(57)【要約】【課題】本発明に係る一次タッチスクリーンセンサシステムを初期化するための方法は、システムがスリープモードにあるとき、感圧センサが接触を検知したときに、一次タッチスクリーンセンサシステムを初期化することにより、初期化されるまで一次タッチスクリーンセンサシステムで消費される電力を抑制することを目的とする。【解決手段】本発明は、一次タッチスクリーンセンサシステムを初期化するための方法である。この方法は、感圧センサシステムを用いて最初の接触を検知するステップと、感圧センサシステムにより接触が検知された後、一次タッチスクリーンセンサシステムを起動するステップと、一次タッチスクリーンセンサシステムを用いて後続の接触を感知するステップと、感知された接触が有効な接触であるか否か、感圧センサシステムを用いて認証するステップと、有効な接触であると認証された接触について接触座標を特定するステップと、接触座標を処理システムに送信するステップとを有する。【選択図】図１５
2011096271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次タッチスクリーンセンサシステムを初期化するための方法であって、
感圧センサシステムを用いて最初の接触を検知するステップと、
感圧センサシステムにより接触が検知された後、一次タッチスクリーンセンサシステムを起動するステップと、
一次タッチスクリーンセンサシステムを用いて後続の接触を感知するステップと、
感知された接触が有効な接触であるか否か、感圧センサシステムを用いて認証するステップと、
有効な接触であると認証された接触について接触座標を特定するステップと、
接触座標を処理システムに送信するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
一次タッチスクリーンセンサシステムは、赤外線光学式センサ、弾性表面波式センサ、または静電容量式センサであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
感圧センサシステムは、接触座標を特定できないことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタッチスクリーンに関し、とりわけタッチスクリーンに対する接触事象の真偽を判別する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンは、データ情報処理システムへの情報入力手段として、陰極線管（すなわちＣＲＴ）、および液晶ディスプレイスクリーン（すなわちＬＣＤスクリーン）を含むさまざまな形式のディスプレイに組み込まれている。タッチスクリーンがディスプレイの上方に配置され、あるいはディスプレイと一体に組み込まれている場合、ユーザは、所望のアイコンまたは要素に対応する位置を触れることにより、表示されたアイコンもしくは要素を選択することができる。タッチスクリーンは、たとえばＰＯＳシステム、インフォメーションセンタ、現金自動支払機（すなわちＡＴＭ）、およびデータ入力システムなどのさまざまな用途において一般的に利用されている。
【０００３】
さまざまな形式のタッチスクリーンが開発されている。残念なことに、これらのタッチスクリーンは、少なくともいくつかの用途において、その利便性を制限する少なくとも１つの問題点を有する。たとえば抵抗式タッチスクリーンのカバーシートは、悪意のある汚損行為に起因する表面の傷や切断などにより損傷を受けやすい。また抵抗式タッチスクリーンは、反復的にスクリーンを押下するだけでも、やがては摩滅するおそれがある。この形式のタッチスクリーンは、たとえばディスプレイ内に入る湿気などの環境要因によっても損傷を受けやすい。第２の形式のタッチスクリーンとしての薄膜誘電層を有する静電容量方式タッチスクリーンは、手袋をはめた手でタッチしたときに問題が生じる。投影型静電容量方式タッチスクリーンと呼ばれる厚膜誘電層を有する静電容量方式タッチスクリーンは、触ったという感覚が得られないという問題がある。弾性表面波を用いた第３の形式のタッチスクリーンは、センサ表面上の異物（たとえば雨滴）の蓄積に影響されやすい。異物は、同様に赤外線方式のタッチスクリーンの動作を妨げることにもなる。さらに赤外線タッチスクリーンについては、直射日光による信号上の障害を回避するための特別な手段が必要である。第５の形式のタッチスクリーンは、感圧センサを有するものであるが、衝撃や振動に影響されやすい。
【０００４】
主として、データを入力するための指やスタイラスなどの異なる接触態様に対応する手段として、２つの異なるタッチスクリーン技術を利用するさまざまなシステムが考案されてきた。
【０００５】
米国特許第5,231,381号は、デジタル化用タブレットを一体化したタッチスクリーンを用いた多目的データ入力装置を開示している。このタッチスクリーンは、弾性表面波、圧力、静電容量、または光学式タッチセンサを含むさまざまな技術を用いて、受動入力（たとえば指の接触）の存在および位置を検出するものである。デジタル化用タブレットは、静電容量方式センサ、誘導容量方式センサ、または弾性表面波センサを起動させるために、アクティブスタイラス機構を採用している。
【０００６】
米国特許第5,510,813号は、接触位置および接触圧力の双方を測定するタッチパネルを開示している。このタッチパネルは、抵抗性導電層を用いて、現在のパターンをモニタすることにより、接触位置を決定するものである。タッチパネルと、これに実質的に平行に延びる第２の導電性パネルとの間の静電容量値をモニタすることにより、接触圧力が測定される。接触したことに呼応して、システムは検出された接触位置および接触圧力を処理する。
