(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチセンス装置であって、
タッチ面及び複数の電極を含むタッチ面回路であって、前記複数の電極のそれぞれが、前記タッチ面における容量が変化するタッチに反応して変化する結合容量に関連するように構成及び配置されている、タッチ面回路と、
前記複数の電極に対して応答信号を生成するように構成され、前記応答信号のそれぞれが、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を有する振幅を有する、センス回路と、
前記過渡部を特徴付けるための時間変化するパラメータを提供するように構成及び配置される増幅回路であって、前記増幅回路は、可変ゲインをそこに提供するために、前記応答信号を処理するために構成及び配置される可変ゲイン増幅器を含み、前記時間変化するパラメータに応答して、前記ゲインが、前記過渡部間の前記応答信号の部分のゲインに対する前記過渡部に対して調整される、増幅回路と、
を含むタッチセンス装置。
【請求項２】
前記可変ゲイン増幅器は、前記過渡部のゲインを増加させ、前記過渡部間の応答信号の部分のゲインを減少させることによって、前記応答信号を処理するために、可変ゲインをそこに提供するように更に構成及び配置される、請求項１に記載のタッチセンス装置。
【請求項３】
前記可変ゲイン増幅器は、前記応答信号内の３次及び５次の高調波を含む高調波を抑制するように更に構成及び配置される、請求項２に記載のタッチセンス装置。
【請求項４】
前記可変ゲイン増幅器は、前記時間変化するパラメータを使用して、前記応答信号に積分を実行し、前記過渡部における間引きを促進し、それに応答して、前記応答信号におけるＲＦ信号の奇数次高調波両方の積分の周波数応答における抑制を促進するように更に構成及び配置される、請求項１に記載のタッチセンス装置。
【請求項５】
前記可変ゲイン増幅器は、前記時間変化するパラメータを使用して前記応答信号に積分を実行し、前記応答信号におけるＲＦ信号の奇数次及び偶数次の１組の高調波に対するＮＵＬＬの生成のため、前記過渡部における間引きを促進するように構成及び配置される第１の段階と、前記第１の段階に応答して、前記応答信号におけるＲＦ信号の奇数次及び偶数次の高調波の両方の積分の周波数応答において抑制するように構成及び配置される第２の段階と、を含み、それによってＲＦノイズ干渉をフィルタ処理する、請求項１に記載のタッチセンス装置。
【請求項６】
前記可変ゲイン増幅器は、コモンモードノイズを低減又は除去するように更に構成及び配置される、請求項１に記載のタッチセンス装置。
【請求項７】
タッチセンス装置であって、
タッチ面及び複数の電極を含み、前記複数の電極のそれぞれが、前記タッチ面における容量が変化するタッチに応答して変化する結合容量に関連するように構成及び配置されており、前記応答を提供するためのタッチ面手段と、
前記複数の電極に対して応答信号を生成するように構成される感知手段であって、前記応答信号のそれぞれが、前記タッチ面における前記結合容量に対する振幅を有し、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を含む、感知手段と、
前記過渡部間の前記応答信号の部分のゲインに対する前記過渡部のゲインを調整することによって、そこに可変ゲインを提供するため、前記応答信号を処理するための時間変化するパラメータを使用するための手段と、
を含むタッチセンス装置。
【請求項８】
タッチ面及び複数の電極を含み、前記複数の電極のそれぞれが、前記タッチ面における容量が変化するタッチに反応して変化する結合容量に関連するように構成及び配置されている、タッチ面回路、を使用するための方法であって、前記方法は、
回路を使用して、前記複数の電極に対する応答信号を生成する工程であって、前記応答信号のそれぞれが、前記タッチ面における前記結合容量に対する振幅を有し、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を含む、工程と、
別の回路を動作させる工程であって、該別の回路が、
前記過渡部間の前記応答信号の部分のゲインに対して前記過渡部のゲインを調整することによって、前記応答信号を処理するため、時間変化するパラメータを使用して、そこに可変ゲインを提供し、かつ、
前記応答信号を測定し、それから前記結合容量の変化に反応して前記タッチ面のタッチ位置を決定するための、
別の回路である、工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にタッチセンス装置に関し、具体的には、ユーザーの指又は他のタッチ手段とタッチ装置との間の容量結合に依存するタッチセンス装置に関するものであり、特にタッチ装置の異なる部分に同時に加えられた複数のタッチを検出できる装置に応用される。
【背景技術】
【０００２】
ユーザーに電子システムとディスプレイとを便利にインタ−フェイスさせるために、例えば、ユーザーフレンドリーな相互作用及びタッチのためディスプレイ内の映像によって典型的に促されるディスプレイ入力を提供することによって、タッチセンス装置を実行することができる。いくつかの例では、ディスプレイ入力は、機械式ボタン、キーパッド及びキーボードなどの他の入力ツールを補完する。他の例では、ディスプレイ入力は、機械式ボタン、キーパッド、キーボード及び指示デバイスに対する必要性を低減又は除去するための独立したツールとして作用する。例えば、ユーザーは、アイコンによって特定される位置で画面上のタッチスクリーンに接触するだけで、又は別のユーザー入力とともに表示されたアイコンに接触することで、複雑なシーケンスの命令を実行することができる。
【０００３】
タッチセンス装置を実現するための複数の種類の技術があり、例えば、抵抗、赤外線、静電容量、表面弾性波、電磁気、近視野撮像（near field imaging）など、及びこれらの技術の組み合わせが挙げられる。容量性タッチセンス装置を使用するタッチセンス装置は、多くの用途で十分に機能することが分かっている。多くのタッチセンス装置では、センサ内の導電体がユーザーの指などの導電性タッチ手段に静電容量的に結合されると、入力が検知される。一般に、２つの導電性部材が実際に接触することなく、相互に接近するときはいつでも、これらの間に静電容量が形成される。容量性タッチセンス装置の場合には、指などの物体がタッチセンス面に近づくと、物体と、物体にごく近接した位置の検知点との間にわずかな静電容量が形成される。感知点のそれぞれにおいて静電容量の変化を検知し、かつ感知点の位置を認識することによって、感知回路は、複数の物体を認識し、物体がタッチ面を横断する際にこの物体の特徴を判定することができる。
