(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータと、上記コンピュータと通信する、センサを形成する１つもしくはそれ以上の個々のセンシングタイルとを備えたセンシングするための装置であって、
上記複数の個々のセンシングタイルは、表面に対して印加された応力を検出し、上記応力に対応する信号を、上記信号から上記表面に印加された応力の時間的に変動する連続的な画像を発生する上記コンピュータに提供するセンサ表面を形成し、
上記表面は隣接し、検出された応力は複数のタイルにわたる上記表面上に幾何学的に隣接しかつシームレスであるような方法でセンシングされ、
上記センサは、
交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線と、
上記グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部と、
外側層の外面上への応力が突起部を介して上記突起部から上記交点に伝達されるように、上記一連の突起部上に配置された上記外側層と、
プロンプト信号を上記グリッドに送信させ、上記グリッドからのデータ信号に基づく補間から上記表面上の応力の連続的な位置を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えた装置。
【請求項２】
各タイルが交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を有する複数のタイルと、
上記グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部と、
外側層の外面上への応力が突起部を介して上記突起部から上記交点に伝達されるように、複数のタイルにわたる上記一連の突起部上に配置された上記外側層と、
プロンプト信号を上記グリッドに送信させ、上記グリッドからのデータ信号に基づく補間から複数のタイルにわたる上記表面上の応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項３】
上記グリッドの配線の上記複数の交点に近接した応力抵抗材料を含む請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
上記応力抵抗材料は、上記グリッドの配線の上記複数の交点に近接しかつ一定間隔だけに配置される請求項３記載のセンサ。
【請求項５】
データのためのＮ（３より大きい正の整数）個のデュアルアナログ／デジタルＩ／ＯピンとＭ（３より大きい正の整数）個のデジタルＩ／Ｏピンとを有するコンピュータと、
Ｎ行及びＭ列を有する圧力センシングアレイとを備えたセンサであって、
上記Ｉ／Ｏピンは、上記コンピュータの外部の任意のトランジスタもしくは他の切替可能な電子部品を使用することなしに、上記Ｍ個のＩ／Ｏピンと通信する上記Ｎ行及びＭ列までと通信する請求項２〜４のうちのいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項６】
請求項２記載のセンサのタイルの位置を決定するための方法であって、
上記方法は、
コンピュータからの質問信号を、複数のタイルのそれぞれに上記タイルが電気通信する少なくとも１つの隣接するタイルを識別することを要求する上記コンピュータと通信する少なくとも上記複数のタイルに送信するステップと、
上記コンピュータによって、上記複数のタイルから上記質問に対する応答を受信するステップと、
上記コンピュータによって、上記応答から、相互に相対的な上記複数のタイルの位置の幾何学的なマップを形成するステップとを含む方法。
【請求項７】
センシングするための方法であって、
上記方法は、
表面が隣接する上記表面にわたって移動するオブジェクトから、センサを形成する２つもしくはそれ以上の個々のセンシングタイルから形成されたセンサ表面に印加された応力を検出するステップを含み、
上記検出された応力は、複数のタイルにわたる上記表面上で幾何学的にかつシームレスであるような方法でセンシングされ、
上記方法は、
上記コンピュータと通信する上記タイルからの上記応力に対応する信号を提供するステップと、
上記コンピュータによって、上記信号から、複数のタイルをわたる上記表面に印加された応力の時間的に変動する連続的な画像を発生するステップとを含む方法。
【請求項８】
上記方法は、付加的なタイルを上記２つのタイルのうちの少なくとも１つに接続して上記センサ表面のサイズを拡大させるステップを含み、
上記表面は、上記付加的なタイルを含みかつ隣接しており、
上記検出された応力は、上記表面上で幾何学的に連続的かつシームレスであるような方法でセンシングされる請求項７記載の方法。
【請求項９】
上記複数のタイルの上記配線間の空間の領域を有するグリッドの配線によって定義された交点まで伝達される機械的な層の最上に対して応力を与えるステップと、
上記グリッドと通信するコンピュータによって、プロンプト信号を上記グリッドに送信させるステップと、
上記コンピュータによって、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記表面上の上記応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築するステップとを含むセンシングするための方法。
【請求項１０】
各タイルが交点と上記配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を有する複数のタイルと、
上記グリッドの配線の複数の交点と嵌合する一連の突起部と、
外面層の外面に対して与えられた応力が上記外面層に内面を介して上記突起部及び上記複数の交点に伝達するように、上記一連の突起部及び上記外面と並置する上記内面を有する外面層と、
プロンプト信号を上記グリッドに送信させて、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記外面層の上記外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項１１】
上記外面層は、機械的な層であって、
上記一連の突起部は上記グリッドの配線間に配置され、機械的な層である請求項１０記載のセンサ。
【請求項１２】
上記グリッドの配線は、上記一連の突起部と上記外面層との間に配置される請求項１０記載のセンサ。
【請求項１３】
外面層の内面を介して、一連の突起部及び複数のタイルの上記配線間の空間の領域を有するグリッドの配線によって定義された複数の交点に伝達される、上記外面層の外面に対して応力を与えるステップと、
上記グリッドと通信するコンピュータによって、プロンプト信号を各タイルの上記グリッドに送信させるステップと、
上記コンピュータによって、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記外面層の上記外面上の上記応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築するステップとを含むセンシングするための方法。
【請求項１４】
各タイルが交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を有する複数のタイルと、
外面層の外面に対して与えられた応力が上記外面層に内面を介して
突起部に伝達され、上記突起部からそれによって上記外面層と上記突起部との間が圧縮される上記グリッド配線の交点に伝達され、それによって上記突起部は上記交点上へと直接的に与えられた応力を集中させるように、上記グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部と上記グリッドの配線及び外面とに接触して配置される内面を有する上記外面層と、
プロンプト信号を上記グリッドに送信させて、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記外面層の上記外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項１５】
各タイルが交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を有する複数のタイルと、
機械的な層の最上に与えられた応力が上記交点を介して伝達され、上記交点から突起部に伝達されるように、上記グリッドの配線の複数の交点と上記グリッドの配線上に配置された複数のプレートを有する層と接触する上記一連の突起部と、
プロンプト信号を上記グリッドに送信させて、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記表面上の応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項１６】
上記プレート層は、上記複数のプレート上に配置されたフレキシブルタッチ層を含む請求項１５記載のセンサ。
【請求項１７】
上記各プレートは、対応する突起部の外面上方で位置合わせされる角を有する請求項１６記載のセンサ。
【請求項１８】
各タイルが交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を有する複数のタイルと、
上記グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部と、
上記グリッドの配線上に配置される複数のプレートを有するプレート層と、
上記プレート層上に配置されたフレキシブルタッチ層とを備えたセンサであって、
上記タッチ層に与えられた応力は、上記プレート層及び少なくとも１つの突起部を介して上記交点に伝達され、
上記センサは、
プロンプト信号を上記グリッドに送信させて、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記表面上の応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項１９】
各タイルが交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を有する複数のタイルと、
上記グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部と、
上記グリッドの配線上に配置される複数のプレートを有するプレート層と、
上記プレート層上に配置されたフレキシブルタッチ層とを備えたセンサであって、
上記タッチ層に与えられた応力は、上記プレート層を介して上記交点に伝達され、上記交点から上記突起部に伝達され、
上記センサは、
プロンプト信号を上記グリッドに送信させて、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記表面上の応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項２０】
各タイルがトップ表面層上へと上方から与えられた応力はプレートに伝達され、上記プレートからグリッド配線の交点に伝達され、上記交点からそれによって上記プレートと突起部との間が圧縮される突起部に伝達され、それによって底面の突起部はセンサ交点上へと直接的に与えられた応力を集中させるように、上記底面から上記グリッドの配線の上記複数の交点と接触する一連の突起部と、上記グリッドの配線の上記複数の交点とトップから接触する一連のプレートと、上記一連のプレート上に配置された上記トップ表面層とを有する複数のタイルと、
上記プロンプト信号を上記グリッドに送信させて、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記表面上の応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築する、上記センサと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項２１】
上記方法は、
複数の交点の少なくとも１つの交点を介して伝達され、上記交点から上記交点の少なくとも１つのと接触する一連の突起部の少なくとも１つの突起部に伝達される機械的な層の最上に応力を与えるステップとを含み、
上記交点は、グリッドの配線及び上記配線間の空間の領域によって定義され、
上記機械的な層は、上記グリッドの配線上に配置された複数のプレートを有する請求項７記載の方法。
【請求項２２】
上記方法は、
一連の突起部の少なくとも１つの突起部を介して複数の交点の少なくとも１つの交点に伝達される機械的な層の最上に応力を与えるステップとを含み、
上記交点は、グリッドの配線及び上記配線間の空間の領域によって定義され、
上記機械的な層は、上記グリッドの配線上に配置された複数のプレートを有する請求項７記載の方法。
【請求項２３】
各タイルがベース上に配置されたグリッドの配線の複数の交点と上方から接触する一連の突起部と角においてそれらの底面から接触する一連のプレートと、上記一連のプレート上に配置されたトップ表面層とを有する複数のタイルを備えたセンサであって、
上記トップ表面層上へと上方から与えられた応力は上記プレートに伝達され、上記プレートから上記突起部に伝達され、上記突起部からそれによって上記ベースと上記突起部との間が圧縮される上記グリッドの交点に伝達され、
上記上方の突起部は、それによって上記交点上へと直接的に与えられた応力を集中させ、
上記センサは、
上記プロンプト信号を上記グリッドに送信させて、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記表面上の応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築する、上記グリッドと通信するコンピュータとを備えたセンサ。
【請求項２４】
上記交点において配置されたＦＳＲを含む請求項２３記載のセンサ。
【請求項２５】
応力が上記表面層に与えられたときに、各突起部は対応するセンシング素子と接触するように位置合わせされる請求項２４記載のセンサ。
【請求項２６】
上記突起部と上記グリッドとの間、上記表面層と上記一連のプレートとの間及び上記グリッドと上記ベースとの間に配置された接着剤を含む請求項２５記載のセンサ。
【請求項２７】
上記各プレートは、上記角が上記隣接するセンシング素子の内側で位置合わせされるように位置決めされる請求項２６記載のセンサ。
【請求項２８】
上記プレートは、上記プレート間に隙間が存在し、上記プレートの角間の隙間の中心がセンシング素子に対応するように位置合わせされるように特別に位置合わせされる請求項２７記載のセンサ。
【請求項２９】
上記各突起部は、樹脂、金属、木もしくはガラスの剛体バンプであって、応力を上記対応するセンシング素子上に集中させ、上記対応するセンシング素子と接触する形状を有する各突起部は、上記対応するセンシング素子上もしくは内側に正確に位置する請求項２８記載のセンサ。
【請求項３０】
上記突起部は、上記プレート間の隙間を介して上記プレートと同一平面で続いている請求項２８記載のセンサ。
【請求項３１】
上記突起部は、上記プレートと上記プレートとの交点から生じる請求項２８記載のセンサ。
【請求項３２】
請求項２３記載のセンサのためのセンシングするための方法であって、
上記方法は、
一連のプレートに伝達され、上記プレートからから一連の突起部に伝達され、上記突起部からそれによってベースと突起部との間が圧縮されるグリッドの配線の複数の交点に伝達されるトップ表面層上へ上方から応力を与えるステップとを含み、
上記一連のプレートは、上記ベース上に配置された上記グリッドの配線の上記複数の交点と上方から接触する上記一連の突起部とそれらの角でそれらの底面から接触し、それによって上方の上記突起部は、上記交点上へと直接的に与えられた応力を集中させ、
上記方法は、
上記グリッドと通信するコンピュータによって、プロンプト信号を上記グリッドに送信させるステップと、
上記コンピュータによって、上記グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、複数のタイルにわたる上記表面上の応力の連続的なかつシームレスな位置を再構築するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリッドの配線から受信されたデータ信号に基づく補間から、表面上の力の連続的な位置を再構築するセンサに関する。（ここで使用されるように、「本発明」もしくは「発明」に対する参考文献は例示的な実施形態に関し、必ずしも添付された特許請求の範囲によって包含されたすべての実施形態に関するものではない。）より特に、本発明は、センサが複数のプレート及び一連の突起部を含むグリッドの配線から受信されたデータ信号に基づく補間から、表面上の応力の連続的な位置を再構築するセンサに関する。
【０００２】
２次元センサ及び３次元センサからのコンピュータ２次元及び３次元出力において受信することと、そのコンピュータを用いて２次元及び３次元出力の関数である合成された出力を発生することとに関する。より特に、本発明は、２次元センサ及び３次元センサからコンピュータ２次元及び３次元出力において受信することと、そのコンピュータを用いて２次元及び３次元出力の関数である合成された出力を発生することとに関し、ここで、２次元センサはその表面上に印加された応力をセンシングし、３次元センサはカメラである。
【０００３】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月１２日付けで出願された米国仮出願第６１／４０４，８９７号、２０１１年２月８日付けで出願された米国仮出願第６１／４６２，７８９号、２０１１年７月１９日付けで出願された米国仮出願第６１／５７２，６４２号及び２０１１年７月２５日付けで出願された米国仮出願第６１／５７２，９３８号からの優先権の利益を主張し、それらのすべてが参照によりここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００４】
このセクションは、読者に本発明の種々の態様に関連するかもしれない技術の種々の態様を紹介することを目的とする。以下の説明は、本発明のより良い理解を容易化するための情報を提供することを目的とする。従って、以下の説明内の記述は、この観点から読まれるべきであって、従来技術の入門として読まれるべきでないということを理解すべきである。
【０００５】
従来技術において、ローゼンバーグらは個々のセンシング素子間のポイントでセンシングされた圧力を正確に補間するという方法で表面上の時間的に変動する２次元のアレイの圧力を捕獲する方法を教える。これはセンシング素子間を補間せずそれ故に非常に細かく間隔が空けられた２次元センシング素子アレイを用いて連続的な圧力画像を近似的に捕獲する必要がある、例えばテックスキャンの方法などの従来の方法の改良である。
【０００６】
さらに、レンジ画像カメラだけに基づくジェスチャセンシングは、それは全体の手もしくうは足の動きをトラッキングし、各ユーザの各手の時間にわたって一貫性のある同一性（アイデンティティ）を保持し、いくつかの場合では（表面及び手もしくは足の位置に対するカメラの距離に基づいて、）曖昧でない指及びつま先の同一性を提供することができるので、非常にパワフルであるはずである。これは、表面上方の空間内での指及び手の位置もしくはつま先及び足の位置についての情報をほとんどもしくは全く提供しない、例えば可変抵抗もしくは可変容量に基づくタッチデバイスなどの純粋に表面ベースのタッチデバイスとは著しく対照的である。しかし、レンジ画像カメラはいくつかの欠点を被る。
【０００７】
（１）（キネクトに対しては３０ｆｐｓである）フレームレートは非常に遅いので指を印加する動き及びキーをリリースする動きを正確にサンプリングすることができない。比較のために、ＵＳＢキーボードの標準的なサンプリングレートは、（ビデオレートの４倍よりも大きい）１２５Ｈｚである。このより高いサンプリングレートは曖昧でない検出及び複数の重複タイプされたキーストロークの曖昧性の除去のために必要とされる。
【０００８】
（２）表面にどれくらいの圧力が印加されているのかをレンジ画像単独から決定することは不可能であって、それによってディスプレイ上の仮想オブジェクトの微妙な動き、３次元コンピュータゲームキャラクターの迅速かつ正確な制御、楽器エミュレーション、疑似手術、疑似ペインティング／彫刻、歩行モニタリング、ダンス、理学療法のためのモニタリングスタンス、及びアイソメトリックコントロールの重要な測定から利益を得る他のアプリケーションに対してレンジ画像カメラを不十分な状態とさせる。
【０００９】
従って、指もしくは手又は足もしくはつま先の裏側に対する動き及び圧力における変動に基づく３次元画像ジェスチャから決定することもまた不可能である。例えば、もしユーザが異なる指間、又は指及び異なる手のひらの部分間で、又は足のかかと、中足骨もしくはつま先間で加重をシフトすれば、これらの変化がレンジ画像カメラに対して検出不可能となるであろう。
【００１０】
２００１年から２０１１年の１０年間は、（シャープ、東芝及び松下によってさまざまに開発された）各画素内に光学的な感知力を有する素子を含むＬＣＤディスプレイの段階的な発展が見られた。このアプローチは、タッチとホバリングとの両方のセンシングを可能とさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０，１２２，７９６号明細書
【特許文献２】米国特許第７，７８２，３０７号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｖ．  Ｓａｖｏｖ．  Ｋｉｎｅｃｔ  Ｆｉｎａｌｌｙ  Ｆｕｆｉｌｌｓ  Ｉｔｓ  Ｍｉｎｏｒｉｔｙ  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｄｅｓｔｉｎｙ．  Ｅｎｇａｄｇｅｔ．２０１０．
【非特許文献２】Ａ．  Ｗｕ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｓｈａｈ  ａｎｄ  Ｎ．  Ｌｏｂｏ．  Ａ  Ｖｉｒｔｕａｌ  ３Ｄ  Ｂｌａｃｋｂｏａｒｄ：  ３Ｄ  Ｆｉｎｇｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃａｍｅｒａ，  ２０００，  ５３６−５４３．
【非特許文献３】Ｓ．  Ｍａｌｉｋ，  Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｈａｎｄ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆｉｎｇｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，  ２００３．
【非特許文献４】Ｃ．  Ｊｅｎｎｉｎｇｓ．  Ｒｏｂｕｓｔ  Ｆｉｎｇｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｃａｍｅｒａ．  Ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，  Ａｎａｌｙｓｉｓ，  ａｎｄ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｆａｃｅｓ  ａｎｄ  Ｇｅｓｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  １９９９，  １５２−１６０．
【非特許文献５】ｈｔｔｐ：／／ｙｏｕｔｕ．ｂｅ／ｊｅｒｌ  Ｍｓ５ｄＵＪＲ  Ｋｉｎｅｃｔ  Ｆｉｎｇｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｖｉｄｅｏ
【非特許文献６】ｈｔｔｐ：／／ｔｏｕｃｈｃｏ．ｃｏｍ／  Ｔｏｕｃｈｃｏ
【非特許文献７】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗａｃｏｍ．ｃｏｍ／ｅｎ／Ｐｒｏｄｕｃｔｓ／Ｉｎｔｕｏｓ．ａｓｐｘ  Ｗａｃｏｍ  Ｉｎｔｕｏｓ  ４
【非特許文献８】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．ｃｏｍ  ｓｕｒｆａｃｅ／ｅｎ  ｕｓ／ｄｅｆａｕｌｔ．ａｓｐｘ  Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ
【非特許文献９】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｒｌ．ｃｏｍ／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／ＤｉａｍｏｎｄＴｏｕｃｈ／  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｔｏｕｃｈ
【非特許文献１０】ｈｔｔｐ：／／ｓｍａｒｔｔｅｃｈ．ｃｏｍ／  ＳＭＡＲＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
【非特許文献１１】Ｊ．  Ｙ．  Ｈａｎ．  Ｌｏｗ−ｃｏｓｔ  ｍｕｌｔｉ−ｔｏｕｃｈ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ．  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  １８ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  ＡＣＭ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｐａｇｅｓ  １  １５−１  １８，  ２００５．
【非特許文献１２】Ｉ．  Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ  ａｎｄ  Ｋ．  Ｐｅｒｌｉｎ．  Ｔｈｅ  ｕｎｍｏｕｓｅｐａｄ：  ａｎ  ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｔｏｕｃｈ  ｆｏｒｃｅ−ｓｅｎｓｉｎｇ  ｉｎｐｕｔ  ｐａｄ．  Ｉｎ  ＳＩＧＧＲＡＰＨ  ０９：  ＡＣＭ  ＳＩＧＧＲＡＰＨ  ２００９  ｐａｐｅｒｓ，  ｐａｇｅｓ  １−９，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  ＵＳＡ，  ２００９．  ＡＣＭ．
【非特許文献１３】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｕｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅ−ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ．ｃｏｍ／  Ｆｕｔｕｒｅ  Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ
【非特許文献１４】Ｍｉｎｇ−Ｃｈｉｎｇ  Ｃｈａｎｇ  ａｎｄ  Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ｂ．  Ｋｉｍｉａ，  Ｒｅｇｕｌａｒｉｚｉｎｇ  ３Ｄ  Ｍｅｄｉａｌ  Ａｘｉｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｅｄｉａｌ  Ｓｃａｆｆｏｌｄ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ，  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，  ２００８．  ＣＶＰＲ  ２００８．  ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．
【非特許文献１５】Ｘｉａ  Ｈ．  ａｎｄ  Ｔｕｃｋｅｒ  Ｐ．Ｇ．  （２００９），  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｍｅｄｉａｌ  ａｘｉｓ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  １８ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｅｓｈｉｎｇ  Ｒｏｕｎｄｔａｂｌｅ，  Ｓａｌｔ  Ｌａｋｅ  Ｃｉｔｙ，  Ｕｔａｈ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２５−２８，  ２００９，  ｐｐ．  ２４７−２６０．
【非特許文献１６】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｍｉａｃｓ．ｕｍｄ．ｅｄｕ／〜ｒａｍａｎｉ／ｃｍｓｃ８２８ｄ／ｌｅｃｔｕｒｅ９．ｐｄｆ，  Ｒａｍａｎｉ  Ｄｕｒａｉｓｗａｍｉ，  Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｏｎ  Ｃａｍｅｒａ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，  ｃｍｓｃ８２８ｄ．
【非特許文献１７】Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｖｉｅｗ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ，  Ｒ．  Ｈａｒｔｌｅｙ  ａｎｄ  Ａ．Ｚｉｓｓｅｒｍａｎ，  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，  ２０００，  ｐｐ．  １３８−１８３．
【非特許文献１８】Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ：  Ａ  Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  Ａｐｐｒｏａｃｈ，  Ｏ．Ｆａｕｇｅｒａｓ，  ＭＩＴ  Ｐｒｅｓｓ，  １９９６，  ｐｐ．  ３３−６８．
【非特許文献１９】“Ａ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｃａｍｅｒａ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ３Ｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｖｉｓｉｏｎ”，  Ｒ．  Ｙ．Ｔｓａｉ，  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ＆  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，  ＲＡ−３，  Ｎｏ．  ４，  Ａｕｇｕｓｔ  １９８７，  ｐｐ．  ３２３−３４４．
【非特許文献２０】Ｊｅａｎ−  Ｙｖｅｓ  Ｂｏｕｇｕｅｔ，  Ｃａｍｅｒａ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｔｏｏｌｂｏｘ  ｆｏｒ  Ｍａｔｌａｂ，  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｉｓｉｏｎ．ｃａｌｔｅｃｈ．ｅｄｕ／ｂｏｕｇｕｅｔｉ／ｃａｌｉｂ  ｄｏｃ．
【非特許文献２１】Ａｒｔｈｅｒ  Ｒ．  Ｐｏｐｅ，  Ｍｏｄｅｌ−Ｂａｓｅｄ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  −  Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｆ  Ｒｅｃｅｎｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ９４−０４  Ｊａｎｕａｒｙ  １９９４．
【非特許文献２２】Ｆａｒｓｈｉｄ  Ａｒｍａｎ，  Ｍｏｄｅｌ−ｂａｓｅｄ  ｏｂｊｅｃｔ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ｉｎ  ｄｅｎｓｅ−ｒａｎｇｅ  ｉｍａｇｅｓ−  ａ  ｒｅｖｉｅｗ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ＡＣＭ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｓｕｒｖｅｙｓ  （ＣＳＵＲ）  Ｓｕｒｖｅｙｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  ２５  Ｉｓｓｕｅ  １，  Ｍａｒｃｈ  １９９３．
【非特許文献２３】Ｇ．  Ｑｉａｎ，  Ｊ．  Ｚｈａｎｇ，  ａｎｄ  Ａ．  Ｋｉｄａｎｅ，  “Ｐｅｏｐｌｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｇａｉｔ  ｖｉａ  Ｆｌｏｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  Ｖｏｌ．  １０，  Ｎｏ．  ９，  ｐｐ．  １４４７−１４６０，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１０，  ｄｏｉ：  １０．１  １０９／ＪＳＥＮ．２０１０．２０４５１５８．
【非特許文献２４】Ａｕｇｓｔｅｎ，  Ｔ．，  Ｋａｅｆｅｒ，  Ｋ．，  Ｍｅｕｓｅｌ，  Ｒ．，  Ｆｅｔｚｅｒ，  Ｃ，  Ｋａｎｉｔｚ，  Ｄ．，  Ｓｔｏｆｆ，  Ｔ．，Ｂｅｃｋｅｒ，  Ｔ．，  Ｈｏｌｚ，  Ｃ．  ａｎｄ  Ｂａｕｄｉｓｃｈ，  Ｐ．  Ｍｕｌｔｉｔｏｅ：  Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋ−Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ  Ｆｌｏｏｒｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ−Ｔｏｕｃｈ  Ｉｎｐｕｔ．  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＵＩＳＴ  ２０１０，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ３−６，  ２０１０，  ｐｐ．  ２０９−２１８．
【非特許文献２５】Ｃｕｌｌｅｎ  Ｊｅｎｎｉｎｇｓ，  Ｒｏｂｕｓｔ  Ｆｉｎｇｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｃａｍｅｒａｓ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，  Ａｎａｌｙｓｉｓ，  ａｎｄ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｆａｃｅｓ  ａｎｄ  Ｇｅｓｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  １９９９．
【非特許文献２６】Ｊａｃｏｂ  Ｏ．  Ｗｏｂｂｒｏｃｋ，  Ｍｅｒｅｄｉｔｈ  Ｒｉｎｇｅｌ  Ｍｏｒｒｉｓ，  Ａｎｄｒｅｗ  Ｄ．  Ｗｉｌｓｏｎ，  Ｕｓｅｒ−  Ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｇｅｓｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ＣＨＩ  ’０９  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２７ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｈｕｍａｎ  ｆａｃｔｏｒｓ  ｉｎ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、光学的な感知力を有する画素アプローチは、本発明のタッチレンジフュージョン装置アプローチと比較すると多数の欠点を被る。すなわち、（１）単位領域当たりのコストは、ここでのアプローチの単位領域当たりのコストよりも本質的にずっと高い。（２）そのようなセンサは任意に大きいフォームファクタに対してシームレスなタイル張りとすることができない。（３）検出されたタッチ１１１の圧力における変動が（指先コンタクト形状における変化を介して、）非常に低い忠実性だけを有して決定される。（４）手の形状だけが、ディスプレイ上方の比較的小さい距離内で検出される。このことが、手及び指の同一性の一貫性のあるモデルを保持すること、又は多くの手のジェスチャを認識することを不可能とさせる。さらに、足のセンシングに対してそのような技術を使用することは実用的でない。なぜなら、それらが人体の重量に耐えるために十分に物理的なロバスト性を有するようにそのようなセンサを製造するために追加されたコストをそれらのコストに追加することは極めて困難であろうからである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つのキーとなるイノベーションは、ローゼンバーグらとは異なり、この方法は、任意の大きなサイズの表面上での時間的に変動する２次元アレイの圧力を捕獲することができるということである。従って、ローゼンバーグらの方法とは異なり、本発明は、例えば壁、床、テーブル、デスクもしくは道路などの全体に広げられた表面にわたってシームレスに時間的に変動する圧力捕獲のために使用される。
