KR20210107807A - 고감도 정전용량성 감지 응용예들을 위한 이중 측정 및 관련 시스템들, 방법들 및 디바이스들 - Google Patents
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Abstract
개시된 실시예들은 대체적으로, 정전용량 감지를 위한 이중 측정 기법, 및 관련 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 습기 공차를 특징으로 하는 정전용량 감지 방법이 수행되고, 근접 공차를 특징으로 하는 다른 정전용량 감지 방법이 수행된다. 일 실시예에서, 습기 공차를 특징으로 하는 방법은 구동 실드 자기 정전용량 감지 측정이고, 근접 공차를 특징으로 하는 방법은 접지 실드 자기 정전용량 감지 측정이다.
Description
우선권 주장
본 출원은 "DUAL MEASUREMENT OF SELF CAPACITANCE SENSORS TO SUPPORT GLOVED OPERATION AND WATER TOLERANCE WHILE REJECTING UNINTENDED PROXIMITY ACTIVATION"에 대한, 2019년 1월 16일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/793,003호의 출원일의 이익을 주장하고, 계류중인 "DUAL MEASUREMENT FOR HIGH SENSITIVITY CAPACITIVE SENSING APPLICATIONS AND RELATED SYSTEMS, METHODS AND DEVICES"에 대한, 2019년 4월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/377,612호의 출원일의 이익을 주장하며, 이들 각각의 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
개시된 실시예들은 대체적으로 정전용량성 감지에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 고감도 정전용량성 감지 응용예들을 위한 측정 기법들 및 관련 시스템들, 방법들 및 디바이스들에 관한 것이다.
전형적인 터치 인터페이스 시스템은 터치 인터페이스 시스템의 접촉 감응형 표면에 가까이 근접하거나, 또는 그와 물리적으로 접촉하는 물체에 응답하는 터치 센서들(예컨대, 정전용량성 센서들 및/또는 저항 센서들(제한 없음))을 포함할 수 있다. 그러한 응답들은 캡처되어, 터치 인터페이스 시스템에 관련된 물체의 위치를 포함하는, 접촉에 관한 정보를 추론하도록 해석될 수 있다.
랩톱 컴퓨터들을 포함하는 개인용 컴퓨터들과 함께 사용되는 터치패드들 및 태블릿용 키보드들은 종종 터치 인터페이스 시스템을 포함하거나 그와 함께 동작한다. 디스플레이들은 종종 터치 인터페이스 시스템의 요소들(전형적으로, 적어도 터치 센서)을 포함하는 터치 스크린들을 포함하여, 사용자가 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface, GUI) 및/또는 컴퓨터 애플리케이션들과 상호작용할 수 있게 한다. 터치 디스플레이를 포함하는 디바이스들의 예들은, 몇 가지만 이름을 대자면, 휴대용 미디어 플레이어들, 텔레비전들, 스마트 폰들, 태블릿 컴퓨터들, 개인용 컴퓨터들, 및 스마트 워치들과 같은 웨어러블 기기(wearable)들을 포함한다. 추가로, 자동차, 가전 기기(예컨대, 오븐, 냉장고 또는 세탁기), 보안 시스템들, ATM(automatic teller machine)들, 주거 환경 제어 시스템들, 및 산업 장비를 위한 제어 패널들은 버튼들, 슬라이더(slider)들, 휠(wheel)들, 및 다른 터치 요소들을 인에이블(enable)하기 위한 것을 포함하는, 디스플레이들 및 하우징들을 갖는 터치 인터페이스 시스템들을 포함할 수 있다.
최종 용도에 따라, 터치 인터페이스 시스템들은 노출(예컨대, 물, 모래, 및/또는 크레용들(제한 없음)), 온도, 및 잡음의 관점에서 가변하는 환경들에서 사용된다. 예를 들어, 일부 응용예들의 경우, 터치 인터페이스 시스템은 -40℃ 내지 40℃ 범위의 온도에서 사용될 수 있으며, 따라서 그러한 터치 인터페이스 시스템들의 감도는 맨 손가락 및 장갑 낀 손가락 둘 모두로부터의 터치들이 검출되도록 설정될 필요가 있다. 다른 예로서, 일부 응용예들의 경우, 터치 인터페이스 시스템은 사람들이 디스플레이를 스치지만 디스플레이를 사용하고자 의도하지는 않는 영역에서 사용될 수 있으며, 따라서 부주의한 근접 검출이 거부될 필요가 있다. 상이한 감도 및 환경 요건들에 비추어 성공적인 동작은 때때로 균형을 이루기 어렵다.
본 발명의 다양한 실시예들의 목적 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 본 특허 또는 출원 파일은 컬러로 작성된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면(들)을 가진 본 특허 또는 특허 출원 공개의 사본은 신청 및 필요한 수수료의 지불 시에 관청에 의해 제공될 것이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 격리된 센서, 접지 실드 센서(ground-shield sensor), 및 구동 실드 센서(driven-shield sensor)로부터 투사하는 전기장들의 예들을 도시한다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 터치 측정 감지를 위한 프로세스를 도시한다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 기법들을 위해 구성된 예시적인 터치 인터페이스 시스템(300)을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 동작들, 예를 들어, 터치 감지 회로부들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 동작들, 예를 들어, 터치 감지 회로부들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 교정 방법에 대응하는 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예시적인 이중 터치 측정 감지에 대한 타이밍도를 도시한다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 격리된 센서, 접지 실드 센서(ground-shield sensor), 및 구동 실드 센서(driven-shield sensor)로부터 투사하는 전기장들의 예들을 도시한다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 터치 측정 감지를 위한 프로세스를 도시한다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 기법들을 위해 구성된 예시적인 터치 인터페이스 시스템(300)을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 동작들, 예를 들어, 터치 감지 회로부들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 동작들, 예를 들어, 터치 감지 회로부들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 교정 방법에 대응하는 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예시적인 이중 터치 측정 감지에 대한 타이밍도를 도시한다.
하기의 상세한 설명에서, 그의 일부를 형성하고, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 예시적 실시예들이 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기에 충분히 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 실시예들이 이용될 수 있고 구조, 재료 및 프로세스 변경이 이루어질 수 있다.
여기에 제시된 예시들은 임의의 특정한 방법, 시스템, 디바이스 또는 구조의 실제 도면들인 것으로 의도되는 것이 아니라, 단지 본 발명의 실시예들을 설명하는 데 이용되는 이상화된 표현들이다. 여기에 제시된 도면들은 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아니다. 다양한 도면들에서 유사한 구조물들 또는 컴포넌트들은 독자의 편의를 위해 동일한 또는 유사한 넘버링을 보유할 수 있지만; 넘버링에서의 유사성은 구조물들 또는 컴포넌트들이 크기, 조성, 구성, 또는 임의의 다른 특성에서 반드시 동일하다는 것을 의미하지는 않는다.
본 명세서에서 일반적으로 기술되고 도면에 예시되는 바와 같은 실시예들의 컴포넌트들이 매우 다양한 상이한 구성들로 배열될 수 있고 설계될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 따라서, 다양한 실시예들의 하기 설명은 본 발명의 범주를 제한하려는 것이 아니라, 단지 다양한 실시예들을 나타낼 뿐이다. 실시예들의 다양한 태양들이 도면들에 제시될 수 있지만, 명확히 지시되지 않는 한 도면들은 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아니다.
이하의 설명은 당업자가 개시된 실시예들을 실시할 수 있게 하는 것을 돕기 위한 예들을 포함할 수 있다. 용어 "예시적인", "예로서", 및 "예를 들어"의 사용은 관련 설명이 설명적인 것임을 의미하며, 본 발명의 범주가 예들 및 법적 등가물들을 포함하도록 의도되지만, 그러한 용어의 사용은 실시예 또는 본 발명의 범주를 명시된 컴포넌트들, 단계들, 특징들, 기능들 등으로 제한하도록 의도되지 않는다.
