(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面容量タッチ・パネル（表面キャップ・パネル）上において複数の指示物体の位置を測定する方法であって、
１）絶縁基板と、この基板上に配されている抵抗性材料と、この抵抗性材料の上に配されている誘電体とを備えている表面キャップ・パネルを用意するステップと、
２）前記表面キャップ・パネルの対向する両縁端に第１キャパシタを接続しつつ、同時に第２キャパシタを異なる対向する両縁端に接続し、電流測定回路を用いて、前記表面キャップ・パネルの一方から反対側への異なる複数の方向における、異なる複数の時間枠についての前記表面キャップ・パネルの一方から反対側への電流を測定するステップと、
３）ステップ２）において求めた測定値を用いて、前記多数の指示物体の位置を三角法で測定するステップと、
を備えている、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、更に、前記多数の指示物体の各々の存在によって前記タッチ・パネルの表面からどの位の電流が漏出しているのか判定するために、既知の電圧電荷を前記第１および第２キャパシタに供給するステップを備えている、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、更に、第１時間枠のグループ、および前記第１時間枠よりも短い時間枠のグループにおいて電流測定を行うステップを備えている、方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、更に、前記第１時間枠の間に、以下のように、
１）前記表面キャップ・パネルの底辺に駆動電極、および上辺に検出電極、
２）前記表面キャップ・パネルの上辺に駆動電極、および底辺に検出電極、
３）前記表面キャップ・パネルの左辺に駆動電極、および右側に検出電極、ならびに
４）前記表面キャップ・パネルの右辺に駆動電極、および左側に検出電極を取り付けて、
測定を行うステップを備えている、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、更に、前記短い時間枠の間に、以下のように、
１）前記表面キャップ・パネルの底辺に駆動電極、および上辺に検出電極、
２）前記表面キャップ・パネルの上辺に駆動電極、および底辺に検出電極、
３）前記表面キャップ・パネルの左辺に駆動電極、および右側に検出電極、ならびに
４）前記表面キャップ・パネルの右辺に駆動電極、および左側に検出電極を取り付けて、
測定を行うステップを備えている、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、更に、前記表面キャップ・パネル上において前記複数の指示物体の位置を判定するために、請求項４および５からの８つの電流測定値を用いるステップを備えている、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、更に、前記第１および第２キャパシタを用いて、前記表面キャップ・パネルの一方から反対側への線形電圧勾配を形成するステップを備えている、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、更に、前記表面キャップ・パネルを横切る前記電圧勾配を維持するために、前記第１キャパシタおよび第２キャパシタを既知の電圧にリフレッシュするステップを備えている、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、更に、前記電流を前記複数の指示物体および前記電流測定回路に漏出させるだけで、前記表面キャップ・パネル上において前記複数の指示物体の位置を測定する方法の精度を高めるステップを備えている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互引用
本文書は、出願番号が第６１／１５８，２８１号であり２００９年３月６日に出願された仮特許出願代理人整理番号第４５１９．ＣＩＲＱ．ＰＲ号に含まれる主題の全てに対して優先権を主張し、ここでこの出願を引用したことにより、その主題全てが本願にも含まれるものとする。この仮特許出願は、出願番号が第１２／５９２，２８３号であり２００９年１１月２０日に出願された同時係属中の特許出願第４４５５．ＣＩＲＱ．ＮＰ号の一部継続出願である。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般的には、表面容量技術を用いたタッチパッドに関する。更に特定すれば、本発明は、表面容量タッチパネル上において１つまたは複数の指示物体の位置を判定する新たな方法である。
【背景技術】
【０００３】
容量式タッチ・スクリーンは、多様な用途において用いるために容易に利用可能である。接触感応スクリーンが増々普及し有用になるにつれて、これらを実現するための技術も発展しつつある。
【０００４】
様々な異なるタッチ・スクリーンおよびタッチ・パッド技術が出現しており、その中には、投射容量法および表面容量法が含まれる。投射容量法は、１本よりも多い指または指示物体を表面上で同時に利用するジェスチャを実施するために、現在必要となっている。
