KR20140030225A - 용량성 센서 장치 및 입력 장치를 동작시키기 위한 방법 - Google Patents

용량성 센서 장치 및 입력 장치를 동작시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용량성 센서 장치에 관한 것으로, 용량성 센서 장치는, - 적어도 하나의 측정 전극, - 적어도 하나의 그라운드 전극, 및 - 적어도 하나의 측정 전극과 결합되고 또한 적어도 하나의 측정 전극과 평가 장치의 그라운드 사이의 용량성 결합을 검출하도록 구성되는 평가 장치를 포함하고, 적어도 하나의 그라운드 전극은, 스위치를 통해 평가 장치의 그라운드와 갈바니 전기적으로 결합될 수 있고, 스위치의 스위칭 상태는 평가 장치에 의해 변경될 수 있고, 또한 평가 장치는, 스위치의 스위칭 상태가 변할 때 적어도 하나의 측정 전극과 평가 장치의 그라운드 사이의 용량성 결합의 공통 모드 변경을 검출하도록 구성된다. 본 발명은 또한, 특히 본 발명에 의한 용량성 센서 장치를 갖는 키보드와 같은 입력 장치 및 본 발명에 의한 용량성 센서 장치를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

용량성 센서 장치 및 입력 장치를 동작시키기 위한 방법{A Capacitive Sensor Device as Well as a Method for Operating an Input Device}
본 발명은 용량성 센서 장치 및 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 구비하는, 특히 키보드와 같은 입력 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 용량성 센서 장치를 구비하는, 특히 키보드와 같은 입력 장치를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
예컨대, 손가락을 움직임으로써 손가락에 의해 표시 영역상에 커서를 이동시키거나 제어하기 위해 터치 감응(touch-sensitive) 입력 영역을 갖는, 컴퓨터 스크린과 같은 표시 장치를 제공하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이러한 동작 개념은, 스크린의 표시 영역상에 커서를 이동시키기 위해 사용자가 키보드로부터 손을 떼어야 하는 단점을 갖는다. 이에 따라, 이 동작의 개념은 별도의 컴퓨터 마우스를 통한 사용자의 대응 입력과 별로 다르지 않다. 이미, 키보드상에 커서를 제어하거나 이동시키기 위해 각각의 입력 장치들을 제공함으로써 이러한 단점을 극복하는 것이 시도되고 있다.
예컨대, 키보드상에 놓인 손의 손가락에 의해 움직일 수 있는, 키보드의 숫자 패드의 영역 및 문자 숫자식 패드의 영역에 있는 소위 트랙 포인트(track point)를 구비하는 키보드들이 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 트랙 포인트를 움직이는 것은 대단한 숙련이 요구되고 배우기가 극히 어려워서, 사용자는 결국 기존의 트랙 포인트에도 불구하고 외부 마우스로 돌아가게 된다. 트랙 포인트는 키보드의 키들 사이에 배치되기 때문에, 이는 한편으로는, 키보드의 의도된 사용, 즉 텍스트의 입력과 상충할 수 있고, 다른 한편, 텍스트를 입력할 때 트랙 포인트의 의도하지 않은 움직임을 피할 수 없게 된다.
상기 문제를 해결하기 위한 또 하나의 접근책은, 컴퓨터 마우스의 제어도 가능케 하는, 키보드 상에 또는 키보드에 소위 트랙볼(trackball)을 배치하는 것이다. 트랙볼의 사이즈로 인해, 상기 트랙볼은 패드의 외측에 배치되지만, 사용자가 패드로부터 그의 손을 떼어야 하고 또한 커서를 제어하기 위해 그의 손을 트랙볼로 옮겨야 하는 단점을 갖는다.
또 하나의 단점은, 트랙볼이 키보드상에 부가적 스페이스를 필요로 하기 때문에 전체 키보드의 사이즈가 더욱 커지는 경향이 있다는 점이다.
상기 문제를 해결하기 위한 또 다른 공지의 접근책은, 터치 감응 입력 필드로서 구성되는, 예컨대 숫자 패드 바로 옆에, 키보드상에 부가적 입력 필드를 제공하는 것이다. 터치 감응 입력 필드상에 손가락을 이동시킴으로써 커서가 스크린상에서 이동하게 된다. 이 개념 역시, 키보드의 터치 감응 영역상에 입력을 실행하기 위해서는 사용자가 그의 손을 키패드로부터 떼어야 하는 문제가 있다. 또한, 터치 감응 입력 필드에 대한 부가적 스페이스가 필요하게 되어, 키보드가 더욱 커지게 된다.
본 발명은 상술한 문제에 근거하여, 종래 알려진 단점들을 회피함과 동시에 키보드의 패드로부터 손을 떼지 않고, 입력 장치, 특히 키보드로 선택 장치, 특히 그래픽 사용자 인터페이스의 커서를 제어하기 위한 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 특허청구범위의 독립 청구항에 따른 본 발명에 의한 용량성 센서 장치, 특히 본 발명에 의한 용량성 센서 장치를 갖는 키보드와 같은 입력 장치 및 본 발명에 의한 입력 장치를 동작시키기 위한 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들 및 추가적인 개선점은 각각의 종속 청구항들에 기재되어 있다.
