(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量式タッチスクリーン・デバイスの表面上に配置された少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素を含む静電容量式タッチスクリーン・デバイスの検出性能を向上させる方法であって、
少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素のユーザによるタッチを検出するために前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位を決定すること、
前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に関する静電容量の変化の有効な検出範囲を変化させる前記静電容量式タッチスクリーン・デバイスの条件を検出すること、
前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の決定された電位および検出された条件に基づいて、該少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接する、前記静電容量式タッチスクリーン・デバイスの表面上に配置された少なくとも１つの他の導電性構造の電位の大きさを選択的に変更して、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の実効静電容量を変更して、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に関する静電容量の変化の有効な検出範囲を改善すること、
後に、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素のユーザによるタッチを検出すること
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの導電性構造の電位は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に一致するように変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの導電性構造の電位は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位と異なる大きさに変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接させて複数の導電性要素を配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の導電性要素の各々の電位は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に基づいて変更される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記静電容量式タッチスクリーン・デバイスは、複数の静電容量式タッチパッド要素を含み、該複数の静電容量式タッチパッド要素の各々に近接して複数の導電性要素が配置されている、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの導電性要素は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された別の静電容量式タッチパッド要素である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
静電容量式タッチセンシング・デバイスであって、
前記静電容量式タッチセンシング・デバイスの表面のユーザによるタッチを検出するため、静電容量式タッチセンシング・デバイスのタッチ感応面上に配置され、かつプロセッサと動作可能に接続された複数の静電容量式タッチセンシング・パッドと、
前記複数の静電容量式タッチセンシング・パッドのそれぞれに近接して前記静電容量式タッチセンシング・デバイスの表面上に配置された、少なくとも１つの導電性要素と、
前記複数の静電容量式タッチセンシング・パッドのうちの選択された１つの静電容量式タッチセンシング・パッドの電位の印加を制御するとともに、前記複数の静電容量式タッチセンシング・パッドのうちの少なくとも１つの静電容量式タッチセンシング・パッドに関する静電容量の変化の有効な検出範囲を変化させる前記静電容量式タッチセンシング・デバイスの外的条件を検出し、（ｉ）前記静電容量式タッチセンシング・パッドの電位の大きさ、および（ｉｉ）検出された外的条件に基づいて、前記少なくとも１つの導電性要素の電位の大きさを選択的に変更して、前記静電容量式タッチセンシング・デバイスの表面へのユーザのタッチによる容量結合の弱化を補償するように動作的な装置とを備える、デバイス。
【請求項９】
