(57)【要約】装置のタッチセンサとともに使用するための、対称的な電気的相互接続付きの容量性タッチセンサ（３００）が開示される。タッチセンサはいくつかのセンサバー（３１０）を含み、リード線（３４０、３４５）の一意の対が各センサバーに結合される。相互接続は個々のセンサバーの間に決して設けられない。センサバーはほぼ透明であり、インジウム錫酸化物を含む。タッチセンサはスクリーンに、またはそれに近接して配置されうる。また、タッチ位置を決定するのに使用する信号を供給するためのシステムが開示される。タッチセンサは電界を受信し、タッチを受信し、そしてタッチに因る電界の変調を表す信号を供給し、そこでは変調はタッチ位置の関数であり、信号は、制御装置がタッチ位置を決定するために使用するのに適している。
2005531201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の表面に近接して使用するための容量性タッチセンサであって、
複数のセンサバーと、
複数の対のリード線と、
を備え、各センサバーは第１端部および第２端部を含み、一対のリード線のうちの１つのリード線がその第１端部で前記センサバーの１つに結合され、対の他のリード線がその第２端部で前記センサバーに結合され、さらにまた前記複数のセンサバーの各センサバーは、前記複数の対のリード線の異なる１つに結合される容量性タッチセンサ。
【請求項２】
前記センサバーがほぼ平行に配置される、請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項３】
前記センサバーがほぼ光学的に透明な材料をさらに含む、請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項４】
前記センサバーがインジウム錫酸化物をさらに含む、請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項５】
視覚装置がタッチパッドである、請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項６】
前記タッチセンサが表示面に配置されるように構成される、請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項７】
前記複数のセンサバーが概ね第１方向に縦に配置され、前記複数のセンサバーは第１側部と第２側部によってその第１方向に境界が定められ、さらにまた前記第１側部および前記第２側部は前記第１方向に略平行であり、
第１グループの前記リード線が前記第１側部に沿って配線され、第２グループの前記リード線が前記第２側部に沿って配線され、前記第１グループのリード線の数と前記第２グループのリード線の数の合計は、前記複数のセンサバーの一端に接続されるリード線の数に略等しい、請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項８】
任意の１つのセンサバー用の前記一対のリード線が略等しい電気特性を有する、請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項９】
装置の表面に近接して使用するための容量性タッチセンサであって、
単一方向に配置される複数のセンサバーと、
複数の対のリード線と、
を備え、各センサバーが第１端部および第２端部を含み、対の各リード線が略等しい電気特性を有し、一対のリード線のうちの１つのリード線がその第１端部で前記センサバーの１つに結合され、前記対の他のリード線がその第２端部でセンサバーに結合され、さらにまた前記複数のセンサバーの各センサバーは、前記複数の対のリード線の異なる１つに結合され、
前記複数のセンサバーは前記装置の表面に配置されるように構成される容量性タッチセンサ。
【請求項１０】
前記センサバーがほぼ平行に配置される、請求項９に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項１１】
前記センサバーがほぼ光学的に透明な材料をさらに含む、請求項１０に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項１２】
前記センサバーがほぼ光学的に透明な材料をさらに含む、請求項９に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項１３】
前記センサバーがインジウム錫酸化物をさらに含む、請求項９に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項１４】
前記複数のセンサバーが概ね第１方向に縦に配置され、前記複数のセンサバーは第１側部と第２側部によってその第１方向に境界が定められ、さらにまた前記第１側部および前記第２側部は第１方向に略平行であり、
第１グループの前記リード線が第１側部に沿って配線され、第２グループの前記リード線が前記第２側部に沿って配線され、第１グループのリード線の数と前記第２グループのリード線の数の合計は、前記複数のセンサバーの一端に接続されるリード線の数に略等しい、請求項９に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項１５】
