(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面を規定する絶縁支持体と、
前記絶縁支持体の前記前面に配置され且つ導電性材料のパターンを含む少なくとも１つの層を含む膜と、
前記少なくとも１つの層のうち該１つの層の前記パターンの少なくとも一部分とその周囲環境との間の静電容量を測定するように構成された少なくとも１つの静電容量測定装置と、
前記少なくとも１つの層のうち該１つの層の前記パターンの１対の点の間の抵抗を測定するように構成された少なくとも１つの抵抗測定装置と
を備え、
前記少なくとも１つの静電容量測定装置は、前記センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を検出するよう構成されており、
前記少なくとも１つの抵抗測定装置は、前記指、手又は他の物体により前記センサに力が加えられたか否かを検出するよう構成されていることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記導電性材料は酸化インジウムスズであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの抵抗測定装置は、前記指、手又は他の物体により前記センサに加えられた前記力を推定するよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの静電容量測定装置は、
前記少なくとも１つの層のうち該１つの層の前記パターンの第１の部分とその周囲環境との間の静電容量を測定するように構成された第１の静電容量測定装置と、
前記少なくとも１つの層のうち該１つの層の前記パターンの第２の部分とその周囲環境との間の静電容量を測定するよう構成された第２の静電容量測定装置とを含み、且つ、
前記少なくとも１つの抵抗測定装置は、
前記少なくとも１つの層のうち該１つの層の前記パターンの前記第１の部分の１対の点の間の抵抗を測定するよう構成された第１の抵抗測定装置と、
前記少なくとも１つの層のうち該１つの層の前記パターンの前記第２の部分の１対の点の間の抵抗を測定するよう構成された第２の抵抗測定装置と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの静電容量測定装置は、前記センサ上における前記指、手又は他の物体の位置を推定するように更に構成されていることを特徴とする請求項４記載のセンサ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの静電容量測定装置は、前記センサ上における前記指、手又は他の物体の位置を推定するように更に構成されており、
前記少なくとも１つの抵抗測定装置は、前記指、手又は他の物体により前記センサに加えられた前記力を推定するよう構成されていることを特徴とする請求項４記載のセンサ。
【請求項７】
１つの静電容量測定装置が閾値を超える静電容量の変化を示した場合に、１つの抵抗測定装置が起動されるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記静電容量の測定及び前記抵抗の測定は交互に順次実行されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサを含むことを特徴とするディスプレイ。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサを使用する方法であって、
前記センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力する工程と、
前記指、手又は他の物体により前記センサに力が加えられたか否かを示す信号を出力する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサを使用する方法であって、
前記センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力する工程と、
前記指、手又は他の物体により前記センサに加えられた前記力を示す信号を出力する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載のセンサを使用する方法であって、
前記センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力する工程と、
前記指、手又は他の物体により前記センサに力が加えられたか否かを示す信号を出力する工程、