前記検出される外的条件は、前記静電容量式タッチセンシング・デバイス上の水の存在であり、前記導電性要素の電位は、前記静電容量式タッチセンシング・パッドの電位に一致するように変更される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記検出される外的条件は、ユーザの指と前記静電容量式タッチセンシング・パッドとの間に介在するユーザの手袋であり、前記導電性要素の電位は、前記静電容量式タッチセンシング・パッドの電位に一致するように変更される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記導電性要素は、前記複数の静電容量式タッチセンシング・パッドのうちの他の静電容量式タッチセンシング・パッドである、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記導電性要素は、前記複数の静電容量式タッチセンシング・パッドとは別の導電性構造である、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記導電性要素は、前記静電容量式タッチセンシング・パッドと同じ基板上に形成されている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素を含む静電容量式タッチスクリーン・デバイスにおいて寄生容量を補償する方法であって、
前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の選択された静電容量式タッチパッド要素に電位を印加すること、
前記選択された静電容量式タッチパッド要素のユーザのタッチによる前記選択された静電容量式タッチパッド要素の固有静電容量の変化を感知すること、
前記選択された静電容量式タッチパッド要素の固有静電容量の変化の有効な検出範囲における変化を検出すること、
前記選択された静電容量式タッチパッド要素に印加された電位に基づいて、前記選択された静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に印加された電位の大きさを選択的に変更して、前記選択された静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の寄生容量を補償すること、
後に、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素のユーザによるタッチによる前記選択された静電容量式タッチパッド要素の固有静電容量における変化を感知すること
を含む方法。
【請求項１５】
前記選択された静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に一致するように変更される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記選択された静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位と異なる大きさに変更される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接させて複数の導電性要素を配置することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の導電性要素の各々の電位は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に基づいて変更される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記静電容量式タッチスクリーン・デバイスは、複数の静電容量式タッチパッド要素を含み、該複数の静電容量式タッチパッド要素の各々に近接して複数の導電性要素が配置されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記選択された静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素は、前記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された別の静電容量式タッチパッド要素である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式タッチセンシング技術に関する。より具体的には、本発明は、携帯電話および他のデジタル家電で用いられるような静電容量式タッチセンシング・スクリーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンは、表示領域の表面へのタッチの有無と位置を検出することができる電子視覚ディスプレイである。ディスプレイへのタッチは、一般に指または手を使って行われる。タッチスクリーンは、様々な電子的、音響的、または光学的原理に従って動作する。本出願は、静電容量式タッチスクリーンに関するものである。
【０００３】
静電容量式タッチスクリーンパネルは、一般に、銅またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電体でコーティングされたガラスなどの絶縁体を含む。人体も導体であるので、タッチスクリーンにタッチすることによって、静電容量の測定可能な変化が得られる。タッチにより生じた静電容量の変化は、位置が特定され、タッチスクリーン上の特定の位置に対して記録される。
【０００４】
離散タッチパッドおよびマルチタッチスクリーンを含む静電容量式タッチセンシング技術は、最近、携帯電話から大型ディスプレイモニタまで様々な製品に広く受け入れられている。多くの人は、このような技術の成功は、ユーザが経験するユーザインタラクションの向上の直接的結果であると信じている。
