KR20190138753A - 압력 감지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

터치 패널(10)로부터 신호들을 처리하는 장치(22)가 설명된다. 터치 패널(10)은 복수의 감지 전극(14, 20)과 적어도 하나의 공통 전극(15) 사이에 배치된 압전 재료층(16)을 포함한다. 상기 장치(22)는 복수의 감지 전극(14, 20)에 연결하기 위한 제1회로(23)를 포함한다. 상기 제1회로(23)는 복수의 제1압력 신호(29)를 생성하도록 구성된다. 상기 제1압력 신호(29) 각각은 하나 이상의 감지 전극(14, 20)에 대응하고, 상기 대응하는 하나 이상의 감지 전극(14, 20)에 근접하여 터치 패널(10)에 작용하는 압력을 나타낸다. 상기 장치(22)는 적어도 하나의 공통 전극(15)에 연결하기 위한 제2회로(24)를 더 포함한다. 상기 제2회로(24)는 터치 패널(10)에 인가된 전체 압력을 나타내는 제2압력 신호(30)를 생성하도록 구성된다. 상기 장치(22)는 제2압력 신호(30) 및 복수의 제1압력 신호(29)에 대한 가중된 합에 기초하여 외부 간섭 신호(32)를 결정하도록 구성된 제어기(25)를 더 포함한다. 제어기(25)는 외부 간섭 신호(32)를 사전-보정된 임계 값(Vthresh)과 비교하도록 더 구성된다. 제어기는 상기 외부 간섭 신호(32)가 상기 사전-보정된 임계 값(Vthresh) 이상에 응답하여, 제1 및 제2압력 신호(29, 30)가 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링에 의해 영향을 받는다는 것을 나타내는 간섭 플래그(Intflag)를 출력하도록 더 구성된다.

Description

압력 감지 장치 및 방법{Pressure sensing apparatus and method}
본 발명은 압력 감지 터치 패널로부터 신호들을 처리하는 장치 및 방법들, 및 상기 장치 및 방법을 사용하는 터치 패널 시스템들에 관한 것이다.
저항성 및 정전 용량성 터치 패널들은 컴퓨터들 및 모바일 장치들의 입력 장치들로 사용된다. 정전 용량성 터치 패널의 한 유형인, 투사형 캐패시턴스 터치 패널들이 종종 모바일 장치들에 사용된다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 예가 US 2010/0079384 A1에 설명되어 있다.
투사형 캐패시턴스 터치 패널들은 전도성 물체의 근접으로 인한 전기장의 변화를 감지하여 작동한다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널이 터치되는 위치는 대개 정전 용량성 센서들의 어레이 또는 그리드를 사용하여 결정된다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널들은 보통 싱글 터치 이벤트와 멀티 터치 이벤트를 구별할 수 있지만, 압력을 감지 할 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 투사형 캐패시턴스 터치 패널들은 상대적으로 가벼운 탭과 상대적으로 무거운 압력을 구분할 수 없는 경향이 있다. 압력을 감지 할 수 있는 터치 패널은 사용자 상호 작용(들)에 대한 추가 정보를 상기 터치 패널과 함께 제공함으로써 사용자가 새로운 방식으로 장치와 상호 작용할 수 있게 해준다.
WO 2016/102975 A2는 단일 신호가 증폭된 후 압력 성분 및 캐패시턴스 성분으로 분리되는 결합된 정전 용량성 및 압력 감지를 위한 장치 및 방법들을 설명한다. WO 2017/109455 A1은 단일 신호가 정전 용량성 신호 및 증폭된 압력 신호로 분리되는 결합된 정전 용량성 및 압력 감지 방식의 장치 및 방법들을 설명한다.
본 발명의 제1양태에 따르면, 터치 패널로부터 신호들을 처리하는 장치가 제공된다. 상기 터치 패널은 복수의 감지 전극과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함한다. 상기 장치는 상기 복수의 감지 전극에 연결하기 위한 제1회로를 포함한다. 상기 제1회로는 복수의 제1압력 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 제1압력 신호 각각은 하나 이상의 감지 전극에 대응하고 상기 대응하는 하나 이상의 감지 전극에 근접하여 터치 패널에 작용하는 압력을 나타낸다. 상기 장치는 적어도 하나의 공통 전극에 연결하기 위한 제2회로를 더 포함한다. 상기 제2회로는 터치 패널에 인가된 전체 압력을 나타내는 제2압력 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 장치는 제2압력 신호 및 복수의 제1압력 신호에 대한 가중된 합에 기초하여 외부 간섭 신호를 결정하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 상기 제어기는 외부 간섭 신호를 사전-보정된 임계 값과 비교하도록 더 구성된다. 상기 제어기는 상기 외부 간섭 신호가 사전-보정된 임계 값 이상인 것에 응답하여, 제1 및 제2압력 신호가 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링에 의해 영향을 받는다는 것을 나타내는 간섭 플래그를 출력하도록 더 구성된다.
상기 감지 전극 각각은 단일 제1압력 신호에 기여할 수 있다.
상기 제어기는 압력이 상기 터치 패널에 인가된 위치를 결정하도록 더 구성될 수 있다. 상기 간섭 플래그가 출력하는 것에 응답하여, 상기 제어기는 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하도록 구성된 신호 후 처리 방법을 사용하여 제1 및/또는 제2압력 신호를 처리하도록 구성될 수 있다.
상기 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하도록 구성된 신호 후 처리 방법을 사용하여 상기 제1 및/또는 제2압력 신호를 처리하는 것은 상기 위치에 근접한 하나 이상의 감지 전극들을 식별하고, 상기 전체 압력을 결정하기 위해 상기 식별된 감지 전극들을 계산으로부터 배제하는 것이다.
상기 제어기는 배제되지 않은 감지 전극들에 기초하여 하나 이상의 배제된 감지 전극들에 근접한 터치 패널 상에 작용하는 하나 이상의 압력을 추정하도록 더 구성될 수 있다.
상기 제1회로는 감지 전극 각각에 대해 감지 전극의 캐패시턴스를 나타내는 캐패시턴스 신호들을 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 캐패시턴스 신호들에 기초하여 압력이 터치 패널에 인가되는 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제1압력 신호들 및 상기 캐패시턴스 신호들을 생성하는 것은 상기 감지 전극들로부터 수신된 단일 신호를 분리하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1압력 신호 각각은 단일 감지 전극에 대응할 수 있다.
터치 패널 시스템은 상기 장치 및 복수의 감지 전극들과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하는 터치 패널을 포함할 수 있다.
전자 장치는 터치 패널 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2양태에 따르면, 터치 패널로부터 신호를 처리하는 방법이 제공된다. 상기 터치 패널은 복수의 감지 전극들과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함한다. 상기 방법은 복수의 제1압력 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 제1압력 신호 각각은 하나 이상의 감지 전극으로부터 수신된 신호에 기초한다. 상기 제1압력 신호 각각은 대응하는 하나 이상의 감지 전극에 근접하여 터치 패널 상에 작용하는 압력을 나타낸다. 상기 방법은 적어도 하나의 공통 전극으로부터 수신된 신호에 기초하여 터치 패널에 인가되는 전체 압력을 나타내는 제2압력 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 제2압력 신호 및 복수의 제1압력 신호에 대한 가중된 합에 기초하여 외부 간섭 신호를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 외부 간섭 신호를 사전-보정된 임계 값과 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 외부 간섭 신호가 사전-보정된 임계 값보다 크거나 같음에 응답하여, 제1 및 제2압력 신호가 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 받는다는 것을 나타내는 간섭 플래그를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 외부 간섭 신호가 사전-보정된 임계 값보다 크거나 같음에 응답하여, 제1 및 제2압력 신호가 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 받는다는 것을 나타내는 간섭 플래그를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하도록 구성된 신호 후 처리 방법을 사용하여 상기 제1 및/또는 제2압력 신호를 처리하는 단계는 상기 위치에 근접한 하나 이상의 감지 전극들을 식별하고, 상기 전체 압력을 결정하기 위해 상기 식별된 감지 전극들을 계산으로부터 배제하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 나머지 배제되지 않은 감지 전극에 기초하여 하나 이상의 배제된 감지 전극에 근접한 터치 패널 상에 작용하는 하나 이상의 압력을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 감지 전극 각각으로부터 수신된 신호에 기초하여 감지 전극의 캐패시턴스를 나타내는 캐패시턴스 신호들을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 캐패시턴스 신호들에 기초하여 압력이 터치 패널에 인가되는 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1압력 신호들 및 상기 캐패시턴스 신호들을 생성하는 단계는 감지 전극으로부터 수신된 단일 신호를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1압력 신호 각각은 단일 감지 전극에 대응할 수 있다.
본 발명의 특정 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 압전 센서의 등가 회로도.
도 2는 제1측정 회로의 회로도.
도 3은 제2측정 회로의 회로도.
도 4는 제3측정 회로의 회로도.
도 5는 제4측정 회로의 회로도.
도 6은 제5측정 회로의 회로도.
도 7은 압전 압력 측정을 위한 제1터치 패널의 단면도.
도 8은 압전 압력 측정을 위한 제1장치의 도면.
도 9 및 도 10은 압전 압력 측정을 구하는 방법의 도면.
도 11은 외부 소스로부터의 간섭이 존재하는 경우 실제 및 이상화된 압력 신호 사이의 잠재적 불일치를 도시한 도면.
도 12는 외부 소스로부터 간섭을 감소 또는 제거하기 위해 측정된 압력 신호를 후 처리하는 예의 도면.
도 13은 감지 전극 및 공통 전극 상의 외부 유도 전하에 대응하는 수신 신호의 도면.
도 14는 감지 전극 및 공통 전극 상의 압전 유도 전하에 대응하는 수신 신호의 도면.
도 15는 압전 압력 측정을 위한 제2장치의 도면.
도 16a 내지 도 16c는 구동 신호에 동기화 되는 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 중첩된 정전 용량성 신호 및 압전 압력 신호를 분리하는 도면.
도 17은 압전 압력 측정을 위한 전하 증폭기의 예시적인 구성의 도면.
도 18은 압전 압력 측정을 위한 제2터치 패널의 평면도.
도 19는 압전 압력 측정을 위한 제3터치 패널의 평면도.
도 20은 압전 압력 측정을 위한 제3장치의 도면.
이하의 설명에서, 동일한 구성에는 동일한 참조 번호가 부여된다.
어떤 경우에는 다양한 원치 않는 신호들이 사용자의 손가락 또는 도전성 스타일러스를 통해 압전 압력 감지 터치 패널 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지 터치 패널의 감지 전극에 연결될 수 있다. 이러한 신호들은 원하는 압전 압력 신호와 함께 증폭될 수 있고, 압전 압력 신호와 유사하거나 더 큰 진폭일 수 있다. 예를 들어, 압전 압력 감지 터치 패널 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지 터치 패널 센서 상에 배치된 사용자의 손가락은 주요한 간섭을 감지 전극에 커플링 시킬 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 사용자는 압전 압력 감지 터치 패널 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 감지 터치 패널의 감지 전극에 커플링 될 수 있는 정전기로 대전될 수 있다. 원하지 않는 신호의 영향을 감소 또는 제거하기 위한 신호 후 처리 방법을 사용할 수 있다. 그러나 실제 신호를 제거하거나 감소시키지 않으려면 불필요한 신호의 발생을 감지할 수 있어야 한다. 본 명세서에서는 그러한 간섭의 존재 및/또는 정도를 간단하고 확실하게 검출하는 방법을 기술한다.
압전 센서들은 낮은 주파수에서 일반적으로 높은 출력 임피던스를 갖는 2개의 전극 장치로, 압전 센서가 외부 전기장의 간섭을 감지하는 데 취약해질 수 있다. 기계적 변형으로 인해 압전 센서의 2개의 전극에 생성된 원하는 신호는 반대 극성이다. 이와 반대로, 외부 전계와의 커플링으로 인한 간섭은 양 전극에서 동일한 극성이 될 것이다. 본 명세서는 압전 재료층의 반대면에 배치된 전극들로부터의 신호들을 결합하여 외부 전계에 대한 커플링으로부터 간섭이 보다 신뢰성 있게 검출될 수 있도록 하는 방법 및 장치를 기술한다. 외부 전계에 대한 커플링으로부터의 간섭의 존재의 신뢰성 있는 검출은 그러한 간섭을 감소시키거나 제거하려는 신호 후 처리 방법의 정확한 적용을 가능하게 할 수 있다.
Piezoelectric sensing
도 1을 참조하면, 압전 센서(1)의 등가 회로가 도시되어 있다.
압전 센서(1)는 캐패시턴스(Cpiezo)와 직렬로 연결된 전압 소스(Vpiezo)로서 모델링 될 수 있다. 상기 캐패시턴스(Cpiezo)는 그들 사이에 압전 재료로 배치되는 제1 및 제2전극들 사이의 캐패시턴스를 나타낸다. 상기 전압 소스(Vpiezo)는 압전 센서(1)에 힘이 가해질 때 캐패시턴스(Cpiezo)를 가로질러 생성되는 개방 회로 전압을 나타낸다.
또한 도 2를 참조하면, 측정 회로(2)의 제1실시 예가 도시되어 있다.
