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KR20190108177A - 터치-감지 및 비접촉 인터페이스들을 위한 스위치된 전극 용량 측정 장치 - Google Patents

터치-감지 및 비접촉 인터페이스들을 위한 스위치된 전극 용량 측정 장치 Download PDF

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KR20190108177A
KR20190108177A KR1020197026422A KR20197026422A KR20190108177A KR 20190108177 A KR20190108177 A KR 20190108177A KR 1020197026422 A KR1020197026422 A KR 1020197026422A KR 20197026422 A KR20197026422 A KR 20197026422A KR 20190108177 A KR20190108177 A KR 20190108177A
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capacitance
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디디에 로지에르
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퀵스텝 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 터치-감지 및/또는 비접촉 인터페이스들을 위한 용량 측정 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 용량 측정 전극(1) 및 상기 적어도 하나의 용량 측정 전극(1)을 용량 측정 수단(27) 또는 가드 전위(11) 중 하나에 전기적으로 연결할 수 있는 전극 스위칭 수단(2)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 용량 측정 전극(1) 및 상기 전극 스위칭 수단(2)은 평면 타입의 전자 구성요소들을 위한 제조 기술에 따라 단일의 검출 표면(7) 상에 제공된다. 본 발명은 또한 상기 장치를 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

터치-감지 및 비접촉 인터페이스들을 위한 스위치된 전극 용량 측정 장치{SWITCHED-ELECTRODE CAPACITIVE MEASUREMENT DEVICE FOR TOUCH-SENSTIVE AND CONTACTLESS INTERFACES}
본 발명은 터치-감지 및 비접촉 인간-기계 인터페이스들을 생성하기 위한 용량 측정 장치에 관한 것인데, 이것은 검출 표면 상에 수많은 측정 전극들의 최적화된 통합을 허용한다.
본 발명의 분야는 보다 상세하게는 터치-감지 및 비접촉 인간-기계 인터페이스들이지만, 이에 한정되지는 않는다.
통신 및 작업을 위해 사용되는 많은 장치들이 패드 또는 스크린과 같은 터치-감지 또는 비접촉 명령 인터페이스를 사용한다. 이러한 종류의 인터페이스는 예를 들어 휴대폰들, 스마트폰들, 터치-감지 스크린들을 가지는 컴퓨터들, 패드들, PC들, 마우스 장치들, 터치 패드들 및 와이드스크린들 등에서 발견될 수 있다.
이러한 인터페이스들은 종종 용량성 기술들을 이용한다. 이 터치 표면에는 명령을 수행하기 위해 검출된 물체 및 전극들 사이에서 나타나는 커패시턴스들의 변화를 측정할 수 있도록 해주는 전자적 수단에 연결되는 전도 전극들이 구비되어 있다.
예를 들어 스마트폰의 디스플레이 스크린 상에 인터페이스를 중첩시키는 것이 가능하게 해 주는 투명 전극들을 제공하는 것이 가능하다.
이러한 인터페이스들 대부분은 터치에 민감하고, 이것은 하나 또는 그 이상의 명령 물체(들)(보통은 손가락들)과 상기 인터페이스의 표면 사이의 접촉을 감지할 수 있다.
몸짓 또는 비접촉 인터페이스들은 점점 더 개발되고 있는데 이것은 이러한 표면과 접촉 없이, 이러한 인터페이스로부터 멀리 떨어진 명령 물체들을 검출하는 것이 가능하다.
터치-감지 인터페이스들에서 현재 구현되어 있는 용량성 기술들 중 행들 및 열들의 형태로 2 개의 레이어들의 전도 전극들이 가장 자주 사용한다. 상기 전자 부품은 이러한 행들 및 열들 사이에 존재하는 커플링 커패시턴스들을 측정한다. 손가락이 능동 표면에 매우 가까울 때, 손가락에 가까운 상기 커플링 커패시턴스는 변경되고 전자 부품은 이로써 상기 능동 표면의 면에 있는 2D 위치(XY)를 발견할 수 있다.
