(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親指を収容する形状を持ち、モバイルコンピュータデバイス上に配置されているタッチパッドと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記モバイルコンピュータデバイスについてのｘ方向およびｙ方向においてカーソルを制御するための親指操作を検出する複数の容量センサを有する容量センサアレイと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記モバイルコンピュータデバイスについてのブール入力として親指圧力を検出する圧力センサ機構と
を備え、
前記タッチパッドは、ディスプレイが設けられた面と隣接する面である側面に設けられ、
前記タッチパッドは、前記容量センサアレイの前記複数の容量センサが分散して設けられている、鞍形状を持つ外側カバーを有する
装置。
【請求項２】
親指を収容する形状を持ち、モバイルコンピュータデバイス上に配置されているタッチパッドと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記モバイルコンピュータデバイスについてのｘ方向およびｙ方向においてカーソルを制御するための親指操作を検出する複数の容量センサを有する容量センサアレイと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記モバイルコンピュータデバイスについてのブール入力として親指圧力を検出する圧力センサ機構と、
前記タッチパッドに対応付けられており、親指を光学的に検出する光センサと
を備え、
前記光センサは、前記タッチパッドの中心の近傍に配置されており、前記容量センサアレイは、前記光センサの周囲を取り囲むように設けられている
装置。
【請求項３】
親指を収容する形状を持ち、モバイルコンピュータデバイス上に配置されているタッチパッドと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記モバイルコンピュータデバイスについてのｘ方向およびｙ方向においてカーソルを制御するための親指操作を検出する複数の容量センサを有する容量センサアレイと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記モバイルコンピュータデバイスについてのブール入力として親指圧力を検出する圧力センサ機構と、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記タッチパッドの長さに沿った親指の動きを光学的に検出する複数の光センサと
を備え、
前記複数の光センサは、前記タッチパッドの中央ラインより下に配置され、前記容量センサアレイは、前記複数の光センサの周囲を取り囲むように設けられている
装置。
【請求項４】
前記圧力センサ機構は、前記タッチパッドの下方に設けられている触覚スイッチを有する請求項１から３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記圧力センサ機構は、一対の触覚スイッチを有しており、前記タッチパッドの両端に１つずつ設けられている請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記タッチパッドは、前記モバイルコンピュータデバイスの上側部分において、前記モバイルコンピュータデバイスを持つと自然に親指が当たる位置に配置されている請求項１から５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記容量センサアレイが有する各センサからの出力を整理するゼブラストリップコネクタをさらに備える請求項１から６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記容量センサアレイが有する各容量センサは、楕円形状であり、前記タッチパッドの両側に沿って配置されている請求項１から７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記容量センサアレイが有する各容量センサは、ひし形形状である請求項１から７の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記容量センサアレイが有する各容量センサは、長円形状である請求項１から７の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記光センサと同位置に配置されている容量センサをさらに備える請求項２に記載の装置。
【請求項１２】
前記容量センサアレイは、放射状パターンを形成する請求項１から１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記容量センサアレイは、格子状パターンを形成する請求項１から１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記容量センサアレイは、星型パターンを形成する請求項１から１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項１５】
ハンドヘルド型のコンピュータデバイスを制御する方法であって、
前記コンピュータデバイスの上側の、前記コンピュータデバイスを持つと自然に親指が当たる箇所であり、ディスプレイが設けられた面と隣接する面である側面に、親指を収納する形状を持つタッチパッドを設ける段階と、
前記タッチパッドを横切るような親指の動きを容量に基づいて検出して、親指の動きをｘ方向およびｙ方向の動きに変換して、前記コンピュータデバイスのディスプレイ上でカーソルを制御する段階と、
前記タッチパッドに加わる圧力を検出して、圧力を前記コンピュータデバイス用のブール入力に変換する段階と
を備え、
前記タッチパッドは、容量センサアレイの複数の容量センサが分散して設けられている、鞍形状を持つ外側カバーを有する
方法。
【請求項１６】
ハンドヘルド型のコンピュータデバイスを制御する方法であって、
前記コンピュータデバイスの上側の、前記コンピュータデバイスを持つと自然に親指が当たる箇所に、親指を収納する形状を持つタッチパッドを設ける段階と、
前記タッチパッドに対応付けられている、親指を光学的に検出する光センサを設ける段階と、
前記タッチパッドを横切るような親指の動きを容量に基づいて検出して、親指の動きをｘ方向およびｙ方向の動きに変換して、前記コンピュータデバイスのディスプレイ上でカーソルを制御する段階と、
前記タッチパッドに加わる圧力を検出して、圧力を前記コンピュータデバイス用のブール入力に変換する段階と
を備え、
前記光センサは、前記タッチパッドの中心の近傍に配置されており、容量センサアレイは、前記光センサの周囲を取り囲むように設けられている
方法。
【請求項１７】
ハンドヘルド型のコンピュータデバイスを制御する方法であって、
前記コンピュータデバイスの上側の、前記コンピュータデバイスを持つと自然に親指が当たる箇所に、親指を収納する形状を持つタッチパッドを設ける段階と、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記タッチパッドの長さに沿った親指の動きを光学的に検出する複数の光センサを設ける段階と、
前記タッチパッドを横切るような親指の動きを容量に基づいて検出して、親指の動きをｘ方向およびｙ方向の動きに変換して、前記コンピュータデバイスのディスプレイ上でカーソルを制御する段階と、
前記タッチパッドに加わる圧力を検出して、圧力を前記コンピュータデバイス用のブール入力に変換する段階と
を備え、
前記複数の光センサは、前記タッチパッドの中央ラインより下に配置され、容量センサアレイは、前記複数の光センサの周囲を取り囲むように設けられている
方法。
【請求項１８】
前記ブール入力は、クリック入力を含む請求項１５から１７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１９】
圧力を検出する際にタップと長押しとを区別する段階をさらに備える請求項１５から１８の何れか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記タッチパッド上または前記タッチパッドの近傍での親指の動きを光学的に検出する段階をさらに備える請求項１５から１９の何れか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ハンドヘルド型のコンピュータデバイスと、
前記コンピュータデバイスの上側パネルに配置されている親指タッチパッドと、
前記親指タッチパッドに対応付けられている複数の容量センサを有する容量センサアレイと、
前記親指タッチパッドに対応付けられている少なくとも１つの光センサと、
前記親指タッチパッドに対応付けられており、前記コンピュータデバイスに対するブール入力として親指圧力を検出する圧力センサ機構と
を備え、
前記親指タッチパッドは、ディスプレイが設けられた面と隣接する面である側面に設けられ、
前記親指タッチパッドは、前記容量センサアレイの前記複数の容量センサが分散して設けられている、鞍形状を持つ外側カバーを有し、
前記容量センサアレイおよび前記光センサは、親指操作を検出して、前記コンピュータデバイスについてのｘ方向およびｙ方向においてカーソルを制御するシステム。
【請求項２２】
ハンドヘルド型のコンピュータデバイスと、
前記コンピュータデバイスの上側パネルに配置されている親指タッチパッドと、