前記センサ上における前記指、手又は他の物体の２次元位置の推定を示す信号を出力する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載のセンサを使用する方法であって、
前記センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力する工程と、
前記指、手又は他の物体により前記センサに加えられた前記力を示す信号を出力する工程と、
前記センサ上における前記指、手又は他の物体の２次元位置の推定を示す信号を出力する工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
座標ｘ及び座標ｙを規定する前記センサ上における前記指、手又は他の物体の前記２次元位置の推定を示す信号及び
座標ｚを規定する前記手、指又は他の物体により前記センサに加えられた前記力の推定を示す信号に基づいて、前記センサ上における前記指、手又は他の物体の３次元位置の推定を示す信号を出力する工程を更に有し、
座標ｘ及び座標ｙは前記センサの表面に沿った２つの異なる方向に対応しており、且つ座標ｚは前記センサの前記表面に対して垂直な方向に対応していることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ、センサを含むディスプレイ及びセンサを使用する方法に関する。センサは、種々の装置を制御するためにユーザインタフェース及びマンマシンインタフェースにおいて使用される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ユーザインタフェース又はマンマシンインタフェースを介して装置を制御するタッチセンサが知られている。タッチセンサは、ユーザの指により導入される静電容量又はユーザの指が存在することによって起こる静電容量の変化に反応することで動作する。
【０００３】
容量性タッチパネルの一実施例の正面図を図６に概略的に示す。タッチパネルは２つの層、すなわち「１」とラベル付けされた層及び「２」とラベル付けされた層を含む。層「１」の容量性素子は互いに縦方向に接続される。層「２」の容量性素子は互いに横方向に接続される。「３」とラベル付けされた層は絶縁平面である。これにより、ユーザが触れたディスプレイ上の位置のＸ座標及びＹ座標の判定を可能にするマトリクス構造が構成される。更に、いわゆるマルチタッチアプリケーション、すなわちユーザが２本以上の指でグラフィカルアプリケーションを制御可能なアプリケーションも可能となる。
【０００４】
当該実施例のタッチパネルの上記の層は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含んでいてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ユーザインタフェースの動作の融通性を大幅に向上するために改良されたセンサ、ディスプレイ及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのようなセンサ、ディスプレイ及び方法は独立請求項において定義される。有利な実施形態は従属請求項において定義される。
【０００７】
本発明の一実施形態において、センサは、前面を規定する絶縁支持体と、支持体の前面に配置され且つ導電性材料のパターンを含む少なくとも１つの層を含む膜と、少なくとも１つの層のうち該１つの層のパターンの少なくとも一部分とその周囲環境との間の静電容量を測定するように構成された少なくとも１つの静電容量測定装置と、少なくとも１つの層のうち該１つの層のパターンの１対の点の間の抵抗を測定するように構成された少なくとも１つの抵抗測定装置とを含む。
【０００８】
一実施形態において、導電性材料は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。いくつかのディスプレイパネルでは容量性接触感知能力を実現するために既にＩＴＯ膜構造を利用しているという点において、ＩＴＯの使用は好都合である。従って、構造をまったく変更せずに又は大幅に変更する必要なく、従来のＩＴＯ構造が再利用されうる。しかし、本発明はＩＴＯのパターンに限定されない。同様の特性を有する他の導電性材料が使用されてもよい。以下の説明中、導電性材料はＩＴＯであるものとするが、ＩＴＯの代わりに同様の特性を有する他の導電性材料がいつでも使用されうることは理解されよう。
【０００９】
ＩＴＯはディスプレイに使用されてもよい。ＩＴＯは、薄い被膜の形態で使用される透明な導電性材料である。被膜として使用される場合、ＩＴＯは電子ビーム蒸着又はある範囲内のスパッタリング技術などの方法により堆積される。
