(57)【要約】  人体部位などの物体の存在を検出するタッチ・スイッチ装置であって、タッチ・パッド、タッチ・パッド付近に生成される電界および、被制御装置に接続され、タッチ・パッドに接続された、好ましくは、集積化されたローカルな制御回路を有するタッチ・スイッチ装置。タッチ・スイッチ装置の実用的応用には、他の構造、特に、機械式スイッチをエミュレートする多位置無接触スイッチと一緒にタッチ・スイッチ装置を使用するものが含まれる。
2008515153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械式スイッチをエミュレートする装置であって、
基板と、
前記基板上に設置された第１の電界効果センサと、
第１の電界スティミュレータであって、前記第１の電界スティミュレータは、予め定められた経路に沿って移動可能であり、前記予め定められた経路が前記第１の電界効果センサに比較的近い少なくとも第１の地点と、前記第１の電界効果センサから比較的遠い少なくとも第２の地点とを有している第１の電界スティミュレータと、
を含む前記装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、更に、前記基板上に設置された第２の電界効果センサを含み、前記第１の電界スティミュレータは、予め定められた経路に沿って移動可能であり、前記予め定められた経路が前記第２の電界効果センサに比較的近い少なくとも第３の地点と、前記第２の電界効果センサから比較的遠い少なくとも第４の地点とを有している前記装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記基板上に設置された第２の電界効果センサと、
第２の電界スティミュレータであって、前記第２の電界スティミュレータは、予め定められた経路に沿って移動可能であり、前記予め定められた経路が前記第２の電界効果センサに比較的近い少なくとも第３の地点と、前記第２の電界効果センサから比較的遠い少なくとも第４の地点とを有している第２の電界スティミュレータと、
を含む前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願へのクロスリファレンス）
本出願は、２００４年９月２４日付けの米国暫定特許出願第６０／６１３，０７３号の利益を主張するものであり、また２００２年１０月１５日付けの米国特許出願第１０／２７２，３７７号の一部継続出願である。後者の出願は、２００１年１１月２０日付けの米国暫定特許出願第６０／３３４，０４０号、いずれも２００１年１２月１８日付けである米国暫定特許出願第６０／３４１，３５０号、第６０／３４１，５５０号および６０／３４１，５５１号ならびに２００２年６月１３日付けの米国暫定特許出願第６０／３８８，２４５号の利益を主張するものであり、また現在は、米国特許第６，３２０，２８２号となっている１９９９年１月１９日付けの米国特許出願第０９／２３４，１５０号の継続出願であり、現在は、米国特許第６，７１３，８９７号となっている２００１年１０月２５日付けの現在係属中の米国特許出願第１０／０２７，８８４号の一部係属出願である。これらの引用文献の開示は、参照によってここに取り込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、タッチ・スイッチ（すなわち、例えば、指でタッチ・パッド又はその周辺に触れることによって作動するスイッチであり、ここでは、タッチ・センサや電界効果センサとも呼ばれる）および関連する制御回路と、それらの実用的な応用に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
家庭電化製品、電動工具、自動車および関連システムのほかすべての種類のその他の家庭用道具および工業用機器を含むあらゆるタイプの制御装置に機械式スイッチが使用されてきた。機械式スイッチは、一般に基板の上に搭載され、基板を貫通する何らかの構造を必要とする。そのような貫通構造は、スイッチ自体のなかの貫通構造とともに、埃、水およびその他の汚染物質が基板を通過し、スイッチ内部の溜まる原因となり、それが電気的短絡やその他の誤動作を引き起こすことにつながる。
【０００４】
タッチ・スイッチがしばしば従来の機械式スイッチの代わりに使用されている。機械式スイッチと違って、タッチ・スイッチは、破損や消耗する可動部分を含まない。それに加えて、タッチ・スイッチは、基板に開口部を必要とせずに、連続的な基板シート、すなわちスイッチ・パネル上に搭載もしくは、形成することができる。機械式スイッチに代わるタッチ・スイッチの使用は、従って、汚染物質が存在しがちな環境で特に有利である。タッチ・スイッチ・パネルは、また、基板中に汚染物質の侵入を許容する開口部を必要とせずに作製することができるので、機械式スイッチのパネルよりも掃除が容易である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既存のタッチ・スイッチは、一般に１又は複数個の電極を有するタッチ・パッドを含む。タッチ・パッドは、制御又はインタフェース回路と交信するが、それは、複雑でタッチ・パッドから離れていることが多い。タッチ・パッドを含む１又は複数の電極に対して信号が供給されて、影響を受ける電極周辺に電界を発生するのが普通である。制御／インタフェース回路は、電界に対する擾乱を検出して、被制御装置が使用する応答を発生させる。
【０００６】
タッチ・スイッチは、機械式スイッチに付随する多くの問題を解決するが、既存のタッチ・スイッチのデザインは、完璧でない。例えば、多くの既存のタッチ・スイッチは、水やその他の液体のような汚染物質が基板上に存在するときに、誤作動を起こす。汚染物質は、タッチ・パッド周辺に生成される電界に対して導体として働き、意図しないスイッチ駆動を引き起こす。これは、そのような汚染物質が普通に見られる台所や特定の工場環境の領域で問題となる。
【０００７】
既存のタッチ・スイッチ・デザインは、これ以外にもクロストーク、すなわち、隣接するタッチ・パッド周辺の電界相互の干渉に関連する問題に苦しむ。クロストークは、間違ったタッチ・スイッチを駆動したり、１つのタッチ・パッドに近接する１回のタッチによって２つのスイッチを同時に駆動したりする。
【０００８】
多くの既存のタッチ・スイッチ・デザインは、またタッチ・パッドそれ自体やタッチ・パッドからそれに関連する制御回路に延びるリードに影響を及ぼす電気的雑音やその他の相互干渉によって意図しない駆動を起こすことがある。この問題は、従来のタッチ・スイッチ・デザインで見られるようなタッチ・パッドが制御回路から比較的遠く離れているような応用で更に悪化する。
【０００９】
既存のタッチ・スイッチ・デザインは、それらが制御する装置とのインタフェースとするために複雑な制御回路を必要とするのが普通である。それらの制御回路は、回路基板上にかなり広いスペースを占有する多数の個別部品を含むことが多い。それらの物理的サイズのせいで、制御回路は、一般にタッチ・パッドそのものから長距離離して配置される。制御／インタフェース回路の物理的サイズと、それらがタッチ・パッドから離れていることのせいで、上述の問題、例えば、クロストーク、電気的雑音および相互干渉に対する感受性が更に悪化する。サイズと遠隔性とがタッチ・スイッチ・パネルの全体的な設計を複雑化し、その結果、生産コストおよび複雑度を更に増している。
【００１０】
いくつかの既存のタッチ・スイッチのデザインは、タッチ・パッドからインタフェース／制御回路又は被制御装置までに別のアース・リードを必要とする。従来の機械式スイッチを採用する特定の装置は、そのようなアース・リードを必要としないし、それを組み込むことは、容易でない。そのような装置をそのようなタッチ・スイッチと一緒に使用できるようにするためには、特殊なアース構造を追加する必要があり、設計および生産のための時間、複雑度およびコストが増す。このようなアース・リードの必要性は、従来の機械式スイッチ・パネルをタッチ・スイッチ・パネルで単純かつ直接的に置き換えることを妨げる。
【００１１】
タッチ・スイッチ・デザインの最近の進歩には、タッチ・スイッチ自体の入力および出力インピーダンスを下げて、汚染物質や外的雑音源による偽の駆動に対する高い耐性を付与する技術が含まれる。米国特許第５，５９４，２２２号は、多くの過去のデザインよりも汚染物質や電気的雑音の存在下での誤作動に対し、感受性の低い低インピーダンスのタッチ・スイッチ・デザインについて述べている。この方式は、従来技術と比べていくつかの利点を有するものの、それの応用を制限するいくつかの属性が存在する。例えば、作製されるタッチ・スイッチは、温度変化に敏感となる。出力における温度変化が本当の信号変化と比べて小さく、トランジスタの変動によって誘起される信号変化と比べて小さい限り、単一トランジスタ又はその他の増幅デバイスで十分である。しかし、この技術は、被制御装置とのインタフェースのために付加的な回路を必要とし、そのため、全体的なタッチ・スイッチ・デザインに対するコストおよび複雑度を増す。補償を許容するダイナミック・レンジが十分でない場合や温度変化が本当の信号変化と比べて大きい場合のような応用では、異なる方式のほうが温度の効果をより良く解消又は低減することができよう。
【００１２】
更に、この技術の低インピーダンス方式は、或る有限なインピーダンスを持つ汚染物質と或る有限なインピーダンスを持つ人の接触との間の区別が可能であるものの、この技術は、極端に低いインピーダンス・レベル間の区別をするには、不十分である。そのような状況は、タッチ・スイッチ全体（すなわち、内側電極と外側電極の両方）が大量の汚染物質で覆われたときに出現する。類似な、本質的にゼロ・インピーダンスの状況は、金属製なべのような導電性材料がタッチ・スイッチを全体的に覆ったときに出現する。
【００１３】
本出願と同一の譲受人に譲渡され、ここに参照によって取り込まれる米国特許第６，３１０，６１１号は、タッチ・スイッチに影響する共通モード擾乱に関連する問題の多くに対処する差動測定回路を有するタッチ・スイッチ装置を開示している。例えば、２電極のタッチ・パッドを有するタッチ・スイッチは、各電極付近に電界を生成するように構成できる。両電極を本質的に覆う汚染物質のような共通モード擾乱は、各電極付近の電界に対して本質的に同じように影響するものと考えられる。各電極は、擾乱に比例した信号を差動測定回路に供給する。そのため、電極からの信号が本質的に等しいものと想定されるので、差動測定回路は、差分を感知せず、共通モードの擾乱に応答しない。他方で、電極の１個の付近の電界のみが擾乱されるときは、その電極によって差動測定回路に供給される信号は、他の、影響されていない電極によって供給されるものと本質的に異なるはずである。差動回路は、第１と第２の電極における刺激の程度の差に基づいて出力を供給することによって応答でき、それにより、電極の特別な刺激状態に基づくスイッチ駆動を引き起こすか、あるいは、電極における多くの刺激状態に基づいて情報を提供することができる。
【００１４】
差動測定回路方式は、従来技術で既知の多くの問題に対処できるものの、それは、比較的複雑で、設計および製造のコストが嵩む。差動測定回路は、一般により従来の制御回路と比較して多くの部品を含んでいる。付加的な部品は、タッチ・スイッチ・パネル上により多くのスペースを占有する。従って、制御回路は、非差動的回路設計の場合よりもタッチ・パッドからより遠ざかることになり、そのために、タッチ・パッドとそれの制御回路との間に長いリードを必要とする。これは、電気的干渉に関連する問題を実際に悪化させる。更に、差動測定回路を構築するとき、部品の整合が重要となる。適正な部品整合のために、付加的な製造負荷が生じ、コストも嵩むであろう。更に、差動感知技術を使用するとき、特に低インピーダンス応用では、結果の信号は、電極の絶対的信号変化のダイナミック・レンジと比べて相対的に小さい。従って、結果の信号は、雑音およびその他の環境効果によって影響される。差分信号の適正なバッファリングのためには、スイッチ又はバッファを構築する付加的な部品が必要である。更に、パルス信号などの刺激が遠隔制御回路から供給されるとき、パルス信号は、影響を受ける。パルス発生回路のような刺激発生回路は、一般に部品を必要とし、物理的スペースを占有するが、それらが感知電極と干渉するかもしれない。従って、信号発生回路は、それらが感知電極に悪影響するか又はバイアスする物理的空間を占有して、センサの信号対雑音比の特性を等価的に低減する場合、感知電極から物理的に遠ざける必要がある。
【００１５】
上述の改善点は、スイッチ間のクロストークおよびそれらの制御回路に対する電気的干渉効果の結果としての意図しないスイッチ駆動を低減させるものの、それらの問題を完全に解消するものでない。更に、それらは、特定のタッチ・スイッチ応用において別になったアース回路の必要性に関する問題に対処するものでなく、またそれに関連する問題を解決するものでもない。更に、上述の特徴を可能な限り小型の物理的構造体を用いて実現できることが望ましい。
【００１６】
一般に電界効果センサの駆動のために、例えば機械式押しボタン、トグル又はロータリ・スイッチの場合のようにユーザによる力の印加や構造体の物理的移動をさせる必要がない。これは、多くの応用で望ましい属性であるが、他の応用では、ユーザが力を加えたり、スイッチ構造体を物理的に移動させたりして、スイッチが状態を変化させたという物理的認識をユーザに与えることが望ましいこともある。特定の応用では、従来の機械式スイッチの機械的感覚を保ったまま、電界効果センサによって提供される利点を有するスイッチング機構を提供することが望まれることもある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（発明の概要）
本発明は、タッチ・パッドとタッチ・パッドの近くに位置する制御回路とを含むタッチ・スイッチ装置を提供する。タッチ・パッドおよび制御回路は、誘電体基板上に搭載される。制御回路は、装置全体のサイズと比べて小型である。好適な実施の形態で、制御回路は、本質的に１又は複数個の集積回路に減らされる。制御回路を集積回路化した物理的にコンパクトな実施の形態は、共通モードの干渉と、隣接するタッチ・スイッチ間のクロストークおよび干渉とに対するタッチ・スイッチの感受性を低減する。集積回路方式は、また制御回路部品のより優れた整合性とバランスを提供する。
【００１８】
本発明のタッチ・スイッチは、多様な好適な実施の形態として構成できる。いくつかの実施の形態で、タッチ・スイッチは、従来の接触を保持するタイプの機械式スイッチをエミュレートすることができる。他の実施の形態では、タッチ・スイッチは、瞬間的に接触するタイプの機械式スイッチをエミュレートすることができる。更に、他の実施の形態で、タッチ・スイッチは、感知電極における感知に相対的な多重出力を提供できる。
【００１９】
好適な実施の形態で、タッチ・パッドは、第１の電極と、第１の電極に近接する第２の電極とを有する。少なくとも電極の一方は、ローカルな制御回路に電気的に接続される。第１および第２の電極と、ローカル制御回路とは、基板の同じ面に配置されるのが普通であり、基板の反対側の面は、タッチ面として利用される。しかし、それらは、同一面である必要はなく、基板の両側に配置することもできる。
【００２０】
代替的実施の形態で、タッチ・パッドは、ローカル制御回路に電気的に接続された単一の電極を有する。他の代替的実施の形態で、タッチ・パッドは、３個以上の電極を有する。
【００２１】
好適な実施の形態で、制御回路は、信号を生成し、それをタッチ・パッドに供給してタッチ・パッドを含む１又は複数の電極付近に１つの電界を発生させる手段を含む。あるいは、そのような信号を他の場所で発生させて、１又は複数の電極に供給してその付近に１又は複数の電界を発生させることもできる。制御回路は、ユーザの指先がタッチ・スイッチに隣接する基板に接触又は接近するなど、電界に対する刺激に応答した電界に対する擾乱を検出する。制御回路は、そのような電界の擾乱に対して被制御装置、例えば、家庭用電化製品や工業用機械が利用するための制御信号を発生することによって選択的に応答する。
【００２２】
好適な実施の形態で、制御回路は、第１の電極又は第２の電極のいずれか又は両者の近傍に刺激が与えられることに応じて、第１の電極と第２の電極との間の電位差を検出し、それに応答する。そのような差動測定回路は、温度、電気的雑音、電源の変動およびその他の入力のような共通モード信号（すなわち、両方の電極に対してほとんど同等に影響する傾向を持つ信号）の排除機能を提供する。差動測定回路は、またタッチ・スイッチに隣接する基板に汚染物質が付着することで生ずる共通モード信号の排除機能も提供する。
【００２３】
好適な実施の形態で、信号は、第１の電極と第２の電極とに供給される。信号は、制御回路の内部から、あるいは、他の場所から生成される。各電極の場所に電位が生じ、従って、電極の各々の周辺に電界が発生する。差動測定回路には、２つの整合したトランジスタが配置され、第１のトランジスタが第１の電極に、また第２のトランジスタが第２の電極に接続される。各トランジスタの出力は、ピーク検出回路に接続され、各ピーク検出回路の出力は、次に決定回路に供給される。
【００２４】
各トランジスタの出力は、それが対応する電極周辺の電界が変化するとき、すなわち、電極にユーザが接触したり接近したりするときに変化を生ずる。ピーク検出回路は、トランジスタの出力の変化に応答して、トランジスタからのピーク電位に対応する信号を決定回路に供給する。決定回路は、ピーク電位を予め決められたやり方で使用して、制御回路の他の部分が使用する出力を供給する。
【００２５】
好適な実施の形態で、内側電極および外側電極は、決定回路の入力と関連付けられて機能し、第１の電極周辺の電界に対する擾乱が第２の電極周辺の電界に対する擾乱の程度よりも大きいときに、決定回路が高レベル出力を発生するようにする。逆に、決定回路は、第２の電極周辺の電界に対する擾乱が第１の電極周辺の電界に対する擾乱の程度よりも大きいときには、低レベル出力を発生する。両方の電極周辺の電界がほぼ同程度に擾乱されたときは、決定回路は、低レベル出力を発生する。
【００２６】
第１の状態は、例えば、指先が本質的に第１の電極を覆うが第２の電極を覆わないときに現れる。第２の状態は、例えば、指先や汚染物質が本質的に第２の電極を覆うが第１の電極を覆わないときに現れる。第３の状態は、例えば、汚染物質や金属製なべなどの物体が第１と第２の両電極を覆うときに現れる。
【００２７】
決定回路出力は、電気的ラッチなどのその他の回路部品に供給され、後者は、決定回路出力の状態に依存して、選択的に制御回路から制御信号を出力させる。好適な実施の形態で、決定回路からの高レベル出力は、最終的に制御回路から制御信号を出力させるが、低レベル出力のときは、制御信号を出力させない。代替的実施の形態では、決定回路からの低レベル出力が制御回路から制御信号を出力させ、高レベル出力のときには、制御信号を出力させない。
【００２８】
装置のターン・オンおよびオフ、温度調節又はクロックやタイマーの設定など機械式スイッチによって実行できるほとんどすべての機能は、本発明のタッチ・スイッチ装置を用いて実行できる。それは、既存のタッチ・スイッチに置き換わり、それに関連する問題を解決することができる。それは、また機械式、メンブレン式スイッチに直接置き換わることができる。本発明のタッチ・スイッチ装置は、温度変化が極端に大きい場所、多量の汚染物質が存在する場所、あるいは、タッチ・パッドの上に金属物体が置かれている場所などの環境で使用するのに特に適している。
【００２９】
本発明は、タッチ・パッド電極と論理および決定回路との間で信号をより効率的に交信するための入力回路部を提供する。好適な実施の形態で、制御回路のこれら入力部は、高周波の過渡的パルスをＤＣ信号に変換するように構成された各種構造のピーク検出回路および能動デバイスを含む。これらの実施の形態は、もっと複雑なＡＣ処理回路を必要とせず、ＤＣ処理回路の使用ですむため、タッチ・スイッチ・アセンブリの集積回路のサイズおよびコストを削減することができる。更に、これらの好適な実施の形態は、入力電極の場所の電界に対応するピーク検出回路に付随する電界を放電させることができる。
【００３０】
他の好適な実施の形態で、ボンディング・パッドおよびワイヤ・ボンディング構成によって生ずる浮遊容量の負の効果は、上述の制御回路の入力部にスワンピング容量（ｓｗａｍｐｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を採用することによって補償される。本発明のこれらの実施の形態に従うスワンピングは、浮遊容量によって差動測定回路にもたらされる不均衡を解消させることができ、従ってより一貫性のある電気的情報が決定回路に伝わるようにする。
【００３１】
他の好適な実施の形態で、浮遊電流およびしばしばタッチ・パッドの入力電極の静電的高電位によって引き起こされる損傷からの制御回路の保護が制御回路の入力部に能動的阻止デバイス構造を設けることによって提供される。
【００３２】
他の好適な実施の形態は、雑音の多い環境およびその他の環境における統計的フィルタリングおよびサンプリングを提供する。更に、他の好適な実施の形態は、差動測定技術を用いて決定回路に送られる入力信号の線形化を提供する。
【００３３】
本発明は、更に、デュアル接続のラッチ回路を提供し、それは、メンブレン式およびその他の機械式スイッチをタッチ・センサ・スイッチで直接置き換えることを容易にする。好適な実施の形態で、このラッチ回路構成は、タッチ・スイッチ・アセンブリの制御および集積回路を作製するために使用されるドープされた基板から発生する固有的なリーク電流経路からの分離を提供する。本発明の１つの目的は、本発明によって利用される回路の入力構成の特徴を生かすアナログ出力を提供することである。本発明の別の１つの目的は、容量性入力を感知する方法を提供することである。
【００３４】
本発明は、またタッチ・スイッチの実用的応用を目指している。ここに述べたタッチ・スイッチがここで述べた応用の多くと一緒に使用するのに特に適しているものの、他のタッチ・スイッチおよびセンサ、例えば、参照によってここに取り込まれる米国特許第５，５９４，２２２号および第６，３１０，６１１号に開示されたような容量性センサおよび電界効果センサをそのような応用に使用することも同様に可能である。
【００３５】
本発明の各種の特徴、利点およびその他の利用は、以下の詳細な説明および図面を参照することでより明らかとなろう。
【００３６】
（図面の詳細な説明）
米国特許第５，５９４，２２２号、第５，８５６，６４６号、第６，３１０，６１１号、第６，３２０，２８２号、第６，７１３，８９７号および第６，８９７，３９０号、ならびにいずれも２００２年１０月１５日付で出願され、本発明の譲受人に譲渡された知的シェルビング・システム（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｓｈｅｌｖｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）と題する米国特許出願第１０／２７１，９３３号、デコレーション集積化タッチ・センサ（Ｔｏｕｃｈ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ）と題する第１０／２７２，０４７号、集積化タッチ・センサおよび光装置（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｏｕｃｈ  Ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）と題する第１０／８５０，２７２号の開示を参照によってここに取り込む。
【００３７】
発明は、１又は複数の電極と１つの制御回路とを有するタッチ・パッドを含むタッチ・スイッチ装置に関する。制御回路を図示する図面の多くが分かり易くするために、タッチ・パッドと比べて回路を大きく描いている。しかし、典型的な応用において、制御回路は、タッチ・パッドと比べて小さく、好ましくは、１又は複数の集積回路チップの形になっている。
【実施例】
【００３８】
図１は、本発明のタッチ・スイッチ装置２０の１つの好適な実施の形態の斜視図である。タッチ・スイッチ装置２０は、タッチ・パッド２２と、８つの出力端子ＰＩＮ１−ＰＩＮ８と第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２とを有する集積回路（ＩＣ）チップ２６を含む制御回路２４とを含む。図示された実施の形態で、タッチ・パッド２２は、第１の電極Ｅ１と第２の電極Ｅ２とを含むが、タッチ・パッドは、２つよりも多い又は少ない電極を含むことも可能である。制御回路２４を個別電子部品を用いて作製することも可能であるが、ＩＣチップ２６のような集積回路チップの中に制御回路を具体化することが望ましい。
【００３９】
制御回路２４は、ＩＣチップ２６の端子ＰＩＮ１−ＰＩＮ８を介して第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２、そして遠隔装置（図示されていない）からの制御および／又は電力信号を供給するように構成された入力ライン３０に接続され、それらと交信する。制御回路２４は、また第１の出力ライン３２を使用して遠隔装置（図示されていない）と交信する。いくつかの実施の形態では、遠隔装置（図示されていない）との交信のために第２の出力ライン３４も使用される。
【００４０】
図２は、本発明の典型的なタッチ・スイッチ２０の部分的断面図であり、タッチ・スイッチ装置２０を含む部品が前面３６と対向する裏面３７とを有する誘電体基板３５上に搭載される。図示された実施の形態で、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２は、基板３５の裏面３７に搭載されている。ＩＣチップ２６もまた、基板３５の裏面３７に、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２に接近して搭載されている。図１および２から分かるように、好適な実施の形態で、制御回路２４を含むＩＣチップ２６がタッチ・パッド２２に接近して搭載されていることが想定されている。
【００４１】
基板３５は、典型的には、ガラス、プラスティック、セラミック又は任意の適当な誘電材料のような比較的丈夫な誘電材料を含んでいる。しかし、基板３５は、柔軟材料を含む他の任意の誘電材料を含むこともできる。適当な柔軟な基板の一例は、Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ  ＧｒａｐｈｉｃｓのＮｏ．ＨＳ−５００、タイプ５６１、レベル２の０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）厚のポリエステル材料である。タッチ・スイッチ装置の部品が柔軟な基板上に搭載された実施の形態では、柔軟な担体を後で一般により丈夫な別の基板に張り合わされることがしばしば行われる。