본 발명은 용량성 센서 장치를 제공하며, 상기 용량성 센서 장치는,
- 적어도 하나의 측정 전극,
- 적어도 하나의 그라운드 전극, 및
- 상기 적어도 하나의 측정 전극과 결합되고 또한 상기 적어도 하나의 측정 전극과 평가 장치의 그라운드 사이의 용량성 결합을 검출하도록 구성되는 평가 장치를 포함하고,
상기 적어도 하나의 그라운드 전극은 스위치를 통해 상기 평가 장치의 그라운드와 갈바니 전기적으로 결합될 수 있고, 상기 스위치의 스위칭 상태는 상기 평가 장치에 의해 변경될 수 있고, 또한 상기 평가 장치는, 스위치의 스위칭 상태가 변할 때 상기 적어도 하나의 측정 전극과 상기 평가 장치의 그라운드 사이의 용량성 결합의 공통 모드 변경을 검출하도록 구성된다.
다수의 그라운드 전극들의 각 그라운드 전극은, 스위치를 통해 상기 평가 장치의 그라운드와 갈바니 전기적으로(galvanically) 결합될 수 있고, 상기 평가 장치는 또한, 각각 소정 순서로 스위치의 스위칭 상태를 변경시키고, 또한 상기 적어도 하나의 측정 전극과 상기 평가 장치의 그라운드 사이의 용량성 결합의 공통 모드 변경을 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 스위칭 상태의 변경은 스위치의 개방을 포함할 수 있다.
본 발명은 본 발명에 의한 용량성 센서 장치 및 하우징을 포함하는 특히 키보드와 같은 입력 장치를 더 제공하며, 상기 적어도 하나의 측정 전극과 상기 적어도 하나의 그라운드 전극은, 이들이 한 손으로 입력 장치를 동작하는 동안 적어도 부분적으로 커버 및/또는 터치될 수 있는 방식으로 서로에 대해 하우징에 배치된다.
상기 적어도 하나의 측정 전극은 센서 영역을 형성할 수 있고, 상기 센서 영역에 대해 손의 적어도 하나의 손가락을 움직임으로써, 선택 장치, 특히 그래픽 사용자 인터페이스의 커서를 제어하기 위해 구성되고, 상기 센서 영역은, 상기 적어도 하나의 그라운드 전극이 손의 적어도 하나의 손가락에 의해 커버될 때 적어도 하나의 손가락의 움직임을 검출하기 위해 활성화될 수 있다.
상기 그라운드 전극은 절연 상태로 하우징에 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 그라운드 전극은 금속을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 그라운드 전극은 하우징의 캐비티에 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 그라운드 전극은 제1 그라운드 전극 및 제2 그라운드 전극을 포함할 수 있고, 이들 그라운드 전극은 각각, 하우징의 캐비티 및/또는 기계적 키 상에 배치된다.
상기 적어도 하나의 측정 전극은 키보드의 키들의 영역에 배치될 수 있다.
본 발명은 특히 키보드와 같은 입력 장치의 동작 방법을 더 제공하며, 평가 장치는 적어도 하나의 측정 전극과 평가 장치의 그라운드 사이의 용량성 결합을 검출하기 위해 적어도 하나의 측정 전극에서 센서 신호를 탭하고, 적어도 하나의 그라운드 전극에 대해서는,
- 스위칭 단계에 있어서, 상기 적어도 하나의 그라운드 전극이 상기 평가 장치의 그라운드와 갈바니 전기적으로 결합될 수 있는 스위치가, 제1 스위칭 상태로부터 제2 스위칭 상태로 이행되고,
- 테스트 단계에 있어서, 상기 평가 장치는, 상기 스위치의 스위칭 상태의 변경이 센서 신호의 공통 모드 변경을 야기시키는지를 체크하고,
변경 단계에 있어서, 상기 스위치의 스위칭 상태의 변경이 센서 신호의 공통 모드 변경을 야기하는 경우에, 상기 평가 장치는 센서 장치를 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 변경한다.
상기 제1 동작 모드는 키보드 모드를 포함할 수 있고 상기 제2 동작 모드는 마우스 모드를 포함할 수 있다.
상기 스위치의 스위칭 상태의 변경은 소정 시간 간격으로 행해질 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서 신호의 공통 모드 변경은, 상기 스위치의 스위칭 상태의 변경 시, 일단 센서 신호가 소정 레벨 변경에 달하면 검출된다.
상기 스위칭 단계 및 테스트 단계는 적어도 하나의 그라운드 전극의 각각에 대해 행해질 수 있다.
본 발명의 더욱 상세한 구성과 특징 및 본 발명의 예시적 실시예들은 도면과 관련된 다음 설명으로부터 확인될 수 있다. 도면들은 다음과 같다:
도 1은, 입력 장치, 특히 키보드를 위한 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 등가 회로도이다.
도 2는 시간 경과에 따른 용량성 센서 장치의 측정 전극에서 탭된 몇 개의 센서 신호들의 시간적 진행을 도시한다.
도 3은, 특히 키보드와 같은 본 발명에 따른 입력 장치의 예시적 실시예를 도시한다.
도 4는, 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 두 개의 그라운드 전극이 키보드 하우징의 캐비티에 배치된 상태의, 키보드의 전방 림 부분의 단면도를 도시한다.
도 5는, 부가적 스크롤 휠이 두 개의 그라운드 전극들 간에 배치된 상태의, 도 4에 도시된 실시예를 도시한다.
도 6은, 실질적으로 수평으로 배향된 스크롤 휠이 두 개의 그라운드 전극들 사이의 영역에 배치된 상태의, 도 4에 도시된 실시예를 도시한다.
도 7a, 7b는, 그라운드 전극이 두 개의 키들 사이에 배치된 상태의, 키보드의 전방 림 부분의 각 단면도를 도시한다.
도 8은, 다수의 센서 영역들 및 다수의 그라운드 전극들을 갖는 특히 키보드와 같은 본 발명에 따른 입력 장치의 또 하나의 실시예를 도시한다.
