KR20120005495A - 움켜 쥠 및 접근 검출을 위한 센서 장치 및 방법 - Google Patents

움켜 쥠 및 접근 검출을 위한 센서 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

개선된 접근 검출을 위한 전기 휴대형 장치가 제공되는데, 상기 휴대형 장치는 표면 위에 놓여질 수 있고, 적어도 하나의 송신 전극, 적어도 하나의 수신 전극 및 상기 송신 전극과 수신 전극 사이에 배치되는 적어도 하나의 보상 전극을 갖는다. 송신 전극과 보상 전극에는 소정 주파수 및 진폭의 전기 스위칭 신호가 제공될 수 있다. 보상 전극에서의 스위칭 전기 신호는 송신 전극에서의 스위칭 전기 신호에 대해 위상 지연되어 있다. 송신 전극 및 보상 전극에서 방사되는 교류 전기장은 수신 전극에서 전류를 생성하는데 이 전류는 휴대형 장치에 대한 손의 접근을 나타낸다. 송신 전극 및 수신 전극은, 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스가 수신 전극에서 생성되는 전류를 소정값 이하로 유지될 수 있도록 하는 소정값을 초과하도록 배치된다.

Description

움켜 쥠 및 접근 검출을 위한 센서 장치 및 방법{SENSOR DEVICE AND METHOD FOR GRIP AND PROXIMITY DETECTION}
본 발명은 접근 검출(proximity detection)을 위한 전극 시스템(electrode system)과 이러한 전극 시스템을 구비하는 전기적 휴대형 장치(electrical hand-held device)에 관한 것으로서, 상기 전기적 휴대형 장치는 평면 지지부 위에 놓여져서 슬리핑 모드(sleeping mode)에서 사용될 때 동작 모드(active mode)로 스위치될 수 있으며 휴대형 장치가 접촉되는 위치를 검출할 수 있는 전극 시스템 및 전기적 휴대형 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 휴대형 장치가 손으로 움켜 쥐어지는(gripped) 것을 검출하여 휴대형 장치를 손으로 움켜 쥔 경우 전기적 휴대형 장치가 슬리핑 모드에서 동작 모드로 전환될 수 있도록 하는 전기적 휴대형 장치용 검출 장치(detection device)와, 손으로 휴대형 장치를 움켜 쥐는 것을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 컴퓨터화된 정보 시스템(computerized information)용의 전극 시스템(electrode system)을 갖는 입력 장치(input device), 특히 컴퓨터 마우스의 형태로 된 입력 장치에 관한 것으로서 특히, 컴퓨터를 사용하여 CAD 어플리케이션, 텍스트 및 이미지 처리 어플리케이션, 프로그래밍 작업, 계산 어플리케이션, 인터넷 네비게이션 및 게임 등의 작업을 수행하는 경우 입력 처리를 수행할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다,
또한 본 발명은 게임 콘솔(game consoles), 컴퓨터 마우스 및 휴대 전화(mobile phone)용 입력 장치에 관한 것으로서, 이들 게임 콘솔, 컴퓨터 마우스 및 휴대 전화용 입력 장치는 전극 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 입력 장치에 관한 것이다.
전기적 장치, 특히 전기적 휴대형 장치(electric hand-held devices)의 기술 분야에 있어서는 에너지 효율을 개선하기 위한 계속적인 요청이 있다. 특히, 게임 콘솔이나 휴대 전화용의 원격 제어 장치나 입력 장치와 같은 소형 휴대형 장치의 경우, 전력 공급을 위하여 교체가능형 배터리 또는 충전기를 이용하기 때문에 이러한 요청이 매우 큰데, 이는 배터리나 충전기는 자주 교체되어야 하기 때문이다. 에너지 효율을 개선하는 것은 전력 소비를 낮춤으로써 배터리 또는 충전기의 수명을 증가시키는 한편 처리할 배터리 또는 충전기의 수가 보다 적어지기 때문에 환경적인 면에서도 장점을 갖는다.
종래 기술에 의하여, 휴대형 장치는 사용하지 않는 경우 이른바 슬리핑 모드(sleeping mode)로 스위치될 수 있다는 점이 알려져 있다. 슬리핑 모드에서는 휴대형 장치를 사용하는 경우에만 필요한 장치의 모든 기능은 비활성화된다(deactivated). 이러한 방식을 통해 장치의 전원 입력은 상당히 감소될 수 있다. 휴대형 장치를 사용할 때는 장치의 모든 기능을 사용할 수 있는 상태인 이른바 동작 모드(active mode)로 스위치된다.
휴대형 장치를 슬리핑 모드에서 동작 모드로 스위치하고 한편 동작 모드에서 슬리핑 모드로 스위치하기 위하여, 각각의 모드를 수동으로 활성화시킬 수 있는 스위치를 제공하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법은, 예컨대 컴퓨터 마우스와 같은 휴대형 장치가 사용하지 않는 경우에도 동작 모드로 남아 있는 경우가 빈번하다는 문제점이 있는데 이는 동작 모드의 활성화 또는 비활성화의 수동 조작이 상당히 복잡하거나 잊어버리기 쉽기 때문이다. 따라서, 요망되는 에너지 효율의 개선은 크게 이루어지지 않는다.
일반적으로 컴퓨터 마우스는 표면 위에서 또는 표면에 대한 컴퓨터 마우스의 움직임에 의하여 X/Y 제어 데이터를 생성하도록 한다. 이러한 컴퓨터 마우스는 선택 동작(selection operation)을 수행할 수 있도록 하는 키 장치(key device)를 더 구비한다. 또한, 컴퓨터 마우스는 입력 신호가 생성될 수 있도록 하는 스크롤 휠(scroll wheel)을 추가적으로 구비하는 경우가 많다. 컴퓨터 마우스의 키 및/또는 스크롤 휠을 이용하여 컴퓨터 마우스를 슬리핑 모드 또는 동작 모드로 전환할 수 있도록 방법이 종종 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 방법은 사용자의 수동 동작(manual action)을 필요로 한다.
컴퓨터 마우스는 무선 장치(cordless device)로서 급속히 발전되어 왔다. 컴퓨터 마우스의 전원은 일반적으로 배터리 또는 충전기에 의해 공급된다. 이러한 마우스는 종래의 유선 마우스와는 달리, 배터리를 자주 교체하거나 또는 충전기가 빈번하게 충전되어야 할 필요가 있다는 문제점이 있다.
휴대형 장치의 동작 모드를 수동으로 활성화 또는 비활성화시키는 것을 회피하기 위하여, 영국 공개특허공보 GB 2 398 138 A는 커패시티 센서(capacity sensor)를 포함하는 웨이크 검출기(wake detector)를 갖는 휴대형 장치를 제공하는 방법을 제시하고 있다. 휴대형 장치가 손과 가까워지거나 접촉하는 경우 휴대형 장치는 자동으로 동작 모드로 스위치된다. 손이 멀어지면 휴대형 장치는 자동으로 슬리핑 모드로 스위치된다. 손이 접근하는 것을 검출하기 위하여, 접근에 따라 변화하는 커패시티 센서의 커패시티를 측정하는데, 이 경우 미리 설정해 놓은 커패시티가 웨이크 검출기의 스위칭 임계값으로서 작용하게 된다.
이러한 웨이크 검출기는, 손이 웨이크 검출기로 접근하는 것을 신뢰성있게 검출하지 못하거나 최악의 경우 잘못 검출하는 것과 같은 문제점을 가진다는 것이 실험에 의해 알려져 있다. 특히, 이러한 문제는 휴대형 장치가 예컨대 금속 판(metal plate)을 갖는 테이블 등과 같은 전기적 도전성 재료(electrically conductive material) 위에 놓여져 있는 경우에 더욱 그러하다. 따라서 웨이크 검출기는 전기적 도전성 표면을 손과 신뢰성있게 구별할 수 없다. 따라서, 웨이크 검출기는 손을 잘못 검출함으로써 결과적으로 휴대형 장치를 동작 모드로 스위치하게 할 수 있는 위험성이 있다. 이 또한 결국 요망되는 에너지 효율 개선이 일부분만이 달성될 수 있다는 것을 의미한다.
종래 기술에 의해 알려진 방법들의 또 다른 문제점은, 휴대형 장치의 다른 영역으로의 접근이나 다른 방향으로부터의 접근을 검출할 수 없다는 것이다. 마찬가지로, 종래 기술의 방법에 의하면 휴대형 장치의 어떤 영역이 접촉(touched)되고 있는지를 결정할 수 없다.
본 발명의 목적은, 휴대형 장치에 있어서 휴대형 장치에 대한 손의 접근을 신뢰성있게 검출하며 접근 및/또는 접촉이 이루어지는 휴대형 장치의 영역과 접근이 이루어지는 방향을 판별할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 휴대형 장치가 손에 의해 움켜 쥐어지는 것을 신뢰성있게 검출함으로써 예컨대 손으로 움켜 잡은 경우에만 휴대형 장치가 동작 모드로 스위치될 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기와 같은 목적은, 특허청구범위의 독립항에 의한, 휴대형 장치, 전극 시스템, 전기적 휴대형 장치용 검출 장치, 검출 장치를 갖는 휴대형 장치 및 손으로 휴대형 장치를 움겨쥐는 것을 검출하기 위한 방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명은, 표면(surface) 위에 놓여질 수 있는 전기적 휴대형 장치로서, 적어도 하나의 송신 전극(transmission electrode), 적어도 하나의 수신 전극(reception electrode) 및 송신 전극 및 수신 전극 사이에 배치되는 적어도 하나의 보상 전극(compensation electrode)을 구비하고, 상기 전극들에 의해 휴대형 장치에 대한 손의 접근을 검출할 수 있는 전기적 휴대형 장치에 있어서,
- 송신 전극으로부터 제1 교류 전기장(electrical alternating field)이 방사되고 보상 전극으로부터 제2 교류 전기장이 방사되고, 제2 교류 전기장에 대한 제1 교류 전기장은 위상 지연(phase-delayed)되어 있고, 상기 교류 전기장들은 표면 및 수신 전극으로 결합(coupled)되며,
- 상기 수신 전극으로 결합되는 교류 전기장들은, 수신 전극에서 휴대형 장치로의 손의 접근을 나타내는 전류를 생성하고,
- 상기 휴대형 장치의 송신 전극과 수신 전극은,
- 송신 전극과 표면 사이의 임피던스,
- 표면의 임피던스, 및
- 표면과 수신 전극 사이의 임피던스
로 구성되는 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스들(impedancs)의 합(sum)이 휴대형 장치가 표면 위에 놓여진 경우 미리 설정해 놓은 값(Z0)를 초과하도록 휴대형 장치에 배치(여기서, 상기 미리 설정해 놓은 값(Z0)은 수신 전극에서 생성되는 전류를 미리 설정해 놓은 값(I0) 이하로 유지하기에 적합한 값임)되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기적 휴대형 장치를 제공한다.
송신 전극과 수신 전극 사이에 적어도 하나의 보상 전극이 배치되기 때문에, 휴대형 장치가 도전성 표면에 놓여진 경우에도 보다 용이하게 또한 신뢰성있게 휴대형 장치에 대한 손의 접근을 검출할 수 있다. 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스가 미리 설정해놓은 값(Z0)을 초과하도록 송신 전극 및 수신 전극을 배치함으로써, 교류 전기장에 의해 수신 전극에서 생성되는 전류는 휴대형 장치를 슬리핑 모드에서 동작 모드로 스위치시키는데 충분하지 않게 된다. 보상 전극에서 방사되는 교류 전기장에 의하여, 휴대형 장치를 동작 모드로 스위치시킬 수 있는, 송신 전극으로부터 수신 전극으로의(휴대형 장치의 벽을 넘어서) 충분히 높은 고전류 또한 방지될 수 있다.
접근(approach)은 손과 휴대형 장치 사이의 거리의 감소 및/또는 휴대형 장치의 전극들에 대한 손의 위치의 변화를 포함할 수 있다.
송신 전극과 보상 전극에는 소정의 주파수 및 진폭을 갖는 교류 전기 신호가 공급되는데 보상 전극에서의 교류 전기 신호에 대한 송신 전극에서의 교류 전기 신호는 위상-지연되어 있다. 송신 전극에서의 교류 전기 신호의 진폭은 보상 전극에서의 교류 전기 신호의 진폭과 다를 수 있다.
손이 휴대형 장치로 접근함에 따라, 손을 통해 송신 전극으로부터 수신 전극으로 전달되는 교류 전기장은 보상 전극의 교류 전기장에 의한 보상이 더욱 약해지게 한다.
표면은 접촉면(contact surface)을 포함한다. 접촉면은 예컨대 벽(wall)일 수도 있는데, 여기에 경사조절 레버(tiltable lever)의 형태로 휴대형 장치가 배치될 수 있다.
또한, 표면 위에 놓여질 수 있는 전기적 휴대형 장치로서, 복수개의 전극 구조 또는 전극 시스템을 구비하며, 이들 전극 구조 또는 전극 시스템 각각에는 적어도 하나의 송신 전극, 적어도 하나의 수신 전극 및 송신 전극과 수신 전극 사이에 배치되는 적어도 하나의 송신 전극이 배치되어 휴대형 장치에 대한 손의 접근을 검출할 수 있는 전기적 휴대형 장치에 있어서,
상기 복수개의 전극 구조 각각은,
- 송신 전극으로부터 제1 교류 전기장이 방사되고 보상 전극으로부터 제2 교류 전기장이 방사되며, 제2 교류 전기장에 대한 제1 교류 전기장은 위상 지연되어 있고, 이들 교류 전기장들은 표면 및 수신 전극으로 결합되고,
- 수신 전극에 결합되는 교류 전기장은 수신 전극에서 휴대형 장치의 전극 구조로의 손의 접근을 나타내는 전류를 생성하고,
- 송신 전극과 수신 전극은,
- 송신 전극과 표면 사이의 임피던스.
- 표면의 임피던스, 및
- 표면과 수신 전극 사이의 임피던스
로 구성되는 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스들의 합이, 휴대형 장치가 표면 위에 놓여진 경우 수신 전극에 생성되는 전류가 소정 값 이하로 유지되도록 하기에 적합한 소정 값을 초과하도록, 배치되는 것을 특징으로 하는 전기적 휴대형 장치가 제공된다.
복수개의 전극 구조를 제공하는 것은, 휴대형 장치의 복수개의 영역에 대한 손의 접근을 유용하게 검출하거나 접근의 방향을 신뢰성있게 판별할 수 있도록 한다.
복수개의 전극 구조는, 전자 평가 장치(electronic evaluation device)와 결합될 수 있는데, 전자 평가 장치는 복수개의 전극 구조 각각에 대한 손의 접근을 연속적으로 평가할 수 있도록 구성된다.
복수개의 전극 구조는 각각의 전자 평가 장치와 결합될 수도 있는데, 각각의 전자 평가 장치는 연결된 각각의 전극 구조에 대한 손의 접근을 평가하도록 설정된다.
복수개의 전극 구조 각각의 송신 전극, 보상 전극 및 수신 전극은, 휴대형 장치가 표면 위에 놓여진 경우 표면에 접촉하지 않도록 휴대형 장치에 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 바람직한 구성에 의하여, 휴대형 장치가 도전성 표면에 놓여진 경우, 검출 감도를 저하시킬 수 있는 송신 전극과 수신 전극 사이의 전기적 접촉(galvanic contact)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
전극 구조 각각의 송신 전극, 보상 전극 및 수신 전극은 휴대형 장치의 표면에 배치될 수 있다.
전극 구조 각각의 송신 전극, 보상 전극 및 수신 전극은 휴대형 장치의 표면과 대향하는 쪽에 배치될 수도 있다.
