(57)【要約】  ＲＦ干渉に対してタッチスクリーンの感受性を減少させるシステムおよび方法が開示され、それによって、ＲＦ干渉に起因するタッチ位置誤差に対する感受性が減少する。後部シールドを欠いたタッチセンサを有するタッチスクリーンシステムでは、コントローラ電子装置の後部シールド駆動部は、個々に本タッチ信号駆動部に容量接続することが可能であり、それによって、あれば後部シールドによって与えられるであろう容量性負荷をシミュレーションするために、タッチ信号駆動部に容量性負荷を配置できる。この容量性負荷は、もしなければ、ＲＦ干渉に対よってタッチスクリーンのセンターの方へ誤ったオフセットタッチ位置に決定されるのを償う。
2009505228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ感知層（touch sensitive layer）を具備するタッチセンサ、
実質的に等しい信号を複数のタッチ信号駆動部および補助駆動部に印加するように構成されたコントローラ電子装置であって、各タッチ信号駆動部が、対応コンデンサを経由して前記補助駆動部に結合されており、コントローラ電子装置が、前記タッチ感知層に結合されたタッチに応答して受信した信号に基づいてタッチ入力位置を決定するように更に構成されているコントローラ電子装置、および
前記タッチ信号駆動部を前記タッチ感知層に結合させる複数のタッチ信号ライン、
を備えるタッチスクリーンシステム。
【請求項２】
ＲＦ干渉によるタッチ位置決定誤差への感受性を減少させるために前記対応コンデンサが選択される、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項３】
前記対応コンデンサが前記タッチセンサ上に位置する、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項４】
前記対応コンデンサが、前記コントローラ電子装置を前記タッチ感知層に接続している電気的テール部上に位置する、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項５】
前記対応コンデンサが前記コントローラ電子装置から分離している回路基板上に位置する、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項６】
前記対応コンデンサが前記コントローラ電子装置と結合している回路基板上に位置する、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項７】
前記対応コンデンサが約１０００ｎＦ〜３０００ｎＦの範囲の容量を有する、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項８】
前記タッチセンサが容量性タッチセンサである、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項９】
前記タッチセンサが後部シールドを欠いている、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項１０】
前記タッチセンサが、その上に前記タッチ感知層が配置されるサブストレートを更に含み、後部シールドが、前記タッチ感知層に対向する前記サブストレートの表面上に配置される、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項１１】
タッチスクリーンシステムにおけるＲＦ干渉によるタッチ位置決定誤差に対する感受性を減少させる方法であって、
サブストレート上に配置されるタッチ感知層を含み、および後部シールドを欠いている、前記タッチスクリーンシステム内のタッチセンサを提供すること、
実質的に等しい信号を複数のタッチ信号駆動部および補助駆動部に印加するように構成され、さらに前記タッチ感知層に結合されたタッチに応答して受信した信号に基づいてタッチ入力位置を決定するように構成されている、前記タッチセンサに結合されるコントローラ電子装置を提供すること、および
対応コンデンサを経由して各タッチ信号駆動部を補助駆動部に個々に接続することを備えた方法。
【請求項１２】
後部シールドを欠いている容量性タッチセンサでの後部シールドの影響をシミュレーションする方法であって、
複数のタッチ信号駆動ラインの各々を補助駆動ラインへコンデンサによって接続すること、および
