KR102520427B1 - 인간-컴퓨터 인터페이스에서 터치 입력을 검출하고 특성화하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
터치 센서 표면 상에 인가진 힘의 국부적 변화에 응답하는 국부 저항의 변화를 나타내는 힘-감지 층 및 드라이브 및 감지 전극의 세트를 포함하는, 터치 센서에서 입력을 검출하는 방법의 일 변형예는: 구동 전극을 구동 신호로 구동하는 단계; 감지 전극으로부터 감지 신호를 판독하는 단계; 감지 신호의 교류 성분 및 직류 성분을 검출하는 단계; 임계 크기 아래로 떨어지는 감지 신호의 직류 성분의 크기에 응답하여, 감지 신호의 교류 성분에 기초하여, 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면 상의 입력을 검출하는 단계; 및 임계 크기를 초과하는 감지 신호의 직류 성분의 크기에 응답하여, 감지 신호의 직류 성분에 기초하여, 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면 상의 입력을 검출하는 단계를 포함한다.
Description
본 출원은, 그 전체가 여기에 참조 인용된, 2020년 3월 9일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/987,290호의 이익을 청구한다.
본 출원은, 그 전체가 여기에 참조 인용된, 2014년 9월 26일에 출원된 미국 특허출원 제14/499,001호에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 시스템 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시스템 분야에서 신규하고 유용한 인간-컴퓨터 인터페이스 시스템에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 방법 및 시스템의 흐름도이다.
도 2는 방법 및 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 3은 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 4는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 7은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
도 2는 방법 및 시스템의 일 변형예의 흐름도이다.
도 3은 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 4는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 방법의 일 변형예의 흐름도이다.
도 7은 시스템의 일 변형예의 개략도이다.
본 발명의 실시예의 이하의 기재는 본 발명을 이들 실시예에 한정하기 위한 것이 아니라, 본 기술분야의 숙련자로 하여금 본 발명을 제조하고 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 여기에 기재된 변형예, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예는 선택적인 것이며, 그리고 이들이 설명하는 변형예, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예에 배타적이지 않다. 여기에 기재된 발명은 이들 변형예, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예의 임의의 그리고 모든 치환을 포함할 수 있다.
1. 방법(Method)
도 1a, 도 1b, 및 도 3에 도시된 바와 같이, 터치 입력을 검출하고 특성화하기 위한 방법(S100)은: 블록(S110)에서, 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트 및 도전성 힘-감지 층을 포함하는 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 검출하고, 블록(S120)에서, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 구동 전극을 기준 전위로 구동하는 단계; 블록(S130)에서, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 감지 전극에서 출력 신호를 샘플링하는 단계; 블록(S140)에서, 출력 신호의 AC 성분에 기초하여, 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값을 계산하는 단계(S140); 블록(S150)에서, 출력 신호의 DC 성분에 기초하여, 구동 전극과 감지 전극 사이의 저항값을 계산하는 단계(S150); 및 블록(S160)에서, 저항값 및 커패시턴스값에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 힘 크기 및 위치를 계산하는 단계를 포함한다.
1.1 응용(Applications)
일반적으로, 방법(S100)은 시스템(100)에 의해 실행될 수 있으며, 시스템은: 기판(110)을 가로질러 배열된 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트[이하 "압력 센서 어레이(pressure sensor array)"]; 컨트롤러(160); 및 인접한 구동 및 감지 전극 쌍을 가로지르는 접촉 저항의 변화(또는 국부적인 벌크 저항의 변화)를, 국부적으로 인가된 힘의 함수로서 나타내며, 압력 센서 어레이 위에 배열되고, 압력 센서 어레이 위에 에어 갭(150)을 형성하는 힘-감지 층(130); 및 힘-감지 층(130) 위의 촉각 표면을 포함한다. 컨트롤러(160)는 방법(S100)의 블록을 실행하여; 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 커패시턴스 변화를, 촉각 표면 상의 가벼운 터치 및/또는 무거운 터치의 초기 접촉의 국부적 위치로서 해석할 수 있으며, 이는 힘-감지 층(130)을 압력 센서 어레이를 향해 변위시키고 따라서 에어 갭(150)을 국부적으로 압축하며; 또한 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항 변화를, 촉각 표면 상의 터치의 국부적 위치 및 힘 크기로서 해석할 수 있다.
보다 구체적으로, 힘-감지 층(130)은 압력 센서 어레이 위에 배열되어, 압력 어레이와 힘-감지 층(130)의 근위 표면 사이에 작은(예를 들어, 5 미크론 높이, 10 미크론 높이) 에어 갭(150)을 형성한다. 힘-감지 층(130)은 공기의 유전율과는 상이한 유전율(예를 들어, 유전상수)을 나타내므로, 압력 센서 어레이를 향한 힘-감지 층(130)의 변위는 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 전체 유전율로 나타나며, 이에 의해 에어 갭(150)의 높이의 국부적 변화의 함수로서(예를 들어, 이에 비례하는) 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 내부 용량성 결합에 영향을 끼친다. 이런 구성에 있어서, 심지어 촉각 표면 위에 인가되는 매우 가벼운 힘(예를 들어, 5g 미만의 힘)은 힘-감지 층(130)을 압력 센서 어레이를 향해 변위시킬 수 있고 또한 에어 갭(150)의 높이를 상당히 감소시킬 수 있으며, 따라서 이런 힘에 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 서브세트 사이의 내부 커패시턴스를 변화시킨다(예를 들어, 증가시킨다). 이에 따라, 시스템(100)은 스캔 사이클 동안(및/또는 스캔 사이클의 시컨스에 걸쳐) 압력 센서 어레이의 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 내부 용량성 결합을 샘플링(예를 들어, 측정, 계산)할 수 있으며, 또한 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 내부 용량성 결합의 유도된 변화에 기초하여, 촉각 표면 상의 (매우) 가벼운 힘의 인가를 검출, 특성화, 및 추적할 수 있다.
이와 동시에, 컨트롤러(160)는: 압력 센서 어레이에 대해 힘-감지 층(130)을 압축하여, 힘-감지 층(130)의 벌크 저항의 국부적 변화, 또는 인접한 구동 및 감지 전극 쌍 전극과 힘-감지 층 사이의 접촉 저항의 변화를 생성하는, (촉각 표면 상의) 더 큰 힘의 인가로 인한 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항의 변화를 검출할 수 있고; 및 저항의 이들 변화를, 촉각 층에 인가된 더 큰 힘의 위치 및 크기로서 해석할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항 변화로부터 유도된 더 높은-힘 입력(예를 들어, 5 그램보다 더 큰)의 위치 및 힘 크기를, 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 용량성 결합으로부터 유도된 낮은-힘 입력(예를 들어, 5 그램 미만)의 위치와 병합하여, 스캔 사이클 동안 촉각 표면을 가로지르는 입력에 대해 보다 포괄적인 표현(예를 들어, 힘 분포, 접촉 맵)을 발생한다.
특히, 시스템(100)은 노이즈를 거부하고 촉각 표면 상의 입력의 잘못된 위치 검출을 감소시키기 위해, 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항 변화에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 검출하기 위한 저항의 최소 임계값 변화를 설정할 수 있다. 그러나 시스템(100)은 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 내부 용량성 결합의 변화에 기초하여, 저항의 이런 최소 임계값 변화 미만의 압력 센서 어레이의 저항-기반 동적 범위를 입력 검출로 대체할 수도 있다. 보다 구체적으로, 시스템(100)은: 압력 센서 어레이의 구동 전극을 (예를 들어, 입력 파형을 갖는) 기준 전위(reference potential)로 구동하도록; 샘플링 주기에 걸쳐 대응의 감지 전극에서 출력 신호(예를 들어, 전압, 전류 드로잉)를 측정하도록;
그리고 출력 신호의 특성에 기초하여, 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 커패시턴스값을 동시에 유도(예를 들어, 계산)하기 위해 출력 신호를 해석(예를 들어, 분석, 명확화)하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(160)는 감지 전극 출력 신호(예를 들어, 출력 신호의 AC 성분)의 발진(oscillation)의 진폭에 비례하는 커패시턴스값을 유도할 수 있다. 이와 동시에 및/또는 후속적으로, 컨트롤러(160)는 감지 전극 출력 신호(예를 들어, 출력 신호의 DC 성분)의 정상-상태 값에 비례하는 저항값을 계산할 수 있다. 매우 가벼운 입력 힘(예를 들어, 5 그램 미만)의 경우, 감지 전극 출력 신호의 용량성 성분이 우세하며, 따라서 구동 전극 및 감지 전극 쌍이 저항성 결합에 거의 또는 전혀 변화를 나타내지 않더라도, 시스템(100)으로 하여금 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 대응하는 촉각 표면 상의 위치에서 물체를 정확하게 검출할 수 있게 한다.
또한, 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 내부 커패시턴스가 압력 센서 어레이의 기하학적 형상 및 에어 갭(150)의 크기에만 의존하기 때문에, 시스템(100)은 힘-감지 층(130)의 불연속 및/또는 불규칙[예를 들어, 데드 존(dead zone)], 기판(110)의 인쇄 결함, 및/또는 힘-감지 층(130) 또는 전극 표면 상의 잔류 먼지와 같은, 시스템(100)의 특정 결함에 의해 영향을 받지 않는 입력을 검출하고 특성화하기 위해, 샘플링된 커패시턴스값을 활용할 수 있다. 도전성 힘-감지 층(130)은 구동 전극에 의해 발생된 전기장을 촉각 표면 아래로 국한시키기 때문에, 시스템(100)은 터치 센서 표면(140) 상의 물(water) 및/또는 기타 재료가 존재하면 입력을 감지하고 특성화할 뿐만 아니라, 임의의 타입의 물체와 촉각 표면(예를 들어, 장갑을 낀 손가락, 펜, 스타일러스) 사이의 접촉을 검출할 수 있다.
1.2 시스템(System)
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 터치 센서 표면(140); 기판(110)(예를 들어, 강성 PCB)을 가로질러 배열된 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트; 구동 전극 및 감지 전극의 세트에 결합된 컨트롤러(160); 및 터치 센서 표면(140) 위에 인가된(예를 들어 발휘된) 힘에 응답하여 국부 벌크 저항 및/또는 국부 접촉 저항의 변화를 나타내는 도전성 재료를 포함하는, 터치 센서 표면(140)과 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트 사이에 배열된 힘-감지 층(130)을 포함한다. 일 구현에 있어서, 시스템(100)은 유리섬유 PCB 또는 단단한 덧대임부 상의 기타 PCB와 같은 경성 기판을 가로질러 패터닝된(예를 들어, 증착되거나 통합된), 서로 맞물린 구동 전극 및 감지 전극의 그리드 어레이(또는 "구동 전극 및 감지 전극의 어레이")를 포함한다. 힘-감지 층(130)은 연속적인 층에 배열되어[예를 들어, 터치 센서 표면(140)의 후방측 상에 배열되어], 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이 위에 작은 (예를 들어, 5 미크론-높이, 10 미크론-높이) 간격으로 설치되며, 그리고 그 주위를 중심으로 기판(110)에 연결되어, 힘-감지 층(130)과 센서 요소 사이에 얇은 에어 갭(150)을 형성한다.
이런 구성에 있어서, 터치 센서 표면(140)에 대한 국부적인 힘의 인가(예를 들어, 터치 입력)는 힘-감지 층(130)을 변위 및/또는 압축하며, 이에 의해 국부 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항을, 인가된 힘의 크기에 비례도록 변화시킨다. 추가적으로, 터치 센서 표면(140) 위에 인가된 힘은 (도전성) 힘-감지 층(130)과 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 사이의 국부적 분리를 감소시키며, 이에 의해 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 내부 용량성 결합을 변화시킨다. 이에 따라, 컨트롤러(160)는: 구동 전극의 세트를 기준 전위로 구동시키도록; 대응의 감지 전극에서 대응의 출력 신호(예를 들어, 전압)를 샘플링하도록; 및 시스템(100) 내에서 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 커패시턴스값 및 저항값을 유도하기 위해(예를 들어, 연산하기 위해, 계산하기 위해), 출력 신호를 분석하도록(예를 들어, 해석하도록, 명확화하도록) 구성된다. 그 후, 컨트롤러(160)는 저항값 및 커패시턴스값의 결과적인 세트를, 터치 센서 표면(140) 위에 인가된 개별적인 힘 입력의 위치 및/또는 크기로(예를 들어, 힘 분포로), 그리고 터치 센서 표면(140)과 접촉하는 물체의 위치 및 크기를 나타내는 커패시턴스(예를 들어, 터치) 이미지로 변환할 수 있다.
시스템(100)은 사용자에 의한 터치 입력을 검출하고 특성화하기 위해, 랩탑 컴퓨터, 휴대용 전자 디바이스(예를 들어, 태블릿, 스마트폰, 웨어러블 디바이스), 주변 키보드 및/또는 트랙패드(trackpad), 또는 임의의 다른 전자 디바이스에 통합될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 터치 센서 표면(140)이 불투명 터치패드 및/또는 키보드 표면을 정의하도록, 랩탑 컴퓨터의 섀시에 접합될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 시스템(100)은 태블릿, 스마트폰, 또는 스마트워치를 위한 압력-감지 터치스크린을 형성하기 위해 디스플레이 아래에 배열될 수 있다. 그러나 이들 예는 예시에 불과하다. 시스템(100)은, 입력을 검출하고 특성화하기 위해, 임의의 적절한 전자 디바이스에 통합될 수도 있다.