휴대형 장치의 표면은 휴대형 장치의 외부 면을 구비할 수도 있다. 이러한 방식으로, 예컨대 단일 전극 또는 모든 전극들은 외부에 배치되어 사용자가 볼 수 있도록 할 수도 있다. 단일 또는 모든 전극들은, 사용자가 볼 수 없도록 또한 보다 잘 보호될 수 있도록 휴대형 장치의 표면 아래에 배치될 수도 있다.
상기의 복수개의 전극 구조 각각에 있어서, 보상 전극에서 방사되는 교류 전기장은 송신 전극에서 방사되는 교류 전기장과 적어도 부분적으로 간섭(interfere)되는데 이는 중첩(superposition)에 의하여 교류 전기장의 레벨을 감소시키고 수신 전극에서 생성되는 전류를 감소시키게 된다.
보상 전극의 또 다른 장점은, 송신 전극에서 방사되는 교류 전기장 이외에 보상 전극에서 방사되는 교류 전기장 또한 표면에 결합되므로 표면의 재료와 상관없이 보상 전극에서 방사되는 교류 전기장은 송신 전극에 의해 방사되는 교류 전기장과 간섭한다는 점이다. 이러한 방식으로 표면 재료와 상관없이 손의 접근을 신뢰성있게 검출할 수 있다.
상기 복수개의 전극 구조 각각에 있어서, 휴대형 장치로의 손의 제1 접근은 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스들의 합의 변화를 발생시키는데, 여기서 상기 임피던스들은 소정값(Z0)과 또 다른 소정값(Z1)(Z0>Z1) 사이의 값이고 상기 합의 변화는 수신 전극에서 생성되는 전류가 소정값(I0) 이상이 되도록 하는데 적합한 값이다.
제1 접근은 예컨대 전극으로부터의 손의 거리 및/또는 전극에 대한 손의 위치일 수 있다.
각각의 전극 구조에 있어서, 휴대형 장치에 대한 손의 제2 접근은 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스들의 합의 변화를 발생시키는데, 이 임피던스들은 또 다른 소정값(Z1) 이하이며 임피던스 합의 변화는 수신 전극에서 생성되는 전류가 제2 소정값(I1)(I1>I0) 이상이 되도록 하는데 적합한 값이다.
제2 접근 또한 전극으로부터의 손의 거리 및/또는 전극에 대한 손의 위치를 포함할 수 있는데 여기서 제2 접근은 제1 접근과는 다른 것이다. 따라서 제2 접근에서 전극으로부터의 손의 거리는 예컨대 제1 접근에서의 거리보다 작아서 수신 전극에서의 전류량이 증가하여 소정값(I1) 이상이 되도록 할 수 있다.
마찬가지로, 제2 접근에서 손의 거리가 제1 접근보다 작은 경우에도, 수신 전극에서 소정값(I1) 이상으로의 전류 증가는 전극들에 대한 손의 위치에 의해 이루어질 수 있다.
이러한 전극들의 배치는, 휴대형 장치로 손이 접근하거나 또는 휴대형 장치를 움켜쥐는 경우, 수신 전극으로 결합되는 교류 전기장이 수신 전극에서 생성되는 전류가 제1의 값(I0)(접근시) 이상이 되도록 또는 제2의 값(I1)(움켜쥠 또는 추가적인 접근시) 이상이 되게 할 수 있도록, 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스가 감소한다는 장점을 갖는다.
이러한 방식으로, 수신 전극에 결합되는 제어 수단에 의해 휴대형 장치의 슬리핑 모드, 스위치 모드 및 동작 모드가 유도될 수 있는데 이 때 전류(I0, I1)는 임계값으로서 기능하게 된다. 스위치 모드(switch mode)(슬리핑 모드와 동작 모드 사이의 중간 단계로서)를 제공하는 것은, 손의 접근이 이루어져 있는 경우 휴대형 장치가 예컨대 초기화 과정(initialization process)를 시작하는 것과 같이 동작 모드를 준비할 수 있도록 한다는 점에서 장점이 있다. 따라서 휴대형 장치의 사용자가 구동이 지연되는 느낌을 받는 것을 방지할 수 있다.
복수개의 전극 구조의 적어도 어느 하나의 송신 전극, 수신 전극 및 보상 전극이, 휴대형 장치로 손이 접근하는 경우,
- 간섭으로 인한 교류 전기장의 레벨의 상승, 및
- 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스의 감소
를 발생시키도록 구성하는 것이 특별히 유리하다.
제2 접근에 의한 결과 교류 전기장의 레벨(P2)에 대한 제1 접근에 의한 결과 교류 전기장의 레벨(P1)의 비(ratio)는, 제1 접근시의 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스(Z1)에 대한 제2 접근시의 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스(Z2)의 비보다 작은 것이 특히 바람직하다. 제1 및 제2 접근의 레벨 및 임피던스는 다음과 같이 서로 관계를 갖는다.
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이러한 방식으로, 휴대형 장치로 손이 접근이 증가할 때, 휴대형 장치의 전극 구조의 감도가 손이 접근함에 따라 좋아지므로 스위치 모드 또는 동작 모드의 활성화가 이루어지도록 하는 것을 보장할 수 있다.
복수개의 전극 구조 중 적어도 어느 하나의 송신 전극, 수신 전극 및 보상 전극은 비대칭으로 배치되어 접근하는 손의 좌/우 구별을 결정할 수 있다. 구별 결과에 따라 장치가 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
휴대형 장치로의 접근의 좌/우 구별에 의하여, 오른손 잡이(right-handed)와 왼손잡이(left-handed)의 구별이 이루어질 수 있어서, 그에 따라서 휴대형 장치에 제공되는 디스플레이의 메뉴 방향이 디스플레이의 좌측에 또는 우측에 배치되도록 할 수 있다.
복수개의 전극 구조의 적어도 하나의 보상 전극으로부터 방사되는 교류 전기장은 휴대형 장치를 둘러쌓는 전기장에 따라 소정값(I0)을 조절하도록 제공될 수 있다.
휴대형 장치가 슬리핑 모드에서 스위치 모드로 또는 동작 모드로 전환될 수 있도록 하는 전류 임계값은 다른 표면 재료에 따라 휴대형 장치 자체에 의해 조절될 수 있다.
휴대형 장치에 복수개의 전극 구조를 배치함으로써, 사용자가 휴대형 장치를, 바람직하게는 휴대형 장치의 특정 영역을, 한손으로 또는 양손으로 잡았는지를 간단한 방법으로 검출할 수 있다.
또한, 손으로 휴대형 장치를 움켜쥐는 것을 검출하기 위한 검출 장치(detection device)가 휴대형 장치에 제공되는데, 여기에서 상기 검출 장치는 송신 전극, 수신 전극 및 보상 전극을 가지며, 송신 전극과 보상 전극은 서로 전기적으로 결합되어 있으며 송신 전극, 수신 전극, 보상 전극은 휴대형 장치에서 서로 분리되어 있다. 또한, 수신 전극과 보상 전극은 용량성 방식(capacitive way)으로 결합될 수 있도록 배치된다. 송신 전극에는 제1 교류 전압이 공급되고, 송신 전극에 의해 제1 교류 전기장이 방사되며 전기적 결합에 의하여 제1 교류 전압이 보상 전극에 결합되고, 보상 전극에는 제2 교류 전압이 공급되고 보상 전극에 의해 제1 교류 전압 및 제2 교류 전압에 의해 발생하는 제2 교류 전기장이 방사되는데,
- 제2 교류 전기장은 수신 전극과 결합되어 제1 전류를 생성하고,
- 손에 의해 휴대형 장치가 움켜 쥐어진 경우 제1 교류 전기장은 수신 전극에 결합되어, 수신 전극에서 제2 전류를 생성하도록 할 수 있는데, 여기에서 제1 전류와 제2 전류에 의한 전체 전류는 휴대형 장치의 움켜쥠을 나타낸다.
송신 전극과 보상 전극의 전기적 결합(galvanic coupling)은 보상 전극에서 방사되어 수신 전극으로 결합하는 교류 전기장이 보상 전극 및 송신 전극에 공급되는 교류 전압에 의존하게 된다는 결과를 낳게 된다. 수신 전극에 결합되는 교류 전기장은 수신 전극에서 전류를 생성하는데 이는 임계값으로서 기능한다. 이 전류는 송신 전극에서의 교류 전압에 대한 보상 전극의 교류 전압을 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
제1 교류 전압과 제2 교류 전압이 동일한 신호 형태를 가지고 서로에 대해 위상-지연을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
송신 전극과 수신 전극은 평가 회로와 결합될 수 있는데, 평가 회로는 휴대형 장치의 전체 전류의 변화에 기초하여 휴대형 장치가 손에 의해 움켜쥐어졌는지를 검출하도록 구성된다.
송신 전극과 수신 전극은 휴대형 장치가 놓여지는 표면과 접촉하지 않도록 배치될 수 있는 것이 바람직하다.
송신 전극과 표면 사이의 거리 및/또는 수신 전극과 표면 사이의 거리는, 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스가 소정값을 초과하지 않도록 선택되는 것이 바람직하다. 여기에서 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스는,
- 송신 전극과 표면 사이의 임피던스,
- 표면의 임피던스, 및
- 표면과 수신 전극 사이의 임피던스
로 구성되고, 상기 소정값은 송신 전극에서 방사되는 교류 전기장이 수신 전극과 결합되지 않도록 선택된다.
송신 전극, 보상 전극 및 수신 전극은 휴대형 장치의 상면에 배치될 수 있다.
송신 전극과 보상 전극은 신호 생성기(signal generator)와 결합되는데, 송신 전극과 보상 전극은 제1, 바람직하게는 조절가능형인, 위상 변환기(phase shifter)에 의해 서로 결합되고 및/또는 신호 생성기는 제2, 바람직하게는 조절가능형인, 위상 변환기에 의해 결합된다.
평가 회로는 제어 수단을 구비하는 것이 바람직한데, 제어 수단은 소정의 전체 전류값에 의해 휴대형 장치의 스위칭-온 모드 및/또는 동작 모드를 결정하도록 설계된다.
수신 전극에서의 제1 전류는 제1 교류 전압과 제2 교류 전압 사이의 위상을 변화시킴으로써 조절가능하다. 이는 위상 변환기(phsase shifter)에 의해 유용하게 이루어진다.
송신 전극, 수신 전극 및 보상 전극은 휴대형 장치의 표면에 또는 표면 바로 아래에 배치될 수 있다.
송신 전극을 휴대형 장치의 제1 측벽(sidewall)에 배치하고 수신 전극과 보상 전극은 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽에 배치하는 것은 특별한 장점을 갖는다.
또한, 본 발명에 의한 검출 장치에 의해 휴대형 장치가 손으로 움켜쥐어지는 것을 검출하는 방법이 제공된다. 여기에서, 검출 장치는 적어도 하나의 송신 전극, 적어도 하나의 수신 전극 및 적어도 하나의 보상 전극을 구비하며, 송신 전극은 보상 전극과 전기적으로 결합되며 보상 전극은 수신 전극과 용량성으로 결합될 수 있다. 또한,
- 송신 전극에는 제1 교류 전압이 공급되어 송신 전극에서 제1 교류 전기장이 방사되고 제1 교류 전압은 전기적 결합에 의하여 보상 전극에 적어도 부분적으로 결합된다.
- 보상 전극에는 제2 교류 전압이 공급되고, 제2 교류 전기장이 보상 전극에서 방사되어 수신 전극으로 결합되며, 수신 전극에 결합되는 제2 교류 전기장은 수신 전극에서 전류를 생성한다.
- 수신 전극에서 전체 전류가 평가되는데, 상기 전체 전류는 제1 전류 및 제2 전류로부터 발생한다. 상기 제2 전류는 손이 휴대형 장치를 움켜쥔 경우 수신 전극으로의 제1 교류 전기장의 용량성 결합에 의해 생성되고 전체 전류는 휴대형 장치가 손에 의해 움켜쥐어졌다는 것을 나타낸다.
휴대형 장치에는 본 발명에 의한 복수개의 검출 장치가 제공되어 휴대형 장치의 서로 다른 위치에서 휴대형 장치의 움켜쥠을 신뢰성있게 검출하도록 할 수 있다.
또한, 휴대형 장치에는,
- 케이싱 장치(casing device),
- 케이싱 장치의 X- 및 Y-축 방향으로의 움직임(shifting)과 연동되는 제어 데이터를 생성하는 움직임 검출 장치(shifting detection device), 및
- 케이싱 장치에 대한 손의 접근 상태를 나타내는 신호를 생성하는 손 검출 장치(hand detection device)
가 제공되며,
- 손 검출 장치는 3개의 전기장 전극을 갖는 전극 그룹을 구비하고,
- 회로 장치가 상기 전기장 전극들과 결합하며,
- 상기 회로 장치는, 동작 주파수에서 진동하는 제너레이터 전압이 상기 전기장 전극들에 각각 공급되도록 구성되고,
- 신호 제어 유닛으로 전달되는 전극 신호를 생성하는 태핑 회로(tapping circuit)가 제공되는 것을 특징으로 하는 휴대형 장치가 제공된다.
휴대형 장치는 예컨대 컴퓨터 마우스, 게임 콘솔용 입력 장치, 휴대 전화기 또는 휴대형 미니컴퓨터일 수 있다.
이러한 방식으로, 매우 적은 전력에 의하여 효율적으로, 접근이 발생하는 것을 검출하고 손의 접근이 검출되는 경우에만 예컨대 마우스 장치 등과 같은 휴대형 장치의 기타 구성을 활성화하도록 할 수 있다.
상기 태핑 회로는 신호 입력에서의 임피던스가 동작 주파수 범위 내에서 최소양을 나타내도록 구성될 수 있다. 이러한 점에서 신호 증폭(signal amplification)은, 최소 가능 경사도(steepness)에서 동작상 안정적인 최대값을 나타내도록 처리되는 것이 바람직하다.
바람직한 방식에 있어서, 연속적인 추가 신호 증폭이 발생하여, 태핑 회로의 출력 임피던스는 태핑 회로의 출력단에서 전기장 전극들의 AC-입력 신호로부터 직접 유도되는 DC-출력 신호가 발생하도록 조절된다.
제너레이터 장치(generator device)는 신호 제어 유닛에 직접 포함되는 것이 바람직하다. 태핑 회로의 첫번째 강화 단계(reinforcing step)에 신호 제어 유닛을 통해 텐션(tension)이 공급되도록 태핑 회로를 신호 제어 유닛에 연결할 수 있다.
신호 제어 장치는, 신호 제어 장치에 의해 슬리핑 모드 및 동작 모드가 결정되도록 설계되는 것이 바람직하다. 슬리핑 모드 중에 접근 상태의 검출이 휴지기(pause)를 두고 간격을 두고(at intervals) 발생한다.
또한, 본 발명은 휴대형 장치에 배치되는 전극 시스템을 제공하는데 전극 시스템은 적어도 하나의 송신 전극, 적어도 하나의 수신 전극 및 적어도 하나의 보상 전극을 가지며, 보상 전극은 송신 전극과 수신 전극 사이에 배치된다. 또한, 상기 전극 시스템은,
- 송신 전극으로부터 제1 교류 전기장이 방사되고 보상 전극으로부터 제2 교류 전기장이 방사되며, 제1 교류 전기장은 제2 교류 전기장에 대해 위상-지연되어 있고 상기 교류 전기장들은 수신 전극에 결합될 수 있고,
- 수신 전극에 결합되는 교류 전기장들은 수신 전극에서 전극 시스템으로의 손의 접근을 나타내는 전류를 생성
하도록 구성된다.
송신 전극과 수신 전극은, 휴대형 장치가 표면 위에 놓여진 경우 송신 전극과 수신 전극 사이 사이의 임피던스가 소정값(Z0)를 초과하도록, 휴대형 장치에 배치되는 것이 바람직한데, 여기에서 상기 소정값(Z0)은 수신 전극에서 생성되는 전류를 소정값 이하로 유지하는데 적합한 값이다.