이러한 기술들은, 종종 "상호 커패시턴스"라 칭해지고, 이것은 얇은 유전체를 통해 손가락의 존재 및 위치를 검출하는 것이 가능하게 해준다. 이것들은 하나 또는 그 이상의 손가락들의 터치 표면의 평면(XY)에 있는 위치에 대하여 매우 좋은 해상도가 가능하게 하는 장점을 가진다. 적절한 프로세싱 소프트웨어를 가지고, 이러한 인터페이스의 표면이 충분히 크다면 수많은 손가락들을 관리하는 것 또한 가능하다.
하지만, 이러한 기술들은 원리상 측정 전극들 및 전자 부품의 레벨에서 큰 누설 커패시턴스들을 생성하는 단점을 가진다. 사실상 손가락의 검출은 하나는 전기 신호의 에미터이고 다른 하나는 검출되는 신호의 리시버의 각각의 행과 열 사이에서 생성되는 커플링 커패시턴스에 있어서의 변화를 측정하는 것에 의해 달성된다. 이 신호는 선택되는 행과 열 사이의 커패시턴스에 비례한다. 손가락이 문제되는 행과 열의 교차점에 매우 가까울 때, 커플링 커패시턴스는 감소되고 손가락이 검출된다.
이러한 커플링 커패시턴스들은, 검출되는 물체의 부재의 경우에서조차 중요할 수 있고, 또한 노화, 물질의 변형, 또는 주변 온도의 변화의 결과로 인해 시간에 따라 드리프트할 수 있다. 이러한 변화들은 전극들의 민감도를 감소시키거나, 또는 시기적절치 않은 방식으로 명령들을 트리거할 수 있다. 이것은, 전기 회로가 [커패시턴스] 인위 결과를 피하기 위해 드리프트들보다 훨씬 커야 하는 변화를 검출하는 것이 가능하도록 커패시턴스에 있어서 큰 변화를 생성하는 것이 필요하기 때문에, 이러한 기술들이 접근이 아니라 손가락과의 접촉만을 검출할 수 있는 이유들 중 하나이다.
기술들은 또한 이러한 전극들과 검출되는 물체 사이에 나타나는 절대 커패시턴스를 측정하는 것이 가능하도록 해주는 것으로 알려져 있다. 이러한 기술들은 종종 "자가 커패시턴스(self capacitance)"라고 지칭된다. Roziere에 의한 문서 FR 2 756 048은 예를 들어, 복수의 독립 전극들과 근접 물체 사이의 커패시턴스 및 거리를 측정하는 것이 가능하게 해주는 용량 측정 방법을 개시하는 것으로 알려져 있다.
이 기술은 모든 표류하는 커패시턴스(stray capacitance)를 제거하기 위해 가드를 이용한다. 모든 전극들은 동일한 전위를 가지고 그러므로 커패시턴스 측정을 감소시킬 수 있는 전극들 사이의 커플링 커패시턴스는 없다.
이 기술은 용량 패드들 및 투명 터치패드들 및/또는 휴대용 컴퓨터들의 패드들 또는 스마트폰들의 작은 스크린들과 같은 작은 3D 스크린들과 같은, 터치-감지 및 비접촉 인터페이스들에 매우 적합하다. 한편, 상기 패드 또는 상기 스크린이 더 큰 크기일 때, 전체 터치 표면을 커버하는 데 필요한 전극들의 수는 소형 전자 회로에 의해 관리되기에는 너무 크다. 그리고 무엇보다도, 상기 전극들을 전자 부품에 연결하는 트랙들의 통로를 위해 필요한, 전극들 사이 및 상기 터치 표면의 주변에 있는 표면은 매우 중요해진다.
이 기술을 가지고, 상호연결 문제점들을 최소화히기 위해 행들 및 열들의 형태로 전극들을 사용하는 것이 가능하다. 이 행-열 구조는, 여기서 행들 및 열들은 독립 전극들로서 사용되고, 먼 거리들에 대한 비접촉 또는 몸짓 측정(수 센티미터 떨어진 손가락의 검출)이 가능하게 해주지만, 하나 이상의 물체가 검출되어야 할 때 다른 문제점이 나타난다. 사실상, 고스트들(ghosts)이라고 지칭되는 가상 물체들에 대한 측정을 생성하는 각각의 행 및 각각의 열을 스캔하는 것이 필요하다. 이 고스트들은 수 개의 물체들이 상기 터치 표면 상에 절대적으로 위치되는 것을 방지한다.