【０００５】
固体タッチセンシング技術を用いる利点の１つは、その寿命が実質的に無限であることである。繰り返しの使用によって時間とともに摩耗する可動構成要素を含む機械的代替構成とは異なり、固体タッチセンシング・スクリーンには、そのような限界がない。固体タッチセンシング・スクリーンは、めったに故障することはなく、ユーザにとってユーザインタフェースが故障する心配がほとんどない。静電容量式タッチセンサは、封止されたガラスまたは成形プラスチックなどの単一の固体密閉表面の下に組み込むことが可能であり、これによって、敏感な構成部品は製品の内部で外部環境から隔離され、外部環境の影響をほとんど受けないようにされる。このようなことを機械的代替構成で実現するのは、非常に難しく、コストがかかる。このように、静電容量式タッチスクリーン技術は、厳しい屋外環境、産業施設、および埃と湿気にさらされる他の場所で使用される製品に、大きな効果をもたらす。
【０００６】
静電容量式タッチセンシング・デバイスの典型的な実装では、対象のタッチセンシング・パッドは、一般に、ガラス繊維強化エポキシ積層板（ＦＲ−４：Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）、プリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）、またはポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ：ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などのキャリア上の、銅またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の正方形、矩形、または円形の領域である。対象のタッチセンシング・パッドは、能動的に充電されると、その固有静電容量に比例する速度で受動的に放電することが可能である。対象のタッチセンシング・パッドの放電速度は、いくつかの周知の方法の１つを用いて測定される。指または他の導電性の付属器官が、タッチセンシング・パッド上に置かれると、その指があることによって、パッドの固有静電容量に追加されて、パッドの静電容量は増加する。この状態では、タッチセンシング・パッドは、より多くの電荷を保持することが可能であり、その結果、放電にかかる時間がより長くなる。特定のタッチセンシング・パッドで、２つの状態で放電にかかる時間の差を測定することによって、パッドがタッチされているか否か判断することができる。
【０００７】
タッチセンシング・パッドに指が置かれたときの静電容量の増加量は、タッチセンシング・パッドの設計と構成によって異なる。指とタッチセンシング・パッドとの間の容量結合が大きいほど、静電容量の変化が大きい。逆に、指とタッチセンシング・パッドとの間の結合が小さいほど、タッチによる静電容量の変化は小さい。タッチセンシング・パッドがタッチされたときの静電容量の変化が大きいほど、高い信号対ノイズ比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が得られ、これは、タッチセンシング・パッドの性能の向上につながる。タッチセンシング・パッドが指でタッチされたときに静電容量が増加する割合は、パッドの固有静電容量と、指があることにより追加される静電容量の関数である。従って、パッドが低い固有静電容量を有し、かつ人間の指とより良く結合する場合に、タッチに対するより良い感度と性能が示されることになる。
【０００８】
タッチセンシング・パッドの固有静電容量は、いくつかの要因によって決まる。パッドの構成に用いる材料の選択には、限定するものではないが、（導電性センサが装着される誘電体基板である）キャリア、（センサを保護する面である）保護基板、および導体の材料が含まれる。また、タッチセンシング・パッドの周りの他の導体の配置、およびそれらの導体の電位も、タッチセンシング・パッドの固有静電容量に影響を与える。導体と保護基板との間の結合も、同様に、タッチセンシング・パッドの固有静電容量に影響を与える。その他にも多くの要因があり、ここで列挙したものは、網羅的なものとみなされるべきではない。結果的に、人間の指とより良く結合する、より低い固有静電容量を求めるアプローチによって、本来、タッチセンシング・パッドの固有静電容量は決定され、左右される。また、これによって、センサの構成を完全に変更することなくＳＮＲに影響を与える可能性も制限される。センサの構成を変更することは、難しく、かつコストがかかり、また不可能な場合もある。これらの制限があることは、低い性能または極めてコストの高いソリューションにつながる傾向がある。よって、静電容量式タッチセンシング・スクリーンの分野は、改善の余地を残している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、電位の選択的操作、ひいてはタッチスクリーンまたはセンシング・パッドのようなタッチスクリーンの要素の内部および周辺の構造に付随する静電容量の効果の選択的操作を伴うものである。本発明の実施形態は、電気的に操作される導電面（ＥＭＣＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅｓ）の使用を含むことができる。