前記装置がタッチパッドをさらに含む、請求項９に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項１６】
装置の表面へのタッチの位置を決定するのに使用するための信号を与えるためのシステムであって、容量性タッチセンサを備え、
前記容量性タッチセンサは、
複数のセンサバーと、
複数の対のリード線と、
を備え、各センサバーは第１端部および第２端部を含み、一対のリード線のうちの１つのリード線がその第１端部で前記センサバーの１つに結合され、前記対の他のリード線がその第２端部でセンサバーに結合され、さらにまた前記複数のセンサバーの各センサバーは、前記複数の対のリード線の異なる１つに結合され、そして
前記容量性タッチセンサは、
電気信号を受信するタスク、
受信した電気信号に応答して電界を生じるタスク、
少なくとも１つのセンサバーに近接してタッチを受けるタスク、そして
タッチに起因する電界の変調を表す信号を供給するタスクを実行するように作動し、前記変調は前記タッチ位置の関数である、システム。
【請求項１７】
前記センサバーがほぼ平行に配置される、請求項１６に記載の複数のセンサバー。
【請求項１８】
前記センサバーがほぼ光学的に透明な材料をさらに含む、請求項１６に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項１９】
前記センサバーがインジウム錫酸化物をさらに含む、請求項１６に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項２０】
前記複数のセンサバーが概ね第１方向に縦に配置され、前記複数のセンサバーは第１側部と第２側部によってその第１方向に境界が定められ、さらにまた前記第１側部および前記第２側部は前記第１方向に略平行であり、
第１グループの前記リード線が前記第１側部に沿って配線され、第２グループの前記リード線が前記第２側部に沿って配線され、前記第１グループのリード線の数と前記第２グループのリード線の数の合計は、前記複数のセンサバーの一端に接続されるリード線の数に略等しい、請求項１６に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項２１】
前記装置がタッチパッドをさらに含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
装置の表面に近接して使用するために、対称的な電気特性を有する容量性タッチセンサを設けるための方法であって、
ほぼ平行に配置される複数のセンサバーを設ける工程であって、各センサバーは第１端部および第２端部を含む工程と、
各センサバーに対して一対のリード線を設ける工程と、
一対のリード線のうちの１つのリード線をその第１端部で前記センサバーの１つに結合し、前記対の他のリード線をその第２端部でセンサバーに結合する工程であって、さらにまた前記複数のセンサバーの各センサバーは、前記複数の対のリード線の異なる１つに結合される工程と、
を含む方法。
【請求項２３】
前記センサバーがほぼ光学的に透明な材料をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記センサバーがインジウム錫酸化物をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数のセンサバーが概ね第１方向に縦に配置され、前記複数のセンサバーは第１側部と第２側部によってその第１方向に境界が定められ、さらにまた前記第１側部および前記第２側部は前記第１方向に略平行であり、
第１グループの前記リード線が前記第１側部に沿って配線され、第２グループの前記リード線が前記第２側部に沿って配線され、前記第１グループのリード線の数と前記第２グループのリード線の数の合計は、前記複数のセンサバーの一端に接続されるリード線の数に略等しい、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
装置の表面に近接して使用するための容量性タッチセンサであって、
概ね第１方向に縦に配置され、第１側部と第２側部によってその第１方向に境界が定められる複数のセンサバーであって、さらにまた前記第１側部および前記第２側部は前記第１方向に略平行である複数のセンサバーと、
第１グループの前記リード線が前記第１側部に沿って配線され、第２グループの前記リード線が前記第２側部に沿って配線されるように、前記センサバーの２つの端部で結合される複数のリード線であって、前記第１グループのリード線の数と前記第２グループのリード線の数の合計は、前記複数のセンサバーの一端に接続されるリード線の数に略等しい複数のリード線と、
を備える容量性タッチセンサ。
【請求項２７】
前記装置がタッチパッドをさらに含む、請求項２６に記載の容量性タッチセンサ。
【請求項２８】
複数の個々にアドレス指定されたセンサバーを含み、複数の入力域に分割されるタッチセンサであって、各入力域は前記複数のセンサバーと異なる組のセンサバーと関連付けられるタッチセンサと、