본 발명의 목적은 이러한 전극들과 측정 전자 부품과의 상호연결 문제점들을 제한하면서 검출 표면 상에 많은 용량 측정 전극들을 구현하는 것이 가능하게 해 주는 터치-감지 및/또는 비접촉 인터페이스들을 위한 용량 측정 장치를 제안하는 데 있다.
이 목적은 적어도 하나의 용량 측정 전극 및 상기 적어도 하나의 전극을 용량 측정 수단 또는 가드 전위 중 하나에 전기적으로 연결할 수 있는 전극 스위칭 수단을 포함하고, 상기 적어도 하나의 용량 측정 전극 및 상기 전극 스위칭 수단은 평면 타입의 전자 구성요소들을 위한 제조 기술에 따라 단일의 검출 표면 상에 생성되는 것을 특징으로 하는, 터치-감지 및/또는 비접촉 인터페이스들을 위한 용량 측정 장치에 의해 달성된다.
평면 타입의 전자 구성요소들을 위한 제조 기술은 특히 마이크로전자부품으로부터 기인하는 기술들을 포함할 수 있다. 이들은, 레이어, 특히 얇은 레이어의 증착 작업들, 증발, 마스킹, 화학적 식각, 건식 식각, 이온 주입, 용액에서 제품 증착, 잉크젯 프린팅 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 장치는, 2 개의 교차 방향들을 가지는 2차원 구조에 따라 검출 표면 상에 분포되는 복수의 용량 측정 전극들; 상기 검출 표면 상에 상기 측정 전극들 근처에 배치되는 전극 스위칭 수단; 그 각각의 전극 스위칭 수단을 통해 상기 용량 측정 수단에 연결할 수 있는 방식으로 상기 검출 표면 상에 배치되는 제1전기적 연결 트랙들로 복수의 측정 전극들(1)은 대략 제1방향(X)으로 분포되고; 및 대략 상기 제2방향으로 분포되는 복수의 측정 전극들의 각각의 전극 스위칭 수단의 스위칭 신호에 연결할 수 있는 방식으로 상기 검출 표면 상에 배치되는 제2전기적 연결 트랙들을 포함한다.
상기 용량 측정 전극들은 특히 대략적으로 행들 및 열들인 매트릭스 구조를 따라 상기 검출 표면 상에 분포될 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 장치는, 상기 전기적 가드 전위에, 상기 측정 전극들 아래에, 또한 감지할 수 있는 정도로 전기적으로 절연 물질인 적어도 하나의 레이어에 의해 상기 전극들로부터 떨어져서 배치되는, 감지할 수 있는 정도로 전기적으로 전도 물질인 가드 평면; 상기 감지할 수 있는 정도로 절연 물질의 레이어(들)을 관통하는 전기 연결들에 의해 상기 가드 평면에 전기적으로 연결되는 전극 스위칭 수단을 포함한다.
상기 전극 스위칭 수단은 2개의 트랜지스터들을 포함할 수 있고, 그 중 제1트랜지스터는 측정 전극을 상기 용량 측정 수단에 연결할 수 있고, 제2트랜지스터는 상기 측정 전극을 상기 가드 전위에 연결할 수 있고, 이 트랜지스터들은 스위칭 신호에 의해 제어되어 하나가 온-상태일 때 다른 하나는 오프-상태가 된다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는, 얇은 레이어 증착 기술에 따라 생성되는 트랜지스터들; 실질적으로 투명한 트랜지스터들; TFT (Thin-Film Transistor) 타입 필드-이펙트 트랜지스터, 유기 반도체들에 기초하는 OFET (organic field-effect transistor) 타입 트랜지스터들 중 하나의 타입인 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는, 실질적으로 투명한 방식으로 생성될 수 있다.
이것은 ITO (tin-doped indium oxide)를 포함하는, 측정 전극들, 가드 평면 및 트랙들 중 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는, 상기 전극 스위칭 수단을 용량 측정 수단 또는 가드 전위 중 하나에 연결할 수 있는 제2스위칭 수단을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치는, 지면 전위에 대하여 부유하는 기준 전기 전위를 적어도 부분적으로 기준으로 할 수 있는 용량 측정 수단을 포함할 수 있다.