本発明の一実施形態では、ＥＭＣＳは、戦略的に配置される導電面であって、例えばそれらの電位または荷電を制御することにより電気的に操作することが可能なものである。ＥＭＣＳは、そのタッチセンシング・パッドの感度および性能に効果があるような方法で、それらＥＭＣＳの電位を変化させることにより、タッチセンシング・パッドの静電容量を変化させる目的で、意図的に適用することが可能なものである。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、ＥＭＣＳは、電気的に操作することが可能な他のタッチセンシング・パッドとして実装することができる。このようにした場合には、センサまたはＥＭＣＳとしての複数のタッチセンシング・パッドが時間多重化により同様の結果を示し、各タッチセンシング・パッドの固有静電容量の正確な調整が可能である。各導電パッドは、充電されて、タッチが検出されるときの放電速度が所定の順序で監視される。アクティブなセンシング・パッドに隣接し、タッチセンシングに使用中でない非アクティブなパッドは、それらの充電レベルをアクティブなセンシング・パッドに対して相対的に制御することにより、ＥＭＣＳとして用いられることが可能である。ＥＭＣＳを効果的に使用することによって、タッチセンシング・パッドの相対的な荷電および静電容量を動的に調整するとともに、それを所望の性能のために最適化する機能が実現される。
【００１１】
典型的な静電容量式タッチスクリーンは、接着剤が塗布された基板を備え、そして、プリント回路基板（ＰＣＢ）に形成されたタッチパッドが基板に接着剤で接着されている。トレース、他の導線、プロセッサ、および他の電気部品をＰＣＢ上に形成または装着することができる。
【００１２】
寄生容量は、電子部品または電子回路の部分間で、単に導電部が互いに近接しているという理由で発生する、不可避で、通常は好ましくない容量である。インダクタ、ダイオード、トランジスタなど、あらゆる実際の回路要素は内部静電容量を有し、これによって、それらの実際の動作は、理想的な回路要素の動作から逸脱することがある。また、寄生容量は、ワイヤまたはプリント回路基板トレースなど、間隔が狭い導体間でも発生する。
【００１３】
典型的なタッチパッドは、およそ１０ピコファラッド（ｐｆ）の固有静電容量を持ち得る。数ある中でも、特に、プリント回路基板上の隣接するトレース、他の導電性アーチファクト、および保護基板によって、寄生容量が追加される。追加の寄生容量によって、タッチパッドの真の総静電容量が、タッチパッド単独での固有静電容量を超えて増加することになる。このコンセプトを図３に示している。寄生容量により生じる総静電容量の増加は、数ピコファラッド（ｐｆ）から、いずれかの実際の上限までの範囲となり得る。
【００１４】
タッチスクリーンの一部である典型例のタッチパッドは、例えば、直径１４ｍｍのディスクとして構成することができる。このサイズであれば、標準的な人間の指で、その指がタッチパッドの上に置かれたときにタッチパッドの表面積を完全に覆うことが可能である。これは、指とタッチパッドとの間の容量結合を最大化するのに役立ち、また、高い信号対ノイズ比が得られる。タッチパッド上に指があることによる静電容量の増加は、およそ５ｐｆほどの大きさとなり得る。タッチパッド上に指があることにより生じるそのような５ｐｆの静電容量の追加は、寄生容量がタッチパッドに与える影響に依存し、固有静電容量を１０ｐｆと仮定すると、総静電容量の５０パーセントの増加となり得る。しかしながら、追加される寄生容量の大きさが大きい場合には、総静電容量の増加は、５０パーセントよりもかなり低くなる。寄生容量が並外れて大きい場合は、タッチパッド上に指が置かれることにより生じる静電容量の増加率はゼロに近づくことがあり、この場合、指タッチがあったことを検出することはできない。そのような寄生容量の大きな増加は、例えば、タッチスクリーンパッドの表面に水または他の導電性物質が存在することによって生じることがある。
【００１５】
本発明による一例のタッチスクリーンパッドを、図４に示しており、これはＥＭＣＳを備えている。この実施形態の例では、いくつかのタッチスクリーンパッドの周辺に配置されたＥＭＣＳが電子装置に接続されており、これによって、電位を、ひいてはＥＭＣＳとタッチスクリーンパッドとの間の実効静電容量を、操作することが可能である。ＥＭＣＳの電位を調整することで、指の存在によるタッチパッドの固有静電容量の変化を操作して、その存在する指がタッチパッドと結合するときの効果を増加または減少させることが可能である。
【００１６】
