(57)【要約】  本発明はタッチ感応スクリーン用の制御及び処理ユニットに関し、通信ユニットとメモリを備えている。制御及び処理ユニットは、入力ユニットから制御及び処理ユニットに転送された第２のセンサデータを受信する為に、タッチ感応スクリーンの静電容量型センサによって生成された第１のセンサデータを受信するように構成され、第２のセンサデータは、入力ユニットのセンサのデータを含み、前記センサは、入力ユニットが下に置かれたことを検出するように設計され、又、入力ユニットがタッチ感応スクリーン上に置かれているかを確認する為に、第１と第２のセンサデータの時系列に基づいて、入力ユニットを下に置いたことと、導電性構造を備えた物体をタッチ感応スクリーン上に載置したことが同時に検出されているかを調査するように設計されている。本発明は更に、そのような制御及び処理ユニットを備えたシステム並びに使用方法に関する。【選択図】図２
2021522624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ユニットとメモリを備えたタッチ感応スクリーン（２）用の制御及び処理ユニット（３）であって、前記制御及び処理ユニット（３）が、 
−タッチ感応スクリーン（２）の静電容量型センサによって生成された第１のセンサデータを受信し、
−入力ユニット（１）から前記制御及び処理ユニット（３）に第２のセンサデータを受信し、前記第２のセンサデータは、前記入力ユニット（１）のセンサのデータを含み、前記センサは、入力ユニット（１）を下に置いたことを検出するように設計され、
−前記入力ユニット（１）が前記タッチ感応スクリーン（２）上に置かれているかを確認する為に、前記第１と第２のセンサデータの時系列に基づいて、前記入力ユニット（１）を下に置いたことが、導電性構造を備えた物体を前記タッチ感応スクリーン（２）上に載置したことと同時に検出されているかどうかを調査し、
−前記入力ユニット（１）の前記導電性構造（１．６）に関する静電容量パターンを生成して記憶し、前記静電容量パターンは少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含み、
−前記載置することと下に置くことが同時に検出された場合に、前記入力ユニットにデータを送信する、及び／又は前記入力ユニットからデータを受信することによって前記入力ユニット（１）用のカップリングモードを生成する、
ように構成されている制御及び処理ユニット（３）。
【請求項２】
前記入力ユニット（１）が前記タッチ感応スクリーン（２）上に置かれていた場合に、前記タッチ感応スクリーン（２）上の前記入力ユニット（１）の位置を決定するように構成されている、請求項１に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項３】
前記入力ユニット（１）の静電容量パターンを既知の静電容量パターンと比較するように構成されている、請求項１乃至２の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項４】
前記入力ユニット（１）の配向を、前記入力ユニット （１）の静電容量パターンから決定するように構成された請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項５】
前記入力ユニット（１）が前記タッチ感応スクリーン（２）上に置かれている場合に、前記タッチ感応スクリーン（２）上での前記入力ユニット（１）の回転及び／又は並進移動を、前記第１の及び／又は第２のセンサデータを評価することによって、特に、前記第１と第２のセンサデータを比較することによって、追跡するように構成されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項６】
前記入力ユニット（１）が前記タッチ感応スクリーン（２）上に置かれている場合に、前記制御及び処理ユニットのメモリ（３′）と前記入力ユニットのメモリ（１）との間の無線データ交換（Ｂ，Ｂ′）向けに構成されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項７】
前記入力ユニット（１）から前記制御及び処理ユニット（３）に伝送された第２のセンサデータを受信するように構成され、前記第２のセンサデータは、加速センサの、及び／又はジャイロスコープの、及び／又は距離センサの、及び／又はカラーセンサの、及び／又は入力ユニットのＧＰＳのデータを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項８】
前記タッチ感応スクリーン（２）を、前記第１の及び／又は第２のセンサデータに基づいて作動させる、及び／又は前記タッチ感応スクリーン（２）の入力信号を受信するように構成された、請求項１乃至７の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項９】
前記入力ユニット（１）のタッチ感応スクリーン（１．１）を作動させるように、及び／又は前記入力ユニット（１）の前記タッチ感応スクリーン（１．１）の入力信号を受信するように構成された、請求項１乃至８の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項１０】
前記タッチ感応スクリーン（２）を、前記入力ユニット（１）の前記タッチ感応スクリーン（１．１）の前記入力信号に基づいて作動させるように構成される請求項９に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項１１】
前記第１と第２の センサデータの時系列を、夫々１００ミリ秒、好ましくは５０ミリ秒、特に好ましくは２０ミリ秒、特に少なくとも１０ミリ秒の精度で決定するように構成された、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項１２】
前記第１のセンサデータ及び／又は第２のセンサデータが前記入力ユニット（１）の持ち上げに帰因し得る場合に、前記カップリングモードを終了するように構成された請求項１乃至１１の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項１３】
−少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）から前記制御及び処理ユニット（３）に伝送された前記少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）の更なる第２のセンサデータを受信するように構成され、前記第２のセンサデータは、前記少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）のセンサのデータを含み、前記センサは、前記少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）を下に置いたことを検出するように設計され、
−前記少なくとも１つの更なる入力（１′）が前記タッチ感応スクリーン（２）上に置かれたかどうかを判断する為に、前記少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）を下に置いたことが、導電性構造を備えた更なる物体を前記スクリーン上に載置したことと同時に検出されたかに関して、前記第１のデータと、前記更なる第２のデータの時系列に基づいて調査し、
−前記更なる入力ユニット（１′）の導電性構造に関する静電容量パターンを生成して記憶し、
−前記載置することと前記下に置くことが同時に検出された場合に、前記少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）にデータを送信することによって、及び／又は前記少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）からデータを受信することによって、前記少なくとも１つの更なる入力ユニット（１′）向けのカップリングモードを生成する、
ように構成された請求項１乃至１２の何れか一項に記載の制御及び処理ユニット（３）。
【請求項１４】
タッチ感応スクリーン（２）、制御及び処理ユニット（３）及び入力ユニット（１）を備えたシステムであって、
−前記タッチ感応スクリーン（２）が、第１のセンサデータを収集する為の静電容量型センサを備え、
−前記入力ユニット（１）が、前記入力ユニット（１）を前記タッチ感応スクリーン（２）上に載置すると、前記タッチ感応スクリーン（２）の静電容量型センサによって検出可能な静電容量変化を誘起する導電性構造（１．６）を備えており、
−前記入力ユニット（１）が、第２のセンサデータを収集する為のセンサを備え、前記センサは、前記入力ユニット（１）を下に置いたことを検出するように設計され、
−前記入力ユニット（１）は、前記第２のセンサデータを前記制御及び処理ユニット（３）に伝送するように構成され、
−前記制御及び処理ユニット（３）は、前記入力ユニット（１）が前記タッチ感応スクリーン（２）上に置かれているかを確認する為に、前記第１と第２のセンサデータの時系列に基づいて、前記入力ユニット（１）を下に置くことが、導電性構造を備えた物体を前記タッチ感応スクリーン（２）上に載置することと同時に検出されているかどうかを調査するように構成され、又、前記入力ユニット（１）の前記導電性構造（１．６）に関する静電容量パターンを生成して記憶するように構成され、前記静電容量パターンは、少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含み、