【００１５】
この能力を可能とさせる本発明のキーとなる革新的な技術は、（１）センシング素子アレイの物理的に異なるタイル内への編成化と、（２）タイル境界を横切って動作することができるセンシング素子間の補間の方法とである。
【００１６】
また、本発明は、シームレスタイリングの戦略に基づいているので、最適化を使用することができ、それによって各物理的なタイルによって形成されたサブアレイの解像度がそのタイルからのデータ捕獲を制御するマイクロコントローラを最適に使用するように選択される。このことが他に類を見ないほど経済的な実装をもたらすことを可能とする。それによって、タイルの制御は、追加のトランジスタもしくは他の切替可能な電子部品の使用をまったく必要とすることなしに単一の商業的に利用可能なマイクロコントローラだけを必要とする。
【００１７】
さらに、１人もしくはそれ以上のユーザに対する手及び指の動作のみならず、１人もしくはそれ以上のユーザの足もしくはつま先の動作の高品質な表現を創造するのみならず、タッチデバイス上もしくは当該タッチデバイス上方でペンもしくは他のオブジェクトを識別してトラッキングするために、圧力画像装置もしくは他のタッチデバイスデータを１つもしくはそれ以上のレンジ画像カメラからのデータと確実に合成するタッチレンジフュージョン装置及びソフトウェアアブストラクション層が説明される。大型表面にわたる指識別、圧力、及び手ジェスチャもしくは足ジェスチャの高品質な入力に識別可能な複数のユーザの同時のサポートを提供する商品レベルで利用可能な技術は現在存在しないと考えられる。本発明は、その隙間を埋めるであろう製品へと導くであろう。
【００１８】
本発明はセンシングするための装置に関する。その装置は、コンピュータを備える。その装置は、表面に印加された応力を検出し、信号から表面に印加された応力の時間的に変動する連続的な画像を発生するコンピュータに対する応力に対応する信号を提供するセンサ表面を形成するコンピュータと通信する２つもしくはそれ以上の個々のセンシングタイルを備え、ここで、その表面は隣接しており、検出された応力は表面上で幾何学的に連続的かつシームレスであるような方法でセンシングされる。
【００１９】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、交点及び配線間の空間領域を決定するグリッドの配線を備える。そのセンサは、機械的な層の最上に与えられた応力は突起部を介して伝達され、そこから突起部に伝達されるように、グリッドの配線の複数の交点と一連の突起部上に配置された機械的な層と接触する一連の突起部を備える。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させてグリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築するグリッドと通信するコンピュータを備える。
【００２０】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、データのための、Ｎ個のデュアルアナログ／デジタルＩ／ＯピンとＭ個のデジタルＩ／Ｏピンとを有するコンピュータを備え、ここで、Ｍ及びＮは３よりも大きい正の整数である。そのセンサは、コンピュータの外部の任意のトランジスタもしくは他の切替可能な電子部品を使用することなしにＭ個のＩ／Ｏピンと通信するＮ行及びＭ列までと通信するＮ個のＩ／Ｏピンを有する、Ｎ行及びＭ列を有する圧力センシングアレイを備える。
【００２１】
本発明は、センサのタイルの位置を決定するための方法に関する。その方法は、コンピュータからの質問信号を、複数のタイルのそれぞれにそのタイルが電気通信する少なくとも１つの隣接するタイルを識別するように要求するコンピュータと通信する少なくとも複数のタイルに送信するステップを備える。複数のタイルからの質問に対する応答をコンピュータによって受信するステップが存在する。その応答からコンピュータによって相互に相対的なタイルの位置の幾何学的なマップを形成するステップが存在する。
【００２２】
本発明は、センシングするための方法に関する。その方法は、表面にわたって移動するオブジェクトから２つもしくはそれ以上の個々のセンシングタイルから形成されたセンサ表面に印加された応力を検出するステップを含み、ここで、表面は隣接し、検出された応力は表面上で幾何学的に連続かつシームレスであるような方法でセンシングされる。その応力に対応する信号を、コンピュータと通信するタイルから当該コンピュータに対して提供するステップが存在する。その信号から、表面に対して印加された応力の時間的に変動する連続的な画像をコンピュータによって発生するステップが存在する。
【００２３】
本発明は、センシングするための方法に関する。その方法は、配線間の空間の領域を有するグリッドの配線によって定義された交点に対して伝達される機械的な層の最上に対して応力を与えるステップを含む。そのグリッドと通信するコンピュータによってプロンプト信号をグリッドに送信させるステップが存在する。グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置をコンピュータによって再構築するステップが存在する。
【００２４】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を備える。そのセンサは、外面層の外面に対して与えられた応力が外面層の内面を介して突起部と複数の交点とに伝達されるように、グリッドの配線の複数の交点と嵌合する一連の突起部と、一連の突起部及び外面と並置する内面を有する外面層とを備える。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させてグリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から外面層の外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築する、グリッドと通信するコンピュータを備える。
【００２５】
本発明は、センシングするための方法に関する。その方法は、外面層の内面を介して、一連の突起部及び配線間の空間の領域を有するグリッドの配線によって定義される複数の交点に伝達される外面層の外面に対して応力を与えるステップを含む。グリッドと通信するコンピュータによって、プロンプト信号をグリッドに送信させるステップが存在する。グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、外面層の外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築するステップが存在する。
【００２６】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を備える。そのセンサは、グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部と、グリッドの配線と接触して配置された内面と外面とを有する外面層とを備える。その結果、外面層の外面上へと与えられた応力は外面層の内面を介して突起部に伝達され、そこからそれによって外面層と突起部との間を圧縮するグリッド配線の交点に伝達され、突起部はそれによって与えられた応力を交点上へと直接的に集中させる。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させ、グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から外面層の外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築する、グリッドと通信するコンピュータを備える。
【００２７】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を備える。そのセンサは、グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部と、グリッドの配線上に配置された複数のプレートを有する機械的な層とを備える。その結果、機械的な層の最上に与えられた応力は交点を介して伝達され、そこから突起部に伝達される。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させ、グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、表面上の応力の連続的な位置を再構築する、グリッドと通信するコンピュータを備える。
【００２８】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を備える。そのセンサは、グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部を備える。そのセンサは、グリッドの配線上に配置された複数のプレートを有するプレート層を備える。そのセンサは、プレート層に配置されたフレキシブルタッチ層を備え、ここで、そのタッチ層に与えられた応力はプレート層及び少なくとも１つの突起部を介して交点に伝達される。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させ、そのグリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、表面上の応力の連続的な位置を再構築する、グリッドと通信するコンピュータを備える。
【００２９】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、交点及び配線間の空間の領域を定義するグリッドの配線を備える。そのセンサは、グリッドの配線の複数の交点と接触する一連の突起部を備える。そのセンサは、グリッドの配線上に配置された複数のプレートを有するプレート層を備える。そのセンサは、そのプレート層上に配置されたフレキシブルタッチ層を備え、ここで、タッチ層に対して与えられた応力はプレート層を介して交点層に伝達され、そこから突起部に伝達される。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させ、グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、表面上の応力の連続的な位置を再構築する、グリッドと通信するコンピュータを備える。
【００３０】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、それぞれにセンシング素子を有する、グリッドの配線の複数の交点と上方から接触する一連の突起部とそれらの角において底面から接触する一連のプレートと、プレートのグリッド上に配置された薄いトップ表面層とを備える。その結果、トップ表面層上へと上方から与えられた応力は、プレートに伝達され、そこから突起部に伝達され、そこからそれによってベースと突起部との間が圧縮されるグリッド配線の交点へと伝達され、それによって上側の突起部は、センサ交点上に直接的に与えられた応力を集中させる。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させ、グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、表面上の応力の連続的な位置を再構築する、センサと通信するコンピュータを備える。
【００３１】
本発明は、センシングするための方法に関する。その方法は、一連のプレートに伝達され、そこから一連の突起部に伝達され、そこからそれによってベースと突起部との間が圧縮されるグリッドの配線の複数の交点に伝達される、トップ表面層上へと上方から応力を与えるステップを含み、ここで、一連のプレートは、ベース上に配置されたグリッドの配線の複数の交点と上方から接触する一連の突起部とそれらの角においてそれらの底面から接触し、それによって上側の突起部は交点上へと直接的に与えられた応力を集中させる。グリッドと通信するコンピュータによって、プロンプト信号をグリッドに送信させるステップが存在する。グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から、表面上の応力の連続的な位置をコンピュータによって再構築するステップが存在する。
【００３２】
本発明は、センサに関する。そのセンサは、グリッドの配線の複数の交点と底面から接触する一連の突起部と、グリッドの配線の複数の交点とトップから接触する一連のプレートと、一連のプレート上に配置された薄いトップ表面層とを備える。その結果、トップ表面層上へと上方から与えられた応力は、プレートに伝達され、そこからグリッド配線の交点に伝達され、そこからそれによってプレートと突起部との間が圧縮される突起部に伝達され、それによって底面の突起部はセンサ交点上へと直接的に与えられた応力を集中させる。そのセンサは、プロンプト信号をグリッドに送信させ、グリッドから受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築する、センサグリッドと通信するコンピュータを備える。
【００３３】
本発明は、コンピュータ内に情報を入力するための装置に関する。その装置は、３次元情報をセンシングして、３次元出力を発生する３次元センサを備える。その装置は、２次元情報をセンシングして、２次元出力を発生する２次元センサを備える。その装置は、２次元出力及び３次元出力を受信し、２次元出力及び３次元出力の関数である合成された出力を発生する処理ユニットを備える。
【００３４】
本発明は、コンピュータ内に情報を入力するための方法に関する。その方法は、３次元情報をセンシングする３次元センサによって３次元出力を発生するステップを含む。２次元情報をセンシングする２次元センサによって２次元出力を発生するステップが存在する。２次元及び３次元出力の関数である処理ユニットによって合成された出力を発生するステップが存在する。
【００３５】
添付された図面では、本発明の好ましい実施形態及び本発明を実用化するための好ましい方法が例示される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】アクティブセンシングアレイを図示する。
【図２】２つのセンサ表面の位置合わせを図示する。
【図３】センサ表面の概略図を図示する。
【図４】センサ表面の層を図示する。
【図５】導体トレース線の概略図を図示する。
【図６】ＦＳＲ配置の概略的なパターンを図示する。
【図７】導体トレース線テストパターンの概略図を図示する。
【図８】ＦＳＲ配置テストパターンの概略的なパターンを図示する。
【図９Ａ】導体及びＦＳＲテストパターンを有するセンサ表面を図示する。
【図９Ｂ】導体及びＦＳＲテストパターンを有するアクティブセンシングアレイを図示する。
【図１０】単一のセンシング素子の概略的な分解図を図示する。
【図１１】センシング素子のアクティブ領域を図示する。
【図１２】単一のセンシング素子において、突起部がアクティブセンシングアレイの外面上に一体化された実施形態における素子の層を図示する。
【図１３】突起部がアクティブセンシングアレイの外面上に一体化された実施形態におけるタッチ層上に与えられた応力を図示する。
【図１４】突起部がアクティブセンシングアレイの外面上に一体化された実施形態における２つの隣接するタイル間のタッチ層上に与えられた応力を図示する。
【図１５】単一のセンスにおいて、突起部が半剛体タッチ層の内面上に一体化された実施形態における素子の層を図示する。
【図１６】突起部が半剛体タッチ層内部に一体化された半剛体タッチ層の実施形態の側面図を図示する。
【図１７】単一のセンシング素子において、突起部が半剛体タッチ層の内面上に一体化された実施形態における素子の層を図示する。
【図１８】異なる物理的なタイルに属するセンシング素子間の圧力の再分配の側面図を図示し、タイルの下に巻き付けられたアクティブセンシングアレイもまた図示する。
【図１９】タイルの分解図と一体化された突起部及びベース層に対する突起部とセンシング素子との適切な位置合わせを図示する。
【図２０】一体化された突起部及びベース層を有する実施形態における素子の層を図示する。
【図２１】提案された半剛体タッチ層が容認できないほど硬すぎる実施形態を図示する。
【図２２】半剛体タッチ層は容認できる程度の半剛体である実施形態を図示する。
【図２３】提案された半剛体タッチ層が容認できないほど十分でない剛体である実施形態を図示する。
【図２４】一体化された突起部及びベース層の実施形態における半剛体タッチ層上に与えられた応力の再分配を図示する。
【図２５】応力が同一の圧力タイル上の４つの突起部に対して再分配されるであろう領域を図示する。
【図２６】応力が２つの隣接した圧力タイルのそれぞれの上の２つの突起部に対して再分配されるであろう領域を図示する。
【図２７】４つの隣接した圧力タイルのそれぞれの上の１つの突起部に対して再分配されるであろう領域を図示する。
【図２８】高い／狭い突起部を図示する。
【図２９】半球状の突起部を図示する。
【図３０】高さよりもベースでの直径が広い湾曲した突起部を図示する。
【図３１】その高さと比較して非常に大きいベースを有する湾曲した突起部を図示する。
【図３２】一体化された突起部及びベース層の実施形態の下に折り畳まれたアクティブセンシングアレイを図示する側面図を図示する。
【図３３】一体化された突起部及びベース層の実施形態の下に折り畳まれたアクティブセンシングアレイを図示する側面図を図示する。
【図３４】ＰＣＢ実施形態のための空洞を有する、一体化された突起部及びベース層の実施形態の下に折り畳まれたアクティブセンシングアレイを図示する底面図を図示する。
【図３５】単一のタイルセンシング装置の使用を図示する。
【図３６】タイルセンシング装置のグリッドの使用を図示する。
【図３７】Ｉ２Ｃを用いるグリッドのタイルのデータバスの概略図を図示する。
【図３８】グリッドのタイル及びそれらの電気接続部を図示する。
【図３９】グリッドのタイルのゾーンの多様性を図示する。
【図４０】Ｎ／Ｓ／Ｅ／Ｗの検出線を有するタイルの概略図を図示する。
【図４１】分解されたタイル間の位置合わせ接続部を図示する。
【図４２Ａ】タイル間の位置合わせ接続部の位置合わせの側面図を図示する。
【図４２Ｂ】適切な位置にあるタイル間の位置合わせ接続部の側面図を図示する。
【図４３】タイルの分離されたグリッドを図示する。
【図４４】マイクロプロセッサに対する／マイクロプロセッサからのケーブル／配線を図示する。
【図４５】センシング素子間の距離を保つ隣接するタイルを図示する。
【図４６】ホスト通信タイルとマスタータイルとの両方として機能するタイルのための電子機器のブロック図を図示する。
【図４７】スレーブタイルのためのブロック図を図示する。
【図４８】補償機能における使用のためにラベリングされた位置を図示する。
【図４９】補償機能のグラフを図示する。
【図５０】共通のタッチ層を有する複数のタイルを図示する。
【図５１】一体化された突起部及びベース層の実施形態における異なるタイル上のセンシング素子に対して印加された、印加された応力を図示する。
【図５２】一体化されたプレート及び突起部行列構成要素の実施形態に対するタイルの分解図を図示する。
【図５３】一体化されたプレート及び突起部行列構成要素の実施形態に対するタイルの側面図を図示する。
【図５４】別個のプレート及び突起部行列構成要素の実施形態に対するタイルの展開図を図示する。
【図５５】別個のプレート及び突起部行列構成要素の実施形態に対するタイルの側面図を図示する。
【図５６】突起部がアクティブセンシングアレイに取り付けられた実施形態を図示する。
【図５７】突起部がアクティブセンシングアレイに取り付けられた実施形態の展開図を図示する。
【図５８Ａ】別個のプレート行列及び突起部行列層の技術のプロトタイプ実施形態で使用された寸法の上面図を図示する。
【図５８Ｂ】別個のプレート行列及び突起部行列層の技術のプロトタイプ実施形態で使用された寸法の側面図を図示する。
【図５９】アクティブセンシングアレイ上方のプレート位置合わせを図示する。
【図６０】アクティブセンシングアレイ上の対応するセンシング素子の内側で適切に位置合わせされた剛体プレートの上面図を図示する。
【図６１Ａ】プレート行列の上面図を図示する。
【図６１Ｂ】プレート行列の側面図を図示する。
【図６２Ａ】突起部行列の上面図を図示する。
【図６２Ｂ】突起部行列の側面図を図示する。
【図６３】アクティブセンシングアレイによって位置合わせされたプレート行列を図示する。
【図６４】アクティブセンシングアレイ上の対応するセンシング素子上で適切に位置合わせされた突起部の上面図を図示する。
【図６５Ａ】突起部の種々の有効な配置と有効でない配置とを図示する。
【図６５Ｂ】突起部の種々の有効な配置と有効でない配置とを図示する。
【図６５Ｃ】突起部の種々の有効な配置と有効でない配置とを図示する。
【図６５Ｄ】突起部の種々の有効な配置と有効でない配置とを図示する。
【図６５Ｅ】突起部の種々の有効な配置と有効でない配置とを図示する。
【図６５Ｆ】突起部の種々の有効な配置と有効でない配置とを図示する。
【図６６Ａ】適切に位置合わせされたプレート行列及び突起部行列の重ね合わせの底面図を図示する。
【図６６Ｂ】適切に位置合わせされたプレート行列及び突起部行列の重ね合わせの側面図を図示する。
【図６６Ｃ】適切に位置合わせされたプレート行列及び突起部行列の重ね合わせの上面図を図示する。
【図６７】適切に位置合わせされたプレート行列及び突起部行列の重ね合わせの切り抜かれた図を図示する。
【図６８Ａ】テーブル上のような水平センサを図示する。
【図６８Ｂ】壁上のような垂直センサを図示する。
【図６９】一体化されたプレート及び突起層の実施形態を図示する。
【図７０】スリット及び長方形の突起部を有する、一体化されたプレート及び突起層の側面図を図示する。
【図７１】突起部が接合部を介してプレートと同一平面となり続くようにスリット及び長方形の突起部を有する一体化されたプレート及び突起層の側面図を図示する。
【図７２】スリット及び台形状の突起部を有する一体化されたプレート及び突起層の側面図を図示する。
【図７３】スリット及び長方形の突起部を有する一体化されたプレート及び突起層の側面図を図示する。
【図７４】接合部においてプレートの外面と同一表面でないスリットを有する一体化されたプレート及び突起層の上面図を図示する。
【図７５】突起部が接合部を介してプレートと同一平面となり続くようにスリット及び長方形の突起部を有する一体化されたプレート及び突起層の上面図を図示する。
【図７６】接合部においてプレートの外面と同一表面でないより広いスリットを有する一体化されたプレート及び突起層の上面図を図示する。
【図７７Ａ】センシング素子上方の突起部を構成する一連の角突起部の例を図示する。
【図７７Ｂ】センシング素子上方の突起部を構成する一連の角突起部の例を図示する。
【図７７Ｃ】センシング素子上方の突起部を構成する一連の角突起部の例を図示する。
【図７８】フラットトップの一体化されたプレート及び突起層の実施形態の側面図を図示する。
【図７９】フラットトップの一体化されたプレート及び突起層の実施形態の外面を図示する。
【図８０】フラットトップの一体化されたプレート及び突起層の実施形態の内面を図示する。
【図８１】フラットトップのプレート行列層を図示する。
【図８２】一体化された突起層及びベース支持層を図示する。
【図８３】容認できる程度の剛体プレートを図示する。
【図８４】容認できる程度の半剛体プレートを図示する。
【図８５】容認できない程度の非剛体プレートを図示する。
【図８６】プレートでの応力の再分配の断面を図示する。
【図８７】分離したプレートと、隣接するセンシング素子に対して排他的にその機械的に補間された応力の再分配の概略図を図示する。
【図８８】一体化されたプレート及び突起層のプロトタイプ実施形態において使用されたプレート及び突起部の寸法を図示する。
【図８９Ａ】プレートに対する光抵抗インクパターンを図示する。
【図８９Ｂ】突起部に対する光抵抗インクパターンを図示する。
【図９０Ａ】圧縮プレート製造の実施形態のプロファイル図を図示する。
【図９０Ｂ】圧縮プレート製造の実施形態の上面図を図示する。
【図９１Ａ】不連続な角突起部及び隣接する角を有するプレートを有するプレート及び突起層の実施形態を図示する。
【図９１Ｂ】不連続な角突起部及び隣接する角を有する単一のパーツのフラットトッププレート及び突起層の実施形態を図示する。
【図９２】アクティブセンシングアレイと同一平面上にある回路基板を有する実施形態を図示する。
【図９３】ブリッジングプレートを有する内部のグリッドタイルの分解図を図示する。
【図９４】ブリッジングプレートを有する内部のグリッドタイルの上面図を図示する。
【図９５】ブリッジングプレートを有する内部のグリッドタイルの側面図を図示する。
【図９６Ａ】隣接するタイルのブリッジングプレートの位置合わせを図示する。
【図９６Ｂ】隣接するタイルのブリッジングプレートの正確な位置決めを図示する。
【図９７Ａ】ブリッジングプレートを有するタイルのベース層に組み込まれた回路基板の側面図を図示する。
【図９７Ｂ】ブリッジングプレートを有するタイルのベース層に組み込まれた回路基板の底面斜視図を図示する。
【図９８Ａ】適切な位置にある支持層の下のブリッジングプレート及び回路のアセンブリを有するタイルの隣接するタイルの位置合わせの概略図を図示する。
【図９８Ｂ】支持層の下のブリッジングプレート及び回路のアセンブリを有する隣接するタイルの位置合わせを図示する。
【図９９】適切に位置合わせされたブリッジングプレートを有するグリッドのタイルの概略図を図示する。
【図１００】適切な位置にあるブリッジングプレートを有するグリッドのタイルを図示する。
【図１０１】突起部上のブリッジプレートの位置合わせを見えるように透明なブリッジタイルを有する、適切な位置にあるブリッジングプレートを有するグリッドのタイルを図示する。
【図１０２】内部、ノース、イースト及びノースイーストタイルの実施形態のグリッドを図示する。
【図１０３】内部、ノース、イースト及びノースイーストタイルの実施形態の３×３のグリッドの概略的な位置合わせを図示する。
【図１０４】それらの適切な位置での内部、ノース、イースト及びノースイーストタイルの実施形態の３×３のグリッドを図示する。
【図１０５】円筒表面上の変形可能なパッチを図示する。
【図１０６】円錐表面上の変形可能なパッチを図示する。
【図１０７】円筒部分の湾曲したセンサのアセンブリを内側から見た図を図示する。
【図１０８】円筒部分の湾曲したセンサのアセンブリを外側から見た図を図示する。
【図１０９】円筒部分の一体化されたプレート及び突起層の高さ縁面図（ｈｅｉｇｈｔ  ｅｄｇｅ  ｖｉｅｗ）を図示する。
【図１１０】円筒部分の一体化されたプレート及び突起層の外側から見た図を図示する。
【図１１１】円筒部分の一体化されたプレート及び突起層の内側から見た図を図示する。
【図１１２】円筒表面上に搭載されたセンサを図示する。
【図１１３】六角形のプレートのプレート行列を図示する。
【図１１４】六角形のプレート行列に対応する突起部行列を図示する。
【図１１５】六角形のプレートを有する一体化されたプレート及び突起層を図示する。
【図１１６】六角形のプレート行列に対応する間隔を有するアクティブセンシングアレイを図示する。
【図１１７】アクティブセンシングアレイ上方に位置決めされた六角形の一体化されたプレート及び突起層を図示する。
【図１１８】角に記号が付された六角形のプレートを図示する。
【図１１９】タイルの底面上の回路に対する支持層の周りに巻き付けられたアクティブセンシングアレイに取り付けられた突起部を有する実施形態を図示する。
【図１２０】１６個のトレース線のバンクに分割されたコネクタテールを図示する。
【図１２１】一体化された突起部及びベース層の実施形態上の層及び印加された応力を図示する。
【図１２２】タッチデバイス及び２個のレンジ画像カメラを有する実施形態を図示する。
【図１２３】１人の個々のユーザの左手及び右手を図示し、個々のユーザの最大のリーチを超えると、もう１人の個々のユーザが識別される。
【図１２４】レンジ画像カメラを図示する。
【図１２５】タッチ画像デバイスを図示する。
【図１２６】圧力画像装置を図示する。
【図１２７】テーブルトップの実施形態を図示する。
【図１２８】床の実施形態を図示する。
【図１２９】コンピュータを有するタッチレンジフュージョン装置の実施形態を図示する。
【図１３０】エッジ検出、エッジハンドに整合された骨格、及び識別された指タッチを用いて手の輪郭を図示する。
【図１３１】立方体が４つの角に設置されたことを図示する。
【図１３２】タッチレンジフュージョン装置の実施形態を図示する。
【図１３３】タッチデバイス、レンジ画像カメラ及びレンジ画像カメラのための支持スタンドを有する実施形態を図示する。
【図１３４】一連のコンタクトポイントＰｋと一緒にタッチデバイス１０１を図示する。
【図１３５】コンピュータによって処理され、コンピュータメモリに格納される、レンジ画像カメラ及びタッチデバイスからのデータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
いま、いくつかの図面を通して同様の参照番号が同様のもしくは同一の部分に言及する図面を参照し、より特にその図面のうちの図３５及び図３６を参照すると、センシングのための装置１が図示される。装置１は、コンピュータ３を備える。装置は、表面に対して印加された応力を検出し、応力に対応する信号を、信号から表面に印加された応力の時間的に変動する連続的な画像を発生するコンピュータ３に提供する、センサ表面を形成するコンピュータ３と通信する２つもしくはそれ以上の個々のセンシングタイル２を備え、ここで、その表面は隣接し、検出された応力は表面上で幾何学的に連続かつシームレスであるような方法でセンシングされる。
【００３８】
図５０から図５２において図示されるように、本発明は、センサ２００に関する。センサ２００は、交点とワイヤ２３間の空間領域とを定義するグリッド１２６のワイヤ２３を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と接触する一連の突起部３０と、一連の突起部３０の最上に配置された機械的な層とを備え、その結果、機械的な層の最上に対して与えられた応力が突起部３０を介して伝達され、そこから交点に伝達される。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に対して送信させ、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築する、グリッド１２６と通信するコンピュータ３を備える。
【００３９】
センサ２００は、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点に近接した応力抵抗材料を含んでもよい。応力抵抗材料は、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点の近接のみに配置され、一定の間隔で配置される。
【００４０】
本発明は、センサに関する。センサは、データのための、Ｎ個のデュアルアナログ／デジタルのＩ／ＯピンとＭ個のデジタルＩ／Ｏピンとを有するコンピュータ３を備え、ここで、ＭはＮよりも小さく、Ｍ及びＮは３よりも大きい正の整数である。センサは、コンピュータ３の外側の任意のトランジスタもしくは他の切替可能な電子部品をまったく使用することなしに、Ｍ個のＩ／Ｏピンと通信するＮ行及びＭ列までと通信するＮ個のＩ／Ｏピンを有する、Ｎ行及びＭ列を有する圧力センシングアレイを備える。
【００４１】
本発明は、センサのタイル２の位置を決定するための方法に関する。当該方法は、複数のタイル２のそれぞれに対して、そのタイル２が電気通信状態にある少なくとも１つの隣接するタイル２を識別するように要求して、コンピュータ３からの質問信号を当該コンピュータ３と通信する少なくとも複数のタイル２に送信するステップを含む。複数のタイル２から質問に対する応答をコンピュータ３によって受信するステップが存在する。その応答から、相互に関連したタイルの位置の幾何学的なマップをコンピュータ３によって形成するステップが存在する。
【００４２】
本発明は、センシングするための方法に関する。当該方法は、表面にわたって移動するオブジェクトから２つもしくはそれ以上の個々のセンシングタイル２から形成されたセンサ表面に印加された応力を検出するステップを含み、ここで、当該表面は隣接し、検出された応力は表面上で幾何学的に連続的かつシームレスであるという方法においてセンシングされる。応力に対応する信号をコンピュータ３と通信するタイル２からコンピュータ３に提供するステップが存在する。その信号から、表面に印加された応力の時間的に変動する連続的な画像をコンピュータ３によって発生するステップが存在する。付加的なタイル２を２個のタイル２のうちの少なくとも１つに接続してセンサ表面のサイズを拡大するステップが存在してもよく、ここで、表面は付加的なタイル２を含んで隣接し、検出された応力は表面上で幾何学的に連続的かつシームレスであるという方法においてセンシングされる。
【００４３】
本発明は、センシングするための方法に関する。当該方法は、ワイヤ２３間の空間領域を有するワイヤ２３のグリッド１２６によって定義された交点まで伝達される機械的な層の最上に応力を与えるステップを含む。グリッド１２６と通信するコンピュータ３によってプロンプト信号をグリッド１２６に送信させるステップが存在する。グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置をコンピュータ３によって再構築するステップが存在する。
【００４４】
本発明は、センサ２００に関する。当該センサ２００は、交点及びワイヤ２３間の空間領域を定義するグリッド１２６のワイヤ２３を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と嵌合する一連の突起部３０と、一連の突起部３０と並置する内面と外面とを有する外面層とを備え、その結果、外面層の外面に与えられた応力が外面層の内面及び複数の交点を介して突起部３０へと伝達される。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に送信させ、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から外面層の外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築する、グリッド１２６と通信するコンピュータ３を備える。
【００４５】
外面層は、機械的な層であってもよく、一連の突起部３０は、グリッド１２６のワイヤ２３と機械的な層との間に配置される。グリッド１２６のワイヤ２３は、一連の突起部３０と外面層との間に配置されてもよい。
【００４６】
本発明は、センシングするための方法に関する。当該方法は、外面層の内面を介して一連の突起部３０と、ワイヤ２３間の空間領域を有するグリッド１２６のワイヤ２３によって定義された複数の交点とに対して伝達される外面層の外面に対して応力を与えるステップを含む。グリッド１２６と通信するコンピュータ３によってプロンプト信号をグリッド１２６に送信させるステップが存在する。グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から外面層の外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像をコンピュータ３によって再構築するステップが存在する。
【００４７】
本発明は、センサ２００に関する。センサは交点及びワイヤ２３間の空間領域を定義するグリッド１２６のワイヤ２３を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と接触する一連の突起部３０と、グリッド１２６のワイヤ２３と接触して配置された内面と外面とを有する外面層とを備え、その結果、外面層の外面上に与えられた応力は、外面層の内面を介して突起部３０へと伝達され、そこからグリッド１２６のワイヤ２３の交点へと伝達され、それによって外面層と突起部３０との間が圧縮され、それによって突起部３０は与えられた応力を交点上へと直接的に集中させる。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に送信させ、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から外面層の外面上の応力のアンチエイリアジングされた画像を再構築する、グリッド１２６と通信するコンピュータ３を備える。
【００４８】
本発明は、センサ２００に関する。センサは、交点及びワイヤ２３間の空間領域を定義するグリッド１２６のワイヤ２３を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と接触する一連の突起部３０と、グリッド１２６のワイヤ２３上に配置された複数のプレート３５を有する機械的な層とを備え、その結果、機械的な層の最上に与えられた応力は、交点を介してそこから突起部へと伝達される。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に送信させ、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築する、グリッド１２６と通信するコンピュータ３を備える。
