(57)【要約】      （修正有）【課題】多数の同時のタッチ事象を検出し、互いに区別する機能を有した二次元のマニフォールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）上での人間の指によるタッチ事象の検出するセンサー及び方法を提供する。【解決手段】タッチセンサー１００において、タッチ事象は、非常に低いレイテンシ、すなわち１ミリ秒以下のオーダーで、検出、処理され、下流の演算処理に供給される。タッチ事象の高い更新レートと低レイテンシ測定のために強化された投影型静電容量方式が、並列のハードウェアと高い周波数の波形を使用できる。測定を高感度かつ堅牢にすることで、透明なディスプレイ面上でその技術を使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低レイテンシタッチ感知式デバイスであって、
第一および第二の複数導体と、信号発生器と、送信機と、受信機と、信号処理装置とを備え、
前記第一および第二の複数導体は、
第一複数導体の導体経路の各々が、第二複数導体の導体経路の各々と交差し、
ここで前記タッチ感知式デバイスがタッチされていないとき、無視できる量の信号が、それらの間に結合され、
前記タッチ感知式デバイスがタッチされているとき、無視できない量の信号がそれらの間に結合されるように、配置され、
前記信号発生器は、固有の直交する複数の信号を生成するのに適しており、
各々の固有の直交する信号は、他の固有の直交する信号の各々と直交し、
前記送信機は、第一複数導体に関連付けられて、各々の第一複数導体の各々の複数の固有の直交する信号を同時に送信するのに適しており、
前記受信機は、第二複数導体に関連付けられて、第二複数導体の各々に存在する信号を受信するのに適しており、
前記信号処理装置は、第二複数導体の各々の上に存在する信号を復号するのに、及び第二複数導体の各々に存在する信号の各々について、いずれの固有の直交信号がそれの無視できない部分を形成するかを決定するのに適している、
低レイテンシタッチ感知式デバイス。
【請求項２】
信号が、交差に近接するタッチによって生じる容量結合の結果として、交差する導体との間に結合される請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
複数の固有の直交信号が各正弦波信号である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
正弦波信号の各々が、予め選択される、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
他の正弦波信号との単純な高調波関係を持たないように、正弦波信号の各々が予め選択されている、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
送信前に固有の直交する複数の信号を変調する変調器と、
復号化の前に固有の直交する複数の信号を復調する復調器とを更に備え、
変調された固有の直交信号を送信機が送信し、受信機が受信する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
変調および復調がＢＰＳＫである、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
複数の固有の直交信号の変調及び復調が逆関数である、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
信号処理装置が信号の復号に関連してフーリエ変換を行う、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
信号処理装置が、信号の復号に関連してフィルタバンクを使用する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
信号処理装置が信号を復号するためのフィルタバンクを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
信号処理装置が、第二複数導体の各々の上に存在する信号の各々の無視できない部分を形成する固有の直交信号の相対強度を決定する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
固有の直交信号の相対強度を含む情報からタッチ位置を決定するための補間器を更に備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記フィルタバンクが、アナログフィルタを備える、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記フィルタバンクが、スイッチドキャパシタアナログフィルタを備える、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１６】
信号処理装置によって復号化される前に第二複数導体の各々に存在する受信信号をフィルタリングするためのバンドパスフィルタと、
信号処理装置によって復号化される前に第二複数導体の各々に存在するバンドパスフィルタリングされた受信信号の周波数を低減するためのヘテロダインと、
を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記信号発生器が  、正弦波の組み合わせを備えるソース信号を生成するソース信号発生器と、
ソース信号を取得し、それを複数の固有の直交信号にフィルタすることに適したフィルタバンクと、
を備えた、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第一および第二の複数導体の各々が導電性材料の細い不規則なウェブ（ｗｅｂ）を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第一および第二の複数導体の各々が少なくともいくつかの細い透明導体を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