제1측정 회로(2)는 압전 센서(1)에 연결된 입력단과, 피드백 네트워크를 갖는 단일 종단 증폭기(A1)를 포함하고, 상기 피드백 네트워크는 증폭기(A1)의 출력 및 반전 입력에 병렬로 연결된 저항(Rfb) 및 캐패시턴스(Cfb) 형태로 피드백된다. 실제로, 제1측정 회로(2)는 수동 소자들, 피드백 네트워크를 리셋하는 스위치들 기타 구성 등을 더 포함할 수 있다. 상기 제1측정 회로(2)는 사용되는 특정 구성에 따라, 전압, 전류, 전하 또는 이들의 조합을 측정할 수 있다.
또한 도 3을 참조하면, 측정 회로(3)의 제2실시 예가 도시되어 있다.
제2측정 회로(3)는 압전 센서(1)의 전극에 연결되는 것이 아니라, 단일 종단 증폭기(A1)의 비 반전 입력이 접지되는 점을 제외하고 전술한 제1측정 회로(2)와 동일하다. 이러한 방식으로, 제2측정 회로(3)는 접지 전위에 있는 반전 입력으로 흐르는 전류(I1)를 측정한다. 상기 제2측정 회로의 이러한 구성은 기생 캐패시턴스의 영향을 감소시키거나 제거할 수 있다. 이상적인 상황에서, 위에서 측정된 전류(I1)는 유도된 압전 전류 신호(Ipiezo)와 실질적으로 동일하다. 즉, I1　
Figure pat00001
　Ipiezo . 전형적으로, 상기 제2측정 회로(3)는 압전 센서(1)에 걸쳐 유도된 전하(Qpiezo)에 대응하는 전하 신호를 출력(Vout1)에 제공하기 위해 전류 신호(I1)를 적분하도록 구성된다. 즉, 출력(Vout1)은 압전 전하(Qpiezo)와 기능적으로 관련이 있고, 이는 다시 압전 센서(1)에 인가된 힘과 기능적으로 관련되어 있다.
또한 도 4를 참조하면, 측정 회로(4)의 제3실시 예가 도시되어 있다.
제3측정 회로(4)는 외부 전자기 간섭 소스(Vint)에 대한 정전 용량성 결합을 나타내는 등가 회로(5)를 포함하는 점을 제외하면, 전술한 제2측정 회로(3)와 동일하다.
단일 종단 증폭기(A1)의 잠재적인 문제점은 외부 전기장들이 압전 압력 신호로 해석될 수 있는 전하를 상기 증폭기 입력단에 유도할 수 있다는 것이다. 이러한 문제점은 압전 압력 감지를 위한 터치 스크린 또는 정전 용량성 터치 및 압전 압력 감지를 결합하기 위한 터치 스크린의 압전력 센서에서 발생할 수 있다. 상기 측정될 힘을 가하는 사용자의 손가락 또는 전도성 스타일러스는 통상적으로 하나 이상의 얇은 유리 및/또는 플라스틱 층에 의해 압전력 센서를 형성하는 전극으로부터 분리된다. 사용자의 손가락 또는 전도성 스타일러스는 압전력 센서를 형성하는 전극과 다른 전위에 있을 수 있다. 이러한 전위차는, 가령 주 전원에 의해 유도된 픽업(pick-up)과 같은 다른 전기 소스들에 대한 정전 충전 또는 커플링으로 인해 발생할 수 있다.
상기 제3측정 회로(4)에서, 전자기 간섭 소스(Vint)는 한 쌍의 캐패시턴스(Cint1 및 Cint2)를 통해 압전 센서(1)의 양 전극에 결합한다. 결과적으로, 상기 측정된 신호(I1)는 소정의 압전 압력 신호(Ipiezo)와 원하지 않는 전자기 간섭 신호(Iint1)의 중첩, 즉 I1 = Ipiezo + Iint1이다. 상기 측정된 신호(I1)에 간섭 신호 성분(Iint1)을 포함시키는 것은 인가 된 힘의 결정에서 오류를 초래할 수 있다. 예를 들어, 인가된 힘의 잘못된 검출 및/또는 인가된 힘의 측정 가능한 최대 증분이 증가되는 결과를 초래한다. 신호 후 처리 방법이 원하지 않는 간섭 신호(Iint1)의 영향을 줄이거나 제거하려는 시도에 적용될 수 있지만, 이러한 후 처리는 바람직하게는 측정된 신호(I1)가 확실히 알려질 때만 적용되어야 하며, 원하지 않는 간섭 신호(Iint1)의 영향을 받는다. 그렇지 않으면 실제 신호(Ipiezo)를 줄이거나 제거 할 위험이 있다.
차동 측정
압전 센서(1)를 형성하는 한 쌍의 제1 및 제2전극 사이의 압전 재료의 분극( P )에 응답하여 유도된 전류 흐름은 상기 제1 및 제2전극 각각에서 반대의 의미를 갖는다. 이와 반대로, 외부 소스(Vint)에 의해 유도된 간섭 신호는 압전 센서(1)를 형성하는 제1 및 제2전극에 대해 동일한 부호를 가질 것이다. 외부 전기장들에 커플링으로 인한 간섭의 영향을 완화시키기 위한 한 가지 방법은 차동 측정을 수행하는 것이다.
또한 도 5를 참조하면, 측정 회로(6)의 제4실시 예가 도시되어 있다.
제4측정 회로(6)에서, 제1단일 종단 증폭기(A1)는 제1측정 전류(I1)를 수신하기 위해 압전 센서(1)의 제1전극(7)에 연결된 하나의 입력을 가지며, 제1증폭기(A1)의 다른 입력은 접지된다. 마찬가지로, 제2단일 종단 증폭기(A2)는 제2측정 전류(I2)를 수신하기 위해 압전 센서(1)의 제2전극(8)에 연결된 하나의 입력을 가지며, 제2증폭기(A2)의 다른 입력은 접지된다. 제3단일 종단 증폭기(A3)는 제1증폭기(A1)의 출력(Vout1)에 연결된 하나의 입력 및 제2증폭기(A2)의 출력(Vout2)에 연결된 다른 입력을 갖는다. 각 증폭기(A1, A2, A3)는 저항-정전 용량성 피드백 네트워크(Rfb1-Cfb1, Rfb2-Cfb2, Rfb3-Cfb3)를 갖는다.
상기 간섭 소스(Vint)는 제1캐패시턴스(Vint)에 의해 제1전극(7)에 그리고 제2캐패시턴스(Cint2)에 의해 제2전극(8)에 정전 용량성으로 연결된다. 전술한 바와 같이, 제1 및 제2전극(7, 8) 사이의 압전 재료의 분극(P)에 응답하여 유도된 전류 흐름(Ipiezo)은 단자(7, 8) 각각에서 반대의 의미를 가지지만, 간섭 소스(Vint)에 의해 유도된 간섭 신호(Iint1, Iint2)는 동일한 부호를 가질 것이다. 따라서, 상기 제1 및 제2측정 전류는 다음과 같이 근사화될 수 있다:
Figure pat00002
Figure pat00003
(1)
상기 제3증폭기(A3)는 차이를 얻기 위해 사용되고, Iint1
Figure pat00004
Iint2일 때, 제3증폭기(A3)의 출력(Vout)은 다음과 관련될 것이다:
Figure pat00005
(2)
이러한 방식으로, 압전 센서(1)의 양 전극(7, 8)으로부터 흐르는 전류를 측정함으로써, 간섭 소스(Vint)의 영향이 감소되거나 제거되는 압전 전류(Ipiezo)의 측정치를 결정할 수 있다.
또는, 예를 들어, 상기 출력들(Vout1, Vout2) 중 하나를 반전시킴으로써 제1 및 제2증폭기들(A1, A2)의 출력들이 합산된다면, 제3증폭기(A3)의 출력(Vout)은 다음과 관련될 것이다:
Figure pat00006
(3)
이러한 방식으로, 합산된 신호는 압전 전류(Ipiezo)와 대략 독립적일 수 있다. 이것은 반 직관적으로 보일 수 있지만, 본 명세서의 발명자들은 상기 합산된 신호(I1+I2)가 외부 간섭 소스(Vint)의 존재 또는 부재의 척도로서 작용할 수 있다는 것을 알게 되었다. 결과적으로, 상기 합산된 신호(I1+I2)는 외부 간섭 소스(Vint)의 효과를 완화시키기 위해 그러한 후 처리가 필요할 때 신호 후 처리의 적용을 트리거하기 위해 사용될 수 있다. 불필요한 후 처리를 피하면 비정상적으로 강하거나 날카로운 실제 신호를 줄이거나 제거할 가능성이 감소할 수 있다. 이는 압전 방식 터치 패널 시스템 또는 결합된 압전 방식과 정전 용량성 터치 패널 시스템의 신뢰성 및 감도를 향상시키는 효과를 가질 수 있다. 상기 합산된 신호(I1 + I2)를 얻는 유용성은 단순 2-전극 압전 센서(1)에 인가될 때 즉시 명백하지 않을 수 있지만, 이후에 설명되는 바와 같이, 이러한 방법은 더 많은 수의 감지 전극을 포함하는 압전 방식 터치 패널(10)(도 7)에 적용될 때 더욱 유용할 수 있다.
일반적인 경우에, Cint1 ≠ Cint2 및 Iint1 ≠ Iint2이면, 차등 가중치가 사용될 수 있다. 예를 들어, Iint1　=　α.Iint2 (α는 교정 실험에서 결정된 스칼라 상수) 인 경우, 다음을 구하여 간섭 소스(Vint)의 영향을 줄이거나 제거할 수 있다:
Figure pat00007
(4)
그와 반해서, 일반적인 경우에도, 제1 및 제2전극(7, 8)에서 발생된 압전 전류는 합쳐질 때 서로 실질적으로 (가령, 측정 오차까지) 상쇄되어야 한다. 결과적으로, 측정된 신호(I1, I2)가 합산될 때, 압전 전류(Ipiezo)는 여전히 (어떤 측정 오차를 제외하고) 상쇄되어야 한다:
Figure pat00008
Figure pat00009
(5)
일반적으로, 측정된 신호들(I1, I2)의 차 또는 합을 구하는 것은 아날로그 신호 레벨에서 특별히 구성된 회로들에 의해 수행되거나 또는 디지털 신호들로의 변환 후의 후 처리에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 제4측정 회로(6)가 제1 및 제2증폭기(A1, A2)의 출력(Vout1, Vout2)의 차를 구하도록 구성되지만, 대안으로 제3증폭기(A3)를 합산기(도시되지 않음)로 대체하거나 제1 및 제2증폭기(A1, A2) 중 어느 하나의 출력(Vout1, Vout2)을 반전시킴으로써 합계가 구해질 수 있다.
상기 간섭 캐패시턴스(Cint1, Cint2)의 절대 값을 알 필요는 없다. 식(4)으로부터, 제1전극(7)에 도입된 노이즈 대 제2전극(8)에 도입된 노이즈의 비(α)가 모두 필요하다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 간섭 신호(Vint)를 상기 시스템에 모방한 테스트 신호를 의도적으로 도입하고, 압전 센서 (1)에 힘을 가하지 않을 때, 즉 I1 = Iint1 및 I2　= Iint2가 되도록 제1 및 제2측정 전류(I1, I2)의 응답을 기록함으로써, 상기 비율(α)은 교정 실험을 통해 구할 수 있다. 이러한 정보는 보정 비율을 α=I1/I2로 결정하는데 사용될 수 있다.
실제로는, 제4측정 회로(6)에서 제1 및 제2증폭기(A1, A2)의 출력(Vout1, Vout2)의 차를 구함으로써 보정을 행할 수 있다. 이는 테스트 신호에 응답하고, 압전 센서(1)에 어떠한 힘도 인가되지 않을 때의 출력(Vout1, Vout2)의 비율을 구함으로써 동일한 방식으로 교정될 수 있다. 교정으로부터 결정된 비율(β=Vout1/Vout2)이 대략 1이 아닌 경우, 제1 및 제2증폭기(A1, A2)의 출력(Vout1, Vout2)과 제3증폭기(A3)의 각 입력 사이에 적절한 임피던스를 삽입함으로써 차등 가중치(Vout1 - β.Vout2)가 구해질 수 있다. 또는, 제3증폭기(A3)는 생략될 수 있고, 차등 가중치(Vout1 - β.Vout2)는 디지털 신호 영역에서 처리되어 구할 수 있다.
또는, 합산된 신호, 예를 들어 I1+I2 또는 Vout1 + Vout2가 구해지면, 상수 α 는 결정될 필요가 없을 수도 있다. 간섭 소스(Vint)가 없는 경우에 합산된 신호(Vout1+Vout2)에 대한 하나 이상의 임계 값(Vthresh)은 미리 조정되어야 한다. 따라서, 합산된 신호(Vout1+Vout2)가 교정된 임계 값(Vthresh)을 초과하면, 이는 간섭 소스(Vint)가 측정된 신호(I1, I2)에 영향을 미치고 있다는 강한 표시를 제공할 것이다.
또한 도 6을 참조하면, 측정 회로(9)의 제5실시 예가 도시되어 있다.