【００４９】
機械的な層は、複数のプレート３５上に配置されたフレキシブルタッチ層を含んでもよい。各プレート３５は、対応する突起部３０の外面によって位置合わせされた角１２５を有してもよい。
【００５０】
本発明は、センサ２００に関する。センサは、交点及びワイヤ２３間の空間領域を定義するグリッド１２６のワイヤ２３を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と接触する一連の突起部３０を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３上に配置された複数のプレート３５を有するプレート層を備える。センサは、プレート層上に配置されたフレキシブルタッチ層を備え、ここで、タッチ層に対して与えられた応力は、プレート層と少なくとも１つの突起部とを介して交点に伝達される。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に送信させ、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築する、グリッド１２６と通信するコンピュータ３を備える。
【００５１】
本発明は、センサ２００に関する。センサは、交点及びワイヤ２３間の空間領域を定義するグリッド１２６のワイヤ２３を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と接触する一連の突起部３０を備える。センサは、グリッド１２６のワイヤ２３上に配置された複数のプレート３５を有するプレート層を備え、ここで、タッチ層に与えられた応力は、プレート層を介して交点層へと伝達され、そこから突起部３０へと伝達される。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に送信させ、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築する、グリッド１２６と通信するコンピュータ３を備える。
【００５２】
本発明は、センサ２００に関する。センサは、それぞれがセンシング素子を有する、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と上方から接触する一連の突起部３０とそれらの角１２５において底面から接触する一連のプレート３５と、プレート３５のグリッド１２６上に配置された薄いトップ表面層１２７とを備え、その結果、トップ表面層１２７上に上から与えられた応力は、プレート３５へと伝達され、そこから突起部３０に伝達され、そこからグリッド１２６のワイヤ２３の交点に伝達され、それによってベース４７と突起部３０との間が圧縮されて、それによって図５２に図示されるように、上側の突起部３０は与えられた応力を直接的にセンサ交点上に集中させる。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に送信させ、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築する、センサグリッド１２６と通信するコンピュータ３を備える。
【００５３】
各センシング素子は、ＦＳＲ２４を含んでもよい。応力が表面層に与えられたとき、各突起部は、対応するセンシング素子２６と接触するように位置合わせされてもよい。センサは、表面層と一連のプレート３５との間、突起部３０とグリッド１２６との間、及びグリッド１２６とベース４７との間に配置された接着剤４０を含んでもよい。
【００５４】
各プレート３５は、その角１２５が隣接したセンシング素子２６の内側に位置合わせされるように位置決めされてもよい。特に、プレート３５は、プレート３５間に隙間が存在するように、プレート３５の角１２５間の隙間の中心がセンシング素子２６に対応するように位置合わせされるように位置合わせされてもよい。各突起部は、樹脂、金属、木、もしくはガラスの剛体の突起であってもよく、応力を対応するセンシング素子２６に集中させ、対応するセンシング素子２６と接触する形状を有する各突起部は、対応するセンシング素子２６上もしくは当該センシング素子２６の内側に正確に位置する。突起部３０は、プレート３５間の隙間を介して当該プレート３５とぴったり重なって途切れなく続いていてもよい。突起部３０は、プレート３５と一体となって当該プレート３５の頂点から出ていてもよい。
【００５５】
一連のプレート３５と接触する表面層、グリッド１２６と接触する突起部３０、及びベース４７と接触するグリッド１２６に関し、接触するとはまた、接着剤４０が表面層と一連のプレートとの間に存在する状況、接着剤４０が突起部３０とグリッド１２６との間に存在する状況、及び接着剤４０がグリッド１２６とベース４７との間に存在する状況を含むことが理解される。
【００５６】
本発明は、センシングするための方法に関する。当該方法は、一連のプレート３５へと伝達され、そこから一連の突起部３０へと伝達され、そこからグリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点へと伝達され、それによってベース４７と突起部３０との間を圧縮させるトップ表面層１２７上へと上から応力を与えるステップを含み、ここで、一連のプレート３５は、ベース４７上に配置されたグリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と上方から接触する一連の突起部３０とそれらの角１２５においてそれらの底辺から接触し、それによって上側の突起部３０は、交点上へと直接的に与えられた応力を集中させる。グリッド１２６と通信するコンピュータ３によってプロンプト信号をグリッド１２６へと送信させるステップが存在する。グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置をコンピュータ３によって再構築するステップが存在する。
【００５７】
本発明は、センサ２００に関する。センサはグリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点と底辺から接触する一連の突起部３０と、グリッド１２６のワイヤ２３の複数の交点とトップから接触する一連のプレート３５と、一連のプレート上に配置された薄いトップ表面層１２７とを備える。その結果、トップ表面層１２７上へと上から与えられた応力は、プレート３５へと伝達され、そこからグリッド１２６のワイヤ２３の交点へと伝達され、そこから突起部３０へと伝達され、それによってプレート３５と突起部３０との間が圧縮され、それによって底面からの突起部３０はセンサ交点上へと直接的に与えられた応力を集中させる。センサは、プロンプト信号をグリッド１２６に送信させるセンサグリッド１２６と通信するコンピュータ３を備え、グリッド１２６から受信されたデータ信号に基づく補間から表面上の応力の連続的な位置を再構築する。
【００５８】
複数の交点の少なくとも１つの交点を介して伝達される機械的な層の最上に対して応力を与え、そこから交点の少なくとも１つと接触する一連の突起部３０の少なくとも１つの突起部に伝達されるステップが存在してもよく、ここで、交点はグリッド１２６のワイヤ２３及びワイヤ２３間の空間の領域によって定義され、機械的な層は、グリッド１２６のワイヤ２３の最上に配置された複数のプレート３５を有する。
【００５９】
一連の突起部３０の少なくとも１つの突起部を介して複数の交点の少なくとも１つの交点に伝達される機械的な層の最上に対して応力を与えるステップが存在してもよく、ここで、交点はグリッド１２６のワイヤ２３及びワイヤ２３間の空間領域によって定義され、機械的な層は、グリッド１２６のワイヤ２３上に配置された複数のプレート３５を有する。
【００６０】
本発明は、図１２２から図１２９において図示されたように、情報をコンピュータ３内に入力するための装置１０４に関する。当該装置は、３次元情報をセンシングし３次元出力を発生する３次元センサを備える。当該装置は、２次元情報をセンシングし２次元出力を発生する２次元センサを備える。当該装置は、２次元出力と３次元出力とを受信し、２次元出力と３次元出力との関数である合成された出力を発生する処理ユニットを備える。
【００６１】
オブジェクトは、３次元センサ及び２次元センサによって３次元及び２次元において識別されてトラッキングされてもよい。指、手、足、人間、ペンもしくは他のオブジェクトは、３次元及び２次元において識別されてトラッキングされてもよい。当該装置は、メモリを含んでもよく、ここで、各オブジェクトの同一性が時間にわたって保持される。３次元センサからのオブジェクトの同一性は、処理ユニットによって２次元センサからのオブジェクトとペアを構成してもよい。２次元センサは表面を有し、２次元センサはその表面に対する接触をセンシングしてもよい。２次元センサは、表面上に与えられた応力をセンシングしてもよい。２次元センサは、圧力画像センサを含んでもよい。３次元センサは、レンジ画像カメラを含んでもよい。３次元センサは、ＩＲ深度センサを含んでもよい。３次元センサは、ＲＧＢカメラを含んでもよい。装置は、合成された出力が表示されるディスプレイを含んでもよい。
【００６２】
本発明は、情報をコンピュータ３内に入力するための方法に関する。当該方法は、３次元情報をセンシングする３次元センサを用いて３次元出力を発生するステップを含む。２次元情報をセンシングする２次元センサを用いて２次元出力を発生するステップが存在する。処理ユニットにおいて２次元出力及び３次元出力を受信するステップが存在する。処理ユニットによって、２次元出力及び３次元出力の関数である合成された出力を発生するステップが存在する。
【００６３】
３次元センサ及び２次元センサによって、３次元及び２次元においてオブジェクトを識別してトラッキングするステップが存在してもよい。３次元及び２次元において、指、手、足、人間、ペンもしくは他のオブジェクトを識別してトラッキングするステップが存在してもよい。各オブジェクトの同一性を時間にわたってメモリ内に保持するステップが存在してもよい。処理ユニットによって、３次元からのオブジェクトの同一性を２次元センサからのオブジェクトとペアを構成するステップが存在してもよい。２次元センサはその表面に対する接触をセンシングするステップが存在してもよい。２次元センサがその表面上に与えられた応力をセンシングするステップが存在してもよい。２次元センサは、圧力画像センサを含んでもよい。３次元センサは、レンジ画像カメラを含んでもよい。合成された出力をディスプレイ上に表示するステップが存在してもよい。
【００６４】
導電性ワイヤのグリッド１２６は、外側及び内面シート２１上の導電性トレース線２３から構成される。ワイヤ１２８のグリッドの交点は、２つの導電性トレース線２３が接触する位置である。その交点はまた、ＦＳＲ材料２４が位置された場所でもある。プレート３５及び突起部３０を利用する実施形態では、フレキシブルタッチ層３８は、圧力画像装置１に対するトップ表面層１２７を構成する。
【００６５】
本発明の動作に関して以下に説明する。
【００６６】
ハードウェア部品のリスト：
アクティブセンシングアレイ：図１に図示されたアクティブセンシングアレイ２０は、図２に図示されるように、他方に対して一方を９０度回転して互いに面する２つのセンサ表面シート２１を備える。図３及び図４の分解図で図示されるように、２つのセンサ表面シート２１のそれぞれは、それらの上に印刷された少量の応力感知力を有する抵抗（ＦＳＲ）材料２４を有する印刷された導電性トレース線２３を有する非導電性表面基板２２から構成され、２つの表面シート２１を互いに面するインクされた側で相互に接触して設置する場合には、ＦＳＲ２４材料はセンサ表面の他の位置では必要とされないが図１に図示されるように、導電性トレース線２３のグリッドの交点に近接し、一定の間隔で設置される。
【００６７】
複数のタイル２をどのように連結するかを説明する記述：
センサタイル２は、図３８に概略的に図示されたように、複数の隣接するタイルを含む装置１において配線してデバイスを物理的に接続することによってくっつけて接続される。
【００６８】
タイル間ワイヤリング（配線すること）は、システムプロトコル通信に対して使用され、局所的なタイル隣接物を識別するために使用される。プロトコルワイヤリングは、システムにおいて使用されたプロトコルのトポロジーに依存する。一実施例では、タイルは、Ｉ２Ｃハブによってくっつけて接続され、ワイヤリングはマスターで開始し、グリッドにおける各センサに到達する。各センサの局所的な隣接物を検出するために、ワイヤ２３は、１つのセンサタイルからその隣接物へと通過する。
【００６９】
ワイヤリングに加えて、物理的な接続部は、隣接するタイルを接続するために使用される。この接続部の外観は、システムの所望の使用に依存する。一実施例では、図４１、図４２Ａ及び図４２Ｂに図示されるように、キーとなる位置において位置された穴を有する樹脂接続部７１は、隣接するタイル２間に設置される。接続部７１上の穴は、各タイル２のベース支持層３２上のタブ７２とぴったりと合う。次に、その接続部は、２つの隣接したデバイス上へとスライドすることができ、付加的な支持をグリッドに提供する。
【００７０】
図４１は、タブ７２と接続部７１とを有するベース層３２の分解図を図示し、図４２Ａは、接続部７２内へのタブ７２の適切な位置合わせを図示し、図４２Ｂは、２つの隣接するタイルに対するタブ７２と接続部７１との適切な位置決めを図示する。
【００７１】
プロファイル図における各層はどのように形成され、全体のプロファイルがどのように形成されたか、及び各層の目的：
【００７２】
どのように各層が作られたか：
図１５において図示された半剛体タッチセンサ３１及び突起部３０は、樹脂、ガラス、木、金属もしくは任意の他の半剛体材料から作られた単一の機械的な部品とできる。この部品は、射出成形、刻印及び冷却鋳造を含む種々の標準的な方法によって製造される。
【００７３】
代替の実施形態では、図１２に図示されるように、突起部３０は、対応するセンシング素子の位置において外側のセンサ表面シート２１の表面基板２２に強固に取り付けられる。これを実行するための１つの方法はコールドキャスティングによる方法である。１つの製造の方法では、規則的に間隔が空けられた穴を含む、シリコンラバーを備えるモールド（鋳型）は、表面基板２２の外側の側面上に設置され、樹脂をこれらの穴の中に注ぐ。樹脂が硬化すると、モールドを除去し、樹脂は表面基板２２のトップ表面上に規則的に間隔が空けられたバンプを形成する。この実施形態では、タッチ層３１は、樹脂、ガラス、木もしくは金属または任意の他の半剛体金属から作られるシンプルな半剛体シートである。この代替の実施形態の１つの利点は、それが突起部３０がセンサの動作の間に各センシング素子２７のアクティブ領域に対応するＦＳＲ材料２４によって正確に位置合わせされる状態を維持されることを確実とするということである。そのような構成は、取り付けられた突起部５５を有するアクティブセンシングアレイを構成する。
【００７４】
どのように全体のプロファイルが形成されたか：
全体のプロファイルは、製造プロセスの間に部品層をアセンブリングすることによって作られる。
【００７５】
明確とするために、部品の「外側」もしくは「外面」は、例えば表面をタッチするユーザなどの外部から応力が印加されるデバイスの側面／方向を示す。「内側」もしくは「内面」は、「外側」と反対方向を示す。
【００７６】
図１２のセンサ断面に図示されたように、外側から内側に対する各層の目的。このケースでは、外側から内側に対するとは、ページの上から下方向である：
図１２及び図１３に図示されるように、半剛体タッチ層３１及び突起部３０の目的は、図１１に図示されるように、すべての印加された応力がアクティブセンシング素子領域２７に対してだけに、すなわちアクティブセンシングアレイ２０における導体トレース２３の接合部における外面もしくは内面において分配されるように、半剛体タッチ層３１の外面に印加された連続的な応力３４を再分配することである。
【００７７】
次の内側の層は、アクティブセンシングアレイ２０の外側のセンサ表面シート２１の非導電性のセンサ基板２２であって、それは一実施例では厚さを５ミルとできる薄いアセテートから作られ、基板２２の内側の側面上に印刷された金属注入されたインク伝導トレース線２３のパターンの次の内側の層へと続く。
【００７８】
次の内側の層は、ＦＳＲ材料２４に対向したＦＳＲ材料２４を図示する。すなわち、図３及び図４に図示されるように、アクティブセンシングアレイ２０の外側のセンサ表面シート２１の導電性線２３の上方にオーバープリントされた（重ねて印刷された）外側のＦＳＲ２４のパターンである。内側のＦＳＲ２４は、アクティブセンシングアレイ２０の内側のセンサ表面シート２１の、次の内側の層である導電性線２３の上方にオーバープリントされる。動作において、これらの２つのＦＳＲ２４部品は、相互に接触するが相互に機械的に取り付けられない。
【００７９】
次の内側の層は、アクティブセンシングアレイ２０の内側のセンサ表面シート２１の非導電性のセンサ基板２２であって、それは一実施例ではこの基板２２の外側の側面上に印刷された、前の層の金属注入されたインク伝導トレース線２３のパターンとともに、厚さを５ミルとできる薄いアセテートから作られる。
【００８０】
次の内側の層は、例えばガラス、アクリル、木もしくは金属などの任意の固体材料から作られた支持層３２である。一実施例では、それは１／４インチの厚さのアクリルで作られた。
【００８１】
明確とするために、センシング素子２６は、図１０に図示されるように、その領域において電気的に応力を測定することを可能とする導体トレース２３の接合部におけるすべてのアクティブセンシングアレイ２０上にすべての材料を備える。センシング素子２７のアクティブ領域は、図１１に図示されるように、特に力が集中されるそのセンシング素子のその位置に対応するアクティブセンシングアレイ２０の表面上の内側もしくは外側の領域に対応する。そのようなものとして、「センシング素子と接触する」は、そのセンシング素子に対応するアクティブ領域との接触を意味する。
【００８２】
続いて、初めから終わりまで本発明の各特徴を通して信号について詳細に説明する。特に、どのように信号がタッチ層の外面と接触するオブジェクトから発生し、その時からそれに対して発生したものがどのように導電性線を介してネットワークに沿って最終的にはそれが画像化されるコンピュータ３へと送信され、途中で特定のステップごとにどのように変換されるかについて説明する。この説明には、信号に続くこの詳細な説明の一部としてどのように補間がその信号に適用されたかを含む。
【００８３】
図１３は、すぐ近くの支持突起部３０に対して機械的に伝達され、そこから導電性線２３がタイルのアクティブセンシングアレイ２０上で交差するセンシング素子２７の圧力センシングアクティブ領域に対して伝達された、半剛体の上部のプレートに印加された応力もしくは圧力３４の印加を図示する。この実施形態では、突起部は、半剛体タッチ層３１に対するよりむしろアクティブセンシングアレイ２０の外面に取り付けられる。
【００８４】
すぐ近くの突起部３０及び対応するセンシング素子２６は、同一のタイル上に存在する必要はないがむしろ、図１４におけるように、隣接した、機械的に分離したタイル上に存在することができる。
【００８５】
図１４は、２つの隣接するが機械的に異なるタイル上のすぐ近くの支持突起部３０に対して機械的に伝達され、そこから導電性線２３が異なるセンサタイルのそれぞれのアクティブセンシングアレイ２０上で交差するセンシング素子２７の圧力センシングアクティブ領域に対して伝達された、半剛体の上部のプレートに印加された応力もしくは圧力３４の印加を図示する。この実施形態では、突起部３０は、アクティブセンシングアレイ２０の外側の側面に対するよりむしろ半剛体のタッチ層３１に取り付けられる。
【００８６】
補間．
各センサ装置に対して、ここで説明された種々の実施形態を例示するように、表面上に与えられた応力は、すべての応力がセンシング素子２６を含むアクティブセンシングアレイ２０を含む１つもしくは複数のタイル２上のその表面下の圧力測定センシングアレイ２０のグリッド上へと集中されるように機械的に再分配される。補間はこの機械的な再分配によって得られる。装置の外面上かつセンシング素子２６の上方で接触が行われると、その位置に対して印加された応力がセンシング素子２６において登録される。その接触がセンシング素子２６上方の位置の間に移動されると、応力は複数のセンシング素子２６に印加される。センシング素子２６のそれぞれにおける接触の応力の再分配は、その接触の重心（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）を計算するように使用される。
【００８７】
特に、それぞれの位置が（ｉ，ｊ）、（ｉ＋１，ｊ）、（ｉ，ｊ＋１）、（ｉ＋１，ｊ＋１）において隣接するセンシング素子２６の２×２のアレイを考慮する。これらの交点は図４８に図示されるようにＡ、Ｂ、Ｃ及びＤと付されてもよく、ここで、交点はアクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６の位置を示す。これらのセンシング素子２６のそれぞれにおいてセンシングされた応力はそれぞれ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ及びｆＤによって説明されてもよい。
【００８８】
ここで説明された応力の機械的な再分配は、位置の関数として近似的に線形的であるので、タッチの重心位置［ｘ，ｙ］は、４つの位置における応力の関数として、以下の位置の線形補間によって十分に近似化される。最初に線形補間によって２つの隣接する列間の重心のフラクショナルイースト／ウエストの位置を近似化し、任意の非線形性に対する補償が続いてもよい。
【００８９】
【数１】
0006021812.tif 000002
【００９０】
【数２】
0006021812.tif 000003
【００９１】
また、線形補間によって２つの隣接する行間の分割されたノース／サウスを近似化し、任意の非線形性に対する補償が続いてもよい。
【００９２】
【数３】
0006021812.tif 000004
【００９３】
【数４】
0006021812.tif 000005
【００９４】
行と列との間のタッチの位置の補間は、図４８に図示されて上述されたように、もっとも近い行／列の交点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤにおける相対力に基づく。この情報から、センサアレイ内の任意の単一のタッチの重心位置が計算される。
【００９５】
関数ＣＯＭＰ（）によって上述した式で表された補償関数を使用することができる。この関数は、ドメイン０…１からレンジ０…１までの単調マッピングである。この関数は、連続的なセンサ素子間のセンサの機械的な補間における非線形性を補償する。例えば、センシング素子２６に対して左に隣接する導体線２３から隣接するセンシング素子２６の右に隣接する導体線２３の方向に向かって０．２５である位置に印加された圧力は、０．０よりも大きくかつ０．５よりも小さいが必ずしも０．２５ではない右側の突起部３０上に対して下方向に全体圧力に比例した値の圧力を結果として生じるであろう。補償関数の使用が任意のディスパリティ（不均衡）を補正する。
【００９６】
図４９は、補償関数のための典型的な一連の値を図示する。９１は、０から１までの範囲において、左から右へとセンシングされた圧力の分割割合ｕ’である。９２は、所望の割合の幾何学的位置である。９３は、９２に対する９１をマッピングする関数である。
【００９７】
もう１つの実施形態では、さらに正確な補償がＣＯＭＰ＿ｕ（ｕ’，ｖ’）及びＣＯＭＰ＿ｖ（ｕ’，ｖ’）の２つの補償関数を定義することによって達成される。すべての実施例では、補償値は圧力がセンサ上の既知の位置で印加された標準のキャリブレーション法によって構成され、その結果が表に格納された。次に、例えば区分的に線形関数（一次関数）もしくは区分的に三次関数などの連続的な曲線は、この表から測定された値の間にフィットさせて連続的な関数を作り出す。ＣＯＭＰ＿ｕ及びＣＯＭＰ＿ｖのケースでは、表は２次元であって、表の値間の補間は、例えば区分的に双線形もしくは区分的に双三次などの連続的な２次元関数によって達成される。
【００９８】
ｕ及びｖの値から、重心の座標が得られてもよい。すなわち、
【００９９】
【数５】
0006021812.tif 000006
【０１００】
ここで、Ｓはセンサアレイにおける連続した行と列の間隔である。一実施形態では、Ｓは３／８インチである。
【０１０１】
スキャニング．
１つのマイクロコントローラは各センサタイルに関連する。各センサタイルに対して、そのタイルのマイクロコントローラは、サブ領域内の連続した行／列のペアをスキャニングする。マイクロコントローラは、圧力情報のためにセンサをスキャニングするために、マイクロコントローラ上のデジタル及びアナログのＩ／Ｏピンを使用する。接続されると、一連の行と列とのワイヤ２３は入力ワイヤ２３もしくは出力ワイヤ２３のいずれかに割り当てられる。出力ワイヤ２３は、正の電圧を提供することができるかもしくはグランドに設定される。入力ワイヤ２３は、グランドに設定されるかもしくはワイヤから電圧を読み込むことができる。各フレームの最初には、１つの出力ワイヤが正の電圧に設定される一方で、残りの出力ワイヤ２３はグランドに設定される。入力ワイヤ２３はまた、出力ワイヤ２３と入力ワイヤ２３との交点から来る電圧をスキャニングする１つのワイヤを除き、グランドに設定される。次に、ファームウェアは次の入力ワイヤをスキャニングする一方で、他のものをグランドに設定する。すべての入力ワイヤ２３がスキャニングされた後に、次の出力ワイヤは正の電圧に設定される一方で、最初のものはグランドに設定され、入力ワイヤ２３は再びスキャニングされる。このことがすべての交点がスキャニングされてしまうまで、すべての電圧ワイヤ２３に対して繰り返される。
【０１０２】
デバイスをスキャニングすることは、応力をＭＦＲＬ上に印加された指もしくは他のオブジェクトを登録する圧力情報のフレームを与える。各センサタイルに対して、タイルのマイクロコントローラは、選択されたカットオフしきい値より下のすべてのデータを無視することによって集められたセンサ画像データを選択的に圧縮する（すなわち、このデータは同様にゼロとなるように再定義される。）。ゼロでないデータは、例えばランレングス符号化などの圧縮技術を用いて、パケットで形成される。
【０１０３】
タイルからコンピュータ３への通信．
それが発生したタイルの同一性を用いてそれぞれがタグ付けされたデータパケットは、センサアレイにおけるすべてのタイルのマイクロコントローラによって共有された共通のデータ通信プロトコルを介して送信される。１つのセンサタイルは、マスタータイル７として示される。このマスタータイル７は、図３８に図示されるように、ホストコンピュータ３に対してＵＳＢもしくは同様の通信接続部９を所有する。マスタータイル７は、すべての圧縮されたパケットをホストコンピュータ３に送信する。
【０１０４】
ホストコンピュータに対して、パケットは圧力の単一のシームレス画像の中にアセンブリングされる。
【０１０５】
本発明に対する可能なアプリケーション：
電子ホワイトボード。
【０１０６】
圧力感知力を有する床（フロア）。例えば空港などのこのエリアにおける１つの使用はセキュリティである。このアプリケーションでは、センサアレイは、それらのフットステップの異なる圧力パターンによって異なる個人を識別することができる画像認識ソフトウェアと一緒に使用されるであろう。
【０１０７】
圧力感知力を有するタッチ壁。
【０１０８】
圧力感知力を有するテーブルもしくは机。
【０１０９】
工場のための圧力感知力を有する表面。
【０１１０】
例えばハイウェイもしくは橋などの圧力感知力を有する道路。これに対する使用には、乗物スピード及び重量の両方を含むトラフィックモニタリングのみならず、乗物タイプの正確な評価及び分類化のために使用される車輪の数及び車輪分配の正確な画像も含む。
【０１１１】
圧力感知力を有するシート。この使用には、列車のシート、自動車のシート、飛行機のシート及び例えば車椅子などの補助器具に対するシートを含む。
【０１１２】
圧力感知力を有するディスプレイ。ＯＬＥＤは、タッチ層の一部として表示する。
【０１１３】
コンピュータに対する線の数のマッチングを処理する必要がある第３の発明についての情報を有効にすること：
所定のマイクロコントローラチップは、特定の数Ｎ個のデュアル／デジタルＩＯピンを有する一方で、マイクロコントローラチップ上にＭ個の全デジタルＩＯピン８２を有する。Ｎ個のデュアルアナログ／デジタルＩＯピン８１をＮ行のアクティブセンシングアレイ２０に接続し、Ｎ列のアクティブセンシングアレイ２０に対してＭ個までの全デジタルＩＯピン８２までと接続することによって、単一のマイクロコントローラから駆動されるアクティブセンシングアレイ２０は、補助的な電子部品を必要とすることなしに、（Ｎ×Ｍ）までの圧力センシング素子２６を得ることができる。このアーキテクチャーは、結果として電子部品の簡単な配置を生じさせる。
【０１１４】
１つの実施形態は、全部で８４個のデータピンと３２個のデュアルアナログ／デジタルＩＯピン８１とが含まれるマイクロチップ製ＰＩＣ２４ＨＪ２５６ＧＰ６１０マイクロコントローラを使用し、これらはセンサアレイの各行に対して１つである、アナログ電圧入力ピンとして使用される。グリッドのタイルにおける他のマイクロコントローラとの外部通信のために使用されるピンを別に設定すれば、少なくとも３２個のデジタルＩＯピン８２が３２列のセンシングアレイを駆動させるための電力／グランド切替可能なピンとして利用可能である。従って、この特定のマイクロコントローラは、電流をスムージングして電流におけるスパイクを回避するためのわずかな数の抵抗及びキャパシタ以外にタイル上に他のエレクトロニクス（電子部品）を搭載する必要なしに、（３２×３２）のアレイの圧力センシングタイル２を駆動させることができる。
【０１１５】
この実施形態におけるマスタータイル７は、ホストコンピュータのＵＳＢポートからの５ボルトをマイクロコントローラによって必要とされる３．３ボルトに駆動させるために、例えばフェアチャイルド製のＲＥＧ１１１７Ａなどの単一の３．３ボルトのレギュレータを必要とする。
【０１１６】
本発明の実用性．
現在、容易に大量生産されて任意の大きな表面領域のシームレスの表面を形成するように経済的に拡大可能な低コストの圧力センシングに対するソリューションは存在しない。実際、応力感知力を有する抵抗（ＦＳＲ）材料２４を使用するセンシンググリッドに基づいた［Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ］及びＴｅＫＳｃａｎ社によるＵｎＭｏｕｓｅＰａｄデバイスなどの専門化された技術が存在するが［Ｅｖｅｎｔｏｆｆ］、これらのいずれのものもユニットセンシング領域あたり低コストで大きな表面領域まで確実に拡大させるようにデザインもしくは設計されていない。
【０１１７】
本発明は、フロア、壁、テーブルもしくは任意の他の表面の任意の領域を「圧力のためのビデオカメラ」もしくは圧力画像装置へと変換させるための安価なフレキシブルな方法である。一旦装置１は、例えばシリアルプロトコルなどのデジタル信号をＵＳＢケーブルを介してホストコンピュータ３に転送するための標準的な方法によって接続されると、その場合は表面上の任意の及びすべてのタッチの時間的に変動する圧力画像が多くの異なるアプリケーションをサポートするように読み込まれて処理される。
【０１１８】
システムは、一連の１つもしくはそれ以上のモジュールの圧力タイル２から構成される。これらのタイル２は、三角形の、六角形のもしくは他の不規則なタイル形状を含む任意の形状のものとすることができる。一実施形態では、各タイル２は、（３２×３２）のセンシング素子を含む正方形であるので、センシングアレイの全体の分解能はタイル数倍である（３２×３２）倍となるであろう。
【０１１９】
ネットワークタイルアセンブリ１８は、タイルの物理的な配列が仮想的に再構築されるように、相互に通信するタイルの集合から構成される。一実施形態では、（アセンブリにおけるタイルのサイズは必ずしも等しくする必要はないが、）各タイルのサイズは１２インチ×１２インチの正方形の圧力タイル２である。この実施形態では、もしすべてのタイルが（３２×３２）のセンシング素子２６を有するならば、その場合は連続したセンシング素子間の間隔は３／８インチである。
【０１２０】
任意の大きなシームレス圧力画像装置１を創造するために、複数のタイルは一緒にアセンブリングされる。装置１は、全体表面間にわたる圧力変動の単一の時間的に変動する合成画像をホストコンピュータ３に送信する。
【０１２１】
電力は、必要に応じて１つもしくはそれ以上の補助的な電力モジュールによって選択的に増強されるか、もしくは供給される。
【０１２２】
センサは、その上面に対して、センシングされた圧力がタイルにおけるセンシング素子に十分に分配されるように予想通りに圧力を分配する機械的な応力の再分配層を組み込むことができる。
【０１２３】
ユーザ経験の段階的な説明：
ユーザの観点から、動作が以下に説明され、図３５において図示される。
【０１２４】
最初のステップでは、ユーザは圧力センシング装置１の最上に指もしくは他の物理的なオブジェクト３４を印加する。この印加された圧力の連続的な画像が圧力センシング装置１によってホストコンピュータ３に送信される。
【０１２５】
ホストコンピュータ３に対して、空間的に変動する圧力のこの画像は、コンピュータメモリ領域内に格納される。そこから、ホストコンピュータ１上のコンピュータソフトウェアは、例えばディスクファイルなどの第２の記憶装置（ストレージ）に画像を格納してコンピュータディスプレイ６上にビジュアル画像として画像を表示し、例えば指トラッキング、領域検索（ｆｉｎｄｉｎｇ）、形状分析もしくは従来技術においてもしくは画像が使用される任意の他の目的のために標準的である任意の他の画像分析処理などの分析を実行するように使用される。
【０１２６】
次のステップに対して、上述した処理が各連続した時間ステップなどに対して繰り返される。
【０１２７】
内部動作の段階的説明：
図１３に図示されるように、内部動作は、指もしくはオブジェクト３４が半剛体タッチ層３１の外面上に下方向の応力を印加するときに始まる。
【０１２８】
次に、図２２に図示されるように、この応力は、半剛体タッチ層３１から各センサタイル２のアクティブセンシングアレイ３０上のセンシング素子２６に伝達され適切に再分配される。図３２に図示されるように、１つのマイクロコントローラ５は、各センサタイル２に対するタイル回路ボード４と関連付けされる。図３６に図示されるように、グリッドのタイル２は、物理的にのみならず電子ケーブリング１０を用いてコヒーレントなセンシング装置１を形成するように接続される。
【０１２９】
次に、各センサタイル２に対して、そのタイルのマイクロコントローラ５は、ここで説明されたサブ領域内の各連続した行／列のペアにおけるセンシング素子での圧力値をスキャニングして圧力の画像を形成する。
【０１３０】
各センサタイル２に対して、タイルのマイクロコントローラは、選択されたカットオフしきい値よりも下のすべてのデータ値を無視することによって、集められたセンサ画像データを選択的に圧縮する（すなわち、このデータは同様にゼロとなるように再定義される。）。ゼロでないデータは、例えばランレングス符号化などの圧縮技術を用いて、パケットで形成される。
【０１３１】
図３７に図示されるように、それが発生したタイルの同一性を用いてそれぞれがタグ付けされたパケットは、センシング装置１のグリッドにおけるすべてのタイル２のマイクロコントローラによって共有された共通のデータバスを介して送信される。１つのセンサタイルは、ホスト通信タイル７として示される。このタイルは、ホストコンピュータ３に対するＵＳＢもしくは同様の通信接続部９を所有する。図３６に図示されるように、ホスト接続タイル７は、すべての圧縮されたパケットをホストコンピュータ３に送信する。
【０１３２】
ホストコンピュータ３に対して、パケットは圧力の単一の画像の中にアセンブリングされる。（以下の）対応するサンプルタイルトポロジーテーブルにおいて図３８に図示されたタイルの１つの編成で図示されるように、各タイルの相対位置についての事前に格納された情報とともに、各パケットとともに格納された各タイルの識別は、各サブ画像を圧力の完全なマルチタイル画像内のその適切な位置に設置するために、ホストコンピュータ３によって使用される。
【０１３３】
【表１】
0006021812.tif 000007
【０１３４】