【０００５】
例えば、図１は、複数のＸ（２）およびＹ（４）電極のような、直交電極６のアレイの上面図であり、Cirque Corporation（登録商標）が生産するような、タッチパッドおよびタッチ・スクリーンの技術において用いられることが多い。しかしながら、投射容量法は、一般に、電極パターンを導電性表面にエッチングするために込み入ったプロセスが必要とされるので、実施するためには表面容量法よりも多くのコストがかかる。  
【０００６】
表面容量技術の一例を図２に示す。このような表面キャップ・パネル(surface cap panel)では、導電性材料１６の固体シートが、ガラスのような絶縁基板１８上に配され、更にセンサ１２が角毎に配されている。指示物体１４の位置、即ち、「接触位置」を表面容量タッチ・パネル１０上で測定する従前の方法では、このタッチ・パネルの導電層１６の４カ所の角の全てにＡＣ信号を印加する。導電層１６は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）で作ることができる。
【０００７】
タッチ・パネル１０を作成するには、ガラス基板１８の表面を、面抵抗を形成する抵抗性ＩＴＯ材料の実質的に平面の層で満たす、即ち、覆い尽くす。 次いで、ＩＴＯ導電材料を覆うように誘電体を被着する。
【０００８】
ＡＣ信号を導電性ＩＴＯ材料１６に印加した後、次のステップでは、各角を通過する電流を用いて、接触位置を三角法で測定する。正弦波または方形波のいずれかを印加するのが一般的である。
【０００９】
指１４のような物体がタッチ・パネル１０の表面と接触すると、ＩＴＯ表面１６と指先１４との間にキャパシタが形成される。その容量値は非常に小さく、通例約５０ｐＦである。したがって、パネルの各角１２に流れ込む、測定すべき電荷または電流の量は非常に小さい。電流が非常に小さいので、このシステムは浮遊容量の影響を非常に受けやすい。このため、タッチ・パネルの精度が問題となることが多い。
【００１０】
これら２つの異なる接触技術を念頭において、コンピュータ、スマート・フォン、およびタッチ・インターフェースを用いることができる他のあらゆるデバイスのような、携帯用電子機器または据置型電子機器におけるソフトウェア・アプリケーションが、「挟むおよび拡大縮小」(pinch and zoom)、パンニング、回転等のようなジェスチャをサポートするために、現在第２の接触点（指と親指または２本の指のような接触点）を用い始めていることが観察される。他のアプリケーションでは、「次および前」ジェスチャにのために第３の同時接触を用いたり、アプリケーション間における切り替えのために第４の同時接触も用いることがある。
【００１１】
また、多指ジェスチャ(multi-finger gesture)は、Cirque Corporation（登録商標）が教示する方法におけるように、「エリア・ジェスチャ」(area gesture)を用いても遂行することができる。エリア・ジェスチャでは、多数の接触を追跡するのではなく、代わりにこれら多数の接触を１つのみの大きな物体と見なすことによってエリア・ジェスチャを遂行し、多数の接触は、大きな物体の外境界を画成するだけである。したがって、多数の接触点は、高さおよび幅を有すると考えることができる。
【００１２】
オペレーティング・システム・ソフトウェアおよびヒューマン・インターフェース・デバイス（ＨＩＧ）の規格は、これらの新たなジェスチャや、接触感応面との多指接触を報告する方法を含むように修正されている。
【００１３】
生憎、１つよりも多い接触点を追跡するため、または多数の接触点のために、Cirque Corporation（登録商標）によって定められるように、大きな物体の外境界を判定するために利用可能な適した方法がなかったので、多指ジェスチャまたはエリア・ジェスチャをサポートするのに、費用を抑えられる表面容量タッチ・スクリーンやタッチパッド（以後「表面キャップ・パネル」と呼ぶ）を利用することは可能でなかった。言い換えると、大きな物体の高さおよび幅を判定することは可能ではなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、タッチ・スクリーンおよびタッチパッドとして用いられている表面キャップ・パネルとの多数の接触点によって定められるエリア・ジェスチャを利用できることは、技術的現状に対する利点となるであろう。このようなシステムがあれば、新たな多接触技術を、もっと単純なタッチ・スクリーンおよびタッチパッド技術と共に利用することが可能になるであろう。  
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１実施形態では、本発明は、タッチ・スクリーンまたはタッチパッドにおける使用に適した表面容量接触感応面（または「表面キャップ・パネル」）である。表面キャップ・パネルは、非導電性基板上に、実質的に平面の導電性材料のコーティングを有し、更にこの導電材料を誘電体で被覆する。新規の電流測定回路が、電流測定の精度に対する浮遊容量の効果を低減するので、単純な比率方程式を用いて、表面キャップ・パネル上における物体の相対的ＸおよびＹ位置を判定することができる。切替イベント毎の全電荷転送に加えて、測定回路において電荷転送レートを測定することによって、表面キャップ・パネル上で２つの物体の位置を特定することが可能になる。電荷転送レートは、表面キャップ・パネル上における２箇所の接触点間の距離を判定するために用いられる。次に、表面キャップ・パネルの角における電極の数を２倍にすることによって、この２カ所の接触点間の距離に関する高さおよび幅情報を判定することができる。