상기 기준 전기 전위는 대략 상기 가드 전위와 동일할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 용량 측정 장치와 명령 인터페이스을 포함하는 인간-기계 인터페이스 장치가 제안된다.
상기 인간-기계 인터페이스 장치는 디스플레이 스크린이 구비되어 있는 명령 인터페이스, 및 실질적으로 투명한 용량 측정 장치를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 인간-기계 인터페이스 장치를 포함하는, 스마트폰, 태블릿, 디스플레이 스크린, 컴퓨터, 기계 또는 차량을 위한 제어 패드 종류들 중 하나인 장치가 제안된다.
따라서, 특히 유리한 측면들에 따르면, 본 발명은, 고스트 측정들의 문제점들 없이 복수의 물체들을 측정할 수 있는 독립적 용량 측정 전극들을 구현하는 것이 가능하도록 해주고, 한편으로는 측정 전극들의 행들 또는 열들 사이에 하나의 트랙이면 충분하기 때문에 상기 전기 연결 트랙들에 의해 사용되는 표면이 최소화되는, 측정 장치들을 제공하는 것이 가능하게 해준다.
본 발명의 해결책은 그러므로, 상기 측정 전극들의 수 및/또는 표면을 최적화하는 것을 가능하게 해준다. 이것은 또한 상기 트랙들을 더 넓고 상기 전극들로부터 더 떨어지도록 만드는 것이 가능한데, 이것은 (ITO와 같은 물질들을 이용할 때 무시할 수 없는 정도의) 그들의 저항도(resistivity)를 감소시키고, 트랙들과 인접한 전극들 사이의 흐름들로부터 기인하는 기생 효과들(parasitic effects)을 제한하는 것이 가능하게 해준다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 한정하는 것이 아닌, 구현예들 및 실시예들의 상세한 설명 및 이하의 첨부된 도면들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 용량 측정 장치의 상면도이다.
도 2는 도 1의 용량 측정 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 용량 측정 장치에 구현되는 용량 측정 전자부품의 일 실시예이다.
도 1, 도 2, 및 도 3은 어떠한 축적 또는 비율이 유도될 수 없는 설명을 위한 도면들이다.
본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 예는 휴대 전화들(스마트폰들), 태블릿들, 컴퓨터들 또는 제어 패드들과 같은, 시스템들 또는 장치들을 위한 터치-감지 및 비접촉 인터페이스들을 제조하는 것이 가능하게 해주는 것으로 설명될 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 측정 장치는 2 개의 교차 방향들(X, Y)에 대응하는, 행들 및 열들로 된 매트릭스 구조에 따라 검출 표면(7) 상에 분포되는 복수의 용량 측정 전극들(1)을 포함한다.
상기 검출 표면(7)은 예를 들어 TFT (Thin-Film Transistor) 타입 또는 OLED(organic light-emitting diodes) 타입의 디스플레이 스크린을 포함하는, 명령 인터페이스(10)의 표면을 구성한다.
상기 명령 인터페이스(10) 및 중첩되는 용량 측정 장치는 시스템을 위한 인간-기계 인터페이스를 구성한다.
상기 전극들(1)은 이들과 손가락(15) 사이에 설립되는 용량성 커플링을 측정하는 것에 의해, 손가락(15)과 같은, 하나 또는 그 이상의 관심 물체(들)(15)의 접근 및/또는 접촉을 검출하는 것이 가능하게 해준다.
상기 손가락(15)과 상기 전극들(1) 사이의 거리는 상기 용량성 커플링을 측정하는 것으로부터 유도될 수 있는 한편, 상기 검출 표면(7)의 평면(X, Y)에서의 상기 손가락(15)의 위치는 상기 손가락(15)의 존재를 검출하는 상기 전극들(1)의 위치로부터 획득될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 용량성 커플링은 상기 전자적 용량 측정 수단(27)에 의해 측정된다.
상기 전극들(1)은, 이들을 상기 제1전기적 연결 트랙들(5) 또는 측정 트랙들(5)을 통해 상기 전자적 용량 측정 수단(27) 또는 가드 전위(11) 중 하나로 연결할 수 있도록 해주는 상기 전극 스위칭 수단(2)에 연결된다.
