(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置または接近を検出する静電容量式センサの電極配置体であって、第１及び第２の面を有するほぼ平坦な基板；
ほぼ平坦な前記基板の前記第１の面に配置されたセンサ電極であって、照射される交番電界の変化を検出するように構成され、前記変化が、前記交番電界内に入る物体によって引き起こされる、センサ電極；
前記基板の前記第２の面に配置され、前記センサ電極によって放出される前記交番電界をグランドから遮蔽する働きをする第１のシールド電極；
及び前記基板の前記第１の面に配置される第２のシールド電極を備え、前記センサ電極が前記基板の前記第１の面に配置される導体路によって判定電子回路と結合可能であり、前記第２のシールド電極が前記導体路よりも大きく、
前記第２のシールド電極が、前記センサ電極と前記導体路との間に、前記センサ電極および前記導体路から離隔されて配置され、前記センサ電極によって放出される交番電界を前記導体路に対して遮蔽する働きをする、電極配置体。
【請求項２】
前記センサ電極、前記第２のシールド電極、および前記導体路が、それぞれストライプ状である、請求項１に記載の電極配置体。
【請求項３】
前記センサ電極が前記導体路よりも大きい、請求項２に記載の電極配置体。
【請求項４】
前記センサ電極が前記第２のシールド電極よりも大きい、請求項２に記載の電極配置体。
【請求項５】
前記基板の第１の面に、前記導体路から離隔して配置された第３のシールド電極をさらに備え、前記導体路が前記第２のシールド電極と前記第３のシールド電極との間に配置される、請求項２に記載の電極配置体。
【請求項６】
前記センサ電極、前記第２のシールド電極、および前記導体路が互いにほぼ平行に配置される、請求項５に記載の電極配置体。
【請求項７】
前記第１のシールド電極が、導電性で透明度の高い材料によって形成される、請求項１に記載の電極配置体。
【請求項８】
前記センサ電極が共振回路と結合され、前記センサ電極および前記共振回路に電圧を印加することができ、前記印加電圧と比較した前記共振回路の電圧の位相シフトが、前記センサ電極における前記物体の接近または位置を示す、請求項５に記載の電極配置体。
【請求項９】
前記センサ電極に結合された前記共振回路の出力が、前記３つのシールド電極のうちの少なくとも１つをほぼ前記センサ電極の電位にするために、増幅回路によって、前記３つのシールド電極のうちの少なくとも１つに結合可能である、請求項８に記載の電極配置体。
【請求項１０】
前記増幅回路がドライバ回路であり、前記ドライバ回路が、前記シールド電極で電流を駆動するように、かつシールド電極を前記センサ電極の電極電圧と同相の電圧で荷電するように適合され、前記印加電圧が前記センサ電極の電極電圧よりも小さい、請求項９に記載の電極配置体。
【請求項１１】
少なくとも１つの結合電極が前記センサ電極と前記第１のシールド電極との間に配置され、かつ前記第１のシールド電極と結合可能であり、
前記センサ電極に接続される静電容量式センサの出力が、前記結合電極および前記第１のシールド電極をほぼ前記センサ電極の電位にするために、ドライバ回路によって前記結合電極と接続可能である、請求項１に記載の電極配置体。
【請求項１２】
前記ドライバ回路が、前記結合電極で電流を駆動するように、かつ前記結合電極を前記センサ電極の電極電圧と同相の電圧で荷電するように適合され、前記印加電圧が前記センサ電極の電極電圧よりも小さい、請求項１１に記載の電極配置体。
【請求項１３】
前記シールド電極と前記結合電極が容量結合される、請求項１１に記載の電極配置体。
【請求項１４】
前記出力が、マルチプレクサによって増幅回路と結合可能である、請求項９に記載の電極配置体。
【請求項１５】
共振回路の誘導性構成要素がジャイレータによって形成される、請求項８に記載の電極配置体。
【請求項１６】
前記ジャイレータが、コンデンサでフィードバックされ前記センサ電極の入力部で仮想インダクタンスとして機能する演算増幅器を備え、前記仮想インダクタンスが、前記センサ電極と、グランドに対するその負荷静電容量と共に並列共振回路を構成する、請求項１５に記載の電極配置体。
【請求項１７】
前記演算増幅器の出力部が増幅回路と結合可能であり、前記演算増幅器の出力部に、減衰器が配置される、請求項１６に記載の電極配置体。
【請求項１８】
物体の位置または接近を検出するための静電容量式センサの電極配置体であって第１及び第２の面を有するほぼ平坦な基板を備える電極配置体；
ほぼ平坦な前記基板の前記第１の面に配置されたセンサ電極であって、照射される交番電界の変化を検出するように構成され、前記変化が、前記交番電界に入る物体によって引き起こされる、センサ電極；前記基板の前記第２の面に配置され前記センサ電極によって放出される前記交番電界をグランドから遮蔽する働きをする第１のシールド電極；
ディスプレイデバイスに対する物体の位置または接近を検出するための接地ディスプレイデバイス；及び前記基板の前記第１の面に配置される第２のシールド電極を備えるシステムであって、
前記センサ電極が前記基板の前記第１の面に配置される導体路によって判定電子回路と結合可能であり、前記第２のシールド電極が前記導体路よりも大きく、前記電極配置体が、前記ディスプレイデバイスにおいて、前記基板の前記第２の面が前記ディスプレイデバイスの方に向けられるように配置され、前記第１のシールド電極が、前記センサ電極によって放出される前記交番電界を前記接地ディスプレイデバイスから遮蔽する働きをし、
前記第２のシールド電極が、前記センサ電極と前記導体路との間に、前記センサ電極および前記導体路から離隔されて配置され、前記センサ電極によって放出される交番電界を前記導体路に対して遮蔽する働きをする、システム。
【請求項１９】
前記第１のシールド電極が、前記ディスプレイデバイスの前に位置する導電性で透明度の高い層と直流結合可能である、または容量結合可能である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１のシールド電極が、前記ディスプレイデバイスの前に位置する導電性で透明度の高い層によって形成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
物体の位置または接近を検出する静電容量式センサのための電極配置体であって、第１及び第２の面を有するほぼ平坦な基板を有する電極配置体；
ほぼ平坦な前記基板の前記第１の面に配置されるセンサ電極であって、照射される交番電界の変化を検出するように構成され、前記変化が、前記交番電界に入る物体によって引き起こされる、センサ電極；
前記基板の前記第２の面に配置され、前記センサ電極によって放出される前記交番電界をグランドから遮蔽する働きをする第１のシールド電極；
ディスプレイデバイスに対する物体の位置または接近を検出するための接地ディスプレイデバイス、及び前記基板の前記第１の面に配置される第２のシールド電極を備える装置であって、
前記センサ電極が前記基板の前記第１の面に配置される導体路によって判定電子回路と結合可能であり、前記第２のシールド電極が前記導体路よりも大きく、前記電極配置体が、前記ディスプレイデバイスにおいて前記基板の前記第２の面が前記ディスプレイデバイスの方に向けられるように配置され、前記第１のシールド電極が、前記センサ電極によって放出される前記交番電界を前記接地ディスプレイデバイスから遮蔽する働きをし、
前記第１のシールド電極が、前記ディスプレイデバイスの透明保護材料に埋め込まれ、前記第１のシールド電極が、前記センサ電極の前記電界を前記接地ディスプレイデバイスから遮蔽する働きをし、