【００４２】
好適な実施の形態で、基板３５は、約３ｍｍの均一な厚さを有するガラスを含む。他の実施の形態では、基板３５の厚さは、使用される材料の種類、それの機械的および電気的特性および特定の応用で要求される物理的強度および電気的感度に依存して変化する。ガラスおよびプラスティック基板についての最大の機能的厚さは、数ｃｍ（数インチ）のオーダである。しかし、最も実用的な応用では、ガラス基板の厚さは、約１．１ｍｍから約５ｍｍの範囲にあり、他方、プラスティック基板は、もっと薄い。
【００４３】
好適な実施の形態では、図１および２に示すように、第２の電極Ｅ２が第１の電極Ｅ１を本質的に取り囲む。第１の電極Ｅ１と第２の電極Ｅ２との間に間隔２８が設けられる。第１の電極Ｅ１の大きさは、ユーザが基板３５の前面３６の対応する部分に接するときに、ユーザの指先又は他の人間の部位によって「覆われる」サイズとされる。１つの好適な実施の形態で、第１の電極Ｅ１は、矩形であり、第２の電極Ｅ２は、第１の電極Ｅ１の形状に相似的でその周囲を囲む矩形パターンとされる。
【００４４】
図１および２に示されたタッチ・パッドの形状は、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２の好適な配置を表しているが、この電極形状は、幅広い多様な応用に応えるように拡張的に変形することができることが理解される。例えば、電極のサイズ、形状および配置は、タッチ・スイッチ２０を駆動するために想定される部位又はその他の刺激の大きさに合わせて変化させることができる。例えば、特殊な応用では、タッチ・スイッチ２０を刺激又は駆動するのに指でなくて手が要求されるかもしれない。そのような応用では、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２は、ずっと大きく間隔も大きい。
【００４５】
第１の電極Ｅ１は、長方形、台形、円形、楕円形、三角形、六角形および八角形を含む複数の任意の幾何学的形状を取ることができるが、これらに限定されることもない。第１の電極Ｅ１の形状の如何に関わらず、第２の電極Ｅ２は、間隔を置いて第１の電極Ｅ１を少なくとも部分的に取り囲むように構成される。しかし、発明の利益を得るために、第２の電極Ｅ１は、部分的でさえも第１の電極を取り囲む必要がない。例えば、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２を図３に示すように互いに隣接させることもできる。代替的実施の形態では、第２の電極Ｅ２が省略される。
【００４６】
更に、電極形状は、必ずしも同一平面になくてもよく、球体、立方体、又はその他の幾何学的形状に適合する三次元的形状であってよい。この設計の柔軟性は、多様な形状および成分の基板でもって発明を多様な応用で使用できるようにする。いくつかの応用では、タッチ・パッド２２および制御回路２４がその上又は内部に位置するタッチ基板３５に実際に触れなくてもよい。例えば、図８は、タッチ・スイッチ装置２０を示しているが、そこで、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２がサーモペイン・ウインドウ１１０の第１の枠１１１の外側表面１１３上に搭載されており、それは、ユーザがウインドウの反対側の枠１１２の外側表面１１４近くに適当な刺激１１５をもたらすことによって駆動できる。
【００４７】
上で述べたように、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２が同一面にある必要もなくて、それらを基板の両側又は両面、あるいは、一緒に異なる基板上に搭載することもできる。例えば、図９は、第１の電極Ｅ１が基板３５の第１の表面３６の上に、また第２の電極Ｅ２およびＩＣチップ２６が基板３５の第２の、反対側の表面３７上にそれぞれ搭載されたタッチ・スイッチ装置２０を示している。第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２が１つの基板の同じ側に搭載された応用では、ＩＣチップ２６を基板の電極と同じ側又は基板の別の側に搭載できる。第１および第２の電極が１つの基板の異なる表面に搭載されるか、あるいは、一緒に異なる基板に搭載される場合、ＩＣチップ２６は、電極のいずれかと同じ表面上、又は一緒に異なる表面又は基板上に搭載することができる。しかし、ＩＣチップ２６は、電極に接近して搭載することが望ましい。
【００４８】
第１の電極Ｅ１は、固体の導体であることが望ましい。しかし、第１の電極Ｅ１は、複数の開口部を有するか、あるいは、メッシュ又はグリッド・パターンを有することができる。いくつかの実施の形態で、第２の電極Ｅ２は、第１の電極Ｅ１を部分的に取り囲む狭いリボン状の形状を有する。第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２が単に互いに隣接するだけの他の実施の形態では、第２の電極Ｅ２も固体の導体であるか、あるいは、メッシュ又はグリッド・パターンを有する。
【００４９】
制御回路２４は、多くの異なるやり方で設計することが可能であり、ＡＣ、周期的に変動するＤＣ（例えば、矩形波）、連続的なＤＣ又はその他のような多様な電源と一緒に使用できる。図４−７は、多様な動作モードにおいて、多様な電源と一緒に使用するように容易に適応させることができる好適な制御回路デザインを示している。図４の実施の形態は、差動入力のストローブ動作モードで矩形波ＤＣ電力を使用する。図５の実施の形態は、差動入力の連続ＤＣモードで連続的なＤＣ電力を使用する。図６の実施の形態は、シングル・エンド入力のストローブ・モードで矩形波ＤＣ電力を使用する。そして、図７の実施の形態は、シングル・エンド入力の連続ＤＣモードで連続的なＤＣ電力を使用している。
【００５０】
図４−７から明らかなように、制御回路２４は、各種の異なる動作モードに容易に適応させることができる。上述の４つのモードについては、本発明によって可能となる設計の柔軟性を実証するために詳しく説明する。しかし、発明は、それらの４つの動作モードに決して限定されないことを認識すべきである。特定の応用に使用される特別な動作モードおよび電源は、主として被制御装置側の要求および仕様に依存する。
【００５１】
図４−７の囲った領域Ｂ１およびＢ２は、それぞれ電極Ｅ１およびＥ２、抵抗Ｒ１およびＲ２、被制御装置（図示されていない）および入力ライン３０および出力ライン３２のように、ＩＣチップ２６上に位置することが想定される部品とＩＣチップ２６から外れて位置する部品との間の区別を示している。図４−７の囲った領域Ｂ１およびＢ２以外の部分は、ＩＣチップ２６上に位置すると想定され、ここに示した４つの図面および動作モードのすべてについて同一である。囲った領域Ｂ６は、制御回路の入力部を含む。囲った領域Ｂ６に含まれる入力部の各種構成については、以下に図１１Ａ−１８Ｅを参照しながら説明する。
【００５２】
図４−７は、起動およびバイアス・セクション４０、パルス発生器および論理セクション５０、決定回路セクション６０および自己保持ラッチ・セクション７０を含む制御回路２４を示しており、それらの機能については、以下で説明する。上記の回路セクション４０、５０、６０および７０の各々は、電子集積回路デザイン分野の当業者に既知のような複数の異なるやり方で設計できる。
【００５３】
制御回路２４は、また第１、第２および第３のトランジスタＰ１、Ｐ２およびＰ３を含む。ここで説明する実施の形態では、トランジスタＰ１−Ｐ３がＰ−ＭＯＳデバイスであるが、Ｎ−ＭＯＳデバイス、バイポーラ・デバイス又はその他のトランジスタ・タイプを使用することもできる。制御回路２４は、更にインバータＩ１、第１、第２および第３のダイオードＤ１−Ｄ３、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２、第１、第２、第３および第４のトランジスタ・スイッチＳＷ１−ＳＷ４および第３および第４の抵抗Ｒ３およびＲ４を含む。第３および第４の抵抗Ｒ３およびＲ４が電流源又は能動的負荷で置き換えられることが認識される。
【００５４】
図４−７に示された各実施の形態で、第３のトランジスタＰ３のソース端子７７と、起動およびバイアス・セクション４０、パルス発生器および論理セクション５０、決定回路６０および自己保持ラッチ・セクション７０のそれぞれの電源入力端子４１、５１、６１および７１は、ＩＣチップ２６の端子ＰＩＮ８に電気的に接続される。端子ＰＩＮ８は、次に制御回路２４の電力入力ライン３０に電気的に接続され、後者は、次に電源２５に電気的に接続される。典型的には、電源２５は、被制御装置（図示されていない）の場所に位置する。
【００５５】
起動およびバイアス・セクション４０からのバイアス出力端子４３は、第２および第４のトランジスタ・スイッチＳＷ２およびＳＷ４のそれぞれゲート端子Ｇ２およびＧ４に電気的に接続される。好適な実施の形態で、図４−７に関してここで説明したように、第１から第４のトランジスタ・スイッチＳＷ１−ＳＷ４は、Ｎ−ＭＯＳデバイスであるが、図１１Ａ−１８Ｅに示すように他のタイプのトランジスタおよび組合せも同様に使用できる。
【００５６】
起動およびバイアス・セクション４０からの電源投入時リセット出力４４は、パルス発生器および論理セクション５０の電源投入時リセット入力５４に電気的に接続される。起動およびバイアス・セクション４０からの電源投入時リセット出力４４は、また第１および第３のトランジスタ・スイッチＳＷ１およびＳＷ３のゲート端子Ｇ１およびＧ３にも電気的に接続される。
【００５７】
起動およびバイアス・セクション４０からの内部アース基準出力４２は、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２の低電位プレート１０２および１０３、第１から第４トランジスタ・スイッチＳＷ１−ＳＷ４のソース端子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４、パルス発生器および論理セクション５０の内部アース基準出力５２、決定回路６０の内部アース基準出力６２、第３のダイオードＤ３のアノード９８、第３および第４の抵抗Ｒ３およびＲ４の低電位エンド９６および９７およびＩＣチップ２６の端子ＰＩＮ６に電気的に接続される。ここに挙げたノードは、これ以降に内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳとしてしばしば引用することになろう。
【００５８】
パルス発生器および論理セクション出力５０からのパルス出力５３は、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２のそれぞれソース端子８０および８１と、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ２に電気的に接続される。第１のトランジスタＰ１のゲート端子８２は、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ１に電気的に接続される。第２のトランジスタＰ２のゲート端子８３は、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ３に電気的に接続される。
【００５９】
第１のトランジスタＰ１のドレイン端子８４は、第１のダイオードＤ１のアノード９０と第３の抵抗Ｒ３の高電位エンド９４に電気的に接続される。第２のトランジスタＰ２のドレイン端子８５は、第２のダイオードＤ２のアノード９１と第４の抵抗Ｒ４の高電位エンド９５に電気的に接続される。
【００６０】
第１のダイオードＤ１のカソード９２は、決定回路６０のＰＬＵＳ入力端子６４と、第１および第２のトランジスタ・スイッチＳＷ１およびＳＷ２のドレイン端子８６および８７と、第１のコンデンサＣ１の高電位プレート１００に電気的に接続される。第２のダイオードＤ２のカソード９３は、決定回路６０のＭＩＮＵＳ入力端子６６、第３および第４のトランジスタ・スイッチＳＷ３およびＳＷ４のドレイン端子８８および８９および第２のコンデンサＣ２の高電位プレート１０１に電気的に接続される。
【００６１】
決定回路６０の論理出力６３は、インバータＩ１の入力７５と、自己保持ラッチ・セクション７０のラッチ・トリガ入力７３に電気的に接続される。自己保持ラッチ・セクション７０の出力７２は、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ４に電気的に接続される。
【００６２】
例示した実施の形態で、決定回路セクション６０は、それのＰＬＵＳおよびＭＩＮＵＳ入力６４および６６がそれぞれ本質的に等しい電位にあるか、あるいは、ＭＩＮＵＳ入力６６がＰＬＵＳ入力６４よりも本質的に高電位にあるときに、それの出力６３が低電位になるように設計される。決定回路セクション６０の出力６３は、ＰＬＵＳ入力６４がＭＩＮＵＳ入力６６よりも本質的に高電位にあるときだけ高電位になる。
【００６３】
自己保持ラッチ・セクション７０は、決定回路セクション６０の論理出力６３が低電位のときに、ラッチ・セクション７０を通って制御回路２４の電源２５から内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳへ、そして第３のダイオードＤ３を通って電流が流れないように設計される。しかし、決定回路６０セクションの論理出力６３が高電位にあるときは、ラッチ・トリガ入力７３は、高電位にあって、ラッチ回路７０をトリガし、ラッチ・セクション７０を通って制御回路２４の電源２５から内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳへ、そして第３のダイオードＤ３を通って、ラッチ７０の電源入力およびそれぞれ出力端子７１および７２によって電流が流れるようにする。一旦ラッチ７０がトリガされると、それは、制御回路２４から電力が取り除かれるまでトリガされた状態に留まるか、あるいは、封じ込められる。このように動作するラッチ・セクションの設計および構築は、当業者に既知であり、ここで詳細に説明する必要がない。
【００６４】
インバータＩ１の出力端子７６は、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８に電気的に接続される。第３のトランジスタＰ３のドレイン端子７９は、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ７に電気的に接続される。
【００６５】
第３のダイオードＤ３は、タッチ・スイッチ装置２０が多重化応用で使用されるときに、制御回路２４の逆バイアスを阻止するために設けられる。単一のタッチ・パッド２２だけが使用される応用、あるいは、多重タッチ・パッド２２が使用されていても多重化されていない応用では、それを省くことができる。
【００６６】
制御回路２４の基本設計の上述の説明は、図４−７に示した４つの動作モードの各々について同じである。４つの動作モードの間で全体的な装置構成の区別は、主として、以下で詳細に説明するように、ＩＣ２６の外部端子接続に存在する。図４は、以下で説明する差動入力ストローブ・モードで動作するように構成されたタッチ・スイッチ装置２０を示す。このモードで動作する制御回路２４は、一般に図４−７に関連して上で説明したように構成される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ２は、第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２のそれぞれ高電位エンド１０４および１０５に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ１は、第１の抵抗Ｒ１の低電位エンド１０６と第１の電極Ｅ１の両方に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ３は、第２の抵抗Ｒ２の低電位エンド１０７と第２の電極Ｅ２の両方に電気的に接続される。
【００６７】
図４−７にＣ３およびＣ４として表された回路要素は、個別電気部品ではない。むしろ参照記号Ｃ３およびＣ４は、それぞれ第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２のアースとの間の容量を表す。
【００６８】
ＩＣ２６の端子ＰＩＮ８は、入力ライン３０に電気的に接続される。後者は、次に例えば、被制御装置（図示されていない）における電力信号源２５に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ４は、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ６に電気的に接続されることによって、ラッチ７０の出力端子７２を第３のダイオードＤ３のアノード９８および内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳに電気的に接続することになる。ＩＣチップ２６の端子ＰＩＮ７は、この実施の形態では、外部で終端されない。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ５は、出力ライン３２に電気的に接続される。後者は、次に第５の抵抗Ｒ５の高電位エンド１０８と出力ライン１２０に電気的に接続されて、後者は、直接的又はプロセッサ又はその他の中間装置（図示されていない）を介して被制御装置（図示されていない）に接続される。抵抗Ｒ５の低電位エンド１０９は、システムのアースに電気的に接続される。典型的な応用で、抵抗Ｒ５は、タッチ・スイッチ装置２０を含む他の部品からかなりの距離を置いて配置される。すなわち、好適な実施の形態で、抵抗Ｒ５は、タッチ・パッド２２および制御回路２４の近傍にあると想定されていない。
【００６９】
図５は、以下で説明するように、差動入力の連続ＤＣモードで動作するように構成された典型的なタッチ・スイッチ制御回路２４を示す。制御回路および装置の全体は、上で図４に関して説明したものと同じであるが、異なる箇所が３つある。第１に、図５の実施の形態で、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ７は、抵抗Ｒ５の高電位エンド１０８と出力ライン１２０に電気的に接続されて、後者は、直接的又はプロセッサやその他の中間装置（図示されていない）を介して被制御装置（図示されていない）に接続されるが、端子ＰＩＮ７は、図４の実施の形態では、外部で終端されていない。第２に、図５の実施の形態で、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ４およびＰＩＮ６は、互いに電気的に接続されることもないし、外部で終端されることもないが、図４の実施の形態では、そうなっている。第３に、図５の実施の形態で、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ５は、抵抗Ｒ５の低電位エンド１０９に電気的に接続されているが、図４の実施の形態では、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ５は、第５の抵抗の高電位エンド１０９と被制御装置（図示されていない）に電気的に接続されている。図４の実施の形態のように、第５の抵抗Ｒ５は、典型的な場合、タッチ・スイッチ装置２０を含む他の部品からかなりの距離を離されている。
【００７０】
図６は、以下で説明するように、シングル・エンド入力のストローブ・モードで動作するように構成された典型的なタッチ・スイッチ制御回路を示している。制御回路２４は、一般に図４−７に関して上で説明したように構成される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ２は、それぞれ第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２の高電位エンド１０４および１０５に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ１は、第１の抵抗Ｒ１の低電位エンド１０６と第１の電極Ｅ１の両方に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ３は、第２の抵抗Ｒ２の低電位エンド１０７と第６の抵抗電極Ｒ６の高電位エンド１１０の両方に電気的に接続されて、第２の抵抗Ｒ２と第６の抵抗Ｒ６とで電圧分割器を形成するようになっている。第６の抵抗Ｒ６の低電位エンド１１１は、典型的には、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ５に近接した地点において内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳに電気的に接続される。図６で、第６の抵抗Ｒ６の内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳへの電気的接続は、分かり易いように、破線「Ａ−Ａ」によって表されている。
【００７１】
ＩＣ２６の端子ＰＩＮ８は、入力ライン３０に電気的に接続され、後者は、次に電力信号源２５に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ５は、出力ライン３２に電気的に接続されて、後者は、次に第５の抵抗Ｒ５の高電位エンド１０８と出力ライン１２０に電気的に接続される。出力ライン１２０は、直接的又はプロセッサやその他の中間装置を介して被制御装置（図示されていない）に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ４は、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ６に電気的に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ７は、この実施の形態では、外部で終端されない。典型的な応用で、第５の抵抗Ｒ５は、タッチ・スイッチ装置２０を含む他の部品からかなりの距離を離される。
【００７２】
図７は、以下で説明するように、シングル・エンド入力の連続ＤＣモードで動作するように構成された典型的なタッチ・スイッチ制御回路を示す。制御回路２４は、一般に図４−７に関連して上で説明したように構成される。制御回路および装置の全体は、図６に関して上で説明したのと同じであるが、異なる点が３つある。第１に、図７の実施の形態で、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ７は、第５の抵抗Ｒ５の高電位エンド１０８と出力ライン１２０に電気的に接続され、後者は、次に典型的には、プロセッサやその他のコントローラ（図示されていない）を介して被制御装置（図示されていない）に接続される。ＩＣ２６の端子ＰＩＮ７は、図６の実施の形態では、外部で終端されていない。第２に、図７の実施の形態では、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ４およびＰＩＮ６は、互いに電気的に接続されることもないし、外部で終端されることもないが、図６の実施の形態では、そうなっている。第３に、図７の実施の形態で、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ５は、抵抗Ｒ５の低電位エンド１０９に電気的に接続されているが、図６の実施の形態では、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ５は、第５の抵抗の高電位エンド１０８と、出力ライン１２０に電気的に接続されている。典型的な応用で、第５の抵抗Ｒ５は、タッチ・スイッチ装置２０を含む他の部品からかなりの距離を離されている。図７で、第６の抵抗Ｒ６の内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳへの電気的接続を分かり易くするために、破線「Ａ−Ａ」で表している。
【００７３】
差動入力のストローブ・モードで動作するように構成されたタッチ・スイッチ装置２０は、次のように動作する。図４を参照すると、電力／制御信号２５がＩＣ２６の端子ＰＩＮ８に供給され、次に起動およびバイアス・セクション４０、パルス発生器および論理セクション５０、決定回路セクション６０および自己保持ラッチ・セクション７０のそれぞれ電源入力端子４１、５１、６１および７１に電気的に接続される。
【００７４】
電源投入され、安定化のための適当な遅延時間（約２５マイクロ秒あれば十分であるが、応用に依存してそれよりも短かったり長かったりする）の後、起動およびバイアス・セクション４０は、出力端子４４から第１のトランジスタ・スイッチＳＷ１および第３のトランジスタ・スイッチＳＷ３のゲート端子Ｇ１およびＧ３にそれぞれ短いパルス長の電源投入リセット信号を出力して、第１および第３のトランジスタ・スイッチＳＷ１およびＳＷ３をターン・オンさせ、そうすることによって第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２のそれぞれ高電位プレート１００および１０１から内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳへの電流経路を提供する。電源投入リセット信号の時間長は、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２上に存在するすべての電荷が本質的に完全に内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳに放電するのに十分な長さである。このようにして、決定回路セクション６０へのＰＬＵＳおよびＭＩＮＵＳ入力６４および６６は、初期の低電位状態に戻る。
【００７５】
本質的に同時に、起動およびバイアス回路４０は、出力４４からパルス発生器および論理セクション５０の入力５４に電源投入時リセット信号を送ってそれを初期化する。パルス発生器および論理セクション５０が安定するための適当な遅延の後、パルス発生器および論理セクション５０は、パルスを発生させて、それをパルス出力端子５３から、第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２を介して第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２に出力し、また第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２のソース端子８０および８１にもそれぞれ出力する。パルスは、矩形波パルスのような任意の適当な波形でよい。