前記親指タッチパッドに対応付けられている複数の容量センサを有する容量センサアレイと、
前記親指タッチパッドに対応付けられており、親指を光学的に検出する少なくとも１つの光センサと、
前記親指タッチパッドに対応付けられており、前記コンピュータデバイスに対するブール入力として親指圧力を検出する圧力センサ機構と
を備え、
前記光センサは、前記親指タッチパッドの中心の近傍に配置されており、前記容量センサアレイは、前記光センサの周囲を取り囲むように設けられており、
前記容量センサアレイおよび前記光センサは、親指操作を検出して、前記コンピュータデバイスについてのｘ方向およびｙ方向においてカーソルを制御するシステム。
【請求項２３】
ハンドヘルド型のコンピュータデバイスと、
前記コンピュータデバイスの上側パネルに配置されている親指タッチパッドと、
前記タッチパッドに対応付けられている複数の容量センサを有する容量センサアレイと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記親指タッチパッドの長さに沿った親指の動きを光学的に検出する複数の光センサと、
前記タッチパッドに対応付けられており、前記コンピュータデバイスに対するブール入力として親指圧力を検出する圧力センサ機構と
を備え、
前記複数の光センサは、前記親指タッチパッドの中央ラインより下に配置され、前記容量センサアレイは、前記複数の光センサの周囲を取り囲むように設けられており、
前記容量センサアレイおよび前記複数の光センサは、親指操作を検出して、前記コンピュータデバイスについてのｘ方向およびｙ方向においてカーソルを制御するシステム。
【請求項２４】
前記親指タッチパッドは、
前記光センサ用に光を通過させるために前記カバーに設けられている開口と、
前記開口の後方に設けられている光源と、
前記開口の後方に設けられている光検出部と
を有する請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記親指タッチパッドはさらに、
前記容量センサアレイが有する各センサからの出力を整理するためのゼブラストリップコネクタ
を有する請求項２１から２４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記圧力センサ機構は、前記タッチパッドの下方に設けられている触覚スイッチを有する請求項２１から２５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記圧力センサ機構は、一対の触覚スイッチを有しており、前記親指タッチパッドの両端に１つずつ設けられている請求項２１から２６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記ブール入力は、クリック入力を含む請求項２１から２７の何れか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ハンドヘルド型コンピューティングプラットフォーム用の入力装置に関する。特に、圧力センサおよび任意で光センサを用いた親指コントロール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンドヘルド型の無線装置、例えば、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、そして、より最新型装置としては新世代のモバイルインターネットデバイス（ＭＩＤ）およびスマートフォンが普及しつつある。市場での競争力を高め、消費者の需要に応えるべく、サービスプロバイダは提供する一連のサービスおよび特徴の一層の拡大に努めている。
【０００３】
ＰＤＡ、より一般的に、ハンドヘルド型コンピュータは本来、メモ、住所録、カレンダー等を記録するための個人用の手帳として利用されるべく設計されていた。現在の世代のＭＩＤハンドヘルド装置は、無線セルラー方式技術がさらに組み込まれており、音声通信用の電話としても機能する。また、多くのハンドヘルド装置によれば、ユーザは、さまざまな情報を入手することが可能となり、さまざまなサービスおよび特徴を利用することができるようになる。例を挙げると、インターネット閲覧、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）に基づく地図および運転案内、その場での株式情報の参照、娯楽案内、電子メールサービス、および、さまざまなマルチメディア機能、例えば、音楽および動画の録音／撮影および再生機能といったサービスおよび特徴が利用可能となる。
【０００４】
このようなハンドヘルド装置は基本的に小型であるので、コマンド入力が課題となっていた。初期の世代のハンドヘルド装置では、データおよびコマンドを打ち込むために物理的なキーを利用していた。近年になって、非常に高品質のタッチ画面が開発された。しかし、物理的なキーであろうと、画面上の仮想的なキーであろうと、キーが小型になる傾向があり、操作が難しい場合があった。場合によっては、ユーザの指が大き過ぎたり、不器用で正確にキーを打てない場合には、スタイラスまたはその他のポインティングスティックを用いることもある。また、キーボードおよびタッチ画面は、基本的な機能を入力するに過ぎない場合であっても、片手のみで持って操作するのが困難な場合がある。このため、モバイルデバイス用の入力装置をより操作し易い構成とすることが求められている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
上記の内容および本発明は、以下に記載する構成および実施形態例についての詳細な説明、ならびに、請求項を、添付図面と共に参照することによって明らかとなるであろう。図面は全て、本発明の開示内容の一部を成すものとする。上記および下記で説明および図示する開示内容では本発明の構成および実施形態例を開示することに重点を置くが、開示内容は本発明を説明するための例に過ぎず、本発明を限定するものではないと明確に理解されたい。
【図１Ａ】本発明に係る親指センサを備えるモバイルインターネットデバイス（ＭＩＤ）を示す正面図である。
【図１Ｂ】本発明に係る親指センサを備えるモバイルインターネットデバイス（ＭＩＤ）を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明に係る親指センサの一実施形態を示す正面展開図である。
【図２Ｂ】本発明に係る親指センサの一実施形態を示す背面展開図である。
【図３Ａ】光センサを備える本発明の別の実施形態を示す正面図である。
【図３Ｂ】光センサを備える本発明の別の実施形態を示す側面図である。
【図３Ｃ】光センサを備える本発明の別の実施形態を示す背面図である。
【図４】図３Ａから図３Ｃに示したデバイスの正面展開図である。
【図５】図３Ａから図３Ｃに示したデバイスの背面展開図である。
【図６】親指センサのための調整ボードおよびセンサ入力の一実施形態を説明するためのブロック図である。
【図７】親指または指によるセンサ表面の被覆領域に対する、光センササブシステム、容量センササブシステム、および、統合ハイブリッド型システムの性能を比較したグラフである。
【図８Ａ】光学的開口の有無が任意である、楕円形状の容量電極がハチの巣状に配置されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図８Ｂ】光学的開口の有無が任意である、楕円形状の容量電極がハチの巣状に配置されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図８Ｃ】光学的開口の有無が任意である、楕円形状の容量電極がハチの巣状に配置されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図８Ｄ】光学的開口の有無が任意である、楕円形状の容量電極がハチの巣状に配置されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図９Ａ】光学的開口の有無が任意である、放射状に複数のセクタに分割されると同時に、複数の同心円の円周に沿って分割されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図９Ｂ】光学的開口の有無が任意である、放射状に複数のセクタに分割されると同時に、複数の同心円の円周に沿って分割されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図９Ｃ】光学的開口の有無が任意である、放射状に複数のセクタに分割されると同時に、複数の同心円の円周に沿って分割されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図９Ｄ】光学的開口の有無が任意である、放射状に複数のセクタに分割されると同時に、複数の同心円の円周に沿って分割されている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図１０Ａ】光学的開口の有無が任意である、多角形状の電極プレートがインターリーブされている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図１０Ｂ】光学的開口の有無が任意である、多角形状の電極プレートがインターリーブされている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図１０Ｃ】光学的開口の有無が任意である、多角形状の電極プレートがインターリーブされている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図１０Ｄ】光学的開口の有無が任意である、多角形状の電極プレートがインターリーブされている放射状センサパターンを示す平面図である。