제5측정 회로(9)에서, 차동 증폭기(DA1)는 제1전극(7)에 연결된 하나의 입력 및 제2전극(8)에 접속된 다른 입력을 포함한다. 간섭 소스(Vint)의 영향의 감소 또는 제거는 간섭 캐패시턴스(Cint1, Cint2) 사이의 비율에 따라 제1피드백 네트워크(Rfb1, Cfb1) 및 제2피드백 네트워크(Rfb2, Cfb2)의 값을 설정함으로써 아날로그 도메인에서 구현 될 수 있다. 예를 들어, Cfb1/Cfb2 = Cint1/Cint2를 선택한다. 그러한 선택은 전술한 바와 같이 유사한 교정 실험을 통해 그리고 예를 들어 트리머 캐패시터를 사용하여 피드백 캐패시턴스(Cfb1, Cfb2)를 제공함으로써 수행될 수 있다.
또는, 제1 및 제2전극(7, 8)으로부터의 신호는 합산된 신호를 구하기 위해 합산기 (도시되지 않음)에 입력 될 수 있다.
압전 압력 측정을 위한 터치 패널의 측정
전술한 예들에서, 측정들은 제1 및 제2전극(7, 8)이 실질적으로 동일 범위에 있고 단순한 기하학적 형상을 가질 수 있는 압전 센서(1)와 관련하여 설명되었다. 이러한 구성은 상대적으로 단순한 차동 측정을 허용한다. 그러나, 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 실제 터치 패널에서, 제1전극(7)은 공통의 제2전극(8)을 공유하는 다수의 전극 중 하나 일 수 있다. 또한, 일 실시 예에서 제1전극(7)은 캐패시턴스 측정 시스템의 수신(Rx) 및/또는 송신(Tx) 전극으로 더 기능하는 전극일 수 있다. 그러한 터치 패널에서, 제2전극(8)은 다수의 제1전극(7) 각각보다 비교적 크거나 더 큰 전체 면적을 갖는 공통 상대 전극일 수 있다. 각각의 Rx 및/또는 Tx 전극에 대해 별개의 정합된 상대 전극을 제공하기 위해서는 더 패턴화 된 도전 층 및 층들, 그리고 관련 전기적 접속이 필요하다. 따라서, 제4 또는 제5측정 회로(6, 9)와 관련하여 도시된 바와 같은 단순한 차동 측정은 실용적이지 않거나 바람직하지 않을 수 있다.
차동 측정 대신에, 본 명세서는 적어도 하나의 패터닝 되지 않은 공통 전극(제2전극(8)에 대응하고, 때로는 상대 전극으로 관련됨)을 포함하는 압전 압력 측정을 위해 터치 패널로부터의 신호의 합산된 측정치를 계산하고 사용하는 방법을 기술한다. 본 명세서의 방법들은 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 터치 패널에도 동일하게 적용될 수 있다. 상기 합산된 신호는 예를 들어, 간섭 소스(Vint), 사용자의 정전기 충전 등에 의해 유도된 불필요한 간섭 신호의 유무를 검출하는데 사용될 수 있다. 본 명세서의 방법들은 2개 이상의 제1전극(7)에 공통인 2개 이상의 제2전극(8)이 있는 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 터치 패널에도 (사소한 수정을 포함하여) 적용될 수 있다.
제1장치
도 7을 참조하면, 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 터치 패널(10)의 제1실시 예가 도시되어 있다.
제1터치 패널(10)은 제1 면(12) 및 제2대향면(13)을 갖는 제1층 구조(11)를 포함한다. 다수의 제1감지 전극(14)은 제1층 구조(11)의 제1면(12) 상에 배치된다. 각각의 제1감지 전극(14)은 제1방향(x)으로 연장되고 (또는 동일하게 연장되며), 제1감지 전극(14)은 제2방향(y)으로 이격되어 있다. 공통 전극(15)은 제1층 구조 (11)의 제2 면(13)을 실질적으로 커버하도록 배치된다.
제1층 구조(11)는 압전 재료(16)의 적어도 하나의 층을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다. 제1층 구조(11)에 포함 된 각 층은 일반적으로 평면이고 두께 방향(z)에 수직인 제1x 및 제2y방향으로 연장된다. 제1층 구조(11)의 하나 이상의 층은 제1층 구조(11)의 각 층의 두께 방향(z)이 제1 및 제2 면(12, 13)에 실질적으로 수직이 되도록 제1 및 제2면(12, 13) 사이에 배치된다.
제1터치 패널(10)은 또한 제1면(18) 및 제2대향면(19)을 갖는 제2층 구조(17)를 포함한다. 다수의 제2감지 전극(20)은 제2층 구조(17)의 제1면(18) 상에 배치된다. 각각의 제2감지 전극(20)은 제2방향(y)으로 연장되고(또는 동일하게 연장), 제2감지 전극(20)은 제1방향(x)으로 이격된다.
제2층 구조(17)는 하나 이상의 유전체층(21)을 포함한다. 각각의 유전체층(21)은 일반적으로 평면이고 두께 방향(z)에 수직인 제1x 및 제2y방향으로 연장된다. 제2층 구조(17)의 하나 이상의 유전체층(21)은 제2층 구조(17)의 제1 및 제2면(18, 19) 사이에 배치되어, 제2층 구조(17)의 각 유전체층(21)의 두께 방향(z)은 제1 및 제2면(18, 19)에 수직이다.
바람직하게는, 압전 재료층(16)은 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 또는 폴리락트산과 같은 압전 폴리머를 포함하거나 형성된다. 그러나 압전 재료층(16)은 PZT(lead zirconate titanate)와 같은 압전 세라믹층일 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 및 공통 전극(15)은 은 나노 와이어로 형성된다. 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 및 공통 전극(15)은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다. 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 및 공통 전극(15)은 박막으로 증착 및 패터닝에 적합한 알루미늄, 구리, 은 또는 다른 금속과 같은 금속막일 수 있다. 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 및 공통 전극(15)은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티펜(polythiphene), 폴리피롤(polypyrrole) 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(3,4-ethylenedioxythiophene) 폴리스티렌 술포네이트(polystyrene sulfonate: PEDOT/PSS)와 같은 전도성 중합체일 수 있다. 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 그리고 공통 전극(15)은 금속 망, 금속 나노 와이어, 그라핀 및/또는 탄소 나노 튜브로 형성될 수 있다. 유전체층(들)(21)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 또는 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive: PSA) 재료의 층과 같은 중합체 유전체를 포함한다. 그러나 유전체층(들)(21)은 알루미늄 산화물(aluminium oxide)과 같은 세라믹 절연 물질의 층들을 포함할 수 있다.
제1층 구조(11)는 제1 및 제2대향면(12, 13)이 압전 재료층(16)의 면이 되도록 압전 재료층(16)만을 포함할 수 있다. 또는, 제1층 구조(11)는 압전 재료층(16)과 제1층 구조(11)의 제1면(12) 사이에 적층된 하나 이상의 유전체층(21)을 포함할 수 있다. 제1층 구조(11)는 제1층 구조(11)의 제2면(13)과 압전 재료층(16) 사이에 적층된 하나 이상의 유전체층(21)을 포함할 수 있다.
제2층 구조(17)의 제1 및 제2면(18, 19)이 단일 유전체층(21)의 면이 되도록, 제2층 구조(17)는 단일 유전체층(21)만을 포함할 수 있다.
또는, 제2층 구조(17)는 사용될 필요가 없고(도 17 참조), 제2감지 전극(20)은 제1감지 전극과 함께 제1면(12) 상에 배치될 수 있다(도 19 참조).
도 7에서, 제1터치 패널(10)은 x, y 및 z로 명명된 직교 축을 기준으로 도시되었다. 그러나, 제1, 제2 및 두께 방향은 우측 직교 좌표계를 형성할 필요는 없다.
또한 도 8을 참조하면, 압전 압력 측정 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위한 제1장치(22)가 도시되어 있다.
제1장치(22)는 제1터치 패널(10), 제1회로(23), 제2회로(24) 및 컨트롤러(25)를 포함한다. 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 각각은 대응하는 전도성 트레이스(26)에 의해 제1회로(23)에 연결된다. 공통 전극(15)은 제2회로(24)에 접속되어 있다.
제1회로(23)는 제1 및 제2감지 전극(14, 20)으로부터 신호를 수신 및/또는 제1 및 제2감지 전극(14, 20)에 신호를 송신한다. 제1회로(23)는 제1압전 압력 신호(29)를 측정한다. 제1회로(23)는 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 각각에 그룹으로 또는 개별적으로 연결될 수 있다. 각각의 제1압전 압력 신호(29)는 제1 또는 제2감지 전극(14, 20) 중 하나 이상에 대응하고, 각각의 제1압전 압력 신호(29)는 각각의 제1 또는 제2감지 전극(14, 20)에 근접한 터치 패널(10)에 작용하는 압력을 나타낸다. 예를 들어, 상기 제1회로는 각각의 제1감지 전극(14)에 대응하는 제1압전 압력 신호(29) 및 각각의 제2감지 전극(20)에 대응하는 제1압전 압력 신호(29)를 측정 또는 생성할 수 있다. 또는, 각각의 제1압전 압력 신호(29)는 한 쌍의 인접한 제1 또는 제2감지 전극(14, 20) 등에 대응할 수 있다. 각각의 감지 전극(14, 20)은 하나의 제1압전 압력 신호(29)에 기여한다.
내지는, 제1회로(23)는 제1 및 제2감지 전극(14, 20)의 각 교차부(28)에 대응하는 상호 캐패시턴스 신호들(27)을 더 측정할 수 있다. 다른 실시 예에서, 제1회로(23)는 그 대신으로 각각의 제1 및 제2감지 전극(14, 20)에 대응하는 셀프-캐패시턴스 신호들을 측정할 수 있다. 제1회로(23)는 캐패시턴스 신호들(27) 및 제1압전 압력 신호들(29)을 동시에 결정할 수 있다. 또는, 제1회로(23)는 캐패시턴스 신호들(27)과 제1압전 압력 신호들(29) 사이에서 교대로 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1회로(23)는 WO 2016/102975 A2에 기술된 바와 같이 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위해 구성될 수 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다. 특히, 제1회로(23)는 WO 2016/102975 A2의 도 21 내지도 26에 도시된 예와 관련하여 설명된 바와 같이 구성될 수 있다. 또는, 제 1 회로(23)는 WO 2017/109455 A1에 기술된 바와 같이 결합된 정전 용량성 및 압전 압력 측정을 위해 구성될 수 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다. 특히, 제1회로(23)는 WO 2017/109455 A1의 도 4 내지 도 21에 도시된 예와 관련하여 설명된 바와 같이 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 제1회로(23)는 특히 도 15 내지 도 20을 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같이 구성될 수 있다.
그러나, 본 명세서의 방법은 이들 실시 예에 한정되지 않으며, 전술한 기능을 제공할 수 있는 임의의 제1회로(23)에 적용 가능하다.
제2회로(24)는 공통 전극(15)에 대응하는 제2압전 압력 신호(30)를 측정한다. 제2 압전 압력 신호(30)는 터치 패널(10)에 인가된 전체 압력을 표시해야 한다. 하나 이상의 공통 전극(15)이 사용될 때, 제2압전 압력 신호(30)는 제어기(25)에 의한 후속 합산을 위해 각각의 공통 전극(15)에 대응하여 생성될 수 있다. 내지는, 하나 이상의 공통 전극(15)이 사용될 때, 제2회로(24)는 모든 공통 전극(15) 상에 유도된 전하들에 기초하여 단일 제2압전 압력 신호(30)를 생성할 수 있다. 이상적인 조건하에서 그리고 외부 간섭이 없는 경우, 감지 전극(14, 20) 및 공통 전극(들)(15)이 압전 재료층(16)에 유도된 임의의 분극( P )의 대향 측에 배치되기 때문에, 제2압전 압력 신호(30) 및 제1압전 압력 신호(29)에 대한 합계는 (측정 오류까지) 대략 제로(0) 이어야 한다.
압전 압력 신호(29, 30) 및 선택적으로 캐패시턴스 신호들(27)은 제1터치 패널(10)과의 사용자 상호 작용 또는 제1터치 패널(10) 위에 놓이는 재료층에 응답하여 생성된다. 이하의 설명에서, "사용자 상호 작용"에 대한 언급은 사용자가 터치 패널(10) 또는 그 위에 있는 재료층을 만지거나 눌루는 것을 포함시키도록 한다. 상기 "사용자 상호 작용"이란 용어는 사용자의 손가락 또는 스타일러스와 관련된 상호 작용 (전도성 여부와 상관없이)을 포함하는 것으로 간주된다. 상기 "사용자 상호 작용"이라는 용어는 직접 물리적 접촉 없이 (즉, 0 또는 무시할만한 가해진 압력) 터치 센서 또는 터치 패널에 근접한 사용자의 손가락 또는 전도성 스타일러스를 포함시키도록 한다.