【０００７】
米国特許第5,543,589号は、２つのセンサ（デュアルセンサ）を有するタッチスクリーンを開示し、各センサが異なる解像度を用いて接触位置を決定することを開示している。２つのセンサは、これらにより指やスタイラスなどの単一の接触として検出されるように、単一のセンサを形成するように一体に挟持されている。使用に際して、まず低解像度センサの幅広の導体と同じ大きさを有する矩形領域の範囲を接触位置として特定するために、低解像度センサを走査させる。高解像度センサを用いて接触位置を特定するためには、低解像度センサを用いて特定した矩形領域に対応する狭小の導体を走査する必要がある。したがって開示されたシステムは、必要な走査ドライバおよび走査レシーバの数を低減し、走査処理の速度を改善するだけでなく、コストを低減することを意図するものである。
【０００８】
米国特許第5,670,755号は、２つのモードのうちの一方のモードで用いられるタッチパネルを開示している。一方のモードでは、タッチパネルは従来のタッチスクリーンのように作動し、ユーザは、指、ペン、または他の接触手段を用いてスクリーンに触れることにより情報を入力することができる。このモードにおいて、パネルに取り付けられた２つの抵抗層が接触位置で接触する。接触位置は抵抗比に基づいて特定される。第２モードにおいては、タッチパネルは特注のスタイラスを用いるディジタイザとして機能する。スタイラスのパネルに対する接触点における容量結合を用いて、接触点を特定する。
【０００９】
米国特許第5,777,607号は、指の接触を静電容量式に感知するとともに、スタイラスの接触を抵抗的に感知するシステムを開示している。このシステムは、いずれの接触モードにおいても、単一の抵抗層を用いて、開示されたシステムは、いずれのタッチモードでも、単一の抵抗層を用いて、タッチスクリーン上における接触のｘ−ｙ座標を特定することができる。好適な実施形態では、スタイラスが使用中であることをシステムにより検出された場合、指の検出モードは作動不能とし、ユーザの手による静電結合を介した不注意によるデータ入力を防止する。
【００１０】
米国特許第5,801,682号は、デュアルセンサタッチスクリーンを開示し、静電容量方式センサからの座標データの変動を、センサのコーナーに設置された歪みゲージを用いて補償することを開示している。静電容量方式センサのデータ変動は、たとえばユーザが手袋をしたことによる信号経路の変化から生じる場合がある。
【００１１】
この技術分野においては、振動、電気雑音、汚染物質などの外部刺激から生じ得る偽の接触を判別し、あるいは確かに接触があったことを確認する方法および装置が必要とされている。本発明は、こうした方法および装置、ならびにとりわけ屋外用途に良好に適合する方法および装置を提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第5,231,381号明細書
【特許文献２】米国特許第5,510,813号明細書
【特許文献３】米国特許第5,543,589号明細書
【特許文献４】米国特許第5,670,755号明細書
【特許文献５】米国特許第5,777,607号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、タッチスクリーンシステムにおいて、偽の接触を判別する方法および装置を提供するものである。本発明に係るシステムは、タッチスクリーン上の接触を認証するために、複数の異なる形式のタッチスクリーンセンサを利用する。したがって本発明は、特定のセンサの長所を活用することにより、他のセンサの短所を克服しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の基本的概念は、一方の接触センサで感知された接触を他方の接触センサにより認証することにある。接触が認証された場合、たとえば接触座標を情報処理システムに送信することにより、その接触を利用することができる。逆に、接触が認証されない場合は、その接触は無効とされる。このシステムは、接触座標を特定する一次タッチセンサと、これとは独立した信号または比較のための第２の組の接触座標を出力することにより接触の存在を認証する二次センサとを有するように設計されている。さらに接触座標の特定は、初期接触の認証の前または後に行うことができる。
【００１５】
本発明の１つの実施例において、二次タッチセンサは接触の真偽を判別するための感圧センサを有する。偽接触は、（たとえば光学センサおよび弾性表面波センサに対して問題となる）混入物、および（たとえば静電容量式センサに対して問題となる）雑音もしくは微弱信号などのファクタに起因する。この実施形態では、タッチスクリーンに加えられた圧力が、所定の閾値を超えたとき、接触座標が認証される。これとは逆に、たとえば雨粒が弾性表面波センサに落ちることに起因して、一次センサが偽接触信号を生成し、二次感圧センサに対する接触圧力により認証されないとき、そのデータは無効と宣言される。二次感圧センサは、接触圧力を感知することにより、接触があったことを示すだけの、簡単な単一部品システムであってもよいし、座標データを認証し、または補完的な座標データを提供する複数部品圧力タッチシステムであってもよい。
【００１６】