도 1은, 전기적 휴대형 장치 또는 입력 장치에의 접근 검출을 위한, 전기적 휴대형 장치, 특히 입력 장치를 위한 본 발명에 따른 용량성 센서 장치의 등가 회로도를 도시한다. 상기 휴대형 장치는 (측정 전극으로도 불리는) 다수의 센서 전극들(SE)에 의해 형성되는 센서 영역(A)을 포함한다. "센서 전극들"은 이하의 기재에 있어서 "측정 전극들"과 동의어로 사용된다. 센서 영역(A)에 대한 손가락 끝의 위치는, 예컨대, 손가락의 터치가 없거나 또는 센서 영역(A) 또는 센서 전극들(SE)을 터치하지 않고도 센서 전극들(SE)에 의해 결정될 수 있다. 또한, 센서 영역(A)으로의 손가락 끝의 접근 또는 손가락 끝에 의한 센서 영역의 터치 동작이 검출될 수 있다.
예컨대, 대면적 전극으로 구성될 수 있고 또한 센서 전극들 하방에 배치될 수 있는 송신 전극(송신기 전극) 및 센서 영역의 센서 전극들은 용량성 센서 장치의 평가 장치와 결합된다. 휴대형 장치 또는 입력 장치의 하우징(G)은 전기적 비도전성 재료를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 센서 전극들 및 송신 전극들은 하우징(G)에 배치된다. 하우징(G)은 또한 전기적 도전성 재료를 구비할 수 있으며, 상기 센서 전극들 및 송신 전극은 절연 상태로 하우징(G)에 배치된다.
부가적 그라운드 전극(EM)은 휴대형 장치에 배치되고, 용량성 센서 장치의 평가 장치와 결합될 수 있다. 바람직하게는, 상기 그라운드 전극(EM)은, 손 및/또는 하나 이상의 손가락(들)에 의해 적어도 부분적으로 커버되거나 터치될 수 있는 방식으로 휴대형 장치 또는 입력 장치에 배치된다. 바람직하게는, 상기 그라운드 전극(EM)은, 손의 엄지에 의해 터치될 수 있고 또한 다른 손가락들 또는 적어도 검지 손가락이 센서 영역(A) 상에 이르거나 센서 영역(A)을 터치할 수 있는 방식으로, 휴대형 장치 또는 입력 장치에 배치된다.
센서 신호들은 센서 영역(A)의 센서 전극들(SE)에서 검출되고, 센서 영역(A)에 대해 손가락 끝의 위치와 상호 관계한다.
전기적 휴대형 장치 또는 용량성 센서 장치의 정상 동작 동안, 그라운드 전극(EM)은 용량성 센서 장치의 그라운드(GND)와 갈바니 전기적으로 결합된다. 용량성 센서 장치의 그라운드(GND)와의 그라운드 전극(EM)의 결합은, 예컨대, 스위치 장치의 스위치(S)를 통해 달성될 수 있다.
그라운드 전극(EM)에 의해, 센서 전극들(SE)에서 탭된 신호들은, 예를 들면, 키보드의 소정 영역, 즉 그라운드 전극(EM)이 배치되어 있는 영역에 키보드를 동작시키는 손의 엄지가 놓여 있는 지를 검출할 수 있다. 예를 들면, 엄지가 그라운드 전극(EM) 상에 있을 때, 센서 영역(A)은 키보드 모드로부터 마우스 모드로 전환(스위칭)될 수 있다.
키보드 모드에 있어서, 센서 전극들(SE)에서 탭된 신호들은, 손가락/손이 센서 영역상에 동시에 위치되는 동안 손가락이 그라운드 전극(EM)상에 위치되어 있는지 또는 없는지의 사실에 관해서만 분석되며, 이에 대해서는 후에 상세히 기술된다. 키보드 모드 동안, 센서 신호들의 분석이 손가락, 예를 들면, 엄지가 그라운드 전극(EM) 상에 놓여 있는 것을 나타낼 때, 용량성 센서 장치 또는 센서 영역(A)은 키보드 모드로부터 마우스 모드로 전환될 수 있다.
마우스 모드에 있어서, 용량성 센서 장치 또는 용량성 센서 장치의 평가 장치는, 하나의 손가락이 그라운드 전극(EM) 상에 위치되어 있는 한, 센서 영역(A)에 대한 하나 이상의 손가락(들)의 움직임 또는 하나 이상의 손가락(들)의 위치를 분석한다. 손가락이 그라운드 전극(EM)으로부터 떨어졌을 때, 이것 역시 평가 장치에 의해 검출되어 용량성 센서 장치 또는 센서 영역(A)이 키보드 모드로 다시 전환될 수 있도록 된다.
마우스 모드에서 검출된 센서 영역(A)에 대한 하나의 손가락의 움직임은 그래픽 사용자 인터페이스의 커서를 제어하거나 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 그라운드 전극(EM) 상에 조작 손의 엄지를 위치시킴으로써 키보드 모드로부터 마우스 모드로 센서 영역(A)의 전환을 야기시킬 수 있기 때문에, 최초로, 손이 키보드의 패드로부터 떨어지지 않은 상태로 키보드를 동작시키는 손에 의해 커서가 제어되는 것이 가능하게 된다. 바람직하게, 손이 패드로부터 떨어지지 않고 손의 엄지가 키보드상에 놓인 채로 터치될 수 있는 방식으로 그라운드 전극(EM)이 키보드의 하우징에 배치된다.
상기 측정 전극들(SE)에서 검출되거나 또는 센서 장치에서 측정된 센서 값들은 상기 측정 전극들(SE)과 그라운드(GND) 사이의 용량(CSE)의 측정값이다.