例えば、タッチパッドの固有静電容量がおよそ１０ｐｆであり、寄生容量によってさらに１０ｐｆが追加されて、タッチパッド上に指があることによってさらに５ｐｆが追加される場合、指の存在による変化は２５％の増加である。ところが、本発明によれば、ＥＭＣＳを用いて寄生容量を低減または補償する。寄生容量が低減されると、固有静電容量および指の存在による追加容量が変わらず同じであっても、固有静電容量と寄生容量の和と比較した場合の指の効果は、その割合において純粋な増加があり、これによって、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が大きくなり、これが、より良好な検出と本発明による設計柔軟性の向上につながる。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、タッチスクリーンでの検出機能に影響を与える寄生容量の有効量の変化を、戦略的に修正することができる。例えば、検出機能に影響を与える真の総静電容量の大きさ（固有静電容量に寄生容量を加えたもの）を、予想される状況に応じて、均一に修正することができる。例えば、スクリーン上に水があるかもしれないと予想される場合は、タッチセンシング要素と寄生容量を発生させ得る他の構成要素の電位を均等にすることができ、これによって、スクリーン上に水の層があることによって生じる真の総静電容量の変化が、低減または実質的に排除される。このように水によって生じる追加の静電容量が低減される場合には、ユーザがスクリーンにタッチする指により生じる静電容量の変化量は、相対的により大きくなり、これによってタッチスクリーンの応答性および性能が向上する。
【００１８】
別の場合には、ユーザのタッチによって生じる静電容量の変化量が、ユーザの指がタッチセンサに近接することで生じると予想され得る変化量よりも減少していると予想されることがある。例えば、ユーザが着用している手袋によって、ユーザの指がタッチセンサからより遠くに置かれることになる場合があり、これによって、ユーザの指によりシステムに追加される追加静電容量の大きさが低減される。このような場合には、タッチスクリーンの総静電容量（固有静電容量に寄生容量を加えたもの）を減少させることで、タッチスクリーンの感度を高めることが有効であり、これによって、ユーザのタッチにより生じる変化の相対量が増加し、検出が容易となる。
【００１９】
よって、本発明の一部の実施形態による効果は、実効静電容量を操作することによって、タッチスクリーン上に水があること、またはユーザが厚い手袋を着用していることなど、周知の外的条件を考慮したタッチスクリーンの設計柔軟性の向上を可能にしていることである。
【００２０】
一部の実施形態による他の効果は、信号対ノイズ比がより高いタッチスクリーン・デバイスによって、ユーザのタッチによる静電容量の小さな変化を検出するための向上した性能が提供されることである。
【００２１】
一部の実施形態による他の効果は、設計制約または周知の外的条件を補償するように、タッチパッドの検出性能を動的に調整することが可能であることである。
本発明の一実施形態により、少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素を有する静電容量式タッチスクリーン・デバイスの検出性能を向上させる方法は、少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の実効静電容量を変更するように、該少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に基づいて、該少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接する少なくとも１つの導電性構造の電位の大きさを選択的に変更すること、その後に、該少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素のユーザによるタッチを検出することを含んでいる。一実施形態では、上記少なくとも１つの導電性構造の電位は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に略一致するように変更される。別の実施形態では、上記少なくとも１つの導電性構造の電位は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位と実質的に異なる大きさに変更される。該方法は、さらに、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接させて複数の導電性要素を配置することを含むことができる。複数の導電性要素の各々の電位は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に基づいて変更することができる。他の実施形態では、静電容量式タッチスクリーンは、複数の静電容量式タッチパッド要素を備えることができ、それら複数の静電容量式タッチパッド要素の各々に近接させて複数の導電性要素を配置することができる。上記少なくとも１つの導電性要素は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された別の静電容量式タッチパッド要素とすることができる。
【００２２】
他の実施形態において、静電容量タッチセンシング・デバイスは、ユーザによるタッチを検出するため、プロセッサと動作可能に接続された複数の静電容量式タッチセンシング・パッドと、複数の静電容量式タッチセンシング・パッドのそれぞれに近接して配置された少なくとも１つの導電性要素と、静電容量式タッチセンシング・パッドの電位の大きさに基づくとともに、予想される外的条件に基づいて、導電性要素の電位の大きさを選択的に変更する装置とを備える。予想される外的条件は、静電容量式タッチセンシング・デバイス上の水の存在とすることができ、導電性要素の電位は、静電容量式タッチセンシング・パッドの電位に略一致するように変更することができる。他の実施形態では、予想される外的条件は、ユーザの指と静電容量式タッチセンシング・パッドとの間に介在するユーザの手袋とすることができ、導電性要素の電位は、静電容量式タッチセンシング・パッドの電位に略一致するように変更することができる。