別の実施形態において、静電容量式センサを用いて、光学センサ、表面音波センサ、まちは感圧センサからの接触データを認証または拒否する。この実施形態では、指などの接地電位を有する導体が二次静電容量式センサに触れたとき、これにより生じた電流により、一次センサで検知した接触が認証される。これに対して、（たとえば光学センサおよび弾性表面波センサに対する）混入物、または（たとえば圧力式タッチセンサに対する）衝撃または振動に起因する偽接触は、静電容量式二次センサ内に流れる電流を同時に伴うものではないので、一次センサからのデータは無効とされる。二次静電容量式センサは、単一接触型の透明導電性コーティング、または比較のための接触座標を提供するより複雑な静電容量式センサからなる個別のセンサであってもよい。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、たとえば赤外線光学システム、オン・チューブ弾性表面波センサシステム、もしくは非重畳式差圧センサシステムなど、ＣＲＴモニタの画面上にタッチパネルが重畳されることなく、二次静電容量式センサは、ＣＲＴの表面上に抵抗式コーティングを有する。この形式の抵抗コーティングは、ＣＲＴスクリーン上の帯電を制限するために用いられてもよい。この実施形態の静電容量式センサは、抵抗コーティングを、これに接続された電磁雑音信号の振幅測定用電流モニタ回路と組み合わせて用いる。使用に際し、スクリーンに指などのアースされた物体が触れると、検出信号振幅変化が所定の閾値を超えるとき、有効な接触であると判断される。これに対して、混入物などのアースされない物体が表面に触れると、検出信号振幅変化が所定の閾値を超えず、その接触は無効とされる。
【００１８】
本発明の他の実施例では、感圧センサまたは静電容量式センサなどの二次センサを、ＩＲ光学式センサのタッチスクリーンに触覚実感を与える手段として用いられる。この実施形態では、二次センサシステムは、ユーザがタッチスクリーンと物理的に接触をしたか否かを判断するために用いられる。ＩＲシステムは、実際の接触があるまで接触を感知することはないので、格子状ＩＲビームを中断するユーザまたはユーザの衣服により生じ得る偽接触を排除することができる。加えて、システムがスリープモードにあるときであっても、二次センサシステムを用いることが可能であり、ＩＲセンサシステムに付随する連続的な電力消費を抑制することができる。
【００１９】
以下の本明細書および図面を参照することにより、本発明の特徴および利点を十分に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る基本的な方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る択一的な方法を示すフローチャートである。
【図３】赤外線センサまたは弾性表面波センサとともに、簡便な静電容量式の偽接触センサとを採用した、本発明に係る実施形態の概略図である。
【図４】非重畳式の圧力差センサとともに、簡便な静電容量式の偽接触センサとを採用した、本発明に係る実施形態を示す。
【図５】静電容量式タッチセンサの断面図である。
【図６】タッチスクリーン上に搭載された１つまたはそれ以上の感圧センサを示す。
【図７】弾性表面波センサを一次センサとし、１つまたはそれ以上の感圧センサを二次センサとして採用する本発明の実施形態を示す。
【図８】静電容量式センサを一次センサとし、１つまたはそれ以上の感圧センサを二次センサとして採用する本発明の実施形態を示す。
【図９】本発明に係るシステム起動機能を示すフローチャートである。
【図１０】ＩＲ光学センサとともに感圧センサを用いた、本発明の実施形態の方法を示すフローチャートである。
【図１１】ＩＲ光学センサとともに感圧センサを用いた、本発明の別の実施形態の方法を示すフローチャートである。
【図１２】ＩＲ光学センサを一次センサとし、感圧センサシステムを二次センサとして採用した、本発明の実施形態を示す。
【図１３】本発明に係る実施形態の変形例による光学センサ／感圧センサの断面図である。
【図１４】本発明に係る実施形態の別の変形例による光学センサ／感圧センサの断面図である。
【図１５】感圧センサを用いて、正規のスリープモードを提供するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の好適な処理手順を示すフローチャートである。ステップ１０１では、タッチスクリーンは接触される前の準備状態にある。そしてスクリーンは、たとえば指や、スタイラス、または他の手段により接触を受ける（ステップ１０３）。このとき一次タッチセンサは、接触を感知する（ステップ１０５）。ステップ１０５で用いられるセンサは、たとえば抵抗式、静電容量式、弾性表面波式、赤外線式、または感圧式センサなどの任意の形式のものでもよい。一次タッチセンサが接触座標を決定し、または情報処理システムに情報（たとえば接触位置や接触態様など）を送信する前に、二次センサは、一次センサで検知した接触が有効な接触であることを確認する（ステップ１０７）。二次センサが、当該接触が有効であることと認証した場合（ステップ１０９）、接触位置が特定される（ステップ１１１）。所望の構成にもよるが、接触位置は一次センサまたは二次センサのいずれかにより特定することができる。そして接触コントローラは接触情報を情報処理システムへ送る（ステップ１１３）。一次センサによる接触が有効であると二次センサが認証しない場合、いかなる接触情報も情報処理システムには送信されず、タッチセンサは準備状態１０１に戻る。この実施形態の利点は、有効でない接触に対する位置を特定するために時間を費やされることなく、有効な接触が検知されたことを速やかに認証し、接触が有効でなければ、直ちに準備状態１０１に復帰できるという点にある。