상기 전극 스위칭 수단(2)은 상기 제2전기적 연결 트랙들(6) 또는 스위칭 트랙들(6)에 의해 연결되는 스위칭 신호에 의해 제어된다.
상기 측정 트랙들(5)은 상기 매트릭스의 방향(X)에 따라 분포되는 상기 전극들(1)을 연결하고, 상기 스위칭 트랙들(6)은 상기 매트릭스의 제2방향(Y)을 따라 분포되는 상기 전극들(1)을 연결한다.
상기 장치는 또한 전기적 가드 전위(11)에, 가드 평면(15)을 포함하는데, 이것은 그 검출 표면에 반대되는 상기 전극들(1) 아래에 배치된다. 상기 가드 평면(15)은 상기 전극들을 상기 명령 인터페이스(10)의 영향으로부터 보호하는 전기적 차폐를 형성한다.
조립체는, 상기 전극들(1), 상기 측정 트랙들(5) 및 상기 전극 스위칭 수단(2)을 포함하는 제1레이어, 상기 스위칭 트랙들(6)을 포함하는 제2레이어, 및 상기 가드 평면(15)을 포함하는 제3레이어를 가지는, 복수레이어 구조에 따라 형성된다.
상기 레이어들은 절연 물질 레이어들(12)에 의해 분리된다.
상기 스위칭 수단은 상기 가드 평면(15)에 연결되는 연결들(14)을 관통하는 것에 의해 상기 가드 전위(11)에 연결된다.
상기 전극들(1), 상기 가드 평면(15) 및 상기 트랙들(5, 6)은 예를 들어 절연 유전체 레이어 아래에 진공 하에서 증발에 의해 증착되는 ITO (tin-dopped indium oxide)와 같은, 실질적으로 투명한 물질로 만들어진다.
상기 명령 인터페이스(10)의 표면은 유리 또는 PET와 같은 폴리머로 만들어질 수 있다.
절연 물질 레이어들(12)은 폴리머 물질로 만들어진다.
상기 스위칭 수단(1)은 2개의 필드-이펙트 타입의 트랜지스터들(3, 4)을 포함하는데, 이 중 하나는 채널 N으로 설정되고 다른 하나는 채널 P로 설정된다: 상기 2개의 트랜지스터들(3, 4)의 게이트는 상기 스위칭 신호를 전달하는 스위칭 트랙(6)에 연결되고, 제1트랜지스터(3)는 그 2 개의 다른 터미널들(드레인 및 소스) 각각에 의해 측정 트랙(5) 및 전극(1)에 연결되고, 제2트랜지스터(4)는 그 2 개의 다른 터미널들(드레인 및 소스) 각각에 의해 상기 가드 전위(11) 및 전극(1)에 연결된다.
상기 스위칭 신호의 레벨 및/또는 극성에 따라, 상기 트랜지스터들(3, 4) 중 하나는 매우 낮은 전기적 저항을 가지는 온-상태인 반면, 다른 하나는 매우 높은 전기적 저항을 가지는 오프-상태이고, 그 역도 마찬가지이다. 그러므로, 상기 전극(1)은 항상 측정 트랙(5) 또는 상기 가드 전위(11) 중 하나에 연결된다.
상기 트랜지스터들(3, 4)은 인간의 눈에 실질적으로 투명한 트랜지스터들을 생성하는 것이 가능하게 해주는 기술을 이용해 생성된다. 그러므로, 전체 용량 측정 장치는 디스플레이 스크린 상에 중첩가능할 정도로 충분히 투명하다.
2 개의 공지 기술 군들은 제안된 실시예에 있는 상기 트랜지스터들(3, 4)을 생성하는 데 적합하다: TFT 타입 트랜지스터들 (Thin-Film Transistors) 또는 OFET 타입 트랜지스터들 (유기 반도체들(organic semiconductors)로부터 만들어지는 field-effect transistors). 2가지 모두의 경우에 있어서, 상기 전극들은 ITO로부터 만들어질 수 있다.
상기 TFT 타입 트랜지스터들은 얇은 레이어들의 실리콘 증착에 기초한다. 이것은 디스플레이 스크린들을 생성하는 데 매우 흔한 기술이지만, 적어도 몇몇의 실시예들에 있어서, 높은 온도에서 작업들을 필요로 하는 단점을 가지고 있다.