【００１０】
ＩＴＯは導電性であり且つピエゾ抵抗特性を有する。従って、層のＩＴＯパターンの抵抗の変化を監視することにより、ユーザの指、手又は他の物体により加えられた力の検出及び測定が可能である。ピエゾ抵抗材料の場合、収縮による抵抗の変化は、通常の金属の場合の変化の約１００倍である。この効果は長さ及び面積の変化によるものではない。従って、例えばタッチアンドリリース又はドラッグアンドドロップなどのアプリケーションを単純な構成で実現できる。
【００１１】
酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）は、酸化インジウム（III）（Ｉｎ２Ｏ３）及び酸化スズ（IV）（ＳｎＯ２）の固溶体である。一実施形態において、ＩＴＯは８５〜９５重量％のＩｎ２Ｏ３と、７〜１３重量％のＳｎＯ２とを含む。一実施形態において、ＩＴＯは８８〜９２重量％のＩｎ２Ｏ３と、８〜１２重量％のＳｎＯ２とを含む。
【００１２】
一実施形態において、膜は弾性材料から形成される。従って、センサは繰り返し使用することができ、相互作用が完了するたびに同一の形状又はほぼ同一の形状が回復される。
【００１３】
一実施形態において、センサには、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を検出するように少なくとも１つの静電容量測定装置が構成されており、且つ指、手又は他の物体によりセンサに力が加えられたか否かを検出するように少なくとも１つの抵抗測定装置が構成されている。
【００１４】
従って、ユーザインタフェースを介して装置を制御するためにより多くの数のパラメータを使用することができる。すなわち、センサ上又はその付近に指、手又は他の物体が単に存在しているだけであるか否か、あるいは指、手又は他の物体が力を加えているか否かをユーザインタフェースの入力パラメータとして使用することができる。一実施形態において、指、手又は他の物体によりセンサに力が加えられたか否かの検出は、指、手又は他の物体によりセンサに閾値を超える力が加えられたことを検出することをいう。
【００１５】
一実施形態において、センサには、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を検出するように少なくとも１つの静電容量測定装置が構成されており、且つ指、手又は他の物体によりセンサに加えられた力を推定するように少なくとも１つの抵抗測定装置が構成されている。
【００１６】
従って、ユーザインタフェースを介して装置を制御するために更に多くのパラメータを使用することができる。すなわち、ユーザインタフェースの入力パラメータとして、指、手又は他の物体によりセンサに加えられた力の値が更に使用されうる。一実施形態において、力の値はニュートンで表される。一実施形態において、力の値は基準値と比較した場合の変化の割合（百分率）として表される。
【００１７】
一実施形態において、センサは、少なくとも１つの層のうち該１つの層のパターンの第１の部分とその周囲環境との間の静電容量を測定するように構成された第１の静電容量測定装置と、少なくとも１つの層のうち該１つの層のパターンの第２の部分とその周囲環境との間の静電容量を測定するように構成された第２の静電容量測定装置とを含む。本実施形態では、更に、少なくとも１つの層のうち該１つの層のパターンの第１の部分の１対の点の間の抵抗を測定するように構成された第１の抵抗測定装置と、少なくとも１つの層のうち該１つの層のパターンの第２の部分の１対の点の間の抵抗を測定するように構成された第２の抵抗測定装置とを含むようにセンサが構成される。
【００１８】
本実施形態の構成によれば、ユーザインタフェースの制御パラメータとして、指、手又は他の物体の存在、その位置及び指、手又は他の物体により加えられた力が使用される。
【００１９】
一実施形態において、センサには、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を検出し且つセンサ上における指、手又は他の物体の位置を推定するように少なくとも１つの静電容量測定装置が構成されており、且つ指、手又は他の物体によりセンサに力が加えられたか否かを検出するように少なくとも１つの抵抗測定装置が構成されている。
【００２０】
センサ上に指、手又は他の物体が載っておらず、その付近にあるだけの場合、一実施形態において、センサ上の指、手又は他の物体の位置は、指、手又は他の物体に最も近接するセンサ上の点に基づく推定位置であってもよい。
【００２１】