選択的に、各タイルと関連するマイクロコントローラ間のプロトコルは、タイルグリッド自身内の隣接物情報を識別することができる。このオプションでは、タイルグリッドとホストコンピュータとの間の接続を初期化するとき、図４０に図示されるように、各マイクロコントローラは、それが接続されるすべての隣接物を識別する共通バスを介してデータパケットのみならず、（ノース、イースト、ウエストもしくはサウスの）その隣接物の方向及びタイルＩＤもまた送信するように指示される。図４０と、サンプルタイルトポロジーテーブルと、（以下の）サンプルタイルの隣接テーブルとにおいて、複数のタイルＩＤはＴ−０，Ｔ−１などと示される。ホストコンピュータは、（以下の）タイルトポロジーテーブルに図示され、タイルＩＤによってインデックス化された表におけるこの情報を格納する。各テーブルエントリーは、それぞれのノース、サウス、イースト及び／又はウエストの列におけるそのタイルに対する１個の隣接物ＩＤと４個の隣接物ＩＤとの間のリストを含む。タイル隣接テーブルが手動で構成された上述した実施形態と同様に、ホストコンピュータ３は、この接続性（コネクティビティ）情報を使用して、以下の方法ですべてのタイル上のすべてのセンシング素子からのセンシング素子データを用いてコヒーレントに再構築された測定された圧力データ画像の中にすべての受信されたデータパケットをアセンブリングする。すなわち、すべてのタイルに対するデータがタイルトポロジーテーブル上のそれらのそれぞれの位置に設置されてしまうまで、完全なコネクティビティグラフの幅最初トラバーサルにおいて、各時間ステップにおいて、先ずホストタイルの位置をはじめとして、そのタイルのセンシング素子から測定されたデータに対応するメモリの特定のブロック内にホストタイルに対する圧力データを設置し、次にホストタイルに対するそれらの適切な相対位置においてホストタイルの隣接物に対するデータを設置し、次にそれらのそれぞれの相対位置においてそれらの隣接物のためのデータを設置する、など。このアプローチの利点は、それによって任意の配列のタイルが収容されることを可能とする、ということである。
【０１３５】
上記方法は、そのすぐ隣接物の同一性を識別する（知る）各プロセッサに依存する。一実施形態では、プロセッサは、以下のように、初期化時間ではこれらの同一性を決定する。すなわち、（１）隣接物決定信号がホストコンピュータから共通バスに沿って各タイルのマイクロコントローラに順々に送信される。その信号がそれ自身の固有の同一性に対してアドレスが指定されると、マイクロコントローラだけが隣接物決定信号に対して作用する。（２）この信号を受信すると、プロセッサは、順々に、そのすぐノース、サウス、イースト及びウエスト側の隣接物のそれぞれに対する同一性質問を送信する。（３）プロセッサは、隣接したプロセッサからそのような同一性質問を受信すると、それはそれ自身の同一性を共通バスを介して例えば以下のタイル隣接テーブルなどのソフトウェア表にこの隣接物情報を格納するホストコンピュータに出力する。この方法において、ホストコンピュータは、すべてのタイルのすべてのすぐそばの隣接物の同一性を確立することができる。
【０１３６】
【表２】
0006021812.tif 000008
【０１３７】
シームレスな圧力センシングデバイスを創造するようにシームレスに隣接するタイル．
シームレスなタイリングセンサアレイの困難性がＬＣＤアレイとの類推によって説明される。ＬＣＤモニタの集合物がより大きな画像を創造するように配列される場合、一般的には連続したモニタ間には目に見える隙間が存在する。この隙間は、ゼロでない領域で占められた各モニタの画像領域の外側に、エッジ接続部とエレクトロニクス（電子部品）が存在するという事実によって生る。例えばテックスキャンセンサアレイなどの既存のＦＳＲベースの圧力センサアレイは、同じ問題を被る。すなわち、接続部と電子部品とによって占められたアクティブセンシング領域周りのゼロでない領域は幾何学的な隙間を創造する。この隙間のために、複数のテックスキャン（ＴｅｃＳｃａｎ）センサアレイはシームレスなより大きなセンシング表面を創造するようにタイリングすることはできない。
【０１３８】
複数のＴｏｕｃｈＣｏセンサは異なる理由のためにシームレスにタイリングすることはできない。その理由は、ＴｏｕｃｈＣｏセンサの方法は連続したアクティブ導電性線間のＦＳＲ材料の連続領域上に空間的な補間を必要とし、センサは単一のセンサアレイ上の連続した導電性線間に存在しない任意の領域内にシームレスに挿入することができないからである。従って、センサは異なる物理的なセンサにわたってシームレスに補間することができない。
【０１３９】
我々の方法は、物理的に異なるタイルにわたることができる機械的な補間層を使用する。従って、ここでの技術の新規の特徴の１つは、物理的に異なったセンシングアレイタイル間でさえも検出された応力をシームレスに補間する能力である。
【０１４０】
連続的な上部のタッチ層から離れたセンサ層に対する均等な応力の再分配のための機構．
機械的な層がアクティブセンシングアレイ２０の最上に配置される。この層の目的は、この応力のすべてをアクティブセンシングアレイ２０の表面のアクティブ領域に対して排他的に伝達されるように、機械的な層上に対して下方向に印加された応力を再分配するということである。図１０及び図１１に図示されるように、ここで、「アクティブ領域」２７は、それらが交差するそれらの間に挟まれたＦＳＲ材料２４を有する、上部の導電性ワイヤ２３と下部の導電性ワイヤ２３とが交差する任意の領域として定義される。特に、そのようなすべての交点は、圧力データを測定するためのセンシング素子２６に対応する。
【０１４１】
明確にするために、センシング素子２６は、その領域において電子的に測定する応力を可能とする導体トレース２３の接合部におけるすべてのアクティブセンシングアレイ２０上にすべての材料を備える。センシング素子２７のアクティブ領域は、特に応力が集中されるそのセンシング素子のその位置に対応するアクティブセンシングアレイ２０の表面上の内側もしくは外側の領域に対応する。そのようなものとして、「センシング素子と接触する」とは、そのセンシング素子に対応するアクティブ領域との接触を意味する。
【０１４２】
一実施例では、図１６に図示されるように、半剛体タッチ層３１及び突起部３０は、単一の部分として構成され、その裏面上に小さな隆起したバンプと一体となった薄い半剛体樹脂シートとして実装される。図１７に図示されるように、突起部３０は、この部分がアクティブセンシングアレイ２０上方に位置している場合は、これらの突起部３０のそれぞれが対応するセンシングアレイ２０のアクティブ領域、すなわち導電性トレース線２３が交差するタイルの小さな領域のうちの１つの領域の上方にそれらの間に挟まれたＦＳＲ層２４と一緒に位置するように間隔が空けられる。図１６は、突起部３３を有する半剛体タッチ表面を図示する。
【０１４３】
この構造は、タッチ表面の外側上のタッチの位置における連続的な変化がそのタッチに対して最も近くに存在するセンサ接合部に対して印加された相対力における対応する連続的な変化をもたらす機構を形成する。それらの相対力は、データ画像の一部としてホストコンピュータに対して送信されると、ホストコンピュータが簡単な演算補間を介してタッチの位置を再構築することを可能とする。
【０１４４】
図１５及び図１７は、アクティブセンシングアレイ２０上に位置する突起部３３を有する半剛体タッチ表面の概略的なプロファイル図を図示する。この実施例では、バンプ３０は、コヒーレント部分３３としての半剛体フラットタッチ層３１に対して強固に取り付けられる。この部分３３は、それぞれがそれぞれのＦＳＲ層２４を含む、上面２１と底面２１とから構成されたアクティブセンシングアレイ２０の非伝導基板２１上に位置する。この図面では、アクティブセンシングアレイ２０の導電性トレース線２３は図示されない。内側の最も大きい層は、表面力を跳ね返すための装置に対する剛体ベースを提供する固体支持層３２である。一実施形態では、支持層３２は、２分の１インチのアクリル製のプレートとできる。
【０１４５】
図１７では、突起部３０がアクティブセンシングアレイ２０のアクティブ領域２７内だけにおいてセンサタイルの上面と接触することが図示される。
【０１４６】
また、図１８に図示されるように、隣接したセンサ素子が物理的にバラバラとなった隣接するタイル上に存在する場合に、圧力を再分配することのこの方法が役に立つ。図１８では、それぞれのタイルの構成層は、図１５及び図１７に対して上述されたものと同一である。図１８は、複数のタイルにわたる連続的なシートとして半剛体タッチ及び突起層３３を図示し、異なる物理的なセンサアレイタイルに属するセンサ素子間の物理的な再分配圧力３４を図示する。
【０１４７】
図１８はまた、アクティブセンシングアレイ２０がタイルの１つの端部に巻き付けてそのタイルのコネクタテール２５線を、支持層３２の裏面上に位置されたタイルのプリント回路基板４に接続する実施形態を図示する。
【０１４８】
図１８は、隣接した物理的なタイルにわたるシームレスなセンシングを例示し、この実施形態における半剛体及び突起部３３におけるように、機械的な応力の再分配を使用することによって、下部のタイルそれら自身の間の機械的な接続を必要としない方法において異なるタイル上の隣接したセンシング素子間で応力を分配する。タイルアレイが動作状態であるときは、以下の２つの場合の間の信号応答において差が存在しない。すなわち、（ａ）同一の物理的なタイル上に存在する隣接したセンシング素子と、（ｂ）異なるが隣接している物理的なタイル上に存在する隣接したセンシング素子とである。
【０１４９】
任意の所定の時間ステップの間、応力が２つの隣接しているタイルの間の継ぎ目に印加された場合、いくらかの応力は、１つの実施形態の図１８におけるプロファイル図に図示されるように、タイルの左側をタッチする半剛体タッチ及び突起層３３の最も右側のバンプに分配され、残りの応力は、タイルの右側をタッチする最も左側のバンプに分配される。
【０１５０】
これらの２つのそれぞれの応力信号は、左側のタイル及び右側のタイルのそれぞれのマイクロコントローラによって検出され、この時間ステップに対するそのタイルのそれぞれの応力の一部としてそれらのタイルのそれぞれによってホストコンピュータに送信されるであろう。
【０１５１】
次に、ホストコンピュータは、単一のタイル内の２つの導電性線間に印加された応力の位置を計算するように使用された同一の線形補間を正確に使用して、左側のタイルからの応力画像の最も右端に沿ってと右側のタイルからの応力画像の左端に沿ってとのそれぞれの値から、２つの隣接するタイル間の領域に印加された応力の位置を再構築することができるであろう。
【０１５２】
最終使用者とソフトウェアアプリケーション開発者の視点からは、グリッドのセンサアレイタイル上のタッチが、単一のタイル内に入ろうがもしくは２つの隣接するグリッドのタイル間内に入ろうが大した差がないことということが結果である。
【０１５３】
アクティブセンサアレイの物理的な実装．
一実施形態では、導電性トレース線２３は、図３に図示されるように、例えばプラスチィク（樹脂）などの非導電性基板２２にわたって金属注入されたインクによって印刷される。すべてのトレーシング２３は、同一の線幅とすることができ、トレース２３のルーティングは、異なる／より薄い線幅の可能性のあるタイルを用いて、タイルの回路ボード４に対する接続のためのコネクタテール２５を形成し続ける。タイルの一実施形態では、タイルのプリント回路基板４に対するコネクタテール２５は、図３３及び図３４に図示されるように、アクティブセンシングアレイ２０直下に設置された回路ボード４を用いて、突起部３１及び支持層３２の周りをタイルの裏面に対して折られる。図１８に図示されるように、この配列によって、隣接するタイルが隣接するタイル間のセンシング領域での隙間がない状態でスムーズに隣接することを可能とする。
【０１５４】
図５上の図面におけるように、本発明のアクティブセンシングアレイ２０の表面シート２１に対して印刷された電気導体トレーシング線２３の一実施形態では、すべての導電性線２３は、幅が０．５ミリで、３／８インチの間隔が空けられ、コネクタテール２５の線幅は０．２５ミリである。
【０１５５】
ＦＳＲインク２４は、図６に図示された配列での導電性線２３にわたって１ミリ四方のグリッドとして印刷され、結果として図３に図示されたセンサ表面シート２１が得られる。
【０１５６】
留意すべきことは、ＦＳＲインク２４は、図３、図１０及び図１１に図示されるように、導電性線が最上層と底面層との間を交差するセンサのそれらの部分のすぐ近傍においてだけに印刷される必要がある、ということである。結果として、この配列は単位領域あたりＦＳＲの非常に少ない使用をもたらす。
【０１５７】
図６は、本発明のアクティブセンシングアレイ２０のセンサ表面２１上の導電性線２３にわたって印刷されたＦＳＲ層２４の一実施形態を図示する。この実施形態では、すべての導電性線２３は、幅が０．５ミリで、３／８インチの間隔が空けられている。従って、それぞれが１ミリ四方の、印刷されたＦＳＲ２４は、図１０での分解図において図示されるように導電性線２３の０．５ミリ×０．５ミリ四方の交点よりもわずかに大きいパッチであって、その結果、図１１に図示されたように、導電性線が交差する領域は、ハッチングで示されたそのグリッド位置でのセンシング素子２７のアクティブ領域を用いてＦＳＲ材料によって完全にカバーされる。
【０１５８】
図２は、それらの最後の動作位置において、１つのアクティブセンシングアレイ２０における最上のセンサ表面シート２１及び底面のセンサ表面シート２１に対する導電性線２３の重ね合わせの分解図を図示する。一実施形態では、すべての導電性線は、幅が０．５ミリで、３／８インチの間隔が空けられている。図１には、タイル回路ボードに接続するためのコネクタテール２５がタイルの下にまだ折られていないことが図示される。従って、これらのコネクタテール２５は、垂直端及び水平端で突き出ているように見える。
【０１５９】
最適な導体線２３の幅をテストするために、ここでの技術はテスト方法を含む。図９Ａに図示されるように、導電性線２３の厚さを行（それ故にセンサの表側に対しては、列の）間で変更したテストセンサ表面２１が印刷されたテストアクティブセンシングアレイ２０が製造される。図９Ｂに図示されるように、アクティブセンシングアレイ２０のこのテスト版は、最後の製造されたタイルにおける任意の所定のアプリケーションに対して最適な線幅の選択を選択することを可能とする。図９Ｂは、（並置された、最上のセンサ表面２１及び底面のセンサ表面２１と一緒に）線導電性トレース線２３を図示する。
【０１６０】
図８は、図９Ａに図示されるように、最適な導電性トレース線２３をテストするために使用された段階的な導電性トレース線幅を有するアクティブセンシングアレイ２０のテスティング実施形態のために、センサ表面シート２１上に印刷された抵抗インク２４パターンのテストパターンを図示する。図９Ｂは、単一のタイルに対して、テストアクティブセンシングアレイ２０の底面２１に対するアクティブセンシングアレイ２０及び導電性線２３の上面２１に対する導電性線２３のそれらの最後の動作位置における、センサシート２１の重ね合わせを図示する。
【０１６１】
どのようにして最上のインクパターンを単に９０度だけ回転させてひっくり返したパターンと底面のインクパターンとを同一とすることができるか：
アクティブセンシングアレイ２０の領域は正方形である、トレース線２３に対する本発明のパターンの一実施形態では、タイル２に対するアクティブセンシングアレイ２０の上半分のセンサシート２１と底面のセンサシート２１とは正確には同一である。センサシート２１に関し、底面のセンサシート２１は９０度回転させて次にひっくり返される。これが実行されると、図２に図示されるように、接合部と印刷されたＦＳＲ２４とはお互いにぴったりと合う。
【０１６２】
センサアレイ上に直接的に印刷され及び／又はアセンブリングされた電子部品：
分離したプリント回路基板（ＰＣＢ）を必要とするよりむしろ、すべての電子部品は、一実施形態では、アクティブセンシングアレイ２０上に直接的に印刷され及び／又はアセンブリングされ、それによって製造のコスト及び複雑性を大幅に減少させる。
【０１６３】
応力感知力を有する抵抗（ＦＳＲ）：
応力センシング抵抗は、表面に対して応力を加えるに従って抵抗を変化させる半導電性材料からなる。一般的に、ＦＳＲは、材料に半導電性をもたらす電気的に導電性及び非導電性粒子からなる。通常、ＦＳＲは、スクリーン印刷処理を用いて塗布された（ａｐｐｌｉｅｄ）シートとしてもしくはインクとして供給される。ＦＳＲは低コストであって耐久性がある。
【０１６４】
ファームウェア：
タイルの各グループに対して、３つのタイプのファームウェアが存在する。すなわち、スレーブ通信とマスター通信とホスト通信である。スレーブファームウェアは、各センサタイルに対するマイクロコントローラ上に設置され、そのセンサに対する圧力情報を集めるように使用される。マスターファームウェアは、少なくとも１つのマイクロコントローラ上に設置され、タイルのグループ間の通信を管理し、ホスト通信ファームウェアは、圧力データをコンピュータに送信する。
【０１６５】
スレーブファームウェア：
スレーブファームウェアは、マイクロコントローラ上のデジタル及びアナログＩ／Ｏピンを用いて圧力情報のためにセンサをスキャンする。接続されると、一連の行及び列の配線は、出力もしくは入力の配線のいずれかに割り当てられる。出力配線は、正電圧を提供するかもしくはグランドに設定される。入力配線は、グランドに設定されるかもしくは配線からの電圧を読み込むかのいずれかとすることができる。入力配線はまた、出力配線と入力配線との交点からくる電圧をスキャンする１つの配線を除き、グランドに設定される。次に、ファームウェアは次の入力配線をスキャンする一方で、他はグランドに設定される。すべての入力配線がスキャニングされた後、次の出力配線は正の電圧に設定される一方で、最初のものはグランドに設定され、入力配線はふたたびスキャニングされる。これがすべての電圧配線に対してすべての交点がスキャニングされてしまうまで繰り返される。
【０１６６】
一実施形態では、３２列の配線は、デジタルＩ／Ｏピンに接続され、３２行の配線は異なる電圧レベルを読み込むことができる付加的なデジタルＩ／Ｏピンに接続される。スレーブファームウェアアルゴリズムを用いることによって、各交点において圧力の４０９６個のレベルを有するセンシング素子データの（３２×３２）のアレイが得られる。
【０１６７】
マスターファームウェア：
マスターファームウェアは、個々のタイルから他のマスタータイルもしくはコンピュータに対して情報のフローを処理する。各タイルからの圧力フレーム情報を得るために、通信プロトコルはマスターマイクロチップとスレーブマイクロチップとの間で確立される。プロトコルトポロジーは、タイルのグルーピングの大きさ、形状及び所望の挙動によって変動する。通信プロトコルでは、データはマスターマイクロコントローラによってポーリングされるかもしくはマスターマイクロコントローラにストリーミングされるかのいずれかとすることができる。ポーリングシステムでは、マスターは、個々のタイルからフレームを要求し、マスタータイルに対するデータのフローを管理する。ストリーミングシステムでは、センサは、データが受信されてしまうまで、そのデータをマスターにストリーミングしようと試みる。マスターコントローラに送信されたデータは、完全なフレームのデータを表すことができるし、もしくは圧縮することができる。一つのケースでは、ランレングス符号化は、反復されたゼロを除去することによってフレームのサイズを減少させる。もう１つの圧縮の形態は、２つのフレーム間の差だけを送信することを含む。フレーム間の差だけを送信することによって、圧力シグネチャにおける変化を有さないセンサ上の静的なオブジェクトは、それらの領域の周りのマスターに任意の連続的なデータを送信することを必要としない。
【０１６８】
一実施例では、Ｉ２Ｃハブプロトコルは複数のタイル間で確立される。情報がスレーブタイル１１上びスレーブマイクロコントローラのそれぞれからマスタータイル７上のマスターマイクロコントローラに送信される。図３７では、スレーブとマスターとの間でデータを送信するシリアルデータ線（ＳＤＡ）９６と、時間を維持するシリアルクロック（ＳＣＬ）９７と、電力すなわちＶｄｄ９８とを用いたＩ２Ｃハブに対する概略図が図示される。
【０１６９】
もう１つの実施例では、タイルはＲＳ−４８５通信プロトコルを使用することができ、デイジーチェーンマルチポイントセットアップにおいて接続される。図３８は、長方形のグリッドのスレーブタイル１１はデイジーチェーンのＳ−パターンにおいてターミナルマスタータイル７に接続される。ホストコミュニケータータイル１２として動作するマスタータイル７は、ＵＳＢ９を介して外部コンピュータ３に接続される。
【０１７０】
次に、累積された圧力データは、付加的な通信プロトコルを介して要求デバイスに送信される。一実施例では、ＵＡＲＴポイントツーポイント通信がシリアルＵＳＢケーブルを用いてマイクロコントローラとコンピュータとの間で確立される。圧力データは、マイクロコントローラからホストコンピュータ上に位置されたソフトウェアドライバに送信される。
【０１７１】
他の実施形態では、図３９に図示されるように、グリッド内に１つのマスタータイル７以外が存在することができる。より大きな領域及び／又はより長い距離に対して、タイルのグループはゾーン内に減少され、データ負担を複数のマスター７に対して分割する。これらのマルチゾーンからのデータは複数の通信プロトコルを介してコンピュータに対して集められるかもしくはツリー構造が使用されるので、データはデータが所望の位置に到着するまでツリーのマスターまで送信される。他の実施形態では、複数のマスタープロトコルが、スレーブが同一のバスで複数のマスター間を送信されたデータを分割することを可能とするように使用され、データを集めるための単一のマスター７に対する負荷を減少させる。これらのマスターは必ずしもデータをコンピュータに送信するホストコミュニケータータイル１２とする必要はない。
【０１７２】
一実施形態のそれぞれの部品の観点から全体処理を通してのステッピング：
ハードウェア部品のリスト
・ホストコンピュータ３
・ＵＳＢコネクタ９
・プリント回路基板８
・マイクロコントローラ５
・半剛体タッチ層３１
・アクティブセンシングアレイ２０
・物理的な基板支持表面３２
・タイル間の通信ケーブル１０
・隣接する質問／センス配線１３
・タイル間の物理的な接続コネクタ７１
・装置ハウジング／フレーム１４
【０１７３】
図３６に図示されるように、コンピュータ３は、ＵＳＢコネクタ９を用いてグリッドのタイル７及び１１に接続され、グリッドのタイルにおけるホスト通信タイル１２に接続される。
【０１７４】
タイル間の物理的な接続コネクタ７１は、図４１、図４２Ａ及び図４２Ｂに図示されるように、タイルを相互に物理的に接続する。
【０１７５】
図４５には、センシング素子２６間の距離を保っている２つの隣接するタイルはタイル２にわたって保たれることが図示されている。
【０１７６】
タイル間通信ケーブル１０は、一実施例では、図３８に図示されるようなデイジーチェーンの方法でタイルを接続する。
【０１７７】
図３８には、マスター７／ホスト通信タイル１２に対するスレーブタイル２のチェーン回路と、次にＵＳＢ９を介してコンピュータ３に接続されることが図示される。
【０１７８】
タイルは、任意の特定の幾何学的な配置である必要はない。実際、それらが形成する表面は隣接していなくてもよい。図４３は、隣接しないタイル２の配列の間のデイジーチェーン接続を図示する。タイル２は、タイル間接続１０のデイジーチェーンによって接続される。タイルの１つは、マスター７及びホストコネクティビティタイル１２として動作し、ホストコンピュータ３に対する接続９を有する。
【０１７９】
質問／センス配線（ＱＳＷ）８４−８７はまた、隣接するタイル間で接続される。
・ノースＱＳＷ８４は、（もしそれが存在すれば、）その上のタイルのサウスＱＳＷ８５に接続されるであろう。
・サウスＱＳＷ８５は、（もしそれが存在すれば、）その下のタイルのノースＱＳＷ８４に接続されるであろう。
・イーストＱＳＷ８６は、（もしそれが存在すれば、）その左のタイルのウエストＱＳＷ８７に接続されるであろう。
・ウエストＱＳＷ８７は、（もしそれが存在すれば、）その右のタイルのイーストＱＳＷ８６に接続されるであろう。
【０１８０】
図４０は、Ｎ／Ｓ／Ｅ／Ｗの隣接する質問／センス接続を用いたサンプルのグリッドのタイルを図示する。
【０１８１】
図１１９に図示された一実施形態では、各タイル２は以下のように構成される。
・支持層３２。
・マイクロプロセッサ４を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）。
○プリント回路基板４は、支持層３２の底面に搭載されてもよい。
○タイル間通信ケーブル１０は、隣接するタイル２に対する接続のためにプリント回路基板４に取り付けられる。
〇４つの質問／センス接続配線８４−８７は、プリント回路基板４に取り付けられる。
〇ホスト通信タイル１２のためのホスト通信タイルプリント回路基板９５はまた、ホストコンピュータ３と接続するためのＵＳＢ接続配線９を有するであろう。単一のタイルの実施形態のケースでは、その単一のタイルのプリント回路基板４はまた、ホスト通信タイルの機能性を提供することができる。
・（Ｎ×Ｍ）個のグリッドのセンシング素子と制御配線２３とから構成するアクティブセンシングアレイ２０。
〇アクティブセンシングアレイ２０は、支持層３２の上方に設置される。
〇アクティブセンシングアレイ２０は、支持層３２の端部の周りに巻き付けられる。
〇アクティブセンシングアレイ２０は、アクティブセンシングアレイ２０上のコネクタテール２５を用いてタイルＰＣＢ４に接続される。
・取り付けられた突起部５５を有するアクティブセンシングアレイの実施形態が図１１９において図示されるように、突起部３０は、対応するセンシング素子２６の位置におけるアクティブセンシングアレイ２０の外面上に取り付けられる。
・半剛体タッチ層３１。
〇半剛体タッチ層３１は、アクティブセンシングアレイ２０の最上に設置される。
【０１８２】
一実施形態では、図１−図６に図示されるように、（Ｎ×Ｍ）個のグリッドのセンシング素子に対するアクティブ表面アレイ２０は以下から構成される。
・Ｎ行に対する導体線２３を有する１つの層。
・Ｍ列に対する導体線２３を有する１つの層。
・行／列の交点における応力感知力を有する抵抗（ＦＳＲ）材料２４。
・行と列との導体線それぞれに対応するＮ本の配線とＭ本の配線とを有するコネクタテール２５。コネクタテールは１６個のバンクに分割される。
【０１８３】
図１１９は、１６個のバンクに分割されたコネクタテール２５を図示する。
【０１８４】
図４６は、ホスト通信タイル１２及びマスタータイル７の両方として機能するタイルに対する電子部品のブロック図である。ホストコンピュータ３は、Ｒ×７８及びＴ×７９線を介して前後にデータを転送する例えばＵＳＢなどの標準的なプロトコルを介してホスト通信タイル１２に接続される。電力がマイクロコントローラ５によって必要とされる電圧レギュレータ７６を通して、コンピュータ３からＵＳＢケーブルを介して供給される。アクティブセンシングアレイ２０は、アクティブセンサアレイ２０のコネクタテール２５をプリント回路基板４上のテールコネクタクリップ１６に接続することによって、プリント回路基板に接続される。マスタータイル７は、例えばタイル間ケーブル１０によって接続されたＩ２Ｃなどの通信プロトコルを介してスレーブタイル１１と通信する。電力すなわちＶｄｄ９８は、必要に応じてマスタータイル７からもしくは外部の電力供給１７を介してのいずれかですべてのスレーブデバイスに対して供給される。すべてのアクティブ電子部品に対して共通のグランドＶｓｓ９９を追加すれば、回路は完成する。
【０１８５】
図４７は、スレーブタイル１１のブロック図を図示する。マイクロコントローラ５は、マスタータイル７を含む他のタイルと同様の電力（Ｖｄｄ９８）／グランド（Ｖｓｓ９９）の回路上に存在する。アクティブセンシングアレイ２０は、アクティブセンシングアレイ２０のコネクタテール２５をプリント回路基板４上のコネクタテールクリップ１６に接続することによってＰＣＢ４に接続される。スレーブタイル１１は、例えばタイル間通信ケーブル１０によって接続されたＩ２Ｃなどの通信プロトコルを介して他のタイルと通信する。
【０１８６】
タイルハウジング／フレーム：
全体のタイル２のアセンブリは、樹脂もしくは他の材料から作られたフレームでハウジングされてもよい。
【０１８７】
図４５に図示されるように、任意のハウジングフレーム周囲の幅は、十分に薄いのでタイルにわたるセンシング素子間の距離を保持する必要がある。
【０１８８】
複数のタイルにわたって圧力画像データを捕捉し、フルに時間的に変動するマルチタイル圧力画像を創造するためにホストコンピュータに送信することの１つの実施形態を通してのステッピング。
【０１８９】
各タイルは、（上述されたような支持電子部品と一緒に、）以下を含む。
・プログラマブルマイクロコントローラ５。
・（以下に説明される）センサデータ収集及び通信に対するマイクロコード。
・Ｎ列Ｍ行を有するアクティブセンシングアレイ２０。
・図３８に図示されたように、例えばＩ２Ｃなどのマスター／スレーブバスをサポートするためのタイル間通信配線１０。
【０１９０】
（例えば図３８におけるＴ−０などの）ホスト通信タイル１２は以下を含む。
・ホストコンピュータ３に対するＵＳＢ接続９。
【０１９１】
注記：市販のマイクロプロセッサは、例えばＩ２Ｃ能力などの回路間通信プロトコルを提供することは標準的である。
・例えばマイクロチップ製のＰＩＣ２４ＨＪ２５６ＧＰ６１０マイクロコントローラなどはＩ２Ｃサポートを提供する。
・Ｉ２Ｃは、工業標準マスター／スレーブバスプロトコルである。
・Ｉ２Ｃは、固有ＩＤをバス上のスレーブに動的にアサインするためのプロトコルを提供する。
【０１９２】
注記：市販のマイクロプロセッサは、ＵＳＢ能力を提供することが標準的である。
・例えばマイクロチップ製のＰＩＣ２４ＨＪ２５６ＧＰ６１０マイクロコントローラなどはＵＳＢサポートを提供する。
【０１９３】
注記：市販のマイクロプロセッサは、Ｉ２Ｃ及びＵＳＢ通信の両方を同時にサポートすることができることは標準的である。
・例えばマイクロチップ製のＰＩＣ２４ＨＪ２５６ＧＰ６１０マイクロコントローラなどはこの能力を有する。
【０１９４】
上述したように、上記方法は、以下のことが仮定されるであろう。
・ホスト通信タイル１２は、ホスト通信タイルファームウェアを含むであろう。
・図３８に図示された例では、タイルＴ−０は、グリッドに対しては、ホスト通信タイル１２として及びマスタータイル７として動作している。
・すべての他のタイルは、考慮されたスレーブタイル１１であろう。
・スレーブタイル１１は、スレーブタイルファームウェアを含むであろう。
・スレーブタイル１１は、Ｉ２Ｃ標準プロトコルのような固有ＩＤを取得したであろう。
【０１９５】
タイルに対するマイクロコントローラ上のファームウェアは、いくつかの異なるタスクを実行する。
１．ローカルタイルセンサグリッド圧力画像キャプチャリング（補足すること）。
２．スレーブ１１からマスタータイル７及び／又はホスト通信タイル１２に対してデータを得ること。
３．ローカルタイルセンサグリッド圧力画像をホストコンピュータ３に通信すること。
４．ホストコンピュータ３上にマルチタイル圧力画像の再構築のために、タイルトポロジー及び／又はアジャセンシーデータをホストコンピュータ３に通信すること。
５．隣接するタイルのトポロジーアジャセンシーデータの初期のダイナミックディスカバリー。
〇留意すべきことは、もし事前にアサインされたＩＤがタイルトポロジーの手動格納と一緒にタイルに適用されたならば、このステップは必要とされないであろう、ということである。
【０１９６】
単一のタイル装置実施形態では、その単一のタイルはまた、ホスト通信タイル１２として動作できる。単一のゾーン装置実施形態、すなわち単一のマスタータイル７と一緒にグリッドのタイルを含む装置であって図３８に図示されたような装置では、その単一のマスタータイル７はまた、ホスト通信タイル１２として動作できる。マルチゾーン装置の実施形態、すなわち相互に通信する複数のマスタータイル７を有するグリッドのタイルを含む装置であって図３９に図示されたような装置では、これらのマスタータイル７の１つはまた、ホスト通信タイル１２として動作できる。
【０１９７】
いくつかの実施形態では、マスタータイル機能性に対する回路及びマイクロコードは、マスタータイル７と物理的に接続されてもされなくてもよい分離したプリント回路基板上に存在してもよい。同様に、いずれの場合でも、いくつかの実施形態では、ホスト通信タイル機能性に対する回路及びマイクロコードは、ホスト通信タイル７に対して物理的に接続されてもされなくともよい分離したプリント回路基板上に存在してもよい。
【０１９８】
２つのタイルの間を接続する例えばタイル間通信ケーブル１０などの各接続ケーブルもしくはマスターとマスターとのマルチゾーンコネクターケーブル９４は、タイルの１つに対しては「入力ケーブル」であると同時に他のタイルに対しては「出力ケーブル」である。特定のタイルと比較するのだが、「入力ケーブル」は、センシングデータパケットが「入力ケーブル」に対するのとは逆にホストコンピュータに向かって送信されるチェーン回路におけるタイルからの１つである。例えば図３８と比較すると、Ｔ−１及びＴ−２間のケーブルは、Ｔ−２に対する入力ケーブル及びＴ−１に対する出力ケーブルである。
【０１９９】
図４４は、タイルの１つの実施形態のためのそれぞれのタイルプリント回路基板４に対する／からのケーブル／配線を図示する。その結果、
・すべてのタイルは質問センシング配線８４−８７を有する。
・すべてのタイルはそれらのコネクタテールクリップ１６に接続するコネクタテール２５を有する。
・ゾーンに対するマスタータイル７及び非ターミナルスレーブタイル１１は、出力のタイル間通信ケーブル８９を有する。
・スレーブタイル１１は、入力のタイル間通信ケーブル８８を有する。
・ホスト通信タイル１２は、（一実施形態では、）ＵＳＢケーブルを有するであろう。
・マルチゾーン装置では、ゾーンに対するホスト通信タイル１２及び非ターミナルマスタータイル７は、出力のマスターとマスターとのマルチゾーン通信ケーブル７４を有する。
・マルチゾーン装置では、ゾーンに対する非ホスト通信マスタータイル７は、入力のマスターとマスターとのマルチゾーン通信ケーブル７３を有する。
【０２００】
（１）ローカルタイルセンサグリッド画像キャプチャリング（マスターとスレーブとの両方）
画像キャプチャリングマイクロコードは、そのタイルに対する圧力データのフレームに対応する測定されたセンシング素子の値の（Ｎ×Ｍ）個の数値の圧力画像バッファを保持するであろう。このバッファにおける値は以下の方法で測定される。
・圧力画像バッファの（ｉ，ｊ）成分は、行と列との交点に対する圧力値に対応するであろう。
・上述された方法のように、画像バッファアレイの（ｉ，ｊ）成分は以下によって測定されてもよい。
〇ｉ番目の出力配線を除くすべての出力配線をグランドに設定する。
〇ｉ番目の出力配線を正に設定する。
〇ｊ番目の入力配線を除くすべての入力配線をグランドに設定する。
〇ファームウェアは、それをデジタル値として読み込んでｊ番目の入力配線をスキャンするであろう。
〇この値は、圧力画像バッファの（ｉ，ｊ）成分において格納されるであろう。
・すべてのＮ本及びＭ本の配線を通してループすることによって、完全な（Ｎ×Ｍ）個の圧力画像バッファデータが測定される。
【０２０１】
（２）スレーブタイル１１からマスター７に対してデータを得ること
マスタータイル７上のマイクロコードは、圧力画像データに対してそれぞれのスレーブタイル１１をポーリングするであろう。
・各スレーブからの報告されたデータパケットは、タイルＩＤ及び圧力画像バッファデータを含むであろう。
・簡単にするために、圧力画像バッファデータはタイルの画像バッファの完全なコピーであると仮定する。
〇代わりに、それはランレングス符号化される。
〇代わりに、それは（前に報告されたバッファからの変化だけの）デルタを提供することができる。
〇いずれか一方、両方または他の技術が、データ転送サブシステムに対するパフォーマンスを改善するように適用される。
【０２０２】
スレーブタイル１１上のマイクロコードは、上述したように、ポーリング要求を受信し、すなわちタイルＩＤと圧力画像バッファデータであるデータのパケットを送信することによって応答するであろう。
【０２０３】
（３）マスタータイル７がまたホスト通信タイル１２として動作している実施形態に対して説明された、マスタータイル７からのローカルタイルセンサグリッド圧力画像をホストコンピュータ３に通信すること。
上記（２）を展開すると、マスターホスト通信タイル７は以下を実行するであろう。
・各スレーブタイル１１に対して、
〇Ｉ２Ｃバスを介して圧力画像データに対して各スレーブタイル１１をポーリングする。
〇Ｉ２Ｃバスを介してスレーブタイル１１の圧力画像データを受信する。
〇ＵＳＢを介してスレーブタイル１１の圧力画像データをホストコンピュータ３に送信する。
・ＵＳＢを介してそれ自身の圧力画像データを、（もしタイルに接続されれば、）ホストコンピュータ３に送信する。
【０２０４】
上記ステップを連続的に反復することによって、タイル２の集合体のためのストリーミング、時間的に変動する圧力画像データがホストコンピュータ３によって受信されるであろう。
【０２０５】
（４）ホストコンピュータ上のマルチタイル圧力画像の再構築。
一実施形態では、それぞれにそれらのそれぞれのアクティブセンシングアレイ２０において（Ｎ行×Ｍ列）のグリッドのセンシング素子２６を含む（Ａ行×Ｂ列）のグリッドの圧力タイル２は、再構築可能な圧力画像のアドレス可能な圧力データの（Ａ×Ｎ）行及び（Ｂ×Ｍ）列のグリッドの有効圧力表面を生成する。
【０２０６】
ホストコンピュータ上のタイルトポロジーデータ表は、全体のグリッドのタイルトポロジーと比較して、タイルの位置によって保持される。
・一実施形態では、これはホストコンピュータ上で手動で格納される。