実質的に等しい信号をタッチ信号駆動ラインおよび補助駆動ラインに印加することを備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチスクリーンおよびタッチスクリーンにおけるＲＦ感受性を減少させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチ入力装置は、コンピュータ、ビデオゲーム、公衆情報キオスク、自動車のナビゲーションシステムなどのような電子システムとユーザーが対話するための、便利でかつ直観的な方法を提供することができる。これらのシステムの多くは、タッチセンサを通じてディスプレイが見えるように、タッチセンサの背後に非常に接近して配置されたディスプレイを含んでいる。様々なタッチセンシング技法には、容量式、投影型容量式、抵抗式、表面弾性波式、および赤外線式として当該技術分野において既知のものが挙げられる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明では、タッチスクリーンサブストレートに配置されたタッチ感知層（touch sensitive layer）、多数のタッチ信号駆動部と補助駆動部に対し実質的に等しい信号を加えるように構成されたコントローラ電子装置を含み、各タッチ信号駆動部が対応するコンデンサによって補助駆動部に結合されたタッチスクリーンシステムを開示する。さらに、コントローラ電子装置は、タッチ感知層（touch sensitive layer）に結合されたタッチに応答して受信した信号に基づいてタッチ入力位置を決定するように構成される。複数のタッチ信号ラインは、タッチ信号がコントローラに伝達されることができるようタッチ信号駆動部をタッチ感知層に結合される。対応コンデンサ（associated capacitor）は、ＲＦ干渉に起因するタッチ位置決定の誤差に対する感受性を減少させるように選択することができ、ある実施例では、タッチスクリーンサブストレートの上に、タッチ感知層へのコントローラ電子装置接続する電気的テール部上に、コントローラ電子装置とは分離している基板上に、コントローラ電子装置、その他の関連する基板上に配置することができる。後部シールドのないタッチスクリーンにおけるＲＦ感受性を低下させることに加えて、コンデンサは後部シールドを含むタッチスクリーンにおけるＲＦ感受性をさらに低下させるよう機能することができる。
【０００４】
また、タッチスクリーンシステムにおけるＲＦ干渉に起因するタッチ位置決定誤差の感受性を減少させるための方法が、開示される。本方法には、サブストレート上に配置されるタッチ感知層を含み、および後部シールドを欠いている、前記タッチスクリーンシステム内のタッチセンサを提供する工程、実質的に等しい信号を複数のタッチ信号駆動部および補助駆動部に印加するように構成され、さらに前記タッチ感知層に結合されたタッチに応答して受信した信号に基づいてタッチ入力位置を決定するように構成されている、前記タッチセンサに結合されるコントローラ電子装置を提供する工程、および対応コンデンサを経由して各タッチ信号駆動部を補助駆動部に個々に接続する工程、が含まれる。
【０００５】
また、後部シールドを欠いた容量タッチセンサで後部シールドの効果をシミュレーションする方法であって、複数のタッチ信号駆動ラインの各々を補助駆動ラインへコンデンサによって接続すること、および実質的に等しい信号を信号駆動ラインおよび補助駆動ラインに印加することを含む方法が開示される。
【０００６】
上記の概要は、クレームされている発明の各々の実施形態またはあらゆる実施を制限または記載するものではない。本発明の利点及び効果、並びに本発明に対する一層の理解は、添付図面と共に下記の詳細な説明及び請求項を参照することによって明らかになり、理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の教示は、放射無線周波数（ＲＦ）妨害に対してタッチインプットシステム、特にＲＦ感受性を低下させるであろうシールド層を欠いた特に容量性タッチセンサを組み込んでいるタッチインプットシステムの感受性を低下させるために使用することができ、さらに、後部シールドを含むタッチインプットシステムにおけるＲＦ感受性もまた低下させることができる。ＲＦ感受性を低下させる傾向のある後部シールドのこの効果は、例えば、センサ層タッチ信号駆動部に後部シールド駆動部（または後部シールドを欠いたタッチスクリーンシステムの補助駆動部）を結合するコンデンサを用意して、センサ層と後部シールドとの間に発生し、少なくとも一部のＲＦ信号をキャンセルするよう作用する容量結合をシミュレーションすることによりシミュレーションすることがでる。ＲＦ感受性を低下させることにより、ＲＦ干渉に起因するタッチ位置誤差が低下する。