一実施形態において、センサには、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を検出し且つセンサ上における指、手又は他の物体の位置を推定するように少なくとも１つの静電容量測定装置が構成されており、且つ指、手又は他の物体によりセンサに加えられた力を推定するように少なくとも１つの抵抗測定装置が構成されている。
【００２２】
一実施形態において、センサは、１つの静電容量測定装置が、閾値を超える静電容量の変化を示す場合に、１つの抵抗測定装置が起動されるように構成される。これは、抵抗測定装置を永続的に動作させないことにより電力を節約するという利点を有する。静電容量測定装置からの割り込みがユーザの指、手又は他の物体の存在を示すまで、抵抗測定装置は開始する必要がない。
【００２３】
一実施形態において、センサは、静電容量測定及び抵抗測定が交互に順次実行されるように構成される。すなわち、静電容量測定装置及び抵抗測定装置が同時に動作状態である場合、時間ｔ＝０に静電容量測定が実行され、時間ｔ＝１に抵抗測定が実行され、時間ｔ＝２に静電容量測定が実行され、以降も同様である。言い換えれば、静電容量測定と抵抗測定は多重化される。これにより干渉の発生が防止される。別の実施形態において、静電容量測定に使用される膜の領域は、抵抗測定に使用される領域とは別である。
【００２４】
更に本発明は、先に説明したようなセンサを含むディスプレイに関する。一実施形態において、センサ膜は実際の活性表示面と外側表示面との間のいずれかの場所に配置される。一実施形態において、センサ膜と外側表示面との間に空隙はない。本実施形態において、ディスプレイの連続する層（スタック構成）は、例えば（１）実際の活性表示面、（２）空隙、（３）センサ膜、（４）のり又はテープ及び（５）外側表示面（いわゆる外側ウィンドウ）を含むか、あるいは（１）実際の活性表示面、（２）のり又はテープ、（３）センサ膜、（４）のり又はテープ及び（５）外側表示面を含んでいてもよい。センサ膜と外側表示面との間に空隙がないことにより、容量測定の感度は向上する。更に、指とセンサ膜との距離が短いほど、外側表示面上に指が載っている場合に得られる絶対静電容量は大きくなり且つ「デルタフィンガ」、すなわち指が載っている場合に得られる静電容量値と指が載っていない場合の静電容量値との差は大きくなる。
【００２５】
一実施形態において、センサ膜は実際の活性表示面と外側表示面との間のいずれかの場所に配置され、指と直接接触する可能性がある外側表示面には配置されない。この構成はセンサ膜の摩耗の危険を防止又は軽減する。
【００２６】
一実施形態において、センサは透明である。従って、ディスプレイ上の指、手又は他の物体の存在を検出可能であり、ディスプレイ上における指、手又は他の物体の位置を推定可能であり（２つ以上の静電容量測定装置が設けられている場合）、指、手又は他の物体によりディスプレイに力が加えられたか否かを検出可能であり、且つ指、手又は他の物体によりディスプレイに加えられた力を更に推定可能である。
【００２７】
更に本発明は、先に説明したようなセンサを使用する方法に関し、当該方法は、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力するステップと、指、手又は他の物体によりセンサに力が加えられたか否かを示す信号を出力するステップとを含む。
【００２８】
更に本発明は、先に説明したようなセンサを使用する方法に関し、当該方法は、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力するステップと、指、手又は他の物体によりセンサに加えられた力を示す信号を出力するステップとを含む。
【００２９】
更に本発明は、先に説明したようなセンサを使用する方法に更に関し、当該方法は、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力するステップと、指、手又は他の物体によりセンサに力が加えられたか否かを示す信号を出力するステップと、センサ上における指、手又は他の物体の２次元位置の推定を示す信号を出力するステップとを含む。
【００３０】
更に本発明は、先に説明したようなセンサを使用する方法に関し、当該方法は、センサ上又はその付近における指、手又は他の物体の存在を示す信号を出力するステップと、指、手又は他の物体によりセンサに加えられた力を示す信号を出力するステップと、センサ上における指、手又は他の物体の２次元位置の推定を示す信号を出力するステップとを含む。
【００３１】