・もう１つの実施形態では、それはタイル隣接テーブルから動的に構築される。
【０２０７】
図３８に図示された装置構成に対応するサンプルタイルトポロジー及びタイル隣接テーブルがこの明細書の最初に記載されている。
【０２０８】
提供されたタイルＩＤを有する各タイルに対する圧力画像バッファデータが受信されると、
・タイル行ｒとタイル列ｃとの値がタイルトポロジーテーブルで調べられてもよい。
・タイル圧力画像データが（ｉ，ｊ）に対するタイルのセンシング素子データを（ｒ×Ｎ＋ｉ，ｃ×Ｍ＋ｊ）にマッピングすることによって、コヒーレントな（（Ｎ×Ａ）×（Ｍ×Ｂ））個の全体の圧力画像にマッピングされる。
【０２０９】
（５）初期のダイナミックディスカバリーの隣接するタイルトポロジー。
初期段階の間に、すべてのタイルの相対位置が（特に指定のない限り）Ｉ２Ｃバスを介して、以下の一連のデータ交換によって取得される。
【０２１０】
マスタータイル７上のマイクロコードは以下のように実行する。
・各スレーブタイル１１に対してとマスタータイル７に対して、
〇各ノース、サウス、イースト及びウエストに対して、
・質問タイルＩＤに対するその方向（ノース８４、サウス８５、イースト８６、又はウエスト８７）に対して、対応する質問／センシング配線をタイルがオンすることを要求するデータパケットを送信する。
・パケットコンテンツ：オンするための質問タイルＩＤ及び方向配線。
・適切なタイルから質問／センス応答パケットを受信する。
・「パケットコンテンツ：検出された」、方向（ノース／サウス／イースト／ウエスト）、検出されたタイルＩＤ、（検出するタイルからの）質問タイルＩＤ。
・パケットコンテンツ；「接続されていない」、方向、質問タイルＩＤ。
・ＵＳＢを介して応答パケットをコンピュータ３に送信する。
【０２１１】
質問／センシング配線をオンするための「配線を動作状態とする」要求を受信するように指定されたスレーブ上のマイクロコード。
・もしそのタイルが（もしかしたら終端レジスタによって）タイルが指定された方向で接続されないことを検出すれば、
〇「接続されていない」応答パケットをマスターに送信する。
〇パケットコンテンツ；「接続されていない」、方向、質問タイルＩＤ。
・そうでなければ、指定された方向の質問センシング配線（ノース８４、サウス８５、イースト８６、ウエスト８７）を「オン」にする。
【０２１２】
その対応する質問ステート配線から「オン」の質問配線ステートを検出するスレーブ上のマイクロコード（ノース８４、サウス８５、イースト８６、又はウエスト８７）。
〇「検出された」及びそのＩＤデータパケットをマスターに送信する。
〇「パケットコンテンツ：検出された」、方向（ノース／サウス／イースト／ウエスト）、検出されたタイルＩＤ、（検出するタイルからの）質問タイルＩＤ。
〇留意すべきことは、検出する配線方向は、検出されたタイル方向とは反対方向である：すなわち、ノース配線８４のオン状態を検出することは、サウス側のタイルを指示する；サウス配線８５は、ノース側のタイルを指示する；イースト配線８６は、ウエスト側のタイルを指示する；ウエスト配線８７は、イースト側のタイルを指示する。
【０２１３】
（Ｎ×Ｍ）個の長方形のグリッドのタイルの実施形態では、「タイルトポロジーテーブル」は、以下のように、「タイル隣接テーブル」から構築される。
・以下によって、ノース／サウスコネクティビティに対応するタイルＩＤの一連のＭ個の正しく並べられた列を創造する。
〇そのノースの隣接物として「なし」を有するＭ個のタイルＩＤのそれぞれに対して、
・そのサウスの隣接物に対してこれを有するタイルＩＤをサーチする。
・そのサウスの隣接物として「なし」を有するタイルＩＤまで反復する。
・以下のように、一連の左から右へのＭ個の正しく並べられた列のリストを配列する。
〇ウエスト方向において、「なし」を有する１つのために、一連の列のリストの第１の成分をサーチする。これは最も左の列である（すなわち、列０である。）。
〇第１の成分がまさに探し出された１つのイーストである列リストをサーチする。
〇第１の成分がイーストの隣接物を有さない列リストにおけるまで反復する。
・それぞれの行／列の数のタイルＩＤを得ることによってアジャセンシーテーブルを追加することができる。
〇列の数は、配列された列リスト位置からである。
〇行の数は、それぞれの列リストにおける位置である。
【０２１４】
構築された実際の試作品の説明．
構築された試作品の一例としての説明：（ａ）各層に対して使用された実際の材料、（ｂ）寸法、（ｃ）各タイルのサイズ、（ｄ）何枚のタイルが使用されたか、（ｅ）製品番号及び所定の部品を製造した会社。
【０２１５】
試作品についての基本的なすべての詳細事項。情報をアプリケーションの中に提供することがもっとも簡単であろうとも、それは例えば表もしくはリストなどの任意の形態で存在することができる。
（ａ）各層に対して使用された実際の材料
各センシングタイルに対して使用された個々のセンシング材料は、５ミルの厚さの樹脂基板、（３／８インチの間隔で設置された）プリント銀電極及びグリッド交点に近接した小さな長方形のＦＳＲ材料から構成される。
（ｂ）寸法
各センシングタイルのアクティブセンシング領域は１２インチ×１２インチである。
（ｃ）各タイルのサイズ
各タイルは配線間の間隔が３／８インチであって１２インチ×１２インチである。
（ｄ）製品番号及び所定の部品を製造した会社
【０２１６】
【表３】
0006021812.tif 000009
【０２１７】
（ｅ）圧力感度
試作品の圧力感度をテストするために４つの点がある５グラムのベースは、配線交点上の点の１つによって設置された。５グラムと１０グラムの重量は、５グラムから３００グラムまでの重量を作るためにベース上に設置された。交点はこの重量の４分の１を受信したので、その交点では重量範囲は１．２５グラムから７５グラムまでの範囲で変化した。２．５グラムより重い重量に対してだけその値がコンピュータによって登録された。コンピュータからの値は、４６．８７から１３２０．７１まで線形的にスケーリングされた。
【０２１８】
交点での重量                      ビジュアライザ上の値
０グラム                                ０
２．５グラム                            ４６．８７
５グラム                                １０１．６５
７．５グラム                            １６７．９７
１０グラム                              ２１８．７５
１２．５グラム                          ２６５．６２
２５グラム                              ４６８．７５
５０グラム                              ８７１．３４
７５グラム                              １３２０．７１
【０２１９】
アウトライン
・すべての部品のリスト
〇一体化された突起部及びベース層４２
〇アクティブセンシングアレイ２０
〇半剛体タッチ層３３
〇ＵＳＢケーブル９及びＵＳＢ送受信機８０
〇コンピュータ３
〇マスタータイル７
・動作：外側の観点
〇１つもしくはそれ以上のオブジェクトが圧力センシング装置１と接触して設置される。圧力センシング装置１は、表面上のオブジェクトの空間変動する圧力に対応する圧力の二次元アレイをコンピュータに送信する。
〇ユーザは複数の位置で圧力センシング装置１をタッチし、デバイスは位置及び各位置における圧力の両方を指示する。
【０２２０】
以下の実施形態は、上述された、突起部３３を有する半剛体タッチ層及び取り付けられた突起部５５を有するアクティブセンシングアレイの実施形態と、アクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６に応力が伝達される方法以外のすべての点において類似する。一体化された突起部及びベース層４２のアセンブリでは、図１９に図示されるように、これがアクティブセンシングアレイ２０が半剛体タッチ層３１と一体化された突起部及びベース層４２との間に位置するアセンブリによって達成される。すべてのアプローチがアクティブセンシングアレイ２０上の各センシング素子２６で測定された応力３４の印加の値を結果として生じさせる。結果として、補間、マイクロコントローラ５によってセンシング素子２６からのデータのスキャニング、スレーブタイル１１とマスタータイル７とをネットワークで結ぶこと、及びセンシング素子２６圧力の測定を超えるすべての他の技術も説明がすべて同様の方法で得られる。
【０２２１】
一体化された突起部及びベース層４２の実施形態は、突起部３３を有する半剛体タッチ層よりも潜在的に容易かつ高価でない。この実施形態では、半剛体タッチ層３１は、任意の個々の圧力タイル２から独立することができ、任意の数の圧力タイル２をシームレスに及んでもよい。これが圧力センシング装置１のアセンブリ及び位置合わせを著しくより容易にさせる。当然ながら、隣接した圧力タイル２に沿ってシームレスな半剛体タッチ層３１を有することは、センシング素子２６が同一の圧力タイル２上もしくは隣接した圧力タイル２上に存在するかどうかに関わらず、センシング素子２６に応力の同一のかつシームレスな分配を結果として生じさせる。
【０２２２】
さらに、一体化された突起部及びベース４２の層の実施形態は、プリント回路基板４のためのハウジング及び例えばタイル間通信接続ケーブル１０及びマルチゾーンケーブル９４などのタイル接続ケーブルのための溝を含んでもよい。従って、圧力タイル２アセンブリにおける部品の数を減少させる。
【０２２３】
圧力センシング装置１は、センシングされた圧力がタイル内のセンシング素子に十分に分配されるように圧力を適切に分配する機械的な力再分配機構を組み込むことができる。
【０２２４】
突起部３０を有する半剛体タッチ層は、圧力タイル２自身の支持ベースに対して機械的に不可欠である部品によって置き換えることができる。これが製造をより容易とさせ、より高価でなく、より強固とし、センシング素子２６と突起部３０との間の不整合を回避することがより容易となる。
【０２２５】
シームレスかつ連続的な補間タッチ応答を創造する複数の圧力タイル２の圧力センシング装置１を創造するために、複数の圧力タイル２間で共有化される必要がある機械的な部品だけが例えば樹脂などの材料の特徴のないシートであって、その位置は、グリッドのセンサタイルにおけるセンサの位置に正確に登録される必要がない。
【０２２６】
内部動作の段階的説明．
指もしくは他のオブジェクトが半剛体タッチ層３１上に下方向の応力が印加されると、内部動作が始まる。
【０２２７】
次に、この応力は半剛体タッチ層３１からアクティブセンシングアレイ２０におけるセンシング素子２６を介して伝達され、正確に再分配される。次に、各センシング素子２６に対して作用する応力は、一体化された突起部及びベース層４２における対応する突起部３０上に与えられる。これが各センシング素子２６が対応する突起部３０と接触するアクティブセンシングアレイ２０の部分に対する応力の集中を創造し、それによってセンシング素子２６を含むアクティブセンシングアレイ２０の領域で相互に接触するＦＳＲ材料２４の２つの領域を一緒に圧縮する応力を創造する。（ここで、アクティブセンシングアレイ２０の外側の導電性線上の１つのＦＳＲ領域は、アクティブセンシングアレイ２０の導電性トレース線２３上のＦＳＲ材料２４の対応する領域と接触する。）
【０２２８】
圧縮は相互接触におけるそれらの２つの領域のＦＳＲ材料２４間の電気伝導度の増加を引き起こす。センサのマイクロコントローラ５はセンシング素子２６のアクティブセンシングアレイ２０の行列を介してスキャニングするので、伝導度における各変化は、マイクロコントローラがマイクロコントローラ５が次にデジタル信号として符号化するアナログからデジタルへの変換器（ＡＤＣ）８３を介して検出する電圧における変化として測定される。
【０２２９】
図１５に図示されるように、突起部３０の内面がアクティブセンシングアレイ２０の外面と接触する突起部３３を有する半剛体タッチ層の技術とは異なり、一体化された突起部及びベース層４２を用いたこの技術は、図１２１に図示されるように、アクティブセンシングアレイ２０の内面と接触する突起部３０の外面を有する。この機械的な配列が、アクティブセンシングアレイ２０のセンシング素子２６における応力の集中を可能とさせ、それによって、アクティブセンシングアレイ２０上方の突起部３０の必要性なしに、隣接するセンシング素子２６間の空間補間を可能とさせる。
【０２３０】
１つのマイクロコントローラ５は各圧力タイル２と関連付けられる。
【０２３１】
各層の一般的な目的．
図１９は、以下の部品を有する圧力タイル２の分解図を図示する。すなわち、一体化された突起部及びベース層４２、２つのアクティブセンシングアレイ２０、半剛体タッチ層３１。アクティブセンシングアレイ２０上の導電性トレース線２３の交点は、ＦＳＲ材料２４のセンシング素子２６の位置である。層が接触して設置される場合は、アクティブセンシングアレイ２０における各交点は、一体化された突起部及びベース層４２における対応する突起部３０の中心で位置合わせされる。
【０２３２】
図２０は、アクティブセンシングアレイ２０の２つが接触する半剛体タッチ層３１と、一体化された突起部及びベース層４２の突起部３０と接触するアクティブセンシングアレイ２０とを有する圧力タイル２のプロファイル図を図示する。
【０２３３】
アクティブセンシングアレイ２０：
図１に図示されたように、アクティブセンシングアレイ２０は、お互いに向かい合った２つのセンサ表面シート２１からなり、ここで、図２に図示されるように、一方のセンサ表面シート２１は他方のセンサ表面シート２１に対して９０度回転される。図４は、図３において完成したセンサ表面シート２１の層を図示する。２つのセンサ表面シート２１のそれぞれの上には導電性トレース線２３が印刷される。少ない量の応力感知力を有する抵抗（ＦＳＲ）材料２４が２つの基板がお互いに面するＦＳＲ材料２４側でお互い接触して設置されるときに、各センサ表面シート２１上に印刷されたＦＳＲ材料２４が導電性トレース線２３のグリッドの交点近傍に設置されるような間隔で印刷される。重なるＦＳＲ材料２４のグリッドの交点は、圧力が測定されてもよいセンシング素子２６を備える。
【０２３４】
一体化された突起部及びベース層４２は、アクティブセンシングアレイ２０がこの層上方に取り付けられたときに、これらの突起部３０の１つが、ＦＳＲ材料２４層が圧力が各交点で測定されてもよいように挟まれた多数の行及び列の電極の接合部においてアクティブセンシングアレイ２０のセンシング素子２６の直下に位置するような間隔を有するグリッドのｎ突起部３０から構成される。
【０２３５】
半剛体タッチ層３１は、それぞれがそのそれぞれの一体化された突起部及びベース層４２における突起部３０と接触して位置している１つもしくはそれ以上のアクティブセンシングアレイ２０と接触して設置される。半剛体タッチ層３１に印加された圧力は、一体化された突起部及びベース層４２上の突起部３０の真上のセンシング素子２６に対して応力を集中させるであろう。一実施例では、半剛体タッチ層３１は、厚さを０．５ミリから１．０ミリまで範囲とすることができるビニルのシートとして実装される。単一のタイル構成のもう１つの実施例では、アクティブセンシングアレイ２０の非導電性表面基板２２は、それ自身が半剛体タッチ層３１として動作してもよい。他の実施例では、半剛体タッチ層３１は、ガラス、金属、もしくは半剛体タッチ層３１の剛性が実用的な剛性の範囲内に入るようにその厚さが選択された任意の他の材料から作られてもよい。
【０２３６】
図２１、図２２及び図２３には、３つのケースの半剛体タッチ層３１が図示され、図２１には堅すぎるものが、図２２には実用的な剛性の範囲内のものが、図２３は不十分に堅いものがそれぞれ図示される。各ケースでは、手が応力３４の印加を表し、矢印５６は圧力タイル２のベース３２の異なる部分に対して、ベース３２に対して伝達された与えられた応力を表す。
【０２３７】
「実用的な範囲の剛性」を有する半剛体タッチ層３１は、それぞれ、最大剛性及び最小剛性の以下の制限を介して定義される。すなわち、半剛体タッチ層３１は、もし長方形の角での一体化された突起部及びベース層４２の４つの最も接近した突起部３０によって境界をつけられた長方形領域内に位置する半剛体タッチ層３１の外面の半径１ミリの円領域内に外部から印加された応力が、図２１に図示されるように、それらの４つの最も接近した突起部３０以外の一体化された突起部及びベース層４２の突起部３０に対して印加された圧力を結果として生じさせるのであれば、半剛体タッチ層３１は堅すぎるであろう。例えば、１センチメータの厚みのガラスのプレートは、非常に堅いので半剛体タッチ層３１として役に立たないであろう。もし応力３４の印加によって応力がそれらの最も接近した突起部３０に対して与えられ、一体化された突起部及びベース層４２の他の突起部３０に対して与えられず、まして図２２に図示されたような突起部３０間の支持層３２の下層表面に対して与えられなければ、半剛体タッチ層３１は実用的な剛性の範囲内にある。もし同様の応力３４の印加によって、半剛体タッチ層３１がそれらの４つの突起部３０間の一体化された突起部及びベース層４２の領域と物理的に接触し、それによって、図２３に図示されるように、アクティブセンシング層２０の非アクティブ領域上に応力を散逸させる十分な程度まで半剛体タッチ層３１が変形されるならば、半剛体タッチ層３１は十分に堅くないであろう。例えば、０．５ミリの厚さのラバーのシートは、半剛体タッチ層３１としての役目を果たすには不十分な堅さであろう。
【０２３８】
一実施例では、近似的に０．３３ＧＰａのもしくは４９０００ｐｓｉのヤングの弾性係数を持つ１．０ミリの厚さのビニルのシートからなる半剛体タッチ層３１は、高さが１ミリで３／８インチの間隔である突起部を有する試作品実装に対しては、正当な範囲の剛性に入るであろう。他の材料でも十分であろうが、ヤング係数が増加するにつれて、材料の厚さは、材料の曲げもしくは弾性をわずか（２×２）四方であるセンシング素子３０の領域に局在化させるようにそれに応じて減少させるべきである。
【０２３９】
半剛体タッチ層３１の全体のサイズ及び形状は、装置１においてネットワークで結ばれたグリッドの圧力タイル２の全体サイズ及び形状を整合させるように形成される。
【０２４０】
図２０に図示されるように、一体化された突起部及びベース層４２は、アクティブセンシングアレイ２０がこの層の外面上に設置されるとき、これらの突起部３０のそれぞれが、アクティブセンシングアレイ２０のセンシング素子２６の１つのアクティブセンシング領域２７で位置合わせされるように間隔が空けられたグリッドの上方向に面する突起部３０を含む。
【０２４１】
半剛体タッチ層３１は、アクティブセンシングアレイ２０の外面と接触して設置される。図２０に図示されるように、上からこのタッチ層に対して印加された応力３４の印加は、一体化された突起部及びベース層４２の対応する突起部と接触する幾何学的配列のセンシング素子２６によって集中されるであろう。その結果、半剛体タッチ層３１に対して与えられたすべての印加された圧力３４は、アクティブセンシングアレイ２０のセンシング素子２６が、一体化された突起部及びベース層４２の対応する突起部３０と接触する領域内において集中されるようになる。
【０２４２】
図２４に図示されるように、部品のこの構成は、半剛体タッチ層３１の外面に対するタッチの位置における連続的な変化がそのタッチに最も接近するそれらのセンシング素子２６のアクティブ領域２７に印加された相対力での対応する連続的な変化を結果としてもたらす機構を形成する。データ画像の一部としてホストコンピュータ３に対して送信されると、それらの相対力によって、ホストコンピュータ３が算術補間を介してタッチの重心位置を正確に再構築することを可能とする。
【０２４３】
図２４は、補間の三次元図を図示する。すなわち、所定の位置での半剛体タッチ層３１に対して作用する応力３４の印加は、一体化された突起部及びベース層４２の（２×２）個の最も接近した突起部３０上に集中されるであろう。従って、アクティブセンシングアレイ２０層では、すべての応力３４の印加は、これらの４つの突起部３０と直接的かつ機械的に接触するセンシング素子の（２×２）個のアクティブセンシング領域２７上に集中されるであろう。
【０２４４】
機能的な層．
半剛体タッチ層３１とアクティブセンシングアレイ２０と一体化された突起部及びベース層４２との３つの部品はそれぞれ、図１２１に図示されるように、単一のセンシング素子における動作の内部機構を説明するために、５つの機能的な層から構成されるように図示される。
【０２４５】
これらの機能的な層はそれぞれ以下の通りである。
（１）半剛体タッチ層３１；
（２）外側の非導電性表面基板２２、（この図１２１には図示されない）外側の導電性トレース線２３、内側及び外側のＦＳＲ材料２４層、（この図１２１には図示されない）内側の導電性トレース線２３並びに内側の非導電性表面基板２２から構成されるアクティブセンシングアレイ２０；
（３）突起部３０を含む一体化された突起部及びベース層４２。
【０２４６】
半剛体タッチ層３１は、すべての応力３４がアクティブセンシングアレイ２０内のセンシング素子２６に対してだけに分配されるように印加された応力３４を再分配する。図２０に図示されるように、集中させることは、一体化された突起部及びベース層４２上の突起部３０と、アクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６に対応する一体化されたアクティブセンシング領域２７とにおける接触点で達成される。
【０２４７】
一実施形態では、一実施例では非導電性表面基板２２の内面上にプリントされた導電性トレース線２３と一緒に、厚さを５ミルとできる薄いアセテートから作られるアクティブセンシングアレイ２０のセンサ表面２１の外側の非導電性表面基板２２。ＦＳＲ材料２４は、アクティブセンシングアレイ２０の外面シート２１の内面の導電性線と、アクティブセンシングアレイ２０の内側センサ表面シート２１の外面の導電性線とにわたって印刷される。動作では、これらの２つのＦＳＲ材料２４部品は、相互に接触しているが、相互に機械的に取り付けられていない。一実施例ではそれらの非導電性表面基板２２の外面上に印刷された導電性トレース線２３と一緒に、厚さを５ミルとできる薄いアセテートから作られる、アクティブセンシングアレイ２０の内側のセンサ表面シート２１の内側の非導電性表面基板２２。
【０２４８】
一体化された突起部及びベース層４２は、突起部３０を含む。圧力タイル２のベースとしてのその目的は、半剛体タッチ層３１に対して印加された応力がアクティブセンシングアレイ２０上の対応するセンシング素子２７のアクティブ領域に対してだけに分配されるように突起部３０を提供することである。
【０２４９】
複数の圧力タイル２を含む補間．
隣接した圧力タイル２のネットワークで結ばれたタイルアセンブリ１８を用いて、半剛体タッチ層３１は、グリッドの圧力タイル２における圧力タイル２のすべてをカバーする（例えば薄い半剛体樹脂などの）単一の途切れのない半剛体材料のシートから構成される。これが異なる隣接した圧力タイル２のアクティブセンシングアレイ２０における隣接するセンシング素子３０の機械的な補間処理は各個々の圧力タイル２内の隣接するセンシング素子３０の機械的な補間処理と同一であるという利点を有する。ユーザの観点からの効果は、タッチ応答を補間することは単一の極端に大きな圧力タイル２のタッチ応答を補間することに正確には等しいいうことである。
【０２５０】
留意すべきことは、この配列においては、半剛体タッチ層３１自身は特徴がない一様な材料のシートとできるので、半剛体タッチ層３１と個々の圧力タイル２との間の正確な登録に対する必要性が存在しない、ということである。
【０２５１】
近くの突起部３０及び対応するセンシング素子２６は、同一の圧力タイル２上に存在する必要はないがむしろ、図１２２に図示されるように、隣接した機械的に分離したタイル上に存在できる。
【０２５２】
一実施例では、図１２２に図示されるように、半剛体タッチ層３１は圧力タイル２の全体にわたる。２つの圧力タイル２間の領域において印加された圧力は、応力を２つの隣接するが機械的には異なる圧力タイル上の近くの支持突起部３０に対して伝達され、そこから２つの異なる圧力タイル内のアクティブセンシングアレイ２０のセンシング素子３０に対して伝達される。
【０２５３】
例えばネットワークタイルアセンブリ１８などにおいて、圧力タイルが隣接する場合には、半剛体タッチ層３１は下層の圧力タイル２間の空間すべてを覆って表面の全体に及ぶであろう。隣接した圧力タイル２が各圧力タイル２上の突起部３０間の距離が隣接した圧力タイル２にわたって保持されるように正確に登録される限り、その場合は、隣接したセンサタイルにわたって応力分配を補間することは、単一の圧力タイル２内のそれと同一であろう。一実施形態では、図４１、図４１Ａ及び図４２Ｂで図示されるように、圧力タイル２の登録は、各個々のセンサタイル上にアライメントブラケットを持つことによって達成される。
【０２５４】
補間の３つのケース：
１）図２５は、応力が同一の圧力タイル２上の４つの突起部３０に分配されるであろう領域６９を図示する。
２）図２６は、応力が２つの隣接した圧力タイル２のそれぞれに対する２つの突起部３０に分配されるであろう領域６９を図示する。２つの圧力タイル２が接触する端上の領域において印加された圧力は２つの隣接するが物理的に異なる圧力タイル２上の近くの支持突起部３０に対して応力を伝達し、そこから２つの圧力タイル２のアクティブセンシングアレイ２０の圧力センスに伝達する。途切れのない半剛体タッチ層３１は、２つの圧力タイル２に及ぶ。隣接した圧力タイル２の端に沿って印加された圧力は、あたかもそれらのセンシング素子２６が同一のタイル上に存在したかのような方法で応力を（各それぞれの圧力タイル２上２つの）４つのセンシング素子２６に分配するであろう。次に、補間方法は、あたかもそれがコヒーレントなより大きな「画像」であるかのように隣接した圧力タイル２にわたって圧力値を処理することができる。
３）図２７は、応力が４つの隣接した圧力タイル２のそれぞれに対する１つの突起部３０に分配されるであろう領域６９を図示する。図２７に図示するように、４つの圧力タイル２が接触する角１２５での領域において印加された圧力は４つの隣接するが物理的に異なる圧力タイル２上の近くの支持突起部３０に対して応力を伝達し、そこから導電性トレース線２３が４つの異なる圧力タイル２のアクティブセンシングアレイ２０上で交差する圧力感知力を有するセンシング素子３０に伝達する。途切れのない半剛体タッチ層３１は、４つの圧力タイル２に及ぶ。これらの隣接した圧力タイル２の角１２５において印加された圧力は、あたかもセンシング素子２６が同一の圧力タイル２上に存在したかのような方法で応力を（各それぞれのセンサタイル上１つの）それらの４つのセンシング素子２６に分配するであろう。次に、補間方法は、あたかもそれが圧力の単一のコヒーレントなより大きな「画像」の一部であるかのように隣接した圧力タイル２にわたって圧力値を処理することができる。
【０２５５】
「圧力の画像」という用語は、ここでは二次元アレイの圧力値を示すために使用される。本発明によって発生した画像はアンチエイリアジングされる。ここで、複数の圧力タイルによって、半剛体タッチ層３１の外面に任意の領域可変パターンで与えられた圧力を各タイルのアクティブセンシングアレイ２０のグリッド分解能によって決定された上限周波数よりも低いすべての空間周波数に対する元のパターンに忠実である元の領域可変圧力パターンの帯域制限された表現に変換されるという点において、「アンチエイリアジングされた」という用語は一般的に受け入れられた定義のとおりである。
【０２５６】
一体化された突起部及びベース層４２は、樹脂、ガラス、木、金属もしくは任意の他の半剛体材料から作られた単一の機械的な部品とできる。この部品は、射出成形、スタンピング、及びコールドキャスティングを含む種々の標準的な方法によって製造される。
【０２５７】
代替の実施形態では、一体化された突起部及びベース層４２に対するラピッドプロトタイプ（高速試作品）は、ＳＬＡ方法を介して製造されてもよい。製造の１つの方法では、シリコンラバーから構成される金型が、このプロトタイプから作られてもよい。樹脂がその金型に注入されてもよい。樹脂が硬化し金型が除去されると、その樹脂は機能的な一体化された突起部及びベース層４２を形成する。
【０２５８】
下側にある突起部３０の利点：
圧力タイル２を有する突起部３０を単一の機械的なパーツの中に一体化することが、複数の圧力タイル２の位置を登録することをより容易とさせる。圧力タイル２にわたって位置を登録することは、それが単一の圧力タイル２内で振る舞うのと同じように複数の圧力タイル２にわたって振る舞うという補間スキーム（方法）をもたらす際に重要となる。センサタイルの一体部分である突起部３０を含む支持層３２を作ることによって、センサタイルにわたって突起部３０を登録することは、各圧力タイル２をその隣接物に対してまさに機械的に取り付けることによって達成される。
【０２５９】
一実施例では、一体化された突起部及びベース層４２は、シリコンラバー金型から射出成形された樹脂もしくはキャスト樹脂から作られ、（アクティブセンシングアレイ２０のセンシング素子間の間隔に対応する、）突起部の中心間の間隔の３／８インチを有する（３２×３２）個のグリッドの上向きの突起部３０を有する１２インチ×１２インチの長方形のベースから構成され、その突起部の高さは２ミリであろう。
【０２６０】
図３３及び図３４に図示されるように、一体化された突起部及びベース層４２の一実施例では、図３３及び図３４に図示されるように、ベースは、圧力タイル２のプリント回路基板４を収容するためのその内面上の空洞と一緒に成型されるであろう。また、チャンネル（溝）がタイル接続ケーブル１７を支持するために一体化された突起部及びベース層４２の中に成型されるであろう。
【０２６１】
もう１つの実施例では、突起部３０と対向する一体化された突起部及びベース層４２の面は平坦であってもよい。この平坦な側は、センサタイルのプリント回路基板４を収容するための内面上に空洞カット（切り取り）を有する、例えば１／４インチの厚みのアクリルのシートなどの分離した支持層３２上に装着されてもよい。チャンネルはまた、タイル接続ケーブル１０を支持するためにベース層３２の中に切り込まれるであろう。この実施例では、一体化された突起部及びベース層４２部分の形状は、図３２に図示されるように、平坦な底面を有するであろうが、その中に空洞を有するベース層３２上に位置する。
【０２６２】
もし圧力タイル２のプリント回路基板４がデバイス直下に位置されれば、その場合は、アクティブセンシングアレイ２０は、一体化された突起部及びベース層４２の周りに巻き付けられる必要がある。アクティブセンシングアレイ２０が一体化された突起部及びベース層４２の周りへの巻き付けが非常にきつすぎるのであれば、その場合は無用の力が突起部３０に対して印加され、そこから一体化された突起部及びベース層４２の端近くのセンシング素子２６に対して印加されるであろう。もしアクティブセンシングアレイ２０の巻き付けがゆるすぎるのであれば、その場合はそれは上に湾曲してそれらのセンシング素子２６での感度の損失が生じるはずである。これらの状況を回避するために、接着剤４０がアクティブセンシングアレイ２０の突起部３０側と半剛体タッチ層３１側との両方に設置される。
【０２６３】
標準の高速試作技術を用いて作られた一体化された突起部及びベース層４２の一実施例では、突起部３０は、３／８インチの隣接した突起部中心間の間隔を有してＡＢＳ樹脂から作られ、高さとそれらのベースでの幅はそれぞれ２ミリと４ミリである。
【０２６４】
高さ、形状及び突起部３０のピークでの曲率は、圧力タイル２のアプリケーションに基づいて変化させてもよい。突起部３０の形状は、センシング素子２７のアクティブ領域上への応力の広がりに影響を及ぼすかもしれない。
【０２６５】
一実施例では、高い／狭い突起部を図示する図２８に図示されるように、各突起部３０は、例えばそのベースでの直径が４ミリでかつ高さが４ミリを有する放物面形状などの丸みを帯びた先端を有し、横幅があってもよい。この構成は、突起部３０が接触するセンシング素子２６の小さな領域の中に応力を集中させ、それによって最も高い感度を与える。そのような構成は、非常に軽い圧力に対して感知力を有する圧力タイル２を創造するためには好ましいが、高い圧力はアクティブセンシングアレイ２０に対するダメージ（損傷）を結果として生じさせるかもしれないので、鋭いもしくは重いタッチのためにはあまり好ましくはない。
【０２６６】
もう１つの実施例では、図２９に図示されるように、突起部３０は、例えばベースでの直径が４ミリであって高さが２ミリを有するなどの半球形状であってもよい。この形状は、より強い機械的な強度を提供することの利点を有する一方でまた、突起部３０の最上部での曲線を緩やかに維持しそれによって非常に高い圧力負荷がかかる間はアクティブセンシングアレイ２０に対する機械的なダメージを減少させる。
【０２６７】
もう１つの実施例では、図３０に図示されるように、突起部３０は、例えばそのベースでの直径が４ミリであって高さが１ミリを有する放物面などの、放物面もしくは正弦曲線の形状を有して、ずっとより幅広であってもよい。これが半球面形状の利点のほとんどを保持する一方で、放物面もしくは同様の形状はそのベースでは垂直に交差する壁を持たないので、あまり高価でないキャスティング方法を用いて組み立てるには、半球形状の突起部よりもより容易であるという利点を提供する。
【０２６８】
もう１つの実施例では、図３１に図示されるように、突起部３０は、例えばそのベースでの直径が８ミリであって高さが２ミリを有する放物面などの、放物面もしくは正弦曲線の形状を有して、非常に幅広であってもよい。この構成は、突起部３０の最上部において非常に緩やかな曲線を結果として生じさせ、それによって鋭いもしくは重い圧力が印加されたときのセンサアレイに対するダメージの機会を最小限とする。
【０２６９】
単一のタイルアセンブリ４８．
単一のタイルアセンブリ４８の一実施形態では、単一の圧力タイル２は、コンピュータに直接的に接続されてもよく、別個のもしくは一体化されたホスト通信プリント回路３８は必要とするがマスタープリント回路基板１９を必要としない。図３２及び図３３に図示されるように、そのような実施形態がタイルの端部の周りに巻き付けられ、一体化された突起部及びベース層４２の下側に取り付けられたタイルプリント回路基板４に接続されたフレキシブルアクティブセンシングアレイ２０と用いてアセンブリングされる。半剛体タッチ層３１は、アクティブセンシングアレイ２０の最上に位置する。単一のタイル実施形態では、図３５に図示されるように、タイルプリント回路基板４上のマイクロコントローラ５は、例えばＵＳＢなどのコンピュータ３に接続されるＵＳＢケーブル９を介してスキャニング及びホスト通信の両方を実行することができる。
【０２７０】
複数の圧力タイル２のネットワークで結ばれたタイルアセンブリ１８．
複数のタイルの一実施形態では、スレーブタイル１２は、コンピュータ３に接続された一体化されたもしくは分離したホスト通信回路９５を有してもよいマスタータイル７もしくはマスタープリント回路基板１９に対してデイジーチェーン接続されてもよい。そのような実施形態が図５０において図示されるようにマスタープリント回路基板１９に接続された直列のスレーブタイル１２を用いてアセンブリングされ、直列のスレーブタイルから圧力データを得るためのマスター／スレーブバスプロトコルを可能とする。半剛体タッチ層３１はそれらのそれぞれの個々のアクティブセンシングアレイ２０の最上のスレーブタイル１１に及ぶ。マスタープリント回路基板１９上のマイクロコントローラ５は、スレーブタイル１１からデータを収集し、そのデータをＵＳＢ送受信機８０及びＵＳＢケーブル９を介してデータをコンピュータ３に送信するホスト通信回路９５に送信する。
【０２７１】
圧力感度．
２つのプロトタイプの圧力感度をテストするために、４つの点上に位置する５グラムのベースが、センシング素子２６上方の各点を用いて半剛体タッチ層３１の最上に設置された。５グラム重量が５グラムから１００グラムまでの重量を作り出すためにベース上に設置された。各センシング素子２６はこの重量の４分の１を受けるので、質量は各センスでは１．２５グラムから２５グラムまで変化した。
【０２７２】
テスト１：
タッチ層−０．５ミリのビニル。
センサ−１０８キロオーム抵抗のインクセンサ。
突起層−４ミリの直径の半球状。
交点での重量                    ビジュアライザ上の平均値
５グラム                        ０
１０グラム                      ７．５
１５グラム                      １４．５
２０グラム                      ２３
２５グラム                      ３２
【０２７３】
この実施例では、１０グラムより下の質量は、圧力タイル２によって登録されない。１０グラムの後は、圧力タイル２によって登録された平均値は、圧力にともない線形的にスケーリングされた。
【０２７４】
テスト２：
タッチ層−１ミリのビニル。
センサ−１０８キロオーム抵抗のインクセンサ。
突起層−２ミリの直径の頂部が平面で切断された円錐状。
交点での重量                    ビジュアライザ上の平均値