【０００４】
かかる容量の変化に基づいたタッチを測定するのに、異なる技法が使用されてきた。一つの技法が対地静電容量の変化を測定し、それによってタッチが信号を変化させる前に電極に印加される信号の容量性状態に基づいて電極の状態が理解される。電極の近くがタッチされると、信号電流が、電極から指又はタッチスタイラスなどの物体を通って電気的アースに流れる。電極におけるかつタッチスクリーンのさまざまな他の点にもおける静電容量の変化を検出することによって、感知回路は点の位置を認識し、それによってタッチが起こったスクリーン上の位置を認識することができる。また、感知回路及び関連処理の複雑さに応じて、タッチのさまざまな特性を、そのタッチが複数の接触のうちの１つかどうか、及びタッチが移動しているか及び／又はユーザー入力の特定のタイプのための期待された特性を満足するかどうかという他の目的のために評価することができる。
【０００５】
別の公知の技法は、電界により信号受信電極に静電容量的に結合される信号駆動電極に信号を印加することによって、タッチに関連する静電容量の変化を監視するものである。これらの用語が含蓄するように、信号受信電極が予想される信号を信号駆動電極から戻しながら、２つの電極間の予想される信号（容量性電荷）結合を、２つの電極に関連する位置のタッチ関連状態を示すのに使用することができる。その位置での又はその位置付近の実際の又は知覚したタッチに際して又はこれに反応して、信号結合変化の状態、及びこの変化は、静電容量結合の低下によって反映される。
【０００６】
これらの及び他の関連する静電容量式タッチ感知技法について、さまざまな方法が電極間の相互の静電容量を測定するのに使用されてきた。用途に応じて、これらの方法は、信号駆動電極は予想される信号を信号駆動電極に提供し、容量性電荷の変化が感知される信号の異なるタイプ及び速度を特定することがある。高速の電子装置が成長するにつれて、かかる用途の多くには、信号駆動電極を駆動するのに比較的高い周波数の信号を使用することが要求されている。残念ながら、ＲＦ（無線周波数）干渉が、高速の電子装置と、そこから生成されるかかる信号との結果として生じることがある。このＲＦ干渉は低下し、いくつかの用途では、関連するタッチディスプレイの感知回路及び関連する処理の有効性を害することがある。悪影響には、検出速度、正確さ及び消費電力が含まれることがある。
【０００７】
上述の課題は、タッチセンスディスプレイの有効な設計及びタッチを位置させ、評価するための関連方法に対する課題を提示したものの例である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の態様は、上述した課題及びタッチセンサディスプレイの有効な設計、上述及び他のどこかで記述するように、タッチディスプレイの種類に対するタッチを位置させ、評価する関連方法に関連するその他を克服することに向けられている。本開示は、いくつかの実施形及び応用において例示され、そのいくつかが以下に要約されている。
【０００９】
一実施形態によれば、本開示は、タッチ面に生じる容量が変化するタッチに反応して結合容量の変化を促進するタッチ面回路を含むタッチセンス装置に関する。装置は、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を有し、信号に応答して、信号を提供するセンス回路を含む。次いで、増幅回路は、時間変化する入力パラメータに応答して、信号を増幅し、処理するのに使用される。増幅回路は、過渡部間の応答信号の部分のゲインに対して過渡部のゲインを調整し、それによって信号の高調波の形態のような、ＲＦ干渉を抑制し、タッチ面の容量が変化するタッチの位置を決定するためのノイズフィルタ処理された出力を提供する。
【００１０】
別の実施形態によれば、本開示は、タッチ面回路、センス回路及び増幅回路を含むタッチセンス装置に関する。タッチ面回路はタッチ面及び複数の電極を含み、複数の電極のそれぞれは、タッチ面における容量が変化するタッチに反応して変化する結合容量に関連する。センス回路は、複数の電極に対する応答信号を生成するように構成され、応答信号のそれぞれは、タッチ面における結合容量に対する振幅を有し、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を有する微分信号表現を含む。増幅回路は、過渡部を特徴付けるための時間変化する入力パラメータを提供し、時間変化するパラメータに応答して、それに可変ゲインを提供するための、応答信号の微分信号の表現を処理するための可変ゲイン増幅器を含む。前述した実施形態と同様に、ゲインは、過渡部間の応答信号の部分のゲインに対する過渡部に調整され、そしてその中で、タッチ面のタッチの位置を決定するための関連する結合容量を特徴付けるノイズフィルタ処理された出力を提供する応答信号における高調波を抑制する。
【００１１】
より具体的な実施形態では、上述の実施形態の変形例が実現される。例えば、提供された可変ゲインは、過渡部のゲインを増加させ、過渡部間の応答信号の部分のゲインを減少させる。別の変形例として、順序通りに応答信号を処理するための複数の段階で、増幅器を実行することができる。可変ゲイン増幅器として、応答信号内の奇数次高調波（例えば、３次及び５次の高調波を含む）を抑制するために、一の増幅段階を実行でき、可変ゲイン増幅器による処理の一部として応答信号内のノイズ干渉をフィルタリングすることができ、別の増幅段階を、応答信号内の高調波（例えば、偶数次高調波）を抑制するために、又はＲＦノイズ干渉をフィルタリングするために実行することができる。
【００１２】
本開示の他の態様は、意図的に変調されたインピーダンス可変信号を増幅及び処理するための、静電容量ベースのタッチ入力応答信号に必ずしも限定されない、増幅回路に関する。例えば、回路グリッド（例えば、メモリアレイ）内の１つ以上の駆動電極を意図的に変調し、予想されるインピーダンス（例えば、キャパシタンス／インダクタンス）を、順番に（インピーダンス可変）応答信号をセンス回路に送る受信電極に提示することができる。回路グリッドは、受信電極に沿った位置のインピーダンスが非同期（外部）信号又は条件によって変更されるように構成される。増幅回路は、上述した回路と同様に、応答信号内の奇数次高調波（例えば、３次及び５次の高調波を含む）を抑制するために実行される１つの増幅段階と、応答信号内の高調波（例えば、偶数次高調波）を抑制するために実行される別の増幅段階とをもつＲＦノイズフィルタリング可変ゲイン増幅器として実行される。かかるノイズ、具体的にはこれらの高調波を除去／抑制することによって、（外部）信号又は条件を評価するために、増幅回路の出力を監視することができる（例えば、振幅、勾配、持続期間、有効な発生の可能性、及び／又は、有効な（外部）信号又は条件の近接性）。
