(57)【要約】タッチ・センサは、電気的に駆動される複数の平行な駆動電極を有し、一端にまたは両端に同時に刺激を与えることによって、駆動電極の長さにわたって線形電界または可変電界を形成する。隣接するセンサ電極は、センス・アンプおよびアナログ／ディジタル（ＡＤＣ）変換器に接続され、駆動および／または感知電極に近づく物体の位置を決定する。本システムは、自己容量を用い、各ドライバによって駆動される電流量を測定する。本システムは、第１の方法では相互容量型電流分割器を用い、時間可変電圧によって電極を駆動し、隣接する感知電極の各端部に誘導される電流を測定し、比率計量式を用いて指の位置を決定する。第２の方法では、相互容量型電圧分割器を用いる。【選択図】図２
2014503888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己容量を用いる単層容量センサ設計を使用して導電性物体を検出する方法であって、
（１）平面絶縁基板上に配置された電気絶縁電極を設けるステップと、
（２）前記電極の両端に時間可変電圧を結合するステップと、
（３）前記電極の各端部において、前記電極に入る電流を、電流ｉ１および電流ｉ２として測定するステップと、
（４）比率計量式を用いて、前記電流ｉ１を測定する前記電極の端部からの距離にある導電性物体の位置Ｐを決定するステップと、
を備えている、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、更に、前記比率計量式Ｐ  ＝  ｉ１  ／  ｉ１  ＋  ｉ２を用いるステップを備えている、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、更に、前記導電性物体がないときの公称電流を決定することによって、前記電流ｉ１および前記電流ｉ２からあらゆる電流測定誤差を減算することによって、位置Ｐを決定するために用いた前記計算からあらゆる誤差を除去するステップを備えている、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、更に、
（１）複数の電気的に絶縁された電極を設け、これらの電極を前記電極に対して平行にそして前記絶縁基板上に配置するステップと、
（２）前記アレイの一端から他端まで順次前記複数の電極の各々について、前記導電性物体の位置を決定することによって、前記複数の電極の長さによって定義される軸に沿った前記導電性物体の位置を決定するステップと、
を備えている、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、更に、前記複数の電極の各々に対して、駆動されている電流の相対量の補間を用いることによって、前記電極の軸に直交する軸において前記導電性物体の位置を決定するステップを備えており、前記導電性物体に近い電極程多くの電流を引き込む、方法。
【請求項６】
自己容量を用いる単層容量性センサ設計を用いて導電性物体を検出するシステムであって、
電気的に絶縁された電極を設け、平面絶縁基板上に配置し、
時間可変電圧源を前記電極の両端に結合し、
前記電極の各端部に電流計を設けることによって、前記電極に流れ込む電流ｉ１および電流ｉ２を測定し、前記電流ｉ１を測定した前記電極の端部からの距離における、導電性物体の位置Ｐを決定するために比率計量式を用いる、
システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、更に、前記電極に平行に配置され、前記絶縁基板上に配置された複数の電気的に絶縁された電極を備えている、システム。
【請求項８】
相互容量および電流分割方法を用いる単層容量性センサ設計を用いて導電性物体を検出する方法であって、
（１）電気的に絶縁された駆動電極および感知電極を設け、平行にそして平面絶縁基板上に配置するステップと、
（２）前記駆動電極の両端に時間可変電圧源を結合するステップと、
（３）前記感知電極の各端部において、前記感知電極から出る電流を、電流ｉ１および電流ｉ２として測定するステップと、
（４）比率計量式を用いて、前記電流ｉ１が測定される前記感知電極の端部からの距離にある導電性物体の位置Ｐを決定するステップと、