【０００８】
タッチスクリーンコントローラは、電源ケーブル、ビデオケーブル、シリアルケーブルまたはＵＳＢケーブルに導通するＲＦに、およびタッチスクリーンに放射されるＲＦに影響されやすい。特に、後部シールド層のない容量性センサに接続された特定の容量性タッチスクリーンコントローラは、後部シールド層のある容量性センサに接続された同じコントローラと比較して、ＲＦに対する感受性が約２倍であり得ることが認められた。明確にするために、および一般性を失わないために、容量性タッチスクリーンの例があとに続く説明で使用されるが、この教示はＲＦ干渉に起因する誤差に対し感受性を有するその他のタイプのタッチスクリーンに適用することができることを、読者は理解されるであろう。
【０００９】
後部シールドは、容量性タッチスクリーンのタッチ感知表面に、ナノファラッド（ｎＦ）の容量をもたらす。後部シールドは、通常、タッチスクリーンの裏面（ディスプレイに面する）表面に透明な伝導性のコーティングとして設けられる。後部シールドは、タッチスクリーンコントローラの後部シールド駆動部に接続される。後部シールド駆動部は、タッチ感知層に対して駆動するコーナーに送られる信号（タッチ信号）を複製する。後部シールドおよびコーナーの駆動信号が等しいので（すなわち同一波形、同じ電圧）、コントローラコーナー駆動部には、後部シールドからのいかなる余分な負荷もかからない。外部雑音信号がタッチスクリーンに注入される場合のみこの容量は検出され、かかる検出は、望ましくない外部雑音の影響を低下させるのを補助するために使用することができる。
【００１０】
後部シールドがない場合、ＲＦ信号は容量性タッチスクリーンコントローラの４つのコーナー入力に、直接結合することができる。このＲＦ信号は４つの全入力に同等に作用し、「コモンモード」信号と呼ばれる。かかるコモンモード信号は、通常、コントローラからは雑音とみなされず、したがってタッチ位置決定に望ましくなく含まれ、誤差をもたらす。ユーザーが容量性タッチスクリーンにタッチした時、ユーザーはＲＦ信号に対する負荷になり、タッチスクリーンの各コーナーから電流を集める。タッチ位置がまさにセンターでない場合、タッチの位置に応じて、ユーザーはタッチ位置に最も近いコーナーまたは複数のコーナーからより多くの電流を集め、差動ＲＦ信号がコントローラに現れる。このＲＦ信号は、信号電圧レベルおよび特定周波数に応じてタッチ位置でのオフセットを発生させる。
【００１１】
コントローラの後部シールド駆動部（後部シールドがない場合は補助駆動部）と各タッチ信号駆動部との間にフィルター容量を追加することによって、このＲＦ感受性をかなり低下させることができる。そうすることによって、たとえ後部シールドがタッチセンサ上に存在しない場合でも、付加されたコンデンサが、もしあればタッチスクリーン後部シールドが発生するであろう容量をシミュレーションするように動作する。
【００１２】
図１は、容量性タッチスクリーンシステム１００の概略ブロック図を表し、システム１００は、タッチセンサ層１１０および後部シールド層１２０、並びにタッチスクリーンを通して可視できるように配置されたオプションのディスプレイデバイス１９０を含む。タッチスクリーンコントローラ１３０によって、４つのコーナー駆動部１１２Ａ〜１１２Ｄを経由して信号がタッチセンサ層１１０に印加され、および後部シールド駆動部１１４を経由して信号が後部シールド１２０に印加される。後部シールド１２０は、４つのコーナー駆動部１１２Ａ〜１１２Ｄと同じ波形および電圧（すなわち等しい信号）で駆動される。ユーザー１４０によってタッチ感知層１１０に容量的に結合されたタッチ１４２が、タッチ感知層１１０の各コーナーを介して電流を集め、その電流量はタッチ位置とコーナーとの間の距離と比例関係にある。コントローラ１３０は、タッチ位置を決定するためにこの情報を使用することができる。
【００１３】
ＲＦ干渉感受性を決定するために誘導無線周波数免疫性（ＣＲＦＩ）テストを実施することができる。ＣＲＦＩテストでは、ある範囲（例えば１５０ｋｈｚから８０ｋｈｚ）にわたるいろいろな周波数の制御されたレベルのＲＦ電圧（商用仕様ごとに３Ｖ／ｍ）が、コントローラ電源および信号線に別々におよび同時に注入される。コントローラがディスプレイデバイスハウジング内に取り付けられているので、ＲＦはまた、ディスプレイのビデオおよび電源ケーブルに注入されることが可能である。次にタッチスクリーンは、ユーザーによって操作され、連続的な垂直および水平のラインを描く。周波数がある範囲、例えば０．１％刻みでステップするとき、ライン位置のどんな偏差もモニターされる。不良状態は、許容量以上、例えばスクリーン対角線の＋／−１％以上のラインの偏差に基づいて定義することができる。感知周波数点が観察された場合、手動で周波数を調節してピーク偏移を見つける。