따라서, 도시되고 설명되는 특정 구현예들은 단지 예일 뿐이며, 본 명세서에서 달리 명시되지 않는 한 본 발명을 구현하는 유일한 방법으로 해석되지 않아야 한다. 요소들, 회로들 및 기능들은 불필요한 상세 내용으로 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 블록도 형태로 도시될 수 있다. 반대로, 도시되고 설명되는 특정 구현예들은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 명세서에서 달리 명시되지 않는 한 본 발명을 구현하는 유일한 방법으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 블록 정의들 및 다양한 블록들 사이의 논리의 분할은 특정 구현예를 예시한다. 본 발명이 많은 다른 분할 솔루션에 의해 실시될 수 있다는 것을 이 분야의 통상의 기술자가 손쉽게 알 수 있을 것이다. 대부분, 타이밍 고려 사항 등에 관한 상세 내용들은, 그러한 상세 내용들이 본 발명의 완전한 이해를 얻는 데 필요하지 않고 관련 분야의 통상의 기술자의 능력 내에 있는 경우 생략되었다.
본 명세서에 기술되는 정보 및 신호들은 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중 임의의 것을 사용하여 표현될 수 있다. 예를 들어, 이 설명 전체에 걸쳐 언급될 수 있는 데이터, 명령어들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 및 심볼들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 자성 입자들, 광학 필드들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수 있다. 몇몇 도면들은 프리젠테이션 및 설명의 명료함을 위해 신호들을 단일 신호로서 예시할 수 있다. 신호는 신호들의 버스를 표현할 수 있으며, 여기서 버스는 다양한 비트 폭들을 가질 수 있고 본 발명은 단일 데이터 신호를 포함한 임의의 수의 데이터 신호들에 대해 구현될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등과 같은 명칭을 사용한 본 명세서에서의 요소에 대한 임의의 언급은, 그러한 제한이 명시적으로 언급되지 않는 한, 이들 요소들의 수량 또는 순서를 제한하지 않는다는 것으로 이해해야 한다. 오히려, 이러한 명칭들은 본 명세서에서 2개 이상의 요소 또는 요소의 인스턴스들을 구별하는 편리한 방법으로서 사용된다. 따라서, 제1 및 제2 요소들에 대한 언급은 2개의 요소만이 사용될 수 있거나 제1 요소가 소정 방식으로 제2 요소에 선행해야 한다는 것을 의미하지 않는다. 또한, 달리 언급되지 않는 한, 요소들의 세트는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 때때로 단수 형태로 지칭되는 요소들은 또한 요소의 하나 이상의 인스턴스들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 주어진 파라미터, 특성 또는 조건과 관련한 용어 "실질적으로"는, 이 분야의 통상의 기술자가 이해할 정도로, 주어진 파라미터, 특성 또는 조건이 예를 들어 허용 가능한 제조 공차들 이내와 같은 적은 정도의 변동을 갖고서 충족되는 것을 의미하고 포함한다. 예로서, 실질적으로 충족되는 특정 파라미터, 특성 또는 조건에 따라, 파라미터, 특성 또는 조건은 적어도 90% 충족되거나, 적어도 95% 충족되거나, 심지어 적어도 99% 충족될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들 및 회로들은 범용 프로세서, 특수 목적 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능 논리 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 논리, 개별 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합을 이용하여 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서(본 명세서에서 호스트 프로세서 또는 간단히 호스트로 또한 지칭될 수 있음)는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안에서, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 기계일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 관련한 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수 있다. 프로세서를 포함하는 범용 컴퓨터가 본 발명의 실시예들과 관련된 컴퓨팅 명령어들(예를 들어, 소프트웨어 코드)을 실행하도록 구성될 때 그 범용 컴퓨터는 특수 목적 컴퓨터로 간주된다.
또한, 실시예들은 플로차트, 흐름도, 구조도, 또는 블록도로서 도시되는 프로세스의 관점에서 설명될 수 있다는 것에 유의한다. 플로차트가 동작 액션들을 순차적인 프로세스로서 설명할 수 있지만, 이러한 액션들 중 다수는 다른 시퀀스로, 병렬로, 또는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. 게다가, 액션들의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는, 제한 없이, 방법, 스레드(thread), 기능, 절차, 서브루틴, 및/또는 서브프로그램에 대응할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 방법들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 둘 모두로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 컴퓨터 판독 가능 매체에 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 저장되거나 송신될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체와, 한 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함한 통신 매체 둘 모두를 포함한다.
본 발명에 설명된 실시예들의 목적들을 위해 이해되는 바와 같이, 정전용량성 센서는 정전용량성 센서의 접촉 감응형 영역과의 물체(예컨대, 손가락 또는 스타일러스)의 접촉, 또는 접촉 감응형 영역에 대한 물체의 근접에 응답할 수 있다. 본 발명에서, "접촉" 및 "터치"는 접촉 감응형 영역(예컨대, 전극, 또는 전극이나 전극들의 그룹을 덮는 하나 이상의 오버레이(overlay)들(제한 없음))과 물체의 물리적 접촉, 및 물리적 접촉 없이 접촉 감응형 영역에 근접한 곳 내에의 물체의 존재 둘 모두를 포괄하는 것으로 의도된다. 정전용량성 센서와의 실제 물리적 접촉이 반드시 요구되는 것은 아니다.
예로서, 물체가 정전용량성 센서와 접촉할 때, 정전용량의 변화가 접촉의 위치에서의 또는 그 부근의 정전용량성 센서 내에서 발생할 수 있다. 아날로그 획득 프론트 엔드(analog acquisition front-end)는, 그것이 소정 임계치를 충족하는 경우, 접촉을 "검출"할 수 있다. "충전후 전송(charge-then-transfer)"은 정전용량 변화들을 검출하기 위해 일부 터치 획득 프론트 엔드들에서 구현되는 기법이며, 이에 의해 감지 커패시터가 정전용량의 변화에 응답하여 충전되고(예컨대, 더 빠르게 또는 더 느리게 충전되고) 전하가 다수의 전하 전송 사이클들에 걸쳐 적분 커패시터(integrating capacitor)로 전송된다. 그러한 전하 전송과 연관된 전하의 양은 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC)에 의해 디지털 신호들로 변환될 수 있고, 디지털 제어기는 그들 디지털 신호(전형적으로 "델타 카운트(delta count)들" 또는 단지 "델타들"로 지칭됨)들을 프로세싱하여 측정치들 및 물체가 센서와 접촉했는지 여부를 결정할 수 있다.
자기 정전용량 센서(self-capacitance sensor)(또한 본 명세서에서 "self-cap sensor"로 지칭됨)들은 접지에 대한 정전용량의 변화들에 응답하는 정전용량성 필드 센서들이다. 그들은 전형적으로 터치에 독립적으로 반응하는 행(row)들 및 열(column)들의 어레이로 레이아웃된다. 비제한적인 예로서, 자기 정전용량 센서는, 플로팅 단자들을 갖는 공통 집적 CMOS 푸시-풀 드라이버 회로부를 사용한 반복적인 충전후 전송 사이클들을 채용하는 회로를 포함할 수 있다.
상호 정전용량 센서들은 2개의 전극들, 즉, 구동 전극과 감지 전극 간의 정전용량의 변화들을 검출하고/그에 응답하는 정전용량성 필드 센서들이다. 구동 및 감지 라인들의 각 교차점에서의 구동 전극과 감지 전극 쌍들은 커패시터를 형성한다. 자기 정전용량 및 상호 정전용량 기법들은 동일한 터치 인터페이스 시스템에 사용될 수 있고, 서로 상보적일 수 있는데, 예를 들어 상호 정전용량을 사용하여 검출된 터치를 확인하기 위해 자기 정전용량이 사용될 수 있다.
예시적인 터치 센서들은 2차원(2D) 접촉 감응형 표면에 대해 2D 배열로 오버레이될 수 있는데, 2D 접촉 감응형 표면은, 예를 들어, 터치 패드 또는 디스플레이 스크린의 접촉 감응형 표면 내에 포함될 수 있고, 연관된 가전 기기와의 사용자 상호작용을 용이하게 할 수 있다. 절연 보호 층들(예컨대, 수지, 유리, 및/또는 플라스틱(제한 없음))이 터치 센서들을 덮는 데 사용될 수 있고, 본 명세서에서 "오버레이"로 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "터치 디스플레이"는 2D 터치 센서들을 포함하는 디스플레이(예컨대, 액정 디스플레이(LCD), 박막 트랜지스터(TFT) LCD, 또는 발광 다이오드(LED) 디스플레이)이다.