を備えている、方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、更に、比率計量式Ｐ  ＝  ｉ１  ／  ｉ１  ＋  ｉ２を用いるステップを備えている、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、更に、前記導電性物体がないときの公称電流を決定することによって、前記電流ｉ１および前記電流ｉ２からあらゆる電流測定誤差を減算することによって、位置Ｐを決定するために用いた前記計算からあらゆる誤差を除去するステップを備えている、方法。
【請求項１１】
相互容量および電圧分割器を用いる単層容量性センサ設計を用いて導電性物体を検出する方法であって、
（５）電気的に絶縁された駆動電極および感知電極を設け、平行にそして平面絶縁基板上に配置するステップと、
（６）前記駆動電極の第１端にステップ電圧源を結合しつつ、逆側の第２端を接地するステップと、
（７）前記感知電極上において信号を測定するステップと、
（８）前記第２端に結合されるように前記ステップ電圧源を構成し直し、前記駆動電極の第１端を接地するステップと、
（９）前記感知電極上において信号を測定するステップと、
（１０）比率計量式を用いて、前記電流ｉ１が測定される前記感知電極からの距離にある導電性物体の位置Ｐを決定するステップと、
を備えている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互引用
本文書は、２０１０年１１月３０日に出願され、番号第６１／４１８，０４７号を有する仮特許出願整理番号４８９２．ＣＩＲＱ．ＰＲに対する優先権を主張し、ここで引用したことにより、それに含まれている主題の全てが本願にも含まれるものとする。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般的に、タッチ・センサ技術に関するものである。具体的には、本発明は、相互容量型または自己容量技術を用いて、タッチ・センサと接触する導電性物体および／またはタッチ・センサに近接する導電性物体を検出する容量性タッチ・センサによって利用される感知システムに関し、駆動電極が一端または両端から駆動され、この同じ電極の一端または両端において感知が行われ、指示物体の位置をその長さに沿って決定する。
【従来技術】
【０００３】
本発明が先行技術のタッチパッド技術とはどのように異なるのか理解するために、先行技術からの従前の投影型容量センサ(projected capacitance sensor)について調べることが役に立つ。具体的には、本文書は、１つの相互容量型タッチパッド・システムおよび１つの自己容量タッチパッド・システムを示す。
【０００４】
ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドは、相互容量型感知デバイスであり、その一例を図１に示す。このタッチパッドは、不透明な表面を用いて、または透明な表面を用いて実現することができる。つまり、このタッチパッドは従来のタッチパッドとして動作することができ、または表示画面上における接触感応面として、つまりタッチ・スクリーンとして動作することもできる。
【０００５】
Ｃｉｒｑｕｅ（登録商標）社のこのタッチパッド技術では、電極の行および列からなるグリッドを用いて、タッチパッドの接触感応エリアを規定する。通例、タッチパッドは、約１６×１２個の電極、または空間に制約がある場合には８×６個の電極からなる矩形グリッドである。これらの行電極および列電極には、１つの感知電極が織りまぜられている。全ての位置測定は感知電極を通じて行われる。しかしながら、行電極および列電極は、感知電極としても作用することができるので、少なくとも１つの電極が信号を駆動し、他の電極が信号の検出に用いられることが重要な態様となる。
【０００６】
更に詳細には、図１は、ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社が教示する容量感知タッチパッド１０を示し、タッチパッド電極グリッドの中に行（１２）および列（１４）（即ち、ＸおよびＹ）電極のグリッドを含む。タッチパッド・パラメータの測定は全て、同様にタッチパッドの電極グリッド上に配置されている単独感知電極１６によって行われるのであり、ＸまたはＹ電極１２，１４によってではない。測定には、固定の基準点は用いられない。タッチパッド・センサ制御回路２０が、Ｐ，Ｎ発生器２２、２４から信号（正および負）を発生し、これらの信号は直接ＸおよびＹ電極１２，１４に種々のパターンで送られる。したがって、タッチパッド電極グリッド上の電極数と、タッチパッド・センサ制御回路２０上の駆動ピンの数との間には、１対１の対応がある。しかしながら、この配列は、電極の多重化を用いて変更することができる。