1.3 구동 전극과 감지 전극 사이의 내부 커패시턴스(Internal Capacitance Between Drive Electrode and Sense Electrodes)
도 2에 도시된 바와 같이, 힘-감지 층(130)은 구동 전극 및 감지 전극의 어레이 위에 배열되고, 그 엣지를 따라 기판(110)에 연결(예를 들어, 접합, 부착)될 수 있으며, 이에 의해 구동 전극 및 감지 전극의 어레이의 전극과 상기 힘 감지 층의 근위 표면 사이에 얇은(예를 들어, 5 내지 10 미크론 높이) 에어 갭(150)을 둘러싼다. 기준 전위로 구동되었을 때(예를 들어, 스캔 사이클 동안), 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에서의 구동 전극은 에어 갭(150)(예를 들어, 유전체)을 통해 대응의 감지 전극으로 전파될 수 있는 전기장을 발생하며, 결과적으로 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이에 내부 용량성 결합으로 나타나게 된다. 그러나 (도전성) 힘-감지 층(130)은 힘-감지 층(130)을 통한 전기장 라인의 전파를 방지하며, 그리고 구동 전극에 의해 발생된 전기장을, 구동 전극 및 감지 전극의 어레이와 힘-감지 층(130) 사이의 에어 갭(150)에 국한시킨다. 따라서 [예를 들어, 터치 센서 표면(140) 위에 인가된 힘으로 인한], 구동 전극 및 감지 전극의 어레이를 향한 힘-감지 층(130)의 변위는, (예를 들어, 일정한 기준 전위에서) 에어 갭(150)을 통해 허용되는 전기력선 및/또는 중간 유전체(예를 들어, 공기)의 수직 치수를 증가시키며, 이에 의해 터치 센서 표면(140) 상의 물체 또는 입력에 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 내부 커패시턴스를 증가시킨다.
일반적으로, 구동 전극 및 감지 전극의 어레이와 힘-감지 층(130) 사이의 작은 분리(예를 들어, 10 미크론 미만)는, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 구동 전극에 의해 방출된 전기장이, 근처의 다른 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 감지 전극으로 전파되는 것을 방지한다. 또한, 터치 센서 표면(140) 위에 인가되는 가벼운 힘(예를 들어, 5g 미만, 0.05 뉴톤) 하에서도, 힘-감지 층(130)은 에어 갭(150)의 z-높이에 상당히 비례하는 변위를 경험할 수 있다. 따라서 입력 영역에 근접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)은, (예를 들어, 매우 가벼운 힘의 인가에 응답하여) 저항성 결합의 변화 없이 내부 용량성 결합의 비교적 큰 변화를 경험할 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 각각의 구동 전극을 기준 전위로 순차적으로 구동할 수 있으며, 그리고 큰 범위의 인가된 힘을 정의하는 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 검출 및 추적하기 위해(예를 들어, 일련의 스캔 사이클에 걸쳐), 대응의 감지 전극에서 수신된 출력 신호로부터 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 커패시턴스값을 추출할 수 있다.
1.4 신호 프로세싱 및 입력 특성화(Signal Processing and Input Characterization)
도 4에 도시된 바와 같이, 방법(S100)의 블록은, 블록(S110)에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트 및 도전성 힘-감지 층(130)을 포함하는 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 검출하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(160)는, 시스템(100)에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항값의 세트를 샘플링하도록; 저항값의 세트 및/또는 저항값의 세트에 기초하여 계산된 힘 크기를, 임계값과 비교하도록; 및 임계값을 초과하는 저항값 또는 힘 크기에 응답하여, 입력(예를 들어, 물체의 존재) 및/또는 힘의 인가를 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 초기 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(160)는: 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 구동 전극의 각각의 컬럼(column)을 기준 전위로 순차적으로 구동할 수 있고[예를 들어, 구동 전극의 다른 모든 로우(row)를 플로팅하면서]; 감지 전극의 대응의 컬럼에서 정상-상태(예를 들어, DC) 전압 및/또는 전류 드로잉을 순차적으로 샘플링할 수 있고; 및 감지 전극의 컬럼에서 샘플링된 전압을, 저항값의 세트 및/또는 터치 센서 표면(140) 위에 인가된 힘의 크기 및 위치로 변환할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 터치 센서 표면(140)에 대한 입력의 인가를 검출하기 위해, 저항값의 세트 및/또는 힘 크기를 소정의 임계값과 비교할 수 있다. 이에 따라, 일 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 초기 저항 스캔 사이클 동안 샘플링된 저항값에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력 또는 접촉의 초기 적용을 검출할 수 있다.
방법(S100)의 블록은: 블록(S120)에서, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 구동 전극을 기준 전위로 구동하는 단계; 및 블록(S130)에서, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 감지 전극에서의 출력 신호를 샘플링하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(160)는 후속의 스캔 사이클 동안: 구동 전극을 입력 전압(예를 들어, 입력 파형)으로 구동하도록; 및 샘플링 주기에 걸쳐 대응의 감지 전극에서 출력값의 시컨스 및/또는 출력 파형을 샘플링하도록 구성된다. 특히, 컨트롤러(160)는 고정된 기준 전위(예를 들어, 구형파 입력) 또는 시변 전위(예를 들어, 사인파 입력)를, 구동 전극에 출력할 수 있다. 일 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 입력 파형의 특성(예를 들어, 진폭, 주파수) 및 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 기하학적 형상에 기초하여, 컨트롤러(160) 내에서 ADC 의 세트를 위한 샘플링 윈도우(sampling window)를 선택(예를 들어, 미리 선택, 동시에 선택)할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 샘플링 주기(예를 들어, 10개 샘플, 50개 샘플, 100개 샘플)의 시컨스에 걸쳐 감지 전극에서 전압을 샘플링할 수 있으며, 그리고 구동 전위에 대응하는 감지 전극 전압 및/또는 전류 드로잉의 시계열을 포함하는 출력 신호를 구성할 수 있다. 또 다른 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 샘플링 주기에 걸쳐 감지 전극으로부터 전압 및/또는 전류 드로잉을 연속적으로 샘플링할 수 있으며, 그리고 연속 파형(예를 들어, 전압 곡선, 전류 곡선)을 정의하는 출력 신호를 구성할 수 있다.
방법(S100)의 블록은: 블록(S140)에서, 출력 신호의 AC 성분에 기초하여 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값을 계산하는 단계; 및 블록(S150)에서, 출력 신호의 DC 성분에 기초하여 구동 전극과 감지 전극 사이의 저항값을 계산하는 단계를 추가로 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(160)는: 감지 전극 출력(예를 들어, 전위 곡선)을 분석(예를 들어, 해석, 분해, 명확화)하도록; 출력 신호의 제1 성분에 기초하여, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 용량성 결합을 측정(예를 들어, 유도, 결정, 계산)하도록; 및 출력 신호의 제2 성분에 기초하여, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 저항성 결합을 동시에 및/또는 후속적으로 측정(예를 들어, 유도, 결정, 계산)하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 컨트롤러(160)는 감지 전극 출력(예를 들어, 감지 전극 전압의 시계열, 전압 곡선)을, 용량성 신호 성분과 저항성 신호 성분의 중첩으로서 해석할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 용량성 신호 성분의 특성에 기초하여 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 커패시턴스값을 유도할 수 있으며, 그리고 저항성 신호 성분의 특성에 기초하여 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항값을 후속적으로 또는 동시에 유도할 수 있다.
일 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 도 3에 도시된 출력 신호와 같은 감지 전극 출력을 발생하기 위해, 구동 전극을 고정된 기준 전위(예를 들어, 구형파 입력)로 구동할 수 있다. 일반적으로, 감지 전극 출력(예를 들어, 전압 곡선)은, 구동 전극 및 감지 전극 쌍과 로지스틱 전위 곡선(예를 들어, DC 저항 신호) 사이의 커패시턴스에 비례하는 진폭 및/또는 주파수의 감쇠된 AC 신호(예를 들어, 접지 전위 둘레의 발진)와, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항에 비례하는 정상-상태 값의 중첩이다. 이에 따라 컨트롤러(160)는: [예를 들어, 전압 곡선 상의 전역 최대값(global maximum)과 정상-상태/DC 전위 사이의 차이를 계산함으로써] AC 신호 성분의 진폭을 측정하도록; [예를 들어, AC 신호 성분의 국부 최대값들(local maxima) 사이의 기간을 측정함으로써] AC 신호 성분의 주파수를 측정하도록; 및 유도된 상관관계 및/또는 교정 데이터에 기초하여, AC 신호 성분의 측정된 진폭 및/또는 주파수를, 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값으로 변환하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(160)는 출력 신호의 정상-상태 값(예를 들어, DC 신호 성분, 정상-상태 전압)을 샘플링하여, 상기 정상 상태 전압을 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 저항값으로 변환하도록 구성될 수 있다.
또 다른 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 감지 신호를 발생하기 위해 구동 전극을 발진 기준 전위(예를 들어, 사인파 입력)로 구동할 수 있다. 특히, 정현파 구동 신호에 의해 발생된 감지 신호는, 감쇠되지 않은 AC 발진(예를 들어, 저항성 신호 성분)과, 구동 전극과 감지 전극 사이의 저항에 비례하는 진폭의 중첩이며, 그리고 감쇄된 제2 AC 발진(예를 들어, 용량성 신호 성분)과, 상기 저항성 신호 성분에 대해 위상-변이된 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스에 비례하는 진폭 및/또는 주파수의 중첩이다. 일반적으로, 컨트롤러(160)는 구동 신호의 위상에 대한 2개의 AC 신호 성분 및/또는 감지 신호의 용량성 및 저항성 영역 사이의 진폭 증가에 기초하여, 저항성 AC 신호 성분을 용량성 AC 신호 성분과 구별(예를 들어, 명확화, 분석)하도록 구성될 수 있다. 일 변형예에 있어서, 컨트롤러(160)는 구동 전극을 발진 구동 신호로 구동하여, 제1 감지 신호를 기록할 수 있고; 후속적으로 구동 전극을 고정된(예를 들어, 정적인) 기준 전위로 구동하여, 제2 감지 신호를 기록할 수 있고; 제2 감지 신호에 기초하여, 구동 전극과 감지 전극 사이의 저항값을 계산할 수 있고; 제1 감지 신호로부터 제2 감지 신호를 감산함으로써, 용량성 출력 신호를 발생할 수 있고; 및 발진 구동 신호에 대한 용량성 출력 신호의 진폭, 주파수, 및/또는 위상에 기초하여, 구동 전극과 감지 전극 사이의 커패시턴스값을 계산할 수 있다.
그러나 이들 예는 단지 예시적인 것에 불과하다. 컨트롤러(160)는 구동 전극을 임의의 적절한 시간-의존적 입력 신호로 구동하고, 동일한 감지 신호로부터 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 내부 커패시턴스와 저항 모두를 유도(예를 들어, 측정, 계산, 연산)하기 위해 대응의 프로세스를 실행하도록 구성될 수도 있으며, 이에 의해 컨트롤러(160)로 하여금 단일의 스캔 사이클 동안 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항 및 커패시턴스 데이터를 동시에 샘플링할 수 있게 한다.
방법(S100)의 블록은: 블록(S160)에서, 저항값 및 커패시턴스값에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 힘 크기 및 위치를 계산하는 단계를 추가로 포함한다. 일반적으로, 컨트롤러(160)는: 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 계산된 저항값을, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 위치에서 터치 센서 표면(140) 위에 인가된 힘의 크기 및/또는 위치로 변환하도록; 및 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 계산된 커패시턴스값을, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 위치에서 터치 센서 표면(140)과 접촉하는 물체(예를 들어, 입력)의 존재로서 해석하도록 구성된다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(160)는 스캔 사이클 동안 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 대해 방법(S100)의 블록(S120, S130, S140, 및 S150)을 순차적으로 실행함으로써, 저항값의 세트 및 설정된 커패시턴스값을 샘플링할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 스캔 사이클 동안 저항 세트를, (예를 들어, 입력의 적용에 대응하는) 터치 센서 표면(140)의 영역을 가로지르는 힘 분포를 나타내는 압력 이미지(예를 들어, 저항 이미지, 힘 이미지)로 변환할 수 있다. 추가적으로 및/또는 대안적으로, 컨트롤러(160)는 스캔 사이클 동안 커패시턴스값의 세트를, 터치 센서 표면(140)과 접촉하는 물체의 위치 및 크기를 나타내는 커패시턴스 이미지로 변환할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 커패시턴스 이미지에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 위치 및/또는 터치 센서 표면(140) 상의 다중 동시 입력(예를 들어, 다중 손가락 제스처)의 위치를 유도(예를 들어, 결정, 연산)할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(160)는 커패시턴스 이미지의 높은 커패시턴스(또는 낮은 커패시턴스) 영역의 중심의 (x,y) 위치를 계산하고, 그 중심의 위치를 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 위치와 연관시킬 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(160)는 구동 전극 및 감지 전극의 어레이(예를 들어, 저항 데이터와는 독립적인)에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 내부 커패시턴스의 측정된 변화에만 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 위치를 계산(예를 들어, 결정)할 수 있으며, 이에 의해 시스템(100)으로 하여금 하나의 터치 센서 표면(140)의 낮은 힘 크기(예를 들어, 5 그램 미만, 0.05 뉴톤)의 입력을 정확하게 검출하고 추적할 수 있게 한다.
일 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 압력 이미지를 커패시턴스 이미지와 조합(예를 들어, 통합, 오버레이)하여, 각각의 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140)과 접촉하는 물체의 위치, 크기 및/또는 타입뿐만 아니라, 터치 센서 표면(140) 위에 인가된 전체 힘 및/또는 터치 센서 표면(140)을 가로지르는 힘 분포를 포함하는 터치 이미지(예를 들어, 주석이 달린 터치 이미지)를 출력하도록 추가로 구성된다. 일반적으로, 컨트롤러(160)는 터치 센서 표면(140) 상의 물체의 이동 및 힘을 연속적으로 검출하기 위해, 특성화하기 위해, 및/또는 추적하기 위해, 스캔 사이클[예를 들어, 방법의 블록(S120, S130, S140, S150, 및 S160)]을 소정의 또는 구성 가능한 스캔 주파수(예를 들어, 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz)로 순차적으로 실행하도록 구성된다. 따라서 시스템(100)이 전자 디바이스(예를 들어, 랩탑 컴퓨터, 스마트폰)에 통합되었을 때, 디바이스는 커서의 위치의 업데이트와 같은, 컨트롤러(160)에 의해 출력되는 터치 이미지에 기초하여, 명령 기능을 실행시킬 수 있다.