【００２３】
一実施形態では、導電性要素は、複数の静電容量式タッチパッドのうちの他の静電容量式タッチパッドとすることができる。他の実施形態では、導電性要素は、静電容量式タッチパッドとは別の導電性構造である。導電性要素は、静電容量式タッチパッドと同じ基板上に形成することができる。
【００２４】
他の実施形態において、少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素を有する静電容量式タッチスクリーン・デバイスにおいて寄生容量を補償する方法は、少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に基づいて、該少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接する少なくとも１つの導電性構造の電位の大きさを選択的に変更すること、その後に、該少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素のユーザによるタッチを検出することを含んでいる。
【００２５】
一実施形態では、上記少なくとも１つの導電性構造の電位は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に略一致するように変更される。他の実施形態では、上記少なくとも１つの導電性構造の電位は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位と実質的に異なる大きさに変更される。該方法は、さらに、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接させて複数の導電性要素を配置することを含むことができる。複数の導電性要素の各々の電位は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素の電位に基づいて変更することができる。
【００２６】
他の実施形態では、静電容量式タッチスクリーンは、複数の静電容量式タッチパッド要素を有し、それら複数の静電容量式タッチパッド要素の各々に近接して複数の導電性要素が配置されている。上記少なくとも１つの導電性要素は、上記少なくとも１つの静電容量式タッチパッド要素に近接して配置された別の静電容量式タッチパッド要素とすることができる。
【００２７】
本発明の実施形態は、添付の図面に関連させて、以下の様々な実施形態の詳細な説明を考慮することで、より完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による一例のタッチパッド・ディスプレイの概略平面図である。
【図２】図１の一例のタッチパッド・ディスプレイの概略正面図である。
【図３】従来技術による一例のタッチパッド・ディスプレイの寄生容量の存在と影響を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態により電気的に操作される導電面を有する例示的なタッチパッド・ディスプレイの概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態により電気的に操作される導電面を有する例示的なタッチパッド・ディスプレイの概略図である。
【図６】本発明の一実施形態によるタッチパッド・センシング・デバイスの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、種々の変更および代替形態が可能であるが、その詳細を例によって図面に示しており、これらについて詳細に説明する。しかし、当然のことながら、本発明は、記載の特定の実施形態に限定されるものではない。それとは逆に、添付の請求項に記載の本発明の趣旨から逸脱することなく、その範囲内にある、あらゆる変更、均等物、および代替案を含むものである。
【００３０】
図１および２を参照して、静電容量式タッチセンシング・スクリーン・デバイス１０は、一般に、基板１２と、接着剤１４と、タッチセンシング・スクリーン１６と、ＰＣＢ基板１８と、トレース２０と、集積回路２２の形態の制御プロセッサとを備えている。当技術分野で知られているように、静電容量式タッチセンシング・スクリーン１０の構造への荷電を制御および操作するため、プロセッサ２２または他の電子部品がトレース２０に接続されている。
【００３１】
次に図３を参照して、従来技術による典型的な静電容量式タッチセンシング・スクリーン１６は、第１のタッチパッド２４と、第２のタッチパッド２６と、第３のタッチパッド２８と、トレース２０に接続されたタッチパッド導線３０と、金属ブラケット３２と、ネジ３４とを備えている。金属ブラケット３２とネジ３４は、一般にシャーシ接地電位である。寄生容量３６を図３に示している。寄生容量３６は、回路の様々な導電部の間で、それらの導電部が互いに近接していることによって発生する。図３では、寄生容量は、第１のタッチパッド２４と、第２のタッチパッド２６と、第３のタッチパッド２８との間に、さらには第１のタッチパッド２４と金属ブラケット３２との間、第３のタッチパッド２８とネジ３４との間、および導線３０間に発生するものとして示している。また、寄生容量は、他の導電性アーチファクトなどの他の要素によって追加されることもあり、また、保護基板自体によって追加されることもある。