少なくともいくつかの前記細い透明導体は、それらが他の導体と交差していない位置で幅広である、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第一および第二の複数導体が、各々、行および列に配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記行と列が互いに直交している、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記行と列が、約３０と１５０度の間で互いに傾斜している、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
行を形成する前記第一の複数導体が一般的に互いに平行である、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２５】
列を形成する前記第二の複数導体が一般的に互いに平行である、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記第一及び第二の複数導体が、各々、同心円状とスポークの構成に配置された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記第二及び第一の複数導体が、各々、同心円状とスポークの構成に配置された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２８】
第三の複数導体と第二の信号発生器とを更に備え、
前記第三の複数導体は、各々が少なくとも１つの他の導体と交差するように配置されており、
前記第二の信号発生器は、第二の複数の固有の直交信号を生成するのに適しており、前記第二の複数の固有の直交信号の各々は、第二の複数の固有の直交信号中の他の信号の各々、及び固有の直交信号の各々と直交している、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２９】
低レイテンシタッチ感知式デバイスであって、
第一および第二の複数の光導波路と、光源と、光カプラと、受信機と、信号処理装置とを備え、
前記第一および第二の複数の光導波路は、
前記タッチ感知式デバイスがタッチされていないとき、無視できる量の光が、それらの間に結合され、
前記タッチ感知式デバイスがタッチされているとき、無視できない量の光がそれらの間に結合されるように、配置され、
前記光源は、固有の直交する複数の光ビームを生成するのに適しており、
各々の固有の直交する光ビームは、他の固有の直交する光ビームの各々と直交し、
前記光カプラは、第一複数光導波路に関連付けられて、第一複数光導波路の各々の複数の固有の直交する光ビームを同時に送信するのに適しており、
前記受信機は、第二複数光導波路に関連付けられて、第二複数光導波路の各々に存在する光を受信し、それを電気信号に変換するのに適しており、
前記信号処理装置は、第二複数光導波路の各々に対応する電気信号を復号するように、及び第二複数光導波路の各々に対応する信号の各々について、いずれの信号がそれの無視できない部分を形成するかを決定するのに適している、
低レイテンシタッチ感知式デバイス。
【請求項３０】
複数の固有の直交する光ビームの各々が、固有の直交する光の波長を有する、請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記固有の直交する光の各波長が、赤外線から紫外線までの範囲にある、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記固有の直交する光の各波長が、赤外スペクトルである、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記固有の直交する光の各波長が、紫外スペクトル内にある、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３４】
低レイテンシタッチ感知式デバイスであって次のａ，ｂ，ｃを備え、
ａ．複数の行導体と列導体が、ｉ，ｉｉ，ｉｉｉのように配置される。
ｉ．  複数の行導体の導体経路の各々が複数の列導体の導体経路の各々と交差し、そして、そこで
ｉｉ．  タッチ感知式デバイスがタッチされていないとき、第一のレベルの信号が、それらの間に結合され、そして
ｉｉｉ．タッチ感知式デバイスがタッチされているとき、第二のレベルの信号が、それらの間に結合される。
ｂ．行信号発生器が動作可能なように、複数の行導体に接続され、前記行信号発生器は複数の固有の直交する行信号を同時に生成するように適合され、固有の直交する行信号の各々が他の固有の直交する行信号の各々と直交する。
ｃ．  列信号デコーダは動作可能なように複数の列導体に接続され、前記列信号デコーダは  複数の列導体の各々の上の複数の固有の直交する行信号の各々のレベルを検出するように適合している。
複数の列導体の各々の上の複数の固有の直交する行信号の各々の検出されたレベルに部分的に基づいて、タッチ事象の座標を決定するタッチ事象探知器を備える低レイテンシタッチ感知式デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８４１，４３６の優先権を主張する。この出願は、著作権保護の対象となる材料を含む。
それが特許商標庁のファイルまたは記録に表示されるので、著作権者は、誰かによる公開特許のファクシミリ複製に異議はないが、それ以外は全ての著作権を留保する。
【０００２】
本発明は、一般的にユーザー入力の分野に関し、特に低レイテンシのユーザー体験を提供するユーザ入力システムに関する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
本開示の上記および他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面に示される実施形態の次の更に詳細な説明から明らかになり、図面中の参照記号は、種々の図を通して同じ部分を指す。
図面は、開示された実施形態の図示された本質に代えて大きさを変えたり強調する必要はない。
【図１】図１は、低レイテンシのタッチセンサ装置の実施形態を示す高レベルブロック図である。
【図２】図２は、低レイテンシのタッチセンサ装置の実施形態において使用できる交差する導電性経路のレイアウトの実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
二次元のマニフォールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）上の人間の指によるタッチ事象を検出するとともに、多数の同時のタッチ事象を検出して互いに区別できる能力を有するセンサーと方法が開示されている。実施形態によれば、タッチ事象は、例えば約１ミリ秒以下の非常に低いレイテンシで検出され処理され、下流の計算プロセスに供給される。
