량성 터치 센서(170)에 의해 캡처된 고해상도 입력 위치 데이터를 활용하여, 개별 압력 센서 요소의 어레이에 의해 캡처된 저해상도 힘 데이터를 업샘플링할 수 있으며, 따라서 그 후 터치 센서 표면(116) 상의 개별 입력의 힘 크기를 보간할 수 있다.
또한, 시스템(100)이 터치 센서 표면(116)의 주변 또는 모서리를 따르기 보다는 또는 터치 센서 표면(116)의 주변 또는 모서리뿐만 아니라, 터치 센서 표면(116)의 후방측을 가로질러 분포된 개별 압력 센서 요소를 포함하기 때문에, 이런 개별 압력 센서 요소의 세트는 더 짧은 지지되지 않는 최대 스팬(maximum unsupported span)으로 터치 센서 표면(116)을 기계적으로 지지할 수 있으며, 이에 의해 인가된 힘 하에서 터치 센서 표면(116)의 편향을 감소시키고, (더욱 민감한) 용량성 터치 센서(170) 상의 변형률을 감소시키며, 용량성 터치 센서(170)의 출력에서 높은 정확도와 일관성을 유지한다.
유사하게, 시스템(100)이 터치 센서 표면(116)의 후방측을 가로질러 어레이 내에 구성된 개별 압력 센서 요소를 포함하기 때문에, 시스템(100)의 아키텍처는 상이한 크기의 터치 센서 표면(116)으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 터치 센서 표면(116)을 가로질러 목표 또는 지지되지 않는 최대 스팬 길이를 생성하는 개별 압력 센서 요소의 수량을 설치함으로써, 70 ㎜ x 120 ㎜ 터치패드로(및 더 작은), 그리고 230 ㎜ x 360 ㎜ 노트북 디스플레이로(및 더 큰) 확장될 수 있으며, 이에 의해 이들 디바이스의 컨트롤러(180)가 그 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 힘 분포를, 이들 터치 센서 표면(116)의 크기로부터 분리된 해상도 및 정확도로 계산할 수 있게 한다.
1.2 압력 센서 요소(Pressure Sensor Element)
도 3에 도시된 바와 같이, 압력 센서 어레이는 개별 압력 센서 요소의 세트를 포함한다. 일 구현에 있어서, 각각의 압력 센서 요소는: 기판(110)(유리섬유 PCB) 상에 형성된 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 세트; 상기 시스템(100)의 터치 센서 표면(116)에 인가된 입력의 힘 크기에 비례하는 국부적 벌크 저항(local bulk resistance)의 변화[이에 따라 국부적 벌크 전도도(bulk conductivity)의 변화]를 나타내는 힘-감지 재료의 쿠폰(coupon); 및 도 1에 도시된 바와 같이 힘-감지 재료 및 강성 섀시에, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 스프링 요소(150)에 접합된 스페이서(140)(또는 "편향 스페이서")에 의해 형성된다.
일반적으로, 각각의 압력 센서 요소는 기판(110)의 하부측 상의 개별적인 힘-감지 영역에 국한되고 그리고 기판(110)과 섀시 사이에 개재되는, 개별적인 저항 압력 센서(예를 들어, 직경 5-10 ㎜)를 정의한다. 일 구현에 있어서, 각각의 압력 센서 요소는 단일의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 포함한다. 예를 들어, 미국 특허출원 제14/499,001에 개시된 바와 같이, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)은 기판(110)의 바닥층(112) 상의 지지 영역을 가로질러 연장되는 맞물린 전극 쌍(interdigitated electrode pair)(130)을 정의할 수 있다. 압력 센서 어레이의 조립 전에, 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)은 작동 중 전극의 산화를 방지하기 위해, 금 또는 다른 불활성 금속(예를 들어, 무전해 니켈 침지 금 표면 도금)의 얇은 층으로 표면-도금될 수 있으며, 이에 의해 디바이스의 수명 동안 압력 센서 요소의 일관되고 정확한 신호 출력을 유지한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 힘-감지 재료는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 세트 아래에 배열되고 그리고 압력 센서 요소의 주변에 대해 기판(110)에 접합되어, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 세트와 힘-감지 재료 사이에 작은 에어 갭(air gap)을 형성한다. 힘-감지 재료는 구동 전극과 대응의 감지 전극 사이의 갭에 걸쳐 있으며, 그리고 일반적으로는 인가된 힘의 국부적 변화에 응답하는 국부적 벌크 저항 및/또는 벌크 전도도의 변화를 나타낸다. 작동 중, 터치 센서 표면(116)에 대한 힘의 인가는, 특정의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130) 사이의 저항이 터치 센서 표면(116) 상의 힘의 국부적 크기에 비례하여(예를 들어, 선형으로, 역으로, 2차로, 지수적으로) 변하도록, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 향해 힘-감지 재료를 압축(예를 들어, 변위, 조밀화)한다. 따라서 컨트롤러(180)는 압력 센서 요소 내에서 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값(및/또는 저항 변화)을 샘플링할 수 있으며, 그리고 이들 저항값을, 압력 센서 요소의 위치에서 터치 센서 표면(116) 위에 인가되는 국부적 힘 크기(또는 힘 크기 성분)로 변환할 수 있다. 압력 센서 어레이의 각각의 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값을 샘플링함으로써, 컨트롤러(180)는 이에 따라 각각의 압력 센서 요소에서 샘플링된 저항값을, (전체) 힘 크기 및/또는 터치 센서 표면(116) 위에 인가되는 하나 또는 그 이상의 개별적인 힘 입력의 위치로 변환할 수 있다.
일 구현에 있어서, 힘-감지 재료의 쿠폰은 에어 갭과 외부 환경 사이의 공기 압력을 연속적으로 동등하게 하기 위해, 에어 갭과 힘-감지 재료의 외면 사이의 핀홀(pinhole) 또는 채널과 같은, (작은) 통풍구(air vent)를 포함하며, 이에 의해 외부 환경 내의 공기 압력의 변화(예를 들어, 고도 변화, 내부 또는 외부 공기 온도의 변화로 인한)에 응답하여, 및/또는 작동 중 섀시를 향한 터치 센서 표면(116) 및 기판(110)의 변위에 응답하여 발생할 수도 있는, 에어 갭 내의 압력 축적 또는 진공 축적을 방지한다. 따라서 에어 갭은 힘 감지 재료가 에어 갭 내의 및/또는 외부 환경 내의 변화하는 공기 압력 조건 하에서 일관된 기계적 특성 및/또는 역학을 유지할 수 있게 한다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 압력 센서 요소는 힘-감지 재료[또는 힘-감지 재료의 아래에 배열된 기판(110)] 및 전자 디바이스의 섀시에 접합되는 편향 스페이서(140)를 포함한다. 일 구현에 있어서, 편향 스페이서(140)는 압력 센서 요소와 대략 동일한 직경(예를 들어, 3-7 ㎜)의 발포체, 연질 실리콘, 또는 초연질 실리콘으로 형성되는 패드형 요소를 정의한다. 편향 스페이서(140)는 일반적으로 섀시에 대해 압력 센서 요소를 구속하지만, 그러나 터치 센서 표면(116) 및/또는 압력 센서 어레이 내의 진동기 요소가 터치 센서 표면(116) 및 섀시에 평행한 평면 내에서 발진하는 것을 허용한다. 터치 센서 표면(116), 기판(110), 및/또는 압력 센서 요소의 발진을 섀시에 평행한 평면으로 구속함으로써(예를 들어, 1 또는 2의 자유도를 제외한 모든 자유도로 이동을 구속함으로써), 편향 스페이서(140)는 실질적으로 햅틱 피드백 응답 중 진동기를 작동할 때 힘-감지 재료의 부주의한 압축을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 컨트롤러(180)에 의해 수행되는 저항 측정에 영향을 끼치는 것으로부터, 기판(110) 상의 진동기 및 힘-감지 재료에 의해 발휘되는 힘의 영향을 감소시킨다. 편향 스페이서(140)는 햅틱 피드백 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 및/또는 기판(110)의 발진 또는 진동에 응답하여 압력 센서 요소[예를 들어, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130) 및 힘-감지 재료]의 다른 구성요소의 변위를 흡수(예를 들어, 감소, 상쇄)할 수도 있으며, 이에 의해 압력 센서 요소가 진동기의 작동에 이어 터치 센서 표면(116)에 대해 평형 위치로 신속하게 복귀할 수 있게 한다. 보다 구체적으로, 편향 스페이서(140)는 터치 센서 표면(116) 상의 대응의 위치에 대해 압력 센서 요소의 위치를 실질적으로 고정하기 위해, 시간의 경과에 따라 압력 센서 요소의 횡방향 이동을 안정화시키고 감소시키는 복원력(예를 들어, 댐핑력)을 발휘할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이들 압력 센서 요소의 세트는 터치 센서 표면(116) 및/또는 기판(110) 아래에 배열되어, 터치 센서 표면(116) 아래에 임의의 개수의 개별적인 위치에서 저항력 및/또는 압력 감지 능력을 구비한 압력 센서 어레이를 형성할 수 있으며, 이에 의해 터치 입력을 검출할 때 및/또는 특성화할 때, 제조 비용이 감소되고 그리고 연산 요구사항이 더 낮은(예를 들어, 연속 센서 어레이에 비해) 견고하고 확장 가능한 힘 감지 아키텍처를 가능하게 한다.
1.3 압력 센서 어레이(Pressure Sensor Array)
도 4에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 터치 센서 표면(116) 아래의 개별적인 위치의 세트에서 기판(110) 아래에 배열되고, 그리고 기계적으로 및 전기적으로 이에 결합되어, 압력 센서 어레이를 정의하는 압력 센서 요소의 세트(a set of pressure sensor elements)를 포함한다. 일반적으로, 압력 센서 어레이의 각각의 압력 센서 요소 사이의 거리는, 터치 센서 표면(116)의 치수에 대해 실질적일 수 있다(예를 들어, 압력 센서 요소 사이의 횡방향 및 길이방향 피치 거리가 1인치 정도). 그러나 압력 센서 어레이는 터치 센서 표면(116)의 주변 또는 모서리를 따라 배열된 압력 센서 요소 대신에 및/또는 이와 함께, 터치 센서 표면(116) 및 기판(110) 스택의 중간 부분 아래에[예를 들어, 터치 센서 표면(116)의 하나 또는 그 이상의 중심 평면의 축선 아래에 및/또는 이에 인접하여] 배열되는 압력 센서 요소를 포함할 수도 있으며, 이에 의해 인가된 힘 하에서 터치 센서 표면(116)의 상기 중간 부분의 편향[예를 들어, 휘어짐(bowing)]을 감소시킨다.
일 구현에 있어서, 압력 센서 어레이는 터치 센서 표면(116) 및 기판(110)의 아래에 배열된 압력 센서 요소의 그리드 어레이를 포함한다(예를 들어, 4 x 3 어레이, 8 x 6 어레이). 특히, 압력 센서 어레이는 터치 센서 표면(116)의 제1 엣지의 근위에 배열된 압력 센서 요소의 제1 서브세트(예를 들어, 트랙패드 표면의 좌측 엣지를 따라 배열되는 3개의 압력 센서 요소의 세트), 상기 제1 엣지와 대향하는 터치 센서 표면(116)의 제2 엣지의 근위에 배열되는 압력 센서 요소의 제2 서브세트(예를 들어, 트랙패드 표면의 우측 엣지를 따라 배열되는 3개의 압력 센서 요소의 세트), 및 압력 요소의 제1 및 제2 서브세트 사이에 배열되는 압력 센서 요소의 제3 서브세트(예를 들어, 트랙패드의 중간 부분에 배열되는 6개의 압력 센서 요소의 세트)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서 요소의 그리드 어레이는, 터치 센서 표면(116)[예를 들어, 3 인치 x 5 인치 터치 센서 표면(116)] 아래에 압력 센서 요소의 2 × 3 그리드 어레이를 생성하기 위해, 1.5 인치의 횡방향 및 길이방향 피치 거리에서 6개의 개별 압력 센서 요소의 세트를 포함한다. 또 다른 예에 있어서, 그리드 어레이는 터치 센서 표면(116) 아래에 압력 센서 요소의 3 x 4 그리드 어레이를 생성하기 위해, 0.75 인치의 횡방향 및 길이방향 피치 거리에서 12개의 개별 압력 센서 요소의 세트를 포함할 수 있다. 추가적으로 및/또는 대안적으로, 압력 센서 어레이는, 압력 센서 요소의 상이한 개수의 로우(row) 및/또는 컬럼(column)을 포함함으로써 및/또는 압력 센서 요소 사이의 횡방향 및/또는 길이방향 피치 거리를 변경함으로써, 터치 센서 표면(116) 크기의 범위에 대한 용량을 기계적으로 지지하고 제공하기 위해, 상이한 크기의 터치 센서 표면(116)으로 확장될 수 있다.
이런 구현에 있어서, 압력 센서 요소의 세트는 섀시에 결합될 때, 각각의 그리드 위치에서 기판(110) 상에 수직력을 발휘함으로써, 기판(110) 및 터치 센서 표면(116)을 기계적으로 지지한다. 따라서 터치 센서 표면(116)의 중간 부분 아래에 위치된 압력 센서 요소는, 힘의 국부적 인가에 대해 터치 센서 표면(116) 및 기판(110)을 구속하며, 이에 의해 시스템(100)의 수명에 걸쳐 이들 구성요소의(및 이에 따른 힘-감지 재료의) 과도한 뒤틀림(warping) 및/또는 변형을 감소시키고, 그리고 압력 센서 어레이의 일관되고 정확한 저항 신호 출력을 유지한다. 시스템(100)이 용량성 터치 센서(170)[예를 들어, 기판(110)과 터치 센서 표면(116) 사이에 개재되는]를 포함하는 변형예에 있어서, 기판(110), 용량성 터치 센서(170), 및 압력 센서 어레이에 의해 활성화되는 터치 센서 표면(116)의 기계적 지지는, 터치 센서 표면(116)에 힘을 인가할 동안, 용량성 터치 센서(170) 상의 변형률을 감소시킬 수도 있어서, 작동 중 용량성 터치 센서(170)의 출력에서 높은 정확도 및 일관성을 유지한다.
또한, 개별적인 위치의 세트에서 터치 센서 표면(116)을 기계적으로 지지함으로써, 압력 센서 요소의 어레이는 터치 센서 표면(116)의 섀시를 향한 변위(예를 들어, 압축)가 실질적으로 인가된 힘의 국부 최대값의 둘레(예를 들어, 입력의 위치)로 국한되도록, 터치 센서 표면(116) 및 기판(110)을 과도하게 구속할 수 있다[예를 들어, 연속 센서 어레이 또는 터치 센서 표면(116)의 각각의 모서리 아래에서 힘-감지 요소를 구비한 "4개의 모서리(four-corner)" 배열에 비해]. 결과적으로, 터치 센서 표면(116)의 주변 영역은 압력 센서 요소의 어레이에 의해 부과된 기계적 구속으로 인해, 섀시로부터 멀어지는 변위(예를 들어, 네거티브 변위)를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 입력의 위치에 가장 가까운 압력 센서 요소의 힘-감지 재료는, 원위 압력 센서 요소의 힘-감지 재료보다 실질적으로 더 큰 압축을 나타낼 수 있으며, 이는 근위 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항을 불균형적으로 변화시킨다(예를 들어, 감소시킨다). 마찬가지로, 터치 센서 표면(116)의 네거티브 변위는 주변 압력 센서 요소에서 힘-감지 재료를 신장(예를 들어, 확장)시킬 수 있고, 이에 의해 이들 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항을 증가시킨다. 이에 따라, 컨트롤러(180)는 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 입력의 대략적인 위치를 유도(예를 들어, 계산, 연산)하기 위해, 저항값의 이런 패턴(또는 저항값의 변화)을 해석할 수 있다.
따라서 컨트롤러(180)와 함께, 압력 센서 요소의 개별 어레이는, 높은 동적 범위(예를 들어, 힘 감도)를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 소수의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 사용하더라도(예를 들어, 구동 전극 및 감지 쌍의 연속적인 어레이에 대해), 터치 센서 표면(116)의 알려진 및/또는 보간된 역학에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 힘의 대략적인 위치를 유도할 수 있다. 추가적으로 및/또는 대안적으로, 시스템(100)은 압력 센서 어레이에 의해 캡처된 힘 데이터를, 커패시턴스값 및/또는 통합된 용량성 터치 센서(170)에 의해 캡처된 커패시턴스 이미지와 병합할 수 있으며, 이에 의해 컨트롤러(180)로 하여금 (고해상도) 커패시턴스 데이터에 기초하여 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 힘 분포를 보간할 수 있게 한다(예를 들어, 근사시킬 수 있게 한다). 위의 예는 압력 센서 요소의 비교적 작은(예를 들어, 4 x 3) 어레이와 관련이 있지만, 압력 센서 어레이는 더 큰 터치 센서 표면(116)을 정의하는 입력 디바이스에 대해 힘 감지 능력을 기계적으로 지지하고 제공하기 위해, 더 큰 폼 팩터(form factor) 및/또는 해상도로 확장될 수 있다(예를 들어, 5 인치 x 11 인치 키보드 표면, 태블릿 컴퓨터의 터치 디스플레이).
이런 구현에 있어서, 압력 센서 어레이의 각각의 압력 센서 요소는, 기판(110)을 통해 라우팅된 구동 라인 및 감지 라인의 세트에 의해 컨트롤러(180) 및/또는 다른 압력 센서 요소에 전기적으로 결합될 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 입력의 힘 크기 및/또는 위치를 결정하기 위해, 압력 센서 어레이의 각각의 압력 센서 요소에서 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 저항값을 연속적으로 및/또는 간헐적으로 측정(예를 들어, 샘플링)할 수 있다. 이런 배열에 있어서, 압력 센서 어레이의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)에 연결된 구동 라인 및 감지 라인은, 각각의 압력 센서 요소의 위치에 노드[예를 들어, 크로스오버(crossover)]를 포함하는 그리드 어레이를 정의한다. 예를 들어, 압력 센서 요소의 로우 내의 각각의 압력 센서 요소에서 구동 전극의 세트는, 기판(110)을 통해 컨트롤러(180)에 라우팅되는 공통 드라이브 라인에 연결될 수 있다. 또한, 압력 센서 요소의 컬럼 내의 각각의 압력 센서 요소에서 대응의 감지 전극의 세트[구동 전극의 세트를 구비한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 정의하는]는, 기판(110)을 통해 컨트롤러(180)로 라우팅되는 공통 감지 라인에 연결될 수 있다. 압력 센서 어레이의 압력 센서 요소들 사이의 횡방향 및 길이방향 피치 거리로 인해, 구동 라인 및 감지 라인의 그리드 배열은 조밀하며, 그리고 기판(110)의 영역의 작은 부분을 점유하며[예를 들어, 전극 쌍(130)의 연속적인 그리드 어레이에 대해], 이에 의해 햅틱 피드백 구성요소, 컨트롤러(180), 및 기타 회로 구성요소가 기판(110)의 바닥면에 내장되거나, 증착되거나, 또는 달리 직접 통합될 수 있게 하여, 시스템(100)의 전체 스택 높이를 감소시킨다.
일반적으로, 시스템(100)은 또한 터치 센서 표면(116) 아래에 배열되고 그리고 컨트롤러(180)에 전기적으로 결합되는 진동기의 세트를 포함하는, 햅틱 피드백 모듈을 포함한다. 작동 중, 컨트롤러(180)는 일반적으로 사운드 및/또는 기계식 스냅 버튼(예를 들어, 트랙패드 클릭) 또는 기계식 키이의 눌려짐과 해제(예를 들어, 작동)의 촉각을 모방한 햅틱 피드백을 출력하기 위해, (예를 들어, 임계 힘 또는 압력을 초과하는) 터치 센서 표면(116) 상의 입력 검출에 응답하여, 진동기의 세트를 구동하여 터치 센서 표면(116)을 발진시키도록 구성된다.
일 구현에 있어서, 시스템(100)은 터치 센서 표면(116) 및/또는 기판(110)의 아래에 그리고 기판(110)의 주변에 근접하여 배열되는 진동기의 세트를 포함한다. 예를 들어, 각각의 진동기는 인덕터와 섀시 사이에 개재된 자기 요소(194)와 쌍을 이루는, 기판(110)의 내면에 접합된 다중-루프 와이어 또는 트레이스 코일과 같은, 인덕터를 정의할 수 있다. 이런 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 인덕터의 분극[예를 들어, 컨트롤러(180) 및/또는 상기 컨트롤러(180)에 결합된 햅틱 피드백 모듈에 의해 출력되는 특정 파형의 구동 전류를 통한]은, 트랙패드 "클릭" 또는 기계적 키이 스트로크(keystroke)와 같은, 기계식 버튼 및/또는 키이의 작동을 모방한 진동 피드백 신호를 발생하기 위해, 기판(110) 및 터치 센서 표면(116)에 의해 정의되는 편심 질량(eccentric mass)을 발진시킨다.
또 다른 구현에 있어서, 진동기의 세트는 각각의 진동기가 압력 센서 요소의 서브세트 사이에 위치되도록, 압력 센서 요소의 그리드 어레이로부터 오프셋된 그리드 어레이 내에 배열된다. 이런 구현에 있어서, 컨트롤러(180)[예를 들어, 컨트롤러(180) 내의 햅틱 피드백 서브-컨트롤러(180)]는, 입력 위치 둘레에 햅틱 피드백을 국한하기 위해, 인가된 힘의 국부 최대값 및/또는 센서 표면(116) 상의 입력의 계산된 위치에 가장 가까운 그리드 어레이에서 진동기의 서브세트를 선택적으로 구동(예를 들어, 발진)하도록 구성될 수 있다. 또한, 이런 그리드 배열은 시스템(100)으로 하여금 더 작은 물리적 치수의 진동기를 햅틱 피드백 모듈에 통합할 수 있게 하며, 이에 의해 시스템(100)의 전체 스택 높이를 감소시킨다.
기판(110)이 다층 PCB 를 정의하는 또 다른 구현에 있어서, 진동기의 세트는 다층 PCB 의 하나 또는 그 이상의 층 내에 형성되고 및/또는 이에 직접적으로 통합되는 인덕터의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 다층 PCB 의 하부층(들)의 하나 또는 그 이상의 영역 내에서 컨트롤러(180)[예를 들어, 컨트롤러(180) 내의 햅틱 피드백 서브-컨트롤러(180)]에 전기적으로 결합되는 다중-루프 와이어 또는 트레이스 코일의 세트; 및 상기 다층 PCB 와 섀시 사이에 개재되고 그리고 다중-루프 와이어 코일의 세트와 정렬되고, 이에 의해 시스템(100)의 전체 스택 높이를 상당히 감소시키는 자기 요소(194)의 세트[예를 들어, 철 요소(ferrous element), 영구 자석]를 포함한다. 이런 구현에 있어서, PCB 의 하부층은 압력 센서 어레이의 영역에 걸쳐 있고 그리고 컨트롤러(180)에 전기적으로 결합되는, 즉 하나 또는 그 이상의 코일에 노치되거나 또는 달리 이에 근접하여 분기되는, 구리 또는 기타 도전성 재료의 층과 같은, 도전성 접지면을 정의할 수 있다. 압력 센서 어레이에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값을 스캔할 동안, 컨트롤러(180)는 외부 전자기 방사선으로부터 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 차폐하기 위해, 접지면 및 인덕터의 세트를 접지 및/또는 가상 기준 전위로 구동할 수 있으며, 이에 의해 신호 대 노이즈 비율을 증가시키고 그리고 압력 센서 어레이의 저항성 신호 출력의 정확도를 개선시킨다. 추가적으로 및/또는 대안적으로, 컨트롤러(180)는 햅틱 피드백 사이클(예를 들어, 햅틱 피드백 응답의 출력) 동안, 압력 센서 어레이의 스캐닝을 일시 중지하고, 햅틱 피드백 사이클의 완료 시 압력 센서 어레이의 스캐닝을 재개하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 인덕터의 분극에 의해 유도된 자기장과 하부에 있는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 샘플링된 저항성 신호 사이의 간섭을 감소시킨다.