【００７６】
起動およびバイアス回路４０は、またバイアス出力４３から第２および第４のトランジスタ・スイッチＳＷ２およびＳＷ４のゲート端子Ｇ２およびＧ４にそれぞれバイアス電圧を出力する。バイアス電圧は、第１および第２の電極に対するパルス出力と位相が異なる。すなわち、パルス出力が高い状態にあるとき、バイアス電圧出力は、低い状態にあり、また、パルス出力が低い状態にあるとき、バイアス電圧出力は、高い状態にある。
【００７７】
第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２を介してそれぞれ第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２にパルスが供給されるとき、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２のゲート端子８２および８３における電圧は、初期には、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２のそれぞれソース端子８０および８１における電圧よりも低いため、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２をターン・オンするようにバイアスする。第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２がターン・オンすると、第３および第４の抵抗Ｒ３およびＲ４を通って電流が流れて、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２のアノード端子９０および９１にピーク電位を生ずる。
【００７８】
第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２のアノード端子９０および９１におけるピーク電位が第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２の両端の電位よりも高いとき、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２を通るピーク電流が発生して第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２を充電し、決定回路セクション６０へのＰＬＵＳおよびＭＩＮＵＳ入力６４および６６の各々においてピーク電位を発生させる。この状況は、例えば制御回路２４が初期化された後の第１のパルスに続いて発生する。それは、上で説明したように、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２が電源投入とともに充電されているからである。
【００７９】
当業者に明らかなように、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２のバイアス、第３および第４の抵抗Ｒ３およびＲ４を流れる電流、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２のアノード９０および９１に現れるピーク電位および決定回路６０へのＰＬＵＳおよびＭＩＮＵＳ入力６４および６６の各々に発生するピーク電位は、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２おける電界の状態に比例する。電極Ｅ１およびＥ２近傍の電界の状態は、電極近傍に存在する刺激に応じて変化する。
【００８０】
上で説明したように、制御回路２４が駆動されて、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２のいずれの近傍にも刺激が存在しないときは、決定回路６０へのＰＬＵＳおよびＭＩＮＵＳ入力６４および６６の各々における電位は、中性（ニュートラル）状態と呼ばれるものとなる。中立状態では、ＰＬＵＳおよびＭＩＮＵＳ入力６４および６６の各々における電位は、本質的に等しい。しかし、意図しない駆動を防止するために、ＭＩＮＵＳ入力６６の中立状態がＰＬＵＳ入力６４の中立状態よりも幾分高電位になるように制御回路２４を調節しておくことが好ましい。この調節は、望ましい中立状態の電位を実現するように、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２の構成および第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２の値を変更することによって実行される。中立状態の電位に関わらず、決定回路６０の出力６３は、ＰＬＵＳ入力６４が本質的によりも高電位になるまで低電位に留まることが想定されている。
【００８１】
決定回路６０の出力６３が低電位にあると、インバータＩ１は、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８の電位を高レベル、本質的にソース端子７７の電位に等しくさせる。この状態で、第３のトランジスタＰ３は、バイアスされておらず、ターン・オフの状態に留まる。しかし、この実施の形態では、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ７は、終端されない。第３のトランジスタＰ３のドレイン端子７９は、従って、回路開放状態となり、第３のトランジスタＰ３の状態は、装置の機能に何ら影響しない。更に、決定回路６０の出力６３、従ってラッチ・トリガ入力７３が低い状態にあり、自己保持ラッチ回路７０がトリガされなければ、電源２５からラッチ７０を通って内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳに流れ、また第３のダイオードＤ３を流れる電流は、生じない。
【００８２】
パルス電圧によって決まる期間中、第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２の値および第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２のアースに対する容量（図面では、仮想コンデンサＣ３およびＣ４と表されている）、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２の電位は、最終的には、本質的にパルス電圧、すなわち第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２のソース端子８０および８１における電圧に等しくなるまで上昇し、それによって第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２は無バイアスとなる。この状態に達すると、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２は、ターン・オフし、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２のアノード９０および９１における電位は、本質的に等しい速度で内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳレベルに向かって減少し始める。最終的に、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２の各々のアノード電位は、対応するカソード電位よりも低いレベルに低下する。この時点で、ダイオードＤ１およびＤ２は、逆バイアス状態となり、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２の放電を阻止する。
【００８３】
出力５３のパルスが低い状態に変化すると、バイアス電圧出力は、内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳと比べて高い状態に変化し、上昇したバイアス電圧が第２および第４のトランジスタ・スイッチＳＷ２およびＳＷ４のゲート端子Ｇ２およびＧ４に供給される。この状態で、第２および第４のトランジスタ・スイッチＳＷ２およびＳＷ４は、わずかにバイアスされて、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２を内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳにゆっくりと制御された形で放電するのに十分なだけターン・オンする。次にパルスが高い状態に変化するとき、バイアス電圧は、低い状態に戻り、第２および第４のトランジスタ・スイッチＳＷ２およびＳＷ４は、ターン・オフし、回路は、最初に説明したように応答する。
【００８４】
パルス発生器および論理セクション５０からのパルスが高電位に変化するときに、第２の電極の場所又はその近傍に刺激が存在する場合は、第１のトランジスタＰ１は、上で説明したように動作する。すなわち、第１のトランジスタＰ１は、初期には、バイアスされていていくらかの電流が第３の抵抗Ｒ３を流れることを許容し、第１のダイオードＤ１のアノード９０にピーク電位を発生させ、第１のダイオードＤ１を流れるピーク電流を許容し、それによって第１のコンデンサＣ１を充電させ、決定回路６０へのＰＬＵＳ入力６４にピーク電位を発生させる。入力するパルスに応答して一旦第１の電極Ｅ１の電圧が確立されると、第１のトランジスタＰ１は、無バイアスとなってターン・オフする。
【００８５】
第２の電極Ｅ２近傍に刺激が存在することによってその回路セグメントのＲＣ時定数が変化して、第２の電極Ｅ２の電位が安定化するのに必要な時間が長くなることを除いて、第２のトランジスタＰ２もほぼ同様に動作する。この結果、第２のトランジスタＰ２は、第１のトランジスタＰ１よりも長時間オン状態にバイアスされたままに留まり、第４の抵抗Ｒ４を流れるピーク電流は、第３の抵抗Ｒ３を流れるものよりも大きくなって、第２のダイオードＤ２のアノード９１に、第１のダイオードＤ１のアノード９０に存在するピーク電位よりも大きいピーク電位を発生させる。従って、第２のダイオードＤ２を通ってピーク電流が流れ、第２のコンデンサＣ２を充電し、最終的には、決定回路へのＰＬＵＳ入力６４におけるピーク電位よりも大きいピーク電位を決定回路６０へのＭＩＮＵＳ入力６６に生じさせる。決定回路６０は、ＭＩＮＵＳ入力６６における電位がＰＬＵＳ入力６４における電位よりも大きいか又は本質的に等しい場合に、それの出力が低電位になるように構成されているので、決定回路６０の出力端子６３は、低電位になる。
【００８６】
決定回路６０の出力端子６３、およびその結果としてラッチ・トリガ入力端子７３が低電位にあれば、自己保持ラッチ７０は、トリガされない。インバータＩ１および第３のトランジスタＰ３は、以前に説明したように動作するが、ここでも第３のトランジスタＰ３の状態は、この構成で重要でない。
【００８７】
汚染物質や外来物体、又は他の刺激が第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２の両方を本質的に覆うかそれらに付着した場合、システムは、第１の電極にも第２の電極にも刺激が存在しない場合と同じように応答する。しかし、汚染物質や外来物体が電極Ｅ１およびＥ２の両方の近傍に存在するときには、回路のそれらセグメントに関するＲＣ時定数が変化して、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２両方の電圧がパルス電圧と本質的に等化するのに要する時間が長くなる。従って、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２は、両方ともターン・オンし、第１および第２の電極Ｅ１のどちらも刺激を受けない場合と比べてより大きい電流が第３および第４の抵抗Ｒ３およびＲ４を通って流れるようになる。しかし、第１および第２のトランジスタＰ１およびＰ２は、本質的に等しくバイアスされる。従って、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２の両方のアノード９０および９１に本質的に等しいピーク電位が生じて、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２を通って本質的に等しいピーク電流が流れるようにし、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２を充電させ、決定回路６０へのＰＬＵＳおよびＭＩＮＵＳ入力６４および６６の両方に本質的に等しいピーク電位を確立させる。この状態で、決定回路セクション６０の出力端子６３は、低電位にあり、自己保持ラッチ７０のラッチ・トリガ入力端子７３は、低電位にあり、ラッチ７０は、トリガされないままに留まる。前に述べたように、インバータＩ１および第３のトランジスタＰ３の状態は、この実施の形態で重要でない。
【００８８】
第１の電極Ｅ１の近傍に刺激が与えられるが、第２の電極には、与えられない情況では、第２のトランジスタＰ２は、初期には、バイアスされてターン・オンし、第４の抵抗Ｒ４を通る電流を流し、第２のダイオードＤ２のアノード端子９０にピーク電位を発生させる。第２のダイオードＤ２を通ってピーク電流が流れ、第２のコンデンサＣ２を充電し、決定回路セクション６０のＭＩＮＵＳ入力６６にピーク電位を確立する。第２のトランジスタＰ２のゲート端子８１における電圧がパルス電圧のレベルに向かって上昇するとともに、第２のトランジスタＰ２は、無バイアスとなってターン・オフする。第２のＤ２は、次に逆バイアスされて、第２のコンデンサＣ２が放電するのを阻止する。
【００８９】
当業者に明らかなように、第１の電極Ｅ１近傍に刺激が存在することは、第１の電極Ｅ１の電位が安定化するために要する時間を引き延ばすことになる。この結果、第１のトランジスタＰ１は、第２のトランジスタＰ２よりも長時間バイアス状態に留まり、第４の抵抗Ｒ４を流れるものよりも大きいピーク電流を第３の抵抗Ｒ３を通って流し、第２のダイオードＤ２のアノード９１における電位よりも大きいピーク電位を第１のダイオードＤ１のアノード９０に発生させる。従って、第２のダイオードＤ２を流れるものよりも大きな振幅および／又は時間長のピーク電流が第１のダイオードＤ１を通って流れ、第１のコンデンサＣ１を充電し、最終的には、決定回路６０へのＭＩＮＵＳ入力６６のピーク電位よりも本質的に大きいピーク電位を決定回路６０へのＰＬＵＳ入力６４に生ずる。決定回路６０は、ＰＬＵＳ入力６４における電位がＭＩＮＵＳ入力６６における電位よりも高い状態に出力端子６３があるように構成されるので、決定回路６０の出力６３は、高電位になる。
【００９０】
決定回路６０の出力６３が高電位にあれば、インバータＩ１は、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８における電位をソース端子７７における電位と比べて低くし、それによって第３のトランジスタＰ３をバイアスし、それをターン・オンさせる。しかし、ＩＣ２６の端子ＰＩＮ７は、この実施の形態で終端されないので、第３のトランジスタＰ３の状態は、重要でない。
【００９１】
決定回路６０の出力端子６３が高電位にあると、自己保持ラッチ回路７０のトリガ入力端子７３もまた高電位となり、ラッチ７０をトリガする。自己保持ラッチ７０がトリガされると、電源２５から内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳまで、そして第３のダイオードＤ３を通って電流経路が確立され、起動およびバイアス・セクション４０、パルス発生器および論理セクション５０および決定回路セクション６０を含む制御回路２４の残りを等価的に短絡させる。この状態で、制御回路２４のそれらのセクションは、本質的に電力を絶たれ、機能を停止する。
【００９２】
一旦トリガされると、自己保持ラッチ７０は、それ以降に電極Ｅ１およびＥ２のいずれか一方又は両方にどのように刺激が接近するかに関わらず、トリガされた状態に留まる。ラッチ７０は、この例の電源２５からの矩形波ストローブ信号がゼロに低下するときのように、電源２５からの電力がゼロ状態近くに低下するとリセットされる。
【００９３】
自己保持ラッチ７０がトリガ状態にある間、定常状態信号が第５の抵抗Ｒ５を通して供給され、被制御装置（図示されていない）に戻される。このように、タッチ・スイッチ装置２０は、接触を保持する機械式スイッチに関連する状態の変化をエミュレートできる。
【００９４】
ここで図５を参照すると、差動入力の連続ＤＣモード用に構成されたタッチ・スイッチ装置２０は、次のように動作する。決定回路６０までを含む制御回路２４は、図４を参照しながら上で説明したように、差動入力ストローブ動作モード用に構成されたときと本質的に同じように動作する。すなわち、第１および第２の電極Ｅ１およびＥ２のいずれにも近接した刺激が存在しないとき、電極Ｅ１およびＥ２の両方に近接した刺激が存在するとき、あるいは、第２の電極Ｅ２の近傍に刺激が存在するが、第１の電極Ｅ１の近傍に存在しないとき、決定回路６０の出力６３は、低電位になる。刺激が第１の電極Ｅ１の近傍に存在して、第２の電極Ｅ２の近傍に存在しないとき、決定回路６０の出力６３は、高レベルになる。
【００９５】
図５から容易に分かるように、自己保持ラッチ回路７０の出力７２は、この実施の形態では、終端されず、従って、自己保持ラッチ７０は、差動入力のＤＣモードでは、動作しない。しかし、第３のトランジスタＰ３のドレイン端子７９は、内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳと、この実施の形態では、出力ライン３２に電気的に接続されて、従って、それは、制御回路２４の主要部となる。決定回路６０の出力６３が低電位にあるとき、インバータＩ１は、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８の電位を高電位とし、従って、電位ソース端子７７と本質的に等しくする。この状態で、第３のトランジスタＰ３は、無バイアスとなって、ターン・オンしない。決定回路６０の出力６３が高電位のとき、インバータＩ１は、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８の電位をポテンシャル・ソース端子７７と比べて低い電位とする。この状態で、第３のトランジスタＰ３は、バイアスされてターン・オンし、第３のトランジスタＰ３および第５の抵抗Ｒ５を通る電流を流す。出力ラインの抵抗Ｒ５は、第３のトランジスタＰ３を通る電流を制限して、制御回路２４の残りが短絡されないで動作状態に留まるようにする。
【００９６】
図５に示されたＤＣモードで、制御回路２４は、また第１の電極Ｅ１の近傍から刺激が除去されることにも応答する。刺激が第１の電極Ｅ１の近傍に留まり、第２の電極Ｅ２の近傍にない限り、パルスが高い状態になるたびに、第１のダイオードＤ１のアノード９０には、第２のダイオードＤ２のアノード９１のピーク電位よりも高いピーク電位を生じさせる。従って、決定回路６０へのＰＬＵＳ入力６４におけるピーク電位は、ＭＩＮＵＳ入力６６におけるピーク電位よりも高レベルとなって、制御回路２４は、上で述べたように振舞う。しかし、刺激が除去されて、第１の電極Ｅ１および第２の電極Ｅ２のいずれの近傍にも刺激が存在しないとき、第１のコンデンサＣ１上の電荷は、第２のトランジスタ・スイッチＳＷ２のバイアス機能のおかげで最終的に中立状態に放電する。この時点で、決定回路６０のＰＬＵＳ入力６４における電位は、ＭＩＮＵＳ入力６６における電位よりも高くなく、また本質的にも高くないため、決定回路６０の出力６３は、低い状態に戻る。
【００９７】
このように、差動入力のＤＣモードで動作するタッチ・スイッチ装置２０は、瞬間的に接触するタイプの押して閉じ、解放して開く機械式スイッチをエミュレートする。軽微な修正を施せば、押して開き、解放して閉じる機械式スイッチをエミュレートするように制御回路を構成できることが理解される。
【００９８】
ここで図６を参照すると、シングル・エンド入力のストローブ動作モード用に構成されたタッチ・スイッチ装置２０は、次のように動作する。第１の電極Ｅ１と第１および第２の抵抗Ｒ１およびＲ２にパルスが印加されるとき、第２の抵抗Ｒ２および第６の抵抗Ｒ６を通って電流が流れる。第２および第６の抵抗Ｒ２およびＲ６は、電圧分割器として構成されている。すなわち、パルス出力が高い状態にあるとき、第２のトランジスタＰ２のゲート端子８３は、第２のトランジスタＰ２のソース端子８１よりも低い電位になる。従って、パルス出力５３が高い状態のとき、第２のトランジスタＰ２は、連続的にバイアスされて、第４の抵抗Ｒ４を流れる一定の電流を供給して、第２のダイオードＤ２のアノード９１に基準電位を発生させる。第２のダイオードＤ２のアノード９１における基準電位は、第２のダイオードＤ２を流れる電流を確立させて、第２のコンデンサＣ２を充電させ、決定回路６０へのＭＩＮＵＳ入力６６に基準電位を生成する。ＭＩＮＵＳ入力６６の基準電位が第２のダイオードＤ２のアノード９１における基準電位と本質的に等しくなると、第２のダイオードＤ２を流れる電流は、停止する。
【００９９】
同時に、第１の電極Ｅ１に刺激が存在しないとき、第１のトランジスタＰ１のソース端子８０と第１の電極Ｅ１に供給されるパルスは、初期には、第１のトランジスタＰ１をバイアスしてターン・オンさせる。こうして第３の抵抗Ｒ３を通る電流が確立されて、第１のダイオードＤ１のアノード９０にピーク電位が生成される。ピーク電位は、第１のダイオードＤ１を通るピーク電流を確立させて、第１のコンデンサＣ１を充電させ、決定回路のＰＬＵＳ入力６４にピーク電位を生成する。抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ６は、第１の電極Ｅ１の近傍に刺激が存在しないときに、決定回路６０のＭＩＮＵＳ入力６６における基準電位が決定回路６０のＰＬＵＳ端子６４におけるピーク電位に等しいかそれよりも大きくなるように選ばれる。
【０１００】
この状態で、決定回路６０の出力６３は、低電位となって自己保持ラッチ７０は、トリガされない。更に、インバータＩ１は、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８の電位を高い状態、ソース端子７７の電位と本質的に等しくすることによって、第３のトランジスタＰ３は、無バイアス状態となりターン・オフのままに留まる。しかし、この実施の形態で、第３のトランジスタＰ３のドレイン端子７９は、回路開放状態になっているので、このことは、重要でない。
【０１０１】
この実施の形態は、第２の電極を必要としないが、２電極式のタッチ・パッドをこのモードでの使用に適応させることもできる。この動作モードで使用するように２電極式のタッチ・パッドを適応させた場合、第２の電極近傍に刺激が存在するか否かは、回路の動作に影響しない。
【０１０２】
第１の電極Ｅ１の近傍に刺激が存在する場合、第２のトランジスタＰ２の動作は、この実施の形態に関して上で説明したのと同じようになる。しかし、第１の電極Ｅ１の近傍に刺激が存在すれば、第１のトランジスタＰ１のゲート端子８２における電圧が第１のトランジスタにおけるソース端子８０の電位と等しくなるために、より長時間が必要となる。従って、第１のトランジスタＰ１がターン・オンし、第２のトランジスタＰ２が第４の抵抗Ｒ４を通って流した電流と比べてより大きい電流が第３の抵抗Ｒ３を通って流れることを許容する。この結果、第１のダイオードＤ１のアノード９０におけるピーク電位は、第２のダイオードＤ２のアノード９１における基準電位よりも大きくなる。その結果、決定回路６０のＰＬＵＳ入力６４のピーク電位は、決定回路６０のＭＩＮＵＳ入力６６の基準電位よりも大きくなり、決定回路６０からの出力６３は、それに従って、高い状態となる。決定回路６０の出力６３が高い状態で、インバータＩ１は、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８の電位を低い状態にして、トランジスタＰ３をターン・オンさせる。しかし、第３のトランジスタＰ３のドレイン端子７９が等価的に終端されないので、このことは、重要でない。
【０１０３】
決定回路６０の出力６３が高い状態で、ラッチ・トリガ入力７３は、高い状態となり、自己保持ラッチ７０がトリガされて電源２５からラッチ・セクション７０を通って内部アース基準ＣＨＩＰ  ＶＳＳへ、そして第３のダイオードＤ３を通る電流経路を確立し、それによって制御回路２４の残りを実効的に短絡する。自己保持ラッチ７０は、ラッチ入力端子７１への電力が取り除かれるまで、この状態に留まる。このようにラッチ７０がリセットされるまで、連続的なデジタル制御信号が被制御装置（図示されていない）に出力される。このように、タッチ・スイッチ装置２０は、機械式スイッチに関連する状態変化をエミュレートできる。
【０１０４】
ここで図７を参照すると、シングル・エンド入力の連続ＤＣモードで動作するように構成されたタッチ・スイッチ装置２０は、次のように動作する。制御回路２４の動作および機能は、図６を参照しながら上で説明したシングル・エンド入力のストローブ・モードの場合と本質的に同じである。しかし、シングル・エンド入力のＤＣモードでは、自己保持ラッチ出力７２が回路開放されており、従って、自己保持ラッチ７０は、動作しない。
【０１０５】
第１の電極Ｅ１に刺激が与えられないとき、決定回路６０の出力６３は、低電位になる。従って、第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８へのインバータＩ１の出力７６は、高電位となる。第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８が、ソース端子７７における電位と同様に高電位だと、第３のトランジスタＰ３は、無バイアス状態になってターン・オンしないため、第３のトランジスタＰ３又は第５の抵抗Ｒ５を通って電流が流れない。
【０１０６】
第１の電極Ｅ１の近傍に刺激が存在する場合、決定回路６０の出力６３、従ってインバータＩ１への入力７５は、高い状態となる。インバータＩ１は、高レベル入力を低レベル出力に変化させて、出力７６を第３のトランジスタＰ３のゲート端子７８電位に供給する。ゲート端子７８がソース端子７７と比べて低電位にある場合、第３のトランジスタは、バイアスされて、それは、ターン・オンし、第３のトランジスタＰ３および第５の抵抗Ｒ５を通って電流が流れる。これは、第５の抵抗Ｒ５のアノード１０８における電位を持ち上げて、それは、出力ライン１２０を経て被制御装置（図示されていない）への入力として使用される。
