KR20150123868A

KR20150123868A - 국부적인 힘 센싱을 위한 디바이스 및 방법

Info

Publication number: KR20150123868A
Application number: KR1020157026333A
Authority: KR
Inventors: 칼라시 파스칼 엘; 밥 맥키; 린-시앙 시에
Original assignee: 시냅틱스, 인코포레이티드
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-11-04
Also published as: CN105122197B; US20140238152A1; US9075095B2; WO2014133930A1; JP2016511902A; JP6129994B2; CN105122197A; US20150268784A1; US9454255B2

Abstract

센싱 영역에서의 입력 오브젝트들 및 그들의 인가된 힘을 센싱하도록 구성된 용량성 입력 디바이스를 동작시키기 위한 디바이스 및 방법으로서, 디바이스는 입력 표면을 갖고 굽힘 강성을 특징으로 하는 유연성 컴포넌트, 및 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이들을 포함한다. 입력 디바이스는 센서 전극들의 제 3 어레이 및 제 3 어레이 사이에 배치된 스페이싱 층을 더 포함한다. 유연성 컴포넌트는 압축 강성을 특징으로 하고 입력 표면에 인가된 힘에 응답하여 변형하고 센서 전극들의 제 2 어레이를 센서 전극들의 제 3 어레이를 향하여 편향하도록 구성되며, 입력 표면의 변형 및 센서 전극들의 제 2 어레이의 편향은 유연성 컴포넌트의 굽힘 강성 대 스페이싱 층의 압축 강성의 비율의 함수이다.

Description

국부적인 힘 센싱을 위한 디바이스 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR LOCALIZED FORCE SENSING}

우선권 정보

본 출원은 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 정규 출원 제13/838,003호, 및 2013년 2월 27일자로 출원된 미국 가출원 제61/770,074에 대해 우선권을 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 센서 디바이스들 및 사용자 인터페이스 입력들을 생성하기 위해 센서 디바이스들을 이용하는 것에 관한 것이다.

근접 센서 디바이스들 (터치패드들 또는 터치 센서 디바이스들로도 통칭됨) 을 포함하는 입력 디바이스들은 다양한 전자 시스템들에서 널리 이용된다. 근접 센서 디바이스는 통상, 표면에 의해 종종 디마크되는 센싱 영역을 포함하며, 여기서 근접 센서 디바이스는 하나 이상의 입력 오브젝트들의 존재, 위치 및/또는 모션을 결정한다. 근접 센서 디바이스들은 전자 시스템에 대한 인터페이스들을 제공하는데 이용될 수도 있다. 예를 들어, 근접 센서 디바이스들은 (노트북 또는 데스크톱 컴퓨터들 내에 통합되거나 이들 주변에 있는 불투명 터치패드들과 같은) 대형 컴퓨팅 시스템들에 대한 입력 디바이스들로서 종종 이용된다. 근접 센서 디바이스들은 또한, (셀룰러 폰들 내에 통합된 터치 스크린들과 같은) 소형 컴퓨팅 시스템들에서도 종종 이용된다.

근접 센서 디바이스는 연관된 전자 시스템의 제어를 가능하게 하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 근접 센서 디바이스들은 노트북 컴퓨터들 및 데스크톱 컴퓨터들을 포함하는 대형 컴퓨팅 시스템들에 대한 입력 디바이스들로서 종종 이용된다. 근접 센서 디바이스들은 또한, 핸드헬드 시스템들, 이를 테면 개인 휴대 정보 단말기들 (PDA들), 원격 제어 (remote control) 들, 및 통신 시스템들, 이를 테면 무선 전화기들 및 텍스트 메시징 시스템들을 포함하는 소형 시스템들에서도 종종 이용된다. 점차적으로, 근접 센서 디바이스들은 미디어 시스템들, 이를 테면 CD, DVD, MP3, 비디오 또는 다른 미디어 레코더들 또는 플레이어들에 이용된다. 근접 센서 디바이스는 그것이 상호작용하는 컴퓨팅 시스템에 통합되거나 그 주변에 있을 수 있다.

일부 입력 디바이스들은 또한, 그 입력 디바이스의 센싱 영역과 상호작용하는 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하는 것에 추가하여 인가된 힘을 검출하는 능력을 갖는다. 그러나, 현재 공지된 힘/터치 입력 디바이스들은 힘이 인가되는 포지션 및/또는 세기를 정확하게 결정하는 그들의 능력에서 제한된다. 이것은 현재 공지된 힘 이용가능 (force enabled) 입력 디바이스들의 가요성 및 유용성을 제한한다. 따라서, 인가된 힘의 포지션 및/또는 세기가 정확히 결정될 수도 있는 개선된 힘 증강 (force enhanced) 입력 디바이스가 필요하다.

본 발명의 실시형태들은 개선된 디바이스 유용성을 용이하게 하는 디바이스 및 방법을 제공한다. 디바이스 및 방법은 압축 강성 (compression stiffness) 을 갖는 압축성 층 위에 오버레이된 굽힘 강성 (bending stiffness) 을 갖는 유연성 (pliable) 컴포넌트의 이용을 통하여 개선된 사용자 인터페이스 기능성을 제공하여 이로써 용량성 입력 디바이스의 센싱 표면에 걸쳐 균일하게 분포된 국부적인 굽힘 구역들을 가능하게 한다. 굽힘 강성 대 압축 강성의 비율은, 입력 오브젝트에 의해 입력 표면에 인가된 힘에 응답하여, 결과의 압축된 영역이 복수의 힘 수신기 전극 좌표 위치들에 걸쳐 퍼져 있도록 구성된다. 그 결과, 좌표 위치들과 연관된 힘 데이터는 인가된 힘의 좌표 포지션 및/또는 크기를 정확하게 결정하기 위해 보간될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 예시적인 실시형태는 유사한 명칭들이 유사한 엘리먼트들을 나타내는 첨부된 도면들과 함께 이하에 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 입력 디바이스 및 프로세싱 시스템을 포함하는 예시적인 전자 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 프로세싱 시스템의 개략도이다.
도 3a 는 본 발명의 실시형태에 따른 압력 이미징 센서 스택업의 개략적 투시도이다.
도 3b 는 본 발명의 실시형태에 따른 도 3a 의 압력 이미징 센서 스택업의 대안의 실시형태의 개략적 투시도이다.
도 3c 는 본 발명의 실시형태에 따른 압력 이미징 센서 스택업의 추가 실시형태의 개략적 투시도이다.
도 3d 는 압축성 층을 포함하는 입력 디바이스 스택업의 대안의 실시형태의 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 도 3 의 스택업의 일부의 개략적 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른 변형된 유연성 컴포넌트 및 선형 스프링으로서 모델링된 압축성 층을 예시하는 도 3 의 스택업의 일부의 개략적 단면도이다.
도 6a 는 본 발명의 실시형태에 따른 입력 디바이스의 최상부 평면도이다.
도 6b 는 본 발명의 실시형태에 따른 도 6a 의 입력 디바이스의 선 VI-VI 를 따른 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c 는 유연성 컴포넌트, 압축성 층, 및 지지 층을 포함하는 예시적인 입력 디바이스 스택업의 각각의 단면도들이다.
도 8 은 본 발명의 실시형태에 따른 압축성 층의 투시도이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태에 따른 전극 층의 투시도이다.
도 10 은 본 발명의 실시형태에 따른 도 7 의 전극 층과 합쳐진 도 6 의 압축성 층의 투시도이다.
도 11 은 본 발명의 추가 실시형태에 따른 예시적인 입력 디바이스의 단면도이다.
도 12 는 본 발명의 실시형태에 따른 센싱 영역에서의 입력 오브젝트에 대한 힘 및 터치 정보를 결정하기 위해 전극들 상으로 신호들을 구동 및 수신하기 위해 전자 시스템을 동작시키는 방법의 플로우 차트이다.

다음의 상세한 설명은 사실상 예시적일 뿐이며 본 발명 또는 본 발명의 애플리케이션 및 이용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 더욱이, 선행하는 기술분야, 배경, 간단한 개요 또는 다음의 상세한 설명에서 제시된 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 속박되도록 하려는 의도는 없다.

이제 도면들로 돌아가면, 도 1 은 본 발명의 실시형태들에 따른 예시적인 입력 디바이스 (100) 의 블록 다이어그램이다. 입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템 (미도시) 에 입력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 본 문헌에서 사용한 바와 같이, 용어 "전자 시스템" (또는 "전자 디바이스") 은 정보를 전자적으로 프로세싱하는 것이 가능한 임의의 시스템을 광범위하게 지칭한다. 전자 시스템들의 일부 비제한적인 예들은 모든 사이즈들 및 형상들의 개인용 컴퓨터들, 이를 테면 데스크톱 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, 넷북 컴퓨터들, 태블릿들, 웹 브라우저들, e-book 리더들, 및 개인 휴대 정보 단말기들 (PDA들) 을 포함한다. 추가적인 예의 전자 시스템들은 복합 입력 디바이스들, 이를 테면 입력 디바이스 (100) 를 포함하는 물리적 키보드들 및 별개의 조이스틱들 또는 키 스위치들을 포함한다. 추가 예의 전자 시스템들은 데이터 입력 디바이스들 (원격 제어들 및 마우스들을 포함), 및 데이터 출력 디바이스들 (디스플레이 스크린들 및 프린터들을 포함) 과 같은 주변장치들을 포함한다. 다른 예들은 원격 단말기들, 키오스크들, 및 비디오 게임 머신들 (예를 들어, 비디오 게임 콘솔들, 휴대용 게이밍 디바이스들 등) 을 포함한다. 다른 예들은 통신 디바이스들 (셀룰러 폰들, 이를 테면 스마트 폰들을 포함), 및 미디어 디바이스들 (레코더들, 에디터들, 및 플레이어들, 이를 테면 텔레비전들, 셋톱 박스들, 뮤직 플레이어들, 디지털 포토 프레임들, 및 디지털 카메라들을 포함) 을 포함한다. 추가적으로, 전자 시스템은 입력 디바이스에 대해 호스트이거나 슬레이브일 수 있다.

입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템의 물리적 부분으로서 구현될 수 있고, 또는 전자 시스템과 물리적으로 별개일 수 있다. 적절하게, 입력 디바이스 (100) 는 다음 : 버스들, 네트워크들, 및 다른 유선 또는 무선 상호접속들 중 임의의 하나 이상을 이용하여 전자 시스템의 부분들과 통신할 수도 있다. 예들은 I²C, SPI, PS/2, USB (Universal Serial Bus), 블루투스, RF 및 IRDA 를 포함한다.