【００２２】
若干の変更が加えられた図２のシステムにおいて、一次センサは、接触を感知した後に（ステップ１０５）、その接触位置を特定する（ステップ２０１）。接触位置を特定した後、システムは、二次センサが接触を感知したか否かを単に問い合わせし（ステップ１０７）、感知していた場合は、当該接触を認証し（ステップ１０９）、位置座標を情報処理システムへ送信してもよい（ステップ２０３）。択一的には、接触位置が特定された後（ステップ２０１）、二次センサに対する座標に依存する接触閾値を設定し（ステップ２０５）、座標に依存する接触感度を設定する。
【００２３】
本発明の好適な実施形態によれば、一方のセンサ、すなわち好適には二次センサは、接触を検知したか否かについて判定のみを行うものである。このセンサは、絶対的な接触位置を特定するものではないため、安価なセンサであってもよい。択一的には、このセンサは概略的な接触位置を特定するように設計してもよい。たとえば、このセンサはスクリーンのどの四分象限に接触があったかを特定するように設計してもよい。択一的には、２つのセンサで検知された相補的な情報を用いて、接触情報の検知精度を改善するようにしてもよい。たとえば、第１センサで検知された情報を用いて、第２センサの接触閾値を調整してもよい。
【００２４】
図３および図４は、偽の接触を判別するタッチスクリーンシステムについて、本発明に係る２通りの実施形態の構成を示している。双方の構成において、表示部３０１（たとえばＣＲＴスクリーン）の前面部は抵抗コーティングを含む。このコーティングは、たとえばＩＴＯコーティングなど、一般的に、ＣＲＴスクリーンに堆積される帯電防止用に形成されるものであってもよい。一次タッチセンサは、米国特許第5,708,461号明細書に開示された弾性表面波センサ（すなわちＳＡＷ）、米国特許第5,038,142号明細書に開示された非重畳式の差圧センサ、または米国特許第5,164,714号明細書に開示された赤外線タッチセンサであることが好ましいが、任意のさまざまな異なるタッチスクリーンであってもよい。これらの開示内容は、すべての目的のために本願明細書に組み込まれる。
【００２５】
図３は、一次センサがＳＡＷセンサまたは赤外線センサであるときのタッチスクリーンシステム３００を示す。この実施形態において、スクリーン３０１は、表示スクリーンの前側表面の周囲に沿って複数のエミッタおよびレシーバ３０３を有するが、このエミッタおよびレシーバ３０３を用いて、ＳＡＷセンサまたは赤外線センサのいずれかと共に用いられるよう設計されている。図４に示す択一的構成によれば、タッチスクリーンシステム４００の一次センサは、スクリーン３０１の各角部に１つずつ計４つの圧力測定ゲージ４０１を備えた、非重畳式の差圧センサシステムを利用している。
【００２６】
タッチスクリーンシステム３００，４００において、二次タッチセンサ、すなわち偽の接触を検知するセンサ（偽タッチセンサ）を設けるために、スクリーン３０１上の抵抗コーティングが、好適には電極３０７を介して電場モニタ３０５に接続される。電極３０７は、モニタのカウリングカバーの背後に配置されているため、接続をユーザから見えないように隠すことができる。ＣＲＴを用いる場合、ＣＲＴの陽極により発生するため、電磁雑音を引き起こす。この電磁雑音は、スクリーン３０１の抵抗コーティングに対する高電圧陽極リップルの静電結合に起因する。モニタ３０５は、抵抗コーティングと、ＣＲＴのアースに対応するグランド３０９との間の電圧差を測定する。
【００２７】
使用に際し、指または接地電位を有する（アースされた）他の物体が、ＣＲＴ前部スクリーン３０１（すなわち抵抗コーティング）に触れると、モニタ３０５により観測される信号振幅が変化する。モニタ３０５は、検出された信号振幅の変化が所定の閾値より大きくなったとき、接触があったことを示す判別器３１１に接続されている。こうして判別器３１１は、ユーザの指などの接地電位を有する物体と、水滴などの接地電位を有さない物体とを判別する。
【００２８】
判別器３１１および一次タッチセンサは、共通の情報処理システム３１３に接続される。システム３１３は、一次タッチスクリーンからの応答信号と偽タッチセンサと比較する。すなわち一次センサにより検知された接触が、二次センサまたは偽タッチセンサでは確認されなかったと、システム３１３が判断した場合、その接触は無効とされる。たとえばシステム３００において、水滴がスクリーン３０１に当接すれば、ＳＡＷまたは赤外線の一次センサは接触があったことを示す。しかし、水滴は接地電位を有さないので、この接触は、偽タッチセンサにより認証されない。同様に、一次センサとして非重畳式の圧力差技術を用いたシステム４００において、ＣＲＴへの物理的な衝撃は接触として感知されるが、二次センサが接地されないため、この接触は認証されない。システム３００および４００のいずれにせよ、接触が一次センサおよび偽タッチセンサの双方により感知されたとプロセッサ３１３が判断した場合に、その接触は有効となる。
【００２９】