【０００７】
タッチパッド１０は、タッチパッド表面上における指（またはその他の容量性物体）の位置を決定する際に、絶対容量測定に依存しない。タッチパッド１０は、感知ライン１６に対する電荷の不均衡を測定する。タッチパッド１０上に指示物体がない場合、タッチパッド・センサ制御回路２０は均衡状態にあり、感知ライン１６上には信号がない。電極１２，１４上には容量性電荷があってもなくてもよい。ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社の方法では、これは無関係である。容量性結合のためにポインティング・デバイスが不均衡を生ずると、タッチパッド電極グリッドを構成する複数の電極１２，１４上で容量変化が発生する。測定するのは容量変化であって、電極１２，１４上における絶対容量値ではない。タッチパッド１０は、容量変化を決定する際、感知ライン上において均衡を再確立するため即ち再現するために、感知ライン１６に注入しなければならない電荷量を測定する。
【０００８】
タッチパッド１０は、指のような指示物体の位置を決定するために、Ｘ電極１２およびＹ電極１４について２回の完全な測定サイクル（４回の完全な測定）を実行しなければならない。Ｘ１２およびＹ１４電極双方についてのステップは次の通りである。
【０００９】
最初に、Ｐ，Ｎ発生器２２からの第１信号によって、電極の一群（例えば、Ｘ電極１２の選択群）を駆動し、相互容量測定デバイス２６を用いた第１測定を行って最も大きな信号の位置を決定する。しかしながら、この１回の測定からは、指がこの最大信号に対して最も近い電極の一方側にあるのかまたは他方側にあるのか、知ることができない。
【００１０】
次に、最も近い電極の一方側に電極１つだけずらして、再度電極群を信号によって駆動する。言い換えると、電極群の一方側に直接隣接する電極を追加する一方で、元の電極群の逆側にある電極はもはや駆動しない。
【００１１】
第３に、新しい電極群を駆動して第２測定を行う。
最後に、測定した２つの信号の大きさを比較する方程式を用いて、指の位置を決定する。
【００１２】
このように、タッチパッド１０は、指の位置を決定するために容量変化を測定する。前述したこのハードウェアおよび方法の全ては、タッチパッド・センサ制御回路２０がタッチパッド１０の電極１２，１４を直接駆動することを想定している。つまり、典型的な１２×１６電極グリッドのタッチパッドでは、タッチパッド・センサ制御回路２０から合計２８本のピン（１２＋１６＝２８）が利用可能であり、これらを用いて電極グリッドの電極１２，１４を駆動する。
【００１３】
ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドの感度または分解能は、１６×１２グリッドの行および列電極が含意するよりも遥かに高い。分解能は、通例、１インチ当たり約９６０カウント以上である。正確な分解能は、構成部品の感度、同じ行および列上にある電極間の間隔、そして本発明にとっては重要でないその他の要因によって決定される。
【００１４】
前述したＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドは、ＸおよびＹ電極のグリッド、ならびに別個の単独感知電極を用いるが、多重化を用いることによって、感知電極もＸまたはＹ電極にすることができる。いずれの設計でも、本発明は機能することができる。
【００１５】
対照的に、自己容量タッチパッドは、通例、個々の電極各々における絶対容量値を決定できることを拠り所とする。絶対容量は、各ＸおよびＹ電極上において絶対電圧を同時に測定することによって決定される。その動作にとって、既知の量または所定量の電荷をＸおよびＹ電極に注入することが重要である。更に、電荷は比較的小さくなければならず、そうでないとタッチパッドはオフセットを減算することができない。
【００１６】