1.4 용량성 터치 센서(Capacitive Touch Sensor)
도 4에 도시된 바와 같이, 시스템(100)의 일 변형예는 압력 센서 어레이의 위에 배열된 용량성 터치 센서(170)[예를 들어, 상호 투영 커패시턴스 센서(120), 자체-커패시턴스 센서(120)]를 포함한다. 특히, 용량성 터치 센서(170)는 기판(110) 위에 배열될 수 있는 반면에, 압력 센서 어레이는 용량성 터치 센서(170)와 대향하는 기판(110)의 아래에 배열될 수 있다. 용량성 터치 센서(170)는 기판(110)의 상부층(111)을 가로질러 그리드 어레이를 형성하는 커패시턴스 구동 전극 및 커패시턴스 감지 전극의 세트를 포함하는 독립형 또는 개별 터치 센서를 정의할 수 있다. 커패시턴스 구동 및 커패시턴스 감지 전극의 세트에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 개수는, 실질적으로 압력 센서 어레이에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 개수보다 더 많다(예를 들어, 두 자릿수 크기).
일반적으로, 기판(110)은 (예를 들어, 입력으로부터) 터치 센서 표면(116) 위에 발휘되는 힘을 기판(110)을 통해 압력 센서 요소의 힘-감지 재료에 전달하기 위해, 최소로 인가된 부하 하에 구부러지고 변형될 수 있는 가요성 재료의 층을 포함하며, 이에 의해 터치 센서 표면(116) 위에 발휘된 힘으로 하여금 압력 센서 어레이의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항 변화를 제공할 수 있게 한다. 용량성 터치 센서(170)는, 이하에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 터치 센서 표면(116) 상의 입력의 위치, 크기, 및/또는 기간을 나타내는 용량성 터치 이미지를 발생 및 출력하도록 구성된, 컨트롤러(180) 내의 커패시턴스 컨트롤러(180)를 포함 및/또는 인터페이스할 수 있다.
1.5 컨트롤러(Controller)
일반적으로, 컨트롤러(180)는 압력 센서 서브-컨트롤러(180), 용량성 센서 서브-컨트롤러(180), 및/또는 햅틱 서브-컨트롤러(180)를 포함한다. 컨트롤러(180) 내의 압력 센서 서브-컨트롤러(180)는 압력 센서 어레이를 구동하여, 스캔 사이클 동안 압력 센서 어레이의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130) 사이의 저항값을 판독하고, 압력 센서 어레이로부터 샘플링된 저항 데이터를 터치 센서 표면(116)에 대한 힘 입력의 크기로 변환하고, 개별 압력 센서 요소들 사이의 관찰된 저항 변화 및/또는 압력 센서 요소 내의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 관찰된 저항 구배에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 입력의 대략적인 위치를 유도(예를 들어, 보간, 계산)하도록 기능한다.
일 구현에 있어서, 압력 센서 서브-컨트롤러(180)는: 어레이 컬럼 드라이버(array column driver)(ACD); 컬럼 절환 레지스터(column switching register)(CSR); 컬럼 구동 소스(column driving source)(CDS); 어레이 로우 센서(array row sensor)(ARS); 로우 절환 레지스터(row switching register)(RSR); 및 아날로그-디지털 변환기(analog to digital converter)(ADC)를 포함한다. 이런 구현에 있어서, 터치 센서(110)는 가변 임피던스 어레이(variable impedance array)(VIA)를 포함할 수 있으며, 상기 가변 임피던스 어레이는: ACD 에 결합된 상호 연결되는 임피던스 컬럼(interlinked impedance column)(IIC); 및 ARS 에 결합되는 상호 연결된 임피던스 로우(interlinked impedance row)(IIR)를 정의한다. 저항 스캔 사이클 동안: ACD 는 CSR 을 통해 IIC 를 선택하고, CDS 로 IIC 를 전기적으로 구동할 수 있으며; VIA 는 구동된 IIC 로부터의 전류를 ARS 가 감지한 IIC 에 전달할 수 있으며; ARS 는 압력 센서 어레이 내에서 IIR 을 선택하고, RSR 을 통해 IIR 상태를 전기적으로 감지할 수 있으며; 압력 센서 서브-컨트롤러(180)는, 실질적으로 단일의 샘플링 주기 내에서 또는 다중 샘플링 주기에 걸쳐 저항 스캔 사이클 동안 터치 센서(110) 위에 입력된 개별 힘의 근접성, 접촉, 압력 및/또는 공간적 위치의 정확한 검출을 달성하기 위해, ARS 로부터 감지된 전류/전압 신호를 보간할 수 있다.
일 구현에 있어서, 압력 센서 어레이의 구동 전극의 로우는 직렬로 연결될 수 있고, 그리고 압력 센서 어레이의 감지 전극의 컬럼은 유사하게 직렬로 연결될 수 있다. 샘플링 주기 동안, 압력 센서 서브-컨트롤러(180)는: 구동 전극의 다른 모든 로우를 플로팅할 동안, 구동 전극의 제1 로우를 기준 전압으로 구동할 수 있고; 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 제1 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 제2 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 마지막 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 구동 전극의 다른 모든 로우를 플로팅할 동안, 구동 전극의 제2 로우를 기준 전압으로 구동할 수 있고; 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 제1 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 제2 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 마지막 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 및 마지막으로 구동 전극의 다른 모든 로우를 플로팅할 동안, 구동 전극의 마지막 로우를 기준 전압으로 구동할 수 있다. 그 후, 압력 센서 서브-컨트롤러(180)는 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 제1 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 제2 컬럼의 전압을 기록할 수 있고; 및 블록(S110)에서 감지 전극의 다른 모든 컬럼을 플로팅할 동안, 감지 전극의 마지막 컬럼의 전압을 기록할 수 있다. 따라서 압력 센서 서브-컨트롤러(180)는 압력 센서 어레이에서 구동 전극의 로우를 순차적으로 구동할 수 있고; 압력 센서 어레이에서 감지 전극의 컬럼으로부터 저항값(예를 들어, 전압)을 순차적으로 판독할 수 있다.
커패시턴스 서브-컨트롤러(180)는: 용량성 센서에서 커패시턴스 구동 전극의 로우를 순차적으로 구동하기 위해; 용량성 센서의 커패시턴스 감지 전극의 컬럼으로부터 커패시턴스값(예를 들어, 전압)을 순차적으로 샘플링하기 위해; 상기 샘플링된 커패시턴스값을 보간하여, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 위치, 크기, 및/또는 기간 및/또는 터치 센서 표면(116)에 대한 물체의 근접성을 유도하기 위해; 및 터치 입력을 나타내는 터치 이미지를 출력하기 위해; 유사한 프로세스를 실행할 수 있다.
일 구현에 있어서, 압력 센서 서브-컨트롤러(180) 및 용량성 센서 서브-컨트롤러(180)는, 컨트롤러(180) 내의 마스터 컨트롤러(180)와 인터페이스하며, 이에 의해 압력 센서 서브-컨트롤러(180) 및 용량성 센서 서브-컨트롤러(180)를 단일의 입력 디바이스(예를 들어, 트랙패드, 키보드, 터치 감지 디스플레이)에 통합한다. 일반적으로, 마스터 컨트롤러(180)는: 터치 센서 표면(116)에서 입력 또는 물체를 확인 및/또는 특성화하고; 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(16) 근처의 물체의 위치, 크기, 및/또는 근접성뿐만 아니라, 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 위에 발휘된 전체 힘 또는 상기 터치 센서 표면을 가로지르는 압력 분포를 나타내는 터치 이미지(예를 들어 주석이 달린 터치 이미지)를 발생하고(예를 들어, 저항 및 커패시턴스 데이터 모두에 기초하여); 및 (주석이 있는) 터치 이미지를 출력하고 및/또는 상기 터치 이미지에 대응하는 사전 프로그램된 명령 기능에 액세스하기 위해; 압력(예를 들어, 힘) 데이터와 용량성 터치 데이터를 비교 및/또는 조합하도록 구성된다. 또 다른 구현에 있어서, 압력 센서 서브-컨트롤러(180) 및 용량성 센서 서브-컨트롤러(180)는, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력을 검출하고 특성화하기 위해, 전술한 프로세스 및 방법(S100)의 블록을 실행하도록 구성된 단일의 컨트롤러(180)에 통합된다.
1.6 압력 센서 해상도(Pressure Sensor Resolution)
일 구현에 있어서, 각각의 압력 센서 요소는 (예를 들어, 맞물린) 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 세트를 포함한다. 예를 들어, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 세트는 선형 어레이로(예를 들어, 압력 센서 요소의 직경을 가로질러) 배열될 수 있다. 이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는 주어진 압력 스캔 사이클 동안 구동 전극 및 감지 전극의 각각의 쌍을 가로지르는 저항값(또는 저항의 변화)을 측정할 수 있다. 그러나 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)은, 인가된 힘의 국부적 변동으로 인해, 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)과 미세하게 상이한 저항을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 터치 센서 표면(116) 상의 입력 위치에 더 가까운(즉, 인가된 힘의 국부 최대값에 더 가까운) 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)은, 입력 위치로부터 더 멀리 있는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)보다 구동 전극과 감지 전극 사이에서 더 큰 저항 변화를 나타낼 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는 상기 선형 배열에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값의 국부적 변화를, 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 힘 및/또는 압력의 1차원 구배 부분으로서 해석할 수 있다. 압력 센서 어레이의 각각의 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값을 샘플링할 때(예를 들어, 측정할 때), 컨트롤러(180)는 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 입력의 위치에 대응할 수 있는 각각의 압력 센서 요소로부터의 구배 정보에 기초하여, 터치 센서 표면(116)의 인가된 힘의 국부적 및/또는 전역의 최대값의 대략적인 위치를 유도(예를 들어, 계산, 연산)할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는 각각의 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 샘플링된 저항값 및 저항(예를 들어, 힘)에 기초하여, 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 (대략적인) 힘 분포를 추가로 보간할 수 있다.
또 다른 예에 있어서, 압력 센서 요소는 2차원 어레이를 형성하도록 배열된 (예를 들어, 서로 맞물린) 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 세트를 포함한다. 예를 들어, 2차원 어레이는 (예를 들어, 압력 센서 요소의 직경을 가로질러) 제1 축선을 따라 배열된 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)의 제1 선형 어레이, 및 상기 제1 축선과 직교하는 제2 축선을 따라 배열되는 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 제2 선형 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 쌍(130)의 2개의 선형 어레이는, "L" 형상의 배열을 정의한다(예를 들어, 제1 축선 및 제2 축선이 공유 원점으로부터 단일 방향으로 연장되도록). 또 다른 예에 있어서, 전극 쌍(130)의 2개의 선형 어레이는, 십자형 배열을 정의한다(예를 들어, 각각의 축선은 다른 축선을 수직으로 이등분한다).
또 다른 구현에 있어서, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)은 구동 전극 및/또는 감지 전극이 로우 및 컬럼 세트의 각각의 위치에 위치되도록, 그리드 어레이를 정의할 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는 이들 2차원 배열에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값의 국부적 변화(예를 들어, 인가된 힘의 작은 국부 변동으로 인한)를, 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 힘 및/또는 압력의 2차원 구배의 일부로서 해석할 수 있다. 압력 센서 어레이의 각각의 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값을 샘플링(예를 들어, 측정)할 때, 컨트롤러(180)는 이에 따라 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 입력의 위치에 대응할 수 있는 각각의 압력 센서 요소로부터의 구배 정보에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에서 인가된 힘의 국부 및/또는 전역 최대값의 대략적인 위치를 결정(예를 들어, 계산, 연산)할 수 있다. 컨트롤러(180)는 각각의 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 샘플링된 저항값 및 저항(예를 들어 힘) 구배에 기초하여, 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 힘 분포를 추가로 보간할 수 있다.
1.7 힘 특성화(Force Characterization)
방법(S100)의 블록은: 블록(S110)에서, 압력 센서 요소의 어레이를 포함하는 압력 센서 위에 배열된 터치 센서 표면(116)에서 터치 입력을 검출하는 단계; 및 블록(S120)에서, 저항값의 세트를 획득하기 위해, 압력 센서 어레이에서 각각의 압력 센서 요소의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)에서 저항값을 샘플링하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)의 커패시턴스 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 샘플링된 커패시턴스 데이터 및/또는 압력 센서 요소의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 샘플링된 저항 데이터에 기초하여, 촉각에서 입력의 존재 및/또는 적용을 검출하도록; 및 압력 센서 어레이에서 각각의 압력 센서 요소의 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값을 순차적으로 샘플링하기 위해, 전술한 바와 같은 압력 스캔 사이클을 실행하도록 구성된다. 일 구현에 있어서, 컨트롤러(180)[예를 들어, 용량성 센서 서브-컨트롤러(180)]는, 용량성 센서에서 각각의 커패시턴스 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 커패시턴스값의 세트를 동시에 샘플링하거나, 또는 이전의 스캔 사이클에서 샘플링된 커패시턴스값의 세트에 액세스할 수 있다.
방법(S100)의 블록은: 블록(S130)에서 상기 저항값의 세트를, 터치에 의해 터치 센서 표면(116) 위에 발휘된 힘의 크기 성분의 세트로 변환하는 단계; 및 블록(S140)에서, 상기 크기 성분의 세트에 기초하여, 힘의 크기를 계산하는 단계를 추가로 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(180)는: 압력 센서 요소에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 샘플링된 저항값을, 압력 센서 요소의 위치에서 (예를 들어, 터치 입력의 적용으로 인해) 터치 센서 표면(116)에 인가된 순수한 힘(net force)의 크기로서 해석하도록; 압력 센서 요소에서 모든 압력 센서 요소에 대해 상기 분석을 반복하도록; 및 압력 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 전체 힘을 계산하기 위해 각각의 유도된 크기 성분을 조합하도록 구성된다. 일 구현에 있어서, 컨트롤러(180)는 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 샘플링된 저항값을, 압력 센서 어레이로부터 획득된 교정 데이터와 비교함으로써, 상기 저항값의 세트를 힘 크기 성분으로 변환한다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는 작동 전에 실행된 교정 프로세스 동안, 각각의 압력 센서에 대해 계산된 스케일링 인자의 세트에 따라 저항값 및/또는 이들 저항값으로부터 유도된 힘 크기를 마스킹, 확장, 및/또는 정규화할 수 있다. 추가적으로 및/또는 대안적으로, 컨트롤러(180)는 인가된 힘(예를 들어, 힘-감지 재료 상에 발휘된 힘)과 압력 센서 요소의 구동 전극 및 감지 전극 사이의 저항(또는 저항의 변화) 사이의 유도된 상관관계에 기초하여, 상기 저항값의 세트를 힘 크기 성분으로 변환할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는 압력 스캔 사이클 동안 터치 입력에 의해 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 전체 힘을 계산(예를 들어, 결정, 유도)하기 위해, 각각의 압력 센서 요소에 대해 계산된 모든 힘 크기 성분을 합산할 수 있다.
방법(S100)의 블록은: 블록(S150)에서 크기 성분의 세트에서 크기 성분들 사이의 차이에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 추정 위치를 유도하는 단계를 추가로 포함한다. 전술한 바와 같이, 터치 센서 표면(116)의 중간 부분 아래에 배열된 압력 센서 요소는, 터치 센서 표면(116)을 과도하게 구속할 수 있는 수직력을 터치 센서 표면(116) 상에 발휘한다. 따라서 어레이의 각각의 압력 센서 요소는 입력 위치에 대한 그 각각의 근접성에 기초하여, 상이한 힘을 경험할 수 있다. 특히, 터치 센서 표면(116)(예를 들어, 터치 입력의 위치) 위에 인가되는 힘의 국부 최대값에 근접한 압력 센서 요소는, 불균형적으로 큰 힘 크기를 경험할 수 있는 반면에, 이들 국부 최대값으로부터 더 멀리 떨어진 압력 센서 요소는 비교적 작은 또는 심지어 네거티브의 순수한 힘 크기[예를 들어, 섀시로부터 멀어지는 터치 센서 표면(116)의 변위]를 경험할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(180)는: 각각의 압력 센서 요소에서 계산된 힘 크기 성분을 분석하도록; 이들 압력 센서 요소의 위치에서 측정된 힘 크기 성분들 사이의 차이에 기초하여(예를 들어, 교정 데이터와 비교함으로써), 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 국부적인 최대 힘에 대한 위치 추정을 유도(예를 들어, 결정, 연산)하도록; 및 위치 추정을, 상기 터치 센서 표면(116) 상의 입력의 위치와 상관시키도록 구성된다. 압력 센서 요소가 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 포함하는 구현에 있어서, 컨트롤러(180)는 인접한 구동 전극과 감지 전극 쌍(130) 사이의 측정된 저항 변화를, 각각의 압력 센서 요소 위에 인가된 힘의 구배로서 추가로 해석할 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는 인가된 힘에서 국부 최대값의 그 추정 위치를 추정 및/또는 개선하기 위해, 압력 센서 요소에서 계산된 구배 세트를 분석할 수 있다. 컨트롤러(180)는 용량성 터치 센서(170)로부터 샘플링된 설정된 커패시턴스값에 기초하여 입력의 위치를 계산하고, 이들 커패시턴스값으로부터 유도된 위치를 힘 크기 성분으로부터 유도된 추정 위치와 비교하고, 필요하다면, 입력에 대응하는 터치 이미지를 발생할 때 상기 추정 위치를 바로잡을 수도 있다.
방법(S100)의 블록은: 블록(S160)에서 터치 센서 표면(116)을 가로지르는 힘 분포 및 상기 터치 입력의 추정 위치를 나타내는, 터치 입력과 관련된 압력 이미지를 발생하는 단계를 추가로 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(180)는 압력 스캔 사이클에 걸쳐 터치 입력에 의해 생성된 터치 센서 표면(116)의 영역을 가로지르는 힘 분포[예를 들어, 압력 맵(pressure map)]를 포함하는, 터치 입력에 대응하는 압력 이미지를 발생하도록 구성된다. 컨트롤러(180)는 압력 이미지(예를 들어, 힘 분포)에, (x,y) 위치 또는 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 추정 위치에 대응하는 경계 곡선(bounded curve)으로 주석을 달 수도 있다. 시스템(100)이 용량성 터치 센서(170)를 포함하는 일 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 압력 센서 어레이의 저항성 스캔 사이클에 대응하는 커패시턴스 스캔 사이클 동안, 터치 센서 표면(116) 상의 물체의 위치, 크기, 및/또는 근접성을 나타내는 커패시턴스 이미지를 [예를 들어, 커패시턴스 서브-컨트롤러(180)에서] 발생하도록 구성될 수 있다. 이하에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 그 후 컨트롤러(180)는 커패시턴스 이미지를 압력 이미지와 조합(예를 들어, 오버레이, 통합)하여, 주석이 달린 터치 이미지를 출력할 수 있다.
방법(S100)의 블록은: 임계 크기를 초과하는 힘의 크기에 응답하여, 블록(S170)에서 터치 센서 표면(116)을 발진시키기 위해, 터치 입력의 추정 위치에 가장 가까운 진동기의 세트에서 진동기를 선택적으로 구동하는 단계를 추가로 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(180)는: 계산된 힘 크기를 임계 크기와 비교하도록; 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 위치에 대한 근접성에 기초하여, 진동기의 세트로부터 진동기를 선택하도록; 및 터치 센서 표면(116)의 발진을 생성하기 위해, 선택된 진동기를 순서대로 구동하도록 구성된다(예를 들어, 진동기의 세트의 다른 진동기를 구동하지 않고). 따라서 컨트롤러(180)[예를 들어, 컨트롤러(180) 내의 햅틱 피드백 서브-컨트롤러(180)]는, 소정의 힘 크기(예를 들어, 160 그램)를 초과하는 입력에 응답하여 기계적 스냅 버튼의 촉각 응답을 모방하기 위해, 실질적으로 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 영역에 국한되는 햅틱 피드백 응답(예를 들어, 진동 신호)을 전달할 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(180)는, 햅틱 피드백 응답을 입력 특성에 맞춤화하기 위해 발진의 진폭, 주파수 및/또는 기간이 입력 힘의 크기에 비례하도록, 선택된 진동기를 구동할 수 있다.
1.8 힘 및 커패시턴스 데이터 병합(Merging Force and Capacitance Data)
시스템(100)이 압력 센서 어레이 위에 배열된 용량성 터치 센서(170)를 포함하는 일 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는: 압력 센서 어레이로부터 샘플링된 (저해상도) 저항 데이터에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 위의 입력 세트의 힘 크기를 특성화하기 위해; 용량성 터치 센서(170)로부터 동시에 샘플링된 (고해상도) 커패시턴스 데이터에 기초하여, 입력 세트의 위치 및 크기를 동시에 검출하기 위해; 저항 데이터와 커패시턴스 데이터를 조합하여, 이들 입력 특성을 나타내는 힘-주석이 달린 터치 이미지(들)를 발생하기 위해; 방법(S100)의 블록을 실행하도록 구성된다. 이에 따라, 컨트롤러(180)는: 컨트롤러(180)의 전력 및/또는 연산 요구사항을 상당히 증가시키지 않고서도, 압력 센서 어레이에 의해 캡처된 힘 크기 데이터로 고해상도 커패시턴스 데이터(예를 들어, 커패시턴스 이미지)를 증가시킬 수 있고; 및 커패시턴스 데이터에 나타난 거짓 또는 오류 입력 영역을 식별, 폐기 및/또는 억제하여, 시스템 출력의 정확성 및 일관성을 개선하기 위해, 압력 센서 어레이에 의해 캡처된 힘 크기 데이터를 활용할 수 있다.
