(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量タッチ検出および非タッチ検出のためのセンサ配列であって、前記センサ配列は、伝送電極と、評価ユニットに結合される所定の数の受信電極とを備え、前記評価ユニットは、非タッチ検出モードおよびタッチ検出モードで動作し、前記伝送電極は、交流電気近接場を発生させ、前記受信電極は、前記交流電気近接場の乱れを測定し、
前記非タッチ検出モードでは、前記評価ユニットは、物体の３次元位置を決定するために前記受信電極からの信号を評価するように構成され、
前記タッチ検出モードでは、前記所定の数の受信電極によって画定された表面タッチ検出面積は、複数の区分に分割され、各区分内では、前記所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極が、その電極表面積の一部を用いて寄与し、各区分内の電極表面積は、異なる電極表面積比率が前記複数の区分毎に形成されるように選択され、前記評価ユニットは、前記受信電極からの信号を評価するようにさらに構成され、前記受信電極から受信された個別の信号レベルから前記比率を決定し、特定の区間がタッチされたか否かを前記比率からさらに決定する、センサ配列。
【請求項２】
各区分は、仮想タッチボタンを画定し、前記仮想タッチボタンの数は、前記受信電極の数を上回る、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項３】
各区分は、２つの寄与受信電極を備える、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項４】
区分内の前記２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択され、前記第１の表面積は、前記第２の表面積より大きい、請求項３に記載のセンサ配列。
【請求項５】
前記所定の数の電極は、５つであり、全５つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項６】
前記所定の数の電極は、４つであり、全４つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項７】
前記センサ配列は、前記非タッチモードで動作するように構成され、タッチ表面までの所定の閾値距離を下回る物体の検出時、前記タッチ検出モードに自動的に切り替わるようにさらに構成される、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項８】
前記所定の数の電極は、交互配置形式で配列され、非タッチジェスチャ検出モードでは、前記所定の数の電極の電極のうちの４つは、フレーム状配列を提供する、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項９】
前記交互配置されたセンサは、フレーム状構造を形成する、請求項８に記載のセンサ配列。
【請求項１０】
２つの寄与電極は、前記複数の受信電極から受信された信号の最高信号強度によって前記複数の電極から選択される、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項１１】
前記所定の数の受信電極は、５つであり、前記５つの受信電極は、前記複数の区分を提供するように交互配置形式で配列され、前記区分は、前記表面タッチ検出面積を被覆するマトリクスで配列される、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項１２】
前記マトリクスは、５×４区分を提供する、請求項１１に記載のセンサ配列。
【請求項１３】
前記マトリクスは、３×４区分を提供し、前記５つの受信電極のうちの２つは、付加的なスライダ機能を提供する、請求項１１に記載のセンサ配列。
【請求項１４】
前記受信電極のうちの２つは、櫛型形式で配列され、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、スライダ機能を提供するように変動される、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項１５】
各受信電極は、複数のフィンガを有し、対の受信電極は、隣接する区分の列を形成するように線に沿って櫛型形式で配列され、各区分は、仮想ボタンを画定する、請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項１６】
前記線は、直線である、請求項１５に記載のセンサ配列。
【請求項１７】
前記線は、曲線状である、請求項１５に記載のセンサ配列。
【請求項１８】
非タッチ検出モードでは、前記評価ユニットは、前記受信電極から受信された信号の第１の導出または第２の導出を算出し、前記第１の導出または前記第２の導出の変化を経時的に測定するようにさらに構成される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のセンサ配列。
【請求項１９】
容量タッチ検出および非タッチ検出を行うための方法であって、前記方法は、交流電気近接場を発生させるために交流信号を伝送電極に供給することと、所定の数の受信電極に結合される評価ユニットを非タッチ検出モードおよびタッチ検出モードで動作させることとを含み、前記受信電極は、前記交流電気近接場の乱れを測定し、
前記非タッチ検出モードにあるとき、前記評価ユニットは、物体の３次元位置を決定するために前記受信電極からの信号を評価し、
前記所定の数の受信電極によって画定された表面タッチ検出面積を複数の区分に分割し、各区分内では、前記所定の数の受信電極のうちの少なくとも２つの受信電極が、その電極表面積の一部を用いて寄与し、各区分内の電極表面積は、異なる電極表面積比率が前記複数の区分毎に形成されるように選択され、
前記タッチ検出モードにあるとき、前記評価ユニットが、前記所定の数の受信電極のうちの少なくとも２つの受信電極からの信号を評価し、前記所定の数の受信電極のうちの少なくとも２つの受信電極から受信された信号の信号比率を算出し、