前記第２のシールド電極が、前記センサ電極と前記導体路との間に、前記センサ電極および前記導体路から離隔されて配置され、前記センサ電極によって放出される交番電界を前記導体路に対して遮蔽する働きをする、装置。
【請求項２２】
前記第１のシールド電極および前記センサ電極それぞれが基板に埋め込まれ、前記基板が、前記透明保護材料の、前記ディスプレイデバイスと反対側の面に配置される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記基板が透明である、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ディスプレイデバイスがタッチ感知スクリーンであり、前記第１のシールド電極または前記センサ電極が、前記タッチ感知スクリーンの導電層によって形成され、前記タッチ感知スクリーンの前記導電層が、接触検出用判定ユニットおよび近接検出用判定ユニットと結合される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記ディスプレイデバイスから前記物体までが所定の第１の距離を超えると、前記ディスプレイデバイスに対する前記物体の動きを判定するように適合される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記近接検出用判定ユニットが、前記ディスプレイデバイスから前記物体までの距離が前記第１の距離より小さい場合に不活性化できる、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記ディスプレイデバイスから前記物体までが所定の第２の距離未満で、前記ディスプレイデバイスの前記物体との接触を判定するように適合される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第２の距離が前記第１の距離よりも大きい、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記タッチ感知スクリーンの前記導電層が、前記接触検出用判定ユニットおよび前記近接検出用判定ユニットと時分割で結合される、請求項２４に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１のシールド電極が結合電極を備える、請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置および／または接近を検出する静電容量式センサデバイスおよび静電容量式センサそれぞれの電極配置に関する。本発明は、具体的には本発明による電極配置を用いて物体の位置、および／またはディスプレイデバイスへの物体の接近を検出するディスプレイデバイスの電極構成に関連する。さらに本発明は、システムの構成要素が、特に電極が配置される箔に関する。さらに本発明は、タッチ感知スクリーンを使用する、また本発明による箔を使用する近接感知ディスプレイデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーンまたはディスプレイの場合に、特にモニタ、移動通信デバイスまたはナビゲーション機器の場合に、例えば、スクリーンに触れることなくスクリーン上で電子文書をブラウジングする、かつ／または回転させるような画像の動きを手動で制御するために、スクリーンへの接近を検出することによって、またはスクリーン近くの手ぶりを検出することによって、スクリーンの機能を拡張したいという要望がある。
【０００３】
解決策は、いわゆる静電容量式システムによって得られる。しかし、これらの既知の解決策には感度が低いものしかなく、そのため不正確な手ぶりの検出しかできないという欠点がある。例えばオフィスのワークスーションで使用されるような大型スクリーンの場合には、スクリーン中央領域での静電容量ベースの手ぶり検出は、スクリーン中央に配置される追加の静電容量式センサによってのみ可能であり、そのため判定の手間がさらに増えるということが加わる。
【０００４】
さらに、タッチ感知スクリーンの場合にも、接触することなくアプリケーションを手動で制御または取り扱うことができるように、接近または手ぶりを検出する機能によってタッチ感知スクリーンを機能拡張したいという要望もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、物体、特に手または指の位置および／または接近を検出する静電容量式センサデバイスおよび静電容量式センサそれぞれの電極配置を提供することであり、この電極配置では、少なくとも部分的に前述の欠点が回避され、静電容量式センサデバイスまたは静電容量式センサの感度改善、ならびにそれに続くディスプレイデバイス、とりわけ接触感知ディスプレイデバイスの機能拡張が、接近感知機能または手ぶり機能によって可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な諸実施形態は、それぞれの従属請求項に示されている。
【０００７】
それによれば、物体の位置および／または接近をそれぞれ検出する静電容量式センサデバイスおよび静電容量式センサの電極配置が提示され、この電極配置は、センサ電極および第１のシールド電極を備え、このセンサ電極は、第１の面および第２の面を有するほぼ平坦な基板の第１の面に配置され、第１のシールド電極は、基板の第２の面に配置され、センサ電極によって放出される交番電界（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）を集合体（ｍａｓｓ）（グランド）から遮蔽する働きをする。
【０００８】
この電極配置は第２のシールド電極を備えることができ、第２のシールド電極は基板の第１の面に配置され、センサ電極は、基板の第１の面に配置される導体路によって判定電子回路と結合することができ、第２のシールド電極はセンサ電極と導体路の間の、センサ電極および導体路からある距離のところに配置され、センサ電極によって放出される交番電界を導体路に対して遮蔽する働きをし、センサ電極、第２のシールド電極、および導体路はそれぞれストライプ状であり、第２のシールド電極は導体路よりも大きい。
【０００９】
センサ電極は導体路よりも大きくすることができる。
【００１０】
センサ電極は第２のシールド電極よりも大きくすることができる。
【００１１】
この電極配置は、従来の静電容量式センサシステムと比較して静電容量式センサシステムの感度の改善が実現されるということがとりわけ特徴となる。第１のシールド電極により、センサ電極の電界をスクリーンの集合電位（ｍａｓｓ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に対して遮蔽することができ、これにより感度がかなり高まる。導体路と比較して第２のシールド電極が大きいので、センサ電極への導体路の影響が最小化され、あるいは著しく低く保たれる。導体路を遮蔽する付加的な手段が不要であり、そのため、電極配置の製造、および電極配置の対象システムへの組込みが簡単になる。導体路と比較してセンサ電極が大きいので、高感度のセンサ電極が得られる。
【００１２】
電極配置は第３のシールド電極をさらに備えることができ、この第３のシールド電極は基板の第１の面の、導体路からある距離のところに配置され、導体路は、第２のシールド電極と第３のシールド電極の間に配置される。有利なことには、このようにしてセンサ電極に対する横方向の影響がさらに低減され、あるいはなくなる。
【００１３】
センサ電極、第２のシールド電極、および導体路は、互いにほぼ平行に配置することができる。このようにして、センサ電極に対する導体路の影響が導体路に沿って変わらず、そのため、センサ電極と導体路の間に配置される第２のシールド電極はより簡単な構成になりうる。