前記タッチセンサによって発生した信号を受信し、少なくとも２つの同時に起きるタッチの位置を識別するように構成される制御装置であって、第１タッチが複数の入力域の第１入力域で起き、第２タッチが前記複数の入力域の第２入力域で起きる制御装置と、
を備えるタッチセンシティブ表示装置。
【請求項２９】
前記個々にアドレス指定されたセンサバーが異なる対のリード線に各々接続される、請求項２８に記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項３０】
前記タッチセンサによって発生する信号が、前記センサバーの１つ以上に容量結合されるタッチの実施に応答して生じる、請求項２８に記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項３１】
前記タッチセンサが近接場画像タッチセンサ装置を含む、請求項３０に記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項３２】
複数の入力域のうちの少なくとも２つが娯楽活動と関連するプレイ域を含む、請求項２８に記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項３３】
前記娯楽活動が電子的に実行されるゲームを含む、請求項３２に記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項３４】
プレイ域の各々が並んで配置される、請求項３３に記載のタッチセンシティブ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容量性タッチセンサアーキテクチャに関する。より詳細には、本発明は、何処で画面またはセンサがタッチされたかを示す、ほぼ正確な制御信号を提供できる容量性タッチセンサアーキテクチャに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチ画面は、情報をコンピュータシステムに入力する手段として、陰極線管（例えば、ＣＲＴ）および液晶表示画面（例えば、ＬＣＤ画面）など、種々の型の表示装置とともに使用される。表示装置の上に置かれる場合、タッチ画面は、ユーザが、所望のアイコンまたは要素に対応する位置で画面をタッチすることによって、表示されるアイコンまたは要素を選択することを可能にする。コンピュータおよび他の電子装置がどこにでも存在するようになるにしたがって、タッチ画面はより一般的なデータ入力インタフェースになりつつある。例えば、タッチ画面は現在、ワークショップ、倉庫、製造工場、レストラン、手持ち式の携帯情報端末、現金自動預払機、カジノゲーム機などで見られる。
【０００３】
タッチ画面の１つの型、容量性タッチ画面が、電界を各々生じる複数のセンサバー付きの容量性センサ回路を含む。多くの場合、しかし必ずではなく、センサ回路は、ガラス枠のような、光学的に透明な保護材料を張り付けられる。１つ以上のセンサバーに近接してのタッチが電界を変化させ、信号を生じる。この信号は、センサ回路を制御装置に電気的に接続するリード線のネットワークを用いて、センサバーから制御装置へ通る。制御装置は信号を解明して、画面上のタッチの位置を決定する。次いで、位置のＸ-Ｙ座標が、さらなる処理のために別のプロセッサへ、例えば、画面上に表示、選択される項目の命令を入力するためにコンピュータへ伝えられる。
【０００４】
従来の容量性タッチセンサのアーキテクチャが、タッチの位置を正確に解明する能力に影響する。従来、複数のセンサバーを制御装置に接続する各リード線が、複数のセンサバーに接続される。従って、単一のリード線の単一の信号が単一センサバーより多くの上でのタッチを示し得る。従来のタッチセンサ設計が、片側の複数のリード線にある信号と他の側の複数のリード線にある信号との比較を可能にする接続レイアウトを用いる。この比較は、制御装置が複数のセンサバーのうちのどれがタッチを実際に受けたかを解明することを可能にする。換言すれば、タッチセンサの片側にある信号が、他の側にある信号と連動して各センサバーを一意的に規定するように、従来のタッチセンサは異なる組のリード線をセンサバーの各側に結合する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タッチ画面の設計者が、製造者にとって経済的であり、かつタッチ位置を正確に定めるであろう、タッチ画面およびセンサ回路の問題に直面する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は改良型容量性タッチセンサを提供する装置および方法が狙いである。本発明は画面上に配置するために構成される複数の平行なセンサバーを含む。一態様では、本発明は、各センシングバーがリード線の一意の対に接続される対称なアーキテクチャを提供し、そこではセンシングバーの片側が１対のリード線の１リード線に接続され、センシングバーの他の側が１対のリード線の他のリード線に接続される。
【０００７】
別の態様では、本発明はタッチセンサの両側のリード線によって占められる空間を減らすように設定される。本発明は、タッチセンサの２つの対向端に沿って配置されるリード線の合計がセンサバーの数に略等しいように、リード線を配置する。