一実施形態において、方法は、座標ｘ及び座標ｙを規定するセンサ上における指、手又は他の物体の２次元位置の推定を示す信号と、座標ｚを規定する指、手又は他の物体によりセンサに加えられた力の推定を示す信号とに基づいて、センサ上における指、手又は他の物体の３次元位置の推定を示す信号を出力するステップを更に含み、座標ｘ及び座標ｙはセンサの表面に沿った２つの異なる方向に対応し且つ座標ｚはセンサの表面に対して垂直な方向に対応する。
【００３２】
一実施形態において、膜は平面であるか又はほぼ平坦である。別の実施形態において、膜は平坦ではなく、湾曲している。本実施形態において、座標ｘ、ｙは、膜に局所的に接する方向に沿っていてもよい。座標ｚは、１つの点で座標ｘ、ｙに対応する方向に対して垂直な方向に沿っている。従って、座標ｘ、ｙ、ｚは局所座標であってもよい。
【００３３】
先に述べたように、本発明において、ＩＴＯの代わりに同様の特性を有する他の導電性材料が使用されてもよい。一実施形態において、ＩＴＯと同様の特性を有する導電性材料は、負の室温ゲージ率を有する導電性材料を意味する（例えばＳ．Ｅ．Ｄｙｅｒ、Ｏ．Ｊ．Ｇｒｅｇｏｒｙ、Ｐ．Ｓ．Ａｍｏｎｓ及びＡ．Ｂｒｕｉｎｓ Ｓｌｏｔの「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ」（ｔｈｅ ２２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｕｇｉｃａｌ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ（ＩＣＭＣＴＦ １９９５）（１９９５年４月２４日〜２８日、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡで開催）において発表、第１章「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」、式（２））の中でゲージ率は定義されている）。下位実施形態において、ＩＴＯと同様の特性を有する導電性材料は、−２〜−１，０００；−４〜−１，０００及び−６〜−１，０００の範囲の室温ゲージ率を有する導電性材料を意味する。
【００３４】
特に、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、導電性ポリマー及び導電性カーボンナノチューブはＩＴＯの代わりに使用可能な材料である。薄膜として形成可能であり（例えば蒸着により）且つ大きなピエゾ抵抗応答を有する材料が好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
次に添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【図１】図１は、本発明の一実施形態のセンサを概略的に示す図である。
【図２】図２は、２つ以上の静電容量測定装置及び２つ以上の抵抗測定装置を含む本発明の一実施形態のセンサを概略的に示す図である。
【図３】図３は、２つ以上の層の上にＩＴＯパターンが配置されている本発明の一実施形態のセンサを概略的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態のセンサの前面を概略的に示す図である。
【図５】図５は、抵抗測定装置を実現するために一実施形態において使用されるホイートストンブリッジを示す回路図である。
【図６】図６は、容量性タッチパネルを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
次に特定の実施形態を参照して本発明を説明する。尚、説明される特定の実施形態は当業者に本発明をよりよく理解させるためのものであり、添付の請求の範囲により定義される本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態のセンサを概略的に示す。センサ１００は、前面１０４を規定する絶縁支持体１０２を含む。絶縁支持体１０２の前面１０４に膜１０６が配置される。膜１０６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のパターン１０８を含む少なくとも１つの層を含む。
【００３８】
センサ１００は、パターン１０８とその周囲環境との間の静電容量を測定するように構成された静電容量測定装置１１０を更に具備する。静電容量測定装置１１０はコンタクト点１１２を介してＩＴＯパターン１０８に接続される。周囲環境は指１１４、手又は他の物体を含み、指、手又は他の物体の存在は、活動状態である場合に静電容量測定装置１１０により測定される静電容量を変化させる。
【００３９】