【００１４】
第１のシールド電極は、導電性で透明度の高い材料によって形成することができる。第１のシールド電極は、センサ電極、第２のシールド電極、第３のシールド電極および導体路の全部の幅よりもずっと大きく形成することができ、そのため、導電コーティングがないディスプレイデバイスでも著しく感度のよい検出が可能になる。
【００１５】
第１のシールド電極は、導電性で透明度の高い層と直流結合または容量結合することができる。したがって、従来の接触感知スクリーンに手ぶり検出または接近検出を備えることができ、接触感知スクリーンの導電コーティングが、電極構成をスクリーンの集合体（グランド）に対して遮蔽するために使用される。
【００１６】
センサ電極は共振回路と結合することができ、センサ電極および共振回路を含んで形成されたシステムには電圧を印加することができ、印加電圧と比較した共振回路の電圧の位相シフトが、センサ電極における物体の接近および／または位置を示す。
【００１７】
センサ電極および共振回路を含んで形成されたシステムの出力は、３つのシールド電極のうちの少なくとも１つをほぼセンサ電極の電位にするために、増幅回路によって、３つのシールド電極のうちの少なくとも１つを切替え可能とすることができる。
【００１８】
一実施形態では、センサ電極および共振回路を含んで形成されたシステムの出力は、３つのシールド電極すべてをほぼセンサ電極の電位にするために、ドライバ回路によって、３つのシールド電極すべてを切替え可能である。
【００１９】
増幅回路はドライバ回路として形成することができる。ドライバ回路は、少なくとも１つのシールド電極で電流を駆動するように、かつ少なくとも１つのシールド電極をセンサ電極の電極電圧と同相の電圧で荷電するように適合することができ、印加電圧は、好ましくはセンサ電極の電極電圧よりも小さい。
【００２０】
このようにして、センサ電極とシールド電極の間にほとんど無電界の空間を生成することができ、この空間は、静電容量式センサシステムの感度にプラスの影響を及ぼす。
【００２１】
少なくとも１つの結合電極をセンサ電極と第１のシールド電極の間に配置することができ、かつ第１のシールド電極と結合することができる。少なくとも１つの静電容量式センサの出力は、結合電極および第１のシールド電極をほぼセンサ電極の電位にするために、ドライバ回路によって結合電極を切替え可能とすることができる。
【００２２】
ドライバ回路は、結合電極で電流を駆動するように、かつ結合電極をセンサ電極の電極電圧と同相の電圧で荷電するように適合することができ、その印加電圧はセンサ電極の電極電圧よりも小さい。
【００２３】
シールド電極と結合電極は容量結合することができる。
【００２４】
マルチプレクサによって、いくつかのセンサ電極をドライバ回路と結合することができる。
【００２５】
共振回路の誘導性構成要素は、ジャイレータによって形成することができる。
【００２６】
ジャイレータは、コンデンサでフィードバックされ静電容量式センサの入力部で仮想インダクタンスとして機能する演算増幅器を含むことができ、この仮想インダクタンスは、静電容量式センサの入力部に接続されたセンサ電極と、集合体に対するその負荷静電容量と共に並列共振回路を構成する。
【００２７】
演算増幅器の出力部は増幅回路と結合することができ、演算増幅器の出力部に、好ましくはオーミック電圧分割器である減衰器が配置される。
【００２８】
本発明による少なくとも１つの電極配置を有するディスプレイデバイスに対する物体の位置および／または接近を検出するための、ディスプレイデバイスの電極構成もまた提示され、この電極配置は、ディスプレイデバイスにおいて、基板の第２の面がディスプレイデバイスの方に向けられるように配置することができ、第１のシールド電極は、センサ電極によって放出される交番電界を接地ディスプレイデバイスから遮蔽する働きをする。
【００２９】
第１のシールド電極は、ディスプレイデバイスの前に配置された導電性で透明度の高い層と直流結合または容量結合することができる。
【００３０】
第１のシールド電極は、ディスプレイデバイスの前に配置された導電性で透明度の高い層によって形成することができる。
【００３１】
この電極配置は、ディスプレイデバイス周りの縁部周辺に配置することができ、センサ電極は、互いに分離された少なくとも４つのセンサ電極セグメントによって形成され、これらセンサ電極セグメントは判定電子回路といつも結合することができ、各センサ電極セグメントは、ディスプレイデバイスの縁部に沿って配置される。このようにして、接近する指のＸおよびＹ座標を決定することができる。
【００３２】
ディスプレイデバイスにおいて手ぶり、物体の位置および／または接近を検出する、本発明による電極構成を有する装置もまた提示され、第１のシールド電極が、ディスプレイデバイス内に配置できる透明保護材料中に埋め込まれ、この第１のシールド電極は、センサ電極の電界を接地ディスプレイデバイスから遮蔽する働きをする。
【００３３】
第１のシールド電極および少なくとも１つのセンサ電極それぞれを基板に埋め込むことができ、基板は、透明保護材料の、ディスプレイデバイスと反対側の面に配置することができる。この基板は透明基板とすることができる。
【００３４】
ディスプレイデバイスはタッチ感知スクリーンとすることができ、第１のシールド電極は、タッチ感知スクリーンの導電構造体によって形成され、タッチ感知スクリーンの導電構造体は、接触検出用判定ユニットおよび近接検出用判定ユニットと時分割で結合される。このようにして、接触および接近の両方を、またはスクリーンの前で行われる手ぶりを検出できるスクリーンを実現することができる。
【００３５】
装置は、ディスプレイデバイスから物体までが所定の第１の距離を超えると、ディスプレイデバイスに対する物体の動きを判定するように適合することができる。
【００３６】
近接検出用判定ユニットは、ディスプレイデバイスから物体までの距離が第１の距離より小さい場合に不活性化することができる。
【００３７】
装置は、ディスプレイデバイスから物体までが所定の第２の距離未満で、ディスプレイデバイスの物体との接触を判定するように適合することができる。
【００３８】
有利には、第２の距離は第１の距離よりも大きい。
【００３９】
第１の面および第２の面を有する箔もまた提供され、それによって、箔の第１の面に１つのセンサ電極または複数のセンサ電極が配置され、第１の面に少なくとも１つの第２のシールド電極が配置され、また第１の面に、センサ電極を判定電子回路と接続するための導体路が配置され、第２のシールド電極は、導体路とセンサ電極の間に配置される。箔の第２の面に少なくとも１つの第１のシールド電極が配置される。
【００４０】
接触を検出するための導電構造体を備えたタッチ感知スクリーンがある接近感知ディスプレイデバイスの製造方法もまた提供され、この方法は、本発明による箔をタッチ感知スクリーン上に付けるステップを含み、少なくとも１つの結合電極がスクリーンの方に向けられ、この少なくとも１つの結合電極は、タッチ感知スクリーンの導電構造体と容量結合することができる。
【００４１】
箔の接続部およびタッチ感知スクリーンの導電構造体は、近接検出用判定ユニットと結合され、導電構造体は、近接検出用判定ユニットおよび接触検出用判定ユニットと時分割で結合される。
【００４２】
本発明のさらなる利点および有利な実施形態が、本明細書、図面、および特許請求の範囲からもたらされる。
【００４３】