前記区画のうちの１つがタッチされたか否かを前記算出された信号比率から決定する、方法。
【請求項２０】
各区分は、仮想タッチボタンを画定し、前記仮想タッチボタンの数は、前記電極の数を上回る、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
各区分は、２つの寄与受信電極を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
区分内の前記２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択され、前記第１の表面積は、前記第２の表面積より大きい、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記所定の数の電極は、５つであり、全５つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記所定の数の電極は、４つであり、全４つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記センサ配列は、前記非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離を下回る物体の検出時、前記タッチ検出モードに自動的に切り替わる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記所定の数の電極は、交互配置形式で配列され、非タッチジェスチャ検出モードでは、前記所定の数の電極の電極のうちの４つは、フレーム状配列を提供する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
２つの寄与電極は、個別の受信電極によって受信された信号の信号強度によって前記複数の電極から選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記受信電極のうちの２つは、櫛型形式で配列され、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、変動され、前記方法は、スライダ機能を提供するために前記受信電極のうちの２つからの信号を評価することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
非タッチ検出モードにおける手の移動は、ｘ次元およびｙ次元における信号パターンデコーディングのために、経時的に少なくとも２つの信号シフト最大値を作り出す、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連の特許出願）
本願は、２０１５年６月１５日に出願された共有の米国仮特許出願第６２／１７５，７５１号に対する優先権を主張し、この出願は、参照により、あらゆる目的のために本明細書に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、容量感知システムおよびその動作方法に関し、具体的には、電場効果を使用した容量感知システムのための電極配列に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
３次元容量非タッチ検出システムは、準静電場を発生させ、準静電場では、電場内に進入する物体によって生じるその電場内の乱れが、評価される。評価は、物体（例えば、ユーザの指）の３次元場所の決定と、その物体の位置を追跡し、所定のジェスチャのプールからのジェスチャが行われたか否かをさらに決定することとを可能にする。そのようなシステムは、３次元タッチレスマウスとしても動作することができるか、または、タッチを要求することなく任意の種類の適した動作を制御することもできる。そのシステムは、通常、準静的交流電場を発生させるために、４０〜２００ｋＨｚの周波数を有する交流信号（例えば、前述のような正弦波または方形波信号）を受信する伝送電極を使用する。例えば相互容量測定または自己容量測定と対照的に、測定の間、伝送電極は発生器信号が持続的に供給され、発生した電場内の乱れが測定される一方で、電場が持続的に保持される。そのシステムは、静電容量測定システム（例えば、相互容量測定または自己容量測定のために使用される容量分圧器もしくは充電時間測定ユニット）において一般的であるように、単一のパルス、単一または複数のパルスによって発生される電圧、および、センサ電極の関連付けられた電荷変化を評価しない。いくつかの実施形態では、複数の受信電極が、伝送電極によって発生される準静電場を評価するために例えば平面内にフレーム状形式で伝送電極の上方に配列され、受信された信号から、物体の３次元位置が、信号処理を通して、集積回路デバイス内で再構築されることができる。他の実施形態では、同一電極が、伝送および受信のために使用され、依然として同一電場が発生される一方で、評価は、電場内の乱れによって生じる各送信器／受信器電極上の負荷を測定する。
【０００４】
そのようなデバイスの実施例は、本願の譲受人によって製造されるＭＧＣ３１３０としても知られる「ＧｅｓｔｉＣ（ｃ）」集積回路である。このデバイスは、（例えば、約４０〜２００ｋＨｚの）準静的交流電気近接場を使用する３次元タッチレスジェスチャの検出および追跡のために使用されることができる高感度容量感知技術である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（要旨）
フレームベースの電極設計から独立して、複数のタッチ位置をデコードする必要性が存在する。例えば、５つの受信電極を使用するとき、タッチ位置の数を値＞５に拡張する必要性が存在する。
【０００６】