５グラム                        ０
１０グラム                      ０
１５グラム                      ２
２０グラム                      １７．５
２５グラム                      ２５
【０２７５】
このテストは、最上層をより硬くさせるが感度を減少させるより薄い半剛体タッチ層３１を使用した。結果として、値は１５グラムまで登録されなかった。
【０２７６】
上述した実施形態の考えに対するこの拡張においては、応力をアクティブセンシングアレイ２０上の適切なセンシング素子２６に対して集中させるための改良された技術を含む。この実施形態では、タッチ表面はプレート角が突起部３０によって位置合わせされるようにセンシング素子２６に及ぶプレート３５上方に位置する。これが上記実施形態における半剛体タッチ層３１の剛性の必要要件の範囲を取り除き、代わりにこのタッチ層が順々に応力を適切なセンシング素子２６上に集中させるプレート３５上の平らな部分に位置するようにフレキシブルタッチ層３８を利用する。結果として、フレキシブルタッチ層２８は薄くて柔軟性を有し、例えば（例えば５ミルシートのＰＥＴフィルムなどの）従来の発明と比較すると１／１０の厚さ及び剛性を有する。プレートの最上のそのような薄い／フレキシブルタッチ層は、その印加された応力のすぐ近傍のセンシング素子を超えた、印加された応力のタッチ層に沿った所望されない広がりを除去する。
【０２７７】
さらに、フレキシブルタッチ層３８は、突起部３０上よりもむしろプレート３５上の平らな部分に位置するので、この実施形態によって、ユーザがタッチ層を介して突起部／バンプ３０を感じることなしにデバイスとインタラクトすることを可能とする。また、従来の発明におけるような突起部３０をブリッジするよりもむしろタッチ層はプレート３５の平坦域上に位置するので、フレキシブルタッチ層３８は、プレート３５に対してより強固に接着され、そうしなければ生じる圧縮問題を減少させる。このことがより低い最初の検出可能なタッチしきい値を結果として生じさせ、軽いタッチの検出を改善する。
【０２７８】
応力のすべての散逸は巨視的なレベルよりもむしろ微視的なレベルで行われるので、この技術は、従来の発明よりもタッチ層からの応力をセンシング素子に伝達するためのより効率的な機構を提供する。タッチ層はタッチ層の巨視的な変形を介して応力をセンシング素子に分散させるように使用されたので、上述した実施形態では、タッチ層に対して（「実用的な剛性の範囲」において説明された）いくらかの剛性を必要とした。この発明では、巨視的な動きもしくは変形は存在せず、プレートの変形、突起部の圧縮、並びに／又はプレートが相互に及び／もしくは突起部と接触するところのヒンジングによる微視的な変形だけが存在する。このことが変形による圧力信号の損失を結果として減少させる。すなわち、より高いパーセンテージの応力がさらに隣接するセンシング素子に伝達されるよりもむしろ局所的なセンシング素子に伝達される。
【０２７９】
ユーザ経験の段階的説明はこの実施形態のために上述されたのと同様である。
【０２８０】
すべての部品のリスト．
すべてのハードウェア部品のリスト．
・すべての部品のリスト
〇センサタイル２の集合物。
・センタタイルは以下を備える。
・フレキシブルタッチ層３８。
・１つもしくは複数の接着層４０。
・技術：一体化されたプレート及び突起部行列部品。
〇一体化されたプレート及び突起部層３６。
〇ベース層４７。
・技術：別個のプレート及び突起部行列部品。
〇プレート層５３。
〇一体化された突起部及びベース層４２。
・すべての他の部品は上述された通りである。
〇すべての他の部品は上述された通りである。
【０２８１】
各層の一般的な目的：一体化されたプレート及び突起部層の実施形態．
図５２は、一体化されたプレート及び突起部行列部品の実施形態の分解図を図示する。すなわち、フレキシブルタッチ層３８、一体化されたプレート及び突起部層（ＩＰＰＬ）３６、アクティブセンシングアレイ２０、ベース層４７。複数の層が接触して設置される場合、ＩＰＰＬ３６における各突起部はアクティブセンシングアレイ２０の外面上のセンシング素子２７のアクティブ領域と接触するように位置合わせされる。接着層４０はまた、フレキシブルタッチ層３８とＩＰＰＬ３６との間で使用されてもよいので、これらの層は機械的に接続される。同様に、接着層４０はまた、ＩＰＰＬ３６とアクティブセンシングアレイ２０との間で使用されてもよい。同様に、接着層４０はまた、アクティブセンシングアレイ２０とベース層４７との間で使用されてもよい。
【０２８２】
本発明のこの一体化されたプレート及び突起部行列部品の実施形態は、この明細書の最初で説明した機構とは異なるアクティブセンシングアレイ２０におけるセンシング素子に応力を集中させるための機構を利用する圧力センサに関連する。図５３に側面図が、図５２に分解図が図示されたこの実施形態では、ベース層４７と接触するアクティブセンシングアレイ２０と接触する一体化されたプレート及び突起部層３６と接触するフレキシブルタッチ層３８が図示される。ＩＰＰＬ３６における各突起部３０は、図５２及び図５３に図示されるように、アクティブセンシングアレイ２０の外面上のセンシング素子２７の対応するアクティブ領域と接触するように位置合わせされる。
【０２８３】
この発明の別個のプレート行列及び突起部行列層の実施形態は、フレキシブルタッチ層３８、プレート行列層５３のアクティブセンシングアレイ２０、一体化された突起部及びベース層４２が存在する、図５４の分解図及び図５５の側面図において図示されたもう１つの技術に関連する。複数の層が接触して設置される場合、突起層５３における各突起部３０は、アクティブセンシングアレイ２０の内面上のセンシング素子２７の対応するアクティブ領域に接触するように位置合わせされる。さらに、プレート行列層５３における各プレート３５の角は、アクティブセンシングアレイ２０の外面上の突起層５３からの対応する突起部３０によって位置合わせされ、ここで任意の突起部はその上方の隣接したプレート角を４つまで有してもよい。
【０２８４】
接着層４０はまた、フレキシブルタッチ層３８とプレート行列層５３との間に使用されてもよいので、これらの層は機械的に接続される。同様に、接着層４０はまた、プレート行列層５３とアクティブセンシングアレイ２０との間に使用されてもよい。同様に、接着層４０はまた、アクティブセンシングアレイ２０と一体化された突起部及びベース層４２との間に使用されてもよい。
【０２８５】
代替の実施形態では、図５６に図示されるように、突起部がアクティブセンシングアレイ２０の外面上のセンシング素子２７のアクティブ領域に取り付けられる。この実施形態では、突起部３０及びアクティブセンシングアレイ２０とは一緒にデバイスの単一部品を形成し、ここでは取り付けられた突起層を有するアクティブセンシングアレイ５５である。動作では、図５７における分解図で図示されるように、フレキシブルタッチ層３８は、ベース層４７上に位置する、取り付けられた突起層を有するアクティブセンシングアレイ５５上に位置するプレート行列層５３上に位置する。外部からの応力がフレキシブルタッチ層３８に印加されると、次にその応力はそれがプレート３５の角に集中されるように応力を再分配するプレート行列層５３に与えられ、そこから次に突起部３０に与えられ、それによって取り付けられた突起部３０と、その上にアクティブセンシングアレイ２０が位置するベース層４７との間の各アクティブセンサ２６を圧縮する。
【０２８６】
この実施形態に対する用語の説明及び部品の説明．
アクティブセンシングアレイ（ＡＳＡ）：上述された。
【０２８７】
センシング素子２６：図１０及び図１１に図示されるように、センシング素子２６は、導電性トレース線２３が交差するアクティブセンシングアレイ２０の２つの表面シート２１の間の位置において存在し、そこで２つの領域のＦＳＲ２４はともにサンドイッチ構造を形成し、その圧力は電気的に測定されてもよい。図９及び図１０に図示されるように、センシング素子２６は、交差するトレース線２３の接合部におけるそれらの２つの層上のＦＳＲの重なる領域において存在する。
【０２８８】
センシング素子との接触する：図１０及び図１１に図示されるように、センシング素子２７のアクティブ領域は、そのセンシング素子に対するＦＳＲ材料の重なりに対応するアクティブセンシングアレイ２０のいずれか一方の側の領域である。特に、もしアクティブセンシングアレイ２０と接触する突起部の表面がそのセンシング素子のアクティブ領域２７の上もしくは内側に完全に位置すれば、突起部３０はセンシング素子２６と接触すると言われる。もし（まさに定義されたように）それがセンシング素子と接触すれば、突起部３０はセンシング素子２６によって適切に位置合わせされる。
【０２８９】
プレート３５：樹脂、金属、木、ガラス、又は（両方が以下に定義されるが、突起部の高さと比較すると、）正当な量のプレート剛性を有する他の材料の長方形の断片。プレート３５は、それが位置決めされると、角がアクティブセンシングアレイ２０上の４つの隣接したセンシング素子２６の内側で位置合わせされるようなサイズ及び形状からなる。プレート３５は一体化されたプレート及び突起層（ＩＰＰＬ）３６もしくはプレート行列層５３の部分から構成されてもよいプレート行列３９において配列される。図５９は、アクティブセンシングアレイ２０上に適切に位置合わせされたプレート３５を図示する。図６０は、アクティブセンシングアレイ２０上の対応するセンシング素子２６の内側で適切に位置合わせされた剛体プレート３５の上面図を図示する。
【０２９０】
プレート行列３９：剛体プレート３５間に隙間が存在するようにかつ角間の隙間の中心がアクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６に対応するように位置合わせされるように空間的に位置合わせされた複数の剛体プレート３５。プレート行列３９は、一体化されたプレート及び突起層３６（ＩＰＰＬ）３６もしくはプレート行列層５３から構成される。図６１Ａは、プレート行列３９の上面図を図示し、図６１Ｂはプレート行列３９の側面図を図示する。図６３は、アクティブセンシングアレイ２０上方に重ね合わされたプレート行列３９の適切な位置合わせを図示する。
【０２９１】
突起部３０：樹脂、金属、木、ガラス、又はそのセンシング素子のアクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６上方もしくは下方に位置決めされ、その単一のセンシング素子２６のアクティブ領域２７上に応力を集中させることが目的である他の材料の剛体バンプ。アクティブセンシングアレイ２０に面する突起部の側は、その対応するセンシング素子のアクティブ領域との接触がそのセンシング素子２７のアクティブ領域上もしくは内側で正確に位置するであろう形状である必要がある。突起部は、一体化されたプレート及び突起層（ＩＰＰＬ）３６もしくは一体化された突起部及びベース層４２の部分から構成されてもよい突起部行列４３において配列される。
【０２９２】
図６４は、アクティブセンシングアレイ２０上の対応するセンシング素子２６上で正確に位置合わせされた突起部３０の上面図を図示する。
【０２９３】
図６５Ａ−図６５Ｆは、突起部３０とアクティブ領域のセンシング素子２７との間の接触の６つの例の側面図を図示する。図６５Ａ、図６５Ｂ、図６５Ｃ、及び図６５Ｄでは、その対応するセンシング素子２７のアクティブ領域との接触がそのアクティブ領域２７上もしくは内側で正確に位置する突起部３０の実施例が図示される。図６５Ｅ及び図６５Ｆでは、突起部３０は、対応するセンシング素子２６のアクティブ領域２７を超えて拡張する接触を有し、それ故にこの発明に対する適切な突起部構成でない。図６５Ｄにおけるケースでは、そのセンシング素子上方の突起部３０は、これらの面のそれぞれはそのセンシング素子２６において接触する異なるプレートに取り付けられてもよいように不連続面を有する。
【０２９４】
突起部行列４３：アクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６に対応するように空間的に位置合わせされた複数の突起部３０は。突起部行列４３は、一体化されたプレート及び突起層（ＩＰＰＬ）３６又は一体化された突起部及びベース層４２の部分から構成されてもよい。図６２Ａは突起部行列４３の上面図を図示し、図６２Ｂは突起部行列４３の側面図を図示する。
【０２９５】
図６１Ａ、図６１Ｂ、図６２Ａ及び図６２Ｂは、プレート行列３９及び突起部行列４３が相互にそれぞれが位置合わせされるであろうように並置されたプレート行列３９及び突起部行列４３が図示される。
【０２９６】
図６６Ａは、適切に位置合わせされたプレート行列３９及び突起部行列４３の重ね合わせの底面図を図示し、図６６Ｂはその側面図を図示し、図６６Ｃはその上面図を図示する。
【０２９７】
図６７は、適切に位置合わせされたプレート行列５３及び突起部行列４３の重ね合わせの切り抜きを図示する。
【０２９８】
外側の及び内側の方向／側面／正面：センサは、テーブル、壁、天井もしくは移動するオブジェクト上に設置されてもよい。結果として、トップ（最上）／ボトム（底面）又はアップ（上）／ダウン（下）に言及することは曖昧となる。明確にするために、応力が印加された側面／方向／正面を示すために「外側の」を使用し、（装置のベースに向かって）対向する側面／方向を示すために「内側の」を使用する。例えば、それが平坦面に対して方向付けされたであろうようなデバイスを図示する図６８Ａ及びそれが壁に対して方向付けされたであろうようなデバイスを図示する図６８Ｂにおいて、印加された応力３４は、フレキシブルタッチ層３８の外面に対して印加される。同様に、突起部３０の内面がアクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６によって位置合わせされるように、ＩＰＰＬ３６における突起部の内面は、アクティブセンシングアレイ２０の外面上にある。アクティブセンシングアレイの内面は、ベース層４７の外面上に位置する。図６８Ａ及び図６８Ｂにおいて、外側方向２８及び内側方向２９は矢印で示される。曖昧さの任意のケースでは、基準の方向付けは、図６８Ａにおけるように、例えばテーブルトップ上に上からくる応力によるなどの、床に対して平行な平坦面上に設置されたセンサによるものである。
【０２９９】
一体化されたプレート及び突起層（ＩＰＰＬ）３６：突起部が内面上の隣接したプレートに物理的に接続されるように、プレート行列５３及び突起部行列４３の両方を含む部分。突起部３０は内面を超えて延在し、アクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６に対応するように空間的に位置合わせされる。この部分は、樹脂、金属、木、ガラス又は剛体もしくは半剛体である他の材料から作られてもよい。この製造のための方法が以下に説明される。図６９は、一体化されたプレート及び突起層３６の実施形態を図示する。
【０３００】
種々の実施形態では、一体化されたプレート及び突起層３６は図７０−図７３で図示された形状のいくつかを有してもよい。これらの実施形態のすべてにおいて、突起部３０の形状は変化するがプレート間にスリットが存在する。すなわち、スリットの幅は図７０と図７３とを比較して見られるように変化してもよく、突起部は図７０と図７１とを比較して見られるように接合部を介してプレートと同一平面であり続けてもよく、又は図７０と図７２とを比較して見られるように、突起部の内面に向かって次第に細くなってもよい／台形であってもよい。図７４は、スリットを有する図７０もしくは図７２に対応する上面図を図示する。図７５は、プレートと同一平面である続ける突起部を有する図７１の実施形態に対応する上面図を図示する。図７６は、図７０及び図７４で図示される実施形態よりも広いスリットを有する図７３の実施形態に対応する上面図を図示する。図７４−図７６で図示された実施形態のそれぞれにおいて、突起部においてではなくプレートの端部に沿ったスリットは、材料を完全に通過する。
【０３０１】
角突起部５４：一実施形態では、アクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６にわたる突起部３０は、センシング素子２６において及びそのセンシング素子２６上方で接触するいくつかのプレート３５のうちの１つの角において取り付けられた各不連続な面を有するいくつかの不連続な面が含まれてもよい。角突起部５４は、これらの不連続な面の１つとして定義される。センシング素子で接触する長方形のプレートを用いて、図７７Ａ−図７７Ｃ、図７９及び図８０に図示されるように、４つまでの突起部５４は集合的に突起部３０として動作してそのセンシング素子２６上に応力を与えてもよい。
【０３０２】
図７７Ａ−図７７Ｃは、マーキングされたセンシング素子２６のアクティブ領域２７上方に１個の角突起部５４を位置する例と、２個の角突起部５４を位置する例と、３個の角突起部５４を位置する例とをそれぞれ図示する。これらの例のそれぞれにおいて、一連の角突起部５４は一緒にそのセンシング素子２６の上の「突起部」３０と考えられるであろう。
【０３０３】
圧縮成形を用いて以下に説明されたＩＰＰＬなどのＩＰＰＬ３６のもう１つの実施形態では、突起部３０はそれぞれ一連の角突起部５４から構成されてもよい。この実施形態では、ＩＰＰＬの外面は、フラットトップの一体化されたプレート及び突起層４１として示されたフラットであって、単一のタイルセンサのケースでは、フラットトップのＩＰＰＬ４１がまたフレキシブルタッチ層３８としても機能することを可能とさせるであろう。
【０３０４】
図７８は、角突起部５４及び平坦である外面を有するプレート３５を有するフラットトップＩＰＰＬ４１の側面図を図示する。プレートの角が接触する突起部３０は、異なるプレート３５からの一連の角突起部５４を備えるであろう。この実施形態では、図７８における側面図、図７９における外側図及び図８０における内側図で図示されるように、表面は分離したプレートを接続する付加的な薄膜の材料を用いて平坦である。図７０−図７６において図示されるような実施形態とは異なり、スリットはプレート間を通して続かないが、代わりに図７８−図８０において図示されるように、内面からの溝を形成する。そのような実施形態では、（溝の外面と内側端との間の）そのような接続材料の厚さは、フレキシブルタッチ層３８に対する要件を配慮する必要がある。例えば、ＡＢＳ樹脂の１ミリの厚いプレートに対しては、接続材料に対する厚さは０．１ミリである。
【０３０５】
フラットトップの一体化されたプレート及び突起層４１の実施形態では、（各センシング素子に対応する、図７８−図８０で図示されたように、）共有のコヒーレントな突起部もしくは一連の角突起部のいずれかが使用されてもよい。
【０３０６】
プレート行列層５３：プレートが薄いフレキシブルな最上のもしくは底面の材料又は剛体プレート間の溝における材料とのいずれかと接続されるような複数の剛体プレート３５を含む部分。ＩＰＰＬ３６とは異なり、突起部３０はこの部品の部分ではない。この部分は樹脂、金属、木、ガラスもしくは以下に説明された、これの製造のための方法を含む他のそのような材料から作られてもよい。図８１は、フラットトップＩＰＰＬでは見られるであろう突起部はないが、フラットトップＩＰＰＬ４１に類似した構造を有する薄いフレキシブルトップ材料を有するプレート行列層５３のフラットトッププレート行列層１１６実施形態を図示する。
【０３０７】
一体化された突起部及びベース層４２：図８２に図示されるように、突起部が内面上のベース４７に物理的に接続されるような、突起部行列４３を含む部分。この部分は、樹脂、金属、木、ガラス、または剛体もしくは半剛体である他の材料から作られてもよい。この製造のための方法を以下に説明する。例えば図１９において図示され説明された実施形態などの上述した実施形態では、一体化された突起部及びベース層を含む例である。
【０３０８】
３つのプレートがそれぞれ図示され、図８３には十分に剛体であるプレートが図示され、図８４には十分に半剛体であるプレートが図示され、図８５には応力が突起部よりもむしろベースに伝達されることを可能とする不十分に剛体であるプレートが図示される。各ケースにおいて、プレート３５上に外部から印加された応力３４は、図示された伝達された応力５６のようにベース層４７上の異なる位置に伝達される。図８３及び図８４は、突起部３０を介してベース層４７に伝達された排他的に集中された応力５６を用いて、「突起部高さに対して正当な量のプレート剛性」を表す。図８５では、プレート３５は突起部高さに対して正当な量のプレート剛性を持たない。その理由は、そのいくらかの応力５６が突起部３０を介さない領域における下層のベース表面上に与えられるようにそれは変形するからである。図８３と図２１とを比較すると、プレート３５を含む実施形態の利点が示される。半剛体タッチ層３１を有する図２１に図示された実施形態とは異なり、プレート３５は、応力がそれが真上に存在する突起部に伝達されない剛体とすることができる。
【０３０９】
突起部高さに対して正当な量のプレート剛性：もしプレートの外面の外部から印加された応力がその角において対応する突起部に対して排他的に印加される圧力を結果として生じ、特に応力が突起部間の表面に与えられなければ、プレートは「突起部高さに対して正当な量のプレート剛性」を有する。もし同様の外部から印加された応力がプレート３５が４つの突起部３０間のベース層の領域と物理的に接触し、それによってアクティブセンシングアレイ２０の非アクティブ領域上に応力を散逸するであろう十分な程度まで変形されるならば、プレート３５は、正当な量のプレート剛性を有さないであろう。この受け入れられないケースがプレート３５が弧の中心で変形する図８５において図示され、ここで、突起部３０の十分な高さによりプレートがベースをタッチすることを可能とさせる。例えば、突起部が１２ミリ間隔で空けられたケースでは、０．５ミリの厚い長方形の断片のラバーは、プレートとして役目を果たすための正当な量のプレート剛性を有さないであろう。プレート材料の変形の距離は、Ｅ（曲げ）＝Ｌ３Ｆ／（４ｗｈ３ｄ）であって、ここで、Ｌは長さであって、ｗ及びｈは幅及び高さであって、Ｆは印加された応力であって、ｄは表面に対する荷重に対する偏位である。
【０３１０】
フレキシブルタッチ層３８：これは直接的な接触／タッチのために、ユーザに見える最も外側の層である。それは（例えば、ラバー、テフロン（登録商標）、もしくは低密度ポリエチレンなどの）材料の薄いフレキシブルシートから構成される。それは十分にフレキシブルでなければならない。（すなわち、剛性がプレートの剛性未満の大きさのオーダであるようなヤング係数及び厚さを有する。ほとんどの材料の剛性は、次式におけるように、（材料に対して一定である）材料のヤングの係数と、材料の厚さの３乗との積によって大部分は決定され、その結果、表面に印加された応力はその応力の下のプレートに最初に伝達される。）一実施形態では、それは０．００５インチのポリエステルフィルムから作られる。
【０３１１】
材料の剛性は、次式のように計算されてもよい。
【０３１２】
【数６】
0006021812.tif 000010
【０３１３】
ここで、Ｅ＝ヤングの係数であって、ｈ＝材料の厚さであって、ｖ＝材料のポアソン定数である。
【０３１４】
フレキシブルタッチ層３８の全体サイズ及び形状はネットワークで結ばれたグリッドのセンサタイルの全体サイズ及び形状と整合するように形成される。
【０３１５】
ベース層４７：この最も内側の層は、アセンブリの台より下に位置するフラットな特徴のないシートである。装置１は、例えば３インチの厚いガラステーブルなどの平坦な固体表面にぴったりと位置するであろう実施形態では、これが例えばテーブルなどによって提供されるであろうので、ベース層は必ずしも剛体支持を提供する必要はない。表面上にもしくは例えばマットレスなどの固体でない表面上に平坦に置けないであろう装置１の実施形態では、それは例えば１／４インチの厚いアクリルシートなどの剛体である必要はないであろう。
【０３１６】
接着層４０：接着層は、それぞれに隣接する機能層を取り付けるために使用されてもよい。一実施形態では、接着層は例えばグラフィックスダブルタックマウンティングフィルムなどの両面接着フィルムシートとできる。他の実施形態では、スプレー接着がこられの層を接着させるために使用された接着層としての役目を果たしてもよい。
【０３１７】
内部動作の段階的説明：
図８６は、応力分配の断面を図示する。すなわち、フレキシブルタッチ層３８、一体化されたプレート及び突起層３６、アクティブセンシングアレイ２０、ベース層４７、外部から印加されたタッチ力３４である。ＩＰＰＬ３６は、プレート３５及び突起部３０を含む。突起部３０は、アクティブセンシングアレイ２０上のセンシング素子２６によって位置合わせされる。
【０３１８】
図８６で図示されるように、指もしくは他のオブジェクトがフレキシブルタッチ層３８の外面上に下向きの応力３４を印加したときに内部動作が始まる。
【０３１９】
次に、この応力はフレキシブルタッチ層３８を介して一体化されたプレート及び突起層３６における応力３４の下のプレート３５に伝達される。
【０３２０】
ＩＰＰＬ３６の各プレート３５上のそれぞれの下向きの応力３４は、プレート３５のそれぞれの４つの角の下にある、ＩＰＰＬ３６における突起部３０に対して再分配される。プレート３５の任意の角での突起部は、３つまでの他の隣接したプレート３５によって共有される。応力が隣接したプレート３５に対して同時に印加された場合には、それらの隣接したプレート３５から合成された応力は、それぞれの共有の突起部３０上に集中され、この共有の突起部３０が接触するセンシング素子２６で測定される。
【０３２１】
剛体プレート３５の４つの角における各突起部３０は、アクティブセンシングアレイ２０上のそれぞれのセンシング素子２６上方で位置合わせされ、各剛体プレート３５に印加された応力をプレートの対応する４つの角でのセンシング素子２７のアクティブ領域に集中させる。
【０３２２】
これが各突起部３０が対応するセンシング素子２６と接触するアクティブセンシングアレイ２０の部分に伝達される応力の集中を創造し、それによってセンシング素子２６を備えるアクティブセンシングアレイ２０の領域で相互に接触するＦＳＲ材料２４の２つの領域と一緒に圧縮する応力を創造する。（ここで、図１０及び図１１に図示されるように、アクティブセンシングアレイ２０の外側の導電性線２３上の一方のＦＳＲ２４領域は、アクティブセンシングアレイ２０の内側の導電性線２３上のＦＳＲ２４の対応する領域と接触する。）
【０３２３】
上述したように、この圧縮は相互に接触するＦＳＲ材料のこれらの２つの領域間の電気伝導率の増加を生じさせる。センサのマイクロコントローラはセンシング素子のアクティブセンシングアレイのアレイを介してスキャンするので、それらの伝導率の変化のそれぞれは、マイクロコントローラが次にデジタル信号として符号化するＡ／Ｄ変換器を介してマイクロコントローラが検出する電圧の変化として測定される。次に、マイクロコントローラはこのデジタル信号をＵＳＢを介してホストコンピュータに送信する。
【０３２４】
部品のこの構成は、プレートからアクティブセンシングアレイ上のセンシング素子に対する応力の再分配のためだけの機構を形成し、それによってフレキシブルタッチ層の外面上のタッチの位置における連続的な変化がそのタッチに最も接近するそれらのセンシング素子に対して印加された相対力における対応する連続的な変化を結果として生じさせる。それらの相対力は、データ画像の一部としてホストコンピュータに送信されると、ホストコンピュータが算術補間を介してタッチの重心位置を正確に再構築することを可能とさせる。
【０３２５】
図８７は補間の概略図を図示する。フレキシブルタッチ層３８上に作用するすべての外部から印加された下向きの応力３４は、その応力に隣接するＩＰＰＬ３６におけるプレート３５に伝達される。そのプレート３５上の応力３４は、ＩＰＰＬ３６上の（２×２）の最も接近する突起部３０上に集中されるであろう。従って、アクティブセンシングアレイ層２０では、すべての応力はこれら４つの突起部３０との直接的かつ機械的に接触する（２×２）の対応するアクティブ領域２７上に集中され、そこからそれぞれのセンシング素子２６に対して機械的に分配されるであろう。
【０３２６】
プレート３５及びフレキシブルタッチ層３８を用いたこの処理と、プレートはないが半剛体タッチ層３１を用いて説明された同様の処理との間の違いは、より薄いタッチ表面３８とタッチ表面下の別個のプレート３５を可能とすることによって、フレキシブルタッチ層３８上の局所的な応力はその応力の下のプレート３５にほとんど排他的に伝達され、次に対応する突起部３０を介して適切なセンシング素子２６上に伝達される。さらに、これにおいて、アクティブセンシングアレイ２０は、平坦な表面上に取り付けられ、それ故にプレートなしの方法では起こるかもしれないような変形は起こるはずがない。
【０３２７】
アクティブセンシングアレイ上の応力の電気的な測定及び処理は、プレートなしの方法におけるそれと同一である。
【０３２８】
図５２は、フレキシブルタッチ層３８と一体化されたプレート及び突起層３６とアクティブセンシングアレイ２０とベース層４７とを有する一体化されたプレート及び突起層（ＩＰＰＬ）を用いたプロトタイプの単一タイルの実施形態における複数の層及びアセンブリの分解図を図示する。複数の層が接触して設置されるとき、ＩＰＰＬ３６における各突起部３０はアクティブセンシングアレイ２０の外面上のその対応するアクティブセンシング領域２７と接触するように位置合わせされる。接着層４０は、このプロトタイプ実施形態において上述した層のそれぞれの間に使用された。
【０３２９】
フレキシブルタッチ層３８：５ミルのポリエステルフィルム。
【０３３０】
一体化されたプレート及び突起層３６：（３２×３２）のグリッドの突起部を有する（３１×３１）のグリッドのプレート。標準的なＳＬＡ製造を用いて、ＩＰＰＬ３６幾何学的形状を供給されたＣＡＤファイルを用いて創造された（クリアＰＣのような）サモス（Ｓｏｍｏｓ）１１１２２を用いて製造されたカスタムＳＬＡ（ステレオリソグラフィ）ラピッドプロトタイプ部分。
【０３３１】
図８８は、一体化されたプレート及び突起層３６のプロトタイプ実施形態で使用されたプレート及び突起部の寸法をプロファイル図で図示する。プレート３５及び突起部３０は正方形であるので、（スケーリングするように図示されていないが、）幅及び長さの両方のこれらの寸法は同一である。
【０３３２】
留意すべきことは、単一のタイルアセンブリでは、隣接するタイル間に及ぶプレートに対する必要性は存在しないので、（Ｎ×Ｍ）のアクティブセンシングアレイに対する（Ｎ×Ｍ）のグリッドの突起部に対して（（Ｎ−１）×（Ｍ−１））のプレートが存在する、ということである。例えば図５２では、（４×４）のグリッドのプレートは（５×５）のグリッドの突起部によって支持され、（５×５）のグリッドのセンシング素子を有するアクティブセンシングアレイを用いて使用される。
【０３３３】
アクティブセンシングアレイ２０：上述した他の実施形態における説明のように、３／８インチの間隔を空けられた（３２×３２）のグリッドのセンシング素子を有するカスタムプリントセンサ。各センシング素子は、（４×４）ミリの重なり合うＦＳＲ領域を有する。１００キロオームのＦＳＲインクがＡＳＡで使用された。
【０３３４】
ベース層４７：１／３２インチの厚さのＣＰＶＣシート。留意すべきことは、この実施形態は、装置が装置１が平坦な固体表面にぴったりと位置するであろうベース層の実施形態において使用される固体テーブルトップ上に設置されるであろうことが予想されるであろう実施形態の１つである、ということである。
【０３３５】
接着層４０：グラフィックスダブルタックマウンティングフィルム。３つの接着層４０がこのアセンブリにおいて使用される。
【０３３６】
このプロトタイプアセンブリでは、
ａ）接着層４０の一方側は、フレキシブルタッチ層３８の内面に取り付けられる。
ｂ）その接着層４０の反対側はＩＰＰＬ３６の外面に取り付けられる。
ｃ）第２の接着層４０の一方側は、アクティブセンシングアレイ２０の外面に取り付けられる。
ｄ）その接着層４０の反対側は、ＩＰＰＬ３６上の突起部３０は、アクティブセンシングアレイ２０上の対応するセンシング素子２６によって位置合わせされるように、ＩＰＰＬ３６の内面に取り付けられる。
ｅ）第３の接着層４０の一方側は、アクティブセンシングアレイ２０の内面に取り付けられる。
ｆ）その接着層４０の反対側はベース層４７の外面に取り付けられる。
【０３３７】
このＩＰＰＬプロトタイプアセンブリに対する圧力データ．
以下のテストでは、校正された重量が配線交点上方に設置された。５グラムの重量の小さなラバーシリンダーはその交点で応力を集中するように使用された。
【０３３８】
ＩＰＰＬ  センサ
重量（グラム）              センシング素子（＊）からの値
２０                        ３０
４０                        ９５
６０                        １５０
８０                        ２００
１００                      ２６０
１２０                      ３２０
１４０                      ３４０
１６０                      ３８０
１８０                      ４１０
２００                      ４２５
２５０                      ４８０
（＊）ここでのプロトタイプ実施形態では、これらはＰＩＣ２４チップのＡ／Ｄ回路から測定された値であって、電圧に基づいた値である。その値は１２ビットの非負の値として測定される。
【０３３９】
一体化されたプレート及び突起層を製造するための方法．
一実施形態では、金型が樹脂部分のための金型を作るための工業標準的な技術を用いてＩＰＰＬのために作られる。ＩＰＰＬ部分は標準的な射出成形金型及び成形技術を用いてＡＢＳ樹脂から射出成形金型を介して製造される。
【０３４０】
ＩＰＰＬを製造するためのもう１つの方法は、例えば０．００５インチの厚さのブラスなどの薄い金属プレートを両側で接着剤を用いてコーティングされた例えば０．００３インチの厚さのマイラーもしくはカプトンなどの樹脂シートの両側に対して取り付けることによって形成されたサンドイッチ構造の両側に対して選択的フォトエッチングを実行することである。金属プレートの１つはプレート層を形成し、他は突起層を形成するであろう。両方のケースでは、エッチング除去されるべきでない金属プレートの一部は（例えばレーザプリンタから転写されたトナーのパターンなどの）フォトレジストのパターンで覆われる。同じように、プレートは、標準的な処理では露光されない部分が洗い流された後に３６５ｎｍの範囲内にあるＵＶ光のパターンに対して露光されることによって最初に選択的に硬化された例えばデュポンサイレルもしくはＢＡＳＦナイロフレックスなどの標準的なフォトポリマーから形成される。
【０３４１】
２つのプレートのフォト抵抗インクパターンのための鋳型が図８９Ａ及び図８９Ｂで図示される。図８９Ａはプレートの側面のフォト抵抗インクパターンを図示する。図８９Ｂは、突起部のフォト抵抗インクパターンを図示する。プレートがフォトポリマーである実施形態では、ネガティブのこれらのパターンが使用される。
【０３４２】
一体化されたプレート及び突起層３６部分を創造するためのもう１つの方法は、それらはネガティブ除去パターンを形成するように例えばスチールプレートなどの２つの厚い平坦な金属プレートの表面をフォトエッチングすることである。その場合、熱いときは柔らかいが冷たいときは硬くなる樹脂が、好ましくは真空中で、これらの２つの金属プレート間に設置される。プレートは加熱され、それら同時に応力が加えられるように圧力が印加され、それによって樹脂における除去パターンを創造し、それによって突起部領域を満たすために柔らかい樹脂が溝領域から除去変形される。
【０３４３】
フォトエッチングがプレート除去パターンにおけるスムーズな傾斜を創造するために実行され、それによって樹脂の中に除去パターンをプレスすることの後に続く処理を容易化する。
【０３４４】
以下の図９０Ａにおいて、２つの金属プレートの配置が断面で図示される。プレート形状を定義する樹脂における溝を創造するトップの圧縮プレート５７。樹脂における突起部を創造する底辺の圧縮プレート５８。図９０Ｂは、結果として生じる溝の位置５９と、結果として生じる突起部の位置６０を図示する。
【０３４５】
ＩＰＰＬ３６の製造のもう１つの方法は、図９１Ａにおいてプロファイル図で図示されるように、隣接した正方形間の連続的な溝を可能とさせるために各突起部を分割することによって、両方のプレート形状の除去構造だけでなく一方側上だけの突起部も有する単一の表面を創造することである。
【０３４６】
底面側だけに除去構造を有する部分内へ剛体の正方形と突起部とを結合させる除去構造を設置することは、ユーザがこのパーツの最上をタッチすることに対してスムーズだと感じるという利点を与える。特に、この実施形態は、図７８−図８０で図示／説明されたフラットトップの一体化されたプレート及び突起部４１の実施形態部分におけるようなフレキシブルタッチ層３８をまた含む一体化されたプレート及び突起層３６を創造する。
【０３４７】