上記具体例では、偽タッチセンサがたとえば指などのアースされた物体に触れられた場合に有効な接触があったと仮定するものであったが、検出された信号振幅が所定の閾値より小さい場合に、有効な接触があったと定義してもよい。たとえば医薬研究所では、汚染の危険性を最小限に抑えるために、研究技術者にゴム手袋の着用を要求することが望ましい。本発明の使用に際して、偽タッチセンサは、検出された信号振幅が所定の閾値を超える場合、つまりユーザがゴム手袋を着用していないことを示す場合、任意の接触を無効にするよう設計することができる。したがって、こうした用途の場合には、検出された信号振幅が所定の閾値を超えなければ、一次タッチセンサからの接触は有効と認証される。
【００３０】
図３および図４に示す実施形態と同様の他の実施形態において、二次センサとして、ＣＲＴスクリーン上の帯電制限コーティングによるものとは異なり、スクリーンオーバレイが用いられる。この実施形態では、図５に示すように、静電容量式接触技術を用いた二次センサが形成されている。上述の実施形態と同様、一次センサとして、ＳＡＷセンサ、赤外線センサ、または差圧センサを用いることができる。ただし差圧センサは、重畳式または非重畳式の感圧センサであってもよい。
【００３１】
図５は、米国特許第5,457,289号明細書で開示されているような静電容量式タッチセンサの断面図であり、その開示内容は、すべての目的のために本願明細書に統合される。オーバレイ基板５０１は、ＣＲＴまたは他のタッチパネルに組み込み可能なものが用いられる。透明な導電性コーティング５０３（たとえばＩＴＯコーティング）は、保護オーバレイコーティング５０５（たとえば、ＳｉＯ２コーティング）が形成された基板５０１上に積層される。透明導電性コーティング５０３は、ＣＲＴスクリーン３０１の抵抗コーティングと同様、電磁雑音または外部発振源５０７により電磁誘導され得る。
【００３２】
図３および図４に示す実施形態と同様、二次センサとしてオーバレイ静電容量式センサを採用する実施形態において、二次センサは、判別器３１１（図示せず）およびモニタ３０５（図示）を介してプロセッサ３１３（図示せず）に接続されている。そしてモニタおよび判別器を有するシステムは、一次センサによって感知された接触が有効か否か、すなわち指または同等物からの信号がアースされているか否かにより判定する。したがって、上記実施形態と同様、ＳＡＷまたは赤外線の一次センサにより検知された混入物による接触、または感圧式の一次センサを用いたシステムに対する衝撃は、静電容量式の二次センサがアースされた物体による対応する接触を検出しないため、情報処理システムへ報告されることはない。
【００３３】
本発明のこの実施形態では、静電容量式の二次センサは、図３および図４を参照して説明した帯電制限抵抗コーティングと同様、簡便な接触認証を提供するものであってもよいし、あるいはプロセッサ３１３により一次センサで決定された座標と比較される接触座標を提供するものであってもよい。後者の場合、静電容量式の二次センサは、米国特許第5,457,289号明細書に開示されるような公知技術を用いて作製される。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、感圧センサを二次センサとして用いる。感圧センサの作製技術は当業者には広く知られており、米国特許第5,742,222号明細書に開示された温度補正歪みゲージにより代表される。
【００３５】
図６に示すように、この実施形態の最も簡単な構成では、単一の感圧センサ６０１がタッチスクリーン６０５上に配置されている。感圧センサが単一である場合、接触感度が限定的であるか、まったくない領域が形成されないように、角部６０６には剛性の低い支持部を配置し、角部６０８には剛性の高い支持部を配置してもよい。センサ６０１は、スクリーン６０５の視認領域のすぐ外側であって、タッチスクリーンのカウリングカバー６０７の下方に配置するのが好ましい。択一的には、４つの感圧センサ６０１〜６０４をタッチスクリーン６０５の各角部に配置して、米国特許第5,708,460号明細書で開示された方法と同様に接触座標を得るようにしてもよい。この米国特許の開示内容は、すべての目的のために本願明細書に統合される。
【００３６】
本発明に係るこの実施形態では、一次センサは、図７に示すＳＡＷセンサを利用するオーバレイまたは図８に示す静電容量式のタッチセンサであり、感圧センサは二次センサである。図７および図８は複数の感圧センサ６０１〜６０４を図示するが、接触を認証するために、単一の感圧センサ６０１を用いてもよい。したがって、図７および図８に示すように、センサ６０１の出力端子は、接触を認証するためにモニタ３０５および判別器３１１に接続してもよいし、二次接触による座標を特定するめに、４つのセンサ６０１〜６０４からの出力信号とともに、プロセッサ３１３に直接的に接続してもよい。
【００３７】
図７に示すように、一次センサは、送信トランスデューサ７０１、受信トランスデューサ７０３、および反射グリッド７０５を有する。図８に示す静電容量式の一次センサは、電極アセンブリ８０３の他、スクリーン６０５上に導電性コーティング８０１を有する。図７の一次センサが混入物による見せ掛け（偽）の接触を検出した場合や、図８の静電容量式の一次センサが意図しない接地電位による見せ掛けの接触を検出した場合でも、感圧センサ６０１から対応する圧力信号が出力されないため、システムは、偽接触による座標位置を出力することはない。
【００３８】