【０００８】
さらに別の態様では、第１グループのリード線におけるリード線の数が、第２グループのリード線におけるリード線の数にほぼ等しい。タッチセンサのセンサバーは尾部に平行に方向を合わせる。リード線をセンサバーの一端からタッチセンサの両側に沿って配線することによって、ホスト装置がタッチセンサのサイズを減らさずに小さくされるか、或いはタッチセンサはホスト装置のサイズに影響せずに少し大きくされるように、タッチセンサの両側に必要な空間の量が減らされる。
【０００９】
上述の態様および本発明の付随する利点の多くが、同じことが、添付図面（これらは略図であり、スケール変更されていない）と併せて理解されるとき、次の詳細な説明を参照してより良く理解されるようになるので、より容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の例示的な実施形態についての次の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。詳細な説明および図面は、本発明が実施される特定の例示的な実施形態を示す。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施可能なように詳細に説明される。本発明の精神または範囲を逸脱せずに、他の実施形態が用いられ、他の変更が行われることを理解すべきである。従って、次の詳細な説明は制限的な意味で理解されるべきではないし、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲によってだけ規定される。
【００１１】
本明細書および特許請求の範囲を通じて、文脈が別様にはっきりと示さない限り、次の用語がここで明確に関連付けられる意味を有する。「一つの」および「その」の意味は複数の参照を含む。「の中に」の意味は「の中に」および「の上に」を含む。図面に関して、同じ数字が全図面を通じて同じ部品を示す。さらに、特に明記しない限り、または本開示と矛盾しない限り、単数に対する参照が複数に対する参照を含む。
【００１２】
簡単に述べると、本発明は、複数のセンサバーの各々との別々のリード線接続を有する、容量性タッチセンサアーキテクチャに関する。本発明はタッチ位置の正確な解明を可能にする。センシングバーに沿った座標が、タッチしたセンシングバーから受信した左右信号の比によって決定される。センサバーおよびそのリード線の左右部分間の電気的特性の不均衡が、比の誤差を生じることがあり、タッチ位置の決定に悪影響を及ぼす。本発明のタッチセンサアーキテクチャは、各バーをリード線の一意の対に接続することによって、センサバーおよびそのリード線の対称または均衡した電気的特性を提供する。タッチしたバーおよびその一意のリード線からの電気信号が、任意の適切な方法によるタッチ位置の決定のために制御装置に利用できる。
【００１３】
図１は容量性タッチセンサの動作の一般的原理を示す略図である。図１で、タッチ画面システム１００は、タッチセンサ１０１、制御装置１２２、およびコンピュータ１２６を含む。この特定の実施形態では、タッチセンサ１０１は、標準ガラス層に加えて、本発明によって構成されるような容量性タッチセンシング層を含む。
【００１４】
動作において、制御装置１２２は励起波形をタッチセンサ１０１の容量性タッチセンシング層へ供給して、電界を容量性タッチセンシング層内に生じる。タッチセンサ１０１がタッチされるか、または密接に接近される場合、検出可能な変化または変調が、指先とタッチセンシング層との間の容量性結合に因って、電界に起きる。電界の変化または変調が、タッチセンサ１０１に対する物体の近接性および位置に比例する信号を生じる。電界の変化を反映する信号が制御装置１２２によって感知される。制御装置１２２はいくつかの方法の１つによってタッチを解明して、タッチの位置を表す１組のデカルト座標を得る。位置グラフ１４０は、タッチセンサ１０１へのタッチの実際の位置のグラフ的表現である。タッチ位置の座標が画面に表示され、タッチされるコマンドの実行のために、別の装置に、例えばコンピュータ１２６に与えられる。本明細書、特許請求の範囲、および図面を通じて、「タッチ」は、容量性結合が起きるほど物体がタッチセンサ１０１に近接して、従って電界の変調を起こす場合に、起きると考えられる。物理的接触が起きなくてもよい。物体は、体部位（通常、指）、または無生物（通常、スタイラス）のような、多くの導電性物質のいずれかである。
【００１５】
図２は本発明の一実施形態による容量性タッチセンサを示す等角図である。この実施形態では、タッチ画面２００は、タッチセンサ回路２１８、センサ回路尾部２２０、第１素子２１２、第２素子２１６、および接着剤２１４を含む。
【００１６】