尚、マルチタッチ・タッチパッドの用途では、本質的にゴースティング(ghosting)のような問題を回避することができるので、相互容量型システムの方が好ましいことが理解されるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
先に説明したような従前からの投影型容量センサは、ＸおよびＹグリッド・パターンを構成する導体の少なくとも２つの平面を必要とする。しかしながら、多数の導体面を製造するには、費用がかかる可能性がある。したがって、第２の電極面を不要とし、１つの電極面のみを用いつつも、投影型容量センサの基本原理を用いることができれば、先行技術に対する利点となるであろう。
【００１８】
本発明のタッチ・センサについて論じたが、タッチ・センサは、センサ・アセンブリにおいて電極を用いるいずれかの容量性タッチ・センサを含み、更にタッチパッド、タッチ・スクリーン、および不透明であり全体的に透過性のあるセンサを含む派生デバイスというような物品を含むことは言うまでもない。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の目的は、複数の平行駆動電極を有するタッチ・セッサであって、これらの駆動電極が電気的に駆動され、一端にまたは両端に同時に刺激を与えることによって、駆動電極の長さにわたって線形の電界または変動する電界を形成するタッチ・センサを提供することである。隣接するセンサ電極は、感知増幅器およびアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に接続され、駆動電極および／または感知電極に近づく物体の位置を決定する。本システムは、自己容量を用い、各ドライバによって駆動される電流量を測定する。本システムは相互容量型電流ディバイダを第１方法で用いて、時間可変電圧によって電極を駆動し、隣接する感知電極の各端部において誘導電流を測定し、更に比率計量式(ratiometric equation)を用いて指の位置を決定し、第２方法では相互容量型電圧ディバイダを用いる。
本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、利点、ならびに代わりの態様は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて検討することによって、当業者には明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、先行技術のタッチパッドの模式図である。
【図２】図２は、自己容量方法を用いるときに、駆動および感知双方として用いられる１つの電極を示す模式図である。
【図３】図３は、Ｘ軸における指の位置を高精度で決定したことから収集されるデータを用いて、Ｙ位置をどのように補間することができるかを示す模式図である。
【図４】図４は、相互容量型電流分割方法において、１つの駆動電極および１つの感知電極をどのように用いることができるかを示す模式図である。
【図５】図５は、駆動電極の両側に来るように別の感知電極を追加し、４つの位置で電流を同時に測定することによって回路がノイズを低減する図４の変更バージョンである。
【図６】図６は、いずれの相互容量方法を実行するときにも用いることができる、異なる走査パターンを示す。
【図７】図７は、相互容量方法を用いるときに使用することができる、１つの噛み合わせ電極と複数の駆動電極とを示す。
【図８】図８は、第１測定では、駆動電極は一端において駆動され、対向端において接地され、電圧駆動方法と呼ばれる、駆動電極およびセンサ電極の相互容量実施形態の模式図である。
【図９】図９は、図８に示すような駆動電極およびセンサ電極の実施形態の模式図であるが、この場合、駆動電極は、対向端において駆動され、他端において接地されるように切り替えられている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
これより、図面を参照する。図面では、本発明の種々の要素には参照番号が付されており、当業者が本発明を行い使用することを可能にするように、本発明について論ずる。尚、以下の説明は、本発明の原理を例示するに過ぎず、以下に続く特許請求の範囲を狭めるように見なしてはならないことは言うまでもない。
【００２２】
