特開 2024-91546 センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024091546

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】センサ

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20240627BHJP

   G06F 3/044 20060101ALN20240627BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 512

G06F3/041 522

G06F3/044 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023213799

(22)【出願日】2023-12-19

(31)【優先権主張番号】10-2022-0182806

(32)【優先日】2022-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】512187343

【氏名又は名称】三星ディスプレイ株式會社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１， Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ， Ｇｉｈｅｕｎｇ－ｇｕ， Ｙｏｎｇｉｎ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002619

【氏名又は名称】弁理士法人ＰＯＲＴ

(72)【発明者】

【氏名】内野 聡

(72)【発明者】

【氏名】松元 一浩

(72)【発明者】

【氏名】瀧口 昌彦

(57)【要約】

【課題】本発明はセンシング性能が向上されたセンサ及びセンサ駆動方法を提供することを目的とする。
【解決手段】センサは、第１電極と第２電極とを含むセンサ層と、前記センサ層から受信した感知信号をデータに変換する信号検出回路と、前記データに基づいて前記感知信号の状態を検出する信号状態検出器と、前記感知信号の状態によって前記データを復元し、復元データを出力する信号復元器と、前記データまたは前記復元データに基づいて座標を計算する座標計算機と、を含むが、前記信号復元器は２次元正規分布波形を利用して前記データを前記復元データに復元する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と第２電極とを含むセンサ層と、
前記センサ層から受信した感知信号をデータに変換する信号検出回路と、
前記データに基づいて前記感知信号の状態を検出する信号状態検出器と、
前記感知信号の状態によって前記データを復元し、復元データを出力する信号復元器と、
前記データまたは前記復元データに基づいて座標を計算する座標計算機と、を含み、
前記信号復元器は２次元正規分布波形を利用して前記データを前記復元データに復元するセンサ。

【請求項2】

前記信号復元器は、
前記データからノイズを除去して第１中間データを生成する第１フィルタと、
前記第１中間データから中心位置を算出する中心位置算出部と、
累積値を前記第１中間データに反映して第２中間データを生成する第２フィルタと、
前記第２中間データに前記２次元正規分布波形を演算して前記復元データを生成する演算部と、を含む請求項１に記載のセンサ。

【請求項3】

前記演算部は前記第２中間データと前記２次元正規分布波形の中心位置を合わせ、前記第２中間データの中心位置と前記２次元正規分布波形をかけて前記復元データを生成する請求項２に記載のセンサ。

【請求項4】

前記第２フィルタはＩＩＲ時間フィルタである請求項２に記載のセンサ。

【請求項5】

前記第２フィルタは前記第１中間データと前記累積値を所定の比率で混合して前記第２中間データを出力し、
前記所定の比率はａ：（１－ａ）であり、前記ａは０以上０．９以下の値である請求項２に記載のセンサ。

【請求項6】

前記信号復元器は前記第１中間データのオフセットを調整し、調整された第１中間データを前記第２フィルタに提供するオフセット調整部を更に含む請求項２に記載のセンサ。

【請求項7】

前記信号復元器は前記復元データに前記復元データに対する周辺信号を利用して前記復元データのノイズを除去する第３フィルタを更に含む請求項２に記載のセンサ。

【請求項8】

前記信号復元器は前記復元データのゲインを調整するゲイン補正部を更に含む請求項２に記載のセンサ。

【請求項9】

前記信号状態検出器は、前記第１電極と前記第２電極との間の相互キャパシタンスを測定したローデータから獲得された統計値を周期的に更新するように構成され、
前記統計値は、前記ローデータの平均値、最大値、最小値、及び標準偏差のうち少なくともいずれか一つを含み、
前記信号状態検出器は、前記データと前記統計値に基づいて決定された少なくとも一つの境界値を比較して前記データの状態を判断するように構成され、
前記少なくとも一つの境界値は周期的に更新される請求項１に記載のセンサ。

【請求項10】

前記感知信号の状態は復元が必要な第１状態と復元が不必要な第２状態とに区分され、前記２次元正規分布波形は前記第２状態の前記データによって生成され、
前記第２状態の前記データの最大範囲及び最小範囲を算出し、前記最大範囲が前記第１状態の前記データのサイズと同じくなるように前記第２状態の前記データが量子化され、
量子化された２次元データで平均（μ）及びｘ、ｙ方向の分散（σｘ＾２，σｙ＾２）を算出し、それを利用して以下の計算式、

【数1】

ｎ＝２、共分散行列Σ＝［［σｘ＾２，σｘｙ］，［σｘｙ，σｙ＾２］］，σｘｙ：ｘｙの共分散、
で前記２次元正規分布波形を生成するように構成される請求項１に記載のセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はセンシング性能が向上されたセンサ及びセンサ駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

テレビ、携帯電話、タブレットＰＣ、ナビゲーション、ゲーム機、車両用ディスプレイなどのようなマルチメディア電子装置は映像を表示し、ボタン、キーボード、マウスなどの通常の入力方式以外にユーザが容易に情報または命令を直観的で便利に入力するようにするタッチ基盤の入力方式を提供する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１９８６０７号公報