1.5 베이스라이닝 및 중복성(Baselining and Redundancy)
컨트롤러(160)는, 스캔 사이클 동안 또는 이전 스캔 사이클 동안 발생된 압력 이미지(예를 들어, 저항 이미지, 힘 이미지)에 기초하여, 스캔 사이클 동안 발생된 커패시턴스 이미지를 수정하도록 추가로 구성된다. 일반적으로, 커패시턴스 이미지는 터치 센서 표면(140)에 힘을 인가할 동안 또는 그 이후에, 힘-감지 층(130)과 압력 사이의 갭 내에서의 공기 이동에 의해 생성되는 2차 효과를 나타낼 수 있으며, 이는 커패시턴스 이미지에 기초하여 위치 계산의 정확도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 커패시턴스 이미지는 터치 센서 표면(140)을 가로지르는 입력의 이동에 대응하는 궤적을 포함할 수 있으며, 이는 입력 영역의 중심을 인위적으로 변위시킨다(예를 들어, 시프트시킨다, 후퇴시킨다). 이에 따라, 일 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 이전 스캔 사이클에서 발생된 압력 이미지에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력 영역 및/또는 입력 크기(예를 들어, 통계적으로 중요한 0 이 아닌 힘 인가의 영역)를 결정할 수 있으며, 그리고 커패시턴스 이미지의 아티팩트를 감소시키거나 또는 제거하기 위해, 입력 영역 외측의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에서 측정된 커패시턴스값을 감산하거나, 무시하거나, 그렇지 않으면 배제할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(160)는 (예를 들어, 이전 스캔 사이클로부터의 압력 이미지에 기초하여) 대응의 힘 분포에서 국부 최대값을 중심으로 하는 커패시턴스 이미지의 원형 영역을 등록하고(예를 들어, 결정하고, 연산하고), 그리고 현재의 스캔 사이클 및 후속의 스캔 사이클 동안 원형 영역(예를 들어, 입력 영역) 외측의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 측정된 커패시턴스값을 감산한다(예를 들어, 베이스라이닝한다). 따라서 컨트롤러(160)는 캐패시턴스 이미지로부터 에어 갭(150) 내의 리플(ripple), 트레일(trail) 및 기타 2차 효과를 제거하기 위해 입력 영역 외측의 원위 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 측정된 캐패시턴스 값을 배제할 수 있으며, 이에 의해 커패시턴스 이미지에 기초하여 위치 계산의 정확도를 증가시킨다.
컨트롤러(160)는 후속의 스캔 사이클 동안 발생된 커패시턴스 이미지에 기초하여, 입력 영역의 위치를 연속적으로 업데이트하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(160)는 스캔 사이클의 시컨스를 통해 터치 센서 표면(140) 상의 입력 또는 물체와 연관된 커패시턴스 이미지의 특징을 추적할 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는 (예를 들어, 대응의 저항 데이터와는 독립적으로) 스캔 사이클의 시컨스에 대해 발생된 커패시턴스 이미지 또는 커패시턴스 이미지의 차이에 기초하여, 터치 센서 표면(140)을 가로지르는 입력의 이동을 검출 및 추적할 수 있어서(예를 들어, 측정할 수 있어서, 기록할 수 있어서), 시스템(100)으로 하여금 매우 가벼운(예를 들어, 5 그램 미만, 0.05 뉴톤 미만의) 인가된 힘의 위치를 검출하고 추적할 수 있게 한다. 또한, 컨트롤러(160)는 시스템(100)의 임의의 결함 영역[예를 들어, 힘-감지 층(130)의 작은 불연속성/데드 존, 기판(110)의 인쇄 결함 및/또는 힘-감지 층(130) 또는 전극 표면 상의 먼지 또는 기타 미세 입자로 인한]을 통한 입력을 식별 및 추적하기 위해, 구동 전극 및 감지 전극의 어레이에서 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 저항값 및 커패시턴스값을 비교할 수 있고 및/또는 압력 이미지를 대응하는 커패시턴스 이미지와 비교할 수 있다.
2. 변형예(Variation)
도 1a, 도 1b, 도 6a, 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 터치 센서 표면(140) 상에 인가된 힘의 국부적 변화에 응답하는 인접한 구동 및 감지 전극 쌍의 접촉 저항의 변화(또는 국부적 벌크 저항의 변화)를 나타내는 힘-감지 층(130), 구동 전극의 세트, 및 감지 전극의 세트를 포함하는, 시스템(100)에서 입력을 검출하기 위한, 방법(S1000)의 일 변형예는: 블록(S120)에서, 제1 스캔 사이클 동안 구동 전극의 세트에서 제1 구동 전극을 구동 신호로 구동하는 단계; 블록(S130)에서, 제1 스캔 사이클 동안, 제1 구동 전극과 쌍을 이루는, 감지 전극의 세트에서의 제1 감지 전극으로부터 제1 감지 신호를 판독하는 단계; 블록(S140)에서, 제1 감지 신호의 제1 교류 성분을 검출하는 단계; 블록(S150)에서, 제1 감지 신호의 제1 직류 성분을 검출하는 단계; 임계 크기 아래로 떨어지는 제1 감지 신호의 제1 직류 성분의 크기에 응답하여, 블록(S162)에서 제1 감지 신호의 제1 교류 성분에 기초하여, 제1 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력을 검출하는 단계; 및 임계 크기를 초과하는 제1 감지 신호의 제1 직류 성분의 크기에 응답하여, 블록(S164)에서 제1 감지 신호의 제1 직류 성분에 기초하여, 제1 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력을 검출하는 단계를 포함한다.
방법(S100 5A 및 5B)의 일 변형예는, 제1 스캔 사이클 동안: 블록(S130)에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트로부터 감지 신호의 제1 세트를 판독하는 단계로서, 감지 신호의 제1 세트에서의 각각의 감지 신호는 제1 스캔 사이클 동안 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 저항을 나타내는, 단계; 및 제1 위치의 근위에 위치된 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트에서 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 저항의 제1 변화를 나타내는, 감지 신호의 제1 세트에서, 제1 감지 신호의 제1 직류 성분에 기초하여, 블록(S164)에서 제1 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제1 위치에서 제1 입력을 검출하는 단계를 포함한다. 방법(S100)의 이런 변형예는 또한 제1 스캔 사이클에 이어지는 제2 스캔 사이클 동안: 블록(S130)에서, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트로부터 감지 신호의 제2 세트를 판독하는 단계; 및 블록(S164)에서 제2 위치의 근위에 위치된, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트에서 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 저항의 제2 변화를 나타내는, 감지 신호의 제2 세트에서, 제2 감지 신호의 제2 직류 성분에 기초하여 제2 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제1 위치로부터 제2 위치로의 제1 입력을 추적하는 단계를 포함한다. 방법(S100)의 이런 변형예는 제2 스캔 사이클에 이어지는 제3 스캔 사이클 동안: 블록(S130)에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트로부터 감지 신호의 제3 세트를 판독하는 단계; 블록(S150)에서, 터치 센서 표면(140) 상의 제3 위치의 근위에 위치된, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 세트에서 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 제3 감지 신호의 제3 직류 성분을 검출하는 단계; 블록(S140)에서, 제3 감지 신호의 제3 교류 성분을 검출하는 단계; 및 임계 크기 아래로 떨어지는 제3 직류 성분의 제3 크기에 응답하여, 블록(S162)에서 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 제3 커패시턴스 변화를 나타내는 제3 감지 신호의 제3 교류 성분의 제3 크기에 기초하여, 제3 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제2 위치로부터 제3 위치로의 제1 입력을 추적하는 단계를 추가로 포함한다.
2.1 응용(Applications)
일반적으로, 이런 변형예에 있어서, 시스템(100)은: 기판(110); 기판(110)을 가로질러 배열되는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이(이하 "센서 어레이"); 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이 위에 배열되고, 인접한 구동 및 감지 전극 쌍을 가로지르는 접촉 저항의 국부적 변화(또는 국부적 벌크 저항 또는 임피던스)를 인가된 힘의 함수로서 나타내는 재료(예를 들어, 폴리머 결합제)를 함유하는 힘-감지 층(130); 및 힘-감지 층(130) 위의 터치 센서 표면(140)을 포함한다.
2.2 가변 레지스터로서의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(Drive Electrode and Sense Electrode Pair as Variable Resistor)
시스템(100)은: 센서 어레이의 구동 전극을 구동 신호로(예를 들어, 기준 전압 전위로) 구동하기 위해; 센서 어레이의 감지 전극으로부터 감지 신호(예를 들어, 전압 시계열)를 판독하기 위해; 이들 감지 신호(예를 들어, 정상-상태 전압)로부터 직류(또는 "DC") 성분을 추출하기 위해; 및 도 1b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 스캔 사이클 동안 이들 DC 감지 신호 성분에 기초하여 터치 센서 표면(140)을 가로지르는 입력의 힘 크기를 해석하기 위해; 방법(S100)의 블록을 실행하는 컨트롤러(160)를 추가로 포함한다.
보다 구체적으로, 힘-감지 층(130)은 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 갭을 연결하며, 그리고 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과의 접촉 저항의 변화(또는 국부적 벌크 저항의 변화)를, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 힘의 함수로서 나타낸다. 따라서 이런 인가된 힘이 증가함에 따라, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 힘-감지 층(130)의 접촉 저항(또는 국부적 벌크 저항)은 감소되며, 이에 의해 컨트롤러(160)가 인접한 구동 전극을 기준 전압 전위로 구동할 때, 감지 전극에서 더 큰 전압을 발생한다. 이에 따라, 스캔 사이클 동안 컨트롤러(160)에 의해 판독된 감지 전극에서의 전압은, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 인접한 힘-감지 층(130)의 국부적 접촉 저항(또는 벌크 저항)을 나타내며, 이는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 힘의 크기를 나타낸다. 따라서 컨트롤러(160)는: 감지 전극으로부터 판독된 감지 신호(예를 들어, 전압) 및 힘-감지 층(130)의 알려진 전기적 특성에 기초하여, 스캔 사이클 동안 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 힘의 크기를 해석할 수 있으며; 및 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 접촉하는 힘-감지 층(130)을 구동하는 최소 접촉 힘 임계값(예를 들어, 5 그램, 0.5 뉴톤)을 초과하는 이런 힘에 응답하는 바와 같은, 이런 힘에 기초하여 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 및 힘-감지 층(130)의 인접 영역은, [힘-감지 층(130)이 구동 전극과 감지 전극 모두와 접촉할 때] 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 특성화된 저항을 인가된 힘의 함수로서 나타내는 가변-레지스터를 형성할 수 있으며, 컨트롤러(160)는 가변-레지스터로부터 감지 신호(예를 들어, 전압, 저항)를 판독하고, 이런 감지 신호에 기초하여 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 존재 및 힘 크기를 해석한다.
또한, 컨트롤러(160)는: 각각의 감지 전극으로부터 판독된 감지 신호 및 상기 힘-감지 층(130)의 알려진 전기 특성에 기초하여, 터치 센서 표면(140)을 가로질러 인가된 힘의 크기를 해석하기 위해; 이들 힘에 기초하여, 터치 센서 표면(140)을 가로지르는 입력을 검출하기 위해; 및/또는 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위치에서의 검출된 힘 및/또는 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 횡방향 및 길이방향 위치 및 그 검출된 힘 크기를 나타내는 터치 이미지를 발생하기 위해; 하나의 스캔 사이클 동안 센서 어레이의 모든 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 대해 이런 프로세스를 동시에 실행할 수 있다.
2.3 의도하지 않은 에어 갭(Unintended Air Gap)
일 응용에 있어서, 기판(110) 위에 힘-감지 층(130)의 조립은 힘-감지 층(130)과 기판(110) 사이에 불완전한 라미네이션 영역을 생성하며, 이에 의해 도 1a의 센서 어레이의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 서브세트에 대해 힘-감지 층(130)과 기판(110) 사이에 포획되는 공기의 체적(volumes of air)으로 나타난다. 유사하게, 조립 중 힘-감지 층(130)과 기판(110) 사이에 포획된 미립자 및/또는 기판(110) 상의 전극의 리프팅 엣지는, 기판(110)과 힘-감지 층(130) 사이의 완전한 라미네이션을 방지할 수 있으며, 따라서 그 사이에 유사한 체적의 공기를 생성할 수 있다.
각각의 포획된 공기 체적은, 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 컨덕턴스가 널 값(null value)이거나 또는 이에 근접하도록[즉, 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항이 무한값에 접근하도록], 힘-감지 층(130)을 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 분리시킨다. 또한, 포획된 공기 체적 위의 터치 센서 표면(140) 상에 힘을 인가하면 공기를 횡방향으로 변위시킬 수 있지만, 그러나 힘-감지 층(130)은, 접촉 힘 임계값을 초과하는(예를 들어, 5 그램 이상, 0.5 뉴톤) 더 큰 힘이 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 완전 접촉하고 있는 힘-감지 층(130)을 구동시키기 위해 포획된 공기 체적 위의 터치 센서 표면(140)에 인가될 때까지, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 접촉하지 않은 채로 남아 있을 수 있다. 힘-감지 층(130)이 접촉 힘 임계값 미만의 입력에 대해 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 접촉하지 않은 상태로 유지되기 때문에, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항(그리고 이에 따라 감지 전극에 대해 판독된 DC 감지 신호 성분)은, 터치 센서 표면(140) 상의 매우 가벼운 입력에 대한 광의 범위(예를 들어, 1 내지 5 그램, 0.01 내지 0.05 뉴톤)에 대해 변경되지 않은 채로 효과적으로 유지될 수 있으며, 이에 의해 컨트롤러(160)가 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항에만 기초하여[즉, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호의 DC 성분에만 기초하여] 매우 가벼운 입력에 대한 이러한 광의 존재와 힘 크기 모두를 검출하는 것을 방지한다.