本発明に基づき個々のセンサを組み合せることにより、それぞれのセンサの問題点を解消する他にも、別の利点を得ることができる。たとえば、システム準備モードにおいて、一方のセンサシステムのみを「準備」状態にしておけば十分である。すなわち、他方のセンサシステムに対する電力供給を完全に停止した状態にしておくことにより、電力消費量を削減することができる。図９に示す好適な実施形態において、当初、一次センサは準備モードにし（ステップ９０１）、二次センサはアクティブモードにする（ステップ９０３）。二次センサが接触を検出すると（ステップ９０５）、一次センサが起動される（ステップ９０７）。その後、システムは、上記説明した図１および図２に示すアルゴリズムの１つに従い、接触位置の座標を特定する（ステップ９０９）。
【００３９】
二次センサとして用いられる圧力センサ技術を用いた別の実施形態によれば、米国特許第5,038,142号明細書で開示された差圧検知システムなど、ディスプレイ表面に加えられる圧力を測定する感圧センサシステムを、一次センサとしての非重畳式のオンスクリーン弾性表面波センサもしくは米国特許第5,796,389号明細書で開示されたものと同様の非重畳式のオンスクリーン静電容量式センサと組み合わせて使用してもよい。
【００４０】
二次センサとして用いられる圧力センサ技術を用いた、さらに別の実施形態によれば、図１０〜図１４に示すように、感圧センサシステムをＩＲ光学センサとともに用いてもよい。タッチスクリーン式の典型的なＩＲセンサは、タッチスクリーン表面の直ぐ上方に配置された格子状ＩＲビームが遮断されたときに接触を検知する。すなわちユーザは、接触ボタンを起動させるために、あるいはタッチスクリーンと相互作用するために、実際にスクリーンに触れる必要はない。残念ながら、スクリーンに物理的に触れることなく、スクリーンと相互作用できるので、大半のユーザにとって接触したことが実感の沸かないものとなり、しばしば偽接触を引き起こすことなる。たとえばユーザが、どのボタンを押すべきか判断するときに、タッチスクリーン表面の上方で躊躇しながら指を動かすことがある。このように考えているときに、ユーザが指をあまりにもスクリーンに近づけると、偽接触を引き起こすことなる。
【００４１】
本発明によれば、光学式センサを用いたタッチスクリーンに接触したという実感が得られるように、１つまたはそれ以上の感圧センサを用いて、確かに接触したことの実感をユーザにフィードバックすることができる。しかし、図３（すなわちＣＲＴスクリーン上の電荷制限コーティングを使用）、または図５（すなわちスクリーンオーバレイを使用）を参照して説明した、簡便な静電容量式のセンサシステムを、確かに接触したことの実感をユーザにフィードバックするために、光学式センサを用いたタッチスクリーンと組み合わせて使用できることを理解されたい。すなわち上述の静電容量式の二次センサシステムを利用するシステムは、ＩＲ光学センサシステムが有する接触感覚の問題を克服することができる。したがって、以下の具体例において感圧センサを用いることは、本発明を限定するものではなく、例示するためだけのものであって、光学センサシステムの短所を補填するために静電容量式センサシステムを用いることができるものと理解されたい。
【００４２】
図１０に示すように、光学センサが接触を感知したとき（ステップ１００１）、感圧センサシステムが同様に接触を感知したか否かを判断するために、感圧センサに問い合わせを行う（ステップ１００３）。感圧センサシステムが接触をまったく感知していない場合（ステップ１００５）、偽接触と判断され、システムは当該接触をホストコンピュータに通知しない。逆に、感圧センサシステムが接触を感知したとき（ステップ１００７）、当該接触は認証され、接触座標がホストコンピュータに通知される（ステップ１００９）。この実施形態では、感圧センサシステムは、接触位置座標を特定し、そして／または認証するためには用いられていないことを理解されたい。むしろ感圧センサシステムは、接触の真偽を判別するためにのみ用いられている。
【００４３】
本発明の感圧センサシステムによれば、接触を認証すること以外に、タッチスクリーン設計者はさらなる設計上のフレキシビリティを得ることができる。典型的な光学センサシステムにおいては、格子状ビームはできるだけ接触表面の近くに配置され、こうしたセンサシステムから得られる接触の実感ができるだけ失われないようにしている。しかし本発明を利用すると、システム設計者は、格子状ビームを接触表面から相当に離れたところに配置することができ、システムの他の態様を最適化することができる。たとえば、格子状ビームを接触表面から相当に離れたところに配置できることから、タッチスクリーンから雨水を排出するシステムをより容易に設計することができる。
【００４４】
図１１は、（静電容量式の二次センサシステムとは異なり）感圧センサを二次センサとして利用する、図１０に示す本発明の特定の実施形態の変形例を示すものである。この変形例では、感圧センサは、接触を感知したか否かだけでなく（ステップ１００３）、接触力の大きさ（ステップ１１０１）についても問い合わせを受ける。加えられた力が所定の閾値を超えない場合（ステップ１１０３）、当該接触は偽接触として拒絶され、接触座標をホストシステムに通知されない。逆に、接触力が閾値を超える場合（ステップ１１０５）は、接触座標がホストシステムに通知される（ステップ１００９）。この変形例の利点は、たとえばタッチスクリーン上にユーザの衣服が触れたことに起因する偽接触が、有効な接触としてホストシステムに通知されないという点である。
【００４５】