전하 전송 기법들을 채용하는 상호 정전용량 센서들의 매트릭스 센서 접근법을 사용하는 터치 스크린 센서의 예를 이용하면, N × M 노드들의 "매트릭스" 어레이를 정의하기 위해 구동 전극들은 기판의 일 측 상의 행들로 연장될 수 있고 감지 전극들은 기판의 다른 측 상의 열들로 연장될 수 있다. 각각의 노드는 구동 전극과 감지 전극의 전기 전도성 라인들 간의 교차점에 대응한다. 구동 전극이 주어진 행 내의 모든 노드들을 동시에 구동하고 감지 전극이 주어진 열 내의 모든 노드들을 감지한다. 노드 위치에서의, 구동 전극과 감지 전극의 정전용량성 결합(상호 정전용량), 또는 감지 전극과 접지의 결합(자기 정전용량)은, 터치 이벤트를 나타내는 정전용량 변화에 응답하여 둘 모두 측정되거나, 또는 별개로 측정될 수 있다. 예를 들어, 구동 신호가 행 2의 구동 전극에 인가되고 열 3의 감지 전극이 활성화되면, 노드 위치는 행 2, 열 3이다. 구동 전극과 감지 전극의 상이한 조합들을 통해 시퀀싱함으로써 노드들이 스캐닝될 수 있다. 하나의 모드에서 감지 전극들이 모두 연속적으로 모니터링되는 동안 구동 전극들이 순차적으로 구동될 수 있다. 다른 모드에서, 각각의 감지 전극이 순차적으로 샘플링될 수 있다.
비제한적인 예로서, 터치 프로세서들 및 터치 획득 회로부는 마이크로제어기, 디지털 논리 회로들, 및/또는 구성가능 상태 기계들일 수 있고, 이들은, 터치 센서 상에서, 구동 전극들을 제어하고 정전용량성 효과들(예컨대, 채널 정전용량 및/또는 절대 채널 정전용량의 측정된 변화들로부터 검출됨(제한 없음))을 분석하도록 구성될 수 있다. 마이크로제어기를 포함하는 집적 회로(IC) 패키지들은 호스트와 통신하기 위한 입력 및 출력 핀들; 및, 본 명세서에 설명되는 것들을 포함하는, 다양한 실시예들과 관련된 기법들 및 동작들을 수행하기 위한 펌웨어를 제공할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들과 함께 사용될 수 있는 마이크로제어기들의 예들은 주변기기 인터페이스 마이크로제어기들, ARM 기반 마이크로제어기들, 및 AVR-8 및 32-비트 마이크로제어기들을 포함한다.
자기 정전용량 센서들은 때때로 "접지 실드(grounded-shield)"로 구현되어, 전자기 간섭(electro-magnetic interference, EMI)들의 소스들로부터 터치 센서를 격리시키고, 필드 형상화를 통해 터치 센서에 방향성을 제공한다(즉, 후면측 활성화를 방지함). 구조적으로, 접지 실딩(grounded-shielding)은 전극으로부터 방출되는 전기장을 수용하기 위해 전극 뒤에 또는 전극을 둘러싸며 접지 실드(전형적으로 접지 전도성 재료)를 위치시키는 것을 수반한다.
접지 실드들은 때때로 낮은 감도, 즉, 표면에 가까운 물체들에 응답하기 위한 요건을 요구하는 터치 센서 응용예들에 사용된다. 더 구체적으로, 접지 실드들은 대체적으로, 방출하는 전기장을 수용하여, 예를 들어, 그것이 유전체 오버레이에 가깝게 함으로써 감도를 감소시킨다. 달리 말하면, 접지 실드들은 전기장의 투사를 감소시켜, 근접이 검출될 수 있는 (예컨대, 오버레이로부터의) 거리의 범위를 감소시킨다. 본 명세서에서, 전기장의 투사를 감소시키는 것은 또한 전기장의 "강도"를 감소시키는 것으로 지칭될 수 있다. 전기장을 수용한다는 것은 원하지 않는 근접 검출들, 즉, 터치 센서로부터 허용 가능한(허용 가능한은 전형적으로 특정 응용예에 대한 요건들에 기초하여 정의됨) 거리보다 더 멀리 떨어진 검출을 감소시키면서 감지를 가능하게 한다. 접지 실드들은 전기장의 투사를 감소시키고(그리고 전기장의 강도를 감소시킴), 따라서 근접 검출이 경험될 수 있는 거리의 범위를 감소시킨다.
그러나, 접지 실드 센서들은 터치 센서 상의 습기와 같은 이물질로부터의 무효한 터치들을 여전히 검출할 수 있다. 추가의 설명으로서, 적어도 2개의 정전용량성 결합들이 접지 실드를 구현하는 자기 정전용량 센서들에서 발생한다고 알려져 있다. 제1 정전용량성 결합은 대지 귀환(earth return)이며, 자기 정전용량 측정들에서 정전용량 변화들을 검출하는 데 전형적으로 사용되는 전극-손가락-대지("자유 공간"으로도 지칭됨) 경로이다. 제2 정전용량성 결합은 접지 귀환(ground return)으로 불리며, 전극-손가락-접지 실드-접지 경로이다. 습기는 대지 귀환 경로에 대해서는 정전용량성 결합을 생성하지 않지만, 그것은 접지 귀환 경로에 대해서는 정전용량성 결합을 생성할 수 있고, 전하가 제2 경로로 인출(draw down)될 수 있으며, 따라서, 터치 프로세서에 대해, 습기가 손가락과 구별되지 않는다. 다시 말하면, 무효한 터치들이 터치 센서 상의 습기에 기초하여 검출될 수 있다. 따라서, 접지 실드 센서는 감소된 투사 및 감소된 근접 효과들(예컨대, 원하지 않는 근접 검출)의 이점을 갖지만, 센서 상에 습기가 있을 때 무효한 터치들을 검출하기 쉽다.
자기 정전용량 센서들은 때때로 EMI들의 소스들로부터 터치 센서를 격리시키고/시키거나, 터치 센서에 방향성을 제공하고/하거나, 습기와 같은 이물질들에 대한 공차를 개선하기 위해 "구동 실드(driven shield)"로 구현된다. 구동 실드의 전형적인 예는 활성 전극 뒤에 또는 활성 전극을 둘러싸며 활성 실드(즉, 전도성 재료)를 포함하여, 모든 다른 전극들 또는 센서의 이웃 전극들의 서브세트에 대한 감지 전극 및 구동 전극 전압 전위들을 연속적으로 추적하는(즉, 동일한 전압 전위로 구동시킴) 것이다. 구동 실드 기법의 효과는, 센서로부터 실드할 습기로의 정전용량성 결합이 없거나 또는 중요하지 않고, 따라서 습기가 터치로서 검출되지 않는다는 것이다. 센서 상에 습기가 있는 동안의 터치의 경우에, 센서에 의해 생성되는 대부분(모두는 아님)의 이용가능한 필드는 손가락에 결합되어, 센서에 대한 영향을 증가시키고, 그에 의해 감도 및 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 증가시킨다. 특히, 터치 센서 주위의 전기장이 추가로 투사되어, 가까운 근접 센서들(즉, 센서에 가깝지만 물리적으로 터치하고 있지 않은 물체들에 대한 터치들을 검출하는 센서들)의 설계를 가능하게 할 수 있다. 그러나, 전기장의 증가된 투사는 의도하지 않은 근접 검출을 야기할 수 있는데, 특히 고감도 응용예들에서 그러하다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 예시적인 터치 센서들로부터 방출되는 전기장들을 도시한다. 도 1a는 격리된 센서(즉, 실드가 구현되지 않음)를 도시하고, 도 1b는 접지 실드 센서를 도시하고, 도 1c는 구동 실드 센서를 도시한다. 도 1a, 도 1b, 및 도 1c 각각에서, 전기장들 및 그들의 방향성은 터치 센서들로부터 나오는 실선 화살표들로 도시되어 있다. 전기장들의 강도는 화살표들의 수로 도시되며, 따라서, 센서(102)로부터 방출되는 전기장(103)(도 1b)은 센서(100)로부터 방출되는 전기장(101)(도 1a) 및 센서(104)로부터 방출되는 전기장(105)(도 1c)보다 더 약하다.