OFET 타입 트랜지스터들은 TFT 트랜지스터들과 유사한 구조들을 이용하는 유기 반도체들로부터 만들어진다. 이것들은, 예를 들어 게이트 유전체로서 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 유기 폴리머를 이용한다.
OFET 타입 트랜지스터들은 진공 하에서의 증발과 같이 잘 알려진 기술을 이용하거나, 폴리머 용액들로부터의 증착에 의해, 기계적 전달 또는 잉크젯 프린팅 기술들에 의해 생성될 수 있다. 그러므로, 이들은 대기온도에서 낮은 비용 기술들을 이용해 생성될 수 있는 장점을 가진다.
상기 측정 전극들(1)은 상기 측정 트랙들(5)을 통해 상기 전자적 용량 측정 수단(27)에 연결된다.
이러한 전자적 용량 측정 수단(27)은, 도 3의 실시예에 있는데, 예를 들어 Roziere에 의한 문서 FR 2 756 048에 예를 들어 설명되어 있는 바와 같이, 부유하는 용량 측정 브릿지 시스템의 형태로 생성된다.
상기 검출 회로는 그 기준 전위(11)는 가드 전위(11)로 지칭되고, 전체 시스템의 접지(23)에 대하여 진동하는, 부유 부분(26)으로 알려진 부분을 포함한다. 상기 가드 전위(11)와 상기 접지(23) 사이의 요동치는 전위 차는 여기원(excitation source), 또는 오실레이터(24)에 의해 생성된다.
상기 부유 부분(26)은 전하 증폭기에 의해 도 3에 도시된, 상기 용량 검출의 감지 부분을 포함한다. 이것은 또한, 상기 가드 전위(11)를 참조로 하고, 디지털 수단 또는 마이크로프로세서에 기초한 수단를 포함하는, 신호를 프로세싱하고 조절하는 다른 수단을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 프로세싱 및 조절 수단은 예를 들어, 용량 측정으로부터 거리 및 압력 관련 데이터를 계산하는 것이 가능하게 해준다.
상기 부유 부분(26)의 전원 공급은 예를 들어 DC/DC 컨버터들을 포함하는, 전원 전달 수단(25)을 부유시키는 것에 의해 보장된다.
이 용량 측정 시스템은 측정 전극(1)과 손가락(15)과 같은 물체 사이의 커패시턴스 데이터를 측정하는 것을 가능하게 해준다.
검출되는 물체(15)는 예를 들어 지면 전위(23)와 같은, 상기 가드 전위(11)로부터의 차이인, 전위에 연결되어야 한다. 사용자의 손가락(15)은 그 몸체가 전기적 접지로 정의되고, 이 구성에서 매우 유용하다.
상기 전자적 제어 수단에 의해 제어되는, 스위치들의 어레이 또는 아날로그 스위치들(20)은 측정 트랙(5)을 선택하는 것이 가능하게 해준다. 이것은 잠재적으로 도 1의 실시예에서 하나의 행에서 모든 전극들(1)을 선택할 수 있다.
상기 스위치들(20)은 측정 트랙(5)이 상기 용량 검출 전자부품(27), 또는 상기 가드 전위(11) 중 어느 하나에 연결되는 방식으로 구성된다.
이 측정 트랙(5)에 연결되는 특정 전극(1)의 선택은 상기 측정 트랙(5)에 이를 연결하기 위해 상기 전극(1)의 전극 스위칭 수단(2)을 구성하도록, 대응하는 스위칭 트랙(6) 상에서 스위칭 신호를 전달하는 것에 의해 수행될 수 있다.
그러므로, 이것과 상기 물체(15) 사이 커플링 커패시턴스를 측정하기 위해 단지 하나의 전극(1)을 상기 용량 검출 전자부품(27)에 연결하는 것이 가능하다.
그러므로, 모든 전극들은 순차적이고 개별적으로 "인터로게이트"될 수 있다. 또한 전극들(1)의 그룹들이 수개의 스위칭 신호들을 활성화시키는 것에 의해 및/또는 수개의 검출 전자 부품(27)을 구현하는 것에 의해 전역적으로 인터로게이트하는 것도 가능하다.