【特許文献2】韓国登録特許第１０－１９５３３１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明はセンシング性能が向上されたセンサ及びセンサ駆動方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施例によるセンサは、第１電極と第２電極とを含むセンサ層と、前記センサ層から受信した感知信号をデータに変換する信号検出回路と、前記データに基づいて前記感知信号の状態を検出する信号状態検出器と、前記感知信号の状態によって前記データを復元し、復元データを出力する信号復元器と、前記データまたは前記復元データに基づいて座標を計算する座標計算機と、を含み、前記信号復元器は２次元正規分布波形を利用して前記データを前記復元データに復元する。

【0006】

前記信号復元器は、前記データからノイズを除去して第１中間データを生成する第１フィルタと、前記第１中間データから中心位置を算出する中心位置算出部と、累積値を前記第１中間データに反映して第２中間データを生成する第２フィルタと、前記第２中間データに前記２次元正規分布波形を演算して前記復元データを生成する演算部と、を含む。

【0007】

前記演算部は前記第２中間データと前記２次元正規分布波形の中心位置を合わせ、前記第２中間データと前記２次元正規分布波形をかけて前記復元データを生成する。

【0008】

前記第２フィルタはＩＩＲ時間フィルタである。

【0009】

前記第２フィルタは前記第１中間データと前記累積値を所定の比率で混合して前記第２中間データを出力する。

【0010】

前記所定の比率はａ：（１－ａ）であり、前記ａは０以上０．９以下の値である。

【0011】

前記信号復元器は前記第１中間データのオフセットを調整して前記第２フィルタに提供するオフセット調整部を更に含む。

【0012】

前記信号復元器は前記復元データに前記復元データに対する周辺信号を利用して前記復元データのノイズを除去する第３フィルタを更に含む。

【0013】

前記信号復元器は前記復元データのゲインを調整するゲイン補正部を更に含む。

【0014】

前記信号状態検出器は、前記第１電極と前記第２電極との間の相互キャパシタンスを測定したローデータから獲得された統計値を周期的に更新するように構成される。

【0015】

前記統計値は、前記ローデータの平均値、最大値、最小値、及び標準偏差のうち少なくともいずれか一つを含む。

【0016】

前記センサ層は複数の領域に区画され、前記統計値は前記複数の領域別に分類されて保存される。

【0017】

前記信号状態検出器は、前記データと前記統計値に基づいて決定された少なくとも一つの境界値を比較して前記データの状態を判断するように構成される。

【0018】

前記少なくとも一つの境界値は周期的に更新される。

【0019】

前記信号状態検出器は、人工知能基盤の画像認識及び分類技術を利用して前記データの状態を判断するように構成される。

【0020】

前記感知信号の状態は復元が必要な第１状態と復元が不必要な第２状態とに区分され、前記２次元正規分布波形は前記第２状態の前記データによって生成される。

【0021】

前記第２状態の前記データの最大範囲及び最小範囲を算出し、前記最大範囲が前記第１状態の前記データのサイズと同じくなるように前記第２状態の前記データが量子化され、量子化された２次元データで平均（μ）及びｘ、ｙ方向の分散（σｘ＾２，σｙ＾２）を算出し、それを利用して以下の計算式、

【0022】

【数1】

【0023】

ｎ＝２、共分散行列Σ＝［［σｘ＾２，σｘｙ］，［σｘｙ，σｙ＾２］］，σｘｙ：ｘｙの共分散で前記２次元正規分布波形を生成するように構成される。

【0024】

前記センサ層は複数の領域に区画され、前記２次元正規分布波形は前記複数の領域別に分類されて保存される。

【0025】

本発明の一実施例によるセンサの駆動方法は、受信した感知信号をデータに変換するステップと、前記データに基づいて前記感知信号の状態を検出するステップと、前記感知信号の状態によって前記データを復元し、復元したデータを出力するステップと、前記データまたは前記復元データに基づいて座標を計算するステップと、を含むが、前記信号データを出力するステップは２次元正規分布波形を利用して前記データを前記復元データに復元する。

【0026】

前記復元データを出力するステップは、前記データからノイズを除去して第１中間データを生成するステップと、前記第１中間データから中心位置を算出するステップと、前記第１中間データと累積値をａ：（１－ａ）の割合（ａは０以上０．９以下）に混合して第２中間データを生成するステップと、前記第２中間データに前記２次元正規分布波形の中心位置を合わせ、前記第２中間データと前記２次元正規分布波形をかけて前記復元データを生成するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0027】

上述によると、センサは感知信号の状態を検出し、感知信号が弱信号と判断されれば、感知信号のピークが明瞭になるように感知信号を復元する。例えば、センサは感知信号を２次元正規分布波形を利用して復元する。復元された信号のピークは明瞭になり、信号の位置が安定化されて、位置精密度が向上される。弱信号を復元することで、センサに入力される入力に対する信号対雑音比が向上される。また、センシング感度の向上によって近接、ホバリング検出範囲が広くなる。また、センサは相互静電容量信号データのみで信号を復元するため、座標計算アルゴリズムが簡素化される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1a】本発明の一実施例による電子装置の使用状態を示す図である。