【００１３】
本開示の更に他の態様は、関連する結合容量の特徴付けについて測定を実行し、それから、タッチ面のタッチ位置を決定するための、可変ゲイン増幅器及び測定回路などの他の態様を伴うより具体的な実施形態に関する。測定回路は、例えば、複数の一時的重なるタッチの位置を決定するためのノードのそれぞれの応答信号のそれぞれの振幅を測定するように構成及び配置されてもよい（それらはタッチ面にあると想定する）。より具体的な実施形態では、測定ユニットは、マルチプレクサーと、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）とを含み、その後者は、信号のディジタルバージョンを、受信電極にそれぞれ関連する応答信号を選択的に通過させるためのマルチプレクサーに提供する。
【００１４】
可変ゲイン増幅器を伴うより具体的な態様は、例えば、時間変化するパラメータを使用するための可変ゲイン増幅器の一部として積分回路を含み、応答信号をサンプリングするために使用されるクロック率の倍数まで間引きで過渡部における積分及びダンプフィルタ動作を行う。可変ゲイン増幅器はまた、第１の積分段階及び第２のノイズ抑制段階を含むように構成されてもよい。第１の段階は、ＲＦ信号の高調波のためのｎｕｌｌを生成するため過渡部において間引きを容易にするため、時間変化するパラメータを使用して、応答信号の積分信号の表現を積分し、第２の段階は、第１の段階に応答し、かつそれと機能的に協働して、高調波を抑制するように構成されている。
【００１５】
これらの実施形態の方法及び更なる態様並びに他の実施形態の方法及び更なる態様を、以下により詳細に考察する。
【００１６】
上述の課題を解決するための手段は、本開示の例示されたそれぞれの実施形態又は全ての実施を記載するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本開示のさまざまな実施形態についての以下の詳細な説明を添付の図面とともに検討することで、本開示はより完全に理解され得る。
【図１Ａ】タッチ装置の概略図である。
【図１Ｂ】別のタッチ装置の概略図である。
【図２Ａ】応答信号が測定モジュール（又は回路）のための平行な信号経路に沿って処理される特定の実施形態のために構成された回路モジュールを示す、更に別のタッチ装置の概略図である。
【図２Ｂ】平行な信号経路の１つに沿って応答信号を処理するための回路を伴う特定の実施形態のための例示的モジュールを示す、図２Ａのタッチ装置の一部の概略図である。
【図３Ａ】図２Ｂに示す回路の部分の概略図である。
【図３Ｂ】図２Ｂ及び図３Ａに示す回路による信号の処理を示す、タイミング図である。
【図３Ｃ】図２Ｂ及び図３Ａに示す信号処理及び回路を示す別のタイミング図である。
【図４】可変時定数に関する図３Ａの増幅回路のゲインを示す、時間ベースのグラフである。
【図５】周波数に関する図３Ａの、上述する可変時間パラメータの関数として増幅回路のゲインを示す別の時間ベースグラフである。
【図６Ａ】図２Ｂ及び図３Ａに示す、別の時間ベース図の一部を形成する。
【図６Ｂ】図２Ｂ及び図３Ａに示す、別の時間ベース図の一部を形成する。
【図６Ｃ】図２Ｂ及び図３Ａに示す、別の時間ベース図の一部を形成する。
【図６Ｄ】図２Ｂ及び図３Ａに示す、別の時間ベース図の一部を形成する。
【図６Ｅ】図２Ｂ及び図３Ａに示す、別の時間ベース図の一部を形成する。
【図６Ｆ】図２Ｂ及び図３Ａに示す、別の時間ベース図の一部を形成する。
【図６Ｇ】図２Ｂ及び図３Ａに示す、別の時間ベース図の一部を形成する。
【００１８】
本開示はさまざまな修正形態及び代替形状を修正可能であるが、具体的には、一例として図面に示し、以下に詳細に説明する。しかしながら、本開示は、説明した特定の実施形態に限定しようとするものではないと理解されるべきである。それどころか、本発明は、本開示の趣旨及び範囲内にある全ての修正、同等物、及び代替物を網羅するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示の態様は、タッチディスプレイデバイスでタッチイベントが発生したところを示すのに使用される応答信号のＲＦ干渉を生成しやすい回路を伴うものを含む、さまざまな異なる種類のタッチセンスディスプレイシステム、デバイス及び方法に適用できると考えられる。本開示はかかる回路及び用途に必ずしも限定されるのではないが、この内容を使用するさまざまな例の説明を通じて、本開示のさまざまな態様を、理解することができる。
【００２０】
特定の例の実施形態によれば、本開示は、静電容量が変化するタッチに反応して、結合容量の変化を促進するように構成されるタッチ面回路を含む種類のタッチセンス装置に関する。装置は、上部信号レベルに向かう正方向の遷移と、下部信号レベルに向かう負方向の遷移とを特徴付けるための過渡部を有する応答信号を提供するセンス回路を含む。次いで、増幅回路は、時間変化する入力パラメータに応答して、信号を増幅し、処理するのに使用される。増幅回路は、過渡部間の応答信号の一部のゲインに対して、過渡部のゲインを調整し、それによって、奇数次及び／又は偶数次高調波の形態などの、ＲＦ干渉を抑制し、タッチ面における静電容量が変化するタッチの位置を決定するための、ノイズフィルタ処理された出力を提供する。
【００２１】
図１Ａは、本開示にもよる、タッチ面回路１２、センス回路２４、及びディジタル変換回路３０を含む上記の種類のタッチ装置の特定の実施例を示す。タッチ面回路１２、センス回路２４、及びディジタル変換回路３０は、上述した実施形態と同じように、ＲＦ干渉を抑制するように協同で設計され、それによって、タッチ面上における静電容量が変化するタッチの位置を決定するためのノイズフィルタ処理された出力を提供する。多くの用途では、タッチ装置の一部として、駆動回路８及びデータ処理ロジック（例えば、マイクロコンピュータ回路）１０が含まれる。タッチ装置の外部又は内部にあってもよい駆動回路８は、静電容量が変更するタッチイベントが容量性ノードにおいて感知され、後にデータ処理ロジック１０によって処理され得る、参照を提供するのに使用できるバイアス駆動信号をタッチ面回路１２内の駆動電極１６に提供するために構成される。多くの用途では、単独及び／又は他の高周波結合回路を有する駆動回路８は、ＲＦノイズ干渉が懸念となる、高周波信号を生成する。ＲＦノイズ干渉は、駆動回路８によって生成される駆動信号から直接発達した、高調波周波数の形態で存在することがある。駆動回路８は、多くの場合、例えば、アナログディジタル変換回路に含まれる、上述のマイクロコンピュータ及び信号サンプリング回路とともに使用されて、他の回路を駆動するため、及び／又は他の高周波信号を生成するために、使用される。タッチパネル１２は、ディジタルエレクトロニクス及び他の外部ＲＦノイズ発生器に関連するＲＦノイズ源に影響を受けやすいことがある。