개방 스위치(S=0)에 대해, CSE는 다음과 같이 주어진다:
CSE(S=0) = CH1
Figure pct00001
([CH2
Figure pct00002
(CM∥CS)]∥CH3).
단락 스위치(S=1)에 대해, CSE는 다음과 같이 주어진다:
CSE(S=1) = CH1
Figure pct00003
(CH2∥CH3).
CH1, CH2 및 CH3는 손과 측정 전극(SE), 그라운드 전극(EM) 또는 그라운드(GND) 사이의 용량들이다. CM 및 CS는, 그라운드 전극(EM)과 그라운드(GND) 또는 스위치(S)의 기생 용량 간의 용량들이다. 용량 C1과 C2의 직렬 접속은 C1
Figure pct00004
C2로 칭하고 병렬 접속은 C1∥C2로 칭한다.
그라운드 전극(EM)은, 스위치(S)를 통해 용량성 센서 장치의 평가 장치의 그라운드(GND)와 갈바니 전기적으로 결합되는 바, 즉, 그라운드 전극(EM)은 단락 스위치(S)의 경우에 용량성 센서 장치의 그라운드(GND)와 결합된다. 스위치(S)의 상태는 예컨대, 용량성 센서 장치의 마이크로콘트롤러에 의해 제어될 수 있다. 또한, 스위치(S)가 입력 장치의 마이크로콘트롤러에 의해 제어될 수도 있으며, 이때 스위치(S)의 상태만 입력 장치의 마이크로콘트롤러에 의해 용량성 센서 장치의 평가 장치와 서로 통신 되어야 된다.
스위칭(스위치 S의 개방 또는 스위치 S의 단락)의 경우에, 센서 영역(A)의 센서 전극들(SE)에서 검출된 센서 신호들의 공통 모드가 변경된다. 스위칭의 경우에 공통 모드 변경의 규모는 실질적으로 그라운드 전극(EM)과 그라운드 전극을 터치하는 손가락 사이의 용량(CH2)에 의존한다. 스위칭은 또한, 변경된 용량비로 인해 센서 영역(A)의 센서 전극들에서 측정된 센서 데이터 또는 센서 영역(A)의 센서 전극들에서 검출된 센서 신호들의 변화를 야기한다. 키보드 모드에 있어서, 대응 용량(CH2)은, 손가락과 그라운드 전극(EM) 간의 추정 거리로 인해 낮은 데 그 이유는 스위치(S)의 스위칭 상태의 변경이 검출된 센서 신호들에 대해 미미한 영향만 있거나 또는 전혀 영향이 없기 때문이다.
그라운드 전극(EM) 상에 손가락이 놓여 있지 않은 경우, 공통 모드 변경은 단지 검출된 센서 신호에 미치는 영향이 아주 미미하거나 또는 전혀 검출될 수 없다. 이 경우에 있어서는, 스위칭 후 그라운드 전극(EM) 상에 손가락이 놓여 있지 않은 것으로 추정될 수 있다. 다음, 센서 영역(A) 또는 용량성 센서 장치는 키보드 모드에서 계속 동작될 수 있다.
손(H)은, 결합 용량(CH1 및 CH3)을 통해 용량성 센서 장치의 그라운드(GND) 또는 센서 영역(A)의 적어도 하나의 센서 전극(SE)과 결합된다. 그라운드 전극(EM)은 결합 용량(CM 및 CS)을 통해 용량성 센서 장치의 그라운드(GND)와 결합된다. 엄지가 놓여 있을 때, 결합 용량 CM 및 CS는 결합 용량 CH2에 대해 낮은 것으로 추측된다.
예를 들면, 그라운드 전극(EM) 상에 키보드를 조작하는 손의 엄지를 놓으면, 결합 용량(CH2)이 증가하게 된다. 스위치(S)의 스위칭은, 손과 용량성 센서 장치의 그라운드 사이 및 그에 따른 측정 전극(SE)과 센서 장치의 그라운드 사이에 용량성 결합의 변경을 초래하여, 센서 전극(SE)에서 탭된 센서 신호들의 공통 모드 변경을 일으킨다.
스위치(S)의 스위칭 시, 센서 신호들의 소정의 레벨 변경(ΔP)이 있으면, 그라운드 전극(EM)이 손가락에 의해 터치되는 것으로 추정될 수 있도록 손가락이 그라운드 전극(EM) 상에 놓일 때, 공통 모드 변경은 센서 신호들에 대해 매우 강한 효과를 갖는다. 예를 들면, 스위치의 개방은, 손과 용량성 센서 장치의 그라운드 사이 및 그에 따른 측정 전극(SE)과 센서 장치의 그라운드 사이의 용량성 결합의 감소를 일으켜, 공통 모드가 변경되고, 즉 센서 전극들(SE)에서 탭된 센서 신호들의 레벨이 감소된다.
예컨대, 그라운드 전극(EM) 상에 엄지를 위치시켜 그라운드 전극(EM)과 엄지 사이에 갈바니 전기적 결합을 생성하도록, 스위치(S)의 스위칭 동안 그라운드 전극(EM) 상에 손가락이 놓인 경우에, 공통 모드 변경을 최대화하기 위해 하우징(G)의 외측에 그라운드 전극(EM)을 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 용량성 센서 장치는, 그라운드 전극(EM)만 스위치를 통해 용량성 센서 장치의 평가 장치와 결합되기 때문에, 즉 그라운드 전극(EM)이 용량성 센서 장치의 그라운드와 갈바니 전기적으로 결합되기 때문에, 부가적 그라운드 전극(EM) 용의 부가적인 아날로그 프런트 엔드가 제공되지 않아 특히 바람직하다.