또한, 컨트롤러(160)는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 대한 접촉 힘 임계값과 동일한 힘의 인가를, 베이스라인(또는 공칭, 널) 힘 크기로서 달리 해석할 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호의 DC 성분만이 주어진 포획된 공기 체적에 대해 접촉 힘 임계값보다 작은 힘 크기의 입력을 검출하는 데 실패할 수 있다. 포획된 공기 체적에 대한 입력을 검출함에 따라, 컨트롤러(160)는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호의 DC 성분만이 주어진 접촉 힘 임계값에 의해 입력의 실제 힘 크기로부터 오프셋되고 그리고 이보다 작은, 이런 입력의 힘 크기를 계산할 수도 있다.
2.3.1 가변 커패시터로서의 구동 및 감지 전극 쌍(Drive and Sense Electrode Pair as Variable Capacitor)
그러나 힘-감지 층(130)으로부터 분리된 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)은, 전술한 바와 같이 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 및 힘-감지 층(130)에 의해 형성된 가변 레지스터와 평행하게 평행판 에어-갭 커패시터(parallel-plate air-gap capacitor)를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로 그리고 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120), 힘-감지 층(130), 및 포획된 공기 체적은: 힘-감지 층(130)이 포획된 공기 체적[이에 따라, 포획된 공기 체적에 대해 터치 센서 표면(140)에 인가된 힘]에 대해 눌려지는 거리의 함수로서 변하는 특성 커패시턴스를 나타내는 가변 커패시터; 및 가변 커패시턴스에 병렬로 연결되고 그리고 터치 센서 표면(140)에 인가되는 국부적 힘의 함수로서 변하는 특성 저항을 나타내는 가변 레지스터를 형성하도록 협력할 수 있다.
가변 커패시턴스 및 가변 레지스터는, 스캔 사이클 동안 구동 전극에 입력된, 구동 신호의 고주파 성분(스캔 사이클 동안 구동 전극에 입력되는)만을 감지 신호로 통과시키는 하이-패스 필터를 형성하도록 협력할 수 있다. 특히, 컨트롤러(160)가 스캔 사이클 동안 구동 전극을 구동 신호로(예를 들어, 기준 전압 전위까지 구형파의 단일의 상승 엣지로) 구동할 때, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 의해 형성된 에어-갭 커패시터 전극 쌍(120)은 이 구동 신호의 더 높은 주파수 성분을 감지 전극으로 통과시킬 수 있고, 이는 감지 전극에서 발진 전압 성분을 생성한다. 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140)에 입력이 인가되었을 때, 힘-감지 층(130)이 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 향해 이동함에 따라, 포획된 공기 체적이 횡방향으로 변위되고, 이에 의해: 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 에어 갭(150)의 높이를 감소시키고; 에어-갭 커패시터의 특성 커패시턴스를 증가시키고; 구동 신호의 더 많은 고주파 성분을 감지 전극으로 통과시키며; 및 감지 전극으로부터 판독된 감지 신호의 발진 전압 성분의 진폭을 증가시킨다. 이에 따라, 포획된 공기 체적 위의 터치 센서 표면(140)의 눌려짐(depression)은 포획된 공기 체적의 높이를 감소시킬 수 있고; 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 에어 갭(150)을 감소시킬 수 있고; 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 의해 형성된 에어-갭 커패시터의 커패시턴스를 증가시킬 수 있고; 및 구동 신호의 고주파 성분의 더 큰 진폭을 감지 전극으로 통과시킬 수 있으며, 이는 스캔 사이클 동안 감지 전극으로부터 판독된 감지 신호에서 더 큰 진폭의 AC 성분으로 나타난다.
2.3.2 DC 및 AC 감지 신호 성분(DC and AC Sense Signal Components)
또한, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120), 힘-감지 층(130)의 인접 영역, 및 그 사이에 포획된 공기 체적이 협력하여 병렬 연결된 가변 레지스터 및 가변 커패시터를 형성하기 때문에, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)은 스캔 사이클 동안 구동 전극에 입력된 구동 신호의 DC 및 AC 성분 모두를 감지 전극으로 통과시킬 수 있으며, 이는 도 1a, 도 1b, 및 도 3에 도시된 바와 같이 DC 및 AC 성분 모두를 포함하는 감지 신호를 생성한다. 그러나 가변 레지스터는 구동 신호의 DC 성분만을 배타적으로 통과시키며, 가변 커패시터는 구동 신호의 AC 성분만을 배타적으로 통과시킨다. 이에 따라, 컨트롤러(160)는 감지 신호의 DC 성분 및 AC 성분에 기초하여, 가변 레지스터 및 가변 커패시터에 의해 직접 통과된 감지 전극의 성분들을 각각 명확화할 수 있다.
2.3.3 입력 및 인가된 힘-검출(Input and Applied Force Detection)
따라서 컨트롤러(160)는: 감지 전극으로부터 DC 성분(예를 들어, DC 전압)을 추출할 수 있고; [힘-감지 층(130)의 인접 영역을 가로지르는 저항을 나타내는] DC 감지 신호 성분의 크기를 계산할 수 있고; DC 감지 신호 성분의 크기에 기초하여, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위에 인가된 제1 저항-기반 힘 값을 해석할 수 있고; 감지 전극으로부터 AC 성분을 추출할 수 있고; [구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 커패시턴스를 나타내는] AC 감지 신호 성분의 진폭(예를 들어, 피크 대 피크 진폭)을 계산할 수 있고; 및 도 1a, 도 1b, 도 6a, 및 도 6b에 도시된 바와 같이, AC 감지 신호 성분의 진폭에 기초하여, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위에 인가된 제2 커패시턴스-기반 힘 값을 해석할 수 있다.
예를 들어, 제1 저항-기반 힘 값이 널(null)인 경우(예를 들어, DC 감지 신호 성분의 크기가 대략 널인 경우), 컨트롤러(160)는 제2 커패시턴스-기반 힘 값에 기초하여(예를 들어, 동일하게), 즉 감지 신호의 AC 성분의 진폭에 기초하여, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 전체 힘을 추정할 수 있다. 제2 커패시턴스-기반 힘 값 및 이에 따른 감지 신호의 AC 성분의 진폭이 임계값을 초과했다면, 컨트롤러(160)는 제2 커패시턴스-기반 힘 값에 기초하여(예를 들어, 동일하게) 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 존재 및 힘 크기를 검출할 수 있으며; 따라서 상기 입력의 위치 및 힘 크기를 출력할 수 있다.
유사하게, 제1 저항-기반 힘 값이 낮은 힘 임계값(예를 들어, 10 그램, 0.1 뉴톤)을 초과했다면, 컨트롤러(160)는 제1 분해능-기반 힘 값에 기초하여(예를 들어, 동일하게) 구동 전극 및 감지 전극 쌍 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 전체 힘을 추정할 수 있고, 그리고 제2 커패시턴스-기반 힘 값을 무시할 수 있는데, 그 이유는 힘-감지 층(130)이 이런 전체 인가된 힘에 주어진 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 적절히 접촉할 가능성이 있기 때문이다. 제1 저항-기반 힘 값 및 이에 따른 감지 신호의 DC 성분의 크기가 임계값을 초과했다면, 컨트롤러(160)는 제1 저항-기반 힘 값에 기초하여(예를 들어, 동일하게) 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 존재 및 힘 크기를 검출할 수 있으며; 따라서 입력의 위치 및 힘 크기를 출력할 수 있다.
그러나 제1 저항-기반 힘 값이 0 은 아니지만 낮은 힘 임계값(예를 들어, 10 그램, 0.1 뉴톤)보다 작다면, 컨트롤러(160)는 제1 해상도-기반 힘 값과 제2 커패시턴스-기반 힘 값의 조합(예를 들어, 평균, 합)에 기초하여, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 전체 힘을 추정할 수 있다[예를 들어, 힘-감지 층(130)이 아직 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 적절하게 접촉할 수 없고 또한 힘-감지 층(130)과 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 불일치한 접촉이 감지 신호에서 유도 노이즈를 유발시킬 수 있기 때문이다]. 따라서 컨트롤러(160)는: 제1 저항-기반 힘 값 및 제2 커패시턴스-기반 힘 값에 기초하여(예를 들어 이들의 조합에 기초하여), 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 존재 및 힘 크기를 검출할 수 있으며; 따라서 입력의 위치 및 힘 크기를 출력할 수 있다.
2.3.4 전기 차폐부로서의 힘-감지 층(Force-sensitive Layer as Electrical Shield)
또한, 힘-감지 층(130)이 도전성 재료를 포함하기 때문에, 힘-감지 층(130)은 터치 센서 표면(140)에 대한 전기적 노이즈로부터 이들 에어-갭 커패시터를 전기적으로 차폐할 수도 있으며, 이에 의해 감지 신호의 AC 성분에서 높은 신호 대 노이즈 비율을 유지한다.
2.3.5 전체 센서(Entire Sensor)
컨트롤러(160)는: 스캔 사이클 동안 모든 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호로부터 DC 및 AC 성분을 유도하기 위해; 그 대응의 감지 신호로부터 유도된 DC 및 AC 성분에 기초하여, 스캔 사이클 동안 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위에 인가된 입력의 저항-기반 및 커패시턴스-기반 힘 크기를 해석하기 위해; 및 이들 데이터를 조합하여, 전체 터치 센서 표면(140)을 가로지르는 입력의 위치 및 힘 크기를 예측하기 위해; 전술한 프로세스를 실행할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(160)는: 스캔 사이클 동안 센서 어레이의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 감지 신호를 판독하기 위해; 감지 신호로부터 DC 성분을 추출하기 위해; 힘-감지 층(130)과 대응의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 적절한 국부적 접촉을 나타내는 값의 범위(예를 들어, 구동 신호의 기준 전압 전위의 1% 내지 100%의 전압) 내에 속하는 DC 감지 신호 성분의 제1 서브세트를 식별하기 위해; 및 상기 값의 범위 외에 속하는 DC 감지 신호 성분의 제2 서브세트를 식별하고, 이에 따라 힘-감지 층(130)과 대응의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 포획된 공기 체적의 존재를 표시하기 위해; 방법(S100)의 블록을 실행할 수 있다. DC 감지 신호 성분의 제1 서브세트에 기초하여, 컨트롤러(160)는: 스캔 사이클 동안 힘-감지 층(130)과 접촉하는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 제1 서브세트를 식별할 수 있고; 그 후 [예를 들어, 스캔 사이클 동안 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호의 DC 성분에 표시된 저항에 기초하여], 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 제1 서브세트 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 힘 크기를 해석할 수 있다
역으로, 컨트롤러(160)는 AC 감지 신호 성분의 제2 서브세트에 기초하여, 스캔 사이클 동안 힘-감지 층(130)과 접촉하지 않는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 제2 서브세트를 식별할 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는: 감지 신호의 제2 서브세트로부터 AC 성분을 유도할 수 있고; 스캔 사이클 동안 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 AC 감지 신호 성분의 크기에 기초하여, 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 (가벼운) 힘을 검출할 수 있다.
이에 따라, 컨트롤러(160)는: 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호의 DC 성분에 기초하여, 힘-감지 층(130)과 적절하게 접촉하는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 제1 서브세트 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 입력의 존재 및 힘 크기를 검출하기 위해; 및 이들 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호의 AC 성분에 기초하여, (예를 들어, 제조 결함으로 인해) 힘-감지 층(130)과 접촉하지 않는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 제2 서브세트 위의 터치 센서 표면(140)에 인가된 입력(예를 들어, 낮은 힘 입력)의 존재 및 힘 크기를 검출하기 위해; 방법(S100)의 블록을 실행할 수 있다
2.3.6 입력 추적(Input Tracking)
또한, 컨트롤러(160)는 연속 입력의 검출을 보존하기 위해; 및 특히 터치 센서 표면(140) 상의 가벼운-힘 입력에 대한 바와 같은, 터치 센서 표면(140)으로부터 입력의 제거에 대한 조기 해석을 피하기 위해; AC 감지 신호 성분 및 DC 감지 신호 성분에 기초하여 결함(예를 들어, 포획된 공기 체적)을 포함하거나 포함하지 않는 영역들 사이에서 터치 센서 표면(140)을 가로질러 이동하는 입력을 추적하기 위해 방법(S100)의 블록을 실행할 수 있다.
2.3.6.1 제1 스캔 사이클(First Scan Cycle)
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 일 구현에 있어서, 제1 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(160)는 블록(S120)에서 구동 전극의 세트를 구동 신호로 직렬로 구동할 수 있고; 및 블록(S130)에서 각각의 감지 전극으로부터 감지 신호를 직렬로 판독할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(160)는: 기준 전압 전위까지 구형파의 단일 상승 엣지로 구동 전극을 구동할 수 있고; 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 의해 형성된 에어-갭 커패시터의 다중 시간상수보다 더 긴(예를 들어, 5 마이크로초) 시간 주기에 대해 대응의 감지 전극으로부터 전압(즉, 감지 신호)의 시계열을 동시에 판독할 수 있고; 및 센서 어레이의 각각의 감지 전극에 대해 이런 프로세스를 반복할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는: 블록(S150)에서 제1 스캔 사이클 동안 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호로부터 DC 성분(예를 들어, 정상-상태 전압)을 유도할 수 있고; 블록(S150)에서 제1 스캔 사이클 동안 각각의 감지 전극으로부터 판독된 감지 신호의 DC 성분의 크기를 나타내는 픽셀의 어레이를 포함하는 제1 DC 이미지(또는 "저항 이미지")를 발생할 수 있고; 및 터치 센서 표면(140) 상에 0 이 아닌 힘의 인가를 나타내는 DC 크기에 대해 제1 DC 이미지를 스캔할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(160)는: 터치 센서 표면(140)에 입력이 인가되지 않았을 때, 감지 전극의 베이스라인 DC 전압[또는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 베이스라인 저항]을 나타내는 베이스라인 DC 이미지를 검색할 수 있고; 정규화된 제1 DC 이미지를 발생하기 위해, 현재 스캔 사이클에 대한 제1 DC 이미지로부터 베이스라인 DC 이미지를 감산할 수 있고; 상기 정규화된 제1 DC 이미지의 각각의 픽셀의 정규화된 DC 성분 값을, 힘 함수에 기초한 힘 값(예를 들어, 스칼라값 또는 비선형 모델)으로 변환할 수 있고; 이런 제1 스캔 사이클 동안 각각의 대응의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 의해 운반된 힘을 나타내는 픽셀 어레이를 포함하는 제1 DC 힘 이미지를 발생할 수 있고; 제1 DC 힘 이미지의 노이즈를 감소시키기 위해 평활화 필터(smoothing filter)를 구현할 수 있다.