【００２２】
上記記載と一致して、このＲＦノイズ干渉は、完全に除去されない場合、センス回路２４を使用して受信電極１８ａ及び１８ｂ（図１Ａ）を介して返される、応答信号を介して結合容量の変化を処理することによって緩和される。センス回路２４は、（例えば、図３Ｂ及び図６Ｂとともに以下で記載するように）上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を有する、応答信号と呼ばれる応答性信号を提供する。
【００２３】
次いで、センス回路２４内では、これらの過渡部を推定する時間変化する入力パラメータに応答して、ゲイン及びフィルタリング回路が信号を増幅及び処理するために使用される。センス回路２４は、それによって、過渡部間の応答信号の一部のゲインに対する過渡部のゲインを調整し、それによってＲＦ干渉を抑制する。どのようにこれらの過渡部が応答信号を表すように生成されるかを理解するため、図１Ｂは、タッチパネルの駆動電極及び受信電極に関連して発達された、静電容量が変化する信号の発達に関する以下の詳細とともに提示される。
【００２４】
したがって、関連する制御装置回路とともにタッチ装置を使用すると、センス回路及び増幅回路は、タッチパネルの受信電極からリターン経路を介して発達した応答信号を処理するために、タッチパネルの関連する位置又はノードでの容量の変化を検出するために、使用することができる。かかるタッチパネルは、１つ以上の駆動電極に対する複数の受信電極の構築化配置などにより、駆動電極及び受信電極用の用途特有のレイアウトを有し、後者は、複数の受信電極とともに配置でき、用途によりマトリックスの電極交差点で多くの特定のタッチパネルノードの支給が必要になるマトリックスを提供することを理解されたい。別の用途の例として、駆動電極は、１つ以上の受信電極に対して、ＩＴＯ又はナノメッシュの形態で提供されることがあり、そのそれぞれは、位置及び／又は信号特性（例えば、振幅、形状、変調形式、及び／又は位相）に基づいて、微分可能な応答信号を送信する。
【００２５】
図１Ｂでは、代表的なタッチ装置１１０を示す。装置１１０は、簡略化のため、一緒にグループ化され、１１４とラベルされた単一の模式的ボックスになり、かつアナログ信号インターフェイス回路、マイクロコンピュータ、プロセッサ、及び／又はプログラマブルロジックアレイのような（制御）ロジック回路として実装される一括して制御装置と呼ばれる、電子回路に接続されるタッチパネル１１２を含む。したがって、制御装置１１４は、バイアス回路及びタッチ面回路８’／１２’（図１Ａのタッチパネル１１２に対して）、及びセンス回路２４’（図１Ａのセンス回路２４に対して）、プロセッサロジックユニット３０’（図１Ａのディジタル変換回路３０に対して）の態様を包含するものとして示される。
【００２６】
タッチパネル１１２は、列電極１１６ａ〜ｅ及び行電極１１８ａ〜ｅの５×５マトリックスを有するものとして示されるが、他の数の電極及び他のマトリックスサイズも用いることができる。多くの用途では、タッチパネル１１２は、タッチパネルを通じてユーザーに物体を閲覧させるため、透明又は半透明であるとして、例示されている。かかる用途としては、例えば、コンピュータのピクシレイティド（pixilated）ディスプレイ用の物体、ハンドヘルドデバイス、携帯電話、又は他の周辺機器が挙げられる。境界１２０は、タッチパネル１１２の表示領域、またかかるディスプレイを使用する場合は、好ましくはその表示領域を表す。電極１１６ａ〜ｅ、１１８ａ〜ｅは、平面透視図で見て、境界１２０全体に空間的に分布される。図の簡略化のために、電極は、幅広で目立つように示されているが、実際には、これらは比較的狭く、ユーザーの注意を引かなくてもよい。更に、電極間のフリンジフィールドを増大させて、それにより電極間の容量結合におけるタッチの影響を増大させるために、電極は、可変幅、例えば、マトリックスのノード付近でダイヤモンド又はその他の形状のパッドに拡大した幅を有するように設計され得る。代表的な実施形態では、電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はその他の好適な導電性材料で構成されてもよい。奥行きの観点からすると、縦列電極と横列電極との間で著しいオーム接触が生じず、所与の縦列電極と所与の横列電極との間の唯一の著しい電気的結合が容量結合であるように、縦列電極は横列電極とは異なる面に位置してよい（図１の観点からすると、縦列電極１１６ａ〜ｅは横列電極１１８ａ〜ｅの下に位置する）。ユーザーの指又は他の接触関連手段との直接的な物理的接触から電極が保護されるように、電極のマトリックスは、典型的には、カバーガラス、プラスチックフィルムなどの下に位置する。かかるカバーガラス又はフィルムなどの露出面は、タッチ面と呼ばれる場合がある。また、ディスプレイタイプの用途では、ディスプレイとタッチパネル１１２との間に、バックシールド（選択として）を配置してよい。かかるバックシールドは、典型的には、ガラス又はフィルム上の導電性ＩＴＯコーティングからなり、接地されるか、外部の電気的干渉源からタッチパネル１１２への信号結合を低減する波形を用いて駆動されてよい。他のバックシールド方法も当該技術分野において既知である。一般に、バックシールドは、タッチパネル１１２によって感知されるノイズを低減し、これにより、いくつかの実施形態において、接触感度の向上（例えば、より軽い接触を検知する機能）及び応答時間の短縮をもたらすことがある。例えば、ＬＣＤディスプレイのノイズ強度は距離に伴い急減するのでタッチパネル１１２とディスプレイとを離隔するなど、バックシールドは他のノイズ軽減方法と共に用いられることがある。これらの技法に加えて、ノイズの問題を処理する他の方法についても、下記のさまざまな実施形態を参照して記載する。
【００２７】