그라운드 전극(EM) 상에 손가락이 있는 지의 테스트는 규칙적 시간 간격으로 행해질 수 있다. 예컨대, 테스트는 대략 200 ms의 시간 간격으로 행해질 수 있다. 물론, 그라운드 전극 상의 손가락의 존재는 또한, 매우 짧거나 매우 긴 시간 간격으로 테스트될 수 있으며, 이는 최종적으로 입력 장치에 대한 특정 요건들에 따른다. 이와 같은 테스트에 의해 센서 신호들의 공통 모드 변경을 검출했을 때에는, 용량성 센서 장치가 키보드 모드로부터 마우스 모드로 전환될 수 있도록 손가락이 그라운드 전극(EM) 상에 있는 것으로 추정될 수 있다.
도 2는 시간 경과에 따른 5개 센서 신호들의 코스의 일례를 나타내며, 이들 신호는 접촉 영역(A)의 센서 전극에서 각각 탭된다. 손은 센서 전극(SE)의 영역에 있고, 이때 엄지는 그라운드 전극(EM) 상에 놓이거나 또는 그라운드 전극(EM)을 터치한다.
샘플들(180, 620, 1140 및 1520)의 경우에, 스위치(S)의 개방은, 용량성 센서 장치의 그라운드로부터 용량성 센서 장치 그라운드 전극(EM)을 일시적으로 분리시켜, 공통 모드의 변경, 즉 센서 신호들의 레벨 저하로 이어진다. 검출된 공통 모드 변경 또는 검출된 센서 신호들의 레벨 강하는, 키보드 모드로부터 마우스 모드로의 센서 영역 또는 센서 장치의 스위칭을 활성화하는 이벤트로서 사용된다. 다른 예로서, 손이 센서 영역상에 놓임과 동시에 손가락이 그라운드 전극(EM)과 터치하는 경우에, 도 2에 도시된 신호 코스들에 대해 반전되는 실질적으로 신호 코스들이 존재하도록, 스위치(S)는, 정상 동작 동안 단락되고 소정의 시간 간격 동안 개방될 수도 있다.
더욱이, 스위치(S)의 스위칭 상태의 전환 시, 센서 신호가 소정의 레벨 변경(ΔP)에 달할 때 키보드 모드로부터 마우스 모드로의 스위칭만 발생하도록 제공될 수 있다. 이렇게 하여, 동작 모드의 스위칭에는 충분하지 않으나 여전히 레벨 변경을 일으키는 그라운드 전극(EM)으로의 접근이 키보드 모드로부터 마우스 모드로의 스위칭을 일으키지 않도록 보장된다. 이렇게 하여 또한 용량이 충분하도록 보장되며, 즉 그것은 그렇지 않았으면 공통 모드 변경이 적었을 것이기 때문에 손/손가락이 센서 영역에 충분히 가까이 있다는 것을 의미한다. 이는 오 동작을 효율적으로 회피하는 데 도움을 준다.
또한, 적어도 다수의 소정 레벨들에 대해, 키보드 모드로부터 마우스 모드로의 스위칭을 활성화하기 위해 소정 레벨의 변경(ΔP)이 검출되도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 대응하는 레벨의 변경이 적어도 두 개의 센서 신호들에 대해 검출되도록 제공될 수 있다. 또 하나의 대안 예에서, 동작 모드의 변경을 야기하기 위해 모든 센서 신호들의 적어도 평균적 레벨 변경(ΔP)이 검출되도록 제공될 수 있다.
가능한 한, 예컨대, 그라운드 전극(EM)으로의 손가락의 의도하지 않은 접근의 경우에, 오 동작을 피하기 위해 소정 기간 내에서 적어도 소정의 다수의 레벨 변경이 검출될 때까지 동작 모드를 변경하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 예컨대 200 ms의 소정 기간 내에서, ΔP의 정도로 적어도 3개의 레벨 변경이 검출되도록 제공될 수 있다.
도 3은, 본 발명에 따른 키보드를 개략적으로 도시한다. 상기 키보드는, 바람직하게는 전기적으로 비 도전성 재료로 만들어지는 하우징(G)을 포함한다. 키보드의 상측에는 다수의 키들이 배치되어 있고, 이 다수의 키들은 키보드의 의도된 사용을 위해 제공된다. 키들의 하방에는 센서 영역(A)이 있고, 이는 다수의 센서 전극들(SE)(이 도면에는 도시되지 않음)에 의해 형성된다. 그라운드 전극(EM)은, 바람직하게는 소위 "스페이스 바"(TS)의 영역에 있어서의 전방 측벽 또는 전방 영역에 배치된다.
센서 전극들 또는 센서 영역(A) 및 그라운드 전극(EM)은, 키보드 상에 손이 놓여 있는 경우에, 엄지가 그라운드 전극(EM)에 터치하고 동시에 나머지 손가락들 중 검지 손가락과 같은 적어도 하나가 키보드의 표면에 대해 센서 영역(A)의 한 영역에 있어서의 움직임들을 실행할 수 있는 방식으로 키보드에 배치된다. 엄지가 그라운드 전극(EM) 상에 놓여 있을 때, 용량성 센서 장치 또는 센서 영역(A)은 마우스 모드에 있고 이에 따라 키보드의 표면에 대해, 검지 손가락의 움직임과 같은 움직임들이 측정 전극들 또는 센서 전극들(SE)에 의해 검출되고 그래픽 사용자 인터페이스의 마우스의 대응 움직임으로 변환될 수 있도록 된다. 키보드 표면에 대한 손가락의 움직임은 접촉 없이 검출된다. 이는, 예컨대, 사용자가 마우스의 대응 움직임을 야기하기 위해 센서 영역(A)의 한 영역으로 키들 상에서 단지 그의 검지 손가락을 실행하는 것만을 의미한다. 키보드의 키들은 이를 위해 터치될 필요가 없다.