본 발명의 발명자들은, 접지 실드 기법들 또는 구동 실드 기법들의 어느 것도, 단독으로는, 고감도, 감소된 전기장 투사, 및 습기 거부를 요구하는 응용예들에 적합하지 않다고 인식한다. 본 발명의 발명자들은, 근접 검출 거부 및 습기 거부를 요구하는 고감도 응용예들을 포함하는, 많은 응용예들에 사용될 수 있는 터치 프로세서들에 대한 필요성을 인식한다.
따라서, 본 발명의 하나 이상의 실시예들은 대체적으로 이중-터치 측정 감지 기법들에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 터치들을 검출하기 위해 습기 거부 기법과 함께 근접 거부 기법을 사용하는 것에 관한 것이다. 일 실시예에서, 제1 측정은 (i) 구동 실드 자기 정전용량 측정을 사용하는 것(본 명세서에서 "구동 실드 자기 정전용량 모드"로도 지칭됨), 또는 (ii) 실드를 접지시킨 후 자기 정전용량 측정을 사용하는 것(본 명세서에서 "접지 실드 자기 정전용량 모드"로도 지칭됨) 중 어느 하나로 수행되고; 이어서, 제2 측정은 구동 실드 자기 정전용량 모드 또는 접지 실드 자기 정전용량 모드 중 다른 하나를 사용하여 수행된다. 터치는, 두 측정들 모두가 터치를 검출하는 경우에 검출된다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 터치 측정 감지를 위한 프로세스(200)를 도시한다. 동작(201)에서, 구동 실드 자기 정전용량 감지 모드가 인에이블된다. 구동 실드 자기 정전용량 감지 모드는 본 명세서에 설명된 그러한 기법들을 포함하는, 구동 실드를 구현하는 자기 정전용량 감지 기법들과 연관될 수 있다. 동작(202)에서, 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작이 수행된다. 동작(203)에서, 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과가 결정된다. 감지 결과는, 예를 들어, 검출된 터치 또는 검출된 터치 없음을 나타내는 값일 수 있다. 터치가 검출됨의 감지 결과의 경우에, 터치의 위치가 또한 저장될 수 있다. 예를 들어, 터치 디스플레이의 경우에, 터치가 동작(202) 동안 검출되는 경우, 터치가 검출된 터치 디스플레이 상의 물리적 위치의 좌표들에 대응하는 위치 정보가 또한 저장될 수 있다. 동작(204)에서, 접지 실드 자기 정전용량 감지 모드가 인에이블된다. 하나 이상의 실시예들에서, 접지 실드 자기 정전용량 감지 모드를 인에이블하는 것은 센서의 실드를 접지시키는 것 및 자기 정전용량 감지 모드를 인에이블하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 자기 정전용량 감지 모드는 구동 실드를 사용하는 것을 포함하지 않는 자기 정전용량 감지 기법들과 연관될 수 있다. 동작(205)에서, 접지 자기 정전용량 감지 동작이 수행된다. 하나 이상의 실시예들에서, 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작을 수행하는 것은 자기 정전용량 감지 기법들을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 동작(206)에서, 접지 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과가 결정된다. 감지 결과는 검출된 터치 또는 검출된 터치 없음을 나타낼 수 있고, 터치가 검출된 경우, 검출된 터치와 연관된 위치 정보를 포함할 수 있다. 동작(207)에서, 터치 결과는 제1 결과 및 제2 결과에 응답하여 결정된다. 일 실시예에서, 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 및 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 둘 모두가 터치가 검출됨인 경우, 터치 결과는 검출된 터치이다. 추가로, 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 또는 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 중 어느 하나가 검출된 터치 없음인 경우, 터치 결과는 검출되지 않는다. 일 실시예에서, 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 및 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 둘 모두가 동일한 위치 정보에 대해 터치가 검출됨인 경우, 터치 결과는 검출된 터치이며, 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 또는 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작의 감지 결과 중 어느 하나가 동일한 위치 정보에 대해 검출된 터치 없음인 경우, 터치 결과는 검출되지 않는다.
도 3은, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 기법들을 위해 구성된 예시적인 터치 인터페이스 시스템(300)을 도시한다. 하나 이상의 실시예들에서, 터치 인터페이스 시스템(300)은 정전용량성 센서(301), 획득 회로부(302), 및 터치 프로세서(303)를 포함할 수 있다. 터치 프로세서(303)는 대체적으로 정전용량성 센서(301)와 같은 터치 센서에서 터치들을 검출하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 터치 프로세서(303)는 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈(304) 및 구동 실드 자기 정전용량 모듈(305)을 포함할 수 있다. 터치 프로세서(303)는 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈(304) 및 구동 실드 자기 정전용량 모듈(305)에 의한 결과들(즉, 터치들을 검출)에 응답하여 정전용량성 센서(301)에서 터치들을 검출하도록 구성될 수 있다.
접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈(304)은, 대체적으로, 본 명세서에 설명된 것들을 포함하는, 하나 이상의 접지 실드 자기 정전용량 감지 기법들을 수행하도록 구성될 수 있다. 구동 실드 자기 정전용량 모듈(305)은, 대체적으로, 본 명세서에 설명된 것들을 포함하는, 하나 이상의 구동 실드 자기 정전용량 감지 기법들을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 3에는 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈(304) 및 구동 실드 자기 정전용량 모듈(305)만이 도시되어 있지만, 터치 프로세서(303)가 다른 정전용량성 감지 기법들을 수행하도록 구성될 수 있다는 것이 구체적으로 고려된다. 예로서, 터치 프로세서(303)는 상호 정전용량성 감지 동작들을 수행하기 위한 상호 정전용량 감지 모듈을 포함할 수 있고, 이중 측정 감지 기법들은 상호 정전용량성 감지 모듈의 결과들을 확인하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 상호 정전용량성 감지를 사용하여 터치의 검출을 확인함).