静電容量測定装置１１０として、例えばＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ（Ｎｏｒｗｏｏｄ， Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ， Ｕ．Ｓ．Ａ．）製造のいわゆる単体電極静電容量センサ用キャップタッチプログラマブルコントローラＡＤ７１４７（データシート「ＣａｐＴｏｕｃｈ（登録商標）Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ、ＡＤ７１４７、Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄａｔａ、０６／０７‐Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｖｅｒｓｉｏｎ Ｆ」、２００７年刊行、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃを参照）が使用されてもよい。特に、データシートの１１ページに静電容量測定装置１１０の可能な動作モードが説明されている。
【００４０】
静電容量測定装置１１０は、上述の例示的なＡＤ７１４７静電容量測定装置に限定されない。他の静電容量測定装置１１０が使用されてもよい。
【００４１】
センサ１１０は、ＩＴＯパターン１０８の１対の点１１８、１２０の間の抵抗を測定するように構成された抵抗測定装置１１６を更に含む。
【００４２】
Ｓ．Ｅ．Ｄｙｅｒ、Ｏ．Ｊ．Ｇｒｅｇｏｒｙ、Ｐ．Ｓ．Ａｍｏｓ及びＡ．Ｂｒｕｉｎｓ Ｓｌｏｔの「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ」（ｔｈｅ ２２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ（ＩＣＭＣＴＦ １９９５）（１９９５年４月２４日〜２８日、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡで開催）において発表）の中で説明されているように、ＩＴＯは優れたピエゾ抵抗特性を有する。すなわち、「パターニングされたＩＴＯ膜において−７７．７１という大きな室温ゲージ率Ｒ／Ｒｏが測定された。このゲージ率は高融点金属合金に関して報告されている値より相当に大きい。ｎ型シリコンで観測される応答に類似するような大きな負のピエゾ抵抗応答（負のゲージ率）があらゆるＩＴＯ膜について観測された。ピエゾ抵抗応答は再現性及び直線性を有し、７００μｉｎ ｉｎ−１までの歪みに対してヒステリシスはほとんど又はまったく観測されなかった。」
図１に示される実施形態において、静電容量測定装置１１０は、センサ１００の表面、あるいは表面付近又は表面に近接する場所にある指１１４、手又は他の物体の存在を検出するように構成されている。センサ１１０の表面に膜１０６を覆うようにプラスチック又はガラスのカバーシート（図示せず）が配置されていてもよい。プラスチック又はガラスのカバーシートは保護要素として機能する。抵抗測定装置１１６は、センサ１００の表面に指１１４、手又は他の物体が載せられた場合に、指１１４、手又は他の物体により力が加えられたか否かを検出するように構成されている。抵抗測定装置１１６は、センサ１００の表面に指１１４、手又は他の物体が載せられた場合に、指１１４、手又は他の物体により加えられた力を推定するように構成されていてもよい。一実施形態において、膜１０６は弾性を有するので、指１１４、手又は他の物体によりセンサ１００の表面に加えられた力によって膜１０６は湾曲し、それにより、コンタクト点１１８及び１２０の間のＩＴＯパターン１０８の長さが変化する。ＩＴＯ導電パターンにはピエゾ抵抗特性があるため、抵抗は変化し、抵抗測定装置１１６によりこの抵抗変化を測定することができる。これにより、力が加えられたか否かを検出することができ、更に、加えられた力を推定することができる。
【００４３】
抵抗を表す抵抗測定装置１１６の信号出力（図示せず）は、力を表す信号に変換される。センサ１００に力が加えられたか否か及びセンサ１００に加えられた力に応じて、ユーザインタフェースの制御論理において種々の動作が開始されてもよい。例えば、測定された力が所定の閾値を超えた場合、第１の動作が実行される。測定された力が所定の閾値を超えない場合、第２の動作が実行される。
【００４４】
図１に示されるセンサ１００において、力の測定は１チャネル測定である。すなわち、パネル全体で抵抗測定装置１１６により１つの力測定値が得られ、指の位置は静電容量測定装置１１０により特定される。一実施形態において、膜の異なる部分で数回の力測定が実行される。