【０００５】
実施形態において、本発明は、タッチ事象の高い更新率と低レイテンシ測定のために強化された投影型静電容量方式を提供する。その技術は上記の利点を得るために、並列のハードウェアと高い周波数の波形を使用することができる。また、高感度かつ堅固な測定を行うための方法が開示されており、その方法は透明なディスプレイ面上で使用することができ、また、その技術を使用する製品の経済的な製造を可能にする。
【０００６】
図１はタッチセンサー（１００）の実施形態に従った本発明の特定の原理を示す。参照番号（２００）において、異なる信号が表面の行の各々に送信される。信号は、「直交」、すなわち分離し、互いに区別できるように設計されている。参照番号（３００）において、受信機が、各列に取り付けられている。受信機は、送信された信号、またはそれらの任意の組み合わせのいずれかを受信し、その列に存在する直交送信信号の各々の量を個々に測定するように設計されている。センサのタッチ面（４００）は、行と列のシリーズ（全ては図示せず）を備え、それに沿って直交信号を伝播することができる。それらの行と列がタッチされていないときに、信号の無視できる量がそれらの間に結合されるように行と列が設計されている。
【０００７】
図１を続けて参照すると、一般的に、行と列の両方の近傍でのタッチ事象の容量結果は、列に結合されるように行の上に存在する無視できない量の信号の原因となり、従って、タッチ事象は一般的に列の受信信号を引き起こし、これに対して応答する。行上の信号は直交しているので、多数の行信号が列に結合され、受信機で区別することができる。同様に、各行の信号は多数の列に結合することができる。指定された行に接続された列ごとに、その列で検出された信号は、いずれの行がその列と同時にタッチされているかを示す。受信された各信号の量は、一般的に、列と、対応する信号を搬送する行との間の結合の量に関連し、したがって、タッチにより覆われた表面の面積や、タッチの圧力等を示すことができる。
【０００８】
行と列が同時にタッチされると、行上に存在する信号の一部は、対応する列に結合される。（本明細書で使用する、用語タッチ（ｔｏｕｃｈ）またはタッチされた（ｔｏｕｃｈｅｄ）は、実際の物理的接触は必要ではなく、むしろ、近接に近い。実際、多くの実施形態において、行および／または列と、指やタッチする他の物との間に保護バリアが一般的に存在するので、物理的な接触の可能性は低い。また、一般的に、行と列自体が相互にタッチせず、むしろ、そこの間で結合される無視できる量以上の信号を防ぐ近接位置にある。一般的に、行と列の結合の結果は、それらの実際の接触によるのでなく、また、指や他のタッチする物による実際の接触によるのでなく、むしろ、指（又は他の物）を近接させることによる容量効果によるものであり、その容量効果での近接の結果を本明細書ではタッチとよんでいる。）
【０００９】
行と列の性質は任意であり、特定の向きは重要でない。実際、行と列の用語は正方形グリッドを意図するのでなく、その上に信号が送信される導体のセット（行）と、信号が結合される導体のセット（列）を意図する。実際、行と列がグリッド状であることさえ全く必要ない。タッチ事象が「行」の一部と「列」の一部に同時に触れ、結合のいくつかの形状の原因になる限り、他の形状も可能である。たとえば、「行」が同心円であり、「列」が中心からの放射状のスポークであることも可能である。また、そこには２種類の信号の伝搬チャネルだけが必要なのでなく、：行と列に代えてチャネル「Ａ」、「Ｂ」と「Ｃ」を備え、そこでは「Ａ」に送信された信号が「Ｂ」と「Ｃ」で受信でき、また「Ａ」と「Ｂ」に送信された信号が「Ｃ」で受信できてもよい。また、信号伝搬チャネルが、時々は送信機を支持し、時々は受信機をサポートするというように、機能を交互にかえることもできる。多くの代替的な実施形態が可能であり、それらは本開示を考慮することによって当業者には明らかになるだろう。
【００１０】
上述のように、実施形態において、タッチ面（４００）は一連の行と列を備え、その行と列に沿って信号が伝搬することができる。上述のように、行と列がタッチされていないときに、無視できる量の信号がそれらの間で結合されるように、行と列が設計されている。さらに、異なる信号は、各々の行に送信される。実施形態において、これらの異なる信号の各々は、互いに直交する（即ち、分離及び区別可能）。行と列が同時にタッチされた場合、行に存在する無視できない量の信号が、対応する列に結合される。列に結合された信号の量は、タッチの圧力または領域に関係する。
【００１１】
受信機（３００）は、各列に接続されている。受信機は、直交信号又は直交信号の任意の組み合わせの何れかの無視できない量を受信し、無視できない量の信号を提供する列を識別するように設計されている。実施形態において、受信機は、その列に存在する直交送信信号の各々の量を測定する。このように、各列とタッチしている行を識別することに加え、受信機は、タッチに関する追加（例えば、定性）情報を提供することができる。一般的に、タッチ事象は、列上の受信された信号に対応する。各列において、その上で受信された異なる信号は、対応する行の何れがその列と同時にタッチされているかを示す。実施形態において、受信された無視できない量の各信号が、対応する行と列との間の結合の量に関係し、タッチによって覆われた表面の領域や、タッチの圧力等を示す。
【００１２】
単純な正弦波の実施形態  
【００１３】
この技術の簡単な実施形態において、行に伝達される直交信号は非変調の正弦波であり、各々異なる周波数を有する。実施形態において、それらが受信機において互いに容易に区別できるように、周波数が選択されている。受信機でそれらを互いに容易に区別できる周波数を選択する一つの方法は、それらの間に十分な間隔を提供することを含み、それらの間に単純な高調波の関係がないことを確実にし、従って、別のものを模倣する一つの信号を発生させる可能性のある非線形のアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔｓ）を低減する。
【００１４】