그 후, 컨트롤러(160)는: 블록(S164)에서 제1 DC 힘 이미지의 힘이 0 이 아닌(즉, 상승된) 힘을 나타내는 픽셀의 제1 클러스터를 식별할 수 있고; 픽셀의 상기 클러스터의 중심에 기초하여, 제1 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력의 제1 위치를 계산할 수 있고; 및 제1 DC 힘 이미지의 픽셀의 상기 클러스터에 의해 표현되는 개별적인 힘 크기의 조합(예를 들어, 총합)에 기초하여, 제1 스캔 사이클 동안 제1 입력의 전체 힘 크기를 해석할 수 있다.
2.3.6.2 제2 스캔 사이클(Second Scan Cycle)
컨트롤러(160)는: 블록(S150)에서 제2 DC 힘 이미지를 발생하기 위해, 제2 스캔 사이클 동안 이런 프로세스를 반복할 수 있고; 0 이 아닌 힘 값을 포함하는 DC 픽셀의 제2 클러스터에 대해, 제1 스캔 사이클 동안 검출된 제1 입력의 위치를 포함하는 제2 DC 이미지의 서브영역을 스캔할 수 있다. 제2 DC 힘 이미지에서 DC 픽셀의 제2 클러스터의 검출에 응답하여, 컨트롤러(160)는: DC 픽셀의 제2 클러스터를 제1 입력에 링크하기 위해, 입력 추적 기술을 구현할 수 있고; DC 픽셀의 상기 제2 클러스터의 중심에 기초하여, 제2 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력의 제2 위치를 계산할 수 있고; 및 제2 DC 힘 이미지에서 DC 픽셀의 상기 제2 클러스터의 픽셀에 의해 표현되는 개별적인 힘 크기의 조합에 기초하여, 제2 스캔 사이클 동안 제1 입력의 전체 힘 크기를 해석할 수 있다.
2.3.6.3 제2 DC 힘 이미지의 입력 손실(Input Lost in Second DC Force Image)
그러나 제2 DC 힘 이미지(또는 정규화된 제2 DC 이미지)에서 제1 입력의 제1 위치에 근접한 DC 픽셀의 제2 클러스터의 부재에 응답하여, 컨트롤러(160)는: 블록(S140)에서 제2 스캔 사이클 동안 각각의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호로부터 AC 성분을 유도할 수 있고; 및 블록(S140)에서 제2 스캔 사이클 동안 각각의 감지 전극으로부터 판독된 감지 신호의 AC 성분의 진폭을 나타내는 픽셀 어레이를 포함하는 제2 AC 이미지(또는 "커패시턴스 이미지")를 발생할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 0 이 아닌 AC 진폭을 포함하는 AC 픽셀의 제2 클러스터에 대해, 제1 스캔 사이클 동안 검출된 제1 입력의 위치를 포함하는, 제2 AC 이미지의 서브영역을 스캔할 수 있다.
블록(S162)에서 제2 AC 이미지의 AC 픽셀의 제2 클러스터의 검출에 응답하여, 컨트롤러(160)는: AC 픽셀의 제2 클러스터를 제1 입력에 링크하기 위해, 입력 추적 기술을 구현할 수 있고; 및 AC 픽셀의 상기 제2 클러스터의 중심에 기초하여, 제2 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력의 제2 위치를 계산할 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는, 제1 입력이 결함(예를 들어, 포획된 공기 체적)에 의해 힘-감지 층(130)으로부터 분리되지 않고 또한 인가된 힘에 응답하여 실행 가능한 DC 신호를 제공하는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 터치 센서 표면(140) 상의 제1 위치로부터, 결함에 의해 힘-감지 층(130)으로부터 분리되고 또한 인가된 힘(제한된 힘 크기)에 응답하는 실행 가능한 DC 신호를 제공하지 않는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 제2 클러스터 위의 표면 센서 표면(140) 상의 제2 위치로 이동함에 따라, 상기 제1 입력의 검출을 보존할 수 있다:
컨트롤러(160)는 제2 AC 이미지의 픽셀의 제2 클러스터에 제공된 조합된 AC 진폭에 기초하여, 제2 위치에 대한 제1 입력의 힘 크기를 추정할 수도 있다. [컨트롤러(160)는 제2 AC 이미지에 제2 AC 이미지의 스칼라값을 곱하거나 또는 비선형 힘 모델을 통해 제2 AC 이미지의 AC 크기를 통과시키는 것처럼, 커패시턴스-기반 힘 함수에 기초하여 제2 AC 이미지를 제2 AC 힘 이미지로 추가적으로 또는 선택적으로 변환할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 오히려 제2 AC 이미지보다는 제2 AC 힘 이미지에 기초하여 전술한 프로세스를 구현할 수 있다.]
2.3.6.4 제3 스캔 사이클(Third Scan Cycle)
또한, 컨트롤러(160)는: 블록(S150)에서 감지 전극으로부터 판독된 DC 감지 신호 성분에 기초하여 제3 DC 힘 이미지를 발생하기 위해; 0 이 아닌 힘 값을 포함하는 DC 픽셀의 제2 클러스터에 대해, 제2 스캔 사이클 동안 검출된 제1 입력의 위치를 포함하는 제3 DC 이미지의 서브영역을 스캔하기 위해; 및 DC 픽셀의 제3 클러스터가 제3 DC 힘 이미지에 존재했다면, 블록(S164)에서 DC 픽셀의 제3 클러스터를 제1 입력에 링크하기 위해 입력 추적 기술을 구현하기 위해; 다음 스캔 사이클 동안 이런 프로세스를 반복할 수 있다. 유사하게, DC 픽셀의 제3 클러스터가 제3 DC 힘 이미지에 존재하지 않는다면, 컨트롤러(160)는: 블록(S140)에서 0 이 아닌 AC 진폭을 포함하는 AC 픽셀의 제3 클러스터에 대한 제3 AC 이미지를 발생 및 스캔할 수 있고; 블록(S162)에서 제1 입력의 마지막으로 검출된 위치에 근접한 제3 AC 이미지에서 AC 픽셀의 제3 클러스터의 검출에 응답하여, 제1 입력의 검출을 보존할 수 있으며; 또는 이하에 기재되는 바와 같이, 제3 AC 이미지에서 AC 픽셀의 클러스터와 같은 부재에 응답하여 제1 입력을 종료할 수 있다.
이에 따라, 컨트롤러(160)는, 힘-감지 층(130)과 제2 위치에 근접한 기판(110) 사이의 결함(예를 들어, 포획된 공기 체적)에 접근하는, 이에 대해 이동하는, 그 후 이를 지나가는 바와 같이, 터치 센서 표면(140)을 가로질러 이동하는 제1 입력을 연속적으로 추적하기 위해, 제3 스캔 사이클 동안 캡처된 DC 또는 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 제2 위치에서의 제1 입력을 터치 센서 표면(140) 상의 제3 위치에 링크할 수 있다.
2.3.6.5 제2 AC 힘 이미지의 입력 부재(Input Absent in Second AC Force Image)
그러나 제2 DC 힘 이미지에서 DC 픽셀의 제2 클러스터의 부재와, 제1 입력의 마지막으로 검출된 위치에 근접한 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 존재를 나타내는 제2 AC 이미지의 AC 픽셀의 제2 클러스터의 부재 모두의 검출에 응답하여, 컨트롤러(160)는: 제1 입력이 터치 센서 표면(140)으로부터 제거(또는 "해제")되었음을 확인할 수 있고; 및 그에 따라 블록(S170)에서 제1 입력을 종료(또는 "폐쇄")할 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 컨트롤러(160)는 그 마지막으로 검출된 위치 근처의 제1 입력의 인디케이터에 대한 DC 및 AC 이미지를 스캔하기 위해 후속의 다중 스캔 사이클에 걸쳐 이런 프로세스를 반복할 수 있으며, 그리고 다중(예를 들어, 2개, 5개) 연속 스캔 사이클에 걸쳐 DC 및 AC 이미지 모두에서 이러한 인디케이터의 부재에 응답하여 오직 제1 입력만 종료할 수 있다.
2.3.6.6 DC/AC 감지 신호 성분 전환DC / AC Sense Signal Component Transition
이에 따라, DC 감지 신호 성분을 통해 제1 입력을 초기에 검출한 후, DC 및 AC 감지 신호 성분들 사이를 전환하여 제1 입력을 검출하고 추적함으로써, 컨트롤러(160)는: 터치 센서 표면(140)을 가로질러 이동하는 입력(예를 들어, "제스처")의 조기 손실을 방지할 수 있고; 제1 입력의 완전한 경로(및 이 경로를 따라 제1 입력의 힘 크기)를 추적할 수 있고; 및 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 센서 어레이로부터 판독된 DC 및 AC 감지 신호 성분 모두가 제1 입력의 마지막으로 검출된 위치 근처에 인가된 힘의 부재를 나타낼 때, 제1 입력만을 종료(또는 "폐쇄")할 수 있다.
이런 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 다중 스캔 사이클에 걸쳐 터치 센서 표면(140) 상의 다중의 개별적인 입력을 동시에 추적하기 위해 이런 프로세스를 실행할 수도 있다.
2.3.7 결함 검출(Defect Detection)
전술한 구현에 있어서, 작동 중, 컨트롤러(160)는: 제1 DC 힘 이미지에서 픽셀의 제1 클러스터에 포함된 힘 값에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 제1 위치에서 제1 입력을 검출하기 위해; DC 픽셀의 제1 클러스터에 표시된 힘 크기에 기초하여, 제1 위치에서 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석하기 위해; 나중의 제2 DC 힘 이미지의 제1 위치에서 그리고 그 근처에서 제1 입력의 표현의 부재를 검출하기 위해; 및 그 후 제2 DC 힘 이미지에서 제1 입력의 표현의 부재에 응답하여, 제1 위치 근처에 입력의 존재를 나타내는 AC 진폭에 대한 제2 AC 이미지를 발생하고 스캔하기 위해; 전술한 프로세스를 실행할 수 있다:
그 후, 제1 위치 근처의 제2 위치에서 제2 AC 이미지의 제1 입력의 검출에 응답하여, 컨트롤러(160)는: 제1 스캔 사이클 동안의 제1 위치로부터 제2 스캔 사이클 동안의 제2 위치로의 제1 입력의 검출을 보존할 수 있고; 및 전술한 바와 같이, 제2 AC 이미지에서 제1을 나타내는 AC 픽셀의 진폭에 기초하여, 제2 위치에서 제1 입력의 제2 힘 크기를 추정할 수 있다. 컨트롤러(160)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 이들 AC 감지 신호 성분으로부터 유도된 제2 힘 크기가 제1 위치에서의 입력의 제1 힘 크기보다 더 크거나 또는 이와 유사한 경우처럼, 제2 위치를 시스템(100) 내의 가능한 결함의 위치로서 플래그할 수도 있다.
2.3.7.1 결함 맵(Defect Map)
또한, 컴퓨터 시스템(100)은 그 후 제1 입력을 검출하고 추적하기 위해, 후속의 스캔 사이클에 대해 전술한 방법 및 기술을 반복할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)가 이후의 제3 AC 이미지가 아니라 이후의 제3 DC 힘 이미지에 기초하여, 제3 위치에 대한 제1 입력을 추적할 수 있다면, 컨트롤러(160)는 제2 위치에서 결함을 예측하거나 확인할 수 있으며, 그리고 제2 위치에서의 결함을 나타내기 위해 시스템(100)을 위한 결함 맵에 주석을 달 수 있다.
그 후, 미래의 스캔 사이클 동안, 컨트롤러(160)는 결함 맵에 표시된 제2 위치에서(그리고 그 둘레에서), 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 감지 신호의 AC 성분에 기초하여, AC 서브-이미지를 발생할 수 있고; 및 입력을 위해 DC 힘 이미지의 대응의 영역을 스캐닝하기보다는 또는 스캐닝과 함께 하는 바와 같은, 제2 위치에서 터치 센서 표면(140)에 인가된 힘을 나타내는 AC 진폭에 대해 이들 서브-이미지를 스캔할 수 있다. 이에 따라, 제2 위치에서의 결함이 제2 위치에서 그리고 그 근처에서 힘-감지 층(130)과 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 접촉을 억제할 수 있기 때문에, 컨트롤러(160)는 DC 힘 이미지에 표현된 DC 감지 신호 성분에 기초하기 보다는, 제2 위치 둘레의 영역을 표현하는 AC 서브-이미지에 포함된 AC 진폭에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 제2 위치에서 입력을 검출하고 활성화할 수 있다.
또한, 이러한 포획된 공기 체적의 크기, 빈도, 및 분포는 시스템(100)의 많은 유닛을 가로질러 변할 수 있으며, 그리고 예측할 수가 없다. 이에 따라, 나중에 인접의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 제2 위치에서 입력을 검출함에 따라, 컨트롤러(160)는 제2 위치에서 상기 입력을 나타내는 DC 감지 신호 성분에 대해 동시적인 DC 힘 이미지를 스캔할 수도 있다. 그 후, DC 힘 이미지에서 상기 입력을 검출함에 따라, 컨트롤러(160)는 결함 맵으로부터 제2 위치에서의 결함을 제거하고, 그리고 제2 위치에 근접한 입력에 대해 제1 스캐닝 DC 힘 이미지로 복귀할 수 있다.
이에 따라, 컨트롤러(160)는 힘-감지 층(130)과 기판(110) 사이에서 결함의 정확한 맵을 개발 및 유지하기 위해 시간의 경과에 따라 상기 프로세스를 반복할 수 있으며, 그리고 이런 결함 맵에 표시된 결함에 따라 DC 또는 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 초기 인가를 검출하는 단계 사이에서 선택적으로 전환할 수 있다.