따라서 휴대형 장치의 전극 시스템으로의 손의 접근은 휴대형 장치가 놓여진 표면의 재료와 상관없이 신뢰성있게 검출될 수 있다.
휴대형 장치가 지지 표면 위에 놓여진 경우의 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스는,
- 송신 전극과 표면 사이의 임피던스,
- 표면의 임피던스, 및
- 표면과 수신 전극 사이의 임피던스
로 구성되는 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스들의 합이다.
전극 시스템은 전자 평가 장치와 결합될 수 있는데, 전자 평가 장치는 전극 시스템으로의 손의 접근을 평가하고 접근을 나타내는 신호를 제공한다. 이 신호는 추가 처리를 위하여 예컨대 게임 콘솔의 제어 유닛 등과 같은 마이크로컨트롤러로 전달될 수 있다.
본 발명은 예컨대 컴퓨터 마우스, 원격 제어 장치, 휴대 전화기 또는 게임 콘솔용 입력 장치 등과 같은 휴대형 장치에 본 발명에 의한 적어도 하나의 전극 시스템을 제공한다.
복수개의 전극 시스템을 갖는 휴대형 장치의 경우, 전극 시스템 중 적어도 어느 하나에 대한 접근이 검출될 수 있다. 이에 의하여, 예컨대 미리 지정된 영역에서 양 손이 접촉되는 경우에만 휴대형 장치가 활성화되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 용량성 센서 요소(capacitive sensor element)의 관찰 영역(observation area)의 유전 특성(dielectric properties)을 나타내는 출력 신호를 생성하는 회로 구조를 제공하는데, 여기에서 적어도 하나의 용량성 센서 요소는 적어도 하나의 송신 전극, 적어도 하나의 보상 전극 및 적어도 하나의 수신 전극을 구비한다. 또한, 상기 회로 구조는,
- 송신 전극에 제1 교류 전기 신호를 공급하고 보상 전극에 제2 교류 전기 신호를 공급하는 신호 생성기 장치(signal generator device)-여기서, 제2 교류 전기 신호는 제1 교류 전기 신호와 다른 것임-,
- 수신 전극과 결합하며, 수신 전극에서 측정되는 전기적 전극 신호를 처리하여 처리 신호를 제공하는 신호 처리 장치(signal processing device)
- 상기 처리 신호가 전달되며, 상기 처리 신호를 평가하고 평가 결과에 따른 출력 신호를 생성하는 평가기(evaluator)
를 구비한다.
용량성 센서 요소의 전극들은, 손을 통한 송신 전극과 수신 전극의 용량성 결합(capacitive copling)에 기초하여 손에 의한 핸드셋(handset)의 움켜쥠이 검출될 수 있도록 핸드셋에 배치될 수 있다.
신호 처리 장치는,
- 수신 전극에서 측정되는 전기적 전극 신호에 상응하는 전기 신호를 제공하는 증폭 장치(amplifying device), 및
- 상기 증폭 장치의 전기 신호가 전달되어 상기 전기 신호를 디지털화하여 디지털화 처리 신호를 제공하는 디지털화 장치(digitization device)
를 구비할 수 있다.
증폭 장치는, 그 후단에 전압 증폭기를 갖는 전류/전압 변환기(current/voltage transformer)를 포함할 수 있다.
전압 증폭기의 전압 게인(voltage gain)은 조절 가능형일 수 있다.
전류/전압 변환기는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)를 구비할 수 있다.
전류/전압 변환기의 트랜스임피던스는 조절가능형일 수 있다.
증폭 장치는 제1 정류기(rectifier)와 결합할 수 있다.
증폭 장치는 제2 정류기와 결합할 수 있다.
제1 정류기의 출력 및 제2 정류기의 출력은 각각 필터(filter)와 결합하여 각각의 정류기에 인가되는 신호를 평탄화(smooth)할 수 있다.
디지털화 장치는 2개의 아날로그-디지털 컨버터(converter)를 구비할 수 있는데, 필터의 출력들은 2개의 아날로그-디지털 컨버터 중 하나에 각각 결합될 수 있다.
디지털화 장치는 멀티플렉서(multiplexer)를 구비하여, 필터의 출력에 인가되는 신호를 아날로그-디지털 컨버터로 전달하고 필터의 출력에 인가되는 신호가 아날로그-디지털 컨버터로 전달되기 전에 각각 샘플-홀드 회로(sample-hold circuit)에 의해 각각 스캔(scan)되도록 하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 필터의 복조 및 평탄화된 출력 신호들이 전달되는 감산기(subtractor)를 제공하여 감산기의 차 신호(differential signal)가 디지털화 장치로 전달되도록 할 수 있다.
제1 정류기 및 제2 정류기는 제1 교류 전기 신호의 플랭크(flanks)에 동기화되어 각각 개방(opened) 및/또는 폐쇄(closed)되는 전기 제어형 스위치로서 설계될 수 있다.
디지털화 장치는 제1 교류 전기 신호와 동기화되어 동작하여, 디지털화 장치에 전달되는 전기 신호가 주기당 두번(twice per period) 스캔되도록 할 수 있다. 여기에서, 스캐닝 위상(scanning phase)은, 스캐닝의 제1 및 제2 반주기(semi-period) 각각 동안 전달된 전기 신호의 피크값(peak value)이 스캔 및 디지털화되도록 선택된다.
신호 생성기 장치는,
- 제1 교류 전기 신호를 생성하는 신호 생성기, 제1 교류 전기 신호로부터 제2 교류 전기 신호를 인버터(inverter) 및 상기 인버터 후단에 위치하며 제2 교류 전기 신호를 감쇠시키는 감쇠기(attenuator);
- 제1 교류 전기 신호를 생성하는 제1 신호 생성기 및 제2 교류 전기 신호를 생성하는 제2 신호 생성기-여기서 제1 교류 전기 신호의 주파수는 기본적으로 제2 전기 교류 신호의 주파수에 대응됨-; 또는,
- 제1 교류 전기 신호를 생성하는 신호 생성기 및 상기 제1 교류 전기 신호로부터 제2 교류 전기 신호를 생성하는 위상 변환기
를 구비할 수 있다.
제1 교류 전기 신호는 인버터에 의해 전도(inverted)될 수 있다. 전도된 교류 전기 신호는 감쇠기에 의해 감쇠되어 전도된 전기 신호의 진폭이 감소되도록 할 수 있다. 제2 교류 전기 신호는 따라서 제1 교류 전기 신호와 180˚의 위상차를 가지며 제1 교류 전기 신호의 진폭보다 작은 진폭을 갖는 것이 바람직하다.
평가기는 마이크로컨트롤러, 비교기(comparator) 및 유한 자동화장치(finite automaton)의 그룹 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전극 구조를 갖는 휴대형 장치를 나타낸 것이다(저면도, 횡단면도 및 종단면도).
도 2a~도 2c는 슬리핑 모드(손이 없는 상태), 스위치 모드(손이 접근할 때) 및 동작 모드(손이 휴대형 장치를 움켜쥔 때)에서의 휴대형 장치의 측면도이다.
도 3은 전기장 브리징(field bridging)의 원리를 나타낸 도면이다.
도 4는 우/좌측 구별을 위한 비대칭 전극 구조(위쪽)와 그에 상응하는 수신 전극에서의 두 전류의 추이(아래쪽)를 나타낸 것이다.
도 5는 휴대형 장치에서의 전극 구조의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 6은 전극 구조가 각각 제공되는 2개의 영역을 갖는 입력 장치이다.
도 7은 복수개의 전극 구조가 제공된 휴대형 장치로의 접근 검출 또는 접촉 검출의 일예를 나타낸 도면이다.
도 8은 무선 컴퓨터 마우스의 파워-업 및 파워-오프를 위한 전기장 접근 검출을 위한 본 발명에 의한 회로 구조를 나타낸 것이다.
도 9는 첫번째 전극 구조의 원리를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 의한 전극 구조에서 전기장 브리징의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 신호 처리를 위한 본 발명에 의한 태핑 회로(tapping circuit)의 바람직한 구조를 나타낸 회로도이다.
도 12는 동작 회로로서 또한 외부 하드웨어에 대한 인터페이스로서 기능하는 MCU의 바람직한 구조를 나타낸 도면이다.
도 13a~도 13j는 본 발명에 의한 3 전극에 의한 변형실시예들을 나타낸 도면이다.
도 14는 추가 신호 처리 모듈의 구조를 나타낸 회로도이다.
도 15는 본 발명에 의한 검출 장치의 원리를 나타낸 블록도이다.
도 16은 본 발명에 의한 도 15의 검출 장치의 블록도로서, 휴대형 장치의 움켜쥠 동작은 손에 의해 본 발명에 의한 검출 장치의 수신 전극에 결합되는 교류 전기장에 의해 검출된다.
도 17은 본 발명에 의한 휴대형 장치에서의 전극 배치 구조의 일실시예이다.
도 18은 3개의 메인 구성요소를 갖는 본 발명에 의한 회로 배치 구조의 블록도로서, 본 발명에 의한 회로 구조 배치의 기능적인 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 19는 본 발명에 의한 회로 배치 구조의 구체적인 실시예이다.
도 20은 본 발명에 의한 회로 배치 구조의 또 다른 구체적인 실시예이다.
도 21은 본 발명에 의한 회로 배치 구조의 또 다른 구체적인 실시예이다.
도 22는 본 발명에 의한 회로 배치 구조의 또 다른 구체적인 실시예이다.
도 23은 본 발명에 의한 회로 배치 구조의 또 다른 구체적인 실시예이다.
도 24는 전기 헤드셋의 하우징에서의 용량성 센서 요소의 전극들의 배치의 일예를 나타낸 것이다.
도 25는 용량성 센서 요소의 전극들의 구체적인 일실시예를 나타낸 도면이다.
우선, 본 발명에 의한 접근 검출, 예컨대 휴대형 장치에 대한 손의 접근 등과 같은 접근 검출의 기본적인 기능에 대하여 설명한다.
본 발명에 의하면, 접근 검출(proximity detection)을 위하여 3개의 전극이 제공된다. 이 3개의 전극들은 송신 전극(transmission electrode, SE), 수신 전극(reception electrode, EE) 및 보상 전극(compensation electrode, KE)으로 나타낸다. 수신 전극(EE)은 평가 장치(evaluation device) 또는 제어 장치(control device)의 신호 입력단에 연결되어 있다. 송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)은 각각 소정 주기의 주파수 및 진폭의 교류 전력을 공급하는 신호 생성기(signal generator)와 결합된다(coupled). 이 교류 전력은 이하에서 교류 신호(alternating signal) 또는 교류 전기 신호(electric alternating signal)로 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 의해 제공되는 송신 전극(SE), 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)은 전극 구조(electrode structure) 또는 전극 시스템(electrode system)을 구성한다. 이러한 전극 구조 또는 전극 시스템이 복수개로 휴대형 장치에 제공될 수 있는데, 손의 접근 검출을 위한 각각의 전극 시스템들이 휴대형 장치에 제공될 수 있다. 이러한 휴대형 장치는 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
전극들(SE, EE, KE)은 예컨대 원격 제어(remote control)용의 휴대형 장치의 저면(bottom)에 배치된다. 보상 전극(KE)은 도 1 또는 도 5에 도시한 바와 같이 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
송신 전극(SE)에는 신호 생성기(signal generator)에 의해 교류 전기 신호가 공급되는데, 이 교류 전기 신호는 50KHz와 300KHz 사이의 주파수를 가지며 사용자가 불쾌한 감정을 느끼지 않도록 하기 위하여 20V를 넘지 않는 전압(진폭)을 갖는 것이 바람직하다.
보상 전극(KE)에도 교류 전기 신호가 공급되는데 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전기 신호와 같은 파형 및 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 보상 전극(KE)의 교류 전기 신호는 송신 전극(SE)의 교류 전기 신호에 대해 위상-지연(phase-delayed)되어 있다. 위상 변환은 신호 생성기와 송신 전극 또는 보상 전극 사이에 배치되는 위상-변환기(phase-shifter) 등에 의하여 이루어질 수 있다.
송신 전극(SE) 또는 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전기 신호는, 송신 전극(SE)에 의해 방사되는(emitted) 교류 전기장(alternating electric field)이 수신 전극(EE)에 결합(coupled)될 수 있도록 구성된다. 보상 전극(KE) 또는 보상 전극(KE)에 공급되는 교류 전기 신호는, 보상 전극(KE)에 의하여 방사되는 교류 전기장 또한 수신 전극(EE)에 결합될 수 있도록 구성된다. 수신 전극(EE)에 작용하는 교류 전기장의 레벨(level)은, 송신 전극에 의해 방사되는 교류 전기장에 대해 위상 지연되어 있는 보상 전극(KE)으로부터 방사되는 교류 전기장에 의해, 감소하거나 반대-위상 간섭(opposite-phase interference)에 의해 (거의) 없어진다.
서로 독립적으로 접근을 검출해야 하는 다수개의 전극 시스템이 휴대형 장치에 제공되는 경우, 전극 시스템들이 서로 간섭하지 않도록 함으로써 신뢰성있는 검출이 보장될 수 있어야 한다는 점을 유의해야 한다. 이러한 구성은 케이싱(casing)에 따라 실험적으로(empirically) 결정될 수 있다. 여기에서는 상세히 설명되지는 않지만, 일실시예에서, 전극 시스템들 사이에 적어도 하나의 추가 보상 전극을 제공할 수 있다. 이 추가 보상 전극은 전극 시스템의 송신 전극에 의해 방사되는 교류 전기장을 소거시킴으로써 다른 전극 시스템의 수신 전극에 영향을 미치지 않도록 하는데 사용될 수 있다.
전극쪽으로 손이 접근함에 따라 수신 전극(EE)에 작용하는 교류 전기장이 변화되어 수신 전극(EE)에 전류를 생성하게 되는데 이는 전극쪽으로의 손의 접근을 나타내는 것이다. 전극쪽으로 손이 접근하는 경우 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 결합(coupling)은 손에 의해 증가한다. 이 결합의 증가는 수신 전극에서의 전류를 증가시킨다. 접근하는 손과 수신 전극에 생성되는 전류 사이의 상호 관계는 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
전체적인 시스템은, 전극 근처에 손이 존재하지 않는 경우 수신 전극(EE)에 생성되는 전류가 미리 설정된 값을 초과하지 않도록 설계된다. 이는 케이싱(casing) 내에서 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)을 적절하게 배치함으로써 이루어진다. 이러한 배치는, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스(impedance)를 충분히 크게 함으로써 이루어질 수 있는데, 이에 의하여 수신 전극(EE)에서는 장치를 슬리핑 모드에서 동작 모드로 전환시키는데 충분하지 않은 전류가 생성된다.
접근 검출의 원리는 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이에서의 어드미턴스(admittance)를 나타내는 충분한 전기값(electric value)을 검출하는데 있다. 이는 수신기(receiver) 또는 수신 전극(EE)에서의 전류량(amperage)을 측정함으로써 이루어진다. 기본적으로 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이에서 측정되는 전류량은 전극 표면(electrode surface)의 증가와 함께 커지고 전류 전극 공간(current electrode spacing)의 증가에 따라 감소한다. 따라서, 평판 커패시터(plate capacitor)에서의 효율적인 커패시티(capacity)에 대해서도 같은 원리가 적용된다.
손의 접근을 양호하게 검출하는 것을 보장하기 위하여, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 전송 시스템에 보상 전류(compensation current)가 제공된다. 이(위상 지연 또는 반대위상의 전류 전송을 위한) 보상 전류는 송신 전류와 간섭한다. 보상 전류의 강도를 결정하기 위한 자유도(freedom degrees)는 우선 연결된 전극 표면 구조에 존재한다. 다음으로, 보상 전류의 위상(송신 전류에 대한)이 변경될 수 있다. 마지막으로, 주파수 및/또는 진폭의 측면에서 교류 신호를 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 사용가능한 자유도의 양(quantity)은 감소되는데, 이는 송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)에 강하게 인가되는 텐션(tension)과만 작용하기 때문이다.