상기 용량 검출 전자부품(27)에 연결되지 않은 전극들(1)은, 상기 전극 스위칭 수단(2)에 의해, 또는 상기 스위치들(20)에 의해 모두 상기 가드 전위(11)에 연결된다.
상기 검출의 감지 부분은 상기 가드 전위(11)에 연결되는 가드 차폐(22)에 의해 보호된다.
그러므로, 상기 용량 검출 전자부품(27)에 연결되는 능동 전극(1)은 상기 가드 전위(11)에 연결되는 요소들에 의해 둘러싸이고, 수동 전극들(1) 및 그 후면 상에서 상기 가드 평면(15)을 포함한다.
상기 능동 측정 전극(1)이 또한 상기 가드 전위(11)에 있으므로, 이로써 상기 관심 물체(15)와의 커플링만이 최대 민감도를 가지고 측정되는 방식으로, 이 전극(1)과 그 주변들 사이에서 표류 커패시턴스들을 피하는 것이 가능하다.
상기 부유 전자부품(26)은 그 출력에서 기준 전위들에 있어서의 차이와 양립될 수 있는 전기적 연결들에 의해 접지(23)를 기준으로 하는 상기 시스템 전자부품(28)에 연결된다. 이 연결들은 예를 들어 차분 증폭기들 또는 광커플러들을 포함할 수 있다.
상기 검출 표면(7)에 대한 공간에서 상기 물체 또는 물체들(15)의 위치에 대한 데이터는 이 방식으로 획득된다.
이러한 데이터는 검출 전자부품(27)에 의해 프로세싱되고 특히 인간-기계 인터페이스에서 사용되기 위해 상기 시스템 전자부품(28)로 전달된다.
변형들에 따라, 용량 측정 장치는 특히 (i) 스위칭 트랙들(6)이 전극(1)과 동일한 레이어에 있고 상기 측정 트랙들(5)이 제2레이어에 있거나, 또는 (ii) 상기 스위칭 트랙들(6) 및 측정 트랙들(5)이 전극들(1)이 있든 없든 또한 그 교차점들에서 전기적 연결 브릿지들을 가지고, 동일한 레이어에 있는, 다른 레이어드 구조들에 의해 생성될 수 있다.
상기 장치는 전극 스위칭 수단(2)을, 선택적으로는 관통 연결들(14) 없이, 상기 검출 표면의 엣지에서 상기 가드 전위(11)에 연결하는 것이 가능하게 해주는, 가드 트랙들을 포함할 수 있다.
전극 스위칭 수단(2), 특히 이것의 트랜지스터들(3, 4)은 상기 전극들(1)과 다른 레이어 상에 생성될 수 있다. 이들은 검출에 사용될 수 있는 표면을 최적화하기 위해 상기 전극들(1) 아래에 배치될 수 있다.
상기 전극 스위칭 수단(2)은 특히 상기 검출 표면(7)의 면적들(엣지들, 투명하지 않은 트랜지스터들을 이용할 수 있는 면적들)과 함께 그루핑될 수 있다.
상기 용량 측정 장치는 특히 아래 디스플레이가 보이지 않는 적용들에 있어서는, 금속 전극들 및/또는 금속 가드 평면 및/또는 불투명 트랜지스터들 (FET, MOSFET, 등)로 생성될 수 있다.
물론, 본 발명은 설명하기 위한 예들에 의해 한정되지 않고, 많은 조정들이 본 발명의 범위를 초과하지 않으면서 이 예들에 만들어질 수 있다.

