KR101677752B1 - 용량성 근접 디바이스 및 용량성 근접 디바이스를 포함하는 전자 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 디바이스(34)의 부근에 물체(32)의 존재 및/또는 부재를 감지하기 위한 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)에 관한 것이다. 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)는: 수신기 전극(RA)에 용량성으로 결합되는 방출 전극(TA), 방출 전극(TA) 및 수신기 전극(RA) 사이에 교류 전기장()인 방출-신호(ES)를 생성하기 위한 오실레이터(17), 및 수신기 전극(RA)에 접속되는 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)를 포함한다. 상기 감지 회로는 수신기 전극(RA)으로부터 측정-신호(MS)를 수신하고, 물체와 전자 디바이스 사이의 거리에 비례하는 출력-신호(OS)를 생성하기 위하여 저역 통과 필터(14)를 포함하는 제 1 동기 검출 회로(13)를 포함한다. 상기 감지 회로는 제 1 동기 검출 회로에 진입하기 전에 측정-신호(MS)로부터의 잡음을 감소시키기 위한 잡음-억제 수단을 더 포함한다. 발명자들은 전자 디바이스 내의 공지되어 있는 용량성 센서들을 적용할 때 추가 잡음-억제 기술들이 필요하다는 것을 발견하였다.
Description
본 발명은 전자 디바이스의 용량성 근접 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 부가적으로 용량성 근접 디바이스를 포함하는 전자 디바이스, 및 용량성 근접 디바이스를 위한 감지 회로에 관한 것이다.
디스플레이 디바이스가 이용되지 않을 때 디스플레이 디바이스들에서는, 예를 들어 개인용 컴퓨터들 및/또는 랩탑(laptop)들에 대한 모니터들에서는 에너지 소비가 감소하는 것으로 공지되어 있다. 그와 같은 시스템에서, 이용자의 활동은, 예를 들어 이용자의 키-스트록들(key-strokes) 또는 이용자의 마우스-움직임들을 검출함으로써 측정된다. 이용자가 얼마간 미리 정의된 시간 동안 키를 치지 않은 경우, 또는 얼마간 미리 정해진 시간 동안 컴퓨터 및/또는 랩탑의 마우스를 이동하지 않은 경우, 디스플레이 디바이스는 소위 에너지 절감 모드(energy reduction mode)로 진입하고, 상기 에너지 절감 모드는 또한 디스플레이 디바이스가 스위치-오프(switch-off)되거나 또는 디스플레이 디바이스의 백라이트(backlight)가 스위치-오프되는 "휴면 모드(sleep mode)"로 칭해질 수 있다. 그러나, 종종 디스플레이 디바이스는 이용자가 예를 들어 키를 치거나 마우스를 움직이지 않고 디스플레이 디바이스 상의 긴 텍스트를 판독하는 동안, 에너지 절감 모드로 전환된다.
더욱 진보된 에너지 소모 방식들에서는, 디스플레이 디바이스 앞의 이용자의 실제 존재가 감지된다. 이는 디스플레이 디바이스 앞에 이용자가 있는 한 디스플레이 디바이스가 에너지 절감 모드로 진입하지 않는 이점을 지닌다. 더욱이, 이용자가 디스플레이 디바이스로부터 멀리 이동할 때, 에너지 절감 모드가 활성화된 후 미리 결정된 시간이 감소될 수 있으므로, 부가적으로 디스플레이 디바이스의 (불필요한) 전력 소모를 절감한다. 그와 같은 시스템들은 예를 들어 이용자의 부재를 검출하기 위한 센서를 갖는 디스플레이가 개시되는 미국 특허 출원 US 2003/0051179로부터 공지된다. 대안으로, EP 0 949 557은 휴대용 컴퓨터 내의 유사한 시스템을 개시한다. 양 문서들은 디스플레이 디바이스 앞에 이용자의 존재 또는 부재를 검출하기 위해 적외선 또는 초음파 센서들을 개시한다. 디스플레이 디바이스에서 이용되는 공지된 센서들은 송신기를 이용하여 신호를 송신하고 이용자로부터의 반사 신호를 감지한다. 대안으로, 미국 특허 출원 US 2003/0122777은 센서가 카메라, SONAR 또는 RADAR 시스템들을 포함하여 디스플레이 디바이스 앞의 이용자의 거리를 검출할 수 있음을 개시한다.
능동 적외선 및 초음파 센서들의 단점들은 물체의 재료에 대한 이들의 의존성이다. 의류는 송신되는 에너지를 아주 많이 흡수할 수 있어 그로 인해 검출 범위를 감소시키거나 잘못된 거리 표시들을 제공한다. 또한 시계(field of view)는 종종 상대적으로 협소하여 디스플레이 디바이스 앞의 직선의 중심 라인 내에서만 감지 영역을 발생시킨다. 이는 여러 방향들로 지향하는 더 많은 센서들을 이용함으로써 해결될 수 있으나, 이의 결과로서 해법이 상대적으로 고가이다. 수동 적외선 센서들은 정적인(따뜻한) 물체들에 대해서는 반응하지 않으므로, 사람이 모니터 앞으로 충분히 이동하지 않으면, 에너지 절감 모드가 활성화되며, 이는 다시 원하지 않는 상황일 것이다.
디스플레이 디바이스 앞에 사람의 존재를 감지하기 위한 대안의 센서는 용량성 센서를 통하는 것이다. 용량성 센서는, 예를 들어 US 6,486,681에 개시되고, 여기서 용량성 센서를 위한 측정 회로는 거리 측정 및/또는 공간 모니터링에 대해 개시된다. 측정 회로는 아날로그-대-디지털 변환기에 접속되는 위상-종속(phase-dependent) 정류기 장치를 포함한다.
공지되어 있는 용량성 센서의 결점은 공지되어 있는 용량성 센서에 의한 사람의 등록이 충분히 신뢰성 있지 않다는 점이다.
본 발명의 목적은 개선된 신뢰성을 갖는 용량성 근접 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면 상기 목적은 전자 디바이스의 부근에 물체의 존재 및/또는 부재를 감지하기 위한 용량성 근접 디바이스에 의해 달성되고, 상기 용량성 근접 디바이스는:
- 수신기 전극에 용량성으로 결합되는 방출 전극,
- 방출 전극 및 수신기 전극 사이에 교류 전기장(alternating electric field)인 방출-신호를 발생시키기 위한 오실레이터(oscillator), 및
- 수신기 전극에 접속되는 감지 회로를 포함하고, 감지 회로는 수신기 전극으로부터의 측정-신호를 수신하고, 물체와 전자 디바이스 사이의 거리에 비례하는 출력-신호를 발생시키기 위한 제 1 검출 회로를 포함하고, 측정-신호는 잡음을 포함하고, 감지 회로는 제 1 검출 회로에 진입하기 전에 측정-신호로부터의 잡음을 감소시키기 위한 잡음-억제 수단을 더 포함한다.
발명자들은 공지되어 있는 용량성 센서의 출력-신호가 전자 디바이스, 특히 디스플레이 디바이스에서 이용될 때 상대적으로 더 잡음이 많다는 것을 발견하였다. 잡음이 많은 신호로 인해서, 공지되어 있는 용량성 센서에 의한 사람의 등록은 충분히 신뢰할 수 있지 않다. 발명자들은 잡음이 많은 신호는 디스플레이 디바이스 자체 및/또는 디스플레이 디바이스의 환경, 예를 들어 다른 디스플레이 디바이스 부근의 물체의 존재 및/또는 부재를 검출하기 위한 용량성 근접 디바이스를 가지는 다른 디스플레이 디바이스로부터 발생하는 것을 발견하였다. 디스플레이 자체 및/또는 다른 디스플레이 디바이스는 측정-신호와 인터페이스(interface)한다. 용량성 근접 디바이스는 전형적으로 디스플레이 디바이스의 디스플레이 주위의 림(rim)에 위치된다. 림이 상대적으로 작아지고 있기 때문에, 방출 전극 및 수신기 전극 또한 디스플레이 디바이스의 디스플레이에 상대적으로 근접하게 위치된다. 디스플레이가 또한 가변 전기장을 생성하므로, 디스플레이 디바이스의 디스플레이까지의 상대적인 작은 거리로 인한 잡음은 물체 및/또는 사람을 신뢰성 있게 식별하기 위해서 아주 많은 잡음을 발생시킨다. 이 잡음은 상대적으로 넓은 주파수 스펙트럼을 지닌다. 공지되어 있는 용량성 센서 내의 저역 통과 필터를 포함하는 동기 검출은 측정-신호로부터 잡음을 필터링하는데 이용된다. 그러나, 생성된 방출 주파수에 근접한 주파수 성분을 갖고 이로 인해 대역-통과 증폭기들의 송신 대역 내에 있는 잡음은 대역-통과 증폭기들에 의해 적절히 필터링되지 않는다. 대역-내(in-band) 잡음의 진폭이 크기 때문에, 증폭기들 및 동기 검출기는 클립(clip)되어, 부적절한 필터링 및 회로의 오작동을 발생시켜, 잘못된 물체 존재 검출을 제공할 수 있다.
발명자들은 디스플레이 디바이스 내의 공지되어 있는 센서들을 적용할 때 추가 잡음-억제 기술들이 필요하다는 것을 발견하였다. 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스의 신뢰성을 개선하기 위해서, 용량성 근접 디바이스는 동기 검출 회로에 진입하기 전에 측정-신호로부터의 잡음을 감소시키기 위한 잡음-억제 수단을 포함한다. 잡음 억제 수단을 제 1 동기 검출 회로 이전에 적용함으로써, 측정-신호 내에 존재하는 잡음이 감소된 후에 상기 잡음이 증폭된다. 그와 같으므로, 잡음-억제 수단들을 추가함으로써 감지 회로 내의 증폭기 스테이지들이 클립되지 않도록 함으로써, 사람 또는 물체의 검출이 더욱 신뢰성 있도록 한다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서에서의 감지 회로는:
- 수신기 전극으로부터 측정-신호를 수신하는 단계;
- 동기 검출 방법을 통해 및 동기 검출 방법의 출력을 저역 통과 필터링함으로써 출력-신호를 생성하는 단계, 및
- 동기 검출 방법을 적용하기 전에 측정-신호로부터의 잡음을 감소시키기 위한 잡음-억제 방법을 적용하는 단계를 포함하는 방법 단계들을 수행한다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
동기 검출은 예를 들어 방출-신호와 실질적으로 동상인 기준-신호를 이용하여 구동되는 스위칭 정류기(switching rectifier)를 이용하는 동기 정류(synchronous rectification)를 이용하여 행해질 수 있다. 전형적으로, 제 1 동기 정류기는 실질적으로 기준-신호 또는 방출-신호의 제로-크로싱(zero-crossing)으로 스위칭된다. 후속해서 제 1 저역 통과 필터 및 증폭기는 사람 또는 물체의 존재 또는 부재를 나타내는 신호를 추출하고 증폭하는데 이용된다. 이 신호는 정적이거나 서서히-변할 수 있고, 여기서 서서히 변하는 신호는 물체가 이동하고 있다는 표시일 수 있다.