所与の行電極と列電極との間の容量結合は、電極が互いに最も近接している領域内の電極の形状と主に相関する。このような領域は、電極マトリックスの「ノード」に対応し、このノードのいくつかが図１Ｂに示されている。例えば、列電極１１６ａと行電極１１８ｄとの間の容量結合は、主にノード１２２で発生し、列電極１１６ｂと行電極１１８ｅとの間の容量結合は、主にノード１２４で発生する。図１Ｂの５ｘ５マトリックスは２５のかかるノードを有し、これらのうちの任意の１つは、対応する列電極１１６ａ〜ｅを制御装置に個別に連結する制御線１２６の１つの適切な選択、及び対応する行電極１１８ａ〜ｅを制御装置に個別に連結する制御線１２８の１つの適切な選択を介して、制御装置１１４によってアドレス指定される。
【００２８】
ユーザーの指１３０又は他のタッチ手段が、タッチ位置１３１に示されるように、装置１１０のタッチ面と接触するか、ほぼ接触すると、指は、電極マトリックスと静電容量的に結合する。指は、マトリックス、特にタッチ位置の最も近くにある電極から電荷を引き出し、そうすることで、最も近くのノードに対応する電極間の結合静電容量を変化させる。例えば、タッチ位置１３１におけるタッチは、電極１１６ｃ／１１８ｂに対応するノードに最も近い位置にある。下記に詳述するように、結合静電容量のこの変化は、制御装置１１４によって検出されることができ、１１６ａ／１１８ｂノードにおけるタッチ又は１１６ａ／１１８ｂノード付近のタッチであると判断されることができる。好ましくは、制御装置は、容量の変化がある場合には、マトリックスのノードの全ての静電容量の変化を迅速に検出するように構成され、ノード間にあるタッチ位置を補間によって正確に判定するために、隣接するノードの静電容量変化の大きさを分析することが可能である。更に、制御装置１１４は、タッチ装置の異なる部分に、同時に又は重複する時間で加えられた複数の異なるタッチを検出するように有利に設計される。したがって、例えば、指１３０のタッチと同時に別の指１３２が装置１１０のタッチ面のタッチ位置１３３と接触する場合、又は、それぞれのタッチが少なくとも時間的に重複している場合、制御装置は、好ましくは両方のかかるタッチの位置１３１、１３３を検出し、かかる位置を接触出力１１４ａに提供することが可能である。制御装置１１４が検出可能な別個の同時に起こる又は時間的に重複するタッチの数は、好ましくは２つに限定されず、例えば、電極マトリックスの大きさに応じて、３つ、４つ、又は６０より大きくてもよい。
【００２９】
下記に詳述するように、制御装置１１４は、好ましくは電極マトリックスの一部又は全てのノードにおける結合静電容量の迅速な測定を可能にするさまざまな回路モジュール及び構成要素を用いることができる。例えば、制御装置は、少なくとも１つの信号発生器又は駆動ユニットを含むことが好ましい。駆動ユニットは、駆動電極と呼ばれる１つの電極のセットに駆動信号を供給する。図１Ｂの実施形態では、列電極１１６ａ〜ｅが駆動電極として用いられてよいか、行電極１１８ａ〜ｅが駆動電極として用いられてよい。駆動信号は、好ましくは一度に１つの駆動電極に、例えば、最初の駆動電極から最後の駆動電極までスキャンされる順序で供給される。かかる電極のそれぞれが駆動されると、制御装置は、受信電極と呼ばれる他の電極のセットを監視する。制御装置１１４は、全ての受信電極に結合された１つ以上の感知ユニットを含んでよい。それぞれの駆動電極に供給されるそれぞれの駆動信号に対し、感知ユニットは、複数の受信電極に対する応答信号を生成する。感知ユニットは、好ましくはそれぞれの応答信号が駆動信号の微分表現を含むように設計される。例えば、駆動信号が関数ｆ（ｔ）（例えば、時間の関数として電圧を表す）で表される場合、応答信号は、関数ｇ（ｔ）（式中、ｇ（ｔ）＝ｄ  ｆ（ｔ）／ｄｔ）に等しいか、又は関数ｇ（ｔ）の近似を与えることができる。換言すれば、ｇ（ｔ）は、駆動信号ｆ（ｔ）の時間に関する導関数である。制御装置１１４に使用される回路の設計詳細に応じて、応答信号としては、例えば、（１）単独のｇ（ｔ）、又は（２）定数オフセットを伴うｇ（ｔ）（つまり、ｇ（ｔ）＋ａ）、又は（３）乗数用のスケーリング係数を伴うｇ（ｔ）（つまり、ｂ＊ｇ（ｔ）、スケーリング係数は、正でも負でもよく、１を超えるか、１未満だが０を超える大きさであってよい）、又は（４）これらの組み合わせ、を挙げることができる。いずれにしても、応答信号の振幅は、駆動される駆動電極と監視される特定の受信電極との間の結合静電容量に関連することが有利である。ｇ（ｔ）の振幅はまた、元の関数ｆ（ｔ）の振幅に比例し、用途に好適な場合、ｇ（ｔ）の振幅を、駆動信号の単一パルスのみを使用して所与のノードに対して決定することができる。
【００３０】
制御装置は、応答信号の振幅を識別し、分離するための回路も含んでよい。この目的のための代表的な回路装置は、１つ以上のピーク検出器、サンプル／ホールドバッファ、時間変数積分器、及び／又は、第２の段階積分器、ローパスフィルターを含んでよく、その選択は、駆動信号及び対応する応答信号の性質に依存してよい。制御装置は、アナログ振幅をディジタル形式に変換するための１つ以上のアナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）も含んでよい。１つ以上のマルチプレクサーは、回路素子の不要な重複を回避するためにも用いられてよい。当然ながら、制御装置はまた、好ましくは測定した振幅及び関連パラメータを保存するための１つ以上のメモリ装置と、必要な計算及び制御機能を実行するためのマイクロプロセッサと、を含む。
【００３１】
電極マトリックスのノードのそれぞれについて応答信号の振幅を測定することにより、制御装置は、電極マトリックスのノードのそれぞれについて結合静電容量に関連する測定値のマトリックスを生成できる。これらの測定値は、タッチの存在により結合静電容量が変化したノードがある場合は、そのノードを特定するために、予め求めた基準値と同様のマトリックスと比較できる。
【００３２】
側面から、タッチ装置に使われるタッチパネルは、前面（透明）層、平行に配置された第１のセットの電極を有する第１の電極層、絶縁層、平行に配置された第２のセットの電極を有する、好ましくは第１のセットの電極に垂直な第２の電極層、及び後面層を含むことができる。露出した前表面層は、タッチパネルのタッチ面の一部であっても、それに取り付けられていてもよい。
【００３３】
図２Ａは、上述の態様の多くと一致する、別のタッチ装置の概略図であり、フロントエンド回路モジュール２１２（又は、場合によって、平行な、複数のフロントエンドモジュール２１２（ａ）、２１２（ｂ）などの１つとして動作する）、及びタッチパネル（図示せず）の電極から提供される応答信号の、それぞれ特定のアナログ及びディジタル処理用に構成されたバックエンド回路モジュール２２０を示す。具体的な実施形態では、図２Ａに表現されるものを含み、バックエンド回路モジュール２２０は、バックエンド回路モジュール２２０の右側に沿って示されるもののように、さまざまなタイミング及び制御信号を提供するための他の回路（図１Ｂの制御装置１１４と同様に）と共同して実装される。