일 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 압력 센서 어레이와 용량성 터치 센서(170) 모두에 전기적으로 결합되는 단일의 컨트롤러(180)를 정의한다. 따라서 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는: 동일한 스캔 주파수에서 (저해상도) 압력 센서 어레이 및 (고해상도) 용량성 터치 센서(170)를 스캔하도록[즉, 용량성 터치 센서(170)의 각각의 스캔과 동시에, 이와 중첩해서, 또는 이에 바로 이어지는 압력 센서 어레이의 1회 스캔]; 및 각각의 스캔 사이클에 대해 압력 및 커패시턴스 스캔 쌍을 힘-주석이 달린 터치 이미지로 융합하도록 구성된다. 특히, 컨트롤러(180)는: 스캔 사이클 동안 용량성 터치 센서(170)의 용량성 전극 및/또는 용량성 전극 쌍(130)으로부터 커패시턴스값의 세트를 판독할 수 있고; 및 상기 스캔 사이클 동안(예를 들어, 상기 스캔 사이클 내의 제2 시간 주기 동안) 압력 센서 어레이의 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로질러 저항값의 세트를 동시에 스캔할 수 있고; 스캔 사이클 동안 저항값의 세트를, 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 입력 세트의 힘 크기(또는 힘 크기 성분, 힘 구배)로 변환할 수 있고; 커패시턴스값의 세트를 터치 센서 표면(116) 상의 이들 입력의 위치 및 크기를 나타내는 커패시턴스 이미지로 변환할 수 있고; 및 커패시턴스 이미지의 입력 영역을, 대응의 힘 크기(및/또는 힘 크기 성분, 힘 구배)로 라벨링할 수 있으며, 이에 의해 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 상의 입력 세트의 위치, 크기, 및 힘 특성을 나타내는 힘-주석이 달린 터치 이미지를 발생한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(180)는 특정의 입력 영역을 나타내는 커패시턴스 데이터와 이들 입력 영역에 대응하는 힘 크기 사이의 불일치에 기초하여, 고해상도 커패시턴스 이미지 내의 거짓 및/또는 오류 입력 영역을 식별하기 위해, 압력 센서 어레이에 의해 캡처된 저해상도 힘 데이터를 활용할 수 있다. 특히, 컨트롤러(180)는 터치 센서 표면(116) 상의 액체의 존재로 인한 바와 같은, 잘못된 포지티브 입력 검출의 경우를 감소시키기 위해, 수반되는 힘의 부재(absence)의 검출에 응답하여, 후속의 스캔 사이클 동안 캡처된 터치 이미지의 영역 내에 커패시턴스값을 억제, 정규화, 또는 감산할 수 있다. 예를 들어, 10개의 스캔 사이클의 시컨스에 걸쳐, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)의 영역 내에서 커패시턴스값의 증가를 검출할 수 있고; 압력 센서 어레이로부터 샘플링된 저항 데이터에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 힘(예를 들어, 임계 힘 크기 아래로 떨어지는 힘)의 부재를 동시에 검출할 수 있고; 커패시턴스값의 증가를 오류 입력으로서 플래그할 수 있고; 및 후속의 스캔 사이클 동안 발생된 터치 이미지의 대응의 영역으로부터 이들 커패시턴스값을 정규화 및/또는 마스킹하도록 구성될 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는, 압력 센서 어레이와 함께, 시스템(100)의 출력의 정확성 및 일관성을 개선하기 위해, 용량성 터치 센서(170)에 의한 잘못된 포지티브 입력 검출의 경우를 식별하고 바로잡을 수 있다.
1.9 급속 스캐닝(Rapid Scanning)
또 다른 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)에 전기적으로 결합되고 그리고 제1 스캔 주파수에서 용량성 터치 센서(170)의 용량성 전극을 가로지르는 커패시턴스값을 스캔하도록 구성되는 커패시턴스 서브-컨트롤러(180); 및 제2 스캔 주파수에서 압력 센서 어레이의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값을 스캔하도록 구성되는 압력 서브-컨트롤러(180)를 포함한다. 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 도 4에 도시된 바와 같이 시스템(100)이 (고해상도) 용량성 터치 센서를 스캔하는 스캔 주기보다 더 짧은 크기의 스캔 주기에 걸쳐 (저해상도) 압력 센서 어레이를 가로지르는 저항값을 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 하나의 50 밀리초 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 5 밀리초 간격으로 압력 센서 어레이를 10회 샘플링할 수 있고; 이들 저항값에 기초하여 상기 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 평균 힘 크기 및/또는 이들 인가된 힘의 비율을 계산할 수 있고; 및 터치 센서 표면(116)에 인가된 평균 힘이 임계 크기를 초과했다면, 또는 터치 센서 표면(116)에 인가되는 힘이 스캔 사이클 동안 변했다면, 다음 스캔 사이클에 대해 용량성 터치 센서(170)를 활성화할 수 있다. 다음 50 밀리초 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 5 밀리초 간격으로 (저해상도) 압력 센서 어레이를 10회 샘플링할 수 있고; 이들 저항값에 기초하여 상기 다음 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 평균 힘 크기 및/또는 이들 인가된 힘의 비율을 계산할 수 있고; 상기 다음 스캔 사이클 동안, 용량성 터치 센서(170)를 1회 샘플링할 수 있고; 이들 커패시턴스값에 터치가 표시되지 않는다면, 용량성 터치 센서(170)를 비활성화할 수 있고; 및 그 후, 이들 커패시턴스값과 터치 센서 표면(116)에 인가된 평균 힘 및/또는 동시 저항 데이터로부터 유도된 힘의 변화율을, 상기 다음 스캔 사이클에 대해 하나의 힘-주석이 달린 터치 이미지에 융합한다.
일 구현에 있어서, 컨트롤러(180)는 커패시턴스 서브-컨트롤러(180)에 의해 실행되는 각각의 용량성 스캔 사이클 동안, 저항성 스캔 사이클의 시컨스를(예를 들어, 10개의 스캔 사이클을, 100개의 스캔 사이클을) 실행할 수 있으며, 그리고 하나 또는 그 이상의 이들 저항성 스캔 사이클 동안 샘플링된 (오직) 힘 크기 및/또는 저항 데이터에만 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 대한 입력을 급속히 검출할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는 터치 센서 표면(116)에 대한 입력의 인가와 대응의 명령 기능의 실행 사이의 지연(latency) 및/또는 딜레이(delay)를 감소시키기 위해, 압력 센서 어레이를 통한 입력의 검출 직후의(예를 들어, 대응의 용량성 스캔 사이클이 완료되기 전의) 커서 클릭 또는 키이 스트로크와 같은, 명령 기능에 액세스 및/또는 실행할 수 있다. 예를 들어, 50 밀리초 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 50 밀리초 커패시턴스 스캔 주기에 걸쳐 용량성 터치 센서(170)를 1회 샘플링할 수 있고; 5 밀리초 압력 스캔 주기의 시컨스에 걸쳐 압력 센서 어레이를 동시에 10회 샘플링할 수 있고; 각각의 압력 스캔 주기 동안 터치 센서 표면(116) 위에 인가된 힘 크기를 계산할 수 있고; 및 임계 힘 크기를 초과하는 이들 힘 크기 중 하나 또는 그 이상에 응답하여, 50 밀리초 커패시턴스 스캔 주기의 종료 전에 명령 기능을 선택 및/또는 출력할 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는 용량성 터치 센서(170)를 완전히 스캐닝하기 전에, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(130) 사이의 저항 변화에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 대한 입력의 초기 적용을 신속히 검출할 수 있고 및/또는 터치 센서 표면에 대한 짧은 시간 주기에 걸쳐 발생하는 입력(예를 들어, 스타일러스/손가락 끝의 탭)의 힘 크기를 계산할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는 이러한 입력의 검출에 따라 커서 클릭과 같은 특정 명령 기능을 즉시 선택 및/또는 출력할 수 있으며, 이에 의해 터치 센서 표면(116)에 대한 입력의 적용과 컨트롤러(180)에 의한 또는 컨트롤러(180)와 연계된 입력과 관련된 특정 명령 기능의 실행 사이의 지연을 감소시킬 수 있다.
추가적으로 및/또는 대안적으로, 컨트롤러(180)는 고주파 저항성 스캔 사이클의 시컨스에 걸쳐 입력의 속도 및/또는 임펄스(즉, 시간의 경과에 따른 힘 적분)를 검출할 수 있다. 예를 들어, 주어진 용량성 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 특정 스캔 주파수에서 저항성 스캔 사이클의 시컨스를 실행할 수 있고; 각각의 저항성 스캔 사이클 동안 압력 센서 어레이에 의해 캡처된 저항값에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 위의 입력에 의해 인가된 힘 크기의 시컨스를 특성화할 수 있고; 및 힘 크기의 시컨스 및 특정 스캔 주파수에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 위의 입력에 의해 인가된 임펄스를 계산할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는 입력의 임펄스 및/또는 속도에 기초하여, 입력에 응답하여 선택된 햅틱 피드백 응답 및/또는 명령 기능을 수정할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)이 음악 어플리케이션을 실행하는 전자기기 또는 전자 디바이스(예를 들어, 태블릿, 랩탑 컴퓨터)에 통합되었다면, 컨트롤러(180)는 입력의 임펄스 및/또는 속도에 기초하여, 전자기기 및/또는 전자 디바이스에 의해 출력된 특정 볼륨 및/또는 음표(musical note)의 상승 및 하강 시간을 선택할 수 있다.
또한, 압력 센서 어레이를 신속히 스캐닝함으로써, 컨트롤러(180)는 힘(예를 들어, 입력)이 터치 센서 표면(116) 상에 검출될 때까지, 고해상도 용량성 터치 센서(170)를 아이들(예를 들어, 저전력) 상태로 유지할 수 있다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(180)는: 제1 시간 주기에 대해 압력 센서 어레이로부터 저항값을 연속적으로 스캔할 수 있고; 제1 시간 주기 동안 용량성 센서를 아이들(예를 들어, 저전력, 비구동) 모드로 유지할 수 있고; 제1 시간 주기 직후의 제2 시간에서, 압력 센서 어레이에 의해 샘플링된 저항값에 기초하여, 제1 힘 크기의 입력의 인가를 검출할 수 있고; 임계 힘 크기를 초과하는 제1 힘 크기에 응답하여, 입력의 용량성 센서 응답 어플리케이션 내에서 커패시턴스의 변화를 샘플링하기 위해, 대략 제2 시간에 용량성 센서를 활성 모드로 전환할 수 있다. 따라서 시스템(100)은 압력 서브-컨트롤러(180)가 터치 센서 표면(116)에 인가되는 상당한 힘을 통계적으로 검출할 때까지, (저해상도) 압력 센서 어레이를 스캐닝할 동안(예를 들어, 연속적으로), 용량성 센서를 아이들시킬 수 있으며, 이에 의해 용량성 센서의 소비전력을 실질적으로 감소시키며, 따라서 작동 중 시스템(100)의 전력 소비를 감소시킨다.
2. 저항에 의한 힘(Force by Resistance)
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템의 일 변형예는: 상부층(111), 지지 위치(114)의 어레이를 정의하는 바닥층(112), 및 상기 바닥층(112) 상에 배열된 전극 쌍(130)을 포함하고, 상기 전극 쌍(130)의 어레이의 각각의 전극 쌍(130)이 지지 위치(114)의 어레이의 지지 위치(114)를 점유하는, 기판; 및 상기 기판(110)의 상부층(111) 위에 배열된 터치 센서 표면(116)을 포함한다. 시스템(100)의 이런 변형예는 또한 스페이서(140)의 세트를 포함하고, 상기 스페이서(140)의 세트의 각각의 스페이서(140)는: 지지 위치(114)의 어레이에서, 기판(110)의 바닥층(112) 상의 지지 위치(114)에서 전극 쌍(130)의 어레이의 전극 쌍(130) 위에 배열되고; 및 인가된 힘의 변화에 응답하는 국부적 벌크 저항의 변화를 나타내는 힘-감지 재료를 포함한다. 시스템(100)의 이런 변형예는: 기판(110)을 섀시 상에 지지하도록, 그리고 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하여 섀시를 향해 하방으로 기판(110)의 변위에 항복(yield)하도록 구성되고, 상기 스프링 요소(150)의 어레이의 각각의 스프링 요소(150)가 지지 위치(114)의 어레이의 지지 위치(114)에서 상기 스페이서(140)의 세트의 스페이서(140)에 결합되는, 스프링 요소(150)의 어레이; 및 전극 쌍(130)의 어레이로부터 저항값을 판독하도록, 그리고 전극 쌍(130)의 어레이로부터 판독된 저항값에 기초하여 상기 터치 센서 표면(116)에 인가된 입력의 힘 크기를 해석하도록 구성된, 컨트롤러(180)를 추가로 포함한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(100)의 일 변형예는: 상부층(111), 바닥층(112), 및 상기 바닥층(112) 상에 배열된 전극 쌍(130)의 어레이를 포함하는, 기판(110); 상기 기판(110)의 상부층(111) 상에 배열되는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이; 및 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되는 터치 센서 표면(116)을 포함한다. 시스템(100)의 이런 변형예는 또한 스페이서(140)의 세트를 포함하고, 상기 스페이서(140)의 세트의 각각의 스페이서(140)는: 전극 쌍(130) 어레이에서 기판(110)의 바닥층(112) 상의 전극 쌍(130) 위에 배열되고; 및 인가된 힘의 변화에 응답하는 국부적 벌크 저항의 변화를 나타내는 힘-감지 재료를 포함한다. 시스템(100)의 이런 변형예는, 기판(110)을 섀시 상에 지지하고 그리고 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하여 섀시를 향해 하방으로 기판(110)의 변위에 항복하도록 구성되고, 상기 스프링 요소(150)의 어레이의 각각의 스프링 요소(150)가 스페이서(140)의 세트의 스페이서(140)에 결합되는, 스프링 요소(150)의 어레이를 추가로 포함한다. 시스템(100)의 이런 변형예는 또한 스캔 사이클 동안: 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 구동 전극 및 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 세트를 판독하도록; 전극 쌍(130)의 어레이에서 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값의 세트를 판독하도록; 상기 커패시턴스값의 세트에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출하도록; 저항값의 제2 세트에 기초하여, 터치 입력의 힘 크기를 해석하도록; 및 터치 입력의 횡방향 위치, 길이방향 위치, 및 힘 크기를 출력하도록; 구성되는 컨트롤러(180)를 포함한다.
2.1 응용(Applications)
일반적으로, 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 스프링 요소(150)의 세트를 포함하며, 상기 스프링 요소(150)의 세트는: 기판(110)의 바닥층(112)을 가로질러 배열된 개별 압력 센서를 섀시에 대해 수직으로 지지하고; 및 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 항복하며, 이에 의해 상기 힘이 가장 가까운 압력 센서를 압축할 수 있게 한다. 스프링 요소(150)는 또한 터치 센서 표면(116)에 인가되는 국부적인 힘으로 인해 기판(110)을 가로질러 왜곡을 흡수하며, 이에 의해 다른 압력 센서를 가로지르는 장력을 상기 인가 힘으로부터 더 멀리 제한하거나 방지하며, 이는 그렇지 않으면 이들 압력 센서의 전극 쌍(130)으로부터 스페이서(140)를 분리시킬 수 있으며, 따라서 이들 다른 압력 센서로부터 저항값의 신뢰할 수 있는 검출을 막는다.
이에 따라, 스프링 요소(150)의 세트는: 시스템(100)의 모든 압력 센서를 가로지르는 스페이서(140)와 그 대응의 전극 쌍(130) 사이의 접촉을 유지하도록; 컨트롤러(180)가 각각의 압력 센서로부터 저항을 판독할 수 있도록; 및 따라서 컨트롤러(180)가 터치 센서 표면(116)에 인가된 입력의 힘 크기 및 위치의 범위에 걸쳐 터치 센서 표면(116)에 인가된 전체 힘을 정확하게 해석할 수 있도록 협력할 수 있다(즉, 스프링 요소의 세트가 각각의 압력 센서의 상태를 그 감지 가능한 동적 범위 내에서 유지하도록 협력하기 때문에).
2.2 기판(Substrate)
전술한 바와 같이 그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 이런 변형예에 있어서, 기판(110)은 유리섬유 PCB 를 포함할 수 있으며, 상기 유리섬유 PCB 는: 상부층(111); 및 지지 위치(114)의 어레이를 정의하는 바닥층(112)을 포함한다.
기판(110)은 바닥층(112)을 가로질러 지지 위치(114)의 어레이에 배열된 전극 쌍(130)의 어레이를 추가로 포함한다. 예를 들어, 각각의 전극 쌍(130)은 도 7에 도시된 바와 같이 지지 위치(114)의 어레이에서 기판(110)의 바닥층(112) 상의 지지 위치(114)를 가로질러 연장되는 한 쌍의 맞물린 전극을 포함할 수 있다.
2.3 용량성 터치 센서(Capacitive Touch Sensor)
전술한 바와 같이 그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 기판(110)의 상부층(111)을 가로질러 배열된 용량성 터치 센서(170)를 추가로 포함할 수 있다. 일 구현에 있어서, 용량성 터치 센서(170)는: 기판(110)의 상부층(111) 상에 배열된 구동 전극 및 감지 전극의 어레이; 및 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 둘러싸고 그리고 기판(110) 위에 터치 센서 표면(116)(예를 들어, "촉각 표면")을 형성하도록 기판(110) 위에 배열된 커버층(예를 들어, 유리 필름)을 포함한다.
이런 구현에 있어서, 시스템(100)은: 기판(110)의 바닥층(112)을 가로질러 압력 센서의 제1 수량을 형성하는 전극 쌍(130)의 제1 수량; 및 용량성 터치 센서(170)에서 상기 제1 수량보다 적어도 두 자릿수(two orders) 더 큰, 픽셀의 제2 수량을 형성하는 구동 전극 및 감지 전극의 제2 수량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 직사각형의 기하학적 형상을 정의할 수 있고, 용량성 터치 센서(170) 및 터치 센서 표면(116)은 기판(110) 위의 90 ㎜ x 120 ㎜ 감지 영역에 걸쳐 있을 수 있다. 이런 예에 있어서, 기판(110)은 각각의 모서리에 하나의 지지 위치(114), 기판(110)의 단변을 따라 중심에 배치된 하나의 지지 위치(114), 및 기판(110)의 장변을 따라 중심에 배치된 2개의 지지 위치(114)를 포함하는, 직사각형의 기하학적 형상의 주변에 인접하는 10개의 지지 위치(114)를 정의할 수 있다. 이런 예에 있어서, 용량성 터치 센서(170)는 기판(110) 위의 90 ㎜ x 120 ㎜ 감지 영역 내에서, 총 2,700개의 용량성 감지 픽셀에 대해, 60개의 구동 전극 라인 및 45개의 감지 전극 라인을 포함할 수 있다.
2.4 스페이서(Spacers)
전술한 바와 같이 그리고 도 5 및 도 10에 도시된 바와 같이, 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 스페이서(140)의 세트를 포함하고, 여기서 각각의 스페이서(140)는: 기판(110)의 바닥층(112) 상의 지지 위치(114)에서 전극 쌍(130) 위에 배열되고; 및 인가된 힘의 변화에 응답하는 국부적 벌크 저항의 변화를 나타내는 힘-감지 재료를 포함한다.
도 7에 도시된 일 예에 있어서, 기판(110)은: 기판(110)의 바닥층(112) 상의 원형 영역(예를 들어, 7 ㎜ 직경 영역)에 걸쳐 있는 제1 지지 영역을 정의할 수 있고; 및 제1 지지 위치(114)의 주변 내에서 그리고 이로부터 삽입된(예를 들어, 약 1 ㎜ 만큼), 기판(110)의 바닥층(112) 상에 제조되는 한 쌍의 맞물린 제1 전극을 포함한다. 이런 예에 있어서, 제1 스페이서(140)는 힘-감지 재료의 원형 "쿠폰(coupon)"을 포함하며; 상기 원형 쿠폰은: 제1 지지 위치(114)의 원형 영역에 근접한 크기를 갖고(예를 들어, 직경 7 ㎜); 상기 한 쌍의 맞물린 제1 전극과 상기 제1 지지 영역의 주변 사이에서 기판(110)의 바닥층(112)에 (예를 들어, 압력-감지 접착제로) 접합된다. 또한, 이런 예에 있어서, 제1 스페이서(140)는 제1 지지 위치(114)를 가로질러 제1 스페이서(140)와 기판(110)의 바닥층(112) 사이의 공극(void)으로부터 공기를 통기시키도록 구성된 통기 포트를 포함할 수 있으며, 이에 의해 스페이서(140)가 상기 한 쌍의 맞물린 제1 전극과의 접촉을 유지할 수 있게 한다. 이에 따라, 상기 맞물린 한 쌍의 제1 전극을 가로지르는 저항은 스페이서(140)의 압축 크기를 나타낼 수 있으며, 따라서 이는 터치 센서 표면(116)으로부터 기판(110) 및 스페이서(140)를 통해 섀시 내로 운반된 힘으로서 해석될 수 있다. 따라서 제1 지지 위치(114)에 있는 기판(110), 상기 한 쌍의 맞물린 제1 전극, 및 제1 스페이서(140)는 서로 협력하여, 내부 저항의 변화를 나타내는 제1 개별 압력 센서를, 그 운반된 힘 크기의 함수로서 형성할 수 있다.
이런 예에 있어서, 추가적인 한 쌍의 맞물린 전극 및 스페이서(140)는 기판(110)을 가로지르는 추가적인 개별 압력 센서를 형성하도록 유사하게 조립될 수 있으며, 그 각각은 내부 저항의 변화를 그 운반된 힘 크기의 함수로서 나타낸다.
그러나 각각의 스페이서(140) 및 전극 쌍(130)은, 기판(110)의 바닥층(112) 상에 개별 압력 센서를 형성하기 위해 임의의 다른 형상으로 또는 기하학적 형상으로 그리고 임의의 다른 방식으로 조립될 수 있다.
2.5 스프링 요소 및 섀시 인터페이스(Spring Elements and Chassis Interface)
이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 스프링 요소(150)의 어레이를 추가로 포함하며, 상기 스프링 요소의 어레이(array of spring elements)는: 지지 위치(114)의 어레이에서 스페이서(140)의 세트에 결합되고; 컴퓨팅 디바이스의 섀시 상에 기판(110)을 지지하도록 구성되고; 및 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하여 섀시를 향해 하방으로 기판(110)의 변위에 항복하도록 구성된다.
일 구현에 있어서, 시스템(100)은 섀시 인터페이스(190)를 포함하며, 상기 섀시 인터페이스는: 컴퓨터 시스템의 섀시에 장착되도록 구성되고; 및 각각의 스페이서(140)에 의해 지지되고 그리고 터치 센서 표면(116) 상의 입력에 응답하여 섀시 인터페이스(190)의 평면으로부터 편향되도록 구성된 스프링 요소(150)의 세트를 정의한다.
이런 구현에 있어서, 컴퓨팅 디바이스의 섀시는 스페이서(140)의 두께에 근접하는(또는 이보다 약간 더 큰) 깊이[예를 들어, 1.0 ㎜ 두께의 스페이서(140)에 대해 1.2 ㎜ 깊이]를 정의하는 섀시 리셉터클을 포함할 수 있다. 스페이서(140)는 각각의 스프링 요소(150)에서 섀시 인터페이스(190)에 접합된다. 그 후, 섀시 인터페이스(190)는 예를 들어 나사형 파스너의 세트 또는 접착제를 통해 리셉터클 위의 섀시에 견고하게 장착될 수 있다. 따라서 기판(110) 및 스페이서(140)의 세트는 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘을 이들 스프링 요소(150)에 전달할 수 있으며, 이는 섀시 인터페이스(190)의 평면 아래에서 내향하여 그리고 섀시 리셉터클 내로 편향된다. 동시에, 각각의 스페이서(140)는 기판(110)과 인접의 스프링 요소(150) 사이에서 압축되고, 이에 따라 상기 인접한 스프링 요소(150)에 의해 운반된 힘에 비례하는 그 국부적 벌크 저항의 변화를 나타낸다.
2.5.1 제조 결함(Manufacturing Defects)
일반적으로, 스프링 요소(150)의 어레이는: 스페이서(140)의 두께의 변화, 기판(110)의 평탄도(flatness)로부터의 편차, 및 기판(110)과 섀시 사이의 평행성(parallelism)으로부터의 편차 등과 같은, 시스템(100) 전체에 걸쳐 제조 결함을 흡수할 수 있고; 및 주변 및 작동 조건의 범위에 걸쳐 각각의 압력 센서에서 반복 가능한 베이스라인 힘을 생성할 수 있고; 및 스페이서(140)로부터 섀시 내로 일관된 부하 경로를 유지할 수 있다.