생성된 출력-신호는 예를 들어 비교기를 이용하여 제 1 근접 기준 레벨과 비교될 수 있다. 출력-신호는 물체 및 전자 디바이스 사이의 거리가 증가할 때 증가한다. 그래서, 출력 신호가 제 1 근접 기준 레벨을 넘어서까지 증가하면, 전자 디바이스는 이용자가 부재한 것으로 간주하여 에너지 절감 모드로 전환한다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 잡음-억제 수단은 측정-신호로부터 정정-신호를 공제함으로써 측정-신호로부터 적어도 잡음의 일부를 포함하는 잡음-신호를 생성하는 제 1 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함하고, 정정-신호는 방출-신호와 실질적으로 동일한 주파수 및 위상을 지니고 감지된 방출-신호에 비례하는 진폭을 갖는다. 그와 같은 잡음-신호는 예를 들어 용량성 근접 디바이스에서 이용되어 능동 잡음 억제를 발생시킬 수 있다. 정정-신호의 진폭은 감지된 방출-신호에 비례하고, 바람직하게는 감지된 방출-신호와 동일한 진폭을 포함한다. 측정-신호 내에 존재할 수 있는 대역 내 잡음을 억제하기 위해서, 잡음-억제 수단은 측정-신호로부터 정정-신호를 공제함으로써 측정된-신호 내의 잡음-성분을 재구성한다. 정정-신호가 방출-신호와 동일한 주파수를 지니고 감지된 방출-신호에 비례하는 진폭을 가지므로, 차동 증폭기는 측정-신호로부터 적어도 감지된 방출-신호의 일부를 제거하고, 측정-신호 내의 잡음을 나타내는 잡음-신호를 생성한다. 이 잡음-신호는 감지된 방출-신호의 실질적인 잡음-감소 카피(copy)를 생성하는데 후속해서 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 감지 회로는:
- 방출-신호와 실질적으로 동일한 주파수를 갖고 감지된 방출-신호와 비례하는 진폭을 갖는 정정-신호를 수신하는 단계, 및
- 잡음-신호를 생성하기 위해 측정-신호로부터 정정-신호를 공제하는 단계를 포함하는 방법 단계들을 수행할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 용량성 근접 디바이스는 디스플레이 디바이스에 의해 발생되는 잡음의 적어도 일부를 포함하는 잡음-신호를 감지하기 위해 방출-신호로부터 차폐되는 부가 수신기 전극을 포함한다. 발명자들은 잡음의 대부분이 디스플레이 디바이스의 디스플레이로부터 발생하는 것을 발견하였다. 방출-신호로부터 차폐되는 부가 수신기 전극을 배열하여 이 부가 수신기 전극이 단지 전형적으로 디스플레이 디바이스의 디스플레이로부터 기인하는 잡음을 감지하도록 함으로써, 부가 수신기 전극으로부터의 이러한 잡음-신호는 예를 들어 제 2 차동 증폭기를 이용하여 측정-신호로부터 잡음-신호를 공제함으로써 측정-신호로부터 잡음을 능동적으로 감소시키는데 이용될 수 있다.
부가 수신기 전극의 차폐는 능동 디스플레이 유닛에 아주 근접한 실질적으로 협소한 잡음 수신 전극을 이용함으로써 행해질 수 있다. 방출 신호 수신 전극은 바람직하게도 잡음-수신 전극의 상부에 위치되고 그와 같이 위치됨으로써 잡음-수신 전극을 방출 신호로부터 실질적으로 차폐한다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 잡음-억제 수단은 가변 이득 증폭기, 제 2 저역-통과 필터를 포함하는 제 2 동기 검출 회로, 및 적분기 회로(integrator circuit)를 포함하고, 제 2 저역 통과 필터를 포함하는 제 2 동기 검출 회로는 감지된 방출-신호의 유효 진폭을 생성하기 위해 잡음-신호를 수신하고, 적분기 회로는 유효 진폭을 수신하고 가변 이득 증폭기에 의해 제공되는 이득-신호를 생성하고 가변 이득 증폭기의 이득을 정의하기 위하여 유효 진폭을 기준 레벨과 비교하고, 가변 이득 증폭기는 방출-신호 및 이득-신호를 수신하고 정정-신호를 생성하기 위해 이득-신호에 따라 방출-신호의 진폭을 적응시킨다. 잡음-신호는 측정-신호로부터의 모든 잡음을 포함하고, 반면에 감지된 방출-신호는 억제, 바람직하게는 완전히 억제된다. 정정-신호는 상기 정정 신호가 감지된 방출-신호의 실질적으로 잡음이 없는 카피이므로 감지된 방출-신호와 연관된다. 정정-신호는, 잡음-신호를 이용하여 제 2 저역 통과 필터링을 포함하는 제 2 동기 검출 회로를 이용하는 부가 동기 검출을 잡음-신호에 적용하고, 잡음의 대부분을 제거하고, 단지 감지된 방출-신호의 정적 또는 서서히 변하는 감지된 방출-신호의 유효 진폭만을 제공하여 생성된다. 저주파수 잔여 신호는 예를 들어 접지 레벨과 대비되어 감지된 방출-신호의 저주파수 부분에 대하여 표시하는 이득 신호가 생성된다. 이 이득-신호는 방출-신호를 변조하는데 후속해서 이용된다. 방출-신호는 실질적으로 잡음이 없는 신호로 간주될 수 있고 이득-신호는 주로 사람 또는 물체가 용량성 근접 디바이스의 주변에 존재하는지를 나타내는데 필요한 저-주파수 감지-정보를 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 실질적으로 잡음이 없는 방출-신호를 이득-신호를 이용하여 변조함으로써 감지된 주변 정보(vicinity information)를 포함하는 감지된 방출-신호의 실질적으로 잡음이 없는 카피(copy)가 생성된다. 이 잡음이 없는 카피는 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스의 근처에 있는 사람 또는 물체의 존재 및/또는 부재의 신뢰성 있는 표시인 출력-신호를 신뢰서 있게 생성하는데 추가로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 감지 회로는:
- 부가 동기 검출 방법을 통해 및 부가 동기 검출 방법의 출력을 저역 통과 필터링함으로써 유효 진폭을 생성하는 단계,
- 이득 신호를 생성하기 위해 유효 진폭을 기준 레벨과 비교하는 단계, 및
- 정정-신호를 생성하기 위해 이득-신호에 따라 방출-신호의 진폭을 적응시키는 단계를 포함하는 방법 단계들을 수행할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 잡음-억제 수단은 출력-신호를 생성하기 위하여 후속하여 제 1 검출 회로에 제공되는 잡음 감소 측정-신호를 생성하기 위한 제 2 차동 증폭기를 포함하고, 제 2 차동 증폭기는 측정-신호로부터 잡음-신호를 공제함으로써 잡음-감소 측정-신호를 생성한다. 제 2 차동 증폭기 및 제 1 동기 검출 회로 사이에, 대역-통과 증폭 단계가 존재하여 잡음 감소 측정-신호가 제 1 동기 검출 회로에 진입하기 전에 상기 잡음 감소 측정-신호를 증폭할 수 있다. 잡음-신호는 측정-신호로부터 정정-신호(실질적으로 감지된 방출-신호의 잡음이 없는 카피임)를 공제함으로써 생성된다. 이와 같으므로, 잡음-신호는 이전에 측정-신호 내에 있었던 실질적으로 분리된 잡음을 포함한다. 이 분리된 잡음은 측정-신호가 제 1 동기 검출 회로에 진입하기 전에 잡음을 적어도 부분적으로 제거하기 위해서 측정-신호로부터 공제될 수 있다. 잡음-신호를 이용하여 측정-신호로부터 잡음을 능동적으로 제거함으로써, 출력-신호의 신뢰성이 개선된다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 감지 회로는:
- 측정-신호로부터 잡음-신호를 공제함으로써 잡음-감소 측정-신호를 생성하는 단계, 및
잡음 감소 측정-신호에 검출 방법을 적용함으로써 출력-신호를 생성하는 단계를 포함하는 방법 단계들을 수행할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 정정-신호는 출력-신호를 생성하기 위하여 제 1 검출 회로에 제공된다. 다시, 정정-신호는 증폭된 정정-신호가 제 1 동기 검출 회로에 진입하기 전에 대역 통과 증폭 단계를 이용하여 증폭될 수 있다. 발명자들은, 정정-신호가 감지된 방출-신호의 실질적으로 잡음이 없는 카피이므로, 정정-신호는 측정-신호를 이용하기보다는 출력-신호를 생성하는데 이용되는 것이 유리할 수 있음을 발견하였다. 능동 잡음 억제의 이 대안의 실시예에서, 정정-신호는 상술한 바와 같이 측정-신호로부터 잡음-신호를 공제함으로써 잡음-감소 측정-신호를 생성하는 대신, 제 1 동기 검출 회로에 직접 공급된다(가능하면 대역-통과 증폭 단계를 통해 증폭된 이후에). 능동 잡음 억제의 이 대안의 실시예는 전형적으로 하나 적은 차동 증폭기(제 2 차동 증폭기)를 필요로 하기 때문에 더 적은 구성요소들을 필요로 한다. 일반적으로, 잡음-감소 측정-신호가 제 1 동기 검출 회로에 제공되기 전에, 잡음-감소 측정-신호는 대역 통과 필터 및 증폭기를 통과한다. 대역 통과 필터는 잡음을 더 억제하는데 이용된다. 증폭은 교류 신호를 이용하여 행해지는 것이 바람직한데 왜냐하면 이는 일반적으로 증폭을 위해 상대적으로 비싸지 않은 구성요소들이 이용될 수 있어서 비용적인 이점을 가지기 때문이다. 잡음-감소 측정-신호보다는 정정-신호를 이용하면, 증폭기 앞의 추가 대역-폭 필터가 생략될 수 있어서, 본 발명에 따른 능동 잡음-감소 회로의 비용을 더 감소시킨다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 감지 회로는 청구항 제 3 항과 관련하여 추가 방법 단계를 수행할 수 있고, 상기 방법은:
- 검출 방법을 정정-신호에 적용함으로써 출력-신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
상기에 도시되고 설명된 바와 같이 청구항 제 2 항 내지 제 5 항과 관련되는 능동 잡음-감소 회로는 신호의 협소-주파수 부분 내에 정보를 포함하고 상대적으로 넓은 주파수 범위의 잡음을 포함하는 교류 측정-신호를 수신함으로써 범용 신호 프로세싱을 필요로 하는 임의의 시스템에서 수행될 수 있다. 또한, 능동 잡음-감소는 상기 도시되고 설명된 것과 비교해서 감지 회로 내의 상이한 위치에서 또는 감지 회로 내의 다수의 위치들에서 수행될 수 있다. 최종적으로, 능동 잡음-감소 회로는 측정-신호의 잡음-감소를 필요로 하는 다른 디바이스들, 예를 들어 동기 검출 방법들을 이용하는 다른 디바이스들에서 이용될 수 있으나, 전자 디바이스용 용량성 근접 디바이스에서만 이용되는 것은 아니다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 잡음-억제 수단은 측정-신호 및/또는 출력-신호를 분석하여 측정-신호 내의 방출-신호의 주파수 외의 정기적 및/또는 주기적인 신호 성분을 식별하기 위한 비트-검출기(beat-detector)를 포함한다. 이 정기적 및/또는 주기적 신호 성분은 상대적으로 정기적 및/또는 주기적인 신호를 포함할 수 있는 디스플레이 디바이스 상에 도시되는 현재 영상의 생성으로부터 발생할 수 있다. 현재 영상의 생성은 방출-신호의 주파수와 간섭하는 정기적 주파수를 포함할 수 있으므로, 공지되어 있는 동기 검출을 통해 필터링되지 않을 수 있다. 그와 같은 간섭 신호는 여러 공지되어 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 장치를 이용하여 상대적으로 용이하게 검출될 수 있다.