【図1b】本発明の一実施例による電子装置の使用状態を示す図である。

【図2a】図１ａの使用状態から獲得した信号のサンプルを示す図である。

【図2b】図１ｂの使用形態から獲得した信号のサンプルを示す図である。

【図3】本発明の一実施例による電子装置のブロック図である。

【図4】本発明の一実施例によるセンサを示す図である。

【図5】本発明の一実施例によるセンサ駆動部のブロック図である。

【図6】センサの駆動方法を説明するための順序図である。

【図7】本発明の一実施例による信号復元器のブロック図である。

【図8】本発明の一実施例による信号復元器を説明するための図である。

【図9】本発明の一実施例による２次元正規分布波形を生成する方法を説明するための図である。

【図10】本発明の一実施例による信号復元器のブロック図である。

【図11】本発明の一実施例による信号復元器のブロック図である。

【図12a】本発明の一実施例による信号復元器のブロック図である。

【図12b】本発明の一実施例による復元データのゲイン調整を説明するための図である。

【図13】本発明の一実施例による信号復元を説明するための図である。

【図14a】第１状態の信号のサンプルを示す図である。

【図14b】復元された信号のサンプルを示す図である。

【図15a】復元されていないデータから算出された座標に対する軌跡を示す図である。

【図15b】復元されたデータから算出された座標に対する軌跡を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本明細書において、ある構成要素（または領域、層、部分など）が他の構成要素の「上にある」、「結合される」、または「結合される」と言及されれば、それは他の構成要素の上に直接配置・連結・結合され得るか、またはそれらの間に第３の構成要素が配置され得ることを意味する。

【0030】

同じ図面符号は同じ構成要素を指す。また、図面において、構成要素の厚さ、割合、及び寸法は技術的内容の効果的な説明のために誇張されている。「及び／または」は、関連する構成要素が定義する一つ以上の組み合わせを全て含む。

【0031】

第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使用されるが、前記構成要素は前記用語に限らない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないながらも第１構成要素は第２構成要素と命名されてもよく、類似して第２構成要素も第１構成要素と命名されてもよい。単数の表面は文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。

【0032】

また、「下に」、「下側に」、「上に」、「上側に」などの用語は、図面に示した構成要素の連関関係を説明するために使用される。前記用語は相対的な概念であって、図面に示した方向を基準に説明される。

【0033】

「含む」または「有する」などの用語は明細書の上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解すべきである。

【0034】

「部（ｐａｒｔ）」、「ユニット」という用語は特定機能を行うソフトウェア構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）またはハードウェア構成要素を意味する。ハードウェア構成要素は、例えば、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）を含む。ソフトウェア構成要素は、実行可能なコード及び／またはアドレス可能な保存媒体内の実行可能コードによって使用されるデータを称する。よって、ソフトウェア構成要素は、例えば、オブジェクト指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素、及び作業構成要素であり、プロセス、機能、属性、手順、サブルーチン、プログラムコードセグメント、ドライバ、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、配列、または変数を含む。

【0035】

異なるように定義されない限り、本明細書で使用された全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるようなものと同じ意味を有する。また、一般的に使用される辞書で定義された用語のような用語は、関連技術の脈絡で有する意味と一致する意味を有すると解釈すべきであって、ここで明示的に定義されない限り、過度に理想的であるか形式的な意味で解釈してはならない。

【0036】

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

【0037】

図１ａは、本発明の一実施例による電子装置１０００の使用状態を示す図である。図１ｂは、本発明の一実施例による電子装置１０００の使用状態を示す図である。

【0038】

図１ａ及び図１ｂを参照すると、電子装置１０００は電気的信号によって活性化される装置である。例えば、電子装置１０００は携帯電話、タブレット、またはゲーム機などであるが、これに限らない。図１ａ及び図１ｂでは電子装置１０００が携帯電話であることを例示的に示している。

【0039】

電子装置１０００にはアクティブ領域１０００Ａと周辺領域１０００ＮＡが定義される。電子装置１０００はアクティブ領域１０００Ａを介して映像を表示する。アクティブ領域１０００Ａは第１方向ＤＲ１と第２方向ＤＲ２によって定義される面を含む。周辺領域１０００ＮＡはアクティブ領域１０００Ａの周辺を囲む。

【0040】

電子装置１０００の厚さ方向は第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２と交差する第３方向ＤＲ３と並んでいる。よって、電子装置１０００を構成する部材の前面（または上面）と背面（または下面）は第３方向ＤＲ３を基準に定義される。

【0041】

電子装置１０００は外部から印加される入力を感知する。例えば、電子装置１０００はタッチ２０００によるパッシブ入力を感知する。タッチ２０００はユーザの身体、パッシブペンのように静電容量に変化を提供する入力手段を全て含む。但し、これに限らず、電子装置１０００は駆動信号を提供するアクティブタイプの入力手段（例えば、アクティブペン）による入力も感知する。

【0042】

図１ａに示した第１使用状態ＳＴ１（または第１状態）は電子装置１０００を片手でタッチする状態である。第１使用状態ＳＴ１は電子装置１０００を握っていない状態、例えば、デーブルの上に乗せた状態で操作する状態である。この場合、電子装置１０００の接地ＧＤ１とタッチ２０００を提供するユーザの接地ＧＤ２は分離され、電子装置１０００は第１使用状態ＳＴ１で十分な接地状態を有することができない。

【0043】

図１ｂに示した第２使用状態ＳＴ２（または第２状態）は電子装置１０００をユーザが握って２０００ａ、タッチ２０００を提供する状態である。図１ｂでは電子装置１０００を操作するに当たって両手を使用することを例示的に示したが、これに限らない。例えば、電子装置１０００を片手で握った状態で握った手の指を利用してタッチ２０００を提供する場合も第２状態ＳＴ２とみなされる。この場合、電子装置１０００の接地ＧＤＣとタッチ２０００を提供するユーザの接地ＧＤＣは共通の接地状態であって、いずれも地面に連結される。よって、電子装置１０００は第２使用状態ＳＴ２で十分な接地状態を有することができる。