タッチ画面２００はいくつかの層を含む。第１素子２１２および第２素子２１６は、タッチセンサ回路２１８のための保護基板に相当する。これらの２つの素子は通常任意の非導電性物質であることがあり、化学的に強化されたガラス枠、強化ガラス枠、または類似の品質を備える他の透明な材料から製造される。タッチパッド実施のような、光学的透明性が必要でない応用では、第１素子２１２および第２素子２１６は光学的に透明またはガラスでなくともよい。プラスチックまたは他の非導電性材料のような、任意の適当な材料が使用される。さらに、いくらかの実施では、ポリエステルのような可撓性材料でできた第１素子２１２および第２素子２１６を作って、変形可能な、または可撓性のタッチセンサを得ることが望ましい。
【００１７】
接着剤２１４は第１素子２１２と第２素子２１６との間に配置される。タッチセンサ回路２１８は第２素子２１６上に配置され、センサ回路尾部２２０を通して他の回路と電気的に通信する。素子は、視覚的であろうとなかろうと、ＬＣＤ画面、ＣＲＴ画面、タッチパッド、またはその他の装置とともに使用するように適合されるサンドイッチ２１０を形成する。代替実施形態では、第２素子２１６なしで、タッチセンサ回路２１８は、ＬＣＤ画面、ＣＲＴ画面、または他の類似の視覚装置の表示面に直接固定されるか、または施される。
【００１８】
動作において、タッチセンサ回路２１８は、制御装置から電気信号を受信し、その結果として電界を生じ、第１素子２１２へのタッチを受信し、そしてタッチとタッチセンサ回路２１８との間の容量性結合に因る電界の変調を表す、センサ回路尾部２２０で出力される信号を供給する。
【００１９】
本発明によって可能になる利点により、タッチ画面設計者に対して追加された自由度が生じる。例えば、センサ回路の精度が向上したことにより、同じ分解精度を維持しながら、タッチセンサ回路２１８の上により厚い保護素子（例えば、第１素子２１２）の使用が可能になる。このため、本発明の実施が、交換不可能な保護素子よりも大きくなりがちである、交換可能または取外し可能な保護素子を用いて行われる。そのような実施は屋外売店などの分野で特殊な利用があり、そしてそこで気候または破壊行為が、多くの場合タッチ画面の外側の保護素子に損傷を起こす。本発明によって、いかなる顕著な性能劣化も無しにタッチセンサを覆う、より厚い交換可能な保護素子を提供することが、より費用効率が高く、実用的になる。
【００２０】
図３は、タッチセンシティブ画面で使用するための例示的なタッチセンサ回路３００を示す、本発明の一実施の略図である。図３で、タッチセンサ回路３００は、複数のセンサバー３１０、個々の「ａ」側リード線３２１ａ〜３２９ａを含む１組の「ａ」側リード線３４０、個々の「ｂ」側リード線３２１ｂ〜３２９ｂを含む１組の「ｂ」側リード線３４５、および表示面の外周３６０を含む。
【００２１】
さらに具体的に言えば、タッチセンサ回路３００は、表示面の外周３６０の片側から他の側へ亘る、いくつかのタッチセンシティブ・センサバー３１０（「バー」）を含む。代替実施形態では、複数のセンサバー３１０の個々のセンサバーは、ほぼ平行であるか、あるいは言い方を変えれば、縦に方向を合わせられるか、または単一方向に配置される。センサバー３１０はバーの長さにわたってほぼ線形である電気的特性を有することが好ましい。それらは、光学的に透明な応用のためにインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から構成されるが、任意の適当な導電性材料から構成されることが好ましい。任意の応用で用いられるバーの数が個々の応用の設計パラメータによって変化し得る。図３は９つのバー３２１〜３２９を有する実施形態を示す。
【００２２】
代替実施形態では、センサバー３１０の個々のセンサバーは、外周の内側に均一に配置される導電性材料付きの長方形以外の種々の構成および形状であり得る。例えば、個々のセンサバーは、導電性外周、および外周内に非導電性領域を含むこともあり得る。センサバーはタッチに応答して入力信号を発生できる任意の形状であり得て、信号はタッチ位置を表す。
【００２３】
本発明に従って、各センサバー３１０は導電性リード線のそれ自体の一意の対に接続される。リード線は、ワイヤ、トレース、あるいはバーを制御装置（１２２、図１）に接続するための他の回路または装置であり得る。例えば、バー３２４がその第１端部でリード線３２４ａに接続され、その第２端部でリード線３２４ｂに接続される。次いでリード線３２４ａおよび３２４ｂは制御装置、例えば制御装置１２２、図１に接続される。一実施形態では、「ａ」側リード線３２１ａ〜３２９ａおよび「ｂ」側リード線３２１ｂ〜３２９ｂは、制御装置への接続のための導電性コネクタを有するセンサ回路尾部２２０に集められる。センサ回路尾部２２０に集められるのが図２に示されるけれども、どんな手段でも線を制御装置に接続するのに充分であるであろう（図示せず）。一般に、線は実際に任意の導電性材料、例えば、銅、銀、金などから作られる。線が膜に印刷される場合、膜は導電性材料と反応しないことが好ましい。
【００２４】