바람직한 실시형태에서, 입력 디바이스 (100) 는 프로세싱 시스템 (110) 및 센싱 영역 (120) 을 포함하는 힘 이용가능 (force enabled) 터치패드 시스템으로서 구현된다. 센싱 영역 (120) (또한 "터치패드" 로도 종종 지칭됨) 은 센싱 영역 (120) 에서 하나 이상의 입력 오브젝트들 (140) 에 의해 제공된 입력을 센싱하도록 구성된다. 예의 입력 오브젝트들은 손가락, 엄지손가락, 손바닥 및 스타일러스들을 포함한다. 센싱 영역 (120) 은 직사각형으로서 개략적으로 예시된다; 그러나 센싱 영역은 터치패드의 및/또는 다르게는 터치패드와 통합된 표면 상에 임의의 편리한 형태로 및 임의의 원하는 배열로 이루어질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

센싱 영역 (120) 은, 입력 디바이스 (100) 가 사용자 입력 (예를 들어, 하나 이상의 입력 오브젝트들 (140) 에 의해 제공된 사용자 입력) 을 검출가능한 입력 디바이스 (100) 의 상부 (예를 들어, 호버링 (hovering)), 주위, 내 및/또는 근방의 임의의 공간을 포함할 수도 있다. 특정 센싱 영역들의 사이즈들, 형상들, 및 위치들은 실시형태마다 상당히 다를 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역 (120) 은, 신호 대 잡음 비율들이 충분히 정확한 오브젝트 검출을 방지할 때까지 입력 디바이스 (100) 의 표면으로부터 하나 이상의 방향들에서 공간으로 연장된다. 다양한 실시형태들에서, 이 센싱 영역 (120) 이 특정 방향으로 연장되는 거리는, 대략 밀리미터 미만, 수 밀리미터, 수 센티미터, 또는 그 이상일 수도 있고, 이용된 센싱 기술의 타입 및 원하는 정확도에 따라 상당히 변할 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들은 입력 디바이스 (100) 의 임의의 표면들과의 접촉 없음, 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 (예를 들어, 터치 표면) 과의 접촉, 어느 정도의 양의 인가된 힘 또는 압력으로 커플링된 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면과의 접촉, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 입력을 센싱한다. 다양한 실시형태들에서, 입력 표면들은, 센서 전극들이 내부에 상주하는 케이싱들의 표면들에 의해, 임의의 케이싱들 또는 센서 전극들 상에 제공된 페이스 시트 (face sheet) 들 등에 의해 제공될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역 (120) 은 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 상으로 돌출될 때 직사각형 형상을 갖는다.

입력 디바이스는 센싱된 오브젝트들의 포지션 및 이러한 오브젝트들에 의해 인가된 힘에 응답하는 데이터 입력을 용이하게 함으로써 사용자 인터페이스 기능성을 제공하도록 적응된다. 구체적으로, 프로세싱 시스템은 센싱 영역에서 센서에 의해 센싱된 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하도록 구성된다. 이 포지션 정보는 그 후 광범위한 사용자 인터페이스 기능성을 제공하기 위해 시스템에 의해 이용될 수 있다. 더욱이, 프로세싱 시스템은 센서(들)에 의해 결정된 힘의 측정치들로부터 오브젝트들에 대한 힘 정보를 결정하도록 구성된다. 그 후, 이 힘 정보는 또한, 예를 들어, 센싱 영역에서의 오브젝트들에 의한 상이한 레벨들의 인가된 힘에 응답하여 상이한 사용자 인터페이스 기능들을 제공함으로써, 광범위한 사용자 인터페이스 기능성을 제공하기 위해 시스템에 의해 이용될 수 있다. 더욱이, 프로세싱 시스템은 센싱 영역에서 센싱된 하나보다 더 많은 오브젝트에 대한 입력 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다. 입력 정보는 힘 정보, 포지션 정보, 센싱 영역에서의 및/또는 입력 표면과 접촉하고 있는 입력 오브젝트들의 수, 및 하나 이상의 입력 오브젝트들이 터치중이거나 입력 표면에 근접하여 있는 기간의 조합에 기초할 수 있다. 입력 정보는 그 후 광범위한 사용자 인터페이스 기능성을 제공하기 위해 시스템에 의해 이용될 수 있다.

입력 디바이스는 센싱 영역 내의 입력 오브젝트의 포지션과 같은 하나 이상의 입력 오브젝트들 (예를 들어, 손가락, 스타일러스들 등) 에 의한 입력에 민감하다. 센싱 영역은, 입력 디바이스가 사용자 입력 (예를 들어, 하나 이상의 입력 오브젝트들에 의해 제공된 사용자 입력) 을 검출가능한 입력 디바이스의 상부, 주위, 내 및/또는 근방의 임의의 공간을 포함한다. 특정 센싱 영역들의 사이즈들, 형상들, 및 위치들은 실시형태마다 상당히 다를 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역은, 신호 대 잡음 비율들이 충분히 정확한 오브젝트 검출을 방지할 때까지 입력 디바이스의 표면으로부터 하나 이상의 방향들에서 공간으로 연장된다. 다양한 실시형태들에서, 이 센싱 영역이 특정 방향으로 연장되는 거리는 대략 밀리미터 미만, 수 밀리미터, 수 센티미터, 또는 그 이상일 수도 있으며, 이용된 센싱 기술의 타입 및 원하는 정확도에 따라 상당히 변할 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들은 입력 디바이스의 임의의 표면들과의 접촉 없음, 입력 디바이스의 입력 표면 (예를 들어, 터치 표면) 과의 접촉, 어느 정도의 양의 인가된 힘으로 커플링된 입력 디바이스의 입력 표면과의 접촉, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 입력을 센싱한다. 다양한 실시형태들에서, 입력 표면들은 센서 전극들이 내부에 상주하는 케이싱들의 표면들에 의해, 임의의 케이싱들 또는 센서 전극들 상에 제공된 페이스 시트들에 의해 제공될 수도 있다.

전자 시스템 (100) 은 센싱 영역 (120) 에서의 또는 다르게는 터치패드와 연관된 사용자 입력 (예를 들어, 힘, 근접성) 을 검출하기 위해 센서 컴포넌트들 및 센싱 기술들의 임의의 조합을 활용할 수도 있다. 입력 디바이스 (102) 는 사용자 입력을 검출하기 위한 하나 이상의 센싱 엘리먼트들을 포함한다. 여러 비제한적인 예들로서, 입력 디바이스 (100) 는 용량성, 탄성 (elastive), 저항성, 유도성, 자성, 음향성, 초음파, 및/또는 광학적 기법들을 이용할 수도 있다.

입력 디바이스 (100) 의 일부 저항성 구현들에서, 가요성 및 도전성 제 1 층은 도전성 제 2 층과 하나 이상의 스페이서 엘리먼트들에 의해 분리된다. 동작 동안, 이 층들에 걸쳐 하나 이상의 전압 구배 (gradient) 들이 생성된다. 가요성 제 1 층을 가압하는 것은 그 층을 충분히 편향시켜 층들 간에 전기 접촉을 생성하여, 층들 간의 접촉 포인트(들)를 반영한 전압 출력들을 초래할 수도 있다. 이들 전압 출력들은 포지션 정보를 결정하는데 이용될 수도 있다.

입력 디바이스 (100) 의 일부 유도성 구현들에서, 하나 이상의 센싱 엘리먼트들은 공진 코일 또는 코일들의 쌍에 의해 유도된 루프 전류들을 픽업 (pick up) 한다. 전류들의 크기, 위상, 및 주파수의 일부 조합이 그 후 포지션 정보를 결정하는데 이용될 수도 있다.

입력 디바이스 (100) 의 일부 용량성 구현들에서, 전압 또는 전류가 전기장을 생성하기 위해 인가된다. 인근의 입력 오브젝트들은 전기장의 변화를 야기하며, 전압, 전류 등의 변화로서 검출될 수도 있는 용량성 커플링의 검출가능한 변화를 생성한다.

일부 용량성 구현들은 전기장을 생성하기 위해 용량성 센싱 엘리먼트들의 어레이들 또는 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 패턴들을 활용한다. 일부 용량성 구현들에서, 별개의 센싱 엘리먼트들은 더 큰 센서 전극들을 형성하기 위해 함께 오믹 쇼트될 수도 있다. 일부 용량성 구현들은 균일하게 저항성일 수도 있는 저항성 시트들을 활용한다.

일부 용량성 구현들은 센서 전극들과 입력 오브젝트 간의 용량성 커플링의 변화에 기초하여 "자기 용량 (self capacitance)" (또는 "절대 용량") 센싱 방법들을 활용한다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 근방의 입력 오브젝트는 센서 전극들 근방의 전기장을 바꾸며, 따라서 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 하나의 구현에서, 절대 용량 센싱 방법은 기준 전압 (예를 들어, 시스템 접지) 에 대하여 센서 전극들을 변조함으로써, 및 센서 전극들과 입력 오브젝트들 간의 용량성 커플링을 검출함으로써 동작한다.

일부 용량성 구현들은 센서 전극들 간의 용량성 커플링의 변화에 기초하여 "상호 용량" (또는 "트랜스 용량 (transcapacitance)") 센싱 방법들을 활용한다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 근방의 입력 오브젝트는 센서 전극들 간의 전기장을 바꾸며, 따라서 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 하나의 구현에서, 트랜스 용량성 센싱 방법은 하나 이상의 송신기 센서 전극들 (또한 "송신기 전극들" 또는 "송신기들") 과 하나 이상의 수신기 센서 전극들 (또한 "수신기 전극들" 또는 "수신기들") 간의 용량성 커플링을 검출함으로써 동작한다. 송신기 센서 전극들은 송신기 신호들을 송신하기 위해 기준 전압 (예를 들어, 시스템 접지) 에 대해 변조될 수도 있다. 수신기 센서 전극들은 결과의 신호들의 수신을 용이하게 하기 위해 기준 전압에 대해 실질적으로 일정하게 유지될 수도 있다. 결과의 신호는 하나 이상의 송신기 신호들에, 및/또는 하나 이상의 환경적 간섭의 소스들 (예를 들어, 다른 전자기 신호들) 에 대응하는 효과(들)를 포함할 수도 있다. 센서 전극들은 전용 송신기들 또는 수신기들일 수도 있고, 또는 송신 및 수신 양자를 행하도록 구성될 수도 있다.

또한, 입력 디바이스는 입력 디바이스의 입력 표면 상에 부여된 힘을 결정하기 위해 다양한 상이한 방법들로 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 입력 디바이스는 입력 표면에 근접하여 배치되고 입력 표면 상에 인가된 힘의 앱솔루트 (absolute) 또는 변화를 나타내는 전기 신호를 제공하도록 구성된 메커니즘들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 입력 표면의, 도체 (예를 들어, 입력 표면의 기저를 이루는 디스플레이 스크린) 에 대한 디펙션 (defection) 에 기초하여 힘 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 하나 또는 다중 축 둘레로 편향하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 실질적으로 균일한 또는 불균일한 방식으로 편향하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 힘 센서들은 용량의 변화 및/또는 저항의 변화에 기초할 수도 있다.

도 1 에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 의 부분으로서 도시된다. 그러나, 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템은 터치패드가 동작하는 호스트 전자 디바이스 내에 위치할 수도 있다. 프로세싱 시스템 (110) 은 센싱 영역 (120) 으로부터 다양한 입력들을 검출하기 위해 입력 디바이스 (100) 의 하드웨어를 동작시키도록 구성된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 집적 회로들 (IC들) 및/또는 다른 회로부 컴포넌트들의 부분들 또는 전부를 포함한다. 예를 들어, 상호 용량 센서 디바이스에 대한 프로세싱 시스템은 송신기 센서 전극들로 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 회로부 및/또는 수신기 센서 전극들로 신호들을 수신하도록 구성된 수신기 회로부를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한, 전자적으로 판독가능한 명령들, 이를 테면 펌웨어 코드, 소프트웨어 코드, 및/또는 등등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 을 구성하는 컴포넌트들은 함께, 이를 테면 입력 디바이스 (100) 의 센싱 엘리먼트(들) 근방에 위치한다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 의 컴포넌트들은 입력 디바이스 (100) 의 센싱 엘리먼트(들)에 가까운 하나 이상의 컴포넌트들, 및 다른 곳의 하나 이상의 컴포넌트들과 물리적으로 별개이다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 데스크톱 컴퓨터에 커플링된 주변장치일 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 데스크톱 컴퓨터의 중앙 프로세싱 유닛 및 그 중앙 프로세싱 유닛과는 별개인 하나 이상의 IC들 (아마도 연관된 펌웨어를 가짐) 상에서 실행하도록 구성된 소프트웨어를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 입력 디바이스 (100) 는 폰 내에 물리적으로 통합될 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 폰의 메인 프로세서의 부분인 회로들 및 펌웨어를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 를 구현하는 것에 전용된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한 다른 기능들, 이를 테면 디스플레이 스크린들을 동작시키는 것, 햅틱 액츄에이터들을 구동하는 것 등을 수행한다.