【００３２】
図３の従来技術によるタッチスクリーンにおいて、寄生容量３６の大きさは予測不可能である。例えば、寄生容量３６のいずれか１つの大きさは、ゼロから１０ｐｆ以上にまで及ぶことがある。タッチパッド２４、２６、２８の固有静電容量が約１０ｐｆであると仮定すると、寄生容量の相加効果によって、タッチスクリーン１０の真の静電容量は、２０ｐｆ以上の大きさになることもある。指でタッチすることによって、さらに５ｐｆが追加されると仮定すると、指タッチによる静電容量の変化は全部で、わずか２５％（５ｐｆ／２０ｐｆ）ほどとなり、あるいは場合によってさらに少なくなる。このように、ＳＮＲが極めて低く、静電容量の変化の有効な検出範囲は約２５％に制限される。このような情報の損失によって、例えば、手袋を着用してタッチパッドが使用される場合、または濡れた状態で使用される場合に、静電容量の小さな変化を感知する能力が制限される。
【００３３】
図４および６を参照すると、これらは本発明の第１の実施形態例を示しており、この場合、タッチパッド１６は、本発明の一実施形態により電気的に操作される導電面（ＥＭＣＳ）３８を備えている。ＥＭＣＳ要素３８は、タッチパッド２４、２６、２８と同じ材料である例えばＩＴＯで形成することができ、または他のいずれかの適当な導電材料とすることができる。ＥＭＣＳ要素３８は、タッチパッド２４、２６、２８と同一基板上に形成することができ、または別の隣接する基板上に配置することができる。ＥＭＣＳ要素３８は、導線４１により、電位調整装置５２を介して電源回路５０に接続されている。電位調整装置５２は、プロセッサ２２からの信号に応じて、導線４１に印加される出力電位を変化させることが可能な、いずれかの適当な周知の回路とすることができる。あるいは、電位調整装置５２を省いてもよく、この場合、導線４１をプロセッサ２２に直接接続して、プロセッサ２２により所望の電位調整を実施することができる。
【００３４】
操作対象の容量４０は、図４に示すように、ＥＭＣＳ３８と第１のタッチパッド２４、第２のタッチパッド２６、第３のタッチパッド２８との間に発生するものである。本発明の実施形態によれば、ＥＭＣＳ３８に印加される電位は、第１のタッチパッド２４、第２のタッチパッド２６、および第３のタッチパッド２８の電位に対して相対的に操作および制御され、これにより、操作対象の容量４０の実効静電容量値が操作される。ＥＭＣＳに印加される電位、ひいては操作対象の容量４０の実効値が能動制御されることで、第１のタッチパッド２４、第２のタッチパッド２６、第３のタッチパッド２８の感度を調整することができ、また、例えば静電容量タッチセンシング・スクリーン１０の表面の水によって発生する追加的な寄生容量の影響を、軽減または打ち消すことができる。
【００３５】
ここで図４を参照して、タッチスクリーン１０上の水の影響を軽減するための戦略の第１の例では、ＥＭＣＳ要素３８は、第１のタッチパッド２４、第２のタッチパッド２６、および第３のタッチパッド２８と同電位に設定される。例えば、第１のタッチパッド２４、第２のタッチパッド２６、および第３のタッチパッド２８が、＋２．０ＶＤＣの電位で作動している場合、ＥＭＣＳ要素３８はすべて、同じ＋２．０ＶＤＣの電位に充電される。第１のタッチパッド２４、第２のタッチパッド２６、第３のタッチパッド２８と、ＥＭＣＳ要素３８との間に電位差がないので、操作対象の容量４０は実質的にゼロに設定される。従って、各タッチパッド２４、２６、２８の固有静電容量が１０ｐｆであると仮定すると、寄生容量成分がいずれも実質的にゼロに低減されることによって、タッチスクリーン１０の真の静電容量は、基本的にタッチパッド２４、２６、２８の１０ｐｆの固有静電容量に等しくなる。タッチスクリーン１０上の水の層によって追加される寄生容量は、これによってタッチパッド２４、２６、２８とＥＭＣＳ要素３８に同等に静電容量が追加されて、これらがすべて同じ電位になるので、検出性能には影響しない。指タッチにより５ｐｆが追加されると仮定して、タッチパッド２４、２６、２８のいずれかに指タッチされると、そのタッチパッドは、その１０ｐｆの固有静電容量から５０％増加した１５ｐｆの総静電容量を持つように見えることになる。こうして、タッチスクリーン１０上に水がある場合でさえも、ＳＮＲは、ＥＭＣＳを持たない従来技術によるタッチスクリーンの場合の実質的に２倍になる。
【００３６】
同様の戦略は、ユーザが手袋を着用していることによって弱まる容量結合を補償するためにも有効となり得る。手袋の厚さによってタッチパッドからユーザの指までの距離が増加すると、その結果、ユーザの指とタッチパッドとの間の容量結合の大きさが減少することがある。ユーザが裸の指でスクリーンにタッチすると５ｐｆの増加があるのに対して、ユーザが手袋を着用しているときには、ユーザの指タッチによって、例えば、タッチスクリーンの真の静電容量が２ｐｆしか増加しないことがある。図３の従来技術によるタッチパッドの場合には、合わせて１０ｐｆにまで達する寄生容量が、タッチパッド２４、２６、２８の１０ｐｆの固有静電容量に追加されることによる２０ｐｆの総静電容量に対して、２ｐｆの静電容量の変化は、わずか１０％の変化に相当することになり、この変化量は、ノイズによる変化と区別することが難しい。