【００１４】
再び図１を参照すると、ＣＲＦＩテストの間、共通グラウンド１３６は様々な周波数および３Ｖ／ｍのＲＦ信号１３４によって駆動される。ＲＦがすべてを同等に駆動するという点で、ＲＦはコモンモード信号である。共通グラウンド１３６、コーナー駆動部１１２Ａ〜１１２Ｄ、および後部シールド駆動部１１４は全て同じＲＦ信号を有する。ユーザー１４０がスクリーンをタッチすると、ユーザーはアース１３２に参照され、それはコントローラ１３０へのタッチ信号と同様にＲＦ信号１３４への負荷として作用する。ユーザーがスクリーンにタッチするまで、ＲＦは信号とみなされない。タッチが発生すると、コーナー駆動部に作用しているＲＦ信号にスクリーンのタッチ位置でのオフセットが生じ、ＲＦが全てのコーナーで同様に作用するので、オフセットは外見上のタッチ位置がスクリーンのセンターの方へ移動するように作用する。しかしなから、例えば図１で示される、後部シールドを有する容量性タッチスクリーンでは、タッチセンサ層１１０と後部シールド層１２０との間の容量は、ＲＦ干渉に対して低インピーダンスとして作用する。ＲＦ電流は、タッチ信号コーナー駆動部によって、およびさらにタッチスクリーン後部シールドの結合容量を経由して後部シールド駆動部によって供給される。このデバイダー動作は、コーナー駆動部に入るＲＦを低下させ、およびＲＦ干渉による位置オフセットを減少させる。
【００１５】
一部の容量性タッチスクリーンでは後部シールドを利用しないが、その場合でもなお後部シールド駆動部をサポートする電子装置プラットホームを利用することができる。かかるタッチスクリーンにおいては、比較的大きなタッチ位置オフセットが観察されるようにＲＦ信号の全てがコーナー駆動部から見える。このオフセットは、スクリーンの端又はその近くでタッチまたはトレースされる場合に最大であり、センター近くで減少する。本発明では、外部からコンデンサをコントローラに追加でき、それが後部シールド駆動部を各コーナー駆動部にそれぞれ接続し、タッチスクリーン上の後部シールド容量をシミュレーションする。これらのコンデンサはＲＦ信号に低インピーダンス経路を提供し、それによってタッチスクリーンコーナーへのＲＦ誘導電流が減少し、それに応じてタッチ位置オフセットが減少する。
【００１６】
図２は、任意のディスプレイデバイス２９０の前に配置されるタッチスクリーンのタッチ感知層２１０を含む容量性タッチスクリーンシステム２００の略ブロック図を表し、タッチスクリーンは後部シールドを含まない。コントローラ２３０は、コーナー駆動部２１２Ａ〜２１２Ｄを経由してタッチ感知層２１０に接続している。このコントローラも、もし後部シールドを有する場合はタッチスクリーンに対して後部シールドを駆動するであろう補助駆動部２１４を含む。このように、補助駆動部は、コーナー駆動部に実質的に等しい信号で駆動される。各コーナー駆動部２１２Ａ〜２１２Ｄは、コンデンサ２１８Ａ〜２１８Ｄを経由して補助駆動部２１４に接続される。また、図２には、タッチ２４２を加えるユーザー２４０が示され、タッチ２４２は、タッチセンサ層２１０、アース２３２、ＲＦ信号２３４、およびシステム共通グラウンド２３６に容量結合される。
【００１７】
例として、商標表記ＥＸＩＩで、３Ｍタッチシステム社（3M Touch Systems, Inc.）から入手可能な電子装置のようなタッチスクリーンコントローラ電子装置に接続された、後部シールドのない１７インチ（４３．２ｃｍ）の対角容量性タッチスクリーンに対して、コーナー駆動部と後部シールド駆動部の間に、約１０００ｐＦ〜３０００ｐＦ、好ましくは約１５００のｐＦの容量を有するコンデンサを追加すると、後部シールドによって供給されるであろう容量を十分にシミュレーションすることができる。この追加容量は、それがコーナー駆動部と補助（すなわち後部シールド）駆動部との間で同一の、またはほとんど同一の、波形で駆動される場合、コントローラには負荷とみなされず、追加電力が必要なく、および、タッチからの負荷だけが追加コンデンサによって駆動される。商標表記マイクロタッチ−クリアテックＩＩ（MicroTouch‐Cleartek II）（商標）で３Ｍタッチシステム社から入手可能な、後部シールドを有さず、ＥＸＩＩコントローラのコーナー駆動部と後部シールド駆動部との間の１５００Ｐｆコンデンサを利用する容量性１７インチ（４３．２ｃｍ）のタッチスクリーンを、通常のＲＦテスト電圧の２倍（すなわち６Ｖ／ｍ）までテストし、ＣＲＦＩテストに合格した。かかる性能は、後部シールドを備えた典型的な容量性タッチスクリーンの性能より優れ、および、本発明に記載の追加コンデンサもまた、後部シールドを含むタッチスクリーンシステムの性能を向上させるために使用可能である。