【００４５】
ＩＴＯパターン１０８の１対の点１１８、１２０の間の電気抵抗を測定する抵抗測定装置１１６は、ホイートストンブリッジを使用して実現されてもよい。そのような回路の一実施例の回路図を図５に示す。図５を参照すると、電気抵抗が測定されるＩＴＯパターン１０８はＲ１として接続されてもよい。増幅器は任意の種類の適切な演算増幅器であってもよい。しかし、抵抗測定装置１１６は、ホイートストンブリッジを利用する本実施例の実現形態に限定されない。他の抵抗測定装置１１６が使用されてもよい。
【００４６】
一実施形態において、ディスプレイの前面のガラス又はプラスチックの開口部はＩＴＯの層によって被覆され且つ膜１０６として作用してもよい。ユーザの指、手又は他の物体からの力はこの膜１０６に歪みを発生させ、ピエゾ抵抗抵抗器構造によりこの歪みを測定することができる。これにより、ユーザの指１１４、手又は他の物体からの力を測定することができる。
【００４７】
力が加えられる位置に応じて感度が変化してもよい。しかし、この変化は予測可能であり且つ入力パラメータとしてＸ座標及びＹ座標を使用するルックアップテーブルを使用することにより補正可能である。
【００４８】
多くの用途において、必要とされるのは力の相対測定値のみである。すなわち、校正は不要であり、ディスプレイの異なる位置に現れる剛性の相違に応じた感度の変化（例えば温度変化によって）を適切に処理することができる。
【００４９】
静電容量測定装置１１０及び抵抗測定装置１１６の起動を制御する制御装置（図示せず）が更に設けられていてもよい。
【００５０】
一実施形態において、制御装置は、センサ１００の表面上の指１１４、手又は他の物体の検出を示す信号を静電容量測定装置１１０が出力した場合に限り抵抗測定装置１１６を起動するように、すなわち装置１１６の電源を投入するように構成される。前述のように、この構成により、抵抗測定装置１１６を永続的に起動することが回避されるため、電力が節約される。静電容量測定装置１１６からの割り込みによってセンサ１００上の指、手又は他の物体の存在が示されるまで、抵抗測定装置１１６は開始する必要がない。測定された静電容量が所定の閾値を超えた場合、静電容量測定装置１１０は、センサ１００の表面上の指１１４、手又は他の物体の検出を示す信号を出力する。
【００５１】
図２は、本発明の別の実施形態のセンサ１００を概略的に示したものである。絶縁支持体１０２の前面１０４にある膜１０６は、ＩＴＯのパターン１０８ａ、１０８ｂを含む。パターン１０８ａ、１０８ｂは第１の部分１０８ａ及び第２の部分１０８ｂを含む。第１のＩＴＯ部分１０８ａと場合によっては指１１４、手（図示せず）又は他の物体（図示せず）を含むこともある周囲環境との間の静電容量を測定するために、第１の静電容量測定装置１１０ａは、第１のＩＴＯ部分１０８ａに電気的に接続されている。パターンの第１の部分１０８ａの１対のコンタクト点１１８ａ、１２０ａの間の抵抗を測定するために、第１の抵抗測定装置１１６ａは、コンタクト点１１８ａ、１２０ａを介して接続されている。従って、第１の部分１０８ａに近接して存在する指１１４、手又は他の物体を第１の静電容量測定装置１１０ａにより検出することができ且つ指１１４、手又は他の物体により膜１０６に加えられた力を第１の抵抗測定装置１１６ａにより推定することができる。
【００５２】
第２の部分１０８ｂの付近の指１１４の存在を検出するために、第２の静電容量測定装置１１０ｂは、第２のＩＴＯパターン１０８ｂに電気的に接続されている。更に、第２の部分１０８ｂの１対のコンタクト点１１８ｂ、１２０ｂの間の抵抗を測定するために、第２の抵抗測定装置１１６ｂは、２つのコンタクト点１１８ｂ、１２０ｂの間に接続されている。従って、センサ１００上又はその付近又はそれに近接する場所における指１１４の存在を検出することができ且つ指１１４によりセンサ１００に加えられた力を推定することができるだけでなく、センサ１００上の指１１４の位置も推定することができる。
【００５３】
言い換えれば、膜１０６の複数の異なる部分で複数の存在検出及び複数の力検出又は複数の力測定を実行可能であるといえる。
【００５４】
あるいは（図２には示されないが）、複数の静電容量測定装置１１０により指１１４の位置が判定される一方で、１つの抵抗測定装置１１６により１つの力測定値が求められてもよい。
【００５５】