説明を簡単にするために、任意の個々のバーの各側部に接続されるリード線が同じ記号表示を有する。「ａ」側リード線３４０はタッチセンサ回路３００の片側にあり、「ｂ」側リード線３４５は図３の他の側にある。各センサバー３２１〜３２９はリード線のそれ自体の一意の対によって制御装置に接続される。例えば、センサバー３２４の端部がリード線３２４ａおよび３２４ｂによって制御装置に接続される。決して他のバーはリード線３２４ａまたは３２４ｂに接続されない。本発明のこの特徴は、１対のリード線上にある信号が、タッチを受ける個別センサバーであると直ぐに解明され得るように、各センサバーが一意的にアドレス指定されることを可能にする。図３は、センサバー３１０およびそれらの一意のリード線が対称に、かつリード線の各対のための「ａ」側リード線および「ｂ」側リード線は同じセンサバーの両端に接続するように配置されることを示す。この説明のために、互いに隣接するバーは「隣接するもの」と呼ばれる。センサバー３１０のピッチおよびサイズが、どんなバーへのタッチもバーの第１および第２に最も近い隣接するものに相応な信号を生じるように選択される。
【００２５】
動作において、リード線３４０および３４５は励起波形を制御装置から受信し、それをセンサバー３１０へ供給し、これはその結果として電界を発生する。タッチセンサ回路３００はセンサバー３１０の１つ以上へのタッチを受信し、それに応じて一意のリード線３４０および３４５の１つ以上の対で信号を供給する。信号はタッチとセンサバー３１０の１つ以上との間の容量性結合に因る電界の変化を表す。
【００２６】
あらゆるバーおよびそのリード線はその他のセンサバーまたはリード線に接続されないので、バーの領域内のタッチセンシティブ画面へのタッチ、例えばバー３２８近くのタッチ３４６が、その他のバーまたは線と無関係である、そのバーに接続される線の対（例えば、線３２８ａおよび３２８ｂ）で信号を生じるであろう。さらに、タッチ３４６は隣接するバー（３２７および３２９）に結合する。そのようなときは、タッチはそれに接続されるそれぞれの線（３２７ａ−ｂ、３２９ａ−ｂ）で一意の信号を生じるであろうし、各信号はその他のバーまたは線と完全に無関係である。タッチセンサ回路３００を組み入れる画面へのタッチが、タッチしたバーで最大信号を生じ、タッチしたバーの隣接するものでより小さいまたは減少する信号を生じるはずである。従って、画面へのどんなタッチも、タッチの近くにあるバーに接続される、いくつかの線で一意の独自信号のパターンを生じるはずである。
【００２７】
後で明らかになるであろうように、本発明はまた、対称なアーキテクチャが各センサバーに対するリード線の一意の対を与えるので、タッチがＸ軸上の何処で起きたかを正確に解明する能力を可能にする。本発明はＸおよびＹの両方向で高い精度を可能にする。本発明はまた、信号を解析することによって、タッチがＹ軸上の何処で起きたかを解明して、タッチしたバーならびにタッチが起きた隣接するバーを識別する能力を可能にする。本発明のさらなる利点は、クロスオーバーまたは複数の接続が全く無いので、リード線は単一工程で形成され得ることである。図３は本発明の教えに従って作られるセンサ回路の一例を与える。
【００２８】
図４ａおよび４ｂは、本発明の代替実施形態によるタッチセンサの一部の略図である。図４ａは、タッチ画面システム４００の一実施の略図である。この実施は、表面４０５、キー４０７、側部部分４３０および４３５、ならびにタッチ画面を有する手持ち式装置４２０で具体化される。タッチ画面は、タッチセンサ回路４５０の容量性タッチセンサバー４１０（図４ｂに詳細）を有するタッチセンサ４０１から成る。タッチセンサ４０１は、図１に示すタッチ画面システム１００とほぼ同じように動作するように構成される。
【００２９】
手持ち式装置４２０は本質的に携帯情報端末（ＰＤＡ）、またはタッチセンサ４０１と装置の外周との間の側部部分４３０および４３５が設計上の制限に因って小さくされる他の装置であり得る。側部部分４３０および４３５のサイズが、説明を容易にするために図で誇張されていることを理解する必要があり、側部部分４３０および４３５の部分が、手持ち式装置４２０のサイズに対して小さいであろうことが想定される。図４ａに示す実施形態では、タッチセンサ回路は縦のタッチセンサバー４１０で方向付けられ、すなわちバーは側部部分４３０および４３５に略平行である。
【００３０】
図４ｂは図４ａに示すタッチセンサ４０１に関するさらなる詳細を示す。タッチセンサ回路４５０は、複数のセンサバー４１０、「ａ」側リード線４２１ａ〜４２６ａ、「ｂ」側リード線４２１ｂ〜４２６ｂ、センサバー４２１〜４２６、表示面外周４６０（破線のボックスによって示す）、第１グループのリード線４７０、および第２グループのリード線４８０を含む。
【００３１】
より具体的に言えば、タッチセンサ回路４５０は、外周線４６０によって示す、タッチセンサ４０１に跨る複数のセンサバー４２１〜４２６を含む。センサバー４１０はほぼ平行であり得る。代替実施形態では、センサバー４１０は、必ずしもほぼ平行ではなく、縦に方向付けられるか、または単一方向に配置され得る。タッチセンサ回路４５０は、リード線４２１ｂ〜４２６ｂは第１グループのリード線４７０および第２グループのリード線４８０にグループ化されることを除いて、図３のタッチセンサ回路３００とほぼ同様に構成される。第１グループのリード線４７０および第２グループのリード線４８０は、（ｉ）それらはセンサバー４１０とほぼ平行であり、（ｉｉ）それらは画面外周４６０の２つの対向部（第１側部および第２側部）にあり、（ｉｉｉ）第１グループのリード線４７０および第２グループのリード線４８０のリード線の数の合計はセンサバー４１０の数と略等しいように配線される。