【図１０Ｅ】電極プレートの特定の配置方法を詳細に説明するための図１０Ａから図１０Ｄの補足図面である。
【図１０Ｆ】電極プレートの特定の配置方法を詳細に説明するための図１０Ａから図１０Ｄの補足図面である。
【図１１Ａ】光学的開口の有無が任意である、軸線に沿ってセンサ領域が分割されている格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１１Ｂ】光学的開口の有無が任意である、軸線に沿ってセンサ領域が分割されている格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１１Ｃ】光学的開口の有無が任意である、軸線に沿ってセンサ領域が分割されている格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１１Ｄ】光学的開口の有無が任意である、軸線に沿ってセンサ領域が分割されている格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１２Ａ】光学的開口の有無が任意である、斜体楕円形状の電極プレートを備える格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１２Ｂ】光学的開口の有無が任意である、斜体楕円形状の電極プレートを備える格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１３Ａ】光学的開口の有無が任意である、ひし形格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１３Ｂ】光学的開口の有無が任意である、ひし形格子状センサパターンを示す平面図である。
【図１４Ａ】親指センサを示す図であり、より高度な位置情報を取得するための親指または指の３次元配向感知方式を示す図である。
【図１４Ｂ】親指センサを示す図であり、より高度な位置情報を取得するための親指または指の３次元配向感知方式を示す図である。
【図１４Ｃ】親指センサを示す図であり、より高度な位置情報を取得するための親指または指の３次元配向感知方式を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
スマートフォンまたはモバイルインターネットデバイス（ＭＩＤ）を制御するべく設計されている小型センサを説明する。センサ表面は、ハンドヘルドデバイスの側面の、ユーザが手に当該ハンドヘルドデバイスを持つとユーザの親指が自然に当たる位置に装着されているとしてよい。センサ表面は、センサ表面を利用する際に視覚的および物理的な手掛かりとなるように、凹型であってよい。センサは、ポインティング、選択および制御のための操作が直感的で疲れにくいような構成となっている。
【０００７】
本明細書では「一実施形態」または「ある実施形態」という表現を何度も用いるが、この表現は、当該実施形態に関連付けて説明している特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。このため、本明細書では繰り返し「一実施形態において」または「ある実施形態によると」といった表現が見られるが、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではない。また、１以上の実施形態において特定の特徴、構造または特性を適宜組み合わせるとしてもよい。
【０００８】
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、本発明に係る親指センサ１０２の一実施形態を備えるモバイルインターネットデバイス（ＭＩＤ）１００を説明するための正面図および側面図である。ＭＩＤ１００は、タッチ画面であるディスプレイ画面１０４、ならびに、電話機能用のスピーカ１０６およびマウスピース１０８等の構成要素を備えるとしてよい。言うまでもなく、ＭＩＤにはこれ以外にも機能があるが、必ずしも全てを説明するものではない。
【０００９】
親指センサ１０２は、ＭＩＤ１００の右上側面に位置するものとして図示されている。言うまでも無く、一部の実施形態では、親指センサ１０２は、左利きユーザに便利なようにＭＩＤのうち別の側面に配置されるとしてよい。図示した位置にある場合、ユーザがデバイス１００を手に持つとユーザの親指は自然にセンサ１０２に当たることになる。
【００１０】
親指センサ１０２は、ＭＩＤ１００に対するさまざまな形態の制御を可能とするとしてよい。第一に、ユーザは、センサ１０２の表面上で親指を摺動させることによってのみ、「ポインティング」を制御することができる。このポインティングは、言うまでもなく、一部の動作、例えば、カーソル１０５をディスプレイ画面１０４上で移動させること、に対応するとしてよい。
【００１１】
第二に、ユーザは、ポインタ、カーソルまたはキャレットの位置に対応付けられた「選択」機能を利用することができる。選択機能は、物理的に親指でセンサ１０２を押下することによって、または、センサ表面で軽くタップする操作を実行することによって実現される。
【００１２】
最後に、ユーザは、垂直方向または水平方向に「フリック」を実行することができる。フリック動作は、電子メールパッケージ、ウェブブラウザ、または、ドキュメントビューワ／エディタの制御にマッピングされ得る。
【００１３】
センサ１０２の「ポインティング」機能の用途の例をさらに挙げると、表示を垂直方向および水平方向にスクロールまたは回転させること、ドキュメントまたはウェブページをスクロールすること、選択カーソルまたは編集キャレットをテキスト内またはウェブドキュメント内で移動させること、ビデオゲームまたは仮想環境等において３Ｄ表示を回転させること、精細な実物または仮想的なカメラのパン、チルト、およびズームを精密に制御すること、インタラクティブ型の地図において精密にパンおよびズームを制御すること、または、デジタル写真のパンおよびズームを精密に制御すること、が挙げられる。
【００１４】
フリック操作の利用例を他にも具体的に挙げると、水平方向および垂直方向にカテゴリー化されて整理されている画像群を反転させること、所定の度数間隔でユーザインターフェース要素を回転させること、または、アプリケーションまたはウィンドウを切り替えること、が挙げられる。
【００１５】
フリック操作を検出方法の１つとして、以下の方法がある。センサ上およびセンサ近傍において親指がある時間にわたって移動すると、３次元で操作経路を形成するべくこの移動を追跡および記録するとしてよい。フリック操作は、設定可能なしきい値と相対的に所与の全移動経路の速度を測定することによって、アルゴリズムを用いて精密位置制御とは区別するとしてよい。この移動経路は、３次元移動経路の空間分析に基づいて終端に到達したと見なされるとしてよい。特に、フリック操作の開始条件および終了条件が満たされているか否かに基づいて判断するとしてよい。フリック操作の開始条件および終了条件は、表面へのタッチに続いて移動が検出され、その後にタッチが離れたことを検出することを含むとしてよい。設定可能な速度しきい値よりも所与の方向に所与の量だけ大きい場合には、この移動操作は、指向性の強いフリック操作と見なされるとしてよい。移動の強さは、ユーザインターフェース要素をどの程度で制御するかにマッピングされている。例えば、３次元のユーザインターフェースオブジェクトの回転速度を変調する。
【００１６】
当該システムにおいて操作を検出する別の方法として、トレーニングされたデータセットおよびパターン分類技術を利用する方法がある。この方法の一実施形態として、特定用途向けに構成されたサポートベクターマシン（ＳＶＭ）がある。この方法では、操作および移動が行なわれる空間を、ＳＶＭへの入力で定義されるＮ空間内の一連のハイパー平面でパーティション化する。例えば、ＳＶＭは、最初のセンサ値、最後のセンサ値、中間センサ値、平均速度、最大速度、「圧力」ＲＭＳを追跡して、６空間での分類を算出するとしてよい。上記のようなＳＶＭはさらに、既に書き込まれており変更できないセンサデータを利用するのではなく、（上記の引数を拡張することによって）状態空間の一環として、光学データを利用することができる。
【００１７】
ＳＶＭ認識装置を直接利用することができ、検出精度を向上させるべく、帰納的ブースティングおよび帰納的特徴削除（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｆｅａｔｕｒｅ  Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ：ＲＦＥ）を同様に利用することができる。トレーニングされたデータを操作エンジンで利用するということは、例外的なユーザをサポートするように再トレーニングされ得る。
【００１８】
操作を検出する方法はどの方法についても、単独で利用するとしてもよいし、または、他の方法と組み合わせて、ハイブリッド方式の操作検出方法として利用されるとしてもよい。
【００１９】
ポインティングデータおよび追跡データは通常、ソフトウェア取得チェーンの複数のポイントにおいて処理される。具体的な実施形態はさまざまであるが、通常の例を挙げると、プリフィルタ、主要フィルタ、および、副次（または、出力）フィルタを含む。プリフィルタの目的は通常、生データサンプルを主要フィルタで利用できるように準備することであり、センサの特徴を決定すると共に、生のセンサの基準フレームから主要フィルタが利用している基準フレームへと変換するための簡単な変換を適用する。主要フィルタは、各サンプルからノイズを除去するように設計されている。最後に、出力フィルタは通常、主要フィルタの出力に変換を適用して、データを直接利用により適したものとする。