【0044】

第１使用状態ＳＴ１は低い接地質量（Ｌｏｗ Ｇｒｏｕｎｄ Ｍａｓｓ、ＬＧＭ）状態を引き起こし、第２使用状態ＳＴ２は高い接地質量（Ｈｉｇｈ Ｇｒｏｕｎｄ Ｍａｓｓ、ＨＧＭ）状態を引き起こす。

【0045】

図２ａは、図１ａの使用状態から獲得した信号ＳＣ１のサンプルを示す図である。図２ｂは、図１ｂの使用形態から獲得した信号ＳＣ２のサンプルを示す図である。

【0046】

図１ａ及び図２ａを参照すると、電子装置１０００の接地ＧＤ１とタッチ２０００を提供するユーザの接地ＧＤ２は互いに異なる。よって、静電容量の変化を検出する信号が不安定になる恐れがある。第１使用状態ＳＴ１で獲得された信号ＳＣ１はタッチ２０００の接触面積及び／またはタッチ２０００する方法によって中心（またはピーク）が窪んだ波形を有する。第１使用状態ＳＴ１で獲得された信号ＳＣ１のサンプルを見ると、中央が窪んだ状態で周辺に信号ピークが分散された状態を有する。この場合、それぞれのピークを別途の信号と誤って認識し、タッチ座標の正確性が下がる恐れがある。

【0047】

図１ｂ及び図２ｂを参照すると、電子装置１０００とタッチ２０００を提供するユーザの接地ＧＤＣは共通している。よって、第２使用状態ＳＴ２で獲得された信号ＳＣ２のサンプルを見ると中央に向かう信号ＳＣ２のピークが明確に表れている。

【0048】

本発明によると、第１使用状態ＳＴ１で獲得された信号ＳＣ１は第２使用状態ＳＴ２で獲得された信号ＳＣ２のように信号のピークが明瞭になるように復元される。例えば、第１使用状態ＳＴ１で獲得された信号ＳＣ１を２次元正規分布波形を利用して復元する。復元された信号のピークは明瞭になり、信号の位置が安定化されて、位置精密度が向上される。また、本発明の一実施例によると、相互静電容量信号データのみで信号を復元するため、座標計算アルゴリズムが簡素化される。それに関する具体的な説明は後述される。

【0049】

図３は、本発明の一実施例による電子装置１０００のブロック図である。

【0050】

図３を参照すると、電子装置１０００は、表示パネル１００と、センサ２００と、表示駆動部１００Ｃと、メイン駆動部１０００Ｃとを含む。センサ２００はセンサ層２００Ｌとセンサ駆動部２００Ｃとを含む。

【0051】

表示パネル１００は映像を実質的に生成する構成である。表示パネル１００は発光型表示層であり、例えば、表示パネル１００は有機発光表示層、無機発光表示層、有機－無機発光表示層、量子ドット表示層、マイクロＬＥＤ表示層、またはナノＬＥＤ表示層である。

【0052】

センサ層２００Ｌは表示パネル１００の上に配置される。センサ層２００Ｌは外部から印加される外部入力を感知する。外部入力は静電容量に変化を提供する入力手段を全て含む。例えば、センサ層２００Ｌはユーザの身体のようなパッシブ型の入力手段だけでなく、駆動信号を提供するアクティブ型の入力手段による入力も感知する。

【0053】

メイン駆動部１０００Ｃは表示装置１０００の全般的な動作を制御する。例えば、メイン駆動部１０００Ｃは表示駆動部１００Ｃ及びセンサ駆動部２００Ｃの動作を制御する。メイン駆動部１０００Ｃは少なくとも一つのマイクロプロセッサを含み、グラフィックコントローラを更に含む。メイン駆動部１０００Ｃはアプリケーションプロセッサ、中央処理装置、またはメインプロセッサと称される。

【0054】

表示駆動部１００ｃは表示パネル１００を駆動する。表示駆動部１００Ｃはメイン駆動部１０００Ｃから映像データＲＧＢ及び制御信号Ｄ－ＣＳを受信する。制御信号Ｄ－ＣＳは多様な信号を含む。例えば、制御信号Ｄ－ＣＳは入力垂直同期信号、入力水平同期信号、メインクロック、及びデータイネーブル信号などを含む。表示駆動部１００Ｃは、制御信号Ｄ－ＣＳに基づいて表示パネル１００に信号を提供するタイミングを制御するための垂直同期信号及び水平同期信号を生成する。

【0055】

センサ駆動部２００Ｃはセンサ層２００Ｌを駆動する。センサ駆動部２００Ｃはメイン駆動部１０００Ｃから制御信号Ｉ－ＣＳを受信する。制御信号Ｉ－ＣＳはクロック信号を含む。センサ駆動部２００Ｃはセンサ層２００Ｌから受信した信号に基づいて入力の座標情報を算出し、座標情報を有する座標信号Ｉ－ＳＳをメイン駆動部１０００Ｃに提供する。メイン駆動部１０００Ｃは座標信号Ｉ－ＳＳに基づいてユーザ入力に対応する動作を実行させる。例えば、メイン駆動部１０００Ｃは表示パネル１００に新しいアプリケーション画像が表示されるように表示駆動部１００Ｃを動作させる。