또한, 전체 시스템 설계시에 측정 시스템의 정교하지 않은 튜닝이 이루어지는 경우 추가적인 자유도는 생략될 수 있다. 이 정교하지 않은 튜닝은 휴대형 장치의 배치와 모든 전극들의 프로파일을 한번 결정(single determination)하고 송신 신호와 수신 신호 사이의 위상 차를 한번 조절(single adjustment)하는 것으로 구성된다.
나머지 자유도는 측정 구조의 정교한 튜닝(fine tunning)에 사용된다. 이는 예컨대, 송신 신호와 수신 신호 사이의 동적 버니어 조절(dynamic vernier adjustment) 및/또는 임계값 포인트(threshold value points)의 위치 변환일 수 있는데, 이들은 일반적으로 아날로그 전달 파라미터(analogue transmission parameter)를 논리유도 스위칭 기능(logic derived switching function)으로 전달하는데 사용될 수 있다. 이러한 전기 임계값의 계산은 제어 펌웨어(controlling firmware)에 미리 설정된 표준값 및/또는 미리 검증된 측정값 및/또는 측정 프로파일로부터 유도될 수 있는데, 이들은 평가 디지털 장치의 메모리 영역에 주기적으로 저장될 수 있다. 정교한 튜닝의 경우에는 과거에 측정된 값을 사용할 수도 있다.
하우징 또는 각각의 측정 구조에서의 전극들의 구체적인 배치 구조와 송신 전극(SE)과 보상 전극에 공급되는 교류 전기 신호의 구체적인 특성(주파수 및 진폭)은 장치의 실제 형태와 크기에 따라 다르다. 전극 배치 구조, 전극 구성 및 교류 신호의 특성은 실제 장치에 대해 실험적으로 결정되거나 수신 전극(EE)에서 생성되는 전류와 관련하여 전술한 바와 같은 조건에 의해 신뢰성 있는 검출이 이루어지도록 상호 조절될 수 있다.
휴대형 장치의 저면(bottom)에서의 가능한 전극 배치 구조의 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1은 원격 제어 장치(remote control device)에서의 송신 전극(SE), 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)의 가능한 배치 구조(arrangement)를 나타낸 것이다(원격 제어 장치의 저면에서 보이는 상태와 원격 제어 장치의 횡방향 및 종방향 축에 대한 각각의 단면에서 보이는 상태). 보상 전극(KE)은 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이에 배치된다. 수신 전극(EE)에 작용하는 교류 전기장은 보상 전극(KE)에서 방사(emitted)되는 교류 전기장(alternating electric field)에 의하여 약화되거나 또는 소멸된다.
도 1에서는, 전극, 특히 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)은, 장치가 놓여지는 표면과 접촉하지 않도록 장치의 저면에 배치되어 있음을 알 수 있다. 이러한 배치는 전기적 도전성 표면인 경우 특히 중요한데, 보상 전극(KE)의 영향력을 감소시킬 수 있는 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 직접적인 전류 경로(direct current path)의 발생을 방지하기 위함이다.
도 1에 도시한 2개의 보상 전극(KE)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 방법으로서, 보상 전극들(KE) 중 하나를 시스템 조정(system adjustment)에 제공할 수 있다. 이러한 경우를 위해서는, 2개의 보상 전극들(KE)이 서로 전기적으로 연결되지 않아야 한다.
도 1에 도시된 전극들은 휴대 전화기(mobile phone) 또는 게임 콘솔(game console)용 입력 장치(input device)에 배치될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여 전극 배치 구조의 기능을 보다 상세하게 설명한다.
도 2a는 손이 접근하지 않은 상태의 표면 위에 놓여진 원격 제어 장치(remote control device)를 나타낸 것이다. 이 원격 제어 장치는, 원격 제어 장치에 전체적으로 필요한 전력이 최소 상태로 감소될 수 있는 "슬리핑 모드(sleeping mode)"로 설정되어 있다.
도 2b는 손이 접근하는 상태의 원격 제어 장치를 나타낸 것이다. 이 경우 원격 제어 장치는 슬리핑 모드에서 "깨어나서(awakes)" "스위치 모드(switch mode)"로 전환한다. 스위치 모드에서는 여러 가지의 활성화(activation) 또는 시작(initialization) 기능이 수행될 수 있는데, 이에 의하여 원격 제어 장치가 손으로 움켜쥐어진 경우 장치의 모든 기능을 사용할 수 있도록 해준다.
활성화 기능의 일예는 원격 제어 장치의 디스플레이의 스위칭 온(switching on)이다. 다른 예는 키 조명(key lighting)을 스위칭 온하는 것이다. 활성화 기능은 광센서(photosensor)와 결합하여 설정되어 키 조명이 미리 설정된 광도 이하에서만 동작되도록 할 수 있다.
도 2c는 사람의 손에 의해 움켜 쥐어진 상태의 원격 제어 장치를 나타낸 것이다. 원격 제어 장치는 "동작 모드(active mode)"로 설정되어 제한 없이 전체 기능을 사용할 수 있는 상태로 된다.
송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)은, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스들(impedances)의 합계(sum)가 충분히 커서 송신 전극(SE)에서 방사되는 전기장이 항상 충분히 감쇠(damping)될 수 있도록, 하우징 저면(bottom)에 배치된다(도 1 참조). 수신 전극에서의 감쇠 신호에 의해, 수신 전극에서는 장치가 슬리핑 모드에서 스위치 모드로 전환하기에 충분하지 않은 전류만이 생성된다. 양 전극들의 전극의 기하학적 구조 및 서로에 대한 배치 관계는 경험적인 방식에 의해 소정의 제너레이터 전압과 제너레이터 주파수로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로 단일 전극들의 전극 표면 및/또는 전극들 사이의 거리 및/또는 전극들의 위치, 및/또는 전극 재료는, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 상기와 같이 요청되는 임피던스를 달성할 수 있도록 서로간에 조절될 수 있다.
송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스의 합은,
- 송신 전극(SE)와 표면 사이의 임피던스,
- 표면 자체의 임피던스, 및
- 표면과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스
로 구성된다.
표면 임피던스는 0에 가깝게 될 수 있다.
표면이 전기적 도전성 재료로 구성되는 경우, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 양호한 결합(coupling)은, 보상 전극 신호(KE)의 방사에 의해(보상 전극에서 방사되는 교류 전기장이 표면에도 작용) 무효화된다(nullified). 수신 전극(EE)에 생성되는 전류량은 지지 재료에 따라 특별히 차이점이 발생하지는 않는다.
표면 및/또는 원격 제어 장치의 벽(wall)을 통한 송신 전극(SE)으로부터 수신 전극(EE)으로의 "깨움(awakening)"을 위하여 충분한 전류량은, 보상 전극(KE)에서 방사되는 교류 전기장에 의해 방지된다.
사람의 손이 원격 제어 장치로 접근할 때(도 2b에 도시한 바와 같이), 수신 전극에서의 전류는 원격 제어 장치를 스위치 또는 깨우기 위한 소정의 미리 설정해 둔 임계값 I0를 넘게 된다. 임계값 I0는 원격 제어 장치 주위의 전기장 특성을 고려하여 결정하는 것이 바람직한데 조절(adjustment)용의 추가 보상 전극(KE)이 제공될 수 있다.
손이 접근할 때 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 감쇠 신호의 감소에 의해 전류 흐름이 증가한다. 이를 위하여 두가지 효과가 중요한 역할을 한다.
a) 첫번째 전극의 엄지 손가락과의 결합(coupling)이 증가한다(원격 제어 장치를 어떤 손이 접촉하는 것에 따라 다르고, 첫번째 전극은 송신 전극(SE) 또는 수신 전극(EE)이다). 엄지로부터 다른 4개의 손가락을 포함하는 손은 매우 적은 임피던스를 갖는다. 4 손가락의 두번째 전극으로의 결합 또한 증가한다.
b) 신호 경로(signal path)(송신 전극/수신 전극-손-수신/송신 전극)가 보상 전극(KE)을 도전시켜서, 수신 전극(EE)에 결합되는 교류 전기장에 대한 보상 전극(KE)의 교류 전기장의 영향이 감소하도록 한다.
이러한 방식으로 손을 통해 송신 전극(SE)으로부터 수신 전극(EE)으로 전달되는 교류 전기장도, 보상 전극(KE)의 교류 전기장에 의해 보다 약한 보상의 증가를 경험하게 된다. 여기에서 전체 시스템에서의 보상 전극(KE)의 효과는 전적으로 지배적인(excessively dorminant) 것은 아니라는 것이 중요하다. 그렇지 않으면 사람의 손의 접근은 "전기적으로 은폐(electrically hidden)"될 것이다.
사람의 손에 의해 원격 제어 장치가 계속해서 완전히 움켜쥐어진 경우(도 2c 참조), 수신 전극(EE)의 전류는 원격 제어 장치를 완전히 동작하도록 하는 또 다른 소정의 미리 설정해 놓은 임계값 I1을 초과하게 된다. 임계값 I1은 손의 접근이 없었을 때 표면상에서 장치에 의해 점유되었었던 원격 제어 장치 주변의 전기장 특성을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 휴대형 장치에 2 또는 그 이상의 전극 시스템이 제공되는 경우에는, 각각의 전극 시스템에 대한 임계값 I0 및 I1은 다르게 설정할 수 있다. 전극들을 배치할 때 서로에 대한 레벨(level) 및 임피던스는 다음과 같이 된다.
Figure pct00002
여기에서,
P1은 첫번째 접근(=장치가 슬리핑 모드에서 스위치 모드로 전환되는 손의 접근)에서의 최종 교류 전기장의 레벨
P2는 두번째 접근(=장치가 스위치 모드에서 동작 모드로 전환되는 손의 접근)에서 최종 교류 전기장의 레벨
Z1은 첫번째 접근에서 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스
Z2는 두번째 접근에서 송신 전극과 수신 전극 사이의 임피던스
이러한 요건을 충족시키는 전극 배치 구조는 실험적으로 결정될 수 있다. 이들 요건을 충족시키는 전극 배치 구조에 의하여 손이 장치로 접근할 때 전극 배치 구조의 감도(sensitivity)가 개선될 수 있다.
보상 전극(KE)으로부터 방사되는 교류 전기장은, 손을 통한 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)의 거의 직접적인 결합(direct coupling)(손이 원격 제어 장치를 완전히 움켜 쥐었을 때)에서 수신기의 레벨 감소에 매우 일부만을 기여한다.
도 3은 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)의 결합(coupling)의 원리를 나타낸 도면이다.
송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장은 손가락에 결합된다. 그러나 송신 전극(SE)의 교류 전기장의 일부는 수신 전극(EE)에도 결합된다. 보상 전극(KE)에서 방사되는 교류 전기장(점선의 화살표로 나타낸 바와 같이)은 부분적으로 사람의 손가락에 결합되고 또한 부분적으로는 수신 전극(EE)에 결합된다.
손가락 밖에서 송신 전극(SE)의 교류 전기장에 대한 보상 전극(KE)의 교류 전기장의 영향은 그대로 유지된다. 수신 전극(EE)에 직접적으로 작용하는 송신 전극(SE)으로부터 방사되는 교류 전기장은 보상 전극(KE)의 교류 전기장을 통해 실제적인 레벨 감소가 이루어지게 된다.
한편, 그 대신 손가락 안에서의 송신 전극(SE)의 교류 전기장에 대한 보상 전극(KE)의 교류 전기장의 영향은 감소하는데 이는 수신 전극(EE)에서 전류의 실제적인 증가를 야기시킨다. 이는 예컨대 보상 전극(KE)에서의 교류 전기장의 강도가 송신 전극(SE)에서의 교류 전기장의 강도보다 작게 되도록 송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)을 설계함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 결합은 손가락을 통해 생성되고 이는 보상 전극의 영향 범위로부터 적어도 부분적으로 벗어날 수 있게 한다.
도 10을 참조하여 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)의 결합 및 이러한 결합에 대한 보상 전극(KE)의 교류 전기장의 영향에 대해 컴퓨터 마우스를 예로 하여 다시 설명한다.
다른 실시예에서 보상 전극은 시스템의 자가-조절(self-adjustment)을 수행할 수 있도록 원격 제어 장치 주변의 전기장의 특성을 결정하는데 사용될 수 있다.
도 4는 원격 제어 장치의 저면에서의 전극들의 비대칭 배치 구조를 나타낸 것이다. 이와 같은 방식에 의하면 원격 제어 장치로의 접근의 우측/좌측 구별이 이루어질 수 있다. 접근 방향에 의한 수신 전극(EE)에서의 전류의 시간 변화가 도 4의 차트에 도시되어 있는데, 여기에서 특징 곡선 C1은 우측 접근을 나타내고 특징 곡선 C2는 좌측 접근을 나타낸다. 이와 같은 방식으로 우측 손에 의한 접근과 좌측 손에 의한 접근을 쉽게 구별할 수 있다.
도 5는 원격 제어 장치의 저면에서의 배치 구조의 다른 예를 나타낸 것이다. 적어도 3개의 전극(SE, KE, EE)이 립(rib)의 홈(troughs)에 들어 있는데 장치의 측벽면에 제공된 각각의 손가락들에 대한 것이다. 이들에 의해 송신 전극(SE)으로부터 수신 전극(EE)측으로의 손에 생성되는 전류 경로(current path)에 의해 보상 전극(KE)의 교류 전기장이 우회된다(bypassed).
본 발명에 의하면 원격 제어 장치 또는 예컨대 컴퓨터 마우스 등과 같은 기타 전기적 휴대형 장치에 복수개의 송신 전극(SE), 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)이 제공될 수 있다. 컴퓨터 마우스에서의 전극 배치 구조의 다른예들은 도 13a 내지 도 13j에 도시되어 있다.
본 발명에 의하면 휴대형 장치에는 복수개의 전극 구조(electrode structure)가 배치될 수 있는데, 각각의 전극 구조는 송신 전극, 수신 전극 및 보상 전극을 갖는다. 각각의 전극 구조는 바람직하게는, 전극 구조 각각에 의하여 전술한 바와 같은 원리에 기초하여 휴대형 장치로의 접근 또는 접촉의 검출이 가능하도록 설계된다.
도 6에는 2개의 전극 구조를 갖는 휴대형 장치의 예가 도시되어 있다. 도 6은 예컨대 게임 콘솔(game console)용 등과 같은 기타 휴대형 장치를 대표하는 입력 장치(100)를 나타내고 있다. 입력 장치(100)는 2개의 접근 또는 접촉 감지 영역(110, 120)을 갖는다. 케이싱 표면 아래의 이들 영역에 전술한 바와 같은 전극 구조중 하나가 배치된다. 전극 구조는 도 6에는 도시되어 있지 않다. 입력 장치에서 전극 구조의 전극 배치는 예컨대 도 1을 참조하여 도시한 바와 같은 방식에 의해 선택될 수 있다.
상기 영역들(110, 120)과 연관된 전극 구조들은 전기 평가 회로(evaluation electronic device)와 결합되는데 이는 여기에서는 나타내지 않았다. 전극 구조로의 접근은 연속적으로 검출될 수 있다. 이를 위하여 전기 평가 회로는 예컨대 전극 구조의 멀티플렉서(multiplexer)와 결합될 수 있다.
다른 예로서 전기 평가 회로는 각각의 전극 구조에 대해 제공될 수 있다.
2개의 전극 구조에 의하여 입력 장치(100)가 접촉된 위치를 판별할 수 있다. 어느 영역(110,120)이 접촉되는가 또는 어느 영역으로 손 또는 사용자의 양손이 접근하고 있는가에 따라 전기 평가 장치는 입력 장치의 서로 다른 기능을 구동하거나 수행하도록 할 수 있다.