프로세싱 시스템 (110) 은 프로세싱 시스템 (110) 의 상이한 기능들을 핸들링하는 모듈들의 세트로서 구현될 수도 있다. 각각의 모듈은 프로세싱 시스템 (110) 의 부분인 회로부, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 모듈들의 상이한 조합들이 이용될 수도 있다. 예의 모듈들은 센서 전극들 및 디스플레이 스크린들과 같은 하드웨어를 동작시키기 위한 하드웨어 동작 모듈들, 센서 신호들 및 포지션 정보와 같은 데이터를 프로세싱하기 위한 데이터 프로세싱 모듈들, 및 정보를 보고하기 위한 보고 모듈들을 포함한다. 추가 예는 입력을 검출하기 위해 센싱 엘리먼트(들)를 동작시키도록 구성된 센서 동작 모듈들, 모드 변화 제스처들과 같은 제스처들을 식별하도록 구성된 식별 모듈들, 및 동작 모드들을 변화시키기 위한 모드 변화 모듈들을 포함한다.

일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 액션들을 야기함으로써 직접 센싱 영역 (120) 에서의 사용자 입력 (또는 사용자 입력의 부족) 에 응답한다. 예의 액션들은 동작 모드들을 변화시키는 것, 뿐만 아니라 커서 이동, 선택, 메뉴 내비게이션, 및 다른 기능들과 같은 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 액션들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 (또는 입력의 부족) 에 관한 정보를 전자 시스템의 일부 부분에 (예를 들어, 별개의 중앙 프로세싱 시스템이 존재한다면, 프로세싱 시스템 (110) 과 별개인 전자 시스템의 이러한 중앙 프로세싱 시스템에) 제공한다. 일부 실시형태들에서, 전자 시스템의 일부 부분은 사용자 입력에 대해 작용하기 위해, 이를 테면 모드 변화 액션들 및 GUI 액션들을 포함하는 전체 범위의 액션들을 용이하게 하기 위해, 프로세싱 시스템 (110) 으로부터 수신된 정보를 프로세싱한다. 액션들의 타입들은, 포인팅하는 것, 탭하는 것, 선택하는 것, 클릭하는 것, 더블 클릭하는 것, 패닝하는 것, 주밍하는 것, 및 스크롤하는 것을 포함할 수도 있지만 이들에 제한되지는 않는다. 가능한 액션들의 다른 예들은 액션, 이를 테면 클릭, 스크롤, 줌, 또는 팬 (pan) 의 개시 및/또는 레이트 또는 속도를 포함한다.

예를 들어, 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센싱 영역 (120) 에서의 입력 (또는 입력의 부족) 을 표시하는 전기 신호들을 생성하기 위해 입력 디바이스 (100) 의 센싱 엘리먼트(들)를 동작시킨다. 프로세싱 시스템 (110) 은 전자 시스템에 제공된 정보를 생성하는데 있어서 전기 신호들에 대해 임의의 적절한 양의 프로세싱을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들로부터 획득된 아날로그 전기 신호들을 디지털화할 수도 있다. 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 필터링 또는 다른 신호 컨디셔닝을 수행할 수도 있다. 또 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 베이스라인을 제하거나 다르게는 베이스라인의 소재를 확인 (account for) 할 수도 있어, 정보가 전기 신호들과 베이스라인 간의 차이를 반영한다. 또 다른 추가 예들로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 포지션 정보를 결정하고, 입력들을 커맨드들로서 인식하고, 핸드라이팅을 인식하며 등등을 할 수도 있다.

"포지션 정보" 는 본 명세서에 사용한 바와 같이, 절대 포지션, 상대 포지션, 속도, 가속도, 및 특히 센싱 영역에서의 입력 오브젝트의 존재에 관한 다른 타입들의 공간 정보를 광범위하게 포함한다. 예시적인 "0 차원" 포지션 정보는 근방/먼 또는 접촉/접촉 없음 정보를 포함한다. 예시적인 "1 차원" 포지션 정보는 축을 따르는 포지션들을 포함한다. 예시적인 "2 차원" 포지션 정보는 평면에서의 모션들을 포함한다. 예시적인 "3 차원" 포지션 정보는 공간에서의 순간 또는 평균 속도들을 포함한다. 추가 예들은 공간 정보의 다른 표현들을 포함한다. 예를 들어, 시간에 걸쳐 포지션, 모션, 또는 순간 속도를 추적하는 이력 데이터를 포함하는, 하나 이상의 타입들의 포지션 정보에 관한 이력 데이터가 또한 결정 및/또는 저장될 수도 있다.

마찬가지로, 용어 "힘 정보" 는 본 명세서에 사용한 바와 같이, 포맷에 상관없이 힘 정보를 광범위하게 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 힘 정보는 벡터 또는 스칼라 양으로서 각각의 입력 오브젝트에 대해 제공될 수 있다. 다른 예로서, 힘 정보는 결정된 힘이 임계량을 크로스했거나 크로스하지 않았다는 표시로서 제공될 수 있다. 다른 예들로서, 힘 정보는 또한 제스처 인식을 위해 이용된 시간 이력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이하 더 상세히 설명될 바와 같이, 프로세싱 시스템들로부터의 포지션 정보 및 힘 정보는, 선택, 커서 제어, 스크롤링, 및 다른 기능들을 위한 포인팅 디바이스로서의 근접 센서 디바이스의 이용을 포함하여, 전체 범위의 인터페이스 입력들을 용이하게 하는데 이용될 수도 있다.

마찬가지로, 용어 "입력 정보" 는 본 명세서에 사용한 바와 같이, 임의의 수의 입력 오브젝트들에 대해, 포맷에 상관없이 시간, 포지션 및 힘 정보를 광범위하게 포함하도록 의도된다. 일부 실시형태들에서, 입력 정보는 개개의 입력 오브젝트들에 대해 결정될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 입력 정보는 입력 디바이스와 상호작용하는 입력 오브젝트들의 수를 포함한다.

일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 또는 일부 다른 프로세싱 시스템에 의해 동작되는 추가적인 입력 컴포넌트들로 구현된다. 이들 추가적인 입력 컴포넌트들은 센싱 영역 (120) 에서의 입력을 위한 리던던트 기능성, 또는 일부 다른 기능성을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 버튼들 (미도시) 은 센싱 영역 (120) 근방에 배치되고 입력 디바이스 (102) 를 이용한 아이템들의 선택을 용이하게 하는데 이용될 수도 있다. 다른 타입들의 추가적인 입력 컴포넌트들은 슬라이더들, 볼들, 휠들, 스위치들 등을 포함한다. 반대로, 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 어떤 다른 입력 컴포넌트들도 없이 구현될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 전자 시스템 (100) 은 터치 스크린 인터페이스를 포함하며, 센싱 영역 (120) 은 디스플레이 스크린의 액티브 영역의 적어도 부분과 오버랩한다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 디스플레이 스크린과 오버랩하는 실질적으로 투명한 센서 전극들을 포함하고 연관된 전자 시스템에 대한 터치 스크린 인터페이스를 제공할 수도 있다. 디스플레이 스크린은 사용자에게 시각적 인터페이스를 디스플레이하는 것이 가능한 임의의 타입의 동적 디스플레이일 수도 있으며, 임의의 타입의 발광 다이오드 (LED), 유기 LED (OLED), 음극선관 (CRT), 액정 디스플레이 (LCD), 플라즈마, 전계발광 (electroluminescence; EL), 또는 다른 디스플레이 기술을 포함할 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 및 디스플레이 스크린은 물리적 엘리먼트들을 공유할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들은 디스플레이 및 센싱을 위해 동일한 전기 컴포넌트들의 일부를 활용할 수도 있다. 다른 예로서, 디스플레이 스크린은 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 동작될 수도 있다.

본 발명의 많은 실시형태들은 완전히 기능하는 장치의 맥락에서 설명되지만, 본 발명의 메커니즘들은 다양한 형태의 프로그램 제품 (예를 들어, 소프트웨어) 으로서 배포될 가능성이 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 메커니즘들은 전자 프로세서들에 의해 판독가능한 정보 베어링 매체들 (예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 판독가능한 비일시적 컴퓨터 판독가능 및/또는 기록가능/기입가능 정보 베어링 매체들) 상의 소프트웨어 프로그램으로서 구현 및 배포될 수도 있다. 추가적으로, 본 발명의 실시형태들은 배포를 수행하는데 이용되는 매체의 특정 타입에 상관없이 동등하게 적용한다. 비일시적, 전자적으로 판독가능한 매체들의 예들은, 다양한 디스크들, 메모리 스틱들, 메모리 카드들, 메모리 모듈들 등을 포함한다. 전자적으로 판독가능한 매체들은 플래시, 광, 자기, 홀로그래픽, 또는 임의의 다른 저장 기술에 기초할 수도 있다.

또한, 입력 디바이스는 입력 디바이스의 입력 표면 상에 부여된 힘을 결정하기 위해 다양한 상이한 방법들로 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 입력 디바이스는 입력 표면에 근접하여 배치되고 입력 표면 상에 인가된 힘의 앱솔루트 또는 변화를 나타내는 전기 신호를 제공하도록 구성된 메커니즘들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 입력 표면의, 도체 (예를 들어, 입력 표면의 기저를 이루는 디스플레이 스크린) 에 대한 디펙션에 기초하여 힘 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 하나 또는 다중 축 둘레로 편향하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 실질적으로 균일한 또는 불균일한 방식으로 편향하도록 구성될 수도 있다.

상기 설명한 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 전자 시스템의 일부 부분은 입력 정보를 결정하기 위해 및 사용자 입력에 대해 작용하기 위해, 이를 테면 전체 범위의 액션들을 용이하게 하기 위해 프로세싱 시스템으로부터 수신된 정보를 프로세싱한다. 일부 고유의 입력 정보는 동일하거나 상이한 액션을 초래할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 힘 값 (F), 위치 (X,Y) 및 접촉 시간 (T) 을 포함하는 입력 오브젝트에 대한 입력 정보는 제 1 액션을 초래할 수도 있다. 한편, 힘 값 (F'), 위치 (X',Y') 및 접촉 시간 (T') 을 포함하는 입력 오브젝트에 대한 입력 정보 (여기서 프라임 부호가 붙은 값들은 프라임 부호가 붙지 않은 값들과는 고유하게 상이하다) 가 또한 제 1 액션을 초래할 수도 있다. 더욱이, 힘 값 (F), 위치 (X',Y) 및 접촉 시간 (T') 을 포함하는 입력 오브젝트에 대한 입력 정보가 제 1 액션을 초래할 수도 있다. 이하의 예들은 힘, 포지션 등에 대한 특정 범위의 값들을 포함하는 입력 정보에 기초하여 수행될 수도 있는 액션들을 설명하지만, 상이한 입력 정보 (상기 설명한 바와 같음) 가 동일한 액션을 초래할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 더욱이, 동일한 타입의 사용자 입력은 입력 정보의 컴포넌트에 기초하여 상이한 기능성을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 상이한 값들의 F, X/Y 및 T 가 동일한 타입의 액션 (예를 들어, 패닝하는 것, 주밍하는 것 등) 을 초래할 수도 있으며, 그 타입의 액션은 상기 값들 또는 다른 값들에 기초하여 상이하게 행동할 수도 있다 (예를 들어, 더 빨리 주밍하는 것, 더 느리게 패닝하는 것 등등).