【0056】

図４は、本発明の一実施例によるセンサ２００を示す図である。

【0057】

図４を参照すると、センサ層２００Ｌは、複数の第１電極２１０と複数の第２電極２２０とを含む。第１電極２１０それぞれは第１方向ＤＲ１に沿って延長され、第１電極２１０は第２方向ＤＲ２に離隔されて配列される。第２電極２２０それぞれは第２方向ＤＲ２に沿って延長され、第２電極２２０は第１方向ＤＲ１に離隔されて配列される。第１電極２１０は第２電極２２０と交差する。図示していないが、センサ層２００Ｌは複数の第１電極２１０及び複数の第２電極２２０それぞれに連結される複数のトレースラインを更に含む。

【0058】

第１電極２１０それぞれは感知パータン２１１とブリッジパターン２１２とを含む。互いに隣接した２つの感知パータン２１１は２つのブリッジパターン２１２によって互いに電気的に連結されるが、特にこれに限らない。感知パータン２１１とブリッジパターン２１２は異なる層の上に配置される。

【0059】

第２電極２２０それぞれは第１部分２２１と第２部分２２２とを含む。第１部分２２１と第２部分２２２は互いに一体の形状を有し、同じ層の上に配置される。例えば、第１部分２２１及び第２部分２２２は感知パータン２１１と同じ層の上に配置される。２つのブリッジパターン２１２は第２部分２２２と絶縁交差する。

【0060】

センサ駆動部２００Ｃはメイン駆動部１０００Ｃ（図３を参照）から制御信号Ｉ－ＣＳを受信する。センサ駆動部２００Ｃはメイン駆動部１０００Ｃに座標信号Ｉ－ＳＳ提供する。センサ駆動部２００Ｃは集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ，ＩＣ）で具現されてセンサ層２００Ｌの所定領域に直接実装されるか、別途のプリント回路基板にチップオンフィルム（Ｃｈｉｐ ｏｎ ｆｉｌｍ：ＣＯＦ）方式で実装されてセンサ層２００Ｌと電気的に連結される。

【0061】

センサ駆動部２００Ｃは伝送信号ＴＸを第１電極２１０に出力し、感知信号ＲＸを第２電極２２０から受信する。但し、これに限らない。例えば、センサ駆動部２００Ｃは伝送信号ＴＸを第２電極２２０に出力し、感知信号ＲＸを第１電極２１０から受信してもよい。

【0062】

図５は、本発明の一実施例によるセンサ駆動部２００Ｃのブロック図である。

【0063】

図４及び図５を参照すると、センサ駆動部２００Ｃは、信号検出回路２１０Ｃと、信号状態検出器２２０Ｃと、信号復元器２３０Ｃと、座標計算機２４０Ｃとを含む。

【0064】

信号検出回路２１０Ｃはセンサ層２００Ｌから受信した感知信号ＲＸをデータＳＤに変換する。信号検出回路２１０Ｃはアナログフロントエンドを含む。感知信号ＲＸはアナログ信号であり、データＳＤはデジタル信号である。

【0065】

信号状態検出器２２０ＣはデータＳＤに基づいて感知信号ＲＸの状態を検出する。例えば、信号状態検出器２２０Ｃは感知信号ＲＸが弱信号（ｗｅａｋ ｓｉｇｎａｌ）であるのかを検出する。弱信号であるのかを判断する基準としては多様な方法が適用される。

【0066】

本発明の一実施例において、信号状態検出器２２０Ｃは、第１電極２１０と第２電極２２０との間の相互キャパシタンスを測定したローデータから獲得された統計値から少なくとも一つの境界値（または閾値）を算出する。前記統計値は、前記ローデータの平均値、最大値、最小値、及び標準偏差のうち少なくともいずれか一つを含む。

【0067】

信号状態検出器２２０Ｃは前記少なくとも一つの境界値とデータＳＤを比較してデータＳＤの状態を判断する。信号状態検出器２２０ＣはデータＳＤの信号対雑音比、最大値、最小値、平均値の分布、及びセンシング形状など、及び前記統計値と比較算出した様々な種類の境界値を総合的に考慮してデータＳＤの状態を判定する。つまり、信号状態検出器２２０Ｃは前記少なくとも一つの境界値とデータＳＤを比較してデータＳＤが弱信号であるのかを検出する。

【0068】

信号状態検出器２２０Ｃは予め複数のサンプルから取得したデフォルト統計値を保存する。よって、初期のデータＳＤは前記デフォルト統計値を使用して状態を判断する。前記少なくとも一つの境界値は周期的に更新される。前記少なくとも一つの境界値が更新される周期は多様に設定される。例えば、前記少なくとも一つの境界値はデータＳＤが弱信号ではないと判断されるたびに更新されてもよく、特定時間間隔で更新されてもよい。

【0069】

前記統計値はセンサ層２００Ｌ全体から獲得された一つの統計値であるが、これに限らない。例えば、センサ層２００Ｌは複数の領域に区画され、統計値は複数の領域からそれぞれ獲得されてもよい。よって、複数の領域それぞれに対応する複数の統計値が複数の領域別に分類されて保存される。