제어기(25)는 제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30)를 수신하여 이들을 합산하여 외부 간섭 신호(32)를 생성한다. 외부 간섭 신호(32)는 가중치가 없는 제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30)에 대한 단순한 합일 수 있거나 외부 간섭 신호 (32)는 제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30)에 대한 가중된 합일 수 있다. 제어기(25)는 외부 간섭 신호(32)를 미리-보정된 임계치(예를 들어, Vthresh)와 비교하도록 더 구성된다. 제어기(25)는 외부 간섭 신호들(32)이 사전 교정된 임계 값 이상인 것에 응답하여, 제1 및 제2압력 신호(29, 30)는 하나 이상의 외부 전기장과의 커플링에 의해 영향을 받는다는 것을 나타내는 간섭 플래그(Intflag)를 출력하도록 더 구성된다. 간섭 플래그(Intflag)는 제1장치(22)를 포함하는 장치(도시되지 않음)를 제어하는 프로세서(도시 생략)에 출력될 수 있다. 혹은, 외부 간섭 신호(32)는 외부 간섭의 크기의 표시를 제공하기 위해 상기 프로세서(도시되지 않음)로 출력될 수 있다. 다른 예들에서, 외부 간섭 신호(32)는 상기 프로세서(도시되지 않음)로 출력될 수 있고, 상기 프로세서(도시되지 않음)는 비교를 수행하고 간섭 플래그(Intflag) 생성할 수 있다. 제어기(25)는 제1장치(22)를 포함하는 장치(도시되지 않음)를 작동시키는 상기 프로세서(도시되지 않음)에 로우(raw) 제1 및/또는 제2압전 압력 신호(29, 30)를 부가적으로 중계한다. 일부 실시 예에서, 제어기(25)보다는 상기 프로세서(도시하지 않음)가 제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30)를 상기 프로세서(도시되지 않음)에 간단하게 출력할 수 있고, 상기 프로세서(도시되지 않음)는 외부 간섭 신호(32)를 결정할 수 있다.
일부 실시 예에서, 제어기(25)는 제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30)에 기초하여 터치 위치 데이터(31)를 결정할 수 있다. 터치 위치 데이터(31)는 하나 이상의 사용자 상호 작용의 위치, 예를 들어 x, y 좌표를 표시한다. 터치 위치 데이터(31)는 제1장치(22)를 포함하는 장치(도시되지 않음)를 동작시키는 상기 프로세서(도시되지 않음)로 출력된다.
측정될 때, 제어기(25)는 캐패시턴스 신호들(27)을 수신하고, 이를 제1장치(22)를 포함하는 장치(도시되지 않음)를 작동시키는 프로세서(도시되지 않음)에 중계하거나 캐패시턴스 신호들(27)의 추가 처리를 수행한다. 예를 들어, 제어기(25)는 캐패시턴스 신호들(27)을 처리하여 제1장치(22)를 포함하는 상기 장치(도시되지 않음)를 동작시키는 상기 프로세서(도시되지 않음)에 출력하기 위해 터치 위치 데이터(31)를 생성할 수 있다. 캐패시턴스 신호들(27)은 제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30) 단독보다 터치 위치 데이터(31)의 보다 정확한 결정을 가능하게 할 수 있다.
외부 전기장에 대한 커플링의 존재 및/또는 정도를 검출하는 방법
도 9 및 도 10을 참조하면, 압전 압력 측정 동안 외부 전기장에 대한 커플링의 존재 및/또는 정도를 검출하는 방법이 설명될 것이다.
사용자의 손가락과 같이, 터치 패널(10)에 근접하거나 터치 패널(10)에 접촉하는 물체(33)는 정전기 충전에 의해 잠재력(Vint)으로 충전되거나, 전자기 간섭의 소스(Vint)를 위한 안테나로서 작용할 수 있다. 물체(33)와 모든 감지 전극(14, 20) 및 공통 전극(15)의 전체 집합 사이에는 정전 용량성 커플링(Cext)이 존재한다. 전체 정전기 전하(QES)는 모든 감지 전극(14, 20) 및 공통 전극(20)의 전체 집합에서 대략 QES = Cext.Vint 로서 유도된다. 사용자가 터치 패널(10)에 관련하여 자신의 손가락 및/또는 스타일러스를 움직이면 정확한 지오메트리가 연속적으로 변하기 때문에 실제로 Cext 를 보정하는 것이 불가능할 수도 있고, 또한 상이한 사용자와 동일한 사용자의 다른 자릿수에 따라 다를 수 있음을 유의해야 한다. 또한 Vint는 일반적으로 측정할 수 없다. 그러나, Cext 및/또는 Vint의 결정 또는 추정은 외부 전기장들에 대한 커플링의 존재 및/또는 정도를 검출하는 방법에 필요하지 않다.
상기 방법은 전극들(14, 15, 20) 상에 유도된 알려지지 않은 총 정전기 전하(QES)가 각각의 전극들(14, 15, 20) 상에 유도된 개별 정전기 전하들의 합으로 구성된다는 전제에 기초한다.
이하, M개의 제1감지 전극(14) 중 m번째 전극을 ym으로 나타낼 수 있고, N개의 제2감지 전극(20) 중 n번째 전극을 xn으로 나타낼 수 있다. 물체(33)에 의해 N개의 n번째 제2감지 전극(20, xn)에 유도된 정전기 전하를 Sxn 등으로 표시하고, 물체(33)에 의해 M 개의 m번째 제1감지 전극(14, ym)에 유도된 정전기 전하를 Sym 이라 하며, 물체(33)에 의해 상대 전극(15)에 유도된 정전기 전하를 SCE 로 나타내면, 총 정전기(QES)는 다음과 같이 근사화될 수 있다:
Figure pat00010
(6)
공통 전극(15)과 감지 전극(xn, ym) 사이에 압전 재료층(16)의 분극( P )이 유도되면, 감지 전극(xn, ym)에 유도된 전하는 공통 전극(15)에 유도된 전하와 반대 극성을 갖는다. 다시 말해서, 물체(33)에 대한 외부 커플링은 시스템 접지 또는 공통 모드 전압과 모든 전극(xn, ym, 15 및 16)의 전체 집합 사이의 전하 흐름을 유도하는 반면, 이와 반대로 압전 물질층(16)의 분극( P )은 상대 전극(15)과 감지 전극(xn, ym) 사이에 전하를 유도한다. 전술한 바와 같은 결과 중 하나는, 압전 재료층(16)의 분극( P )에 의해 유도된 전하들이 적어도 측정 오차 내에서 제로(0)가 될 것으로 예상된다는 것이다.
만약 압전 재료층(16)의 분극( P )에 의해 N개의 제 2 감지 전극(xn)의 n번째에 유도된 압전 전하는 Fxn 등으로 표시되고, 압전 재료층(16)의 분극( P )에 의해 M개의 제1감지 전극(yn)의 m번째에 유도된 압전 전하는 Fym 등으로 표시되고, 압전 재료층(16)의 분극( P )에 의해 상대 전극(15) 상에 유도된 압전 전하는 FCE 로 표시되고, 총 유도된 압전 전하(QPT)는 다음과 같이 근사화 될 수 있다:
Figure pat00011
(7)
상대 전극(15) 상에 유도된 압전 전하(FCE)는 터치 패널(10)에 가해지는 총 힘의 양호한 척도를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
특히 도 10을 참조하면, N개의 제2감지 전극(xn, 20)의 n번째에 유도된 전하는 다음과 같이 기재할 수 있다:
Figure pat00012
(8)
마찬가지로, m번째 M개의 제1감지 전극(ym, 14)에 유도된 전하는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00013
(9)
그리고 상대 전극(15)에 유도된 전하는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00014
(10)
외부 전기장에 대한 결합의 존재 및/또는 정도를 검출하는 방법에서, 모든 감지 전극(xn, ym)에서 측정된 전하량(Qxn, Qym)은 공통 전극(15)상에서 측정된 전하량(SCE)과 합산되어 산출된다:
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
(11)
여기서 Qext 는 공통 전극(15)과 모든 감지 전극(xn, ym)에 의해 측정된 모든 전하의 합이다. 외부 간섭 신호(32)는 합계(Qext)에 대응하거나 그 합과 관련될 수 있다. 식(6) 및 식(7)을 참조하면, 이상적인 조건하에서, 식(11)의 첫 번째 괄호로 표시된 항은 총 정전기(QES)와 동일하고, 식(11)의 두 번째 괄호로 표시된 항은 제로(0)와 같다. 실제적인, 비 이상적인 조건하에서, 외부 간섭 신호(32)(Qext)는 총 정전기(QES)에 여전히 근사될 수 있다:
Figure pat00018
(12)
실제로, 전하(Qxn, Qym, QCE)는 전하 증폭기(34)를 사용하여 검출될 수 있고, N개의 제2감지 전극(xn, 20) 중 n번째 전극에 대응하는 전압 출력이 Vxn 이고, Qxn 과 관련된다. 일반적으로, 전하 증폭기(34)는 입력 전류를 적분할 것이다. 예를 들어, N개의 제2감지 전극(xn)의 n번째 전류가 Ixn 인 경우, 시간(t)에서 N개의 제2감지 전극(xn)의 n번째 전압에 대한 전압(Vxn)은 이상적인 조건 하에서 다음과 같이 표현된다:
Figure pat00019
(13)
여기서, Gxn 은 N개의 제2감지 전극(xn)에 연결된 N개의 전하 증폭기(34)의 이득이고, τ는 적분 변수이다. 마찬가지로, m번째의 제1감지 전극들(ym) 상의 전압은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00020
(14)
여기서, Gym 은 M 개의 제 1 감지 전극(yn)에 연결된 M개의 전하 증폭기(34)의 이득이고, Iym 은 M개의 제1감지 전극(ym) 상의 전류이고, τ는 적분 변수이다. 마찬가지로, 공통 전극(15) 상의 전압은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00021
(15)
여기서, GCE 는 공통 전극(15)에 연결된 전하 증폭기(34)의 이득이며, ICE 는 공통 전극(15) 상의 전류이며, τ는 적분 변수이다. 이러한 경우에 Vext 로 나타낸 외부 간섭 신호(32)는 모든 전하 증폭기(34) 신호들의 합으로서 근사화될 수 있다:
Figure pat00022
Figure pat00023
(16)
Gxn
Figure pat00024
Gym
Figure pat00025
GCE
Figure pat00026
G가 되도록 상기 이득이 모두 실질적으로 동일하다면, 전압(Vext)에 대한 외부 간섭 신호(32)는 전하(Qext)의 관점에서 외부 간섭 신호(32)의 단순 배수, 즉 Vext
Figure pat00027
G.Qext 로 표현될 수 있다. 그러나 실제로, 전하 증폭기(34) 이득 Gxn, Gym, GCE 는 동일하지 않을 것이다. 또한, 각각의 전하 증폭기(34)는 실제로 전압 출력에서 저주파 성분 및 DC 성분의 시간 종속적인 감소("롤오프 (roll-off)"라고도 함)에 더하여 DC 오프셋 및 드리프트를 경험할 것이다.
따라서, 실용적인 측면에서, 외부 간섭 신호(32)는 간섭 소스(Vint)에 의해 유도된 전하(QES)의 측정에 더하여 노이즈 항을 더한 것으로 볼 수 있다:
Figure pat00028
(17)
여기서, GT는 전하 증폭기(34)의 전체 이득과 관련된 상수이고, ε은 앞에서 설명한 다양한 소스로 인한 순간 오류 또는 노이즈를 나타내는 항이다. 상기 노이즈 항(ε)은 개별 전하 증폭기(34) 이득 Gxn, Gym, GCE의 약간의 불균형으로 인해 상쇄되지 않은 상기 압력 신호들의 잔류 성분으로 주로 구성되는 것으로 볼 수 있다. 상수 GT의 값을 보정할 수도 있지만 이것은 필요하지 않다. 외부 간섭 신호(32)(Vext)가 간섭 소스(Vint)의 영향을 검출하고 있다는 것이 신뢰성 있게 판정할 수 있는 적절한 임계 값(Vthresh)을 결정하는 것이 필요하다.
예를 들어, 터치 패널(10)은 쉴드된 용기 내에 배치될 수 있고, 비도전성 스타일러스 또는 비교 물체(33)을 사용하여 인가된 입력 힘의 범위를 가질 수 있다. 이러한 상황 하에서, 총 외부 유도 전하(QES)는 대략 제로(0) 이어야 하며, 따라서 식(17)은 다음과 같다:
Figure pat00029
(18)
예를 들어 0.5 N과 10 N 사이에서 적당한 범위의 인가된 힘에 걸친 적절한 길이의 신호를 기록한 후에, 적합한 임계 값(Vthresh)은 ε의 측정된 값에 기초하여 결정될 수 있다. 임계 값(Vthresh)는 기록된 ε의 최대 절대 값의 배수로 설정될 수 있다. 예를 들어, Vthresh = 1.5Хmax(|ε|) 또는 Vthresh = 2Хmax(|ε|) 등이다.
또는, ε의 측정된 값에 기초하여 표준 오차(σε)가 계산될 수 있고, 임계 전압(Vthresh)가 표준 오차(σε)의 배수로 설정될 수 있다. 예를 들어, Vthresh = 3Хσε 또는 Vthresh = 5Хσε 이다.