【０１０７】
図７の連続ＤＣモードで、制御回路は、第１の電極Ｅ１近傍から刺激が除去されることに応答する。刺激が第１の電極Ｅ１の近傍に留まる限り、パルスが高い状態になるたびに、第１のダイオードＤ１のアノード９０には、第２のダイオードＤ２のアノード９１の基準電位よりも高いピーク電位が発生する。従って、決定回路６０へのＰＬＵＳ入力６４におけるピーク電位は、ＭＩＮＵＳ入力６６における基準電位よりも高レベルとなって、制御回路２４は、上で述べたように振舞う。第１の電極Ｅ１から刺激が除去されると、第１のコンデンサＣ１の電荷は、第２のトランジスタ・スイッチＳＷ２のバイアス機能のおかげで最終的に中立状態にまで放電する。この時点で、決定回路６０のＰＬＵＳ入力６４におけるピーク電位は、最早ＭＩＮＵＳ入力６６の基準電位より高くなく、あるいは本質的にも高くなく、決定回路６０の出力６３は、低い状態に戻る。
【０１０８】
このように、シングル・エンド入力のＤＣモードで動作するタッチ・スイッチ装置２０は、瞬間的に接触するタイプの機械式スイッチをエミュレートする。軽微な修正を施せば、押して開き、解放して閉じる機械式スイッチをエミュレートするように制御回路を構成できることが理解される。
【０１０９】
このように、本明細書は、単一のタッチ・スイッチの物理的構造および動作について説明してきた。典型的なタッチ・スイッチへの応用には、しばしば装置を制御するために使用される複数のタッチ・スイッチが含まれる。図１０は、９個のタッチ・スイッチ２０を含むスイッチ・パネルを示しており、９個のタッチ・スイッチ２０が３×３のマトリクス状に配置されている。ボックスＢ４は、タッチ・パネルの部品を表し、他方、ボックスＢ５は、被制御装置の部品を表す。任意の複数個のタッチ・スイッチは、理論的には、任意のやり方で配置できるが、ここに示したようなマトリクス状の配置は、容易に多重化でき、被制御装置からの必要な入出力ラインの数を減らせるため望ましい。
【０１１０】
図４のボックスＢ６は、タッチ・スイッチ制御回路の入力部を示しており、それには、能動デバイスＰ１およびＰ２、ダイオードＤ１およびＤ２、抵抗Ｒ３およびＲ４およびコンデンサＣ１−Ｃ２が含まれる。図１１Ａ−１８Ｅは、低インピーダンスのバッファリング、集積回路のサイズおよびコストの低減、入力信号の線形化、浮遊容量のスワンピングおよび損傷を与える電流経路の阻止を提供することを含む本発明の上述した目的のいくつかを達成する能動デバイスおよびピーク検出器回路を含むタッチ・スイッチ制御回路の入力部のその他の構成を示している。図１１Ａ−１８Ｅに示された構成は、基本的に回路設計の当業者に理解されるように、図４のボックス領域Ｂ６の構成に対応している。具体的には、図１１Ａの能動デバイスＭ１およびＭ２は、例えば、図４の能動デバイスＰ１およびＰ２に対応し、図１１Ａ−１８Ｅの能動デバイスＱ１およびＱ２は、図４のダイオードＤ１およびＤ２に対応し、図１１Ａの抵抗Ｒ７およびＲ８は、例えば、図４の抵抗Ｒ３およびＲ４に対応し、更に、図１１Ａ−１８ＥのコンデンサＣ９およびＣ１０は、図４のコンデンサＣ１およびＣ２に対応する。更に、電極Ｅ１およびＥ２と抵抗Ｒ１およびＲ２は、図４でも図１１Ａ−１８Ｅにそれらが現れるのと同じである。図１１Ａ−１８Ｅの中に現れるピンＯＳＣＢ、Ｉ＿ＲＮＧおよびＯ＿ＲＮＧは、図４のピンＰＩＮ２、ＰＩＮ１およびＰＩＮ３に対応する。図４のスイッチＳＷ２およびＳＷ４は、例えば、図１１Ａの能動デバイスＭ３およびＭ４に対応する。図１１Ａ−１８Ｅの放電信号ＤＳＣＨＧＢは、図４の起動およびバイアス回路４０からのトレース４３上の電流バイアスに対応する。図１１Ａ−１８ＥのトレースＰＯＳおよびＮＥＧは、それぞれ図４のトレース６４および６６に対応する。最後に、図１１Ａ−１８ＥのトレースＯＳＣＢは、図４のパルス発生器および論理回路５０からのトレース５３に対応する。このように、図１１Ａ−１８Ｅの入力部は、図４−７を参照しながら説明した回路構成と互換性を持つ。
【０１１１】
図１１Ａは、ピンＯＳＣＢおよびそれぞれ抵抗Ｒ１およびＲ２を通して発振信号発生器ＯＳＣＢに電気的に接続された内側電極Ｅ１および外側電極Ｅ２を示す。図１１Ａは、更に、電極間容量Ｃ６も示す。電気部品を集積化制御回路に電気的に接続したときに固有のボンディング・パッドおよびワイヤリング・ボンドの容量を表す容量Ｃ７およびＣ８も示されている。容量Ｃ７およびＣ８は、当業者に既知であるように、ボンディング・パッド・ワイヤを含まないフリップ・チップおよびその他の応用に含まれるバンプ下の金属配線、再配信トレース等によるその他の容量も表している。
【０１１２】
図１１Ａで、電極Ｅ１およびＥ２は、それぞれピンＩ＿ＲＮＧおよびＯ＿ＲＮＧを通して、それぞれ能動デバイスＭ１およびＭ２のゲートにおいてタッチ・スイッチ制御回路の入力部に電気的に接続される。図１１Ａで、能動デバイスＭ１およびＭ２は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴデバイスとして示されている。能動デバイスＭ１およびＭ２のドレインは、それぞれ抵抗Ｒ７およびＲ８を介して電圧源ＶＤＤに電気的に接続され、またそれらのソースは、発振信号ＯＳＣＢに接続されている。
【０１１３】
能動デバイスＭ１およびＭ２のドレインは、また、能動デバイスＭ３、Ｍ４、Ｑ１およびＱ２とコンデンサＣ９およびＣ１０を含む対応するピーク検出回路に電気的に接続され、それは、上で述べたように、図４に示されたピーク検出回路に対応しており、スイッチＳＷ２およびＳＷ４、ダイオードＤ１およびＤ２およびコンデンサＣ１およびＣ２の部品を含むが、入力能動デバイスＭ１およびＭ２がＮ−ＭＯＳ能動デバイスであるため、図４で能動デバイスＰ１およびＰ２がＰ−ＭＯＳデバイスであり、容量Ｃ９およびＣ１０と能動デバイスＭ１およびＭ２のソースとが、抵抗Ｒ７およびＲ８を通して電圧信号ＶＳＳの代わりに信号ＶＤＤに接続される点が異なる。能動デバイスＭ１に付随する図１１Ａのピーク検出回路は、能動デバイスＱ１を含み、それのベースがトレースＳＮＥＧを介して能動デバイスＭ１のソースに、更に、抵抗Ｒ７を介して電圧信号ＶＤＤに電気的に接続されており、それのエミッタは、能動デバイスＭ３のドレインと、コンデンサＣ９に電気的に接続され、それのコレクタは、電圧信号ＶＳＳに接続されている。容量Ｃ９は、その一方の端子を電圧源ＶＳＳに電気的に接続され、その他端を能動デバイスＱ１のエミッタと能動デバイスＭ３のドレインとに電気的に接続されている。能動デバイスＭ３は、そのドレインを能動デバイスＱ１のエミッタに電気的に接続され、そのソースを電圧源ＶＤＤに接続され、そのベースを放電信号ＤＣＨＧＢに電気的に接続されている。能動デバイスＭ２に付随するピーク検出回路の構成も似ており、能動デバイスＱ２およびＭ４と容量Ｃ１０を含む。図１１Ａで、能動デバイスＱ１およびＱ２は、Ｐ型バイポーラ・トランジスタであり、能動デバイスＭ３およびＭ４は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴデバイスである。能動デバイスＱ１およびＱ２のエミッタは、それぞれトレースＮＥＧおよびＰＯＳを介して制御回路の決定回路部品（図示されていない）への入力として電気的に接続されている。決定回路部品の動作は、上で図４−７に関して説明したものと同じである。
【０１１４】
図１１Ａで、抵抗Ｒ７およびＲ８は、それぞれ能動デバイスＭ１およびＭ２のドレインにおいてドレイン電流を電圧に変換するように働く。これらの電圧は、接触やその他の刺激によって引き起こされる電極Ｅ１およびＥ２の電界の変化に関連する。能動デバイスＭ１およびＭ２のドレインの対応するノードにおける電圧ポテンシャルは、それぞれトレースＳＮＥＧおよびＳＰＯＳを介してピーク検出器に送信される。ピーク検出器は、トレースＳＰＯＳおよびＳＮＥＧ上の非常に高速の過渡的パルスの負のピーク値を、決定回路が処理し易いそれぞれトレースＰＯＳおよびＮＥＧ上のＤＣ信号に変換できる。このように、図１１Ａは、負パルスのピーク検出回路を有するデュアル入力システムを示す。類似した正パルスのピーク検出システムが単チャネル用として米国特許第５，５９４，２２２号に記述されている。これらの負パルスを発生する感知回路は、高速で低レベルにプルできるＮ型ＭＯＳＦＥＴデバイスと、よりソフトに高レベルにプルできる電流源とを含む。
【０１１５】
図１１Ａの能動デバイスＭ１およびＭ２は、それぞれトレースＳＮＥＧおよびＳＰＯＳ上に過渡的な負方向のパルスを供給するために、両電極Ｅ１およびＥ２と、ピンＩ＿ＲＮＧおよびＯ＿ＲＮＧを介して送信される発振信号ＯＳＣＢによってターン・オンおよびオフされる。これらのパルスの負の最大ピーク・レベルは、接触やその他の原因によって電極Ｅ１およびＥ２が刺激されるときに変化する入力電極Ｅ１およびＥ２における電界強度に比例する。
【０１１６】
トレースＳＮＥＧおよびＳＰＯＳ上の信号は、次に能動デバイスＭ１およびＭ２に対応するピーク検出回路の能動デバイスＱ１およびＱ２のそれぞれのベースに送信される。能動デバイスＱ１およびＱ２のベースに送信される低レベル信号は、それらをオンにバイアスし、それぞれトレースＮＥＧおよびＰＯＳへの能動デバイスＭ１およびＭ２のドレインにおける最大の負電圧を提供する。コンデンサＣ９およびＣ１０は、初期にＶＤＤに充電されていて、トレースＰＯＳおよびＮＥＧ上のこの電圧変化の速度を遅くし、それによって、図１１Ａのタイミング図に示すように、トレースＳＰＯＳおよびＳＮＥＧの過渡的パルスをトレースＰＯＳおよびＮＥＧ上のＤＣパルスに変換する。次に能動デバイスＱ１およびＱ２は、過渡的信号が終了するとともに、コンデンサＣ９およびＣ１０を充電から切り離す。次に能動デバイスＭ３およびＭ４は、放電信号ＤＣＨＧＢによって制御されて、それぞれコンデンサＣ９およびＣ１０の初期の電荷ＶＤＤをリセットする。
【０１１７】
短い時間長のパルスを有利に利用することによって、タッチ・センサは、低インピーダンスを保持することができる。更に、制御回路の消費する平均電力は、小さい。例えば、入力電極の容量を流れるピーク電流は、数ミリアンペアもある。これは、ピーク電流が続く期間における非常に低いインピーダンスに相当する。各々のパルスが２０ナノ秒間アクティブであり、５０マイクロ秒ごとにサンプリングされるとして、連続的な平均電流にすると各チャネルについて０．８マイクロアンペアで、両チャネルでは、１．６マイクロアンペアとなる。更に、入力部は、放電信号ＤＣＨＧＢがアクティブでないとき、感知信号の周期的サンプリングおよび統計的フィルタリングを提供する。
【０１１８】
これらの低いインピーダンスおよび低い平均消費電力という特徴は、米国特許第５，５９４，２２２号に述べられているように、タッチ・センサの刺激解釈性能を向上させることができ、また機械式スイッチ、メンブレン式スイッチおよび同等品をタッチ・スイッチ装置で置き換えるときに有利となる。機械式およびその他の真のスイッチは、開いているときに電流を流すことができない。低インピーダンスおよび低電力の固体式スイッチは、真のスイッチのこの特性を真似ることによって、「開いた」固体式スイッチを通して許容できない量のリーク電流を流すリスクを犯すことなく、機械式スイッチを直接置き換えることができる。更に、低インピーダンスおよび低電力のタッチ・スイッチのピーク検出器回路は、決定およびその他の回路に比較的低利得で狭帯域幅の積を持つ増幅器およびオペアンプを使用することや、信号発生回路用としてＤＣおよび比較的低利得で狭帯域幅のデバイスを使用することと相性がよい。
【０１１９】
図１１Ｂは、集積化制御回路の入力部を示しており、ここで、能動デバイスＭ１およびＭ２は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴデバイスで、能動デバイスＭ３およびＭ４は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴで、能動デバイスＱ１およびＱ２は、Ｎ型バイポーラ・デバイスとなっている。図１１Ｂは、抵抗Ｒ７およびＲ８と能動デバイスＭ３およびＭ４のソースとが電圧信号ＶＳＳに接続されており、能動デバイスＱ１およびＱ２のコレクタが電圧源ＶＤＤに接続されていることを除いて、図１１Ａの構成と同じである。このように図１１Ｂは、図１１Ｂのタイミング図に示すように、正方向の過渡的およびＤＣパルスを用いた実施の形態を示している。図１１Ｃおよび１１Ｄは、入力部を示しているが、図１１Ａの能動デバイスＭ１およびＭ２が能動デバイスＱ３およびＱ４で置き換えられている。それらは、図１１Ｃで、Ｎ型に、図１１Ｄでは、Ｐ型となっている。図１１Ｃは、図１１Ａのピーク検出回路を示し、Ｐ型能動デバイスＱ１、Ｑ２、Ｍ３およびＭ４を含んでおり、また図１１Ｄは、図１１Ｂのピーク検出回路を示しており、それの能動デバイスは、すべてＮ型デバイスである。これら入力部構成の動作は、図１１Ａに関して上で説明した動作と同等であり、回路設計の当業者であれば理解されよう。
【０１２０】
図１１Ａ−１１Ｄは、すべてドレイン又はコレクタ電流（それぞれ、能動デバイスＭ１およびＭ２か、あるいは、Ｑ３およびＱ４のいずれかの）をドレイン又はコレクタにおける電流に比例する電圧に変換する抵抗Ｒ７およびＲ８を使用している。すなわち、図１１Ａ−１１Ｄで、このドレイン又はコレクタ電圧は、Ｖ−（Ｉｒ）（Ｒ）に等しい。この電圧変換を提供するその他の方法が図１２Ａ−１５Ｄに示されている。これらの図面で、抵抗Ｒ７およびＲ８は、能動デバイスで置き換えられている。
【０１２１】
電流から電圧への変換器として能動デバイスを使用することは、図１２Ａ−１２Ｄに示されたように、例えば、抵抗性部品を置換して高利得出力を可能とし、集積回路スペースを節約できる。図１２Ａ−１２Ｄは、一般にそれぞれ図１１Ａ−１１Ｄに対応する。図１２Ａ−１２Ｄでは、図１１Ａ−１１Ｂの抵抗Ｒ７およびＲ８がＭＯＳＦＥＴデバイスＭ５およびＭ６によって置き換えられており、図１２Ｃ−１２Ｄでは、図１１Ｃ−１１Ｄの抵抗Ｒ７およびＲ８がバイポーラ・デバイスＱ５およびＱ６で置き換えられている。図１３Ａ−１３Ｄは、一般に図１２Ａ−１２Ｄに対応するが、図１２Ａ−１２ＤのＰ型能動デバイス電流源が図１３Ａ−１３Ｄでは、Ｎ型能動デバイス電流源で置き換えられている（更に、同じように、図１２Ａ−１２ＤのＮ型能動デバイス電流源が図１３Ａ−１３Ｄでは、Ｐ型能動デバイス電流源で置き換えられている）点が異なる。能動的負荷が図１３Ａ−１３Ｄの入力デバイスと同じ型であるので、同じ製造工程でこれらの能動デバイスを集積回路に組み込むことができる。これは、より優れた整合性を与える。出力利得は、使用される電圧基準Ｖｒｅｆとデバイス寸法とで決まる。Ｖｒｅｆは、ＭＯＳＦＥＴデバイスを使用する場合は、ゲート幅の寸法を、バイポーラ・デバイスを使用する場合は、エミッタ領域をスケーリングすることによって、電流をミラー化できるバイアス回路によって設定できる。
【０１２２】
図１２Ｅ−１２Ｈおよび図１３Ｅ−１３Ｈに示された実施の形態で、図１１Ａ−１１Ｄの抵抗Ｒ７およびＲ８は、能動デバイスＭ７およびＭ８（図１２Ｅ−１２Ｆおよび図１３Ｅ−１３Ｆ）又はＱ７およびＱ８（図１２Ｇ−１２Ｈおよび図１３Ｇ−１３Ｈ）をカスコード接続することのほかに、能動デバイスＭ５およびＭ６（図１２Ｅ−１２Ｆおよび図１３Ｅ−１３Ｆ）又はＱ５およびＱ６（図１２Ｇ−１２Ｈおよび図１３Ｇ−１３Ｈ）で置き換えられている。このようなカスコード・バイアスは、電源およびプロセス変動に対して制御回路に耐性を与える助けとなる。
【０１２３】
図１４Ａ−１４Ｄは、相補型デバイスを用いた実施の形態を示す。例えば、図１４Ａで、能動的開平（ｓｑｕａｒｅ  ｒｏｏｔ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）デバイスＭ９およびＭ１０は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴデバイスであり、入力能動デバイスＭ１およびＭ２は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスである。図１４Ｂ−１４Ｄは、相補型デバイスを使用した実施の形態を示しており、それらは、図１１Ｂ−１１Ｄに対応する。図１４Ｃ−１４Ｄで、能動的開平デバイスＱ９およびＱ１０は、バイポーラ・デバイスである。図１４Ａ−１４Ｄに示された実施の形態は、温度、電源、共通モード雑音の変化および集積回路の製造時の処理の変動がある場合でも優れた安定性を提供する。図１５Ａ−１５Ｄは、能動的開平デバイスと、同じ型の入力能動デバイスを使用した実施の形態を示す。すなわち、図１５Ａで、能動的開平デバイスＭ９およびＭ１０は、入力デバイスＭ１およびＭ２と同じくＮ型ＭＯＳＦＥＴデバイスである。類似の構成が図１５Ｂ（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスを使用）、１５Ｃ（Ｎ型バイポーラ・デバイスを使用）および１５Ｄ（Ｐ型バイポーラ・デバイスを使用）に示されている。出力の線形性は、整合したＭＯＳＦＥＴデバイス、すなわち同じ型のＭＯＳＦＥＴデバイスを、図１５Ａ−１５Ｂに示されたように、入力と能動的開平デバイスの両方に使用した場合に最大となる。
【０１２４】
図１１Ａ−１５Ｄは、集積回路ピン入力接続Ｉ−ＲＮＧおよびＯ＿ＲＮＧ上の入力容量Ｃ７およびＣ８を示している。これらの入力容量は、製造時の許容差およびプロセスに従ってパーツごとに変動するが、変動と回路性能との妥協を図ることができる。これらの変動は、電極の電界容量に加わる傾向があり、制御回路の性能の変動やオフセットを引き起こす可能性がある。典型的な応用で、しばしば、入力検出回路は、ボンディング・パッドの入力ノードにおける入力容量が入力の電界効果容量の信号レベルと比べて比較的大きい場合に、電極における電界の非常に小さい変動を分解することが要求されるため、浮遊容量Ｃ７およびＣ８を最小化することが有利である。この浮遊容量変動の影響を最小化する１つの方法は、入力回路に「スワンピング」コンデンサを追加するものである。これは、制御回路の感度を低下させる傾向があるが、それは、ボンディング・ワイヤ、バンプ下金属配線、フリップ・フロップ構成中の再配信トレース等に付随する入力容量に起因する変動に対して入力を安定化できる。スワンピング容量の利用については、図１６に示されている。この図は、一般に図１５Ａに対応する。図１６で、スワンピング・コンデンサＣ１１およびＣ１２は、それぞれ浮遊容量Ｃ７およびＣ８と全く同等なものとして存在しており、電圧信号ＶＳＳに電気的に接続されている。明らかなように、スワンピング・コンデンサＣ１１およびＣ１２は、ここに述べられる本発明の実施の形態すべてと互換性を持ち、図１６に示した実施の形態だけでの使用に限定されない。
【０１２５】
スワンピング・コンデンサＣ１１およびＣ１２が制御回路の性能を改善する一方で、それらは、付加的な物理的スペースを要求する。図１７Ａに示した実施の形態には、制御回路入力、ここでは、能動デバイスＭ１およびＭ２のゲートにダイオードＤ４−Ｄ７の空乏容量から生ずるスワンピング容量が追加される様子が示されているが、スペースが節約されている。図１７Ａで、ダイオードＤ４およびＤ６が図１６のスワンピング・コンデンサＣ１２に置き換わっており、ダイオードＤ５およびＤ７が図１６のスワンピング・コンデンサＣ１１に置き換わっている。単位表面積当たりの容量の大きさは、ポリシリコン又は金属タイプのコンデンサの単位面積当たりの容量と比べて図１７Ａに示された種類のダイオード構成のほうがはるかに大きい。更に、ダイオードＤ４−Ｄ７は、正および負の両方の高電圧放電の保護のためにも使用される。この保護は、タッチ入力応用で特に有利である。キイボード、単一入力スイッチ等の人的入力装置は、静電的な放電過渡現象に晒されるので、それらの敏感な入力回路を保護するために、ＭＯＳＦＥＴやその他のデバイスのような部品を含むことができる。この問題は、図１７Ｂに示されたように、感知電極Ｅ１およびＥ２が入力回路ＩＣに非常に接近して位置するときに悪化する。
【０１２６】
図１８Ａ−１８Ｅは、集積化制御回路を備えたタッチ・スイッチ用の入力回路の他の可能な構成を示す。図１８Ａ−１８Ｃは、能動デバイスＭ１およびＭ２に対する共通モード刺激のいろいろな例を示す。図１８Ａは、一般的に図１７Ａの構成を示し、能動デバイスＭ１１−Ｍ１４を含む。図１８Ａで、能動デバイスＭ１１−Ｍ１４は、入力能動デバイスＭ１およびＭ２のソースに電気的に接続される。能動デバイスＭ１３およびＭ１４のゲートは、発振信号ＯＳＣＢに接続され、またそれらのドレインは、能動デバイスＭ１２のゲートに接続される。能動デバイスＭ１１のゲートは、電流源バイアス信号ＣＳＢＳに接続され、それのドレインは、能動デバイスＭ１２のソースに接続される。図１８Ａに示された構成は、能動デバイスＭ１およびＭ２への入力ステージにおいて負のフィードバックを提供する。
【０１２７】
図１８Ｂは、能動デバイスＭ１５およびＭ１６を含む入力回路部を示しており、それらは、ここでＮ型デバイスとして示され、それらのソースは、それぞれ入力ピンＩ＿ＲＮＧおよびＯ＿ＲＮＧに電気的に接続され、それらのゲートは、発振信号ＯＳＣＢに電気的に接続されている。能動デバイスＭ１５およびＭ１６のドレインは、それぞれ能動的開平デバイスＭ９およびＭ１０のソースに接続され、またそれぞれピーク検出回路の能動デバイスＱ１およびＱ２のベースに接続されている。図１８Ｂで、能動デバイスＭ１５およびＭ１６は、それらのゲートを介して発振信号ＯＳＣＢによって刺激を受け、それらのソースを介して入力信号を受け取るのであるが、以前にそれらのソースを介して刺激を受け、それらのゲートを介して入力を受け取るように示されていた能動デバイスＭ１およびＭ２に置き換わっている。
【０１２８】
図１８Ｃは、一般に図１８Ｂの構成を示し、また図１７Ａに示されたようなスワンピング・ダイオードＤ４−Ｄ７を含んでいる。図１８Ｃの構成は、電極が１つだけの単一入力モードに採用することもでき、空乏モードのスワンピング容量を提供する入力ダイオードを採用することの利益すべてを提供できる。
【０１２９】
図１８Ｄは、図１６の構成を示しており、それは、能動デバイスＭ１およびＭ２への入力をバランスさせるスワンピング・コンデンサＣ１１およびＣ１２を含むが、単一電極モードのため外側電極Ｅ２又は入力ピンＯ＿ＲＮＧがない。図１８Ｅは、図１８Ｄの構成を示すが、図１７Ａにも示されるように、スワンピング容量がダイオードＤ４−Ｄ７によって与えられ、上で述べたようなスワンピング容量の利益を得るために必要なスペースを最小化している。
【０１３０】
図１９は、本発明の集積回路の入力回路部用の可能な１つの構成の模式的回路図であり、図４−７の自己保持ラッチ７０として機能するラッチ出力ＬＣＨ＿Ｏおよびそれの部品を含み、各種の出力機能およびそれらの構成を示している。これらの出力機能は、タッチ・セルが従来のメンブレン式又は機械式スイッチの応答を複製することを可能にする。
【０１３１】
出力ピンＮＤＢ＿Ｏ、ＮＥ＿ＯおよびＮＤ＿Ｏは、能動デバイスを通して出力を電気的に低レベルにプルするタッチ・セルおよび集積回路アセンブリの出力である。集積化制御回路は、刺激が与えられたとき（例えば、人間の接触刺激）能動デバイスを通して出力を電気的に低レベルにプルするようにするか、あるいは、刺激が存在しないとき（例えば、人間の接触刺激がないとき）能動デバイスを通して出力を電気的に低レベルにプルするように構成できる。
【０１３２】
図１９に示されたように、出力ピンＮＤＢ＿Ｏは、能動デバイスＭ１８のドレインに電気的に接続され、それのソースは、電圧信号ＶＳＳに、それのゲートは、インバータＵ２の入力、インバータＵ２の出力、能動デバイスＭ１７のゲートおよび電圧信号ＴＰ＿Ｏに接続される。出力ＮＥ＿Ｏは、能動デバイスＱ１３およびＱ１４のエミッタに電気的に接続され、それのベースは、能動デバイスＭ２０のドレインに、またそれのコレクタは、電圧信号ＶＳＳに接続される。能動デバイスＭ２０は、次にそれのゲートをインバータＵ２の出力に、またそれのソースを電圧信号ＶＳＳに接続される。出力ピンＮＤ＿Ｏは、能動デバイスＱ１３およびＱ１４のベースと、能動デバイスＭ２０のドレインに電気的に接続される。能動デバイスＭ２０は、出力ＮＥ＿Ｏ用の負のプル・ダウン・デバイスとして働き、出力ＮＤ＿Ｏ用の能動デバイスＱ１３およびＱ１４のゲートをオンにバイアスできる。
【０１３３】
出力ピンＰＤＳ＿Ｏ、ＰＤ＿ＯおよびＰＥ＿Ｏは、能動デバイスを通して出力を電気的に高レベルにプルするタッチ・セルおよび集積回路アセンブリの出力である。集積化制御回路は、刺激が与えられたとき（例えば、人間の接触刺激）能動デバイスを通して出力を電気的に高レベルにプルするようにするか、あるいは、刺激が存在しないとき（例えば、人間の接触刺激がないとき）能動デバイスを通して出力を電気的に高レベルにプルするように構成できる。
【０１３４】
図１９で、出力ピンＰＤＳ＿Ｏは、ショットキ・ダイオードＳＤ１に電気的に接続され、後者は、次に出力ピンＰＤ＿Ｏに接続される。出力ピンＰＤ＿Ｏは、能動デバイスＱ１２のベースおよび能動デバイスＭ１７のドレインに電気的に接続され、後者のソースは、電圧信号ＶＤＤに、またゲートは、インバータＵ１の出力およびインバータＵ２の入力に接続される。能動デバイスＱ１２のコレクタは、能動デバイスＱ１１のエミッタに接続され、後者のコレクタおよびベースは、両方とも電圧信号ＶＤＤに接続される。図１９にこれも示されているが、能動デバイスＱ１２のエミッタは、出力ピンＰＥ＿Ｏに接続される。
【０１３５】
集積化制御回路は、従来のＤＣモード、ＤＣマトリクス、パルスＤＣマトリクス又はラッチ・マトリクス・モードに適用できる。図２０Ａは、集積化制御回路がＤＣモード用のタッチ・セル構成に適用された応用を示している。ＤＣモードを利用するすべての応用で、各集積化制御回路は、連続的にシステムの電圧信号ＶＤＤおよびＶＳＳに接続される。いくつかのケースで、数個のタッチ・セルの出力が電気的ＯＲ論理（例えば、ＰＥ＿Ｏ出力を用いたタッチ・セルＴＣ１−ＴＣ３およびＮＥ＿Ｏ出力を用いたＴＣ７−ＴＣ９）の形に接続される。タッチ・セルの残り（ＴＣ４−ＴＣ６およびＴＣ１０−ＴＣ１３）は、各種の出力、すなわち、ＰＤ＿Ｓ、ＰＤ＿Ｏ、ＰＤ＿Ｅ、ＮＤＢ＿Ｏ、ＮＥ＿ＯおよびＮＤ＿Ｏの利用を示している。タッチ・セルＴＣ４−ＴＣ６に関して、これらは、出力を電気的に高レベルにプルできるが、出力ピンは、抵抗を介してアースに接続されており、タッチ・セルＴＣ１０−ＴＣ１３に関しては、これらは、出力を電気的に低レベルにプルできるが、出力ピンは、抵抗を介して電圧信号ＶＤＤに接続されている。
【０１３６】