−前記制御及び処理ユニット（３）と前記入力ユニット（１）は、前記載置することと下に置くことが同時に検出された場合に、データの交換によってカップリングモードを生成するように構成されているシステム。
【請求項１５】
少なくとも以下のステップを含むタッチ感応スクリーン（２）の使用方法であって、
−タッチ感応スクリーン（２）の静電容量型センサによって静電容量変化を検出し、前記静電容量変化は、前記タッチ感応スクリーン（２）上に載置された物体の導電性構造から引き起こされ、
−入力ユニットを下に置いたことを、前記入力ユニットのセンサによって検出し、
−前記検出された導電性構造が前記入力ユニット（１）の導電性構造（１．６）であるかどうか、又、前記入力ユニット（１）が前記タッチ感応スクリーン（２）上に置かれているかを確認する為に、前記入力ユニット（１）を下に置くことが、前記導電性構造を備えた物体を前記タッチ感応スクリーン（２）上に載置することと同時に検出されているかどうかを調査し、
−前記入力ユニット（１）の前記導電性構造（１．６）に関する静電容量パターンを生成して記憶し、前記静電容量パターンは少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含み、
−前記載置することと下に置くことが同時に検出された場合に、前記制御及び処理ユニット （３）と前記入力ユニット（１）との間のデータ交換によって、前記タッチ感応スクリーン（２）の前記制御及び処理ユニット（３）と前記入力ユニット（１）との間のカップリングモードを生成する、
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主クレームに記載のタッチ感応スクリーン用の制御及び処理ユニット、並びにそのような制御及び処理ユニットを備えたシステム及びそれらの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、タッチ感応スクリーン（タッチスクリーン）は様々な分野で使用されている。例えば、タッチ感応スクリーンは、例えばスマートフォン、タブレットＰＣ及び最も多様な販売機で使用されている。これらのタッチ感応スクリーンの１つの利点は、入力並びに出力がスクリーンを介して行われ得るという事実である。タッチ感応スクリーンは典型的に、指でタッチされたスクリーンの場所を検出することが可能である。
【０００３】
静電容量型タッチスクリーンは多くのタッチ感応スクリーンに適用されている。これにより、互いに横方向にアラインされた透明導電体の２つのグリッドがガラス内に配置されている。２つの導電グリッドのうち上のグリッドは下のグリッドにコンスタントに電気信号を送信する。スクリーンが指でタッチされると、間にある絶縁層の静電容量が変化して、これらの場所での信号が弱くなる。するとプロセッサは、信号が降下した位置を計算して、このタッチの場所と持続時間をデバイスのソフトウェアに伝送する。次にこれが、タッチを受けての対応するアクションを実行する。
【０００４】
更に、多くの場合複数のタッチ（マルチタッチディスプレイ）を同時に検出できるそのような静電容量型タッチ感応スクリーンは通常、タッチ感応スクリーン上に載置された受動物体を検出するように設計されていない。対照的に、そのようなシステムは典型的に、受動物体によって誘発されたタッチデータを除外する為にフィルタを含む。
【０００５】
受動入力ユニットをタッチ感応スクリーンによって検出できる、タッチ感応スクリーン又は方法によって検出可能な受動入力ユニットは文献にて提案されている。
【０００６】
特許文献１は、静電容量型タッチスクリーンの静電容量の変化をモニタする情報処理デバイスに関する。ここで、静電容量の変化は、例えばＱＲコード（登録商標）等のパターン情報がコード化され得る導電性材料によって引き起こされる。
【０００７】
入力ユニットによる、タッチ感応スクリーンのトラブルのない動作の為には、以下の条件のうち少なくとも１つ、２つまたはそれ以上が満たされなければならない。
１．特にユーザによってタッチされたか否かとは無関係に、又、タッチ感応スクリーン上でのそれらの位置及び配向と無関係に、入力ユニットが現在タッチ感応スクリーン上に存在するか否かを確認することが可能でなければならない。
２．各入力ユニットが明確に識別可能でなければならない。
３．１つ又は複数の入力ユニットの正確な位置及び／又は配向が判定されなければならない。
４．素早く移動する入力ユニットの位置及び配向の変化が、顕著な遅延なく検出されなければならない。
【０００８】
現況技術で開示された多くのシステムは、これらの４つの条件のうち少なくとも１つ以上、又は全部を満たすことができないか、又は満足な度合いで満たすことができないことが判明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１４９１１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、タッチ感応スクリーン用の制御及び処理ユニットを提案することであり、前記ユニットは、説明した現況技術の不都合を克服する。本発明の更なる目的は、現況技術の不都合を少なくとも部分的に克服することが可能なタッチ感応スクリーンの使用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、主クレームの特徴を備えた制御及び処理ユニット、並びに、更なる独立クレームの特徴を備えた方法によって達成される。更なる展開は、従属クレームの特徴並びに説明及び図面から導出される。
【００１２】
タッチ感応スクリーン用のそのような制御及び処理ユニットは、通信ユニットとメモリを備えている。
【００１３】
制御及び処理ユニットは、タッチ感応スクリーンの静電容量型センサによって検出された第１のセンサデータを受け取るように構成される。スクリーンに接触する物体の、又はスクリーン上に載置された物体の導電性構造によって引き起こされた静電容量の変化は、静電容量型センサによって検出され得る。この検出は典型的に、こうして引き起こされた静電容量変化の規模の、局所的分解判定を含む。
【００１４】
更に、制御及び処理ユニットは、入力ユニットから制御及び処理ユニットに伝送された第２のセンサデータを受け取るように構成される。第２のセンサデータは、入力ユニットのセンサのデータを含み、前記センサは入力ユニットを下に置いた（ｐｕｔｔｉｎｇ  ｄｏｗｎ）ことを検出するように設計されている。
【００１５】
制御及び処理ユニットは、第１と第２のセンサデータの時系列に基づいて、入力ユニットを下に置いたこと（ｐｕｔｔｉｎｇ  ｄｏｗｎ）が、導電性構造を備えた物体を、タッチ感応スクリーン上に載置したこと（ｐｌａｃｉｎｇ）と同時に検出されているかどうかを、第１と第２のセンサデータの時系列に基づいて調査するように構成される。こうして、入力ユニットがスクリーン上に置かれたか、よって、検出された導電性構造が入力ユニットの導電性構造であるかどうか、及び従って、載置された物体が入力ユニットであるかどうかを判断することができる。
【００１６】
制御及び処理ユニットは次に、入力ユニットの導電性構造に関する静電容量パターンを生成して記憶し、静電容量パターンは、少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化の空間的分解表現、又は、対で異なる大きさである少なくとも３つの静電容量値、或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含む。
【００１７】
スクリーンの接触と入力ユニットを下に置いたことが同時に検出されていれば、制御及び処理ユニットは、入力ユニットにデータを送信する及び／又は入力ユニットからデータを受信することによって、入力ユニット用のカップリングモードを生成する。
【００１８】
導電性構造によって異なる場所で異なる強度で誘発される静電容量変化の規模の検出は、静電容量型センサによって可能となる。静電容量変化が発生する様々な場所であって一箇所のみではない静電容量変化の規模は、従って、グレースケール画像の場合と同様に、静電容量パターンにイメージングされ得る。上記のように、静電容量パターンは従って、異なる場所で少なくとも２つの異なる大きさの静電容量を備え、それらの相対位置、従って例えばそれらの距離を含む。従って、少なくとも２つの異なる静電容量変化は一般に、異なる静電容量変化閾値を備えた２つの異なる白黒画像からの情報を少なくとも含む。可能な実施形態では、静電容量パターンは、２つのグレースケールを備えたグレースケール画像として、又は、異なる閾値の少なくとも２つの白黒画像として記憶される。
【００１９】
特に、説明した特徴を備えた制御及び処理ユニットによって、例えば、携帯電話機又は タブレット又はそれに匹敵するデバイス等の電子デバイスを入力ユニットとして使用することが可能である。ここで、説明した静電容量パターンの検出故に、デバイスを、その構造に関して修正する必要なく、従って、例えば、ケーシングを変更する必要なく、又はスリーブを装着する必要なく、使用することが可能である。
【００２０】
更に、例えば、そのような電子デバイスに典型的に存在する加速センサ等のセンサが、第２のセンサデータを収集する為に使用され得る。