【0070】

本発明の一実施例において、信号状態検出器２２０Ｃは人工知能基盤の画像認識及び分類技術を利用してデータＳＤの状態を判断するように構成されてもよい。

【0071】

信号復元器２３０Ｃは感知信号ＲＸの状態によってデータＳＤを復元し、復元データＳＤｃを出力する。例えば、データＳＤが図２ａに示した信号ＳＣ１に対応する第１状態のデータＳＤ１であれば、信号復元器２３０ＣはデータＳＤ１を復元して復元データＳＤｃを出力する。また、データＳＤが図２ｂに示した信号ＳＣ２に対応する第２状態のデータＳＤ２であれば、データＳＤ２は座標計算機２４０Ｃに提供される。

【0072】

信号復元器２３０Ｃは２次元正規分布波形を利用してデータＳＤ１を復元データＳＤｃに復元する。復元データＳＤｃに対応する復元された信号はピークが明瞭になる。よって、ピークの位置が安定化されて、位置精密度が向上される。

【0073】

本発明の実施例によると、弱信号を復元するために自己静電容量信号を使用せずに、相互静電容量信号データのみで信号を復元する。よって、センサ２００の座標計算アルゴリズムが簡素化される。また、信号の復元において、自己静電容量信号を生成しないため、センサ２００は自己静電容量センシング用ハードウェアが省略される。また、信号の復元に自己静電容量信号を使用する比較例に比べ、本発明は相互静電容量信号のみを使用して信号を復元するため、センシング駆動時間が減少されて信号復元遅延が改善される。

【0074】

座標計算機２４０ＣはデータＳＤ２または復元データＳＤｃに基づいて座標を計算する。座標計算機２４０Ｃは座標情報を有する座標信号Ｉ－ＳＳを生成する。

【0075】

図６は、センサ２００（図４を参照）の駆動方法を説明するための順序図である。

【0076】

図５及び図６を参照すると、センサ駆動部２００Ｃはセンサ層２００Ｌから感知信号ＲＸを受信する（Ｓ１００）。信号状態検出器２２０Ｃは感知信号ＲＸの状態を検出する（Ｓ２００）。信号状態検出器２２０Ｃは感知信号ＲＸの状態が第１状態であるのかを判断する（Ｓ３００）。

【0077】

感知信号ＲＸの状態が第２状態であれば、センサ駆動部２００ＣはデータＳＤ２から統計値を取得する（Ｓ４００）。データＳＤ２は第２状態の感知信号ＲＸをデジタル変換したデータである。センサ駆動部２００Ｃは統計値から２次元正規分布波形を更新する（Ｓ５００）。または、センサ駆動部２００ＣはデータＳＤ２を学習データとして獲得してもよい。

【0078】

信号状態検出器２２０Ｃが感知信号ＲＸの状態が第１状態、つまり、弱信号であると判断すれば、統計値の取得及び更新は一時的に中止され、以下の復元動作が実施される。

【0079】

感知信号ＲＸの状態が第１状態であれば、信号復元器２３０ＣはデータＳＤ１復元動作を行う（Ｓ６００）。信号復元器２３０Ｃは２次元正規分布波形を利用して第１状態のデータＳＤ１を復元する。データＳＤ１を復元した復元データＳＤｃは信号復元器２３０Ｃに累積される（Ｓ７００）。復元データＳＤｃの累積は毎回更新される。過去に累積された復元データは第１状態のデータＳＤ１を復元する際に利用される。

【0080】

復元データＳＤｃの累積は特定状態で破棄されて更に更新される。例えば、累積された復元データと新規復元データの差が大きくなれば、従来累積された復元データＳＤｃは破棄されて更に更新される。または、電子装置１０００の使用状態が第１使用状態ＳＴ１（図１ａを参照）から第２使用状態ＳＴ２（図１ｂを参照）に変化すれば、累積された復元データＳＤｃは破棄される。

【0081】

座標計算機２４０Ｃは復元データＳＤｃに基づいて座標を計算し、それに関する情報を有する座標信号Ｉ－ＳＳを出力する（Ｓ８００）。また、感知信号ＲＸの状態が第２状態であれば、座標計算機２４０ＣはデータＳＤ２に基づいて座標を計算し、それに関する情報を有する座標信号Ｉ－ＳＳを出力する（Ｓ８００）。

【0082】

図７は、本発明の一実施例による信号復元器２３０Ｃのブロック図である。図８は、本発明の一実施例による信号復元器を説明するための図である。

【0083】

図７及び図８を参照すると、信号復元器２３０Ｃは、第１フィルタ２３１と、中心位置算出部２３２と、第２フィルタ２３３と、演算部２３４とを含む。

【0084】

第１フィルタ２３１はデータＳＤ１からノイズを除去して第１中間データＤＴ１を生成する。弱信号は通常の信号に比べ中心信号は低く、周辺信号は大きくなる傾向がある。また、データＳＤ１も偏差があるか特定の位置に偏る場合がある。よって、データＳＤ１全体にフィルタ処理を行う。例えば、周辺データを利用してデータＳＤ１を平均化する。この場合、データＳＤ１から不必要なノイズが除去されて後述する中心位置の算出が容易になる。

【0085】

中心位置算出部２３２は第１中間データＤＴ１から中心位置を算出する。弱信号の復元は、弱信号を通常状態の信号と類似するように信号の中心がピーク値を有するように復元することである。よって、復元の対象となるデータＳＤ１と２次元正規分布波形ＮＤの中心を合わせて復元する。第１中間データＤＴ１の中心位置の算出は、弱信号状態で境界値を算出し、境界条件で形状を把握して中心位置を判断する形態で行われる。