隣接する周波数間の間隔が一定であり、かつ最高周波数が最低周波数の２倍未満である周波数のくし（ｃｏｍｂ）は、周波数間の間隔、Δｆ、が少なくとも測定期間τの逆数である場合は、一般的にこれらの基準に合う。例えば、どの行の信号が存在するかをミリ秒ごとに決定するために（例えば、列からの）信号の組み合わせを測定することが望ましい場合、その周波数間隔は、１キロヘルツより大きくなければならない（すなわち、Δｆ＞ｌ／τ）。この計算によると、１０行だけのささいな場合は、次の周波数を使用することができる。
行ｌ：５．０００ＭＨｚ    行６：５．００５ＭＨｚ
行２：５．００１ＭＨｚ    行７：５．００６ＭＨｚ
行３：５．００２ＭＨｚ    行８：５．００７ＭＨｚ
行４：５．００３ＭＨｚ    行９：５．００８ＭＨｚ
行５：５．００４ＭＨｚ    行１０：５．００９ＭＨｚ
【００１５】
実施形態において、堅固な設計を可能にするために周波数間隔は、この最小よりもかなり大きくなければならない。概念的な例として、行／列の間隔が０．５ｃｍで２０ｃｍ×２０ｃｍのタッチ面は、４０行と４０列を必要とし、４０の異なる周波数の正弦波を必要とする。ミリ秒に１回の解析率は、ｌＫＨｚの間隔だけを必要とするが、本実施形態において、任意のより大きな間隔は、さらに堅固な実施に使われる。任意の大きな間隔は、最大周波数が最少周波数の２倍よりも大きくてはいけない（即ちｆｍａｘ＜２（ｆｍｉｎ））という制約を受ける。この概念上の例では、最少の周波数が５ＭＨｚで１００ｋＨｚの周波数間隔が使用でき、５．０ＭＨｚ，５．１ＭＨｚ，５．２ＭＨｚ等で最大８．９ＭＨｚの周波数のリストを得る。
【００１６】
実施形態において、リストの正弦波の各々は、信号発生器によって生成され、送信機によって分離した行に送信される。同時にタッチされている行と列を識別するために、受信機は、列上に存在する任意の信号を受信し、信号処理装置が、もしあれば、リストのどの周波数が表示されたかを決定するために信号を分析する。実施形態において、識別は、周波数解析技術（例えば、フーリエ変換）によって、又はフィルタバンクを用いることによってサポートできる。
【００１７】
実施形態において、各列の信号から、受信機は、その列の信号で見つけられた周波数のリストから各周波数の強さを決定することができる。周波数の強さがいくつかの閾値以上である実施形態において、信号処理装置は、その列と、その周波数に対応する行との間にタッチ事象が存在することを識別する。実施形態において、信号強度情報はタッチ事象の領域をローカライズするための補助として用いることができ、その信号強度情報は、タッチツールのサイズ、そのツールが押下される圧力、タッチされた行／列の交点の一部等を含む種々の物理現象に対応する。
【００１８】
実施形態において、信号強度は、列ごとに（行に対応する）各周波数について計算された後、信号強度がその行／列の交点でのマップの値である二次元マップを作製することができる。実施形態において、異なる周波数でのタッチ面における物理的な相違に起因し、与えられたタッチに応じた信号強度を正規化する必要があるだろう。
【００１９】
実施形態において、タッチ事象をより良く識別、決定または分離するために、２次元マップデータを閾値処理することができる。実施形態において、２次元マップデータは、表面に触れる物体の形状、向き等についての情報を推測するために使用することができる。
【００２０】
もちろん、正弦波は、上述の構成で使用することができる唯一の直交信号ではなく、上述したように、実際に、互いに区別可能な信号の任意のセットが機能する。それにもかかわらず、正弦波は、単純なエンジニアリング及びこの技術を使用するデバイスの更にコスト効率の良い製造を可能にするいくつかの有利な特性を有する。正弦波は非常に狭い周波数プロファイルを持っており（定義により）、ＤＣに近い、低い周波数に拡張する必要はない。正弦波は、１／ｆノイズによる影響は比較的少なく、その１／ｆノイズは、はるかに低い周波数に拡張された信号にとっては問題となりうる。
【００２１】
実施形態において、正弦波は、フィルタバンク又は周波数分析技術（例えば、フーリエ変換）によって検出することができ、その正弦波は比較的効率的に実現することができ、優れたダイナミックレンジ特性を有する傾向があるので、複数の同時の正弦波の間で、それらを検出し、区別することができる。広い信号処理に関しては、受信機における多数の正弦波の復号化は、周波数分割多重化の形式と考えることができる。実施形態において、例えば、時分割及び符号分割多重化のような他の変調技術を使用することもできるが、これらの技術は本センサの実施に適用された場合、欠点を有するかもしれない。時分割多重化は、良好なダイナミックレンジ特性を有するが、タッチ面に送信する（又はタッチ面から受信した信号を解析する）のに有限の時間を費やすことを要求するので、低レイテンシ素子の目的と矛盾する。コード分割多重化は、周波数分割多重化と同じ同時性を持っているが、ダイナミックレンジの問題が発生する可能性があり、多数の同時信号を容易に区分できない可能性がある。
【００２２】
変調の正弦波の実施形態  
【００２３】
実施形態において、変調された正弦波が、上記の単純な正弦波の実施形態の代わりに、強化として用いられてもよい。無変調正弦波の使用は、タッチ面の近くの他のデバイスに無線周波数干渉を引き起こす可能性があり、したがって、そのように使用するデバイスは、規制検査（例えば、連邦通信委員会（ＦＣＣ）、ＣＥ）を通らせるという問題が発生する可能性がある。加えて、無変調正弦波の使用は、環境内で、意図的な送信機や他の干渉デバイス（おそらく別の同一のタッチ面）からの他の正弦波による干渉を受け易い。実施形態において、そのような干渉は、記載された装置に誤った又は劣化したタッチ測定を引き起こす可能性がある。
【００２４】
実施形態において、干渉を回避するために、正弦波を変調してもよいし、それらが受信機に達したときに信号が復調（「未撹拌」（ｕｎｓｔｉｒｒｅｄ））できる方法で、送信機によって送信される前に、「撹拌（ｓｔｉｒｒｅｄ）」してもよい。一般に、可逆変換の任意の形態は、変換を補うことができ、信号が受信機に達したときに信号が復元できるように、使用することができる。一般に、信号変調技術を使用して放出された、または受信された信号は、他のものとあまり相関しておらず、それゆえ、環境中に存在する他の信号に類似して見えたり、及び／又は環境中に存在する他の信号から干渉を受けるよりも、むしろ単なる雑音のように振る舞うことが分かっている。
【００２５】
実施形態において、使われる変調技術は、送信されたデータをかなりランダムに、または少なくとも、デバイス動作の環境において普通でないように出現させる。周波数変調及び直接シーケンス拡散スペクトラム変調（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の２つの変調方式を、以下に説明する。