개시된 바와 같은 비트-검출기는 청구항들 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 이미 개시되는 바와 같이 능동 잡음-억제 방법들에 추가될 수 있다. 그러나, 그와 같은 비트-검출기의 추가는 또한 미리 결정된 주파수를 갖는 신호가 방출되고 연관된 신호가 후속해서 측정되는 범용 신호 프로세싱을 필요로 하는 다른 시스템들 내에 있을 수 있다. 이 시스템들 중 하나에서, 본원에서 개시되고 텍스트의 나머지에서 개시되는 바와 같은 비트-검출기는 유익하게도, 정기적 및/또는 주기적 신호 성분들을 검출하고 이 정기적 및/또는 주기적인 신호 성분들을 회피하거나 또는 식별된 정기적 및/또는 주기적 신호 성분들의 간섭이 최소가 되는 방출 신호의 주파수를 선택하도록 방출 신호의 주파수를 적응시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 비트-검출기는 정기적 및/또는 주기적 신호를 갖는 간섭 신호를 측정-신호 내에서 감소하도록 적응시킨다. 간섭 신호 성분의 주파수의 분석이 제 1 동기 검출기 이후에 행해질 수 있을지라도, 측정-신호로부터 잡음을 감소시키기 위한 적응은 오실레이터에서 방출-신호의 주파수를 변경함으로써 행해지므로 측정-신호가 제 1 동기 검출 회로에 진입하기 전에 행해진다.
최종적으로, 비트-검출기는 다른 디바이스들에서 이용될 수 있고 전자 디바이스를 위한 용량성 근접 디바이스에서만 이용될 수 있는 것은 아니다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 잡음-억제 수단은:
- 측정-신호 및/또는 출력-신호를 수신하는 단계, 및
- 측정-신호 내의 방출-신호의 주파수를 제외한 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 식별하기 위해 측정-신호 및/또는 출력-신호를 분석하는 단계를 포함하는 방법 단계들을 포함할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
비트-검출은 프로그램 가능 제어기, 예를 들어, 마이크로 제어기(microcontroller)에서 상대적으로 용이하게 수행될 수 있다. 용량성 근접 디바이스의 출력-신호는 물체 및 용량성 근접 디바이스 사이의 거리에 대하여 표시한다. 일반적으로 물체는 전형적으로 용량성 근접 디바이스 앞에서 실질적으로 정기적인 움직임으로 이동하지 않는다. 그와 같은 실질적으로 정기적인 움직임이 예를 들어, 미리 결정된 시간 간격을 통해 검출되면, 상기 정기적인 움직임은 디스플레이 디바이스로부터 발생한 잡음일 수 있거나, 또는 예를 들어 또한 부가 용량성 근접 디바이스를 포함하는 부가 디스플레이 디바이스로부터 발생한 잡음일 수 있다. 그와 같은 정기적 및/또는 주기적인 신호는 출력-신호를 생성하기 위한 동기 검출을 통해 완전하게 제거될 수 없고, 자신을 물체 및 용량성 근접 디바이스 사이의 가변 거리를 나타내는 신호로 명시할 수 있다. 이 부가 용량성 근접 디바이스는 용량성 근접 디바이스의 측정-신호에 영향에 미칠 수 있기 때문에 물체 및 용량성 근접 디바이스 사이의 거리에서의 잘못된 편차를 제공할 수 있다. 방출-신호의 주파수를 변경함으로써 측정-신호 내의 정기적 및/또는 주기적 성분이 감소할 수 있고, 동기 검출을 충분히 이용하여 제거될 수 없는 측정-신호 내의 정규 잡음이 감소한다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 비트-검출기는:
- 물체 및 용량성 근접 디바이스 사이의 거리를 나타내는 측정-신호 및/또는 출력-신호를 수신하기 위한 수단, 및
- 용량성 근접 디바이스에 대한 물체의 정기적 및/또는 주기적 거리 편차를 검출하기 위해 측정-신호 및/또는 출력-신호를 분석하기 위한 수단으로서, 정기적 및/또는 주기적 거리 편차는 감지된 방출-신호 내의 정기적 및/또는 주기적 신호 성분에 대해 표시하는, 상기 분석 수단을 포함하고,
- 그와 같은 정기적 및/또는 주기적 거리 편차가 식별되는 경우: 용량성 근접 디바이스는 방출-신호의 주파수를 변경하기 위하여 주파수-신호를 오실레이터로 송신하기 위한 수단을 포함한다.
측정-신호 및/또는 출력-신호를 분석하기 위한 수단은 예를 들어, 상이한 알고리즘들이 당업계에 공지되어 있는 푸리에-변환 알고리즘을 포함할 수 있다. 그와 같은 푸리에-변환 알고리즘은 특히 분석을 위해 출력-신호를 이용할 때, 소프트웨어에서 매우 적절하게 행해질 수 있는데, 왜냐하면 출력 신호는 고속 아날로그-대-디지털 변환기를 필요로 하지 않는 정적 신호 또는 서서히-움직이는 신호이기 때문이다. 대안으로 측정 신호 내의 정기적 및/또는 주기적 성분을 찾기 위해서 측정-신호 및/또는 출력 신호를 분석하기 위한 다른 수단이 이용될 수 있다.
감지된 방출-신호와 간섭하고 있는 비트-주파수는 전형적으로 상대적으로 낮은, 예를 들어 10헤르츠 이하인 주파수를 가진다. 10헤르츠보다 더 높은 주파수를 가지는 간섭은 제 1 동기 검출 회로 뒤에 있는 제 1 저역 통과 필터에 의해 필터링되고 단지 출력-신호에 매우 적게 영향을 미친다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 잡음-억제 수단은:
- 물체 및 용량성 근접 디바이스 사이의 거리를 나타내는 측정-신호 및/또는 출력-신호를 수신하는 단계,
- 용량성 근접 디바이스에 대한 물체의 정기적 및/또는 주기적 거리 편차를 검출하기 위하여 측정-신호 및/또는 출력-신호를 분석하는 단계로서, 정기적 및/또는 주기적 거리 편차는 측정-신호 내의 정기적 및/또는 주기적 신호 성분에 대하여 표시하는, 상기 분석 단계, 및
그와 같은 정기적 및/또는 주기적 거리 편차가 식별되는 경우, 방출-신호의 주파수를 변경하기 위해 주파수-신호를 오실레이터에 송신하는 단계를 포함하는 방법 단계들을 포함할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 오실레이터는 중심 주파수 주위의 미리 정의된 주파수들의 범위 내의 부가 주파수로 스위칭되도록 배열된다. 중심 주파수는 예를 들어 75 kHz이고, 대역 통과 증폭기들은 오실레이터의 중심 주파수에 실질적으로 대응하는 대역 통과 필터의 중심을 가지도록 선택된다. 주파수-신호는 측정-신호로부터 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 감소시키기 위해 선택할 예를 들어 각각 800Hz만큼 떨어진 8개의 상이한 주파수들이 가능하도록 예를 들어 3-비트 신호를 포함할 수 있다. 3-비트 신호를 이용함으로써 잡음-억제 수단의 복잡성이 감소하면서도 오실레이터 주파수의 시프트로 인해 측정-신호로부터의 정기적 및/또는 주기적 신호 성분이 감소하게 한다.