【0086】

第２フィルタ２３３は累積値ＡＳＤｃを第１中間データＤＴ１に反映して第２中間データＤＴ２を生成する。累積値ＡＳＤｓは過去に獲得した復元データが累積されたデータである。第２フィルタ２３３はＩＩＲ時間フィルタである。第２フィルタ２３３は第１中間データＤＴ１と累積値ＡＳＤｃを所定の比率で混合して第２中間データＤＴ２出力する。前記所定の比率はａ：（１－ａ）であるが、前記ａは０以上０．９以下の値である。

【0087】

第２中間データ＝第１中間データ＊ａ＋累積値＊（１－ａ）

【0088】

累積値ＡＳＤｃは毎回の復元ごとに更新される。累積値ＡＳＤｃを第１中間データＤＴ１に反映する場合、信号波形の時間的変化（例えば、移動量）による中心位置が補正される。例えば、信号復元器２３０Ｃは過去信号の中心位置と時間的変化をベクトル情報として保存する。よって、現在信号だけでなく、過去の位置変化を鑑みて中心位置が計算される。つまり、過去の位置変化を共にトラッキングすれば、座標の精密度が向上され、信号移動の時間的変化によって中心位置が補正される。

【0089】

演算部２３４は第２中間データＤＴ２に２次元正規分布波形ＮＤを演算して復元データＳＤｃを生成する。つまり、前処理された弱信号の中心位置と２次元正規分布波形ＮＤの中心位置を合わせ、２つをかけて第２中間データＤＴ２の形状を復元する。つまり、演算部２３４は第２中間データＤＴ２と２次元正規分布波形ＮＤの中心位置を合わせ、第２中間データＤＴ２と２次元正規分布波形ＮＤをかけて復元データＳＤｃを生成する。

【0090】

データＳＤ１は理想的な信号ピークを有する２次元正規分布波形ＮＤだけでなく、時間方向の累積値ＡＳＤｃが反映されて復元データＳＤｃに復元される。つまり、２次元正規分布波形ＮＤを利用して復元する前に、累積値ＡＳＤｃを利用して第１中間データＤＴ１を第２中間データＤＴ２に変換する。よって、第１中間データＤＴ１に累積値ＡＳＤｃが先に反映されることで突発的なノイズが１次的に除去され、復元データＳＤｃの安定性が更に向上される。

【0091】

図９は、本発明の一実施例による２次元正規分布波形ＮＤを生成する方法を説明するための図である。

【0092】

図８及び図９を参照すると、感知信号ＲＸ（図４を参照）の状態は復元が必要な第１状態と不必要な第２状態とに区分される。２次元正規分布波形ＮＤは第２状態の感知信号ＲＸによって生成される。２次元正規分布波形ＮＤは信号サンプルの形状及び信号の強度などを補正するのに利用される。

【0093】

第２状態の感知信号ＲＸから統計値が獲得される。前記統計値は標準偏差と、最大ピークと、平均値とを含む。第２状態の感知信号ＲＸの最大範囲及び最小範囲を算出する。次に、最大範囲が復元対象のウィンドウサイズ、例えば、第１状態のデータＳＤ１のサイズと同じくなるように第２状態の感知信号ＲＸを量子化する。量子化された２次元データＳＤ２ａで平均（μ）及びピーク（ＰＫ）を中心にｘ、ｙ方向の分散（σｘ＾２，σｙ＾２）を算出する。次に、獲得された平均（μ）及びｘ、ｙ方向の分散（σｘ＾２，σｙ＾２）、及び以下の計算式を利用して２次元正規分布波形ＮＤを生成する。

【0094】

【数2】

【0095】

ｎ＝２、共分散行列Σ＝［［σｘ＾２，σｘｙ］，［σｘｙ，σｙ＾２］］，σｘｙ：ｘｙの共分散

【0096】

本発明の一実施例において、２次元正規分布波形ＮＤは信号ピークの分散を最小化するために、共分散行列を補正した計算結果を使用してもよい。

【0097】

２次元正規分布波形ＮＤはセンサ層２００Ｌ全体から獲得された一つの２次元正規分布波形ＮＤであるが、特にこれに限らない。例えば、センサ層２００Ｌは数の領域に区画され、２次元正規分布波形ＮＤは複数の領域からそれぞれ獲得されてもよい。よって、複数の領域それぞれに対応する複数２次元正規分布波形ＮＤが複数の領域別に分類されて保存される。

【0098】

図１０は、本発明の一実施例による信号復元器２３０Ｃａのブロック図である。図１０を説明するに当たって、図7で説明された構成要素については同じ図面符号を併記し、それに関する説明は省略する。

【0099】

図１０を参照すると、信号復元器２３０Ｃａはオフセット調整部２３５を更に含む。オフセット調整部２３５は第１中間データＤＴ１のオフセットを調整し、第１－１中間データＤＴ１’を第２フィルタ２３３に提供する。

【0100】

データＳＤ１が弱信号としてマイナスの値を含むことがある。オフセット調整部２３５はマイナスの値のような異常値を復元する際に反映しないように提供される。オフセットを調整するための方法としては多様な方法が適用される。例えば、補正対象信号、第１中間データＤＴ１で境界値（または閾値）を計算し、その閾値に及ばない信号に対して補正を行う。例えば、閾値に及ばない信号に対してオフセット数値を加算する。オフセット数値は信号の最小値から計算される。例えば、オフセット数値は信号の最小値の絶対値の２倍であるが、特にこれに限らない。