【００２１】
これによって、無修正の携帯電話機又はタブレットを入力ユニットとして使用している場合でも、現況技術の不都合が少なくとも部分的に克服され、タッチ感応スクリーンの動作の為の特別製造入力ユニットが不要である。
【００２２】
本明細書では、所謂適応型閾値処理方法が、閾値設定に適用されてよく、画素の閾値は、画素の環境からの信号から計算される。特に、そのような方法は、幾つかの入力ユニットの導電性構造が、それらの設計により、又はタッチ感応スクリーンのグリッドに対するそれらのアライメントにより、異なる強さの信号を誘発した場合に、幾つかの入力ユニットの認識を可能にする（この可能性については以下に詳述する）。適応型閾値処理によって、入力ユニットの導電性構造が異なる閾値で異なる強さの信号を生成する場所である、単一の入力ユニットの異なる領域を検出することも可能である。
【００２３】
従ってタッチ感応スクリーンは、１０ｐＦ以下の静電容量変化を検出するように構成される。可能な実施形態では、例えば、３ｐＦ、好ましくは１ｐＦ、特に好ましくは０．１ｐＦの静電容量変化が検出可能である。タッチ感応スクリーンのガラス厚さは例えば４ｍｍ以下である。これによって、入力ユニット又は入力ユニットの導電性構造を、スリーブ越しであっても検出することが可能になる。更に、これによって、入力ユニットをその配向に係らず、つまり、測定点に対する、又はタッチ感応スクリーンのグリッドに対する導電性構造のアライメントに係らず、確実に検出することが可能となる。
【００２４】
これにより、導電性構造の差別化された特徴的な画像が静電容量パターンによって取得され、それは一方では、指紋に類似した認識特徴を表し、他方では、スクリーン上のトラッキングと、スクリーン上の配向の検出を可能にする。そのように記憶又はトラッキングされた静電容量パターンの分析と処理は、制御及び処理ユニットによって画像処理方法で実行され得る。誘起された静電容量変化の位置は、説明した静電容量パターンを決定する為に、少なくとも相対的に検出される。
【００２５】
上記のように、第１と第２のセンサデータの、説明した分析によって、又は、第１と第２のセンサデータの比較によって、導電性構造を備えた載置された（ｐｌａｃｅｄ−ｏｎ）物体が、下に置かれた（ｐｕｔ−ｄｏｗｎ）入力ユニットであることを確証できる。従って、入力ユニットの確証は、載置するという物理的プロセスによって達成される。これは、例えば、ブルートゥース（登録商標）接続の生成（ペアリング）等の単純なカップリング機構と比べて望ましい安全性能を表し得、前記セキュリティ性能は、提案されるデバイスによって達成される。
【００２６】
入力ユニットが確証されてカップリングモードに配置された場合、入力ユニット上の補足情報及び／又は冗長若しくは部分的冗長情報が第１及び第２のセンサデータから生じ、前記情報は制御及び処理ユニットによって、又はこれによって実行される対応する方法で使用される。ここで、冗長性はカップリングモードを生成する為、又は確証の為に特に関与する。このことは、下に置くことと載置することが同時に発生したかどうかを調査する状況で説明されてきた。補足データは、カップリングモードが生成した後でアクションをより大きな精度又は確度で検出する為に役立ち得る。この態様については更に後述する。
【００２７】
典型的に、単一の入力ユニットによって誘発される静電容量変化は、２箇所を超える場所で誘発される。例えば、３５ｍｍ２当り少なくとも１画素の解像度で、好ましくは１５ｍｍ２当り少なくとも１画素の解像度で、特に好ましくは６．８ｍｍ２当り少なくとも１画素の解像度で検出される。例えば、タッチ感応スクリーンは対角１０〜１００インチのスクリーンを有し得る。一実施形態では、タッチ感応スクリーンは対角５５インチのスクリーンを有し、寸法は１２２０ｍｍ×６８０ｍｍであり、１７２×１０５画素を有し、それで第１のセンサデータが収集され、従って入力ユニットの導電性構造が検出され得る。
【００２８】
タッチ感応スクリーンのセンサによって検出可能な導電性構造は、入力ユニットの導電性構成要素を備えている。最初に述べたように、静電容量型センサは、特定の構造を、それらがタッチされていなくても（受動的に）検出できる。タッチ感応スクリーン向けの提案される制御及び処理ユニットによって、携帯電話機又はタブレット又は他の電子デバイスの導電性構造が検出され得、それらの静電容量が、そのデバイスがタッチされていなくても記録され得ることが判明している。特に、このことは、本明細書に記載の静電容量パターンの設計によって、又、静電容量型センサの記載された使用によって達成される。典型的事例では、入力ユニットは携帯電話機又はタブレットである。以後携帯電話機に言及する場合は常に、これは、本発明の文脈において、例えばタブレットと同じ方式で構築又は構成された他の電子デバイスも意味することに留意すべきである。デバイスの類似性はそれにより、夫々の電子デバイスの、タッチ感応スクリーンのセンサとの、及び制御及び処理ユニットとの相互作用に関連する。上記のように検出され、携帯電話機の、又はタブレットの指紋を表す携帯電話機又はタブレットの導電性構造は、例えば、ストリップ導体、携帯電話機の又はタブレットのカメラの一部、携帯電話機の又はタブレットの電池の一部、又は携帯電話機の又はタブレットのハウジングの一部である。従って、検出される構造はハウジング内に有り得るものであり、典型的な事例ではそれら自体はタッチ感応スクリーンと直接接触しない。
【００２９】
上記のように、入力ユニット又は携帯電話機は、上記の文脈では受動入力デバイスである。それにも拘らず、携帯電話機又は入力ユニットの導電性構造によって誘発される静電容量変化は、携帯電話機がタッチされれば、より大きくなる。典型的に、静電容量パターンは、可能な限り良好なコントラストを達成する為に、載置され、入力ユニットがタッチされたときに直接検出される。
【００３０】
提案される制御及び処理ユニットは、入力ユニットがスクリーン上に置かれたときに、タッチ感応スクリーン上に置かれた入力ユニットの位置を判定するようにも構成され得る。入力ユニットによって誘起される静電容量変化の相対位置の判定とは別に、前記判定は静電容量パターンの為に必要であり、これは、タッチ感応スクリーン上での入力ユニットの絶対位置の判定も伴う。この為、静電容量パターンの少なくとも１つのポイントがタッチ感応スクリーン上の、各静電容量変化が生じる場所に割り当てられる。従って、これに関してグレースケール画像又は１つ以上の白黒画像が撮像され得、前記画像は、静電容量変化が誘起される領域ばかりでなく全スクリーンを包含する。典型的に、スクリーン上の入力ユニットの輪郭又は外縁は、位置を決定する為に検出され得る。輪郭の位置は、例えば、幾つかの記録された白黒画像から抽出され得る。例えば、輪郭の検出は、閾値が最低である白黒画像から生じ得る。
【００３１】
次に、位置とは無関係に、より高い閾値の白黒画像から入力ユニットの配向も検出することができ、その画像に関して、スクリーン全体との関連での構造が検出される。異なるコントラストとディテールの度合いが閾値に依存して達成され、その結果、追加閾値によって構造をより良く分解することが可能になる。
【００３２】
提案されるデバイスは、異なる携帯電話機の異なる構造が認識されることを可能にする。異なる携帯電話機の異なる構造によって誘起される静電容量変化は互いに異なり得る為、典型的に、制御及び処理ユニットを、異なる顕著な静電容量変化に対して反応するように構成することを想定する。制御及び処理ユニットを、第１の検出ステップにおける静電容量変化の所定の閾値を使用するように設計することを想定してもよい。  
【００３３】
制御及び処理ユニットは、入力ユニットの検出された静電容量パターンを、既知の静電容量パターンと比較するように構成され得る。制御及び処理ユニットは、例えば、第１の ステップで、少数の閾値での粗い静電容量パターンを記録してよい。これは速度の利点を伴い得る。記録された静電容量パターンは既知の静電容量パターンと比較され得、既知の静電容量パターンは例えば、機械学習の方法によって検出されている。これは次に、携帯電話機のモデルが決定されることを可能にする。従って、入力ユニットは、載置されたときに完全に測定される必要はなく、既知のモデルへの割り当ての範囲のみで測定される。既知のモデルに関してメモリ内に存在し得るデータはこの場合、例えば、載置されたときに誘起される典型的な静電容量変化、及び、制御及び処理ユニットを使用するときに役立ち得る更なるデータも含み得る。従って、例えば、どのタイプの静電容量変化が、載置したとき、離したとき、回転又は持ち上げたときの、特定の入力ユニットに特徴的であるかを記憶させてもよい。制御及び処理ユニットは、どの信号で特定の入力ユニットが、離された、移動または回転されるかに関する情報、及び／又は入力ユニットによって誘発された信号が、その配向に依存してどの様に変化するかに関する情報を有する。
【００３４】