【００３２】
一実施形態では、第１グループのリード線４７０のリード線の数は、第２グループのリード線４８０のリード線の数とほぼ等しい。センサバー４２１〜４２６を手持ち式装置４２０の向きに対して縦に方向付けることによって、かつリード線をセンサバー４１０の一端からタッチセンサ４０１の両側部に沿って配線することによって、側部部分４３０および４３５に必要なスペースの量が、手持ち式装置４２０はタッチセンサ４０１のサイズを減らさずに小さくされるか、或いはタッチセンサ４０１は手持ち式装置４２０のサイズに影響せずに少し大きくされるように減らされる。換言すれば、このリード線構成は側部部分４３０および４３５を減らし、タッチセンサ４０１が手持ち式装置４２０の幅のより多くを占めることを可能にする。
【００３３】
図４ｂおよび４ｃに示す構成が、単一タッチを検出するだけではないことが望ましい娯楽活動で特段の応用性を有する。例えば、ゲーム装置が図４ｂに示すタッチセンサ回路４５０の実施によって構成されることもあり得る。ゲーム装置は別個のユーザ入力域をタッチ画面のいろいろな部分に与えることもあり得る。例えば、ゲーム装置は２人でプレイするゲームを別個の並んだプレイ域で支援する。別個のプレイ域の各々はセンサバー４１０のいろいろなバーを含む。この場合に、タッチが一意のリード線を有するセンサバーに信号を生じるであろうから、２つの別個の同時タッチ（各プレイ域で１つ）が容易に検出されることもあり、従って少しの不明確さもない。
【００３４】
あるいは、図４ｃに示す構成が説明したばかりの応用と類似の応用で使用されることもあり得る。この例では、２つの入力域（４９３、４９４）を有するタッチセンサ４９０が設けられる。この実施では、各入力域（４９３、４９４）は６つの個々にアドレス指定されたセンサバーを含み、各センサバーはリード線の一意の対に接続される。左側の入力域４９５のセンサバーが、上述の方法で第１組のリード線の対４９７に接続される。同様に、右側の入力域４９４のセンサバーが、第２組のリード線の対４９８に接続される。各入力域のためのリード線が同じまたは別の制御装置に接続される。各入力域（４９３、４９４）はまさに、見掛けの単一タッチセンサ４９２を形成するために並んで取り付けられる、個別に組み立てたタッチセンサユニットである。この構成では、２つの別個のタッチ（例えば、タッチ４９５およびタッチ４９６）が同時に起きるけれども、互いに区別される。この構成は図４ｃのタッチセンサ４９０を、タッチセンサ４９０への複数のタッチが同時に起きそうである、例えば、複数のユーザがゲームする環境における応用に特に良く適するようにする。これらは本発明によって可能になる特殊な実施の多くの例のうちの少数にすぎない。
【００３５】
図５は、本発明と関連して動作する制御装置がタッチによって生じる信号からＸ軸座標を解明できる、本発明の態様を示す。タッチセンサ５００の構成および動作は、図３に示すタッチセンサ回路３００とほぼ同様である。図５は、センサバーまたはその近くへのタッチТ１、ならびにセンサ回路の外周近くでの２つの代替タッチТ２およびТ３を示す略図である。
【００３６】
本発明によって与えられる座標解明の方法を理解するために、タッチが、タッチからの距離によって、所定のバーで最大信号を、それに隣接するバーで弱い信号を生じることを認識することが重要である。これらの信号のグラフ式表現が、バーと同じ順序でプロットされる場合、タッチからの距離の関数として低下する信号の強度に因る或る形状を有する。図５において、タッチТ１〜Т３は、人体の一部、スタイラス、または他の適当な装置によるタッチセンサ５００へのタッチを表す。タッチТ１はセンサバー３２３と３２４との間に大雑把に置かれる。タッチТ２は概ねセンサ回路５００の外周におけるセンサバー３２９上にある。タッチТ３は概ねセンサ回路５００の外周近くのセンサバー３２１と３２２との間にある。
【００３７】
Ｘ座標は左右信号の比によって決定される。タッチセンサアーキテクチャの対称性がＸ座標を解明するのに利点を与える。物理的中点（センサバーの一端からその他端までの距離の半分）で、バーおよびそのリード線の「ａ」側のインピーダンスは、バーおよびそのリード線の「ｂ」側のインピーダンスに略等しいであろう。従って、タッチのＸ座標位置が、センサの片側のリード線における他の側のそれに対する相対的信号強度を評価することによって、決定される。
【００３８】
任意の受理できるアルゴリズムが、例えば、タッチを受けるバーの両側に接続される線に在る信号の相対強度の比較に基づいて、Ｘ座標を割り当てることによって、Ｘ座標を決定するために実施される。例えば、タッチТ１のＸ座標は制御装置内のソフトウェアで次式を実施することによって決定される。
【数１】