本実施形態の感圧センサシステムの感度は、一般には、位置により変化するものであり、問題とならなければ、接触力の閾値ステップ１１０１に影響を与えるものと理解されたい。感度の位置依存性は、ある程度、選択されたセンサの配置位置、および接触位置がパネル縁からパネル中央へ動くときに変化するパネルのたわみに起因している。（たとえば、用いられるセンサ、センサの配置位置、用いられるパネル、パネルの取り付け方法などにより）位置依存性を極力小さくすることができるが、たわみ変化を計算し、接触領域全体における有効接触力感度を一定に維持することが好ましい。
【００４６】
図１２は、上述の手法を用いて、ＩＲ光学センサシステムを一次センサとして、感圧センサシステムを二次センサとして利用するタッチスクリーンを示す。ＩＲ光学センサシステムは、当業者には広く知られているので、ここでは詳細には説明しない。たとえば国際特許出願公開第WO98/40844号を参照されたい。一次光学部品は、ＩＲソース（赤外線光源）１２０１、格子状ビームを形成するための導波路または他のビーム分散手段１２０３、円筒状レンズ１２０５、および検知器１２０７を有する。プロセッサ１２０９は、タッチスクリーンシステムを制御する。また本発明によれば、１つまたはそれ以上の感圧センサ１２１１が、タッチスクリーンに接続されている。さまざまな異なるタイプの感圧センサを本発明と共に用いることができる。感圧センサ１２１１の出力端子は、接触が感知されたことを判断するモニタ１２１３に接続されている。モニタ１２１３の機能は、プロセッサ１２０９の機能とは独立したものであってもよいし、あるいはプロセッサ１２０９を用いて実行してもよい。必要ならば、タッチスクリーンに加えられる力が、所定の閾値を超えているか否かを判断するために、判別器回路１２１５を用いてもよい。
【００４７】
ラップトップコンピュータのＬＣＤディスプレイとの使用に適した、光学センサおよび感圧センサを採用した本発明に係る実施形態の変形例において、たとえば厚さが２ミリメートル薄いガラス板がＬＣＤディスプレイの上方に重畳される。このガラス板は、ＩＲ光学システムの部品の実装または接合するための表面を提供するのみならず、圧力センサシステムのタッチプレートを提供するものである。さらに、このガラス板は、ＬＣＤディスプレイを、接触操作に付随する機械的な摩耗から保護するものである。この実施形態では、ガラス基板の厚みは、表面接触に起因する基板のたわみが光学システムのごくわずかな位置ずれとなるように、十分な剛性が得られるものを選択する。好ましくは、光学システムは、円柱レンズの入射角により基板たわみが補償されるよう設計される。この実施形態では、感圧センサは、ＬＣＤの視覚領域の外側（たとえば導波路構造物１２０３の下方）であって、基板の背面に接合された一対のＰＶＤＦ薄膜圧電性歪みゲージであることが好ましく、タッチスクリーンのそれぞれの軸に沿って１つずつ実装されている。基板がたわむと、局部的な曲率変化に比例した信号が形成されるため、接触を検知する手段を提供することができる。
【００４８】
図１３および図１４は、より厚い基板を用いて、その下方に配置されたディスプレイをより十分に保護するための、光学センサおよび感圧センサを採用した本発明に係る実施形態の一対の変形例を示すものである。ただし、この実施形態は、より厚い基板の重量が増えるため、ラップトップコンピュータよりもキオスクに適したものである。図示のように、ディスプレイは、一般的なキオスクで用いられているように傾斜して配置されている。ただし、ディスプレイは、０度（すなわち水平）から９０度（すなわち垂直）までの任意の角度に傾斜して配置できることに留意されたい。
【００４９】
図１３および図１４に示す実施形態において、このシステムは、ディスプレイ（たとえばＬＣＤディスプレイ）１３０１、ガラスタッチパネル１３０３、および実装構造体１３０５を有する。通常、ＩＲ光学システムは（たとえば導波路構造やレンズなどの）他の光学部品も必要であるが、これらの図では、単に光源１３０７および検知器１３０９が代表的に図示されている。一般に、ＩＲ透過性ベゼル１３１１を用いて、光学センサシステムの構成部品を保護する。これらの実施形態では、ガラス板は厚いので、接触のときにタッチパネル１３０３に生じる撓みは、極めて小さいものと予想される。すなわち感圧センサシステムは、歪みゲージに代わって、タッチパネル１４０３と実装構造体１３０５との間に実装された１つまたはそれ以上の感圧センサ１３１３を用いる。図１４に示す実施形態では、透過性ベゼル１３１１およびＩＲ光学センサ部品１３０７，１３０９は、パネル１３０３から離間しているため、流れ落ちる雨水１４０１のための排水チャンネルを有するように本システムを設計することができる。上述のように、光学センサを用いた従来式の（すなわち二次センサシステムを有さない）タッチスクリーンでは、こうした離間した光学システムは、間隔が大きくなると、触れたという実感がよりいっそう乏しくなるので好ましくない。
【００５０】