도 7은 복수개의 전극 구조에 의하여 휴대형 장치로의 접근 또는 휴대형 장치의 접촉을 검출하는 3가지 예를 나타낸 것이다. 이른바 "게임-컨트롤러"(100)가 예시로서 여기에 도시되어 있는데 도 6에서 이미 도시했던 것이다. 게임-컨트롤러(100)는 2개의 접근 또는 접촉 감지 영역(110,120)을 갖는다. 게임-컨트롤러(100)는 게임 콘솔과 함께 사용되는 경우 예컨대 골프 게임에서의 골프 클럽(golf club)으로서 사용될 수 있다. 골프 게임용 골프 클럽은 양손으로 쥐어져야 하므로 감지 영역(110)만에 대한 접촉(도 7의 좌측 도면)이나 또는 감지 영역(120)만에 대한 접촉(도 7의 가운데 도면)은 골프 클럽의 어떠한 기능을 결정하지 않고 또한 게임-컨트롤러(100)의 게임 콘솔 움직임을 무시하도록 해야 한다. 다른 예로서 게임-컨트롤러(100)는 골프 클럽으로 사용되기 위해서는 양손(도 7의 우측 도면)으로 게임-컨트롤러(100)를 잡아야 한다는 것을 사용자에게 나타내 줄 수 있다.
이러한 기능은 게임-컨트롤러에 한정되는 것은 아니며 예컨대 휴대폰 또는 MP3 플레이어 등과 같은 다양한 휴대형 장치에 제공될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 원리로 2개 이상의 전극 구조가 제공될 수 있다. 3개의 전극 구조에 의해 서로 분리된 3개의 감지 영역이 예컨대 게임-컨트롤러 등과 같은 휴대형 장치에 배치될 수 있다.
휴대형 장치 내의 또는 장치 위의 적절한 수단을 통해 결정되는 다른 센서 데이터와 결합하는 것도 가능하다. 따라서 위치 센서(positioning sensor) 또는 가속도 센서(acceleration sensor)에 의해 검출될 수 있는 MP3 플레이어를 흔드는 동작은 MP3 플레이어가 쥐어진 위치에 따라 여러 가지 다른 동작을 발생시킬 수 있다. MP3 플레이어의 키보드 영역이 쥐어진 경우라면 흔드는 동작은 음악 트랙의 순서를 변경시키는 동작을 발생시킬 수 있으며, 흔들면서 디스플레이 영역을 쥐는 경우에는 음악 트랙의 랜덤 선택 동작으로 결정될 수 있다.
컴퓨터 마우스에 기초하여 본 발명을 이하에서 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 방법은 3개의 메인 모듈(main modules)의 결합으로 구성된다.
제1 메인 모듈은 사람의 손이 접근하는 것을 검출하기 위한 3개의 전기장 전극(E-field electrodes)을 구비한다.
제2 메인 모듈은 제1 메인 모듈로부터 전달되는 신호의 아날로그 신호 처리를 수행한다.
제3 메인 모듈은 신호 제어 유닛(signal control unit)(MCU)으로 기능하며 상기의 두 메인 모듈의 신호 제어를 수행하고 전기장으로부터 획득된 정보를 연결된 외부 하드웨어로 전달하는 기능을 수행한다.
각각의 모듈을 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
A) 제1 메인 모듈 - 전기장 전극 :
전극들의 특히 바람직한 배치 구조가 도 9에 도시되어 있다. 컴퓨터 마우스의 상면에 3개의 전기장 전극 SE, KE, EE가 배치되어 있다. 넓은 전극(SE)(=송신 전극)에는 50KHz~300KHz 사이의 주파수와 20V를 넘지 않는 신호 진폭을 갖는 스위칭 신호가 공급된다. 전극(SE)보다 적은 표면을 필요로 하는 전극(KE)(=보상 전극)에도 전극(SE)의 전기 신호와 같은 형태의 신호가 공급된다. 전극(SE)과 전극(KE) 사이의 검출 특징을 나타내는 전기 신호의 차이는 -140°~ +140° 범위의 위상 차(phase difference)다. 또한, 이들 양 전극 사이의 신호 진폭 차는 요구되는, 공간 지향적인 경우에도 필요한, 전극 배치의 검출 성능에도 유용하다.
전극(EE)(=수신 전극)는 후단의 아날로그 신호 처리의 신호 입력에 연결되어 있다.
도 10에서 이러한 구성의 상호작용이 더 설명되어 있다. 컴퓨터 마우스 위에 3개의 전극은, 손이 충분한 정도로 멀어지거나 완전히 없어지는 경우, 전극(KE)의 위상-지연된 방사 전기장에 의해 전극(SE)의 방사 전기장을 통해 전극(EE)에 영향을 미치는 전기장은 소멸되도록 구성된다. 사람의 손이 최소 거리 이내로 컴퓨터 마우스로 접근하는 경우 손을 통해 전극(SE)로부터 전극(EE)으로의 새로운 전류 경로가 형성되는데, 이는 전극(KE)의 영향권을 감소시켜서 전극(EE)에서 충분한 정도의 전류 상승을 야기시킨다.
B) 제2 메인 모듈 - 아날로그 신호 처리 :
도 11에서 무선 마우스용 아날로그 신호 처리의 바람직한 회로 구조도가 도시되어 있다. T1의 배선은, 동작 주파수에서 모듈의 신호 입력에서의 임피던스가 최소값에 도달하도록 하는 한편 각각의 구성 요소와 그 최소 가능 경사도(steepness)에 의하여 신호 증폭이 안정적인 동작 가능한 최대값을 얻을 수 있도록 구성된다.
T2의 신호 보강(signal reinforcements) 및 이 구성 요소의 출력 임피던스는, D1에 의하여 모듈의 신호 출력에서 모듈의 신호 입력의 AC-신호의 유도 DC-신호를 최대한 빨리 또한 높은 에너지 공급 없이 얻을 수 있도록 구성된다.
C) 제3 메인 모듈 - 신호 제어 유닛(MCU) :
도 12에서 무선 컴퓨터 마우스용 신호 제어 유닛의 바람직할 일실시예가 도시되어 있다. 신호 제어 유닛은 중앙 MCU를 구비한다. 이 모듈을 통해 처리되는 신호 처리 과정은 다음의 가능한 기능을 포함할 수 있다.
- MCU는 타이머(timer)에 의하여 주기적으로 예컨대 1ms 등과 같은 타이밍 슬롯(timing slots)을 생성하는데 상기 3개의 모듈의 작업 수행이 이 타이밍 슬롯에 의해 이루어 진다(=동작 단계(active phase)); 이 타이밍 슬롯은 필요에 따라 확장 또는 축소될 수 있다. 도 12는 MCU가 상기 3개의 모듈의 최소 필요 전류, 예컨대 100ms의 다른 타이밍 인터벌도 제공한다는 것을 보여준다(=휴식 단계(resting phase)); 이 인터벌은 동작 단계에서의 등록된 값의 변경을 통해 확장 또는 축소될 수 있다.
- MCU는 동작 단계에서 필요한 최소 시간 주기 동안 공급 스위치(supply switch)에 의해 아날로그 신호 처리측으로 에너지 공급을 제공한다.
- MCU는 동작 단계에서 미리 정해놓은 시간 간격 동안 전기장 전극들(SE, KE) 양자에 대한 필요한 스위칭 신호를 생성한다; 이 시간 간격은 필요에 따라 임의로 확장 또는 축소될 수 있다.
- MCU는 동작 단계 도중에 A/D-컨버터에 의해 실제 동작 전압을 측정하며 이 측정치를 연속적으로 결과값으로 계산한다.
- MCU는 동작 단계중 교류 전압-/맥동 전압량을 ND-컨버터에 의해 아날로그 신호 처리를 생성했던 신호 입력 또는 신호 출력에서 생성되는 소정의 시간마다 검출한다.
- MCU는 동작 단계에서 CPU, REM, 플래쉬 및 그 내부의 펌웨어에 포함된 알고리듬에 의해 모든 측정값을 평가하고 논리적 결론을 유도하여 관련된 모든 모듈의 다음 수행 동작을 결정한다.
- MCU는 조건에 따라 동작 단계에서 연결된 외부의 하드웨어로 자신의 정보 예컨대 깨움 신호(Wake-Up signal)를 직렬 및/또는 병렬 인터페이스 모듈에 의해 전송한다.
- MCU는 조건에 따라 동작 단계에서 외부의 루틴이 처리된 경우 연결된 하드웨어로부터 예컨대 고-투-슬립 신호(Go-To-Sleep-signal) 등과 같은 응답/신호를 대기한다.
- MCU 자신은 동작 단계의 마지막에서 슬립-모드(=저전력 모드)로 변환하는데, 이 슬립 모드로부터 MCU는 독립적으로 및/또는 외부의 전기적 신호에 의해 다시 복귀할 수 있다.
본 발명에 의한 사상은, 접근하는 사람의 전기장에 의해 이루어지는 검출을 통해 "미래를 고려(look into future)"하는 것과 모든 프로세스를 제어하는 MCU와 함께 특별히 조절된 아날로그-프론트-엔드(analog-front-end)의 최적화된 상호작용의 결합에 의해 예컨대 배터리와 같은 에너지 저장 시스템의 수명을 증가시킨다. 또한, 이러한 기술에 의하여 예컨대 컴퓨터 마우스를 이용하여 사용자의 "인식되는(perceived)" 반응을 감소/제거할 수 있다. "인식되는" 반응 시간의 손실은 전술한 바와 같은 제1 임계치 I0를 통해 이루어질 수 있는데, 이 임계치에서 컴퓨터 마우스는 슬리핑 모드에서 깨어남(waking-up) 모드로 전환한다.
컴퓨터 마우스에 있어서의 전극의 기하학적 구성 및 배치는 전술한 실시예들과 다른 방식으로 할 수도 있다.
이하에서 컴퓨터 마우스에서의 전극 구성의 다수의 가능한 변형 실시예들이 도시된다. 이들 전극 구성들은 다른 휴대형 장치에 제공될 수도 있다.
도 13a는 송신 및 수신 전극들이 180°전환된 선대칭(axisymmetric) 구조를 나타낸 것이다.
도 13b는 검출 범위를 최적화한 선대칭 구조를 나타낸 것이다.
도 13c는 모든 전극들의 반-회전적(half-rotationally) 대칭 구조를 나타낸 것이다.
도 13d는 모든 전극들의 임의적 회전, 여기서는 약 45°회전된 구조를 나타낸 것이다.
도 13e는 모든 전극들의 완전-회전적 대칭구조를 나타낸 것이다.
도 13f는 점-대칭(point-symmetric) 구조에서의 다분할(multi-split) 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 구성을 나타낸 것이다. 이러한 구성을 통해서 제스처(gestures)의 검출이 특히 유용한 방법으로 이루어질 수 있다. 예컨대 각각의 수신 전극에서의 전류는 (명확히) 다르기 때문에 우상부에서의 접근은 좌하부에서의 접근과 다르다.
도 13g는 점, 축 또는 비대칭 구조에서의 다분할 측면 수신 전극(EE) 구성을 나타낸 것이다. 이러한 구성에 의해서도 제스처의 검출이 유리한 방법으로 이루어질 수 있다. 각각의 수신 전극(EE)에서의 접근 방향에 따라 각각 전류가 서로 다르기 때문에 접근 방향이 검출될 수 있다. 측면 송신 전극(SE) 또한 사용할 수 있다.
도 13h는 완전-회전 대칭 구조에서 다분할 수신 전극을 나타낸 것이다. 이에 의하여 제스처의 검출 뿐 아니라 접근 방향의 검출이 가능하다.
도 13i는 이중 선대칭 구조에서 다중 분리(multi-fragmented)된 송신 전극 구조를 나타낸 것이다. 이에 의해 제스처 검출이 가능하다.
도 13j는 전극을 사용한 재미있는 디자인을 나타낸 것으로서 일부/모든 전극의 축- 또는 점- 대칭 구조를 포함하거나 완전히 비대칭으로 구성될 수 있다. 이에 의해서 제스처 검출이 가능하다.
각 구조에 상응하게 형성 및 배치되는 전기장 전극들의 성능 또는 금속성 표면 영역의 전극 구성 요소에 대한 다른 예로서, 전체 장치/동작 영역 표면 및/또는 아래에 하나 또는 별도의 플라스틱 재료 및/또는 케이싱 재료를 사용하여 구성하는 것도 가능하다.
또한 회로를 도 14에 도시된 구성으로 구현하는 것도 가능하다. 도 14에 도시된 회로 디자인의 경우 아날로그 신호 처리는 연산 증폭기(computing amplifier)에 의해 이루어지는데 이는 유선으로 되어 그 신호 출력부에서 수신 전극 전류와 동일한 복사값이 생성된다(여기에서는 후단의 DC-정류기가 없는 구성이다). Ca, Ra, Cb 및 Rx 구성요소 또한 경우에 따라 필요한데, Rb의 경우 이산(discrete) 또는 간접(indirect) 형태의 구현이 추천된다. 또한 신호 제어 유닛에서 A/D 컨버터를 사용하지 않고 그 대신 하나 또는 다수의 비교기(comparators)의 결과에 기초한 또다른 논리 동작을 처리하도록 할 수 있다.
도 15는 본 발명에 의한 전기 휴대형 장치용 검출 장치(detection device)의 블록도를 나타낸 것이다.
검출 장치(detection device)는 송신 전극(transmission electrode, SE), 보상 전극(compensation eletrode, KE), 수신 전극(reception electrode, EE), 신호 생성기(signal generator, 10) 및 평가 회로(evaluation electronics, 20)를 구비한다.
송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)에는 생성기(10)에 의해 공급되는 교류 전압이 공급 및/또는 인가된다. 이에 의하여 교류 전기장(alternating electric fields, WS, WK)이 송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)에 각각 형성된다. 생성기(10)에 의해 공급되는 교류 전기장은 약 50KHz~300KHz 사이의 주파수이다. 바람직하게는 교류 전압은 75KHz~150KHz 사이의 주파수를 갖는 것이 바람직하다.
송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)은, 송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장이 보상 전극(KE) 또는 수신 전극(EE)에 결합(coupled)되지 않도록 휴대형 장치에 배치된다. 보상 전극(KE) 또는 수신 전극(EE)에 대한 교류 전기장(WS)의 결합(coupling)을 방지하기 위하여 송신 전극, 보상 전극(KE) 및/또는 수신 전극(EE)들의 전극의 기하학적 배치 구조를 그에 맞게 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면 송신 전극(SE)은, 도 15에 도시된 바와 같이 두개의 전극(SE,KE) 사이의 연결선(connection, 30)에 의해 보상 전극(KE)에 전기적으로 결합(galvanically coupled)된다. 따라서, 송신 전극에 인가되는 교류 전압은 보상 전극(KE)에도 인가된다. 보상 전극(KE)에 대한 송신 전극(SE)의 전기적 결합(galvanic coupling)은 옴 저항(R)에 의해 이루어질 수 있는데, 이는 송신 전극(SE)에서 공급되는 교류 전압을 감쇠(dampen)시킨다. 보상 전극(KE) 또한 옴 저항(R)에 의해 신호 생성기(10)에 커플링된다. 이 경우에도, 옴 저항은 신호 생성기(10)에 의해 공급되는 교류 전기장의 신호를 감쇠시킨다.
더욱이, 보상 전극(KE)에 대한 신호 생성기(10)의 커플링은 위상 변환기(phase shifter, Δφ2)에 의해 이루어지는데 위상 변환기는 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전압의 위상에 대해 보상 전극(KE)에 공급되는 교류 전압의 위상을 변환(shift)시킨다. 이에 의하여 보상 전극(KE)에는 위상 지연된 2개의 교류 전압이 공급될 수 있는데 이 2개의 교류 전압의 신호 형태는 실질적으로 거의 동일하지만 이들 중 하나는 다른 하나에 대해 위상 지연된다. 보상 전극(KE)에서 방사되는 교류 전기장(WK)은 2개의 교류 전압의 중첩(superposition)에 의하여 발생하는데, 이들 2개 교류 전압들은 보상 전극(KE)에 공급되는 상호간에 위상 지연되어 있는 전압이다.