예를 들어, 기판(110), 스페이서(140)의 세트, 및 섀시 리셉터클은 비평면성(non-planarity), 비평행성(non-parallelism), 및 두께 변화와 같은 다양한 제조 결함 또는 기하학적 변화를 나타낼 수 있다. 따라서 스페이서(140)의 세트를 통한 기판(110)과 섀시 리셉터클 사이의 느슨한 제조 공차 및 직접 결합은, 이들 스페이서(140)의 제1 서브세트에 걸친 장력 및 이들 스페이서(140)의 제2 서브세트에 걸친 압축으로 나타날 수 있다. 스페이서(140)를 가로지르는 장력이 힘-감지 재료를 압력 센서의 구동 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 분리할 수 있기 때문에 및/또는 힘-감지 재료가 인장될 때 국부적 벌크 저항의 측정 가능한 변화를 나타내지 않을 수 있기 때문에, 스페이서(140)의 제1 서브세트에서 특정 스페이서에 결합된 특정 압력 센서(140)는: 터치 센서 표면(116)에 입력이 인가되지 않을 때(즉, 추가적인 힘이 없을 때); 특정 스페이서(140)를, 특정 압력 센서를 가로질러 장력을 인가하는 단계로부터 특정 압력 센서를 압축하는 단계로 전환하는 힘 크기까지, 터치 센서 표면(116)에 입력이 인가되었을 때; 및 그 사이의 입력 힘 크기의 범위에 걸쳐; 무한의 또는 높은 저항을 검출할 수 있다. 이에 따라, 이런 예에 있어서, 특정 압력 센서는 이런 범위의 입력 힘 크기에 걸쳐 저항의 변화가 없거나, 또는 일관되지 않고, 반복할 수 없고, 해석할 수 없는 신호를 나타낼 수 있으며, 이에 의해 낮은 입력 힘 크기에서 압력 센서 및 시스템(100)의 동적 범위와 감도를 더욱 일반적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 시스템(100)에서 이들 요소의 평면성, 평행성, 및/또는 두께 등은 온도의 함수로서 변경될 수 있다. 따라서 이들 압력 센서를 가로지르는 장력 및 압축은 주변 온도 변화, 주변 조명 변화, 및 시스템(100)을 포함하는 컴퓨팅 디바이스의 작동 등의 함수로서 시간이 지남에 따라 변할 수 있으므로, 이들 압력 센서의 동적 범위 및 감도는 시간이 지남에 따라 비선형적으로 변할 수 있으며 그리고 예측할 수 없다.
이에 따라, 시스템(100)은 시스템(100)과 섀시 사이의 제조 결함을 흡수하고 그리고 일단 섀시에 조립되었다면 스페이서(140) 상의 장력을 감소시키는 스프링 요소(150)의 세트를 통해, 스페이서(140)를 섀시에 결합하는 섀시 인터페이스(190)를 포함할 수 있으며, 이에 의해 터치 센서 표면(116) 상의 작은 힘 크기의 입력 및 기판(110)의 대향 모서리가 섀시로부터 리프팅되는 것을 유발하는 터치 센서 표면 상의 큰 힘 크기의 입력 모두에 대해, 각각의 압력 센서의 동적 범위 및 감도를 증가시킨다.
특히, 스페이서(140)가 섀시 인터페이스(190)의 대응의 스프링 요소(150)에 접합될 때, 그리고 섀시 인터페이스(190)가 섀시 리셉터클 위에 (나중에) 설치(예를 들어, 고정, 클램핑, 접합)될 때, 전술한 스페이서(140)의 제1 서브세트에 결합된 스프링 요소(150)의 제1 서브세트는, 섀시 인터페이스(190)의 평면 위에서 외향으로 편향될 수 있고, 전술한 스페이서(140)의 제2 서브세트에 결합된 스프링 요소(150)의 제2 서브세트는, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이 섀시 인터페이스(190)의 평면 아래에서 내향으로 편향될 수 있으며, 이에 의해 터치 센서 표면(116)에 힘이 인가되지 않는 공칭 상태에서 제1 및 제2 스페이서(140)를 가로지르는 최대 장력 및 압축력을 감소시킨다. [추가적으로 또는 대안적으로, 스프링 요소(150)의 제1 서브세트는 공칭 상태에서 압력 센서의 제1 서브세트에서 구동 및 감지 전극 쌍(130)으로부터 힘-감지 재료의 분리를 방지하기 위해, 섀시 인터페이스(190)의 평면과 스페이서(140)의 제1 서브세트 사이의 갭을 흡수하도록 외향으로 편향될 수 있으며, 이에 의해 이들 압력 센서가 공칭 상태에서 신뢰할 수 있는 신호를 계속 할 수 있게 한다.]
후속적으로, 힘이 터치 센서 표면(116)에 인가되었을 때, 스프링 요소(150)는 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이 하방으로 편향될 수 있고, 이에 의해 이들 스프링 요소(150)가 이들 스페이서(140)에 저항력을 인가할 동안, 기판(110) 및 터치 센서 표면(116)이 섀시 인터페이스를 향해 하방으로 이동할 수 있게 하며, 이는 힘-감지 재료를 대응의 구동 및 감지 전극 쌍(130)에 대해 압축하여, 이들 압력 센서의 일부를 가로지르는 저항의 변화를 생성한다.
또한, 특정 스프링 요소(150)는 스페이서(140)와 대응의 압력 센서의 인접한 구동 및 감지 전극 쌍(130) 사이의 장력을 감소시킬 수 있고 및/또는 힘-감지 재료와 상기 압력 센서의 구동 및 감지 전극 쌍(130) 사이의 분리를 방지할 수 있다. 이에 따라, 특정 스프링 요소(150) 위의 터치 센서 표면(116) 상에 인가된 힘의 선형 증가는 압력 센서에서 저항값의 선형 변화를 생성할 수 있다(예를 들어, 높은 저항으로부터 낮은 저항으로 선형으로).
이런 변형예에 있어서, 시스템(100)의 요소의 평면성, 평행성 및/또는 두께 등이 온도의 함수로서 변하고, 또한 스페이서(140)의 위치가 이들 온도-관련 변화로 인해 변함에 따라, 스프링 요소(150)는 섀시에 대한 스페이서(140)의 이러한 위치 변화를 흡수할 수 있고, 이에 의해 주변 및 작동 조건의 범위에 걸쳐 이들 압력 센서에서 힘-감지 재료와 대응의 구동 및 감지 전극 쌍(130) 사이의 접촉을 유지할 수 있다.
이에 따라, 시스템(100)은 스페이서(140)와 섀시 사이의 위치 차이를 흡수하도록 구성된 스프링 요소(150)의 어레이를 구비한 섀시 인터페이스(190)를 포함할 수 있으며, 이에 의해 시스템(100)이 느슨한 제조 공차 및/또는 제조 결함에도 불구하고, 높은 동적 범위 및 고감도를 유지할 수 있게 한다.
2.5.2 일체형 스프링 요소 및 섀시 인터페이스 구조(Unitary Spring Elements and Chassis Interface Structure)
일 구현에 있어서, 섀시 인터페이스(190) 및 스프링 요소(150)는 일체형 구조[예를 들어, "스프링 플레이트(152)"]를 정의한다. 일 예에 있어서, 섀시 인터페이스(190)는 각각의 지지 위치(114)에 정렬된 굴곡부(flexure)를 형성하도록 펀칭되거나, 에칭되거나, 또는 레이저 절단되는 얇은 벽 구조물(예를 들어, 스테인리스강 20 게이지 또는 0.8 ㎜ 두께의 시트)을 포함한다. 따라서 이런 예에 있어서, 각각의 스프링 요소(150)는 섀시 위에 시스템(100)을 횡방향으로 그리고 길이방향으로 배치하도록 구성되고 또한 상기 얇은 벽 구조물에 의해 정의되는 공칭 평면(nominal plane)으로부터 내향으로 그리고 외향으로 편향되도록 구성된, 다중-아암 나선형 굴곡부와 같은, 굴곡부를 정의할 수 있다.
보다 구체적으로, 이런 예에 있어서, 섀시 인터페이스(190)는 기판(110)과 섀시 사이에 배열되어 공칭 평면을 정의하는 일체형 금속 시트 구조를 포함할 수 있다. 각각의 스프링 요소(150)는: 일체형 금속 구조로 형성(예를 들어, 제조)될 수 있고; 기판(110)의 바닥층(112)과 대향하는 스페이서(140)에 결합되는 스테이지(154)를 정의할 수 있고; 일체형 금속 구조로 제조된 굴곡부를 포함할 수 있으며; 터치 센서 표면(116)에 인가된 터치 입력의 부재에 응답하여 대략적으로 상기 공칭 평면으로 복귀하도록 구성될 수 있다.
2.5.3 스프링 요소 위치(Spring Element Locations)
일 구현에 있어서, 기판(110)은 직사각형의 기하학적 형상의 주변에 근접한 지지 위치(114)를 구비한 직사각형의 기하학적 형상을 정의한다. 따라서 스페이서(140) 및 스프링 요소(150)의 어레이는 서로 협력하여, 컴퓨팅 디바이스의 섀시에 대해 기판(110)의 주변을 지지할 수 있다.
이런 구현에 있어서, 용량성 터치 센서(170) 위에 배열된 기판(110) 및 커버층은 서로 협력하여, 지지 위치들(114) 사이의 편향에 저항하는 반강성(semi-rigid) 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 스프링 요소(150)의 어레이에 의해 지지되는 기판(110)의 주변에 의해, 기판(110) 및 커버층은, ~1.6 뉴톤(즉, "클릭" 입력 힘 임계값과 동일한 165 그램)의 힘이 터치 센서 표면(116)의 중심에 인가되었을 때, 공칭 평면으로부터 0.3 ㎜ 미만의 편향을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 기판(110)과 커버층은 서로 협력하여, 상기 인가된 힘을 기판(110)의 주변에, 그리고 따라서 아래의 스페이서(140) 및 스프링 요소(150)에 전달할 수 있다.
이런 구현에 있어서, 기판(110)의 중심을 지지하는 스프링 요소(150)를 포함하면: 기판(110)의 중심과 주변 모두의 근처에서, 기판(110)의 수직 변위에 대한 인가된 힘의 비교적 높은 비율; 및 기판(110)의 중심 둘레와 그리고 주변으로부터 삽입된 중간 영역에서, 기판(110)의 수직 변위에 대한 인가된 힘의 상대적으로 낮은 비율을 생성할 수 있다. 이에 따라, 시스템(100)과 인터페이스하는 사용자에게 혼란 또는 불편함을 유발할 수 있는, 기판(110)의 수직 변위에 대한 인가된 힘의 비율의 이러한 비선형 변화를 피하기 위해, 시스템(100)은: 기판(110)의 주변을 지지하는 스프링 요소(150)를 포함할 수 있고; 기판(110)을 그 중심에 근접하게 지지하는 스프링 요소(150)를 배제할 수 있고; 및 실질적으로 강성 구조를 형성하는 기판(110) 및 커버층을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 스프링 요소(150)의 어레이는 기판(110)의 주변을 지지할 수 있으며, 기판(110) 및 커버층은 거의 일정하거나 또는 상기 터치 센서 표면(116)의 전체 면적을 가로질러 선형적으로 변하는, 기판(110)의 수직 변위에 대한 인가된 힘의 비율을 달성하기 위해 실질적으로 강성인 구조를 형성할 수 있다.
2.5.4 스프링 힘(Spring Force)
또한, 전술한 구현에 있어서, 시스템(100)은: 기판(110)의 모서리에 근접한 지지 위치(114)의 제1 서브세트에 결합된 제1 스프링상수를 특징으로 하는 스프링 요소(150)의 제1 서브세트; 및 제1 스프링상수보다 작은 제2 스프링상수를 특징으로 하는, 기판(110)의 엣지에 근접한 지지 위치(114)의 제2 서브세트에 결합되는, 스프링 요소(150)의 제2 서브세트를 포함할 수 있다.
특히, 이런 구현에 있어서, 시스템(100)은 기판(110)의 엣지와 모서리 사이를 포함하는, 기판(110)의 전체 주변을 따라 기판(110)의 수직 변위에 대한 인가된 힘의 일정한 비율을 달성하기 위해, 기판(110)의 모서리를 지지하는 더 강한 스프링 요소(150), 및 기판(110)의 나머지 엣지를 지지하는 더 약한 스프링 요소(150)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 기판(110) 및 커버층은: 모든 스프링 요소(150)를 가로질러 터치 센서 표면(116)의 중심 근처에 인가된 힘을 전달할 수 있고; 터치 센서 표면(116)의 엣지 근처에 인가된 힘을, (주로) 기판(110)의 엣지를 지지하는 스프링 요소(150)의 서브세트 내로 전달할 수 있고; 터치 센서 표면(116)의 모서리 근처에 인가된 힘을, (주로) 기판(110)의 모서리를 지지하는 하나의 스프링 요소(150) 내로 전달할 수 있다. 이에 따라, 기판(110)의 모서리를 지지하는 스프링 요소(150)는 기판(110)의 엣지를 지지하는 다른 스프링 요소(150)보다 더 큰(예를 들어, 인가된 힘의 단위당 변위가 적은) 스프링상수를 나타낼 수 있다.
2.5.5 개별 스프링 요소(Individual Spring Elements)
또 다른 구현에 있어서, 시스템(100)은 섀시의 개별 스프링 리셉터클에 배열되고(예를 들어, 접합되고, 압입되고) 그리고 기판(110)의 바닥층(112)을 가로질러 배열된 스페이서(140)에 결합되는(예를 들어, 접합되는) 개별 스프링 요소(150)의 세트를 포함한다.
2.5.6 사전 로딩된 스프링 요소(Preloaded Spring Elements)
이런 변형예에 있어서, 기판(110) 및 스페이서(140)는 스프링 요소(150)를 사전 로딩시켜 각각의 스프링 요소(150)와 그 대응의 압력 센서 사이에 적어도 최소 압축력을 유지하기 위해, 섀시 인터페이스(190)에 대해 바이어스될 수도 있으며, 이에 의해: 작동 중 각각의 스프링 요소(150)를 가로지르는 장력을 제거하고; 기판(110) 상의 그 대응의 전극 쌍(130)으로부터 스페이서(140)의 분리를 방지하고; 각각의 스페이서(140)를 가로지르는 벌크 저항 및 이에 따른 압축력이 기판(110) 상의 그 대응의 전극 쌍(130)을 통해 감지 가능한 상태로 유지되는 것을 보장하고; 및 터치 센서 표면(116) 상의 매우 작은 힘 크기(예를 들어, 1 그램으로 낮음)의 입력에 대해 시스템(100)의 감도를 증가시킨다.
도 9에 도시된 일 구현에 있어서, 시스템(100)은 멤브레인(198)을 포함하며, 상기 멤브레인은: 기판(110)의 상부층(111) 위에[그리고 용량성 터치 센서(170)를 형성하는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에] 도포되고; 터치 센서 표면(116)을 정의하고; 기판(110)의 주변으로부터 외향하여 연장되고; 기판(110)의 주변 근처에서 섀시 리셉터클에 의해 클램핑되거나, 또는 달리 유지되고; 및 기판(110)을 가로질러 인장되어 기판(110)을 하방으로 드로잉하며, 이에 의해 섀시와 스페이서(140)의 세트 사이의 스프링 요소(150) 어레이를 압축하고, 기판(110)의 바닥층(112) 상의 그 대응의 전극 쌍(130)과 접촉하도록 스페이서(140)의 세트를 구동한다.
예를 들어, 멤브레인(198)은 접착제로 용량성 터치 센서(170) 위에 접합된 실리콘 또는 PTFE(예를 들어, 확장 PTFE) 필름을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 멤브레인(198)의 주변은 용량성 터치 센서(170) 아래의 평면을 가로질러 섀시에 의해 유지될 수 있어서, 상기 평면 내에서 멤브레인(198)을 횡방향으로 인장하면, 기판(110) 상에 하향력을 부여하여, 기판(110)을 섀시 리셉터클을 향해 구동하고 따라서 스프링 요소(150)의 세트를 압축한다.
또한, 섀시는 리셉터클의 횡방향 및 길이방향 중심을 향해 내향하여 연장되는 플랜지[또는 "선반(shelf)", 언더컷]를 정의할 수 있다. 기판(110)을 지나 연장되는 멤브레인(198)의 외부 섹션은 리셉터클 내로 삽입되어, 플랜지의 하부측과 접촉할 수 있다. 그 후, 멤브레인(198)을 클램핑하기 위해 섀시와 원주방향 유지 브래킷 사이에 유지하기 위해, 원주방향의 유지 브래킷은 플랜지 아래와 그리고 (완전히) 리셉터클 주변 위에서 섀시에 고정될 수 있으며, 이에 의해 멤브레인(198)을 리셉터클의 주위로 밀봉하고, 기판(110)을 가로질러 멤브레인(198)을 인장시킨다.
이에 따라, 이런 구현에 있어서, 시스템(100)은 멤브레인(198)을 포함할 수 있으며, 상기 멤브레인(198)은: 섀시에 결합되고; 그리고 a) 기판(110)과 스프링 요소(150)의 어레이 사이에서 스페이서(140)의 세트의 압축을 사전 로딩하도록 기판(110) 위에 인장되고; 및 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 부재에 응답하여, 섀시 인터페이스(190)의 평면과 거의 일치하는 바와 같이, 스프링 요소(150)의 세트를 공칭 플레이트에 대략적으로 위치시킨다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일 구현에 있어서, 멤브레인(198)은 기판(110)의 주변과 리셉터클 사이에 콘볼루션(convolution)을 포함한다. 이런 구현에 있어서, 상기 콘볼루션은 이하에 기재되는 바와 같이 햅틱 피드백 사이클 동안 시스템(100)의 발진을 수용하기 위해, 편향되거나 변형되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(198)은 기판(110)의 외주와 리셉터클의 내주 사이의 갭을 따라 연장되는 반원형 융기부를 구비한 폴리이미드 필름을 포함할 수 있다.
또한, 이런 구현에 있어서, 시스템(100)은 멤브레인(198) 위에 접합되어 기판(110)의 주변까지 연장되는 유리 또는 다른 커버층을 포함할 수도 있다.
2.6 컨트롤러 및 작동(Controller and Operation)
시스템(100)의 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 스캔 사이클 동안: 기판(110)과 스프링 요소(150)의 어레이 사이의 스페이서(140)의 세트의 압축을 나타내는, 구동 전극(130)의 어레이로부터, 저항값의 세트를 판독하도록; 및 스프링 요소(150)의 어레이의 스프링상수를 나타내는 힘 모델 및 저항값의 세트에 기초하여, 상기 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘의 분포를 해석하도록 구성된다.
도 9에 도시된 일 예에 있어서, 설정 루틴 동안 또는 터치 입력이 터치 센서 표면(116)에 인가되지 않는 진행 중인 교정 사이클 동안, 컨트롤러(180)는 압력 센서로부터 저항값을 판독하고 그리고 이들 저항값을, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 부재에 대응하는, 이들 압력 센서에 대한 베이스라인 저항으로서 저장한다. 나중에, 사용자가 제1 시간에 제1 스프링 요소(150)에 근접한 터치 센서 표면(116)의 제1 영역을 눌렀을 때(예를 들어, 스타일러스, 손가락으로), 제1 스프링 요소(150)는 상기 터치 입력에 항복한다. 따라서 전극 쌍(130)의 어레이에서 제1 스페이서(140)는: 지지 위치(114)의 어레이에서 기판(110)의 바닥층(112) 상의 제1 스프링 요소(150)와 제1 지지 위치(114) 사이를 압축하고; 및 터치 입력의 힘 크기에 비례하는 국부적 벌크 저항의 감소를 나타낸다. 따라서 컨트롤러(180)는: 제1 시간에 걸친 스캔 사이클 동안, 제1 스페이서(140)에 인접한 제1 전극 쌍(130)으로부터 제1 저항값을 판독하고; 제1 저항값과 제1 전극 쌍(130)에 대해 저장된 베이스라인 저항값 사이의 차이에 기초하여, 제1 시간에 제1 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값의 제1 변화를 계산하고; 저항값의 제1 변화 및 상기 제1 스프링 요소에 의해 운반된 힘에 대해 베이스라인 저항으로부터의 편차와 관련된 저장된 힘 모델에 기초하여(예를 들어, 이에 비례하여), 제1 스프링 요소(150)에 의해 운반된 터치 입력의 힘 크기의 일부를 해석한다[예를 들어, 제1 스프링 요소(150)의 스프링상수에 기초하여].
이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는 각각의 압력 센서에서 검출된 저항값의 변화를, 제1 시간에 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반된 터치 힘 입력의 전체 힘 크기의 부분으로 변환하기 위해, 기판(110) 상의 각각의 다른 개별 압력 센서에 대해 상기 프로세스를 구현할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는 이들 부분을 합산하여, 제1 시간 동안 터치 입력의 전체 힘 크기를 계산할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(180)는 이하에 기재되는 바와 같이, 각각의 개별 입력에 의해 인가되는 힘을 추정하기 위해, 각각의 압력 센서에 의해 운반되는 힘 크기의 이들 부분, 기판(110) 상의 압력 센서의 알려진 위치, 및 용량성 터치 센서(170)를 통해 터치 센서 표면(116) 상에 검출된 다중의 동시발생 개별 입력의 위치를 융합할 수 있다.
2.6.1 네거티브 힘(Negative Force)
도 9에 도시된 일 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 압력 센서를 가로질러 검출된 저항의 감소 및 증가에 각각 기초하여, 스캔 사이클 동안 개별 압력 센서에 의해 운반되는 힘의 증가 및 감소 모두를 검출하기 위해, 유사한 방법 및 기술을 구현한다. 보다 구체적으로, 터치 센서 표면(116)의 제1 모서리 근처에 터치 센서 표면(116) 상의 힘의 인가는, 상기 제1 모서리를 섀시 내로 누를 수 있지만, 그러나 기판(110)의 대향의 제2 모서리가 리프팅되게 할 수 있고, 이에 의해 제1 모서리에 의해 운반되는 힘은 증가시키지만, 그러나 제2 모서리에 의해 운반되는 힘은 감소시킨다. 이에 따라, 컨트롤러(180)는: 기판(110)의 제1 및 제2 모서리에 있는 제1 및 제2 압력 센서에서 저항의 감소 및 증가 모두를 검출할 수 있고; 이들 저항을, 제1 및 제2 압력 센서에 의해 운반되는 힘의 포지티브 및 네거티브 변화로 변환할 수 있고; 및 이때 터치 센서 표면(116)에 인가된 정확한 전체 힘을 계산하기 위해, 운반된 힘의 이들 포지티브 및 네거티브 변화를 합산한다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 시스템(100)은 멤브레인(198)을 포함할 수 있으며, 상기 멤브레인은 스프링 요소(150)의 어레이를 섀시를 향해 사전 로딩하고, 그리고 터치 센서 표면(116)에 터치 입력이 인가되지 않을 때, 공칭 평면에서 (얇은 시트 금속의) 섀시 인터페이스(190)의 상면의 약간 아래에 스프링 요소(150)를 위치시킨다. 따라서 각각의 스프링 요소(150)는: 그 대응의 지지 위치(114)에 근접한 터치 센서 표면(116) 상의 힘의 인가에 응답하여, 공칭 평면 아래로 항복될 수 있고; 및 그 대응의 지지 위치(114)로부터 떨어져 있는[예를 들어, 터치 센서 표면(116)의 대향 엣지에서] 터치 센서 표면(116) 상의 힘의 인가에 응답하여, 공칭 평면 위로 항복될 수 있다.
스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는, 전극 쌍(130)의 어레이에서, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력에 근접한 전극 쌍(130)의 제1 서브세트로부터 저항값의 제1 세트를 판독할 수 있다. 그 후, 전극 쌍(130)의 제1 서브세트에 대해 저장된 베이스라인 저항값으로부터 제1 방향으로 벗어나는(예를 들어, 아래로 떨어지는) 저항값의 제1 세트에 응답하여, 컨트롤러(180)는 전극 쌍(130)의 제1 서브세트에 결합된 스프링 요소(150)의 제1 서브세트에 의해 운반되는 베이스라인 위의(또는 "상승된", "포지티브") 압축력의 제1 세트를 해석할 수 있다.