【００１６】
本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、利点、および代替態様は、以下の詳細な説明を添付図面と組み合わせて検討することによって、当業者には明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、先行技術において見られるＸおよびＹ電極格子タッチパッドの斜視図である。
【図２】図２は、先行技術において見られる表面キャップ・パネルの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の原理にしたがって作られた表面キャップ・パネル１０の斜視図である。
【図４】図４は、１つの物体があるときに、キャパシタと電流測定センサとを備えた電流測定回路をどのように表面キャップ・パネルに取り付けるのかを示す回路図である。
【図５】図５は、複数の物体を検出することができる８ワイヤ法と共に用いる場合の第１実施形態における表面キャップ・パネルの上面図である。
【図６】図６は、複数の物体を検出するために、２つのキャパシタと２つの電流測定センサとを備えた電流測定回路をどのように表面キャップ・パネルに取り付けるのかを示す回路図である。
【図７】図７は、異なる時間枠(time aperture)の間に行われた測定を示すグラフである。
【図８】図８は、複数の物体を検出するために行わなければならない８つの異なる測定のために、電流測定回路の電極がどの角に置かれるのかを示す、表面キャップ・パネルの上面図である。
【図９】図９は、本発明において用いることができる表面キャップ・パネルの代替実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
これより、本発明の種々の要素に番号を付けた図面を参照し、当業者が本発明を行うことおよび用いることを可能にするように、本発明について論ずる。尚、以下の説明は本発明の原理の一例に過ぎず、以下に続く特許請求の範囲を狭めるように見なしてはならないことは言うまでもない。
【００１９】
図３は、本発明の原理にしたがって作られた表面キャップ・パネル１０の斜視図である。前述の同時係属中の特許出願において開示されているように、タッチ・パネル上において物体の位置を判定する新たな(new and novel)手法では、大きなキャパシタを充電し、次いでこの「フライング・キャパシタ」(flying capacitor)をタッチ・パネル１０の対向する２端部に取り付ける。本発明のフライング・キャパシタ法では、この方法は、表面にわたって１本の軸方向に一定電圧勾配が生成されたときに、表面キャップ・パネル２０の表面における接触において誘発される瞬時および総電流を測定する。この電流測定を行うために、図４に示すような敏感な電流測定回路３２を表面キャップ・パネル１０に取り付ける。表面キャップ・パネル１０を充電するために、フライング・キャパシタ１０を用いる。表面キャップ・パネル１０から除去される電荷はいずれも、電流測定回路３２によって測定される。
【００２０】
電圧勾配を線形にすることによって、図３における表面キャップ・パネル１０の精度を向上させることができる。したがって、第１ステップにおいて、表面上においてタッチ・パネル１０の縁端周囲に、低抵抗材料を付加することが望ましいが、必須ではない。電圧勾配線２０は、上縁端２６から下縁端２８に向かって一層密接にそして線形になる。
【００２１】
同時係属中の特許出願第１２／５９２，２８３号では、表面キャップ・パネル１０上において１つの物体の位置を判定するためには、４回の測定が必要であると説明されている。本発明は、「８ワイヤ法」と呼ばれるものを用いることによって、位置判定の「フライング・キャップ」法の能力を拡大する。
【００２２】
図５に、８ワイヤ法に用いられる表面キャップ・パネル４０を示す。この表面キャップ・パネル４０では、個々の電極を低抵抗材料に、低抵抗路の各端部において接続することができるように、各角にギャップ４２が形成されている。つまり、電極は、５０，５２、５４、５６、５８、６０、６２、および６４において接続されており、これらは８ワイヤ法の８本のワイヤとなる。これらの低抵抗路は、分離されているが、同時係属中の特許出願の４ワイヤ法におけると同様、一定の電圧勾配を形成するように、互いに十分に近接している。
【００２３】
８ワイヤ法は、イベント毎に、全電荷転送に加えて、電荷転送レートを測定することによって行われる。イベントとは、測定が行われるときと定義する。電荷転送レートは、表面キャップ・パネル４０上における２箇所の接触点間の距離を判定するために用いられる。したがって、２カ所の接触点間の距離に関する高さおよび幅情報は、表面キャップ・パネル４０の角における電極数を二倍することによって決定される。