더욱이, 오실레이터의 주파수의 변경은 대역-통과 필터들의 이용으로 인해 제한되어야만 한다. 현재의 대역-통과 필터들로 인해, 동기 검출이 수행되는 위상은 방출-신호의 주파수가 중심 주파수로부터 시프트될 때 특히, 오실레이터에 의해 발생되는 방출-신호의 위상에 완전하게 대응하지 않을 수 있다. 방출-신호 및 동기 검출기의 검출 위상 사이의 위상의 이러한 (상대적으로 작은) 시프트는 방출-신호의 주파수 주위에 완전하게 집중되지 않은 대역 통과 필터에 의해 발생한다. 결과적으로, 출력-신호의 진폭이 감소함으로써 용량성 근접 디바이스의 감도가 감소한다. 미리 정의된 주파수들의 범위 내의 상이한 주파수들로 스위칭됨으로써, 이 주파수들의 범위는 출력-신호의 감소가 제한된 채로 존속되도록 선택될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 비트-검출기는 20헤르츠 미만의 주파수를 갖는 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 검출하도록 구성된다. 감지된 방출-신호와 간섭하는 비트-주파수는 상대적으로 낮은, 예를 들어, 20헤르츠 이하인 주파수를 전형적으로 갖는다. 20헤르츠보다 더 높은 주파수를 갖는 간섭은 동기 검출 회로 이후의 저역 통과 필터에 의해 필터링되어 출력-신호에 단지 미세하게 영향을 미친다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 용량성 근접 디바이스는 기준-신호 및 감지된 방출-신호 사이의 위상차를 최소화하기 위한 위상-제어 회로를 더 포함하고, 기준-신호는 제 1 동기 검출 회로인 제 1 검출 회로 및/또는 제 2 동기 검출 회로를 트리거(trigger)하는데 이용된다. 용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 기준-신호는 실질적으로 오실레이터에 의해 생성되는 방출-신호와 동일하거나, 또는 기준-신호는 방출-신호로부터 직접적으로 도출되는 신호이다. 상술한 바와 같이, 예를 들어 비트-검출기에 의한 측정-신호에서의 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 회피하기 위해 오실레이터를 튜닝(tuning)함에 의한 대역 통과 필터의 중심 주파수에 대한 방출-신호의 주파수를 시프트함으로써, 기준-신호 및 측정-신호 사이의 위상차가 존재할 수 있다. 그와 같은 위상차가 존재하면, 용량성 근접 디바이스의 감도는 최적화되지 않는다. 측정-신호의 위상과 실질적으로 일치하도록 기준-신호의 위상을 시프트하기 위해 위상-제어 회로를 적용함으로써, 측정된 신호의 신호-강도가 최대가 됨으로써 용량성 근접 디바이스의 감도가 최대화된다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 잡음-억제 수단은:
- 기준-신호 및 측정-신호 사이의 위상차를 최소화하는 단계를 포함하는 방법 단계를 포함할 수 있고, 기준 신호는 제 1 동기 검출 회로인 제 1 검출 회로 및/또는 제 2 동기 검출 회로를 트리거링하기 위해 이용된다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 위상-제어 회로는 가변 위상-제어기, 제 3 저역 통과 필터를 포함하는 제 3 동기 검출 회로, 및 제 2 적분기 회로를 포함하고, 제 3 저역 통과 필터를 포함하는 제 3 동기 검출 회로는 측정-신호를 수신하고 기준-신호에 대해 위상이 90도 시프트된 위상-시프트 기준-신호를 이용하여 측정-신호를 검출하고, 제 2 적분기 회로는 가변 위상-제어기에 제공되는 위상-제어-신호를 생성하고 기준-신호의 위상을 정의하기 위해 제 3 저역 통과 필터의 출력을 기준 레벨(예를 들어, 접지)과 비교한다. 기준 신호의 조정은 예를 들어 록-인(lock-in) 증폭기들에서의 위상-조정을 이용하여 흔히 수동으로 행해진다. 대안으로, 자동화된 위상-조정은 예를 들어 직교 기준 신호(quadrature reference signal)들과의 곱을 이용하고, 2제곱된 출력들의 합산의 2제곱근을 이용하여, 이용될 수 있다. 그러나, 그와 같은 자동화된 위상-조정은 강력한 프로세싱을 필요로 함으로써 상대적으로 비용이 많이 든다. 현재 개시되어 있는 바와 같은 자동 위상-제어 회로는 용량성 근접 디바이스의 수동 또는 공장 조정을 방지하여 비용을 감소시킨다.
기준-신호에 대해 90도 시프트되는 주파수로 스위칭하는 제 3 동기 검출 회로를 이용함으로써, 제 3 동기 검출 회로의 출력은 기준-신호의 위상이 측정-신호의 위상에 대응할 때 실질적으로 영(0)이다. 그러나, 두 신호들 사이의 위상의 시프트가 존재하면, 제 2 적분기 회로는 감지된 위상-시프트에 비례하는 위상-제어-신호를 생성한다. 이 위상-제어-신호는 가변 위상-제어기를 제어하기 위해 직접 이용되어서, 기준-신호 및 측정-신호 사이의 위상차가 실질적으로 영이 되도록 기준-신호의 위상을 적응시킨다.
본 실시예의 부가적인 이점은 본 발명이 비트-검출기에 의해 초기화되는 오실레이터에 의해 대역 통과 필터의 중심 주파수에 대한 방출-주파수의 시프팅으로 인해 발생될 수 있는 기준-신호 및 측정-신호 사이의 위상의 불일치들에 대하여 자동으로 정정하는 것이다. 위상-제어 회로를 비트-검출기와 결합함으로써, 정기적 및/또는 주기적 신호 성분들을 방지하기 위해 주파수가 변경될 수 있는 범위가 확장될 수 있고 용량성 근접 디바이스의 감도가 상대적으로 높게 유지될 수 있다.
본원에서 상술한 위상-제어 회로는 이전의 청구항들 중 어느 하나에서 이미 기술된 바와 같이 능동 잡음-억제 방법들에 추가될 수 있다. 그러나, 그와 같은 위상-제어 회로의 추가는 또한 미리 결정된 주파수를 가지는 신호가 방출되고 연관된 신호가 후속해서 측정되는 범용 신호 프로세싱을 필요로 하는 다른 시스템들에서 있을 수 있다. 이 시스템들 중 임의의 시스템에서 여기서 그리고 텍스트의 나머지에서 개시되는 바와 같은 위상-제어 회로는 측정-신호의 주파수에 대해 동기 검출기가 구동되는 주파수를 동기화하는데 적용되는 것이 유익할 수 있다. 결과적으로, 상대적으로 비싸지 않으며 정확한 위상-제어 회로가 획득된다.
상술한 바와 같은 위상-제어 회로는 동기 검출 회로의 출력을 최대화하도록 기준-신호의 위상을 적응시킨다. 그와 같으므로 동기 검출 회로의 출력을 최대화화여 측정-신호로부터의 잡음을 감소시키기 위한 적응은 측정-신호가 제 1 동기 검출 회로에 진입하기 전에 기준-신호의 위상을 변경함으로써 달성된다.
최종적으로, 위상-제어 회로는 다른 디바이스들에서 이용될 수 있고 전자 디바이스를 위한 용량성 근접 디바이스에서만 이용되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 잡음-억제 수단은:
- 기준-신호에 대해 위상이 90도 시프트된 검출 주파수에서 제 3 동기 검출기를 이용하여 측정-신호를 검출함으로써 및 제 3 동기 검출기의 출력을 기준 레벨과 비교함으로써 위상-제어 신호를 생성하는 단계, 및
- 위상-제어 신호에 따라 기준-신호의 위상을 측정-신호에 동상이 되도록 적응시키는 단계를 포함하는 방법 단계들을 포함할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 방출-신호는 기준 신호이다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 용량성 근접 디바이스는 물체의 존재 및/또는 부재를 결정하기 위해 출력-신호를 제 1 근접 기준-레벨과 비교하기 위한 제 1 비교기를 포함하고, 용량성 근접 디바이스는 근거리에 물체의 존재 및/또는 부재를 결정하기 위해 출력-신호를 제 2 근접 기준-레벨과 비교하기 위한 제 2 비교기를 포함한다.
비교기는 별개의 비교기일 수 있거나, 또는 마이크로 제어기 내에 또는 마이크로 제어기의 프로그램된 프로세싱 단계들에 포함될 수 있다. 텍스트의 나머지 부분에서, 텍스트 "근거리(close range)"는 용량성 근접 디바이스에 근접한 거리, 예를 들어 20밀리미터 이하의 거리를 나타낸다.
생성되는 출력-신호는 예를 들어 비교기를 이용하여 제 1 근접 기준 레벨과 비교될 수 있다. 출력-신호는 물체 및 전자 장치 사이의 거리가 증가할 때 증가한다. 따라서, 출력 신호가 상기 제 1 근접 기준 레벨을 초과하여 증가하면, 디스플레이 디바이스는 이용자가 부재한 것으로 간주하여 에너지 절감 모드로 스위칭된다.
대안으로, 출력-신호가 물체 및 디스플레이 디바이스 사이의 거리에 비례하기 때문에, 출력 신호는 디스플레이 디바이스의 다른 파라미터들, 이를테면 디스플레이 디바이스로부터 발산되는 광의 세기, 예를 들어 디스플레이 디바이스의 백라이트의 세기(액정 디스플레이 디바이스의 경우)를 제어하는데 이용될 수 있다. 출력-신호는 또한 다른 파라미터들을 위해 이용되어, 예를 들어 디스플레이 디바이스의 컬러를 변경하거나, 디스플레이 디바이스의 스피커들의 볼륨을 물체 또는 사람의 디스플레이 디바이스까지의 거리와 관련하여 적응시키고, 예를 들어 디스플레이 디바이스의 확대를 적응시키는, 즉, 예를 들어 이용자가 디스플레이 디바이스로부터 더 멀리 위치될 때 폰트(font)를 증가시킬 수 있다.
용량성 근접 디바이스는 예를 들어 디스플레이 디바이스의 부근에 사람이 없는 상황을 나타내는 특정 출력-신호 레벨을 생성한다. 이 신호 레벨은 "무한-신호 레벨(infinity-signal level)"로 나타낼 수 있고, 무한-신호 레벨은 디스플레이의 부근에 아무도 없을 때 이 신호가 최대 신호 레벨임을 나타낸다. 출력-신호 레벨을 디스플레이 디바이스에 물체 또는 사람이 접근할 때 감소한다. 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스는 예를 들어 출력-신호 레벨이 제 1 근접 기준 레벨 아래에 있을 때 에너지 절감 모드를 스위치-오프하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 디바이스는 스위치-온되어 현재 정보를 이용자에게 디스플레이한다. 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스는 또한 "무한-신호 레벨"을 실질적으로 넘어서는 제 2 근접 기준 레벨을 가질 수 있다. 이 제 2 근접 기준 레벨은 물체 또는 사람이 용량성 근접 디바이스에 매우 근접한 상황, 예를 들어 20밀리미터 이하를 나타내는데 이용된다. 사람 또는 물체가 용량성 근접 디바이스에 매우 밀접하면, 사람 또는 물체는 용량성 근접 디바이스의 일부가 되기 시작해서 방출 전극 및 수신기 전극 사이의 용량성 결합을 상당히 증가시킨다. 이와 같은 상황에서, 출력-신호는 전형적으로 "무한-신호 레벨"을 실질적으로 초과한다. 이는 예를 들어 사람이 디스플레이 디바이스의 세팅(setting)들을 적응시키고자 하고 디스플레이 디바이스의 외면에 있는 스위치들을 동작해야 할 때 발생할 수 있다. 그와 같은 고 신호가 검출되면, 디스플레이 디바이스는 스위치-온 된 상태로 남아야 하고 이용자가 예를 들어 자신이 수행하고 있는 적응들을 확인할 수 있음을 보장하도록 에너지 절감 모드를 시작해서는 안 된다. 디스플레이 디바이스가 제 1 근접 기준 레벨 이하에서의 출력-신호 레벨로부터 제 2 근접 기준 레벨 이상의 출력-신호 레벨로의 상대적인 급속한 변화 동안 에너지 절감 모드로 스위칭되는 것을 방지하기 위해, 짧은 지연 시간은 디스플레이 디바이스가 에너지 절감 모드로 스위칭되기 전에 통합될 수 있다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 잡음-억제 수단은:
- 물체의 존재 및/또는 부재를 결정하기 위해 출력-신호를 제 1 근접 기준-레벨과 비교하는 단계, 및
- 근거리에 물체의 존재 및/또는 부재를 결정하기 위해 출력-신호를 제 2 근접 기준-레벨과 비교하는 단계를 포함하는 방법 단계들을 포함할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
용량성 근접 디바이스의 실시예에서, 용량성 근접 디바이스는 용량성 근접 디바이스의 주위 환경들의 변화들에 대한 정정을 위해 물체의 부재 동안 용량성 근접 디바이스의 주기적인 교정(calibration)을 수행하기 위한 수단을 포함한다. 교정은 예를 들어 제 1 및 제 2 근접 기준 레벨들을 정의하는 것을 포함한다.