유사하게, 상기 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 전극 쌍(130)의 어레이에서, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력으로부터 떨어져 있는 전극 쌍(130)의 제2 서브세트로부터 저항값의 제2 세트를 판독할 수 있다. 그 후, 전극 쌍(130)의 제2 서브세트에 대해 저장된 베이스라인 저항값으로부터 제2 방향으로 벗어나는(예를 들어, 초과하는) 저항값의 제2 세트에 응답하여, 컨트롤러(180)는 전극 쌍(130)의 제2 서브세트에 결합된 스프링 요소(150)의 제2 서브세트에 의해 운반되는 베이스라인 아래의(또는 "감소된", "네거티브") 압축력의 제2 세트를 해석할 수 있다.
그 후, 컨트롤러(180)는 베이스라인 위의 압축력의 제1 세트와 상기 베이스라인 아래의 제2 세트의 조합에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 인가된 터치 입력의 전체 힘 크기를 해석할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는 베이스라인 아래의 압축력의 제2 세트의 합산보다 적은, 베이스라인 위의 압축력의 제1 세트의 합산에 기초하여, 상기 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 터치 입력의 전체 힘 크기를 해석할 수 있다.
2.6.2 용량성 터치 + 저항력(Capacitive Touch + Resistive Force)
또한, 기판(110)의 상부층(111)을 가로질러 용량성 터치 센서(170)를 형성하는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 포함하는 전술한 시스템(100)의 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 스캔 사이클 동안 용량성 터치 센서(170)로부터 커패시턴스값 및 압력 센서의 세트로부터 저항값을 판독할 수 있고; 및 상기 스캔 사이클 동안 이들 데이터를, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 위치 및 힘 크기와 융합할 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)의 구동 전극 및 감지 전극 사이의 커패시턴스값(예를 들어, 용량성 충전 시간, 방전 시간, 또는 RC-회로 공진 주파수의 변화)의 세트를 판독할 수 있고; 전극 쌍(130)의 어레이에서 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항값의 세트를 판독할 수 있고; 커패시턴스값의 세트에 기초하여[예를 들어, 기판(110)의 상부층(111)을 가로질러 알려진 횡방향 및 길이방향 위치에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 변화에 기초하여], 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출할 수 있고; 전술한 바와 같이 저항값의 세트에 기초하여, 터치 입력의 힘 크기를 해석할 수 있고; 및 힘-주석이 달린 터치 이미지 등의 형태로, 터치 입력의 횡방향 위치, 길이방향 위치, 및 힘 크기를 출력할 수 있다.
이에 따라, 이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)가 커패시턴스값의 세트에 기초하여 상기 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 상의 단일의 터치 입력을 검출했다면, 컨트롤러(180)는 전체 인가된 힘을 상기 단일 터치 입력에 귀속시킬 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는 인접의 전극 쌍(130)으로부터 판독된 저항값, 이들 전극 쌍(130)에 대해 저장된 베이스라인 저항값, 및 이들 스프링 요소에 대해 저장된 힘 모델에 기초하여, 각각의 스프링 요소에 의해 운반된 개별적인 힘을 계산하기 위해, 전술한 방법 및 기술을 구현할 수 있고; 상기 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 전체 힘을 계산하기 위해 이들 개별적인 힘을 합산하고; 및 커패시턴스값의 세트로부터 유도된 터치 입력의 위치를 상기 전체 힘으로 라벨링할 수 있다.
2.6.3 다중-터치(Multi-touch)
그러나 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)가 용량성 터치 센서(170)로부터 판독된 커패시턴스값의 세트에 기초하여, 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 상의 다중 터치 입력을 검출했다면, 컨트롤러(180)는 이들 개별 터치 입력의 힘 크기를 추정(예를 들어, 명확화)하기 위해, 이들 커패시턴스값으로부터 유도된 개별 터치 입력의 위치를 스프링 요소(150)에 의해 운반된 힘 크기와 융합할 수 있다.
도 10에 도시된 일 구현에 있어서, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 세트를 판독하고; 전극 쌍(130)의 어레이에서 전극 쌍(130)의 저항값의 세트를 판독하고; 커패시턴스값의 세트에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 제1 터치 입력의 제1 횡방향 위치 및 제1 길이방향 위치[예를 들어, 제1 입력으로서 식별된 터치 센서 표면(116) 상의 제1 영역의 중심]를 검출하고; 및 커패시턴스값의 세트에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 제2 터치 입력의 제2 횡방향 위치 및 제2 길이방향 위치[예를 들어, 제2 입력으로서 식별된 터치 센서 표면(116) 상의 제2 영역의 중심]를 유사하게 검출한다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는, a) 제1 입력에 응답하여 커패시턴스값의 변화를 나타내는 구동 전극 및 감지 전극의 제1 클러스터를, b) 제2 입력에 응답하여 커패시턴스값의 변화를 나타내는 구동 전극 및 감지 전극의 제2 클러스터로부터 격리시킴으로써, 터치 센서 표면(116) 상의 제1 및 제2 입력을 구별하기 위해, 블로브 검출(blob detection), 클러스터링(clustering), 또는 기타 터치 해석 기술을 구현할 수 있다.
이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는 저항값의 세트, 대응의 전극 쌍(130)의 저장된 베이스라인 저항값, 및 대응의 스프링 요소(150)에 대해 저장된 스프링 요소(150) 모델에 기초하여, 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 개별적인 힘 크기의 세트를 해석하기 위해, 전술한 방법 및 기술을 구현할 수도 있다. 그 후, 각각의 압력 센서에 대해, 컨트롤러(180)는: 제1 터치 입력의 제1 횡방향 위치 및 제1 길이방향 위치에 기초하여, 제1 터치 입력으로부터 스프링 요소(150)까지의 제1 거리를 계산할 수 있고; 제2 터치 입력의 제2 횡방향 위치 및 제2 길이방향 위치에 기초하여, 제2 터치 입력으로부터 스프링 요소(150)까지의 제2 거리를 계산할 수 있고; 제1 거리와 제2 거리의 조합(예를 들어, 합산)에 대한 제1 거리의 제1 비율에 기초하여, 제1 터치 입력에 의해 인가되었던, 스프링 요소(150)에 의해 운반된 개별적인 힘 크기의 제1 비율을 추정할 수 있고; 및 제1 거리와 제2 거리의 조합(예를 들어, 합산)에 대한 제2 거리의 제2 비율에 기초하여, 제2 터치 입력에 의해 인가되었던 개별적인 힘 크기의 제2 비율을 추정할 수 있다.
컨트롤러(180)는 그 후 이들 스프링 요소(150)로부터 제1 입력까지의 거리로부터 이렇게 유도된 제1 비율에 의해 가중된, 스프링의 어레이에 의해 운반되는 힘 크기의 제1 조합(예를 들어, 합산)에 기초하여, 제1 터치 입력에 의해 인가된 제1 전체 힘 크기를 추정할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(180)는 이들 스프링 요소(150)로부터 제2 입력까지의 거리로부터 이렇게 유도된 제2 비율에 의해 가중된, 스프링의 어레이에 의해 운반되는 힘 크기의 제2 조합(예를 들어, 합산)에 기초하여, 제2 터치 입력에 의해 인가된 제2 전체 힘 크기를 추정할 수 있다.
이에 따라, 이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는 이들 스프링 요소(150)와 이들 개별 터치 입력 사이의 거리에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 다중 개별 터치 입력으로부터 진행되는, 다중 스프링 요소에 의해 운반되는, 힘의 비율을 추정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(180)는 이들 개별 터치 입력의 크기(예를 들어, 면적, 최소 폭에 비례하여)에 기초하여(예를 들어, 비례하여), 터치 센서 표면(116) 상의 다중 개별 터치 입력으로부터 진행되는, 다중 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 힘의 비율을 추정할 수 있다.
2.7 햅틱 피드백 모듈(Haptic Feedback Module)
도 5에 도시된 일 변형예에 있어서, 섀시 인터페이스(190)[또는 스프링 요소(150)의 어레이를 위치시키는 별도의 스프링 플레이트(152)]는, 스프링 요소(150)의 어레이로부터 삽입된 자기 요소 리셉터클(192)을 정의한다. 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 자기 요소 리셉터클(192)에 배열된(예를 들어, 접합된, 내부에 포팅된) 자기 요소(194)[예를 들어, 할바흐 어레이(Halbach array), 영구 자석의 그룹]를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 이런 변형예에 있어서, 기판(110)은 진동기를 형성하기 위해, 자기 요소(194) 위에 배열되고 또한 이에 자기적으로 결합하도록 구성되는 도전성 코일을 포함한다. 예를 들어, 도전성 코일은 기판(110)의 바닥층(112)에 장착된(예를 들어, 접합된, 납땜된) 개별적인 에어 코어 와이어 인덕터(air core wire inductor)를 포함할 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 기판(110)은 기판(110) 내에 일체형 유리섬유-코어 와이어-트레이스 인덕터(fiberglass-core wire-trace inductor)를 형성하기 위해, 기판(110)의 다층 위에 제조되는 다중의 동축 도전성 나선형 트레이스를 포함한다.
대안적으로, 시스템(100)은 기판(110)에 장착되고 그리고 컨트롤러(180)에 의해 선택적으로 전력을 공급받는, 개별적인 전기기계적 진동기를 포함할 수 있다.
작동 중, 컨트롤러(180)는 도전성 코일 또는 전기기계적 진동기를 교류로 구동할 수 있으며, 이에 의해 도전성 코일과 자기 요소(194) 사이에 발진력을 유도하며, 이는 섀시 및 섀시 인터페이스 위에서 기판(110)을 발진시키며, 따라서 손가락이나 스타일러스로 터치 센서 표면(116)과 인터페이스하는 사용자에게 촉각(또는 "햅틱") 피드백을 제공한다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는 전술한 바와 같이 그리고 이하에 기재되는 바와 같이, "클릭" 입력 힘 임계값(예를 들어, 1.6 뉴톤, 165 그램)을 초과하는 힘의 인가에 응답하여, 클릭 사이클 동안 도전성 코일을 교류로 구동할 수 있다.
보다 구체적으로, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 전극 쌍(130)의 어레이로부터 저항값의 세트를 판독할 수 있고; 저항값의 세트에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 인가된 입력의 힘 크기를 해석할 수 있고; 및 임계 힘 크기(예를 들어, 1.6 뉴톤, 165 그램)를 초과하는 입력의 힘 크기에 응답하여, 도전성 코일을 자기 요소(194)에 자기적으로 결합하기 위해, 도전성 코일을 통해 교류를 구동할 수 있다. 따라서 스프링 요소(150)의 어레이는, 기판(110) 및 터치 센서 표면(116)이 섀시에 대해 발진할 수 있도록 하기 위해, 도전성 코일과 자기 요소(194) 사이의 자기 결합에 항복할 수 있다.
2.8.1 기판 이동(Substrate Motion)
일 구현에 있어서, 진동기는 주 진동 축선(primary vibration axis )을 따라 터치 센서 표면(116)에 평행한[예를 들어, 터치 센서 표면(116)의 단변에 평행한] 진동 평면에서, 섀시에 대해 기판(110)을 진동시키도록 구성될 수 있다. 따라서 각각의 스프링 요소(150)는, 주 진동 축선을 따라 우선적으로 편향되고 그리고 진동 평면에서의 힘에 응답하여(예를 들어, 진동기의 동작에 응답하는) 주 진동 축선과 직교하는 편향에 저항하도록 구성될 수 있다.
일 예에 있어서, 도전성 코일은 터치 센서 표면(116)에 수직한 인덕터 축선을 정의하고; 자기 요소(194)는 도전성 코일의 여자(excitation)가 도전성 코일과 자기 요소(194) 사이에서 터치 센서 표면(116)과 평행한 발진력을 유도하도록, 인덕터 축선과 직교하는 자기 요소(194)의 분극 축선(polar axis)을 구비한 자기 요소 리셉터클(192)에 배열된다. 이런 예에 있어서, 각각의 스프링 요소(150)는: 진동 평면 내에서 연장되고 또한 주 진동 축선과 직교하여 연장되는, 제1 길이, 제1 폭의 굴곡 비임의 제1 세트; 진동 평면 내에서 연장되고 및/또는 주 진동 축선에 평행하게 연장되는, 상기 제1 길이보다 더 작은 제2 길이, 상기 제1 폭보다 더 큰 제2 폭의 굴곡 비임(flexure beams)의 제2 세트; 및 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 굴곡 비임의 제1 및 제2 세트를 통해, 섀시 인터페이스(190)의 베이스로부터 현수된 스테이지(154)[예를 들어, "스페이서(140) 시트"]를 포함할 수 있다. 따라서 이런 예에 있어서, 섀시 인터페이스(190)는 섀시에 견고하게 결합될 수 있고, 스프링 요소(150)의 세트는 주 진동 축선을 따라 진동에 대해 저항을 적게 나타낼 수 있으며, 그리고 섀시 리셉터클을 향하여 하방으로 시스템(100)의 눌려짐을 수용할 동안, 상기 주 진동 축선과 직교하는 시스템(100)의 위치를 우선적으로 유지할 수 있다.
대안적으로, 각각의 스프링 요소(150)는 섀시 인터페이스(190)의 베이스에 대해 스페이서(140) 시트를 위치시키고, 도 8d 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 진동 평면의 힘에 응답하는 주 진동 축선과 평행하고 그리고 이에 직교하는 시스템의 이동에 유사한 저항을 나타내는, 중합된(nested) 곡선 비임의 세트를 포함할 수 있다. 이런 구현에 있어서: 통합된 진동기의 자기 요소(194)는 섀시 리셉터클에 배열될 수 있고; 섀시 인터페이스(190)는 고무 그로밋(rubber grommet)의 세트처럼 섀시에 탄성적으로 결합될 수 있고, 그리고 자기 요소(194) 위에 윈도우(window)를 포함할 수 있으며; 코일은 주 진동 축선을 따라 섀시 인터페이스(190) 및 터치 센서 표면(116)을 포함하는 시스템(100)을 진동시키도록 활성화되었을 때, 윈도우를 통해 자기 요소(194)에 자기적으로 결합할 수 있다.
또 다른 구현에 있어서, 도전성 코일은 터치 센서 표면(116)에 수직한 인덕터 축선을 정의하고; 자기 요소(194)는, 도전성 코일의 여자가 도전성 코일과 자기 요소(194) 사이에서 터치 센서 표면(116)과 직교하는 발진력을 유도하도록, 인덕터 축선에 평행한 자기 요소의 분극 축선을 구비한 자기 요소 리셉터클(192)에 배열된다. 이런 구현에 있어서, 스프링 요소(150)의 어레이는 기판(110) 및 터치 센서 표면(116)이 섀시 내에서 수직으로 발진할 수 있도록 하기 위해, 터치 센서 표면(116)에 수직한 방향으로 항복하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이런 구현에 있어서, 각각의 스프링 요소(150)는 기판(110)의 바닥층(112) 상의 스페이서(140)에 결합된(예를 들어, 접합된) 스테이지(154)를 지지하는 나선형 굴곡부를 포함할 수 있다.
이에 따라, 섀시와 스페이서(140)의 어레이 사이의 강성의 또는 낮은 순응도의 결합이 아니라, 시스템(100)은 클릭 사이클 동안 진동기의 작동에 항복하는(예를 들어, 이에 응답하여 탄성적으로 변형되는) 스프링 요소(150)의 어레이를 포함할 수 있으며, 이에 의해 터치 센서 표면(116)의 진동 댐핑을 제한하고, 그리고 시스템(100)이 비교적 작은, 저전압 및 저전력 진동기를 통해 사용자에게 인지 가능한 햅틱 피드백을 되돌릴 수 있게 한다.
또한, 기판(110)에 통합된 코일 및 별도의 자기 요소(194)를 구비한 통합된 진동기를 포함하는 시스템(100)의 변형예에 있어서: 자기 요소(194)는 섀시 리셉터클에 배열될 수 있고; 섀시 인터페이스(190)는 도 7에 도시된 바와 같이 자기 요소(194) 위에 윈도우를 포함할 수 있고; 코일은 주 진동 축선을 따라 탄성적으로 변형되는 스프링 요소(150)와 함께 주 진동 축선을 따라 시스템(100)을 진동시키도록 활성화되었을 때, 윈도우를 통해 자기 요소(194)에 자기적으로 결합될 수 있다. 대안적으로: 자기 요소(194)는 섀시 인터페이스(190)에 직접 결합될 수 있고; 코일은 주 진동 축선을 따라 시스템(100)을 진동시키도록 활성화되었을 때, 자기 요소(194)에 자기적으로 결합할 수 있다.
2.8 고해상도/저해상도 영역(High- / Low-Resolution Regions)
도 11에 도시된 일 변형예에 있어서, 시스템(100)은: 압력 센서의 세트에 의해 지지되고 그리고 용량성 터치 센서(170)를 포함하는 1차 입력 영역(118); 및 압력 센서의 세트에 의해 지지되지만 그러나 용량성 터치 센서(170)를 배제하는 2차 입력 영역(119)을 포함한다.
2.8.1 주변 압력 센서(Perimeter Pressure Sensors)
시스템(100)이 랩탑 컴퓨터에서 키보드의 바닥 엣지를 따라 배열된 터치패드로서 설치되도록 구성되는 일 구현에 있어서: 기판(110)은 대략 키보드의 폭에 걸쳐 있을 수 있고; 용량성 터치 센서(170)는 1차 입력 영역(118)을 형성하기 위해 기판(110) 위에 횡방향으로 대략 중앙에 위치될 수 있고; 및 1차 입력 영역(118)에 인접하는 기판(110)의 영역은 용량성 터치 센서(170)를 배제할 수 있고, 따라서 2개의 2차 입력 영역(119)을 형성할 수 있다. 이런 구현에 있어서, 시스템(100)은 기판(110)의 주변에 대해 배열되고 그리고 랩탑 컴퓨터의 섀시 상에 전체 기판(110)을 지지하도록 협력하는, 지지 영역, 스페이서(140), 전극 쌍(130), 및 스프링 요소(150)를 포함할 수 있다. 따라서 이런 구현에 있어서, 기판(110), 1차 입력 영역(118), 및 2차 입력 영역(119)은 섀시 위로 "플로팅"할 수 있고 그리고 섀시를 향해 눌려질 수 있으며, 이에 의해: 스프링 요소(150)(의 서브세트)를 국부적으로 압축하고; 스페이서(140)(의 서브세트)를 압축하고; 전극 쌍(130)(의 서브세트)을 가로지르는 저항값을 감소시키고; 및 컨트롤러(180)가 1차 및 2차 영역을 가로질러 인가된 전체 힘을 계산할 수 있게 하며 그리고 또한 1차 및 2차 영역을 가로질러 인가된 개별 입력의 힘 크기를 추정할 수 있게 한다.
2.8.2 삽입 압력 센서(Inset Pressure Sensors)
도 11에 도시된 유사한 구현에 있어서, 시스템(100)은 1차 입력 영역(118)의 바닥 엣지를 따라; 1차 입력 영역(118)의 상부 엣지를 따라; 기판(110)의 좌측 엣지로부터 삽입된 좌측의 2차 입력 영역(119) 내에; 및 기판(110)의 우측 엣지로부터 삽입된 우측의 2차 입력 영역(119) 내에; 배열되는 지지 영역, 스페이서(140), 전극 쌍(130), 및 스프링 요소(150)를 포함한다. 따라서 이런 구현에 있어서, 스프링 요소(150)는 1차 입력 영역(118)을 유리하게 지지할 수 있고, 컨트롤러(180)는 이들 전극 쌍(130)을 가로지르는 저항의 변화에 기초하여 1차 입력 영역(118)에 인가된 힘을 유리하게 해석할 수 있다. 그러나 시스템(100)이 2차 입력 영역(119)의 아래에 배열된 압력 센서를 포함하기 때문에, 컨트롤러(180)는 인접의 키보드에 타이핑할 동안 또는 1차 입력 영역(118)을 가로질러 손가락이나 스타일러스를 그릴 동안, 2차 입력 영역(119)에 놓이는 사용자의 손바닥과 같은 이들 압력 센서 내에서, 저항값의 변화에 기초하여 2차 입력 영역(119)에 인가되는 힘을 검출할 수도 있다. 그러나 이런 구현에 있어서, 시스템(100)이 2차 입력 영역(119) 위에 용량성 터치 센서(170)를 배제하기 때문에, 컨트롤러(180)는 1차 입력 영역(118) 위의 입력의 위치 및 힘 크기를 검출 및 추적할 수 있지만; 그러나 오직 2차 입력 영역(119) 위의 입력의 힘 크기만 검출할 수 있다.
예를 들어, 시스템(100)은: 기판(110)의 제1 영역[즉, 1차 입력 영역(118)] 내에서 지지 위치(114)의 제1 서브세트를 점유하는 전극 쌍(130)의 제1 서브세트; 기판(110)의 제2 영역[즉, 2차 입력 영역(119)] 내에서 지지 위치(114)의 제2 서브세트를 점유하는 전극 쌍(130)의 제2 서브세트; 기판(110)의 제1 영역 위에 배열되는, 용량성 터치 센서를 형성하는, 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 시스템(100)은: 지지 위치(114)의 제1 서브세트에 결합되는 스프링 요소(150)의 제1 서브세트; 및 지지 위치(114)의 제2 서브세트에 결합되는 스프링 요소(150)의 제2 서브세트를 포함한다. 따라서 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 전극 쌍(130)의 제2 서브세트로부터 저항값의 서브세트를 판독할 수 있고; 및 저항값의 서브세트에 기초하여, 기판(110)의 제2 영역 위에서 터치 센서 표면(116)과 접촉하는 손바닥을 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)가 용량성 터치 센서(170)를 통해 1차 입력 영역(118) 내에서 입력의 부재를 검출하지만, 그러나 전극 쌍(130)의 제2 서브세트를 가로지르는 저항값의 변화에 기초하여 스프링 요소(150)의 제2 서브세트에 의해 운반되는 힘을 검출했다면, 컨트롤러(180)는 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 힘의 합산과 동일한 힘 크기로, 2차 입력 영역(119) 상의 입력(예를 들어, 손바닥)을 식별할 수 있다.
역으로, 이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)를 통한 1차 입력 영역(118) 내의 입력; 전극 쌍(130)의 제1 서브세트를 가로지르는 저항값의 변화에 기초하여, 스프링 요소(150)의 제1 서브세트에 의해 운반되는 힘; 및 전극 쌍(130)의 제2 서브세트를 가로지르는 저항값의 변화에 기초하여, 스프링 요소(150)의 제2 서브세트에 의해 운반되는 힘을 검출할 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는: 1차 입력 영역(118) 상의 제1 입력(예를 들어 손가락, 스타일러스)을 검출할 수 있고; 2차 입력 영역(119) 상의 제2 입력(예를 들어, 손가락, 스타일러스)을 검출할 수 있고; 지지 위치(114)로부터 2차 입력 영역(119)의 중심까지의 제2 거리에 대한, 지지 위치(114)로부터 제1 입력까지의 제1 거리의 비율에 기초하여, 제1 입력으로 인해 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 힘의 제1 비율을 해석할 수 있고; 지지 위치(114)로부터 제1 입력까지의 제1 거리에 대한, 지지 위치(114)로부터 2차 입력 영역(119)의 중심까지의 제2 거리의 비율에 기초하여, 제2 입력으로 인해 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 힘의 제2 비율을 해석할 수 있고; 1차 입력 영역(118) 상의 제 1 입력의 힘 크기를 추정하기 위해, 제 1 비율들을 합산할 수 있고; 및 1차 입력 영역(118) 상의 제2 입력의 힘 크기를 추정하기 위해, 제2 비율들을 합산할 수 있다.