制御及び処理ユニットは、入力ユニットの配向を静電容量パターンから決定するように構成され得る。上記のように、入力ユニットの位置は、それによって引き起こされた、タッチ感応スクリーンの総寸法に対する静電容量変化の絶対位置が、第１のセンサデータから抽出されることによって検出される。一方、例えば、位置を決定する為には、低閾値の単一の白黒画像、又は、最下閾値のグレースケース画像の使用が必要であるが、配向を決定する為には、幾つかの画像又はグレースケールを使用すること、又は幾つかの画像を選択することが必要であり得る。この為、崩れた、可能な限り対称性又は回転対称性の低いパターンが、配向を決定する為に使用される白黒画像上で、又は配向を決定する為に使用されるグレースケール内で、静電容量変化故に識別可能であれば、有利である。機械学習に補助されて作成された既知のデータを特定のモデルの携帯電話機に使用することによって、可能な限り低い対称性を有するそのようなパターンを得る為にどの閾値が適しているかを先見的に知ることができる。すると、新たに載置された入力ユニットに関して対称性を再調査する必要がなく、上述の識別を実行するだけでよい。典型的に、入力ユニットは、少なくとも載置したときと動かしたときにタッチされ、結果として、その場合、構造の検出が単純化される。この態様も同様にここで利用される。
【００３５】
制御及び処理ユニットによって受信された第２のセンサデータは、入力ユニットの加速センサのデータを含み得る。しかしながら、代替的に又は付加的に、第２のセンサデータが、ジャイロスコープの、及び／又は距離センサの、及び／又はカラーセンサの、及び／又は磁気計の、及び／又はＧＰＳシステムの、又は別の衛星ベースの測位システムのデータを含むことも可能である。これらのセンサのうち少なくとも一部は典型的に、携帯電話機又はタブレットに存在する。
【００３６】
入力素子の、異なる方向における増速及び／又は減速は、加速センサの補助によって認識され得る。入力ユニットが加速される方向は、例えば、加速センサが、入力素子に何処から重力が作用しているかを判断することによって、加速センサによって検出され得る。これにより、互いに垂直である３つの空間的方向における加速の測定が、一般に行われ得る。
【００３７】
更なる展開では、加速センサは入力ユニットが下に置かれたことを検出するように設計される。入力ユニットを、例えば、タッチ感応スクリーン上に置くと、入力ユニットは典型的に特徴的加速を得る。従って、この特徴的加速を検出することによって、入力ユニットが下に置かれたかどうかを認識できる。
【００３８】
加速センサは更に、入力素子の、例えばタッチ感応スクリーンからの持ち上げを検出するように設計され得る。入力素子は、入力素子の持ち上げ時の特徴的加速も取得し、前記加速は加速センサによって検出可能である。
【００３９】
加速センサは更に、タッチ感応スクリーン上での入力素子の加速を検出するようにも設計され得る。入力素子が、タッチ感応スクリーン上に置かれた後でタッチ感応スクリーン上で並進又は回転移動した場合、これは従って加速センサによって検出可能である。
【００４０】
加速センサの精度は少なくとも８ｇ、４ｇ又は２ｇの±２．５％以下、従って、±０．２ｇ、±０．１ｇ又は±０．０５ｇ以下であり、ｇは、空間依存性地球重力であり、例えば、約９．８１ｍ／ｓ２である。
【００４１】
上述のように、加速の時間分解能によって、入力ユニットが何時タッチ感応スクリーン上に載置されたか、又は載置されたかどうかを判断できる。これによって、どの入力素子が、何時及び何処に載置されたかを明確に判断できる為、これは、異なる入力ユニットの擬似同時配置の場合に有利である。幾つかの入力ユニットの可能性については以後更に詳述する。この為、加速センサは、加速を、少なくとも１００ミリ秒、好ましくは少なくとも５０ミリ秒、特に好ましくは少なくとも２０ミリ秒、特に少なくとも１０ミリ秒の時間精度で検出するように設計され得る。加速センサのデータ伝送速度は、１．６〜８００Ｈｚであり得、即ち、値は６４１ミリ秒毎、又は１．２５ミリ秒毎に伝送され得る。
【００４２】
同様に、タッチ感応スクリーンは、接触の検出の為に、少なくとも１００ミリ秒、好ましくは少なくとも５０ミリ秒、特に好ましくは少なくとも２０ミリ秒、特に少なくとも１０ミリ秒の時間分解能を有し得る。これは、例えば、上記の可能な５５インチスクリーンの画素の１７２×１０５測定値、又は類似した数のセンサデータがそのような速度で取得され得るということを意味している。これらは典型的に第１のステップでデジタル化される。デジタル化は、制御及び処理ユニットで行われても、又は、制御及び処理ユニットのタッチコントローラで行われてもよく、更に、データを補間する為のステップも含み得る。デジタル化は、５０ミリ秒毎に一度、１０ミリ秒毎に一度、又はそれ以上頻繁に、例えば、１ミリ秒毎、又は０．１ミリ秒毎に実行されてもよい。デジタル化されたデータ又はアナログセンサデータは次に、典型的には、ＵＳＢ、例えばＵＳＢ１．１又は、好ましくは、ＵＳＢ２．０以上等のケーブル接続を介して制御及び処理ユニットに伝送され得る。
【００４３】
好ましくは、時間測定は、時系列が互いに比較され得るように、入力ユニットとタッチ感応スクリーンにおいて同期化される。制御及び処理ユニットは、例えば、第１と第２の センサデータの時系列を、夫々１００ミリ秒、好ましくは５０ミリ秒、特に好ましくは２０ミリ秒、特に少なくとも１０ミリ秒の精度で得ることができる。
【００４４】
一実施形態では、入力ユニットは、入力素子の回転運動を検出する為のジャイロスコープを備えている。ジャイロスコープは、例えば、回転速度を、従って入力ユニットの回転運動を測定する。ジャイロスコープは典型的に、コリオリの力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ  ｆｏｒｃｅ）と、配向を決定する為に所謂音叉の原理を使用する。典型的に４×４ｍｍのサイズを典型的に有するジャイロスコープにおいて、例えば、金属要素は電流によって発振させられる。入力ユニットが移動すると、金属要素の発振が変化して、この周りに配置されたコンデンサが変化を記録し、それが次に回転運動として検出される。回転速度用の、現況技術に対応する他のセンサも想定可能である。ジャイロスコープは好ましくは、０．０６２５°／ｓの精度及び例えば１２．５〜８００Ｈｚのデータレートで、２０００°／ｓ迄の回転速度を検出できる。
【００４５】
更なる展開では、入力ユニットは、タッチ感応スクリーンの電界強さを検出する、及び／又はタッチ感応スクリーンの電界強さの変化を測定する為のフィールドセンサを含む。従って、フィールドセンサによって、入力ユニットがタッチ感応スクリーンの上に載っているかどうかを検出することもできる。フィールドセンサは、電界強さを、少なくとも５０ｋＨｚ、少なくとも１００ｋＨｚ、少なくとも２００ｋＨｚ又は少なくとも３００ｋＨｚの測定周波数で検出できる。例えば、フィールドセンサは電界強さを、４００ｋＨｚの周波数で検出する。
【００４６】
更なる実施形態では、入力ユニットは、タッチ感応スクリーンの少なくとも１つの領域における色を検出する為の１つのカラーセンサ又は幾つかのカラーセンサを備えており、前記色は、タッチ感応スクリーンによって表示される。特に、カラーセンサは、可視スペクトル（従って、概ね、３８０〜約７８０ｎｍ）の少なくとも一部を検出する光センサとして設計される。カラーセンサはカメラとしても設計され得る。例えば、入力ユニットの位置変化は、タッチ感応スクリーン上の特定の色の検出、及びこの色の、カラーコース又はカラーパターンとの比較によって検出され得、前記コース又はパターンは、タッチ感応スクリーンによって再現される。この為、タッチ感応スクリーンはカラーパターン又はカラーコースを表示する。制御及び処理ユニットは次に、カラーセンサによって認識された色の補助により、入力ユニットがスクリーン上の何処に位置しているかを決定できる。
【００４７】
更なる実施形態では、入力ユニットは、タッチ感応スクリーンと入力素子の間の距離を検出する為の近接センサを備えている。近接センサの範囲は、実施形態に依存して１０ｃｍ迄であり得る。近接センサは通常、スクリーンが入力ユニットに接近しているかどうかを調査する為に赤外線ビームを使用する。例えば、入力ユニットがタッチ感応スクリーン上に載置された場合、近接センサは、スクリーンによる赤外線ビームの反射を記録し、それによって、入力ユニットがタッチ感応スクリーン上に位置していることが検出される。
【００４８】
本明細書で提案される制御及び処理ユニットは、入力ユニットがスクリーンに載せられている場合にスクリーン上の入力ユニットの回転及び／又は並進移動を追跡するように構成され得る。これは一方で、第１のセンサデータを評価することによる前記測位と同様に行なわれ得る。しかしながら、これは、代替的又は付加的に、上述のセンサの第２のセンサデータを評価することによっても行われ得る。特に、最初に言及した冗長性又は補足は、第１のセンサデータと第２のセンサデータを比較することによって達成され得る。
【００４９】
従って、例えば、静電容量パターンの対象性からの入力ユニットの配向の判定が、コントラストに起因して低回転対称性の画像が入手できない為、可能でない場合、又は非常な労力をもってのみ可能な場合に、対称性を崩す為に第２のセンサデータを使用することを想定してもよい。
【００５０】
例えば、携帯電話機が、非常に低閾値のレベルでは本質的に長方形の静電容量パターンを有する場合があり得る。従って制御及び処理ユニットは、例えば電池又はカメラ等の構造を認識できない場合、低コントラストの場合に上か下かを区別できない。入力ユニットを１８０°回転させた場合、タッチ感応スクリーンに同じ信号が得られる。入力ユニットがこのとき移動されると、入力ユニットの回転又は回転角（配向）は、測定された方向依存性加速によって明確に分解され得る。冗長性の為、セキュリティ機構も同時に配設され得る。制御及び処理ユニットが、第１のセンサデータと第２のセンサデータが矛盾していることを確認し、入力ユニットの移動を割り当てることを許可しない場合、カップリングモードは分離され得る。