【００２６】
周波数変調
【００２７】
正弦波のセット全体の周波数変調は、「それらをぼかすこと（ｓｍｅａｒｉｎｇ  ｔｈｅｍ  ｏｕｔ）」により、同じ周波数で表示しないようにする。規制検査は、一般に、固定周波数と関係するので、周波数変調され送信された正弦波は、より低いレベルで表示され、従って、関連が低いだろう。受信機は、それへの任意の正弦波入力に「未ぼかし（ｕｎ−ｓｍｅａｒ）」を、等しく及び反対の方法で、行うので、意図的に変調され、送信された正弦波は復調でき、それらは、その後、変調の前に行うときに、実質的に表れる。しかし、環境から入力（例えば、干渉）した任意の固定周波数の正弦波は、「ぼかさないこと（ｕｎｓｍｅａｒｉｎｇ）」操作によって「不鮮明（ｓｍｅａｒｅｄ  ｏｕｔ）」にされる。したがって、さもなければセンサに影響する干渉は、周波数変調を採用することにより、例えば、実施形態において、タッチセンサに用いられる周波数のくしに低減される。
【００２８】
実施形態において、正弦波のセット全体は、それらすべてを、それ自体が変調されている一つの基準周波数から生成することにより周波数変調することができる。例えば、１００ｋＨｚの間隔の正弦波のセットは、同一の１００ｋＨｚの基準周波数を異なる整数で乗算することによって生成できる。実施形態において、この手法は、位相ロックループを使用して達成することができる。最初の５．０ＭＨｚの正弦波を生成するために、基準に５０を乗算し、５．１ＭＨｚの正弦波を生成するために、基準に５１を乗算するなど。受信機は、検出および復調機能を実行するために、同じ変調された基準を使用することができる。
【００２９】
直接シーケンス拡散スペクトラム変調
【００３０】
実施形態において、正弦波は、定期的に送信機と受信機の両方に知られている擬似ランダム（あるいは真にランダム）で周期的にそれらを反転することによって変調される。このように、実施形態において、各正弦波は、その対応する行へ送信される前に、それは選択可能なインバータ回路を通過させられ、そのインバータ回路の出力は、「反転選択」入力の状態に応じて＋１または−１を乗じられた入力信号である。実施形態において、各行の正弦波がすべて同時に＋１または−１で乗算されるように、これらの「反転選択」入力の全ては同一の信号で駆動される。実施形態において、「反転選択」入力を駆動する信号は、環境中に存在する可能性のある任意の信号又は関数から独立している擬似ランダム関数でもよい。正弦波の擬似ランダム反転は、周波数に正弦波を広げ、正弦波が接触できる任意のデバイスと無視できる程度に干渉するように、正弦波をランダムノイズのように見えるようにそれらを表す。
【００３１】
受信機側では、列からの信号は、行のものと同じ擬似ランダム信号によって駆動される選択可能なインバータ回路を通過する。その結果、送信信号が周波数に広がっているにもかわらず、それらは、修正されずに＋１または−１のいずれかで二回乗算されているので、受信機の前に凝集（ｄｅｓｐｒｅａｄ）されている。干渉信号がノイズとしてのみ機能し、任意の意図的な正弦波のセットを模倣しないように、直接シーケンススペクトラム拡散変調の適用は、列上に存在する任意の干渉信号を拡散する。
【００３２】
実施形態において、選択可能なインバータは、少ない数の単純な部品から作成することができ、および／またはＶＬＳＩプロセスのトランジスタにおいて実現することができる。  
【００３３】
多くの変調技術は、互いに独立しているので、ある実施形態において、複数の変調技術が同時に採用することができ、例えば、正弦波セットの、周波数変調と直接シーケンススペクトラム拡散変調（ｄｉｒｅｃｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｓｐｒｅａｄ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）である。実施は、潜在的により複雑だが、そのような複数の変調された実施は、より良好な耐干渉性を達成することができる。
【００３４】
環境内で特定の擬似ランダム変調と直面するのは非常にまれなので、本発明のセンサは、真のランダム変調のスケジュールを必要としない可能性がある。同一の実施による１個より多いタッチ面が、同一の人によるタッチであることは、おそらく例外である。このような場合には、それらが非常に複雑な擬似ランダムスケジュールを使用する場合であっても、表面が互いに干渉する可能性がある。実施形態において、衝突する可能性が低い擬似ランダムスケジュールを設計するように注意される。実施形態において、いくつかの真のランダム性は、変調スケジュールに導入される。実施形態において、ランダム性は、真のランダム源から擬似乱数発生器をシード（ｓｅｅｄｉｎｇ）することによって導入され、それが十分に長い出力期間（その繰り返し前に）を有することを確実にする。このような実施形態は、２つのタッチ面が同時にシーケンスの同じ部分を使用することが非常に低いようにする。実施形態において、ランダム性は、真のランダム配列と擬似ランダム系列の排他的論理和［ｏｒｉｎｇ（ＸＯＲ）］を含むことによって導入される。その出力のエントロピーがいずれかの入力よりも決して小さくならないように、ＸＯＲ関数は、その入力のエントロピーを組み合わせる。
【００３５】
低コストの実施の実施形態  
【００３６】
以前に述べられた技術を用いたタッチ面は、正弦波を生成し検出することに関して他の方法に比べて比較的高いコストになる。よりコスト効果があり、および／またはより大量生産に適した正弦波の生成、検出方法を下記に説明する。
【００３７】
正弦波検出
【００３８】
実施形態において、正弦波はフーリエ変換検出スキームを有した完全な無線受信機を使用して検出できる。このような検出は、高速ＲＦ波形をデジタル化し、その上でデジタル信号処理を行う必要がある。別個のデジタル化信号処理は、表面の各列に実施されてもよく、これにより、信号処理装置は、どの行の信号がその列にタッチしているかを検出することができる。上記の例では、４０行と４０列とのタッチ面を有するので、この信号チェーンの４０のコピーを必要とする。今日、デジタル化およびデジタル信号処理は、ハードウェア、コスト、及び消費電力の面で、比較的高価な操作である。正弦波を検出するより費用効果的な方法で、特に容易に複製され、非常に少ない電力を必要とする方法を利用することが有用である。