주기적 교정을 수행하기 위한 수단은 타이머 또는 다른 입력 수단, 이를테면 예를 들어 시스템의 차기 교정이 필요할지의 여부를 결정하는데 이용될 수 있는 온도 및/또는 습도 센서를 갖는 제어기일 수 있다. 이 제어기는 온-보드(on-board) 마이크로 제어기 또는 상이한 제어기의 일부일 수 있다. 주변 환경들의 변화들은 주변 환경들 내에 있고 예를 들어 "무한-신호 레벨"에 영향을 미치는 정적 물체들의 변화들을 포함할 수 있다. 대안으로, 주변 환경들에 대한 변화들은 또한 용량성 근접 디바이스 주위의 환경의 변화들, 이를테면 용량성 주변 디바이스의 신호 강도에 영향을 미치는 온도, 습도의 변화들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 용량성 근접 센서 내의 잡음-억제 수단은:
- 용량성 주변 디바이스의 주변 환경들의 변화들에 대한 정정을 위해 물체의 부재 동안 용량성 근접 디바이스의 주기적인 교정을 수행하는 단계를 포함하는 방법 단계들을 포함할 수 있다.
이 방법 단계들은 프로세서로 하여금 상기 기재된 방법 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 양태들은 이후에 기술되는 실시예들을 참조하여 명확해질 것이고 분명해질 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 용량성 근접 디바이스 내의 감지 센서가 디스플레이 디바이스 앞의 물체 또는 사람을 충분히 신뢰성 있게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스의 개략적인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 능동 잡음 억제 회로를 포함하는 용량성 근접 디바이스의 기능적 블록도.
도 3은 능동 잡음 억제 회로를 포함하는 용량성 근접 디바이스를 위한 실제 전자 배선도.
도 4는 비트-검출기를 포함하는 용량성 근접 디바이스의 개략적인 도면.
도 5는 위상-제어 회로를 포함하는 용량성 근접 디바이스의 기능적 블록도.
도 6은 능동 잡음 억제 회로 및 위상-제어 회로 모두가 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스에 적용되는 기능적 블록도.
도 7은 제 1 근접 기준 레벨 및 제 2 근접 기준 레벨을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 능동 잡음 억제 회로를 포함하는 용량성 근접 디바이스의 기능적 블록도.
도 3은 능동 잡음 억제 회로를 포함하는 용량성 근접 디바이스를 위한 실제 전자 배선도.
도 4는 비트-검출기를 포함하는 용량성 근접 디바이스의 개략적인 도면.
도 5는 위상-제어 회로를 포함하는 용량성 근접 디바이스의 기능적 블록도.
도 6은 능동 잡음 억제 회로 및 위상-제어 회로 모두가 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스에 적용되는 기능적 블록도.
도 7은 제 1 근접 기준 레벨 및 제 2 근접 기준 레벨을 도시한 도면.
도면들은 순전히 개요적이며 축적대로 도시되지 않는다. 특히 명료성을 위해 일부 치수들은 크게 확대된다. 도면들에서의 유사한 구성요소들은 가능한 많이 동일한 참조 번호들에 의해 표시된다.
도 1은 본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스(30)의 개략적인 도면을 도시한다. 용량성 디바이스(30)는 전자 디바이스, 예를 들어 디스플레이 디바이스(34)에, 전형적으로 디스플레이(34)의 림에 배열된다. 용량성 근접 디바이스(30)는 도 1에 도시된 예에서 디스플레이 디바이스(34)의 하부 림에 배열되는 방출 전극(TA), 및 도 1에서 도시된 예에서의 수신기 전극(RA)을 포함하고, 수신기 전극(RA)은 디스플레이 디바이스(34)의 상부 림에 배열된다. 오실레이터(17)는 방출 전극(TA)에 접속되고 방출 전극(TA)을 통해 방출되는 방출 신호(ES)를 생성하여 교류 전기장을 발생시킨다(도 1에서 방출 전극(TA)에서 기원하는 화살표를 포함하는 곡선들에 의해 표시됨). 용량성 근접 디바이스(30)는 수신기 전극(RA)에 접속되고 수신기 전극(RA)을 통해 수신되는 방출 신호(ES)의 나머지를 검출하고 증폭하도록 배열되는 감지 회로(70)를 더 포함한다. 감지 회로(70)는 측정-신호(MS)로부터 정보를 동기 검출하기 위한 제 1 동기 검출 회로(13)를 포함한다. 제 1 동기 검출 회로(13)는 또한, 제 1 동기 검출 회로(13)가 방출-신호(ES)와 실질적으로 동일한 주파수에 있는 측정-신호(MS)를 검출할 수 있도록 하기 위해, 방출-신호(ES) 또는 방출-신호(ES)와 유사한 주파수를 갖는 신호를 수신한다. 동기 검출 회로(13) 이후에, 신호는 제 1 저역 통과 필터(14)를 이용하여 필터링되어 용량성 근접 디바이스(30)로부터의 정보를 포함하여 출력-신호(OS)를 구성하는 측정-신호(MS)의 저-주파수 성분만을 분리한다.
용량성 근접 디바이스(30)는 출력-신호(OS)를 제 1 근접 기준-레벨(RL1)과 비교하기 위한 제 1 비교기(26)를 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 용량성 근접 디바이스(30)는 출력-신호(OS)를 제 2 근접 기준-레벨(RL2)과 비교하기 위한 제 2 비교기(28)를 더 포함한다.
생성된 출력-신호(OS)는 물체(32) 또는 사람(32) 및 용량성 근접 디바이스(30) 사이의 거리에 비례한다. 물체(32) 또는 사람(32)이 전형적으로 접지되면, 이는 방출 전극(TA)에 의해 방출되는 전기장으로부터 장-라인(field-line)을 끌어당긴다. 결과적으로, 물체(32) 및/또는 사람(32) 및 용량성 근접 디바이스(30) 사이의 거리가 감소하면, 출력-신호(OS)의 신호 강도가 감소한다. 결과적으로, 출력-신호(OS)의 신호 강도가 제 1 근접 기준-레벨(RL1) 이하에 있으면(도 7을 또한 참조하라), 용량성 근접 디바이스(30)는 사람(32)이 디스플레이 디바이스(34)에 근접하다고 간주하고, 따라서 디스플레이 디바이스(34)를 스위치-온한다. 사람이 용량성 근접 디바이스(30)로부터 멀어지게 이동하면, 출력-신호(OS)의 신호 강도는 다시 증가한다. 출력-신호(OS)의 신호 강도가 제 1 근접 기준 레벨을 초과하면, 용량성 근접 디바이스(30)는 상기 사람이 디스플레이 디바이스(34)를 떠났다고 간주하고, 따라서 용량성 근접 디바이스(30)는 디스플레이 디바이스(34)가 (본 문서에서는 에너지 절감 모드로 나타낸) 절전 모드로 진입하도록 디스플레이 디바이스(34)에 시그널링한다. 이 에너지-절전 모드에서, 디스플레이이(34)의 백라이트(도시되지 않음)는 스위치-온될 수 있거나, 더 낮은 세기 및/또는 디스플레이 디바이스(34)의 디스플레이의 리프레시-레이트(refresh-rate)로 감소할 수 있다.
대안으로, 출력-신호(OS)는 물체(32) 및 디스플레이 디바이스(34) 사이의 거리에 비례하기 때문에, 출력 신호는 디스플레이 디바이스의 다른 파라미터들, 이를테면 디스플레이 디바이스(34)로부터 방출되는 광의 세기를 제어하는 데 이용되어, 디스플레이 디바이스(34)의 컬러를 변경하거나, 디스플레이 디바이스(34)의 스피커들(도시되지 않음)의 볼륨을 물체 또는 사람의 디스플레이 디바이스(34)까지의 거리와 관련하여 적응시키고, 예를 들어, 디스플레이 디바이스(34) 상에 디스플레이되는 이미지의 확대를 적응, 즉, 예를 들어, 사람(32)이 디스플레이 디바이스(34)로부터 더 멀리 위치될 때 폰트를 증가시킬 수 있다.
용량성 근접 디바이스(30)는 예를 들어 디스플레이 디바이스(34)의 부근에 사람이 없는 상황을 나타내는 특정 출력-신호(OS) 레벨을 생성한다. 이 신호 레벨은 "무한-신호 레벨"로 나타낼 수 있고(도 7을 참조하라), 무한-신호 레벨은 디스플레이 디바이스(34)의 부근에 아무도 없을 때 이 신호가 최대 출력-신호(OS) 레벨임을 나타낸다.
본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스(30)는 또한 "무한-신호 레벨"을 실질적으로 넘어서는 제 2 근접 기준 레벨(RL2)을 가질 수 있다(또한 도 7을 참조하라). 이 제 2 근접 기준 레벨(RL2)은 물체 또는 사람(32)이 용량성 근접 디바이스(30)에 매우 근접한 상황, 예를 들어 20밀리미터 이하를 나타내는데 이용된다. 사람(32)이 용량성 근접 디바이스(30)에 매우 밀접하면, 사람은 용량성 근접 디바이스(30)의 일부가 되기 시작해서 방출 전극(TA) 및 수신기 전극(RA) 사이의 용량성 결합을 상당히 증가시킨다. 이와 같은 상황에서, 출력-신호(OS)는 전형적으로 "무한-신호 레벨"을 실질적으로 초과한다. 이는 예를 들어 사람(32)이 디스플레이 디바이스(30)의 세팅들을 적응시키고자 하고 디스플레이 디바이스(34)의 외면에 있는, 예를 들어 디스플레이 디바이스(34)의 림에 있는 스위치들을 동작시켜야만 할 때 발생할 수 있다. 그와 같은 고 신호(OS)가 검출되면, 디스플레이 디바이스(34)는 스위치-온 된 상태로 남아야 하고 예를 들어 사람(32)이 자신이 수행하고 있는 적응들을 확인할 수 있도록 보장하도록 에너지 절감 모드를 시작해서는 안 된다. 디스플레이 디바이스(34)가 제 1 근접 기준 레벨(RL1) 이하에서의 출력-신호(OS) 레벨로부터 제 2 근접 기준 레벨(RL2) 이상의 출력-신호 레벨로의 상대적인 급속한 변화 동안 에너지 절감 모드로 스위칭되는 것을 방지하기 위해, 짧은 지연 시간(도시되지 않음)은 디스플레이 디바이스(34)가 에너지 절감 모드로 스위칭되기 전에 통합될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 능동 잡음 억제 회로(80)를 포함하는 용량성 근접 디바이스(30)의 기능적 블록도를 도시한다. 발명자들은 공지되어 있는 용량성 근접 디바이스들이 디스플레이 디바이스(34)의 림에 적용될 때 충분하게 기능을 할 수 없고 신뢰성이 있지 않을 수 있음을 발견하였다. 이 신뢰성이 없는 용량성 근접 디바이스(30)의 원인은 디스플레이 디바이스(34)의 디스플레이가 또한 전기장(디스플레이 디바이스(34)로부터 수신기 전극(RA)으로 향하는 도 4에서의 점선의 화살표들을 참조하라)을 발생시킨다는 점이다. 디스플레이 디바이스(34)의 림에서 용량성 근접 디바이스(30)를 구현할 수 있도록, 능동 잡음 억제가 요구된다.