【００５１】
制御及び処理ユニットは典型的に、入力ユニットがスクリーン上に置かれた場合に、制御及び処理ユニットのメモリと入力ユニットのメモリの間の無線データ交換向けに構成される。制御及び処理ユニットと入力ユニットは次いで夫々、無線通信ユニットを有する。無線通信ユニットはネットワークの一部を形成し得る。可能な無線接続は、例えばＷＬＡＮ又はＷＰＡＮ、特にブルートゥース又は他の近距離通信を含む。通信ユニットは、センサデータ及び／又は信号を１０〜２０ミリ秒のインターバルで伝送する。
【００５２】
タッチ感応スクリーンへの制御及び処理ユニットの接続は同様に無線方式であり得るが、ケーブル、例えばＵＳＢケーブルによる接続も配設され得る。
【００５３】
制御及び処理ユニットと入力ユニットの間の接続は、上述のように、典型的に、入力ユニットのセンサのセンサデータが制御及び処理ユニットに伝送され得るように存在する。カップリングモード向けの上述の基準を満たした場合、カップリングモードが生成される。
【００５４】
制御及び処理ユニットは、第１の及び／又は第２のセンサデータに基づいて、タッチ感応スクリーン、又は入力ユニットのタッチ感応スクリーンを起動するように構成され得る、又は、特に、入力ユニットがスクリーン上に置かれている場合に、タッチ感応スクリーンの、及び／又は入力ユニットのタッチ感応スクリーンの入力信号を受信するように構成され得る。
【００５５】
カップリングモードは例えば更に、制御及び処理ユニットが、タッチ感応スクリーンの、及び／又は入力素子のディスプレイを、第１の及び／又は第２のセンサデータに基づいて起動することを包含し得る。更に、カップリングモードでは、第１の及び／又は第２のセンサデータに基づいてデータ交換を開始することを想定してもよい。そのようなアクションは、例えば、入力ユニットの位置変化か又は回転角変化によって誘発され得、前記変化は、第１のセンサデータと第２のセンサデータを比較することによって検出される。
【００５６】
上記のように、制御及び処理ユニットは、入力ユニットのタッチ感応スクリーンを起動するように、又は入力ユニットのタッチ感応スクリーンの入力信号を受信するように構成され得る。典型的な実施形態では、制御及び処理ユニットは更に、特にカップリングモードにおいて、入力ユニットのタッチ感応スクリーンの入力信号に基づいてタッチ感応スクリーンを起動し得る。
【００５７】
制御及び処理ユニットは、第１のセンサデータ及び／又は第２のセンサデータが、入力ユニットの持ち上げに帰因し得る場合にカップリングモードを終了できる。しかしながら、持ち上げ後にカップリングモードを継続させることも可能である。持ち上げ後にカップリングモードが存在し続けた場合、典型的に、カップリングモードの状態に変化がある。すると、例えば、データ交換又は各タッチ感応スクリーンの起動等の、入力ユニットと制御及び処理ユニットの間の相互作用がその時点でも例えば可能であり続けるが、載置された入力ユニットの追跡に関するアクションは最早、実行されない。次にカップリングモードは、例えば更なるアクションを実行することによって終了され得る。
【００５８】
上記のように、制御及び処理ユニットが幾つかの入力ユニットを同時に検出する又は幾つかの入力ユニットに同時にカップリングされる可能性が存在する。本明細書では、可能な更なる入力ユニットは典型的に、上述したものであり第１の入力ユニットと称され得る入力ユニットと同じ又は類似した特徴を備え、同じ方式で制御及び処理ユニットと相互作用する。
【００５９】
これは、制御及び処理ユニットが、少なくとも１つの更なる入力ユニットから制御及び処理ユニットに伝送された、少なくとも１つの更なる入力ユニットの更なる第２のセンサデータを受信するように構成されていることによって行われ得る。その場合、第２のセンサデータは、少なくとも１つの更なる入力ユニットのセンサのデータを含み、前記センサは、少なくとも１つの更なる入力ユニットが下に置かれたことを検出するように設計されている。
【００６０】
第１の入力ユニットの場合と同様に、第１のセンサデータと更なる第２のデータの時系列に基づいて、導電性構造を備えた更なる物体の、スクリーン上への載置と同時に、少なくとも１つの更なる入力ユニットが下に置かれたことが検出されたかどうかが調査される。
【００６１】
従って、更なる物体が少なくとも１つの更なる入力であるかどうかを判定することができ、従って、少なくとも１つの更なる入力ユニットがスクリーン上に置かれたかどうかを調査することができる。
【００６２】
次に、更なる物体の導電性構造に関しても静電容量パターンが生成され、記憶され得る。
【００６３】
接触と下に置くこととが同時に検出されている場合、少なくとも１つの更なる入力ユニット向けのカップリングモードが、少なくとも１つの更なる入力ユニットにデータを送信することによって、及び／又は少なくとも１つの更なる入力ユニットからデータを受信することによって作成される。
【００６４】
ここで、例えば、２つの、又は３つ以上の入力ユニットがタッチ感応スクリーンに配置された場合、制御及び処理ユニットは、典型的に各入力ユニットを下に置いた又は載置した時系列によって入力ユニット同士を区別できる。特に、これは、上記で説明した時系列の正確な取得によって確実になり得る。実際、幾つかの入力ユニットは典型的に、第１及びセンサデータに基づく割り当てが可能でないような方式では同時に載置されない、又は、時間間隔は、差別化が不可能であるシナリオは有り得ないように選択され得る。
【００６５】
しかしながら、２つ以上の載置された入力ユニット間に曖昧さが存在する場合、前記曖昧さが望ましくてもそうでなくても、例えばこれらの入力ユニットのうち１つ以上が移動又は回転され得る。次に再び、載せられた全ての入力ユニットの第１のセンサデータと第２のセンサデータを比較することによって、入力素子のうちどちらが今移動されたばかりかが検出され得る。加速センサによって測定された信号が次に、入力素子の識別の為に使用され得る。同様に、幾つかの載せられた入力ユニットがある場合で、例えば、入力ユニットのうち１つ以上が既知であり、それらの静電容量パターンが、以前のカップリング中に記憶されている場合に、静電容量パターンも使用されてよい。載せられた入力ユニットが、例えば異なる携帯電話機モデルのように構造的に同じでない入力ユニットである場合に、最低でもこのことが可能である。
【００６６】
幾つかの入力ユニットがタッチ感応スクリーンに載っており、各々が識別されている場合、典型的に、各入力ユニットに関してカップリングモードが生成される。カップリングされた入力ユニットは次に、制御及び処理ユニットと、互いに独立して相互作用できる。しかしながら、例えば、２つのカップリングされた携帯電話機間での、制御及び処理ユニットを介したデータ交換が可能となるように、幾つかの載せられた又はカップリングされた入力ユニットのうち幾つか又は一部が、例えば制御及び処理ユニットを介して間接的にカップリングされることを想定してもよい。
【００６７】
本明細書で提案されるシステムは、タッチ感応スクリーン、特に、既述のタッチ感応スクリーン、制御及び処理ユニット、特に、既述の制御及び処理ユニット、及び入力ユニット、特に既述の入力ユニットを備えている。
【００６８】
そのようなシステムにおいて、タッチ感応スクリーンは第１のセンサデータを収集する為の静電容量型センサを含む。入力ユニットは、タッチ感応スクリーンに入力ユニットを載せると、タッチ感応スクリーンの静電容量型センサによって検出可能な局所的静電容量変化を誘起する導電性構造を含む。
【００６９】
入力ユニットは更に、第２のセンサデータを収集する為のセンサを含み、センサは、入力ユニットが下に置かれたことを検出するように設計されている。
【００７０】
入力ユニットは、第２のセンサデータを制御及び処理ユニットに伝送するように構成され、その一方で制御及び処理ユニットは、第１と第２のセンサデータの時系列に基づいて、入力ユニットが下に置かれたことが、導電性構造を備えた物体によるスクリーンの接触と同時に検出されたかどうかを調査するように構成される。制御及び処理ユニットは従って、入力ユニットがスクリーン上に置かれたかどうかを判断できる。制御及び処理ユニットは入力ユニットの導電性構造に関する静電容量パターンを生成して記憶することができ、静電容量パターンは、少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対になっており異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値、或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含む。
【００７１】
下に置くこと（ｐｕｔｔｉｎｇ−ｄｏｗｎ）と載置すること（ｐｌａｃｉｎｇ−ｏｎ）が同時に行われた場合、制御及び処理ユニットと入力ユニットは、データの交換によってカップリングモードを生成する。最初に編成された目的もそのようなシステムによって達成される。
【００７２】