【００３７】
一方、図４のＥＭＣＳによる実施形態では、ＥＭＣＳ要素３８の電位がタッチパッド２４、２６、２８と同電位に設定されることによって、寄生容量の影響が排除されて、各タッチパッド２４、２６、２８は、その１０ｐｆの固有静電容量に等しい総静電容量を持つ。この場合、手袋を介したユーザのタッチによる２ｐｆの変化は、２０％の静電容量の変化に相当し、これは、ノイズによる変化と区別することがはるかに容易である。
【００３８】
また、ユーザのタッチによる静電容量の変化が、実際にタッチスクリーンに付属するハードウェアによって有効に測定するには大きすぎる場合にも、ＥＭＣＳを効果的に用いることができる。このような場合には、信号クリッピング、すなわち信号／情報の損失が生じる。ＥＭＣＳ要素３８に適当な電位を印加することにより、信号のインテグリティおよび安定性を維持しながら、タッチによる変化を制限することが可能となる。これによって、低減されたゲインにより小さくされた変化を高い信頼性で推測することが可能となり、また、静電容量式センシングをはるかに幅広い製品に適用することが可能となる。
【００３９】
再び図４を参照して、タッチパッド２４、２６、２８が１０ｐｆの同じ固有静電容量であると仮定すると、ＥＭＣＳ要素３８の電位は、タッチパッド２４、２６、２８の電位の２分の１に設定することができる。一例の実施形態では、これによって、操作対象の容量４０の値が５ｐｆとなり得ることで、タッチパッド２４、２６、２８の真の総静電容量が１５ｐｆに設定される。ユーザのタッチにより追加される容量が５ｐｆであると仮定すると、その結果、静電容量は２５％変化し、これは、タッチパッド２４、２６、２８に接続されたプロセッサの検出範囲により良く適合し得る。
【００４０】
さらに別の実施形態では、検出した状態に応じて動的に、これらの戦略および他の有効な戦略を選択的に採用することができる。例えば、プロセッサにより信号クリッピング状態が検出された場合、ＥＭＣＳ要素３８の電位は、プロセッサにプログラムされたアルゴリズムによって、信号クリッピングが生じなくなるレベルまで低減することができ、ただし、それは依然として寄生容量の影響を打ち消すのに十分な高さのレベルであり、これによって、タッチスクリーンのＳＮＲが最適化される。
【００４１】
同様に、水の存在を検出するための周知の方法および装置を用いて、プロセッサにプログラムされたアルゴリズムにより、ＥＭＣＳ要素３８に印加される電位を、操作対象の容量４０がゼロでないときのレベルから、タッチパッド２４、２６、２８の電位に等しいレベルにまで増加させることが可能であり、これによって、操作対象の容量４０は実質的にゼロにされる。よって、タッチスクリーン１０上の水の影響に対して、効果的に、それが生じたときに動的に対処することが可能である。
【００４２】
図５に示す本発明の他の実施形態では、第１のタッチパッド２４、第３のタッチパッド２８と、金属ブラケット３２およびネジ３４などの隣接する導電性構造が、ＥＭＣＳ要素として機能することが可能であり、これらにより、操作対象の容量４２が形成される。プロセッサによって各タッチパッド２４、２６、２８を順にスキャンすることで静電容量の変化が検出されたら、隣接するタッチパッドの電位を、検出性能に効果があるように、上記のような望ましいレベルに調整することが可能である。例えば、第２のタッチパッド２６がアクティブであるときに、第１のタッチパッド２４と第３のタッチパッド２８の電位を、第２のタッチパッド２６の感度に効果があるように、調整することができる。例えばスクリーン上に水がある場合には、第１のタッチパッド２４と第３のタッチパッド２８の電位を、第２のタッチパッド２６の電位に一致するように調整することができ、これによって、操作対象の容量４２が実質的にゼロにされる。また、金属ブラケット３２とネジ３４がシャーシ接地から切り離されている場合には、導線４４を介して、これらの要素に、タッチパッド２４、２６、２８と同じ電位を印加することができ、これによって、操作対象の容量４２は、これらの要素により実質的にゼロにされる。このように、別個の専用ＥＭＣＳ要素を使用しなくても、ＥＭＣＳを用いて、タッチセンシング・パッドの静電容量を動的に調整し、タッチセンシング・パッドの静電容量を望ましい感度に最適化することができる。
【００４３】
上記の説明では、本発明の種々の実施形態についての完全な理解を与えるため、様々な具体的詳細を提示している。本明細書で開示している種々の実施形態は、これら特定の詳細の一部または全てがなくても実施できることは、当業者には明らかであろう。また、本発明を不必要に不明瞭にすることがないよう、当業者に知られている構成要素については本明細書で詳細に記載していない。上記の説明では、種々の実施形態の様々な特徴および効果について、種々の実施形態の構造および機能の詳細とともに記載しているが、当然のことながら、本開示は単なる例示にすぎない。他の実施形態を、それでも本発明の原理と趣旨は取り入れて、構築することができる。よって、本出願は、本発明のあらゆる改変および変形を含むものである。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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