2.3.8 동적 범위 확장(Dynamic Range Expansion)
또 다른 예에 있어서, 컨트롤러(160)는 a) 제1 스캔 사이클 동안, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 블록(S162)에서 포획된 공기 체적 위의 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 검출 및 추적하는 단계로부터, b) 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에서 0 이 아닌 DC 감지 신호 성분을 생성하는, 인접의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 접촉하는 터치 센서 표면(140)을 구동시키기에 충분히 증가하는 상기 입력의 힘 크기에 응답하여, 나중의 스캔 사이클 동안 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 DC 감지 신호 성분에 기초하여, 블록(S164)에서 터치 센서 표면(140) 상의 동일한 위치에서 상기 입력을 검출 및 추적하는 단계로 전환할 수도 있다.
유사한 예에 있어서, 컨트롤러(160)는 a) 제1 스캔 사이클 동안, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 DC 감지 신호 성분에 기초하여, 블록(S164)에서 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 검출 및 추적하는 단계로부터, b) 힘-감지 층(130)이 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 분리될 수 있기에 충분히 감소된 상기 입력의 힘 크기에 응답하여, 블록(S162)에서 나중의 스캔 사이클 동안 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 상기와 동일한 위치에서 상기 입력을 검출 및 추적하는 단계로 전환할 수 있으며, 이에 의해 감지 전극에서 (거의) 0 인 DC 감지 신호 성분을 산출한다.
이에 따라, 방법(S100)의 블록을 실행함으로써, 컨트롤러(160)는: AC 감지 신호 성분에 기초하여, 포획된 공기 체적 위의 낮은 힘 입력(예를 들어, 10 그램 또는 0.1 뉴톤 미만); DC 및 AC 감지 신호 성분의 조합에 기초하여, 기판(110)과 접촉하는 힘-감지 층(130)의 영역 위의 매우 낮은 힘 입력(5g 또는 0.05 뉴톤 미만); DC 감지 신호 성분에 기초하여 힘-감지 층(130)을 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 접촉시키기 위해 포획된 공기 체적을 변위시키는 더 큰 힘 입력(예를 들어, 10 그램 또는 0.1 뉴톤 초과); 및 DC 감지 신호 성분에 기초하여 공극(void) 제조 결함을 배제한 기판(110)의 영역 위에서, 힘-감지 층(130)을 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 대해 압축하는 더 큰 힘(예를 들어, 5 그램 또는 0.05 뉴톤 초과)을 포함하는, 전체 터치 센서 표면(140)에 대한 넓은 범위의 힘 크기에 대해 입력을 검출하고 추적할 수 있다.
2.3.9 센서 범위(Sensor Scope)
또한, 이러한 포획된 공기 체적의 크기, 빈도, 및 분포는 시스템(100)의 많은 유닛을 가로질러 변할 수 있으며, 그리고 예측할 수가 없다. 터치 센서 표면(140) 상의 입력 및/또는 터치 센서 표면(140)을 가로질러 적용된 제스처의 인가는, 예측할 수 없는 방식으로 기판(110)을 가로질러 포획된 공기 체적을 재분배할(또는 "이동시킬") 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(160)는 시간의 경과에 따라 기판(110)과 힘-감지 층(130) 사이의 포획된 공기 체적의 크기, 빈도, 및/또는 분포의 변화를 보상하기 위해, 센서 어레이로부터 판독된 DC 및 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 터치 센서 표면(140)을 가로지르는 입력을 검출하는 단계 사이에서 자동으로 전환하는 방법(S100)의 블록을 실행할 수 있다.
2.4 의도된 에어 갭(Intended Air Gap)
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같은 일 변형예에 있어서, 시스템(100)은 힘-감지 층(130)과 기판(110) 사이에 의도된 에어 갭(150)을 갖도록 조립된다. 예를 들어, 시스템(100)의 조립 중, 10 미크론 높이의 균일한 에어 갭(150)을 형성하기에 충분한 공기(또는 질소 아르곤과 같은 가스)의 체적이, 힘-감지 층(130)과 기판(110) 사이에 주입된다. 또 다른 예에 있어서, 힘-감지 층(130)은 개별적인 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 또는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 클러스터의 둘레에 개방-셀 또는 폐쇄-셀 네트워크를 형성하기 위해, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 둘레에서 기판(110)에 선택적으로 접착되거나 또는 접합된다.
따라서 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(160)는: 인접한 에어 갭(150)의 높이의 변화(예를 들어, 10 미크론 내지 1 미크론)로 인한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 커패시턴스의 변화를 나타내는 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 매우 가벼운 입력(예를 들어, 5 그램 또는 0.05 뉴톤 미만의 힘 크기의 입력)을 검출하기 위해; 도 6b에 도시된 바와 같이, 힘-감지 층(130)의 인접 영역의 압축으로 인한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 저항 변화를 표현하는 DC 감지 신호에 기초하여, 터치 센서 표면(140) 상의 더 무거운 입력(예를 들어, 10 그램 또는 0.1 뉴톤보다 더 큰 힘 크기의 입력)을 검출하기 위해; 방법(S100)의 블록을 실행할 수 있다. 이런 변형예에 있어서, 컨트롤러(160)는 도 6b에 도시된 바와 같이 감지 전극으로부터 판독된 AC 및 DC 감지 신호 성분 모두의 조합(예를 들어, 총합, 평균)에 기초하여, 가벼운 입력(예를 들어, 5 내지 10 그램 또는 0.05 뉴톤 내지 0.1 뉴톤의 힘 크기의 입력)을 검출하기 위해, 방법(S100)의 블록을 실행할 수도 있다.
예를 들어, 컨트롤러(160)는: 블록(S120)에서 스캔 사이클 동안 구동 전극의 어레이를 구동 신호로 구동하기 위해; 및 블록(S130)에서 스캔 사이클 동안 감지 전극의 어레이로부터 시계열 감지 신호를 판독하기 위해; 전술한 방법 및 기술을 구현할 수 있다.
그 후, 컨트롤러(160)는: 각각의 감지 신호로부터 DC 신호 성분을 추출할 수 있고; 각각의 DC 성분의 크기(예를 들어, 0 볼트 내지 피크 전압까지의 크기)를 계산할 수 있고; 블록(S150)에서 스캔 사이클에 대한 DC 이미지의 대응의 픽셀에서 각각의 DC 크기를 표현할 수 있다. 컨트롤러(160)는: 정규화된 DC 이미지를 발생하기 위해, DC 이미지로부터 저장된 베이스라인 DC 이미지를 감산할 수 있고; 또는 DC 이미지에 저항 힘 모델(예를 들어, 스칼라값)을 적용함으로써 DC 이미지를 DC 힘 이미지로 변환하고, 정규화된 DC 힘 이미지를 발생하기 위해 DC 힘 이미지로부터 베이스라인 DC 힘 이미지를 감산할 수도 있다.
동시에, 컨트롤러(160)는: 각각의 감지 신호로부터 AC 신호 성분을 추출할 수 있고; 각각의 AC 성분의 진폭(예를 들어, 피크 대 피크 전압)을 계산할 수 있고; 및 블록(S140)에서 스캔 사이클에 대한 AC 이미지의 대응의 픽셀의 각각의 AC 진폭을 표현할 수 있다. 컨트롤러(160)는: 정규화된 AC 이미지를 발생하기 위해, AC 이미지로부터 베이스라인 AC 이미지를 감산할 수 있고; 또는 AC 이미지에 커패시턴스 힘 모델(예를 들어, 스칼라 값)을 적용함으로써 AC 이미지를 AC 힘 이미지로 변환하고, 그 후 정규화된 AC 힘 이미지를 발생하기 위해 베이스 라인 AC 힘 이미지를 감산할 수도 있다.
그 후, 컨트롤러(160)는 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 나타내는 DC 크기의 클러스터에 대해 DC 이미지(또는 정규화된 DC 이미지, DC 힘 이미지)를 스캔할 수 있다. DC 이미지에서 이렇게 검출된 각각의 입력에 대해, 컨트롤러(160)는 DC 이미지에서 픽셀의 대응의 클러스터에 표현된 개별적인 힘 크기에 기초하여, 입력의 제1 전체 저항-기반 힘을 유도할 수 있다.
유사하게, 컨트롤러(160)는 터치 센서 표면(140) 상의 입력을 나타내는 AC 진폭의 클러스터에 대해 AC 이미지(또는 정규화된 AC 이미지, AC 힘 이미지)를 스캔할 수 있다. AC 이미지에서 이렇게 검출된 각각의 입력에 대해, 컨트롤러(160)는 AC 이미지에서 픽셀의 대응의 클러스터에 표현된 개별적인 힘 크기에 기초하여, 입력의 제2 전체 커패시턴스-기반 힘을 유도할 수 있다.
그 후, 컨트롤러(160)는 스캔 사이클 동안 이들 DC 및 AC 감지 신호 성분으로부터 검출된 공동 공간의 DC-기반 및 AC-기반 입력을 링크할 수 있다.
그 후, 높은 저항-기반 힘 임계값(예를 들어, 10 그램, 0.1 뉴톤)을 초과하는 제1 전체 저항-기반 힘과 연관된 각각의 검출된 입력에 대해, 컨트롤러(160)는 블록(S164)에서 그 대응의 제1 전체 저항-기반 힘으로 입력을 라벨링할 수 있다.
유사하게, 높은 저항-기반 힘 임계값과 낮은 저항-기반 힘 임계값(예를 들어, 5 그램, 0.05 뉴톤) 사이의 제1 전체 저항-기반 힘과 연관된 각각의 검출된 입력에 대해, 컨트롤러(160)는 그 대응의 제1 전체 저항-기반 힘과 제2 전체 커패시턴스-기반 힘의 조합(예를 들어, 총합, 평균, 가중 평균)을 계산할 수 있고; 및 블록(S160)에서 상기 힘 조합으로 입력을 라벨링할 수 있다.
또한, 0 이 아닌 제2 전체 커패시턴스-기반 힘 및 낮은 저항-기반 힘 임계값(예를 들어, 0 내지 5 그램, 0 내지 0.05 뉴톤)보다 작은 제1 전체 저항-기반 힘과 관련된 각각의 입력에 대해, 컨트롤러(160)는 블록(S1562)에서 그 대응의 제2 전체 커패시턴스-기반 힘으로 입력을 라벨링할 수 있다.
그 후, 컨트롤러(160)는 이들 입력의 위치 및 힘 크기를 현재의 스캔 사이클에 대한 힘 이미지로 컴파일링하고, 상기 힘 이미지를 연결된 또는 통합된 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터)에 출력할 수 있으며, 이는 상기 힘 이미지에 표현된 제스처, 커서 움직임, 및/또는 클릭으로 그래픽 사용자 인터페이스를 조작할 수 있다. 그 후, 컨트롤러(160)는 각각의 후속의 스캔 사이클에 대해 이들 프로세스를 반복할 수 있다.
이에 따라, 컨트롤러(160)는 a) 터치 센서 표면(140) 상의 낮은 내지 높은 힘 크기와, b) 터치 센서 표면(140) 상의 낮은 내지 매우 낮은 힘 크기 모두를 각각 검출하기 위해, 센서 어레이의 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 저항 및 커패시턴스 특성을 나타내는, DC 및 AC 감지 신호 성분을 융합하도록 방법(S100)의 블록을 실행할 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는 작동 중 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 존재와 힘 크기 모두를 검출하기 위한 넓은 동적 범위를 달성할 수 있다.
또한, 전술한 구현에 있어서, 컨트롤러(160)는 DC 및 AC 이미지의 DC 및 AC 픽셀의 클러스터에 각각 기초하여 터치 센서 표면(140)에 인가된 입력의 더 큰 입력을 나타내는 존재 및 힘 크기를 검출하기 보다는, DC 및 AC 이미지의 개별 DC 및 AC 픽셀에 포함된 값에 각각 기초하여, 센서 어레이의 개별 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 대한 입력의 존재 및 힘 크기를 검출하기 위해, 유사한 방법 및 기술을 구현할 수 있다.
2.5 센서 어레이 시스템(Sensor Array System)
이에 따라, 전술한 바와 같이 그리고 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 기판(110); 기판(110) 상에 배열된 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이; 기판(110)에 결합되고, 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이에 접하고, 인가된 힘의 변화에 응답하여 국부 접촉(또는 벌크 저항)의 변화를 나타내는 힘-감지 층(130); 및 기판(110) 위에 배열된 터치 센서 표면(140)을 포함할 수 있다. 시스템(100)은 제1 스캔 사이클 동안: 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이에서, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 제1 감지 신호를 판독하도록; 제1 감지 신호의 제1 교류 성분을 검출하도록; 제1 감지 신호의 제1 직류 성분을 검출하도록; 및 임계 크기 아래로 떨어지는 제1 감지 신호의 제1 직류 성분의 제1 크기에 응답하여, 제1 감지 신호의 제1 교류 성분에 기초하여, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 근접한 제1 위치에서, 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력을 검출하도록; 구성된 컨트롤러(160)를 추가로 포함할 수 있다. 컨트롤러(160)는 제2 스캔 사이클 동안: 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이에서, 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 제2 감지 신호를 판독하도록; 제2 감지 신호의 제2 직류 성분을 검출하도록; 및 임계 크기를 초과하는 제2 감지 신호의 제2 직류 성분의 제2 크기에 응답하여, 제2 감지 신호의 제2 직류 성분에 기초하여, 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 근접한 제2 위치에서, 터치 센서 표면(140) 상의 제2 입력을 검출하도록; 추가로 구성될 수 있다.