【００２０】
本発明の実施形態がハイブリッド型で光学センサおよび容量センサを用いる場合、光学データおよび容量データを同じ座標系に書き換え出来ないように書き込む必要がある。これは、センサ装置の具体的な実施形態に応じて、フィルタチェーンのさまざまなポイントにおいて対応するとしてよい。一実施形態によると、光学データについては容量フィルタとは別のプリフィルタが設けられており、主要フィルタの間のみ容量データとハイブリッド化される。
【００２１】
主要フィルタの一実施形態は、適応型の無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタであり、デバイスの絶対的な追跡位置は、親指または指の移動が低速で慎重になるほどに精密に制御され得る。同じポインタ位置を大きく弧を描くように移動させることも同様に可能である。適応型のフィルタは、センサ表面での動きの速度を測定した結果に基づいてフィルタリングの程度を動的に調節する。フィルタリング後の絶対位置Ｐｎｅｗは、フィルタリング前の絶対位置Ｐｒａｗ、フィルタリング後の先行位置Ｐｐｒｅｖｉｏｕｓ、および、フィルタ係数ｆが与えられると、Ｐｎｅｗ＝ｆ＊Ｐｒａｗ+（１−ｆ）＊Ｐｐｒｅｖｉｏｕｓに従って、ＩＩＲフィルタで算出することができる。
【００２２】
フィルタ係数ｆは、常に０と１との間で変動し、追跡対象の移動をどの程度フィルタリングまたは抑制するかに影響を与える。ｆが１または１に近い値の場合、フィルタリングはディセーブルされて、移動は高速化し、ノイズが増加する。ｆが０または０に近い値の場合、フィルタリングは最大または略最大で、ノイズは低減され、移動は低速化または停止させられる。
【００２３】
フィルタ係数ｆは、相対速度減衰関数Ｆの出力に応じて変わる。この減衰関数Ｆは概して、高速なユーザの指または親指の移動を低いｆの値とマッピングしており、低速なユーザの移動を高いｆの値にマッピングしている。ｆの値は、親指または指が移動を低速化または停止させると、時間と共に指数関数的に減衰して、最終的には１または１の近傍の値に落ち着く。一方、追跡の対象となっているユーザの実際の移動（Ｐｒａｗ）が比較的高速な場合には、Ｆの出力が１に近くなるか、または、１になるので、フィルタリングを低減またはディセーブルにするとしてもよい。ｆは、加速および減速する、抑制された点質量物理系における位置として取り扱われる。この系では、ユーザの高速の移動は、位置表現ｆが１に向けて加速することに対応し、ユーザの低速の移動は、加速効果を低減またはゼロとする。ｆの位置表現は、０に向かう恒常的な減速の影響を受ける。この系において、０に向かう減速は、動きを高速化または低速化することによってユーザが制御可能な時間依存性関数である。ｆの値が０の近傍にある場合には、フィルタリングの程度が高くなるという効果が見られ、これに対応してユーザは、徐々に移動の高速化幅を細かくしていくことがしやすくなる。ｆの値が１または１の近傍にある場合には、ＩＩＲフィルタの効果が低減されるか、または、ＩＩＲフィルタがディセーブルされる。フィルタリングが低減またはディセーブルされると、大きなまたは高速の移動が可能である。また、フィルタリングを低減すると、ノイズが増加するが、一般的に動きが大きくなると小さくて慎重な移動の場合よりもノイズが目立ちにくいので、実際には、パラメータを適切に調整することでノイズをユーザには分からないようにすることができる。調整可能な関数パラメータは、編集キャレットのテキスト本体における文字間での、または、ポインタの画面画素間での意図的且つ高精度の移動が、ディスプレイ画面における大きな移動を大幅に劣化させることなく、当該デバイスで可能となるように、調整されるとしてよい。
【００２４】
適応型フィルタは、親指センサシステムに本質的に存在する問題を解決するように設計されている。この問題とは、親指または指と、センサ表面とを比較した場合にサイズが異なることに関連した問題である。動的選択方式ではなくフィルタリングレベルとして１つのレベルを選択する場合、画素またはテキストにおける精細なカーソル位置決定に最適なように値を選択すると、画面全体または長いテキストにわたってカーソルを動かすための大きな移動については遅過ぎる場合がある。同様に、大きな移動に最適なように係数を選択すると、精細な制御を行う場合には利用できなくなってしまう場合がある。フィルタリングパラメータを動的に制御する場合の利点としてさらに、ユーザの移動が軽くて高速な場合に、不適切にフィルタリングの程度を高くすることによって移動を抑制してしまう事態を避けることができる。このような適応型フィルタリング方式の出力は、ユーザインターフェース全体で利用され、位置の移動に関連する全ての用途において制御感度を改善することができる。
【００２５】
別の実施形態に係る主要フィルタは、多極多タップ有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲ）を利用する。本実施形態によれば、ＩＩＲを利用する実施例に比べて、センサの周波数選択性がより明確になり、ＩＩＲを利用する実施例の不安定性の問題が解決される。ＦＩＲを利用するフィルタ実施例では、システムの信号特性／ノイズ特性を測定した結果に基づいて係数を算出する。
【００２６】
ＦＩＲを利用する実施形態では、ＩＩＲフィルタ方式と同様の拡張方法に基づき、適応型フィルタシステムを形成することができる。
【００２７】
上記以外の主要フィルタ実施形態も利用可能であるとしてよい。貴重な特性を持つ一部の実施形態は、一般的に予測フィルタ、およびカルマン／拡張カルマンフィルタ、具体的には粒子フィルタである。このような実施形態では、予測移動モデルを用いて、状態の算出に役立たせるため、および、応答遅延を低減させるために、基礎となるシステムに情報を与える。これは、光学データおよび容量データのハイブリッド化にも有用である。
【００２８】
主要フィルタに加えて、例えば、マウスのような画面ポインタの利用モデルの場合にカーソル追跡の安定性を改善するために、副次フィルタを適用するとしてよい。フィルタリングされたポイントには、別の加速曲線をさらに適用するとしてよい。この曲線は、主要フィルタでフィルタリングされたポインタ速度Ｖを調整後のポインタ速度Ｖ´にマッピングしている。ポインタ入力システムの特性として望ましいのは、ユーザ入力に対する応答が線形性を持つことである。線形性を実現するためには、移動に応じた加速を実現しつつ２つの線形セグメントを統合する曲線を利用するとしてよい。
【００２９】
副次フィルタの一実施形態では、低速時および高速時の２種類の速度マッピング値を表す２つの線形加速部分を円滑に接続するべく、ベジエ曲線を利用する。複数の線形部分を接続して用いることによって、あらゆる箇所で曲折している速度空間で空間的に操作するようにユーザに求める通常のマウス加速曲線が持つ望ましくない特性を回避する。これは、ボールの表面に直線を引くようにユーザに求めることと同じである。この第２層目のフィルタリングは、画面画素またはその他の精細な要素の上でカーソルポインタを安定化させる上で重要である。
【００３０】
別の実施形態に係る副次フィルタは、双極正接（またはその他の円滑な微分可能関数）の弾道曲線である。他の曲線を用いて、平坦な速度空間を、ユーザが高精度および低精度のポインタ制御の両方を行えるように設計されている曲線状の速度空間にマッピングするこの機能をサポートするとしてもよい。
【００３１】
システムのプリフィルタまたは生データの一部として追跡の対象である親指または指のポイントのフィルタリング前の値を算出するが、これは複数の独特のアルゴリズムを用いて行なうとしてよい。第１のアルゴリズムでは、各電極プレートを空間内のポイントと見なして、各ポイントを当該ポイントの容量測定値で乗算した結果を重み付けした値を算出する。物理的なシステムと同様に、容量は質量の測定結果として取り扱われ、各電極センサは離散したポイントでの質量のサンプル値を表す。この類似例では、質量中心または電荷中心は、電磁界が存在する場合に当該電磁界に影響を与える指または親指等の大きな物体の位置を良好に近似している。
【００３２】
この質量中心の算出の変形例では、特定の選択された電極対の相互容量の測定結果を用いることを含むとしてよい。このような電極対は、順番に選択するとしてよい。そして、測定結果を合計して、指または親指等の物体が存在する場合の容量場の空間マップを形成するとしてよい。電極対によって、その間に直接置かれている物体の存在によって最も強い影響を受ける容量測定結果を得る。親指センサ１０２の全表面の範囲が、電極対の間の空間の一部によって形成されるように空間的に配置されている複数の電極対において複数の測定結果を得ることができる。指または親指等の物体の存在および位置のより詳細な３次元マッピングは、複数の連続した電極対の一連の測定結果を組み合わせることによって得られるとしてよい。センサ表面１０２と近接した位置にある物体のサイズ、形状および体積についてより多くの情報があれば、従来のタッチパッドアルゴリズムでは問題となるさまざまな場合を考慮して、デバイスは全体的により良好に位置を判定することができる。
【００３３】
第２の変形例では、質量中心の算出に同様の方法を利用するが、細かい位置変化を強調して小さいセンサ領域をより良く利用するために、距離係数として逆二乗の法則を利用する。
【００３４】