システムが、幾つかのタッチ感応スクリーン、例えば、例えば２つのタッチ感応スクリーン又は１０個のタッチ感応スクリーンを備え得ることに留意されたい。１つ以上のタッチ感応スクリーンは各々ケーブルで制御及び処理ユニットに接続されてもよく、又は、制御及び処理ユニットからよりリモートに位置している場合、又はケーブルが望ましくない場合には、例えば、ＷＬＡＮ、ブルートゥース又はモバイル無線ネットワーク等の無線接続によって接続されてもよい。すると、制御及び処理ユニットは典型的に、第１のタッチ感応スクリーンとの場合と同様に、付加的なスクリーンと相互作用するように構成され得る。そのようなシナリオでは、付加的に、幾つかのスクリーン間での相互作用を提供することも可能であり、従って、幾つかのタッチ感応スクリーンのうち第１のスクリーンに関するアクションが、幾つかのタッチ感応スクリーンのうち別のスクリーンに関する更なるアクションを誘発する。
【００７３】
本出願の、又は上述のシステムの文脈でのタッチ感応スクリーンの使用方法は、少なくとも以下のステップを含む。
−タッチ感応スクリーンの静電容量型センサによって静電容量変化を検出し、静電容量変化は、スクリーンに接触する物体の導電性構造によって引き起こされ、静電容量型センサによって検出された静電容量変化を、第１のセンサデータとして記憶し、
−入力ユニットを下に置いたことを、入力ユニットのセンサによって検出し、入力ユニットのセンサによって検出された値を、第２のセンサデータとして記憶し、
−入力ユニットがスクリーン上に置かれたかどうかを判断する為に、入力ユニットを下に置いたことが、物体によるスクリーンの接触と同時に検出されたかに関して、第１と第２のセンサデータの時系列に基づいて調査し、
−入力ユニットの導電性構造に関する静電容量パターンを生成して記憶し、静電容量パターンは、少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含み、
−接触と下に置いたことが同時に検出された場合に、制御及び処理ユニットと入力ユニットの間のデータ交換によって、タッチ感応スクリーンの制御及び処理ユニットと入力ユニットの間にカップリングモードを生成する。
【００７４】
最初に編成された課題も同様にそのような方法によって達成される。この方法によって、タッチ感応スクリーン上に載置された又は置かれた入力ユニットの識別を調査することが可能となり、スクリーン上での入力ユニットの位置と配向を決定し、入力ユニットとタッチ感応スクリーンの間の相互作用並びに安全なデータ交換を可能にし、又、特に、タッチ感応スクリーン上での入力ユニットの運動を介した入力によって、タッチ感応スクリーンの為の異なる入力の可能性を提供することが可能となる。
【００７５】
本発明は更に、以下の態様に関する。
１．メモリ、通信ユニット、センサ及び導電性構造を備えたタッチ感応スクリーン用の入力ユニットであって、
導電性構造は、タッチ感応スクリーン上に入力ユニットが載置された場合に静電容量変化を誘起するように設計され、前記静電容量変化は、タッチ感応スクリーンの静電容量型センサによって、第１のセンサデータとして検出可能であり、
−第２のセンサデータを、タッチ感応スクリーンの制御及び処理ユニットに送信し、第２のセンサデータは入力ユニットのセンサのデータを含み、前記センサは、入力ユニットが下に置かれたことを検出するように設計され、
−載置することと下に置くことが同時に発生したこと、及び入力ユニットの導電性構造に関する静電容量パターンが生成され記憶されたことが、第１のセンサデータ及び第２のセンサデータによって示されている場合、タッチ感応スクリーンの制御及び処理ユニットからデータを受信することによって、及び／又はタッチ感応スクリーンの制御及び処理ユニットにデータを送信することによって、タッチ感応スクリーンの制御及び処理ユニットでカップリングモードを生成し、静電容量パターンは、少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含む。
【００７６】
例えば、制御及び処理ユニットのみに関して、又は入力ユニットのみに関して、又はシステムのみに関して言及した特徴は、言及した方法に関しても主張されるものであり、又、逆も成立することに留意されたい。
【００７７】
更に、例えば、上述のセンサのデータ及び／又は信号の評価に関する特徴、及び制御及び処理ユニット又はシステムに関してのみ言及した特徴は、入力ユニットに関しても主張
されるものであり、又、逆も成立することに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
本発明を添付図面によって説明する。
【図１ａ】乃至
【図１ｃ】入力ユニットの異なる図である。
【図２】タッチ感応スクリーン、制御及び処理ユニット、及び入力ユニットを備えたシステムの図である。
【図３】別の入力ユニットを付加的に備えた図２のシステムの図である。
【図４ａ】乃至
【図４ｂ】載せられた入力ユニットに関する第１のセンサ信号を、異なる閾値での白黒画像として、空間的分解方式で表した図である。
【図５】タッチ感応スクリーンの使用方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
図１ａ−ｃは、携帯電話機として設計された入力ユニット１を、３つの異なる図で示す。図１ａは斜位図、図１ｂは正面図、図１ｃは背面図を示す。入力ユニットはハウジング１．３を備えている。タッチ感応スクリーン１．１を備えボタン１．２を備えた正面側１．４が、図１ａの斜位図、及び図１ｂの正面図に見える。入力は、ユーザによってタッチ感応スクリーン１．１及びボタン１．２を介して行われることができ、更に、タッチ感応スクリーンを介して視覚的出力が行われ得る。更に、入力ユニットが、例えば、音響出力又は振動システム用のラウドスピーカーが付随する、信号を出力する為の更なるシステムを伴って設計されることも可能である。入力ユニットは更にデータを記憶するメモリと、第２のセンサデータを収集する為の１つ以上の加速センサを有する。入力ユニットの加速は加速センサによって検出され得、それは、例えば、地球の重力場に対する入力ユニットのアライメント、並びに異なる軸線周りのチルト又は回転、及び並進移動又は変位が検出され得るということを意味する。従って、そのようなアクションは、第２のセンサデータから導出され得る。特に、これによって、入力ユニットが下に置かれたかどうか、どの側で入力ユニットが載置されたか、及び、水平面に載置されたかどうかを判断できる。ユーザによって入力ユニットが下に置かれることと持ち上げられることは特徴的加速を伴う。個々の下に置くプロセス又は持ち上げるプロセスのシーケンスは従って、第２のセンサデータの時系列から再構築され得る。第２のセンサデータは少なくとも部分的且つ少なくとも一時的に入力ユニット１のメモリに記憶され、時間スタンプを付与される。加速センサとは別個に、入力ユニットは更に、カラーセンサとして使用され得るカメラを備えている。入力ユニットは更に、距離センサ、例えば、赤外距離センサを備えている。更に、入力ユニット１は、ブルートゥースを介してデータを送受信する為のブルートゥースユニット、並びにＷＬＡＮを介してデータを送受信する為のＷＬＡＮユニットを備えている。そのようなセンサ及び送受信ユニットは典型的に、携帯電話機にインストールされている。
【００８０】
図１ｃは、図示する為に切り取り部ａが組み込まれた入力ユニット１の背面側１．５を示し、その切り取り部を通して入力ユニット１の内部が露出している。導電性構造１．６が内部で識別できるようになっており、前記構造は、例えば、電池、金属製ハウジング部品及び導電体、及び入力ユニットの回路基板上の他の金属構成要素の部品を備えている。導電性構造１．６は、少なくとも部分的に互いに導電接続された導電性構成要素の配置構成を形成する。この構造１．６は、図２乃至４の内容で更に詳しく説明するタッチスクリーンのタッチ感応静電容量型センサによって検出可能である。
【００８１】
図２は、テーブルとして設計されたタッチ感応スクリーン２、制御及び処理ユニット３ 及び図１の入力ユニット１を備えたシステムを示す。タッチ感応スクリーンは、制御及び処理ユニット３との、この場合はＵＳＢ３．０であるケーブルを介した通信接続Ａを有し、又、入力ユニット１は、制御及び処理ユニット２との、ブルートゥースを介した無線通信 接続Ｂを有する。入力ユニット２は、矢印で示すように、タッチ感応スクリーン２上に置かれるか、又は載置される。
【００８２】
タッチ感応スクリーン２上への入力ユニット１の載置は、入力ユニットの導電性構造１．６に起因してタッチ感応スクリーン２の静電容量型センサによって検出される。タッチ感応スクリーンの静電容量型センサによって生成される対応する第１のセンサデータは、アナログ信号としてタッチコントローラにフォワードされ、タッチコントローラは構造的にタッチ感応スクリーンの回路基板に一体化されてよく、前記スクリーンはテーブルとして設計され、そこで、データはデジタル化され、０．１ミリ秒の時間間隔で補間され、次に時間スタンプと共に、ＵＳＢ３．０を介して制御及び処理ユニット３に伝送されて、そこで第１のセンサデータが受信され記憶されて更に処理される。ここで、タッチコントローラは制御及び処理ユニット３の一部であってもよく、制御及び処理ユニット３又はその部分は同様に、タッチ感応スクリーン２の基板に一体化されても、又はタッチ感応スクリーンのハウジングに一体化されてもよい。
【００８３】