사용시, 제어기(25)는 전하 증폭기 출력들(VCE, Vxn, Vym)에 걸친 합으로서 외부 간섭 신호(32)(Vext)를 구할 수 있고, 그것을 사전-보정된 임계 값(Vthresh)과 비교할 수 있다. 외부 간섭 신호(32)의 진폭이 임계 값(Vthresh) 보다 작은 경우, 즉 |Vext| < Vthresh 이면, 압전 압력 신호(29, 30)는 외부 간섭 소스(Vint)에 의해 크게 영향을 받기 어렵다. 이러한 경우, 간섭 플래그(Intflag)는 설정되지 않은 상태로 유지되고, '거짓' 또는 '제로(0)' 등의 값으로 설정된다. 그러나, 외부 간섭 신호(32)의 진폭이 임계 값(Vthresh) 보다 크거나 같으면, 즉 |Vext| = Vthresh 이면, 압전 압력 신호(29, 30)는 아마도 외부 간섭 소스(Vint)에 의해 영향을 받는다. 이러한 경우, 간섭 플래그(Intflag)는 예를 들어 '참', 단일 등의 적절한 값으로 설정된다.
제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30)에서의 외부 전기 간섭의 존재 및/또는 정도를 결정하는 기능은 외부 간섭 소스(Vint)의 영향을 줄이거나 제거하기 위한 적절한 후 처리 방법의 적용을 허용할 수 있다.
모든 전하 증폭기들(34)의 출력들(Vxn, Vym, VCE)에 대한 단순한 비 가중된 합이 아니라, 일부 예들에서, 외부 간섭 신호(32)를 출력들(Vxn, Vym, VCE)에 대한 가중된 합으로서 계산하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 가중된 외부 간섭 신호(32)(V'ext)는 다음에 따라 결정될 수 있다:
Figure pat00030
(19)
여기서, Axn은 GT/Gxn에 상응하는 상수이며, Aym은 GT/Gym에 상응하는 상수이며, ACE는 GT/GCE에 상응하는 상수이며, ε'는 감소된 노이즈 신호이다. 식(16)을 또한 참조하면, 가중 인자(Gxn, Gym, GCE)의 적절한 교정으로, 가중 외부 간섭 신호(32)(V'ext)는 전하 증폭기(34)의 이득들(Gxn, Gym, GCE)의 임의의 가변성으로부터의 영향이 감소될 수 있다. 식(17)은 모든 가중 인자(Axn, Aym, ACE)가 동일할 때, 즉 Axn=Aym=ACE인 경우에 식(19)의 특별한 경우에 해당한다는 것이 명백하다.
외부 전기 노이즈를 줄이거나 제거하기 위한 후 처리의 예
본 명세서의 주제는 외부 전기장, 예를 들어 외부 간섭 소스(Vint)로부터의 간섭에 대한 커플링의 존재 및/또는 정도를 결정하는 방법이다. 외부 전계에 대한 커플링의 존재가 검출되면, 예를 들어 외부 간섭 소스(Vint)의 영향을 줄이거나 제거하기 위해 사용되는 후 처리의 유형은 특별히 제한되지 않는다. 임의의 적절한 후 처리가 사용될 수 있다. 그러나, 외부 전기장에 대한 결합의 존재 및/또는 정도를 결정하는 설명된 방법의 유용성을 설명하기 위해 적절한 후 처리 방법의 특정 비 제한적인 예를 고려하는 것이 도움이 될 수 있다.
압전 감지 방식 또는 결합된 정전 용량성 및 압전 감지 방식을 위한 터치 패널(10)에서, 인가된 힘의 영향은 전형적으로 적어도 어느 정도는 모든 감지 전극(14, 20)에 의해 감지된다. 이것은 압전 재료층(16)의 거의 모든 부분이 평면 내 신장을 경험할 수 있도록, 일반적으로 뻣뻣한 유리이고 집합적으로 굴곡된 커버 렌즈(도시되지 않음)를 포함하는 터치 패널(10)로부터 기인하는 것으로 생각된다. 터치 패널(10) 상의 기계적 경계 조건에 따라, 최대 스트레인 및 최대 압전 압력 신호(29)는 사용자 상호 작용의 위치 바로 아래에서 발생할 필요는 없다는 것을 유의해야 한다.
예를 들어, 도 11을 참조하면, N = 21 개의 제2감지 전극(20, x1, ..., x21) 중 16번째에 직접 인가된 힘에 기인한 이상적인 기본 압력 신호 값(35)의 시각적인 예가 도시되어 있다.
진정한 설명을 위해, 기본 압력 신호 값(35)은 양 단부(x1, x21)에서 단순히 지지되는 오일러 빔으로 모델링 된 터치 패널(10)의 편향에 비례하는 것으로 표현된다. 기본 압력 신호 값(35)은 외부 전기장으로부터의 어떠한 간섭도 없을 때 측정 될 수 있는 값을 나타낸다. 실제로, 터치 패널(10)의 편향은 실질적으로 더 복잡한 플레이트-편향 문제에 대응할 것이다. 그러나 도 11의 예시는 사용자 상호 작용의 위치가 제1압력 신호(29)의 최대 값에 대응할 필요는 없다는 것을 시각화하는 것을 돕는 역할을 한다. 일반적으로, 제1 및 제2감지 전극(14, 20)의 그룹 또는 전부로부터의 압력 신호(29)는 하나 이상의 사용자 상호 작용에 의해 인가된 힘을 추론하기 위해 관련 플레이트-편향 문제를 반전시키는데 사용될 수 있다.
이와 반대로, 감지 전극(14, 20) 사이의 상호 캐패시턴스에 대한 사용자 상호 작용의 효과는 터치 패널(10)과 접촉하는 물체(33)에 대하여 가장 가까운 전극과 다음에 가장 가까운 전극(14, 20)에 국한되는 경우가 종종 있다. 마찬가지로, 물체(33)에 의해 감지 전극(10)에 결합되는 전기적 간섭은 전형적으로 물체(33)에 가장 가까운 감지 전극(14, 20)에 대해 가장 크다.
다시 도 11을 참조하면, 측정된 압력 신호 값(36)은 제1 및 제2감지 전극(14, 20)에 커플링 되는 물체(33)의 결과로서 힘의 적용 지점에 가까운 기본 압력 신호 값(35)으로부터 벗어날 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시 예에서 사용자 상호 작용에 가장 가까운 제2감지 전극(20, x16)에 대응하는 측정 값(V16)은 물체(33)에 의해 결합된 외부 간섭에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 다음으로 가장 가까운 제2감지 전극(20, x15, x17)에 대응하는 값(V15, V17)은 물체(33)에 의해 결합된 임의의 외부 간섭에 의해 현저하게 영향을 더 받을 수 있다. 외부 전계와의 결합으로 야기되는 이러한 국부적 편차는 에러를 유발할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정된 압력 신호 값(36)에 기초한 피팅 프로세스는 상기 기본 값(35)으로부터 벗어나서, 하나 이상의 사용자 상호 작용에 의해 인가된 힘의 부정확 한 재구성을 유도할 수 있다. 도 11에서, 상기 측정된 압력 신호 값(36)에 대한 다항식 최적 곡선(37)(3차, 점선)을 사용하는 피팅의 일례가 기본 압력 신호 값(35)으로부터 상당히 비뚤어지게 관측될 수 있다. 이러한 편차는 주로 상기 값(V15, V16, V17)의 결과로서 외부 전기장(가령, 물체(33)에 커플링 된 간섭 소스(Vint))과의 커플링에 가장 큰 영향을 받는다.
그러나 본 명세서의 방법이 상기 측정된 압력 신호 값(36)이 외부 간섭에 커플링 되는 때를 결정하기 위해 사용된다면, 후 처리 방법이 외부 간섭의 영향을 감소시키거나 제거하도록 채택될 수 있다.
예를 들어, 도 12를 참조하면, 하나의 단순한 비 제한적인 예에서, 가장 가까운 V16 및 다음에 가장 가까운 V15, V17 측정 값은 외부 전기장에 대한 커플링 감지에 대한 응답으로 간단히 제외될 수 있다(즉 간섭 플래그(Intflag)가 '참', 단일 등의 값으로 설정된 경우이다.). 예를 들어, Vext = Vthresh 일 때이다.
가장 가까운 V16 및 다음에 가장 가까운 V15, V17 측정 값이 제외될 때, 다항식 최적 곡선(37)(3차, 점선)은 기본 압력 신호 값(35)과 더 일치한다는 것을 알 수 있다. 동일한 효과가 피팅 또는 보간의 모든 기능적 형식에 대해 예상된다.
이러한 방식으로, 외부 전기장에 대한 커플링 검출이 없는 경우(즉, 간섭 플래그(Intflag)가 설정되지 않았거나 '거짓', 제로(0) 등의 값을 갖는 경우), 모든 측정 된 압력 신호 값(36)은 적용된 압력/힘을 가능한 한 정확하게 결정하기 위해 터치 패널(10) 편향의 가장 정확한 피팅을 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나 본 명세서의 방법들은 예를 들어, Vext = Vthresh 일 때, 외부 간섭 소스(Vint)로의 커플링을 검출하는 경우(즉, 간섭 플래그(Intflag)가 '참', 단일 등의 값으로 설정된 경우), 외부 영향의 영향을 줄이거나 제거하기 위해 가장 영향을 받는 값을 제외할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하여 도시되고 설명된 이전의 예는 본 명세서의 방법을 사용하여 외부 간섭의 존재 및/또는 정도를 간단하고 신뢰성 있게 결정할 수 있다는 기술적 중요성을 설명하기 위해 제공된 것이다.
추가적인 실시 예에서, 배제되지 않은 측정된 압력 신호 값(36)에 대한 피팅은 하나 이상의 배제된 측정된 압력 신호 값(36)에 대한 대체 값을 보간하거나 외삽하기 위해 사용될 수 있다.
실험 데이터
도 13을 또한 참조하면, 감지 전극(xn, ym) 및 공통 전극(15) 상의 외부에서 유도된 전하들을 나타내는 실험 데이터가 도시된다.
제1전압 신호(38)(실선)는 공통 전극(15)에 대해 측정된 전하 증폭기(34) 출력에 대응한다. 제2전압 신호(점선)(39)는 감지 전극(xn, ym)에 대해 측정된 전하 증폭기 출력에 대응한다. 도 13에 도시된 신호들(38, 39)은 정전기 전위로 대전된 손가락 형태의 물체(33)를 사용하여 구해지고, 터치 패널(10)에 거의 접촉하여 유지된다. 터치 패널(10)에는 어떠한 압력도 가해지지 않았다.
도 13에서, 제1 및 제2전압 신호(38, 39)는 대응하는 부호들을 갖는다(다른 말로, 신호는 주어진 시간에서 실질적으로 동일한 극성을 갖는다).
도 14를 참조하면, 감지 전극(xn, ym) 및 상기 공통 전극 상의 압전 유도 전하를 도시하는 실험 데이터가 도시되어 있다.
제1 및 제2전압 신호(38, 39)는 도 13과 동일한 방식으로 공통 전극(15) 및 감지 전극(xn, ym)에 각각 대응한다. 그러나, 도 14에 도시된 데이터는 외부 전기장으로부터의 노이즈가 실질적으로 없는 압전 압력 신호를 생성하기 위해, 비 전도성 물체를 사용하여 터치 패널(10)을 태핑한 것에 응답하여 포착되었다.
도 14에서, 제1 및 제2전압 신호(38, 39)는 반대 부호를 갖는다는 것을 알 수 있다(다른 말로, 신호는 주어진 시간에서 실질적으로 반대 극성을 갖는다).
상기 관측된 극성은 도 38, 도 39에서 이상적인 경우와 정확히 일치하지 않으며, 이는 DC 오프셋 및 기타 측정 오류 원인의 작은 변화의 결과로 생각된다.
제 2 장치
결합된 정전 용량성 및 압력 감지 장치는 WO 2016/102975 A2에, 특히 본 명세서의 도 22 내지 도 26을 참조하여 기술되어 있다.
제2장치(40)(본 명세서의 도 15)의 이해를 돕기 위해, WO 2016/102975 A2에 기술된 바와 같이 결합된 정전 용량성 및 압력 감지를 위한 장치의 동작을 간략하게 논의하는 것이 도움이 될 수 있다. 이하, 본 명세서의 제1터치 패널(10)의 구성을 참조하여 설명한다.
상기 압전 재료층(16)은 폴드(poled) 된다. 따라서, 사용자 상호 작용에 의해 인가된 압력은 압전 재료층(16)의 분극( P )을 유도하는 변형을 유발할 것이다. 상기 압전 재료층(16)의 분극( P )은 두께 방향으로 성분( E z )을 갖는 유도 전계( E p )를 야기한다. 상기 분극( P )을 생성하는 변형은 압축 또는 장력에 기인할 수 있다. 상기 분극( P )을 생성하는 변형은 사용자 상호 작용의 가해지는 압력에 응답하여 압전 재료층(16)의 평면 내 스트레칭일 수 있다.
상기 유도 전계( E p )는 공통 전극(15)과 감지 전극(14, 20) 중 어느 하나 사이에 전위차를 발생시킨다. 상기 유도 전계( E p )가 전극들(14, 15, 20)의 대전에 의해 생성된 전계( E q )에 의해 상쇄될 때까지, 전자들은 전극들(14, 15, 20) 상에 또는 그로부터 흐른다. 즉, 전계( E q )는 전하들(Fxn, Fym, FCE)에 기인한다.