本発明の第１方法は、自己容量の使用に関する。この方法は、タッチ・センサの駆動電極および感知電極双方として機能する１つの電極３０で動作することができる。電極３０は、抵抗性材料であり、指３２が図示のように近づくと、電極に容量的に結合される。これらの図における電極の厚さは、例示の目的のために、全て誇張されている。
【００２３】
時間可変電圧源３４によって信号を発生する。電圧源３４は、電極３０の両端を同時に駆動するために、電極３０の両端に結合されており、第１端部３６は電流ｉ１によって駆動され、対向端３８は電流ｉ２によって駆動される、これらの端部の指定は任意であり、動作に影響はない。この図では、指３２が、電極３０の長さに沿って、位置Ｐにおいて示されている。
【００２４】
指の位置を決定できる前に、電極３０を通過する電流に影響を及ぼす物体がない場合の基準測定または公称(nominal)測定を行う。製造におけるばらつきや電極、駆動信号および電流測定ハードウェアの製造における種々の欠陥によって、指が検出されているときに行われる測定と比較して、基準測定値からの電流の相違を常に減算することができる必要がある。
【００２５】
電極３０を通過する基準電流を計算した後、電流計４２および４４によって測定した測定電流ｉ１およびｉ２の比率を用いて、位置Ｐの計算を行う。指または他の導電性物体が電極３０に近づくと、この電極上の容量性負荷がその位置で増大する。負荷容量の増大によって、駆動電流ｉ１およびｉ２の増大が起こる。電極３０の各端部からの駆動電流の量は、電極端３６および３８からの指３２の距離に依存する。指が電極３０のｉ１側の端部に近づく程、少ない電流がｉ１に駆動される。同様に、ｉ２が駆動されている端部から指が離れる程、多くの電流がｉ２によって駆動される。
【００２６】
電流ｉ１が電極端３６から駆動されており、電流ｉ２が電極端３８から駆動されていると仮定すると、位置Ｐは、単純な比率を用いて計算することができる。電流ｉ１が駆動される電極端３６に関して、次の式を用いて位置Ｐを決定する。
【００２７】
Ｐ  ＝  ｉ１  ／  ｉ１  ＋  ｉ２
同様に、電流ｉ２が駆動される電極端３８に関する位置Ｐについて、次の式を用いて、Ｐを決定する。
【００２８】
Ｐ  ＝  ｉ２  ／  ｉ１  ＋  ｉ２
基準線測定値が相当な電流量であるとき、これをこれらの電流から減算する。
以上の第１実施形態の重要な態様は、あらゆる数の電極にも位置決定システムを適応できることである。言い換えると、複数の電極における電流を同時に駆動および測定するために、多数の電圧源および電流計を用いることができ、あるいはこれらの電圧源および電流計を多重化して、所望のシーケンスまたはパターンで複数の電極に結合することができる。
【００２９】
本発明の他の態様は、他の軸における位置を決定するために、現在の１組の電極に対して直交に配置した他の１組の電極を用いる必要がないことである。つまり、図３に示すような複数の電極について考える。図３は、電極３０のアレイを示す。指４０が輪郭として示されている。指４０は、電極４６および４８によって、そして恐らくはこれらの電極の上下に直接隣接する電極、あるいはそれらよりも遠い電極によって強く検出される。先に説明した式によって、電極３０の長さに沿ったＸ軸における指４０の位置Ｐを容易に決定することができるが、Ｙ軸において他の方法を用いなければならない。
【００３０】
例えば、電極４６および４８上で駆動される電流の量は、他の全ての電極におけるよりも高くなる。更に、指４０が正確に電極４６および４８の間に配置されなければ、指に最も近い電極は他の電極よりも多い電流を駆動する。電極３０上で駆動される電流の相対量を用いると、Ｙ軸における指の位置を補間することができ、他に何の測定も行うことはない。
【００３１】
他の実施形態では、抵抗性電極は長く薄いワイヤまたは矩形以外の形状を有することができる。例えば、この電極は１つ以上の拡張領域またはドット(dot)を有することができる。これらのドット領域は薄い電極のエリアより大きいので、薄い電極のエリアよりも高い感度が本質的に得られる。
【００３２】
他の代替実施形態では、電極の形状は、ある種の幾何学的形状に対して電気的な非線形応答を与えるように形成される。同様に、電極の形状は、線形性を高めるために変更することもできる。
【００３３】