ある実施形態によると、容量タッチ検出および非タッチ検出のためのセンサ配列は、伝送電極と、評価ユニットに結合される所定の数の受信電極とを備えてもよく、評価ユニットは、非タッチ検出モードおよびタッチ検出モードで動作し、伝送電極は、交流電気近接場を発生させ、非タッチ検出モードでは、評価ユニットは、物体の３次元位置を決定するために受信電極からの信号を評価し、タッチ検出モードでは、所定の数の電極によって画定された表面タッチ検出面積は、複数の区分に分割され、各区分内では、所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極は、異なる電極表面積比率が複数の区分毎に形成されるように、その電極表面積の一部を用いて寄与する。
【０００７】
さらなる実施形態によると、各区分は、仮想タッチボタンを画定し、仮想タッチボタンの数は、電極の数を上回ってもよい。さらなる実施形態によると、各区分は、２つの寄与受信電極を備えてもよい。さらなる実施形態によると、区分内の２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択されてもよく、第１の表面積は、第２の表面積より大きい。さらなる実施形態によると、所定の数の電極は、５つであることができ、全５つの受信電極からの信号は、非タッチ検出モードにおいて使用される。さらなる実施形態によると、所定の数の電極は、４つであることができ、全４つの受信電極からの信号は、非タッチ検出モードにおいて使用される。さらなる実施形態によると、センサ配列は、非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離を下回る物体の検出時、タッチ検出モードに自動的に切り替わってもよい。さらなる実施形態によると、所定の数の電極は、交互配置形式で配列されることができ、非タッチジェスチャ検出モードでは、所定の数の電極の電極のうちの４つは、フレーム状配列を提供する。さらなる実施形態によると、交互配置されたセンサは、フレーム状構造を形成してもよい。さらなる実施形態によると、仮想タッチボタンのタッチは、複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされることができる。さらなる実施形態によると、２つの寄与電極は、個別の受信電極によって受信された信号の信号強度によって複数の電極から選択されることができる。さらなる実施形態によると、所定の数の受信電極は、５つであることができ、５つの受信電極は、該複数の区分を提供するように交互配置形式で配列され、区分は、表面タッチ検出面積を被覆するマトリクスで配列される。さらなる実施形態によると、マトリクスは、５×４区分を提供してもよい。さらなる実施形態によると、マトリクスは、３×４区分を提供してもよく、５つの受信電極のうちの２つは、付加的なスライダ機能を提供する。さらなる実施形態によると、受信電極のうちの２つは、櫛型形式で配列されることができ、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、スライダ機能を提供するように変動される。さらなる実施形態によると、各受信電極は、複数のフィンガを有してもよく、対の受信電極は、隣接する区分の列を形成するように線に沿って櫛型形式で配列され、各区分は、仮想ボタンを画定する。さらなる実施形態によると、線は、直線であることができる。さらなる実施形態によると、線は、曲線であることができる。さらなる実施形態によると、非タッチ検出モードにおける手の移動は、ｘ次元およびｙ次元における信号パターンデコーディングのために、経時的に少なくとも２つの信号シフト最大値を作り出す。
【０００８】
別の実施形態によると、容量タッチ検出および非タッチ検出を行うための方法であって、その方法は、交流電気近接場を発生させるために交流信号を伝送電極に供給することと、所定の数の受信電極に結合される評価ユニットを非タッチ検出モードおよびタッチ検出モードで動作させることとを含み、非タッチ検出モードでは、評価ユニットは、物体の３次元位置を決定するために受信電極からの信号を評価し、タッチ検出モードでは、所定の数の受信電極によって画定された表面タッチ検出面積は、複数の区分に分割され、各区分内では、所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極は、異なる電極表面積比率が複数の区分毎に形成されるように、その電極表面積の一部を用いて寄与し、評価ユニットは、タッチ場所を決定するために、所定の数の受信電極のうちの種々の少なくとも２つからの信号を評価する。
【０００９】
その方法のさらなる実施形態によると、各区分は、仮想タッチボタンを画定してもよく、仮想タッチボタンの数は、電極の数を上回る。その方法のさらなる実施形態によると、各区分は、２つの寄与受信電極を備えてもよい。その方法のさらなる実施形態によると、区分内の２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択されてもよく、第１の表面積は、第２の表面積より大きい。その方法のさらなる実施形態によると、所定の数の電極は、５つであることができ、全５つの受信電極からの信号は、非タッチ検出モードにおいて使用される。その方法のさらなる実施形態によると、所定の数の電極は、４つであることができ、全４つの受信電極からの信号は、非タッチ検出モードにおいて使用される。その方法のさらなる実施形態によると、センサ配列は、非タッチモードで動作してもよく、タッチ表面までの所定の閾値距離を下回る物体の検出時、タッチ検出モードに自動的に切り替わる。その方法のさらなる実施形態によると、所定の数の電極は、交互配置形式で配列されることができ、非タッチジェスチャ検出モードでは、所定の数の電極の電極のうちの４つは、フレーム状配列を提供する。その方法のさらなる実施形態によると、仮想タッチボタンのタッチは、複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされることができる。その方法のさらなる実施形態によると、２つの寄与電極は、個別の受信電極によって受信された信号の信号強度によって複数の電極から選択されることができる。その方法のさらなる実施形態によると、受信電極のうちの２つは、櫛型形式で配列されることができ、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、変動され、その方法は、スライダ機能を提供するために該受信電極のうちの２つからの信号を評価することをさらに含む。その方法のさらなる実施形態によると、非タッチ検出モードにおける手の移動は、ｘ次元およびｙ次元における信号パターンデコーディングのために、経時的に少なくとも２つの信号シフト最大値を作り出してもよい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