도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이중 측정 감지 동작들, 예를 들어, 터치 감지 회로부들을 도시한다. 도 4a 및 도 4b는 터치 센서의 전극 상에 유효한 터치 및 물이 없는, 예시적인 이중 측정 감지 동작을 도시한다. 도 5a 및 도 5b는 손가락에 의한 유효한 터치를 갖는 예시적인 이중 측정 감지 동작을 도시한다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예들에서, 터치 감지 회로부 시스템(400)은 터치 센서(401) 및 터치 센서(401)에 동작가능하게 결합된 터치 제어기(405)를 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 터치 센서(401)는 전도성 구조체(404), 기판 재료(402), 및 후방 전도성 재료(403A) 및 전방 전도성 재료(403B)를 포함한다. 기판 재료(402)는, 예를 들어, 저손실 기판들, 예컨대, PCB(printed circuit board) 재료들(예컨대, FR4, CEM-1, 폴리아미트(Polyamite), 및 캡톤(Kapton)(제한 없음)), 아크릴, 예컨대 PET(Polyethylene Terephthalate) 및 폴리카르보네이트, 및/또는 유리를 포함하는 임의의 절연 재료일 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 전도성 구조체(404)는, 예를 들어, 기판 재료(402) 상의 전도성 충전물에 의해 형성되는 전극일 수 있다. 전도성 구조체(404)는, 예를 들어, 구리, 탄소, 은 잉크, Orgacon(™), ITO(indium tin oxide) 코팅 유리, 및/또는 RC 시상수가 제어될 수 있도록 실질적으로 1 kΩ/sq 저항률을 특징으로 하는 적합한 전도성 재료일 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 후방 전도성 재료(403A) 및 전방 전도성 재료(403B)는 기판 재료(402)의 반대쪽 측들 상에 배치될 수 있다. 후방 및/또는 전방 전도성 재료들(403A 및/또는 403B)은 평행한 평면들 내에서 연장될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 추가의 전도성 재료들이 기판 재료(402)의 측면(lateral side)들 상에 배치될 수 있다. 후방 전도성 재료(403A) 및 전방 전도성 재료(403B)는 그러한 추가의 측면 재료들에 의해 연결되거나 연속될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 후방 전도성 재료(403A)는 전도성 구조체(404)로부터 투사되는 전기장의 방향성을 용이하게 하도록 기판 재료(402) 및 전도성 구조체(404)에 관련하여 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 후방 전도성 재료(403A)는 전도성 구조체(404) 반대쪽의 기판 재료(402)의 저부 표면과 동일 평면 상에 위치되어, 전도성 구조체(404)로부터 투사되는 전기장이 후방 전도성 재료(403A)의 반대쪽 방향으로 더 멀리 투사되게 할 수 있거나, 또는 다시 말하면, 후방 전도성 재료(403A)가 터치 센서(401)의 표면으로부터 후방 전도성 재료(403A)를 향하는 방향으로의, 전도성 구조체(404)로부터의 전기장의 투사를 차단(또는 감소)하게 할 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 전방 전도성 재료(403B)는, 추가로 방향성을 제공하고/하거나 터치 센서(401)를 다른 인근 센서들 또는 전자장치로부터 격리시키도록 기판 재료(402)에 관련하여 배열될 수 있다. 전방 전도성 재료(403B)는 전도성 구조체/전극(404)으로부터의 전기장의 투사를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 개구들을 한정할 수 있다(도 4a 및 도 4b에 도시되어 있지만, 라벨링되어 있지는 않음).
하나 이상의 실시예들에서, 터치 제어기(405)는 대체적으로 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 이중 측정 기법들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예로서, 터치 제어기(405)는 도 3에 도시된 터치 프로세서(303), 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈(304), 및 구동 실드 자기 정전용량 모듈(305)을 구현할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 예들에서, 터치 제어기(405)는 하나 이상의 전도성 라인들에 의해 터치 센서(401)에 동작가능하게 결합되고, 더 구체적으로, 터치 제어기(405)는 감지 라인(407)에 의해 전도성 구조체/전극(404)에 동작가능하게 결합되고, 실드 라인(406)에 의해 전도성 재료(403A, 403B)에 동작가능하게 결합된다.
도 4a는, 습기(420)가 전도성 구조체/전극(404)에 존재하고 습기(420)와 전도성 재료(403A, 403B) 사이에 정전용량성 결합(421)이 존재하는 동안 이중 측정 감지 동작의 제1 측정 동안의 터치 감지 회로부 시스템(400)을 도시한다. 도 4a 및 도 4b를 참조하여 논의된 실시예에서, 제1 측정은 구동 실드 자기 정전용량 측정이고, 제2 측정은 접지 자기 정전용량 측정이지만, 본 발명의 실시예들은 구동 실드 자기 정전용량 측정 및 접지 실드 자기 정전용량 측정이 특정 순서로 수행될 것을 요구하지 않는다. 따라서, 제1 측정 동안, 터치 제어기(405)는 구동 실드 신호(409)를 전도성 재료(403A, 403B)에 제공하고, 전도성 재료(403A, 403B)가 구동 실드 전압을 갖게 한다.
일 실시예에서, 터치 제어기(405)는 전도성 구조체/전극(404) 상에서의 하나 이상의 측정 신호들(410)에 구동 실드 신호(409)를 동기화한다(즉, 전압 전위를 추적함). 측정 신호들(410)은 터치 센서(401)의 정전용량 변화들을 나타내고, 감지 라인(407)을 통해 수신되고 터치 제어기(405)에 의해 저장된다. 구동 실드 신호(409) 때문에, 정전용량성 결합(421)이 차단되거나 적어도 자기 정전용량 측정에 기여하지 않으며, 이에 따라 전도성 구조체/전극(404)에서의 습기(420)로 인한 터치가 터치 제어기(405)에 의해 검출되지 않는다.
특히, 구동 실드를 제공하기 위해 인근 센서들에 관련된 전압들을 추적하기 위한 추가의 신호 라인들이 또한 터치 감지 회로부 시스템(400)(도 5a 및 도 5b)에 포함될 수 있지만, 본 논의에서는 간단히 명확성을 개선시키기 위해 생략된다.
도 4b는, 습기(420)가 전도성 구조체/전극(404)에 존재하고 습기(420)와 전도성 재료(403A, 403B) 사이에 정전용량성 결합(421)이 존재하는 동안 이중 측정 감지 동작의 제2 측정 동안의 터치 감지 회로부 시스템(400)을 도시한다. 제2 측정은 접지 자기 정전용량 실드 측정이고, 따라서 터치 제어기(405)는 실드 라인(406)을 통해 전도성 재료(403A, 403B)에 접지 전압(411)을 제공하고, 전도성 재료(403A, 403B)가 접지와 동일한 전압 전위를 갖게 한다. 측정은, 감지 라인(407)을 통해 수신되고 터치 제어기(405)에 의해 저장된 측정 신호들(410)에 응답하여 이루어진다. 여기서, 정전용량성 결합(421)은 이미 설명된 이유로 터치 제어기(405)에 의해 터치로서 검출된다. 따라서, 접지 실드 자기 정전용량 측정의 결과는 무효한 터치의 검출이다.
일단 터치 제어기(405)가 두 측정 모두를 완료하면, 터치 제어기(405)는 이어서 터치가 발생했는지 여부를 결정한다. 이러한 예에서, 구동 실드 자기 정전용량 측정에 의해서는 터치가 검출되지 않고 접지 자기 정전용량 측정에 의해서는 터치가 검출되므로, 터치 제어기(405)의 이중 측정 논리는 2개의 측정들의 결과들이 동일하지 않기 때문에 터치가 발생하지 않았다고 결정하고, 터치 제어기(405)는 터치가 없음을 검출한다.
도 5a 및 도 5b는 손가락(422)이 터치 센서(401)와 접촉하고 있는 이중 측정 감지 동작 동안의 터치 감지 회로부 시스템(400)을 도시한다. 특히, 자기 정전용량 구동 실드 측정 및 접지 실드 자기 정전용량 측정 둘 모두에 대해 터치가 검출되므로, 터치 제어기(405)는 터치를 검출하고, 이러한 경우에, 그것은 유효한 터치이다.
터치 제어기(405)가 마이크로제어기로서 구현되는 실시예들에서, 감지 라인(407) 및 실드 라인(406) 중 하나 이상은 마이크로제어기의 범용 입력/출력(general purpose input/output, GPIO) 핀 또는 주변기기 입력/출력(I/O) 핀에 동작가능하게 결합될 수 있고, 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈(304) 및 구동 실드 자기 정전용량 모듈(305)은 마이크로제어기의 펌웨어로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 터치 제어기(405)는 GPIO 핀에 접지 신호를 제공하기 위한 내부 회로부를 포함할 수 있으므로, 그러한 내부 회로부를 사용하여 전도성 재료(403A, 403B)에 접지 전압을 제공할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들은 대체적으로 저감도 및 고감도 응용예들을 위한 이중 측정 감지를 위해 터치 프로세서를 교정하는 방법에 관한 것이다. 구동 실드 자기 정전용량 측정들 및 접지 실드 자기 정전용량 측정들은 다양한 조건들 하에서 - 일부 조건들은 고감도를 요구하고, 일부 조건들은 더 낮은 감도를 요구함 - 그리고 습기가 있는 그리고 습기가 없는 둘 모두의 상태에서 수행된다. 정전용량성 결합의 강도가 전하 전송에 대한 델타 카운트들에 비례하기 때문에, 델타 카운트들을 사용하여 터치를 검출하는 것에 대한 임계치 또는 임계 범위를 결정할 수 있다.