図２０Ｂは、タッチ・センサを負パルスＤＣマトリクス・モードに応用した場合を示す。各タッチ・セルの集積化制御回路は、それの電圧信号ＶＤＤをシステムの電圧源Ｖｓｕｐｐｌｙに接続されている。各タッチ・セルの集積化制御回路のＶＳＳが行選択信号、ＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴ１又はＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴ２に接続される様子も示されている。図２０Ｂで、各タッチ・セルの集積化制御回路の出力ピンＮＥ＿Ｏは、列リターン、すなわちＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮ１（タッチ・センサＴＳ１およびＴＳ２）又はＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮ２（タッチ・センサＴＳ３およびＴＳ４）のいずれかに接続されている。図２０Ｂから分かるように、ＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴＳおよびＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮＳは、１個のタッチ・センサ、タッチ・センサの１つの行又はタッチ・センサの１つの列を駆動できる。このことは、図２０Ｂのタイミング図にも示されている。
【０１３７】
図１９に示されたＰ型能動デバイスＱ１３およびＱ１４は、関連する入力にアクティブな刺激が与えられるとＮＥ＿Ｏを低レベルにプルする。入力は、関連する入力に刺激が与えられないときに、出力のそれらＰ型能動デバイスがＮＥ＿Ｏを低レベルにプルするように構成することもできる。能動デバイスＱ１３およびＱ１４のエミッタ・ベース接合は、どれか１つのデバイスがアクティブの低レベルに変化したときに、電流がＶＳＳを通ってマトリクス中の他のデバイスに流れるのを阻止する。任意のどれか１つの特定のタッチ・セルの集積化制御回路が低レベルにプルするときは、常に、出力能動デバイスＱ１３およびＱ１４のベース・エミッタ接合の順方向バイアスの電圧降下に対して出力（ＶｓｕｐｐｌｙからＮＥ＿Ｏへ測定した場合）が低下する。応用によっては、２つの能動デバイスＱ１３およびＱ１４の代わりに１つのデバイスを使用することもできる。
【０１３８】
Ｐ型デバイス（単数又は複数）のＶｂｅ降下を回避することが望ましいときは、図１９に示されるようなＭＯＳＦＥＴデバイスを採用したＮＤＢ＿Ｏ又はＮＤ＿Ｏ出力を使用できる。ＮＤ＿Ｏ出力を備えるタッチ・センサの負パルスＤＣマトリクス・モード構成が図２０Ｃに示されているが、図１０Ｂに示されたものと本質的に同様である。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスＭ１８又はＭ２０の両端の電圧降下は、低電流レベルにおいて比較的小さく、ＲＤＳｏｎ抵抗にＭＯＳＦＥＴデバイス・チャネルを流れる電流を乗じたものに依存する。従って、この電流は、主として外部負荷抵抗によって設定される。より低い電流レベルでは、電圧降下は、Ｐ型バイポーラ・トランジスタに関する対応する電圧降下と比べてより小さい。他方で、より高電流レベルでは、バイポーラ・トランジスタは、ベース・エミッタ接合の順方向バイアスだけの電圧降下（０．６から０．７ボルト）を起こし、他方で、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスは、ＲＤＳｏｎのドレイン電流に対する線形な関係：Ｖｄｒｏｐ＝（ＲＤＳｏｎ）（Ｉｄｒａｉｎ）に従って電圧降下を増大させる傾向を持つ。すなわち、より低電流レベルが存在する典型的な論理回路で、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ出力は、バイポーラ・デバイスよりも少ない電圧降下を起こす傾向を持つ。このことは、ＭＯＳＦＥＴデバイスを総称的に他の論理回路に適したものとする。図２０Ｄは、図１９に示されたように、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴデバイスＭ１７を用いたＰＤ＿Ｏ出力を有するタッチ・センサを備えた正パルスＤＣマトリクス構成を示しており、これに対しても上の考察が当て嵌まる。
【０１３９】
しかし、ＭＯＳＦＥＴデバイスは、バイポーラ・デバイスのような固有の阻止機能を持たない。図２１Ａは、典型的なＣＭＯＳ回路の構築に使用されるドープされたＮ型およびＰ型材料を備えた典型的なＰ型基板の断面図を示す。図２１Ｂは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスＮ１の模式図であるが、これは、出力ピンＮＢＤ＿Ｏ（図１９の能動デバイスＭ１８）又は出力ピンＮＤ＿Ｏ（図１９の能動デバイスＭ２０）用の出力プル・ダウン・デバイスとして使用できる。図２１Ｃは、阻止デバイスＮ２の模式図であり、それは、出力デバイスＮ１と直列に接続されて、デバイスを囲む空乏領域のせいでＭＯＳＦＥＴデバイス構造の意図しない影響として発生し得るＮ１に付随する寄生デバイスからのリーク電流の発生を防止するようになっている。
【０１４０】
図２１Ａ−２１Ｃは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスの構造がどのようにドレインからソースへの寄生的なバイポーラ・ダイオードＰＤ１を生成するか、またＶＳＳから基板へのリーク電流をどのように阻止するかを示している。典型的なＣＭＯＳ集積回路は、Ｐ型又はＮ型基板を使用する。それらの基板は、典型的には、集積回路ＶＳＳ又はＶＤＤに電気的に接続される。Ｐ型基板の場合、基板は、ＶＳＳにつながれ、Ｎ型基板の場合は、基板は、ＶＤＤにつながれる。図２１Ｂで、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスＮ１のソースは、電圧信号ＶＳＳにつながれること、また、寄生ダイオードＰＤ１のアノードもデバイスＮ１のソース・ノードにつながれることに注意されたい。寄生ダイオードＰＤ１のカソードは、デバイスＮ１のドレインにつながれる。この結果、集積化制御回路がＮ型ＭＯＳＦＥＴデバイス（図２０Ｃに示されたようにＮＤ＿Ｏ出力と一緒に）を用いてアクティブな電気的プル・ダウンを備えた負パルスＤＣマトリクス・モードに組み込まれる場合、寄生ダイオードＰＤ１を通り、Ｐ型基板を通る逆方向電流の経路が存在する。ストローブ行のパルスがマトリクスに供給され、ＮＤ＿Ｏの出力における電位よりも高い場合、寄生ダイオードＰＤ１を通ってＶＳＳからＮＤ＿Ｏに電流が流れる。この電流経路は、マトリクスおよび電源の動作に影響を与える。この低電流の経路は、ストローブ・ドライバを介してＶＳＳをＶＤＤにつなぐ低インピーダンス経路を提供する。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴプル・ダウン・デバイスと直列に接続されたバイポーラ・ダイオードは、逆方向電流を阻止するが、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴプル・ダウン・デバイスの特徴、すなわち、出力における低い電圧降下を否定もする。バイポーラ・ダイオードは、ベース・エミッタ接合の電圧降下Ｖｂｅを引き起こす傾向を持つ。この好ましくない電流経路を阻止するために、阻止デバイスを組込む必要があり、それは、従来の集積回路製造と互換性を有し、最小の電圧降下を生ずるものであることが望ましい。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴデバイスＮ１とＮ２との間を適切に接続することによって、リーク電流経路を阻止することができ、Ｐ型基板および電圧信号ＶＳＳがＮＤ＿ＯデバイスＮ１を通るリーク電流経路から切り離される。同時に、制御回路出力の電圧降下が最小化される。
【０１４１】
図２１ＡのデバイスＮ２は、阻止デバイスであり、図２１Ｃに模式的に示されている。阻止デバイスＮ２のドレインおよびソースは、図２１Ａおよび図２１Ｃに示されるように、それぞれＶＳＳおよびＶＳＳ１に接続される。阻止デバイスＮ２のゲートは、電圧信号ＶＤＤに接続され、後者は、多くのマイクロプロセッサとの互換性を持たせるように３−５ボルトとすることができるが、そうしなくてもよい。デバイスＮ２のソースがアースなど低電位にあるとき、ゲート電圧がデバイスの閾値電圧よりも少し高い限り、チャネル抵抗は、非常に小さくなる。デバイスＮ２のゲートが３から５ボルト（Ｖｓｕｐｐｌｙ）のオーダであるＶＤＤにあるので、アクティブなパルス期間にそれのソースは、ゼロ・ボルトになり、それの閾値電圧は、１ボルトよりも低く、チャネル抵抗は、非常に小さくなって、デバイスのチャネル電圧降下もまた非常に小さくなる（すなわち、標準的なバイポーラ・ダイオードよりも小さい）。デバイスＮ２のソースがＶＤＤに等しい（又は、それより高い）電圧にあるとき、ゲートからソースへの電圧（ＶＧＳ）は、デバイスの閾値電圧よりも小さくなる。これによって、チャネル抵抗が大幅に増大し、チャネルを通る電流を本質的に阻止する。更に、デバイスＮ２のソースから基板ＰＳの寄生ダイオードＰＤへの空乏接合に掛かる電圧は、ソース・ドレインの寄生ダイオードＰＤ１の障壁電位（約０．６から０．７ボルト）よりも小さくなる。従って、寄生ダイオードＰＤ１は、基板を流れる電流を本質的に阻止する。
【０１４２】
更に、阻止デバイスＮ２は、標準的な集積回路応用で逆方向電圧保護のためにも使用することができ、上述の利益すべてを提供できる。そのように使用された場合、阻止デバイスＮ２は、上述と同じように集積回路のＶＳＳに接続されて、逆方向電流又は電圧による損傷から回路を保護する。
【０１４３】
図２１Ｄ−２１Ｆは、図１９に示されたような力ＰＤＳ＿Ｏ、ＰＤ＿ＯおよびＰＥ＿Ｏを有する電気的に高レベルへのプル・デバイス用の阻止デバイスＢＤＰ２を示している。図２１Ｄ−２１Ｆに示されたデバイスは、図２１Ａ−２１Ｃに示されたデバイスに対して相補的なものであり、図２１Ａ−２１Ｃを参照した議論に照らして当業者に理解されよう。既述のすべてのＤＣモード構成において、各タッチ・セルの集積化制御回路に対する３つの接続が存在する。各タッチ・セルの集積化制御回路に関するＶＤＤおよびＶＳＳは、入力刺激を処理するために或る程度の時間は、電源に接続する必要がある。集積化制御回路の出力は、望ましい構成に依存して、ＰＤＳ＿Ｏ、ＰＤ＿Ｏ、ＰＥ＿Ｏ、ＮＤＢ＿Ｏ、ＮＤ＿ＯおよびＮＥ＿Ｏに見出される。これらの出力は、集積化制御回路に要求される第３の接続を構成する。しかし、いくつかのケースで、２つの接続のみを必要とする集積回路を用いることが有利となる。例えば、メンブレン式スイッチを含み、タッチ・センシング・スイッチを有する応用では、典型的な場合、スイッチ当たり２つの接続のみが採用されるので、２つの接続のみを要求する集積化制御回路は、メンブレン式スイッチをタッチ・スイッチで直接置き換えることを容易にする。
【０１４４】
２端子のメンブレン式スイッチＭＳ１−ＭＳ４のマトリクスが図２２に模式的に示されている。図２２は、マトリクス内部でスイッチをアドレス指定および読出す１つの方法を示している。図２２のマトリクスがより多くの行、より多くの列、より多くのスイッチおよび別の接続を含むように修正できることは、もちろんである。すべての場合で、各スイッチとのインタフェースは、典型的に２つのタイプの信号ライン、すなわちＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴおよびＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮを含む。各ＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴラインは、ポテンシャル・ソースであり、各スイッチＭＳ１−ＭＳ４が閉じたときに（メンブレン式スイッチの場合には、指で押すことによって閉じる）それらを通して、ＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮラインに電流が流れるのを許容する。ＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮライン１および２上の終端抵抗ＣＯＬＲ１およびＣＯＬＲ２は、それぞれリターン論理回路によって処理すべき電圧を生ずるために使用され、スイッチ・デバイスを流れる電流を制限するためのものである。ストローブ・ラインのシーケンスは、与えられた時刻にスイッチの１つの行（ＭＳ１およびＭＳ３又はＭＳ２およびＭＳ４）のみがアクティブになるようにされる。特定の１つの行が選ばれたとき、各終端抵抗ＣＯＬＲを通して生成される電圧は、選ばれた行のどのスイッチを電気的に閉じるかを示す。ＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮラインも一般に同時に処理される。マトリクス方式は、複数のスイッチ入力を処理するために使用される相互接続の数に関して効率的である。例えば、６４個のスイッチを、８個のＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴラインと８個のＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮラインを用いた８×８のマトリクスで読むことができる。典型的には、ある種の論理デバイスをストローブおよびリターン・ラインに接続して、短時間ですべてのスイッチの状態を決定することができる。これは、当業者が実施方法を知っている典型的なマトリクス方式である。それは、コントローラ、コンピュータのキイボード、電話機および市場で広く用いられているその他の装置に使用できる。
【０１４５】
刺激を検出する２端子スイッチとして動作する固体式のセンシング・デバイスは、リセットやその他の故障を起こす可能性のあるソフトウエア、論理回路および／又はマイクロプロセッサの追加なしで、従来のマトリクス・ストローブおよび読取り回路を構築できる点で有利である。図２３は、マトリクス状に配置され、２つの集積回路接続のみを有するそのようなデバイスの実施例を示している。このように、図２３のタッチ・センサＴＳ１−ＴＳ４は、図２２のメンブレン式スイッチＭＳ１−ＭＳ４に置き換わることができる。図２３で、各タッチ・センサＴＳ１−ＴＳ４は、電界ポテンシャルの差を感知する。適当な刺激の存在又は不在に応じて、デバイス（特定の応用に依存して）は、高インピーダンス状態（開回路と等価）から低インピーダンス状態（閉回路と等価）に移行し、それによって従来のメンブレン式又は機械式スイッチを模倣する。これらのデバイスの主要な特徴は、２端子スイッチの属性を模倣するそれらの能力である。
【０１４６】
図２４Ａおよび２４Ｂは、図２３のタッチ・センサＴＳ１−ＴＳ４用の可能な回路を示す。図２４Ａおよび２４Ｂに示された回路は、図１９に示された回路のラッチ回路部をベースとする。図１９で、示されたラッチ回路は、抵抗Ｒ９のほかに能動デバイスＭ１９およびＱ１５−Ｑ１９を含む。ラッチ回路出力ピンＬＣＨ＿Ｏは、能動デバイスＱ１９のエミッタに接続されるように示されている。能動デバイスＱ１９は、次にそれのベースをインバータＵ２の出力、能動デバイスＱ１５のドレインおよび能動デバイスＭ２０のゲートに接続されており、またそのコレクタを能動デバイスＱ１８のエミッタに接続されている。後者のベースは、電圧信号ＶＤＤに接続され、またそのコレクタは、抵抗Ｒ９に接続されている。後者は、次に電圧信号ＶＤＤに接続されている。能動デバイスＱ１８のコレクタは、またエミッタを電圧信号ＶＤＤに接続された能動デバイスＱ１５およびＱ１６のベースおよび能動デバイスＱ１７のベースに接続されているように示され、後者のコレクタは、電圧信号ＶＳＳに、エミッタは、能動デバイスＱ１５のコレクタに接続されている。能動デバイスＱ１８のコレクタは、また能動デバイスＭ１９のドレインに、後者のゲートは、制御回路の出力ピンＩＮＩＴＢに、そしてそれのソースは、電圧信号ＶＤＤに接続されている。
【０１４７】
図２４Ａおよび２４Ｂは、図１９のラッチ回路の各種の実施の形態を示す。これら両実施の形態は、オプションの能動デバイスＱ１６−Ｑ１８を省略している。図２４Ａは、図１９に示されたように、バイポーラ部品Ｑ１５およびＱ１９のラッチ回路への組込みを示し、図２４Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ部品のラッチ回路への組込みを示している。２端子デバイスの精神および機能に留意しながら、その他の構成を実施することも可能である。
【０１４８】
図２４Ａは、制御回路と連動して動作するバイポーラ・ラッチ回路を示す。これは、入力刺激の検出、決定実行およびバイポーラ・ラッチ回路のトリガを行うために必要な機能を提供する。制御回路は、また電源投入時リセット機能、各種内部ブロックおよび機能の初期化およびシーケンス設定を提供することができる。制御回路への入力には、入力感知接続に付随するもの、すなわち、ＯＳＣＢ、＋（ＰＬＵＳ）および−（ＮＥＧＡＴＩＶＥ）、制御回路用電源に付随するもの、すなわち、電圧信号ＶＤＤおよびＶＳＳおよびラッチ回路に付随するもの、すなわち、ＩＮＩＴおよびＴＲＩＧＧＥＲが含まれる。ラッチ出力は、出力ピンＬＣＨ＿Ｏを通る。
【０１４９】
ＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴライン上で、アクティブなプル・デバイスのＰ型ＭＯＳＦＥＴを通ってシステムＶｓｕｐｐｌｙからＧＮＤへ電流が流れる経路が存在するとき、図２４Ａのストローブ・ラインＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴがアクティブになる。電力が供給されて、制御回路は、動作できるようになる。ストローブ・パルスが最初に供給されると、制御回路は、ＩＮＩＴラインを介してゲート信号を供給し、能動デバイスＭ１９をターン・オンさせる。このことは、能動デバイスＱ１５のベース・エミッタ電圧が本質的にゼロ・ボルトであってそれが導通しないようにする（リーク電流を除く）。Ｑ１５がオフで、Ｑ１９のベースに電流が流れないので、Ｑ１９もオフとなる。Ｑ１９がオフであれば、ＩＮＩＴ信号が除去された後でもＱ１５のベースにおける電圧が本質的にＶＤＤにあり、Ｍ１９は、オフである。ラッチが本質的にオフであれば（すなわち、電流が流れない）、制御回路は、動作できる。動作時には、集積化制御回路が高インピーダンス・モードで、開いたスイッチをシミュレートする。抵抗Ｒｃｏｌｕｍｎ両端の出力電圧は、Ｖｓｕｐｐｌｙ×Ｒ（集積化制御回路）／（［Ｒ（集積化制御回路）＋Ｒｃｏｌｕｍｎ］に等しい。集積化制御回路の等価抵抗が大きくなればなるほど、Ｒｃｏｌｕｍｎ両端に現れるＶｓｕｐｐｌｙの割合は、小さくなり、また集積化制御回路両端に現れる降下の割合は、より大きくなる。
【０１５０】
完璧なスイッチは、開いたときに無限の抵抗とゼロの電流を示し、従って、ストローブ・パルスの間にスイッチ両端にＶｓｕｐｐｌｙが現れ、電流がゼロであるのでＲｃｏｌｕｍｎ両端の電圧降下は、ゼロとなる。集積回路は、スイッチでないので、ストローブ・パルスによってＶｓｕｐｐｌｙが供給されるとき、開いたスイッチの特性をより正確に複製するためには、可能な限り少ない電流が流れるように集積化制御回路を設計することが重要である。
【０１５１】
入力電極は、刺激が与えられたとき、又は刺激が与えられないときに集積化制御回路が高インピーダンス・モードに留まるように構成することができる。集積化制御回路が高インピーダンス・モードにあるとき、Ｖｓｕｐｐｌｙのほとんどは、集積化制御回路の両端間に印加される。内部ＶＤＤおよびＶＳＳが集積回路を全体として動作させるのに十分であり、内部制御回路も同様であるので、これは、回路が浮遊モードで動作するのを許容する。電極構成もまた、刺激が与えられたとき、あるいは、刺激が与えられないときに、制御回路にラッチ回路へのトリガ・パルスを発生させるようなものとすることができる。制御回路がトリガ・パルスを発生すると、ラッチは、ターン・オンする。図２４Ａのトリガ・パルスは、ＶＳＳからＶＤＤに向かう正のパルスである。このトリガ・パルスは、ＩＮＩＴ信号がリセットした後、Ｍ１９をターン・オフさせることができる。この正のパルスは、Ｎ型バイポーラ・デバイスＱ１９のベース・エミッタ接合を順方向にバイアスして、それをターン・オンさせる。ベース電流が流れることと、能動デバイスＱ１９の利得トランスファとによって、能動デバイスＱ１９のコレクタ、従って抵抗Ｒ１９を通って電流が流れる。抵抗Ｒ９を流れる電流が電圧ポテンシャルを発生し、それによって能動デバイスＱ１５のベースをＶＳＳに向かって、能動デバイスＱ１５のエミッタ・ベース接合を順方向にバイアスしてそれをターン・オンさせるのに十分に引き下げる。能動デバイスＱ１５の電流利得は、十分な電流を能動デバイスＱ１５のコレクタに流し、また能動デバイスＱ１９のベースにおける電圧を、トリガ・パルスが取り去られた後も、能動デバイスＱ１９のエミッタ・ベース接合を順方向にバイアスするのに十分なだけ引き上げる。トリガ・パルスは、制御回路両端の電圧降下のせいで、制御回路の動作を停止させるのに十分なだけ取り除かれる。ラッチ電流は、Ｑ１５とＱ１９との間の正の電流フィードバック・ループのせいで、トリガ・パルスが取り去られた後もオンに留まる。ラッチの電圧降下は、飽和電圧、接合抵抗、能動デバイスＱ１５およびＱ１９の利得およびＲｃｏｌｕｍｎの抵抗によって決まる。制御回路が動作せず、電流範囲内でラッチ電圧降下が可能な限り小さいことが重要であるため、集積化制御回路内部のラッチ回路は、一旦トリガが取り去られた後もオンに留まるべきである。この低インピーダンス・モードで、閉じたスイッチを複製するためにそれらの属性を可能な限り多く得ることが望ましい。完璧な閉じたスイッチであれば、無限大の電流を流し、すべての電流レベルにおいて電圧降下は、ゼロ・ボルトとなる。完璧なスイッチ、すなわち、電圧降下の小さいものを最も良く複製するために、ラッチ回路は、エミッタ領域を拡大し、低いＶｂｅ降下を備えたバイポーラ・トランジスタおよび高いＷ／Ｌチャネル比、低い閾値および高利得のデバイスを備えたＭＯＳＦＥＴを利用することが望ましい。
【０１５２】
図２４Ｂは、図２４Ａのラッチ回路を示し、そこでは、バイポーラ能動デバイスＱ１５およびＱ１９がＭＯＳＦＥＴデバイスＭ２１およびＭ２２によって置き換えられている。図２４Ｂの集積化制御回路の動作は、図２４Ａの集積化制御回路の動作と同等である。図２４Ｂに示されたラッチ部の動作は、以下に述べる。
【０１５３】
ＩＮＩＴパルスが印加されると、能動デバイスＭ１９は、ターン・オンする。これは、ＶＤＤが能動デバイスＭ２１のゲートに印加されることを許容する。この状態で、能動デバイスＭ２１のゲート・ソース電圧は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴデバイスＭ２１の閾値電圧、すなわち本質的にゼロ・ボルトよりも小さくなり、そのため、能動デバイスＭ２１は、オフになる。能動デバイスＭ２１のドレイン電流が本質的にゼロ・アンペア（リーク電流を除いて）であるため、抵抗Ｒ１０両端に電圧が現れない。能動デバイスＭ２２のゲートが本質的にゼロ・ボルトであるため、それのゲート・ソース電圧は、デバイスの閾値電圧よりも本質的に小さくなる。能動デバイスＭ２２のドレイン電流は、それのゲート・ソース電圧が閾値電圧より十分小さいため本質的にゼロとなる。抵抗Ｒ９を流れる電流がゼロとなるため、能動デバイスＭ２１のゲートの電圧は、ＶＤＤ又はそのごく近傍となって、そのため、能動デバイスＭ２１のゲート・ソース電圧は、ＩＮＩＴ信号が取り去られた後も本質的にゼロとなる。この状態は、ラッチ回路を高インピーダンス状態に置く。ＶＤＤに近いトリガ・パルスが能動デバイスＭ２２のゲートに印加されると、ＩＮＩＴパルスが取り去られた後、それのゲート・ソース電圧は、能動デバイスＭ２２の閾値電圧を超えて、Ｍ２２をターン・オンさせる。能動デバイスＭ２２のドレイン電流が増大し、抵抗Ｒ９両端に電圧降下をもたらす。抵抗Ｒ９両端の電圧降下によって、能動デバイスＭ２１のゲート・ソース電圧は、それの閾値電圧を超えて、能動デバイスＭ２１をターン・オンさせる。能動デバイスＭ２１のドレイン電流が増大して、トリガ・パルスが取り去られた後も抵抗Ｒ１０両端の電圧降下を能動デバイスＭ２２の閾値電圧よりも増大させる。従って、ラッチは、低インピーダンス状態に移行するが、それの両端の電圧降下は、能動デバイスＭ２１およびＭ２２の特性、抵抗Ｒ９およびＲ１０の値およびＲｃｏｌｕｍｎの抵抗に依存する。図２４Ｂの集積化制御回路の動作の残りは、図２４Ａの集積化制御回路のそれと類似している。両図面には、図２１Ａ−２１Ｃの阻止用ダイオードも示されているが、それらは、図２４Ａおよび２４Ｂでは、それぞれＤ８およびＤ９とラベル付けられている。
【０１５４】
図２５Ａは、図１９のラッチ回路部を示し、能動デバイスＱ１５−Ｑ１９を基板ＰＳに構築される１つの可能な構成で示している。図２５Ｂは、ラッチ回路部を模式的に示す。図２５Ａで、能動デバイスＱ１５およびＱ１６は、ＰドープのウエルＥＭＩＴＴＥＲＱ１５／ＥＭＩＴＴＥＲＱ１６をエミッタとして共有し、能動デバイスＱ１５のコレクタおよび能動デバイスＱ１７のエミッタは、能動デバイスＱ１５のゲートに接続された同じＰドープのウエルＣＯＬＬＥＣＴＯＲＱ１５／ＥＭＩＴＴＥＲＱ１７である。能動デバイスＱ１５、Ｑ１６およびＱ１７は、また同じＮドープのウエルをそれぞれそれらのベースＢＡＳＥＱ１５、ＢＡＳＥＱ１６およびＢＡＳＥＱ１７として共有している。基板ＰＳは、能動デバイスＱ１６およびＱ１７のコレクタ、それぞれＣＯＬＬＥＣＴＯＲＱ１６およびＣＯＬＬＥＣＴＯＲＱ１７を形成する。能動デバイスＱ１９は、基板ＰＳ中の分離されたＮドープのウエル中に示され、それのＮドープ・ウエルのコレクタであるＣＯＬＬＥＣＴＯＲＱ１９を抵抗Ｒ９に接続され、それのＰドープ・ウエルのベースであるＢＡＳＥＱ１９をＰドープ・ウエルであるＣＯＬＬＥＣＴＯＲＱ１５／ＥＭＩＴＴＥＲＱ１７に接続され、またそれのＮドープ・ウエルのエミッタであるＥＭＩＴＴＥＲＱ１９をダイオードＤ１０のアノードで電圧信号ＶＳＳに接続されている。図２５Ａで、能動デバイスＭ１９は、抵抗Ｒ９に並列に接続されている。図２５Ａおよび２５Ｂに示された構成の動作は、図２４Ａに関連したラッチ回路の議論から能動デバイスおよび回路設計の当業者に理解されよう。能動デバイスＱ１６−Ｑ１８は、出力ＬＣＨ＿Ｏに配信される信号を増幅する。図２５Ａに示された構成は、能動デバイスＱ１７の動的インピーダンスと、基板ＰＳを流れるＶＳＳ電流の分岐とのおかげで、標準的なラッチに関連する電圧降下と比べて低減されたラッチのオン電圧降下の点で有利である。カソードを出力ＬＣＨ＿Ｏに接続され、アノードを能動デバイスＱ１９のエミッタと電圧信号ＶＳＳに接続されたダイオードＤ１０は、図２５Ｂに示された集積回路のラッチ部へのフィードバックを阻止できる。図２５Ｃは、それのアノードを電圧信号ＶＳＳおよび能動デバイスＱ１７およびＱ１６のコレクタに接続され、それのカソードを能動デバイスＱ１９のエミッタおよび出力ＬＣＨ＿Ｏに接続されたダイオードＤ１０を示す。図２５Ｃの構成は、このように出力ＴＲＩＧによってオンにバイアスできる能動デバイスＱ１９のエミッタ上の電圧信号を図２５ＢのＶＳＳからＶＳＳ１に変更する。このラッチ回路構成は、この場合、ダイオードＤ１０両端の電圧降下が能動デバイスＱ１９のベース・エミッタ電圧と直列でないので、電圧降下を有利に低減できる。図２５Ｂおよび２５Ｃのオプションの能動デバイスＱ１８は、ラッチ回路の逆方向ブレークダウン電圧を増大させるのに有用である。