【００１８】
ＥＸ  ＩＩコントローラは、容量を測るために狭い帯域信号を使用し、このためコントローラ動作の基本周波数の高調波に影響されやすい。コントローラの最大の高調波を見つけるために、ＲＦ周波数帯で０．１％刻みの増加でＲＦ感受性テストを行う。テストは、影響が最大となり共振が見られるようにＲＦ周波数を調整することを必要とする。かかる影響を低減させるためにいくつかの回路コンポーネントをＥＸ  ＩＩコントローラに内蔵させ、かかるコンポーネントは、グラウンドに接続されたデカップリングコンデンサーおよび各コーナー駆動部上の直列接続されたフェライト素子を含む。ＥＸ  ＩＩ  ＡＳＩＣでＲＦ信号が受信される前に、これらの回路素子がＲＦ信号を減少させるのを助ける。後部シールドを有する容量性タッチスクリーンで使用される場合には、これらの回路で十分である。
【００１９】
図３は、タッチスクリーンコーナー駆動部３１２Ａ〜３１２Ｄ、後部シールド駆動部３１４、および後部シールドのＲＦ減少影響をシミュレーションするために後部シールド駆動部と各対応するコーナー駆動装部との間に追加されるコンデンサ３１８Ａ〜３１８Ｄを含む回路の一部の略図である。また、すでにＥＸ  ＩＩコントローラ内にある標準のフェライトおよび１００Ｐｆフィルターコンデンサーのようなフェライト３１７Ａ〜３１７Ｄおよびデカップリングコンデンサー３１９Ａ〜３１９Ｄがコーナー駆動回路内に示される。
【００２０】
図４には、電子装置テール４４０からコーナー電極４１３Ａ〜４１３Ｄへ導かれるコーナー駆動ライン４１２Ａ〜４１２Ｄを含むタッチセンサ４１０が示される。コーナー電極は、センサ面を横切って線形電界を与えるように設計された電極パターン（図示せず）に信号を供給する。また、テール４４０およびセンサ４１０は補助駆動ライン４１４を含む。テールは、コントローラ電子装置（図示せず）と結合するためにコネクタ４４２を含むことができる。本発明では、コーナー駆動部を補助駆動部に接続して後部シールド容量をシミュレーションするためにコンデンサが使用される場合、そのコンデンサは、タッチセンササブストレート上（例えばテール４４０がセンサに結合する場所の近く）、テール４４０上、コネクタ４４２内、テール４４０とコントローラ電子装置との間（例えば拡張回路基板上、屈曲回路、コネクタ、その他）、または、直接コントローラ電子装置ボード上、を含むいろいろな位置に配置することができる。１つの典型的な実現例には、コントローラボードの裏側に表面実装コンデンサを取り付けることおよびセンサコネクタの該当ピンへの配線が含まれる。
【００２１】
本発明の多様な実施形態を例証と説明の目的で述べてきた。それは、包括的であることも、開示されたまさにその形態に本発明を限定することも意図していない。以上の教示を考慮すれば、多くの修正形態及び変形形態が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によって制限されず、むしろ添付の特許請求の範囲によって制限されるものとする。
【００２２】
本発明は様々な変更例及び代替形状が可能であるが、その具体例を一例として図面に示すとともに詳細に説明する。しかし本発明を説明する特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解されよう。逆に、添付の請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく、あらゆる変更、均等物、および代替物を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】後部シールドを含む容量性タッチスクリーンシステムの概略図。
【図２】もしあれば後部シールドによって与えられるであろう容量をシミュレーションするためにコントローラ電子装置の補助駆動部に接続されたコンデンサを含む容量性タッチスクリーンシステムの概略図。
【図３】タッチスクリーンコントローラのコーナー駆動部および補助駆動部との間の容量性接続の略回路図。
【図４】コーナー駆動ラインおよび補助駆動ラインを有するタッチセンサおよび電子装置テールの概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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