상기 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시형태들은 힘 및/또는 포지션 정보를 검출하기 위해 다양한 상이한 타입들 및 배열들의 용량성 센서 전극들로 구현될 수 있다. 몇몇 예들을 들면, 입력 디바이스는 다수의 기판 층들 상에 형성되는 전극 어레이들로, 통상은 제 1 층 상에 형성된 하나의 방향 (예를 들어, "X" 방향) 에서 센싱하기 위한 전극들로 구현될 수 있는 한편, 제 2 방향 (예를 들어, "Y" 방향) 에서 센싱하기 위한 전극들은 제 2 층 상에 형성된다. 다른 실시형태들에서, X 및 Y 양자의 센싱을 위한 센서 전극들은 동일한 층 상에 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, 센서 전극들은 단지 하나의 방향에서만, 예를 들어 X 또는 Y 방향 중 어느 하나의 방향에서 센싱하기 위해 배열될 수 있다. 여전히 다른 실시형태에서, 센서 전극들은 하나의 예로서

및

와 같은 극 좌표 (polar coordinate) 들에서의 포지션 정보를 제공하도록 배열될 수 있다. 이들 실시형태들에서, 센서 전극들 그들 자체는 보통,

을 제공하는데 이용된 개개의 센서 전극들의 형상들과 함께,

를 제공하기 위해 원 또는 다른 루프 형상으로 배열된다.

또한, 얇은 선들, 직사각형들, 다이아몬드들, 웨지 (wedge) 등으로서 형상화된 전극들을 포함하는 다양한 상이한 센서 전극 형상들이 이용될 수 있다. 마지막으로, 다양한 도전성 재료들 및 제작 기법들이 센서 전극들을 형성하는데 이용될 수 있다. 하나의 예로서, 센서 전극들은 기판 상의 도전성 잉크의 디포지션 및 에칭에 의해 형성된다.

일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 그 디바이스와 상호작용하는 사용자의 접촉 영역 (contact area) 및 위치를 검출하도록 구성된 센서 디바이스이고 센서 디바이스를 포함한다. 입력 센서 디바이스는 또한, 센서 디바이스의 입력 표면 (또는 센싱 영역) 에 대한 손 및 임의의 손가락의 포지션 및 이동과 같은 사용자에 관한 포지션 정보를 검출하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 간접 상호작용 디바이스로서 이용된다. 간접 상호작용 디바이스는 입력 디바이스와 별개인 디스플레이, 예를 들어 랩톱 컴퓨터의 터치패드 상의 GUI 액션들을 제어할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 입력 디바이스는 직접 상호작용 디바이스로서 동작할 수도 있다. 직접 상호작용 디바이스는 근접 센서의 기저를 이루는 디스플레이, 예를 들어 터치 스크린 상의 GUI 액션들을 제어한다. 입력 디바이스의 전체 동작을 혼란시키거나 또는 방지할 수도 있는 간접과 직접 간의 다양한 유용성 차이들이 더 많이 있다. 예를 들어, 간접 입력 디바이스는 입력 오브젝트를 근접 센서 위로 이동시킴으로써 커서를 버튼 위로 포지셔닝하는데 이용될 수도 있다. 입력의 모션이 디스플레이 상의 응답과 오버랩하지 않기 때문에 이것은 간접적으로 행해진다. 유사한 경우에, 직접 상호작용 디바이스는 입력 오브젝트를 직접 터치 스크린 상의 원하는 버튼 위로 또는 위에 배치함으로써 커서를 버튼 위로 포지셔닝하는데 이용될 수도 있다.

이제 도 1 및 도 2 를 참조하면, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 모듈 (202) 및 결정 모듈 (204) 을 포함한다. 센서 모듈 (202) 은 입력 디바이스 (100) 및 센싱 영역 (120) 과 연관된 센서들을 동작시키도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈 (202) 은 센서 신호들을 송신하고 센싱 영역 (120) 과 연관된 센서들로부터 결과의 신호들을 수신하도록 구성될 수도 있다. 결정 모듈 (204) 은 데이터 (예를 들어, 결과의 신호들) 를 프로세싱하고 센싱 영역 (120) 과 상호작용하는 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보 및 힘 정보를 결정하도록 구성된다. 본 발명의 실시형태들은 호스트 디바이스 상에서 다양한 상이한 능력들을 가능하게 하는데 이용될 수 있다. 구체적으로, 그것은 커서 포지셔닝, 스크롤링, 드래깅, 아이콘 선택, 데스크톱 상의 윈도우들의 클로징, 컴퓨터를 슬립 모드로 들어가게 하는 것을 가능하게 하거나, 임의의 다른 타입의 모드 스위치 또는 인터페이스 액션을 수행하는데 이용될 수 있다.

이제 도 3a 를 참조하면, 입력 디바이스 (300) 는 유연성 컴포넌트 (301), 압축성 층 (310), 센서 전극 층 (312), 및 지지 층 (316) 을 포함한다. 보다 특히, 유연성 컴포넌트 (301) 는 플라스틱, 유리, 또는 다른 적합한 재료를 포함하는 입력 표면 (302), 제 1 센서 전극 층 (304), 및 제 2 센서 전극 층 (308) 을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 제 1 센서 전극 층 (304) 은 센서 전극들의 제 1 어레이 (305) 를 포함하고, 제 2 센서 전극 층 (308) 은 센서 전극들의 제 2 어레이 (309) 를 포함하며, 센서 전극 층 (312) 은 센서 전극들의 제 3 어레이 (314) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 센서 전극 어레이들 (305 및 309) 은 입력 디바이스 (300) 의 센싱 영역에서의 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 센싱하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 어레이들 (305 및 309) 은 센싱 영역에서의 입력 오브젝트들을 결정하기 위해 "절대 용량" 및/또는 "트랜스 용량" 센싱을 수행하도록 구성될 수도 있다. 제 2 및 제 3 어레이들 (309 및 314) 은 입력 표면 (302) 을 접촉하는 입력 오브젝트들에 대한 힘 정보를 센싱하도록 구성된다. 제 2 및 제 3 어레이들 (309, 314) 은 표면 (302) 에 인가된 힘으로부터 발생하는 압축성 층 (310) 의 국부적인 압축을 검출하기 위해 "절대 용량" 및/또는 "트랜스 용량" 센싱을 수행하도록 구성될 수도 있다.

여전히 도 3a 를 참조하면, 유연성 컴포넌트 (301) 는 전체 어셈블리가 실질적으로 균일한 굽힘 강성을 특징으로 하도록 복합 구조, 예를 들어, 라미네이트 구조로서 모델링될 수도 있다.

압축성 층 (310) 은 예시된 실시형태에서, 그리드를 형성하는 로우들 (318) 및 컬럼들 (319) 의 어레이를 포함한다. 다른 실시형태들에서, 압축성 층 (310) 은 일련의 스페이서 도트들, 클로즈드 셀 또는 오픈 셀 폼 (cell foam) 구조, 삼각형 또는 다른 지오메트릭 구조의 매트릭스, 또는 압축성 층 (310) 의 2 차원 표면 및/또는 3 차원 볼륨을 가로질러 실질적으로 균일한 압축 강성을 보이는 임의의 다른 화학적 컴포지션 및/또는 기계적 구조로서 구현될 수도 있다. 이로써, 압축성 층은 일차 근사로 (to a first order of approximation) 실질적으로 균일한 압축 강성을 특징으로 할 수도 있다.

지지 층 (316) 은 부분적으로, 실질적으로, 또는 완전히 단단 (rigid) 할 수도 있지만, 임의의 경우에는 유연성 컴포넌트 (301) 의 상단면 상에 하향으로 인가된 힘을 저항하기 위한 뒤판 (back plane) 으로서 기능하기에 충분히 단단해야 한다. 지지 층은 입력 디바이스 (300) 가 하우징되는 전자 시스템의 부분일 수도 있다. 예를 들어, 지지 층 (316) 은 휴대용 전자 디바이스 (예를 들어, 랩톱, 셀 폰, 태블릿 등) 의 하우징일 수도 있다.

일부 실시형태들에서는, 하나 이상의 층들이 도 3a 에 도시된 스택업 (300) 으로부터 그 기능성을 손상시키지 않고 추가 또는 제거될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 도 3b 의 예시된 실시형태에서는, 센서 전극들의 제 1 어레이 (305) 및 센서 전극들의 제 2 어레이 (309) 가 단일 층 (344) 에 배치될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 유연성 컴포넌트 (301) 는 입력 표면 (302) 및 제 1 및 제 2 센서 전극 어레이들 (305 및 309) 을 포함하는 단일 층 (344) 을 포함한다. 다른 실시형태에서, 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이들은 입력 표면 (302) 상에 (예를 들어, 예상된 사용자 입력 및 접촉의 대향면 상에) 배치될 수도 있다; 이 예에서, 유연성 컴포넌트는 입력 표면 (302) 및 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이들 (305 및 309) 을 포함할 것이다.

여전히 도 3b 를 참조하면, 입력 디바이스는 또한 기판 (312) 상에 배치된 센서 전극들의 제 3 어레이 (314) 를 포함할 수도 있다. 입력 디바이스는 기판 (312) 상에 배치된 압축성 구조들 (329) 의 어레이의 형태로 압축성 층 (압축성 층 (310) 과 유사) 을 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 3 어레이의 각 개개의 전극 (314) 은 하나 이상의 개개의 압축성 구조들 (329) "사이에" 배치된다. 다른 실시형태들에서, 제 3 어레이의 각 개개의 전극 (314) 은 적어도 하나의 압축성 구조 (329) 와 오버랩하도록 구성될 수도 있다. 도 3b 에 예시된 실시형태에서, 센서 전극들의 제 3 어레이 (314) 는 센서 전극들의 제 1 어레이 (305) 와 실질적으로 평행한 방향으로 배열된다. 일부 실시형태들에서, 센서 전극들의 제 3 어레이 (314) 는 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이들 (305 및 309) 중 하나의 어레이의 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 배열된다. 더욱이, 도 3b 의 실시형태에서, 센서 전극들의 제 3 어레이 (314) 는 (입력 디바이스 (300) 의 위에서 봤을 때) 센서 전극들의 제 1 어레이 (305) 와 실질적으로 오버랩한다. 기판 (312) 은 또한, 유연성 컴포넌트 (301) 의 상단면 상에 하향으로 인가된 힘을 저항하기 위한 뒤판으로서 기능하도록 구성될 수도 있다 (도 3a 의 지지 층 (316) 의 기능과 유사함).