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ここで、線３２４ａで感知されるとき、第１側部信号はバー３２４からの信号に合致する値に等しく、線３２４ｂで感知されるとき、第２側部信号はバー３２４ａからの信号に関する値に等しい。Ｘスパンはタッチ画面の片側から他の側までのＸ方向の距離に合致する。代替案では、第１側部信号および第２側部信号は所定数のバー３１０の最強信号の合計によって生じる値である。あるいは、第１側部信号および第２側部信号は最強信号の１つ以上に等しいか、またはそれから導出される、その他の値である。上式は第１側部信号の信号全体に対する比である重み係数を本質的に計算し、その重み係数をタッチ画面を横切る距離全体に適用して、Ｘ座標を計算することが理解されるであろう。当技術分野の他の技術もＸ座標を計算するために使用される。
【００３９】
Ｙ座標が異なる方法で計算される。図６ａ〜６ｃは、４つの隣接するセンサバーに対する図５に示すタッチに関する信号の大きさのプロットパターンを示す略図である。図６は、タッチセンサと連動する制御装置が、タッチを受けたバーを識別し、かつ所定数の線まで、１つ以上の線における最強信号を解析することによって、Ｙ軸座標を解明する本発明の態様を示す。制御装置は最強信号を有する線のグループを識別する。このグループの線における相対信号が、制御装置が主としてタッチされたバーを決定することを可能にする。
【００４０】
図６ａを参照すると、外側の最も隣接するものが弱く、タッチされたバーが強いので、信号強度または大きさのグラフ式表現が「バンプ」パターンのように見える。Ｙ座標は先ず最大信号を運ぶバーを識別することによって大雑把に決定され、最大信号と他の信号との間に内挿することによって微調整される。より具体的に言えば、図６ａに示すように、タッチТ１は図５に示すようにバー３２４に最も近接して起きた。接触はまた２つの隣接するバー３２２および３２３により弱い信号を生じた。最後に、別のバー３２５もまたより一層弱い信号を受ける。タッチТ１によって発生する信号パターンが図６ａに示すそれから少し逸れることもあるが、信号の大きさは最強信号を有するバーから減少する、「瘤」外観を通常有するはずであることが理解されるであろう。例えば、線３２４に接続されるバーが最強信号を有することもあり、その後に３２３、次いで３２２、次いで３２５が続く。多くの他の組合せもまた容易に明らかになるであろう。さらに、例えば、タッチが丁度２つのバーの間で起きた場合、２つのバーが同じ信号の大きさを有することも可能である。
【００４１】
同様に、センサ回路５００の外周上のバー（図５に示すような最上バーおよび最下バー）で、信号は画面の縁のバー（図５に示すバー３２１か、或いはバー３２９）で最強であり、タッチを受けるバーから離れる距離の関数として小さくなる。例えば、グループ内の各バーで識別できる信号の大きさは、接触が画面の最下または最上部分で受けられたかどうかによって、（それぞれに）上昇信号パターン（図６ｂ）または下降信号パターン（図６ｃ）を与える。例えば、タッチТ２は図６ｂに示す信号パターンを生じることもあり、タッチТ３は図６ｃに示す信号パターンを生じることもあり得る。
【００４２】
次の例、説明、および指針が、本発明によるセンサ回路を用いて、タッチの位置を解明するための手順の説明を与える。本明細書に述べる例、説明、および指針は例に過ぎず、本発明の精神および範囲を逸脱せずにある程度それることに留意する必要がある。
【００４３】
本発明を用いる７インチのタッチ画面がうまく製作された。それは既存のタッチセンサの設計よりも高いＸ座標精度を与える。本発明は中位から小さいタッチ画面、例えば、約９インチ未満のタッチ画面に適しており、高精度の分解能が望ましい任意の応用で用いられる。本発明が、多くの既存タッチセンサ設計、特に近接画像設計に関して多数のリード線を利用することが理解されるであろう。しかしながら、追加のリード線を配線するために必要である増大した部分は、前に説明した技術のいくつかによって改善されるか、或いは精度向上に関するトレードオフと単に考えられる設計配慮である。
【００４４】
上の明細書、例、およびデータが本発明の構成の製造および使用について、完全な説明を与える。本発明の多くの実施形態が本発明の精神および範囲を逸脱せずに行われ得るので、本発明は特許請求の範囲にある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】例示的システムの全体像を示す略図である。
【図２】本発明による例示的容量性タッチセンサの略図である。
【図３】本発明によるタッチセンサの一部の実施形態の略図である。
【図４ａ】本発明の代替実施形態によるタッチセンサの一部の略図である。
【図４ｂ】本発明の代替実施形態によるタッチセンサの一部の略図である。
【図５】タッチセンサ内のセンサバーへのタッチの略図である。
【図６ａ】４つの隣接するセンサバーに関する信号の大きさのプロットパターンを示す略図である。
【図６ｂ】４つの隣接するセンサバーに関する信号の大きさのプロットパターンを示す略図である。
【図６ｃ】４つの隣接するセンサバーに関する信号の大きさのプロットパターンを示す略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【国際調査報告】
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