본 발명의 특별한 장점은, 키보드 모드로부터 마우스 모드로 키보드를 스위칭하기 위해 단 하나의 손가락, 예컨대 엄지가 그라운드 전극(EM) 상에 놓이도록 하며, 이때 손이 키보드에서 떨어지지 않는다는 점이다. 또 하나의 장점은, 키보드 모드로부터 마우스 모드로 스위칭하기 위해 키보드에 소정 키가 제공되지 않는다는 점이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 용량성 센서 장치는 키보드의 레이아웃을 변경하지 않고 기존의 키보드들에 통합될 수 있다. 또 하나의 장점은, 한편으로는, 키보드 모드로부터 마우스 모드로 키보드를 스위칭하기 위해, 다른 한편으로는, 마우스 모드에 있어서 손가락의 움직임에 따라 커서를 제어하기 위한 키보드의 직관적 조작이다.
도 4는 키보드의 최하단 열의 키들(T)에 배치된 스페이스 바(TS)의 영역에 있어서의 본 발명에 따른 키보드의 단면을 도시한다. 스페이스 바(TS)의 전방의 영역에 있어서, 키보드의 하우징(G)은 림 부분에 캐비티를 구비하고, 제1 그라운드 전극(EM1) 및 제2 그라운드 전극(EM2)이 캐비티에 서로 인접하여 배치되어 있다. 상기 그라운드 전극들(EM1, EM2)은 하우징(G)의 표면 또는 하우징(G)의 내면에 배치될 수 있다. 상기 그라운드 전극들(EM1, EM2)은 또한, 하우징(G)에 내장될 수도 있다.
상기 캐비티는, 키보드 상에 놓인 손의 엄지가 인체공학적인 바람직한 방법으로 스페이스를 찾도록 구성된다. 두 개의 그라운드 전극들(EM1, EM2)은, 각각 스위치를 통해 용량성 센서 장치의 평가 장치의 그라운드와 결합될 수 있다.
후에 제1 그라운드 전극(EM1)의 스위치의 스위칭 상태 및 제2 그라운드 전극(EM2)의 스위치의 스위칭 상태를 변경하고 또한 측정 전극들(SE)에서 탭된 신호들의 공통 모드 변경을 분석함으로써, 두 개의 그라운드 전극들 중 어느 전극에 엄지가 놓여 있는지 또는 엄지가 그라운드 전극들 둘 다를 터치하고 있는지가 결정될 수 있다. 엄지가 두 개의 그라운드 전극들(EM1, EM2) 중 하나 위에 놓일 때, 용량성 센서 장치 또는 센서 영역(A)은 마우스 모드로 이행된다. 두 개의 그라운드 전극들(EM1, EM2) 중 어느 전극에 엄지가 놓여 있는 지에 따라, 측정 전극(SE)에서 탭된 신호들은 다르게 해석될 수 있다.
본 발명에 따른 키보드의 다른 실시예에 의하면, 두 개의 기계적 키들이 캐비티에 배치될 수 있고, 그 각각은 그들의 표면상에 그라운드 전극(EM1, EM2)을 구비한다. 이 기계적 키들은, 각각 마우스 버튼으로 기능할 수 있다. 이는, 한편으로, 두 개의 기계적 키들의 하나 위에 엄지를 놓으면 키보드의 마우스 모드를 활성화시킬 수 있고, 다른 한편으로, 엄지를 떼거나 키보드에서 손을 떨어트리지 않고 두 개의 기계적 키들 중 하나를 누름으로써 입력이 실행될 수 있는 장점을 갖는다. 이와 같이, 예컨대, 그래픽 사용자 인터페이스의 커서의 제어 및 예컨대 커서에 의해 선택되는 그래픽 동작 제어의 확인이 키보드 상에 놓인 오직 하나의 손에 의해 달성될 수 있다.
또 하나의 장점은, 센서 신호의 공통 모드 간섭이 충분한 용량(CH1)을 필요로 하기 때문에 그에 대응하여 손이 실제로 키보드상에 놓여 있을 때 단지 캐비티에서 마우스 버튼을 누름으로써 대응하는 작업을 활성화시키도록 하는 점이다.
두 개의 그라운드 전극들(EM1, EM2)의 어느 것이 엄지에 의해 터치되고 있는지 또는 그라운드 전극들 둘 다가 엄지에 의해 터치되고 있는지를 검출하기 위해, 예컨대, 처음에, 평가 장치의 그라운드와 그라운드 전극들을 결합시키는 양 스위치들 각각이 단락되도록 제공될 수 있다. 다음, 스위치가 개방됨과 동시에 센서 전극들 또는 측정 전극들에서 탭된 신호가 소정 순서로 각각 분석된다. 측정 전극에서 탭된 전기적 신호로부터 공통 모드 변경이 검출되었을 때, 스위치가 현재 개방되어 있는 그라운드 전극 상에만 엄지가 놓여 있는 것으로 추정될 수 있다. 다른 예로서, 처음에 모든 스위치들이 개방된 다음 소정 순서로 각각 단락될 수 있다. 측정 전극에서 탭된 전기적 신호의 공통 모드가 변경되었을 때, 엄지는 대응하는 그라운드 전극상에 놓여있는 것으로 추정될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 키보드의 단면도로서, 스크롤 휠(SW)이 두 개의 그라운드 전극들(EM1, EM2) 사이에 배치되어 있다. 상기 스크롤 휠은 부가적인 입력 기능들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 스크롤 휠(SW)은 스크린 콘텐츠를 통해 스크롤 동작을 행할 수 있도록 사용될 수 있다. 상기 스크롤 휠은 두 개의 그라운드 전극들(EM1, EM2) 사이에 배치되기 때문에, 손이 키보드상에 놓여 있을 때만 스크롤 휠이 활성화되도록 제공될 수 있다. 이에 따라, 손이 키보드상에 놓여 있지 않을 때 스크롤 휠을 통한 의도하지 않은 입력들이 회피될 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 키보드의 단면도로서, 실질적으로 수평으로 배향된 스크롤 휠이 두 개의 그라운드 전극들(EM1, EM2) 사이에 배치되어 있다. 상기 스크롤 휠(SW) 역시 부가적인 입력 가능성들을 제공할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 실질적으로 수평으로 배향된 상기 스크롤 휠(SW) 역시, 예컨대, 좌측 그라운드 전극(EM1)으로부터 우측 그라운드 전극(EM2)으로의 엄지의 움직임을 용이하게 하거나 또는 엄지가 하나의 그라운드 전극으로부터 다른 그라운드 전극으로 이동할 때 사용자에 대한 촉각적 피드백을 부여하도록 제공될 수 있으며, 그에 따라, 사용자는, 엄지가 어느 그라운드 전극 상에 현재 위치되어 있는지를 알 수 있도록 한다.