이런 구현에 있어서: 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 어레이는 기판(110)의 상부층 위에 배열될 수 있고; 힘-감지 층(130)은 기판(110) 위에 배열될 수 있고 그리고 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 공기의 체적을 포획하는 제1 영역을 포함하고; 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 및 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 인접한 힘-감지 층(130)의 제1 영역은, 제1 구동 전극에 입력된 구동 신호의 직류 성분을, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 제1 감지 전극으로 통과시키는 제1 가변 레지스터를 형성하기 위해 협력할 수 있고; 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)과 공기의 체적은 서로 협력하여, 제1 가변 레지스터에 병렬로 연결되고 그리고 구동 신호의 고주파 성분을 제1 감지 전극으로 통과시키는 제1 가변 에어-갭 커패시터를 형성할 수 있다.
또한, 이런 구현에 있어서, 힘-감지 층(130)의 제1 영역은: 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 부재 중 공칭 상태에서 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위의 공칭 높이의 공기 체적을 포획할 수 있고; 및 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 근접한 제1 위치에서, 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력의 인가에 응답하는 가변 에어-갭 커패시터의 특성 커패시턴스를 증가시키기 위해, 공기의 체적을 기판(110)을 가로질러 횡방향으로 변위시키고, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 향해 이동시킬 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는 제1 감지 신호의 제1 교류 성분의 제1 진폭에 비례하는 제1 스캔 사이클 동안, 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석할 수 있다.
[컨트롤러(160)는 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 제3 감지 신호를 판독하여, 제3 감지 신호의 제3 직류 성분을 검출할 수도 있다. 그 후, 임계 크기를 초과하는 제3 감지 신호의 제3 직류 성분의 제3 크기에 응답하여, 컨트롤러(160)는: 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 근접한 제1 위치에서, 터치 센서 표면(140) 상의 제3 입력을 검출할 수 있고; 제2 감지 신호의 제3 직류 성분의 제3 크기에 기초하여, 제3 스캔 사이클 동안 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항의 제3 변화를 계산할 수 있고; 및 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 가로지르는 저항의 제3 변화에 비례하는 제3 스캔 사이클 동안, 터치 센서 표면(140) 상의 제3 힘 크기를 해석할 수 있다.]
추가로 또는 대안적으로, 힘-감지 층(130)의 제1 영역은: 터치 센서 표면(140) 상의 입력의 부재 중 공칭 상태에서 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위로 약 10 미크론의 공칭 높이의 공기 체적을 포획할 수 있고; 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을, 터치 센서 표면(140) 위의 전기 노이즈로부터 전기적으로 차폐하는 도전성 재료를 포함할 수 있고; 및 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 근접한 제1 위치에서, 터치 센서 표면(140) 상의 제1 입력의 인가에 응답하는 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 커패시턴스를 증가시키기 위해, 공기를 기판(110)을 가로질러 횡방향으로 변위시키고, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 향해 이동시킬 수 있다. 따라서 컨트롤러(160)는 제1 감지 신호의 제1 교류 성분의 진폭에 비례하는 제1 스캔 사이클 동안, 공칭 높이로부터 공기 체적의 높이 감소를 해석할 수 있고; 힘-감지 층(130)과 기판(110) 사이에서 횡방향으로 이동하는 공기의 체적과 상기 힘-감지 층(130)의 조합된 스프링상수를 나타내는 스프링 모델을 검색할 수 있고; 및 공기 체적의 높이 감소 및 스프링상수에 기초하여, 터치 센서 상의 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석할 수 있다.
2.6 구동 전극 및 감지 전극의 개별 어레이(Discrete Array of Drive electrode and sense Electrodes)
도 7에 도시된 바와 같은 일 변형예에 있어서, 시스템(100)은 컨트롤러(160), 및 터치 센서 표면(140) 아래에 배열된 개별적인(예를 들어, 불연속적인) 압력 센서 요소의 어레이를 포함하며, 그 각각은: 기판(110)(예를 들어, 개별 압력 센서의 어레이에 걸쳐 있는 공통 PCB) 상에 형성된 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)(예를 들어, 맞물린 전극 쌍); 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 위에 배열된 힘-감지 층(130); 편향 스페이서(deflection spacer)(예를 들어, 실리콘 패드) 또는 개별 압력 센서 및 기판(110)을 전자 디바이스의 섀시에 결합하는 스프링을 포함한다.
일 구현에 있어서, 이런 변형예에서는: 기판(110)은 3.5 인치 x 4.5 인치 면적을 정의할 수 있고; 터치 센서 표면(140)은 3.5 인치 x 4.5 인치 활성 입력 면적을 형성하기 위해, 기판(110)의 상부층 위에 배열될 수 있고; 각각의 압력 센서는 기판(110)의 바닥층 상의 0.25 인치 직경 영역에 걸쳐 있는 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)에 결합된 0.25 인치 직경의 힘-감지 층(130)을 포함할 수 있으며; 및 시스템(100)은 컴퓨팅 디바이스의 섀시 상에 기판(110)의 주변을 지지하는 10개의 압력 센서를 포함할 수 있다.
이 구현의 일 예에 있어서, 힘-감지 층(130)은 터치 센서 표면(140) 상의 무부하 조건 하에서, 힘-감지 층(130)과 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이의 의도된 접촉으로 각각의 압력 센서 위치에서 기판(110)에 접합될 수 있다. 그러나 이런 예에 있어서, 힘-감지 층(130)의 결함, 기판(110)의 결함, 또는 상기 압력 센서로부터 멀리 떨어진 있는 터치 센서 표면(140)의 눌려짐은, 압력 센서에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이에 공기를 생성할 수 있으며, 또는 그렇지 않으면 압력 센서의 힘-감지 층(130)으로부터 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)을 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 이런 예에 있어서, 컨트롤러(160)는 상기 감지 신호에서 DC 감지 신호 성분이 없는 것으로 주어진 압력 센서로부터 판독된 감지 신호의 AC 성분에 기초하여, 압력 센서에 의해 운반된 힘을 검출하고 특성화하기 위해, 전술한 방법 및 기술을 구현할 수 있다.
이런 구현의 또 다른 예에 있어서, 압력 센서의 힘-감지 층(130)은, 터치 센서 표면 상의 무부하 조건 하에서, 힘-감지 층(130)과 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120) 사이에 목표 높이(예를 들어, 10 미크론)의 에어 갭(150)을 형성하는 공기의 체적을 압력 센서 내측에 밀봉하기 위해, 그 기판(110)의 주위와 그리고 인접한 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)의 둘레에서 기판(110)에 접합된다(예를 들어, 부착된다). 이런 예에 있어서, 컨트롤러(160)는 a) 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 DC 감지 신호 성분에 기초하여, 압력 센서에 의해 운반되는 낮은 내지 높은 힘 크기(예를 들어, 10-250 그램, 0.1 내지 2.5 뉴톤); 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 AC 감지 신호 성분에 기초하여, 압력 센서에 의해 운반되는 매우 낮은 힘 크기(예를 들어, 5g 미만, 0.05 뉴톤 미만); 및 구동 전극 및 감지 전극 쌍(120)으로부터 판독된 DC 및 AC 감지 신호 성분의 조합에 기초하여, 압력 센서에 의해 운반되는 매우 낮은 내지 낮은 힘 크기(예를 들어, 5 내지 10 그램, 0.05 내지 0.1 뉴톤)를 검출하고 특성화하기 위해, 전술한 방법 및 기술을 구현할 수 있다.
여기에 기재된 시스템 및 방법은, 적어도 부분적으로 컴퓨터-판독 가능한 명령을 저장하는 컴퓨터-판독 가능한 매체를 수용하도록 구성된 기계로서 실시 및/또는 구현될 수 있다. 상기 명령은 어플리케이션, 애플릿(applet), 호스트, 서버, 네트워크, 웹사이트, 통신 서비스, 통신 인터페이스, 사용자 컴퓨터 또는 모바일 디바이스의 하드웨어/펌웨어/소프트웨어 요소, 손목 밴드(wristband), 스마트폰, 또는 그 임의의 적절한 조합에 의해 실행될 수 있다. 실시예의 다른 시스템 및 방법은, 적어도 부분적으로 컴퓨터-판독 가능한 명령을 저장하는 컴퓨터-판독 가능한 매체를 수용하도록 구성된 기계로서 실시 및/또는 구현될 수 있다. 상기 명령은 전술한 타입의 장치 및 네트워크와 통합된 컴퓨터-실행 가능한 구성요소에 의해 통합된 컴퓨터-실행 가능한 구성요소에 의해 실행될 수 있다. 상기 컴퓨터-판독 가능한 매체는 RAM, ROM, 플래시 메모리, EEPROM, 광학 디바이스(CD 또는 DVD), 하드 드라이브, 플로피 드라이브, 또는 임의의 적절한 디바이스와 같은 임의의 적절한 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터-실행 가능한 구성요소는 프로세서일 수 있지만, 그러나 임의의 적절한 전용 하드웨어 디바이스가 (대안적으로 또는 추가적으로) 상기 명령을 실행할 수 있다.
본 기술분야의 숙련자라면 이전의 상세한 설명으로부터 그리고 도면 및 청구범위로부터 인식할 수 있는 바와 같이, 이하의 청구범위에 정의된 본 발명의 범위로부터의 일탈 없이 본 발명의 실시예에 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (20)
- 터치 센서 표면 상에 인가된 힘의 국부적 변화에 응답하는 국부 저항의 변화를 나타내는 힘-감지 층, 구동 전극의 세트, 및 감지 전극의 세트를 포함하는 터치 센서에서의 입력을 검출하는 방법으로서:
● 제1 스캔 사이클 동안, 상기 구동 전극의 세트의 제1 구동 전극을 구동 신호로 구동하는 단계;
● 상기 제1 스캔 사이클 동안, 상기 제1 구동 전극과 쌍을 이루는, 상기 감지 전극의 세트의 제1 감지 전극으로부터 제1 감지 신호를 판독하는 단계;
● 상기 제1 감지 신호의 제1 교류 성분을 검출하는 단계;
● 상기 제1 감지 신호의 제1 직류 성분을 검출하는 단계;
● 임계 크기 아래로 떨어지는 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분의 크기에 응답하여, 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분에 기초하여, 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 제1 입력을 검출하는 단계; 및
● 상기 임계 크기를 초과하는 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분의 상기 크기에 응답하여, 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분에 기초하여, 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
● 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분을 검출하는 단계는, 상기 제1 구동 전극, 상기 제1 감지 전극, 및 상기 힘-감지 층에 의해 형성된 가변 레지스터에 의해 통과된 상기 구동 신호의 직류 성분을 나타내는 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분을 검출하는 단계를 포함하고,
● 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분을 검출하는 단계는, 가변 에어-갭 커패시터에 의해 통과된 상기 구동 신호의 고주파 성분을 나타내는 상기 제1 감지 신호의 교류 성분을 검출하는 단계를 포함하며, 상기 가변 에어-갭 커패시터는,
o 상기 제1 구동 전극, 상기 제1 감지 전극, 및 상기 힘-감지 층과 상기 제1 구동 전극 및 상기 제1 감지 전극을 지지하는 기판 사이에 포획되는 공기의 체적에 의해 형성되고;
o 상기 가변 레지스터에 병렬로 연결되고; 및
o 상기 힘-감지 층에 의해 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력으로부터 전기적으로 차폐되는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계는:
● 상기 제1 교류 성분의 제1 진폭에 비례하는 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 힘 크기를 해석하는 단계; 및
● 임계 힘 크기를 초과하는 상기 힘 크기에 응답하여, 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 터치 센서 상의 상기 제1 입력의 상기 힘 크기를 해석하는 단계는,
● 상기 제1 교류 성분의 상기 제1 진폭에 비례하는, 상기 힘-감지 층과 상기 제1 구동 전극 및 상기 제1 감지 전극을 지지하는 기판 사이에서, 에어 갭의 높이 감소를 해석하는 단계;
● 상기 힘-감지 층 및 상기 에어 갭의 스프링상수를 검색하는 단계; 및
● 상기 에어 갭의 상기 높이 감소 및 상기 스프링상수에 기초하여, 상기 터치 센서 상의 상기 제1 입력의 상기 힘 크기를 해석하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계는,
● 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분의 크기에 기초하여, 상기 제1 구동 전극 및 상기 제1 감지 전극을 가로지르는 저항을 계산하는 단계; 및
● 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 감지 전극 사이의 저항과 베이스라인 저항 사이의 차이에 비례하는 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 상기 힘 크기를 해석하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
● 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분의 크기에 기초하여, 상기 제1 구동 전극 및 상기 제1 감지 전극을 가로지르는 저항을 계산하는 단계를 더 포함하고;
● 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계는, 높은 임계 저항을 초과하는 상기 저항에 응답하여,
o 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분의 제1 진폭에 비례하는 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석하는 단계; 및
o 상기 터치 센서 표면 상의, 상기 제1 힘 크기의 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 포함하며,
● 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계는, 낮은 임계 저항의 아래로 떨어지는 상기 저항에 응답하여,
o 상기 제1 구동 전극과 상기 제1 감지 전극 사이의 상기 저항과 베이스라인 저항 사이의 차이에 비례하는 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 제2 힘 크기를 해석하는 단계; 및
o 상기 터치 센서 표면 상의, 상기 제2 힘 크기의 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 포함하고;
● 상기 높은 임계 저항의 아래로 떨어지고 그리고 상기 낮은 임계 저항을 초과하는 상기 저항에 응답하여,
o 상기 제1 힘 크기와 상기 제2 힘 크기의 조합에 기초하여, 복합적인 힘 크기를 계산하는 단계; 및
o 상기 터치 센서 상의, 상기 복합적인 힘 크기의 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
● 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 제1 구동 전극을 상기 구동 신호로 구동하는 단계는, 상기 제1 스캔 사이클 동안 센서 어레이 내에 상기 구동 전극의 세트를 정의하는 구동 채널의 세트를, 상기 구동 신호로 순차적으로 구동하는 단계를 포함하고;
● 상기 제1 감지 전극으로부터 상기 제1 감지 신호를 판독하는 단계는, 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 센서 어레이 내에 상기 감지 전극의 세트를 정의하는, 감지 채널의 세트로부터 감지 신호의 세트를 순차적으로 판독하는 단계를 포함하고;
● 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계는, 상기 제1 감지 신호에 기초하여 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 제1 위치에서 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 제1 위치는 상기 제1 구동 전극 및 상기 제1 감지 전극에 근접해 있으며; 및
● 또한,
o 상기 감지 전극의 세트의 제2 감지 전극으로부터 판독되는, 상기 감지 신호의 세트에서, 제2 감지 신호의 제2 교류 성분을 검출하는 단계;
o 상기 제2 감지 신호의 제2 직류 성분을 검출하는 단계; 및
o 임계 진폭 아래로 떨어지는 상기 제2 교류 성분의 제2 진폭에 응답하여, 그리고 상기 임계 크기 아래로 떨어지는 상기 제2 직류 성분의 제2 크기에 응답하여, 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 제2 위치에서 제2 입력의 부재를 검출하는 단계로서, 상기 제2 위치가 제2 구동 전극 및 상기 제2 감지 전극에 근접한, 단계; 및
o 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 제2 위치에서 상기 제1 입력의 상기 제1 위치 및 상기 제2 입력의 부재를, 상기 터치 센서 표면 상의 입력을 나타내는 제1 터치 이미지로 컴파일링하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
● 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력을 검출하는 단계는, 상기 제1 감지 신호에 기초하여 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 제1 위치에서 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 제1 위치는 상기 제1 구동 전극 및 상기 제1 감지 전극에 근접해 있으며,