本発明の次の実施形態では、自己容量の代わりに相互容量を用いて、近隣の駆動電極または隣接する駆動電極上に信号を駆動することによって、感知電極に対する指の位置を決定する。
【００３４】
図４に示すように、この第１相互容量方法を電流分割方法と呼ぶ。この電流分割方法では、抵抗が低いまたは高い近隣の駆動電極５２にステップ状電圧を印加した結果として、抵抗性感知電極５０の各端部において、電流ｉ１およびｉ２を測定する。
【００３５】
図４において、駆動電極５２の両端は、電圧源５４を用いて、同じ矩形波または他の何らかの時間可変電圧によって駆動される。同時に、感知電極５０は、感知回路の各端部において結合されている。この場合、感知回路は、感知電極５０の任意に指定された端部から来る電流ｉ１およびｉ２を測定する。
【００３６】
自己容量方法におけると同様、感知電極上またはその付近に指または他の接触がない状態で測定を行うことによって、公称電流または基準電流を決定し、ｉ１＿公称およびｉ２＿公称が得られる。次いで、指がある状態で測定を繰り返すことによって、センサ上の指の位置、そしてセンサに沿った指の位置も決定することができ、ｉ１＿指およびｉ２＿指が得られ、以下の電流分割式を用いて位置Ｐを求める。
【００３７】
ｉ１  ＝  ｉ１＿公称  −  ｉ１＿指
ｉ２  ＝  ｉ２＿公称  −  ｉ２＿指
Ｚ  ＝  ｉ１  ＋  ｉ２
Ｐ  ＝  ｉ１  ／  Ｚ
尚、これらの式は、自己容量方法におけるように用いて、以上で示したようにｉ１を測定する端部に関する位置Ｐを求めるのではなく、ｉ２を測定する端部に関する指の位置Ｐを決定することができる。
【００３８】
この相互容量方法は、本質的に、自己容量の場合よりも電極の設計に多様性がある。何故なら、その場合、駆動および感知電極が同じ電極になるからである。相互容量の場合、感知電極および駆動電極を異なる数にすることができ、これらの電極を異なる方法で位置付けることができる。例えば、図５について考える。図５では、１つの駆動電極５０がここでは２つの感知電極５６および５８によって両側を囲まれている。その利点の１つは、同時に測定できる電極電流を増やせることである。感知電流ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４を測定することによって、本システムはノイズに対する耐性が一層強くなる。１つよりも多い感知電極を一度に測定することによって、走査速度も高くなる。
【００３９】
種々の電極レイアウトを用いることができるだけでなく、これらのレイアウトに対する走査パターンも様々にある。複数の電極を示す図６について考える。第１パターン６０において、電極は電極対に分割されている。このパターンでは、１つの電極が駆動電極であり、１つの電極が感知電極である。全ての電極を走査するまで、電極対毎にこのアレイを走査する。あるいは、３つのグループ６２毎に、これらの電極を走査し、中央の電極が駆動電極の役割を果たし、外側の電極は感知電極の役割を果たす。
【００４０】
他の走査パターンは、バランス・パターン(balanced pattern)を駆動することであり、１つ以上の電極が正に駆動され、等しい数の電極が負に駆動される。この電極パターンは、電極アレイ全体にわたってシフトする、または走査することができる。
【００４１】
他の代替駆動パターンでは、ある回数の測定において、直交符合を用いて１つ置きの電極を駆動し、駆動されない電極を全て、各端部において２つの異なる感知回路に接続する。直交性は、データ・ストリングを表すベクトル間における直交性の数学的固有性を利用する。例えば、２進ストリング「１０１１」は、ベクトル（１，０，１，１）によって表される。ベクトルは、それらのドット積を取ることによって、それらそれぞれの成分の積を加算することによって、乗算することができる。ドット積が０である場合、２つのベクトルは互いに直交すると言う。直交符合を用いる駆動電極は、当業者には既に知られている方法であり、本発明に適用することができる。
【００４２】
他の代替走査パターンでは、１つ置きの電極を同じパターンで駆動し、駆動されない電極を独立して測定するか、または直交符合パターンで一緒に加算する。
また、異なる物理レイアウトを用いることができることも述べられた。例えば、駆動および感知電極は全て、図６に示すように、互いから電気的に絶縁されている。代替実施形態では、感知電極は、１つの感知電極６０とすることができ、図７に示すように、駆動電極６２と交互交差されている。あるいは、駆動電極を１つの大きなシートにすることもでき、感知電極をアレイ状にしてこのシートの上に配置することもできる。