この除去構造を製造することの１つの方法に、熱硬化性樹脂の圧縮成形による方法がある。この処理の変形例では、圧縮成形されるべき樹脂は、例えばマイラーもしくはカプトンなどのフレキシブル樹脂の（例えば、０．００３インチの厚さなどの）薄いシートと接触して設置される。接続された部分の圧縮及び硬化処理の後に、溝領域は本質的には、図９１Ｂに図示されるように、プレート３５及び突起部３０において位置される剛体樹脂を有するフレキシブル樹脂６１だけから構成されるであろう。これがフラットトップＩＰＰＬ４１で図示されるように、一体化されたフレキシブルタッチ層３８に沿って隣接するプレート間のフレキシブルヒンジングによって、剛体プレート３５及び剛体突起部３０の所望の機械的な特性を創造するであろう。
【０３４８】
図５４は、別個のプレート行列層５３並びに一体化された突起部及びベース層４２を用いたプロトタイプの単一のタイルのプロトタイプ実施形態における層及びアセンブリの分解図を図示する。
【０３４９】
フレキシブルタッチ層３８、プレート行列層５３、アクティブセンシングアレイ２０及び一体化された突起部及びベース４２を有する。アクティブセンシングアレイ上のグリッド線交点はＦＳＲセンシング素子の位置である。複数の層が接触して設置されるとき、突起層４２における各突起部３０は、アクティブセンシングアレイ２０の内面上の対応するアクティブセンシング領域２７と接触するように位置合わせされる。さらに、プレート行列層における各プレートの角はそれらの対応する突起部と対向するアクティブセンシングアレイ２０の外面上の外側のアクティブセンシング領域２７の上方に存在するように位置合わせされる。接着層はこのプロトタイプにおける上記の複数の層のそれぞれの間で使用された。
【０３５０】
フレキシブルタッチ層３８：５ミルのポリエステルフィルム。
【０３５１】
プレート行列層５３：（３１×３１）のグリッドのプレート。１／３２インチのアクリルシート、２つのパスを用いた最終形状へのカスタムレーザカット。第１のパスは角の接合部において初めから終わりまですべてをカットするのではなく溝をエッチングすることである。第２のパスは、図５８Ａの上面図及び図５８Ｂのプロファイル図で図示された部分を結果として生じさせるようにアクリルを完全に通り抜けるスリットをカットすることである。（スケーリングするように図示されない）正方形のプレートを有する図５８Ａの上面図及び図５８Ｂのプロファイル図で図示されるように、これらの寸法は幅と長さとの両方に対して同一である。
【０３５２】
アクティブセンシングアレイ２０：３／８インチの間隔が空けられた（３２×３２）のグリッドのセンシング素子を用いた上述した実施形態での説明におけるカスタムセンサ。各センシング素子は（４ミリ×４ミリ）の重なり合うＦＳＲ領域を有する。１００キロオームのＦＳＲインクはＡＳＡで使用された。
【０３５３】
一体化された突起部及びベース層４２：４ミリの直径の半球の突起部であって、３／８インチ間隔の（３２×３２）のグリッドの突起部。（クリアＰＣのような）サモス１１１２２を用いて作られたカスタムＳＬＡラピッドプロトタイプ部分。
【０３５４】
１つもしくは複数の接着層４０：グラフィックスダブルタックマウンティングフィルム。これは接着樹脂シートのいずれか一方の側に保護ペーパーを有する。
【０３５５】
このプロトタイプアセンブリでは、
ａ）接着層４０の一方側はプレート行列層５３の外面に取り付けられ、対向する側面上の保護被覆が損傷を受けない状態とする。
ｂ）第２の接着層４０の一方側はプレート行列層５３の内面に取り付けられ、対向する側面上の保護被覆が損傷を受けない状態とする。
ｃ）各プレート接合部におけるノッチがつけられた溝において接続材料のすべてが破壊されてしまうまでプレート行列層５３を優しく曲げる。これによって２つの接着層間におけるプレート行列層５３と、もはや他のプレートに強固に取り付けられていない各プレートとを用いて、フレキシブルサンドイッチ構造の状態となる。
ｄ）アクティブセンシングアレイ２０は、ステップ（ｂ）からの接着層４０の対向する側を用いてプレート行列層５３の内側上に（すでに配置された）接着層４０に取り付けられる。アクティブセンシングアレイ２０からのセンシング素子２７は、プレート行列層５３上のプレート接合部によって位置合わせされる必要がある。
ｅ）第３の接着層４０の一方側は、アクティブセンシングアレイ２０の内面に取り付けられる。
ｆ）一体化された突起部及びベース層４２は、ステップ（ｅ）からの接着層４０の対向する側面を用いてアクティブセンシングアレイ２０の内側上に（すでに設置された）接着層４０に取り付けられる。アクティブセンシングアレイ２０からのセンシング素子２７は、突起層４２上の突起部３０によって位置合わせされる。
ｇ）フレキシブルタッチ層３８は、ステップ（ａ）からの接着層４０の対向する側面を用いて、プレート行列層５３の外側上の接着層４０に取り付けられる。
【０３５６】
このプロトタイプアセンブリに対する圧力データ．
以下のテストでは、校正された重量は配線交点上方に設置された。５グラムの重量の小さなラバーシリンダーが応力を交点に集中させるために使用された。
【０３５７】
別個のプレート行列層５３並びに一体化された突起部及びベース層４２を用いたプロトタイプ。
重量（グラム）              センシング素子（＊）からの値
２０                        ０
４０                        １２０
６０                        ２３０
８０                        ３２０
１００                      ４２０
１２０                      ５００
１４０                      ５４０
１６０                      ５７０
１８０                      ６０５
２００                      ６２０
２５０                      ６５０
（＊）ここでのプロトタイプ実施形態では、これらはＰＩＣ２４チップのＡ／Ｄ回路から測定された値であって、電圧に基づいた値である。その値は１２ビットの非負の値として測定される。
【０３５８】
プレート行列層を製造するための方法．
プレート行列層の一実施形態は、上述したレーザ切断を含む。
【０３５９】
他の実施形態は、突起部を創造するステップ／ファセットはないが、上述した一体化されたプレート及び突起層３６に対して説明された技術に類似する。
【０３６０】
一体化された突起部及びベース層４２を製造するための方法．
一実施形態では、金型は樹脂部分に対する金型を形成するための工業標準的な技術を用いて突起層に対して創造される。突起層部分は、標準的な射出成形金型及び成形技術を用いてＡＢＳ樹脂から射出成形を介して製造される。
【０３６１】
薄いベース層及びコプラナーＰＣＢを有するセンサのアセンブリ．
図９２は、単一のスタンドアローンタイルの実施形態を図示する。すなわち、フレキシブルタッチ層３８と、ベース層３２と、アクティブセンシングアレイ２０と、プリント回路基板４。
【０３６２】
図９２に図示された実施形態は、コプラナープリント回路基板４に接続されたそのコネクタテール２５を有するベース層３２上にフラットに位置するアクティブセンシングアレイ２０を図示する。ここでのベース層４７は、装置１が平坦な固体表面に対してフラットに位置するであろうという上述したものに対応する。この実施形態の利点は、全体のセンサは薄いということである。例えば、上述した実施形態では、全体のセンサは３ミリ未満である。
【０３６３】
複数のタイルを含むアセンブリ．
一体化されたプレート及び突起層（ＩＰＰＬ）技術を用いた一実施形態では、グリッドのセンサの部分であるが、余分な行及び／又は余分な列のブリッジングプレート３７を有してもよい個々のタイルセンサは、上述した単一のタイルとほとんど同一である。特に、図９３における分解図において図示されるように、（Ｎ×Ｍ）のアクティブセンシングアレイ２０及びＩＰＰＬ３６における対応する（Ｎ×Ｍ）行列の突起部３０を有する個々のタイルは、（Ｎ×Ｍ）行列のプレート３５を結果として生じるＩＰＰＬ３６における余分な行及び列のブリッジプレート３７を有してもよい。これは上述した（（Ｎ−１）×（Ｍ−１））行列のプレート３５が存在するそのような（Ｎ×Ｍ）のアクティブセンシングアレイ２０に対するＩＰＰＬ３６とは異なる。留意すべきことは、これらの余分なブリッジングプレート３７の付加的な角上には突起部３０は存在しない、ということである。フレキシブルタッチ層３８は、グリッドのタイルにおけるすべてのタイルに及ぶ単一の連続的なシートであろう。
【０３６４】
（４×４）行例のセンシング素子２６を有するアクティブセンシングアレイ２０に基づく複数のタイルにおいて使用された内部タイルの例の実施形態が図９３の分解図と図９４の上面図と図９５の側面図で図示される。この例では、ＩＰＰＬ３６は（４×４）行列の突起部３０から構成される。各角での突起部を有する（３×３）のサブ行列プレート３５と、突起部上に位置するいくつかの角だけを有する（７つの付加的なプレートを提供する）付加的な行及び列のブリッジングプレート３７とが存在する。これらのブリッジングプレート３７は、後述するように、隣接するタイル上の突起部３０を共有するように交差してまたがるであろう。図９３に図示されるように、複数の層にはフレキシブルタッチ層３８と、ＩＰＰＬ３６と、アクティブセンシングアレイ２０と、ベース層４７とを含む。ＩＰＰＬ３６はその（４×４）行列の突起部がアクティブセンシング領域上の対応する（４×４）行列のセンシング素子２６と接触するように位置合わせされる。接着層４０はまた、上述した複数の層のぞれぞれの間で使用されてもよい。この観点において、ベース層４７、ＩＰＰＬ３６及び２つの端上のアクティブセンシングアレイ２０を超えて延在する付加的な行及び列のブリッジングプレート３７が図示される。
【０３６５】
図９６Ａ及び図９６Ｂは、隣接するタイル２がブリッジングプレートがその隣接するタイル上の対応する突起部上に位置するように位置合わせされて位置決めされる方法を図示する。図９６Ａは位置合わせされた２つのタイルを図示する。図９６Ｂは適切に位置決めされた２つのタイルを図示する。
【０３６６】
この実施異形態では、隣接するタイル２は、ブリッジングプレート３７が１つのタイル２の突起部３０からもう１つのタイル２の突起部３０にまで及ぶように位置決めされる。これが結果としてタイル内の突起部にわたったプレートに関しては応力の適切なセンシング素子に対する同一の機械的な分配を生じさせる。
【０３６７】
ベース層４７の一実施形態では、図９７Ａの側面図及び図９７Ｂの底面図で図示されるように、ベースはセンサタイルのプリント回路基板４を収容できる空洞をその底面上に有して成形される。チャンネル（溝）がまたタイル間のケーブリングをサポートするためにベース内に成形されるであろう。
【０３６８】
図９７Ｂでは、プリント回路基板４が安全に適合させるその底面上にカットオフ領域６２を有するベース層４７を用いたこの実施形態が図示される。アクティブセンシングアレイ２０は、ベース層３２の２つの隣接した端の周りに巻き付けてアクティブセンシングアレイ２０上のコネクタテール２３を介してＰＣＢ４に電気的に接続する。ＩＰＰＬ３６は、（スケーリングするように図示されない、）ブリッジングプレートを図示する。フレキシブルタッチ層３８は、複数のタイルに及ぶ。図９７Ａは側面図を図示する。図９７Ｂは底面からの斜視図を図示する。
【０３６９】
センサタイル２のプリント回路基板４がデバイスの底面に位置する実施形態では、その場合は、アクティブセンシングアレイ２０は、図９８Ａ及び図９８Ｂで図示されるように、ベース層２０の周りに巻き付けられる必要がある。
【０３７０】
図９８Ａ及び図９８Ｂは、位置合わせされて位置決めされた隣接するタイルの側面図を図示する。図９８Ａは適切に位置合わせされたタイルを図示する。図９８Ｂは適切に位置決めされた２つのタイルを図示する。ブリッジングプレート３７は異なるタイル２上の突起部３０をまたぐ。それぞれのベース層４７は、最終端の突起部３０をわずかだけ超えて延在する。これがアクティブセンシングアレイ２０が周りに巻き付けることができるベース層４７間の隙間を可能とさせる。
【０３７１】
この実施形態では、ブリッジングプレートが１つのタイルの突起部からもう１つのタイルの突起部にまたぐような（Ｎ×Ｍ）の長方形グリッドのタイルは結果として、同一のタイル上の突起部をまたぐプレートのように、応力の適切なセンシング素子に対する同一の機械的な分配を生じさせる。
【０３７２】
一実施形態では、グリッドのタイル２を有する装置１は、同一の内部タイル６３と、（ノースタイル６４とイーストタイル６５とノースイーストの角のタイル６６との）周囲のタイルとから構成される。図９４及び図９５はそのノース及びイーストの端上にブリッジングプレートを有する内部タイルを図示する。図９９は、適切に位置合わせされたタイルの概略図を図示する。図１００は、隣接するタイル２上の突起部３０上に位置するブリッジングプレート３７を有する、それらの適切な位置におけるタイルを図示する。図１０１は、透明で図示されたブリッジプレート３７を有する、それらの適切な位置におけるタイルを図示し、２つの異なるタイル２上の１対の突起部３０間をまたぐタイル２の端上のブリッジングプレート３７と、４つの異なるタイル２上の突起部３０をまたぐ角のブリッジングプレート３７とが見えている。
【０３７３】
複数のタイルをまたぐブリッジプレートに沿った補間．
この実施形態では、ブリッジプレート３７は、異なるタイル上の２つの突起部３０をまたぐかもしくは角のブリッジングプレート３７の場合では、４つのタイル上の４つの突起部３０をまたぐ。応力のそれぞれのセンシング素子２６に対する伝達に関して、複数のタイル２をまたぐ突起部上のブリッジプレート３７と単一のタイル２上の４つの突起部３０をまたぐプレート３５とに対する配列における機械的な差は存在しないので、機械的な補間の方法はブリッジプレートに対してと非ブリッジプレートに対してとは同一である。
【０３７４】
留意すべきことは、この配列では、フレキシブルタッチ層３８自身は特徴がなくかつ一様な材料のシートとできるので、複数のタイル及び個々のセンサタイルに及ぶフレキシブルタッチ層３８間の正確な登録に対する必要性は存在しない。
【０３７５】
対称な周囲を有する（Ｎ×Ｍ）のグリッドのタイルを有する装置の実施形態．
一実施形態では、図１０２に図示されるように、ノースとイーストとに沿ったタイルとノースイーストの角のグリッドのタイルとは異なるタイプのタイルが存在してもよい。図１０３は、ノースタイル６４がイーストの列のブリッジプレート３７を含み、イーストタイル６５がノースの行のブリッジプレート３７を含み、ＮＥの角のタイル６６はブリッジの行もしくはブリッジの列を含まず、内部タイル６３はノースのブリッジの行及びイーストのブリッジの列の両方のブリッジプレート３５を含むことを図示する。（Ｎ行×Ｍ列）のグリッドのタイルに対するこの実施形態では、図１０２で図示されるように、（（Ｎ−１）×（Ｍ−１））の内部タイル６３、Ｎ行のノースタイル６４、Ｍ列のイーストタイル６５、及び１つのＮＥタイル６６が存在するであろう。
【０３７６】
図１０３及び図１０４は、それぞれの適切な位置において、それらのそれぞれの内部タイル６３、ノースタイル６４、イーストタイル６５、及びＮＥの角のタイル６６を有する（３×３）のグリッドのタイルを用いた例を図示する。図１０３は、隣接するタイル上の対応する突起部によって位置合わせされたブリッジングプレートによって適切に位置合わせされたこれらのタイルの概略図を図示する。図１０４は、それらの適切な位置におけるタイルを図示する。
【０３７７】
他の実施形態では、グリッドでのすべてのタイルは同一とできる。そのような一実施形態は、図７７−図８０に図示されたように、角突起部５４を有するＩＰＰＬ３６を有するであろう。このケースでは、ブリッジングプレートは角突起部５４を有するであろうし、これらの角突起部５４は隣接するタイル２の対応するセンシング素子２６のアクティブセンシング領域２７上に位置するであろう。
【０３７８】
複数のセンサタイルを含む補間．
これは上述したものと同じである。ネットワークで結ばれたグリッドの隣接したセンサタイル２を用いて、フレキシブルタッチ層３８はグリッドのセンサタイルにおけるすべてのセンタタイル２を覆った、（例えば５ミルのポリエステルなどの）単一の途切れのない薄いシート材料から構成される。これは異なる隣接するセンサタイルのアクティブセンシング層における隣接するセンシング素子の機械的な補間処理は各個々のセンサタイル内の隣接するセンシング素子の機械的な補間処理と同一である、という利点を有する。ユーザの観点からの効果は、図１０で上述されて図示されたように、タッチ応答を補間することは単一の極めて大きなセンサタイルのタッチ応答を補間することと正確に等しい、ということである。同様に、ホストコンピュータ３は、一度それがタイルトポロジーテーブルから画像を再構築すると、あたかもそれが単一の大きなセンサからくるかのようにグリッドのタイルから画像を処理することができる。
【０３７９】
留意すべきことは、この配列では、フレキシブルタッチ層自身は特徴がなくて一様なシートの材料とできるので、フレキシブルタッチ層及び個々のセンサタイルの間の正確な登録に対する必要性は存在しない、ということである。
【０３８０】
非平面センサ．
他の実施形態では、センシング装置１は、展開可能な表面、すなわち例えば図１０５に図示された円筒もしくは図１０６に図示された円錐のプロファイル図などの歪みなしの平面上にぴったりと付けられた表面上に適合するように作られてもよい。特に、展開可能な表面はゼロのガウスの曲率を有する。
【０３８１】
１つのそのような実施形態では、センサは図１０７−図１１１に図示された円筒の一片の形態で作られてもよい。
【０３８２】
図１０７は、層の内側から見た、「円筒の一片」の湾曲したセンサに対するアセンブリを図示する。図１０８では、それが外側から見たものとして図示される。図１０７及び図１０８では、複数の層は、フレキシブルタッチ層３８、アクティブセンシングアレイ２０、ＩＰＰＬ３、及びベース層である。
【０３８３】
この実施形態では、フレキシブルタッチ層３８及びアクティブセンシングアレイ２０の両方はフレキシブルであって、上述した実施形態と同様に製造される。ＩＰＰＬ３６は突起部の内面の平面に沿って内側の湾曲が徐々に円筒の外側の湾曲と一致するその内側の湾曲を有するであろうベース層３２の外面と同一の湾曲を有するように上述した射出成形によって製造されてもよい。アクティブセンシングアレイ２０の厚さを計上するためにこの湾曲に対する補正が行われてもよいが、アクティブセンシングアレイ２０は薄くて、ＩＰＰＬ３６はいくぶんフレキシブルであるので、この補正は必要とされない。図１０９−図１１１は、円筒の高さに沿ってＩＰＰＬを外から見た図と内側から見た図とをそれぞれ図示する。
【０３８４】
この実施形態では、ベース層３２は、フレキシブルタッチ層上に与えられた応力が変形によって吸収されないように十分に硬くなければならない。一実施形態では、ベース層は固体の金属円筒の外側の湾曲と同じ内側の湾曲を有するＡＢＳ樹脂から作られる。図１１２に図示されるように、そのようなタイル２は、それが接している金属円筒６７のそれと同一の内側の湾曲を有するであろう。
【０３８５】
長方形でないプレート．
センサは長方形でないプレートを用いて構成されてもよい。例えば、一実施形態では、図１１３に図示されたような六角形のプレート行列３９及び図１１４に図示されたような対応する六角形の突起部行列４３が使用されてもよい。
【０３８６】
長方形のＩＰＰＬを用いるのと同様の製造技術を用いた六角形のＩＰＰＬ３６が図１１５に図示されるような部分を創造するために使用されてもよい。
【０３８７】
そのような実施形態では、図１１６に図示されるように、交点が六角形のＩＰＰＬ３６の突起部３０の位置と整合するように間隔が空けられた対応する導電性線２３を有するアクティブセンシングアレイ２０が作られてもよい。
【０３８８】
図１１７は、対応するアクティブセンシングアレイ２０上に位置決めされて図示された六角形のＩＰＰＬを図示する。
【０３８９】
この実施形態では、突起部行列からの突起部によって位置合わせするグリッド配線の交点だけに機械的な補間において使用されたセンシング素子を有する。
【０３９０】
この実施形態では、バイリニア補間がプレートセンシング素子の６つの角の値に適用されてもよい。
【０３９１】
図１１８に図示するように、任意の六角形のプレートの周りの６つのセンサに時計回りの順番でＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆと記号が付される。
【０３９２】
（Ａ＋Ｂ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｅ）、（Ｂ＋Ｃ）／（Ｂ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｆ）及び（Ｃ＋Ｄ）／（Ｃ＋Ｄ＋Ｆ＋Ａ）の比率によって対向する２つの端間の比例距離を測定することができ、それによって、それぞれがその関連するペアの端と平行である３本の線（ＡＢ及びＤＥに平行である第１の線、ＢＣ及びＥＦに平行である第２の線、並びにＣＤ及びＦＡに平行である第３の線。）を定義する。これらの３本の線は、六角形の内部において小さな三角形を形成するように交差する。この三角形の重心は、プレートに印加された圧力の中心に対する実用的な近似値としてとられる。
【０３９３】
フュージョン．
リアルタイムレンジ画像カメラ１００を介するジェスチャセンシングは以下の所望の特性を有する。すなわち、（１）ジェスチャをトラッキングするための能力、及び（２）各ユーザの各手の各指もしくは各足の各部分または各ユーザの各足の各部分の時間にわたって一貫した同一性を保持するための能力である。しかし、レンジ画像カメラ１００は高品質検出されたタッチ１１１を提供することができない一方で、典型的には比較的に低フレームレートで動作する。
【０３９４】
圧力画像装置１は低コストであって、（１秒あたり１００フレームよりも速い）超高速のフレームレートであって、大きな領域の圧力画像を提供する。説明されたタッチレンジフュージョン装置技術１０４は、一実施形態では、この圧力画像装置１を利用可能な新世代の低コストレンジ画像カメラ１００と組み合わせて両方の利点を同時に可能とさせる。
【０３９５】
特に、レンジ画像カメラ１００は、それぞれが固有の識別子を有するユーザ／手／指／足／つま先／ペン／オブジェクトによってすべての検出されたタッチ１１１のジェスチャをトラッキングする一方で、圧力画像装置１もしくは他のタッチデバイス１０１を用いて位置の重心、（圧力画像装置１の場合における）圧力、並びに極めて高い幾何学的な忠実性及び高い時間的サンプリングレートを有する各検出されたタッチ１１１のタイミングを決定する。
【０３９６】
ハードウェア．
タッチレンジフュージョン装置１０４は、例えば圧力画像装置１などのタッチデバイス１０１及び１つもしくはそれ以上のレンジ画像カメラ１００デバイスから構成される。圧力画像装置１は、圧力タイル２にわたって連続的な圧力画像を提供するようにシームレスに隣接されたモジュールの長方形の圧力タイル２から作られる。圧力画像装置１は種々のサイズで形成される。３つの実施形態は、１２．５インチ×１７インチのフォームファクタを有する小さなデバイス、２５インチ×３４インチのフォームファクタを有する中間のデバイス、及び５０インチ×６８インチのフォームファクタを有する大きなデバイスを含む。
【０３９７】
これらの３つのフォームファクタは、最も一般的に見られる指及びペン入力の非携帯デバイスを表現する。小さなフォームファクタは、両方の手を同時に使用するための十分なスペースを有するシングルユーザに十分に適している。小さなフォームファクタは、ワコムＩｎｔｕｏｕｓ４エクストララージのようなデバイスで見られ、平均のデスクトップディスプレイとサイズにおいて匹敵する（非特許文献７）。中間のフォームファクタは、複数の参加者によってより簡単に使用され、多数の双方向性のテーブルトップ表面のサイズである。例えば、マイクロソフトサーフェス及びダイアモンドタッチは中間のフォームファクタとおよそ同じサイズと寸法である（非特許文献８、非特許文献９）。大きなフォームファクタは、ホワイトボードでの多数のユーザ間の協同的なインタラクションにおいてだけでなくユーザの足の動きによって誘導される表面にわたって時間的に変動する圧力をトラッキングすることができる床センサに対して主として見られる。スマートエレクトロニクスは匹敵するサイズを有する双方向性のホワイトボードを生産する（非特許文献１０）。
【０３９８】
レンジ画像カメラ１００の一実施形態はＩＲレンジカメラ１０６を含み、選択的にＲＧＢカメラ１０３を含む。オブジェクトの特徴のトラッキング（追跡）がレンジデータから最初に実行される。ＲＧＢカメラ１０３は３次元空間でオブジェクトを識別するときに支援するために使用される一方で、デバイスのユーザに対して実用的なビジュアルフィードバックをまた提供する。
【０３９９】
図１２２、図１３２及び図１３３は、デスク／テーブル／壁のためのレンジ画像カメラ１００に対する３つの異なる可能な設置を図示し、図１２８は、床に対して適切な可能な設置を図示する。
【０４００】
一実施例では、１つもしくはそれ以上の画像カメラ１００は、指、足、ペン及び３次元空間におけるオブジェクトを正確に識別することの最も効率的かつコスト効果的な手段を得るために圧力画像装置１の周りのキー領域に設置される。カメラの位置及び数は、閉塞問題を制限し、特徴を正確に識別するために必要とされるピクセル／深度分解能を最大化するように選択される。
【０４０１】
指先、手のひら、足の部分、ペン及び３次元空間におけるオブジェクトを識別すること．
レンジ画像カメラ１００のデータを用いて、指先、手のひら、足の部分、ペン及びオブジェクトが例えば特許文献２及び非特許文献１，２，３，４，５，１４，１５，２２などのイメージ分析処理アルゴリズムを用いてもしくは従来技術において標準的である任意の他のイメージ分析処理を用いて識別される。最初に、特徴抽出がレンジ画像カメラ１００からのデータ上で実行される。これが可能であればライン（線）、エッジ（端）、リッジ、角、ブロブ及びポイント（点）を含む形状についての情報を抽出するためにＲＧＢカメラ１０３から補足情報とともに実行される。３次元形状認識は高信頼情報を特徴認識に提供する。この情報は、機械学習アルゴリズムに対してパスされ、種々の刺激に対してトレーニングされて手の骨格の特徴、指先、足の形状、ペン及びオブジェクトを識別する。一旦オブジェクトが識別されてしまうと、オブジェクト特徴の３次元空間における位置がタグ付けされる。各特徴の同一性及びｘｙｚの位置は、所定のオブジェクトもしくは特徴が圧力画像装置１もしくは他のタッチデバイス１０１上にブロブをトラッキングするときにパッドと接触するかどうかを決定するために使用される。
【０４０２】
タッチレンジフュージョン装置１０４は１つ以上のレンジ画像カメラ１００を有するので、この分析ソフトウェアは、識別された３次元オブジェクトを表面上の検出されたタッチ１１１に対してマッピングするフュージョン計算を実行するであろうソフトウェアに対して、シーン内のオブジェクトの完全なリストを得るために、すべての角度から識別された特徴を構成する。
【０４０３】
指先、ペン及びオブジェクトを識別することに対する追加された利点は、パーム（手の平）、リスト（手首）及び所望されないアイテムがタッチデバイス１０１上のオブジェクトをトラッキングするときに拒絶されるということである。例えばもしあるアプリケーションがペン入力だけを必要とするならば、その場合にはすべての他の識別されたオブジェクトは拒絶される。
【０４０４】
指先、足、ペン及びオブジェクトをテクトニクス１０１接触に対するマッピング．
１つのケースでは、オブジェクトが圧力画像装置１をタッチすると、圧力のアンチエイリアジングされた画像が与えられる。この圧力画像は、指先、ペンもしくはオブジェクトの重心１０７を見つけるために使用される。各重心１０７は、完全な圧力画像装置１にわたって連続的にトラッキングされる。この正確な重心１０７データは、上述されたレンジ画像カメラ１００データから得られたオブジェクトの同一性と一緒に使用されてその指もしくはオブジェクトが表面との接触を失うときでさえも持続することができる同一性を各重心１０７に与える。圧力画像装置の代わりに、必ずしも圧力をトラッキングする必要はないのだが、表面上の各検出されたタッチ１１１の重心１０７をトラッキングするタッチデバイス１０１が使用される。
【０４０５】
各重心１０７の同一性は、上述したように、識別されたオブジェクト及びレンジ画像カメラ１００データによって識別された特徴のリストを介して検索することによって取得される。もしオブジェクト／特徴がタッチデバイス１０１平面近くでＸ−Ｙ位置における重心１０７の位置の上方に位置されれば、その場合は重心１０７の同一性が取得される。
【０４０６】
タッチデバイス１０１に対して行われた接触は、オブジェクト並びに手及び足がデバイスの周りを移動するように連続的に識別されてトラッキングされる。この接触データは、持続性の同一性のよりロバスト性の高いトラッキングのために使用される。特に、もし識別された接触が閉塞のためにレンジ画像カメラ１００から覆い隠されるならば、その場合はその接触はオブジェクトがタッチデバイス１０１と接触したままの状態である限りその同一性を保持するであろう。もし最初の接触がレンジ画像カメラ１００から覆い隠された領域で行われるならば、その場合は、オブジェクト／特徴がレンジ画像カメラ１００に対してそれ自身が現れたときに接触同一性が行われる。
【０４０７】
同時のマルチユーザコラボレーションのためのサポート．
個々のユーザ１０９間を区別することが複数の参加者が同時に空間を使用している場合により大きなフォームファクタにおいて重要となる。各個々のユーザ１０９は腕の入口位置、腕の角度並びにそれらの腕及び手が可視領域の周りを移動するような個々のユーザ１０９の連続的なトラッキングを見ることによって識別される。同様に、各個々のユーザ１０９は、彼らがタッチデバイス１０１の床面上を歩き回るように各参加者の体、脚及び足の位置及び方位を絶えずトラッキングすることによって識別される。足もしくは手及びスタイラスのそれぞれがタッチデバイス１０１にわたって移動するにつれて、その個々のユーザ１０９の識別は保持される。
【０４０８】
例えば、図１２３は、左手１１８及び個々のユーザ最大のリーチ（届く範囲）内である候補右手−Ａ１１９を図示する。従って、２つの手は同一の個々のユーザ１０９に属するかもしれない。候補右手−Ｂ１２０は、左手１１の個々のユーザ最大のリーチ１８を超えるので、左手１１８と候補右手−Ｂ１１９は、異なる個々のユーザ１０９に属するに違いない。
【０４０９】
本発明によって可能とされるアプリケーション．
レンジ画像１００とタッチデバイス１０１とをフュージョンすることによって利用可能な新しいユニークなジェスチャに加えて、レンジ画像カメラ１００及びタッチデバイス１０１に対する既存のジェスチャがまたサポートされる。アプリケーションサポートソフトウェアはアクション及びキーストロークに対するデバイス上で実行されるジェスチャをコンピュータ上にマッピングする。制御パネルと一緒に、この技術がサポートするアプリケーション及びプラグインは、楽器エミュレーション、疑似手術、疑似絵画（ペインティング）／彫刻、運動競技ゲーム、及びまさに体の動きだけでなく重量及びバランスにおけるシフトにもまた依存するアクティビティを含み、アイソトニック（等張性）の制御とアイソメトリック（等尺性）の制御との組み合わせを必要とする他のアプリケーションは、十分な能力に達するように実装される。
【０４１０】
本発明のための使用．
インタラクティブ（双方向性の）ホワイトボード：このセクタに対するフューチャーソースコンサルティング社（Ｆｕｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ，  Ｌｔｄ．）の市場レポートによれば、教育部門（セクター）での販売がほとんどであるが、２００９年に７５０，０００個が販売され、２０１０年に９００，０００個のインタラクティブホワイトボードが販売された。典型的なインタラクティブホワイトボードは、（例えば６インチ×４インチなどの）大きなタッチデバイス１０１上に表示するショートスロープロジェクタを備える。これらの大きなフォーマットタッチデバイス１０１に対する現在のモデルは、ユーザ検出されたタッチ１１１及びジェスチャをトラッキングするための視野計と一緒に光学カメラのセットを利用する。そのアプローチは制限されたマルチタッチ及びマルチユーザサポートを提供することができる一方で、それは検出されたタッチ１１１のユーザ、手もしくは指を識別することはできない。さらに、動作がカメラパス内の複数の手の存在によって塞がれるかもしれない。ロバストなハンドアクショントラッキング及び圧力の追加された次元から達成可能な著しくより大きなジェスチャボキャブラリを超えて、センサフュージョンアプローチがまた、ロバストなボードにおける複数の生徒のインタラクション及びコラボレーションに対する教育の必要性に注意を向けさせた。
【０４１１】
パーソナルデスクトップ周辺機器：パーソナルデスクトップの周辺機器は、マウスもしくはキーボードのようなアプリケーションブラインドである市販のコンピュータヒューマンインターフェース（ＣＨＩ）技術を示す。多くのタイプのアプリケーションがロバストジェスチャボキャブラリを利用するために創造される一方で、このデスクトップ周辺機器に対する示唆に富んだ最初のアプリケーション市場はゲームコントローラであろう。コンピュータゲームは、色鮮やかなグラフィカルな経験に人を引き付けるゲームプレイを提供することに焦点を合わされる。コンピュータゲームをする者は、それらのキャラクタのアイコンの表現を操作するユーザ入力デバイスを用いて快適かつ流れるように、（入力デバイスを見ることなしに）ビデオディスプレイを見ながら制御する。２０１０年１１月に発表され、その最初の６０日間で１０Ｍユニット売られたマイクロソフト社のキネクトはまだ、例えばファーストパーソンシューターゲームなどの多数のゲームに対して必要とされるコントロールの正確さもしくは反応性のレベルを備えていない。キネクトは、比較的粗い位置精度及び低いカメラフレームレートを備える。例えば、キネクトは、（１２５Ｈｚの）キーストローク入力スキャニングの４分の１の反応性である（３０ｆｐｓの）フレームレートを有する。タッチレンジフュージョン装置１０４は、ゲーム制御のための広いキャンバスに、極めて正確な制御と、ユーザが彼らの手と足とを用いて表面上をタッチして押すような表面インタラクションに対するレスポンスとを提供するであろう。
【０４１２】
部品のリスト．
レンジ画像カメラ（ＲＩＣ）１００：３次元におけるポイントである、特定の点からシーンにおける点までの距離を示す２次元画像を発生する。例えばステレオトライアンギュレーション、シートオブライトトライアンギュレーション、構造化光、タイムオブフライト、インターフェロメトリィ、コード化されたアパーチャなどの十分に確立された技術を用いて商業的に利用可能な多数のタイプのレンジ画像カメラ１００が存在する。一実施形態では、マイクロソフトキネクト周辺機器はレンジ画像カメラ１００として使用される。キネクトはプライムセンスレンジ画像カメラ１００を含む。例えばオープンシーブィ（ＯｐｅｎＣＶ）などのキネクトにおけるこのカメラに利用するために入手可能なオープンソースＡＰＩだけでなくマイクロソフトキネクトＡＰＩもまた存在する。キネクトはまた、本発明と一緒に使用されるＲＧＢカメラ１０３を有する一方で、ＲＧＢカメラ１０３は本発明において必要とされる部品として使用されない。キネクトの実施形態では、標準的なＵＳＢケーブル９が存在する。図１２４は、ＩＲカメラ１０６、ＲＧＢカメラ１０３及びＵＳＢケーブル９を有するレンジ画像カメラ１００を図示する。
【０４１３】
タッチデバイス（ＴＤ）１０１：表面上で検出されて検出されたタッチ１１１をトラッキングすることができるタッチデバイス１０１。タッチデバイス１０１に対する多くの十分に確立された技術のみならず例えばアップルマジックマウスなどの多数の商業的なデバイスがまた存在する。マジックマウスの実施形態は、標準的なＵＳＢケーブル９を含む。同様に、例えばタッチデバイス１０１を含むアップルアイフォーンもしくはアイパッド（登録商標）などのユビキタススマートフォーン及びタブレットが存在する。タッチデバイス１０１の実施形態は、抵抗性の、投影容量性の、光学の、かつフラストレートされた全反射（ＦＴＩＲ）の動作の方法を用いたそれらを含む。
【０４１４】
図１２５は、例えば（１）タッチデバイス１０１及び（２）ＵＳＢケーブル９を有するアップルマジックマウスなどのタッチデバイス１０１を図示する。
【０４１５】
圧力画像装置１：圧力画像装置１は、位置検出されたタッチ１１１データと一緒に表面接触における圧力データもまた提供するタッチデバイス１００である。圧力画像装置１の実施形態は、標準的なＵＳＢケーブル９を含む。（圧力画像装置１よりも圧力センシングの精度は低くなるのだが、）ある程度の圧力データを提供するタッチデバイス１０１の他の実施形態はＦＴＩＲを含む。
【０４１６】
図１２６は、ＵＳＢケーブル９を有する圧力画像装置１を図示する。
【０４１７】
コンピュータ３：コンピュータ３又は１つもしくはそれ以上のタッチデバイス１０１及び１つもしくはそれ以上のレンジ画像カメラ１００からデータを受信するための手段を有するマイクロプロセッサを有する他のデバイス。コンピュータ３の実施形態は、マイクロソフトウィンドウベースのコンピュータである。