プリフィルタはさらに、各センサプレートの感度または応答性の差異を自動で追跡するように設計されているバイアス除去方法を含むとしてよい。任意の数のさまざまなバイアス除去アルゴリズムまたはバイアス除去方法を利用するとしてよい。
【００３５】
バイアス除去アルゴリズムの一例として、行列バイアス除去が挙げられる。この方法では、容量プレートを、プレート毎に、各チャネルの最低観測値（ｉをチャネル番号とするとＢｉ）、各チャネルのＢｉ値を超える最大値Ｍａｘｉ、任意の特定の読出群のグローバル最小値Ｍ、および、グローバル正規化定数Ｍｎｏｒｍを追跡することによって正規化する。センサを読み出す度に、Ｂｉを更新して、元の測定値から減算してＷｉを算出した後に、Ｍａｘｉを更新する。この時点で、読出群のうちバイアス除去後の測定値の最小値でＭを更新して、Ｗｉ／Ｍａｘｉの比が最小値を取るようにＭｎｏｒｍを更新する。そして、Ｗｉまたは正規化した（Ｗｉ／Ｍａｘｉ）−Ｍｎｏｒｍの一方を用いて重心算出方法の１つに基づきポイントの位置を算出する。
【００３６】
一部の容量式タッチパッドアルゴリズムでは、容量センサアレイ表面に対して親指または指が平坦になるケースの対応に重点を置いていない。このように平坦な、または、広い物体がセンサ表面に接触する場合には、位置情報が不正確またはあいまいになってしまう。接触面面積は従来の容量方式タッチパッドアルゴリズムの位置算出において非常に重要なパラメータであるので、センサ表面に接触している広い物体または平坦な物体が転がったりずれたりして、誤差が大きくなったり、意図せず動いたりしてしまう場合があるとしてよい。これは、従来のタッチパッド装置での問題と見なされており、親指センサ装置１０２ではよくある問題である。この問題は、統合ハイブリッド型光学的容量性システムで解決され得る。任意であるが、容量方式のみを採用した親指センサシステムは、問題となるケースを明確に識別するべく親指または指に関してより高次のデータを取得する新型のアルゴリズムを利用するとしてもよい。新型のアルゴリズムでは、３次元で、センサ表面に対する親指または指の体積配向を分析するとしてよい。この場合、従来のタッチパッドシステムが抱える問題となるケースでの誤差または不正確さは、このより高次のデータを解釈することで回避され得る。
【００３７】
体積データセットを解釈する方法では、数値最適化を利用して、親指または指を表現する最良適合数学モデルを体積に与えるとしてよい。この数学モデルは、２つの焦点を持ち、そのうち１つが親指または指の先端と見なされるような３次元楕円の場合のように、はっきりとした関節点を持つとしてよい。別のモデルでは、円筒または管を近似させるために用いるとしてよく、管の一端を、親指または指の幅と一致する所定の半径だけ内側にオフセットして、親指または指の先端と見なすとしてよい。楕円形に近似される平坦な親指または指であっても、このように親指または指の先端と現される上側焦点は、従来のタッチパッドシステムに比べると、ユーザの親指または指の先端の位置により一致した一定の位置に留まる。
【００３８】
従来のタッチパッドシステムでは、親指または指が平坦になったり転がったりする場合には、検出される位置のバラツキが非常に大きく、ユーザの意図した制御ポイントが親指または指の先端またはその近傍であっても、センサ表面に対する親指または指の面接触のポイントまたは面積に完全に依存してしまう。このように、従来のセンササブシステムで測定して得られる容量データについて体積アルゴリズム方式または３次元アルゴリズム方式を用いることは、親指センサ装置の主流構成の総合的な有用性において重要な点である。
【００３９】
図１Ｂならびに図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１４Ｃを参照して、親指または指の３次元配向を感知および識別して高度な位置情報を導出するアルゴリズム方式を説明する。図１４Ａは、通常の容量センサの配置方法を示す図である。同図に示す例では、センサ電極の配置方法を変更することもできるが、平面１４００として図示している親指センサ表面１０２に、放射状のハチの巣状に複数の容量電極プレート１４０１が配置されている。図１４Ｂは、容量センサの測定データの一例を、各容量電極１４０１の位置にそれぞれ対応するセンサ表面空間１４００の内部または上部に位置する体積回転楕円体１４０３として可視化した図である。この回転楕円体は、指または親指等の、センサ表面上またはセンサ表面近傍にある物体までのおよその距離を測定した結果を表している。この距離は、平行プレートキャパシタシステムにおいて、距離、面積および容量の関係に関する従来の数式に基づいて算出する。この数式はＣ＝Ａ／ｄである。このように、距離の項は、各センサ電極からおよその値が取得されるとしてよい。図１４Ｃは、楕円形、管、関連付けられ結合された複数の回転楕円体を有する連結集合体、または、親指または指を表すと共にそれと同様のその他の幾何学的物体としてモデル化されている、親指または指の幾何学的モデル１４０４のおよその配向を導出する方法を図示した説明図である。数値適合方法を利用して、幾何学的親指モデル１４０４の３次元的な位置および角度配向は、センサ測定結果から導出された回転楕円体１４０３の集合体によって画定されるマニホルドに重ねて配置されるとしてよい。親指または指の幾何学的モデルのおよその３次元的な位置および配向を数値適合方法に基づいて取得する場合、ユーザインターフェース内の代表ポイントとして機能する、この幾何学的モデル内またはこの幾何学的モデル近傍の任意のポイントを指定するとしてよい。同様に、角度または距離に関する情報も、この幾何学的モデルから推定され得る。親指または親指の一部を表すものとして楕円形を選択する場合、この楕円形の焦点１４０５のうちの１つが、ユーザインターフェース内の代表ポイントとして選択されるとしてよい。このポイントは、親指または指の先端または指標に関して、従来のタッチパッドアルゴリズムで導き出される、およその位置が１４０６であるポイントよりもはるかに直感的である。このように精度が改善された代表ポイント１４０５は、後段のフィルタに入力されるか、または、数値適合系の後続サイクルにおいて初期推定結果として用いられるとしてよい。この新しい方法では、容量センサフィールドに対して親指または指が平坦になった場合に発生する問題の多くについて、センサ表面１０２に対する接触面積の２次元的な重心または２次元的な接触点に関する従来の分析ではなく、３次元で空間分析を実行することによって対処している。図１４Ａから図１４Ｃに図示した具体的な構成に限定されるものではなく、各電極プレート１４０１は、通常の配置方法で楕円形状でも、距離であるセンサ測定結果を近似した結果が改善され、一連の回転楕円体として表すことが可能となる。このような特定のアルゴリズムは、放射状、格子状等を始めとしたさまざまなセンサ構成で利用することができると理解されたい。
【００４０】
上述したアルゴリズムの変形例では、３つの手根部を２つの関節部で接続した骨格系としてモデル化された親指を表す。これらの手根部は、親指または指の系の動きを、人間の親指または指の関節に固有の関節限界から導き出される限界に制限するアルゴリズムリンクによって接続された複数の楕円形または回転楕円形で近似するとしてよい。上述した３次元体積分析はさらに、関節を完全に模倣した幾何学的モデルを採用することによって高度化されるとしてよく、センサ表面１０２に対する親指または指の配向に関してさらに情報を供給する。この情報は、従来のタッチパッドシステムで見られたエラーまたは測定不能の問題について位置データを安定化させるためには肝要であるとしてよい。
【００４１】
図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、一実施形態に係る親指センサの正面展開図および背面展開図である。親指センサでは、センサ基板２００にプリント配線基板（ＰＣＢ）２０２または調整ボードが着座しているとしてよい。ＰＣＢ２０２には、ＰＣＢ２０２からの電気信号をルーティングするための可撓性コネクタリード線２０４が設けられているとしてよい。センサカバー２０６は一般的に、長円形状で人間の親指の指球が快適に収容される凹面を持つとしてよい。一実施形態によると、組立時にカバー２０６をセンサ基板２００に固定するクリップ２０８が設けられるとしてよい。センサカバー２０６は、親指の移動および運動を感知する複数のセンサ２１０を有するとしてよい。一実施形態によると、複数のセンサ２１０は、上述したように、アレイ状に配置された複数の容量センサであってよい。
【００４２】
１以上の触覚スイッチまたはドームスイッチ２１２をさらに設けるとしてよい。一実施形態によると、２つのドームスイッチが設けられるとしてよく、一方はセンサカバー２０６の上部の近傍に配置され、他方は底部の近傍に配置される。スイッチ自体に十分な跳ね返り力がない場合には、パッドを元の位置に戻すためにバネを追加するとしてよい。センサからの信号は、ゼブラストリップコネクタ２１４等の中央コネクタにルーティングされるとしてよい。ゼブラストリップコネクタ２１４は一般的に、プリント配線基板２０２上の電子素子を短時間でアラインメント可能とするパッケージングデバイスである。ゼブラストリップコネクタ２１４は、小さいゴム製の長尺状部材の周囲に沿って炭素の帯状部材が設けられているとしてよく、長尺状部材は、いずれかの帯状部材が両側で選択されることによってプリント配線基板上のパッドからセンサ２１０上のパッドへの接触を可能とする。ゼブラコネクタ支持部２１６は、支持力を高めるために、ＰＣＢ２０２の反対側に設けられるとしてよい。チップ２１８は、可撓性コネクタ２０４を介して、デバイス外処理のためのセンサデータを整理するために設けられているとしてよい。