タッチ感応スクリーンの静電容量型センサとは別個に、引き込み矢印に沿って入力ユニット１が載置されたこと又は下に置かれたことは、入力ユニット１の加速センサによっても検出される。対応する第２のセンサデータは、加速センサに補助されて収集され、時間スタンプと共に制御及び処理ユニットに伝送され、そこで、受信、記憶され、更に処理される。代替的に又は付加的に、下に置かれたことは、入力ユニット１の有り得る距離センサ又はカメラによっても検出され得る。
【００８４】
制御及び処理ユニット３は、第１と第２のセンサデータの時系列を、時間スタンプに基づいて調査し、又、これによって、静電容量型センサによって検出された載置が、加速センサによって検出された下に置いたことと同時に行われたかどうかを確認する。
【００８５】
この時間比較によって、入力ユニットが実際にスクリーン上に置かれたかどうかを確認できる。本事例では、第１のデータと第２のデータは１０ミリ秒の間隔で収集される。従って、入力ユニットが別の場所に載置されている間にタッチ感応スクリーンに載置されたのは別の物体ではないことを、適切な確実性をもって除外することができる。
【００８６】
入力ユニット１がタッチ感応スクリーン２上に置かれた後で、制御及び処理ユニット３は、入力ユニットの導電性構造１．６に関する静電容量パターンを第１のセンサデータから生成してこのパターンを記憶し、静電容量パターンは、少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含む。これらの静電容量パターンは、図４の内容にて更に詳細に説明される。
【００８７】
上述の下に置いたことと載置したことの同時性が制御及び処理ユニット３によって検証され、従って、入力ユニット１がタッチ感応スクリーン２上に載っていることが確認されると、制御及び処理ユニットは、入力ユニットにデータを送信する、及び／又は入力ユニットからデータを受信することによって、入力ユニット向けのカップリングモードを生成する。
【００８８】
カップリングモードを生成するにあたり、入力ユニット１のタッチ感応スクリーン１．１がアクセス可能であり、可視であって、カップリングが別様式では実行されないように、入力ユニットが背面側で載置されたかどうかを考慮することもできる。これは好ましくは加速センサの第２のセンサデータから判定されるが、場合によっては、以下に説明するように第１のセンサデータからも判定され得る。     
【００８９】
カップリングモードが生成された後で、制御及び処理ユニットのメモリと入力ユニットのメモリの間で無線方式でデータが交換され得る。
【００９０】
カップリングモードでは、本明細書の制御及び処理ユニット３は、タッチ感応スクリーン２上での入力ユニット１の位置及び配向も第１のセンサデータから決定する。
【００９１】
図３は図２のシステムを示すが、それに関して、図示された入力ユニットとは別に、更なる第２の入力ユニット１′がタッチ感応スクリーン上に載置されている。第２の入力ユニット１′は、第１の入力ユニット１と類似した又は同じ特徴を備える。第２の入力ユニット１′は同様に、少なくとも導電性構造、タッチ感応スクリーン、ボタン、メモリ、加速センサ及びブルートゥース通信ユニットを有する。
【００９２】
制御及び処理ユニット３は、第１の入力ユニット１との場合と本質的に同じ方式で第２の入力ユニット１′と相互作用する。制御及び処理ユニット３は、第２の入力ユニット１′の加速センサの更なる第２のセンサデータを受信し、それによって、下に置いたことが導出されることができ、再び、タッチ感応スクリーンの第１のセンサデータと、第２の入力ユニットの付加的な第２のセンサデータの時系列によって、第２のユニット１′がタッチ感応スクリーン２上に載置されたかどうかを調査する。
【００９３】
正常系テスティング（ｐｏｓｉｖｉｅ ｔｅｓｔｉｎｇ）の場合、第２の入力ユニットの導電性構造に関する静電容量パターンの生成及び記憶と、第２の入力ユニット１′へのデータ送信及び／又は第２の入力ユニット１′からのデータの受信による、第２の入力ユニット１′に関するカップリングモードの生成が次に行われる。静電容量パターンは再び、少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含む。
【００９４】
システムの更なる相互作用を以下に説明する。ここで、１つの載置された入力デバイスの場合、並びに２つを超える載置された入力デバイスの場合に、これらの相互作用が類似して行われ得ることに留意されたい。
【００９５】
制御及び処理ユニット３は、タッチ感応スクリーン２を、第１の及び／又は第２のセンサデータに基づいて作動させるように構成される。これは、入力ユニット１が、図に示された矢印に沿って移動された場合、この移動が制御及び処理ユニットによって記録され、これに基づいてアクションが実行されるということを意味する。特に、タッチ感応スクリーン２のディスプレイは、カップリングモードが存在する場合にこのセンサデータに応じて変化し得る。制御及び処理ユニット３は例えば、載置された入力ユニット１の環境を表すタッチ感応スクリーン２の領域をカラーマークしてもよく、又はそこにレタリングを配合してもよい。  
【００９６】
他のアクション、例えば、データ交換も、第１と第２のセンサデータに基づいて開始され得る。例えば、データ交換は、制御及び処理ユニットのメモリと、タッチ感応スクリーンの、特定の、典型的にマークされた領域に載置されるか又はそこに押し込まれる入力ユニット１，１′のメモリとの間で開始され得る。
【００９７】
更に、制御及び処理ユニットは、タッチ感応スクリーンの入力信号並びに同様に作動させ得る入力ユニットのタッチ感応スクリーンの入力信号を受信してもよい。
【００９８】
結論として、例えば、タッチ感応スクリーン自体の、例えば、指による入力、並びに、タッチ感応スクリーン又はボタンによる、１つ又は複数の入力ユニットへの入力、及び１つ又は複数の入力ユニットの運動による付加的な入力は、制御及び処理ユニットの入力可能性として可能であると言える。他方で、制御及び処理ユニット３が実行できる可能なアクションがある。これらは例えば、タッチ感応スクリーン２の表示を修正すること、入力ユニット１，１′又は複数の入力ユニットの表示を修正すること、入力ユニット１，１′と制御及び処理ユニット３の間のデータ交換を含む。幾つかの載置された入力ユニットがある場合、夫々制御及び処理ユニット３にカップリングされた２つ以上の入力ユニット１，１′の間でどのデータが交換されたかに関するアクションが、入力夫々に基づいて実行され得る。ここで、各アクションは各入力に基づいて実行され得る。
【００９９】
そのような入力及びアクションは典型的に、入力ユニットがスクリーン上に置かれた場合、又は、載置によってカップリングモードが生成されており想定されるアクションによって終了していない場合に可能である。
【０１００】
スクリーン上に載置する態様は本明細書では、セキュリティ機能として働き得る。
【０１０１】
図４ａ及び４ｂは白黒画像を示し、タッチ感応スクリーンの静電容量型センサの第１の センサ信号が空間分解的に表されている。互いに対して垂直に配置された電気的検出ストリップ導体のタッチ感応スクリーンの静電容量型グリッドが、黒の背景上の白線で示されている。水平検出ストリップ導体はここで第１の平面に配置され、垂直検出ストリップ導体は、そこから距離を置いた第２の平面内に配置され、その結果、水平線と垂線（それは検出ストリップ導体の互いの上への投影を表す）の間に交点で静電容量が測定され得る。指又は載置された入力ユニットの導電性構造がグリットに接近させられた場合、静電容量は、接触又は接近が発生する領域にある交点で変化する。従って、交点は、そこで空間的に分解された静電容量変化が検出され得る画素を表す。入力ユニットが下に置かれているスクリーンの詳細が図面に示されている。静電容量変化は、入力ユニットが下に置かれている少数の交点で記録され、前記静電容量変化は、それが特定の閾値を超えた場合に、各交点の周りの四角い領域の白の着色によって画像内で認識可能にされている。従って、スクリーン上で入力ユニットが載置された場所が検出され得る。特に、場所は、図４ａ並びに図４ｂから導出され得る。
【０１０２】
このタイプの検出は典型的に、導電性構造のアースへのカップリングを前提とすることに留意すべきである。これにより、カップリングはユーザの身体を介して行われ得る。しかしながら、検出は、受動入力ユニットで、従って、入力ユニットが載置されない場合も行なわれ得る。言及したグリッドの水平及び垂直検出ストリップ導体を例外として、例えば、隣接する検出ストリップ導体は接地している為、導電性構造の領域が、接地している検出ストリップ導体上に配置されている場合にダウンコンダクションも可能である。導電性構造１．６は、典型的な入力ユニット１の場合、入力ユニットの大きな領域に亘って延在する為、タッチ感応スクリーンの確実な検出の為に入力素子がユーザによってタッチされることは最早必要ない。  
【０１０３】
そのような静電容量変化の場所とは別に、入力ユニット１の導電性構造１．６に関する静電容量パターンを生成できる為にはその規模も検出可能であることが本発明にとって適切であり、前記パターンは少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含む。
【０１０４】
例えば、これは、例えば１０％、２０％、３０％．．．１００％の最大値で、信号が誘発されるように静電容量変化の検出の為の異なる閾値を使用することによって行われる。少なくとも２つのそのような閾値が、本願の内容で使用される。
【０１０５】