【０４１８】
ユーザ経験の段階的な説明．
図１２７は、タッチデバイス１０１、例えばユーザの左手１１８及び右手１２１などのレンジ画像カメラ１００の物理的なオブジェクト１０２を有するテーブルトップ実施形態を図示する。
【０４１９】
図１２８は、タッチデバイス１０１と、レンジ画像カメラ１００と、例えば個々のユーザ１０９などの物理的なオブジェクト１０２とを有する床の実施形態を図示する。
【０４２０】
ユーザの観点から、動作は以下の通りである。
【０４２１】
最初のステップでは、１つもしくはそれ以上のユーザの手もしくは物理的なオブジェクト１０２は、レンジ画像カメラ１００の視野内に存在する。レンジ画像カメラ１００からの連続的な画像は、コンピュータ３に送信される。同時に、任意のユーザは、指、手のひら、つま先、足、膝、他の体の部分、もしくは他の物理的なオブジェクトをタッチデバイス１０１の最上に印加してもよい。この印加されたタッチの連続的な画像は、タッチデバイス１０１によってホストコンピュータ３に送信される。
【０４２２】
コンピュータ３上で、空間的に変動する深度のレンジ画像は、コンピュータメモリの領域に格納される。そこから、コンピュータ３上のコンピュータソフトウェアは、例えばディスクファイルなどの第２の記憶装置（ストレージ）においてその画像を格納するために使用されてコンピュータディスプレイ上にビジュアル画像としてその画像を表示し例えば手のオブジェクトモデル１０５、ハンドトラッキング、ボディモデル、ボディトラッキング、足形状モデル、足トラッキング、領域発見、形状分析もしくは非特許文献１〜非特許文献５において標準的である任意の他の画像分析処理の構築などの分析を実行する。すなわち、画像が使用される任意の他の目的に応じた分析を実行する。
【０４２３】
圧力画像装置１を用いた実施形態では、コンピュータ３上で、空間的に変動する圧力の画像がコンピュータメモリの領域内に格納される。そこから、ホストコンピュータ上のコンピュータソフトウェアは、例えばディスクファイルなどの第２の記憶装置（ストレージ）においてその画像を格納するために使用されてコンピュータディスプレイ上にビジュアル画像としてその画像を表示し例えば手の形状認識、指トラッキング、足ステップ形状認識、足ステップトラッキング、領域発見、形状分析もしくは従来技術において標準的である任意の他の画像分析処理などの分析を実行する。すなわち、画像が使用される任意の他の目的に応じた分析を実行する。
【０４２４】
次のステップでは、上述した処理は例えば連続したステップそれぞれに対して反復される。
【０４２５】
外側の動作の観点．
図１２９は、タッチデバイス１０１、レンジ画像カメラ１００、タッチデバイス１０１からコンピュータ３までのＵＳＢケーブル９、レンジ画像カメラ１００からコンピュータ９までのＵＳＢケーブル９及びコンピュータ３の実施形態を図示する。
【０４２６】
１つもしくはそれ以上のタッチデバイス１０１及び１つもしくはそれ以上のレンジ画像カメラ１００はコンピュータ３に接続される。
【０４２７】
各タッチデバイス１０１は、その表面に向けられた１つもしくはそれ以上のレンジ画像カメラ１００を有する。
【０４２８】
各レンジ画像カメラ１００は、それが向けられた１つもしくは複数のタッチデバイス１０１によって校正／登録される。これが例えば非特許文献１６、非特許文献１７、非特許文献１８、非特許文献１９、非特許文献２０で説明されたアルゴリズムなどの十分に確立されたソフトウェア技術、又は従来技術において標準的である任意の他の画像分析処理を用いて実行される。この校正／登録の直接的な結果は、２次元タッチデバイス１０１上の点のレンジ画像カメラ１００の３次元座標系での点に対する十分に定義されたマッピングにおいてである。
【０４２９】
内部の動作の観点．
例えば特許文献２及び非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献１４、非特許文献１５、非特許文献２２などのレンジ画像カメラ１００データに対する画像分析処理を用いて、又は従来技術において標準的である任意の他の画像分析処理を用いて、シーンにおけるオブジェクトが識別され、モデル対応を知るためにマッピングされ、３次元空間においてトラッキングされてもよい。
【０４３０】
タッチデバイス１０１と接触する指、手のひら、もしくは他のオブジェクトの連続的な時間変動する検出されたタッチ１１１のトラッキングは、例えば特許文献１もしくは特許文献２などの検出されたタッチ１１１トラッキング処理を用いて、又は従来技術において標準的である任意の他のタッチトラッキング処理を用いて、タッチデバイス１０１からの表面データを備える。
【０４３１】
２次元情報と３次元情報とを一緒に合成させる方法である段階的に詳細説明されたアルゴリズム．
例えば手、体、ペン、ボール、シリンダー、ハンマー、もしくは本発明を利用するアプリケーションに適切な任意の他のオブジェクトなどの複数の識別可能なオブジェクトモデルは、既知のタイプの利用可能なデータとして格納される。このデータは、オブジェクトタイプのみならずこのオブジェクトタイプに対して一連の関節１１２及びそのモデルに対する一連のトラッカブルコンタクト（追跡可能な接触）ポイント１１０を含む幾何学的な骨格モデルもまた識別するために必要である任意のデータを含む。例えばハンドオブジェクトモデル１０５において、関節１１２は、手首と個々の指の関節１１２を含むであろう一方で、接触ポイントは指先を含むであろう。ここでの目的のために、モデルタイプはＴｉとして定義される。例えば、Ｔ１は手に対するモデルタイプを示してもよく、Ｔ２はペンに対するモデルタイプを示してもよい、など。３次元空間におけるこの識別、マッピング及びトラッキングは、例えば特許文献２及び非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献１４、非特許文献１５、非特許文献２２などの画像分析処理を利用して、もしくは従来技術において標準的である任意の他の画像分析処理を用いて得られる。
【０４３２】
図１３０Ａは、ユーザの手１１５画像からのレンジ画像カメラ１００データを用いて、かつ標準的な技術であるエッジ検出アルゴリズムを適用した後に検出された結果として生じた手のハンドエッジ１２２を図示し、図１３０Ｂは、標準的な技術であるアルゴリズムを適用することによって得られたハンドオブジェクトモデル１０５の結果として生じた特徴骨格によって重ね合わされたハンドエッジ１２２を図示し、図１３０Ｃは、例えば、例えば手首や指関節などのモデルにおける指先及び関節１１２などのモデルにおけるトラッカブルコンタクトポイント１１０を図示する得られた多関節ハンドオブジェクトモデル１０５の骨格を図示する。
【０４３３】
最初に、各オブジェクトは、既知のモデルタイプＴｉとして検出されて識別されるので、それはシーンにおける既知の成分のリストに追加された固有の成分識別子Ｅｊが割り当てられるであろう。次に、そのシステムは、Ｊｊｎ（ｎはＴｉにおけるｎ番目の接合部１１２の数を示す。）における各接合部の３次元座標のみならず、成分Ｅｊのコンタクトポイント１１０Ｃｊｍ（ｍはＴｉにおけるｍ番目のコンタクトポイント１１０の数を示す。）もまた時間的に連続してトラッキングするであろう。成分のモデルに対応する接合部１１２及びコンタクトポイント１１０のトラッキングは、接合部１１２もしくはコンタクトポイント１１０のいくつかが（指が握り拳の状態で塞がれるときのようにそれ自身によって塞がれるか、もしくはシーン内のもう１つのオブジェクトによって塞がれるかのいずれかのように）塞がれるときでさえも保持される。もしそのコンタクトポイントが特定の時点においてレンジ画像カメラ１００によって目に見えなければ、コンタクトポイント１１０が塞がれたと考えられるであろう。
【０４３４】
図１３０Ｄは、符号化された接合部Ｊｊｎ及びコンタクトポイントＣｊｍを有するハンド成分Ｅｊに対する関節のあるモデルの例を図示する。
【０４３５】
特に、コンピューティングシステムは、以下のデータを有するシーンにおける成分Ｅｊのリストを保持するであろう。すなわち、
・モデルタイプＴｉ
・任意の時点において：
〇グローバル座標における各接合部１１２Ｊｊｎに対する３次元の位置のセット（＊）
〇各コンタクトポイント１１０Ｃｊｍに対する３次元位置のセット
〇各コンタクトポイント１１０Ｃｊｍに対する閉塞ブール値のセットであって、そのコンタクトポイント１１０はレンジ画像カメラ１００から現在目に見えるかどうかを示す。
（＊）−別のセクションで説明したように、すべての位置はシーンに対するグローバル座標系に対してマッピングされる。
【０４３６】
同時に、各タッチデバイス１０１に対して、タッチデバイス１０１と接触するオブジェクトのタッチデバイス１０１上の連続的に時間変動する一連の検出されたタッチ１１１が存在するであろう。それは、例えば特許文献１もしくは特許文献２などのタッチトラッキング処理を用いて、または技術において標準的である任意のタッチトラッキング処理を用いてトラッキングされる。
【０４３７】
各検出されたタッチ１１１は最初に検出されて識別されるので、それは、そのデバイスに対して既知のタッチのリストに対して追加された固有のタッチ識別子Ｐｊが割り当てられるであろう。特許文献２における標準的な実務であるように、もしタッチＰｊが表面から離されて新しいタッチが指定された時間しきい値及び距離しきい値の範囲内で検出されれば、そのタッチは例えばアップルアイパッド（登録商標）などの標準的なデバイス上の指タップのケースにおけるのと同一のｉｄのＰｊが与えられるであろう。表面から離れて時間及び距離のそのしきい値内で表面上に再び現れないタッチは、「もはやアクティブでない」と考えられる。
【０４３８】
図１３４は、一連のコンタクトポイントＰｋを有するタッチデバイス１０１を図示する。
【０４３９】
特に、コンピュータ３は、以下のデータを有する各デバイスに対するタッチＰｋのリストを保持するであろう。すなわち、
・任意の時点において：
〇３次元グローバル座標に対してマッピングされたタッチの２次元位置（＊）
〇圧力画像装置１のケースでのタッチの圧力値
【０４４０】
（＊）−別のセクションで説明したように、すべての検出されたタッチ１１１位置はシーンに対するグローバル座標系に対してマッピングされる。
【０４４１】
各コンタクトポイント１１０のオブジェクトモデルタイプＴｉに対して、コンタクト半径はデータとして指定される。例えば、指先に対応するコンタクト半径は、指先（指の内側）のモデルにおける位置から（指のパッド上のポイントに対応する）オブジェクトそれ自身の表面までの距離に対応して近似的に１／４インチであろう。このコンタクト半径は、本発明のアプリケーションに対しては必要に応じて実際の素子の側面までスケーリングされてもよい。例えば、子供の手は大人の男の手よりもずっと小さいので、子供の指に対するコンタクト半径は近似的に１／８インチであってもよい。一実施形態では、スケーリングファクタは、２つの指定された隣接する接合部１１２の距離に対して計算されてもよい。
【０４４２】
検出されたタッチ１１１Ｐｋは、検出されたタッチ１１１が表面から離れて、（例えばタップモーションなどのように）上述した時間及び距離のしきい値内に再び接触しなかったときはもはやアクティブではない。一実施形態では、時間及び距離のしきい値は、関連するコンタクトポイント１１０と一致させてもよい。例えば、足タップは、指タップよりもより大きな時間しきい値を有する。
【０４４３】
検出されたタッチ１１１をコンタクトポイント１１０と関連付けてコンタクトポイント１１０をタッチと関連付けるためのアルゴリズムを以下に説明する。
【０４４４】
各時間ステップｔに対して、
・レンジ画像カメラ１００のデータから得られた、時間ｔにおけるシーンにおけるオブジェクト成分｛Ｅｊ｝の新しい状態（ステート）を得る。
〇この時間ステップにおけるシーンに対して最初に導入された各新しい成分Ｅｊに対して、
・その成分の各コンタクトポイント１１０Ｃｊｍに対して、
・そのコンタクトポイント１１０と関連する検出されたタッチ１１１には何も設定しない。
・タッチシステムから時間ｔにおいて検出されたタッチ１１１｛Ｐｋ｝の新しい状態を得る。
〇この時間ステップにおいて最初に導入された各新しい検出されたタッチ１１１Ｐｋに対して、
・その検出されたタッチ１１１と関連するコンタクトポイント１１０には何も設定しない。
〇この時間ステップではもはやアクティブとならなかった各検出されたタッチ１１１Ｐｋに対して、
・もしこの検出されたタッチ１１１と関連するコンタクトポイント１１０Ｃｊｍが存在すれば、
・Ｃｊｍと関連する検出されたタッチ１１１には何も設定しない。
・一連の検出されたタッチ１１１からこの検出されたタッチ１１１Ｐｋを取り除く。
【０４４５】
・それと関連するコンタクトポイント１１０Ｃｊｍを有さない各検出されたタッチ１１１Ｐｋに対して、
〇コンタクトポイント１１０と関連する検出されたタッチ１１１を有さず、かつ現在は塞がれていない各コンタクトポイント１１０Ｃｊｍに対して、
・コンタクトポイント１１０Ｃｊｍのグローバル座標におけるそれぞれの位置と、検出されたタッチ１１１Ｐｋのグローバル座標におけるそれぞれの位置との間のユークリッドの距離ｄを計算する。
・もしｄがそのコンタクトポイント１１０Ｃｊｍに対するコンタクト半径よりも小さければ、
・ＣｊｍをＰｋと関連付ける。
・ＰｋをＣｊｍと関連付ける。
【０４４６】
・計算された関連付け（＊）と一緒にデータ｛Ｅｊ｝、｛Ｃｊｍ｝、｛Ｊｊｎ｝及び｛Ｐｋ｝を表示する。
【０４４７】
・さらなる分析（＊）（＊＊）のためにすべてのより高いレベルシステムへとＡＰＩを介して計算された関連付け（＊）と一緒にこのデータ｛Ｅｊ｝、｛Ｃｊｍ｝、｛Ｊｊｎ｝及び｛Ｐｋ｝を提供する。
【０４４８】
次のステップでは、上述した処理は例えば連続したステップそれぞれに対して反復される。
【０４４９】
注記：（＊）検出タッチＰｋを関連付けたコンタクトポイント１１０Ｃｊｍに対して、検出されたタッチＰｋからの位置情報は、（レンジ画像カメラ１００のデータ分析からの）コンタクトポイントＣｊｍからの位置情報よりもいつもより正確であろう。特に、塞がれたコンタクトポイント１１０の位置が不正確もしくは利用不可能のいずれかである一方で、任意の塞がれたコンタクトポイント１１０Ｃｊｍに対する正確な位置は関連する検出されたタッチ１１１Ｐｋの位置を介して利用可能である。
（＊＊）計算された関連付けと一緒であるデータ｛Ｅｊ｝、｛Ｃｊｍ｝、｛Ｊｊｎ｝及び｛Ｐｊ｝は、例えば代わりにアプリケーションでの使用に利用可能とされる非特許文献２５などにおけるより高レベルのジェスチャを抽出するであろう例えばジェスチャ統合もしくはジェスチャ分析などのさらなる分析に対してより高レベルのシステムに対して提供されてもよい。図１３５は、コンピュータ３に接続されたレンジ画像カメラ１０１及びタッチデバイス１０２を図示するブロック図を図示する。上述したアルゴリズムを用いて、成分データ｛Ｅｊ｝は成分データ１２３のためのコンピュータメモリに格納され、検出されたタッチデータは検出されたタッチデータ１２４のためのコンピュータメモリに格納される。
【０４５０】
複数のレンジ画像カメラとタッチデバイスとの組み合わせ．
大きな複数のユーザ１０９の表面にわたって、ハンドジェスチャ及びハンド／指の識別のみならず足ジェスチャ及び足／足指の識別についての高品質の意味データを、位置、正確な時間、及び圧力画像装置１の場合には表面上の各検出されたタッチ１１１の圧力についての数値的に高品質な情報と合成させてこのデータをＡＰＩにおいて利用可能とさせる能力によって、従来は達成不可能であった新しい種類のインタラクティブヒューマン／コンピュータインターフェースアプリケーションを可能とさせるであろう。
【０４５１】
本発明のより広大な影響力／商業的ポテンシャルは、大きな複数のユーザ１０９の表面にわたる、ハンドジェスチャ、足ジェスチャ及びオブジェクト操作についての高品質の意味データを表面データからの高解像度の微細な詳細との合成から得られ、協力者がテーブル及び投影壁の面前に集合し及び／又は歩き回って自然なかつ表現する手を用いて高品質な共同作業を行うというシナリオにおいて、従来達成不可能であった新しい種類のインタラクティブヒューマン／コンピュータインターフェースアプリケーションを可能とさせる。このタッチレンジフュージョン装置１０４のアプローチは、レンジ画像カメラ１００もしくはタッチデバイス１０１単独で使用するアプローチよりも優れている。なぜなら、それはフルの手／指の区分け及び高品質のタッチ／圧力センシングを一緒にアイソトニック（等張性）とアイソメトリック（等尺性）との両方のジェスチャを可能とさせるからである。レンジ画像カメラ１００とタッチデバイス１０１との両方は低価格商品となったので、このタイプのタッチレンジフュージョン装置１０４が家庭、オフィス、学校もしくは他の位置において広く配置されるコストが十分に低くなって人々がテーブル及び投影壁の面前に集合して歩き回って高品質の共同作業を実行することと可能とさせる。これが、教育、電話会議、コンピュータサポートされた共同作業及び教育用ゲームのみならず科学的な可視化、防御、セキュリティ及び緊急時への備えに対するインタラクティブシミュレーションに対して強い意味合いを有するであろう。
【０４５２】
さらに、複数の個々のユーザ１０９、ユーザハンド１１５、個々の指、個々の足及びつま先、ペン並びに表面領域にわたるオブジェクトの曖昧さの除去と一緒に、ロバストジェスチャ及び高品質／正確なハンド／指の入力のみならず足／つま先の入力をも可能とさせる、新しいコンピュータヒューマンインタラクション技術、ここではタッチレンジフュージョン装置１０４と呼ぶがこれについて説明する。レンジ画像カメラ１００からのデータは手及び足の動きをトラッキングして時間にわたって一貫した手／指および足／つま先の同一性を保持するために使用され、この情報は表面タッチデバイス１０１と組み合わせられ高いフレームレートを有する正確な位置表面情報を決定する。このことが１つもしくはそれ以上のレンジ画像カメラ１００からのデータを圧力センシング装置１もしくは表面上の１つもしくは複数の検出されたタッチ１１１の位置を検出することが可能である任意の他のタイプのタッチデバイス１０１からのデータと確実に合成させて１人もしくはそれ以上のユーザに対してもしくは大きな領域表面上方及び当該大きな領域表面上の任意の他のオブジェクトに対して、手及び指の動作のみならず足及びつま先の動作の高品質な表現を創造するソフトウェアアブストラクションと一緒に、タッチレンジフュージョン装置１０４の使用可能性を結果して生じさせる。この技術は、商品レンジ画像カメラ１００及びタッチデバイス１０１だけを用いて低価格の商業的デバイスを可能とさせ、ここで、圧力画像装置１もしくは他のタイプのタッチデバイス１０１は、ロバストな手及び足の動作／ジェスチャ並びに個々の手／足／つま先／オブジェクトの識別及び曖昧さの除去を可能とさせるソフトウェアアブストラクションと一緒に、例えば１秒あたり１００フレームから２００フレームなどの商品レンジ画像カメラ１００のフレームレートよりも実質的に速いデータレートで発生することができる。
【０４５３】
レンジ画像カメラ１００及び高フレームレートの圧力画像タッチデバイス１０１とを組み合わせて使用する場合、それぞれの技術を単独で使用したときの欠点を全く被らない。特に、１つもしくは複数のレンジ画像カメラ１００及びタッチデバイス１０１からの合成されたデータにより、ソフトウェア層が指先もしくはペンのいずれが表面をタッチしているかを決定して圧力画像装置１もしくはタッチデバイス１０１をタッチしている識別された指先及びペンを連続的にトラッキングして目標物がカメラから覆い隠されるような時でさえも指先及びペンをタッチすることの同一性を保持することができる。さらに、複数の同時のユーザ間の協力がサポートされ、説明された本発明では、ソフトウェア層が同時に同一の作業空間を使用している複数の個人を識別し、複数のユーザの手が相互に交差するときに又は足元の床もしくは足元の他の表面上の複数の一対の足の存在下において、ユーザ手１１５／スタイラスに対する所有者ＩＤを保持することができる。
【０４５４】
標準的な技術である３次元変換行列技術を用いて、共通のグローバル座標系が複数のレンジ画像カメラ１００及びタッチデバイス１０１に対して確立される。１つもしくはそれ以上のタッチデバイス１０１を使用する場合は、レンジ画像カメラ１００とタッチデバイス１０１の表面との間の変換行列を取得するために校正処理が完了される必要がある。一実施例では、校正立方体１１３が１つのタッチデバイス１０１の４つの角に設置される。これらの角の座標を用いて、ポイントとレンジ画像カメラ１００との間の変換行列が決定される。同時に、これらの４つのポイントがタッチデバイス１０１に対する表面平板を創造する。この処理は、カメラの視野内の各タッチデバイス１０１に対して完了される必要がある。もし複数のレンジ画像カメラ１００が使用されれば、その場合は変換行列がタッチデバイス１０１とレンジ画像カメラ１００とのそれぞれのペアに対して決定され、それによってそのタッチデバイス１０１とそのレンジ画像カメラ１００との間の座標変換を禁止する。一実施例では、この処理はモニタリングされる各タッチデバイス１０１に対して反復される。もし複数のレンジ画像カメラ１００がタッチデバイス１０１と関連付けされれば、その場合は、共通の参照座標系としてタッチデバイス１０１を用いて、レンジ画像カメラ１００間のグローバル変換行列が決定される。重なり合う視野を有する複数のレンジ画像カメラ１００を持つことによって、次のレンジ画像カメラ１００のそれぞれの位置が校正の間に決定される。もしグローバル行列がもう１つのレンジ画像カメラ１００によってタッチデバイス１０１を見ないレンジ画像カメラ１００に対して望まれなければ、その場合は、その行列は、レンジ画像カメラ１００もしくはタッチデバイス１０１と関連付けされる必要がある。
【０４５５】
図１３１は、タッチデバイスの４つの角に設置された立方体を図示する。
【０４５６】
タッチデバイス１０１とレンジ画像カメラ１００とをフュージョンすることによって可能となるジェスチャ。
【０４５７】
タッチデバイス１０１とレンジ画像カメラ１００とによって可能となるジェスチャは、タッチデバイス１０１の精度とペアを構成する、レンジ画像カメラ１００の識別能力に依存する。
【０４５８】
単一のタッチ：単一のタッチを用いてタッチデバイス１０１によって可能となる任意のジェスチャは、検出されたタッチ１１１に基づく特定の動作状態を持つように拡張される。例えば、もし手の指が使用されているならば、その場合は、各指に別々の動作状態を付随させることができる。このことはもし１つの手が使用されれば、動作間を切り替えるためのメニューに頼ることを必要とせずに、各指に対して１つとして５つの別々の動作が実行されることを意味する。さらに、例えばペンなどの単一のタッチオブジェクトは、代わりのインタラクションを提供するかもしくは予想外（アクシデント）の入力を回避するように指とは区別される。
【０４５９】
一実施例では、タッチレンジフュージョンされた装置１０４からの入力は、マウスの動きをタッチデバイス１０１上の人差し指の動きに対してマッピングすることによってマウスをエミュレートするために使用される。例えば親指タップに対する左クリックや中指タップに対する右クリックなど。この例は、センサフュージョン技術の実用性を例示する。もしレンジ画像カメラ１００がなければ、指タッチ識別は損失するであろうし、もしタッチ画像がなければ、精度及び高フレームレートは損失するであろう。
【０４６０】
マルチタッチ：インタラクションの範囲が複数の検出されたタッチ１１１に対して拡大される場合は、プレシジョンコーディングが可能となる。レンジ画像カメラ１００なしにタッチデバイス１０１を使用することは、可能な動作状態を入力の数に制限する。例えば、もし単一の手の指はタッチデバイス１０１上で使用されれば、その場合は、（１から５のタッチの）５つの動作状態だけが利用可能となる。タッチを識別するためにレンジ画像カメラ１００とフュージョンする場合は、コーディングが可能である。コーディングは、複数の特定の検出されたタッチ１１１を同時に使用してジェスチャを実行する処理である。例えば、親指と人差し指とを同時に使用することは、親指と中指とを同時に使用することとは別のジェスチャを実行することができる。検出されたタッチ１１１を識別することは、（２ｎ−１）個の動作状態の組み合わせが可能であることを意味し、ここでｎは検出されたタッチ１１１の数である。例えば、レンジ画像カメラ１００が追加された場合は、単一の手の指に対して可能な動作状態の組み合わせは５組から３１組に及ぶ。
【０４６１】
一実施例では、右手は、タッチデバイス１０１をタッチすることによって位置入力をペインティングプログラムに対して提供するペンを保持する。ユーザは描画するとき、左手はペンに対して３１組の設定動作間を切り替えるために特定のコーディング組み合わせを使用することができる。
【０４６２】
手のひら／手／足／オブジェクト：レンジ画像カメラ１００とタッチデバイス１０１とをフュージョンすることはまた、所望されない入力を拒絶し、例えば手、足及びオブジェクトなどの標準的でないタッチ入力に対して動作状態を追加するように使用される。
【０４６３】
タッチデバイス１０１単独で使用する場合は、意図されない入力が発生するはずである。例えば、手のひらがタッチデバイス１０１上に置かれ、検出されたタッチ１１１と混同される。レンジ画像カメラ１００とフュージョンする場合は、タッチが手のひらとして識別され手の骨格が決定されて入力が拒絶される。同一の考えが入力を提供することから拒絶されるべき他のオブジェクトに対して適用される。例えば、タッチデバイス１０１上に置かれたコーヒーカップは拒絶される。
【０４６４】
手、足及びオブジェクトはまた、タッチデバイス１０１が複数のタッチと考えられるであろうことに依存する代わりのインタラクションの形態を提供することができる。例えば、手のひらの異なる部分でタッチすることは、異なる動作状態に対してマッピングされる。もしレンジ画像カメラ１００がなければ、タッチしている手のひらの領域は決定されない。
【０４６５】
複数の個々のユーザ１０９：タッチデバイス１０１は単独で同一のデバイスをタッチしている個々のユーザ１０９を区別することはできない。レンジ画像カメラ１００とペアを構成したとき、その場合は、個々のユーザ１０９は決定され、タッチは正確な個々のユーザ１０９に割り当てられる。このことが複数の個々のユーザ１０９からの同時のインタラクションもしくは共同のインタラクションを可能とする。
【０４６６】
例えば、タッチレンジフュージョン装置１０４は、１本の手の異なる指からの複数の同時に検出されたタッチ１１１、同一のユーザの異なる手に属する指からの複数の同時に検出されたタッチ１１１及び同一のユーザの異なる手に属する指からの複数の同時に検出されたタッチ１１１のシナリオ間の曖昧さを除去することができる。
【０４６７】
同様に、タッチレンジフュージョン装置１０４は、１人のユーザの２本の足によるセンシング床上の同時に検出されたタッチ１１１及び２人の異なる個々のユーザ１０９の足によるセンシング床上の同時に検出されたタッチ１１１のシナリオ間を区別するように使用される。
【０４６８】
カメラとタッチデバイス構成の代替の実施形態．
テーブルトップハンドジェスチャトラッキングに対して適切であろう一実施形態では、タッチデバイス１０１から６インチ離れて埋め込まれたカメラを有する、例えば３度などの狭い角度で１２インチ×１８インチのタッチデバイス上に向けられたレンジ画像カメラ１００から構成されるであろう。
【０４６９】
図１３２は、タッチデバイス１０１及びレンジ画像カメラ１００を用いた本発明の実施形態を図示する。
【０４７０】
もう１つの実施形態では、レンジ画像カメラ１００は支持スタンド上に設置され、例えば３０度などの適度な角度でタッチデバイス１０１に向けて下方に向けられる。この構成は、１２インチ×１８インチのタッチデバイス上へのテーブルトップハンドジェスチャトラッキングに対して適切とすることができる。また、それは５インチ×６インチのタッチ圧力画像装置１を有するゲームコントローラに対して適切とすることができる。
【０４７１】
図１２２は、タッチデバイス１０１と、レンジ画像カメラ１００と、レンジ画像カメラ１００がより鋭角でタッチデバイス１００に面することを可能とさせる支持スタンド１１４とを有する本発明の実施形態を図示する。
【０４７２】
ハンドジェスチャトラッキングに適切であろうもう１つの実施形態では、図１３３に図示するように、例えば２度などの狭い角度で１６インチ×２５インチのタッチデバイス１０１上に向けられた２つのレンジ画像カメラ１００を備えるであろう。
【０４７３】
実用性．
タッチレンジフュージョン装置１０４に対するいくつかの実用性について以下に説明する。
【０４７４】
電子ホワイトボード：我々のセンサフュージョンは、フラットなタッチデバイス１０１と、１つもしくはそれ以上のレンジ画像カメラ１００と、コンピュータ３と、コンピュータビデオ画像を表面上に投影する表示プロジェクタとを備える電子ホワイトボードの部品とできる。タッチレンジフュージョン装置１０４は、電子ホワイトボードに対する入力として役目を果たす。入力は、レンジ画像カメラ１００によって識別され、電子タッチデバイス１０１上に線を描画するペンもしくは指によってもたらされる。コンピュータは、タッチデバイス１０１からのコンタクトポイントデータを使用し、それらを例えばペンのパスがトレースされている画素などの投影された表示画像上の画素に対してマッピングする。ユーザの個々の指は、表面上へと置かれて別のハンドジェスチャによってペンの色を変更することができる。
【０４７５】
コラボラティブ表面：コンピュータ周辺機器は、タッチレンジフュージョン装置１０４と、情報をコンピュータ３から受信しコンピュータ３に送信するいくつかの通信プロトコルとを備えるであろう。この周辺機器を用いてマウスをエミュレートすることが可能となる。指先の識別を用いて、親指はマウスの動きに対してマッピングされ、人差し指は左マウスクリックとして使用され、中指は右クリックに対して使用される。
【０４７６】
コンピュータ周辺機器：コンピュータ周辺機器は、タッチレンジフュージョン装置１０４と、情報をコンピュータ３に送信し、情報がコンピュータ３から送信されるいくつかの通信プロトコルから構成されるであろう。この周辺機器を用いて、マウスをエミュレートすることが可能となる。指先の識別を用いて、親指がマウスの動きにマッピングされ、人差し指が左マウスクリックとして使用され、中指が右クリックに対して使用される。
【０４７７】
ゲームコントローラ：タッチレンジフュージョン装置１０４を使用するゲームコントローラは、タッチレンジフュージョン装置１０４と、ゲーム機本体に対する通信プロトコルを備える。インタラクションは、手、足、体もしくはオブジェクトによってもたらされる。一例では、ゲーム機本体からの表示がダンス運動を完全に表示するように、複数の個々のユーザ１０９は６フィート×６フィートのタッチデバイス１０１上でダンスする。
【０４７８】
なお、上述した特許文献及び非特許文献はすべて参照によりここに組み込まれる。
【０４７９】
本発明が例示の目的のために上述した実施形態において詳細に説明されたが、そのような詳細事項は単に例示のためだけであって、それが添付の特許請求の範囲によって説明されるかもしれない場合を除き、本発明の精神及び範囲から離れることなしに当業者によってここにその変形例がなされることが理解されるべきである。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８Ａ】
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【図５８Ｂ】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１Ａ】
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【図６１Ｂ】
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【図６２Ａ】
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【図６２Ｂ】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５Ａ】
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【図６５Ｂ】
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【図６５Ｃ】
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【図６５Ｄ】
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【図６５Ｅ】
0006021812.tif 000084
【図６５Ｆ】
0006021812.tif 000085
【図６６Ａ】
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【図６６Ｂ】
0006021812.tif 000087
【図６６Ｃ】
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【図６７】
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【図６８Ａ】
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【図６８Ｂ】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７Ａ】
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【図７７Ｂ】
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【図７７Ｃ】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９Ａ】
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【図８９Ｂ】
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【図９０Ａ】
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【図９０Ｂ】
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【図９１Ａ】
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【図９１Ｂ】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６Ａ】
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【図９６Ｂ】
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【図９７Ａ】
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【図９７Ｂ】
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【図９８Ａ】
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【図９８Ｂ】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２６】
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【図１２７】
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【図１２８】
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【図１２９】
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【図１３０Ａ】
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【図１３０Ｂ】
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【図１３０Ｃ】
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【図１３０Ｄ】
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【図１３１】
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【図１３２】
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【図１３３】
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【図１３４】
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【図１３５】
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