【００４３】
容量センサパッド２１０は、センサの親指面の内側に配設されるとしてよい。容量センサは、利用されるべく選択されたアルゴリズムに応じて容量場を最適化するように設計されたさまざまな新しいパターンで配置されている複数の容量センサを利用する。触覚スイッチまたはドームスイッチ２１２をこの面の下方に取着している。このため、ユーザは、動かして適切なタイミングで圧力を加えることで一度の動きで素早く「ポインティングおよびクリック」を行なうことができる。
【００４４】
図１Ａおよび図１Ｂを参照しつつ上述したように、ＭＩＤ１００には、好ましくは当該デバイスの長い方の端縁（つまり、上向きで持った場合のデバイスの左側または右側）に沿ってセンサが適合しているとしてよい。ユーザは、親指または指を、センサ１０２の表面を横切るように沿わせることによって、２次元入力（つまり、ｘ−ｙ入力）を供給して、例えば、ディスプレイ１０４上でのカーソル１０５の位置を制御する。タッチ面１０２にはさらに、圧力感知機構が設けられているとしてもよい。圧力感知機構は少なくとも、ユーザが加えた圧力が所定のしきい値より高いか低いかを判断する。親指インターフェースはこのため、２つの次元（ｘおよびｙ）のスカラー入力および第３の次元のブール入力から形成される、「２．５Ｄ」入力を供給する。
【００４５】
ブール入力を用いて「クリック」（例えば、選択）または「入力／承認／次」機能を提供するとしてよい。ブール入力の長さを監視することによって、デバイスは、「クリック」と「長押し」とを区別することができる。制御方式の１つによると、１回のタップでデバイスを省電力状態から起こす。起きた後は、シングルクリックでオブジェクトを選択して、ダブルクリックで当該オブジェクトの選択を解除するとしてよい。長押しによって、強調処理を確定するとしてよい。続いてｘ−ｙ入力が為されると強調領域を確定して、２回目の長押しで強調処理を終了させる。
【００４６】
これに代えて、ユーザは、所定のしきい値を超える接触圧力を、強調領域を画定するための移動中はずっと維持することによって、つまり、「ドラッグ」操作によって領域を強調するとしてもよい。また、ダブルタップを用いて、階層構造のメニューを「戻る」ための操作とする。圧力感知機構が、加えられた圧力について正しいスカラー測定値を供給する場合には、完全な３Ｄ制御を実行することができる。この場合、測定される圧力入力値は任意の数の機能にマッピングされているとしてよい。例えば、表示されているコンテンツの拡大、ズーム、または、３次元画像の深さ方向の次元での操作等にマッピングされているとしてよい。
【００４７】
別の実施形態によると、本発明はさらに、サムホイール制御に適用されるとしてもよい。回転するサムホイールに機械的に結合されている接触型スイッチまたは力センサによって、上述したのと同様に利用され得る１．５Ｄ入力または２Ｄ入力が生成される。
【００４８】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃはそれぞれ、本発明の別の実施形態に係る、光感知をさらに行なう親指センサを示す正面図、側面図および背面図である。言うまでも無く、この構成は図１Ａおよび図１Ｂに示したＭＩＤにも利用され得る。上記のように、親指センサは、凹形状および凸形状を同時に持つ長円状、または、「鞍」形状のカバー２０６を含むとしてよく、上記と同様の容量センサアレイ２１０を含むとしてよい。また、光センサ３００を実現するために、ウィンドウまたは開口を設けるとしてよい。一実施形態によると、光センサ３００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）３０２またはレーザ等の光源を含むとしてよい。また、光検出回路３０４を設けて、検出された光の変化を監視して親指の動きを判断するとしてよい。選択される光スペクトル範囲には、可視光または赤外光を含む任意の波長が含まれるとしてよい。
【００４９】
図４および図５はそれぞれ、図３Ａおよび図３Ｂに示した親指センサの正面展開図および背面展開図である。同図に示すように、カバー２０６は、容量センサ２１０と、光センサ用のウィンドウ３００とを有する。ホルダ４００は、ウィンドウ３００に対して所定の角度で光源３０２を保持するとしてよい。ホルダは、プリズム３０１を有するとしてよい。光検出部３０４は同様に、センサ表面のカバー２０６を横切るような親指の移動を検出するべく、ホルダ４００の後方に着座するとしてよい。
【００５０】
親指で操作するタッチセンサを設計する上で問題が発生し得るのは、親指とセンサとの間の接触用パッチが、センサの絶対寸法と比較して大きいためである。容量センサ２１０は、ユーザの指に容量によって（静電力によって）結合される表面電極アレイを組み込むとしてよい。１つの感知回路を、電極アレイ内に通常多数設けられている素子の間で、電子的に切り替えて、指が存在することによる影響が最も大きい電極の箇所を特定するべくそれぞれの容量を測定して、指の位置を推定する。しかし、物理的に小さい多くの素子から形成されるアレイを備える親指センサの場合、親指は素子の大半に対して同様の影響を与える。このため、電極の数が多いのは概して、有用ではない場合がある。
【００５１】
近接性または１次元の横方向の位置についてのアナログ出力を生成するより簡単な構成の容量性感知装置が何十年間にもわたって利用されてきた。このような装置は、相互容量、正弦波による電極励起、および、同期検出に基づいた構成となっていることが多い。このような構成では多数の電極の多重化を行なう必要がないので応答速度が改善されるが、センサの空間分解能が低下し得る。
【００５２】
これとは対照的に、光タッチセンサは分解能を向上させることができる。しかし、光センサは、実際に接触しているのか、近接しているのかを容易に区別することができない。タッチ感知面の非常に近いところに指が位置していても、光センサが操作されてしまう場合がある。最も大きい問題はおそらく、１つの光センサで追跡可能な動きの範囲は、親指接触用のパッチのサイズの約２倍に限定されてしまう点が挙げられる。
【００５３】
容量方式および光学方式を組み合わせたハイブリッド型センサを図４および図５に示すが、利点を利用して、各方式センサの弱点を克服するセンサ統合方式である。具体的には、ハイブリッド型センサは、実際に接触しているか否かを検出して、十分な大きさの追跡範囲にわたって細かい単位で動きを追跡する。
【００５４】
本発明に係る処理は、４つの基本概念に基づいているとしてよい。
１．容量センサ測定および光センサ測定を組み合わせる。
２．電極構成では、１つの感知電極の周囲に複数の同時に動作する駆動電極を設ける。
３．多重周波数の正弦波による励起、または、符号分割方式のデジタル励起。
４．センサ電極とユーザの親指との間に弾性絶縁層を設ける。
【００５５】
センサの構成として可能なものを１つ挙げると、４つの駆動電極Ｄ１−Ｄ４が、１つの感知電極Ｓの周囲に設けられており、感知電極は光センサと同位置に設けられている。互いに近接して設けられている駆動電極はそれぞれ、円形状の感知電極の周囲を取り囲む環状部の約４分の１だけ延伸している。
【００５６】
これら複数の駆動電極は、別々の信号で同時に励起させ、これらの信号の合計値を重み付けして、感知電極に結合する。そして、感知電極からの信号を増幅して復調して、４つの結合パラメータ（相互容量）（Ｄ１；Ｓ）、（Ｄ２；Ｓ）、（Ｄ３；Ｓ）および（Ｄ４；Ｓ）を抽出する。
【００５７】
寄生容量が大きいので、親指が存在する旨を示す信号は、大きい信号における小さな変化であり、増幅段および復調段においてダイナミックレンジに関連した問題が発生する可能性がある。この問題は、全ての相互容量が等しい場合に互いに打ち消し合う逆相駆動信号を用いることによって、抑制し得る。
【００５８】
このため、親指の位置は、対称性からの逸脱として現れる差分信号によって表される。
【００５９】
例えば、４つの駆動信号は以下のようになる。
Ｄ１＝ｓｉｎ（ω１ｔ）＋ｓｉｎ（ω２ｔ）＋０．０１ｓｉｎ（ω３ｔ）
Ｄ２＝ｓｉｎ（ω１ｔ）−ｓｉｎ（ω２ｔ）＋０．０１ｓｉｎ（ω３ｔ）
Ｄ３＝−ｓｉｎ（ω１ｔ）＋ｓｉｎ（ω２ｔ）＋０．０１ｓｉｎ（ω３ｔ）
Ｄ４＝−ｓｉｎ（ω１ｔ）−ｓｉｎ（ω２ｔ）＋０．０１ｓｉｎ（ω３ｔ）
【００６０】
周波数ω１で動作している同期復調器はｙ軸の親指の位置に応答し、周波数ω２で動作している同期復調器はｘ軸の親指の位置に応答する。周波数ω３では、システムが（差分方式ではなく）シングルエンド方式のシステムであるが、信号レベルは１００という因数で低減されて、増幅器のダイナミックレンジの問題を解決する。周波数ω３で動作している同期復調器は、親指の近接性に応答する。これら３つの復調器は全て、１つのセンサ入力で同時に動作し（つまり、多重化は必要ない）、センサデータレートは、信号雑音比によってのみ制限され、非常に高く（例えば、キロヘルツレベル）することが可能である。
【００６１】
上述したようなアナログの正弦波による励起に代えて、直交バイナリコードによる駆動を採用する。この場合には、各駆動信号はデジタル（オン／オフ）パルス列である。同期復調器に代えて相関関係検出器を用いて、適切なコードパターンとコヒーレントなセンサ信号のアナログレベルに比例する出力を生成する。この場合も、寄生容量を無効化するための逆相駆動方法を採用することが可能であるとしてよい。このシステムは、スペクトル拡散方法をサポートし、アナログ駆動構成要素を必要としないので、有益である。外部増幅器およびアナログデジタル変換器を１つのみ備えるフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で実装されるとしてよい。