도 6은 자기 정전용량 접지 측정(즉, 접지 자기 정전용량 측정) 및 구동 실드 자기 정전용량 측정에 대한 델타 카운트들의 그래프(600)를 도시한다. 각각에 대해, 시험 측정들은 터치 센서 위의 전방 패널 층과 직접 물리적으로 접촉하는 장갑 없이, 얇은 장갑을 사용하여, 그리고 두꺼운 장갑을 사용하여 행해졌다. 시험 측정들은 또한, 맨 손가락(즉, 장갑 없음)을 사용하여 터치 센서로부터 3 mm 및 5 mm에서 행해졌다. 이러한 예에서, 3 mm 및 5 mm는 터치 센서 위의 전방 패널 층 또는 층들의 외부 표면으로부터 측정된다.
도 6에 도시된 예에서, 라인(603)은 접지 자기 정전용량 측정들을 위한 검출 임계치로서 선택되는데, 이는 장갑 없음, 얇은 장갑, 및 두꺼운 장갑이 충분히 강한 정전용량성 결합을 갖지만, 3 mm 및 5 mm 정전용량성 결합은 라인(603)에 의해 한정된 임계치 미만이기 때문이다. 라인(604)은 접지 실드 자기 정전용량 측정들을 위한 검출 임계치로서 선택되는데, 이는 장갑 없음, 얇은 장갑, 및 두꺼운 장갑이 충분히 강한 정전용량성 결합을 갖고, 5 mm 정전용량성 결합은 라인(604)에 의해 한정된 임계치 미만이기 때문이다. 3 mm 근접에서는, 터치가 구동 실드 자기 정전용량 측정에 의해 검출될 것이지만; 터치가 접지 실드 자기 정전용량 측정에 의해서는 검출되지 않을 것이므로, 개시된 실시예들에 따른 이중 측정에 의해 검출되지 않을 것이다.
이중 측정을 위해 터치 프로세서를 교정하기 위한 일부 실시예들에서, 일부 자기 정전용량 측정들은 정보 목적들을 위해 사용되거나 전혀 행해지지 않을 수 있다. 이중 측정들을 위해 터치 프로세서를 교정하기 위한 다른 실시예들에서(예를 들어, 전기장의 투사는 중요하지 않음), 시험 측정들을 행한 후에 이중 측정들 중 하나에 대해 접지 자기 정전용량 측정을 사용할지 또는 자기 정전용량 측정을 사용할지 여부가 결정될 수 있다.
일단 임계치들(603, 604)이 선택되면, 그들은 터치 프로세서(예컨대, 도 3의 터치 프로세서(303))에 저장되고, 각각 접지 자기 정전용량 측정 및 구동 실드 자기 정전용량 측정에 대해 터치들을 검출하는 데 사용될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예시적인 이중 터치 측정 감지에 대한 타이밍도를 도시한다. 실드 라인(701), 활성 감지 라인(702), 다른 감지 라인(703), 및 터치 출력(704)에서의 전압 레벨들이 도 7에 도시되어 있다. 전압 레벨들은 이중 터치 측정 감지 동작의 3개의 단계들, 즉 자기 정전용량 실드 감지 단계(705), 접지 자기 정전용량 감지 단계(706), 및 사후 프로세싱 단계(707)에 대해 도시되어 있다. 이러한 예에서, 단계들(705, 706) 동안 활성 감지 라인(702)에서 측정된 708 및 709에서의 전압 레벨 변화들은 각각, 터치 센서에서의 접촉을 나타낸다. 자기 정전용량 실드 감지 단계(705) 동안, 실드 라인(701) 및 다른 감지 라인들(703)은, 측정치들이 획득되는 동안, 활성 감지 라인(702)과 매칭(match)하도록 신호에 의해 구동된다. 접지 자기 정전용량 감지 단계(706) 동안, 실드 라인(701)은 접지로 구동되고, 다른 감지 라인들(703)은 접지 또는 Vdd로 구동된다(도 7의 예에서는, Vdd로 구동됨). 사후 프로세싱 단계(707) 동안, 단계들(705, 706) 동안 이루어진 측정치들이 분석되어(도시되지 않음) 터치를 검출하고, 터치 출력(704)이 고전압 레벨(710)로 구동되어 터치가 검출되었음을 나타낸다.
본 명세서에서의 기능 설명들 중 많은 것이 그들의 구현 독립성을 보다 구체적으로 강조하기 위해, 모듈들, 스레드들, 단계들, 또는 펌웨어를 포함한, 프로그래밍 코드의 다른 구분들로서 예시되거나, 설명되거나, 라벨링될 수 있다. 모듈들은 하드웨어로, 하나의 형태로 또는 다른 형태로 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 모듈은 맞춤형 VLSI 회로 또는 게이트 어레이, 기성(off-the-shelf) 반도체, 예컨대 논리 칩, 트랜지스터, 또는 다른 별개의 컴포넌트를 포함하는 하드웨어 회로로서 구현될 수 있다. 모듈은 또한 프로그래밍가능 하드웨어 디바이스, 예컨대 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이, 프로그래밍가능 어레이 논리, 프로그래밍가능 논리 디바이스 등으로 구현될 수 있다.
모듈들은 또한 소프트웨어 또는 펌웨어를 사용하여 구현되고, 다양한 타입의 프로세서들에 의한 실행을 위해 물리적 저장 디바이스(예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체)에, 메모리에, 또는 이들의 조합에 저장될 수 있다.
실행 가능 코드의 식별된 모듈은, 예를 들어, 컴퓨터 명령어의 하나 이상의 물리적 또는 논리 블록을 포함할 수 있는데, 이들은 예를 들어 스레드, 객체, 절차, 또는 기능으로서 편성될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 식별된 모듈의 실행 가능 코드는 물리적으로 함께 위치될 필요가 없지만, 함께 논리적으로 연결될 때, 모듈을 포함하고 모듈에 대한 진술된 목적을 달성하는, 상이한 위치들에 저장된 이질적 명령어들을 포함할 수 있다.
실제로, 실행 가능 코드의 모듈은 단일 명령어 또는 많은 명령어들일 수 있으며, 심지어 여러 상이한 코드 세그먼트들에 걸쳐, 상이한 프로그램들 사이에, 그리고 여러 저장 또는 메모리 디바이스들에 걸쳐 분산될 수 있다. 유사하게, 연산 데이터는 본 명세서에서 모듈들 내에서 식별되고 예시될 수 있으며, 임의의 적합한 형태로 구현되고 임의의 적합한 유형의 데이터 구조 내에 조직화될 수 있다. 연산 데이터는 단일 데이터 세트로서 수집될 수 있거나, 상이한 저장 디바이스들에 걸쳐를 비롯해 상이한 위치들에 걸쳐 분산될 수 있으며, 적어도 부분적으로, 단지 시스템 또는 네트워크 상의 전자 신호들로서 존재할 수 있다. 모듈 또는 모듈의 부분들이 소프트웨어로 구현되는 경우, 소프트웨어 부분들은 본 명세서에서 컴퓨터 판독 가능 매체로 지칭되는 하나 이상의 물리적 디바이스에 저장된다.
몇몇 실시예들에서, 소프트웨어 부분들은 비일시적 상태로 저장되며, 따라서 소프트웨어 부분들 또는 그들의 표현들이 일정 기간 동안 동일한 물리적 위치에 존속한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 소프트웨어 부분들은 소프트웨어 부분들을 나타내는 비일시적 상태들 및/또는 신호들을 저장할 수 있는 하드웨어 요소들을 포함하는 하나 이상의 비일시적 저장 디바이스들에 - 비일시적 저장 디바이스들의 다른 부분들이 신호들을 변경하고/하거나 송신하는 것이 가능할 수 있을지라도 - 저장된다. 비일시적 저장 디바이스들의 예들은 플래시 메모리 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)이다. 비일시적 저장 디바이스의 다른 예는 소정 기간 동안 소프트웨어 부분들을 나타내는 신호들 및/또는 상태들을 저장할 수 있는 판독 전용 메모리(ROM)를 포함한다. 그러나, 신호들 및/또는 상태들을 저장하는 능력은 저장된 신호들 및/또는 상태들과 동일하거나 그들을 나타내는 신호들을 송신하는 추가 기능에 의해 감소되지 않는다. 예를 들어, 프로세서는 대응하는 소프트웨어 명령어들을 실행하기 위해 저장된 신호들 및/또는 상태들을 나타내는 신호들을 획득하기 위해 ROM에 액세스할 수 있다.