그 후, 이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)(또는 랩탑 컴퓨터)는 2차 입력 영역(119) 상의 손바닥 검출에 응답하여, 키보드를 활성화[예를 들어, 전원 공급, 웨이크(wake)]할 수 있다. 대안적으로, 컨트롤러(180)는 2차 입력 영역(119)에 인가된 힘의 부재의 검출에 응답하여, 낮은 샘플링 레이트(sampling rate)로 키보드를 샘플링할 수 있으며, 이는 2차 입력 영역(119) 상에 손바닥이 없고 그리고 사용자가 키보드 상에서 타이핑을 시도하지 않음을 나타낼 수 있으며, 그리고 그 반대의 경우도 가능하다.
유사한 구현에 있어서, 시스템(100)은: 1차 입력 영역(118) 위에 배열된 제1 고해상도 용량성 터치 센서(170)[예를 들어, 제1 밀도의 구동 및 제2 전극을 포함하는 용량성 터치 센서(170)]; 및 2차 입력 영역(119) 위에 배열된 2개의 저해상도 용량성 터치 센서(170)[예를 들어, 상기 제1 밀도보다 작은 제2 밀도의 구동 및 제2 전극을 포함하는 용량성 터치 센서(170)]를 포함할 수 있다. 이런 구현에 있어서, 시스템(100)은: 1차 입력 영역(118)을 따라 기판(110)의 상부 및 바닥 엣지를 지지하는 압력 센서 및 스프링 요소(150)의 로우; 및 1차 및 2차 입력 영역(119) 사이의 접합부 근처의 또는 2차 입력 영역(119)의 중심에 근접한 바와 같이, 2차 입력 영역(119)을 지지하는 압력 센서 및 스프링 요소(150)의 컬럼을 포함할 수도 있다. 따라서 이런 구현에 있어서 컨트롤러(180)는: 1차 입력 영역(118) 위의 제1 입력의 위치를 고해상도로 검출할 수 있고; 2차 입력 영역(119) 위의 제2 입력의 위치를 저해상도로 검출할 수 있고; 인접한 전극 쌍(130)의 저항값의 변화에 기초하여, 기판(110)의 알려진 영역을 지지하는, 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 힘을 해석할 수 있고; 제1 및 제2 입력에 의해 인가된 이들 힘의 부분을 추정하기 위해, 전술한 바와 유사한 방법 및 기술을 구현할 수 있고; 및 그 후, 이들 입력의 전체 힘 크기를 추정할 수 있다.
3. 커패시턴스에 의한 힘(Force by Capacitance)
도 12에 도시된 시스템(100)의 또 다른 변형예는: 상부층(111), 바닥층(112), 바닥층(112) 상에 배열된 커패시턴스 센서(120)의 어레이, 및 커패시턴스 센서(120)의 어레이에 인접한 바닥층(112) 상에 배열되는 지지 위치(114)의 어레이를 포함하는 기판(110); 기판(110)의 상부층(111) 위에 배열된 터치 센서 표면(116); 기판(110)을 섀시에 결합하고 그리고 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하여 섀시를 향해 하방으로 기판(110)의 변위에 항복하도록 구성된 스프링 요소(150)의 어레이로서, 스프링 요소(150)의 어레이의 각각의 스프링 요소(150)가 지지 위치(114)의 어레이의 지지 위치(114)에서 기판(110)에 결합되는, 스프링 요소(150)의 어레이; 스프링 요소(150)의 어레이에 인접한 섀시에 결합되고 그리고 결합 플레이트(160)를 향한 기판(110)의 변위에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록 구성된 결합 플레이트(160); 및 커패시턴스 센서(120)의 어레이로부터 커패시턴스값을 판독하고 그리고 커패시턴스 센서(120)의 어레이로부터 판독된 커패시턴스값에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 인가된 입력의 힘 크기를 해석하도록 구성된 컨트롤러(180)를 포함한다.
도 14에 도시된 시스템(100)의 유사한 변형예는: 상부층(111), 바닥층(112), 바닥층(112) 상에 배열된 커패시턴스 센서(120)의 어레이, 및 커패시턴스 센서(120)의 어레이에 인접한 바닥층(112) 상에 배열되는 지지 위치(114)의 어레이를 포함하는 기판(110); 기판(110)의 상부층(111) 상에 배열되는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이; 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되는 터치 센서 표면(116); 기판(110)을 섀시에 결합하고 그리고 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하여 섀시를 향해 하방으로 기판(110)의 변위에 항복하도록 구성된 스프링 요소(150)의 어레이로서, 스프링 요소(150)의 어레이의 각각의 스프링 요소(150)가 지지 위치(114)의 어레이의 지지 위치(114)에서 기판(110)에 결합되는, 스프링 요소(150)의 어레이; 및 스프링 요소(150)의 어레이에 인접한 섀시에 결합되고 그리고 결합 플레이트(160)를 향한 기판(110)의 변위에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록 구성된 결합 플레이트(160)를 포함한다. 시스템(100)의 이런 변형예는 스캔 사이클 동안: 용량성 터치 센서(170)에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하도록; 커패시턴스 센서(120)의 어레이에서 커패시턴스 센서(120)의 커패시턴스값의 제2 세트를 판독하도록; 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출하도록; 커패시턴스값의 제2 세트에 기초하여, 터치 입력의 힘 크기를 해석하도록; 및 터치 입력의 횡방향 위치, 길이방향 위치, 및 힘 크기를 출력하도록; 구성된 컨트롤러(180)를 추가로 포함한다.
3.1 응용(Applications)
일반적으로, 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 컴퓨팅 디바이스의 섀시에 장착되어, 기판(110)의 바닥층(112)과 대면하여 오프셋되며, 또한 스프링 요소(150)의 어레이 근처에서 연장되는 결합 플레이트(160); 및 기판(110)의 바닥층(112)을 가로질러 배열되고, 결합 플레이트(160)에 용량 결합되도록 구성되는 커패시턴스(120)의 어레이를 포함하며, 이에 의해 커패시턴스값(예를 들어, 충전 시간, 방전 시간, 또는 RC-회로 공진 주파수)의 변화를, 결합 플레이트(160)로부터의 그 거리의 함수로서 나타낸다.
이런 변형예에 있어서, 스프링 요소(150)의 세트는: 섀시에 대해 커패시턴스 센서(120)의 어레이에 근접한 기판(110을) 수직으로 지지하고; 및 터치 센서 표면(116)에 인가되는 힘에 항복하며, 이에 의해 근처의 커패시턴스 센서(120)가 결합 플레이트(160)를 향해 이동할 수 있게 하고, 이는 이들 커패시턴스 센서(120)와 결합 플레이트(160) 사이의 거리 변화에 비례하여 이들 커패시턴스 센서(120)의 커패시턴스값을 변경한다. 따라서 컨트롤러(180)는: 그 저장된 베이스라인 커패시턴스값으로부터 커패시턴스 센서(120)의 커패시턴스값의 변화에 기초하여, 커패시턴스 센서(120)와 결합 플레이트(160) 사이의 거리 변화를 계산할 수 있고; 및 스프링 요소(150)의 그 저장된 스프링상수에 기초하여, 인접한 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 힘을 계산할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는: 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반된 힘에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 인가된 전체 힘을 계산하기 위해; 및/또는 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반된 힘을, 용량성 터치 센서(170)를 통해 검출된 입력 위치와 융합하여, 터치 센서 표면(116) 상의 개별 터치 입력에 의해 인가된 힘을 추정하기 위해; 전술한 설명된 방법 및 기술을 구현할 수 있다
3.2 기판(Substrate)
전술한 바와 같이, 이런 변형예에 있어서, 기판(110)은 유리섬유 PCB 를 포함할 수 있고, 상기 유리섬유 PCB 는: 상부층(111); 및 지지 위치(114)의 어레이를 정의하는 바닥층(112)을 포함한다. 기판(110)은 바닥층(112)을 가로질러 배열되고 지지 위치(114)에 인접하는(예를 들어, 둘러싸는, 접하는) 커패시턴스 센서(120)의 어레이를 추가로 포함한다.
3.2.1 상호-커패시턴스 센서(Mutual-Capacitance Sensors)
도 13a에 도시된 일 구현에 있어서, 커패시턴스 센서(120)는 각각의 지지 위치(114)에 인접한 상호-커패시턴스 구성으로 배열된다.
예를 들어, 각각의 커패시턴스 센서(120)는: 지지 위치(114)의 제1 측부에 인접한 기판(110)의 바닥층(112) 상에 배열되는 구동 전극; 및 구동 전극과 대향하는 지지 위치(114)의 제2 측부에 인접한 기판(110)의 바닥층(112) 상에 배열되는 감지 전극을 포함한다. 이런 예에 있어서, 커패시턴스 센서(120) 내의 구동 전극 및 감지 전극은 용량성으로 결합될 수 있고, 기판(110)과 결합 플레이트(160) 사이의 에어 갭은 구동 전극과 감지 전극 사이에 에어 유전체(air dielectric)를 형성할 수 있다. 터치 센서 표면(116)이 커패시턴스 센서(120) 위로 눌려졌을 때, 인접한 스프링 요소(150)가 항복될 수 있고, 이에 의해 커패시턴스 센서(120)의 구동 전극 및 감지 전극을 결합 플레이트(160)에 보다 가깝게 이동시켜, 이들 구동 전극과 감지 전극 사이의 에어 갭을 감소시킨다. 결합 플레이트(160)가 공기보다 더 큰 유전체를 나타내기 때문에, 따라서 결합 플레이트(160)와 기판(110) 사이의 감소된 거리는 구동 전극과 감지 전극 사이의 유효 유전체를 증가시키며, 따라서 구동 전극과 감지 전극의 커패시턴스를 증가시킨다. 이에 따라, 커패시턴스 센서(120)의 커패시턴스값은, 터치 센서 표면(116)이 커패시턴스 센서(120) 위로 눌려졌을 때, 커패시턴스 센서(120)의 충전 시간의 증가, 커패시턴스 센서(120)의 방전 시간의 증가, 또는 커패시턴스 센서(120)의 공진 주파수의 감소 등의 형태로, 베이스라인 커패시턴스값으로부터 벗어날 수 있다.
이에 따라, 이런 구현에 있어서, 컨트롤러(180)는 스캔 사이클 동안: 결합 플레이트(160)를 기준(reference)(예를 들어, 접지) 전위로 구동할 수 있고; 커패시턴스 센서(120)의 각각의 구동 전극을, 목표 전압, 목표 시간 간격에 걸쳐, 또는 특정 주파수의 교류 전압으로 (직렬로) 구동할 수 있고; 커패시턴스 센서(120)의 어레이의 감지 전극으로부터, 이들 커패시턴스 센서(120)의 구동 전극과 감지 전극 사이의 상호 커패시턴스의 측정값을 나타내는 커패시턴스값의 세트를 판독할 수 있고; 및 이하에 기재되는 바와 같이, 커패시턴스값의 세트 및 스프링 요소(150)의 어레이의 알려진 스프링상수에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘의 분포를 해석할 수 있다.
3.2.2 자체-커패시턴스 센서(Self-Capacitance Sensors)
도 13b에 도시된 또 다른 구현에 있어서, 커패시턴스 센서(120)는 각각의 지지 위치(114)에 인접한 자체-커패시턴스(self-capacitance) 구성으로 배열된다.
예를 들어, 각각의 커패시턴스 센서(120)는 지지 위치(114)에 인접한(예를 들어, 둘러싸는) 기판(110)의 바닥층(112) 상에 배열된 단일 전극을 포함할 수 있고, 결합 플레이트(160)는 각각의 커패시턴스 센서(120)에 대한 공통의 제2 전극으로서 기능할 수 있다. 이런 예에 있어서, 커패시턴스 센서(120) 및 결합 플레이트(160) 내의 단일 전극은 용량성으로 결합할 수 있고, 기판(110)과 결합 플레이트(160) 사이의 에어 갭은 커패시턴스 센서(120)와 결합 플레이트(160) 사이에 에어 유전체를 형성할 수 있다. 터치 센서 표면(116)이 커패시턴스 센서(120) 위로 눌려졌을 때는, 인접한 스프링 요소(150)가 항복될 수 있고, 이에 의해: 커패시턴스 센서(120)를 결합 플레이트(160)에 더 가깝게 이동시키고; 커패시턴스 센서(120)와 결합 플레이트(160) 사이의 에어 갭을 감소시키고; 및 커패시턴스 센서(120)와 결합 플레이트(160) 사이의 커패시턴스를 증가시킨다. 이에 따라, 커패시턴스 센서(120)의 커패시턴스값은, 터치 센서 표면(116)이 커패시턴스 센서(120) 위로 눌려졌을 때, 커패시턴스 센서(120)의 충전 시간의 증가, 커패시턴스 센서(120)의 방전 시간의 증가, 또는 커패시턴스 센서(120)의 공진 주파수의 감소 등과 같은 형태로, 베이스라인 커패시턴스값으로부터 이탈할 수 있다.
이에 따라, 이런 구현에 있어서, 컨트롤러(180)는 스캔 사이클 동안: 결합 플레이트(160)를 기준(예를 들어, 접지) 전위로 구동할 수 있고; 결합 플레이트(160)를, 목표 전압, 목표 시간 간격에 걸쳐, 또는 특정 주파수의 교류 전압으로 (직렬로) 구동할 수 있고; 커패시턴스 센서(120)의 어레이로부터, 커패시턴스 센서(120)와 결합 플레이트(160) 사이의 자체 커패시턴스의 측정값을 나타내는 커패시턴스값의 세트를 판독할 수 있고; 및 이하에 기재되는 바와 같이, 커패시턴스값의 세트 및 스프링 요소(150)의 어레이의 알려진 스프링상수에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘의 분포를 해석할 수 있다.
3.3 용량성 터치 센서(Capacitive Touch Sensor)
전술한 바와 같이, 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 기판(110)의 상부층(111)을 가로질러 배열된 용량성 터치 센서(170)를 추가로 포함할 수 있다. 일 구현에 있어서, 용량성 터치 센서(170)는: 기판(110)의 상부층(111) 상에 배열된 구동 전극 및 감지 전극의 어레이; 및 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 둘러싸고, 기판(110) 위에 터치 센서 표면(116)(예를 들어, "촉각 표면")을 형성하도록 기판(110) 위에 배열된 커버층(예를 들어, 유리 필름)을 포함한다.
이런 구현에 있어서, 시스템(100)은: 기판(110)의 바닥층(112)을 가로질러 압력 센서의 제1 수량을 형성하는 커패시턴스 센서(120)의 제1 수량; 및 전술한 바와 같이 용량성 터치 센서(170)에서, 제1 수량보다 적어도 두 자릿수 더 큰, 픽셀의 제2 수량을 형성하는 구동 전극 및 감지 전극의 제2 수량을 포함할 수 있다.
3.4 스프링 요소(Spring Elements)
이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은: 지지 위치(114)의 어레이에서 기판(110)에 결합되는(예를 들어, 접합되는, 리벳 접합되는, 납땜되는); 컴퓨팅 디바이스의 섀시 상에 기판(110)을 지지하도록 구성되는; 및 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하여 섀시를 향해 하방으로 기판(110)의 변위에 항복하도록 구성되는; 스프링 요소(150)의 어레이를 추가로 포함한다.
3.4.1 일체형 스프링 요소 및 섀시 인터페이스 구조(Unitary Spring Elements and Chassis Interface Structure)
도 12에 도시된 일 구현에 있어서, 시스템(100)은 스프링 플레이트(152)를 포함하고, 스프링 플레이트는: 기판(110)의 바닥층(112)에 걸쳐 있는 일체형 구조를 포함하고; 및 기판(110)의 지지 위치(114)에 정렬된 스프링 요소(150)의 어레이를 정의한다. 일 예에 있어서, 전술한 섀시 인터페이스(190)와 유사하게, 스프링 플레이트(152)는 각각의 지지 위치(114)에 정렬된 굴곡부를 형성하기 위해 펀칭되거나, 에칭되거나, 또는 레이저 절단되는, 얇은 벽 구조물(예를 들어, 20-게이지, 또는 0.8 ㎜ 두께의 스테인리스강 시트)을 포함한다. 따라서 이런 예에 있어서, 각각의 스프링 요소(150)는 다중-아암 나선형 굴곡부와 같은, 섀시 위에 시스템(100)을 횡방향으로 그리고 길이방향으로 배치하도록 구성되고 또한 얇은 판에 의해 정의된 공칭 평면으로부터 내향하여 그리고 외향하여 편향되도록 구성된 굴곡부를 정의할 수 있다.
보다 구체적으로, 이런 예에 있어서, 스프링 플레이트(152)는 기판(110)과 섀시 사이에 배열되어 공칭 평면을 정의하는 일체형 금속 시트 구조를 포함할 수 있다. 각각의 스프링 요소(150)는: 일체형 금속 구조로 형성(예를 들어, 제조)될 수 있고; 기판(110)의 바닥층(112)과 대향하는 스페이서(140)에 결합된 스테이지(154)를 정의할 수 있고; 일체형 금속 구조로 제조된 굴곡부를 포함할 수 있고; 터치 센서 표면(116)에 인가된 터치 입력의 부재에 응답하여, 공칭 평면에 근접하게 복귀하도록 구성될 수 있다.
3.4.2 스프링 요소 위치(Spring Element Locations)
일 구현에 있어서, 기판(110)은 직사각형의 기하학적 형상의 주변에 근접한 지지 위치(114)를 구비한 직사각형의 기하학적 형상을 정의한다. 따라서 스프링 요소(150)의 어레이들이 협력하여, 컴퓨팅 디바이스의 섀시에 대해 기판(110)의 주변을 지지할 수 있다.
이런 구현에 있어서, 용량성 터치 센서(170) 위에 배열된 기판(110) 및 커버층은 서로 협력하여, 지지 위치(114) 사이의 편향에 저항하는 반강성 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 스프링 요소(150)의 어레이에 의해 지지되는 기판(110)의 주변에 의해, 기판(110) 및 커버층은 ~1.6 뉴톤(즉, "클릭" 입력 힘 임계값과 동일한 165 그램)이 터치 센서 표면(116)의 중심에 인가되었을 때, 공칭 평면으로부터 0.3 ㎜ 미만의 편향을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 기판(110) 및 커버층은 서로 협력하여, 인가된 힘을 기판(110)의 주변에 전달하고 따라서 아래의 스프링 요소(150) 내로 전달할 수 있다. 전술한 바와 같이, 스프링 요소(150)의 어레이는 기판(110)의 주변을 지지할 수 있고, 기판(110) 및 커버층은, 터치 센서 표면(116)의 전체 면적을 가로질러 선형적으로 변화하거나 또는 거의 일정한 기판(110)의 수직 변위에 대한 인가된 힘의 비율을 달성하기 위해, 실질적으로 강성 구조를 형성할 수 있다.
3.4.3 스프링 힘(Spring Force)
또한, 전술한 구현에 있어서, 시스템(100)은: 기판(110)의 모서리에 근접한 지지 위치(114)의 제1 서브세트에 결합된 제1 스프링상수를 특징으로 하는 스프링 요소(150)의 제1 서브세트; 및 전술한 바와 같이, 기판(110)의 엣지(114)에 근접한 지지 위치(114)의 제2 서브세트에 결합되는, 제1 스프링상수보다 더 작은 제2 스프링상수를 특징으로 하는 스프링 요소(150)의 제2 서브세트를 포함할 수 있다.
3.4.5 개별 스프링 요소(Individual Spring Elements)
또 다른 구현에 있어서, 시스템(100)은 섀시의 개별 스프링 리셉터클에 배열되고(예를 들어, 접합되고, 압입되고) 그리고 지지 위치(114)의 어레이를 가로질러 기판(110)의 바닥층(112)에 결합되는(예를 들어, 접합되는) 개별 스프링 요소(150)의 세트를 포함한다.
3.4.6 사전 로딩된 스프링 요소(Preloaded Spring Elements)
전술한 바와 같이, 기판(110)은: 스프링 요소(150)를 사전 로딩하기 위해; 커패시턴스 센서(120)와 결합 플레이트(160) 사이에 목표 공칭 에어 갭을 달성하기 위해; 각각의 커패시턴스 센서(120)에 대해 감지 가능한 범위 내에 속하는 베이스라인 커패시턴스값을 달성하기 위해; 및 따라서 이하에 기재되는 바와 같이, 커패시턴스 센서(120) 위에 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하여 그리고 커패시턴스 센서(120)로부터 떨어져 있는 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘에 응답하는 바와 같이, 컨트롤러(180)로 하여금 그 커패시턴스의 변화에 기초하여 상기 결합 플레이트(160)를 향해 그리고 이로부터 멀어지도록 이동하는 각각의 커패시턴스 센서(120)를 검출할 수 있게 하기 위해; 스프링 플레이트(152)에 대해 편향될 수도 있다.
3.5 결합 플레이트(Coupling Plate)
결합 플레이트(160)는: 스프링 요소(150)의 어레이에 인접한 섀시에 결합하도록; 및 결합 플레이트(160)를 향한 기판(110)의 변위에 응답하여, 커패시턴스 센서(120)의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록 구성된다.
3.5.1 스프링 플레이트와 기판 사이의 별도의 결합 플레이트(Separate Coupling Plate Between Spring Plate and Substrate)
도 12에 도시된 일 구현에 있어서, 결합 플레이트(160)는 스프링 플레이트(152)와 기판(110) 사이에 개재되어, 컴퓨팅 디바이스의 섀시에 견고하게 장착되는 개별 구조를 정의한다.
일반적으로, 이런 구현에 있어서, 결합 플레이트(160)는: 스프링 요소(150)의 어레이와 기판(110) 사이에 개재될 수 있고; 지지 위치(114)의 어레이 및 스프링 요소(150)의 어레이와 정렬되고(예를 들어, 동축으로) 그리고 스프링 요소(150) 상에 스테이지(154)와 유사한(그리고 미세하게 더 큰) 기하학적 형상을 정의하는, 천공부의 어레이(array of perforations)(164)를 포함할 수 있고; 및 상기 천공부(164)의 어레이에 인접한(예를 들어, 둘러싸는) 용량성 결합 영역(162)의 어레이를 정의할 수 있다. 예를 들어, 결합 플레이트(160)는 천공부(164)의 어레이를 형성하기 위해 펀칭되는, 에칭되는, 또는 레이저 절단되는 얇은 벽 구조물(예를 들어, 스텐레스강 20-게이지, 또는 0.8 ㎜ 두께의 시트)을 포함할 수 있다. 이런 구현에 있어서, 각각의 커패시턴스 센서(120)(예를 들어, 상호 커패시턴스 구성의 구동 전극 및 감지 전극, 자체 커패시턴스 구성의 단일 전극)는, 커패시턴스 센서(120)가 인접의 스프링 요소(150)보다는 결합 플레이트(160) 상의 인접의 용량성 결합 영역(162)에 (주로) 용량성으로 결합하도록, 결합 플레이트(160)의 인접한 천공부(164)의 주변까지, 기판(110)의 바닥층(112) 상의 지지 위치(114)의 둘레로 연장될 수 있다.
또한, 이런 구현에 있어서, 시스템(100)은 스페이서(140)의 세트를 추가로 포함할 수 있으며, 각각의 스페이서는: 결합 플레이트(160)의 천공부(164)를 통해 연장되고; 천공부(164)에 대해 (미세하게) 크기가 작으며; 및 기판(110)의 바닥층(112) 상의 인접한 지지 위치(114)를, 스프링 플레이트(152)의 인접한 스프링 요소(150)에 결합한다. 예를 들어, 각각의 스페이서(140)는 한쪽 측부에서는 인접한 스프링 요소(150)의 스테이지(154)에 그리고 대향의 측부에서는 기판(110) 상의 인접한 지지 위치(114)에, (예를 들어, 압력-감응성 접착제로) 접합되는 실리콘 쿠폰을 포함할 수 있다.