諸実施形態が、図面では概略的に簡単に示され、その次の記述でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】２つの電極層を有し、一方の電極層がディスプレイデバイスの導電層に直流結合される、本発明による電極配置の層構造を示す図である。
【図２】本発明による、２つの層を有し、一方の電極がディスプレイデバイスの導電層に容量結合される電極配置の層構造を示す図である。
【図３】本発明によるディスプレイデバイスの電極構成の上面図である。
【図４】図３に示された電極構成の細部を示す図である。
【図５】本発明による、導電層がない小型ディスプレイデバイスの電極構成を示す図である。
【図６】本発明による、一方の電極がディスプレイデバイスの導電層によって形成される電極配置の別の実施形態を示す図である。
【図７】センサ電極およびシールド電極を有する静電容量式センサの静電容量等価回路図である。
【図８】本発明によるシステム、すなわちいくつかの静電容量式センサを用いた回路構成の動作原理構成を示す図である。
【図９】図８の静電容量式センサの静電容量等価回路図である。
【図１０】；静電容量式センサに指が接近している静電容量式センサの静電容量等価回路図を示す図である。
【図１１】静電容量式センサの共振回路の、ジャイレータとして設計された誘導性構成要素を示す図である。
【図１２】本発明によるシステムの電極のフレーム形配置を示す図である。
【図１３】本発明によるシステムの電極の、図１２に示されたフレーム形配置の層構造を示す図である。
【図１４】抵抗式タッチ感知スクリーンの基本構造を示す図である。
【図１５】接触検出用判定ユニットを有するタッチ感知スクリーンの回路図である。
【図１６】本発明による、接触検出用判定デバイスおよび近接検出用判定電子回路を有するタッチ感知スクリーンの回路図である。
【図１７】タッチ感知スクリーンから物体までの距離による接近検出および接触検出の一例を示す図である。
【図１８】電極がフレーム形で配置されている、本発明による電極構成でシールド電極としてのタッチ感知スクリーンの導電構造体の使用法を示す図である。
【図１９】センサ電極が導電箔として形成されている、本発明によるシステムでシールド電極としてのタッチ感知スクリーンの導電構造体の使用法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、本発明による、例えば手また指である物体の位置および／または接近を検出する、静電容量式センサデバイスまたは静電容量式センサの電極配置の層構造を示す。この電極配置は、少なくとも１つの第１のシールド電極ＳＥ１、第２のシールド電極ＳＥ２、およびセンサ電極Ｅを含む。
【００４６】
基板ＴＭの上面に、センサ電極Ｅおよび第２のシールド電極ＳＥ２が配置される。基板ＴＭの第２の面、すなわち基板の底面に第１のシールド電極ＳＥ１が配置される。センサ電極Ｅを判定電子回路Ａ（図３参照）と結合する導体路Ｌもまた第１の面、すなわち基板ＴＭの上面に配置される。基板ＴＭの上面に、第３のシールド電極ＳＥ３が同様に配置される。基板ＴＭの上面に配置された電極Ｅ、ＳＥ２、ＳＥ３の配列、ならびに導体路Ｌの配列は、第２のシールド電極ＳＥ２がセンサ電極Ｅと導体路Ｌの間を通り、導体路Ｌが第２のシールド電極ＳＥ２と第３のシールド電極ＳＥ３の間を通るように選定される。
【００４７】
任意の非導電性材料を基板ＴＭとして使用することができる。好ましくは、基板ＴＭとして箔が使用される。このようにして、有利なことに、最終的に基板ＴＭだけで互いに分離されている２つの電極層のみからなる電極配置になる。このような二部分電極構造の製造は、特にコスト効率よく行うことができる。さらに、基板ＴＭを含めた電極設計全体が特に平坦になりうることが確実であり、そのため、例えばスクリーンである対象システムの中への特に簡単な機械的集積化が可能になる。
【００４８】
基板ＴＭの底面に配置された第１のシールド電極ＳＥ１は、導電層ＩＴＯＳと直流結合される。本発明による電極配置をタッチ感知スクリーンに使用する場合、導電層ＩＴＯＳは、スクリーンの可視領域の前の導電コーティングにある程度なりうる。導電層を第１のシールド電極ＳＥ１と結合または接触させることは、例えばフィードスルーＤＫによって行うことができる。
【００４９】
この電極配置は、例えば、スクリーンＤ上に接着剤Ｋで固定することができる。この固定は、センサ電極Ｅがスクリーンの可視領域、または管理されるべき領域に割り当てられるように行われることが好ましい。スクリーンＤの方に向けられた面に、例えばガラス天板Ｇを配置することができ、ガラス天板Ｇは例えば、本発明による電極構造体に接着剤Ｋによって付けられる。ガラス天板Ｇとタッチ感知スクリーンの導電層の間に箔Ｆを、視差誤差を回避するために充填することができる。導電層ＩＴＯＳは、ＩＴＯ箔のように箔に付けることができる。
【００５０】
センサ電極Ｅで検出するために交番電界が放射され、放射された交番電界の変化が、スクリーンにおける物体の接近または位置を示す。第２のシールド電極ＳＥ２の助けにより、センサ電極Ｅは導電路Ｌに対して遮蔽され、その結果、センサ電極Ｅの測定信号に対する導電路Ｌの影響が最小になる。図４でより細部にわたって説明するように、有利なことに導電路Ｌは、第２のシールド電極ＳＥ２と比較した場合に特に細い。
【００５１】
第３のシールド電極ＳＥ３は、外部からの影響をなくする、または最少にするために設けられる。
【００５２】
基板ＴＭの底面に配置された第１のシールド電極ＳＥ１は、センサ電極Ｅをスクリーンに対して遮蔽する、すなわち、センサ電極Ｅから放出される交番電界を（スクリーンの）集合電位（ｍａｓｓ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に対して遮蔽する働きをする。第１のシールド電極ＳＥ１をタッチ感知スクリーンの導電層ＩＴＯＳと結合することによって、さらにスクリーンの可視領域全体がグランドに対して遮蔽され、その結果、スクリーン中央での接近検出または手ぶり検出もまた、センサ電極Ｅによってやはり十分に検出可能になる。これは、大型ディスプレイデバイスの場合にとりわけ有利である。
【００５３】
したがって、スクリーンの導電層ＩＴＯＳもまた、センサ電極Ｅによって放出される交番電極をグランドから、すなわちスクリーンに対して遮蔽することになるように使用される。このように簡単に、接触感知スクリーンを接近検出または手ぶり検出の機能によって機能拡張することができ、とりわけ、追加電極のような追加の方策を講じる必要なしに、スクリーンの可視領域の中央でも接近検出または手ぶり検出が可能である。
【００５４】
図２は、図１に関して既に示し説明した、本発明による電極配置の層構造を示す。図１の実施形態とは異なり、図２による実施形態では、スクリーンの導電層ＩＴＯＳは、第１のシールド電極ＳＥ１に直流結合されるのではなく、容量結合される。こうすることには、本発明による電極配置を既存のスクリーンの中に集積することが特に簡単に行えるという利点がある。このようにして、電極配置、すなわち基板ＴＭと、タッチ感知ディスプレイの可視縁部区域の上側および下側の基板上に配置された電極または導体路とを、接着剤Ｋの助けで接着することがとりわけ可能になる。これは有利なことに、とりわけ基板ＴＭと、基板および導体路の上に配置された電極とがほぼ透明な材料からなる場合に可能である。
【００５５】
図３は、タッチ感知スクリーンの電極構成を上面図で示す。
【００５６】
この実施形態では、センサ電極Ｅは、４つの電極セグメントＥＸ１、ＥＸ２、ＥＹ１およびＥＹ２で構成することができる。各電極セグメントは、導体路Ｌによって判定電子回路Ａと接続される。電極セグメントは、いつもディスプレイデバイスの各縁部に配置される。すなわち、電極セグメントＥＹ１およびＥＹ２はスクリーンの左縁部または右縁部に配置され、電極セグメントＥＸ１およびＥＸ２はスクリーンの上縁部または下縁部に配置される。このようにして、有利なことに、ディスプレイデバイスへの指または手の接近だけでなく、ディスプレイデバイスに対する指または手の相対的な位置も検出することが可能になる。