容量タッチ検出および非タッチ検出のためのセンサ配列であって、前記センサ配列は、伝送電極と、評価ユニットに結合される所定の数の受信電極とを備え、前記評価ユニットは、非タッチ検出モードおよびタッチ検出モードで動作し、前記伝送電極は、交流電気近接場を発生させ、
前記非タッチ検出モードでは、前記評価ユニットは、物体の３次元位置を決定するために前記受信電極からの信号を評価し、
前記タッチ検出モードでは、前記所定の数の電極によって画定された表面タッチ検出面積は、複数の区分に分割され、各区分内では、前記所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極が、異なる電極表面積比率が前記複数の区分毎に形成されるように、その電極表面積の一部を用いて寄与する、センサ配列。
（項目２）
各区分は、仮想タッチボタンを画定し、前記仮想タッチボタンの数は、前記電極の数を上回る、項目１に記載のセンサ配列。
（項目３）
各区分は、２つの寄与受信電極を備える、項目１に記載のセンサ配列。
（項目４）
区分内の前記２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択され、前記第１の表面積は、前記第２の表面積より大きい、項目３に記載のセンサ配列。
（項目５）
前記所定の数の電極は、５つであり、全５つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、項目１〜４のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目６）
前記所定の数の電極は、４つであり、全４つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、項目１〜５のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目７）
前記センサ配列は、前記非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離を下回る物体の検出時、前記タッチ検出モードに自動的に切り替わる、項目１〜６のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目８）
前記所定の数の電極は、交互配置形式で配列され、前記非タッチジェスチャ検出モードでは、前記所定の数の電極の電極のうちの４つは、フレーム状配列を提供する、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目９）
前記交互配置されたセンサは、フレーム状構造を形成する、項目８に記載のセンサ配列。
（項目１０）
仮想タッチボタンのタッチは、前記複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされる、項目１〜９のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目１１）
前記２つの寄与電極は、個別の受信電極によって受信された信号の信号強度によって前記複数の電極から選択される、項目１０に記載のセンサ配列。
（項目１２）
前記所定の数の受信電極は、５つであり、前記５つの受信電極は、前記複数の区分を提供するように交互配置形式で配列され、前記区分は、前記表面タッチ検出面積を被覆するマトリクスで配列される、項目１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目１３）
前記マトリクスは、５×４区分を提供する、項目１２に記載のセンサ配列。
（項目１４）
前記マトリクスは、３×４区分を提供し、前記５つの受信電極のうちの２つは、付加的なスライダ機能を提供する、項目１２に記載のセンサ配列。
（項目１５）
前記受信電極のうちの２つは、櫛型形式で配列され、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、スライダ機能を提供するように変動される、項目１〜１４のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目１６）
各受信電極は、複数のフィンガを有し、対の受信電極は、隣接する区分の列を形成するように線に沿って櫛型形式で配列され、各区分は、仮想ボタンを画定する、項目１〜１５のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目１７）
前記線は、直線である、項目１〜１６のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目１８）
前記線は、曲線である、項目１〜１７のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目１９）
非タッチ検出モードにおける手の移動は、ｘ次元およびｙ次元における信号パターンデコーディングのために、経時的に少なくとも２つの信号シフト最大値を作り出す、項目１〜１８のいずれか１項に記載のセンサ配列。
（項目２０）
容量タッチ検出および非タッチ検出を行うための方法であって、前記方法は、交流電気近接場を発生させるために交流信号を伝送電極に供給することと、所定の数の受信電極に結合される評価ユニットを非タッチ検出モードおよびタッチ検出モードで動作させることとを含み、
前記非タッチ検出モードでは、前記評価ユニットは、物体の３次元位置を決定するために前記受信電極からの信号を評価し、