터치 패널(10)이 결합된 정전 용량성 및 압력 감지용으로 사용될 때, 감지 전극(14, 20)으로부터 수신된 신호들은 일반적으로 압전 압력 신호와 인가되거나 감지된 정전 용량성 측정 신호의 중첩의 형태를 취한다. WO 2016/102975 A2에 기술된 바와 같은, 특히 도 22 내지 도 26을 참조하여 결합된 정전 용량성 및 압력 감지 용 장치는 제1 및 제2주파수 종속 필터(도시되지 않음)를 사용하여, 감지 전극(14, 20)으로부터 수신된 신호를 캐패시턴스 정보를 포함하는 제1성분과 압전 압력 정보를 포함하는 제2성분으로 분리한다. 상기 제1 및 제2주파수 종속 필터(도시되지 않음)는 물리적 필터 일 수 있거나 디지털 신호 처리 중에 적용될 수 있다. 이것은 압전 압력 신호 및 정전 용량성 측정 신호들이 일반적으로 분리 가능한 주파수 내용이 다르기 때문에 가능하다.
예를 들어, 한 쌍의 감지 전극(14, 20) 사이의 상호 캐패시턴스는 전형적으로 0.1 내지 3000pF 이상, 바람직하게는 100 내지 2500pF의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 범위의 캐패시턴스에 효과적으로 커플링 하기 위해, 캐패시턴스 측정 신호는 전형적으로 10kHz 이상, 20kHz 이상, 50kHz 이상 또는 100kHz 이상의 기본 주파수를 가질 수 있다. 이와 반대로, 압전 압력 신호들은 전형적으로 수 Hz 내지 수백 또는 수천 Hz 범위의 광대역 주파수 컨텐츠를 포함한다. 이것은 부분적으로 압전 압력 신호들이 인간 사용자에 의한 사용자 상호 작용으로부터 발생하기 때문이다.
또한 도 15를 참조하면, 결합된 캐패시턴스 및 차동 압전 압력 측정을 위한 제2장치(40)가 도시되어 있다.
WO 제2016/102975 A2 호에 기술된 장치에서, 제1 및 제2주파수 종속 필터(도시되지 않음)는 프런트 엔드 모듈의 일부로서 또는 예를 들어 제어기에 의해 디지털 도메인에서 하드웨어로 구현된다. 이와 반대로, 본 명세서의 제2장치(40)는 제1주파수 종속 필터를 구현하여 제1샘플링 주파수(f piezo )에서 캐패시턴스 측정 신호(42)와 동기화되는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(41a, 41b)를 사용하여 제1압전 압력 신호(29)를 선택한다. 상기 제2장치(40)는 디지털 도메인에서 제2주파수 종속 필터를 구현하여 캐패시턴스 신호(27)를 구한다. 예를 들어, 디지털 하이-패스 필터의 적용에 의해, 또는 베이스 라인을 제공하기 위해 제1압전 압력 신호(29)의 보다 최근의 샘플 값 또는 값들을 사용함으로써 구현된다.
상기 제2장치(40)는 캐패시턴스 및 차동 압력 감지를 결합하기 위한 제1터치 패널(10) 및 터치 제어기(43)를 포함한다. 상기 제2장치(40)는 예를 들어 이동 전화, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 등과 같은 전자 장치(도시되지 않음)에 포함될 수 있다. 제1터치 패널(10)은 전자 장치(도시되지 않음)의 디스플레이(도시되지 않음) 상에 오버랩으로 결합될 수 있다. 이러한 경우, 제1터치 패널(10)의 재료는 실질적으로 투명해야 한다. 커버 렌즈(도시되지 않음)는 제1터치 패널(10) 상에 오버랩으로 결합될 수 있다. 커버 렌즈(도시하지 않음)는 바람직하게는 글라스이지만, 임의의 투명 재료 일 수 있다.
터치 제어기(43)는 제어기(25)를 포함한다. 터치 제어기(43)는 또한 한 쌍의 증폭기 모듈(44a, 44b), 한 쌍의 멀티플렉서(45a, 45b), 한 쌍의 1 차 ADC(41a, 41b) 및 한 쌍의 2차 ADC(46a, 46b)를 포함하는 제1회로(23)를 포함한다. 상기 터치 제어기는 공통 전극 전하 증폭기(47) 및 공통 전극 ADC(48)를 포함하는 제2회로(24)를 더 포함한다. 상기 제어기(25)는 링크(49)를 사용하여 전자 장치(도시되지 않음)의 하나 이상의 프로세서(도시되지 않음)와 통신할 수 있다. 상기 제어기(25)는 구동 캐패시턴스 측정 신호(42, Vsig(t))(이하, 간략화를 위해 "구동 신호"로도 지칭되는 도 16 참조)를 증폭기 모듈(44a, 44b) 중 하나 또는 모두에 제공하기 위한 신호 소스(도시되지 않음)를 포함한다.
제2검출 장치(40)는 구동 신호(42), 즉 Vsig(t)가 제1증폭 모듈(44a)에 공급되어 제1검출 전극(14)이 송신 전극(Tx) 전극이고, 제2검출 전극(20)는 수신(Rx) 전극이다.
각각의 증폭기 모듈(44a, 44b)은 다수의 분리 전하 증폭기(34)를 포함한다. 제1증폭기 모듈(44a)의 각 전하 증폭기(34)는 전도성 트레이스(26)를 통해 해당 제1감지 전극(14)에 접속된다. 제1증폭기 모듈(44a)의 각 전하 증폭기(34)의 출력은 제1멀티플렉서(45a)의 해당 입력에 접속된다. 이러한 방식으로, 제1멀티플렉서(45a)는 어드레싱 된 제1감지 전극(14)에 대응하는 증폭된 신호(50a)를 출력할 수 있다.
제 1프라이머리 ADC(41a)는 제1멀티플렉서(45a) 출력으로부터 현재 어드레싱 된 제1감지 전극(14)에 대응하는 증폭된 신호(50a)를 수신한다. 현재 어드레싱 된 제1감지 전극(14)에 대응하는 증폭된 신호(50a)는 구동 신호(42)(Vsig(t)) 및 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))의 중첩을 포함한다. 제1프라이머리 ADC(41a)는 제어기(25)로부터 제1동기 신호(51a)(또한 "클록 신호"라고도 함)를 수신한다. 제1동기화 신호(51a)는 제1프라이머리 ADC(41a)를 트리거하여 제1샘플링 주파수(f piezo )에서, 그리고 접지, 공통 모드 또는 최소값과 실질적으로 동일한 구동 신호(42)(Vsig(t))의 진폭에 대응하는 시간에 샘플을 얻는다. 이러한 방식으로, 제1프라이머리 ADC(41a)는 제1멀티플렉서(45a)와 연결된 제1감지 전극(14)에 의해 발생된 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))에 대략 상응하는 샘플링 된 신호의 형태로 제1필터링 된 신호(52a)를 얻을 수 있다. 제1동기 신호(51a)는 구동 신호(42)(Vsig(t))의 모든 단일주기 동안 샘플을 획득하기 위해 제1프라이머리 ADC(41a)를 트리거 할 필요는 없고, 대신에 제1프라이머리 ADC(41a)를 트리거 하여, 예를 들어, 매주기마다, 매10번째 주기마다, 매100번째 주기마다 샘플을 획득할 수 있다.
예를 들어, 도 16a 내지 도 16c를 또한 참조하면, 제1필터링 된 신호(52a)의 형태로 압전 압력 신호(29)를 구하는 예가 도시된다.
시각적 목적을 위해, 도 16a 내지 도 16c에서, 구동 신호(42)(Vsig(t)) 및 중첩된 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))는 실제로 예상되는 것보다 주파수 및 진폭에서 불일치가 훨씬 작은 것으로 도시되어 있다. 실제로, 구동 신호(42)(Vsig(t))는 상당히 큰 진폭을 가지며, 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))보다 몇 배 큰 주파수에서 변할 것으로 예상된다.
특히 도 16a를 참조하면, 기본 주파수(1/f d )의 구동 신호(42)(Vsig(t))의 예는 50:50의 듀티 비 및 1/f d 의 주기를 갖는 펄스파 형태를 취할 수 있다. 이러한 실시 예에서, 제1동기 신호(51a)는 구동 신호(42)(Vsig(t))의 거의 중간 지점에서 제1프라이머리 ADC(41a)를 최소 또는 제로(0) 주기로 트리거 한다. 예를 들어, 제1프라이머리 ADC(41a)는 시간 t1, t2 = t1+1/f d , t3 = t1 + 2/f d 등에서 샘플을 얻을 수 있다.
특히, 도 16b를 참조하면, 제1감지 전극(14)이 송신 전극(Tx)으로 작용하고, 제2감지 전극(20)이 수신 전극(Rx)으로 작용하여, 증폭된 신호(50a)는 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t)) 및 구동 신호(42)(Vsig(t))의 중첩으로서 근사 될 수 있다. 제1동기 신호(51a)는 증폭 신호(50a)에 대한 구동 신호(42)(Vsig(t))의 기여는 접지, 공통 모드 또는 최소값과 실질적으로 동일한 시간에서 증폭 신호(50a)의 샘플링을 트리거 한다. 이러한 방식으로, 실질적으로 단지 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))의 샘플링이 구해질 수 있다.
특히 도 16c를 참조하면, 제1필터링 신호(52a)는 시간 t1, t2, t3에서 압전 압력 신호 (29)(Vpiezo(t))의 샘플링 시퀀스의 형태를 취한다.
제1세컨더리 ADC(46a)는 제1멀티플렉서(45a) 출력으로부터 현재 어드레싱 된 제1감지 전극(14)에 대응하는 증폭 신호(50a)를 수신한다. 제1세컨더리 ADC(46a)는 구동 신호(42)(Vsig(t))의 기저 주파수(f d )의 적어도 몇 배인 샘플링 주파수(f cap ) 에서 증폭 신호(50a)를 샘플링한다. 제1세컨더리 ADC(46a)는 디지털화 된 증폭 신호(53a)를 제어기(25)에 출력한다. 제어기(25)는 디지털화 된 증폭 신호(53a)를 수신하고 디지털 고역 통과 필터를 적용하여 디지털 도메인에서 제2필터링 신호를 얻는다. 상기 제2필터링 신호는 캐패시턴스 신호들(27)에 대응한다.
또는, 압전 압력 신호 (29)(Vpiezo(t))는 전형적으로 구동 신호(42)(Vsig(t))의 기저 주파수 (f d )보다 몇 차수 낮은 주파수에서 변하기 때문에, 제어기(25)는 부가적인 오프셋으로서 예를 들어 Vpiezo(t3)와 같은 제1필터링 신호(52a)의 가장 최근에 샘플링 된 값을 처리하고, 이 값을 디지털화 된 증폭 신호(53a)로부터 감산할 수 있다. 보다 정확한 기준선 보정을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 제1필터링 신호(52a)의 2개의 가장 최근의 샘플링 된 값에 기초한 선형 보간, 또는 제1필터링 신호(52a)의 3개의 가장 최근에 샘플링 된 값에 기초한 2차 보간이 사용될 수 있다.
상기 프라이머리 및 세컨더리 ADC들(41a, 46a)은 동일 할 수 있다. 그러나, 프라이머리 및 세컨더리 ADC들(41a, 46a)이 다른 것이 유리할 수 있다. 특히, 프라이머리 ADC(41a)는 구동 신호(Vsig(t))에 대응하는 더 큰 진폭을 측정할 필요없이, 압전 압력 신호들(29)(Vpiezo(t))의 동적 범위에 대해 최적화 될 수 있다. 또한, 제1샘플링 주파수(f piezo )는 캐패시턴스 측정 신호(42)의 기저 주파수(f d )와 같아야 하므로, 세컨더리 ADC(46a)와 비교하여 보다 낮은 대역폭이 프라이머리 ADC(41a)에 요구된다. 비용에 민감한 애플리케이션의 경우, 이는 프라이머리 ADC(41a)에 대해보다 저렴한 ADC를 사용할 수 있게 한다. 반대로 성능 애플리케이션의 경우 동일한 동적 범위 내에서보다 많은 수의 신호 레벨을 차별화 할 수 있는 보다 정밀한 ADC를 사용할 수 있다(16 비트 ADC는 일반적으로 8 비트 ADC보다 느리다).
제2감지 전극(20)이 수신(Rx) 전극이기 때문에, 세컨더리 ADC(41b)의 제2동기 신호(51b)는 제1동기 신호(51a)에 대해 오프셋 될 수 있는 점을 제외하면, 제2감지 전극(20)으로부터의 신호 처리는 제1감지 전극(14)으로부터의 신호 처리와 유사하다.
제2증폭기 모듈(44b)의 각 전하 증폭기(34)는 전도성 트레이스(26)를 통해 해당 제2감지 전극(20)에 접속되고, 제2증폭기 모듈(44b)의 각 전하 증폭기(34)의 출력은 제2멀티플렉서(45b)의 해당 입력에 접속된다. 이러한 방식으로, 제2멀티플렉서(45b)는 어드레싱 된 제2감지 전극(20)에 대응하는 증폭 신호(50b)를 출력할 수 있다.