감지 회로(72)는 제 1 대역 통과 증폭기(2)와 직렬로 배열되는 초기 측정-신호 증폭기(10)를 포함한다. 이 증폭된 측정-신호(MS)는 후속해서 제 1 차동 증폭기(4) 및 제 2 차동 증폭기(5)로 제공된다. 제 1 차동 증폭기(4)는 이미 잡음-억제 수단(80)의 일부이고 측정-신호(MS)에 존재하는 잡음을 나타내는 잡음-신호(NS)를 생성하는데 이용된다. 잡음-억제 수단(80)에 의해 생성되는 잡음-신호(NS)는 제 2 차동 증폭기(5)의 반전 입력단(inverting input)에 제공되어 측정-신호로부터 잡음을 공제하여 잡음 감소 측정-신호(NR-MS)를 생성한다. 제 2 대역 통과 증폭기(8)는 잡음 감소 측정-신호(NR-MS)를 제 1 저역 통과 필터(14)를 포함하는 제 1 동기 검출 회로(13)에 제공하기 전에 이용되어 출력-신호(OS)를 생성한다. 감지 회로(72)는 출력-신호를 평가하기 위한 마이크로 제어기(16)에 출력-신호(OS)를 제공하기 전에 증폭기(15)를 더 포함한다.
잡음-억제 수단(80)은 가변 이득 증폭기(3), 제 2 저역 통과 필터(10)를 포함하는 제 2 동기 검출 회로(9), 및 적분기 회로(12)를 포함한다. 제 2 저역 통과 필터(10)를 포함하는 제 2 동기 검출 회로(9)는 측정-신호(MS)의 유효 진폭(EA)을 생성하기 위해 잡음-신호(NS)를 수신한다. 적분기 회로(12)는, 유효 진폭(EA)을 수신하고, 가변 이득 증폭기(3)에 제공되는 유효 진폭(EA)을 생성하고 가변 이득 증폭기(3)의 이득을 정의하기 위해 유효 진폭(EA)을 기준 레벨(예를 들어, 접지)과 비교한다. 가변 이득 증폭기(3)는 방출-신호(ES) 및 이득-신호(GS)를 수신하고 이득-신호(GS)에 따라 방출-신호(ES)의 진폭을 적응시켜서 정정-신호(CS)를 생성한다. 이 정정 신호(CS)는 정정-신호(CS)가 실질적으로 감지된 방출-신호(SES)의 잡음이 없는 카피이므로 측정-신호(MS)와 연관된다. 정정-신호(CS)는 후속해서 측정-신호(MS)로부터 정정-신호(CS)를 공제함으로써 잡음-신호(NS)를 생성하는데 이용된다. 비교기(6)는 오실레이터(17)로부터의 방출 신호(ES)를, 제로 크로싱들에서 신호 및 이의 반전 사이에서 토글링(toggling)하는 제 1 및 제 2 동기화 검출 회로들(9, 13)의 스위치 제어를 제공하는 기준-신호(RS)로 변환시킨다.
잡음 억제의 대안의 방법은 또한 도 2에서 가변 이득 증폭기(3)의 출력에서 정정-신호(CS)인, 측정-신호(MS)의 '잡음이 없는 카피'가 제 2 차동 증폭기(5)의 출력 대신, 제 1 동기 검출 회로(13)의 입력으로 이용되는 것으로 도시된다. 이는 도 2에서 가변 이득 증폭기(3)의 출력으로부터 제 2 대역 통과 증폭기(8)의 입력으로 진행하는 점선(77)으로 표시된다. 능동 잡음 억제의 이 대안의 실시예는 전형적으로 하나 더 적은 차동 증폭기(제 2 차동 증폭기(5))를 필요로 하기 때문에 더 적은 구성요소들을 필요로 한다. 제 2 대역 통과 증폭기(8)가 또한 존재할 수 있고 대역 통과 필터가 부가적으로 비용을 감소하도록 생략될 수 있다.
도 3은 능동 잡음 억제 회로(80)를 포함하는 용량성 근접 디바이스(30)에 대한 실제 개략도를 도시한다. 도 3에 도시되는 참조 번호들은 도 2에 도시된 참조 번호들에 대응한다. 대응하는 참조 번호들로 표시되는 도 3의 박스들에서, 도 2와 관련하여 설명되는 바와 같은 특정 기능을 수행하는 실제 전자 회로가 도시된다. 당업자는 즉시 그리고 분명하게 도 3에 도시된 예들로부터 도 2에 도시된 바와 같은 기능 블록들에 관한 전자 회로를 결정할 수 있다.
도 4는 비트-검출기(82)를 포함하는 용량성 근접 디바이스(40)의 개략적인 도면을 도시한다. 도 4의 개략적인 도면은 다시 방출 전극(TA) 및 수신기 전극(RA) 및 디스플레이 디바이스(34)를 도시한다. 더욱이, 감지 회로(74)는 부가적으로 지정되지 않지만, 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 감지 회로들(74) 중 하나일 수 있다. 도 4에서는 감지 회로(74)의 일부인 오실레이터(17)가 계속해서 개략적으로 도시된다. 그러나, 오실레이터(17)는 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이 감지 회로(17)와는 개별적인 유닛(unit)일 수 있다. 출력-신호(OS)는 부가 제어기 회로(90), 예를 들어 출력-신호(OS)를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그-대-디지털 변환기(92)를 갖는 마이크로 제어기(90)로 제공된다. 이 마이크로 제어기(90)는 비트-검출기(82)를 포함하고, 현재의 예에서, 비트-검출기(82)는 마이크로 제어기(90)에 다음의 단계들을 수행하라고 명령하는, 명령들로부터 구성된다:
- 물체(32) 및 용량성 근접 디바이스(40) 사이의 거리를 나타내는 디지털화된 출력-신호(dOS)를 수신하는 단계,
- 용량성 근접 디바이스(40)에 관한 물체(32)의 정기적 및/또는 주기적 거리 편차를 검출하기 위해 디지털 출력-신호(dOS)를 분석하는 단계, 및
- 그와 같은 정기적 및/또는 주기적 거리 편차가 식별되는 경우: 방출-신호(ES)의 주파수를 변경하기 위해 주파수-신호(FS)를 오실레이터(17)로 송신하는 단계.
또한 비팅(beating)으로 표시되는 측정-신호(MS)에서의 정기적 및/또는 주기적 신호 성분의 주파수 및 진폭은 상대적으로 예측 불가능하고 특정 디스플레이 디바이스 및 오실레이터(17)의 주파수에 좌우된다. 더욱이, 상기 편차들은 오실레이터들(17) 사이에서 상대적으로 크므로 이는 비팅이 발생하지 않는 오실레이터(17)의 정확한 주파수를 설계하는 것이 실질적으로 불가능한 것처럼 보인다. 그러나, 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 검출하고, 다른 오실레이터 주파수로 스위칭하여 출력-신호(OS)의 간섭을 방지하는 것이 가능하다.
정기적 및/또는 주기적 신호 성분의 존재를 검출하기 위한 예는 다음의 알고리즘으로 구성되고, 이는 두 부분들을 포함한다:
제 1 부분은 측정-신호(MS)의 평균인 평균-신호의 크로싱들의 수를 검사한다. 시간 내의 임의의 순간에, 평균이 모니터링될 수 있다. 측정-신호(MS)가 비팅으로 인식되는 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 포함하는 경우, 일부 순간들에서의 측정-신호(MS)는 평균 신호보다 더 작고, 다른 순간에서는 평균-신호보다 더 크다. 교정 동안, 평균-신호를 크로싱하는 측정-신호의 횟수가 계수되고, 비팅 주파수(beating frequency)에 비례하는 값을 산출한다. 비팅이 존재하지 않고, 측정-신호(MS)가 상대적으로 잡음이 많은 경우, 측정-신호(MS)는 평균-신호와 다수 회 크로싱할 것이다. 평균-신호에 대한 측정-신호(MS)의 크로싱들의 수는 비팅인 정기적 및/또는 주기적 신호 성분의 존재의 제 1 표시를 제공한다: 크로싱들(crossings)의 수가 상대적으로 크면, 비팅이 존재하지 않고, 크로싱의 수가 상대적으로 작으면, 비팅이 존재할 수 있다.
알고리즘의 제 2 부분은 평균-신호의 표준 편자를 계속해서 모니터링한다. 교정 동안, 실질적으로 일정한 신호에 관심이 있다. 그러나, 비팅은 이 실질적으로 일정한 평균-신호를 소실시켜서, 평균-신호에서의 진동을 생성한다. 평균-신호의 표준 편차는 제 2 수를 제공한다: 이 제 2 수가 상대적으로 작은 경우 비팅을 가지지 않으며, 이 제 2 수가 상대적으로 큰 경우, 비팅을 갖는다.
두 수들(표준 편차 및 평균 신호에 걸친 측정-신호(MS)의 크로싱들의 수)의 비는 비팅의 존재의 양호한 추정을 제공한다. 이 비가 상대적으로 크면, 대개 비팅이 있다.
명확하게 많은 상이한 알고리즘들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 검출하고 이 성분들을 비팅으로 식별하도록 정의될 수 있다.
대안으로, 비트-검출기(82)는 상기 기재된 방법 단계들을 수행하기 위한 수단을 포함하는 하드웨어에서 제조될 수 있다.
도 5는 위상-제어 회로(84)를 포함하는 용량성 근접 디바이스(50)의 기능적 블록도를 도시한다. 위상-제어 회로(84)는 가변 위상-제어기(19), 제 3 저역 통과 필터(24)를 포함하는 제 3 동기 검출 회로(23), 및 제 2 적분기 회로(25)를 포함한다. 제 3 저역 통과 필터(24)를 포함하는 제 3 동기 검출 회로(23)는 측정-신호(MS)를 수신하고 기준-신호(RS)에 대해 위상이 90도 시프트된 위상-시프트 기준-신호(pRS)를 이용하여 측정-신호(MS)를 검출한다. 제 2 적분기 회로(25)는, 후속해서 가변 위상-제어기(19)에 제공되고 기준-신호(RS)의 위상을 정의하는 위상-제어-신호(PCS)를 생성하기 위해서, 제 3 저역 통과 필터(23)를 기준 레벨, 예를 들어 접지와 비교한다.