습기 거부 및 근접 거부가 하나 이상의 실시예들과 관련하여 설명되어 있지만, 그러한 설명은 100% 습기 거부 및/또는 100% 근접 거부를 요구하는 것으로 의도되지 않는다. 다시 말하면, 본 발명은 100% 미만의 습기 거부 및 100% 미만의 근접 거부를 포함하는, 일정 범위의 습기 거부 및 근접 거부 공차들을 갖는 실시예들, 및 그의 법적 등가물들을 포괄한다.
'전형적인', '종래의' 또는 '알려진'과 같은 본 개시에서의 임의의 특성화는 반드시 그것이 종래 기술에 개시되었거나 논의된 태양들이 종래 기술에서 인식된다는 것을 의미하지는 않는다. 반드시, 관련 분야에서, 그것이 널리 알려져 있거나, 잘 이해되거나, 또는 일상적으로 사용된다는 것을 의미하는 것도 아니다.
본 발명이 소정의 예시된 실시예들과 관련하여 본 명세서에서 설명되었지만, 당업자는 본 발명이 그런 식으로 제한되지 않는다는 것을 인지 및 인식할 것이다. 오히려, 예시되고 설명된 실시예들에 대한 많은 추가들, 삭제들 및 수정들이 그의 법적 등가물들과 함께 이하에서 청구되는 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. 또한, 하나의 실시예로부터의 특징들은 본 발명자에 의해 고려되는 바와 같은 본 발명의 범주 내에 여전히 포함되면서 다른 실시예의 특징들과 조합될 수 있다.
본 발명의 추가의 비제한적인 실시예들은 다음을 포함한다:
실시예 1: 정전용량성 감지 회로부로서, 전극들 및 전극들에 대한 실딩을 포함하는 센서로서, 센서는 센서에서의 또는 센서 부근의 정전용량 변화들에 응답하여 측정가능 신호들을 생성하도록 구성된, 상기 센서; 및 측정가능 신호들을 사용하여 수행되는 정전용량성 감지 측정들에 응답하여 터치를 검출하도록 구성된 터치 제어기를 포함하고, 여기서 정전용량성 감지 측정들은, 센서의 실딩의 적어도 일부에 구동 실드 신호를 제공하는 것을 포함하는 구동 실드 자기 정전용량 감지 측정; 및 센서의 실딩의 적어도 일부에 접지 신호를 제공하는 것 및 자기 정전용량 감지 측정을 수행하는 것을 포함하는 접지 실드 자기 정전용량 감지 측정을 포함하는, 정전용량성 감지 회로부.
실시예 2: 전극들에 대한 실딩의 제1 실딩은 후방 전도성 재료; 및 전방 전도성 재료를 포함하고, 여기서 후방 전도성 재료 및 전방 전도성 재료는 평행한 평면들 내에서 연장되는, 실시예 1 중 어느 한 실시예의 회로부.
실시예 3: 제1 실딩은 후방 전도성 재료 및 전방 전도성 재료의 측면들에 배치되는 전도성 재료들을 추가로 포함하는, 실시예 1 또는 실시예 2의 회로부.
실시예 4: 제1 실딩은 전극들로부터 투사되는 전기장들의 방향성을 용이하게 하도록 전극들에 관련하여 배열되는, 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예의 회로부.
실시예 5: 실딩은, 전극들로부터 투사되는 전기장들이 제1 방향과 실질적으로 반대쪽인 제2 방향에서보다 제1 방향으로 더 멀리 연장되도록 전극들에 관련하여 배열되는, 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예의 회로부.
실시예 6: 터치 제어기는 구동 실드 자기 정전용량 감지 측정 및 접지 실드 자기 정전용량성 감지 측정에 응답하여 터치를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는, 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예의 회로부.
실시예 7: 터치 제어기는, 센서의 실딩의 적어도 일부에 동작가능하게 결합된 실드 라인에 구동 실드 신호를 제공하도록; 센서의 비활성 감지 라인들에 구동 실드 신호를 제공하도록; 그리고 센서의 활성 감지 라인에서 제1 측정가능 신호들을 측정하도록 구성되는, 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예의 회로부.
실시예 8: 터치 제어기는, 활성 감지 라인에서 제1 측정가능 신호들을 측정하는 것에 후속하여, 실드 라인에 접지 신호를 제공하도록; 센서의 비활성 감지 라인들에 접지 또는 공급 전압 신호를 제공하도록; 그리고 센서의 활성 감지 라인에서 제2 측정가능 신호들을 측정하도록 구성되는, 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예의 회로부.
실시예 9: 터치 프로세서로서, 터치 센서의 전극의 실딩에 접지 신호를 제공한 후에 자기 정전용량 감지 측정을 수행하도록 구성된 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈; 및 터치 센서의 전극의 실딩에 구동 실드를 제공하는 동안 자기 정전용량 감지 측정을 수행하도록 구성된 구동 실드 자기 정전용량 감지 모듈을 포함하는, 터치 프로세서.
실시예 10: 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈은 제1 임계값보다 큰 제1 측정치들에 응답하여 제1 터치를 검출하도록 구성되고, 구동 실드 자기 정전용량 감지 모듈은 제2 임계값보다 큰 제2 측정치들에 응답하여 제2 터치를 검출하도록 구성되고, 터치 프로세서는 검출된 제1 터치 및 검출된 제2 터치에 응답하여 터치를 보고하도록 구성되는, 실시예 9 중 어느 한 실시예의 터치 프로세서.
실시예 11: 제1 임계치는 근접 터치들에 대한 민감성을 감소시키도록 선택되고, 제2 임계치는 습기 터치들에 대한 민감성을 감소시키도록 선택되는, 실시예 9 또는 실시예 10의 터치 프로세서.
실시예 12: 프로세서는 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈 및 자기 정전용량 실드 감지 모듈 중 하나가 터치를 검출하고 다른 하나가 터치를 검출하지 않는 것에 응답하여 터치를 보고하지 않도록 구성되는, 실시예 9 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예의 터치 프로세서.
실시예 13: 이중 측정 감지 방법으로서, 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작을 수행하는 단계; 수행된 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 제1 감지 결과를 결정하는 단계; 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작을 수행하는 단계; 수행된 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 제2 감지 결과를 결정하는 단계; 및 제1 감지 결과 및 제2 감지 결과에 응답하여 터치 결과를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 14: 제1 감지 결과를 결정하는 단계는, 수행된 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 획득된 제1 측정치들을 수신하는 단계; 제1 측정치들을 제1 임계치와 비교하는 단계; 및 제1 측정치들에 응답하여 제1 감지 결과들을 결정하는 단계를 포함하는, 실시예 13 중 어느 한 실시예의 방법.
실시예 15: 제2 감지 결과를 결정하는 단계는, 수행된 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 획득된 제2 측정치들을 수신하는 단계; 제2 측정치들을 제2 임계치와 비교하는 단계; 및 제2 측정치들에 응답하여 제2 감지 결과를 결정하는 단계를 포함하는, 실시예 13 또는 실시예 14의 방법.
실시예 16: 터치 결과를 결정하는 단계는, 터치에 대응하는 제1 감지 결과 및 제2 감지 결과 둘 모두에 응답하여 터치를 검출하는 단계를 포함하는, 실시예 13 내지 실시예 15 중 어느 한 실시예의 방법.