이제 도 3c 를 참조하면, 입력 디바이스 (300) 의 유연성 컴포넌트 (301) 의 다른 실시형태는 가요성 디스플레이 (306) 를 포함할 수도 있다. 입력 디바이스 (300) 가 디스플레이를 포함하는 일부 실시형태들에서, 포지션 정보를 센싱하기 위해 이용되는 동일한 센서 전극 어레이가 또한 디스플레이를 업데이트하기 위해 이용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센서 전극들의 어레이 (311) 는 디스플레이 (306) 의 보이지 않는 면 (non-viewing side) 상에 배치될 수도 있다. 센서 전극 어레이 (311) 는 입력 표면 (302) 을 접촉하는 입력 오브젝트들에 대한 힘 정보를 센싱하도록 구성된다. 구체적으로, 어레이의 적어도 하나의 전극 (309) 은, 입력 표면 (302) 상에 부여된 힘에 응답하여, 기판 (312) 상에 배치된 센서 전극 어레이 (314) 를 향하여 편향하도록 구성된다.

이제 도 3d 를 참조하면, 압축성 층 (310) 의 다른 실시형태가 도시된다. 압축성 층 (310) 은 유연성 컴포넌트 (301) 와 센서 전극들의 제 3 어레이 (312) 사이에 형성된 압축성 구조들 (329) 의 매트릭스로서 예시된다. 예시는 축적으로 그려지지 않지만, 도 3d 는 그럼에도 불구하고 도 3a 내지 도 3c 에 도시된 것보다 더 미세한 피치 (pitch) 의 압축성 구조들 (329) 을 도시하도록 의도된다. 더욱이, 압축성 구조들 (329) 은 센서 전극들의 제 3 어레이 (314) 를 포함하는 센서 기판 (312) 상에 배치된다. 또한 도 3d 에서 알 수 있는 바와 같이, 센서 전극들 (314) 은 (도 3b 및 도 3c 에 도시한 바와 같이) 압축성 구조들 (329) 사이에 스페이싱되지 않는다.

도 4 는 도 3 의 스택업 (300) 의 일부의 개략적 단면도이다. 보다 특히, 도 4 는 유연성 컴포넌트 (404), 압축성 층 (408), 및 지지 층 (410) 을 포함하는 스택 (400) 을 도시한다. 유연성 컴포넌트 (404) 는 도 3a 내지 도 3c 의 유연성 컴포넌트 (301) 와 일반적으로 유사하고, 실질적으로 균일한 굽힘 강성을 특징으로 한다. 압축성 층 (408) 은 도 3a 내지 도 3c 의 압축성 층 (310) 과 일반적으로 유사한다. 이로써, 입력 오브젝트에 의해 인가된 힘 (402) 은 유연성 컴포넌트 (404) 의 굽힘 강성 및 압축성 층 (408) 의 압축 강성 및 물리적 배열의 함수로서 (화살표 (406) 에 의해 표현되는) 국부적인 편향 영역 (localized deflection region) 을 생성한다. 하나의 실시형태에서, 그 함수는 유연성 컴포넌트 (404) 의 굽힘 강성 대 압축 층 (408) 의 압축 강성의 비율에 비례한다.

스택 (400) 은 센서 전극들의 제 1 어레이 (미도시), 센서 전극들의 제 2 어레이 (412), 및 센서 전극들의 제 3 어레이 (414) 를 더 포함한다. 하나의 실시형태에서, 센서 전극들의 제 2 어레이 (412) 는 센싱 신호로 구동되고, 결과의 신호가 2 개의 어레이들에서의 대응하는 센싱 전극들 간의 가변 용량 (variable capacitance) 에 기초하여, 입력 표면에 부여된 힘을 결정하기 위해 센서 전극들의 제 3 어레이 (414) 상에서 수신된다. 하나의 실시형태에서, 센서 전극들의 제 2 어레이 (412) 는 프로세싱 시스템에 의해 구동된 송신기 전극들이고, 센서 전극들의 제 3 어레이 (414) 는 신호들이 인가된 힘에 관하여 프로세싱 시스템에 의해 수신되는 힘 수신기 전극들이다. 다른 실시형태에서, 제 3 어레이 (414) 는 송신기 전극들로서 구동될 수도 있고 제 2 어레이 (412) 는 힘 수신기 전극들로서 기능할 수도 있다.

계속 도 4 를 참조하면, 인가된 힘 (402) 은 유연성 컴포넌트 (404) 를 국부적으로 변형 및 편향되게 하여, 국부적인 변형 영역 (406) 에서의 센싱 전극들의 제 2 어레이 (412) 와 센싱 전극들의 제 3 어레이 (414) 간의 거리 (411) 를 감소시킨다. 구체적으로, 인가된 힘 (402) 은, 유연성 컴포넌트 (404) 의 굽힘 강성 대 압축성 층 (408) 의 압축 강성의 비율 및 압축성 층 (408) 에 또한 존재할 수도 있는 임의의 압축성 구조들의 물리적 배열의 함수로서 국부적 굽힘 구역 (406) 의 부근에서, 유연성 컴포넌트 (404) 를 구부러지게 하고, 압축성 층 (408) 을 압축하게 한다. 공지된 모델링 및 시뮬레이션 기법들을 이용하여 전술한 컴포넌트들의 다양한 기계적 속성들 및 치수들을 적절히 구성함으로써, 인가된 "포인트" 힘은 제 3 센서 전극 어레이 (414) 의 단일 또는 다수의 센서 전극들을 커버하는 영역에서 유연성 컴포넌트 (408) 를 편향시킬 수도 있다. 실시형태에서, 인가된 힘 (402) 은 도 4 및 도 5 의 단면도들에서 예시한 바와 같이 대략 3 개의 힘 수신기 전극들 (414) 에 걸쳐 국부적인 굽힘을 초래할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인가된 힘은 임의의 수의 원하는 힘 수신기 전극들에 걸쳐 퍼져 있을 수도 있으며, 이는 프로세싱 시스템이 인가된 힘의 좌표 포지션을 정확하게 결정하기 위한 힘 정보를 보간하는 것 (interpolating) 을 허용한다. 이것은 입력 오브젝트가 비도전성 스타일러스, 펜 등일 때, 뿐만 아니라 또한 입력 표면에 인가된 다중 힘들의 정확한 검출을 가능하게 하는데에도 특히 유용하다.

계속 도 4 를 참조하면, 그리고 또한 이제 도 5 를 참조하면, 도 5 는 센싱 전극들의 제 2 어레이 (512), 센싱 전극들의 제 3 어레이 (514) 를 포함하는 고정된 지지 층, 및 그들 사이에 배치되고 스프링들 (508) 의 연속체로서 모델링된 압축성 층을 포함하는 유연성 컴포넌트 (504) 를 포함하는 스택 (500) 의 개략적 투시도이다. 하나의 실시형태에서, 압축성 층은, 각각의 국부적인 영역이 훅의 법칙 (Hooke's law) : F = -k·X (여기서 F 는 인가된 힘 또는 부하이고, k 는 압축성 층의 재료 및 기계적 속성들에 의해 결정된 스프링 상수이며, X 는 인가된 힘으로부터 발생한 편향 거리이다) 을 따르도록, 일차 근사로, 균일한 압축성 볼륨을 포함한다. 이와 관련하여, 용어들 "변형 (deformation)" 및 "굽힘 (bending)" 은 인가된 힘에 응답하는 유연성 컴포넌트 (404, 504) 의 형상의 변화를 지칭하는 반면, 용어들 "편향 (deflection)" 및 "트랜슬레이션 (translation)" 은 인가된 힘에 응답하는 전극들 (412) 의 포지션의 (예를 들어, 거리 (411) 를 따르는) 변화를 지칭한다.

도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 입력 디바이스 (600) 의, 각각, 상면도 및 단면도이다. 디바이스 (600) 는 유연성 컴포넌트 (601), 압축성 층 (610) 및 지지 층 (612) 을 포함한다. 유연성 컴포넌트는 입력 표면 (602), 복수의 센서 전극들을 갖는 제 1 층 (605), 및 복수의 센서 전극들을 갖는 제 2 층 (609) 을 포함한다. 제 1 및 제 2 센서 전극 층들 (605 및 609) 은 입력 디바이스의 센싱 영역에서 입력 오브젝트들을 센싱하도록 구성된다. 예를 들어, 하나의 실시형태에서, 제 2 복수의 센서 전극들 (609) 은 센싱 신호를 송신하도록 구성되고 제 1 복수의 센서 전극들 (605) 은 결과의 신호를 수신하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 센서 전극 어레이들 (605 및 609) 은 센서 기판 (604) 의 대향면들 상에 배치되는 것으로 도시되지만, 다양한 다른 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 센서 전극 어레이들 (605 및 609) 은 센서 기판 (604) 또는 입력 표면 (602) 중 어느 하나의 면 상에 단일 층 또는 다중 층들로 배치될 수도 있다.

센서 전극들의 제 3 어레이 (614) 는 지지 층 (612) 상에 배치되며, 센서 전극들의 제 3 어레이는 센서 전극들의 제 1 어레이 (605) 와 실질적으로 오버랩한다. 제 2 및 제 3 복수의 센서 전극들 (609 및 614) 은 입력 디바이스 (600) 의 입력 표면 (602) 에 인가된 힘에 응답하여 지지 층 (612) (및 센서 전극들 (614)) 을 향한 유연성 컴포넌트 (601) (및 센서 전극들 (609)) 의 편향을 센싱하도록 구성된다.

제 2 복수의 (609) 및 제 3 복수의 (614) 의 센서 전극들은 서로 용량성 커플링되어, 2 개의 어레이들 간의 교차점들/오버랩의 영역에서 복수의 각각의 가변 용량들을 형성한다. 하나의 예시적인 가변 용량은 도 6a 에 도시되며 힘 픽셀 (또는 "fixel") (630) 로 지칭된다. 본 명세서에 사용한 바와 같이, 용어 "힘 픽셀" 은 제 2 센서 전극 어레이 (609) 의 센서 전극과 제 3 센서 전극 어레이 (614) 의 대응하는 센서 전극 간의 오버랩의 영역을 지칭한다. 용어 "힘 픽셀" 은 또한, 센서 전극들의 제 2 어레이 (609) 및 센서 전극들의 제 3 어레이 (614) 의 개개의 센서 전극들 간의 국부적인 용량의 영역을 지칭할 수도 있다. 도 5 및 도 6 을 참조하여 상기 논의한 바와 같이, 입력 표면 (602) 에 인가된 힘은 유연성 컴포넌트 (601) 를 국부적으로 변형 및 편향되게 하여, 국부적인 변형 영역에서의 센싱 전극들의 제 2 어레이 (609) 의 하나 이상의 전극들과 센싱 전극들의 제 3 어레이 (614) 의 하나 이상의 전극들 간의 거리를 감소시킨다.

공지된 모델링 및 시뮬레이션 기법들을 이용하여 유연성 컴포넌트 (601) 및 압축성 층 (610) 의 다양한 기계적 속성들 및 치수들을 적절히 구성함으로써, 유연성 컴포넌트 (601) 를 편향시키는 인가된 힘은 센서 전극들의 2 및 제 3 어레이들 간에 형성된 가변 용량들의 어레이의 적어도 하나의 가변 용량 (힘 픽셀) 의 변화를 초래한다. 가변 용량(들)의 변화의 측정치는 편향에 대응하는 국부적인 영역에서의 입력 표면에 인가된 힘의 크기를 결정하는데 이용될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 인가된 힘은 복수의 가변 용량들에 기초하여 결정될 수도 있으며, 이는 프로세싱 시스템이 복수의 인접한 힘 픽셀들 간의 힘 정보를 보간하는 것을 허용한다.