기준-신호(RS)의 이 폐루프 위상-제어 회로(84)는 오실레이터(17) 및 총 감지 회로(76) 사이의 신호 경로에서의 임의의 위상 시프트들도 자동으로 보상한다. 블록도에서는 여러 신호들이 제공되어 회로의 판독을 용이하게 한다.
도 6은 본 발명에 따라 능동 잡음 억제 회로(80) 및 위상-제어 회로(84) 이 둘 모두가 용량성 근접 디바이스(60)에 적용되는 기능적 블록도를 도시한다. 능동 잡음-억제 회로(80)는 도 2 및 도 3에 도시된 잡음-억제 회로(80)와 실질적으로 동일하다. 위상-제어 회로(84)는 도 5에 도시된 위상-회로(84)와 실질적으로 동일하다. 마이크로 제어기(16)는 또한 비팅으로 표시되는 측정-신호(MS)에서의 정기적 및/또는 주기적 신호 성분을 방지하도록 오실레이터(17)에 의해 생성되는 방출-신호(ES)의 주파수를 적응시키기 위해서 비트-검출기(82)(도 6에 도시되지 않음)를 더 포함한다.
도 6에 도시되는 실시예는 측정-신호(MS)의 잡음 레벨을 능동적으로 감소시키기 위해 능동 잡음 억제 회로(80)를 제공하고, 동기 검출 회로들(9, 13)으로부터 수신된 신호가 최대가 되도록 제 1 및 제 2 동기 검출 회로들(9, 13)의 주파수가 정확한 주파수 및 위상에서 트리거링되는 것을 보장하는 위상-제어 회로(84)를 제공한다. 이는 디스플레이 디바이스(34) 앞의 물체(32) 또는 사람(32)의 존재 및/또는 부재를 검출하는데 이용될 수 있는 것이 유용한 매우 신뢰성 있는 용량성 근접 디바이스(60)를 제공할 것이다.
도 7은 제 1 근접 기준 레벨(RL1) 및 제 2 근접 기준 레벨(RL2)을 도시한다. 상술한 바와 같이, 제 1 비교기(26)(도 1을 참조하라)는 출력-신호(OS) 레벨을 제 1 근접 기준-레벨(RL1)과 비교하도록 구성된다. 물체(32) 및/또는 사람(32) 및 용량성 근접 디바이스(30) 사이의 거리가 감소하면, 출력-신호(OS)의 신호 강도가 감소한다(참조 번호(100)를 갖는 화살표로 표시됨). 결과적으로, 출력-신호(OS)의 신호 강도가 제 1 근접 기준-레벨(RL1) 이하에 있을 때, 용량성 근접 디바이스(30)는 사람(32)이 디스플레이 디바이스(34)에 가까이 있다고 간주함으로써 디스플레이 디바이스(34)를 스위치-온한다. 사람이 용량성 근접 디바이스(30)로부터 멀리 이동하면, 출력-신호(OS)의 신호 강도는 다시 증가한다(참조 번호(102)를 갖는 화살표로 표시됨). 출력-신호(OS)의 신호 강도가 제 1 근접 기준 레벨 이상이면, 용량성 근접 디바이스(30)는 사람이 디스플레이 디바이스(34)를 떠났다고 간주함으로써 용량성 근접 디바이스(30)는 디스플레이 디바이스(34)를 에너지 절전 모드로 진입하라고 시그널링한다.
본 발명에 따른 용량성 근접 디바이스(30)는 또한 실질적으로 "무한-신호 레벨"을 초과하는 제 2 근접 기준 레벨(RL2)을 갖는다. 이 제 2 근접 기준 레벨(RL2)은 물체(32) 또는 사람(32)이 용량성 근접 디바이스(30)에 매우 가까이, 예를 들어 20밀리미터 이하에 있는 상황을 나타내는데 이용된다. 사람(32)이 용량성 근접 디바이스(30)에 매우 가깝게 접근할 때, 사람(32)은 용량성 근접 디바이스(30)의 일부가 되기 시작해서 방출 전극(TA) 및 수신기 전극(RA) 사이의 용량성 결합을 상당히 증가시킨다. 이와 같은 상황에서, 출력-신호(OS)는 전형적으로 제 1 근접 기준-레벨(RF1) 이하로부터 제 2 근접 기준-레벨(RF2)로 신속하게 변화하여 "무한-신호 레벨"을 초과한다. 이는 예를 들어 사람(32)이 용량성 근접 디바이스(30)의 세팅들을 적응시키고자 하고 디스플레이 디바이스(34)의 외면, 예를 들어 디스플레이 디바이스(34)의 림에 있는 스위치들을 작동해야 할 때 발생할 수 있다. 그와 같은 고 출력-신호(OS)가 검출되면, 디스플레이 디바이스(34)는 스위치-온 된 상태로 남아야 하고 사람(32)이 예를 들어 자신이 수행하고 있는 적응들을 확인할 수 있음을 보장하도록 에너지 절감 모드를 시작해서는 안 된다.
물론, 용량성 근접 디바이스들(30, 40, 50, 60)에 관한 상술한 예들은 모두 디스플레이 디바이스(34)에 적용될 수 있다. 그러나, 당업자에게는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)가 전자 디바이스(34) 및 사람(32) 사이의 거리에 관한 신뢰성 있는 정보가 요구되는 수많은 다른 전자 디바이스들(34)에 적용될 수 있음이 즉시 그리고 분명할 것이다.
본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램들, 특히 본 발명을 실행하도록 적응된 캐리어(carrier) 상의 또는 캐리어 내의 컴퓨터 프로그램들로 확장되는 것이 인식될 것이다. 프로그램은 원시 코드(source code) 및 목적 코드(object code)의 형태, 또는 본 발명에 따른 방법의 구현시에 이용하는데 적합한 임의의 다른 형태로부터 또는 다른 형태에서 적어도 부분적으로 컴파일링되는 형태와 같은 코드 중간 원시 및 목적 코드의 형태일 수 있다. 그와 같은 프로그램은 많은 상이한 아키텍처 설계들을 가질 수 있는 것이 또한 인식될 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법 또는 시스템의 기능을 구현하는 프로그램 코드는 하나 이상의 서브루틴(subroutine)들로 세분될 수 있다. 이 서브루틴들 사이에서 기능을 분배하는 많은 상이한 방법들은 당업자에게 명백할 것이다. 서브루틴들은 하나의 실행가능 파일에 함께 저장되어 자체-내장(self-contained) 프로그램을 형성할 수 있다. 그와 같은 실행가능 파일은 컴퓨터 실행 가능 명령들, 예를 들어 프로세서 명령들 및/또는 해석기 명령들(interpreter instructions)(예를 들어, 자바 해석기 명령들)을 포함할 수 있다. 대안으로, 하나 이상 또는 전체의 서브 루틴들은 적어도 하나의 외부 라이브러리 파일(library file)에 저장되고 예를 들어 실행 시간에 정적으로 또는 동적으로 메인 프로그램과 링크될 수 있다. 메인 프로그램은 서브루틴들 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 호(call)를 포함한다. 또한, 서브루틴들은 서로에 대한 기능 호들을 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 실시예는 진술된 방법들 중 적어도 하나의 프로세싱 단계들의 각각에 대응하는 컴퓨터 실행 가능 명령들을 포함한다. 이 명령들은 서브루틴들로 세분되고/되거나 정적으로 또는 동적으로 링크될 수 있는 하나 이상의 파일들에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품과 관련된 다른 실시예는 진술된 시스템들 및/또는 제품들 중 적어도 하나의 수단의 각각에 대응하는 컴퓨터 실행 가능 명령들을 포함한다. 이 명령들은 서브루틴들로 세분되고/되거나 정적으로 또는 동적으로 링크될 수 있는 하나 이상의 파일들에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 캐리어는 프로그램을 지닐 수 있는 임의의 엔티티(entity) 또는 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 캐리어는 ROM, 예를 들어 CD-ROM 또는 반도체 ROM, 또는 자기 기록 매체, 예를 들어 플로피 디스크 또는 하드 디스크와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 부가적으로 캐리어는 전기 또는 광 케이블을 통해 또는 무선 또는 다른 수단에 의해 전달될 수 있는, 전기 또는 광학 신호와 같은 송신 가능 캐리어일 수 있다. 프로그램이 그와 같은 신호에서 구현되면, 캐리어는 그와 같은 케이블 또는 다른 디바이스 또는 수단에 의해 구성될 수 있다. 대안으로, 캐리어는 프로그램이 내장된 집적 회로일 수 있고, 집적 회로는 관련 방법을 수행하기 위해 또는 관련 방법의 실행에 이용하기 위해 적응된다.
상술한 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 설명하는 것이고, 당업자는 첨부 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 많은 대체 실시예들을 설계할 수 있음이 주목되어야 한다.
청구항들에서, 괄호들 사이에 배치된 참조 부호들은 본 청구항들을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 동사 "comprise" 및 이의 활용형은 청구항에 진술되는 것과는 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 요소에 선행하는 관사 "a" 또는 "an"은 그와 같은 요소들의 복수의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 개별 요소들을 포함하는 하드웨어에 의해 그리고 적절하게 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단들을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 수단의 몇몇의 수단은 하드웨어의 하나의 그리고 동일한 아이템에 의해 구현될 수 있다. 특정 측정조치들이 상호 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 단순한 사실이 이 측정조치들의 결합이 유익하게 이용될 수 없음을 암시하지 않는다.