【００６２】
弾性表面層を設けることによって、親指がデバイスに接触している時に、力に対する感度が高い応答が得られる。適切な閉細胞型の発泡性材料または同様の材料を用いることによって、容量性感知方式に適切な小さなずれに力を変換する。このような圧力情報がさらに得られることによって、制御応答および操作多様性を改善し得る。
【００６３】
上述したように、「センサが影に入る」という問題に対処するべく、光学式マウスに設けられているものと同様の光センサ（電極構造の中央に設ける）で容量センサを補完する。光センサによって、デバイスの性能は少なくとも１つの点において改善されるとしてよい。全ての容量センサ電極が完全に親指または指で覆われ（センサが影に入り）、親指または指が完全に平坦な状態で摺動することによって、摺動中は常に電極プレートが完全に親指または指で被覆されたままである場合、容量方式システムでは位置追跡情報を更新することが出来ない場合がある。この場合に、この種の動きを検出および追跡可能な光学システムが現在追跡中の位置の決定処理を引き継ぐ。これは、センサのうち影に入った範囲の大きさに関わらず、親指または指の表面が横方向に摺動すると、開口から見ることができ、光学的な動き追跡を利用可能であるためである。光センサでこのような動きを追跡可能であるので、ユーザは、より広い範囲にわたって移動させて、インターフェースの制御を高精細化および高ロバスト化できる。
【００６４】
容量センサで決定できない場合に動き追跡を補完的に実行することに加えて、任意の特定の実施形態では、光学データまたは容量データの精度は、ある種の感知結果については相手よりも高くなるとしてよい。例えば、一実施形態によると、光センサは速度角度の検出には優れているが、速度の検出は比較的性能が劣るとしてよい。この実施形態では、容量データと光学データとを主要フィルタにおいてハイブリッド化する。このような構成にすることによって、光入力または容量入力の一方のみが利用される場合に比べて、良好な結果が得られる。
【００６５】
図７は、光センサシステムおよび容量センサシステムの性能上の利点、および、統合ハイブリッド型光学的容量方式親指センサシステムの性能を比較して、親指または指によって被覆されたセンサ面１０２の割合と関連付けて示すグラフである。
【００６６】
本願で提案するハイブリッド方式では、容量センサを主に、タッチ検出および３次元での絶対位置情報の取得に利用する。力および絶対位置に関する情報を得ることで、ユーザは、例えば、瞬時に強く、タッチ感知領域の上側周縁または下側周縁に接触して、ページアップ操作またはページダウン操作を実行可能になるとしてよい。光センサからは、接近している旨を示す情報およびセンサの表面に沿ったより高分解能の測定結果を得る。
【００６７】
光センサは、取得遅延を回避するべく、容量センサが検出したタッチに応じて、取得モードにロックされるとしてよい。このように取得時間を短縮することによって、高速な（例えば、カードをリーダに通すような）動きによる操作を検出する性能が改善され得る。
【００６８】
上述したように、ユーザの親指で操作する光タッチセンサの性能は、１個のみ用いる場合、当該センサは静止ポイントで光データを取得するということ、および、ユーザの親指の移動範囲は親指の幅よりも大きいということのために、制限されてしまう場合がある。つまり、ユーザが親指の範囲の外側境界に向かって親指を動かすと、センサと親指との間の光学的接触が失われてしまい、親指の動きをそれ以上測定することができなくなってしまう。
【００６９】
一実施形態によると、本発明は、複数の光タッチセンサを設けることによって追跡可能な親指移動範囲を拡張する。一の変形例によると、３つのセンサを予測最大移動の方向に沿って（中手骨関節に対応する円弧状の動きに沿って）アレイ状に配置する。隣接するセンサ間の距離は、親指接触パッチの幅よりもわずかに小さいことが好ましい。
【００７０】
また、隣接する光センサを重複させることで、冗長に（可能性としてはより正確な）測定を行なうことができ、または、センサ間での測定の「引継ぎ」を容易にすることができる。
【００７１】
本発明の別の変形例によると、一の発光部−受光部の対を光学的に分割して、複数のポートで発光および受光を行う。分割は、ビームスプリッタまたはインテグラルイメージングを用いて行なう（つまり、複数の凸状レンズをアレイ状に配置して、「フライアイ」レンズを形成する）。ポートまたはレンズの数および間隔は、上述のように設定するのが好ましい。
【００７２】
本発明のいずれの変形例でも、光センサはユーザからバイオメトリクスデータを取得するために用いることも可能である。例えば、センサは、心拍数または体温を測定することができる。
【００７３】
容量センサおよび光センサは、親指センサ表面カバーにおいて、多くの異なる形状および構造を取るとしてよい。図８Ａから図１３Ｂは、可能性として幾つかの例を挙げたに過ぎない。図８Ａから図８Ｄは、７つのセンサを配置する場合を示した図であり、３つのセンサが中心を通るように並び、残りの４つのセンサが両側に配置されている。図８Ａから図１３Ｂに示すセンサは全て、容量センサであってよく、ハイブリッド方式の場合は、中央センサが光センサであるか、複数の光センサを設ける場合には、中心を通る３つのセンサ全てが光センサとなるとしてよい。
【００７４】
図８Ａから図１３Ｂにおいて、センサ表面１０２上に設けられている容量電極について特定の形状、寸法、および配置を定めている特定または新規の構成またはパターンがあるとしてよく、光センサ用の開口は設けるとしてもよいし、設けないとしてもよく、設ける場合には親指センサシステムの性能が全体的に高くなり、設けない場合には全体的に低くなる。容量電極の配置はさまざまな形式を取るとしてよく、放射状パターンまたは格子状パターンを含む。
【００７５】
放射状パターンは、センサ表面の中央における容量性感度を大きくするように設計されている。放射状パターンでは、複数の電極プレートが集まるポイントが、センサ表面の中央となる。この共通集合ポイントによって、中央連結ポイントにおける感度が高まる。中央連結ポイントでは、複数の電極が、親指または指の先端と、小さい測定領域において接触する。親指または指とセンサとの接触表面が大きくなりセンサの数が増えると、比例して信号強度Ｃ＝Ａ／ｄが大きくなり、測定ノイズが低減され、センサの制御装置としての精度が高まる。
【００７６】
格子状パターンは、電極位置に対応するサンプリングポイントが一定の間隔で並び、軸とアラインメントされるという利点を持つとしてよい。このような構成は、追跡パターンをより予測しやすくなり、アルゴリズムの大幅な簡略化を促進し得るという点で有用である。
【００７７】
図８Ａから図１３Ｂを参照しつつ、一連の新規のセンサ構成を説明する。各図において、円形の図形は所与の構成を表し、アスペクト比は正方形として図示する。各図の下半分に示す楕円形の図形は、その真上にある図と同じ構成であるが、センサ表面１０２に埋設される際の見え方をより実際に近い形状で表すアスペクト比で図示している。円形の図形は、親指センサ表面１０２を忠実に表現したものではないが、所与のパターンに本質的に見られる対称性を明確に示すものとして図示されている。各センサ構成については、容量方式のみを採用したものと同様に、光方式も採用したハイブリッド型も可能である。各図では、両方の例を並べて図示する。
【００７８】
図８Ａから図８Ｄを参照しつつ、新規の放射状構成を説明する。この構成では、一組の６個の導電性で、同サイズのセンサディスク８０１を、第７の中央センサに接するようにコンパクトに配置している。この構成には、光学方式ハイブリッド型の形態８０３または容量方式のみを採用した形態８５１があるとしてよい。光学方式ハイブリッド型では、中央電極プレート８５２に代えて、光学的開口８０４を設けている。このセンサ構成からは複数の利点が得られるとしてよい。主軸であるｘ軸およびｙ軸を含む、３０度の倍数の複数の軸に沿って対称になっているとしてよい。各電極プレートの表面積が比較的大きいことによって、この構成では、より遠くの物体の容量の測定を行なう機能が改善する。このように遠隔測定特性が改善されることによって、３次元アルゴリズムの利用効果が大幅に改善される。容量測定の規模が比較的大きいので、ノイズレベルが抑制される。また、端縁の形状が楕円形であることによって、指または親指がセンサ表面を横切るように摺動する際に電極プレート間の移動がより円滑になる。また、楕円形状とすることによって、質量中心の算出結果を、ディスク状の場合には点で、楕円形状の場合には線分で、より良好に近似することができるようになるので、親指または指の距離推定結果が高精度化される。
【００７９】
図９Ａから図９Ｄを参照しつつ、新規の放射状構成を説明する。この構成では、ディスク９０１を放射状に一定の角度間隔９０２で複数の扇形に分割している。本例では、６個の扇形を図示しているが、数は増減させ得る。この扇形はさらに、所定の半径に対応するライン９０３に沿って分割されている。この半径は、内側の扇形９０４および外側の扇形９０５の面積が同じになるように選択されるとしてよい。このような構成にすることで、各電極プレートの信号応答が等しくなるとしてよい。光学方式を採用した形態は、同様の構造を持つとしてよいが、適切なサイズの開口を切り抜くとしてよい。電極プレート９０６および９０７は、面積が等しくなるように算出されるとしてよい。
【００８０】