【００５７】
図３で明らかに分かるように、導電路Ｌと電極セグメントの間に、それぞれ１つの電極ＳＥ２が配置され、この電極は、それぞれの電極セグメントによって放出される交番電界を導電路Ｌに対して遮蔽する。図３の実施形態は、スクリーンの可視領域の前に導電コーティングがあるタッチ感知スクリーンを示し、この導電コーティングを用いてスクリーンとの接触を検出することができる。
【００５８】
例えば、スクリーンは抵抗式タッチスクリーンとすることができる。図１に関して既に説明したように、スクリーンの導電コーティングは、第１のシールド電極ＳＥ１と直流結合または容量結合される。図６に示されるように、タッチ感知スクリーンの導電コーティングは同時にまた、第１のシールド電極ＳＥ１を形成することもでき、その結果、接近検出または手ぶり検出の機能によって接触感知ディスプレイを機能拡張するための、全体としてさらに平坦な電極配置の構成が可能になる。
【００５９】
図４に、図３に示された電極構成の細部が示されている。図４に関して、以下では、電極または導電路の寸法設定について一般的に説明する。
【００６０】
電極を判定電子回路に接続する導電路の種類は非常に重要である。電極表面に対して空間的に実現可能な最良の方法で、その電極配置での感度の範囲を定めるには、特に細い導体路幅が有利である。
【００６１】
第２のシールド電極ＳＥ２は、導体路Ｌの幅と比較して広い。このようにして、センサ電極は、実現可能な最良の方法で導体路Ｌに対して遮蔽される。
【００６２】
センサシステム全体の実現可能な最高の感度を得るために、センサ電極の幅Ａもまた、可能な限り広く選定される。センサ電極に対する導体路Ｌの影響はなお、センサ電極から導体路Ｌまでの距離Ｂを可能な限り大きく選定することによって、さらに低減することができる。センサ電極ＥＸ１またはシールド電極ＳＥ２の幅は、シールド電極ＳＥ２の幅が導体路Ｌの幅よりも広い限り変えることができる。電極と導体路Ｌの特に有利な構成は、図４に見えるように、導体路Ｌがシールド電極ＳＥ２およびセンサ電極ＥＸ１の両方に対して特に細い場合に得られる。
【００６３】
第２のシールド電極ＳＥ２およびセンサ電極の幅が導体路Ｌの幅と比較して特別に広く選定され、同時にセンサ電極の幅が第２のシールド電極ＳＥ２の幅以上である場合に、特に有利な構成が確実になる。このようにして、一方ではセンサ電極の導体路Ｌに対する良好な遮蔽が得られ、もう一方ではセンサ電極の良好な感度が得られる。
【００６４】
電極を取り囲む材料により、第２のシールド電極ＳＥ２をセンサ電極よりもわずかに大きく設計することもまた可能であるが、ここでも導体路Ｌは特に細くなければならない。
【００６５】
図５は、本発明によるディスプレイデバイス用の電極構成を示す。図５に示される電極構成は、４つの電極セグメントＥＸ１、ＥＸ２、ＥＹ１およびＥＹ２の幅、またはこれら４つの電極セグメントの表面が、スクリーンの中央においても接近または手ぶりを安全に検出できるように選定可能であるので、小型ディスプレイデバイスにとりわけ適している。スクリーンの導電コーティングは不要である。このようにして、例えば、接近検出または手ぶり検出が実現可能なことによって電子写真フレーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｐｉｃｔｕｒｅ  ｆｒａｍｅ）を機能拡張することが可能になる。図５に示された電極構成の別の適用例は、例えば、ナビゲーション機器のディスプレイ上の電極構成の配置である。この実施形態では、スクリーンの中央でも良好な検出ができるようにするために、電極セグメントを可能な限り広く設計することが有利である。
【００６６】
図６は、例えば導電コーティングがないディスプレイデバイスに使用できる、本発明による電極配置の層構造を示す。この配置または構成でもまた、図５を参照して説明した小型スクリーンの感度をさらに高めることができる。とりわけこの構成ではまた、接近検出または手ぶり検出が実現可能なことによって大画面ディスプレイデバイスを機能拡張することもでき、大画面ディスプレイデバイスの場合でも、ディスプレイデバイスの中央領域での検出が保証される。
【００６７】
図１および図２に関して既に示されたように、基板ＴＭの上側に、センサ電極Ｅ、第２のシールド電極ＳＥ２、導体路Ｌ、および第３のシールド電極ＳＥ３が配置される。基板ＴＭの底面に導電層ＩＴＯＳが配置され、導電層ＩＴＯＳは、基板の片側で基板を越えて突出し、したがってディスプレイデバイスの可視領域の中に突出し、あるいはディスプレイデバイスの可視領域を完全に覆う。
【００６８】
導電層ＩＴＯＳは、例えばタッチ感知ディスプレイに使用されるので、透明層として形成されることが好ましい。導電層ＩＴＯＳはここでは、図１および図２に示された第１のシールド電極ＳＥ１の役割を負う。このようにして、例えばディスプレイデバイス上に接着できる箔が実施可能になり、例えば図３に関して示されたように、電極Ｅ、ＳＥ２、ＳＥ３、および導体路Ｌが箔の縁部に配置される。こうして、導電コーティングがないディスプレイデバイスの場合でも、センサ電極Ｅで放出される交番電界をディスプレイデバイスの大部分に対して遮蔽することができる。
【００６９】
図７は、本発明による、センサ電極Ｅおよびシールド電極ＳＥ１を有する静電容量式センサの静電容量等価回路図である。
【００７０】
センサ電極Ｅと第１のシールド電極ＳＥ１の間で静電容量Ｃ１が活性状態である。第１のシールド電極ＳＥ１は、接地スクリーンＤの反対側に静電容量Ｃ２を与える。
【００７１】
第１のシールド電極ＳＥ１による遮蔽効果は、第１のシールド電極ＳＥ１上のドライバＴを切り替えることによって確実なものになる。ドライバＴの出力電圧ｕＴがセンサ電極Ｅの電極電圧ｕＥと概ね一致する場合には、特に良好な遮蔽効果が得られる。
【００７２】
図示された静電容量式センサＳ（いくつかのセンサを設けることもできる）は、位相法により動作することができ、静電容量式センサの発生器の基準信号と比較した静電容量式センサの共振回路の位相シフトが接近を示す。静電容量式センサのセンサ電極Ｅに指が接近する場合、共振回路は、静電容量式センサの静電容量変化により、最初に調整された共振から離調する。この結果、共振回路に加えられた発生器信号と比べて共振回路の信号の振幅および位相が変化することになる。
【００７３】
振幅および位相の変化を使って、静電容量式センサＳまたはそのセンサ電極Ｅへの接近を検出することができる。しかし、最も有利なことには、位相整合が利用される。というのは位相整合では、起こりうる発生器信号の振幅変化と無関係である度合いが大きいままであり、さらに、センサ電極Ｅの静電容量に関してより高い感度が得られるからである。さらに、位相法を用いる場合、共振回路の電圧を低く維持することができ、これには、センサ電極Ｅでの電界放出に対する有利な効果がある。すなわち、放射線の放出に関するＥＭＣの問題もまた低減する。さらに、位相法はまた、受信端での外部からの干渉の影響をいっそう受けにくい。
【００７４】
静電容量式センサＳの共振回路で必要な誘導性構成要素は、ジャイレータによって実現することができる。本発明によるシステム中の静電容量式センサのジャイレータの基本構造が図１１に示されている。
【００７５】
図８は、本発明によるシステム、または本発明による回路配置の動作原理配置を示す。
【００７６】