前記タッチ検出モードでは、前記所定の数の受信電極によって画定された表面タッチ検出面積は、複数の区分に分割され、各区分内では、前記所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極が、異なる電極表面積比率が前記複数の区分毎に形成されるように、その電極表面積の一部を用いて寄与し、前記評価ユニットは、タッチ場所を決定するために前記所定の数の受信電極のうちの種々の少なくとも２つからの信号を評価する、方法。
（項目２１）
各区分は、仮想タッチボタンを画定し、前記仮想タッチボタンの数は、前記電極の数を上回る、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
各区分は、２つの寄与受信電極を備える、項目２０に記載の方法。
（項目２３）
区分内の前記２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択され、前記第１の表面積は、前記第２の表面積より大きい、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記所定の数の電極は、５つであり、全５つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、項目２０〜２３のいずれか１項に記載の方法。
（項目２５）
前記所定の数の電極は、４つであり、全４つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、項目２０〜２４のいずれか１項に記載の方法。
（項目２６）
前記センサ配列は、前記非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離を下回る物体の検出時、前記タッチ検出モードに自動的に切り替わる、項目２０〜２５のいずれか１項に記載の方法。
（項目２７）
前記所定の数の電極は、交互配置形式で配列され、前記非タッチジェスチャ検出モードでは、前記所定の数の電極の電極のうちの４つは、フレーム状配列を提供する、項目２０〜２３のいずれか１項に記載の方法。
（項目２８）
仮想タッチボタンのタッチは、前記複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされる、項目２１に記載の方法。
（項目２９）
前記２つの寄与電極は、個別の受信電極によって受信された信号の信号強度によって前記複数の電極から選択される、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
前記受信電極のうちの２つは、櫛型形式で配列され、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、変動され、前記方法は、スライダ機能を提供するために前記受信電極のうちの２つからの信号を評価することをさらに含む、項目２０〜２９のいずれか１項に記載の方法。
（項目３１）
非タッチ検出モードにおける手の移動は、ｘ次元およびｙ次元における信号パターンデコーディングのために、経時的に少なくとも２つの信号シフト最大値を作り出す、項目２０〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、例示的な電極形状および割り当てられた区分ならびに関連付けられた信号形態を示す。
【図２】図２は、第１の実施形態に従った電極構造を示す。
【図３】図３は、第２の実施形態に従った電極構造を示す。
【図４】図４は、種々の実施形態に従った電極構造を使用したディスプレイを示す。
【図５】図５および図５ａは、第３の実施形態に従った電極構造を示す。
【図６】図６は、第４の実施形態に従った電極構造を示す。
【図７】図７は、第５の実施形態に従った電極構造を示す。
【図８】図８は、第６の実施形態に従った電極構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（詳細な説明）
産業用ディスプレイは、所定のタッチ入力および３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出を装備することができる。同様に、キーパッドは、そのような付加的な機能を装備することができる。例えば、上述された３次元ジェスチャシステムはまた、種々の実施形態に従って、改善されたタッチ検出を提供するように改良されることができる。
【００１２】
いくつかの実施形態は、複数のボタンデコーディングおよび３Ｄジェスチャ認識のための単一層の交互配置された電極構造を網羅する。交互配置された電極構造は、それによって、従来の３Ｄジェスチャ検出電極配列と比較して、同様の構造を提供する。そのような実施形態は、＃Ｄジェスチャ検出モード（非タッチ検出モード）と、タッチ検出モードとで動作されることができ、閾値が、その２つのモード間で切り替えるための基準として使用され得る。
【００１３】
いくつかの実施形態によると、非改変電極配列が、使用されることができる。いずれの配列でも、各仮想ボタンが、２つの電極のその信号比を用いてデコードされる。したがって、ｎ個のボタンのセット内の最高信号シフトを示す２つの電極が、デコーディングのために得られる。ボタンデコーディングに加え、３Ｄジェスチャデコーディングのために、有意義な信号パターンを維持するための全体的電極配置を有することが重要である。全体的配置は、例えば図２に示されるようなフレームベースの設計である。非タッチ（３Ｄ）検出モードにおける手の移動は、ｘ次元およびｙ次元における信号パターンデコーディングのために、経時的に少なくとも２つの信号シフト最大値を作り出し得、これは、具体的な所定のジェスチャが行われたか否かを決定するために評価および追跡されることができる。
【００１４】
ボタンデコーディングは、通常、タッチセンサのみを用いて行われる。しかしながら、種々の実施形態によると、３Ｄジェスチャシステムは、改善された信号処理および新しい電極設計によって、この機能性に一意のデコーディング技法も提供するように改良されることができる。
【００１５】