図３は、本発明の別の実施形態のセンサ１００を概略的に示す。膜１０６は２つの層から形成される。各層は１つのＩＴＯパターン１０８を含む。第１の層は第１のＩＴＯパターン部分１０８ａ及び第２のＩＴＯパターン部分１０８ｂを含む。第２の層は第３のＩＴＯパターン部分１０８ｃ及び第４のＩＴＯパターン部分１０８ｄを含む。各ＩＴＯパターン部分１０８ａ、ｌ０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄとそれぞれの周囲環境との間の静電容量を測定するために、静電容量測定装置（図３には示さない）が設けられる。それぞれのＩＴＯパターン部分１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄの領域で指１１４により膜１０６に加えられた力を検出し且つ／又は推定するように各ＩＴＯパターン部分のコンタクト点の間の抵抗を測定するために、抵抗測定装置（図３には示さない）が設けられる。
【００５６】
各ＩＴＯパターン部分１０８ａ、１０８ｂに電気的に接続された静電容量測定装置は、（図３に示されるように）ｘ方向に沿った膜上の指１１４の位置を示す指示を提供する。各ＩＴＯパターン１０８ｃ、１０８ｄに電気的に接続された静電容量測定装置は、ｙ方向に沿った膜１１６上の指１１４の位置を示す標識を提供する。
【００５７】
膜１０６は３つ以上の層を含んでもよい。ＩＴＯパターン部分は蛇行形状（図３に示されるような）であってもよいが、他の任意の形状であってもよい。各層のＩＴＯパターン部分の数は異なっていてもよい。
【００５８】
図４は、本発明の一実施形態のセンサ１００の膜１０６の層を示す概略平面図である。「Ｌ１」とラベル付けされた３つの行のＩＴＯパターン部分は、それぞれ１つの静電容量測定装置及び１つの抵抗測定装置と関連する。「Ｌ２」とラベル付けされたＩＴＯパターン部分の各列は、１つの静電容量測定装置及び１つの抵抗測定装置と関連する。行ごと及び列ごとの静電容量の値及び抵抗測定値から、膜上の指の位置及び指により膜に加えられた力が推定される。
【００５９】
従って、一実施形態のセンサは、ＩＴＯ層におけるピエゾ抵抗効果を利用する歪みゲージに類似する構造を有し、これが容量感知と組み合わせられる。
【００６０】
本発明に係る物理的エンティティ及び／又はその実施形態は、静電容量測定装置、抵抗測定装置及び制御装置を含めて、物理的エンティティにおいて実行された場合に、本発明の実施形態に従ってそれらの装置のステップ、手順及び機能が実行されるような命令を含むコンピュータプログラムを含むか又は格納する。更に本発明は、装置の機能を実行するためのそのようなコンピュータプログラム及び本発明に従って方法を実行するためのコンピュータプログラムを格納する任意のコンピュータ可読媒体に関する。
【００６１】
本明細書において「静電容量測定装置」、「抵抗測定装置」及び「制御装置」という用語が使用される場合、それらの要素がどのように分散されるか及びそれらの要素がどのように集中されるかに関する限定はまったくない。すなわち、上記の静電容量測定装置、抵抗測定装置及び制御装置の構成要素は、所期の機能を実現するために種々のソフトウェアコンポーネント又はハードウェアコンポーネント、あるいは装置に分散されていてもよい。更に、所期の機能を提供するために複数の異なる要素又はユニットが結集されていてもよい。
【００６２】
センサ１００の上記の装置は、いずれも、ハードウェア、ソフトウェア、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はファームウェアなどで実現されていてもよい。
【００６３】
本発明の更なる実施形態において、上記の静電容量測定装置、抵抗測定装置及び制御装置及び／又は特許請求される静電容量測定装置、抵抗測定装置及び制御装置は、静電容量測定装置、抵抗測定装置及び制御装置の機能を実行する静電容量測定手段、抵抗測定手段及び制御手段、又は静電容量測定器、抵抗測定器及び制御器とそれぞれ置き換えられる。
【００６４】
本発明の更なる実施形態において、先に説明されたステップは、いずれも、コンピュータ可読命令を使用して、例えばコンピュータ理解可能な手順又は方法などの形態で、任意の種類のコンピュータ言語で、且つ／あるいはファームウェア上の埋め込みソフトウェア又は集積回路などの形態で実現されてもよい。
【００６５】
詳細な実施例に基づいて本発明を説明したが、上記の詳細な実施例は本発明を当業者によりよく理解させることのみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲により定義される。
【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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