【００３９】
実施形態において、正弦波は、フィルタバンクを用いて検出することができる。フィルタバンクは、入力信号を取り、各フィルタに関連付けられた周波数成分に分割するバンドパスフィルタのアレイを備える。離散フーリエ変換（ＦＦＴは、ＤＦＴの効率的な実施となっている）は、一般に周波数解析に使用される等間隔のバンドパスフィルタを有するフィルタバンクの形である。ＤＦＴはデジタルで実施されるが、デジタル化ステップは高価である。受動ＬＣ（インダクタとコンデンサ）やＲＣ能動フィルタ（含む）などの個々のフィルタからフィルタバンクを実施できる。インダクタはよくＶＬＳＩプロセスで実施することが困難であることが知られており、ディスクリートインダクタは大型かつ高価であるので、フィルタバンクにインダクタを使用することはコスト効果がないかもしれない。
【００４０】
低周波数（１０ＭＨｚ程度以下）では、ＶＬＳＩにＲＣアクティブフィルタのバンクを作ることが可能である。これらは、うまく機能するかもしれないが、多くのダイスペースを取り、望まれるよりもより多くの電力を必要とすることになる。
【００４１】
より高い周波数では、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ技術を用いてフィルタバンクを構築することができる。これらは、ほぼ任意のＦＩＲフィルタ配列を可能にする。しかし、それらはストレートのＣＭＯＳ  ＶＬＳＩよりも高価である圧電材料を必要とし、製造コストが上昇するので、多くのフィルタを単一のパッケージに十分に統合するために、十分な同時タップができない。
【００４２】
実施形態において、正弦波は、ＦＦＴのようなバタフライ位相幾何学（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ  ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を用いた標準的なＣＭＯＳ  ＶＬＳＩプロセスのスイッチドキャパシタ技術で実施されたアナログフィルタバンクを用いて検出される。そのような実施のために必要なダイ面積は、チャンネル数の二乗の関数であり、同じ技術を用いる６４チャネルのフィルタバンクは１０２４チャンネルバージョンのダイ面積の１／２５６だけしか必要としない。実施形態において、低レイテンシタッチセンサのための完全な受信システムは、フィルタバンクの適切なセットと、適切なアンプ、スイッチ、エネルギー検出器などを有する複数のＶＬＳＩダイ上で実施される。実施形態において、低レイテンシタッチセンサのための完全な受信システムは、フィルタバンクの適切なセットと、適切なアンプ、スイッチ、エネルギー検出器などを有する単一のＶＬＳＩダイ上で実施される。実施形態において、低レイテンシタッチセンサのための完全な受信システムは、ｎチャネルフィルタバンクのＮ個のインスタンス（ｉｎｓｔａｎｃｅｓ）、及び適切な増幅器とスイッチとエネルギー検出器のための余地を有する単一のＶＬＳＩダイ上で実施される。
【００４３】
正弦波の生成
【００４４】
主として、各行が単一の信号の生成を必要とする一方、列の受信機が検出し、多くの信号を区別しなければならないので、低レイテンシタッチセンサにおいて送信信号（例えば、正弦波）を生成することは、検出より一般的にあまり複雑でない。実施形態において、正弦波は、位相ロックループ（ＰＬＬ）のシリーズで生成することができ、各々の正弦波は共通の基準周波数に異なる倍数を乗算する。
【００４５】
実施形態において、低レイテンシのタッチセンサの設計は、送信された正弦波が非常に高い品質であることを必要とせず、むしろ、無線回路における通常の許容または望ましさよりも多くの位相雑音、周波数変動（時間、温度などによる）、高調波ひずみ及び他の欠陥を有する送信された正弦波を調整する。実施形態において、大きい周波数は、デジタル手段によって生成されるので、比較的粗いアナログ−デジタル変換処理を用いる。上述したように、実施形態において、生成された行の周波数は、簡単な高調波の関係を互いに有さず、記載した生成プロセスの任意の非線形性は、セット中で折り返し雑音（ａｌｉａｓ）や疑似の他のものへの信号の原因となってはならない。
【００４６】
実施形態において、周波数くしは、フィルタバンクによってフィルターされた狭いパルスの列を持つことによって生成され、バンク中の各々のフィルターは行に送信するための信号を出力する。周波数くしは、受信機で使用できるフィルタバンクと同一であるフィルタバンクによって生成される。実施形態の一例では、１００ｋＨｚの割合で繰り返される１０ナノセカンドのパルスは、５ＭＨｚから始まり１００ｋＨｚで区切られる周波数成分のくしを分離するように設計されたフィルタバンクに渡される。定義されたようなパルス列は、１００ｋＨｚから数十ＭＨｚまでの周波数成分を有し、従って、送信機でのすべての行のための信号を有する。従って、パルス列が、受信された列信号における正弦波を検出するために、上述のものと同一のフィルタバンクを通過した場合、その後、フィルタバンクの出力は、各々、行に伝達することができる単一の正弦波を含む。
【００４７】
透明なディスプレイ面  
【００４８】
人がコンピュータ生成グラフィックス及び画像と対話できるように、タッチ面は、コンピュータのディスプレイに統合されることが望ましい。フロントプロジェクションが不透明タッチ表面で使用でき、リアプロジェクションが半透明のもので使用することができるので、現代のフラットパネルディスプレイ（ＬＣＤ、プラズマ、ＯＬＥＤ、等）は、一般に、タッチ表面が透明であることを必要とする。実施形態において、本技術の行と列は、それに沿って信号が伝播することを可能にするが、これらの信号に対して導電性を有することが必要である。実施形態において、本技術の行と列は、それらに沿って無線周波数信号が伝播することを可能にするが、導電性を有することが必要である。
【００４９】
行と列が不十分な導電性である場合、行／列に沿った単位長さ当たりの抵抗値は、ローパスフィルタを形成するために、単位長さ当たりの容量と結合する。一端に印加される任意の高周波信号は、それらが劣った導体に沿って伝播するので、実質的に減衰する。
【００５０】