【００４３】
尚、本発明は、多数の指の検出および追跡にも用いることができることは言うまでもない。１本以上の指または導電性物体の位置は、多数の物体が同じ電極上にあるときを除いて、加重平均、または傾き検出、またはゼロ交差、またはピーク検出というような、種々の方法で決定することができる。
【００４４】
同じ電極上において２つの物体の位置を決定する１つの方法は、２本の指が異なる電極上にあり別個の信号を有していた直前の追跡履歴によって、２本の指が存在すると推論することである。同じ電極上にある２本の指は、指が１本のときよりも約２倍大きい結合結果信号(combined resulting signal)を有する。そして、位置を計算すると、２本の指間の距離の中間点となる。次に、直前の位置履歴および現在の位置の組み合わせを用いて、指毎の計算位置を推定する。これは、指が同じ電極上にある間しか続かない。
【００４５】
多指位置(multi-finger position)の代替実施形態では、指の位置近くにある電極に対する比率計算における差から２本の指を推論するという、他の技法がある。これを行うには、指の近傍にある電極毎に位置比率値（Ｘ）を決定する。次いで、この比率値を調べて、離れた電極の値(distant electrode values)（Ｖ２）の平均の差を決定する。比率値（Ｘ）を指位置の平均値として用いて、２本の指の位置を計算し、各指を１／２  Ｖ２だけ変位させる。
【００４６】
指の位置を決定する他の技法は、感知回路毎にＲＣ時定数、または群遅延を調べることである。
指または接地された物体で接触することの代わりになるのは、キーマットにおける炭素粒または金属スナップ・ドーム(metal snap dome)のような、小さな浮遊導体を感知電極上に置くことである。これらの浮遊導体が、指による押圧によってセンサに近づくと、駆動電極と感知電極との間の結合が増加する。浮遊導体の位置は、同じ式を用いて計算される。
【００４７】
本発明の次の実施形態も、自己容量の代わりに相互容量を用いて、近隣または隣接する駆動電極上で信号を駆動することによって、感知電極に関する指の位置を決定する。しかしながら、電流分割回路を用いる代わりに、この次の実施形態では電圧分割回路を用いる。
【００４８】
図８は、本発明の第１実施形態の模式図である。電極の数は例示の目的に過ぎず、限定と考えてはいけない。したがって、第１の測定のために構成された３つの駆動電極１５０が示されている。第１の測定では、駆動電極１５０の全てが第１端１５２から駆動され、逆側の第２端１５４において接地されている。駆動電極１５０の各々は、これらの電極を駆動するためにＡＳＩＣ１５６（特定用途集積回路）のような駆動回路に結合されている。各ＡＳＩＣ１５６は、選択された駆動電極１５０を、種々の電気パターンで駆動する。つまり、駆動電極１５０の各々が駆動されるとき、一意の電気パターンを有することができるということが、本発明の他の態様である。これらの種々の駆動パターンは、一度に１つずつ、または同時に多数走査することができる。
【００４９】
その代替は、他のパターンは、固定の分離で、逆位相で多数の電極を駆動することである。別のパターンは、逆位相またはずらした位相で、あるいは多数の周波数で直交符合パターンによって多数の電極を駆動することである。
【００５０】
本発明の重要な態様は、各ＡＳＩＣ１５６をその駆動電極１５０のいずれかの端部に結合できることである。つまり、駆動電極１５０の一端をＡＳＩＣ１５６に結合するとき、逆側の端部は接地に結合されるように常に構成されている。
【００５１】
感知電極１６０は、駆動電極１５０の各々の間に配置されている。感知電極１６０の各々は、感知増幅器１６２に結合され、更に感知電極１６０上の信号を測定するためにアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１６４に結合されている。
【００５２】
尚、感知電極１５０および駆動電極１６０の数は、タッチパッド設計の必要性に応じて、増減できることは言うまでもない。