현재 어드레싱 된 제2감지 전극(20)에 대응하는 증폭 신호(50b)는 수신된 캐패시턴스 측정 신호(도시되지 않음)(Vmeas(t))와 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))의 중첩을 포함한다. 상기 수신된 캐패시턴스 측정 신호(Vmeas(t))(이하, 간략화를 위해 "수신 신호"라고 함)는 어드레싱 된 제2감지 전극(20)과 제1감지 전극(14) 사이의 상호 캐패시턴스에 의해 어드레싱 된 제2감지 전극(20)에 연결된 구동 신호(42)(Vsig(t))이다. 상기 수신 신호(Vmeas(t))는 구동 신호(42)()와 유사한 형태이고, 특히 실질적으로 동일한 주파수 내용을 갖는다. 그러나, 상기 수신 신호(Vmeas(t))는 구동 신호(Vsig(t))와 비교하여 진폭의 변화 및/또는 위상의 변화를 포함할 수 있다. 세컨더리 ADC(41b)는 제어기(25)로부터 제2동기 신호(51b)("클록 신호"라고도 함)를 수신한다. 제2동기 신호(51b)는 세컨더리 ADC(41b)를 트리거 하여, 샘플링 주파수(f piezo )에서 그리고 접지, 공통 모드 또는 최소값과 실질적으로 동일한 상기 수신 신호(Vmeas(t))의 진폭에 해당하는 시간에서 샘플링을 구한다. 구동 신호(42)(Vsig(t))의 형태에 따라 그리고 구동 신호(42)(Vsig(t))과 수신 신호(Vmeas(t)) 사이의 전형적인 위상 시프트들에 따라, 제1동기 신호 (51a)와 제 2 동기 신호 (51b) 사이에는 몇 가지 가능한 관계가 있다.
상기 수신 신호(Vmeas (t))가 구동 신호(42)와 거의 동 위상인 경우, 제2동기 신호(51b)는 제1동기 신호(51a)와 동일 할 수 있다. 제2동기 신호(51b)는 증폭 신호(50b)에 대한 수신 신호(Vmeas(t))의 기여가 접지, 공통 모드 또는 최소값과 실질적으로 동일한 시간에 증폭 신호(50b)의 샘플링을 트리거 할 것이다. 이러한 방식으로, 실질적으로 단지 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))의 샘플링이 얻어질 수 있다.
마찬가지로, 도 16a에 도시된 바와 같은 펄스파 형태의 구동 신호(42)(Vsig(t))에 대하여, 수신 신호(Vmeas(t))와 구동 신호(42)(Vsig(t)) 사이의 약 φ ± ð/2까지의 작은 위상 시프트 (φ)가 제1 및 제2동기 신호(51a, 51b) 사이의 오프셋을 요구하지 않고 수용될 수 있다. 펄스파의 경우, 구동 신호(42)(Vsig(t)) 및 수신 신호(Vmeas(t))는 각각 매주기의 절반 동안 실질적으로 제로(0)와 같기 때문에 그러한 위상 시프트가 용인될 수 있다.
더 큰 위상 시프트(φ) 또는 구동 신호(42)(Vsig(t))의 상이한, 정사각형이 아닌 파형에 대하여, 제2동기 신호(51b)는 해당 터치 패널(10)에 대해 예상/측정된 캐패시턴스의 범위 내에서, 제2동기 신호(51b)는 수신 신호(Vmeas(t))의 로우 또는 제로(0) 신호 레벨의 기간 동안 제2프라이머리 ADC(41b)를 트리거 함으로써, 제1동기 신호(51a)에 대해 오프셋 될 수 있다. 다시 말하면, 제2동기 신호(51b)는 구동 신호(42) 대신에 제2프라이머리 ADC(41b)의 샘플링을 수신 신호(Vmeas(t))에 동기화 시킬 수 있다.
또는, 제2동기 신호(51b)는 수신 신호(Vmeas(t))에 대한 조건에 응답하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 간단한 비교기 회로는 접지, 공통 모드 또는 최소값의 사전-보정된 범위 내로 떨어지는 수신 신호(Vmeas(t))에 응답하여 제2동기 신호(51b)를 생성하는데 사용될 수 있다. 제2동기 신호(51b)를 트리거 하는 회로는 지연 타이머를 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 제2프라이머리 ADC(41b)는 제2멀티플렉서(45b)를 통해 연결된 제2감지 전극(20)에 의해 발생된 압전 압력 신호(29)(Vpiezo(t))와 대략 일치하는 샘플링 된 신호의 형태로 제 2 필터링 된 신호를 구할 수 있다. 제2동기 신호(51b)는 구동 신호(42)(Vsig(t)) 또는 수신 신호(Vmeas(t))의 모든 단일주기 동안 샘플을 획득하기 위해 제2프라이머리 ADC(41b)를 트리거 할 필요가 없고, 그 대신에 제2프라이머리 ADC(41b)를 트리거 하여, 예를 들어, 매주기 걸러, 매10 번째 주기마다, 매100번째 주기마다 샘플을 획득할 수 있다.
제어기(25)는 제2동기 신호(54)를 멀티플렉서(45a, 45b) 및/또는 증폭기(34)에 더 제공할 수 있다. 제2동기 신호(54)는 멀티플렉서(45a, 45b)가 제어기(25)에 의해 결정된 시퀀스에 따라 제1 및 제2감지 전극(14, 20)의 각 조합을 어드레싱 하게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 터치 제어기(25)는 제어기(25)에 의해 결정된 순서에 따라 제1 및 제2감지 전극(14, 20)의 각 쌍으로부터 증폭 신호(50a, 50b)를 수신할 수 있다. 상기 시퀀스는 사전 정의될 수 있으며, 예를 들어, 시퀀스는 반복 전에 제1감지 전극(14)과 제2감지 전극(20)의 각 쌍을 선택할 수 있다. 상기 시퀀스는 동적으로 결정될 수 있는데, 예를 들어 하나 이상의 사용자 상호 작용이 검출될 때, 제어기(25)는 검출된 사용자 상호 작용에 인접한 제1 및 제2감지 전극(14, 20)의 서브 세트를 스캔하여 사용자 접촉의 보다 빠르고 더 정확한 트래킹을 제공할 수 있다.
공통 전극 전하 증폭기(47)는 공통 전극(15)으로부터 신호를 수신하고 공통 전극 증폭 신호(55)를 생성한다. 공통 전극 ADC(48)는 공통 전극 증폭 신호(55)를 수신하여 압전 샘플링 주파수(f piezo )로 샘플링 하여 제2압전 신호(30)를 생성한다. 또는, 공통 전극 ADC(48)는 또한 제1동기 신호와 동일하거나 오프셋 된 제3동기 신호(51c)에 의해 동기화되어, 구동 신호(42)(Vsig(t))의 접지, 공통 모드 또는 최소값 및/또는 접지, 공통 모드 또는 수신 신호(Vmeas(t))의 최소값에 대응하는 시간에 제2압전 신호(30)를 샘플링 한다. 공통 전극 ADC(48)의 동기화는 캐패시턴스 측정치로부터의 크로스 토크를 감소시키거나 회피하는 것을 도울 수 있다.
상기 획득된 필터링 신호(52a, 52b)에 기초하여, 제어기(25)는 어드레싱 된 제1 및 제2감지 전극(14,20)에 대응하는 외부 간섭 신호 값(32a, 32b)을 계산할 수 있다. 외부 간섭 신호 값(32a, 32b)은 전술한 방법을 사용하여 제1 및 제2압전 압력 신호(29, 30)에 기초하여 결정된다. 외부 간섭 신호 값(32a, 32b)은 링크(49)를 통해 출력될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어기(25)는 구동 신호(42)(Vsig(t))를 제1증폭기 모듈(44a)의 각 증폭기(34)에 제공한다. 제1증폭기 모듈(44a)의 각 증폭기(34)의 입력은 구동 신호(42)(Vsig(t))를 이용하여 제1터치 패널(10)의 해당 제1감지 전극(14)을 구동하는데 사용될 수 있다. 제어기(25)는 구동 신호(42)(Vsig(t)) 및 제어기(25)에 의해 얻어진 제1 및 제2디지털화 된 증폭 신호(53a, 53b)에 기초하여, 어드레싱 된 제1 및 제2감지 전극(14, 20) 사이의 상호 캐패시턴스에 기초하여 캐패시턴스 값(27) 및/또는 터치 데이터(31)를 계산한다. 상기 캐패시턴스 값(27) 및/또는 상기 터치 데이터(31)는 링크(49)를 통해 출력될 수 있다.
도 17을 또한 참조하면, 제2장치(40)에서 사용하기에 적합한 전하 증폭기(34a, 34b, 47)의 일 구성 예가 도시된다.
일 구성에서, 각각의 전하 증폭기(34a, 34b, 47)는 반전 입력, 비 반전 입력 및 출력을 갖는 연산 증폭기(OP)를 포함한다.
예를 들어, 제 1 증폭기 모듈 (44a)의 일부를 형성하는 각각의 전하 증폭기 (34a)는 직렬 접속된 제 1 스위치(SW1) 및 입력 저항(Ri)을 통해 해당 제1감지 전극(14)에 커플링 하기 위한 반전 입력을 갖는 연산 증폭기 (OP)를 포함한다. 연산 증폭기(OP)의 비 반전 입력은 구동 신호(42)(Vsig(t))에 접속된다. 구동 신호(42)(Vsig(t))는 제어기(25)에 의해, 제2장치(40)의 개별 모듈(도시되지 않음)에 의해 제공될 수 있거나 외부 소스로부터 제2장치(40)로 수신될 수 있다. 상기 반전 입력이 상기 비 반전 입력과 실질적으로 동일한 전압에 있기 때문에, 반전 입력은 해당 제1감지 전극(14)을 구동하게 할 수 있다. 전하 증폭기(34a)의 피드백 네트워크는 피드백 저항(Rf), 피드백 캐패시턴스(Cf) 및 연산 증폭기(OP)의 반전 입력과 출력 사이에 병렬로 연결된 제2스위치(SW2)를 포함한다. 상기 연산 증폭기(OP)의 출력은 증폭 신호(50a)를 제공한다.
연산 증폭기(OP)의 비 반전 입력은 구동 신호(42)(Vsig(t)) 대신 공통 모드 전압(VCM)에 연결되고 반전 입력은 제1감지 전극(14) 대신에 제2감지 전극(20)에 연결되는 점을 제외하면, 제2증폭기 모듈(44b)의 일부를 형성하는 각각의 전하 증폭기(34b)는 제1증폭기 모듈(44a)의 각 전하 증폭기(34a)와 동일하다.
공통 전극 전하 증폭기(47)의 반전 입력은 공통 전극(15)에 접속되고 공통 전극 전하 증폭기(47)는 제1스위치(SW1)를 생략하는 점을 제외하면, 공통 전극 전하 증폭기(47)는 제2증폭기 모듈(44b)의 일부를 형성하는 전하 증폭기(34b)와 동일하다.
전력 공급 단자들과 같은 연산 증폭기들(OP)의 다른 단자들이 존재할 수 있지만, 본 명세서에 기재된 이러한 개략 회로도 또는 다른 개략 회로도에는 도시되지 않았다.
제2스위치(SW2)는 해당 피드백 캐패시터(Cf)가 방전되도록 한다. 제2스위치(SW2)의 개폐는 제어기(25)에 의해 제공된 제2동기 신호(54)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 각 전하 증폭기(34a, 34b)의 피드백 캐패시터(Cf)는 과도한 드리프트를 방지하기 위해 연산 증폭기(OP)의 피드백 네트워크를 리셋하기 위해 주기적으로 방전될 수 있다. 또는, 공통 전극 전하 증폭기(47)의 제2스위치(SW2)는 또한 제2동기 신호(54)를 사용하여 동기화 될 수 있다.
제1스위치(SW1)는 제어기(25)에 의해 제공되는 제2동기 신호(54)에 의해 제어되어 필요한 경우 해당 감지 전극(14, 20)에 증폭기(34a, 34b)가 연결되거나 차단될 수 있게 한다.
제1감지 전극(14)은 송신(Tx) 전극일 필요는 없고, 제2감지 전극(20)은 수신(Rx) 전극일 필요는 없다. 또는 제어부(25)는 제2감지 전극(20)이 송신(Tx) 전극이고 수신 신호(Vmeas(t))가 제1감지 전극(14)을 이용하여 감지되도록 제2증폭기 모듈(44b)에 구동 신호(42)(Vsig(t))를 제공할 수 있다.
다른 예에서, 제2장치(40)는 상호 캐패시턴스 측정을 위해 구성될 필요는 없으며, 대신에 각각의 제1 및 제2감지 전극(14, 20)의 셀프-캐패시턴스를 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 제1 및 제2증폭기 모듈(44a, 44b) 모두에 셀프-정전 용량성 측정 신호(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
제2터치 패널
제1터치 패널(10)에서, 제1 및 제2감지 전극(14, 20)은 긴 직사각형 전극의 형태로 도시되어 있다. 그러나, 다른 형상이 사용될 수 있다.
또한 도 18을 참조하면, 제1 및 제2감지 전극(14, 20)의 다른 기하학적 구조를 갖는 제2터치 패널(56)이 도시되어 있다.