視覚的に透明な導電体は、市販（例えば、インジウムスズ酸化物またはＩＴＯ）されているが、透明性と導電性との間のトレードオフは、ここに記載されている低レイテンシのタッチセンサのいくつかの実施形態のために望ましい周波数では問題がある。ＩＴＯが、特定の長さにわたって一定の望ましい周波数をサポートするのに十分な厚さであれば、それはいくつかの用途によっては透明性が不十分なこともある。実施形態において、行および／または列は、グラフェンおよび／またはカーボンナノチューブから、完全に又は少なくとも部分的に形成され、それらの両方は、高い導電性と光学的透明性を有する。
【００５１】
実施形態において、行および／または列は、その背後にあるディスプレイの無視できる量をブロックする１本以上の細いワイヤから形成することができる。実施形態において、その細いワイヤは、その背後にあるディスプレイを見るときに、見るためには、又少なくとも視覚障害を提示するには小さ過ぎる。実施形態において、透明なガラスまたはプラスチック上のパターンの細い銀ワイヤーは、行および／または列を作るために使用することができる。このような細いワイヤは、行／列に沿った良好な導体を作成するために十分な断面を持っている必要があるが、そのようなワイヤーは、下層のディスプレイを少ししかブロックしないように、用途に応じて適切に、充分に小さく、散らばっていることが望ましい（リアディスプレイのために）。実施形態において、細いワイヤのサイズは、ピクセルサイズ、および／または下層のディスプレイのピッチに基づいて選択される。
【００５２】
一例として、新しいアップルレチナ（Ａｐｐｌｅ  Ｒｅｔｉｎａ）ディスプレイは、インチ当たり約３００ピクセルを有し、それは、片側に約８０ミクロンのピクセルサイズをもたらす。実施形態において、直径２０ミクロン、長さ２０センチ（ｉパッドディスプレイの長さ）の銀ワイヤは、それの抵抗は約１０オームであるが、ここに記載された低レイテンシタッチセンサの、行及び／又は列、及び／又は、行及び／又は列の一部として使用される。しかしながら、このような直径２０ミクロンの銀線は、網膜（ｒｅｔｉｎａ）ディスプレイの全体に伸ばした場合、ピクセルのライン全体の２５％までをブロックする。そこで、本実施形態において、多数の細い直径の銀ワイヤは、列または行として使用することができ、これは適切な抵抗を維持し、無線周波数の表皮深さの問題に対する許容可能な応答を提供することができる。このような多数の細い直径の銀ワイヤは、まっすぐではなく、むしろ、やや不規則なパターンに配置できる。細いワイヤのランダムな又は不規則なパターンは、視覚的な侵入が少ないようである。実施形態において、細いワイヤのメッシュが使用されている：メッシュの使用は、パターニングにおいて、製造上の欠陥を含め、堅固性が向上する。実施形態において、単一の細い直径のワイヤは、その細さが、適切なレベルの耐性を維持するために充分に導電性があり、無線周波数表皮深さの問題に対して許容可能な応答であることを条件として、列または行として使用できる。
【００５３】
図２は、菱形の行／列のメッシュを有する行／列の接触面の実施形態を示す。このメッシュパターンは、それらの間の最小限の重複を許容しつつ、行と列に最大と同等の表面積を提供するように設計されている。
【００５４】
菱形の１つより大きな面積でのタッチ事象は、行と列の少なくとも一部をカバーし、それは、行信号のいくつかを結合させて重複する列に入れる。実施形態において、菱形はタッチするもの（指、スタイラスなど）よりも小さい。実施形態において、行と列の間の０．５センチメートルの間隔は、人間の指のために良好に機能する。
【００５５】
実施形態において、ワイヤのシンプルな格子は、行と列として使用される。そのようなグリッドは、行と列のより少ない表面積を提供するが、無線周波数信号のために十分であり、受信機によって検出することができる十分に無視できない結合を提供することができる。
【００５６】
実施形態において、図２に示すように、行と列の「菱形パターン」は、示される形状の空間を満たす細いワイヤのランダムに接続されたメッシュを用いることにより、又は、ワイヤメッシュとＩＴＯ等の他の透明導体との組み合わせによって作成することができる。実施形態において、細いワイヤは、例えば、画面全体に、導電性を長く伸ばすために使用でき、また、ＩＴＯは、例えば菱形の領域として、導電性の局所領域に使用できる。
【００５７】
光学的実施形態
【００５８】
無線周波数及び記述された高速マルチタッチ技術を実施する電気的な方法を上述したが、他のメディアも同様に使用できる。例えば、信号は、行と列の導波路または他の手段を有する光信号（光）とすることができる。実施形態において、光信号として使用される光は、可視領域中にあってもよいし、赤外線及び／又は紫外線でもよい。
【００５９】
実施形態において、無線周波数信号を運ぶ導電性の行と列に代えて、行と列は、直交信号を生成する１つ以上の光源によって供給される光ファイバなどの光導波路を有することができ、また光源は光カプラによって導波路に結合される。例えば、光の異なる別個の波長は、各行のファイバに入射することができる。人間の指が行のファイバをタッチするとき、その中の光の一部は、内部反射出来ずに、指にリーク（すなわち、カップル）する。指からの光は、可逆過程により、列ファイバの一つに入り、ファイバの端部で検出器に伝搬する。
【００６０】
実施形態において、光信号は、異なる波長のＬＥＤによって、又は光フィルタを使用して生成できる。実施形態において、カスタムの干渉フィルタが使用される。実施形態において、ファイバー列上に存在する光の異なる波長が、光学フィルタバンクを用いて検出できる。実施形態において、このような光学フィルタバンクは、カスタム干渉フィルターを使用して実施できる。実施形態において、可視スペクトル外の光の波長（例えば、赤外線および／または紫外線光）が、ディスプレイに余分な可視光を加えることを避けるために使用される。
【００６１】
実施形態において、指が行と列に同時に触れることができるように、行と列のファイバが一緒に織られる。実施形態において、表示を不明瞭にすることを避けるため、織物構造は、必要に応じて、視覚的に透明にされる。
【００６２】
さらに、本発明のタッチセンサ、方法および使用に関する詳細は、同時係属中の２０１２年１０月５日出願の米国仮特許出願第６１／７１０，２５６から明らかであり、ソースコード付録を含むその仮特許出願の全開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００６３】