Claims (18)

  1. 측정 장치로서,
    복수의 용량 측정 전극;
    상기 복수의 용량 측정 전극에 결합된 복수의 전극 스위치;
    가드 전위(guard potential)를 생성하기 위한 여기원(excitation source); 및
    상기 가드 전위를 수신하고 상기 가드 전위에 대해 참조되는 제1 AC 전위를 생성하도록 구성된 하나 이상의 용량 검출 회로
    를 포함하고,
    상기 복수의 전극 스위치는 상기 용량 측정 전극들 중 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트로 하여금 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 선택적으로 결합되고 상기 제1 AC 전위를 수신하도록 결합되는 것을 가능하게 하는 동시에, 상기 용량 측정 전극들 중 하나 이상의 용량 측정 전극의 제2 세트로 하여금 상기 가드 전위를 수신하도록 선택적으로 결합되는 것을 가능하게 하도록 구성되며, 상기 가드 전위는 지면 전위와 상이한, 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전극 스위치는 상기 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트로 하여금 상기 가드 전위에 추가로 결합되는 것을 가능하게 하도록 더 구성되는, 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트는 상기 하나 이상의 용량 검출 회로를 통해 상기 가드 전위에 결합되는, 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용량 검출 회로들 중 적어도 하나는 상기 가드 전위에 결합된 양의 입력 및 상기 용량 측정 전극들 중 적어도 하나에 결합된 음의 입력을 갖는 전하 증폭기를 포함하고, 상기 음의 입력은 상기 가드 전위를 상기 적어도 하나의 용량 측정 전극에 제공하기 위한 것인, 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 용량 측정 전극 아래에 형성된 가드 평면을 더 포함하는 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전극 스위치는 하나 이상의 측정 트랙을 통해 상기 용량 측정 전극들을 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 선택적으로 결합하도록 더 구성되는, 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전극 스위치에 결합된 하나 이상의 제2 스위치를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 스위치는 상기 가드 전위에 또는 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 선택적으로 결합될 수 있는, 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 스위치는 상기 복수의 용량 측정 전극 각각을 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 순차적으로 그리고 개별적으로 결합하도록 구성되는, 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 스위치는 상기 복수의 용량 측정 전극 중 둘 이상의 용량 측정 전극의 그룹들을 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 순차적으로 결합하도록 구성되는, 측정 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 스위치는 상기 가드 전위로 유지되는 가드 차폐에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 하나 이상의 라인을 통해 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 선택적으로 결합될 수 있는, 측정 장치.
  11. 용량 터치 또는 근접 측정을 위한 방법으로서,
    가드 전위를 생성하는 단계;
    상기 가드 전위로부터 제1 AC 전위를 생성하는 단계 - 상기 제1 AC 전위는 상기 가드 전위에 대해 참조됨 -;
    상기 제1 AC 전위를 수신하기 위한 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트를, 터치 또는 근접 측정을 위한 하나 이상의 용량 검출 회로에 선택적으로 결합하는 단계; 및
    부유 용량을 최소화하기 위해 상기 가드 전위를 수신하기 위한 상기 용량 측정 전극들 중 하나 이상의 용량 측정 전극의 제2 세트를 동시에 결합하는 단계
    를 포함하고, 상기 가드 전위는 지면 전위와 상이한, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트를 상기 가드 전위에 선택적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 가드 평면을 사용하여 상기 용량 측정 전극들의 제1 및 제2 세트들을 차폐하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 복수의 용량 측정 전극 각각을 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 순차적으로 그리고 개별적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 복수의 용량 측정 전극 중 둘 이상의 용량 측정 전극의 그룹들을 상기 하나 이상의 용량 검출 회로에 순차적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트와 상기 하나 이상의 용량 검출 회로 사이의 커플링을 차폐하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 용량 터치 또는 근접 측정을 위한 방법으로서,
    가드 전위를 생성하는 단계;
    상기 가드 전위로부터 제1 AC 전위를 생성하는 단계 - 상기 제1 AC 전위는 상기 가드 전위에 대해 참조됨 -;
    용량 측정 전극들의 어레이 내의 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트로부터 용량 터치 또는 근접 측정들을 획득하는 단계 - 상기 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트는 상기 제1 AC 전위를 수신함 -;
    상기 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트로부터 상기 용량 터치 또는 근접 측정들을 획득하는 동시에, 상기 용량 측정 전극들의 어레이 내의 다른 용량 측정 전극들을 상기 가드 전위에 결합하여 부유 용량을 최소화하는 단계
    를 포함하고, 상기 가드 전위는 지면 전위와 상이한, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 용량 측정 전극의 제1 세트로부터 상기 용량 터치 또는 근접 측정들을 획득하고, 상기 용량 측정 전극의 어레이 내의 다른 용량 측정 전극들을 상기 가드 전위에 결합하는 동시에, 가드 전위로 유지되는 평면을 사용하여 상기 용량 측정 전극들의 어레이 내의 상기 용량 측정 전극들 모두를 차폐하는 단계를 더 포함하는 방법.
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