【００３４】
図２Ａの左側（の上の任意に複製したブロック）を介して示すように、応答信号回路２１０は、関連する入力ポートＲＸ０１，ＲＸ０２などを介して提供されたそれぞれの応答信号に作用する。図３Ａと関連して詳述するように、これらの応答信号回路２１０は、該当する（信号供給）受信電極（図１Ｂ）と関連するタッチパネルノードに対する（タッチ面における関連結合容量の）正確なタッチ監視に作用し、提供するように実装される。これらの応答信号回路２１０は、図示された実施例において、かかるタッチ監視を同時に動作し、提供するように実装することができ、これらの応答信号回路２１０の１つだけの出力ポートが、かかる処理用のマルチプレクサー（「Ｍｕｘ」）２２４を通じて選択される。
【００３５】
マルチプレクサー２２４は、入力選択／制御信号２２４ａに応答して、関連する応答信号経路によって規定されるように、アナログ処理された応答信号の選択されたチャンネルを、アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）２２６に提供する。マルチプレクサー２２４は、ＲＸＮチャンネルを介して、全ての電極がＡＤＣによって変換されるまで、ステップするように制御され得る。ＡＤＣ  ２２６は、アナログ処理された応答信号のディジタルバージョンを、前述した関連する結合容量の特徴付けについて測定を行うことによって、かつこれらの特徴付けからタッチ面のタッチ位置を決定することによって、応答信号に応答するために構成された（バックエンド回路モジュール２２０内の）測定回路２３０に提示する。オーバーサンプリングＡＤＣにとって典型的であるように、ＡＤＣ  ２２６は、入力ポート２３２を介して提供されたＡＤＣクロック信号（ADC_clock signal）に応答し、例えば、約８ＭＨｚ又はその倍数で動作する。
【００３６】
具体的な実施形態では、１つ又は両方のフロントエンド及びバックエンド回路モジュール２１２及び２２０は、モジュール２１２及び２２０を画定する境界線で描かれた、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）チップに実装されている。例えば、フロントエンド回路モジュール２１２は、受信電極から１つ以上の応答信号経路を処理するように構成された１つ以上の（複製された）内部回路のそれぞれを有し、かつ応答信号の測定を行うための測定回路を備えて構成された別のＡＳＩＣチップを使用して実装されたバックエンド回路モジュールを有する１つのＡＳＩＣチップを使用して実装することができる。
【００３７】
かかる特定の実施形態のそれぞれでは、両方のモジュール２１２及び２２０は、データ、タイミング及び制御信号を使用し、応答信号回路２１０により応答信号の適切な処理を有効にする。例えば、フロントエンドモジュール２１２の左側に、これらの制御信号は、応答信号回路２１０内で応答信号を積分するために使用される回路のノードにバイアスするために使用される電圧バイアス信号（ＶＢｉａｓ）を含む。フロントエンドモジュール２１２はまた、バックエンド回路モジュール２２０により提供される制御／構成信号に応答し、これは、ゲインを制御するため、タイミングのため、及び応答信号回路２１０による応答信号を一般的に処理するための時間変数パラメータを設定するのに使用される制御／構成信号を含む。構成レジスタ２４０は、測定回路２３０内で、所与のタッチパッド（又は受信電極を供給する他の種類の装置）のために必要とされ得る、これらの時間変数パラメータ及び他の制御信号を決めるのに使用することができる。測定回路２３０はまた、ＡＳＩＣベースの実装のために理解されるように、これらの処理された応答信号（データ取得ロジック）を取得及び記憶するための関連サポート回路と、状態機械回路２４４の形態で示された回路と、雑多なレジスタ／サポート回路２４６とを備える。
【００３８】
バックエンド回路モジュール２２０の右側に沿って示されるもののように、他のタイミング及び制御信号は、応答信号回路２１０による処理、及びＡＤＣ  ２２６の処理のタイミングをアシストするように設けられる。これらの信号には、モード制御、シリアル・ペリフェラル・インタフェース互換（ＳＰＩ）制御ライン及びデータ送受信及び、受信ロジックが（受信電極に沿った）列データの変換を開始する時及びデータ変換を完了する時のための制御が含まれる。信号が図面の右手側に示される。
【００３９】
図２Ｂは、前述のタッチパネル（図１Ａの１２又は図１Ｂの１１２）の１つに該当する分解図と図２Ａのフロントエンド回路モジュールとを有する実施例の回路を示す。かかるタッチパネルの実装の１つで意図されるように、タッチパネルは、１６：１０の横縦比を持つ１９インチ（４８ｃｍ）の対角長方形表示領域を有する４０行×６４列のマトリックス装置を含む。この場合、電極は約０．２５インチ（０．６４ｃｍ）の均一な間隔を有してもよく、他の具体的な実施形態では、０．２インチ（０．５ｃｍ）以下であってもよい。この実施形態のサイズのため、電極は、関連する著しい漂遊インピーダンス（例えば、行電極の４０ｋオームの抵抗、列電極の６４Ｋオームの抵抗）を有してよい。かかるタッチ反応処理に伴う人的要因を考慮すると、マトリックスの全２，５６０ノード（４０＊６４＝２５６０）における結合静電容量を測定するための応答時間は、必要に応じて、比較的高速、例えば２０ミリ秒未満、又は更には１０ミリ秒未満であってよい。行電極が駆動電極として用いられ、列電極が受信電極として用いられ、かつ全ての列電極が同時にサンプリングされる場合、４０列の電極は、例えば、行電極（駆動電極）あたり０．５ミリ秒（又は０．２５ミリ秒）の時間を費やせるので、連続的なスキャンのために２０ミリ秒（又は１０ミリ秒）を有する。
【００４０】
図２Ａの具体的な図を再び参照すると、物理的特性よりも電気的特性（集中回路素子モデルの形態）によって描写される図２Ａの駆動電極２５４及び受信電極２５６は、４０×６４よりも小さいマトリックスを有するタッチ装置に見られる電極を代表するが、これを制限的なものと見なすべきではない。図２Ａのこの代表的な実施形態では、集中回路モデルに示される直列抵抗Ｒは、それぞれ１０Ｋオームの値を有してよく、集中回路モデルに示される浮遊容量Ｃは、それぞれ２０ピコファラッド（ｐｆ）の値を有してよいが、当然ながら、これらの値を決して制限的なものと見なすべきではない。この代表的な実施形態では、結合静電容量Ｃｃは名目上２ｐｆであり、電極２５４と電極２５６との間のノードにおけるユーザーの指２５８による接触があると、結合静電容量Ｃｃを約１．５ｐｆの値へと約２５％低下させる。ここにおいても、これらの値を制限的なものと見なすべきではない。