図４ａは、１ｐＦの閾値で撮られた画像を示し、図４ｂは、２．５ｐＦの閾値で撮られた画像を示す。これは、指によって引き起こされ、ここでは最大値として使用される１０ｐＦの静電容量変化の夫々１０％と２５％に対応する。
【０１０６】
これは、最大値の１０％で既に誘発された第１の信号（図４ａ）には非常に小さい静電容量変化のみが必要であるということを意味する。これは、導電性構造１．６の非常に低導電性部分であっても、又は、スクリーンに接触する入力ユニットの下方側１．５から遠くにある部分でも、静電容量型グリッドと適度に強く相互作用する為、入力ユニット１がスクリーンに接触するほぼ全場所で誘起される。従って、図４ａの画像は入力ユニット全体の輪郭を再現する。従ってそれは、位置を判定する為に使用され得るが、内部構造に関する情報は提供しない。例えば、何処が上で何処が下であるか、及び入力ユニットが正面側又は背面側にあるのかが明白ではない。更に、入力ユニットのタイプ、例えば、どの携帯電話機モデルであるかを確認できない。
【０１０７】
対照的に、第２の信号（図４ｂ）は、少なくとも２．５ｐＦの静電容量変化が存在する場合にのみ誘発される。これは、静電容量変化が、例えば、入力ユニットの背面側に近接して層内に位置している導電性の高い材料によってのみ引き起こされるということを意味する。より差別化された画像がこれによって生じる。この閾値で導電性構造１．６は、互いに離隔した２つの領域内で信号を誘発する。指定された規模のうち少なくとも１つでの静電容量変化が存在する第１の、より小さい領域は、そのような静電容量変化が誘発される第２のより大きな領域から空間的に下に離隔して配置される。これによって対称性が崩れ、位置に加えて、入力ユニットの配向も分析され得る。例えば、制御及び処理ユニット３のメモリからのデータを比較することによって、入力ユニット１の上部が上に位置していることを確認できる、又は少なくとも、現入力ユニットでは上と下は異なっており、約１８０°の回転の後では同じ画像は生じないことを記録できる。これによって、種々の適用に役立つ冗長性が達成され得る為、この情報は、入力ユニット１の加速センサが付加的に、運動を検出する為に使用される場合にも役立つ。
【０１０８】
上記のように、制御及び処理ユニットは、例えば入力ユニット１を識別する為、又はその構造タイプを識別する為に、静電容量パターンを既知の静電容量パターンと比較することができる。認識は、例えば機械学習の方法で独習され得る。絶対値は、入力ユニットがタッチされたかどうか、スクリーン上の何処にあるか、及びどのように配向しているかに依存する為、本明細書では、識別は典型的に静電容量変化の絶対値にのみ基づくものではないことに留意されたい。
【０１０９】
静電容量パターンが検出された場合、制御及び処理ユニットはその運動を、従って、例えばスクリーン上での回転及び／又は並進移動を、第１のセンサデータに基づいて追跡できる。特に、これはカップリングモードで行われることができ、典型的に、第１と第２のセンサデータの評価と比較を含む。
【０１１０】
従って、図４ａと４ｂを合わせると、本願の文脈において可能な静電容量パターンを形成する。図４ａ及び４ｂに表された２つの別個の白黒画像で表される代わりに、同じ情報内容は、例えば単一のグレースケール画像でも表され得る。
【０１１１】
図５は、上記のタッチ感応スクリーン使用方法又はシステムのステップＳ１乃至Ｓ１５を模式的に示す。そこに表されたシーケンスは可能な相互作用を表す例示的シーケンスを表し、前記相互作用は、入力と実行されたアクションを含む。そこから数々の更なる可能性が導出され得る。そこに記載された可能なアクションは特に、そこに図示された可能な入力のうち、１つ置きに作動され得る。
【０１１２】
ステップの時系列は、文字ｔを付した矢印で示され、最上にあるステップが従って先ず実行される。
【０１１３】
タッチ感応スクリーン、制御及び処理ユニット３及び入力ユニット１の間の作動又はデータ交換等の相互作用は、１、２及び３で標示される線を連結する矢印で表される。  
【０１１４】
第１のステップＳ１で、静電容量変化は、タッチ感応スクリーン２の静電容量型センサによって時間分解され局所的分解方式で検出され、対応する第１のセンサデータが制御及び処理ユニット３に伝送され、そこで受信され記憶される。
【０１１５】
ステップＳ２で、入力ユニット１が下に置かれたことが、入力ユニット１の加速センサによって時間分解方式で検出され、対応する第２のセンサデータが制御及び処理ユニット３に伝送され、そこで受信され記憶される。
【０１１６】
制御及び処理ユニットは次に、ステップＳ３で、入力ユニットが実際にタッチ感応スクリーン上に載置されたかどうか、従って、下に置くことと載置することが同時に行われたかどうかに関して第１と第２のセンサデータの時系列を調査する。ここでは矢印Ｓ１とＳ２の位置で示されるように、同時に行われていた場合、制御及び処理ユニットは、Ｓ１で伝送された第１のセンサデータから入力ユニットの導電性構造に関する静電容量パターンを生成してそれを記憶し、静電容量パターンは少なくとも２つの異なる大きさの静電容量変化、又は対で異なる大きさの少なくとも３つの静電容量値或いはそこから導出された変数の空間的分解表現を含む。このステップで、静電容量パターンは既知の静電容量パターンとも比較される。更に、通常は、入力ユニットの位置と配向が、ステップＳ１で伝送される第１のセンサデータから決定される。
【０１１７】
ステップＳ４で、制御及び処理ユニットは次に、入力ユニットとのカップリングモードを、入力ユニットにデータを送信することによって生成する。
【０１１８】
ステップＳ５で、制御及び処理ユニット３は入力ユニット１からデータを受信する。このデータは、カップリングモードの生成に関するものでも有り得、又は、入力ユニットのタッチ感応スクリーンの入力に基づくものであり得る、又は、メモリデータが伝送され得る。
【０１１９】
ステップ６で、制御及び処理ユニット３は、タッチ感応スクリーン２を作動させることによって、又、例えばカップリングモードが生成されたことをタッチ感応スクリーン２に表示することによってタッチ感応スクリーン２と相互作用する。
【０１２０】
ステップＳ７で、制御及び処理ユニット３は、タッチ感応スクリーン上での入力ユニット１の運動に属する第１のセンサデータを受信する。
【０１２１】
ステップＳ８で、制御及び処理ユニット３は、ステップＳ７と同時に入力ユニット１から第２のセンサデータを受信し、前記第２のセンサデータは同じ運動に属している。
【０１２２】
Ｓ７及びＳ８と同様に、検出される運動がセンサのうち１つによってのみ検出されることもあり得、従って、Ｓ７は実行されるがＳ８は実行されない、又はＳ８は実行されるがＳ７は実行されないということもあり得ることに留意すべきである。すると、説明した二重検出可能性は、これに拘らず運動が記録されるセキュリティ機能として働き得る。
【０１２３】
ステップＳ７及びＳ８からの運動は制御及び処理ユニットによって追跡され、本実施例ではコマンドとして解釈され得、その為、ステップ９では、制御及び処理ユニットはタッチ感応スクリーン２を作動させ、ステップＳ１０で、入力ユニットのオプションのタッチ感応スクリーン１．１を作動させる。ここで、ステップＳ９及びＳ１０は、同時に行われても、又は、相次いだ任意のシーケンスで行われてもよい。
【０１２４】
ステップＳ１１で、指によるタッチ感応スクリーンへの入力が行われる。これは、制御及び処理ユニットによって記録され、ステップＳ１２を作動させる為のコマンドとして解釈される。Ｓ１２で、予め記憶されたデータが、制御及び処理ユニット３のメモリから、入力ユニット１のメモリにコピーされる。
【０１２５】
Ｓ１３で、第１のセンサデータは制御及び処理ユニットに伝送され、前記第１のデータは、持ち上げることに関連付けられ得る。同時に、Ｓ１４で、各々の第２のセンサデータは入力ユニットに伝送される。ここでも、上記（Ｓ７，Ｓ８）と同様に、持ち上げを検出する為にＳ１３のみ又はＳ１４のみが実行されてもよい。ステップＳ１５で、制御及び処理ユニットは、このデータの解釈後に、持ち上げが行われた故に、カップリングモードを終了又は変更する。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１′  入力ユニット
１．１  入力ユニットを備えたタッチ感応スクリーン
１．２  入力ユニットのボタン
１．３  入力ユニットのハウジング
１．４  入力ユニットの正面側
１．５  入力ユニットの背面側
１．６  入力ユニットの導電性構造
２  タッチ感応スクリーン
３  制御及び処理ユニット
ａ  入力ユニットの背面側からの詳細
Ａ  タッチ感応スクリーンと制御及び処理ユニットの間の通信接続
Ｂ，Ｂ′  入力ユニットと制御及び処理ユニットの間の無線通信接続
【図１ａ】
2021522624.tif 000003
【図１ｂ】
2021522624.tif 000004
【図１ｃ】
2021522624.tif 000005
【図２】
2021522624.tif 000006
【図３】
2021522624.tif 000007
【図４ａ】
2021522624.tif 000008
【図４ｂ】
2021522624.tif 000009
【図５】
2021522624.tif 000010
【国際調査報告】
2021522624.tif 000011
2021522624.tif 000012
2021522624.tif 000013
2021522624.tif 000014