【０１５５】
本発明の集積回路は、多様な形で変化する容量性入力に応答できる。例えば、図２６Ａ−２６Ｃは、本発明の集積回路と互換な容量性入力感知装置を示しており、容量性入力は、図２６Ｄに模式的に示された容量Ｃｓｅｎｓｅを構成する電極ＧＥとＳＥとの間の距離ｄが変化することによって変化する。容量Ｃｓｅｎｓｅは、電極の容量定数Ｅｏ、比誘電率Ｅｒ、電極の表面積ｓおよびそれらの間の距離ｄの関数である。基板１４４の片側１４３上に集積化制御回路ＩＣＣとセンサ電極ＳＥを有し、反対側１４５にキャビティ１２１を形成するボタン１２２として構成されたアースされた電極ＧＥを有する図２６Ａに示された装置。図２６Ｂおよび２６Ｃは、図２６Ａに示された装置の分離した層を示す。図２６Ａのキャビティ１２１は、ボタン１２２が例えば人の指やその他のプローブによって押され、それによって電極ＧＥとＳＥとの間の距離が変わることを許容する。図２６Ｄに示された制御回路は、距離ｄの変化から生ずる容量の変化に応答できる。図２６Ｄの制御回路は、図１８Ｄに示された制御回路に対応するが、図１８Ｄの容量Ｃ３が図２６Ｄでは、Ｃｓｅｎｓｅと名前を変えている。
【０１５６】
これまで、本明細書は、一般に本発明に従うタッチ・センサ（又は電界効果センサ）の各種の好適な実施の形態について説明してきた。以下では、そのようなセンサに関する実用的な各種応用について説明する。上で述べたタッチ・センサを用いてそれらの応用を実現することが望ましいのであるが、他のタイプのタッチ・センサ、例えば、米国特許第５，５９４，２２２号および第６，３１０，６１１号に述べられているセンサ、従来の容量性センサおよび当業者に既知のその他のタイプのセンサを用いて実現することも一般に可能である。
【０１５７】
図２７Ａ−２７Ｄは、本発明の集積回路と互換な容量性入力の液体レベル感知装置を示す。ここで、容量性入力は、２つの電極間の誘電定数Ｅｒが変化することにより変化する。この変化は、例えば、容量Ｃｓｅｎｓｅを形成する２つの電極ＧＥとＳＥ１との間の空気を液体が置き換えるときに発生する。このように、図２７Ａで、基板１２３上のアースされた電極ＧＥは、液体１２５で満たすことのできる空隙によってセンサ電極ＳＥ１から分離されている。図２７Ｂは、液体１２５の貯蔵容器を形成する基板１２４と、液体１２５が一定のレベルに達したときに、アースされた電極ＧＥとセンサ電極ＳＥ１との間の空隙を液体１２５が満たすように構成された基板１２３とを示す。図２７Ｃおよび２７Ｄは、集積化制御回路ＩＣＣに接続される、アースされた電極ＧＥおよびセンサ電極ＳＥ１の有利な１つの可能な構成を示す。図２７Ｃおよび２７Ｄの両方で、電極ＧＥおよびＳＥ１は、長く、水平に配置されている。すなわち、それらの長軸は、液体１２５の表面に平行であり、液体１２５のレベルがわずかに増加すると、図２７Ｄに模式的に示されたように、容量Ｃｓｅｎｓｅを大きく変化させる。図２７Ｅに示された制御回路は、図２６Ｄに示されたものと同一であり、それは、同等に図２７Ａ−２７Ｄに示された装置と互換性を有する。
【０１５８】
図２８Ａ−２８Ｂは、本発明の集積回路と互換な容量性入力の感知装置を示す。ここで、容量性入力は、センサ電極ＳＥ３の表面積ｓｓ３が変化することで変化する。図２８Ａで、基板１２６は、アースされた電極ＧＥを乗せており、また可動な基板１２７は、集積化制御回路ＩＣＣに接続された２つのセンサ電極ＳＥ２およびＳＥ３を乗せている。センサ電極ＳＥ３は、基板１２７が動くようにされた方向に沿って変化する表面積ｓｓ２を有する。こうして、図２８Ｂは、図２８Ａの位置に対して上方に移動した基板１２７を示す。従って、アースされた電極ＧＥから見たセンサ電極ＳＥ３の表面積ｓｓ３は、減少する。表面積のこの変化は、図２８Ｃに模式的に示された容量Ｃｓｅｎｓｅ３の変化に対応する。図２８Ｃに示された制御回路は、図１８Ｅに示された回路に似ているが、図１１Ａに示されたデュアル電極構造を有する。ここで、電極Ｅ１およびＥ２は、センサ電極ＳＥ２およびＳＥ３と名前を変えてあり、また容量Ｃ６は、容量Ｃ２３と名前を変えてある。この回路の動作は、図１１Ａおよび１８Ｅに関する先の議論から当業者に理解されよう。
【０１５９】
図２９Ａ−２９Ｄは、本発明の集積回路と互換な容量性入力感知のダイヤル装置を示す。ここで、入力パルス幅およびシーケンスが集積化制御回路の応答を決める。図２９Ａ−２９Ｄは、基板１２８上の集積化制御回路ＩＣＣに接続されたセンサ電極ＳＥ４と、回転ディスク１２９上のアースされた電極ＧＥ１およびＧＥ２とを示している。図２９Ａ−２９Ｄで、アースされた電極ＧＥ１およびＧＥ２（それらの間のスペースも含む）は、一緒になって回転ディスク１２９の面積の約半分を占め、互いには、分離されている。これおよびこれ以外の同様な構成は、制御回路がダイヤル装置の時計回りの回転と反時計回りの回転とを区別することを可能にする。図２９Ｂ−２９Ｃは、停止した基板１２８に相対的な回転ディスク１２９の運動を示す。図２９Ｅおよび２９Ｆは、図２９Ａ−２９Ｄに示されたダイヤル装置の出力パルスを示しており、それは、図２９Ｇに示されたように、集積化制御回路の入力部に応答を生成できる。図２９Ｅは、１つの速度で回転ディスク１２９を反時計回りに回転させたときに発生する比較的幅広く間隔のあいた入力パルスを示し、また図２９Ｆは、より高速の速度で回転ディスク１２９を時計回りに回転させたときに発生する比較的狭く接近した入力パルスを示している。電極ＳＥ４とＧＥ１又はＧＥ２との間に形成され、図２９Ｇ（図２７Ｅに示された構成と類似の）に模式的に示された容量Ｃｓｅｎｓｅの変化が本発明の集積化制御回路の実施の形態によって検出できる。
【０１６０】
図３０Ａ−３０Ｅは、本発明の集積回路と互換な別の容量性感知ダイヤル装置を示す。ここで、アースとの接続は、ユーザによって提供される。図３０Ａは、各種サイズのトランスファ電極ＴＥ１−ＴＥ８を有する回転ディスク１３０を示す。これは、それらがアースに接続されたとき、各種サイズの入力パルス幅に対応する。図３０Ｂは、シリンダ１３１に搭載された結合電極ＣＥに接続された回転ディスク１３０のトランスファ電極ＴＥ１−ＴＥ８を示す。図３０Ｃは、集積化制御回路ＩＣＣに接続されたセンサ電極ＳＥ５およびＳＥ６を有し、図３０Ｂのシリンダ１３１の内部にフィットするように構成されたシリンダ１３２を示す。図３０Ｄは、一緒に組み合わされてロータリ式容量性入力装置を構成する、図３０Ａ−３０Ｃに示された部品を示す。図３０Ｅは、シリンダ１３１を掴む手１３３を示す。手１３３は、結合電極ＣＥおよびトランスファ電極ＴＥ１−ＴＥ８を仮想アースに接続する。図３０Ｃに示されたように、各センサ電極ＳＥ５およびＳＥ６は、一時に１つのトランスファ電極から容量性入力を受信するように構成されている。図３０Ｆ−３０Ｈに示されたように、一時に２つの入力パルスを集積化制御回路に送ることができる。回転ディスク１３０およびシリンダ１３１を含むダイヤルのユーザによる回転の方向およびアーク長は、図３０Ｆおよび３０Ｇに示された入力から決定できる。図３０Ｆは、ダイヤル装置を反時計回りの方向に２回転回した結果発生するパルス列を示しており、他方、図３０Ｇは、時計回りの方向に２回転回したことで生ずるパルス列を示す。図３０Ｈは、図３０Ｅのダイヤル装置の模式図を示し、アースへつなぐ手１３３、トランスファ電極ＴＥに接続された結合電極ＣＥを含んでおり、それらは、抵抗ＲＩＮ１およびＲＩＮ２にそれぞれ接続されたセンサ電極ＳＥ５およびＳＥ６と一緒に容量を形成する。集積化制御回路ＩＣＣは、抵抗ＲＩＮ１およびＲＩＮ２を介してそれぞれセンサ電極ＳＥ５およびＳＥ６に発振信号ＯＳＣを供給し、また決定回路（図示されていない）に出力ＯＵＴ１およびＯＵＴ２を供給する。回転ディスク１３０およびシリンダ１３１および１３２を含むダイヤル装置の各種部品は、「モールド／集積されたタッチ・スイッチ／制御パネル・アセンブリおよびそれを作製する方法（Ｍｏｌｄｅｄ／Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｏｕｃｈ  Ｓｗｉｔｃｈ／Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐａｎｅｌ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅ）」と題する米国特許第６，８９７，３９０号に述べられた発明、又はその他の方法に従って形成できる。
【０１６１】
図３１Ａ−３１Ｆは、本発明に従う集積化制御回路を有するタッチ・スイッチ・アセンブリの構造および分離層を示す。図３１Ａ−３１Ｅは、図３１Ｆに示された組上げられたタッチ・スイッチを構成する個々の層を示す。図３１Ａは、不透明な領域１３５と窓領域１３６を含む基板１３３の裏側を示す。不透明な領域１３５は、装飾用フリット、装飾用エポキシ、紫外線硬化インク又は任意のその他の装飾用層状材料でよい。図３１Ｂは、基板１３３の裏側の窓領域１３６に搭載されたタッチ・スイッチの電極１３４を示す。電極１３４は、不透明領域１３５に重なるように示されており、インジウム錫酸化物やその他の適当な材料を含む透明な導電性材料を含むことができる。図３１Ｃは、タッチ・スイッチ・アセンブリの底部導電層を裏側から見たところを示しており、銀含有フリット、銀エポキシ、銅エポキシ、電気メッキした導体および同様材料ならびにそれらの組合せを含む回路トレース１３８を含んでいる。図３１Ｄは、誘電層領域１４０を有するタッチ・スイッチの誘電層を示しており、それは、絶縁されたセラミック・フリット、紫外線インク、エポキシ等でよい。図３１Ｅは、タッチ・スイッチ・アセンブリのクロスオーバ層を裏側から見たところを示しており、図３１Ｃを参照しながら説明した材料を含むクロスオーバ導体１３７を含んでいる。図３１Ｆは、一緒になって完成したタッチ・スイッチ・アセンブリを組上げる図３１Ａ−３１Ｅに示された分離層を示す。図３１Ｆには、アセンブリを裏側から見たところも示されている。
【０１６２】
上に示した実施の形態は、ＤＣモードとして説明してきたが、本発明の集積化制御回路は、ＡＣ入力とも互換性を有し、従ってＡＣモードでも動作できる。ＡＣの場合を図３２に示している。図３２は、ＡＣ入力を受信するように適応した集積化制御回路を備えたタッチ・スイッチを示す。図３２で、ＡＣ信号ＡＣは、抵抗Ｒ１０およびＲＬＯＡＤを介してダイオードＤ１１−Ｄ１４を含む整流器ブリッジＲＢに接続されている。整流器ブリッジＲＢダイオードＤ１１−Ｄ１４は、ツェナ・ダイオードＺ１および容量Ｃ１５と並列に接続されている。ＡＣ信号ＡＣは、ダイオードＤ８を除いて図２４Ａに示されたラッチ部を含む集積化制御回路を備えたタッチ・スイッチをシミュレートできる。この構成は、集積回路が比較的小さい電流を引出すように設計できる点、および電流が小さい感知インピーダンスによって特徴づけられるため、さほどアースに依存しない浮遊回路を提供する点で有利である。
【０１６３】
上で説明した本発明の実施の形態は、デジタル出力を供給するように説明してきたが、上で説明した集積化制御回路構成を備えたタッチ・スイッチの利益の多くは、集積化制御回路がアナログ出力を供給する場合でも享受できる。デジタル出力の場合、出力は、電極への入力によって与えられる刺激されたか又は刺激されていないかの２つの状態の情報だけを反映する。いくつかの応用では、２つよりも多くの状態に対応できることが望ましい。例えば、図２７Ａ−２７Ｄに関連して説明した状況と同様な液体感知応用で、２つの状態でなく多くの液体レベルに対応する多くの状態を反映する出力を提供できることが望ましい。アナログ出力は、多くの入力状態に対応できる。図３３Ａは、集積化制御回路を備えたアナログ電界センサ用として可能な回路を示す。図３３Ａの回路構成は、図４に示された回路に対応し、スイッチＳＷ２およびＳＷ４のゲートに電流バイアスを供給する起動およびバイアス回路４０と、スイッチＳＷ１およびＳＷ３のゲートに電源投入時リセット信号ＰＯＲを供給するパルス発生器および論理回路とを含む。図３３Ａの構成は、また図１２Ａに関連して説明した入力部と同じように、能動デバイスＭ１、Ｍ２、Ｍ５およびＭ６を有する入力部を含む。能動デバイスＭ１およびＭ２のドレインは、トレースＩＮＰＵＴ１およびＩＮＰＵＴ２に接続され、ダイオードＤ１およびＤ２を介してトレースＰＫＯＵＴ１およびＰＫＯＵＴ２に接続されている。後者は、差動増幅回路１６０に入力を供給する。この回路の動作は、図４−７に関連して与えた説明から理解できる。図３３Ａに示された構成は、センサ電極およびストローブ信号のバッファリング、電極および回路における電気的干渉の共通モード排除、温度安定性等々を含む図４−７に示された構成の利益を提供できる。図３３Ｂおよび３３Ｃは、図３３Ａに示された回路に関するタイミング図を示す。図３３Ｂおよび３３Ｃは、発振信号ＯＳＣと、トレースＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮＰＵＴ１およびＩＮＰＵＴ２に供給される信号を示している。図３３Ｂは、これらの信号をマイクロ秒単位の時間の関数として示し、図３３Ｃは、これらの信号をナノ秒単位の時間の関数として示す。
【０１６４】
図３４は、アナログ入力を受け入れてアナログ出力を提供する図３３Ａの電界センサの２×２マトリクスを示す。図３４の多重化システムは、図１０に示されたものと同様である。制御回路１４１によって供給される信号を有するトレースＲＯＷ  ＳＥＬＥＣＴ１は、アナログ・スイッチＡＴＳ１およびＡＴＳ３が電力供給を受ける期間だけ高レベルになる。アナログ・スイッチＡＴＳ１およびＡＴＳ３のアナログ出力ＡＯＵＴは、トレースＣＯＬＵＭＮ  ＲＥＴＵＲＮ１に与えられ、またアナログ・インタフェース回路１４２に送られるが、アナログ・スイッチＡＴＳ１およびＡＴＳ３の電極に与えられる刺激に比例する出力を供給する。これらの出力は、温度に対して安定であり、回路の低インピーダンスのせいで良好な信号対雑音性能特性を示し、同時に共通モード排除特性も示す。アナログ信号は、米国特許第５，５９４，２２２号に述べられたのと同様なやり方で、あるいは、電気回路設計の当業者に理解されるその他のアナログ処理技術を用いて処理できる。
【０１６５】
図３５Ａ−３５Ｂは、本発明の実施の形態１１００を示し、ここで電界効果センサを他の構造と一緒に使用して機械式押しボタン・スイッチをエミュレートしている。実施の形態１１００は、誘電性基板１１０２を含み、それは、任意の適当な形状に実現できる。基板１１０２は、本質的に硬いことが望ましい。例えば、基板１１０２は、従来のプリント配線基板又はパネル、あるいは、例えば、自動車のドア・パネルやダッシュボード、冷蔵庫の内部パネルのような部品又はより大型のアセンブリの一部でよい。あるいは、基板１１０２は、柔軟な回路担体でよい。そのような実施の形態では、柔軟な回路担体を本質的に硬い二次的基板（図示されていない）に貼り付けるのが望ましい。基板１１０２は、当業者に認識されるように任意のその他の適当な形状を有することができる。
【０１６６】
基板１１０２は、開口部１１０４を定義する。電界効果センサ１１０６Ａは、基板１１０２上の開口部１１０４近傍に配置される。電界効果センサ１１０６Ａは、図３５Ａに、基板１１０２の片側に配置されているように示されている。これと逆に、電界効果センサ１１０６Ａを基板１１０２の反対側に配置することも可能である。更に、電界効果センサ１１０６Ａが２個以上の電極を含む実施の形態では、基板１１０２の片側に１又は複数のそのような電極を配置し、その他の電極（単数又は複数）を基板１１０２の反対側に配置することもできる。他の実施の形態では、電界効果センサ１１０６Ａは、電界効果センサ１１０６Ｅに関して図３５Ｄに示され、以下で更に議論するように、基板１１０２内部に封じ込めることもできる。
【０１６７】
シャフト１１０８が開口部１１０４内部にスライドするように挿入される。スリーブ、ブッシング又は同等物（図示されていない）を開口部１１０４と一緒に設けることによって、シャフト１１０８がグラグラせずに開口部１１０４内をスライドできるようにしてもよい。シャフト１１０８は、ノブ１１１０を含むことが望ましい。図示した実施の形態で、シャフト１１０８は、ネジを切ったプラスティック製ボルトで、その頭部がノブ１１１０になっている。他の実施の形態では、シャフト１１０８は、当業者に認識されるように任意の適当な形状を有することができ、任意の適当な材料を含むことができる。シャフト１１０８は、非導電性材料、例えば、プラスティック又はレジンを含むことが望ましい。
【０１６８】
電界スティミュレータ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ）１１１２が予め定められた場所でシャフト１１０８に固定される。電界スティミュレータ１１１２は、上で説明したように、電界を容易に刺激又は擾乱できる材料を含む。電界スティミュレータ１１１２は、金属又はその他の導電性材料を含むことが望ましいが、当業者に既知であるように、その他の材料も同様に適している。図３５Ａの実施の形態で、電界スティミュレータ１１１２は、シャフト１１０８に固定された金属製ワッシャであり、ネジを切ったプラスティック製ワッシャ１１１６が電界スティミュレータ１１１２の両端に備えられている。他の実施の形態で、電界スティミュレータ１１１２は、当業者に既知であるように、その他の形状を有し、その他の材料を含み、任意の適当な手段によってシャフト１１０８に固定できる。
【０１６９】
基板１１０２と電界スティミュレータ１１１２との間に設けられるプラスティック製ワッシャ１１１６は、電界スティミュレータ１１１２が電界効果センサ１１０６Ａの電極（単数又は複数）に接触しないように十分厚いことが望ましい。あるいは、当業者に既知であるように、電界スティミュレータ１１１２が電界効果センサ１１０６Ａの電極（単数又は複数）に接触しないようにその他の構造（図示されていない）を設けることもできる。
【０１７０】
図３５Ａは、電界スティミュレータ１１１２が基板１１０２の電界効果センサ１１０６Ａと同じ側、基板１１０２のヘッド１１１０と反対側に配置されている様子を示している。これと異なり、電界スティミュレータ１１１２と電界効果センサ１１０６Ａを基板１１０２の反対側に配置して、電界スティミュレータ１１１２とヘッド１１１０を基板１１０２の同じ側に配置することもできる。
【０１７１】
シャフト１１０８は、長手方向にバイアスされ、従って電界スティミュレータ１１１２は、通常、電界効果センサ１１０６Ａに相対的に予め定められた位置に置かれる。従って、シャフト１１０８と電界スティミュレータ１１１２は、ヘッド１１１０に対して適当な力を加えることによってそれらのノーマル位置から移動させることができる。図３５Ａの実施の形態で、ノブ１１１０と対応する基板１１０２表面との間のシャフト１１０８周りに取り付けられたコイル・スプリング１１１４によってバイアスが与えられ、それによって電界スティミュレータ１１１２は、通常、電界効果センサ１１０６Ａ近傍にある。電界スティミュレータ１１１２は、シャフト１１０８に長手方向の力が加えられるとき、電界効果センサ１１０６Ａから遠ざかるように移動する。別の実施の形態で、シャフト１１０８は、当業者に認識されるように、通常、電界効果センサ１１０６Ａから離れていて、適当な力がシャフト１１０８に加えられたときに、電界効果センサ１１０６Ａの近くに移動するようにバイアスすることもできる。更に別の実施の形態で、コイル・スプリング１１１４は、シャフト１１０８をバイアスする適当な構造で置き換えることができる。例えば、柔軟な、および／または弾力的な材料（図示されていない）の層を基板１１０２上の開口部１１０４周囲に配置するか、あるいは、基板１１０２それ自体を、ノブ１１１０をそれに押し付けたときに変形し、また解放したときにそれの原点に戻ってノブ１１１０、シャフト１１０８および電界スティミュレータ１１１２をそれぞれの原点位置に戻すような柔軟なおよび／又は弾力的な材料で作製することができる。当業者に既知であるように、シャフト１１０８をバイアスするために任意の複数のその他の構造を使用することができる。
【０１７２】
動作時には、上で述べたように、電界効果センサ１１０６Ａの周囲に電界が発生する。シャフト１１０８が図３５Ａに示されるノーマル位置にあるとき、電界スティミュレータ１１１２は、この電界と結合する。上で述べたように、電界効果センサ１１０６Ａに付随する検出回路（図示されていない）がこの結合を検出する。例えば、ユーザがノブ１１１０を押し下げるのに応答して、シャフト１１０８が長手方向に移動すると、電界スティミュレータ１１１２は、電界効果センサ１１０６Ａから遠ざかるように移動し、電界効果センサ１１０６Ａ周囲の電界との結合が切れる。これに応じて、検出回路（図示されていない）がこのデカップリングを検出し、信号を制御回路に供給し、それが、次に上で述べたように被制御装置に制御信号を供給する。このように、実施の形態１１００は、機械式押しボタン・スイッチをエミュレートする。
【０１７３】
図３５Ｃは、機械式プル・スイッチをエミュレートする本発明の別の実施の形態１１４０を示す。実施の形態１１４０は、電界スティミュレータ１１１２が通常は、電界効果センサ１１０６Ａから予め定められた距離に位置するようにシャフト１０８がバイアスされる点を除いて、実施の形態１１００と構造的に同様である。従って、電界スティミュレータ１１１２は、通常、電界効果センサ１１０６Ａ周囲の電界効果から切り離されている。電界効果センサ１１０６Ａを作動させるために、ユーザは、ノブ１１１０を取って、電界スティミュレータ１１１２を電界効果センサ１１０６Ａ近くに引き寄せ、電界スティミュレータ１１１２が電界効果センサ１１０６Ａ周囲の電界と結合するようにする。機械式ストップ、例えば、予め定められた位置でシャフト１１０８に固定された機械式ストップ１１１９を設けて、コイル・スプリング１１１４又はその他のバイアス手段によるシャフト１１０８の移動範囲を制限することが望ましい。
【０１７４】
図３５Ｄは、機械式押しボタン・スイッチをエミュレートする本発明の別の実施の形態１１６０を示す。実施の形態１１６０は、基板１１０２に取り付けられたポスト１１０２を含む。電界効果センサ１１０６Ｅは、ポスト１１１８近傍の基板１１０２中に封じ込められる。他の実施の形態で、電界効果センサ１１０６Ｅは、図３５Ａに関して図示および説明したように、電界効果センサ１１０６Ａと同じように基板１１０２のいずれかの表面に設置される。
【０１７５】
座面１１２２を有する押しボタン１１２０は、ポスト１１１８とスライドするように組み合わされる。電界スティミュレータ１１１２は、基板１１０２に最も近い押しボタン１１２０の下側部に取付けられる。押しボタン１１２０および電界スティミュレータ１１１２は、分離構造にしてもよいが、必ずしもそうする必要はない。実際、押しボタン１１２０および電界スティミュレータ１１１２は、１つのモノリシック構造として具体化できる。
【０１７６】
コイル・スプリング１１１４は、押しボタン１１２０をバイアスして、電界スティミュレータ１１１２が、通常は、電界効果センサ１１０６Ｅから予め定められた距離に位置するようにする。適当な力を座面１１２２に加えることによって電界スティミュレータ１１１２を電界効果センサ１１０６Ｅに向かって移動させる。電界効果センサ１１０６Ｅおよび付随する検出回路は、上で述べたように応答する。特に、この実施の形態１１６０は、基板１１０２中に開口部を含まない。従って、実施の形態１１６０は、基板１１０２への液体や汚染物質の侵入を排除することが望ましい応用に使用するのに特に適している。実施の形態１１６０は、当業者に認識されるように、プル・スイッチとして機能するように容易に修正できる。
【０１７７】
これまでの実施の形態のいずれに関しても１個よりも多い電界効果センサを使用することができる。図３５Ｅは、実施の形態１１００および１１４０の開口部１１０４周辺に４個の電界効果センサ１１０６Ａ−１１０６Ｄを配置した実施の形態を示す。実施の形態１１６０も同様に修正できる。他の実施の形態は、４個よりも多い又は少ない電界効果センサを使用できる。
【０１７８】
複数の電界効果センサ１１０６Ａ−１１０６ｎを用いた実施の形態で、センサと対応する検出および制御回路は、電界スティミュレータ１１１２が電界効果センサ１１０６Ａ−１１０６ｎに向かって又はそれから遠ざかる方向に移動するのと本質的に同時に、電界スティミュレータ１１１２が個々の電界効果センサ１１０６ｉ周囲の電界（単数又は複数）と結合するか、あるいは、結合を切るように構成できる。あるいは、そのような実施の形態は、電界スティミュレータ１１１２が電界効果センサ１１０６Ａ−１１０６ｎに向かう方向又はそれから遠ざかる方向の移動範囲において異なる複数地点に到達するときに、電界スティミュレータ１１１２が個々の電界効果センサ１１０６ｉ周辺の電界（単数又は複数）と結合するか、あるいは、結合を切るように（例えば、センサおよび／又はスティミュレータの形状を通して）構成できる。
【０１７９】
上述の実施の形態に対してその他の修正が可能である。例えば、上述の実施の形態の任意のものからバイアス手段を省いて、シャフト１１０８又は押しボタン１１２０がユーザによって設置された最終位置に留まるようにすることができる。更に、シャフト１１０８およびポスト１１１８が基板１１０２に対して本質的に垂直であるように示されているが、シャフト１１０８およびポスト１１８は、当業者に既知であるように、基板１１０２に対して異なる角度となるように構成することもできる。
【０１８０】