도 6a 및 도 6b 의 실시형태에 예시한 바와 같이, 압축성 층은 개개의 압축성 구조들 (629) 의 어레이를 형성할 수도 있다. 압축성 구조들의 어레이가 지지 기판 (612) 상에 배치되는 것으로 도시되지만, 다른 실시형태들에서는, 압축성 구조들은 후에 지지 기판 (612) 또는 센서 기판 (604) 중 어느 하나에 물리적으로 커플링되는 별개의 기판 상에 배치될 수도 있다. 또한, 다양한 실시형태들에서, 압축성 층은 (도 3a 에 도시한 바와 같은) 압축성 구조들의 그리드, 또는 다른 적합한 형상들을 포함할 수도 있다. 압축성 층은 입력 표면 (602) 에 인가된 힘에 응답하여 유연성 컴포넌트 (601) 의, 제 3 층의 센서 전극들 (614) 을 향한 국부적 편향을 용이하게 하도록 구성된다. "힘 픽셀" 의 측정치는 적어도 하나의 위치에서 입력 표면 상에 부여된 국부적인 힘의 양 (크기) 을 결정하는데 이용된다.

이제 도 7a 내지 도 7c 로 돌아가면, 도 6 의 입력 디바이스 (600) 의 단순화된 측면도가 도시된다. 유연성 컴포넌트 (601) 는 입력 디바이스 (600) 의 센싱 영역에서 입력 오브젝트들을 검출하도록 구성된 용량성 센서 전극들의 각각의 제 1 및 제 2 어레이들 (명료함을 위해 미도시) 을 포함한다. 여전히 도 7a 내지 도 7c 에는 압축성 구조들 (629) 및 센서 전극들의 제 3 어레이 (614) 가 도시되어 있다. 상기 논의한 바와 같이, 입력 표면 (602) 에 인가된 힘은 인가된 힘의 부근에서, 유연성 컴포넌트 (601) 를 구부러지게 하고, 압축성 층 (610) 을 압축하게 한다. 굽힘 및 압축은 유연성 컴포넌트 (601) 의 굽힘 강성 대 압축성 층 (610) 의 압축 강성의 비율, 뿐만 아니라 압축성 층 (610) 에 존재할 수도 있는 임의의 압축성 구조들 층 (629) 의 물리적 배열의 함수이고 및/또는 이들에 기초한다.

예를 들어, 도 7a 에서 가장 잘 알려진 바와 같이, 포인트 힘들 (F1 및 F2) 이 입력 표면 (602) 에 인가되어, 유연성 컴포넌트 (601) 의, 센서 전극들의 제 3 어레이 (614) 를 향한 편향을 야기한다. 포인트 힘 (F1) 은 압축성 구조들 (629) 사이에 인가되는 것으로 예시되고; 포인트 힘 (F2) 은 압축성 구조들 (629) 중 하나의 바로 위에 인가되는 것으로 도시된다. 도 7b 및 도 7c 는 또한 입력 디바이스의 상단면 상을 내리 누르는 것으로 도시된, 예시적인 입력 오브젝트 (730) (예를 들어, 손가락 끝 (finger tip)) 를 포함한다.

입력 표면에 인가된 힘에 응답한 유연성 컴포넌트 (601) 의 결과의 편향은 압축성 구조들 (629) 의 압축 및 압축성 구조들 (629) 간의 공간의 압축으로서 설명될 수 있다. 예를 들어, 유연성 컴포넌트의, 압축성 구조들 (629) 간의 공간으로의 국부적 편향은 입력 표면 (602) 에 인가된 국부적 압력 (예를 들어, 도 7a 의 F1) 및 구조들 (629) 의 3 차원 배열에 비례한다. 더욱이, 국부적 편향은 유연성 컴포넌트 (601) 의 굽힘 강성에 반비례한다. 예를 들어, 하나의 실시형태에서, 유연성 컴포넌트 (601) 는 300㎛ 의 두께, 4GPa 의 영률 및 0.38 의 프와송비 (Poisson ratio) 를 갖는다. 압축성 층 (610) 은 5mm 피치의 균일한 정사각형 어레이에 배치된 복수의 압축성 구조들 (629) 을 포함하며, 여기서 압축성 구조들 각각은 500MPa 의 영률을 보인다 (예를 들어, 우레탄 재료).

0 내지 50MPa 의 범위의 입력 오브젝트로부터의 입력 표면에 대한 인가된 압력에 응답하여, 유연성 컴포넌트는 압축성 구조들 간에 대략 0 내지 수십 미크론 범위에서 편향할 것이며 0 내지 수백 나노미터의 범위에서 압축성 구조들을 압축할 것이다. 센서 전극들의 제 3 어레이 (614) 와 유연성 컴포넌트 (610) 에 배치된 적어도 하나의 센서 전극 (미도시) 간의 가변 용량의 측정치는 편향의 양을 결정하는데 이용된다. 유연성 컴포넌트의 편향은 가변 용량의 변화에 의해 측정한 바와 같이, 입력 표면 (602) 에 입력 오브젝트에 의해 인가된 국부적 힘을 표시한다. 복수의 이러한 국부적 힘 측정치들은 입력 표면 상에 입력 오브젝트에 의해 인가된 총 힘을 결정하는데 이용될 수도 있다. 도 7b 에서 알려진 바와 같이, 입력 오브젝트 (730) (즉, 손가락) 는 입력 표면 (602) 에 힘을 인가하여, 센서 전극들 (614) 을 이용하여 측정될 수도 있는 유연성 컴포넌트 (601) 의 복수의 국부적 편향들을 야기한다.

다양한 실시형태들에서, 유연성 컴포넌트는 대략 수십 미크론 내지 수백 미크론의 두께 및 대략 .1MPa 내지 70Gpa 의 영률을 포함한다. 유연성 컴포넌트는 유리, 플라스틱류, 금속류, 폴리머류 및 접착제류와 같은 다양한 재료층들의 조합을 포함할 수도 있다. 압축성 층은 대략 수 미크론 내지 수백 미크론의 두께 및 대략 0.1MPa 내지 1Gpa 의 영률을 포함한다. 압축성 층은 사이에 액체 또는 기체가 배치되어 있을 수도 있는 상기 논의된 압축성 구조들의 어레이들과 같이, 실질적으로 균일 (예를 들어, 폼 (foam), 겔 (gel), 액체 또는 고체) 또는 실질적으로 불균일할 수도 있는 재료들의 조합을 포함할 수도 있다.

도 8 은 도 3a 내지 도 3c 의 압축성 층들 (310) 및/또는 도 6 의 압축성 층 (610) 에 일반적으로 대응하는 예시적인 압축성 층 (800) 의 투시도이다. 예시된 실시형태에서, 압축성 층 (800) 은 기판 (804) 의 상위면 상에 형성되고 피치 또는 주기 (P) 를 갖는 규칙적인 어레이 또는 매트릭스 압축성 구조들 (802) 을 포함한다. 다른 실시형태들에서, 압축성 층 (800) 은, 대체로, 인가된 힘의 위치를 둘러싸는 국부적인 영역에 걸쳐 인가된 힘을 확산시키기 위한 실질적으로 균일한 압축성 매체를 산출하는, 균일한 볼륨의 임의의 적합한 압축성 재료 또는 불규칙하거나 랜덤의 일련의 형태들 또는 구조들을 포함할 수도 있다.

도 9 는 도 3a 내지 도 3d 의 힘 센서 전극 층 (312) 에 일반적으로 대응하는 전극 층 (900) 의 투시도이다. 예시된 실시형태에서, 전극 층 (900) 은 피치 또는 주기 (P) 를 갖는 개구 (aperture) 들 (902) 및 전극 기판 (904) 상에 형성된 센서 전극들의 규칙적인 어레이 (906) 를 포함한다. 실시형태에서, 센서 전극들 (906) 은 프로세싱 시스템에 대한 연결을 위해 테일 (tail) (910) 에서 함께 합쳐지는 각각의 커넥터들 (908) 에서 어레이의 한쪽을 따라 종단 (terminate) 된다. 다른 실시형태들에서, 전극들은 임의의 원하는 형상, 배열, 또는 구성을 포함할 수도 있다.

도 10 은 도 9 의 전극 층 (900) 과 합쳐진 도 8 의 압축성 층 (800) 을 포함하는 어셈블리 또는 스택 (1000) 의 투시도이다. 전극 층 (900) 의 개구들 (902) 은, 구조들 (802) 이 개구들 (902) 을 통하여 상향 연장되도록 (주기 (P) 를 또한 갖는) 각각의 좌표 포지션 (1002) 에서 기판 층 (800) 의 압축성 구조들 (802) 과 정렬하도록 구성될 수도 있다; 즉, 전극 층 기판 (904) 은 기판 (804) 의 상위면과 구조들 (802) 에 의해 형성된 압축성 층 사이에 개재된다. 예시된 실시형태에서, 전극 기판 층 (904) 및 압축성 층 기판 층 (804) 은 라미네이트 구조 (1004) 를 형성하기 위해 오버레이된다. 다른 실시형태들에서, 전극들 및 압축성 층 구조들 또는 재료는 단일 기판 층의 동일면들 또는 대향면들 상에 형성될 수도 있다.

도 11 은 본 발명에 따른 예시적인 입력 디바이스의 단면도이다. 입력 디바이스 (1100) 는 유연성 컴포넌트 (1101), 압축성 스페이싱 층 (1110), 및 지지 층 (1112) 을 포함한다. 유연성 컴포넌트 (1101) 는 입력 오브젝트들에 의해 터치되도록 구성된 입력 표면 (1102) 및 입력 오브젝트들을 검출하도록 구성된 복수의 센서 전극들을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 유연성 컴포넌트는 센서 기판 (1104) 상에 배치된 용량성 센서 전극들의 적어도 하나의 층을 포함한다. 용량성 센서 전극들은 센싱 신호를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 송신기 센서 전극 (1109) 및 결과의 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 수신기 센서 전극 (1105) 을 포함할 수도 있으며, 결과의 신호는 입력 디바이스의 센싱 영역에서 존재하는 임의의 입력 오브젝트들의 효과들을 포함한다.

도 11 에 도시된 실시형태에서, 유연성 컴포넌트 (1101) 는 입력 표면 (1102) 및 용량성 센서 기판 (1104) 을 물리적으로 커플링하도록 구성된 접착제층 (1131) 을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 용량성 센서 전극들 (이를 테면 센서 전극들 (1105 및 1109)) 은 입력 표면 (1102) 의 바닥면 쪽에 바로 배치될 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 일부 실시형태들에서, 유연성 컴포넌트 (1101) 는 다중 센서 기판들 (센서 기판 (1104) 의 것과 유사) 을 포함할 수도 있다.

도 11 을 계속 참조하면, 유연성 컴포넌트는 압축성 스페이싱 층 (1110) 위에 배치된다. 압축성 스페이싱 층 (1110) 은 유연성 컴포넌트 (1101) 에 배치된 용량성 센서 전극들과 용량성 센서 전극들의 추가적인 어레이 (1114) 사이에 간격 (spacing) 을 제공하도록 구성된다. 압축성 스페이싱 층 (1110) 은 스택 (1000) 과 유사하며, 여기서 압축성 스페이싱 층 (1110) 은 (유연성 컴포넌트를 향하는) 상단면 상에 형성된 복수의 상승된 구조들 (1122) 을 포함한다. 예시된 실시형태에서, 복수의 상승된 구조들 (1122) 은 피치 또는 주기 (P) 를 갖는다. 용량성 센서 전극 (1114) 은 복수의 상승된 구조들 (1122) 사이에 개재된다. 용량성 센서 전극들의 어레이 (1114) 는 도 9 의 층 (900) 과 유사한 층에 배치될 수도 있다.