이에 따라, 이런 구현에 있어서, 각각의 커패시턴스 센서(120)는: 결합 플레이트(160)의 인접한 용량성 결합 영역(162)에 용량성으로 결합할 수 있고; 및 커패시턴스 센서(120)에 근접한 터치 센서 표면(116) 상의 힘의 인가에 응답하여, 결합 플레이트(160) 상의 인접한 커패시턴스 결합 영역(162)을 향해 이동할 수 있으며, 이는 인접한 스프링 요소(150)에 의해 운반된 입력의 힘의 부분을 나타내는 커패시턴스 센서(120)의 커패시턴스값의 변화를 생성한다. 보다 구체적으로, 결합 플레이트(160)가 강성이고 그리고 기판(110) 및 스프링 요소(150)로부터 기계적으로 격리되어 있기 때문에, 결합 플레이트(160)의 용량성 결합 영역(162)은, 터치 센서 표면(116)에 대한 힘의 인가가 스프링 요소(150)의 전체 또는 서브세트를 압축하여, 커패시턴스 센서(120)의 전체 또는 서브세트를 그 대응의 용량성 결합 영역(162)에 더 가깝게 이동시키도록, 그리고 이들 커패시턴스 센서의 커패시턴스값을, 스프링 요소(150)에 의해 운반된 힘 크기의 함수로서(예를 들어, 이에 비례하여) 반복적으로 변화시키도록, 섀시 리셉터클 위에 오프셋된 일정한 위치에 유지될 수 있으며, 그 후 컨트롤러(180)는 터치 센서 표면(116)에 인가된 이들 힘 크기, 전체 힘, 및/또는 터치 센서 표면(116)에 인가된 개별 터치 입력의 힘 크기를 정확하게 추정하도록 해석할 수 있다.
또한, 이런 구현에 있어서, 스페이서(140)는 인접한 커패시턴스 센서(120)의 목표 동적 범위에 대응하는 인접한 스프링 요소(150)의 최대 수직 압축의 높이에 근접하는(또는 이보다 미세하게 더 큰) 높이를 정의할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서에 대해 2 뉴톤(예를 들어, 200 그램)의 목표 동적 범위에 대해, 터치 센서 표면(116)의 최대 1 ㎜의 수직 변위가 주어지고, 그리고 이에 따라 인접한 스프링 요소의 최대 1 ㎜의 압축이 주어졌다면, 스프링 요소(150)는 미터당 2000 뉴톤의 스프링상수로 조정될 수 있다. 또한, 스페이서(140)는, 결합 플레이트(160)의 두께 및/또는 스택 공차(예를 들어, 0.1 ㎜의 10%)를 더한, 약 1 ㎜의 높이를 가질 수 있다.
이런 구현에 있어서, 결합 플레이트(160) 및 스프링 플레이트(152)는, 컴퓨팅 디바이스의 섀시에 직접 고정될 수 있다. 대안적으로, 결합 플레이트(160) 및 스프링 플레이트(152)는 섀시에 고정되거나 또는 달리 장착되는 별도의 섀시 인터페이스(190)에 장착(예를 들어, 고정, 리벳 결합, 용접, 크림핑)될 수 있다. 시스템(100)은 스프링 플레이트(152)를 결합 플레이트(160)로부터 전기적으로 절연하기 위해, 도 12에 도시된 바와 같이, 스프링 플레이트(152)와 결합 플레이트(160) 사이에 배열된 비도전성 버퍼층(166)을 포함할 수도 있다.
3.5.2 일체형 결합 플레이트 및 스프링 플레이트(Integral Coupling Plate and Spring Plate)
또 다른 구현에 있어서, 결합 플레이트(160) 및 스프링 플레이트(152)는 기판(110)과 섀시 사이에 배열된 단일의 일체형 (예를 들어, 금속) 구조를 정의한다.
일반적으로, 이런 구현에 있어서, 일체형 금속 구조는: 섀시 리셉터클과 기판(110) 사이의 공칭 평면; 및 기판(110) 상의 지지 위치(114)의 어레이에 인접한(예를 들어, 이에 정렬되는, 이와 동축인) 용량성 결합 영역(162)의 어레이를 포함한다. 이런 구현에 있어서, 각각의 스프링 요소(150)는: (예를 들어, 에칭, 레이저 절단에 의해) 일체형 금속 구조로 형성될 수 있고; 그 인접한 용량성 결합 영역(162)으로부터 연장될 수 있고; 기판(110)의 바닥층(112) 상의 대응하는 지지 위치(114)에 결합되는 스테이지(154)를 정의할 수 있고[예를 들어, 전술한 바와 같은 스페이서(140)를 통해]; 및 터치 센서 표면(116)에 인가된 터치 입력의 부재에 응답하여, 대략적으로 상기 공칭 평면으로 복귀하도록 구성될 수 있다.
상기 일체형 구조가 컴퓨팅 디바이스의 섀시에 견고하게 장착되었을 때, 상기 일체형 구조는 따라서 용량성 결합 영역(162)을 섀시에 대해 그리고 공칭 평면 내에(또는 이에 평행하게) 견고하게 위치시킬 수 있고, 상기 스프링 요소(150)의 스테이지(154)는 공칭 평면 및 용량성 결합 영역(162)에 대해 수직으로 이동할 수 있다.
따라서 기판(110) 상의 각각의 커패시턴스 센서(120)는: 일체형 금속 구조 상의 인접한 용량성 결합 영역(162)에 용량성으로 결합할 수 있고; 및 커패시턴스 센서(120)에 근접한 터치 센서 표면(116) 상의 힘의 인가에 응답하여, 인접한 용량성 결합 영역(162)을 향해 이동할 수 있으며, 따라서 이는 인접한 스프링 요소(150)의 압축에 비례하는 그리고 이에 따라 스프링 요소(150)에 의해 전달되는 힘의 부분에 비례하는, 커패시턴스 센서(120)의 커패시턴스값을 변경한다.
또한, 이런 구현에 있어서, 일체형 금속 구조는 컴퓨팅 디바이스의 섀시에 직접 고정될 수 있다. 대안적으로, 일체형 금속 구조는 섀시에 고정되거나 또는 달리 장착되는 별도의 섀시 인터페이스(190)에 장착(예를 들어, 고정, 리벳 결합, 용접, 크림핑)될 수 있다.
3.6 컨트롤러 및 작동(Controller and Operation)
시스템(100)의 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 스캔 사이클 동안: 커패시턴스 센서(120)의 어레이로부터, 섀시와 기판(110) 사이의 스프링 요소(150)의 압축을 나타내는, 커패시턴스값의 세트를 판독하도록; 및 스프링 요소(150)의 어레이의 스프링상수를 나타내는 힘 모델 및 커패시턴스값의 세트에 기초하여, 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 힘의 분포를 해석하도록; 구성된다.
도 14에 도시된 일 예에 있어서, 설정 루틴 동안 또는 터치 입력이 터치 센서 표면(116)에 인가되지 않는 진행 중인 교정 사이클 동안, 컨트롤러(180)는 압력 센서로부터 커패시턴스값을 판독하고, 이들 커패시턴스값을 이들 압력 센서에 대해 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 부재에 대응하는 베이스라인 커패시턴스로서 저장할 수 있다. 나중에, 사용자가 제1 시간에 제1 스프링 요소(150)에 근접한 터치 센서 표면(116)의 제1 영역을 (예를 들어, 스타일러스로, 손가락으로) 눌렀을 때: 제1 스프링 요소(150)는 터치 입력에 항복(yield)하고; 및 터치 센서 표면(116)의 제1 영역에 인접한 제1 커패시턴스 센서(120)는, 따라서 터치 입력의 힘 크기에 비례하는 거리만큼 결합 플레이트(160) 상의 제1 용량성 결합 영역(162)을 향해 전진한다. 따라서 컨트롤러(180)는: 제1 시간에 걸친 스캔 사이클 동안 제1 커패시턴스 센서(120)로부터 제1 커패시턴스값을 판독하고; 제1 커패시턴스값과 제1 커패시턴스 센서(120)에 대해 저장된 베이스라인 커패시턴스값 사이의 차이에 기초하여, 제1 시간에 제1 커패시턴스 센서(120)에서 커패시턴스의 제1 변화를 계산하고; 및 베이스라인 커패시턴스로부터의 편차를 제1 스프링 요소(150)에 의해 운반된 힘과 관련시키는 저장된 힘 모델 및 커패시턴스값의 제1 변화에 기초하여(예를 들어, 이에 비례하여), 제1 스프링 요소(150)에 의해 운반된 터치 입력의 힘 크기의 일부를 해석한다.
이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는 각각의 압력 센서에서 검출된 커패시턴스값의 변화를, 제1 시간에 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 터치 입력의 전체 힘 크기의 부분으로 변환하기 위해, 기판(110) 상의 서로 다른 개별 압력 센서에 대해 이 프로세스를 구현할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는 이들 부분을 합산하여, 제1 시간 동안 터치 입력의 전체 힘 크기를 계산할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(180)는 이하에 기재되는 바와 같이, 각각의 개별 입력에 의해 인가되는 힘을 추정하기 위해, 용량성 터치 센서(170)를 통해, 각각의 압력 센서에 의해 운반되는 힘 크기의 이들 부분, 기판(110) 상의 압력 센서의 알려진 위치, 및 터치 센서 표면(116) 상의 검출된 다중의 동시발생 개별 입력의 위치를 융합할 수 있다.
3.6.1 네거티브 힘(Negative Force)
도 14에 도시된 일 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는 이들 압력 센서를 가로질러 검출된 커패시턴스의 감소 및 증가 각각에 기초하여, 스캔 사이클 동안 개별 압력 센서에 의해 운반되는 힘의 증가 및 감소 모두를 검출하기 위해, 유사한 방법 및 기술을 구현한다. 보다 구체적으로, 터치 센서 표면(116)의 제1 모서리 근처의 터치 센서 표면(116) 상에 힘을 인가하면, 제1 모서리가 섀시 내로 눌려질 수 있지만, 그러나 기판(110)의 대향의 제2 모서리가 리프팅되는 것을 유발할 수도 있으며, 이에 의해 제1 모서리에 의해 운반된 힘을 증가시키지만, 그러나 제2 모서리에 의해 운반된 힘을 감소시킨다. 이에 따라, 컨트롤러(180)는: 기판(110)의 제1 및 제2 모서리에 있는 제1 및 제2 압력 센서에서 커패시턴스의 증가 및 감소 모두를 검출할 수 있고; 제1 및 제2 압력 센서에서 커패시턴스의 이들 증가 및 감소로부터 제1 및 제2 압력 센서에 의해 운반되는 힘의 포지티브 및 네거티브 변화를 해석할 수 있고; 및 이때 터치 센서 표면(116)에 인가되는 정확한 전체 힘을 계산하기 위해, 운반된 힘의 이들 포지티브 및 네거티브 변화를 합산할 수 있다.
예를 들어, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는 커패시턴스 센서(120)의 어레이에서, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력에 근접한 커패시턴스 센서(120)의 제1 서브세트로부터 커패시턴스값의 제1 세트를 판독할 수 있다. 그 후, 커패시턴스 센서(120)의 제1 서브세트에 대해 저장된 베이스라인 커패시턴스값으로부터 제1 방향으로 벗어난 커패시턴스값의 제1 세트에 응답하여, 컨트롤러(180)는 커패시턴스 센서(120)의 제1 서브세트에 결합된 스프링 요소(150)의 제1 서브세트에 의해 운반되는 상승된 압축력의 제1 세트를 해석할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는, 대응의 베이스라인 커패시턴스를 초과하는 그 측정된 커패시턴스, 대응의 베이스라인 충전(방전) 시간 아래로 떨어지는 그 측정된 충전(방전) 시간, 및/또는 대응의 베이스라인 공진 주파수 아래로 떨어지는 그 측정된 공진 주파수에 응답하여, 스프링 요소(150)의 제1 서브세트에 의해 운반되는 상승된 압축력의 제1 세트를 해석할 수 있다.
유사하게, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 커패시턴스 센서(120)의 어레이에서, 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력으로부터 떨어져 있는 커패시턴스 센서(120)의 제2 서브세트로부터 커패시턴스값의 제2 세트를 판독할 수 있다. 그 후, 커패시턴스 센서(120)의 제2 서브세트에 대해 저장된 베이스라인 커패시턴스값으로부터 제2 방향으로 벗어난 커패시턴스값의 제2 세트에 응답하여, 컨트롤러(180)는 커패시턴스 센서(120)의 제2 서브세트에 결합된 스프링 요소(150)의 제2 서브세트에 의해 운반되는 장력의 제2 세트를 해석할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는 대응의 베이스라인 커패시턴스 아래로 떨어지는 그 측정된 커패시턴스, 대응의 베이스라인 충전(방전) 시간을 초과하는 그 측정된 충전(방전) 시간, 및/또는 대응의 베이스라인 공진 주파수를 초과하는 그 측정된 공진 주파수에 응답하여, 스프링 요소(150)의 제2 서브세트에 의해 운반되는 장력의 제2 세트를 해석할 수 있다.
그 후, 컨트롤러(180)는 상승된 압축력의 제1 세트 및 장력의 제2 세트의 조합에 기초하여, 터치 센서 표면(116)에 인가된 터치 입력의 전체 힘 크기를 해석할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는 장력의 제2 세트의 합산보다 적은, 상승된 압축력의 제1 세트의 합산에 기초하여, 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 터치 입력의 전체 힘 크기를 해석할 수 있다.
3.6.2 용량성 터치 + 저항력(Capacitive Touch + Resistive Force)
또한, 기판(110)의 상부층(111)을 가로질러 용량성 터치 센서(170)를 형성하는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 포함하는 전술한 시스템(100)의 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)는: 스캔 사이클 동안 용량성 터치 센서(170)로부터의 커패시턴스값 및 압력 센서의 세트로부터의 커패시턴스값을 판독할 수 있고; 및 스캔 사이클 동안, 이들 데이터를 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 위치 및 힘 크기와 융합할 수 있다.
일 구현에 있어서, 컨트롤러(180)는 하나의 스캔 사이클 동안 용량성 터치 센서(170) 및 압력 센서의 모든 커패시턴스 센서(120)를 단일 시리즈로 판독할 수 있다. 보다 구체적으로, 전술한 상호 커패시턴스 구성에서, 용량성 터치 센서(170)의 구동 전극 컬럼 및 감지 전극 로우는, 컨트롤러(180) 상의 구동 및 감지 채널에 결합될 수 있고; 압력 센서의 전극은 컨트롤러(180)의 이들 동일한 또는 다른 구동 및 감지 채널에 유사하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 스캔 사이클의 제1 세그먼트에 걸쳐, 용량성 터치 센서(170)의 구동 전극 및 감지 전극의 어레이로부터 커패시턴스값의 제1 세트를 직렬로 판독할 수 있고; 스캔 사이클의 제1 세그먼트에 이어지는(또는 선행하는) 스캔 사이클의 제2 세그먼트에 걸쳐, 커패시턴스 센서(120)의 어레이로부터 커패시턴스값의 제2 세트의 직렬 판독으로 끊어짐 없이 전환될 수 있다. 컨트롤러(180)[또는 시스템(100)에 있거나 또는 시스템(100)에 연결되는 전원 공급부]는, 스캔 사이클의 (적어도) 제2 세그먼트 동안 결합 플레이트(160)를 기준 전위로 구동할 수도 있다.
반대로, 전술한 자체 커패시턴스 구성에 있어서, 용량성 터치 센서(170)의 구동 전극 컬럼 및 감지 전극 로우는, 컨트롤러(180) 상의 구동 및 감지 채널에 결합될 수 있으며; 압력 센서의 단일 전극은 컨트롤러(180)에서 감지 채널에 유사하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 스캔 사이클의 제1 세그먼트에 걸쳐, 용량성 터치 센서(170)의 구동 전극 및 감지 전극의 어레이로부터 커패시턴스값의 제1 세트를 직렬로 판독할 수 있고; 및 스캔 사이클의 제1 세그먼트에 이어지는(또는 선행하는) 스캔 사이클의 제2 세그먼트에 걸쳐, 커패시턴스 센서(120)의 어레이로부터 커패시턴스값의 제2 세트의 직렬 판독으로 끊어짐 없이 전환될 수 있다. 컨트롤러(180)[또는 시스템(100)에 있거나 또는 시스템(100)에 연결되는 전원 공급부]는, 스캔 사이클의 (적어도) 제2 세그먼트 동안 결합 플레이트(160)를 기준 전위로 구동할 수도 있다.
이에 따라, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)의 구동 전극과 감지 전극 사이에서 커패시턴스값(예를 들어, 커패시턴스 충전 시간, 방전 시간, 또는 RC-회로 공진 주파수의 변화)의 제1 세트를 판독할 수 있고; 및 기판(110)의 바닥층(112) 상의 커패시턴스 센서(120)를 가로질러 커패시턴스값의 제2 세트를 판독할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(180)는: 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여[예를 들어, 기판(110)의 상부층(111)을 가로질러 알려진 횡방향 및 길이방향 위치에서, 구동 및 센서 전극 쌍(130) 사이의 커패시턴스값의 변화에 기초하여], 터치 센서 표면(116) 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출할 수 있고; 전술한 바와 같이, 커패시턴스값의 제2 세트에 기초하여, 터치 입력의 힘 크기를 해석할 수 있고; 및 힘-주석이 달린 터치 이미지의 형태 등과 같이, 터치 입력의 횡방향 위치, 길이방향 위치, 및 힘 크기를 출력할 수 있다.
이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)가 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 상의 단일 터치 입력을 검출했다면, 컨트롤러(180)는 인가된 전체 힘을, 단일 터치 입력에 귀속시킬 수 있다. 따라서 컨트롤러(180)는: 인접한 커패시턴스 센서(120)로부터 판독된 커패시턴스값, 이들 커패시턴스 센서(120)에 대해 저장된 베이스라인 커패시턴스값, 및 이들 스프링 요소에 대해 저장된 힘 모델에 기초하여, 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반된 개별적인 힘을 계산하기 위해 전술한 방법 및 기술을 구현할 수 있고; 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116)에 인가된 전체 힘을 계산하기 위해 이들 개별적인 힘을 합산할 수 있고; 및 커패시턴스값의 세트로부터 유도된 터치 입력의 위치를, 전체 힘으로 라벨링할 수 있다.
3.6.3 다중-터치(Multi-touch)
그러나 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(180)가 용량성 터치 센서(170)로부터 판독된 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(116) 상의 다중 터치 입력을 검출했다면, 컨트롤러(180)는 이들 개별 터치 입력의 힘 크기를 추정(예를 들어, 명확화)하기 위해, 이들 커패시턴스값으로부터 유도된 개별 터치 입력의 위치를, 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 힘 크기와 융합할 수 있다.
일 구현에 있어서, 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(180)는: 용량성 터치 센서(170)에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하고; 기판(110)의 바닥층(112) 상의 커패시턴스 센서(120)로부터 커패시턴스값의 제2 세트를 판독하고; 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 제1 터치 입력의 제1 횡방향 위치 및 제1 길이방향 위치[예를 들어, 제1 입력으로서 식별된 터치 센서 표면(116) 상의 제1 영역의 중심]를 검출하고; 및 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 터치 센서 표면(116) 상의 제2 터치 입력의 제2 횡방향 위치 및 제2 길이방향 위치[예를 들어, 제2 입력으로서 식별된 터치 센서 표면(116) 상의 제2 영역의 중심]를 유사하게 검출한다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는, a) 제1 입력에 응답하여 커패시턴스값의 변화를 나타내는 구동 전극 및 감지 전극의 제1 클러스터를, b) 제2 입력에 응답하여 커패시턴스값의 변화를 나타내는 구동 전극 및 감지 전극의 제2 클러스터를 격리시킴으로써, 터치 센서 표면(116) 상의 제1 및 제2 입력을 구별하기 위해, 블로브 검출, 클러스터링, 또는 기타 터치 해석 기술을 구현할 수 있다.
이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는 커패시턴스값의 제2 세트, 대응의 커패시턴스 센서의 저장된 베이스라인 커패시턴스값, 및 대응의 스프링 요소(150)에 대해 저장된 스프링 요소(150)에 기초하여, 각각의 스프링 요소(150)에 의해 운반되는 개별적인 힘 크기의 세트를 해석하기 위해, 전술한 방법 및 기술을 구현할 수 있다. 그 후, 각각의 압력 센서에 대해, 컨트롤러(180)는: 제1 터치 입력의 제1 횡방향 위치 및 제1 길이방향 위치에 기초하여, 제1 터치 입력으로부터 스프링 요소(150)까지의 제1 거리를 계산할 수 있고; 제2 터치 입력의 제2 횡방향 위치 및 제2 길이방향 위치에 기초하여, 제2 터치 입력으로부터 스프링 요소(150)까지의 제2 거리를 계산할 수 있고; 제1 거리와 제2 거리의 조합(예를 들어, 합산)에 대한 제1 거리의 제1 비율에 기초하여, 제1 터치 입력에 의해 인가되었던, 스프링 요소(150)에 의해 운반된, 개별적인 힘 크기의 제1 비율을 추정할 수 있고; 및 제1 거리와 제2 거리의 조합(예를 들어, 합산)에 대한 제2 거리의 제2 비율에 기초하여, 제2 터치 입력에 의해 인가되었던 개별적인 힘 크기의 제2 비율을 추정할 수 있다.
그 후, 컨트롤러(180)는 이들 스프링 요소(150)로부터 제1 입력까지의 거리로부터 이렇게 유도된 제1 비율에 의해 가중된, 스프링의 어레이에 의해 운반되는 힘 크기의 제1 조합(예를 들어, 합산)에 기초하여, 제1 터치 입력에 의해 인가된 제1 전체 힘 크기를 추정할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(180)는 스프링 요소(150)로부터 제2 입력까지의 거리로부터 이렇게 유도된 제2 비율에 의해 가중된, 스프링의 어레이에 의해 운반되는 힘 크기의 제2 조합(예를 들어, 합산)에 기초하여, 제2 터치 입력에 의해 인가된 제2 전체 힘 크기를 추정할 수 있다.
이에 따라, 이런 예에 있어서, 컨트롤러(180)는 이들 스프링 요소(150)와 이들 개별 터치 입력 사이의 거리에 기초하여 터치 센서 표면(116) 상의 다중 개별 터치 입력으로부터 진행되는, 다중 스프링 요소에 의해 운반된, 힘의 비율을 추정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(180)는 이들 개별 터치 입력의 크기(예를 들어, 면적, 최소 폭)에 기초하여(예를 들어, 이에 비례하여), 터치 센서 표면(116) 상의 다중 개별 터치 입력으로부터 진행되는, 다중 스프링 요소에 의해 운반된, 힘의 비율을 추정할 수 있다.
3.7 햅틱 피드백 모듈(Haptic Feedback Module)
전술한 바와 같이, 이런 변형예에 있어서, 스프링 플레이트(152) 및/또는 결합 플레이트(160)는 스프링 요소(150)의 어레이로부터 삽입된 자기 요소 리셉터클(192)을 정의할 수도 있다. 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은 자기 요소 리셉터클(192)에 배열된(예를 들어, 접합된, 내부에 포팅된) 자기 요소(194)(예를 들어, 할바흐 어레이, 영구 자석의 그룹)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 이런 변형예에 있어서, 기판(110)은 진동기를 형성하기 위해 자기 요소(194) 위에 배열되고 그리고 이에 자기적으로 결합하도록 구성되는 도전성 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 코일은 기판(110)의 바닥층(112)에 장착되는(예를 들어, 접합되는, 납땜되는) 개별 에어 코어 와이어 인덕터를 포함할 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 기판(110)은 기판(110) 내에서 통합 유리섬유-코어 와이어-트레이스 인덕터를 형성하기 위해 기판(110)의 다층 위에 제조되는 다중의 동축 도전성 나선형 트레이스를 포함한다.