図３６Ａ−３６Ｂは、機械式トグル・スイッチをエミュレートする本発明の別の実施の形態１２００を示す。実施の形態１２００は、開口部１２０４を定義する基板１２０２を含む。電界効果センサ１２０６Ａは、開口部１２０４近傍の基板１２０２上に配置される。シャフト１２０８は、開口部１２０４において、貫通して回転するように基板１２０２と結合される。シャフト１２０８は、必須ではないが、ノブ１２１０を含むことができる。ベアリング（図示されていない）、例えば、真円軸受又は球面軸受、あるいは、その他の手段（図示されていない）を開口部１２０４に設けて、シャフト１２０８の運動の程度および方向をサポートおよび／又は制限することもできる。例えば、単純なオン・オフ・スイッチとして使用することを意図した実施の形態では、シャフト１２０８を制限してそれが１つの面だけ、例えば、図３６Ａの実施の形態で、左右にだけ動くことができるようにすることが望ましい。
【０１８１】
電界スティミュレータ１２１２は、実施の形態１１００に関して上で述べたように予め定められた位置でシャフト１２０８に固定される。図３６Ａ−３６Ｂの実施の形態で、コイル・スプリング１２１４は、ヘッド１２１０と基板１２０２との間に挿入されて、シャフト１２０８が基板１２０２に対して本質的に垂直となる中央位置にシャフト１２０８をバイアスする。他の実施の形態で、当業者に認識されるように、シャフト１２０８を中央位置又は別の希望する位置にバイアスするためにその他の手段を使用することもできる。あるいは、そのようなバイアス手段を省いて、シャフト１２０８が通常は、それが移動させられた最終位置に静止するようにもできる。
【０１８２】
動作時には、上で述べたように、電界効果センサ１２０６Ａ周辺に電界が生成される。シャフト１２０８が中央位置にあれば、電界スティミュレータ１２１２は、電界スティミュレータ１２１２がこの電界を乱さないようにこの電界から十分遠ざけられる。シャフト１２０８が、例えば、ユーザがシャフト１２０８に垂直に力を加えることによって移動させられると、電界スティミュレータ１２１２は、電界スティミュレータ１２１２の少なくとも一部が電界効果センサ１２０６Ａに接近するように移動して、電界効果センサ１２０６Ａ付近の電界を乱す。電界効果センサ１２０６Ａに付随する検出回路は、この擾乱を検出し、上で述べたように、次に対応する制御回路に出力信号を送信する。
【０１８３】
実施の形態１２００は、当業者に理解されるように、シャフト１２０８が開口部１２０４周りにトグルし、かつその中をスライドできるようにシャフト１２０８と開口部１２０４の結合を調整することによって、トグル／押しボタンの組合せ実施の形態（図示されていない）を実現するように容易に修正できる。
【０１８４】
図３６Ｃは、開口部１２０４近傍に、互いに離されて位置し、開口部１２０４の周りに９０度の間隔で配置された４個の電界効果センサ１２０６Ａ−１２０６Ｄを含む別の実施の形態を示す。各電界効果センサ１２０６Ａ−１２０６Ｄは、対応する電界発生および検出回路を含む。特定の電界効果センサ１２０６ｉは、シャフト１２０８のトグルに応答して、電界スティミュレータ１２１２がそのような電界効果センサ１２０６ｉに十分接近して、電界効果センサ１２０６ｉ付近の電界を乱すときに作動する。典型的には、一時に１つの電界効果センサ１２０６ｉだけが作動する。しかし、電界効果センサ１２０６Ａ−１２０６Ｄ（およびそれらに対応する電界発生および検出回路）は、電界スティミュレータ１２１２がそれらの近くに位置するときに、２つ（又はそれ以上）の隣接する電界効果センサ１２０６ｉが同時に作動するように適応させることもできる。例えば、図３６Ｃの実施の形態で、シャフト１２０８がトグルして、電界スティミュレータ１２１２の少なくとも一部を電界効果センサ１２０６Ａと１２０６Ｂとの間に位置づけしたとき、電界スティミュレータ１２１２が電界効果センサ１２０６Ａおよび１２０６Ｂの両方と結合するようにできる。別の実施の形態では、当業者に認識されるように、４個よりも多い又は少ない電界効果センサを基板１２０２上の開口部１２０４付近に任意の望ましい構成で配置することができる。
【０１８５】
図３６Ｄは、機械式トグル・スイッチをエミュレートする本発明の別の実施の形態１２４０を示す。実施の形態１２４０は、ピボット点１２２４で基板１２０２に接続されたシャフト１２０８を含む。この実施の形態で、シャフト２０８は、基板１２０２を貫通しない。電界スティミュレータ１２１２は、ピボット点１２２４から予め定められた距離においてシャフト１２０８に固定される。シャフト１２０８を任意の望ましい位置にバイアスするために、バイアス手段（図示されていない）を設けることができる。
【０１８６】
図３７Ａ−３７Ｄは、機械式ロータリ・スイッチをエミュレートする本発明の別の実施の形態１３００を示す。基板１３０２は、開口部１３０４を定義する。内側の電界効果センサ１３０６Ａおよび外側の電界効果センサ１３０６Ｂは、開口部１３０４からそれぞれ第１および第２の予め定められた距離において基板１３０２の１つの面に設置される。シャフト１３０８は、開口部１３０４に挿入されて、その中で自由に回転する。シャフト１３０８が開口部１３０４内部で回転するのを助け、シャフト１３０８が開口部１３０４からスライドして外れないようにブッシング、ベアリング又はその他の手段（図示されていない）を設けることができる。ユーザがシャフト１３０８を掴んで回転させ易くするために、シャフト１３０８にノブ１３１０を設けることが望ましい。
【０１８７】
電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０は、当業者に既知であるように、基板１３０２から予め定められた距離において任意の適当な手段によってシャフト１３０８に固定される。内側電界スティミュレータ１３３２は、電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０の中心から予め定められた距離において、環状に電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０上に搭載される。この予め定められた距離は、開口部１３０４の中心から内側電界効果センサ１３０６Ａまでの予め定められた距離に対応し、それに等しいことが望ましい。同様に、外側電界スティミュレータ１３３４は、電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０の中心から予め定められた距離において、環状に電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０上に搭載され、この予め定められた距離は、開口部１３０４の中心から内側電界効果センサ１３０６Ｂまでの予め定められた距離に対応し、それに等しいことが望ましい。隣接する内側電界スティミュレータ１３３２間の角度間隔は、等しいことが望ましい。同様に、隣接する外側電界スティミュレータ１３３４間の角度間隔は、等しいことが望ましい。
【０１８８】
動作時には、ユーザがノブ１３１０を回して、それが次に、シャフト１３０８および電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０を回転させる。電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０が回転するにつれて、各内側電界スティミュレータ１３３２は、内側電界効果センサ１３０６Ａ周辺の電界とのカップリングとデカップリングを交互に繰り返す。同様に、各外側電界スティミュレータ１３３４も外側電界効果センサ１３０６Ｂ周辺の電界とのカップリングとデカップリングを交互に繰り返す。電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂに付随する検出回路は、このカップリングとデカップリングを検出して、それに対応する出力信号を制御回路（図示されていない）に供給する。制御回路は、それらの信号に基づいて、ノブ１３１０の回転の角度および速度を知るように適応させることができる。
【０１８９】
内側電界スティミュレータ１３３２は、径方向に揃ってもいないし、角度的に隣接する電界スティミュレータ１３３４間の中央に位置してもいないことが望ましい。従って、内側電界スティミュレータ１３３２は、ノブ１３１０の特定の角度変位において内側電界効果センサ１３０６Ａ周りの電界との間でカップリングとデカップリングとを行い、また外側電界スティミュレータ１３３４は、ノブ１３１０の異なる角度変位において、外側電界効果センサ１３０６Ｂ周りの電界との間でカップリングとデカップリングとを行う。図３７Ｅは、ノブ１３１０を特定の方向に回したときの、電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂに付随する検出回路からの出力信号の典型的な流れを示す。当業者に認識されるように、これらの信号に基づいて、マイクロプロセッサは、ノブ１３１０が時計回りに回されているのか、反時計回りに回されているのかを決定する。
【０１９０】
別の実施の形態では、内側電界効果センサ１３０６Ａおよび外側電界効果センサ１３０６Ｂの一方を省くことができる。そのような実施の形態では、対応する内側電界スティミュレータ１３３２又は外側電界スティミュレータ１３３４も省くことが望ましい。
【０１９１】
他の代替的な実施の形態で、シャフト１３０８は、開口部１３０４内部で回転できるとともに、長手方向にスライドもできるように適応されており、機械式押しボタン・スイッチをエミュレートする実施の形態に関連して上で説明したように、長手方向にシャフト１３０８をバイアスするための手段を設けることができ、それによってロータリ／押しボタンおよび／又はプル・スイッチをエミュレートする実施の形態が実現できる。そのような実施の形態は、当業者に理解されるように、そのような押しボタンおよび／又はプル・スイッチ機能を容易に実現するために１又は複数の付加的電界効果センサおよび／又は電界スティミュレータを含むことができる。
【０１９２】
図３７Ｆは、別のロータリ・スイッチをエミュレートする本発明の実施の形態１３５０を示す。実施の形態１３５０は、基板１３０２と予め定められた空間的関係にある第２の基板１３４０を含む。第２の基板１３４０上には、第２の内側および外側の電界効果センサ１３０６Ｃ、１３０６Ｄが設置される。第２の内側および外側の電界スティミュレータ１３４２、１３４４は、内側および外側の電界スティミュレータ１３３２、１３３４が配置されている表面と逆の、電界スティミュレータ・マウント・プレーン１３３０の第２の表面に取り付けられる。シャフト１３０８は、開口部１３０４内部で回転するとともに、自由にスライドする。
【０１９３】
図３７Ｆは、第１の位置にある電界スティミュレータ・マウント・プレーン１３３０を示しており、このとき、内側および外側の電界スティミュレータ１３３２、１３３４は、基板１３０２（従って、内側および外側の電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂがその中に位置する環）に比較的接近しており、第２の内側および外側の電界スティミュレータ１３４２、１３４４は、第２の基板１３４０から比較的遠ざかっている。この位置で、ノブ１３１０を回すと、内側および外側の電界スティミュレータ１３３２、１３３４は、それぞれ内側および外側の電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂ周辺の電界との間でカップリングとデカップリングを交互に繰り返す。この位置で、第２の内側および外側の電界スティミュレータ１３３２、１３３４は、第２の内側および外側の電界効果センサ１３０６Ｃ、１３０６Ｄから十分遠ざかっているため、第２の内側および外側の電界スティミュレータ１３４２、１３４４は、それぞれ対応する電界効果センサ１３０６Ｃ、１３０６Ｄ周辺の電界との間でカップリングおよびデカップリングを行わない。
【０１９４】
ノブ１３１０を押すことによって、ユーザは、電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０を第２の位置に移動させることができ、そこでは、内側および外側の電界スティミュレータ１３４２、１３４４が基板１３０２から比較的遠ざかり、また第２の内側および外側の電界スティミュレータ１３３２、１３３４が、第２の基板１３４０（および、従って、第２の内側および外側の電界効果センサ１３０６Ｃ、１３０６Ｄがその中に位置する環）に比較的接近する。この位置で、ノブ１３１０を回転させると、第２の内側および外側の電界スティミュレータ１３４２、１３４４が、それぞれ第２の内側および外側の電界効果センサ１３０６Ｃ、１３０６Ｄ周辺の電界との間でカップリングとデカップリングを交互に繰り返す。この位置で、内側および外側の電界スティミュレータ１３３２、１３３４は、内側および外側の電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂから十分遠ざかって留まっており、そのため、内側および外側の電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂは、対応する電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂ周辺の電界との間でカップリングもデカップリングもしない。
【０１９５】
図３７Ｆに示されたように、電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０を「ノーマル」位置にバイアスするためにコイル・スプリング１３１４が設けられる。他の実施の形態で、電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０は、異なる「ノーマル」位置にバイアスできる。更に別の実施の形態で、コイル・スプリング１３１４を省略して、電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０が基板１３０２と第２の基板１３４０との間の任意の所望位置に留まるようにできる。更に、実施の形態１３５０は、電界スティミュレータ・マウント・プレート１３３０が基板１３０２と第２の基板１３４０との間の本質的に中間に位置するときに、内側および外側の電界スティミュレータ１３３２、１３３４と１３４２、１３４４の両方の組が、対応する電界効果センサ１３０６Ａ、１３０６Ｂ、１３０６Ｃ、１３０６Ｄと結合するように適応させることができる。あるいは、実施の形態１３５０は、電界スティミュレータ・マウント・プレートが或る位置にあるとき、それに対応する電界効果センサに結合する電界スティミュレータがないようにも適応できる。
【０１９６】
上述の実施の形態のすべては、当業者に理解されるように、アナログ又はデジタルの検出および制御回路と一緒に使用するのに適している。図３７Ｇは、機械式ロータリ・スイッチをエミュレートする本発明の別の実施の形態１３６０を示す。これは、アナログの検出および制御回路で使用するのに特に適している。実施の形態１３６０は、開口部１３０４を定義する基板１３０２を含む。電界効果センサ１３０６は、基板１３０２上の開口部１３０４近傍に設置される。シャフト１３０８は、開口部１３０４に挿入されて、その中で自由に回転する。図示した実施の形態で、シャフト１３０８は、長手方向で固定されている。他の実施の形態では、シャフト１３０８は、開口部１３０４内部をスライドするように適応させることができる。シャフト１３０８は、一端にノブ１３１０を含むことが望ましい。電界スティミュレータ１３２８は、基板１３０２から予め定められた距離においてシャフト１３０８に固定される。電界スティミュレータ１３２８は、ブロペラの羽のようにテーパを持たせることが望ましく、そうすることによって、電界効果センサ１３０６と電界スティミュレータ１３２８との間の距離は、ノブ１３１０およびシャフト１３０８の回転とともに変化する。あるいは、電界スティミュレータ１３２８は、本質的に平坦で、基板１３０２と平行であり、図３７Ｉに示されたように、シャフト１３０８からの距離とともに変化する幅又は厚さを有する。従って、電界スティミュレータ１３２８と電界効果センサ１３０６周辺の電界との結合の程度は、ノブ１３１０の回転とともに、電界スティミュレータ１３２８と電界効果センサ１３０６との間の距離、および／又は電界効果センサ１３０６に近接する電界スティミュレータの有効面積の関数として変化する。適切なアナログ式の検出および制御回路の使用を通して、実施の形態１３６０は、例えば、ポテンショメータをエミュレートできる。
【０１９７】
図３７Ｈは、アナログ式の検出および制御回路と一緒に使用するのに特に適した本発明の別の代替的実施の形態１３８０を示す。実施の形態１３８０は、内部にネジ１３０５を有する開口部１３０４を定義する基板１３０２を含む。電界効果センサ１３０６は、開口部１３０４近傍の基板１３０２上に配置される。一端にノブ１３１０を有するネジを切ったシャフト１３０８が開口部１３０４にねじ込まれる。電界スティミュレータ１３１２は、予め定められた位置でシャフト１３０８に固定される。ノブ１３１０を時計回りに回すと、電界スティミュレータ１３１２は、電界効果センサ１３０６から遠ざかる方向に動く。逆に、ノブ１３１０を反時計回りに回すと、電界スティミュレータ１３１２は、電界効果センサ１３０６に近づく方向に動く。従って、ノブ１３１０の回転は、電界スティミュレータ１３１２と電界効果センサ１３０６との間の結合を意図するように変化させる。このような結合の変化は、当業者に既知であるように、アナログ式の検出および制御回路によって容易に検出および処理できる。
【０１９８】
図３８Ａ−３８Ｄは、ロータリ・スイッチをエミュレートする本発明の更に別の実施の形態１４００を示す。実施の形態１４００は、基板１４０２を含む。内側および外側のノブ１４５０、１４５２が任意の適当な手段によって基板１４０２に固定され、当業者に認識されるように、基板１４０２に対して本質的に垂直な軸の周りで回転できるようになっている。内側および外側ノブ１４５０、１４５２の各々のベースに１又は複数の電界スティミュレータ１４１２が設置される。内側および外側の電界効果センサ１４０６Ａ、１４０６Ｂは、それぞれ対応する内側および外側ノブ１４５０、１４５２に設置された電界スティミュレータ１４１２と本質的に揃えて設置されることによって、各電界スティミュレータ１４１２は、対応するノブ１４５０、１４５２が回転するとき、それぞれの電界効果センサ１４０６Ａ、１４０６Ｂ周辺の電界との間でカップリングとデカップリングを交互に繰り返す。電界スティミュレータ１４１２は、各種の方法によって具体化できる。例えば、各電界スティミュレータ１４１２は、導電性物体１４１３、例えば、対応するノブ１４５０、１４５２の底にセットされたボール・ベアリングでよい。あるいは、各電界スティミュレータ１４１２は、図３８Ｄに示されたように、対応するノブ１４５０、１４５２の底に挿入されたリング１４１５中のバンプ１４１７でよい。好適な実施の形態では、リング１４１５は、型打ちしたバンプ１５１７を有するベリリウム銅を含む。
【０１９９】
図３９Ａ−３９Ｂは、ロータリ・スイッチをエミュレートする本発明の代替的実施の形態１５００を示す。この実施の形態は、角度位置を感知する応用に特に適している。それらの実施の形態は、多重感知電極を備えた１個の電界効果センサを使用する。この実施の形態は、基板１５０２を含み、その上には、一般に環状に構成された検出１５０３および抵抗Ｒ１−Ｒ７の間に組入れられた感知電極１５０５Ａ−１５０５Ｈのストリングが配置される。代替的実施の形態では、検出回路１５０３が離れた場所に配置され、図示されたものよりも多い又は少ない感知電極および抵抗が使用される。
【０２００】
ノブ１５１０は、基板１５０２に接続されて、基板１５０２に対して本質的に垂直な軸の周りでノブ１５１０を回転できるようになっている。図３９Ａの実施の形態で、シャフト１５０８は、基板１５０２によって定義される開口部１５０４内に挿入され、自由に回転できるようになっており、また、シャフト１５０８にノブ１５１０が固定されている。他の実施の形態で、シャフト１５０８は、基板１５０２に固定され、ノブ１５１０がシャフト１５０８周りに回転できるようになっている。電界スティミュレータ１５１２は、ノブ１５１０に埋め込まれるか、又はそれに付属されて、ノブ１５１０によって、基板１５０２上に環状に配置された電極１５０５Ａ−１５０５Ｈおよび抵抗Ｒ１−Ｒ７に対応するアークに沿って電界スティミュレータ１５１２が回転できるようになっている。
【０２０１】
動作時に、ユーザがノブ１５１０を回すと、電界スティミュレータ１５１２は、対応する電極１５０５Ａ−１５０５Ｈ周辺の電界との間でカップリングとデカップリングを交互に繰り返す。アナログ式の検出回路は、当業者に理解されるように、ノブ１５１０の回転の範囲、速度および方向を決定するように適応させることができる。好適な実施の形態で、検出回路１５０３は、図３３Ａに示された形を取ることができ、図３９Ａの実施の形態の電極１５０５Ａおよび１５０５Ｈは、それぞれ図３３Ａに示された電極Ｅ１およびＥ２の場所を占めている。（＋）および（−）入力、従って加算器１６０の出力における信号強度は、当業者に認識されるように、電極１５０５Ａ−１５０５Ｈに対する電界スティミュレータ１５１２の各位置に対して一意的な予め定められた値を有する。（図３３Ａに示された形の検出回路は、当業者に認識されるように、２つの導電性シート間の距離の変化を検出するためにも使用できる。従って、図３３Ａの検出回路は、振動センサ、音圧センサ、空気圧センサ、位置センサおよび同等品として構成された一対の導電性シートと一緒に使用することができる。特定の実施の形態では、導電性シートの間に１つの導電性の発泡材料の層を配置できる。）
【０２０２】
図３９Ｂに示されたように、長さとともに変化するインピーダンスを有する導体１５０７を図３９Ａに示された電極−抵抗のストリングの代わりに使用できる。導体１５０７の連続的に変化するインピーダンスは、電界スティミュレータ１５１２がノブ１５１０の回転に応じて位置を変化させるにつれて検出回路１５０３の出力を連続的に変化させる。従って、例えば、角度位置の分解能を高めたい場合に導体１５０７を使用することが望ましい。
【０２０３】
図３９Ａ−３９Ｂの実施の形態は、当業者に認識されるように、角度位置センサとして使用するように容易に適応させることができる。図３９Ａ−３９Ｂの実施の形態の原理は、例えば、図４２Ａに示されるように、電界効果センサ１５０５Ａ−１５０５Ｈおよび抵抗Ｒ１−Ｒ７を直線状に配置し、ノブ１５１０をスライドで置き換えることによって容易にスライド・スイッチ又はスライド・ポテンショメータを提供するように適応させることができる。これらの原理は、更に、図４２Ｅに示されるように、検出回路および電極−抵抗ストリングのアレイを形成することによってｘ−ｙアレイ中の刺激の位置を検出するように拡張できる。
【０２０４】
図４０は、ロータリ・スイッチをエミュレートする本発明の更に別の実施の形態１６００を示す。実施の形態１６００は、外側ノブ１６１０および内側ノブ１６１１を有するシャフト１６０８と基板１６０２を含む。基板１６０２は、例えば、モールド法によって、内側ノブ１６１１を捕らえ電界効果センサ１６０６を封じ込めるように形成される。電界結合要素１６１２が外側ノブ１６１０に封じ込めるか、あるいは、埋込まれる。あるいは、電界結合要素１６１２は、内側ノブ１６１１に封じ込めるか、あるいは、埋込まれる。基板１６０２には、発光デバイス１６２１を封じ込めることができる。基板１６０２、内側および外側ノブ１６１０、１６１１およびシャフト１６０８の少なくとも一部に透明又は半透明な材料を使用することによって、発光デバイス１６２１を用いて、外側ノブ１６１０の少なくとも一部を選択的に照らすことができる。
【０２０５】
図４１Ａは、機械式ロッカ・スイッチ（ｒｏｃｋｅｒ  ｓｗｉｔｃｈ）をエミュレートする本発明の実施の形態１７００を示す。実施の形態１７００は、基板１７０２と、基板１７０２の表面に搭載された２つの電界効果センサ１７０６Ａ、１７０６Ｂを含み、基板１７０２に固定されたロッカ１７１３の形で電界スティミュレータ１７１３Ａ、１７１３Ｂを含む。例示された実施の形態で、ロッカ１７１３は、基板１７０２に固定された曲がったスプリング・スチールの一片であり、電界スティミュレータ１７１３Ａ、１７１３Ｂは、ロッカ１７１３のモノリシック部分である。代替的実施の形態で、ロッカ１７１３は、他の材料を含み、他の形を取ることができ、電界スティミュレータ１７１３Ａ、１７１３Ｂは、当業者に認識されるように、ロッカ１７１３内部に埋め込まれた別の要素、例えば、ボール・ベアリングでよい。
【０２０６】
動作時には、ユーザがロッカ１７１３の左側に対応する電界スティミュレータ１７１３Ａ又はロッカ１７１３の右側に対応する電界スティミュレータ１７１３Ｂのいずれかを基板１７０２に向かって押す。電界スティミュレータ１７１３Ａ、１７１３Ｂが基板１７０２に向かって接近又は接触するにつれて、電界スティミュレータ１７１３Ａ、１７１３Ｂが対応する電界効果センサ１７０６Ａ、１７０６Ｂと結合する。例示された実施の形態で、両方の電界スティミュレータ１７１３Ａ、１７１３Ｂを同時に基板１７０２に向かって動かすこともできる。常に電界スティミュレータ１７１３Ａ、１７１３Ｂのうちの１つだけを動かすようにロッカ１７１３を構成することが望ましい。
【０２０７】
図４１Ｂは、機械式ロッカ・スイッチをエミュレートする別の本発明の実施の形態１７５０を示す。実施の形態１７５０は、実施の形態１７５０が硬いロッカ１７１３を使用することを除いて、実施の形態１７００と類似している。特定の実施の形態で、ロッカ１７１３は、押されたときに、電界効果センサ１７０６Ａ、１７０６Ｂと十分結合しない材料を含む。そのような実施の形態では、当業者に認識されるように、そのような結合を強化するために、ロッカ１７１３の適切な場所に導電性物体１７１５を埋め込むことができる。他の実施の形態で、ロッカ１７１３は、ユーザがロッカ１７１３の対応する部分を基板１７０２に向かって押すとき、ロッカ１７１３の上にあるユーザの指が電界効果センサ１７０６Ａ、１７０６Ｂ周辺の電界と結合するような寸法および形状に作製される。
【０２０８】
ロッカ１７１３を予め定められた「ノーマル」位置にバイアスするためにバイアス手段を設けることができる。図４１Ｂで、バイアス手段は、基板１７０２に固定された一対のプラスティック・タブ１７２５として実現される。プラスティック・タブ１７２５は、十分柔軟で、ロッカ１７１３が押されたときに撓み、またロッカ１７１３が解放されたときにロッカ１７１３を「ノーマル」位置に戻すのに十分な弾力を持つ。当業者に認識されるように、その他の任意の適当なバイアス手段を使用することもできる。
【０２０９】
あるいは、図４１Ｃに示されたように、ロッカ１７１３およびタブは、ユーザによって動かされるまで特別な場所にロッカ１７１３を固定させるように適応させることができる。そのような実施の形態では、タブ１７２５は、ロッカ１７１３の端部に向かって突出する凸部１７２５を含むことが望ましく、また、ロッカ１７１３は、凸部１７２５を受け入れるための凹部１７２７を含むことが望ましい。