この配置は、センサ電極Ｅ１〜Ｅｎを含み、各センサ電極が、いつもそれぞれの静電容量式センサＳ１〜Ｓｎと結合される。スクリーンまたはディスプレイＤの上に透明保護材料ＳＭが配置される。保護材料ＳＭは、ガラス、またはプラスチック材料の箔で作製することができる。この目的に適した他の材料もまた使用することができる。
【００７７】
ガラスまたは箔の底面または上面（または表面のすぐ下）に低導電性層が付けられ、この層は、センサ電極Ｓ１〜Ｓｎによって放出される電界を接地スクリーンＤから遮蔽するシールド電極ＳＥ１として働く。この導電層は、センサ電極Ｅ１〜Ｅｎに加えられる電極電圧がシールド電極ＳＥ１に加えられる電圧と大まかに等しくなる場合はいつも、接地スクリーンＤに対するシールドまたはシールド電極ＳＥ１として機能する。その場合、シールド電極ＳＥ１およびセンサ電極Ｅ１〜Ｅｎはほぼ同じ電位を有し、その結果、シールド電極ＳＥ１とセンサ電極Ｅ１〜Ｅｎの間の空間はほとんど無電界になる。
【００７８】
シールド電極ＳＥ１は、ディスプレイ装置またはスクリーンＤの一部とすることができるのに対し、センサ電極Ｅ１〜Ｅｎは、シールド電極ＳＥ１から独立してスクリーンＤ上に付けることができ、あるいはその後に付けることができる。
【００７９】
シールド電極ＳＥ１から独立してセンサ電極Ｅ１〜Ｅｎが取り付けられる場合にも、これらの電極が実質的に同じ電位を有すること、あるいはこれらの電極の間に実質的に無電界の空間が形成されることを保証するために、マルチプレクサＭＵＸおよびドライバ回路Ｔによって、静電容量式センサＳ１〜Ｓｎのセンサ出力部の１つがいつも、結合電極ＳＥＫ上で切り替えられる。
【００８０】
結合電極ＳＥＫは、センサ電極Ｅ１〜Ｅｎとシールド電極ＳＥ１の間にあるように、また好ましくはシールド電極ＳＥ１と容量結合できるように配置される。ここに図示されていない別の実施形態では、シールド電極ＳＥ１は、結合電極ＳＥＫと直流結合することができる。
【００８１】
ドライバ回路Ｔは、結合電極ＳＥＫの電流を駆動するように、かつ結合電極ＳＥＫを、センサ電極Ｅ１〜Ｅｎに加えられた電極電圧と同相の電圧で荷電するように設計されている。このようにして結合電極ＳＥＫに生成された信号は、ガラスまたは箔の上で導電層またはシールド電極ＳＥ１に容量結合される。したがって、どんな場合にも実質的に無電界の空間がセンサ電極Ｅ１〜Ｅｎとシールド電極ＳＥ１の間に生じることが保証される。
【００８２】
ガラスまたは箔のユーザ側からの容量結合は、センサ電極Ｅ１〜Ｅｎと、シールド電極ＳＥ１に結合する結合電極ＳＥＫとの構成全体を上方から簡単にスクリーンＤ上に置くことができるので、経済的な製造の視点から特に有利である。これもまた、接近機能によるスクリーンのアップグレードの視点から何より重要である。
【００８３】
図８に示された電気回路の機能モードについて、図９でより詳細に説明する。
【００８４】
図９は、静電容量式センサＳの、図８に示された回路の静電容量等価回路を示す。
【００８５】
センサ電極Ｅと結合電極ＳＥＫの間で静電容量Ｃ１が活性状態である。結合電極ＳＥＫと、導電層または遮蔽の働きをするシールド電極ＳＥ１との間の別の静電容量Ｃ３が、ガラス内または箔ＳＭ内に形成される。シールド電極ＳＥ１は、接地スクリーンＤに対する静電容量Ｃ２を与える。
【００８６】
シールド電極ＳＥ１の遮蔽効果がシールド電極ＳＥ１に存在する電圧ｕＳで決まる。ドライバＴの出力電圧がｕＴの場合、電圧ｕＳは次式から得られる。
ｕＳ  ＝  ｕＴ  ／  （１  ＋  Ｃ２／Ｃ３）
【００８７】
ドライバＴの出力電圧ｕＴが大まかにセンサ電極Ｅの電極電圧ｕＥと一致するので、比Ｃ２／Ｃ３が小さいほど遮蔽効果が良くなる。これは、設計機能によって、例えばセンサ電極Ｅとシールド電極ＳＥ１の間に適切な距離を選定することによって実現する。Ｃ２／Ｃ３の比が１でも高い遮蔽効果が得られることが見出されている。
【００８８】
図９から、ドライバ回路ＴによってセンサＳに向かうループが形成されるので、センサ電極Ｅと結合電極ＳＥＫの間の静電容量Ｃ１を介してフィードバックがセンサ回路内に生じることも明白である。この結果は、センサ感度の向上に有利に利用することができる。
【００８９】
ガラス内または箔ＳＭ上に導電層またはシールド電極ＳＥ１を使用することでさらに、図８の本発明によるシステムで、接近検出は別として、接触場所とは無関係に例えば切替え機能を可能にする接触検出、あるいはスクリーン上の接触場所に応じて指の位置の座標の計算に用いることができる接触検出もまた実現する可能性がもたらされる。特に有利なことには、図８に示されたシステムで、手ぶり検出を実現することができる。この接触検出について、図１０に関してより詳細に説明する。
【００９０】
図１０は、指が静電容量式センサに接近している、または指がディスプレイに接触している静電容量式センサの静電容量等価回路図を示す。
【００９１】
指を始点とする結合容量Ｃｓの上、およびグランドに対する人体容量ＣＫの上のシールド電極ＳＥ１が付加的に容量充電されるので、ガラスＳＭまたは箔と接触すると常に、シールド電極ＳＥ１の電圧ｕＳが急に、または非常に早く低減することになる。この電圧ｕＳの低減は、センサ電極Ｅにおいて活性状態の負荷静電容量が増大することを意味する。それに応じてセンサの信号電圧Ｓもまた急に、または非常に早く変化する。同時に、スクリーンの接触によりまた、別の結合静電容量ＣＥによる、図１０に示されたセンサ電極Ｅに対する容量結合も生じる。ディスプレイに接触しながら同時にセンサ電極Ｅに接近する場合、センサＳの信号電圧にさらなる変化が生じ、この変化によりまた、センサ電極Ｅから指までの距離を決定することもできる。
【００９２】
このようにして、残りのセンサ電極との連係で、スクリーン上の指の座標を決定することができる。しかしこれが十分な精度で可能であるのは、シールド電極ＳＥ１に対する指の結合ＣＳが、センサ電極Ｅ上の指の結合ＣＥと比較してあまりに支配的ではない場合に限られる。
【００９３】
これは、対応する電極構成の設計によって、シールド電極ＳＥ１をガラスＳＭまたは箔の、スクリーンと反対側の面にさらに近接して、またはその面からさらに離して配置することによって実現することができる。シールド電極ＳＥ１が、ガラスまたは箔ＳＭの接触される面からさらに離して配置される場合、本発明によれば、スクリーン上で識別可能な接触が実現する可能性が得られる。正確な電極構成は、いつもスクリーンのサイズによって決まる。
【００９４】
図１１は、本発明によるシステム内の静電容量式センサ用ジャイレータの基本構成を示す。
【００９５】
コンデンサＣＦでフィードバックされた演算増幅器ＯＰは、その入力部で仮想インダクタンスＬ＝Ｒ２ＣＦとして働き、この仮想インダクタンスは、そこに接続されたセンサ電極Ｅ、およびその負荷静電容量ＣＬと共に、グランドに対して並列共振回路を構成し、こうして、説明した位相シフトに対する感知要素として働く。同時に、演算増幅器ＯＰの出力部は、結合電極ＳＥＫまたはシールド電極ＳＥ１を駆動する働きをし、シールド電極ＳＥ１は、前記のように、図８のマルチプレクサＭＵＸを介して接続された結合電極ＳＥＫと容量結合される。
【００９６】
センサ電極Ｅと図９の結合電極ＳＥＫとの間の静電容量Ｃ１を介してフィードバックループが生じ、したがって、この配置では発振する傾向があるので、好ましくはオーミック電圧分割器として形成された減衰器によって演算増幅器ＯＰの出力電圧が分割され、その結果、演算増幅器ＯＰの出力電圧と結合電極ＳＥＫの電圧ｕＴとの比が１より小さくなる。このようにして、安定した動作が保証される。加えて、演算増幅器ＯＰの出力部をドライバ回路Ｔと結合して、その電圧を適宜に再び上げることができ、これにより、結合電極ＳＥＫが信号供給され、また結合電極ＳＥＫを容量負荷から解放することができる。