産業用ディスプレイ用途のためのいくつかの実施形態に従った低コストソリューションは、概して、所定のタッチ位置、スライダをサポートし、完全３Ｄジェスチャセットの検出も提供し得る。キーパッド／ボタン用途のためのいくつかの実施形態に従った低コストソリューションは、所定のタッチ位置、スライダ、および完全３Ｄジェスチャセットをサポートする。
【００１６】
種々の実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出および複数のタッチボタンを有するセンサ配列が、提供されることができる。ある実施形態によると、５つの受信電極と単一の伝送電極とを使用して、そのようなデバイスは、単一のタッチデコーディング（例えば、５つのＲｘチャネルを用いた最大２０個の位置、および、（ＧｅｓｔｉＣ（ｃ））３Ｄジェスチャ認識）を提供する。実際のインターフェースは、２層ソリューション（１層のＲｘ構造、１層のソリッドＴｘ構造）を使用して、ＰＣＢ上またはＩＴＯディスプレイ統合を使用したディスプレイ上に提供されることができる。コントローラは、既存のＧｅｓｔｉＣ（ｃ）単一チップと同様に、単一チップソリューションに統合されることができる。１０インチディスプレイ設計に関して、例えば、２０個のボタンが、図３に示されるように、実現されることができ、より多くのボタンが、可能性として考えられる。さらに、スライダデコーディングは、以下により詳細に説明されるように、専用電極を具備することができる。
【００１７】
種々の実施形態によると、３Ｄ検出コントローラ（例えば、ＧｅｓｔｉＣ（ｃ）集積回路）は、フレーム形状電極にマップされたタッチ位置に限定されないタッチサポートを具備することができる。ＧｅｓｔｉＣ（ｃ）システムは、例えば、５つのＲｘ電極が利用可能であるとき、３Ｄジェスチャデコードのために要求される信号パターンを維持している一方で、５つを上回るタッチをサポートするように改良されることができる。３Ｄジェスチャ検出のために提供される同一の電極は、具体的なタッチ検出を提供するために使用されることができ、余剰構成要素は、必要とされない。
【００１８】
図１は、３Ｄ検出システムを使用して、タッチデコーディングが、常時２つのＲｘ電極の組み合わせによって行われることができることを示す。デコーディングは、タッチを検出し、最大信号シフトを伴う２つの電極を（複数の電極、例えば、５つの電極から）見出すことによって行われる。次いで、これらの２つの電極の信号の比率が、仮想タッチ位置デコーディングのために分析される。図１に示されるように、センサフィールド１００が、２つのセンサ電極１１０、１２０によって形成される。各センサ１１０、１２０は、単一のセンサを形成するように電気的に接続される２つの別個のセンサ区分に分裂される。電極の形状は、２つの電極のセンサ面積の比率がセンサフィールドの各異なる面積内において異なるように、選択される。図１に示される実施例では、センサフィールドは、３つのタッチ検出面積１、２、３を含み、各々が、センサボタンを形成し得る。第１のタッチ検出面積１では第１の電極１１０が比較的に小さなセンサ面積に寄与する一方で、第２の電極１２０が比較的に大きな面積に寄与するように、電極１１０および電極１２０は形成される。第２のタッチ検出面積２では、両電極は、同一の電極面積に寄与し、第３のタッチ検出面積３では、第２の電極１２０は、比較的に小さなセンサ面積に寄与する一方、第１の電極１１０は、比較的に大きな面積に寄与する。図１の上方は、第１のセンサ電極１１０および第２のセンサ電極１２０から受信され得る関連付けられた信号を示す。
【００１９】
図１にさらに示されるように、閾値が、どの面積がタッチされたか、または、タッチが行われようとしているか否かを決定するために使用されることができる。第１の面積内におけるタッチの場合、第２の電極のみが、閾値を上回る信号を発生させる。第２の面積内のタッチの場合、両電極が、閾値を上回る信号を発生させ、第３の面積内におけるタッチの場合、第１の電極１１０のみが、閾値を上回る信号を生成する。他の比率が、異なるタッチ場所間を区別するために使用されてもよい。
【００２０】
図２および図３に示されるように、Ｒｘ電極Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、Ｒｘ４、およびＲｘ５が、標準的なＧｅｓｔｉＣ（ｃ）ジェスチャパターンデコーディングを維持するように、ある配列で設置される。したがって、電極Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、およびＲｘ４は、中心電極Ｒｘ５を囲い込むように配列される。図２は、送信器電極によって作り出される準静的交流電場を使用したジェスチャ検出システムのための従来の電極配列２００を示す。電極Ｒｘ１〜Ｒｘ５は、基板２１０の上部側に配列される。図２はまた、破線を用いて、基板２１０の底部側に配列される伝送電極Ｔｘを示す。例えば、電極Ｒｘ１〜Ｒｘ５は、両面印刷回路基板の銅層によって形成されることができる。多層印刷回路基板もまた、使用されてもよく、底部層は、接地層として使用されることにより、遮蔽機能を提供し得、伝送電極は、基板の内側層内に形成され得る。
【００２１】
そのような配列は、２つのモードで動作されることができる。第１のモードでは、センサ配列は、従来の３次元ジェスチャ検出デバイスとして動作する。いったん所定の閾値距離を下回る接近が検出されると、デバイスは、第２の動作モードに切り替わることができ、第２の動作モードでは、種々の電極の信号の比率が、複数の仮想ボタンのうちのどの仮想ボタンがタッチされたかを決定するために使用され、各仮想ボタンは、センサ表面の面積と関連付けられる。例えば、図２に示されるセンサの表面は、点線によって示されるように、９つの区分に分割され得る。
【００２２】