30 :: 용량성 근접 디바이스 34 : 디스플레이 디바이스
13 : 제 1 동기 검출 회로 70 : 감지 회로
RA : 수신기 전극 TA : 방출 전극
17 : 오실레이터 MS : 측정-신호
13 : 제 1 동기 검출 회로 70 : 감지 회로
RA : 수신기 전극 TA : 방출 전극
17 : 오실레이터 MS : 측정-신호
Claims (15)
- 전자 디바이스(34)의 부근에 물체(32)의 존재 또는 부재를 감지하기 위한 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)에 있어서:
수신기 전극(RA)에 용량성으로 결합되는 방출 전극(TA),
상기 방출 전극(TA)과 상기 수신기 전극(RA) 사이에 교류 전기장인 방출-신호(ES)를 생성하는 오실레이터(17), 및
상기 수신기 전극(RA)에 접속되는 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)를 포함하고,
상기 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)는 상기 수신기 전극(RA)으로부터 측정-신호(MS)를 수신하고, 상기 물체(32)와 상기 전자 디바이스(34) 사이의 거리에 비례하는 출력-신호(OS)를 발생시키기 위한 제 1 검출 회로(13)를 포함하고, 상기 측정-신호(MS)는 잡음을 포함하고, 상기 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)는 상기 제 1 검출 회로(13)에 진입하기 전에 상기 측정-신호(MS)로부터의 잡음을 감소시키기 위한 잡음-억제 수단(80, 82, 84)을 추가로 포함하고,
상기 잡음-억제 수단(80)은 정정-신호(CS)를 생성하기 위하여 방출-신호(ES)의 진폭을 적응시키기 위한 가변 이득 증폭기(3), 및 상기 측정-신호(MS)로부터 정정-신호(CS)를 공제함으로써 상기 측정-신호(MS)로부터의 잡음 중 적어도 일부를 포함하는 잡음-신호(NS)를 생성하기 위한 제 1 차동 증폭기(4)를 포함하고, 상기 정정-신호(CS)는 상기 방출-신호(ES)와 실질적으로 동일한 주파수 및 위상을 갖고 감지된 방출-신호(SES)에 비례하는 진폭을 갖고,
상기 정정-신호(CS)는, 상기 방출-신호(ES)를 수신하고 감지된 방출-신호(SES)의 실질적으로 잡음이 없는 카피인 상기 정정-신호(CS)를 생성하도록 상기 방출-신호(ES)의 진폭을 적응시키는 상기 가변 이득 증폭기(3)에 의해 생성되고,
상기 잡음-신호(NS)는 상기 측정-신호(MS)로부터 상기 잡음을 공제하기 위해 제 2 차동 증폭기(5)의 반전 입력단에 제공되는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 있어서,
상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)는 상기 전자 디바이스(34)로 인해 발생하는 잡음의 적어도 일부를 포함하는 잡음-신호(NS)를 감지하기 위해 상기 방출-신호(ES)로부터 차폐되는 부가 수신기 전극(FRA)을 포함하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 있어서,
상기 잡음-억제 수단(80)은 제 2 저역-통과 필터(10)를 포함하는 제 2 동기 검출 회로(9), 및 적분기 회로(12)를 추가로 포함하고,
상기 제 2 저역 통과 필터(10)를 포함하는 상기 제 2 동기 검출 회로(9)는 상기 감지된 방출-신호(SES)의 유효 진폭(EA)을 생성하기 위해 상기 잡음-신호(NS)를 수신하고, 상기 적분기 회로(12)는 상기 유효 진폭(EA)을 수신하고 상기 가변 이득 증폭기(3)에 제공되는 이득-신호(GS)를 생성하고 상기 가변 이득 증폭기(3)의 이득을 정의하기 위하여 상기 유효 진폭(EA)을 기준 레벨(접지)과 비교하고, 상기 가변 이득 증폭기(3)는 상기 방출-신호(ES) 및 상기 이득-신호(GS)를 수신하고 상기 정정-신호(CS)를 생성하기 위해 상기 이득-신호(GS)에 따라 상기 방출-신호(ES)의 진폭을 적응시키는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 있어서,
상기 잡음-억제 수단(80)은 후속하여 상기 출력-신호(OS)를 생성하기 위한 상기 제 1 검출 회로(13)에 제공되는 잡음-감소 측정-신호(NR-MS)를 생성하기 위한 제 2 차동 증폭기(5)를 포함하고, 상기 제 2 차동 증폭기(5)는 상기 측정-신호(MS)로부터 상기 잡음-신호(NS)를 공제함으로써 상기 잡음-감소 측정-신호(NR-MS)를 생성하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 있어서,
상기 정정-신호(CS)는 상기 출력-신호(OS)를 생성하기 위해 상기 제 1 검출 회로(13)에 제공되는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 있어서,
상기 잡음-억제 수단(82)은 상기 측정-신호(MS) 또는 상기 출력-신호(OS)를 분석하여 상기 측정-신호(MS) 내의 방출-신호(ES)의 주파수 외의 정기적 또는 주기적인 신호 성분을 식별하기 위한 비트-검출기(16, 82)를 포함하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 6 항에 있어서,
상기 비트-검출기(82)는:
상기 물체(32)와 상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60) 사이의 거리를 나타내는 상기 측정-신호(MS) 또는 상기 출력-신호(OS)를 수신하기 위한 수단,
상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)에 대한 상기 물체(32)의 정기적 또는 주기적 거리 편차를 검출하기 위해 상기 측정-신호(MS) 또는 상기 출력-신호(OS)를 분석하기 위한 수단(82)으로서, 상기 정기적 또는 주기적 거리 편차는 상기 감지된 방출-신호(SES) 내의 상기 정기적 또는 주기적 신호 성분에 대해 표시하는, 상기 분석 수단, 및
그와 같은 정기적 또는 주기적 거리 편차가 식별되는 경우: 상기 용량성 근접 디바이스는 상기 방출-신호(ES)의 주파수를 변경하기 위하여 주파수-신호(FS)를 상기 오실레이터(17)로 송신하기 위한 수단을 포함하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 7 항에 있어서,
상기 오실레이터(17)는 중심 주파수 주위의 미리 정의된 주파수들의 범위로 스위칭하도록 구성되는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 있어서,
상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)는 기준-신호(RS)와 상기 감지된 방출-신호(SES) 사이의 위상차를 최소화하기 위한 위상-제어 회로(84)를 추가로 포함하고, 상기 기준-신호(RS)는 제 1 동기 검출 회로(13)인 제 1 검출 회로(13) 또는 제 2 동기 검출 회로(9)를 트리거링하는 데 이용되고, 상기 제 2 동기 검출 회로(9)는 상기 감지된 방출-신호(SES)의 유효 진폭(EA)을 생성하기 위해 상기 잡음-신호(NS)를 수신하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 9 항에 있어서,
상기 위상-제어 회로(84)는 가변 위상-제어기(19), 제 3 저역 통과 필터(24)를 포함하는 제 3 동기 검출 회로(23), 및 제 2 적분기 회로(25)를 포함하고,
상기 제 3 저역 통과 필터(24)를 포함하는 상기 제 3 동기 검출 회로(23)는 상기 측정-신호(MS)를 수신하고 상기 기준-신호(RS)에 대해 위상이 90도 시프트된 위상-시프트된 기준-신호(pRS)를 이용하여 상기 측정-신호(MS)를 검출하고, 상기 제 2 적분기 회로(25)는 상기 가변 위상-제어기(19)에 제공되는 위상-제어-신호(PCS)를 생성하고 상기 기준-신호(RS)의 위상을 정의하기 위해 상기 제 3 저역 통과 필터(23)의 출력을 기준 레벨(접지)과 비교하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 9 항에 있어서,
상기 방출-신호(ES)는 상기 기준 신호(RS)를 포함하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 있어서,
상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)는 상기 물체(32)의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 상기 출력-신호(OS)를 제 1 근접 기준-레벨(RL1)과 비교하기 위한 제 1 비교기(26)를 포함하고, 상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)는 근거리에 상기 물체(32)의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 상기 출력-신호(OS)를 제 2 근접 기준-레벨(RL2)과 비교하기 위한 제 2 비교기(28)를 포함하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 12 항에 있어서,
상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)는 상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)의 주위 환경들의 변화들에 대한 상기 제 1 근접 기준-레벨(RL1) 및 상기 제 2 근접 기준-레벨(RL2)의 정정을 위해 상기 물체(32)의 부재 동안 상기 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)의 주기적인 교정을 수행하기 위한 수단을 포함하는, 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60). - 제 1 항에 따른 용량성 근접 디바이스(30, 40, 50, 60)를 위한 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)에 있어서,
상기 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)는 상기 제 1 검출 회로(13)에 진입하기 전에 상기 측정-신호(MS) 내의 잡음을 감소시키기 위한 잡음-억제 수단(80, 82, 84)을 포함하고,
상기 잡음-억제 수단(80)은 상기 측정-신호(MS)로부터 정정-신호(CS)를 공제함으로써 상기 측정-신호(MS)로부터의 잡음 중 적어도 일부를 포함하는 잡음-신호(NS)를 생성하기 위한 제 1 차동 증폭기(4)를 포함하고, 상기 정정 신호(CS)는 상기 방출-신호(ES)와 실질적으로 동일한 주파수 및 위상을 갖고 상기 감지된 방출-신호(SES)에 비례하는 진폭을 갖고,
상기 정정-신호(CS)는, 상기 방출-신호(ES)를 수신하고 감지된 방출-신호(SES)의 실질적으로 잡음이 없는 카피인 상기 정정-신호(CS)를 생성하도록 상기 방출-신호(ES)의 진폭을 적응시키는 가변 이득 증폭기(3)에 의해 생성되고,
상기 잡음-신호(NS)는 상기 측정-신호(MS)로부터 상기 잡음을 공제하기 위해 제 2 차동 증폭기(5)의 반전 입력단에 제공되는, 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78). - 전자 디바이스(34)의 부근에 물체(32)의 존재 또는 부재를 감지하기 위한 방법에 있어서,
방출 전극(TA)과 수신기 전극(RA) 사이에 교류 전기장인 방출-신호(ES)를 생성하는 단계로서, 상기 방출 전극(TA)은 상기 수신기 전극(RA)에 용량성으로 결합되는, 상기 생성 단계,
감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)에서 상기 수신기 전극(RA)으로부터 측정-신호(MS)를 수신하는 단계로서, 상기 측정-신호(MS)는 잡음을 포함하는, 상기 수신 단계,
상기 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)의 잡음-억제 수단(80, 82, 84)에 의해 제 1 검출 회로(13)에 진입하기 전에 상기 측정-신호(MS)로부터의 잡음을 감소시키는 단계, 및
상기 감지 회로(70, 72, 74, 76, 78)의 제 1 검출 회로(13)에서 상기 물체(32)와 상기 전자 디바이스(34) 사이의 거리에 비례하는 출력-신호(OS)를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 잡음 감소 단계는 상기 측정-신호(MS)로부터 정정-신호(CS)를 공제함으로써 잡음-신호(NS)를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 잡음-신호(NS)는 상기 측정-신호(MS)로부터의 잡음의 적어도 일부를 포함하고, 상기 정정-신호(CS)는 상기 방출-신호(ES)와 실질적으로 동일한 주파수 및 위상을 갖고 감지된 방출-신호(SES)에 비례하는 진폭을 갖고,
상기 정정-신호(CS)는, 상기 방출-신호(ES)를 수신하고 감지된 방출-신호(SES)의 실질적으로 잡음이 없는 카피인 상기 정정-신호(CS)를 생성하도록 상기 방출-신호(ES)의 진폭을 적응시키는 가변 이득 증폭기(3)에 의해 생성되고,
상기 잡음-신호(NS)는 상기 측정-신호(MS)로부터 상기 잡음을 공제하기 위해 제 2 차동 증폭기(5)의 반전 입력단에 제공되는, 전자 디바이스의 부근에 물체의 존재 또는 부재 감지 방법.
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