실시예 17: 정전용량성 감지 시스템으로서, 전극들 및 감지 라인들을 포함하는 센서; 감지 라인들에 동작가능하게 결합된 획득 회로부; 및 획득 회로부 및 센서에 동작가능하게 결합된 터치 프로세서를 포함하고, 터치 프로세서는 제1 정전용량성 감지 측정 및 제2 정전용량성 감지 측정에 응답하여 터치를 검출하도록 구성되며, 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정 중 하나는 습기 공차를 특징으로 하고, 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정 중 다른 하나는 근접 검출 공차를 특징으로 하는, 시스템.
실시예 18: 습기 공차를 특징으로 하는 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정들 중 하나는 구동 실드 정전용량성 감지 측정인, 실시예 17의 시스템.
실시예 19: 근접 공차를 특징으로 하는 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정들 중 하나는 접지 실드 정전용량성 감지 측정인, 실시예 17 또는 실시예 18의 시스템.
실시예 20: 센서는 전극들로부터 투사되는 전기장들의 방향성을 용이하게 하도록 배열된 실딩을 추가로 포함하는, 실시예 17 내지 실시예 19 중 어느 한 실시예의 시스템.
Claims (20)
- 정전용량성 감지 회로부로서,
전극들 및 상기 전극들에 대한 실딩(shielding)을 포함하는 센서로서, 상기 센서는 상기 센서에서의 또는 상기 센서 부근의 정전용량 변화들에 응답하여 측정가능 신호들을 생성하도록 구성된, 상기 센서; 및
상기 측정가능 신호들을 사용하여 수행되는 정전용량성 감지 측정들에 응답하여 터치를 검출하도록 구성된 터치 제어기를 포함하고, 상기 정전용량성 감지 측정들은,
상기 센서의 실딩의 적어도 일부에 구동 실드 신호(driven-shield signal)를 제공하는 것을 포함하는 구동 실드 자기 정전용량 감지 측정; 및
상기 센서의 실딩의 적어도 일부에 접지 신호를 제공하는 것 및 자기 정전용량 감지 측정을 수행하는 것을 포함하는 접지 실드 자기 정전용량 감지 측정을 포함하는, 회로부. - 제1항에 있어서, 상기 전극들에 대한 상기 실딩의 제1 실딩은,
후방 전도성 재료; 및
전방 전도성 재료를 포함하고,
상기 후방 전도성 재료 및 전방 전도성 재료는 평행한 평면들 내에서 연장되는, 회로부. - 제2항에 있어서, 상기 제1 실딩은 상기 후방 전도성 재료 및 상기 전방 전도성 재료의 측면(lateral side)들에 배치되는 전도성 재료들을 추가로 포함하는, 회로부.
- 제1항에 있어서, 상기 실딩은 상기 전극들로부터 투사되는 전기장들의 방향성을 용이하게 하도록 상기 전극들에 관련하여 배열되는, 회로부.
- 제4항에 있어서, 상기 실딩은, 상기 전극들로부터 투사되는 전기장들이 제1 방향과 실질적으로 반대쪽인 제2 방향에서보다 상기 제1 방향으로 더 멀리 연장되도록 상기 전극들에 관련하여 배열되는, 회로부.
- 제1항에 있어서, 상기 터치 제어기는 상기 구동 실드 자기 정전용량 감지 측정 및 상기 접지 실드 자기 정전용량성 감지 측정에 응답하여 터치를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는, 회로부.
- 제1항에 있어서, 상기 터치 제어기는,
상기 센서의 실딩의 적어도 일부에 동작가능하게 결합된 실드 라인에 상기 구동 실드 신호를 제공하도록;
상기 센서의 비활성 감지 라인들에 상기 구동 실드 신호를 제공하도록; 그리고
상기 센서의 활성 감지 라인에서 제1 측정가능 신호들을 측정하도록 구성되는, 회로부. - 제7항에 있어서, 상기 터치 제어기는, 상기 활성 감지 라인에서 상기 제1 측정가능 신호들을 측정하는 것에 후속하여,
상기 실드 라인에 접지 신호를 제공하도록;
상기 센서의 비활성 감지 라인들에 접지 또는 공급 전압 신호를 제공하도록; 그리고
상기 센서의 활성 감지 라인에서 제2 측정가능 신호들을 측정하도록 구성되는, 회로부. - 터치 프로세서로서,
터치 센서의 전극의 실딩에 접지 신호를 제공한 후에 자기 정전용량 감지 측정을 수행하도록 구성된 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈; 및
상기 터치 센서의 전극의 실딩에 구동 실드를 제공하는 동안 자기 정전용량 감지 측정을 수행하도록 구성된 구동 실드 자기 정전용량 감지 모듈을 포함하는, 터치 프로세서. - 제9항에 있어서,
상기 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈은 제1 임계값보다 큰 제1 측정치들에 응답하여 제1 터치를 검출하도록 구성되고,
상기 구동 실드 자기 정전용량 감지 모듈은 제2 임계값보다 큰 제2 측정치들에 응답하여 제2 터치를 검출하도록 구성되고,
상기 터치 프로세서는 상기 검출된 제1 터치 및 상기 검출된 제2 터치에 응답하여 터치를 보고하도록 구성되는, 터치 프로세서. - 제10항에 있어서, 상기 제1 임계값은 근접 터치들에 대한 민감성을 감소시키도록 선택되고, 상기 제2 임계값은 습기 터치들에 대한 민감성을 감소시키도록 선택되는, 터치 프로세서.
- 제9항에 있어서, 상기 터치 프로세서는 상기 접지 실드 자기 정전용량 감지 모듈 및 상기 구동 실드 자기 정전용량 감지 모듈 중 하나가 터치를 검출하고 다른 하나가 터치를 검출하지 않는 것에 응답하여 터치를 보고하지 않도록 구성되는, 터치 프로세서.
- 이중 측정 감지 방법으로서,
구동 실드 자기 정전용량 감지 동작을 수행하는 단계;
상기 수행된 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 제1 감지 결과를 결정하는 단계;
접지 실드 자기 정전용량 감지 동작을 수행하는 단계;
상기 수행된 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 제2 감지 결과를 결정하는 단계; 및
상기 제1 감지 결과 및 상기 제2 감지 결과에 응답하여 터치 결과를 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서, 상기 제1 감지 결과를 결정하는 단계는,
상기 수행된 구동 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 획득된 제1 측정치들을 수신하는 단계;
상기 제1 측정치들을 제1 임계치와 비교하는 단계; 및
상기 제1 측정치들에 응답하여 상기 제1 감지 결과를 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제14항에 있어서, 상기 제2 감지 결과를 결정하는 단계는,
상기 수행된 접지 실드 자기 정전용량 감지 동작에 응답하여 획득된 제2 측정치들을 수신하는 단계;
상기 제2 측정치들을 제2 임계치와 비교하는 단계; 및
상기 제2 측정치들에 응답하여 상기 제2 감지 결과를 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서, 상기 터치 결과를 결정하는 단계는,
터치에 대응하는 상기 제1 감지 결과 및 상기 제2 감지 결과 둘 모두에 응답하여 터치를 검출하는 단계를 포함하는, 방법. - 정전용량성 감지 시스템으로서,
전극들 및 감지 라인들을 포함하는 센서;
상기 감지 라인들에 동작가능하게 결합된 획득 회로부; 및
상기 획득 회로부 및 상기 센서에 동작가능하게 결합된 터치 프로세서를 포함하고, 상기 터치 프로세서는 제1 정전용량성 감지 측정 및 제2 정전용량성 감지 측정에 응답하여 터치를 검출하도록 구성되며, 상기 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정 중 하나는 습기 공차를 특징으로 하고, 상기 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정 중 다른 하나는 근접 검출 공차를 특징으로 하는, 시스템. - 제17항에 있어서, 습기 공차를 특징으로 하는 상기 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정들 중 하나는 구동 실드 정전용량성 감지 측정인, 시스템.
- 제17항에 있어서, 근접 공차를 특징으로 하는 상기 제1 및 제2 정전용량성 감지 측정들 중 하나는 접지 실드 정전용량성 감지 측정인, 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 센서는 상기 전극들로부터 투사되는 전기장들의 방향성을 용이하게 하도록 배열된 실딩을 추가로 포함하는, 시스템.
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