용량성 센서 전극들의 층은 상승된 구조들 (1122) 의 주기에 매칭하도록 구성된 개구들 (또는 다른 셀프 얼라이닝 피처들) 을 갖는 기판을 포함할 수도 있다. 용량성 센서 전극들 (1114) 은 센서 전극들 (1105 및 1109) 중 적어도 하나의 센서 전극을 커플링하도록 구성된다. 구체적으로, 용량성 센서 전극들 (1114) 은 전극 (1109) 에 의해 이전에 송신된 신호를 포함하는 결과의 신호를 수신하도록 구성될 수도 있다. 이 결과의 신호는 유연성 컴포넌트 (1101) (센서 전극들 (1105 및 1109) 을 포함) 의, 센서 전극들 (1114) 을 향한 변위의 함수이다. 센서 전극들 (1114) 의 결과의 신호들의 측정치는 입력 표면 (1102) 에 힘을 인가하는 입력 오브젝트들에 대한 힘 정보를 결정하는데 이용될 수도 있다.

도 12 는 다양한 실시형태들에 따른 도 1 내지 도 11 에 도시된 디바이스들과 연관된 타입의 전자 시스템들을 동작시키는 방법 (1200) 의 플로우 차트이다. 방법 (1200) 은 하나 이상의 송신기 센싱 전극들 상으로 송신기 신호를 구동 (태스크 1202) 시키는 단계, 및 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이들을 동작시켜 제 1 결과의 신호를 수신 (태스크 1204) 하는 단계를 포함한다.

방법 (1200) 은 센서 전극들의 제 2 및 제 3 어레이들을 동작시켜 제 2 결과의 신호를 수신 (태스크 1206) 하는 단계, 및 센싱 영역에서의 입력 오브젝트에 대한 포지션 정보 (태스크 1208) 및 힘 정보 (태스크 1210) 를 결정하는 단계를 더 수반한다.

마지막으로, 방법 (1200) 은 힘 정보를 보간하거나 다르게는 프로세싱하여, 그 중에서도, 유연성 컴포넌트의 굽힘 강성 및 압축성 층의 압축 강성의 비율에 기초하여 인가된 힘의 위치를 정확하게 결정 (태스크 1212) 하는 단계를 고려한다.

따라서 센싱 영역에서 입력 오브젝트들을 센싱하도록 구성되는 용량성 입력 디바이스가 제공된다. 용량성 입력 디바이스는 입력 표면을 갖는 유연성 컴포넌트, 센서 전극들의 제 1 어레이, 및 센서 전극들의 제 2 어레이를 포함하며, 유연성 컴포넌트는 굽힘 강성을 특징으로 한다. 용량성 입력 디바이스는 센서 전극들의 제 3 어레이 및 센서 전극들의 제 3 어레이와 유연성 컴포넌트 사이에 배치된 스페이싱 층을 더 포함하며, 스페이싱 층은 압축 강성을 특징으로 한다. 유연성 컴포넌트는 입력 표면에 인가된 힘에 응답하여 변형하고 센서 전극들의 제 2 어레이를 센서 전극들의 제 3 어레이를 향하여 편향하도록 구성되며, 입력 표면의 변형 및 센서 전극들의 제 2 어레이의 편향은 유연성 컴포넌트의 굽힘 강성 대 스페이싱 층의 압축 강성의 비율과 같이, 유연성 컴포넌트의 굽힘 강성 및 스페이싱 층의 압축 강성의 함수이고 및/또는 이들에 기초한다.

실시형태에서, 입력 표면에 인가된 힘은 센서 전극들의 제 2 어레이의 서브세트를 제 3 어레이를 향하여 편향시킨다.

다른 실시형태에서, 유연성 컴포넌트는 센서 전극들의 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극이 센서 전극들의 제 3 어레이를 향하여 편향하고 센서 전극들의 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극이 센서 전극들의 제 1 어레이에 대해 실질적으로 정지된 상태가 되도록 입력 표면에 인가된 힘에 응답하여 변형하도록 구성된다.

실시형태에서, 스페이싱 층은 : 클로즈드 셀 포러스 재료; 오픈 셀 포러스 재료; 접착제; 균일하거나 상이한 사이즈들 및 강성률 (rigidity) 의 피라미드-형상 구조들, 돔 형상 구조들, 콘 형상 구조, 및 실린더 또는 모래시계 형상 구조들; 그리드 구조; 단단한 재료; 및 압축성 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 더욱이, 제 1, 제 2 및 제 3 어레이들은 복수의 전극들을 포함할 수도 있으며, 제 1 어레이들의 전극들은 제 3 어레이의 전극들과 실질적으로 수직이다. 또한, 스페이싱 층은 실질적으로 균일한 스프링 상수를 갖는 압축성 구조들의 어레이를 포함할 수도 있다. 스페이싱 층 내의 압축성 구조들의 어레이는, 센서 전극들의 제 3 어레이가 기판과 스페이싱 층 사이에 배치된 채, 기판 상에 형성될 수 있다.

입력 디바이스는 또한, 센서 전극들의 제 1, 제 2 및 제 3 어레이들에 통신적으로 커플링된 프로세싱 시스템을 포함할 수도 있다. 프로세싱 시스템은 : 센서 전극들의 제 1 어레이; 센서 전극들의 제 2 어레이; 및 센싱 영역에서의 입력 오브젝트 중 적어도 2 개 간의 제 1 용량성 커플링을 측정하도록 구성될 수도 있다. 프로세싱 시스템은 또한, 센서 전극들의 제 3 어레이와 센서 전극들의 제 2 어레이 간의 제 2 용량성 커플링을 측정하고; 제 1 및 제 2 용량성 커플링 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 센싱 영역에서의 입력 오브젝트에 대한 포지션 정보를 결정하며; 제 2 용량성 커플링의 변화에 기초하여 입력 표면과 상호작용하는 입력 오브젝트에 대한 힘 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다.

실시형태에서, 프로세싱 시스템은 또한, 제 1 및 제 2 용량성 커플링에 기초하여 도전성 입력 오브젝트들을 비도전성 입력 오브젝트들과 구별하도록 구성된다.

굽힘 강성을 특징으로 하고 입력 표면, 센서 전극들의 제 1 어레이, 및 센서 전극들의 제 2 어레이를 포함하는 유연성 컴포넌트; 센서 전극들의 제 3 어레이; 압축 강성을 특징으로 하고 유연성 컴포넌트와 센서 전극들의 제 3 어레이 사이에 배치된 스페이싱 층으로서, 유연성 컴포넌트는 입력 표면에 대한 인가된 힘에 응답하여 제 3 어레이를 향하여 편향하도록 구성되며, 그 편향은 유연성 컴포넌트의 굽힘 강성 및 스페이싱 층의 압축 강성의 함수인, 상기 스페이싱 층; 및 제 1, 제 2, 및 제 3 어레이들에 통신적으로 커플링된 프로세싱 시스템을 포함하는 전자 시스템이 제공된다. 프로세싱 시스템은 : 제 2 어레이의 센서 전극 상으로 송신기 신호를 구동하고; 제 1 어레이의 센서 전극으로부터 제 1 결과의 신호를 수신하는 것으로서, 제 1 결과의 신호는 제 2 어레이의 센서 전극과 제 1 어레이의 센서 전극 간의 용량성 커플링의 효과들을 포함하는, 상기 제 1 결과의 신호를 수신하고; 제 3 어레이의 센서 전극으로부터 제 2 결과의 신호를 수신하는 것으로서, 제 2 결과의 신호는 제 3 어레이의 센서 전극과 제 2 어레이의 센서 전극 간의 용량성 커플링의 효과들을 포함하는, 상기 제 2 결과의 신호를 수신하며; 제 1 및 제 2 결과의 신호들에 기초하여 입력 표면과 상호작용하는 입력 오브젝트에 대한 포지션 및 힘 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다.

입력 표면 및 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이를 포함하고, 스페이싱 층의 상부에 배치되는 유연성 컴포넌트, 및 센서 전극들의 제 3 어레이의 상부에 배치된 스페이싱 층을 포함하는 용량성 입력 디바이스에 대한 프로세싱 시스템이 제공된다. 프로세싱 시스템은 센서 전극들의 제 1, 제 2, 및 제 3 어레이에 통신적으로 커플링되고 : 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이를 동작시켜 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이 간의 가변 용량을 형성하고; 센서 전극들의 제 2 및 제 3 어레이를 동작시켜 센서 전극들의 제 2 및 제 3 어레이 간의 가변 용량을 형성하고; 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이 간의 가변 용량의 변화에 기초하여 입력 표면과 접촉하고 있는 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하며; 센서 전극들의 제 2 및 제 3 어레이 간의 가변 용량의 변화에 기초하여 입력 표면과 접촉하고 있는 입력 오브젝트들에 대한 포지션 및 힘 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다.

실시형태에서, 프로세싱 시스템은 또한, 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이 중 적어도 하나의 절대 용량에 기초하여 센싱 영역에서의 및 입력 표면과 접촉하고 있지 않은 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하도록 구성된다. 프로세싱 시스템은 또한, 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극 상으로 제 1 송신기 신호를 구동함으로써, 및 제 1 어레이의 적어도 하나의 센서 전극으로부터 제 1 타입의 결과의 신호를 수신함으로써, 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이 간의 가변 용량을 형성하도록 구성될 수도 있으며, 제 1 타입의 결과의 신호는 입력 표면과 접촉하고 있는 입력 오브젝트로 인한 효과들 및 제 1 송신기 신호에 대응하며; 프로세싱은 제 3 어레이의 적어도 하나의 센서 전극으로부터 제 2 타입의 결과의 신호를 수신함으로써 센서 전극들의 제 2 및 제 3 어레이 간의 가변 용량을 형성하도록 구성되며, 제 2 결과의 신호는 입력 표면과 접촉하고 있는 입력 오브젝트로 인한 입력 표면의 편향으로부터의 효과 및 제 1 송신기 신호에 대응한다.

더욱이, 센서 전극들의 제 1 및 제 2 어레이는 센싱 영역에서의 입력 오브젝트들로부터 센서 전극들의 제 3 어레이를 전기적으로 차폐하도록 구성될 수도 있고; 센서 전극들의 제 2 어레이는 센서 전극들의 제 1 및 제 3 어레이를 서로 차폐하도록 구성될 수도 있다.

실시형태에서, 센서 전극들의 제 1 어레이로부터의 적어도 하나의 센서 전극에 의해 수신된 제 1 타입의 결과의 신호 및 센서 전극들의 제 3 어레이의 적어도 하나의 센서 전극에 의해 수신된 제 2 타입의 결과의 신호는, 제 2 송신기 신호가 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극 상으로 구동되기 전에 수신된다.

프로세싱 시스템은 또한, 제 1 타입 및 제 2 타입의 결과의 신호들에 기초하여 용량성 상호작용 이미지를 결정하도록 구성될 수도 있으며, 용량성 상호작용 이미지는 센싱 영역들에서의 입력 오브젝트들의 효과들 및 입력 오브젝트로 인한 입력 표면의 편향을 포함한다.

프로세싱 시스템은 또한, 결정된 포지션 및 힘 정보에 기초하여 용량성 입력 디바이스의 센싱 영역에서의 입력 오브젝트의 타입을 결정하도록 구성될 수도 있다.