도 7a 및 도 7b는, 각각, 스페이스 바(TS)의 전방에 있는 키보드의 단면의 다른 실시예를 도시한다. 도 7a에서, 그라운드 전극(EM)은 캐비티에 배치되어 있다. 또한, 마우스 버튼들(T1 및 T2)과 같은 기계적 키들이 각각 그라운드 전극의 좌측 및 우측에 배치되어 있다. 예컨대, 엄지가 그라운드 전극(EM)에 충분히 가까이 있을 때, 즉, 측정 전극들에서 탭된 전기적 신호로부터 충분한 공통 모드 변경이 검출되었을 때, 이들 마우스 버튼(T1 및 T2)은 활성화될 수 있다.
도 7b에 의하면, 그라운드 전극(EM) 및 두 개의 마우스 버튼(T1 및 T2)은, 도 7a에 따른 방식과 동일하게 키보드에 배치되며, 상기 키보드의 상기 섹션은 어떤 캐비티도 제공하지 않는다.
도 8은, 특히 키보드와 같은 본 발명에 따른 입력 장치의 다른 실시예를 도시한다. 상기 키보드는 다수의 통상적으로 배치된 키들(T)을 구비한다. 키보드 하우징(G)의 상면에 두 개의 센서 영역들(A1, A2)이 제공되며, 두 개의 센서 영역들은 각각 본 도면에 도시되지 않은 다수의 측정 전극들(SE)에 의해 형성된다. 더욱이, 다수의 그라운드 전극들(EM1 내지 EM5)이 하우징(G)에 배치되고, 이때 그라운드 전극들(EM1 내지 EM4)은 키보드의 림 부분에 배치되고 그라운드 전극(EM5)은 하우징의 상면에 배치된다.
이러한 그라운드 전극들의 배치에 의해, 사용자가 손의 임의의 위치에 대한 명령을 내릴 수 있게 되어, 마우스 모드에서의 입력이 더욱 용이하게 검출될 수 있다. 예를 들면, 하우징의 좌측에 그라운드 전극(EM4)을 배치하면, 사용자가 하우징에 왼손을 두고 단지 오른손으로만 마우스의 움직임을 실행하도록 함으로써, 그 움직임들의 검출을 더욱 확실히 한다. 이와 유사하게, 그라운드 전극(EM5)은, 사용자가 하우징에서 오른손을 두고 마우스의 움직임이 왼손으로 행해지도록, 하우징의 우측에 배치될 수 있다. 이들 두 개의 다른 예는 더욱 양호한 취급을 위해 장치의 왼손 사용은 물론 오른손 사용도 가능하도록 실시될 수 있다.
키보드의 일측에 통상적인 마우스 버튼들을 배치하는 것 역시, 커서를 움직이지 않는 손에 의해 이들 마우스 버튼들이 조작되도록 하는데 일조한다. 이렇게 하여, 이러한 손은 액티브 영역으로부터 충분히 멀리 떨어져 있고 무의식적으로 센서 신호들을 왜곡시킬 수 없다.
하우징의 전면의 중간에 있는 그라운드 전극(EM1)은, 사용자가 그라운드 전극(EM1)에서 손의 엄지를 두고 손의 나머지 손가락들로 마우스의 움직임을 실행하도록 한다. 이는, 그라운드 전극(EM1) 상에 놓인 엄지가 커서를 제어할 목적으로 측정되는 교류 전계의 센서 신호들을 무의식적으로 왜곡시키는 것을 방지하여, 견실함 및 검출 정확도를 증대시키는 데 일조한다. 다음, 다른 손은 장치를 잡는 데에 사용될 수 있으며, 이는 특히 노트북과 같은 소형 장치에 바람직하다.
몇 개의 센서 영역들(A1, A2) 및 다수의 그라운드 전극들(EM1 내지 EM5)을 제공함으로써, 키보드는 엄청나게 많은 다른 기능들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 엄지로 그라운드 전극(EM1)을 터치함과 동시에 센서 영역(A1) 상에서 검지를 움직이면 커서를 이동시킬 수 있다. 엄지로 그라운드 전극(EM3)을 터치함과 동시에, 예컨대, 센서 영역(A2)에 대해 검지를 움직이면, 예컨대, 스크린상에 표시되는 스크린 콘텐츠를 검지의 움직임에 따라 이동시킬 수 있다.