【００４１】
前述の制御装置によると、かかるタッチ装置は特定の回路を使用して、パネル２５２のノードのそれぞれにおいて結合静電容量Ｃｃを測定するように、パネル２５２に問い合わせを行う。この点において、制御装置が、結合静電容量を示すか、又は結合静電容量に応答するパラメータの値、例えば、上述の応答信号の振幅及び下記に詳述する応答信号の振幅を測定することにより、結合静電容量を測定できる。このタスクを達成するため、タッチ装置は、好ましくは、駆動電極２５４に連結される低インピーダンス駆動ユニット（図１Ｂの制御装置１１４内又は図２Ｂの信号発生器２６０内）と、受信電極２５６に連結される感知ユニット２８０と、感知ユニット２８０で発生した応答信号の振幅をディジタルフォーマットに変換するアナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）ユニット２２６とを備える。感知ユニット２８０は、駆動ユニットにより供給される駆動信号に微分を行う微分可変ゲイン増幅（ＶＧＡ）回路２８２を含む。ＶＧＡ回路２８２は、可変ゲインレジスタを備え、それぞれ回路ゲインを設定し、ゲインの安定性を最適にするための可変ゲイン静電容量を有することができる。
【００４２】
駆動ユニット２６０によって供給された駆動信号の性質に応じて（したがって、感知ユニット２８０によって生成された応答信号の性質にも応じて）、図２Ａのタッチ装置はまた、サンプル／ホールドバッファとしても機能するピーク検出回路（図示せず）と、ピーク検出器をリセットするように機能する関連リセット回路３２６ｂと、を含んでよい。最も実用的な用途では、タッチ装置は、所与の時間で複数の駆動電極のいずれか１つを解決する性能を可能にするための、信号発生器２６０（図２Ｂ）とタッチパネル２５２との間のマルチプレクサーを含むこともあろう。このように、物体（例えば、指又は導電性スタイラス）が行電極と列電極との間の相互結合を変えるとき、相互静電容量の変化が起き、それによって、多重化駆動信号に応答して順次スキャンされる。同様に、受信側で、別のマルチプレクサー（図２Ａの２２４）は、単一のＡＤＣユニットに複数の受信電極に関連する振幅を迅速にサンプリングさせるので、それぞれの受信電極に対して１つのＡＤＣユニットが必要とする経費を回避する。要素２１２ｂは、複数のＡＤＣをもつ同様の回路のいくつかの層を示す。この実装は５つのかかるチャンネルを有する。
【００４３】
上述した図２ＢのＶＧＡ回路２８２は、応答信号を特徴付ける微分信号の形式で、２つの段階を使用して図２Ｂに示す別の増幅回路に出力を送信する。積分増幅器２８４として示す第１の段階は、ＲＦ信号の奇数次高調波のＮＵＬＬを生成するために、過渡部における間引きを容易するため、時間変化するパラメータを使用して応答信号の微分信号表現に積分を行うように構成及び配置されている。積分増幅器２８４は、積分により、応答信号内の（受信電極からの）駆動信号のリターンに特徴付けられる駆動信号のパルス部を増幅する。可変抵抗回路２８６は、積分増幅器２８４のフロントエンド入力において、時間変化するゲインの変化を応答信号に提供するように制御され、パルス部（駆動信号に該当する）についてこの演算を達成する。増幅積分演算が、それぞれのパルス部に対して演算の適切な繰り返しを有効にする該当駆動信号のタイミングに同期している別の制御信号（図示せず）を使用して、リセットされる。この増幅は、応答信号により運ばれる駆動信号の奇数次高調波を含む望まないノイズを抑制しながら、応答信号の演算アスペクトを増幅するように機能する。
【００４４】
積分増幅器２８４は、応答信号を更に処理するための第２の段階２９０に静電容量的に結合される出力を送信する。この更なる処理により、正方向の遷移及び負方向の遷移において過渡部を結合するために、信号強度を増加させ、同時に、偶数次高調波を含むノイズの効果的なコモンモード抑制を行うため、微分増幅器２８４の出力から処理される単一線微分応答信号の正及び負のアスペクト（増幅された過渡部を含む）を合計させることによって、演算増幅器２９１を使用して、積分が行われる。第２の段階によるこの積分が、積分及びダンプ動作の方法によって、このように繰り返され、前述した段階と同様に、かつ同様に制御された制御信号（図示せず）と同様に、積分リセットのため、それぞれのパルス部に対して演算の適切な繰り返しを有効にする。
【００４５】
第２の段階２９０により、図２Ａに関連して前述したように、別の容量結合された経路２９２を通じて、マルチプレクサー及びＡＤＣに、その出力が送信される。容量結合された経路は、第２の段階２９０により処理される、応答信号のそれぞれの部分のアナログ特徴付けを保存するためのサンプル及びホールド回路（静電容量及びスイッチで概念的に描かれたもの）を備え、それを、制御装置又は測定回路による評価のため、マルチプレクサー２９４及びＡＤＣ  ２９６を通じて更に処理することができる。
【００４６】
より具体的には、演算増幅器２９１が、正及び負のエッジ遷移を最大信号強度で結合させ、理想的には、コモンモード抑制のように逆位相加算により正及び負のエッジ遷移間のノイズをキャンセルする、加算演算を実行するために使用される。具体的な実装として、これは、正及び負のエッジ遷移に対するクロック位相に反応して、反転積分器又は非反転積分器（又は積分演算）のいずれかを選択し、正のエッジから負のエッジを減することにより、達成され得る。この加算積分により、正及び負方向信号を加算し、信号振幅２Ｘを増加させ、センサに結合されるコモンモードノイズを低減する擬似微分信号を提供する。演算増幅器２９１の一方の入力でのＶＢｉａｓ信号は、ＡＤＣ２９６による後続のアナログディジタル変換のためのサンプルホールド効果（Ｓ／Ｈ）のための容量結合された経路２９２に沿って出力レベルを最適させるほどのレベルで設定される。第１の段階２８４のフロントエンドで時間変化する係数を使用して、信号微分と積分の第１の段階との組み合わせにより、オンチップのゲイン（抵抗経路により提供される）及びＴＸ（又は駆動）信号の傾きからゲイン変動を低減するのに役立つ。変量は、オンチップ積分容量（ＣＩＮＴ）及びタッチスクリーン静電容量から残存する。駆動信号のレベルは、積分フィードバック経路における静電容量（図２ＢのＣＩＮＴ）が異なる受信器間の変動を調整する場合、異なる行間のスクリーン変動を補償するのに役立つ。この結合された微分及び積分を伴う信号レベルは、以下のように数学的に推定することができる。
【００４７】
【表１】
0006280198.tif 000002