보상 전극(KE)에 대한 송신 전극(SE)의 커플링은 위상 변환기(phase shifter, Δφ1)에 의해 이루어질 수 있다. 위상 쉬프터(Δφ1, Δφ2)는 조절 가능형 위상 변환기(adjustable phase shifter)로서 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 보상 전극(KE)에 공급되는 2개의 교류 전압들이 상호간에 위상-지연되는 것을 보장할 수 있도록 2개의 위상 변환기 중 어느 하나만을 필요로 할 수 있다. 그러나 위상 변환기를 2개 사용하는 것은 2개의 교류 전압 사이의 위상차를 설정하는데 보다 많은 선택 자유도를 제공한다는 장점을 갖는다.
수신 전극(EE)은, 보상 전극(KE)에서 방사되는 교류 전기장(WK)이 수신 전극(EE)에 결합(coupled)될 수 있도록, 보상 전극(KE)에 대해 배치된다. 또한 수신 전극은 보상 전극(KE)에 결합되지는 않는다.
수신 전극(EE)에 결합되는 보상 전극(KE)의 교류 전기장(WK)은 수신 전극(EE)에서 전류를 생성한다. 수신 전극에 결합되는 교류 전기장(WK)에 의해 생성되는 전류(I1)는, 휴대형 장치가 슬리핑 모드에서 동작 모드로 전환될 수 있도록 하는 레벨(level)을 정의한다. 수신 전극(EE)에 생성되는 전류는, 수신 전극(EE)과 결합되는 평가 회로(evaluation electronics, 20)에서 관리 및/또는 평가될 수 있다.
수신 전극(EE)에서의 전류(I1) 또는 휴대형 장치의 모드 전환이 이루어지는 레벨은, 송신 전극에 공급되는 교류 전압과 보상 전극에 공급되는 교류 전압 사이의 위상 변환(phase shift)에 의해 변경되어 설정될 수 있다. 두 교류 전압 사이의 위상 변환은 위상 변환기(Δφ1) 또는 위상 변환기(Δφ2) 중 어느 하나에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 두 위상 변환기 중 하나만을 제공하는 것으로도 충분하게 된다. 일부 응용예에서는 조절가능형 대신 예컨대 RC 구성요소로와 같은 조절불가능형 위상 변환기를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.
송신 전극(SE)과 보상 전극(KE) 사이의 거리(distance) 및/또는 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전압은, 송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장이 보상 전극(KE)과 결합하지 않도록 선택될 수 있다. 이러한 방식에 의해서만, 손으로 잡지 않은 경우 수신 전극(EE)에 생성되는 전류(I1)이 휴대형 장치를 동작 모드로 전환되도록 하는 소정 값을 초과하지 않도록 하는 것을 보장할 수 있다.
도 16은 도 15의 본 발명에 의한 검출 장치(detection device)의 블록도를 나타낸 것으로서, 여기에서 손(H)은 송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장의 수신 전극(EE)에 대한 결합(coupling)을 가능하게 한다. 검출 장치는 도 15에 의한 검출 장치와 실질적으로 동일한 것이다. 도 16의 검출 장치는 하나의 위상 변환기(Δφ2)만을 가지는데, 이에 의해 신호 생성기(10)는 보상 전극(KE)에 결합된다. 위상 변환기(Δφ2)에 의하여, 보상 전극(KE)에서의 신호는 송신 전극(SE)에서의 신호에 대해 위상 지연되게 된다.
송신 전극(SE) 및 수신 전극(EE)으로 접근하는 손(H) 또는 이들 전극을 접촉하는 손(H)은 송신 전극에서 방사되는 교류 전기장(WS)이 손에 의해 수신 전극(EE)과 결합(coupled)되도록 한다. 수신 전극(EE)에 결합되는 교류 전기장(WS)은 수신 전극(EE)에서 제2 전류(I2)를 생성시킨다. 전류(I1) 및 전류(I2)로부터의 전체 전류(IG) 또는 전체 전류의 변화는 평가 회로(20)에 의해 검출될 수 있다. 전체 전류(IG) 또는 전류 변화는 제어 장치(도 16에는 미도시함)로 전달되어 전체 전류(IG) 또는 전류 변화에 의해 휴대형 장치에서의 미리 설정된 동작을 발생시키도록 할 수 있다. 이 미리 설정된 동작은 예컨대 휴대형 장치를 슬리핑 모드에서 동작 모드로 전환하는 것일 수 있다.
이러한 방식에 의해 서로 다른 임계값 또한 설정될 수 있다. 예컨대 전류(I1)보다 높은 제1 임계값을 정의할 수 있다. 이 임계값을 초과하거나 수신 전극(EE)에서 전류가 이 임계값을 초과하는 경우 휴대형 장치는 슬리핑 모드에서 깨움 모드(awake mode)로 전환될 수 있다. 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 설정하여 휴대형 장치가 깨움 모드에서 동작 모드로 전환되도록 할 수도 있다.
수신 전극(EE)에서의 서로 다른 스위칭 임계값 또는 전류는, 손으로 휴대형 장치를 잡기 직전에 제1 임계값의 전류보다 높지만 제2 임계값의 전류보다는 낮은 전류가 이미 수신 전극에 흐르기 때문에 손에 의한 커플링 효과에 의해 이루어질 수 있다. 최종적으로 손이 휴대형 장치를 완전히 움켜 쥐면 송신 전극과 수신 전극 사이에서 손에 의해 이루어지는 용량적 커플링(capacitive coupling)이 충분하게 되므로 손(H)에 의해 수신 전극(EE)으로 결합되는 교류 전기장(WS)은 송신 전극(SE)이 수신 전극(EE)에 흐르는 전체 전류를 제2 임계값 이상으로 증가시키는데 충분하게 된다.
임계값은 절대 임계값으로서 또는 전류(I1)에 대한 상대 임계값으로서 평가 회로(20) 또는 제어 장치에 저장될 수 있다.
도 17은 휴대형 장치에서의 전극 배치 구조의 바람직한 일실시예를 휴대형 장치와 함께 나타낸 것이다. 도 17은 휴대형 장치의 저면도, 정면도 및 대응하는 측면도를 나타낸다.
송신 전극(SE)은 제1 측벽(sidewall, 41)에 배치된다. 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)은 제1 측벽(41)과 대향하는 제2 측벽(42)에 배치된다.
도 17에 나타난 바와 같이, 보상 전극(KE) 및 수신 전극(EE)은 서로 전기적으로 분리(galvanically separated)되어 있다. 또한, 도 17은 송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)은 본 발명에 의하여 전기적으로 결합(galvanically coupled)되어 있음을 나타낸다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 모든 전극들은 휴대형 장치(40)의 표면에 배치될 수 있다. 여기에 도시하지 않은 다른 실시예에서 전극들 전부 또는 일부는 휴대형 장치(40)의 표면 바로 아래에 배치될 수 있는데, 본 발명에 의한 검출 구조의 실시예를 위하여, 송신 전극(SE) 및/또는 보상 전극(KE)이 구동되는 신호 또는 위상 변환기(Δφ1) 및/또는 위상 변환기(Δφ2) 중 어느 하나는 그에 상응하게 조절되어야 한다는 효과를 갖는다.
이와는 별도로, 전기 휴대형 장치(40)의 표면 아래에 직접 전극을 배치하는 것은 검출 장치(detection device)의 동작에는 영향을 미치지 않는데, 이는 손에 의하여 움켜 쥐어지는 것을 검출하는 것은 전극들 사이에서의 전기장의 상호 작용에 기초하여 이루어지기 때문이다. 그러나, 휴대형 장치(40)의 표면 아래에 직접 전극을 배치하는 것은 전극들이 외부의 영향으로부터 보호될 수 있다는 장점을 갖는다.
휴대형 장치(40)가 도전성 표면에 놓여지는 경우 전극들은 표면에 접촉하지 않도록 배치된다. 전극과 표면 또는 전극 표면 사이의 거리는, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스가 미리 정해놓은 소정값을 초과하지 않도록 선택된다. 이는 송신 전극(SE)에서 방사되는 전기장(WS)이 도전성 표면에 의하여 수신 전극(EE)에 결합되지 않도록 하는 것을 보장해 준다.
따라서, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스는 송신 전극과 표면 사이의 임피던스, 표면 사이의 임피던스 및 표면과 수신 전극 사이의 임피던스에 의해 결정된다. 이와 같은 방식으로, 휴대형 장치(40)가 도전성 표면에 놓여진 경우에도 수신 전극(I1)에서의 전류가 휴대형 장치의 임의적인 구동을 야기하는 소정의 제1 임계값을 초과하지 않도록 하는 것을 보장해 줄 수 있다.
전극들은 휴대폰의 예컨대 좌측 및 우측에 배치되어 휴대폰이 손으로 움켜쥐어진 경우 동작 모드로 스위치되도록 할 수 있다. 휴대폰이 다시 놓여지고 사용자의 손이 휴대폰으로부터 멀어지면, 수신 전극(EE)의 전류가 감소 즉, 동작 모드의 임계값 아래로 다시 떨어지게 되므로 휴대폰은 슬리핑 모드로 자동적으로 스위치된다.
본 발명에 의한 전극 배치 구조 또는 본 발명에 의한 검출 배치 구조는 사용시에 손에 의해 실질적으로 움켜 쥐어질 수 있는, 손에 의해 동작하는 모든 종류의 장치에 적용될 수 있다. 따라서 컴퓨터 마우스의 경우에도 본 발명에 의한 검출 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 의한 전극 배치 또는 본 발명에 의한 검출 장치는 핸들(handle)을 갖는 물체에도 적용될 수 있는데 본 발명에 의한 3개의 전극들이 이러한 핸들에 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 검출 장치가 휴대형 장치에 복수개 제공되어 손으로 잡는 동작 시에 휴대형 장치에서의 손의 위치도 검출하도록 할 수 있다. 다른 예로서, 복수개의 수신 전극(EE)이 제공될 수 있는데, 이들 각각이 보상 전극과 용량적으로 결합(capacitively coupled)되고 또한 이들 각각이 평가 유닛(evaluation unit, 20)과 결합되도록 할 수 있다. 이러한 방식으로 슬리핑 모드에서 동작 모드로의 휴대형 장치의 스위칭은 미리 정해놓은 소정의 임계값을 초과하는 전류가 적어도 2개의 수신 전극에 흐를 때 이루어지도록 할 수도 있다.
물론, 검출 장치에는 하나의 송신 전극, 복수개의 보상 전극 및 복수개의 수신 전극이 배치될 수도 있는데, 보상 전극들은 모두 위상 변환기(phase shifter)에 의해 신호 생성기(signal generator)와 결합될 수 있다. 각각의 위상 변환기는 송신 전극에 인가되는 교류 전압과 보상 전극에 인가되는 교류 전압 사이에서 서로 다른 위상 쉬프트(phase shift)을 발생시킬 수 있다. 이러한 방식으로 보상 전극에 대한 스위칭 임계값을 각각 나타내는 서로 다른 레벨의 전류가 모든 수신 전극으로 흐르게 된다(휴대형 장치가 사용되지 않거나 손에 의해 잡혀지지 않은 경우).
휴대형 장치는 예컨대 휴대폰 또는 컴퓨터 마우스일 수 있는데, 손으로 잡는 동작 이후 휴대폰 또는 컴퓨터 마우스는 슬리핑 모드에서 동작 모드로 스위치되고 손이 없어지게 되면 동작 모드에서 슬리핑 모드로 스위치된다.
도 18은 본 발명에 의한 회로 구조의 블록도를 나타낸 것으로서, 용량성 센서 요소(capacitive sensor element)의 관찰 영역(observation area)의 유전 특성(dielectric properties)을 나타내는 출력 신호(DS)를 생성하기 위한 회로 구조의 블록도를 나타낸 것이다.
용량성 센서 요소는 송신 전극(SE), 보상 전극(KE) 및 수신 전극(EE)을 구비한다. 송신 전극(SE) 및 보상 전극(KE)은 각각 신호 생성기 장치(SG)와 결합되어 있다. 신호 생성기 장치(SG)는 송신 전극(SE)으로 제1 교류 신호(S1)를 공급하고 보상 전극(KE)으로 제2 교류 신호(S2)를 공급하도록 형성된다. 제2 교류 신호(S2)는 제1 교류 신호(S1)과 다른 위상(dephased)인 것이 바람직하다.
송신 전극(SE)과 보상 전극(KE) 모두에서 교류 전기장이 방사되는데 보상 전극에서 방사되는 교류 전기장과 송신 전극에서 방사되는 교류 전기장은 서로 중첩된다(overlap). 두개의 교류 전기장 즉, 2개의 교류 전기장으로부터의 결과 전기장은 수신 전극(EE)과 결합된다. 수신 전극(EE)에 결합되는 교류 전기장은 주변 즉, 전극(SE, KE, EE)에 의해 정의되는 관찰 영역의 유전 특성에 의존한다. 센서 요소로 물체 예컨대 손이 접근하면, 송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장의 일부는 손을 통해 수신 전극(EE)에 결합되고 따라서 보상 전극(KE)에서 방사되는 교류 전기장의 영향을 감소시킨다.
수신 전극(EE)으로 결합되는 교류 전기장으로부터 발생하는 전기 신호 또한 관찰 영역의 유전 특성에 의존한다. 용량성 센서 요소로 손이 접근하면, 수신 전극(EE)에 흐르는 전류는 증가 또는 감소할 수 있다. 수신 전극(EE)은, 수신 전극에서 측정된 전기 전극 신호(S3)을 처리하고 처리 신호(S5)를 제공하도록 구성된 신호 처리 장치(signal processing device, SA)와 결합된다. 수신 전극(EE)에서는 전류 또는 전압이 측정될 수 있다.
처리된 전기 신호(S5)는, 처리된 전기 신호(A5)를 평가하고 평가 결과를 출력 신호(DS)로서 제공하는 평가기(evaluator, AE)로 전송된다. 따라서 출력 신호(DS)는 용량성 센서 요소의 관찰 영역의 유전 특성을 나타낸다.
도 19는 본 발명에 의한 회로 구성의 구체적인 일예를 나타낸 것이다.
신호 생성기(signal generator, G)는 송신 전극(SE)로 공급되는 제1 교류 전기 신호(S1)을 제공한다. 이 제1 교류 전기 신호(S1)는 인버터(inverter, INV)로도 전송되고 인버터는 신호 생성기(G)에서 제공되는 제1 교류 전기 신호(S1)과 기본적으로 180˚ 위상 차이가 나는 교류 전기 신호를 생성한다. 이 전도된(inverted) 교류 전기 신호는 분압기(potentiometer) 등과 같은 전압 분배기(voltage divider)에 의해 보상 전극(KE)으로 공급된다. 분압기는 보상 전극으로 공급되는 교류 전기 신호(S2) 즉, 상기 전도된 교류 전기 신호를 감쇠시키기 위하여 제공된다. 분압기 대신, 1 보다 작은 증폭 계수를 갖는 증폭기를 제공할 수도 있다. 전도된 교류 전기 신호를 감쇠시키기에 적합한 기타 회로 구성을 사용할 수도 있다. 제1 교류 전기 신호는 전도(inverted) 되기 전에 먼저 감쇠될 수도 있다. 따라서 보상 전극(KE)에 공급되는 교류 전기 신호는 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전기 신호와 180˚ 위상차를 가지며 또한 송신 전극에 공급되는 교류 전기 신호(S1)보다 낮은 진폭을 갖는다.