本発明の別の利点は、このようにセンサを組み合わせたシステムにおいて、真の意味での「スリープ」モードを実現できる点にある。一般的な抵抗式タッチスクリーンシステムは、機能していない期間、スリープモードに設定される。スリープモードにおいては、システムは、基本的に、単にメンブレンスイッチとして作動する。すなわち、一旦タッチスクリーンがこのモードに入った後の最初の接触は、システムを起動し、ユーザのさらなるタッチスクリーンへの操作を介して情報を受けるよう準備させるものである。たとえば抵抗タッチスクリーンを用いたラップトップコンピュータにおいて、所定の期間、まったく接触が感知されない場合、システムは、スリープモードに入り、（たとえばスクリーン表示を消し、ＣＤドライブの回転を止めるなどして）システムの電力消費を極力抑えることにより、バッテリの寿命を伸ばすようにする。残念なことに、光学式、音波式、もしくは静電容量式のセンサのみを用いたタッチスクリーンは、接触に応答できる状態に維持するために、続行して電力を消費しなければならない。光学センサシステムは、接触に応答するためには、たとえば有効接触領域全体にわたりＩＲビームをスキャンし続ける必要がある。すなわち、光学式、音波式、もしくは静電容量式のセンサのみを用いたタッチスクリーンは、電力消費がまったくない本当の意味でのスリープモードにあるとき、接触に対してまったく反応せず、最初の接触によりシステムを起動または初期化することはできない。
【００５１】
本発明は、感圧センサシステムを用いることにより、この問題を克服するものである。図１５に示すように、不使用の期間が経過すると、システムはスリープモードに入る（ステップ１５０１）。本発明によれば、このスリープモードでは、一次センサシステム（すなわち光学式、音波式、もしくは静電容量式のセンサシステム）は、完全に給電停止状態にある。ユーザが、タッチスクリーンパネルに触れることで、タッチスクリーンを使用しようとすると、その接触を感圧センサシステムが検出する（ステップ１５０３）。一旦、接触を検知すると、一次センサシステムが起動する（ステップ１５０５）。このステップの後は、システムは上述のように作動し、一次センサシステムを用いて後続の各接触を感知し（ステップ１５０７）、感圧センサシステムを用いて当該接触を認証し（ステップ１５０９）、認証された接触座標をホストコンピュータに通知する（ステップ１５１１）。好適には、システムは、後続の複数の接触の間の時間間隔をモニタし（ステップ１５１３）、その時間間隔が所定の閾値時間を超える場合（ステップ１５１５）、システムが再びスリープモードに入る。本システムでは、図１１を参照して説明したような、接触力閾値を用いてもよいし、用いなくてもよい。
【００５２】
タッチスクリーンのコントローラに関連する大半の電子部品が検知器の形式によらないため、通常、複数のタッチセンサを用いても、複数の組の電子部品を必要としないことを理解されたい。たとえば、一般的なタッチスクリーンコントローラは、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）、電源供給回路部、ホストコンピュータとの通信をサポートするデジタル回路部、およびプリント回路基板を必要とする。したがって、多くの場合、タッチスクリーンに関連した電子部品の多くは、複数のセンサシステムをサポートするために利用することができる。
【００５３】
いくつかの事例では、コントローラの電子部品の他の態様が、２つの異なる形式のセンサに共通している場合もある。たとえば、ある種の圧電抵抗感圧センサは、直流励起電圧を用いたより典型的なアプローチとは異なり、数十キロヘルツの範囲の交流励起電圧を用いて、読み取ることが可能である。したがって、感圧センサおよび静電容量式感知電極の双方について、同じ励起周波数および同様の受信用電子部品を用いることができる。
【００５４】
当業者ならば理解されるように、本発明は、その精神と本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実現することができる。したがって、本願明細書での開示および記述は、例示するためであり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５５】
３００，４００…タッチスクリーンシステム、３０１…スクリーン（表示部）、３０３…レシーバ、３０５…電場モニタ、３０７…電極、３０９…グランド、３１１…判別器、３１３…情報処理システム（プロセッサ）、４０１…圧力測定ゲージ、５０１…オーバレイ基板、５０３…透明導電性コーティング、５０５…保護オーバレイコーティング、５０７…外部発振源、６０１〜６０４…感圧センサ、６０５…タッチスクリーン、６０６，６０８…角部、６０７…カウリングカバー、７０１…送信トランスデューサ、７０３…受信トランスデューサ、７０５…反射グリッド、８０３…電極アセンブリ、８０１…導電性コーティング、１２０１…ＩＲソース（赤外線光源）、１２０３…ビーム分散手段、１２０５…円筒状レンズ、１２０７…検知器、１２０９…プロセッサ、１２１１…感圧センサ、１２１３…モニタ、１２１５…判別器回路、１３０１…ディスプレイ（ＬＣＤディスプレイ）、１３０３…ガラスタッチパネル、１３０５…実装構造体、１３０７…光源、１３０９…検知器、１３１１…ＩＲ透過性ベゼル、１４０３…タッチパネル、１４０１…雨水。
【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９】
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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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【外国語明細書】
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