대안적으로, 시스템(100)은 기판(110)에 장착되고 그리고 컨트롤러(180)에 의해 선택적으로 전력을 공급받는 개별적인 전기기계적 진동기를 포함할 수 있다.
여기에 기재된 시스템 및 방법은, 적어도 부분적으로 컴퓨터-판독 가능한 명령을 저장하는 컴퓨터-판독 가능한 매체를 수용하도록 구성된 기계로서 실시 및/또는 구현될 수 있다. 상기 명령은 어플리케이션, 애플릿(applet), 호스트, 서버, 네트워크, 웹사이트, 통신 서비스, 통신 인터페이스, 사용자 컴퓨터 또는 모바일 디바이스의 하드웨어/펌웨어/소프트웨어 요소, 손목 밴드(wristband), 스마트폰, 또는 그 임의의 적절한 조합에 의해 실행될 수 있다. 실시예의 다른 시스템 및 방법은, 적어도 부분적으로 컴퓨터-판독 가능한 명령을 저장하는 컴퓨터-판독 가능한 매체를 수용하도록 구성된 기계로서 실시 및/또는 구현될 수 있다. 상기 명령은 전술한 타입의 장치 및 네트워크와 통합된 컴퓨터-실행 가능한 구성요소에 의해 통합된 컴퓨터-실행 가능한 구성요소에 의해 실행될 수 있다. 상기 컴퓨터-판독 가능한 매체는 RAM, ROM, 플래시 메모리, EEPROM, 광학 디바이스(CD 또는 DVD), 하드 드라이브, 플로피 드라이브, 또는 임의의 적절한 디바이스와 같은 임의의 적절한 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터-실행 가능한 구성요소는 프로세서일 수 있지만, 그러나 임의의 적절한 전용 하드웨어 디바이스가 (대안적으로 또는 추가적으로) 상기 명령을 실행할 수 있다.
본 기술분야의 숙련자라면 이전의 상세한 설명으로부터 그리고 도면 및 청구범위로부터 인식할 수 있는 바와 같이, 이하의 청구범위에 정의된 본 발명의 범위로부터의 일탈 없이 본 발명의 실시예에 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (41)
- 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열된 커패시턴스 센서의 어레이; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에 인접한 상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 위에 배열된 터치 센서 표면;
상기 기판을 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성된 스프링 요소의 어레이로서, 상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소가 상기 지지 위치의 어레이의 지지 위치에서 상기 기판에 결합되는, 상기 스프링 요소의 어레이;
결합 플레이트;
상기 결합 플레이트는:
상기 스프링 요소의 어레이와 상기 기판 사이에 개재되고;
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합되고;
상기 지지 위치의 어레이 및 상기 스프링 요소의 어레이와 정렬되는 관통부의 어레이를 포함하고;
상기 관통부의 어레이에 인접한 용량성 결합 영역의 어레이를 정의하고; 및
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여, 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록 구성되며;
스페이서의 세트;
상기 스페이서의 세트의 각각의 스페이서는:
상기 관통부의 어레이에서 관통부를 통해 연장되고;
상기 지지 위치의 어레이에서 상기 기판의 상기 바닥층 상의 지지 위치를, 상기 스프링 요소의 어레이에서의 스프링 요소에 결합하며;
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는:
상기 커패시턴스 센서의 어레이로부터 커패시턴스값을 판독하도록; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이로부터 판독된 커패시턴스값에 기초하여, 상기 터치 센서 표면에 인가된 입력의 힘 크기를 해석하도록;
구성되며;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서, 각각의 커패시턴스 센서는:
상기 용량성 결합 영역의 어레이에서, 상기 결합 플레이트의 인접한 용량성 결합 영역에 용량성으로 결합하고; 및
상기 커패시턴스 센서에 근접한 상기 터치 센서 표면 상의 힘의 인가에 응답하여, 상기 인접한 용량성 결합 영역을 향해 이동하는, 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 스프링 요소의 어레이 및 상기 결합 플레이트는, 상기 기판과 상기 섀시 사이에 배열되는 일체형 금속 구조를 포함하는, 시스템. - 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열된 커패시턴스 센서의 어레이; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에 인접한 상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 위에 배열된 터치 센서 표면;
상기 기판과 섀시 사이에 배열되고, 이하에 기재되는 것을 포함하는 일체형 금속 구조;
강철 결합 플레이트;
상기 강철 결합 플레이는:
공칭 평면; 및
상기 지지 위치의 어레이에 인접한 용량성 결합 영역의 어레이;
를 정의하고;
상기 기판을 상기 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성되는 스프링 요소의 어레이;
상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소는:
상기 지지 위치의 어레이에서의 지지 위치에서 상기 기판에 결합되고;
상기 일체형 금속 구조에 형성되고;
상기 용량성 결합 영역의 어레이에서, 용량성 결합 영역으로부터 연장되고;
상기 지지 위치의 어레이에서, 상기 기판의 상기 바닥층 상의 지지 위치에 결합되는 스테이지를 정의하고; 및
상기 터치 센서 표면에 인가된 터치 입력의 부재에 응답하여, 상기 공칭 평면으로 복귀하도록 구성되며; 및
결합 플레이트를 포함하며;
상기 결합 플레이트는:
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합하도록; 및
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록;
구성되며;
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는:
상기 커패시턴스 센서의 어레이로부터 커패시턴스값을 판독하도록; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이로부터 판독된 커패시턴스값에 기초하여, 상기 터치 센서 표면에 인가된 입력의 힘 크기를 해석하도록;
구성되며;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서, 각각의 커패시턴스 센서는:
상기 용량성 결합 영역의 어레이에서, 상기 일체형 금속 구조의 인접한 용량성 결합 영역에 용량성으로 결합하고; 및
상기 커패시턴스 센서에 근접한 상기 터치 센서 표면 상의 힘의 인가에 응답하여, 상기 인접한 용량성 결합 영역을 향해 이동하는, 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 스프링 요소의 어레이에서 제1 스프링 요소는, 제1 시간에 상기 제1 스프링 요소에 근접한 상기 터치 센서 표면의 제1 영역에 인가되는 터치 입력에 항복하고;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 상기 터치 센서 표면의 상기 제1 영역에 인접한 제1 커패시턴스 센서는, 상기 용량성 결합 영역의 어레이에서, 상기 터치 입력의 힘 크기에 비례하는 거리만큼 제1 용량성 결합 영역을 향해 전진하며; 및
상기 컨트롤러는:
상기 제1 시간에 상기 제1 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 제1 변화를 검출하도록; 및
상기 커패시턴스값의 제1 변화에 기초하여, 상기 터치 입력의 상기 힘 크기를 해석하도록;
구성되는, 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 스프링 요소의 어레이는 공칭 평면을 정의하는 일체형 구조를 포함하고;
상기 스프링 요소의 어레이에서 각각의 스프링 요소는 굴곡부를 포함하고,
상기 굴곡부는,
일체형 구조로 형성되고;
스테이지를 정의하고; 및
상기 터치 센서 표면에 인가된 터치 입력의 부재에 응답하여, 상기 공칭 평면으로 복귀하도록 구성되고; 및
상기 스페이서의 세트에서, 각각의 스페이서는:
상기 지지 위치의 어레이에서, 상기 기판의 상기 바닥층 상의 지지 위치; 및
상기 스프링 요소의 어레이에서 스프링 요소의 스테이지;
에 결합되는, 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 스프링 요소의 어레이에서 제1 스프링 요소는, 제1 시간에 상기 제1 스프링 요소에 근접한 상기 터치 센서 표면의 제1 영역에 인가되는 터치 입력에 항복하고;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 상기 터치 센서 표면의 상기 제1 영역에 인접한 제1 커패시턴스 센서는, 상기 용량성 결합 영역의 어레이에서, 상기 터치 입력의 힘 크기에 비례하는 거리만큼, 제1 용량성 결합 영역을 향해 전진하고; 및 상기 컨트롤러는:
상기 제1 시간에 상기 제1 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 제1 변화를 검출하도록; 및
상기 커패시턴스값의 제1 변화에 기초하여, 상기 터치 입력의 상기 힘 크기를 해석하도록;
구성되는; 시스템. - 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열된 커패시턴스 센서의 어레이; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에 인접한 상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 위에 배열된 터치 센서 표면;
상기 기판을 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성된 스프링 요소의 어레이;
상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소는:
상기 지지 위치의 어레이에서 상기 기판의 상기 바닥층 상의 지지 위치에 결합되고;
상기 지지 위치에 근접한 상기 터치 센서 표면 상의 힘의 인가에 응답하여, 공칭 평면 아래로 항복하도록 구성되고;
상기 지지 위치로부터 떨어져 있는 상기 터치 센서 표면 상의 힘의 인가에 응답하여, 상기 공칭 평면 위로 항복하도록 구성되며;
결합 플레이트;
상기 결합 플레이트는;
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합하도록;
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록;
구성되고; 및
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서, 상기 터치 센서 표면 상의 터치 입력에 근접한 커패시턴스 센서의 제1 서브세트로부터 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스 센서의 제1 서브세트에 대한 베이스라인 커패시턴스값으로부터, 제1 방향으로 벗어난 상기 커패시턴스값의 제1 세트에 응답하여, 상기 스프링 요소의 어레이에서, 상기 커패시턴스 센서의 제1 서브세트에 근접한 스프링 요소의 제1 서브세트에 의해 운반되는 압축력의 제1 세트를 해석하도록;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서, 상기 터치 센서 표면 상의 터치 입력으로부터 떨어져 있는 커패시턴스 센서의 제2 서브세트로부터 커패시턴스값의 제2 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스 센서의 제2 서브세트에 대한 베이스라인 커패시턴스값으로부터 제2 방향으로 벗어난 상기 커패시턴스값의 제2 세트에 응답하여, 상기 스프링 요소의 어레이에서, 상기 커패시턴스 센서의 제2 서브세트로부터 떨어져 있는 스프링 요소의 제2 서브세트에 의해 운반되는 장력의 제2 세트를 해석하도록; 및
상기 압축력의 제1 세트 및 상기 장력의 제2 세트의 조합에 기초하여, 상기 터치 센서 표면에 인가된 상기 터치 입력의 힘 크기를 해석하도록;
구성되는, 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판의 상기 상부층 상에 배열되는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 더 포함하고;
상기 터치 센서 표면은 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되고; 및
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 제2 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출하도록;
상기 커패시턴스값의 제2 세트에 기초하여, 상기 터치 입력의 힘 크기를 해석하도록; 및
상기 횡방향 위치, 상기 길이방향 위치, 및 상기 힘 크기를 출력하도록;
구성되는, 시스템. - 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열된 커패시턴스 센서의 어레이; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에 인접한 상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상에 배열되는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상의 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되는 터치 센서 표면;
상기 기판을 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성되는 스프링 요소의 어레이로서, 상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소가 상기 지지 위치의 어레이의 지지 위치에서 상기 기판에 결합되는, 상기 스프링 요소의 어레이;
결합 플레이트;
상기 결합 플레이트는:
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합하도록; 및
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록;
구성되며,
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 제2 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출하도록;
상기 스프링 요소의 어레이의 스프링 요소의 스프링상수에 기초하여, 베이스라인 커패시턴스값으로부터의 편차와 스프링 요소에 의해 운반된 힘 사이의 관계를 나타내는 힘 모델에 액세스하도록;
상기 커패시턴스값의 제2 세트 및 상기 힘 모델에 기초하여, 상기 터치 입력의 힘 크기를 해석하도록; 및
상기 횡방향 위치, 상기 길이방향 위치, 및 상기 힘 크기를 출력하도록;
구성되는, 시스템. - 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열되고 그리고 커패시턴스 센서의 제1 수량을 포함하는 커패시턴스 센서의 어레이; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에 인접한 상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상에 배열되고 그리고 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 제2 수량을 정의하는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이로서, 상기 제2 수량이 상기 제1 수량보다 적어도 두 자릿수 더 큰, 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상의 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되는 터치 센서 표면;
상기 기판을 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성되는 스프링 요소의 어레이로서, 상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소가 상기 지지 위치의 어레이의 지지 위치에서 상기 기판에 결합되는, 상기 스프링 요소의 어레이;
결합 플레이트;
상기 결합 플레이트는:
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합하도록; 및
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록;
구성되며,
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 제2 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출하도록;
상기 커패시턴스값의 제2 세트에 기초하여, 상기 터치 입력의 힘 크기를 해석하도록;
상기 횡방향 위치, 상기 길이방향 위치, 및 상기 힘 크기를 출력하도록;
구성되는, 시스템. - 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열된 커패시턴스 센서의 어레이; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에 인접한 상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상에 배열된 구동 전극 및 감지 전극의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상의 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되는 터치 센서 표면;
상기 기판을 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성되는 스프링 요소의 어레이로서, 상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소가 상기 지지 위치의 어레이의 지지 위치에서 상기 기판에 결합되는, 상기 스프링 요소의 어레이;
결합 플레이트;
상기 결합 플레이트는:
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합하도록; 및
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록;
구성되며,
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 스캔 사이클의 제1 세그먼트에 걸쳐, 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이의 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 제1 세트를 직렬로 판독하도록;
상기 스캔 사이클의 상기 제1 세그먼트에 이어지는 상기 스캔 사이클의 제2 세그먼트에 걸쳐, 상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 제2 세트를 직렬로 판독하도록; 및
상기 스캔 사이클의 상기 제2 세그먼트 동안, 상기 결합 플레이트를 기준 전위로 구동하도록;
상기 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 터치 입력의 횡방향 위치 및 길이방향 위치를 검출하도록;
상기 커패시턴스값의 제2 세트에 기초하여, 상기 터치 입력의 힘 크기를 해석하도록; 및
상기 횡방향 위치, 상기 길이방향 위치, 및 상기 힘 크기를 출력하도록;
구성되는, 시스템. - 청구항 8에 있어서,
상기 기판은 제1 영역 및 제2 영역을 정의하고:
상기 전극 쌍의 세트는:
상기 지지 위치의 어레이에서, 상기 기판의 상기 제1 영역 내에서 지지 위치의 제1 서브세트에 인접한 커패시턴스 센서의 제1 서브세트; 및
상기 지지 위치의 어레이에서, 상기 기판의 상기 제2 영역 내에서 지지 위치의 제2 서브세트에 인접한 커패시턴스 센서의 제2 서브세트;
를 포함하고;
상기 기판은:
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 커패시턴스 센서의 제1 서브세트, 및 상기 지지 위치의 어레이에서 지지 위치의 제1 서브세트를 포함하는 제1 영역; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 커패시턴스 센서의 제2 서브세트, 및 상기 지지 위치의 어레이에서 지지 위치의 제2 서브세트를 포함하는 제2 영역;
을 정의하고;
상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이는 상기 기판의 상기 제1 영역 위에 배열되고;
상기 스프링 요소의 어레이는:
상기 지지 위치의 제1 서브세트에 결합되는 스프링 요소의 제1 서브세트; 및
상기 지지 위치의 제2 서브세트에 결합되는 스프링 요소의 제2 서브세트;
를 포함하고;
상기 컨트롤러는 상기 스캔 사이클 동안:
상기 커패시턴스 센서의 제2 서브세트로부터 커패시턴스값의 서브세트를 판독하도록; 및
상기 커패시턴스값의 서브세트에 기초하여, 상기 기판의 상기 제2 영역 위에서 상기 터치 센서 표면과 접촉하는 손바닥을 검출하도록;
구성되는, 시스템. - 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열된 커패시턴스 센서의 어레이; 및
상기 커패시턴스 센서의 어레이에 인접한 상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상에 배열된 구동 전극 및 감지 전극의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 상의 상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되는 터치 센서 표면;
상기 기판을 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성되는 스프링 요소의 어레이로서, 상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소가 상기 지지 위치의 어레이의 지지 위치에서 상기 기판에 결합되는, 상기 스프링 요소의 어레이;
결합 플레이트;
상기 결합 플레이트는:
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합하도록; 및
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록;
구성되며,
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 제2 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 제1 터치 입력의 제1 횡방향 위치 및 제1 길이방향 위치를 검출하도록;
상기 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 제2 터치 입력의 제2 횡방향 위치 및 제2 길이방향 위치를 검출하도록;
상기 커패시턴스값의 제2 세트에 기초하여, 상기 스프링 요소의 어레이에 의해 운반되는 힘 크기의 세트를 해석하도록;
이하에 기재되는 바에 기초하여, 상기 제1 터치 입력의 제1 힘 크기를 추정하도록:
상기 제1 터치 입력의 상기 제1 횡방향 위치 및 상기 제1 길이방향 위치;
상기 스프링 요소의 어레이에 의해 운반되는 상기 힘 크기의 세트; 및
상기 스프링 요소의 어레이에서 상기 기판에 결합되는 스프링 요소의 위치;
이하에 기재되는 바에 기초하여, 상기 제2 터치 입력의 제2 힘 크기를 추정하도록;
상기 제2 터치 입력의 상기 제2 횡방향 위치 및 상기 제2 길이방향 위치;
상기 스프링 요소의 어레이에 의해 운반되는 상기 힘 크기의 세트; 및
상기 스프링 요소의 어레이에서 상기 기판에 결합되는 스프링 요소의 위치;
상기 제1 횡방향 위치, 상기 제1 길이방향 위치, 상기 제1 힘 크기, 상기 제2 횡방향 위치, 상기 제2 길이방향 위치, 및 상기 제2 힘 크기를, 상기 스캔 사이클에 대한 힘 이미지로 컴파일링하도록;
구성되는, 시스템. - 청구항 13에 있어서,
상기 컨트롤러는:
각각의 커패시턴스 센서에 대해:
상기 커패시턴스값의 제2 세트에서 상기 커패시턴스 센서로부터 판독된 커패시턴스값에 기초하여, 상기 스프링 요소의 어레이에서 상기 커패시턴스 센서에 인접한 스프링 요소에 의해 운반되는 힘 크기를 추정함으로써;
상기 제1 터치 입력의 상기 제1 횡방향 위치 및 상기 제1 길이방향 위치에 기초하여, 상기 제1 터치 입력으로부터 상기 스프링 요소까지의 제1 거리를 계산함으로써;
상기 제2 터치 입력의 상기 제2 횡방향 위치 및 상기 제2 길이방향 위치에 기초하여, 상기 제2 터치 입력으로부터 상기 스프링 요소까지의 제2 거리를 계산함으로써;
상기 제1 거리 및 상기 제2 거리의 조합에 대한 상기 제1 거리의 제1 비율에 기초하여, 힘 크기 비율의 제1 세트에서 상기 제1 터치 입력에 의해 인가된 상기 힘 크기의 제1 비율을 추정함으로써; 및
상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 상기 조합에 대한 상기 제2 거리의 제2 비율에 기초하여, 힘 크기 비율의 제2 세트에서 상기 제2 터치 입력에 의해 인가된 상기 힘 크기의 제2 비율을 추정함으로써;
상기 힘 크기 비율의 제1 세트의 제1 조합에 기초하여, 상기 제1 터치 입력의 상기 제1 힘 크기를 추정함으로써; 및
상기 힘 크기 비율의 제2 세트의 제2 조합에 기초하여, 상기 제2 터치 입력의 상기 제2 힘 크기를 추정함으로써;
상기 힘 크기의 세트를 해석하도록, 상기 제1 터치 입력의 상기 제1 힘 크기를 추정하도록, 및 상기 제2 터치 입력의 상기 제2 힘 크기를 추정하도록 구성되는, 시스템. - 컴퓨팅 디바이스에서 입력을 검출하기 위한 시스템으로서:
다음을 포함하는 기판:
상부층;
바닥층;
상기 바닥층 상에 배열된 지지 위치의 어레이; 및
상기 바닥층 상에 배열된 커패시턴스 센서의 어레이로서, 상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 각각의 커패시턴스 센서는, 상기 지지 위치의 어레이에서 상기 기판의 상기 바닥층 상의 지지 위치를 둘러싸는 전극을 포함하는, 상기 커패시턴스 센서의 어레이;
상기 기판의 상기 상부층 위에 배열된 터치 센서 표면;
상기 기판을 섀시에 결합하고 그리고 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘에 응답하여 상기 섀시를 향해 하방으로 상기 기판의 변위에 항복하도록 구성된 스프링 요소의 어레이로서, 상기 스프링 요소의 어레이의 각각의 스프링 요소가 상기 지지 위치의 어레이의 지지 위치에서 상기 기판에 결합되는, 상기 스프링 요소의 어레이;
결합 플레이트;
상기 결합 플레이트는:
상기 스프링 요소의 어레이에 인접한 상기 섀시에 결합하도록; 및
상기 결합 플레이트를 향한 상기 기판의 변위에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 어레이의 커패시턴스값을 제공하도록;
구성되며;
컨트롤러를 포함하며;
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 커패시턴스 센서의 어레이로부터, 상기 커패시턴스 센서의 어레이와 상기 결합 플레이트 사이의 자체-커패시턴스의 측정값을 나타내는 커패시턴스값의 세트를 판독하도록; 및
상기 커패시턴스값의 세트 및 상기 스프링 요소의 어레이의 스프링상수에 기초하여, 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘의 분포를 해석하도록;
구성되는, 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 커패시턴스 센서의 어레이에서, 각각의 커패시턴스 센서는:
상기 지지 위치의 어레이에서 지지 위치의 제1 측부에 인접한 상기 기판의 상기 바닥층 상에 배열되는 구동 전극; 및
상기 구동 전극과 대향하는 상기 지지 위치의 제2 측부에 인접한 상기 기판의 상기 바닥층 상에 배열되는 감지 전극;
을 포함하고; 및
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 커패시턴스 센서의 어레이로부터, 상기 커패시턴스 센서의 어레이에서 구동 전극과 감지 전극 사이의 상호 커패시턴스의 측정값을 나타내는 커패시턴스값의 세트를 판독하도록; 및
상기 커패시턴스값의 세트 및 상기 스프링 요소의 어레이의 스프링상수에 기초하여, 상기 터치 센서 표면에 인가된 힘의 분포를 해석하도록;
구성되는, 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 직사각형의 기하학적 형상을 정의하고;
상기 지지 위치의 어레이는 상기 기판의 주변에 근접한 상기 바닥층 상에 배열되고; 및
상기 스프링 요소의 어레이는, 상기 기판의 상기 주변을 지지하고 그리고 상기 컴퓨팅 디바이스의 상기 섀시 내에 상기 기판을 위치시키도록 구성되는, 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 결합 플레이트는 상기 스프링 요소의 어레이로부터 삽입된 자기 요소 리셉터클을 더 포함하고;
상기 자기 요소 리셉터클에 배열되는 자기 요소를 더 포함하고;
상기 기판은, 상기 자기 요소 위에 배열되고 그리고 상기 자기 요소에 자기적으로 결합하도록 구성되는 도전성 코일을 더 포함하고;
상기 컨트롤러는 스캔 사이클 동안:
상기 커패시턴스 센서의 어레이로부터 커패시턴스값의 제1 세트를 판독하도록;
상기 커패시턴스값의 제1 세트에 기초하여, 상기 터치 센서 표면에 인가된 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석하도록; 및
임계 힘 크기를 초과하는 상기 제1 힘 크기에 응답하여, 상기 도전성 코일을 상기 자기 요소에 자기적으로 결합하기 위해 상기 도전성 코일을 통해 교류를 구동하도록;
구성되고; 및
상기 스프링 요소의 어레이는, 상기 기판 및 상기 터치 센서 표면이 상기 섀시에 대해 발진할 수 있도록 하기 위해, 상기 도전성 코일의 상기 자기 요소로의 자기 결합에 항복하도록 구성되는, 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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