【0101】

図１１は、本発明の一実施例による信号復元器２３０Ｃｂのブロック図である。図１１を説明するに当たって、図７で説明された構成要素については同じ図面符号を併記し、それに関する説明は省略する。

【0102】

図１１を参照すると、信号復元器２３０Ｃｂは第３フィルタ２３６を更に含む。第３フィルタ２３６は復元データＳＤｃに対する周辺信号を利用して復元データＳＤｃのノイズを除去し、後処理復元データＳＤｃ’を出力する。例えば、第３フィルタ２３６はぼかしフィルタである。

【0103】

図１２ａは、本発明の一実施例による信号復元器２３０Ｃｃのブロック図である。図１２ｂは、本発明の一実施例による復元データのゲイン調整を説明するための図である。図１２ａを説明するに当たって、図７で説明された構成要素については同じ図面符号を併記し、それに関する説明は省略する。

【0104】

図１２ａ及び図１２ｂを参照すると、信号復元器２３０Ｃｃはゲイン補正部２３７を更に含む。

【0105】

ゲイン補正部２３７は復元された第１信号ＳＳｃの信号範囲と累積された第２状態の信号の最大値を比較し、復元された信号ＳＳｃが過去の統計値に及ばなければ、復元された第１信号ＳＳｃを期待値レベルの第２信号ＳＳｃａに補正する。つまり、第２信号ＳＳｃａは第１信号ＳＳｃにレンジ補正を追加に反映した信号である。

【0106】

図１３は、本発明の一実施例による信号復元を説明するための図である。

【0107】

図５、図７、図１０、図１１、図１２ａ、及び図１３を参照すると、信号復元器２３０Ｃが第１フィルタ２３１と、中心位置算出部２３２と、第２フィルタ２３３と、演算部２３４と、オフセット調整部２３５と、第３フィルタ２３６と、ゲイン補正部２３７をいずれも含む場合の信号復元を説明する図である。

【0108】

第１フィルタ２３１はデータＳＤ１からノイズを除去して第１中間データＤＴ１を生成する。

【0109】

オフセット調整部２３５は第１中間データＤＴ１のオフセットの調整が必要であれば、第１中間データＤＴ１のオフセットを調整し、第１－１中間データＤＴ１’を生成する。

【0110】

第２フィルタ２３３は累積値ＡＳＤｃを第１－１中間データＤＴ１’に反映して第２中間データＤＴ２を生成する。演算部２３４は第２中間データＤＴ２に２次元正規分布波形ＮＤを演算して復元データＳＤｃを生成する。

【0111】

復元データＳＤｃのノイズ除去が更に必要と判断されれば、第３フィルタ２３６は復元データＳＤｃに対する周辺信号を利用して復元データＳＤｃのノイズを除去し、後処理復元データＳＤｃ’を出力する。

【0112】

復元データＳＤｃのレンジ補正が必要と判断されれば、ゲイン補正部２３７は復元データＳＤｃのレンジを補正し、後処理復元データＳＤｃ’’を出力する。後処理復元データＳＤｃ’及びＳＤｃ’’は累積値ＡＳＤｃとして累積される。

【0113】

座標計算機２４０ＣはデータＳＤ２または後処理復元データＳＤｃ’及びＳＤｃ’’に基づいて座標を計算する。座標計算機２４０Ｃは座標情報を有する座標信号Ｉ－ＳＳを生成する。

【0114】

図１４ａは、第１状態の信号ＳＣ１のサンプルを示す図である。図１４ｂは、復元された信号ＳＣｃのサンプルを示す図である。

【0115】

図１４ａは第１状態の信号ＳＣ１の波形を３Ｄで示しており、図１４ｂは第１状態の信号ＳＣ１を復元した復元信号ＳＣｃの波形を３Ｄで示している。図１４ａにおいて、ピークが不明瞭であった信号ＳＣ１は図１４ｂでピークが明瞭な波形を有する復元信号ＳＣｃに復元されていることが分かる。

【0116】

図１５ａは、復元されていないデータから算出された座標に対する第１軌跡ＣＤ１を示す図である。図１５ｂは、復元されたデータから算出された座標に対する第２軌跡ＣＤ２を示す図である。

【0117】

図１５ａ及び図１５ｂを参照すると、第１軌跡ＣＤ１と第２軌跡ＣＤ２を比較すると、第２軌跡ＣＤ２は第１軌跡ＣＤ１に比べ軌跡のずれが減少されて座標の精密度が改善されていることがわかる。

【0118】

本発明の実施例によると、弱信号を復元することで、センサ層２００Ｌ（図４を参照）に入力される入力（例えば、パッシブ入力またはアクティブ入力）に対する信号対雑音比が向上される。つまり、センシング感度の向上によって近接、ホバリング検出範囲が広くなる。

【0119】

これまで本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野における熟練した当業者または該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更し得ることを理解できるはずである。よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載されている内容に限らず、特許請求の範囲によって決められるべきである。

【符号の説明】

【0120】

２００：センサ ２００Ｌ：センサ層
２００Ｃ：センサ駆動部 ２１０Ｃ：信号検出回路
２２０Ｃ：信号状態検出器 ２３０Ｃ：信号復元器
２４０C：座標計算機

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図13】

【図14a】

【図14b】

【図15a】

【図15b】