상기한 키보드들은 예컨대, 전자적 데이터 처리 장치에 접속될 수 있는 키보드로 될 수 있다. 그러나, 상기 키보드들 역시 노트북과 같은 포터블 컴퓨터의 키보드로 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 용량성 센서 장치 또는 본 발명에 따른 입력 장치는, 부가적인 전극들(그라운드 전극들)만 스위치를 통해 용량성 센서 장치의 기존의 수신 전자장치들에 연결되기 때문에 부가적인 수신 전자장치들이 필요하지 않게 되는 장점이 있다.
상기 그라운드 전극들은 사용자가 키보드 모드로부터 마우스 모드로 전환할 때 그라운드 전극의 터치가 사용자에 대한 부가적 촉각적 피드백을 제공할 수 있도록, 금속을 포함할 수 있고 또한 하우징(G)의 외면에 배치될 수 있다.

Claims (15)

  1. 용량성 센서 장치로서,
    - 적어도 하나의 측정 전극(SE),
    - 적어도 하나의 그라운드 전극(EM), 및
    - 상기 적어도 하나의 측정 전극(SE)과 결합되고 또한 상기 적어도 하나의 측정 전극(SE)과 평가 장치의 그라운드(GND) 사이의 용량성 결합을 검출하도록 구성되는 평가 장치를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)은, 스위치(S)를 통해 상기 평가 장치의 그라운드(GND)와 갈바니 전기적으로(galvanically) 결합될 수 있고, 상기 스위치(S)의 스위칭 상태는 상기 평가 장치에 의해 변경될 수 있고, 또한 상기 평가 장치는, 상기 스위치(S)의 스위칭 상태가 변할 때 상기 적어도 하나의 측정 전극(SE)과 상기 평가 장치의 그라운드(GND) 사이의 용량성 결합의 공통 모드 변경을 검출하도록 구성되는, 용량성 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    다수의 그라운드 전극들의 각 그라운드 전극(EM)은, 사익 스위치(S)를 통해 상기 평가 장치의 그라운드(GND)와 갈바니 전기적으로 결합될 수 있고, 상기 평가 장치는 또한, 각각 소정 순서로 스위치(S)의 스위칭 상태를 변경시키고, 또한 상기 적어도 하나의 측정 전극(SE)과 상기 평가 장치의 그라운드(GND) 사이의 용량성 결합의 공통 모드 변경을 검출하도록 구성되는, 용량성 센서 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 상태의 변경이 상기 스위치의 개방인, 용량성 센서 장치.
  4. 키보드와 같은 입력 장치로서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 용량성 센서 장치 및 하우징(G)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 측정 전극(SE)과 상기 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)은, 이들이 한 손(H)으로 입력 장치의 동작 동안 적어도 부분적으로 커버, 터치, 또는 커버 및 터치될 수 있는 방식으로 서로에 대해 하우징(G)에 배치되는, 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측정 전극(SE)은 센서 영역(A)을 형성하고, 상기 센서 영역(A)에 대해 손(H)의 적어도 하나의 손가락을 움직임으로써, 그래픽 사용자 인터페이스의 커서와 같은 선택 장치를 제어하기 위해 구성되고, 또한, 상기 센서 영역(A)은, 상기 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)이 손(H)의 적어도 하나의 손가락에 의해 커버될 때 적어도 하나의 손가락의 움직임을 검출하기 위해 활성화될 수 있는, 입력 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 그라운드 전극(EM)은 절연 상태로 하우징(G)에 배치되는, 입력 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)은 금속을 포함하는, 입력 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)은 하우징(G)의 캐비티에 배치되는, 입력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)은 제1 그라운드 전극(EM1) 및 제2 그라운드 전극(EM2)을 포함하고, 이들 그라운드 전극은 각각, 하우징(G)의 캐비티, 기계적 키, 또는 캐비티 및 기계적 키 상에 배치되는, 입력 장치.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측정 전극(SE)은 키보드의 키들의 영역에 배치되는, 입력 장치.
  11. 키보드와 같은 입력 장치의 동작 방법으로서,
    평가 장치는, 적어도 하나의 측정 전극(SE)과 상기 평가 장치의 그라운드(GND) 사이의 용량성 결합을 검출하기 위해 적어도 하나의 측정 전극(SE)에서 센서 신호를 탭하고, 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)에 대해,
    - 스위칭 단계에 있어서, 상기 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)이 상기 평가 장치의 그라운드(GND)와 갈바니 전기적으로 결합될 수 있는 스위치(S)가 제1 스위칭 상태로부터 제2 스위칭 상태로 이행되고,
    - 테스트 단계에 있어서, 상기 평가 장치는, 상기 스위치(S)의 스위칭 상태의 변경이 센서 신호의 공통 모드 변경을 일으키는지를 체크하고,
    변경 단계에 있어서, 상기 스위치(S)의 스위칭 상태의 변경이 센서 신호의 공통 모드 변경을 일으키는 경우에, 상기 평가 장치는 센서 장치를 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 변경하는, 입력 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 동작 모드는 키보드 모드를 포함하고 상기 제2 동작 모드는 마우스 모드를 포함하는, 입력 장치의 동작 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 스위치(S)의 스위칭 상태의 변경은 소정 시간 간격들로 행해지는, 입력 장치의 동작 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 신호의 공통 모드 변경은, 상기 스위치(S)의 스위칭 상태의 변경 시, 일단 센서 신호가 소정 레벨의 변경(ΔP)에 달하면 검출되는, 입력 장치의 동작 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 단계 및 상기 테스트 단계는 적어도 하나의 그라운드 전극(EM)의 각각에 대해 행해지는, 입력 장치의 동작 방법.
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