인버터 및 감쇠기(attenuator)를 사용하는 것은 회로 구성이 예컨대 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 집적 회로로 설계된 경우에 특히 유용하다.
수신 전극(EE)에서는 전기 신호(S3)가 측정되어 증폭 장치(V)로 전달된다. 여기에서 증폭 장치(V)는 후단에 전압 증폭기를 갖는 전류/전압 변환기(current/voltage transformer)이다. 증폭 장치는 출력단에서 수신 전극(EE)에서 측정된 전류에 비례하는 전압(S4)을 제공한다. 전압 증폭기의 전압 게인(voltage gain)은 조절가능하도록 되어 본 발명에 의한 회로 구성이 다른 용량성 센서 요소에 쉽게 적용될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는 예컨대, 다른 전극 배치 구조 및/또는 다른 전극 표면을 갖는 다른 센서 요소가 상기 회로 구성에 연결되는 경우에 필요할 수 있다.
도시하지 않은 다른 실시예에서, 전류/전압 변환기는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)를 구비할 수 있는데, 여기에서 트랜스임피던스 증폭기의 트랜스임피던스 또한 조절가능형(adjustable)인 것이 바람직하다.
도시하지 않은 또 다른 실시예에서, 증폭 장치(V)는, 수신 전극(EE)에서 측정되는 전류를 직접 증폭하여 후단의 평가기(evaluator)로 전달하도록 구성할 수도 있다.
증폭 장치(V)에 의해 제공되는 전기 신호(S4)는, 전기 신호(S4)를 디지털화하여 디지털화된 신호(S5)를 제공하는 디지털화 장치(digitization device, A/D)로 전달된다. 디지털화된 신호(S5)는 디지털화된 신호를 평가하여 평가의 결과로서 용량성 센서 요소의 관찰 영역의 유전 특성을 나타내는 검출 신호(detection signal, DS)를 제공하는 평가기(evaluator)로 전달된다.
도 20은 본 발명에 의한 회로 구성의 또 다른 상세예를 나타낸 것이다. 수신 전극(EE)에서 전기 신호가 측정되어 증폭 장치(V)로 전달된다. 여기에서 증폭 장치(V)는 제1 다이오드(diode) 및 제2 다이오드와 결합되는데 제1 다이오드는 수신 전극(EE)에서 측정된 전기 신호의 정반파(positive half waves)에 대해 정방향(forward direction)으로 동작하고 제2 다이오드는 수신 전극(EE)에서 측정된 전기 신호의 부반파(negative half waves)에 대해 정방향으로 동작한다. 증폭 장치(V)는 따라서 제1 다이오드 및 제2 다이오드 각각과 함께 단일파 정류기(single-wave rectifier)를 구성하게 된다.
도시한 다이오드 대신, 제1 교류 전기 신호(생성기(G1)의 신호)에 동기화되어 각각 개방 또는 폐쇄되는 전자 제어 스위치(electronically controlled switches)가 제공되어, 증폭 장치(V)에 인가되는 전기 신호의 정반파 및 부반파 각각만이 후단의 필터(filter)로 전달되도록 할 수 있다.
필터에 의해 복조(demodulated) 및 평탄화(smoothed)된 신호들은 각각 아날로그-디지털 컨버터(A/D)로 전송된다. 아날로그-디지털 컨버터(A/D)는 마이크로컨트롤러(μC)의 구성요소일 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(A/D)에 의해 제공되는 디지털 신호는 마이크로컨트롤러(μC)에 의해 평가되어 예컨대 센서 요소로 손이 접근하는 것을 결정하거나 및/또는 손에 의해 핸드셋(handset)이 움켜 쥐어지는 것을 결정할 수 있다. 평가의 결과는 핸드셋에서의 추가 처리를 위해 마이크로컨트롤러(μC)에 의해 (디지털) 검출 신호(DS)로서 제공될 수 있다.
마이크로컨트롤러(μC)는 도 20에 도시한 신호 생성기(G1, G2)를 제어하도록 제공될 수 있다. 신호 생성기(G1, G2)는 각각 교류 전기 신호를 제공하는데, 제1 신호 생성기(G1)에 의해 생성되는 교류 전기 신호는 송신 전극(SE)으로 공급되고 제2 신호 생성기(G2)에 의해 생성되는 교류 전기 신호는 보상 전극(KE)로 공급된다. 2개의 신호 생성기(G1, G2)에 의해 생성되는 교류 신호들은 서로에 대해 위상차가 있는 것이 바람직하다. 신호 생성기(G2)에 의해 생성되는 교류 전기 신호는 신호 생성기(G1)에 의해 생성되는 교류 전기 신호에 대해 150˚~ 180˚ 위상차가 있는 것이 바람직하다.
약 180˚의 위상 쉬프트에 의해, 보상 전극(KE)에서 방사되는 교류 전기장에 하여 송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장의 최대 감쇠가 이루어진다. 따라서 수신 전극(EE)에 결합되는 교류 전기장이 수신 전극(EE)에서 매우 작은 전류, 바람직하게는 거의 전류가 없는 전류만을 생성하는 것이 보장된다.
손이 센서 요소로 접근하면, 송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장은 손을 통해 수신 전극(EE)으로 적어도 부분적으로 결합되는데, 여기에서 손을 통해 수신 전극으로 결합되는 교류 전기장은 기본적으로 보상 전극(KE)에서 방사되는 교류 전기장의 영향을 감소시킨다. 이는 송신 전극(SE)에서 방사되어 수신 전극(EE)으로 결합되는 교류 전기장의 일부가 손의 접근으로 인하여 증가한다는 것을 의미한다. 이러한 방식에 의해 센서 요소에 접근하는 손은 수신 전극(EE)에서의 상당한 정도의 전류를 발생시키는 것을 보장할 수 있다.
제2 신호 생성기(G2)에 의해 생성되는 교류 전기 신호는 보상 전극(KE)로 공급되기 전에 감쇠되는 것이 바람직하다. 이는 제2 신호 생성기(G2)에 의해 제공되는 전기 신호의 진폭이 제1 신호 생성기(G1)에 의해 제공되는 전기 신호으 진폭보다 작아지도록 한다.
도 21은 본 발명에 의한 회로 구성의 또 다른 변형예를 나타낸 것이다. 수신 전극(EE)과 결합된 증폭 장치(V)와, 증폭 장치(V)와 결합되며 그 후단에 각각의 필터를 갖는 다이오드들은 도 20에서 도시한 것과 기본적으로 대응한다.
도 3에 도시한 실시예와는 달리, 필터에서 인가되는 출력 신호들은 감산기(subtractor)로 전송되어 정반파의 복조 필터링 신호와 부반파의 복조 필터링 신호 사이의 차 신호(differential signal)를 생성하게 된다. 이 차 신호는 예컨대 아날로그/디지털 컨버터와 같은 디지털화 장치로 전달된다. 감산기는 차 증폭기(differential amplifier)로서 형성된 연산 증폭기(operational amplifier)에 의해 구현될 수 있다. 마이크로컨트롤러(μC)는 디지털화된 차 신호로부터 검출 신호(DS)를 출력하여 추후의 처리에 사용될 수 있도록 한다.
신호 생성기(G1, G2)는 도 20에 나타낸 바와 같이 각각 구성될 수 있다. 신호 생성기(G1, G2) 또한 마이크로컨트롤러(μC)에 의해 제어될 수 있다.
도 22는 본 발명에 의한 회로 구성의 또 다른 가능한 변형예를 나타낸 것이다. 신호 생성기(G1)는 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전기 신호를 제공한다. 이 교류 전기 신호는 또한 위상 변환기(phase shifter, Δφ)로도 전달된다. 이로부터 위상차가 발생한 교류 전기 신호는 보상 전극(KE)으로 공급된다.
위상 변환기(Δφ) 대신, 신호 생성기(G1)에 의해 제공되는 신호를 180˚의 위상 쉬프트에 상응하는 신호로 전도시키는(invert) 인버터(invert)가 제공될 수도 있다.
이 전도된 교류 전기 신호는 다시 감쇠되어 그 결과의 교류 전기 신호가 신호 생성기에 의해 제공되는 교류 신호의 진폭보다 작은 진폭을 갖도록 할 수 있다.
위상 변환기 대신 인버터 및 감쇠기(attenuator)를 사용하는 것은 회로가 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 집적 회로로서 구성되는 경우에 특히 유용하다.
수신 전극(EE)에서 측정되는 전기 신호는 증폭 장치(V)로 전송된다. 증폭 장치는 예컨대 그 후단에 전압 증폭기를 갖는 전류/전압 변환기일 수 있다. 전류/전압 변환기는 트랜스임피던스 증폭기로서 설계될 수 있다. 전압 게인 및 트랜스임피던스 양자는 모두 조절가능하도록 된 것이 바람직하다.
증폭 장치(V)에 의해 제공되는 증폭된 신호 즉, 진폭이 증가된 신호는 생성기(G1)에 동기화되어 동작할 수 있는 정류기(rectifier)로 전달된다. 검출된 신호는 필터에 의해 평탄화되고 비교기(comparator)로 전달되는데, 비교기는 전달된 직류 신호의 비교에 의해 직류 전류를 갖는 출력 신호(DS)를 생성하고 이 출력 신호(DS)를 추후 처리를 위해 제공한다.
도 23은 본 발명에 의한 회로 구성의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 여기에서 송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)에 공급되는 교류 전기 신호는 마이크로컨트롤러에 의해 제공된다. 보상 전극(KE)에 공급되는 교류 전기 신호는 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전기 신호와 위상차를 갖는다.
수신 전극(EE)에서 측정된 전기 신호는 증폭 장치(V)로 전송되는데 증폭 장치는 여기에서 그 후단에 전압 증폭기를 갖는 전류/전압 변환기일 수 있다. 전류/전압 변환기는 트랜스임피던스 증폭기로서 구성될 수 있다. 증폭된 신호는 아날로그-디지털 컨버터로 전송된다. 아날로그-디지털 컨버터는 송신 전극(SE)에 공급되는 교류 전기 신호에 동기화되어 동작할 수 있다. 바람직하게는, 아날로그-디지털 컨버터로 전달되는 증폭 신호는 주기당 2번(twice per period) 스캔(scanned)되는데, 스캐닝의 위상은 스캐닝의 제1 및 제2 반-주기 동안의 전달 증폭 전기 신호의 피크값(peak value)을 스캔 및 디지털화하도록 선택되는 것이 바람직하다. 스캐닝의 위상은 예컨대 회로 구성의 초기 단계 동안 결정될 수 있다.
검출된 피크값, 즉 정 피크값 및 부 피크값으로부터, 입력 신호의 정류(rectification)가 감산(subtraction)에 의해 이루어질 수 있다. 생성된 직류 신호는 평가기에 의해 출력 신호(DS)를 생성하는데 사용될 수 있다.
도 18 내지 도 23에서 도시한 실시예들에 있어서, 디지털화 장치 즉, 아날로그-디지털 컨버터는 샘플 및 홀드 요소(sample and hold element)와 함께 구현될 수 있는데, 샘플 및 홀드 요소의 출력은 아날로그-디지털 컨버터로 전달된다. 도 20에 도시한 실시예에서 예컨대, 2개의 샘플 및 홀드 구성요소가 제공되어, 그 출력들이 시간 분할 멀티플렉싱(time division multiplexing) 방식의 아날로그-디지털 컨버터와 결합될 수 있다. 샘플 및 홀드 요소는 신호 생성기의 신호와 동기화되어 동작할 수 있다.
여기에 도시된 다수의 실시예에서, 감쇠기(attenuator)를 제공하여 보상 전극(KE)에 공급되는 교류 신호를 보상 전극(KE)이 그 신호를 공급받기 전에 감쇠하도록 하는 것이 유리하다.
전술한 도면에서 도시한 실시예에서, 전류/전압 변환은 션트 저항(shunt resitance)에 의해 구현될 수도 있다. 디지털 처리 및 검출 신호(DS)의 생성은 각각 종래의 마이크로컨트롤러(μC)에 의해 또는 유한 자동화 장치(finite automaton)(유한 상태 기계(finite state machine)에 의해 이루어질 수 있다.
도 18 내지 도 23에 도시한 회로 구성예들은 출력 신호(DS)를 제공하는 대신 용량성 센서 아이템의 관찰 영역의 유전 특성에 따라 회로 구성이 예컨대 휴대폰을 직접 슬리핑 모드 및 동작 모드로 각각 전환되도록 할 수도 있다.
본 발명에 의한 회로 구성은 예컨대 집적 회로(ASIC) 또는 이산 구성요소(discrete components)로서 구현될 수도 있다.
도 24는 본 발명에 의한 회로 구성과 이와 결합되는 용량성 센서 요소의 응용예를 나타낸 것이다. 회로 구성 및 용량성 센서 요소는 예컨대 휴대폰의 전기 핸드셋(electric handset)에 각각 배치 및 사용되어 손에 의한 휴대폰으로의 접근 및 휴대폰의 잡는 동작을 검출하도록 할 수 있다. 접근 및 잡는 동작의 검출은 각각 휴대폰을 예컨대 슬리핑 모드에서 동작 모드로 전환하는데 사용될 수 있다. 휴대폰의 에너지 소비는 따라서 상당히 감소될 수 있다.
휴대폰 사용자가 휴대폰을 슬리핑 모드에서 동작 모드로 전환하도록 능동적으로 특별한 입력을 할 필요가 없다는 점에서 매우 유용하다. 따라서 사용의 편의성이 현저하게 증가한다. 또한 휴대폰을 슬리핑 모드에서 동작 모드로 또한 동작 모드에서 슬리핑 모드로 전환할 수 있도록 하는 키(key)가 필요없다는 점 또한 매우 유용한데, 이는 휴대폰의 설계에 대한 자유도를 증가시킨다. 휴대폰의 에너지 소비의 감소는, 휴대폰으로부터 손을 멀리하게 되면 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 너무 작은 용량성 커플링에 의해 수신 전극에는 휴대폰에 손이 존재하지 않음을 나타내는 매우 적은 전류만이 흐르기 때문에 휴대폰이 자동적으로 슬리핑 모드로 전환된다는 사실에 의해 달성될 수 있다.
송신 전극(SE)을 휴대폰의 제1 측벽에 배치하고 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)을 휴대폰의 제2 측벽에 배치하는 것은 유용하다. 이는 휴대폰을 잡게 되면 손은 제1 측벽의 송신 전극(SE)과 제2 측벽의 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)을 각각 적어도 부분적으로 덮게 되기 때문에 휴대폰을 잡는 것을 확실하게 검출하는 것을 보장해 준다.
도 24의 우측에 도시된 바와 같이, 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)은 휴대폰의 측벽에 서로 나란히 배치된다. 보상 전극(KE), 수신 전극(EE) 및 송신 전극(SE)은 전기 시스템(E)와 결합한다. 여기에서 전기 시스템(E)은 도 19 내지 도 23을 참조하여 도시한 바와 같이 구현될 수 있다.
도 25는 전극(SE, EE, KE)의 구성의 일예를 나타낸 것이다. 도 25에 도시한 전극들은 휴대폰 또는 휴대형 미니컴퓨터(PDA)의 상부에 배치될 수 있다. 송신 전극 및 수신 전극은 띠-형태(striped-shaped)로 구성될 수 있는데, 전극들의 길이는 각각 전극 폭의 대략 9배 정도이다. 수신 전극은 송신 전극과 나란하게 배치된다. 수신 전극으로부터 송신 전극의 거리는 구체적인 응용예에 따라 달라질 수 있다.
수신 전극은 송신 전극 쪽의 엣지(edge)에 오목부(recess)를 구비하는데 여기에 보상 전극(KE)이 배치된다. 보상 전극은 수신 전극과 전기적 접촉(galvanic contact)이 이루어지지 않도록 오목부에 배치된다. 수신 전극의 오목부는 수신 전극의 중앙부에 제공된다. 물론, 오목부는 보다 넓게 선택될 수 있으며 또한 수신 전극의 다른 영역에 선택될 수도 있는데 이는 구체적인 응용예에 따라 다르다. 어느 경우이건 간에 보상 전극은 송신 전극과 수신 전극 사이에 배치된다는 점이 중요하다.