【００２４】
図６は、８ワイヤ法において用いられる、変更版の電流測定回路７０を示す。図６において、２つのフライング・キャパシタ７２および７４が同時に表面キャップ・パネル４０に取り付けられる。フライング・キャパシタ７２および７４の同時取り付けによって、接触点間の総抵抗、ならびに表面キャップ・パネル４０上の水平および垂直低抵抗路の相対的測定が可能になる。
【００２５】
具体的には、表面キャップ・パネル４０上における接触点の位置は、多数の指を通る電流を測定し、接触点に対する各並列軸の有効ノートン抵抗を判定することによって判定される。
【００２６】
ノートン抵抗は、軸毎に電流の逐次積分を２回行うことによって求められる。長い時間枠および短い時間枠にわたって積分された２つの測定値によって、ＲＣ時定数を判定することができる。次いで、接触点の縁端に対する位置または近接度が、これらの接触点と縁端との間の抵抗を計算することによって求められる。総積分電流（以下の曲線の下にある面積）は、指の容量に比例する。
【００２７】
図７に示す１軸におけるピンチ・ジェスチャは、接触点同士を離れる方向に動かしたときの時定数の変化を示す。２／１は、最初に指を互いに閉じておいて（２および４）、次いで広げた（１および３）ときの事前および事後の測定値(before and after measurements)である。２に対する１の「短い測定値」が大きい程、その軸におけるピンチが大きいことを示す。
【００２８】
また、本発明は、容量の急激な変化を測定して第２の接触点を検出することにより、以前の４ワイヤ「フライング・キャップ」法を拡大する。第１接触点の位置を固定しておいて第２接触点を動かすと、中点位置情報が得られる。そして、この情報は、例えば、「回転」ジェスチャについての情報を提供するためにも用いることができる。
【００２９】
８ワイヤ法は、同時係属中の特許出願の４ワイヤ法と同じ原理で動作する。何故なら、個々の電極が、これらの電極の各端部において低抵抗材料に接続されているからである。低抵抗材料に誘発される電流は、表面キャップ・パネル上の指または他の接触点に誘発される電流よりも何倍も大きい。
【００３０】
図８は、本発明の表面キャップ・パネル４０のブロック図である。表面キャップ・パネルの角をＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤで示す。Ｆ１は、第１指示物体のために任意に選択した接触点である。Ｆ２は、第２指示物体のために任意に選択した接触点である。Ｏは、接触点Ｆ１およびＦ２の間の中点として印されている。
【００３１】
検出電極および駆動電極間に、連続的に、逆に荷電したキャパシタを取り付ける。特定の時間枠において表面キャップ・パネルから離れていく電荷は、特定の時間枠において蓄積される。電極パターンおよび蓄積時間枠には異なる８つの組み合わせがある。行わなければならない異なる測定の総回数は８である。８回の測定値、または電極および時間枠の８つの組み合わせを、表１における「繰り返し」の欄に纏める。
【００３２】
行わなければならない計算は次の通りである。
Ｚ１＝Ｍ１＋Ｍ２
Ｚ２＝Ｍ３＋Ｍ４
Ｘ＝Ｍ３／Ｚ２
Ｙ＝Ｍ１／Ｚ１
Ｚ＝Ｚ１＋Ｚ３
したがって、挟む動き(pinching movement)を分析するための計算は、ピンチ＝Ｍ１／Ｍ５＋Ｍ２／Ｍ６＋Ｍ３／Ｍ７＋Ｍ４／Ｍ８と定義される。
【００３３】
接触点の垂直および水平間隔に関するアスペクト比は、測定毎（Ｍ１からＭ８まで）のＡｘおよびＡｙの比率の平均によって決定される。つまり、ＭＲｎ＝（Ａｘｎ−Ａｙｎ）／（Ａｘｎ＋Ａｙｎ）となる。そして、アスペクト比＝（ＭＲ１／ＭＲ５＋ＭＲ２／ＭＲ６＋ＭＲ３／ＭＲ７＋ＭＲ４／ＭＲ８）／４となる。
【００３４】
図９は、表面キャップ・パネル４０の代替実施形態として備えられている。この図では、電極５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２、および６４を更に分離するために、表面抵抗性材料の各角に小さなスロット８０が形成されている。スロット８０は、外側の角から延びて、接触が行われる表面キャップ・パネル４０のアクティブ・エリアまで突出する。
【００３５】
尚、以上で説明した構成は、本発明の原理の適用の例示に過ぎないことは言うまでもない。本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、多数の変更および代替構成も、当業者によって考案することができよう。添付した特許請求の範囲は、このような変更および構成を包含することを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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８】
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【図９】
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