発明への様々な修正および変更は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者に明らかであろう。本発明が、ここに示した特定の実施形態及び実施例により過度に限定されることを意図せず、そのような実施形態及び実施例は単に本発明を説明するために提示されており、発明の範囲はここに添付された請求項によってのみ限定されることを意図していることが理解されるべきである。従って、本発明を特にその好ましい実施形態を参照して説明したが、形態および詳細における種々の変更が本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることは、当業者によって理解されるであろう。
【符号の説明】
【００６４】
１００      タッチセンサー
３００      受信機
４００      タッチ面
【図１】
2018136982.tif 000003
【図２】
2018136982.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月18日(2018.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低レイテンシタッチ感知式デバイスであって、
第一および第二の複数導体と、信号発生器と、送信機と、受信機と、信号処理装置とを備え、
前記第一および第二の複数導体は、
第一複数導体の導体経路の各々が、第二複数導体の導体経路の各々と交差し、
前記低レイテンシタッチ感知式デバイスに配置され、
タッチ事象は、第一の複数導体の少なくとも１つと第二の複数導体のうちの少なくとも１つとの間の結合の変化を引き起こし、
前記信号発生器は、固有の直交する複数の信号を生成するのに適しており、
各々の固有の直交する信号は、他の固有の直交する信号の各々と直交し、
複数の固有の直交する信号は、それぞれ正弦波信号であり、
前記送信機は、第一複数導体に関連付けられて、各々の第一複数導体の各々の複数の固有の直交する信号を同時に送信するのに適しており、
前記受信機は、第二複数導体に関連付けられて、第二複数導体の各々に存在する信号を受信するのに適しており、
前記信号処理装置は、第二複数導体の各々の上に存在する信号を復号するのに、及び第二複数導体の各々に存在する信号の各々についての測定値を決定するのに適している、
低レイテンシタッチ感知式デバイス。
【請求項２】
正弦波信号の各々が、予め選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
他の正弦波信号との単純な高調波関係を持たないように、正弦波信号の各々が予め選択されている、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
送信前に固有の直交する複数の信号を変調する変調器と、
復号化の前に固有の直交する複数の信号を復調する復調器とを更に備え、
変調された固有の直交信号を送信機が送信し、受信機が受信する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
変調および復調がＢＰＳＫである、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
複数の固有の直交信号の変調及び復調が逆関数である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
信号処理装置が信号の復号に関連してフーリエ変換を行う、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
信号処理装置が、信号の復号に関連してフィルタバンクを使用する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
信号処理装置が信号を復号するためのフィルタバンクを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
測定値を含む情報からタッチ位置を決定するための補間器を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
信号処理装置は、複数の連続する測定周期間で第二複数導体のそれぞれに存在する信号のそれぞれの測定値を決定するように適合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
信号処理装置によって復号化される前に第二複数導体の各々に存在する受信信号をフィルタリングするためのバンドパスフィルタと、
信号処理装置によって復号化される前に第二複数導体の各々に存在するバンドパスフィルタリングされた受信信号の周波数を低減するためのヘテロダインと、
を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第一および第二の複数導体が、各々、行および列に配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
低レイテンシタッチ感知式デバイスであって次のａ，ｂ，ｃを備え、
ａ．複数の行導体と列導体が、以下のように配置される。
タッチ事象は、第一の複数導体の少なくとも１つと第二の複数導体のうちの少なくとも１つとの間の結合の変化を引き起こす。
ｂ．行信号発生器が動作可能なように、複数の行導体に接続され、前記行信号発生器は複数の固有の直交する行信号を同時に生成するように適合され、固有の直交する行信号の各々が他の固有の直交する行信号の各々と正弦波及び周波数で直交する。
ｃ．  列信号デコーダは動作可能なように複数の列導体に接続され、前記列信号デコーダは  複数の列導体の各々の上の複数の固有の直交する行信号の各々に関連する測定値を決定するように適合している。
複数の列導体の各々の上の複数の固有の直交する行信号の各々の決定された測定値に部分的に基づいて、タッチ事象の座標を決定するタッチ事象探知器を備える低レイテンシタッチ感知式デバイス。
【請求項１５】
列信号デコーダは、測定周期間で複数の列導体の各々の上の複数の固有の直交する行信号の各々に関連する測定値を決定するように適合される、請求項１４に記載の低レイテンシタッチ感知式デバイス。
【請求項１６】
列信号デコーダは、複数の連続した測定周期間で複数の列導体の各々の上の複数の固有の直交する行信号の各々に関連する測定値を決定するように適合される、請求項１５に記載の低レイテンシタッチ感知式デバイス。
【外国語明細書】
2018136982000001.pdf
2018136982000002.pdf
2018136982000003.pdf
2018136982000004.pdf