図３は、従来の電極配列と同様の構造を基本的には提供しかつ電極の数より実質的に多くのタッチ位置のデコーディングを可能にする電極設計を示す。図２と同様に、５つの電極３１０、３２０、３３０、３４０、および３５０が、単一平面内に配列される。３次元（３Ｄ）検出モードでは、電極３１０は、電極Ｒｘ４と同等に動作し、電極３２０は、Ｒｘ１と同等に動作し、電極３４０は、Ｒｘ２と同等に動作し、電極３３０は、Ｒｘ３と同等に動作し、電極３５０は、Ｒｘ５と同等に動作する。再び、図１と同様に、複数のタッチ検出面積１〜２０は、各々、通常の２つの寄与電極の電極面積の異なる比率から成る。図３の下方は、２０個のタッチ検出面積を示す。このグリッドは、ボタンの関連付けを視覚化するために電極構造３００にオーバレイされなければならない。図３はまた、破線を用いて、基板の底部側に配列され得る伝送電極３６０を示し、伝送電極３６０上には、電極３１０〜３５０が配列される。伝送電極の面積は、電極３１０〜３５０によって被覆される面積より大きくなるように図３に示される。しかしながら、面積は、実質的に同一またはより小さくあることもできる。
【００２３】
したがって、種々の実施形態に従ったデコーディング技法を使用して、センサ配列は、全体的フレーム設計を維持し、それによって、電極の数を実質的に上回る複数のタッチ位置をサポートすることが可能である。図３の実施形態では、最大２０個またはそれを上回るタッチ位置が、５つの電極のみを用いて形成されることができる。最大２０個の位置の限界は、１０インチディスプレイ上の良好な手動動作を提供する。しかしながら、より多いまたはより少ないタッチ位置も、ディスプレイのサイズおよび実際の電極の数に応じて、実現されることができる。
【００２４】
図４は、そのような機能性を有する個別のディスプレイの実施例を示す。図４に示されるもののような小ディスプレイは、そのサイズに起因して、限定数のボタンを有し得る。
【００２５】
図３に示されるような具体的な電極パターンが、依然として、３Ｄジェスチャデコーディングモードにおける良好な信号パターンを提供する。自由空中ジェスチャデコーディングは、手がセンサ配列を交差するとき、一意の信号パターンを要求する。軸毎に、２つの異なる電極の第１の導出において信号シフトにおける少なくとも２つの最大値またはゼロ交差を得ることが要件である。また、第２の導出は、信号パターン認識のために使用されることができる。信号シフトの差異、および／または、電極信号の第１／第２の導出における変化は、経時的に測定可能である必要がある。これは、種々の実施形態に説明される電極配置によって、および／または、データ取得ならびにデコーディングの高速処理電力によって、維持される。各軸内の２つより多い電極の情報は、センサの信頼性を増加させる。
【００２６】
Ｒｘ電極配列は、単一層に限定されない。設計は、デコーディングのための２つの異なる密度レベルに限定されない。設計は、５つのＲｘ電極にも限定されず、設計は、タッチデコーディングのための複数の電極のうちの２つのみの使用に限定されない。例えば、図２は、角タッチ検出面積が３つの寄与電極を使用することを示す。
【００２７】
設計は、さらに、実施例に示される電極パターンに限定されない。図３に示されるような具体的な交互配置された電極設計は、場所に応じたはっきりとした信号密度レベルを提供するパターンを確立する。したがって、種々の電極は、種々の仮想ボタンゾーン間を区別可能であるように仮想ボタンゾーン内の異なる面積サイズに寄与するように、成形される。電極パターンは、設計に応じて変動することができ、交互配置された設計のピッチは、指ピッチより大きくないことが重要であり得、その結果、小さい指および大きい指によるタッチが、常時、寄与（タッチされる）電極（例えば、図３の実施形態では、５つの電極のうちの２つ）間に同一または類似の比率をもたらす。図３におけるパターンから分かるように、各ボタン面積は、２つの受信電極に割り当てられ、そのセンサ面積は、ボタン場所に応じて変動する。
【００２８】
例えば１３タッチボタンおよび１Ｄジェスチャ（左／右、右／左手の移動、近接性）をサポートする１次元（１Ｄ）電極設計が、図５に示される。この実施例では、６つの交互配置された電極５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、および５６０が、提供される。各電極は、櫛型形状を有し、フィンガの幅が、単一次元（ここでは、ｘ−軸）に沿って変動される。しかしながら、この配列は、ｙ−軸に沿ってなされるか、または、円形形状に変換されることもできる。例えば、図５ａは、線５０２を用いて、図５に示されるような線形配列を示す。しかしながら、同一の配列は、図５ａに示されるような円形セクション５０４に従うように変換されることができる。１次元電極設計は、任意の他の可能性として考えられる１次元線に変換されることができる。
【００２９】
電極５１０〜５６０の各々は、複数のフィンガを備える。図５は、関連付けられた仮想ボタン面積１−１３を示し、ボタンの関連付けを視覚化するために、電極構造５００にオーバレイされる必要がある。フィンガの幅は、本実施形態では、大と小との間で基本的に変動し、電極対毎に３つの組み合わせを可能にする。しかしながら、他の比率が適用されてもよく、２つより多い電極が、仮想ボタンを決定するために使用されてもよい。図５は、伝送電極を示さない。しかしながら、図３に示されるような伝送電極に関する同一の原理が適用される。
【００３０】
図６は、下方に１２個のタッチボタンおよびスライダ機能を確立する、さらに別の可能性として考えられる実施形態の電極レイアウト６００を示す。この配列は、５つの電極６１０、６２０、６３０、６４０、および６５０を使用する。３Ｄジェスチャ検出モードでは、電極６１０は、図２に示される従来の配列のＲＸ４として動作し、電極６２０は、Ｒｘ１と同様に動作し、電極６３０は、Ｒｘ２と同様に動作し、電極６４０は、Ｒｘ３と同様に動作する。タッチ検出モードでは、５つの電極のうちの４つが、１２個の仮想ボタン１〜１２を形成するために使用され、４つの電極６１０、６２０、６３０、および６４０のうちの２つが、常時、個別の仮想ボタン面積を画定するために使用される。言い換えると、４つの電極６１０、６２０、６３０、および６４０のうちの２つは、常時、仮想ボタンフィールド１〜１２に寄与し、電極面積の異なる比率が、電極の個別の形状を通して確立される。
【００３１】