도 25에 도시한 수신 전극과 여기에 삽입된 보상 전극의 구성은, 보상 전극과 수신 전극 사이의 공백 영역(missing area)이 예컨대 펀칭(punching)에 의해 형성될 수 있기 때문에 수신 전극 및 보상 전극이 매우 쉽게 제조될 수 있다는 점에서 매우 유리하다.
도 25에 나타낸 구성은 휴대폰 및 휴대형 미니컴퓨터(PDA)에서의 전극 구성에 특히 유용하다는 것이 증명되었다. 물론, 여기에 도시된 복수개의 전극들은 구체적인 응용예에 따라 다른 크기 및 영역을 가질 수 있다.
전극들은 예컨대 구리와 같은 도전성 재료로 제조될 수 있다. 다른 예로서, 전극들은 하우징의 상면에 도전성 층(layer)으로서 제공될 수도 있다. 전극들을 예컨대 도전성 바니쉬(varnish)에 의해 생성하는 것도 가능하다.

Claims (32)

  1. 적어도 하나의 송신 전극(SE), 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)을 갖는 휴대형 장치의 전극 시스템으로서, 상기 보상 전극(KE)은 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이에 배치될 수 있는 전극 시스템으로서,
    - 송신 전극(SE)으로부터 제1 교류 전기장(WS)이 방사되고, 보상 전극(KE)으로부터 제2 교류 전기장(WK)가 방사되며, 제1 교류 전기장(WS)은 제2 교류 전기장(WK)에 대해 위상-지연되어 있고 교류 전기장(WS, WK)들은 수신 전극에 결합될 수 있으며,
    - 상기 수신 전극과 결합되는 교류 전기장(WS, WK)은 수신 전극(EE)에서 전극 시스템에 대한 손의 접근을 나타내는 전류(I)를 생성하는
    것을 특징으로 하는 전극 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)은, 휴대형 장치가 표면(A)에 놓여질 때 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스가 수신 전극(EE)에 생성되는 전류(I)를 미리 설정된 값(I0) 이하로 유지시키는데 적절한 미리 설정된 값(Z0)를 초과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스는,
    - 송신 전극(SE)과 표면(A) 사이의 임피던스
    - 표면(A)의 임피던스, 및
    - 표면(A)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스
    로 구성되는 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스들의 합인 것을 특징으로 하는 전극 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 시스템은 평가 회로와 결합될 수 있고 상기 평가 회로는 전극 시스템으로의 손의 접근을 평가하여 접근을 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전극 시스템.
  5. 손(H)에 의해 휴대형 장치(40)를 움켜쥐는 동작을 검출하는 휴대형 장치(40)용 검출 장치로서, 송신 전극(SE), 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)를 구비하는 검출 장치에 있어서,
    - 상기 송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)은 서로 전기적으로 결합(galvanically coupled)되고,
    - 상기 송신 전극(SE), 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)은 휴대형 장치(40)에 서로 분리되어 배치될 수 있으며, 상기 수신 전극(EE)과 보상 전극(KE)은 용량적으로 결합(capacitively coupleable)될 수 있도록 휴대형 장치에 배치될 수 있고,
    - 상기 송신 전극(SE)에는 제1 교류 전압(U1)이 공급되어 제1 교류 전기장(WS)이 송신 전극(SE)으로부터 방사되고, 제1 교류 전압(U1)은 전기적 결합(galvanic coupling)에 의해 보상 전극(KE)에 결합될 수 있고, 보상 전극(KE)에는 제2 교류 전압(U2)이 공급되어 제1 교류 전압(U1) 및 제2 교류 전압(U2)에 의해 발생하는 제2 교류 전기장(WK)이 보상 전극(KE)로부터 방사될 수 있으며,
    - 제2 교류 전기장(WK)은 수신 전극(EE)과 결합되어 제1 전류(I1)를 생성할 수 있고,
    - 손(H)에 의해 휴대형 장치(40)가 움켜 쥐어진 경우, 제1 교류 전기장(WS)은 수신 전극(EE)과 결합되어 제2 전류(I2)를 생성할 수 있으며, 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)에 의한 전체 전류(IG)는 휴대형 장치가 움켜 쥐어져 있다는 것을 나타내는 것
    을 특징으로 하는 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 교류 전압(U1) 및 제2 교류 전압(U2)은 동일한 신호 형태를 가지며 서로 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)은, 전체 전류(IG)의 변화로부터 손 움켜쥠 동작(H)을 검출하도록 구성된 평가 회로(evaluation electronics, 20)와 결합되는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신 전극(SE)과 수신 전극(EE)은, 휴대형 장치(40)가 표면(A)에 놓여지는 경우 표면과 접촉하지 않도록 배치된 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    송신 전극(SE)과 표면 사이의 간격 및/또는 수신 전극(EE)과 표면 사이의 간격은, 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스가 미리 설정해 놓은 값(Z)을 초과하지 않도록 선택되고, 여기서, 상기 송신 전극(SE)과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스는,
    - 송신 전극(SE)과 표면 사이의 임피던스
    - 표면의 임피던스, 및
    - 표면과 수신 전극(EE) 사이의 임피던스로 구성되고,
    상기 미리 설정해 놓은 값(Z)은 송신 전극(SE)에서 방사되는 교류 전기장(WS)이 수신 전극(EE)으로 결합되지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신 전극(SE), 보상 전극(KE) 및 수신 전극(EE)은 휴대형 장치(40)의 표면에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신 전극(SE)과 보상 전극(KE)은 신호 생성기(10)와 결합되고, 송신 전극(SE)과 보상 전극(EE)은 제1, 바람직하게는 조절가능형인, 위상 변환기(Δφ1)에 의해 서로 결합되고 및/또는 신호 생성기(10)는 제2, 바람직하게는 조절가능형인 위상 변환기(Δφ2)에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    평가 회로(20)는, 제1 전류(I1)보다 양(amount)적인 면에서 높은 미리 설정해 놓은 전체 전류(IG)에 의해 휴대형 장치의 스위칭-온 모드 및/또는 동작 모드가 활성화될 수 있도록 구성되는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    수신 전극(EE)의 제1 전류(I1)는 제1 교류 전압(U1)과 제2 교류 전압(U2) 사이의 위상을 변경시킴으로써 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 적어도 하나의 전극 시스템 및/또는 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 의한 적어도 어느 하나의 검출 장치를 갖는 휴대형 장치로서, 특히 컴퓨터 마우스, 원격 제어 장치, 휴대폰 또는 게임 콘솔용 입력 장치인 휴대형 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    송신 전극(SE), 수신 전극(EE) 및 보상 전극(KE)은 휴대형 장치의 표면에 또는 표면 바로 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대형 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    - 송신 전극(SE)은 휴대형 장치의 제1 측벽(41)에 배치되고,
    - 수신 전극(EE)과 보상 전극(KE)은 제1 측벽(41)과 대향하는 제2 측벽(42)에 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대형 장치.
  17. 검출 장치에 의해 손으로 휴대형 장치를 움켜 쥐는 동작을 검출하는 방법으로서, 상기 검출 장치는 적어도 하나의 송신 전극(SE), 적어도 하나의 수신 전극(EE) 및 적어도 하나의 보상 전극(KE)을 구비하고, 상기 송신 전극(SE)은 보상 전극(KE)과 전기적으로 결합(galvanically coupled)되고 보상 전극(KE)은 수신 전극(EE)과 용량성으로 결합(capacitively coupled)되는 방법에 있어서,
    - 송신 전극(SE)에는 제1 교류 전압(U1)이 공급되어 송신 전극(SE)에서 제1 교류 전기장(WS)이 방사되고, 제1 교류 전압(U1)은 전기적 결합(galvanic coupling)에 의해 보상 전극(KE)과 적어도 부분적으로 결합되고,
    - 보상 전극(KE)에는 제2 교류 전압(U2)이 공급되어 보상 전극(KE)에서 제2 교류 전기장(WK)이 방사되어 수신 전극(EE)과 결합하고, 이에 의해 수신 전극(EE)에 결합되는 제2 교류 전기장(WK)은 수신 전극(EE)에서 제1 전류(I1)를 생성하고,
    - 전체 전류(IG)가 수신 전극(EE)에서 평가-여기서, 상기 전체 전류(IG)는 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)에 의해 발생하고, 상기 제2 전류(I2)는 손(H)이 휴대형 장치를 움켜 쥐는 경우 수신 전극(EE)으로의 제1 교류 전기장(WS)의 용량성 결합에 의해 생성되고, 상기 전체 전류(IG)는 휴대형 장치가 손에 의해 움켜쥐어져 있음을 나타냄-되는
    것을 특징으로 하는 검출 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 교류 전압(U1)과 제2 교류 전압(U2)은 동일한 신호 형태를 가지며 서로 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    - 전체 전류(IG)가 미리 설정해 놓은 임계값을 초과하는 경우 휴대형 장치의 스위칭-온 모드 및/또는 동작 모드가 유도되고; 및/또는
    - 전체 전류(IG)가 미리 설정해 놓은 임계값 아래로 감소하는 경우 휴대형 장치의 슬리핑 모드가 유도되는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  20. 휴대형 장치에 있어서,
    - 케이싱 장치(casing device),
    - X- 및 Y-축 방향에 대한 케이싱 장치의 움직임과 연관되는 제어 데이터를 생성하는 움직임 검출 구조, 및
    - 케이싱 장치를 향한 손의 접근 상태를 나타내는 신호를 생성하는 손 검출 구조
    를 구비하고,
    - 상기 손 검출 구조는 3개의 전기장 전극(SE, KE, EE)을 갖는 전극 그룹과 이들 전기장 전극들과 결합되는 회로 구조를 구비하고,
    - 상기 회로 구조는 동작 주파수로 진동(alternating)하는 제너레이터 전압이 전기장 전극(SE, KE, EE) 중 적어도 하나에 공급되도록 형성되고,
    - 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)으로서 구현되는 신호 제어 유닛에 전달되는 전극 신호의 생성을 위해 태핑(tapping) 회로가 제공되는
    것을 특징으로 하는 휴대형 장치.
  21. 적어도 하나의 용량성 센서 요소(capacitive sensor element)의 관찰 영역(observation area)의 유전 특성(dielectric propoerties)을 나타내는 출력 신호(DS)를 생성하는 회로 구조로서, 상기 적어도 하나의 용량성 센서 요소는 적어도 하나의 송신 전극(SE), 적어도 하나의 보상 전극(KE) 및 적어도 하나의 수신 전극(EE)를 구비하는 회로 구조에 있어서,
    - 송신 전극(SE)에 제1 교류 전기 신호(S1)을 공급하고, 보상 전극(KE)에 상기 제1 교류 전기 신호(S1)과 다른 제2 교류 전기 신호(S2)를 공급하는 신호 생성기 장치(SG),
    - 수신 전극(EE)과 결합되어 수신 전극(EE)에서 측정되는 전기 전극 신호(S3)를 처리하여 처리 신호(S5)를 제공하는 신호 처리 장치(SA), 및
    - 처리 신호(S5)가 전송되며, 처리 신호(S5)를 평가하여 평가 결과에 따라 출력 신호(DS)를 생성하는 평가기(A)
    를 구비하는 회로 구조.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 신호 처리 장치(SA)는,
    - 수신 전극(EE)에서 측정된 전기 전극 신호(S3)에 상응하는 전기 신호(S4)를 제공하는 증폭 장치(V), 및
    - 상기 증폭 장치(V)의 전기 신호(S4)가 전달되고, 상기 전기 신호(S4)를 디지털화하여 디지털화 처리 신호(S5)를 제공하는 디지털화 장치(digitization device)
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  23. 제22항에 있어서,
    증폭 장치(V)는 제1 정류기(rectifier)와 결합되는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  24. 제22항 내지 제23항 중 한 항에 있어서,
    증폭 장치(V)는 제2 정류기와 결합되는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    제1 정류기의 출력 및 제2 정류기의 출력은 각각의 정류기에 인가되는 신호를 평탄화하는 필터와 각각 결합하는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디지털화 장치는 2개의 아날로그-디지털 컨버터를 구비하고 상기 필터의 출력은 상기 2개의 아날로그-디지털 컨버터 중 하나에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디지털화 장치는, 필터의 출력에서 인가되는 신호를 아날로그-디지털 컨버터로 전달하도록 하는 멀티플렉서(multiplexer)를 구비하고, 필터의 출력에서 인가되는 신호는 아날로그-디지털 컨버터로 전달되기 전에 샘플-홀드 회로(sample-hold circuit)에 의해 각각 스캔(scanned)되는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터의 복조 및 평탄화된 출력 신호가 전달되는 감산기(subtractor)가 제공되어, 상기 감산기의 차 신호가 디지털화 장치로 전달되는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  29. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 정류기 및 제2 정류기는 제1 교류 전기 신호(S1)의 플랭크(flanks)에 동기화되어 개방 및/또는 폐쇄되는 전기적 제어가능형 스위치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 디지털화 장치는 디지털화 장치로 전달되는 전기 신호(S4)가 주기당 2번 스캔되도록 제1 교류 전기 신호(S1)와 동기화되어 동작하고, 스캐닝의 위상은 스캐닝의 제1 및 제2 반주기 동안 각각의 전달된 전기 신호(S4)의 피크값이 스캔 및 디지털화되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  31. 제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 생성기 장치(SG)는,
    - 제1 교류 전기 신호(S1)를 생성하는 신호 생성기(G), 상기 제1 교류 전기 신호(S1)로부터 제2 교류 전기 신호(S2)를 생성하는 인버터(INV), 상기 인버터(INV)의 후단에 위치하여 제2 교류 전기 신호(S2)를 감쇠하는 감쇠기(attenuator),
    - 제1 교류 전기 신호(S1)를 생성하는 제1 신호 생성기(G1), 제2 교류 전기 신호(S2)를 생성하는 제2 신호 생성기(G2)- 여기서, 제1 교류 전기 신호(S1)의 주파수는 제2 교류 전기 신호(S2)의 주파수에 기본적으로 상응함-,
    - 제1 교류 전기 신호(S1)를 생성하는 신호 생성기(G1)와 제1 교류 전기 신호(S1)으로부터 제2 교류 전기 신호(S2)를 생성하는 위상 변환기(Δφ)
    의 그룹 중에서 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 구조.
  32. 적어도 하나의 용량성 센서 요소의 관찰 영역의 유전 특성을 나타내는 출력 신호(DS)를 생성하는 회로 구조로서, 상기 적어도 하나의 용량성 센서 요소는 적어도 하나의 송신 전극(SE), 적어도 하나의 보상 전극(KE) 및 적어도 하나의 수신 전극(EE)을 구비하는 회로 구조에 있어서,
    - 송신 전극(SE)에 제1 교류 전기 신호(S1)를 공급하고 보상 전극(KE)에 상기 제1 교류 전기 신호(S1)와 다른 제2 교류 전기 신호(S2)를 공급하는 신호 생성기 장치(SG),
    - 제2 교류 전기 신호(S2)를 전도(invert)하는 인버터(INV),
    - 제2 교류 전기 신호(S2)를 감쇠시키는 감쇠기,
    - 수신 전극(EE)과 결합하여 수신 전극(EE)에서 측정되는 전기 전극 신호(S3)를 처리하여 처리 신호(S5)를 제공하는 신호 처리 장치(SA), 및
    - 처리 신호(S5)가 전달되며, 처리 신호(S5)를 평가하여 평가 결과에 따라 출력 신호(DS)를 생성하는 평가기(A)
    를 구비하는 회로 구조.
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