【００９７】
図１１に示されたジャイレータを静電容量式センサＳの共振回路の誘導性構成要素として使用する場合、図８または図９の本発明によるシステムの一実施形態では、このジャイレータはまた、ドライバ回路Ｔを用いないで実現することもできる。というのは、オーミック電圧分割器自体が１未満の増幅率を有する増幅器として機能し、結合電極ＳＥＫを駆動するからである。
【００９８】
この配置にはさらに、このフィードバックによって発振回路を減衰させないという利点、すなわち高い特性係数が得られるという利点があり、その結果として高い接近感知度が保証される。この簡単で経済的な並列共振回路の実現によりまた、システム全体をＡＳＩＣに集積化することが可能になる。
【００９９】
本発明によるシステムの図８に示された動作原理配置によれば、本発明によるいくつかの静電容量式センサを用いて、センサ電極の領域内の接近または動き（例えば身ぶり）を検出するための、センサ電極、結合電極およびシールド電極から成るどんな電極構成も実現することができる。
【０１００】
多層構造で４つのライン形電極ＥＸ１、ＥＸ２、ＥＹ１、ＥＹ２から成る配置の一例が図１２に示されている。図１２は、接近機能（または身ぶり機能）に関するアップグレードとしてディスプレイＤの上方から置くことができるフレーム形配置Ｒを示す。ストライプ状の電極ＥＸ１、ＥＸ２、ＥＹ１、ＥＹ２は、フレームＲの４つの外縁部に沿って配置される。
【０１０１】
例えば積み重ねたいくつかの箔で実現できる、図１２に示されたフレーム形配置の層構造が図１３に概略的に示されている。
【０１０２】
センサ電極Ｅおよびいくつかの結合電極ＳＥＫが基板Ｂに埋め込まれている。この基板は、例えば、透明にできる箔とすることができる。各結合電極ＳＥＫは互いに直流結合され、同一のドライバ回路Ｔによって駆動される。
【０１０３】
基板の上側の縁部に配置された結合電極により、ディスプレイＤの縁部区域に対する外側への遮蔽効果が実現可能になる。
【０１０４】
ガラスまたは箔ＳＭの中に埋没したシールド電極ＳＥ１と共に基板の底面に配置された結合電極は、ディスプレイに対してセンサ電極Ｅを遮蔽する働きをする。
【０１０５】
このストライプ状の配置には、例えばＸ電極ＥＸ１およびＥＸ２で生じる信号がＹ電極ＥＹ１およびＥＹ２で生じる信号から独立しているので、ディスプレイ面のＸ／Ｙ座標系での指の位置の座標を簡単なアルゴリズムで計算できるという利点がある。
【０１０６】
４つのストライプ状電極での座標の計算は、例えば、Ｘ電極の位相ΦＸまたはＹ電極の位相ΦＹの判定に基づいて行うことができる。このため有利には、ＸまたはＹ電極対の位相差または位相和が決定される。すなわち
ΔΦＸ  ＝  ΦＸ１  −  ΦＸ２  および  ΣΦＸ  ＝  ΦＸ１  ＋  ΦＸ２
または
ΔΦＹ  ＝  ΦＹ１  −  ΦＹ２  および  ΣΦＹ  ＝  ΦＹ１  ＋  ΦＹ２
【０１０７】
このようにしてまた、一般に差形成において位相差の非線形コースが得られるので、座標決定の線形化も可能になる。線形化ではまず、（各電極対に対して）関数
ΨＸ  ＝  ΣΦＸ  −  ΦＸ０
ΨＹ  ＝  ΣΦＹ  −  ΦＹ０
を定義することができる。これから、
ΔΦＸ／ΨＸ  ＝  （ΦＸ１  −  ΦＸ２）／（ΦＸ１  ＋  ΦＸ２  −  ΦＸ０）
ΔΦＹ／ΨＹ  ＝  （ΦＹ１  −  ΦＹ２）／（ΦＹ１  ＋  ΦＹ２  −  ΦＹ０）
を、Ｘ座標およびＹ座標における線形化がいつも得られるように、適切に選定された定数ΦＸ０またはΦＹ０と共に選定することができる。これから得られる近似比例関係によって、指の位置を非常に簡単に決定することができる。
【０１０８】
シールド電極ＳＥ１を伴う層ＳＭ、およびセンサ電極を伴う層Ｂ、ならびに結合電極ＳＥＫから成る、図１２および図１３に示されたフレーム形構造により、構成されるディスプレイを、接近判定または手ぶり判定の機能によって非常に簡単に機能拡張することができる。
【０１０９】
同様に本発明によれば、このシステムを、本発明によるシステムのディスプレイ中にも既に存在する導電構造体を使用することによって、既存のディスプレイ中に組み込むことができる。
【０１１０】
したがって、例えば抵抗式タッチ感知ディスプレイを、既に存在するそのタッチ感知ディスプレイの導電構造体を使用することによって、上記の機能により簡単に機能拡張することができる。
【０１１１】
図１４は、抵抗式タッチ感知ディスプレイ（タッチスクリーン）の構造を示す。この抵抗式タッチ感知ディスプレイは、２つの対向する導電層２０、３０（箔−箔、またはＩＴＯガラス−箔）から実質的に成り、これら導電層は、小さなセパレータドット１０によって互いに分離されている。タッチ感知ディスプレイは、ディスプレイデバイスの上に配置される。タッチ感知ディスプレイは測定ラインを有し、このラインには、指またはスタイラスが接触した場合に、接触点の上の電圧がかかる。
【０１１２】
図１５は、ディスプレイ接続ケーブル７０およびプラグ６０による、図１４に示された抵抗式タッチ感知ディスプレイとタッチ検出用判定ユニットμＣとの結合を示す。
【０１１３】
本発明によればタッチスクリーンの導電層は（実際のタッチスクリーンのタイプとは関係なく）、電極構造体として、特に第１のシールド電極ＳＥ１として、本発明による電極配置に使用することができる。  タッチスクリーンの現在の接触検出機能を維持するために、現在の接触検出機能は、本発明による判定ユニットの近接検出用ＧｅｓｔＩＣと時分割で結合される。このような結合が図１６に示されている。
【０１１４】
図１７は、タッチスクリーンから物体までの距離に応じた接近検出および接触検出の一例を示す。
【０１１５】
ここで示された例では、２つのスイッチングスレッショルドＳＷ１およびＳＷ２が規定される。これらのスイッチングスレッショルドは、タッチスクリーンＤからの第１の距離ＳＷ１および第２の距離ＳＷ２を示す。
【０１１６】
タッチスクリーンＤに接近する人の手または指で、タッチスクリーンＤの前の、または本発明による電極配置によって検出される領域内の動きを実行することができ、この動きは、電極配置によって検出され、判定することができる。この判定には手ぶり検出が含まれうる。
【０１１７】
スクリーンＤから手または指までの距離が第２の距離ＳＷ２よりも大きい場合、接触を検出する判定ユニットμＣは不活性化される。近接検出用判定ユニットＧｅｓｔＩＣは、スクリーンの前の動きを検出するように活性化される。
【０１１８】
手または指がさらにスクリーンに接近し、その結果、手／指の距離が第２の距離ＳＷ２よりも小さくなるが第１の距離ＳＷ１よりは大きい場合に、判定ユニットμＣおよび判定ユニットＧｅｓｔＩＣが活性化される。このようにして一方では動きまたは手ぶりを検出することができる。他方では、スクリーンへの速い接近またはスクリーンとの速い接触が、判定ユニットμＣによって確実に検出されることもまた保証される。
【０１１９】
手または指がさらにスクリーンＤに接近し、その結果、手／指の距離が第１の距離ＳＷ１よりも小さくなった場合には、判定ユニットＧｅｓｔＩＣが不活性化される。接触を検出する判定ユニットμＣは、活性化されたままである。このようにして、スクリーンの前すぐ近くの、スクリーンに接触することになる動きが動きの判定に含まれることを防止することができる。距離ＳＷ１は、非常に小さく選定することができる。距離ＳＷ１は数ミリメートルであることが好ましい。しかし、適用分野によっては距離ＳＷ１を数センチメートルにすることもできる。
【０１２０】