再び、図６は、下方に、個別の仮想ボタンおよびスライダを示し、このグリッドは、関連付けを示すために、電極構造６００にオーバレイされることになる。仮想ボタンを備える最初の３列に関して、電極６２０が、各仮想ボタンフィールド１〜４に対して略同一電極面積に寄与する一方で、電極６１０および電極６３０が、それぞれ、異なる電極面積を有するフィールド１、２および３、４に寄与することが分かる。第２列では、電極６１０および電極６３０は、それぞれ、仮想フィールド５、６および７、８に対して略同一電極面積に寄与し、電極６２０は、仮想フィールド５および仮想フィールド８に寄与する一方で、電極６４０は、仮想フィールド６および仮想フィールド７に寄与する。第３列では、電極６４０が、各仮想フィールド９〜１２に対して略同一電極面積に寄与する一方で、電極６１０および電極６３０は、それぞれ、仮想フィールド９、１０および１１、１２に対して異なる電極面積サイズに寄与するように、電極は成形される。
【００３２】
加えて、第５の電極６５０は、電極６４０とともに、電極配列の下にスライダ機能を提供する。この目的を達成するために、水平スライダは、電極構造６００の下に水平ｘ軸に沿って、２つの電極６４０および電極６５０の間の可変電極面積比率を提供する。２つの電極６４０および電極６５０は、櫛型形式で配列され、電極のフィンガの幅は、ある電極に対しては小から大に変動し、別個の他の電極に対しては大から小に変動する。
【００３３】
要するに、この実施形態は、フレーム状様式で配列される３Ｄ検出のための４つの電極６１０〜６４０を提供する。付加的な電極６５０が、Ｎ−電極と交互配置されることにより、付加的なスライダ機能性を提供する。図６は、伝送電極を示さない。しかしながら、図３に示されるような伝送電極に関する同一の原理が、適用される。
【００３４】
図７は、典型的な電話キーボードと同様に配列される１２個のタッチボタンを確立する、さらに別の可能性として考えられる実施形態の電極レイアウト７００を示す。この配列は、６つの電極７２０、７３０、７４０、６４０、７５０、および７６０を使用する。３Ｄジェスチャ検出モードでは、電極７６０は、図２に示される従来の配列のＲＸ５電極として動作し、電極７３０は、Ｒｘ１と同様に動作し、電極７４０は、Ｒｘ２と同様に動作し、電極７５０は、Ｒｘ３と同様に動作し、電極７２０は、Ｒｘ４と同様に動作する。タッチ検出モードでは、これらの５つの電極は、１２個の仮想ボタン０〜９、＊、＃を形成するために使用され、４つの電極７２０、７３０、７４０、７５０、および７６０のうちの２つが、常時、個別の仮想ボタン面積を画定するために使用される。言い換えると、４つの電極７２０、７３０、７４０、７５０、および７６０のうちの２つが、常時、仮想ボタンフィールド０〜９、＊、＃に寄与し、電極面積の異なる比率が、電極の個別の形状を通して確立される。
【００３５】
図７は、図７の下方に、電極配列７００を示し、図７の上方に、個別の仮想ボタン７１０を示し、このグリッド７１０は、再び、関連付けを示すために、電極構造７００の上にオーバレイされることになる。各仮想ボタンへの電極面積の寄与は、他の実施形態に類似し、図７から分かる。
【００３６】
図８は、４つのボタンの２つの群および２つの群間に配列される垂直スライダ８１５に配列される８個のタッチボタンを確立する、さらに別の可能性として考えられる実施形態の電極レイアウト８００を示す。この配列は、再び、５つの電極８２０、７３０、７４０、６４０、および７５０のみを使用する。３Ｄジェスチャ検出モードでは、電極８６０は、図２に示される従来の配列のＲＸ５電極として動作し、電極８３０は、Ｒｘ１と同様に動作し、電極８４０は、Ｒｘ２と同様に動作し、電極８５０は、Ｒｘ３と同様に動作し、電極８２０は、Ｒｘ４と同様に動作する。タッチ検出モードでは、５つの電極のうちの４つが、２つの群に配列される８個の仮想ボタン１〜８を形成するために使用され、４つの電極８２０、８３０、８４０、および８５０のうちの２つが、常時、個別の仮想ボタン面積を画定するために使用される。言い換えると、４つの電極８２０、８３０、８４０、および８５０のうちの２つが、常時、仮想ボタンフィールド１〜８に寄与し、電極面積の異なる比率が、電極の個別の形状を通して確立される。
【００３７】
加えて、第５の電極８６０は、電極８３０および電極８５０とともに、垂直スライダ機能を電極配列の中心に提供する。この目的を達成するために、垂直スライダは、電極構造８００の中心における垂直ｙ軸に沿って、２つまたは３つの電極８３０、８５０、および８６０の間の可変電極面積比率を提供する。電極８３０および電極８５０の寄与区分は、三角形の形態を有し、中心電極８６０が、図８に示されるような電極８３０および電極８５０の寄与区分の三角形配列から生じる間隙を充填する。垂直フィンガ位置に応じて、概して、電極区分のうちの２つが、寄与する。しかしながら、中心位置では、全３つの電極８３０、８５０および８６０が、寄与し得る。
【００３８】
図８は、図８の下方に、電極配列８００を示し、図８の上方に、個別の仮想ボタン８１０およびスライダ８１５を示し、このグリッド８１０は、再び、関連付けを示すために、電極構造８００の上にオーバレイされることになる。各仮想ボタンへの電極面積の寄与は、他の実施形態に類似し、図８から分かる。
【００３９】
全ての電極は、種々の電極間をより分かりやすく区別するために、種々の図において異なる陰影を使用して示される。しかしながら、電極は、概して、例えば印刷回路基板の層によって形成される、全て中実の完全に充填された平坦電極と見なされる。したがって、種々の図に示されるような外線は、電極の形状を決定し、充填パターンは、単に、電極間を区別するために使用される。しかしながら、完全に充填される代わりに、電極の一部または全部は、個別のグリッドもしくはメッシュパターンによって、例えば、種々の図における示されたパターンのうちの１つまたは複数のものを使用して、形成されてもよい。
【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５ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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