각각의 제 1 감지 전극 (14)은 직사각형 대신에 제1방향(x)으로 균등하게 이격되고 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(58)에 의해 제1방향(x)으로 서로 연결된 몇몇 패드 세그먼트(57)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 제2감지 전극(20)은 제2방향(y)으로 균등하게 이격되고 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(60)에 의해 제2방향(y)으로 서로 연결된 몇몇 패드 세그먼트(59)를 포함할 수 있다. 제1감지 전극(14)의 패드 세그먼트(57)는 제2방향(y)에서 제1폭(W1)을 갖는 다이아몬드이고, 제1감지 전극(14)의 브릿지 세그먼트(58)는 제2방향(y)에서 제2폭(W2)을 갖는다. 제2감지 전극(20)의 패드 세그먼트(59) 및 브릿지 세그먼트(60)는 제1감지 전극(14)과 동일한 형상 및 폭(W1, W2)을 갖는다.
제1 및 제2감지 전극(14, 20)은 제2감지 전극(20)의 브릿지 세그먼트(60)가 제1감지 전극(14)의 브릿지 세그먼트(58) 위에 놓이도록 배치된다. 또는, 제1 및 제2감지 전극(14, 20)은 제2감지 전극(20)의 패드 세그먼트(59)가 제1감지 전극(14)의 패드 세그먼트(57) 위에 놓이도록 배치될 수 있다. 패드 세그먼트(57, 59)는 다이아몬드 형상일 필요는 없고 대신에 원형일 수 있다. 패드 세그먼트(57, 59)는 삼각형, 정사각형, 오각형 또는 육각형과 같은 규칙적인 다각형 일 수 있다. 패드 세그먼트(57, 59)는 I 형 또는 Z 형일 수 있다.
제2터치 패널(56)의 선택적 기하학적 구조는 제1 또는 제2장치(22, 40)와 조합하여 동일하게 적용 가능하다.
제3터치 패널
또한 도 19를 참조하면, 제3터치 패널(61)은 제1 또는 제2장치(22, 40)와 조합하여 사용될 수 있다.
제3터치 패널(61)은 제2층 구조(17)를 포함하지 않고 제2감지 전극(20)은 제1감지 전극(14) 이외에 제1층 구조(11)의 제1면(12)에 배치되는 점을 제외하면, 제3터치 패널(61)은 제1터치 패널 (1)과 실질적으로 동일하다. 각각의 제1감지 전극(14)은 제1방향(x)으로 연장되는 연속적인 도전 영역이다. 예를 들어, 각각의 제1감지 전극(14)은 제1방향(x)으로 균등하게 이격되고 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(63)에 의해 제1방향(x)으로 서로 연결된 몇몇 패드 세그먼트(62)를 포함할 수 있다. 각각의 제2감지 전극(20)은 제2방향(y)으로 균일하게 이격되는 수 개의 패드 세그먼트(64)를 포함할 수 있다. 그러나, 제2감지 전극들(20)의 패드 세그먼트들(64)은 제1층 구조(11)의 제1면(12) 상에 배치되고 제1감지 전극들(14)에 흩어져서 분리된다.
각각의 제2감지 전극(20)에 대응하는 패드 세그먼트(64)는 도전 점퍼(65)에 의해 함께 접속된다. 상기 점퍼(65)는 각각 제1감지 전극(14)의 일부에 걸치고, 점퍼(65)는 점퍼(65)와 제1감지 전극(14)의 교차점 주변에 집중될 수 있는 얇은 유전체층(도시되지 않음)에 의해 제1감지 전극으로 절연된다.
선택적으로, 유전체층(도시되지 않음)은 제1층 구조(11)의 제1면(12), 제1감지 전극(14) 및 제2감지 전극(20)의 도전 패드들(64) 위에 놓일 수 있다. 제2방향(y)으로 연장하는 도전성 트레이스(도시되지 않음)가 유전체층(도시되지 않음) 위에 배치될 수 있고, 각각의 도전성 트레이스(도시되지 않음)는 하나의 제2감지 전극(20)을 구성하는 패드 세그먼트(64) 위에 놓일 수 있다. 상부의 도전성 트레이스(도시되지 않음)는 얇은 유전체층(도시되지 않음)을 통해 형성된 비아(도시되지 않음)를 사용하여 각각의 제2감지 전극(20)을 구성하는 패드 세그먼트(64)를 연결할 수 있다.
수정
전술한 실시 예에 많은 수정이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 변형은 이미 전술한 특징 대신에 또는 추가로 사용될 수 있는 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 설계, 제조 및 사용에 이미 공지된 등가의 다른 특징을 포함할 수 있다. 일 실시 예의 특징은 다른 실시 예의 특징으로 대체되거나 보완될 수 있다.
제3장치
또한 도 20을 참조하면, 제3장치(69)는 제1터치 패널(10) 및 결합된 압력 및 정전 용량성 센싱을 위한 제2제어기(70)를 포함한다.
제2제어기(70)에서, 제1감지 전극(14)으로부터의 입력 신호는 제1멀티플렉서(45a)에 의해 단일 전하 증폭기(34a)에 연결되는 점을 제외하면, 제2제어기(70)는 제1제어기(43)와 동일하다. 전하 증폭기(34a)는 제1제어기(43)와 동일한 방식으로 제1프라이머리 ADC(41a), 제1세컨더리 ADC(46a) 및 제어기(25)에 의해 처리되는 제1증폭 신호(50a)를 출력한다. 마찬가지로, 제2감지 전극(20)으로부터의 입력 신호는 제2멀티플렉서(45b)에 의해 단일 전하 증폭기(34b)에 접속된다. 전하 증폭기(34b)는 제1제어기(43)와 동일한 방식으로 제2프라이머리 ADC(41b), 제2세컨더리 ADC(46b) 및 제어기(25)에 의해 처리된 제2증폭 신호(50b)를 출력한다. 공통 전극(15)으로부터의 신호의 획득 및 처리는 제2장치(40)에 대한 것과 동일하다.
제1제어기(43)와 동일한 방식으로, 프라이머리 및 세컨더리 ADC(41, 46)의 사용은 필수적인 것은 아니다. 대신에, 신호(52, 53)를 순차적으로 얻기 위해, 압전 및 정전 용량성 샘플링 주파수(f piezo , f cap )에서 동작을 교대로 할 수 있는 단일 ADC(도시되지 않음)가 있다.
전술한 예들은 결합된 압전 및 정전 용량성 터치 패널 및 장치를 참조하여 주로 설명되었지만, 명세서의 방법들은 캐패시턴스를 측정하지 않고 압전 압력 신호만을 측정하는 터치 패널 장치에 사용될 수도 있다.
전술한 예들에서, 각각의 제1 또는 제2감지 전극(14, 20)에 대응하여 제1압전 압력 신호(29)가 생성되었지만, 이것은 반드시 그럴 필요는 없다. 다른 실시 예에서, 2이상의 인접한 감지 전극들(14, 20)의 그룹으로부터의 신호들은 단일 전하 증폭기(34)에 의해 결합될 수 있어, 2이상의 인접한 감지 전극들(14, 20)의 그룹 상에 유도된 전하에 대응하는 제1압전 신호(29)를 생성한다.
전술한 예가 제1 및 제2감지 전극(14, 20)이 수직 방향으로 연장되는 터치 패널을 참조하여 주로 설명되었지만, 이는 반드시 그럴 필요는 없다. 다른 실시 예에서, 제2감지 전극(20)은 생략될 수 있고 제1감지 전극은 분리된 터치 패널의 2차원 어레이 형태를 취할 수 있다. 본 명세서의 제1 및 제2방법은 여전히 그러한 예와 함께 사용될 수 있다.
본 출원에서 특정 용도의 조합에 대해 클레임이 공식화되었지만, 본 발명의 개시의 범위는 또한 임의의 신규한 특징 또는 명시적으로 또는 암시적으로 또는 본원에 개시된 특징의 임의의 신규 한 조합을 포함하거나, 그것이 임의의 청구 범위에서 현재 청구되는 것과 동일한 발명과 관련이 있는지 및 그것이 본 발명과 동일한 기술적 문제들 중 일부 또는 전부를 완화하는지 여부에 관한 것이다. 출원인은 본 출원의 출원 또는 그로부터 파생된 임의의 추가 출원의 진행 중에 그러한 특징 및/또는 이러한 특징의 조합에 새로운 청구항이 공식화될 수 있음을 통지한다.

Claims (14)

  1. 복수의 감지 전극들과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하는 터치 패널로부터의 신호들을 처리하는 장치로서,
    상기 복수의 감지 전극들에 연결되고, 복수의 제 1 압력 신호들을 생성하도록 구성된 제1회로; 상기 제 1 압력 신호 각각은 하나 이상의 감지 전극들에 대응하고, 상기 대응하는 하나 이상의 감지 전극들에 근접하여 상기 터치 패널에 작용하는 압력을 표시하며,
    상기 적어도 하나의 공통 전극에 연결되고, 상기 터치 패널에 인가된 전체 압력을 나타내는 제2압력 신호를 생성하도록 구성된 제2회로; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제 2 압력 신호 및 상기 복수의 제 1 압력 신호들에 대한 가중된 합에 기초하여 외부 간섭 신호를 결정하는 단계; 및
    상기 외부 간섭 신호를 사전-보정된 임계 값과 비교하고, 상기 외부 간섭 신호가 상기 사전-보정된 임계 값 이상에 응답하여, 제1 및 제2압력 신호들이 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링에 의해 영향을 받는다는 것을 나타내는 간섭 플래그를 출력하는 단계를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    압력이 상기 터치 패널에 인가되는 위치를 결정하는 단계; 및
    하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하도록 구성된 신호 후 처리 방법을 사용하여 상기 제1 및/또는 제2압력 신호를 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하도록 구성된 신호 후 처리 방법을 사용하여 상기 제1 및/또는 제2압력 신호를 처리하는 단계는 상기 위치에 근접한 하나 이상의 감지 전극들을 식별하고, 상기 전체 압력을 결정하기 위해 상기 식별된 감지 전극들을 계산으로부터 배제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는, 나머지 배제되지 않은 감지 전극들에 기초하여, 상기 하나 이상의 배제된 감지 전극에 근접하여 상기 터치 패널 상에 작용하는 하나 이상의 압력을 추정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    상기 제1회로는 상기 감지 전극 각각에 대해 상기 감지 전극의 캐패시턴스를 나타내는 캐패시턴스 신호들을 생성하도록 구성되며;
    상기 제어기는 상기 캐패시턴스 신호들에 기초하여 상기 터치 패널에 압력이 인가되는 위치를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1압력 신호들 및 상기 캐패시턴스 신호들을 생성하는 단계는 상기 감지 전극으로부터 수신된 단일 신호를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6의 장치; 및
    복수의 감지 전극들과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하는 터치 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  8. 청구항 7의 터치 패널 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  9. 복수의 감지 전극들과 적어도 하나의 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하는 터치 패널로부터의 신호들을 처리하는 방법으로서,
    복수의 제1압력 신호를 생성하되, 상기 제1압력 신호 각각은 하나 이상의 감지 전극들로부터 수신된 신호들에 기초하고, 상기 제1압력 신호 각각은 상기 대응하는 하나 이상의 감지 전극들에 근접하여 터치 패널에 작용하는 압력을 표시하는 단계;
    상기 적어도 하나의 공통 전극으로부터 수신된 신호들에 기초하여, 상기 터치 패널에 인가된 전체 압력을 나타내는 제2압력 신호를 생성하는 단계;
    상기 제2압력 신호 및 상기 복수의 제1압력 신호에 대한 가중된 합에 기초하여 외부 간섭 신호를 결정하는 단계; 및
    상기 외부 간섭 신호를 사전-보정된 임계 값과 비교하고, 상기 외부 간섭 신호가 상기 사전-보정된 임계 값 이상에 응답하여, 제1 및 제2압력 신호가 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링에 의해 영향을 받는다는 것을 나타내는 간섭 플래그를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 터치 패널에 압력이 인가되는 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 간섭 플래그가 출력하는 것에 응답하여, 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하도록 구성된 신호 후 처리 방법을 사용하여 상기 제1 및/또는 제2압력 신호를 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 외부 전기장에 대한 커플링의 영향을 감소 또는 제거하도록 구성된 신호 후 처리 방법을 사용하여 상기 제1 및/또는 제2압력 신호를 처리하는 단계는 상기 위치에 근접한 하나 이상의 감지 전극들을 식별하고, 상기 전체 압력을 결정하기 위해 상기 식별된 감지 전극들을 계산으로부터 배제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 배제된 감지 전극들에 근접한 상기 터치 패널 상에 작용하는 하나 이상의 압력을 나머지 배제되지 않은 감지 전극들에 기초하여 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항에 있어서,
    상기 감지 전극 각각으로부터 수신된 신호에 기초하여, 상기 감지 전극의 캐패시턴스를 나타내는 캐패시턴스 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 캐패시턴스 신호들에 기초하여 상기 터치 패널에 압력이 가해지는 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1압력 신호들 및 상기 캐패시턴스 신호들을 생성하는 단계는 상기 감지 전극으로부터 수신된 단일 신호를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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