【０２１０】
図４２Ａは、機械式スライド・スイッチをエミュレートする本発明の実施の形態１８００を示す。実施の形態１８００は、基板１８０２を含む。基板１８０２上には、１又は複数の電界効果センサ１８０６が設置される。電界スティミュレータ１８１２、例えば、導電性シリンダ又はボール・ベアリングがスライド１８１１に固定される。スライド１８１１は、基板１８０２に固定されたレール１８０３と噛み合う。動作時には、ユーザがスライド１８１１を基板１８０２に沿って前後にスライドさせる。電界スティミュレータ１８１２が特定の電界効果センサ１８０６に接近すると、電界スティミュレータ１８１２は、その電界効果センサ１８０６周辺の電界と結合する。同様に、電界スティミュレータ１８１２が特定の電界効果センサ１８０６から遠ざかると、電界スティミュレータ１８１２は、その電界効果センサ１８０６周辺の電界との結合を断つ。
【０２１１】
代替的実施の形態では、スライド１８１１は、ユーザの指に順応するように設計された切欠１８１９を有するスライド１８１７で置き換えることができる。この実施の形態で、ユーザの指は、誘電性電界スティミュレータ１８１２として機能する。別の代替的実施の形態では、スライド１８１１を全く省くことができる。同じ原理は、図４２Ｄに示されるように、シリンダ（図示されていない）の周囲又はコーン１８０７の錐台の周りに電界効果センサ１８０６を配置することによってロータリ・スイッチ・エミュレーションに適用することができる。
【０２１２】
特定の実施の形態で、スライド１８１１の一部を省くことができる。そのような実施の形態は、光パイプ１８２１を含み、また基板１８０２と一緒に光パイプ１８２１を照らすための光源（図示されていない）を含み、スライド１８１１上に設置された光チャネル１８２３が光パイプ１８２１からの光を受信するようにすることが望ましい。他の実施の形態では、他の手段を用いてスライド１８１１又はそれの一部を照らすことが望ましい。
【０２１３】
図４２Ｂは、スライド・スイッチをエミュレートする本発明の実施の形態１８５０を示す。実施の形態１８５０は、実施の形態がスライダ１８１１を全く含まない点を除いて、実施の形態１８００と類似している。基板１８０２を覆うようにレール１８０３の下に柔軟なシート１８２７。シート１８２７は、容易に取り替えられることが望ましく、例えば、シート１８２７下の基板１８０２上に設置された電界効果センサ（図示されていない）の位置を表示するグラフィックスを含むことができる。通常は、シート１８２７と、シート１８２７下の基板１８０２上に設置された電界効果センサ（図示されていない）との間に空隙が存在する。ユーザがシート１８２７に接触してその電界効果センサを作動させるとき、空隙から空気が排除されて、ユーザの指と電界効果センサ周辺の電界との結合が許容され、強化される。
【０２１４】
図４２Ｃは、スライド・スイッチをエミュレートする本発明の別の実施の形態１８６０を示す。基板１８０２上には、電界効果センサ１８０６が設置される。基板１８０２は、レール１８０３を含む。スライド１８１１は、レール１８０３を介してスライドするように基板１８０２と噛み合う。電界スティミュレータ１８１２は、スライド１８１１上に設置された導電性物体であることが望ましい。図４１Ｃの実施の形態で、電界スティミュレータ１８１２の断面積は、スライド１８１１の一端から他端へと変化する。スライド１８１１が図４２Ｃに示された位置にあるとき、電界スティミュレータ１８１２は、電界効果センサ１８０６から遠ざかっており、電界効果センサ１８０６周辺の電界と結合しない。例えば、ユーザの指によってスライド１８１１が右に動かされると、電界スティミュレータは、最終的に、電界効果センサ１８０６に十分近くまで移動し、電界効果センサ１８０６周辺の電界と結合する。初期には、電界効果センサ１８０６、従って対応する電界の近傍にある電界スティミュレータ１８１２の面積が小さいため、そのような結合は、小さい。スライド１８１１が更に右に移動すると、電界スティミュレータ１８１２のより大きな部分が電界効果センサ１８０６、従って対応する電界に接近し、電界スティミュレータ１８１２と電界との結合が増大する。アナログ式の検出回路は、変化する結合状態を認識して、対応するアナログ出力を対応する制御回路に供給する。バイアス手段、例えば、コイル・スプリング１８１４を設けて、スライドを「ノーマル」位置から移動させる力が存在しないときに、スライド１８１１をそのような「ノーマル」位置に保持することができる。
【０２１５】
図４３は、機械式球形スイッチ又はトラック・ボールをエミュレートする本発明の実施の形態１９００を示す。実施の形態１９００は、ボール１９６０の容器１９６２を構成する基板１９０２を含む。１又は複数の電界効果センサ１９０６が基板１９０２内部に埋められるか、あるいは、基板表面に配置される。ボール１９６０の周囲には、独特の非反復パターン状に配置された電界スティミュレータ１９１２が含まれる。動作時には、容器１９６２内部でボール１９６０が回転するにつれて、電界スティミュレータが電界効果センサ１９０６周辺の電界とカップリングおよびデカップリングする。電界効果センサ１９０６に付随する検出および制御回路は、当業者に認識されるように、ボール１９６０の回転の方向および大きさを決定するように適応させることができる。代替的実施の形態では、ボール１９６０を固定でき、基板１９０２および容器１９６２を容器１９６２周りに回転又は動かすことができる。この実施の形態は、例えば、傾斜又は振動を検出するために使用できる。
【０２１６】
図４４は、本発明に従う機械式スイッチ、特に、スノウモビル又は個人用ウォータクラフト用のスロットルをエミュレートする特定用途向け実施の形態２０００を示す。電界効果センサ２００６は、ハンドル２００２の内部に埋め込まれるか又は設置される。導電性物体の形の電界スティミュレータ２０１２がスロットル・レバー２０１６上に取り付けられる。ユーザがスロットル・レバー２０１６を押したり放したりすると、電界スティミュレータ２０１２が電界効果センサ２００６にそれぞれ近づいたり遠ざかったりする。アナログ式の検出および制御を用いて、電界効果センサ２００６から受信される信号に基づいて、スロットルの位置を決定できる。好適な実施の形態では、付加的な電界効果センサ２０３１、２０３３および２０３５をハンドル２００２に取り付けることができる。これら付加的なセンサには、例えば、スロットル制御のための予備センサ２０３１、ライダの手がハンドル２００２上にあることを検出するまでは、スロットルを停止させるハンド位置センサ２０３３、例えば、ウォータクラフトが浸水する水に漬かるときに、スロットルを停止させる水センサ２０３５が含まれる。
【０２１７】
図４５Ａ−４５Ｂは、本発明に従うタイヤ圧センサ２１００の特定用途向け実施の形態を示す。好適な実施の形態で、基板２１０２の表面に、圧縮性で、好ましくは、導電性の発泡性基板２１０４が取り付けられる。基板２１０２の反対側の面には、複数の電界効果センサ２１０６がマトリクス状に配置される。動作時には、例えば自動車（図示されていない）のタイヤが発泡性基板２１０４の上に置かれ、それによって、タイヤ２１０８に接する発泡性基板２１０４の部分を圧縮する。発泡性基板２１０４の圧縮された部分は、当業者に理解されるように、対応する電界効果センサ２１０６周辺の電界と結合して、それらのセンサを作動させる。タイヤ２１０８上の負荷重量をプログラムされたマイクロプロセッサ（図示されていない）は、それがタイヤ２１０８の圧縮された発泡材料の領域に対応する電界効果センサ２１０６から受信する信号に基づいて、タイヤ２１０８の空気圧を決定できる。他の実施の形態では、発泡性基板２１０４を省略して、タイヤ２１０８自身が電界効果センサ２１０６との結合を実現するようにできる。
【０２１８】
図４６は、シート部２２０２Ａと背もたれ部２２０２Ｂを有する自動車の座席２２０２を示す。座席２２０２は、圧縮性の発泡材料２２０４を詰め込むことが望ましく、その中に、座席２２０２に加わる重量を検出する複数の電界効果センサ２２０６Ａと、座席２２０２に座った人間又は置かれた物体の物理的寸法を感知する複数の電界効果センサ２２０６Ｂが埋め込まれる。例示された実施の形態でシート・サポート用ポストとして埋め込まれた電界スティミュレータ２２１２は、電界効果センサ２２０６Ａに対して予め定められた空間的関係に配置される。
【０２１９】
座席２２０２が空席のとき、電界効果センサ２２０６Ａは、電界スティミュレータ２２１２から予め定められた距離にあり、電界効果センサ２２０６Ａは、駆動されない。負荷、例えば、人間や荷物が座席２２０２上に置かれると、シート部２２０２Ａの発泡材料は、圧縮されて、電界効果センサ２２０６Ａを電界スティミュレータ２２１２に近づくように動かして、電界スティミュレータ２２１２が電界効果センサ２２０６Ａ周辺の電界を乱すことになる。座席２２０２上に置かれた負荷が重ければ重いほど、シート部２２０２Ｂの発泡材料２２０４の圧縮、従って対応する電界効果センサ２２０６Ａの変位が大きくなる。電界効果センサ２２０６Ａから出力信号を受信するアナログ式の検出および制御回路（図示されていない）は、それらの信号から、負荷が座席２２０２上に置かれたことに応答した電界効果センサ２２０６Ａの変位を決定できる。制御回路は、この変位データおよび発泡材料２２０４の圧縮特性に基づいて、座席２２０２上に置かれた物体又は座った人間の重量を決定できる。
【０２２０】
更に、座席２２０２が空席のときは、電界効果センサ２２０６Ｂ周辺の電界と結合する刺激がない。座席２２０２上に人間が座るか、荷物が置かれると、任意の電界効果センサ２２０６Ｂに接近する人間又は荷物の部分がそれらのセンサ周辺の電界と結合する。電界効果センサ２２０６Ｂから出力信号を受信するアナログ又はデジタル式の検出および制御回路は、座席２２０２上の負荷（人間又は荷物）の物理的輪郭を決定できる。制御回路は、このデータを上述のように電界効果センサ２２０６Ａから受信した信号から導出される重量と一緒に用いて、座席２２０２上の負荷が人間か荷物かを判定することができる。制御回路が判断した負荷が人間でなくて荷物であった場合は、乗員用のエアバッグが不活性化されよう。制御回路が判断した負荷が荷物でなくて人間であった場合は、座席を占める人間のサイズおよび重量に合わせてエアバッグ展開速度が調節されよう。
【０２２１】
本発明のいくつかの実施の形態を示してきたが、当業者に明らかなように、以下に示される特許請求の範囲の精神から外れることなしに、数多くの修正を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０２２２】
【図１】本発明のタッチ・スイッチの好適な実施の形態の部品の斜視図。
【図２】本発明の２電極式タッチ・パッドおよび集積回路チップの断面図。
【図３】本発明のタッチ・スイッチ装置の実施の形態の平面図。
【図４】好適な動作モード用に構成されたタッチ・スイッチ制御回路の模式的電気回路図。
【図５】代替的な好適な動作モード用に構成されたタッチ・スイッチ制御回路の模式的電気回路図。
【図６】別の代替的な好適な動作モード用に構成されたタッチ・スイッチ制御回路の模式的電気回路図。
【図７】更に別の代替的な好適な動作モード用に構成されたタッチ・スイッチ制御回路の模式的電気回路図。
【図８】本発明のタッチ・パッドの代替的な実施の形態の断面図。
【図９】本発明のタッチ・パッドの別の代替的な実施の形態の断面図。
【図１０】複数のタッチ・スイッチをマトリクス状に使用したタッチ・スイッチ・パネルの実施の形態の線図。
【図１１Ａ−１１Ｄ】図４−７に示した回路と互換性のあるタッチ・スイッチ制御回路用の入力回路の模式的電気回路図。
【図１２Ａ−１２Ｈ】能動デバイスが電流源として機能する図１１Ａ−１１Ｄのタッチ・スイッチ制御回路用入力回路の模式的電気回路図。
【図１３Ａ−１３Ｈ】能動デバイスを異なる組合せで含む図１２Ａ−１２Ｈのタッチ・スイッチ制御回路用入力回路の模式的電気回路図。
【図１４Ａ−１４Ｄ】能動的開平デバイスを有する図１１Ａ−１１Ｄのタッチ・スイッチ制御回路用入力回路の模式的電気回路図。
【図１５Ａ−１５Ｄ】異なる能動的開平デバイスを有する図１４Ａ−１４Ｄのタッチ・スイッチ制御回路用入力回路の模式的電気回路図。
【図１６】コンデンサによって提供されるスワンピング容量を有する図１５Ａのタッチ・スイッチ制御回路用入力回路の模式的電気回路図。
【図１７Ａ】スワンピング容量が入力ダイオードの空乏容量によって提供される図１６のタッチ・スイッチ制御回路用入力回路の模式的電気回路図。
【図１７Ｂ】電極を集積回路に近づける１つの可能な構成を示すタッチ・スイッチ・アセンブリの構造図。
【図１８Ａ】入力回路に直接的に負のフィードバックを提供する構成を示す模式的電気回路図。
【図１８Ｂ】フロント・エンドにスワンピング容量を備えた共通ゲート構造を示し、入力構造がこれ以前のすべての図面に示された共通ソース構成とどのように異なるかを示す図。
【図１８Ｃ】空乏ダイオードを備えた図１８Ｂの構成を示す図。
【図１８Ｄ】単一電極形式で、２つのスワンピング・コンデンサを使用した図１８Ｂの構成を示し、費用効率的な集積回路整合を示す図。
【図１８Ｅ】空乏ダイオードを備えた図１８Ｄの構成を示す図。
【図１９】タッチ・スイッチ制御回路の集積回路用出力回路の模式的電気回路図。
【図２０Ａ−２０Ｄ】各種の動作モードで使用するためのタッチ・セル・マトリクスの模式図。
【図２１Ａ−２１Ｆ】ＭＯＳＦＥＴ阻止デバイスの模式図。
【図２２】メンブレン式又は他の機械式スイッチのマトリクスを構成し、それのアドレッシングおよびタイミングを行う１つの方法の模式図。
【図２３】スイッチがマトリクス構成のアドレス・ラインに対して２つの接続を有するタッチ・スイッチ・アセンブリである図２２の模式図。
【図２４Ａ−２４Ｂ】タッチ・スイッチ制御回路と交信する図９に示された出力回路の特定の機能を示す模式的電気回路図。
【図２５Ａ】本発明に従うラッチ回路を構築する能動デバイスの可能な構成を示す図。
【図２５Ｂ−２５Ｃ】本発明に従うラッチ回路の模式図。
【図２６Ａ−２６Ｃ】本発明の集積回路と一緒に使用する容量性スイッチ装置を示す図であり、図２６Ｄに示された回路は、２つの電極間の距離の変化に応じて変化するそれらの間の容量に応答する。
【図２６Ｄ】図２６Ａ−２６Ｃを参照しながら説明した応用で使用する本発明に従う回路を示す図。
【図２７Ａ−２７Ｄ】本発明の集積回路と一緒に使用する液体を感知する容量性スイッチ装置を示す図であり、図２７Ｅに示された回路は、電極の相対的誘電率の変化に応答する。
【図２７Ｅ】図２７Ａ−２７Ｄを参照しながら説明した応用で使用する本発明に従う回路を示す図。
【図２８Ａ−２８Ｂ】本発明の集積回路と一緒に使用する容量性スイッチ装置を示す図であり、図２８Ｃの回路は、１つの電極の表面積の実効的変化のせいで変化する２つの電極間の容量に応答する。
【図２８Ｃ】図２８Ａ−２８Ｂを参照しながら説明した応用で使用する本発明に従う回路を示す図。
【図２９Ａ−２９Ｇ】本発明の集積回路と一緒に使用するダイヤリング装置として機能する容量性スイッチ装置を示す図（図２９Ａ−２９Ｄは、各種入力ステージにおける装置の電極構成を示し、図２９Ｅ−２９Ｆは、装置の２つのタイプの回転のパルス出力を示し、図２９Ｇは、図２９Ａ−２９Ｄに示された装置で使用するための可能な集積回路構成を示す）。
【図３０Ａ−３０Ｅ】電極がユーザによってアースされるようになった、本発明の集積回路と一緒に使用する別のタイプの容量性スイッチ・ダイヤル装置を示す図。
【図３０Ｆ−３０Ｇ】装置の２つの回転のパルス出力を示す図。
【図３０Ｈ】図３０Ａ−３０Ｅの装置と、装置と一緒に使用する集積回路との間の入力接続を示す模式図。
【図３１Ａ−３１Ｆ】基板上に２×２のマトリクス状にアセンブルされた集積化制御回路を備えたタッチ・スイッチの構造および分離層を示す図。
【図３２】ＡＣ入力および低電流を使用する本発明の集積回路の実施の形態を示す図。
【図３３Ａ】アナログ出力を有する電界感知用応用で使用する本発明の集積回路の実施の形態の入力部および他の部分を示す図。
【図３３Ｂ−３３Ｃ】図３３Ａに示された集積回路のタイミング図。
【図３４】アナログ出力センサのマトリクスを示す図。
【図３５Ａ】本発明に従う押しボタン・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の側面図。
【図３５Ｂ】本発明に従う押しボタン・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の底面図。
【図３５Ｃ】本発明に従う押しボタン・スイッチ・エミュレーションの代替的な実施の形態の側面図。
【図３５Ｄ】本発明に従う押しボタン・スイッチ・エミュレーションの別の代替的な実施の形態の側面図。
【図３５Ｅ】本発明に従う押しボタン・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の側面図。
【図３６Ａ】本発明に従うトグル・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の側面図。
【図３６Ｂ】本発明に従うトグル・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の側面図。
【図３６Ｃ】本発明に従うトグル・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の底面図。
【図３６Ｄ】本発明に従うトグル・スイッチ・エミュレーションの代替的な実施の形態の側面図。
【図３７Ａ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの側面図。
【図３７Ｂ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの一部の実施の形態の底面図。
【図３７Ｃ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の別の部分の底面図。
【図３７Ｄ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の別の部分の底面図。
【図３７Ｅ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの実施の形態のタイミング図。
【図３７Ｆ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの代替的な実施の形態の側面図。
【図３７Ｇ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの別の代替的な実施の形態の側面図。
【図３７Ｈ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の側面図。
【図３７Ｉ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の一部分の上面図。
【図３８Ａ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の側面図。
【図３８Ｂ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の上面図。
【図３８Ｃ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の一部分の底面図。
【図３８Ｄ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の一部分の部分的断面図。
【図３９Ａ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションおよび／又は角度位置センサの実施の形態の底面図であり、それらに関連して使用する電極構造を示す模式図。
【図３９Ｂ】図３９Ａに図示された実施の形態と一緒に使用する代替的な電極構造の模式図。
【図４０】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの更に別の代替的な実施の形態の側面図。
【図４１Ａ】本発明に従うロッカ・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の側面図。
【図４１Ｂ】本発明に従うロッカ・スイッチ・エミュレーションの代替的な実施の形態の側面図。
【図４１Ｃ】本発明に従うロッカ・スイッチ・エミュレーションの別の代替的な実施の形態の側面図。
【図４２Ａ】本発明に従うスライド・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の側面図。
【図４２Ｂ】本発明に従うスライド・スイッチ・エミュレーションの代替的な実施の形態の側面図。
【図４２Ｃ】本発明に従うスライド・スイッチ・エミュレーションの別の代替的な実施の形態の側面図。
【図４２Ｄ】本発明に従うロータリ・スイッチ・エミュレーションの代替的な実施の形態の斜視図。
【図４２Ｅ】本発明に従うｘ−ｙ位置センサの上面図。
【図４３】本発明に従うボール・スイッチ・エミュレーションの実施の形態の側面図。
【図４４】本発明の原理を具体化するスロットル制御および関連センサを示す図。
【図４５Ａ】本発明に従うタイヤ圧感知装置の斜視図。
【図４５Ｂ】本発明に従うタイヤ圧感知装置の側面図。
【図４６】本発明に従う重量および位置センサを含む自動車用座席の側面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１３Ｈ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２１Ｅ】
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【図２１Ｆ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２７Ｅ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図２９Ｄ】
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【図２９Ｅ】
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【図２９Ｆ】
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【図２９Ｇ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３０Ｅ】
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【図３０Ｆ】
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【図３０Ｇ】
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【図３０Ｈ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３１Ｄ】
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【図３１Ｅ】
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【図３１Ｆ】
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【図３２】
2008515153.tif 000100
【図３３Ａ】
2008515153.tif 000101
【図３３Ｂ】
2008515153.tif 000102
【図３３Ｃ】
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【図３４】
2008515153.tif 000104
【図３５Ａ】
2008515153.tif 000105
【図３５Ｂ】
2008515153.tif 000106
【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
2008515153.tif 000108
【図３５Ｅ】
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【図３６Ａ】
2008515153.tif 000110
【図３６Ｂ】
2008515153.tif 000111
【図３６Ｃ】
2008515153.tif 000112
【図３６Ｄ】
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【図３７Ａ】
2008515153.tif 000114
【図３７Ｂ】
2008515153.tif 000115
【図３７Ｃ】
2008515153.tif 000116
【図３７Ｄ】
2008515153.tif 000117
【図３７Ｅ】
2008515153.tif 000118
【図３７Ｆ】
2008515153.tif 000119
【図３７Ｇ】
2008515153.tif 000120
【図３７Ｈ】
2008515153.tif 000121
【図３７Ｉ】
2008515153.tif 000122
【図３８Ａ】
2008515153.tif 000123
【図３８Ｂ】
2008515153.tif 000124
【図３８Ｃ】
2008515153.tif 000125
【図３８Ｄ】
2008515153.tif 000126
【図３９Ａ】
2008515153.tif 000127
【図３９Ｂ】
2008515153.tif 000128
【図４０】
2008515153.tif 000129
【図４１Ａ】
2008515153.tif 000130
【図４１Ｂ】
2008515153.tif 000131
【図４１Ｃ】
2008515153.tif 000132
【図４２Ａ】
2008515153.tif 000133
【図４２Ｂ】
2008515153.tif 000134
【図４２Ｃ】
2008515153.tif 000135
【図４２Ｄ】
2008515153.tif 000136
【図４２Ｅ】
2008515153.tif 000137
【図４３】
2008515153.tif 000138
【図４４】
2008515153.tif 000139
【図４５Ａ】
2008515153.tif 000140
【図４５Ｂ】
2008515153.tif 000141
【図４６】
2008515153.tif 000142
【国際調査報告】
2008515153.tif 000143
2008515153.tif 000144
2008515153.tif 000145