ここで示された例では、接触を検出する判定ユニットμＣおよび近接検出用判定ユニットＧｅｓｔＩＣは、対応する機能を実施するように、または実施しないように活性化または不活性化される。判定ユニットμＣまたはＧｅｓｔＩＣの活性化は、例えば、対応する動作電圧をこれらのユニットに供給することによって行うことができる。
【０１２１】
判定ユニットＧｅｓｔＩＣを活性化または不活性化する代替方法として、このユニットはまた、スクリーンから物体までの距離だけに応じて対応する機能をいつも実行するように適合することもできる。その場合、判定ユニットＧｅｓｔＩＣは、指の距離が第１の距離ＳＷ１より大きい場合のみ、検出された動きを判定する。その距離が第１の距離ＳＷ１よりも小さい場合には、動きは検出されるが判定はされない。特に有利なことには、ＳＷ１より小さい距離の場合であれば、Ｚ軸に沿った動きだけが、すなわちスクリーンからの指の距離が判定される。
【０１２２】
判定ユニットＧｅｓｔＩＣおよびμＣは常に活性状態であり、図１６に示されるように、対応する電極と結合されている。
【０１２３】
本発明によれば、タッチ感知ディスプレイの少なくとも１つの導電層が常にセンサ電極Ｅまたはシールド電極として使用される上で、いくつか実現が可能なことがある。
【０１２４】
第１の可能なことは、スクリーンＤの方に向けられた下側層２０をシールド電極として、上側層３０をセンサ電極Ｅとして使用することから成る。このようにして、抵抗式タッチ感知ディスプレイを追加電極なしでアップグレードすることができる。このシールド電極は、同時にまた結合電極ＳＥＫになる。
【０１２５】
図１８に示された別の可能なことは、抵抗式タッチ感知ディスプレイの２つの導電層を一緒に共通の第１のシールド電極として使用することから成る。代替方法として、２つの導電層のうちの一方だけを第１のシールド電極として使用することもできる。構造体ＥＸ１、ＥＸ２、ＥＹ１、ＥＹ２に必要なセンサ電極は、別部品としてスクリーン上に配置することができる。ここではフレーム構造体として、フレーム構造体上にセンサ電極、第２のシールド電極および導電路だけが配置されるタイプを使用することができる。また、単一の周辺センサ電極を配置することもでき、この配置では、位置の決定を伴わない簡単なディスプレイの手法が可能になる。フレーム構造体は、例えば押圧接触またはクリップ接触によって、判定ユニットと直流結合することができる。
【０１２６】
別の可能なことは、抵抗式タッチ感知ディスプレイの少なくとも１つの導電層をシールド電極として使用すること、および、図１９に示すように、センサ電極Ｅを追加導電箔１００（例えば、ＩＴＯ箔）の形で設計し、それを既存のタッチスクリーン上に付けることから成る。図１９に示された実施形態では、センサ電極Ｅが１つだけ、タッチスクリーン上の連続導電箔として付けられている。このようにして、位置の決定を伴わない簡単なディスプレイの手法を実現することが可能になる。
【０１２７】
代替方法として、互いに独立しているいくつかのセンサ電極Ｅを有する箔、またはセグメント化センサ電極Ｅを有する箔、例えば４個または１６個の正方形または長方形のセンサ電極を有する箔を、タッチスクリーン上に付けることもできる。また、いくつかの平行ストライプ状に形成されたセンサ電極も実現可能であり、その結果、有利なことに、例えば接近する指のＸ位置を検出できるようになる。センサ電極の数が増加するに伴い、検出の分解能、例えば手ぶりの分解能をさらに高めることができる。
【０１２８】
これには、本発明によるシステムの少なくとも１つの電極表面が可能であるという利点があり、それでも接近検出または手ぶり検出の完全な機能を、タッチスクリーンの導電構造体を使用して、従来技術のシステムにおけるよりも良好な感度で実現することができる。このようにしてまた、非常に簡単な機械的組込みにもなり、これは、製造工程ならびに材料費用に関するかなりのコスト低減を意味する。
【０１２９】
本発明によって有利なことに、機器に触れることなく、例えばデバイスの機能を起動させることが可能になる。したがって、例えば、ナビゲーション機器の機能を自動車内で、車の流れから目をそらすことなく呼び出すことができ、これにより交通の安全性が向上する。それでも、ナビゲーション機器のタッチスクリーン上のスイッチまたはボタンを操作することができる。
【０１３０】
触れずに操作することによって、例えば、電子写真フレームを指紋で汚すことなく取り扱うことも可能である。この機器の美的な全体の印象が、酷使されても影響を受けない。電子写真フレームの取扱いには、例えば、見るべき写真に切り替えることが含まれうる。さらに、制御部品に触れたり切り替えたりするときに、電子写真フレームが動いたり壁から落ちたりするかもしれないことを気にせずに、電子写真フレームの配置またはその取付けを行うことができる。したがって、既知の電子写真フレームの場合のように、機器の後面に付けられた制御部品にユーザが直接アクセスできなくなる場所にも、電子写真フレームを付けることができる。ユーザは、手ぶりでデバイスを取り扱う、またはデバイスに命令するのに、デバイスの近くに到達できるだけでよい。
【０１３１】
本発明は、特に様々なスクリーンサイズに適合することにおいて高い融通性を特徴とし、大型のディスプレイの場合に感度低下することがない。ここでは図示されていない別の実施形態では、複雑な手ぶりも検出するために、いくつかの電極セグメントを設けることもできる。電極配置が２つだけの電極層、すなわち基板の上側の電極および導体路と、基板の底面の電極とから成るとき、電極配置全体を特に平坦にすることができるので、対象システムへの特に簡単な機械的組込みが可能である。さらに、本発明で提案されている、基板上に２層電極構成を製造することは、特に簡単に、費用効果が大きいように実施可能である。基板ＴＭおよび電極を上に付けた導電箔を備えることにより、さらに多様なディスプレイデバイスを手ぶり機能または接近機能によって機能拡張することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１０  セパレータドット
２０  下側層
３０  上側層
６０  プラグ
７０  ディスプレイ接続ケーブル
１００  追加導電箔
Ａ  判定電子回路
Ｂ  基板
Ｄ  ディスプレイデバイス
ＤＫ  フィードスルー
Ｅ  センサ電極
ＥＸ１  電極セグメント
ＥＸ２  電極セグメント
ＥＹ１  電極セグメント
ＥＹ２  電極セグメント
Ｆ  箔
Ｇ  ガラス天板
ＧｅｓｔＩＣ  近接検出用判定ユニット
ＩＴＯＳ  導電性で透明度の高い材料
Ｋ  接着剤
Ｌ  導体路
ＯＰ  演算増幅器
Ｒ  フレーム形配置
Ｓ  静電容量式センサ
ＳＥ１  第１のシールド電極
ＳＥ２  第２のシールド電極
ＳＥ３  第３のシールド電極
ＳＥＫ  結合電極
ＳＭ  透明保護材料
ＳＷ１  所定の第１の距離
ＳＷ２  所定の第２の距離
Ｔ  ドライバ
ＴＭ  基板
ＴＭ１  第１の面
ＴＭ２  第２の面
ｕＥ  センサ電極Ｅの電極電圧
ｕＴ  ドライバＴの出力電圧
ｕＳ  シールド電極ＳＥ１に存在する電圧
μＣ  タッチ検出用判定ユニット
【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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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１１】
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【図１２】
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