● 또한,
o 제2 스캔 사이클 동안 상기 제1 구동 전극을 상기 구동 신호로 구동하는 단계;
o 상기 제2 스캔 사이클 동안 상기 제1 감지 전극으로부터 제2 감지 신호를 판독하는 단계;
o 상기 제2 감지 신호의 제2 교류 성분을 검출하는 단계;
o 상기 제2 감지 신호의 제2 직류 성분을 검출하는 단계; 및
o 임계 진폭 아래로 떨어지는 상기 제2 교류 성분의 제2 진폭에 응답하여, 그리고 상기 임계 크기 아래로 떨어지는 상기 제2 직류 성분의 제2 크기에 응답하여, 상기 제2 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 위치에서 상기 제1 입력의 부재를 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 디바이스의 컨트롤러에 의하여,
● 제1 스캔 사이클 동안:
o 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트로부터 감지 신호의 제1 세트를 판독하는 단계로서, 상기 감지 신호의 제1 세트의 각각의 감지 신호는 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트에서 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항을 나타내는, 단계;
o 제1 위치의 근위에 위치된, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트에서 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항의 제1 변화를 나타내는, 상기 감지 신호의 제1 세트에서, 제1 감지 신호의 제1 직류 성분에 기초하여, 상기 제1 스캔 사이클 동안 터치 센서 표면 상의 상기 제1 위치에서 제1 입력을 검출하는 단계;
● 상기 제1 스캔 사이클에 이어지는 제2 스캔 사이클 동안:
o 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트로부터 감지 신호의 제2 세트를 판독하는 단계; 및
o 제2 위치의 근위에 위치된, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트에서 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항의 제2 변화를 나타내는, 상기 감지 신호의 제2 세트에서, 제2 감지 신호의 제2 직류 성분에 기초하여, 상기 제2 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로의 상기 제1 입력을 추적하는 단계;
● 상기 제2 스캔 사이클에 이어지는 제3 스캔 사이클 동안:
o 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트로부터 감지 신호의 제3 세트를 판독하는 단계;
o 상기 터치 센서 표면 상의 제3 위치의 근위에 위치된, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트에서, 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍으로부터 판독된 제3 감지 신호의 제3 직류 성분을 검출하는 단계;
o 상기 제3 감지 신호의 제3 교류 성분을 검출하는 단계; 및
o 임계 크기 아래로 떨어지는 상기 제3 직류 성분의 제3 크기에 응답하여, 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 커패시턴스의 제3 변화를 나타내는 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 교류 성분의 제3 진폭에 기초하여, 상기 제3 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로의 상기 제1 입력을 추적하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여,
상기 제3 스캔 사이클 동안, 임계 진폭 아래로 떨어지는 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 교류 성분의 상기 제3 진폭에 응답하여, 상기 터치 센서 표면으로부터 상기 제1 입력의 해제를 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여,
상기 제3 스캔 사이클에 이어지는 제4 스캔 사이클 동안:
● 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트로부터 감지 신호의 제4 세트를 판독하는 단계; 및
● 제4 위치의 근위에 위치되는, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트에서, 제4 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항의 제4 변화를 나타내는, 상기 감지 신호의 제4 세트에서, 제4 감지 신호의 제4 직류 성분에 기초하여, 상기 제4 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제3 위치로부터 상기 제4 위치로의 상기 제1 입력을 추적하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여,
● 상기 제3 스캔 사이클 동안, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트에서 구동 전극을 구동 신호로 구동하는 단계;
● 상기 제3 감지 신호로부터, 상기 제3 스캔 사이클 동안 가변 레지스터에 의해 통과된 상기 구동 신호의 직류 성분을 나타내는 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 직류 성분을 추출하는 단계로서, 상기 가변 레지스터가 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍 및 힘-감지 층의 인접 영역에 의해 형성되는, 단계;
● 상기 제3 감지 신호로부터, 상기 제3 스캔 사이클 동안 가변 에어-갭 커패시터에 의해 통과된 상기 구동 신호의 고주파 성분을 나타내는 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 교류 성분을 추출하는 단계를 더 포함하며, 상기 가변 에어-갭 커패시터는,
o 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍, 및 상기 힘-감지 층과 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 세트를 지지하는 기판 사이에 포획된 공기의 체적에 의해 형성되고;
o 상기 가변 레지스터에 병렬로 연결되고; 및
o 상기 힘-감지 층에 의해 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력으로부터 전기적으로 차폐되는, 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여,
● 상기 제1 스캔 사이클 동안:
o 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분의 크기에 기초하여, 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 가로지르는 제1 저항을 계산하는 단계;
o 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 상기 제1 저항과 베이스라인 저항 사이의 차이에 비례하는 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석하는 단계; 및
o 상기 제1 입력의 상기 제1 위치 및 상기 제1 힘 크기를 출력하는 단계; 및
● 제3 스캔 사이클 동안:
o 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 교류 성분의 상기 제3 진폭에 비례하는 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 제3 힘 크기를 해석하는 단계; 및
o 상기 제1 입력의 상기 제3 위치 및 상기 제3 힘 크기를 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 13에 있어서,
● 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 가로지르는 상기 제1 저항을 계산하는 단계는, 상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여, 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분의 상기 크기에 기초하여, 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍 위에 배열된 힘-감지 층의 제1 영역의 국부적 접촉 저항을 계산하는 단계를 포함하며, 상기 힘-감지 층은 상기 터치 센서 표면 상에 인가된 힘의 국부적 변화에 응답하는 국부적 접촉 저항의 변화를 나타내며; 및
● 상기 제1 입력의 상기 제3 힘 크기를 해석하는 단계는, 상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여:
o 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 교류 성분의 상기 제3 진폭에 비례하는, 상기 힘-감지 층과 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 지지하는 기판 사이의 에어 갭 높이의 제3 감소를 해석하는 단계;
o 상기 힘-감지 층 및 상기 에어 갭의 스프링상수를 검색하는 단계; 및
o 상기 에어 갭 높이의 제3 감소 및 상기 스프링상수에 기초하여, 상기 제3 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 상의 상기 제1 입력의 상기 제3 힘 크기를 해석하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 9에 있어서,
● 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로의 상기 제1 입력을 추적하는 단계는, 상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여, 상기 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍 위에 배열된 힘-감지 층의 제2 영역의 압축에 따라 상기 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항 감소를 나타내는, 상기 제2 감지 신호의 상기 제2 직류 성분의 제2 크기에 기초하여, 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제2 위치에서 상기 제1 입력을 검출하는 단계를 포함하며, 상기 힘-감지 층은 상기 터치 센서 표면 상에 인가된 힘의 국부적 변화에 응답하는 국부적 접촉 저항의 변화를 나타내며; 및
● 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 교류 성분의 상기 제3 진폭에 기초하여, 상기 제3 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로의 상기 제1 입력을 추적하는 단계는, 상기 디바이스의 상기 컨트롤러에 의하여,
o 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍 사이의 저항 변화의 부재를 나타내는 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 직류 성분의 상기 제3 크기에 응답하여, 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍과 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍 위에 배열된 상기 힘-감지 층의 제3 영역 사이의 에어 갭을 예측하는 단계;
o 임계 진폭을 초과하는 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 교류 성분의 상기 제3 진폭에 응답하여, 상기 제3 위치에서 상기 터치 센서 표면 상의 제3 입력을 검출하는 단계; 및
o 상기 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 대한 상기 제3 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 근접성에 기초하여, 상기 제3 입력을 상기 제1 입력에 링크하는 단계를 포함하는, 방법. - ● 기판:
● 상기 기판 상에 배열되는 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 어레이;
● 상기 기판에 결합되고, 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 어레이에 접하며, 인가된 힘의 변화에 응답하는 국부 저항의 변화를 나타내는, 힘-감지 층;
● 상기 기판 위에 배열되는 터치 센서 표면; 및
● 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는:
o 제1 스캔 사이클 동안:
■ 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 어레이에서, 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍으로부터 제1 감지 신호를 판독하도록;
■ 상기 제1 감지 신호의 제1 교류 성분을 검출하도록;
■ 상기 제1 감지 신호의 제1 직류 성분을 검출하도록; 및
■ 임계 크기 아래로 떨어지는 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 직류 성분의 제1 크기에 응답하여, 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분에 기초하여, 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 근접한 제1 위치에서, 상기 터치 센서 표면 상의 제1 입력을 검출하도록;
o 제2 스캔 사이클 동안:
■ 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 어레이에서 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍으로부터 제2 감지 신호를 판독하도록;
■ 상기 제2 감지 신호의 제2 직류 성분을 검출하도록; 및
■ 상기 임계 크기를 초과하는 상기 제2 감지 신호의 상기 제2 직류 성분의 제2 크기에 응답하여, 상기 제2 감지 신호의 상기 제2 직류 성분에 기초하여, 상기 제2 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 근접한 제2 위치에서 상기 터치 센서 표면 상의 제2 입력을 검출하도록;
구성되는, 시스템. - 청구항 16에 있어서,
● 상기 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 어레이는 상기 기판의 상부층 위에 배열되고;
● 상기 힘-감지 층은 상기 기판 위에 배열되며, 그리고 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍 위에 공기의 체적을 포획하는 제1 영역을 포함하고;
● 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍, 및 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 인접한 상기 힘-감지 층의 제1 영역은, 제1 구동 전극에 입력된 구동 신호의 직류 성분을 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 제1 감지 전극으로 통과시키는 제1 가변 레지스터를 형성하도록 협력하고; 및
● 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍 및 상기 공기의 체적은, 상기 제1 가변 레지스터에 병렬로 연결되고 그리고 상기 구동 신호의 고주파 성분을 상기 제1 감지 전극으로 통과시키는 제1 가변 에어-갭 커패시터를 형성하도록 협력하는, 시스템. - 청구항 17에 있어서,
● 상기 힘-감지 층의 제1 영역은:
o 상기 터치 센서 표면 상의 입력의 부재 중 공칭 상태에서 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍 위에 공칭 높이의 상기 공기의 체적을 포획하고; 및
o 상기 공기의 체적을 상기 기판을 가로질러 횡방향으로 변위시키고, 그리고 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 근접한 상기 제1 위치에서 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 인가에 응답하는 상기 제1 가변 에어-갭 커패시터의 특성 커패시턴스를 증가시키기 위해, 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 향해 이동하며,
● 상기 컨트롤러는:
o 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분의 제1 진폭에 비례하는 상기 제1 스캔 사이클 동안, 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석하도록 구성되는, 시스템. - 청구항 18에 있어서,
상기 컨트롤러는 제3 스캔 사이클 동안:
● 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍으로부터 제3 감지 신호를 판독하도록;
● 상기 제3 감지 신호의 제3 직류 성분을 감지하도록; 및
● 상기 임계 크기를 초과하는 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 직류 성분의 제3 크기에 응답하여:
o 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 근접한 상기 제1 위치에서, 상기 터치 센서 표면 상의 제3 입력을 검출하도록;
o 상기 제3 감지 신호의 상기 제3 직류 성분의 상기 제3 크기에 기초하여, 상기 제3 스캔 사이클 동안 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 가로지르는 저항의 제3 변화를 계산하도록; 및
o 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 가로지르는 저항의 상기 제3 변화에 비례하는 상기 제3 스캔 사이클 동안 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제3 입력의 제3 힘 크기를 해석하도록;
추가로 구성되는, 시스템. - 청구항 17에 있어서,
● 상기 힘-감지 층의 상기 제1 영역은:
o 상기 터치 센서 표면 상의 입력의 부재 중 공칭 상태에서 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍 위에 10 미크론의 공칭 높이의 상기 공기 체적을 포획하고;
o 상기 터치 센서 표면 위의 전기 노이즈로부터 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 전기적으로 차폐하는 도전성 재료를 포함하고; 및
o 공기를 상기 기판을 가로질러 횡방향으로 변위시키고, 그리고 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍에 근접한 상기 제1 위치에서 상기 터치 센서 표면 상의 상기 제1 입력의 인가에 응답하는 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍의 커패시턴스를 증가시키기 위해, 상기 제1 구동 전극 및 감지 전극 쌍을 향해 이동하며;
● 상기 컨트롤러는:
o 상기 제1 감지 신호의 상기 제1 교류 성분의 진폭에 비례하는 상기 제1 스캔 사이클 동안 상기 공칭 높이로부터 상기 공기 체적의 높이 감소를 해석하도록;
o 상기 힘-감지 층과 상기 기판 사이에서 횡방향으로 이동하는 상기 공기 체적과 상기 힘-감지 층의 조합된 스프링상수를 나타내는 스프링 모델을 검색하도록; 및
o 상기 공기 체적의 높이 감소 및 상기 스프링상수에 기초하여, 상기 터치 센서 상의 상기 제1 입력의 제1 힘 크기를 해석하도록;
구성되는, 시스템.
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