第１の測定では、各ＡＳＩＣ１５６が同時に各駆動電極１５０の第１端にしかるべき駆動信号を供給し、次いで、各感知増幅器１６２上の信号を測定する。第１の測定を行った後、駆動電極１５０を構成しなおして、図９に示すように、次はＡＳＩＣ１５６が第２端１５４に結合され、第１端１５２が接地されるようにする。ここでは、ＡＳＩＣ１５６はしかるべき信号で駆動され、次いで感知増幅器１６２およびＡＤＣ１６４が再度、感知電極１６０に結合されている信号を測定する。
【００５３】
駆動電極１５０および感知電極１６０は、平行な細片(strip)、あるいはＩＴＯまたは炭素インクのような抵抗性導電体で作られており、タッチ面上、面内、または面の下にある。
【００５４】
駆動電極１５０は、一端に刺激を有し逆側の端部で接地されており、こうして各駆動電極１５０の長さにわたって線形なまたは可変の電界を形成する。第１および第２の測定が行われた後、この情報は、Ｘ（またはＹ）位置およびＺ高さについて解くために用いられる。
【００５５】
以下のプロセスは、位置を計算するために用いることができるが、限定と考えてはならず、例示を目的にするに過ぎない。つまり、第１の測定値がｍ１であり第２の測定値がｍ２であり、更に基準線測定値がｂ１およびｂ２である場合、指の寄与は差となる。即ち、ｎ１  ＝  ｍ１  −  ｂ１、ｎ２  ＝  ｍ２  −  ｂ２となる。
【００５６】
次いで、細片の長さの分数として、指の位置を計算することができ、一端が０であり、他端が１である。この細片の長さをＸ軸と見なすと、指のＸ位置は次のようになる。
Ｘ  ＝  ｎ１  ／  （ｎ１  ＋  ｎ２）
Ｚ軸または指の感度は、２つの測定値の和として計算することができる。即ち、
Ｚ  ＝  ｎ１  ＋  ｎ２
となる。
【００５７】
Ｙ軸における指の位置は、隣接する感知電極から補間し、電極のアレイに沿ってまたは傾きからピークＺを計算することによって計算することができる。
基準測定値を得るために、指がタッチパッドの表面に接触しない状態で、測定を行う。指がセンサに接触すると、通例、駆動電極１５０と感知電極１６０との間の相互容量は減少する。感知電極１６０上に誘発される電荷の量は、駆動および感知電極１５０，１６０に沿った指の位置と、電極に接触する指の大きさの関数である。基準線の測定値と指が接触しているときの測定値との間における信号差を用いて、指の位置および強さを測定する。
【００５８】
代替実施形態では、１つの駆動電極１５０および１つの感知電極６０がある。
他の代替実施形態では、周囲の電界を取り込むために、１つの駆動電極１５０と複数の感知電極とがある。
【００５９】
他の代替実施形態では、２つの駆動電極があるが、これらは逆極性であり、感知電極（１つまたは複数）１６０に対する公称電気結合が均衡される、即ち、打ち消されるので、指の存在によって電気的な不均衡が生じるようにしている。
【００６０】
他の代替実施形態では、多数の駆動および感知電極１５０，１６０が同時に活性化され、これによってノイズを低減し、走査速度を高める。
他の代替実施形態では、タッチパッドが小さな自己容量を有し有意な(significant)接地基準に接続されていないときに、指がタッチパッドと共通の電気基準を有することができるように一部の接地電極が駆動電極１５０および感知電極１６０間に散在する。例えば、これは、タッチパッドがセル・フォンのような移動体デバイスの中にある場合が考えられる。
【００６１】
他の代替実施形態では、駆動および感知電極を固定および専用にすることができる、あるいは必要に応じて駆動電極または感知電極として機能するために、これらを完全に構成変更可能にすることもできる。
【００６２】
尚、以上で説明した構成は、本発明の原理の応用を例示するに過ぎないことは言うまでもない。本発明の主旨や範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更や代替構成も考案することができよう。添付した特許請求の範囲は、このような変更や構成も包含することを意図している。
【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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【国際調査報告】
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