図１０Ａから図１０Ｆを参照しつつ、新規の放射状星型構成を説明する。この構成では、幾何学的に正多角形から形成されるＮ個の先端を持つ「星」型パターンを形成する。この構成の効果としては、隣接する電極プレート間での突然の移動が抑制されること、表面積に起因する容量応答を等しくすること、センサ表面を横切るように摺動する親指または指等の物体の移動の線形性が高まるのでセンサ測定の規則性および予測可能性が向上することが挙げられるとしてよい。境界間での突然の移動が抑制されることによって、データストリームの一貫性が高まるとしてよく、点移動の追跡が全体的により円滑になるとしてよい。本例では６個の先端を持つ星型パターンを図示しているが、先端の数を任意に設定しても上述のような効果が得られるものと理解されたい。この構成における先端の数は、三角対称の数が多くなるように選択されている。
【００８１】
図１０Ｅおよび図１０Ｆは、公知の矩形の「バックギャモン」センサパターン１０７５と、同じパターンの新規の放射状構成１０７６とのマッピングを示す図である。このマッピングによると、矩形形態での端縁１０７８および端縁１０７９は、放射状形態での端縁１０８０および端縁１０８１に対応する。容量電極プレート１０８３、１０８４は、一方の端縁１０７８から他方の端縁１０７９へと延在する長尺状ポイント１０７７を介して互いに交互に設けられている。この構成の公知の特徴は、試験物体１０８２が端縁１０７８と端縁１０７９との間を摺動すると、プレート１０８３および１０８４上で測定される容量は、試験物体１０８２が被覆するプレートの表面積に応じて試験物体の位置に線形に比例して変動することにある。
【００８２】
この特徴は、新規の放射状構成１０７６でも同様に実現される。放射状構成１０７６では、径方向に内向きまたは外向きに摺動する試験物体１０８５が容量測定値に与える影響は略線形である。このため、星型パターン１０７６は、バックギャモンパターン１０７５を放射状に構成したものである。また、この線形性は試験物体１０８６の角度位置が変動した場合でも維持されることは明らかである。図１０Ａから図１０Ｄを再度参照すると、星型パターン１０００のポイント１００２における内側半径は、光学的開口１００４の半径と同様に、下半分に示す楕円構成１００９に対して、電極プレート１００５および１００６の表面積が等しくなるように選択されるとしてよい。星型構成１００３の内側半径１０１０は同様に、全ての電極プレート１００７、１００８の面積が等しくなるように選択されるとしてよい。容量方式１００３が持つその他の望ましい特性として、多くの別個の内側電極が集まる共通中央接合部１０１１が挙げられる。共通中央接合部１０１１によって、薄型で先端が尖った電極を多数交互に配置する場合に特有である、容量混合特性が得られるとしてよい。
【００８３】
図１１Ａから図１１Ｄを参照しつつ、光学的開口の有無は任意である新規の格子状パターンを説明する。センサ表面１０２は、一組の直交するライン１１０１によって分割されており、分割されている各電極プレート１１０２は、アスペクト比が略正方形であり、各電極プレート１１０２の面積は等しくなっている。この面積は、センサフィールドの中央に配置されている光学的開口１１０３を、または、その他の適切な構成の複数の光センサを参照してまたは参照することなく算出するとしてよい。通常の格子状構成は、センサ表面１０２における各電極プレートの表面積を最大限まで大きくできるという利点がある。表面積が増加すると、一般的に、容量測定値が増加し、ノイズが大幅に抑制され得る。
【００８４】
図１２Ａおよび図１２Ｂを参照しつつ、新規の格子状容量センサ構成を説明する。このパターンは、光学方式ハイブリッド型の実施形態１２０１、または、容量方式のみを採用した実施形態１２０４の両方があるとしてよい。光学的開口１２０３は、楕円電極センサ１２０２を斜めに複数配置した格子状アレイ構成の中央に配置されるとしてよい。光センサ１２０４を設けない構成では、光学的開口を省略することにより、電極プレート１２０５のサイズを大きくすることができ、利用可能な表面積が大きくなるという利点が得られるとしてよい。電極プレート１２０２、１２０５の楕円形状によって、容量センサは、遠隔で測定して点状サンプルを近似する機能が改善される。電極の端縁は曲線状になっており、この構成によっても、センサ表面１０２を横切るように親指または指を摺動させる場合のプレート間の移動がより円滑になるとしてよい。
【００８５】
図１３Ａおよび図１３Ｂを参照しつつ、新規のひし形格子状容量センサ構成を説明する。構成１３００では光学的開口１３０２を設けており、構成１３０１では省略している。電極１３０３は、動きの主軸であるＸ軸およびＹ軸に対して斜めになるような角度に設けることで、交互に設けやすくなるとしてよい。センサフィールドのＸ軸に沿って平行にのみ移動する摺動物体は常に、移動境界１３０４を斜めの角度で当たって横切る。このように移動境界１３０４が角度を持っているか、または、斜めであることによって、隣接する電極センサ１３０３の測定結果は、センサ電極を横切る際の移動は階段関数のように急激となる通常の直交格子状構成を利用する場合よりも、より線形に変動するとしてよい。同じことは、アスペクト比を調整することで、Ｘ軸と回転対称であるＹ軸についても言える。多くのユーザインターフェース素子は直交するように配置されているのが主流であるので主軸に平行に動くことが最も一般的なケースとなるが、ひし形パターンは、この場合に、移動境界を線形化し、その結果として測定を円滑化するとしてよい。
【００８６】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、センサ表面１０２の両側に１２個の長尺状容量センサ１２０２が縦方向に並べられており、中央光センサ１２０３が設けられている様子を示している。一部の実施形態によると、センサは、上述したように互いに重複するとしてもよいし、しなくてもよい。図９Ａから図９Ｄは、放射状に配置されている容量センサを示しており、図１３Ａおよび図１３Ｂはひし形形状の容量センサを示している。これらの構成はいずれも、言うまでもなく、光センサをさらに含むとしてもよい。
【００８７】
図６は、本発明に係る処理の一実施形態を示すブロック図である。ＰＣＢまたは調整ボード６００は、容量センサアレイ６０２、機械的ドームスイッチ６０４、光送信部（ＬＥＤ）６０６、および、光検出部６０８との間で、入力を受信して、制御出力を送信するとしてよい。一部の実施形態によると、光学系を任意で設けるとしてよい。容量センサアレイは、上述したように、ゼブラストリップコネクタを介して接続されているとしてよい。全ての信号およびデータ測定結果は、ＭＩＤに対する可撓性コネクタを介したデバイス外処理のために、常時測定され、デジタル化され、シリアルデータストリームへと編成されているとしてよい。
【００８８】
ソフトウェアは、位置制御を実行するために、例えば、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタによるデータ処理を利用するとしてよい。このデータはさらに、操作制御を実行するための操作認識アルゴリズムを用いて処理される。操作認識は、複雑さのためにＭＩＤのＣＰＵで実行されるとしてよい。ＣＰＵは、従来のマイクロプロセッサであってよい。これらに限定されないが、Ｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社のｘ８６（登録商標）ファミリー、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ファミリー、Ｉｔａｎｉｕｍ（登録商標）ファミリー、または、Ａｔｏｍ（登録商標）ファミリーのマイクロプロセッサ、Ｍｏｔｏｒｏｌａファミリーのマイクロプロセッサ等、任意の適切なオペレーティングシステムを実行するマイクロプロセッサを含むとしてよい。例えば、本発明の一実施形態では、コンピュータシステム４００のオペレーティングシステムとしてＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）を利用する。別の実施形態によると、他のオペレーティングシステム、例えば、これらに限定されないが、Ａｐｐｌｅ社のＭａｃｉｎｔｏｓｈ（登録商標）オペレーティングシステム、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）オペレーティングシステム、Ｕｎｉｘ（登録商標）オペレーティングシステム、３Ｃｏｍ社のＰａｌｍオペレーティングシステム等も本発明の教示内容に応じて利用するとしてもよい。
【００８９】
本発明の図示した実施形態を上記で説明したが、要約に記載した内容も含め、全ての内容を網羅することを意図したものではなく、開示した実施形態そのものに本発明を限定するものでもない。本明細書では本発明の具体的な実施形態および例を説明のために記載したが、当業者であれば想到するように、本発明の範囲内ではさまざまな均等な変形例が実施可能である。
【００９０】
これらの変形例は、上記の詳細な説明を鑑みて本発明に対して為され得る。以下に記載する請求項で用いる用語は、本発明を明細書および請求項で開示する具体的な実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。逆に、本発明の範囲は、以下に記載する請求項によってのみ決定されるものであり、請求項は、既に原則が確立されている請求項解釈方法に従って解釈されるものである。
【図１Ａ−１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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