본 명세서에 기재된 실시형태들 및 예들은 본 발명 및 그 특정 애플리케이션을 최상으로 설명하기 위해 제시되며 이로써 당업자가 본 발명을 제조 및 이용하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 당업자는 전술한 설명 및 예들이 단지 예시 및 예의 목적으로만 제시되었다는 것을 인정할 것이다. 기재한 바와 같은 설명은 개시된 정확한 형태로 본 발명을 완전하게 하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 다른 실시형태들, 이용들, 및 이점들은 개시된 발명의 명세서 및 프랙틱스로부터 당업자에게 명백할 것이다.

Claims

센싱 영역에서 입력 오브젝트들을 센싱하도록 구성된 용량성 입력 디바이스로서,
입력 표면, 센서 전극들의 제 1 어레이, 및 센서 전극들의 제 2 어레이를 포함하는 유연성 (pliable) 컴포넌트로서, 상기 유연성 컴포넌트는 굽힘 강성 (bending stiffness) 을 특징으로 하는, 상기 유연성 컴포넌트;
센서 전극들의 제 3 어레이; 및
상기 센서 전극들의 제 3 어레이와 상기 유연성 컴포넌트 사이에 배치된 스페이싱 층으로서, 상기 스페이싱 층은 압축 강성 (compressive stiffness) 을 특징으로 하는, 상기 스페이싱 층을 포함하며;
상기 유연성 컴포넌트는 상기 입력 표면에 인가된 힘에 응답하여 변형하고 상기 센서 전극들의 제 2 어레이를 상기 센서 전극들의 제 3 어레이를 향하여 편향하도록 구성되며;
상기 입력 표면의 상기 변형 및 상기 센서 전극들의 제 2 어레이의 상기 편향은 상기 유연성 컴포넌트의 상기 굽힘 강성 및 상기 스페이싱 층의 상기 압축 강성에 기초하는, 용량성 입력 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 입력 표면의 상기 변형 및 상기 센서 전극들의 제 2 어레이의 상기 편향은 상기 유연성 컴포넌트의 상기 굽힘 강성 대 상기 스페이싱 층의 상기 압축 강성의 비율에 기초하는, 용량성 입력 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 입력 표면에 인가된 상기 힘은 상기 센서 전극들의 제 2 어레이의 서브세트를 상기 제 3 어레이를 향하여 편향시키는, 용량성 입력 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 유연성 컴포넌트는, 상기 센서 전극들의 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극이 상기 센서 전극들의 제 3 어레이를 향하여 편향하고 상기 센서 전극들의 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극이 상기 센서 전극들의 제 3 어레이에 대해 실질적으로 정지된 상태가 되도록 상기 입력 표면에 인가된 힘에 응답하여 변형하도록 구성되는, 용량성 입력 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 스페이싱 층은 : 클로즈드 셀 포러스 재료; 오픈 셀 포러스 재료; 접착제; 피라미드-형상 구조들; 및 그리드 구조 중 적어도 하나를 포함하는, 용량성 입력 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 어레이, 상기 제 2 어레이 및 상기 제 3 어레이 각각은 복수의 전극들을 포함하며, 상기 제 1 어레이의 상기 전극들은 상기 제 3 어레이의 상기 전극들과 실질적으로 평행한, 용량성 입력 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 스페이싱 층은 실질적으로 균일한 스프링 상수를 갖는 압축성 구조들의 어레이를 포함하는, 용량성 입력 디바이스.
제 7 항에 있어서,
상기 스페이싱 층 내의 상기 압축성 구조들의 어레이는 기판 상에 형성되며, 상기 센서 전극들의 제 3 어레이는 상기 기판과 상기 스페이싱 층 사이에 배치되는, 용량성 입력 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 센서 전극들의 제 1 어레이, 제 2 어레이 및 제 3 어레이에 통신적으로 커플링된 프로세싱 시스템을 더 포함하며, 상기 프로세싱 시스템은 :
상기 센서 전극들의 제 1 어레이; 상기 센서 전극들의 제 2 어레이; 및 상기 센싱 영역에서의 입력 오브젝트 중 적어도 2 개 간의 제 1 용량성 커플링을 측정하고;
상기 센서 전극들의 제 3 어레이와 상기 센서 전극들의 제 2 어레이 간의 제 2 용량성 커플링을 측정하고;
상기 제 1 용량성 커플링 및 상기 제 2 용량성 커플링 중 적어도 하나의 용량성 커플링의 변화에 기초하여 상기 센싱 영역에서의 상기 입력 오브젝트에 대한 포지션 정보를 결정하며;
상기 제 2 용량성 커플링의 변화에 기초하여 상기 입력 표면과 상호작용하는 입력 오브젝트에 대한 힘 정보를 결정하도록 구성되는, 용량성 입력 디바이스.
제 9 항에 있어서,
상기 프로세싱 시스템은 또한, 상기 제 1 용량성 커플링 및 상기 제 2 용량성 커플링에 기초하여 도전성 입력 오브젝트들을 비도전성 입력 오브젝트들과 구별하도록 구성되는, 용량성 입력 디바이스.
전자 시스템으로서,
굽힘 강성 (bending stiffness) 을 특징으로 하고, 입력 표면, 센서 전극들의 제 1 어레이, 및 센서 전극들의 제 2 어레이를 포함하는 유연성 (pliable) 컴포넌트;
센서 전극들의 제 3 어레이;
압축 강성 (compressive stiffness) 을 특징으로 하고 상기 유연성 컴포넌트와 상기 센서 전극들의 제 3 어레이 사이에 배치된 스페이싱 층으로서, 상기 유연성 컴포넌트는 상기 입력 표면에 대한 인가된 힘에 응답하여 상기 제 3 어레이를 향하여 편향하도록 구성되며, 상기 편향은 상기 유연성 컴포넌트의 상기 굽힘 강성 및 상기 스페이싱 층의 상기 압축 강성의 함수인, 상기 스페이싱 층; 및
상기 제 1 어레이, 제 2 어레이, 및 제 3 어레이에 통신적으로 커플링된 프로세싱 시스템을 포함하며,
상기 프로세싱 시스템은 :
상기 제 2 어레이의 센서 전극 상으로 송신기 신호를 구동하고;
상기 제 1 어레이의 센서 전극으로부터 제 1 결과의 신호를 수신하는 것으로서, 상기 제 1 결과의 신호는 상기 제 2 어레이의 상기 센서 전극과 상기 제 1 어레이의 상기 센서 전극 간의 용량성 커플링의 효과들을 포함하는, 상기 제 1 결과의 신호를 수신하고;
상기 제 3 어레이의 센서 전극으로부터 제 2 결과의 신호를 수신하는 것으로서, 상기 제 2 결과의 신호는 상기 제 3 어레이의 상기 센서 전극과 상기 제 2 어레이의 상기 센서 전극 간의 용량성 커플링의 효과들을 포함하는, 상기 제 2 결과의 신호를 수신하며;
상기 제 1 결과의 신호 및 상기 제 2 결과의 신호에 기초하여 상기 입력 표면과 상호작용하는 입력 오브젝트에 대한 포지션 및 힘 정보를 결정하도록 구성되는, 전자 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 스페이싱 층은 : 클로즈드 셀 포러스 재료; 오픈 셀 포러스 재료; 접착제; 피라미드-형상 구조들; 및 그리드 구조 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 스페이싱 층은 실질적으로 균일한 스프링 상수를 갖는 압축성 구조들의 어레이를 포함하는, 전자 시스템.
용량성 입력 디바이스에 대한 프로세싱 시스템으로서,
상기 용량성 입력 디바이스는, 입력 표면 및 센서 전극들의 제 1 어레이 및 제 2 어레이를 포함하고, 스페이싱 층의 상부에 배치된 유연성 (pliable) 컴포넌트, 및 센서 전극들의 제 3 어레이의 상부에 배치된 상기 스페이싱 층을 포함하며; 상기 프로세싱 시스템은 상기 센서 전극들의 제 1 어레이, 제 2 어레이, 및 제 3 어레이에 통신적으로 커플링되고 :
상기 센서 전극들의 제 1 어레이 및 제 2 어레이를 동작시켜 상기 센서 전극들의 제 1 어레이 및 제 2 어레이 간의 가변 용량을 형성하고;
상기 센서 전극들의 제 2 어레이 및 제 3 어레이를 동작시켜 상기 센서 전극들의 제 2 어레이 및 제 3 어레이 간의 가변 용량을 형성하고;
상기 센서 전극들의 제 1 어레이 및 제 2 어레이 간의 상기 가변 용량의 변화에 기초하여 상기 입력 표면과 접촉하고 있는 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하며;
상기 센서 전극들의 제 2 어레이 및 제 3 어레이 간의 가변 용량의 변화에 기초하여 상기 입력 표면과 접촉하고 있는 입력 오브젝트들에 대한 포지션 및 힘 정보를 결정하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
제 14 항에 있어서,
또한, 상기 센서 전극들의 제 1 어레이 및 제 2 어레이 중 적어도 하나의 어레이의 절대 용량에 기초하여 센싱 영역에서의 및 상기 입력 표면과 접촉하고 있지 않은 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 프로세싱 시스템은 :
상기 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극 상으로 제 1 송신기 신호를 구동함으로써, 및
상기 제 1 어레이의 적어도 하나의 센서 전극으로부터 제 1 타입의 결과의 신호를 수신하는 것으로서, 상기 제 1 결과의 신호는 상기 입력 표면과 접촉하고 있는 상기 입력 오브젝트로 인한 효과들 및 상기 제 1 송신기 신호에 대응하는, 상기 제 1 타입의 결과의 신호를 수신함으로써,
상기 센서 전극들의 제 1 어레이 및 제 2 어레이 간의 가변 용량을 형성하도록 구성되며,
상기 프로세싱은 :
상기 제 3 어레이의 적어도 하나의 센서 전극으로부터 제 2 타입의 결과의 신호를 수신하는 것으로서, 상기 제 2 결과의 신호는 상기 입력 표면과 접촉하고 있는 상기 입력 오브젝트로 인한 상기 입력 표면의 편향으로부터의 효과 및 상기 제 1 송신기 신호에 대응하는, 상기 제 2 타입의 결과의 신호를 수신함으로써,
상기 센서 전극들의 제 2 어레이 및 제 3 어레이 간의 가변 용량을 형성하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 센서 전극들의 제 1 어레이 또는 제 2 어레이는 센싱 영역에서의 입력 오브젝트들로부터 상기 센서 전극들의 제 3 어레이를 전기적으로 차폐하도록 구성되며;
상기 센서 전극들의 제 2 어레이는 상기 센서 전극들의 제 1 어레이 및 제 3 어레이를 서로 차폐하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 센서 전극들의 제 1 어레이로부터의 적어도 하나의 센서 전극에 의해 수신된 제 1 타입의 결과의 신호 및 상기 센서 전극들의 제 3 어레이의 적어도 하나의 센서 전극에 의해 수신된 제 2 타입의 결과의 신호는, 제 2 송신기 신호가 상기 제 2 어레이의 적어도 하나의 센서 전극 상으로 구동되기 전에 수신되는, 프로세싱 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 프로세싱 시스템은 또한, 제 1 타입의 결과의 신호 및 제 2 타입의 결과의 신호에 기초하여 용량성 상호작용 이미지를 결정하도록 구성되며, 상기 용량성 상호작용 이미지는 센싱 영역들에서의 입력 오브젝트들의 효과들 및 입력 오브젝트로 인한 상기 입력 표면의 편향을 포함하는, 프로세싱 시스템.
제 14 항에 있어서,
또한, 결정된 상기 포지션 및 힘 정보에 기초하여 상기 용량성 입력 디바이스의 센싱 영역에서의 입력 오브젝트의 타입을 결정하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.