ここで、タッチ装置で感知される電流はＩｓｃｒｅｅｎ、微分電圧信号はＶＤＩＦＦ、その積分バージョンはｄＶＩＮＴ．として表される。
【００４８】
したがって、図２Ｂの可変ゲイン増幅回路は、過渡部において積分及びダンプ信号フィルタリング動作を行うための時間変化するパラメータを使用する積分回路を含む。信号フィルタリング動作は、応答信号をサンプリングするために使用されるクロック率の倍数まで間引きによって支援され得る。前述した測定回路は、次いで、関連する結合静電容量の特徴付けに関する測定を実行し、そこからタッチ面のタッチの位置を決定することによって、図２Ｂの可変ゲイン増幅器を介して処理される応答信号に応答することができる。参照文献として特許文献ＷＯ２０１０／１３８４８５（ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３６０３０）の信号処理の教示を使用して、この処理により、増加した信号を、増加したＴＸ駆動信号と、改善したＣＲＦＩ（伝導された無線周波数イミュニティ）と、改善したＲＸ受信器回路をもつ改善したＬＣＤ（液晶表示）ノイズ除去とともにノイズに提供される。全体的な電力レベル及びコストも大幅に低減される。同様の環境におけるタッチ装置の動作に関する更なる／背景情報については、フロントエンド信号処理及びタイミング及びバックエンド（制御装置ベース／測定）応答信号処理に関するかかる教示及びこれらについて、参照により本明細書に組み込まれる上記特許文献を参照することができる。
【００４９】
図２Ｂの回路と一致する回路の具体的な実験的実装に関連して、応答信号の微分信号表現のかかる積分は、周波数応答においてＮＵＬＬを生成するために有利に使用できる。かかる実装を使用して、ＲＦ信号ノイズ、特に周波数応答における３次及び５次の高調波（微分信号表現の積分あたり）は、かかるＮＵＬＬの方法によってフィルタ処理される。このように、このＲＦ信号ノイズフィルタ処理は、かかる奇数次高調波並びにインターリーブ偶数次高調波の両方を含むことができる。
【００５０】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃにより、図２Ｂの第１の段階に関する態様を理解するため、更に詳述する。これらの態様は、積分増幅器２８４に関与する可変抵抗及びタイミングである。図３Ａに示す具体的な例の実施形態では、演算増幅器３１０は、電圧基準に接続される正の入力ポート（図２Ａ及び図２ｂの一般に名付けられた信号と同様に、ＶＢｉａｓ）及び、入力信号（「ＩＮ」ポート３１８での）として、前述の回路（図２Ｂの（微分）回路２８２）の出力を受信するために配置される負の入力ポートを含む。図２Ｂの可変抵抗回路２８６に相当して、図３Ａに示す可変抵抗は、平行な経路に接続のため配置された３つのレジスタ、すなわち第１のレジスタ（Ｒ）３２０、第２のレジスタ（４Ｒ）３２２，及び第３のレジスタ（２Ｒ）３２４によって提供される。該当する平行な経路のそれぞれには、それぞれのスイッチがあり、そのうち１つ以上は制御信号を使用して、経路３２８を介して選択によって閉じられる（それぞれのパルス部について適切な繰り返し操作を行うために、制御装置を提供し、駆動信号に同期した）。これらの選択可能なスイッチは、それぞれ１つ以上のレジスタ３２０、３２２、及び３２４と接続するため、ＩＮポート３１８と演算増幅器３１０の負の入力ポートの間で、３３０，３３２，及び３３４で示されている。同様に制御されるスイッチ３３６はまた、駆動信号と同期した方法で制御され、それぞれのパルス部に与えられる繰り返しと一致するリセットタイミングを有効にする。
【００５１】
図３Ｂは、図３Ａの回路に関連する３つの信号３４２、３４４、及び３４６を示すタイミング図である。第１の信号３４２は、駆動電極上に駆動されるパルス信号の１つのパルスを有するＴＸパルスである（例えば、図１Ａ及び図１Ｂに使用される）。しかし、ＴＸパルスのパルス周波数は、図１Ａ及び図１Ｂに関連して記載されるものを含む多くの用途に対して変えることができ、１００ＫＨＺパルスは十分であり、８ＭｈｚクロックはＴＸパルスのためのパルスタイミングを規定するために使用される。ＩＮポート３１８で提示される第２の信号３４４は、ＴＸパルスの図示される正の傾きに整列される上向きのインパルススパイク及びＴＸパルスの負の傾きに整列される下向きのインパルススパイクを有する単一線微分信号である。これらは、センス回路が応答信号を監視する、ＴＸパルスエッジに該当する、微分遷移部である。図３Ｂの下部に示すように、第３の信号３４６は、図３Ａの回路の出力に相当し、その出力は図２Ｂの２９０で示すように第２の（加算積分器）段階を駆動するのに使用される。
【００５２】
図３Ｃは、選択可能なスイッチ３３０、３３２、及び３３４並びにリセットスイッチ３３６が、図３Ａに示す回路に対して、所望又は最適な時間可変ゲインを有効にするため、どのように制御され得るかを示す別のタイミング図である。図３Ｃのタイミング図が示すように、スイッチに対する該当する制御信号が論理ハイ状態であるとき、図３Ａ及び図３Ｃが示すように、スイッチ３３０、３３２，３３４及び３３６のそれぞれは閉じられる（導通状態）。例えば、スイッチ３３０、３３２、及び３３４のそれぞれを閉じた状態にして、図３Ａの演算増幅器３１０により得られるゲインは、図３Ｃの上部における階段状のグラフ３６６の中心により示されるように、最大値である。時点３６８でリセットされた直後、図３Ａの演算増幅器３１０により提供されるゲインは、閉じた状態のスイッチ３３０、及び開いた（非導通）状態のスイッチ３３２及び３３４によって、設定される。これは、スイッチ３３０、３３２、及び３３４は、演算増幅器３１０の積分動作のＲＣ時定数を規定するのに使用され、ここで、ＲＣのＲは、レジスタ３２０、３２２、及び３２４の平行配置により設けられる抵抗であり、ＲＣのＣは演算増幅器３１０の負のフィードバックループ内に設けられる静電容量であるためである。したがって、図３Ｃの右の表は、タイミング図の代表的時点に関連する時定数の逆数を示す。
【００５３】
図４及び図５は、可変時定数（図４）に関し、及び上述の可変時定数（図５）に関し、図３Ａの演算増幅器３１０のゲインを示す時間ベースグラフである。それぞれのグラフの横軸は、時間の単位であり、直線的に示され、図３Ｂの信号３４４に示されるように、パルス又はスパイクのエッジからの距離に相当する。それぞれのグラフの縦軸は、指数関数単位で上記時定数（ＲＣ）を示し、図５は周波数に関する時定数（１／（２ＲＣ  ｘ（３．１４５６））を示す。図５のプロットの上部に示されるように、スイッチを閉じた状態で、該当するレジスタは、横軸に沿った０点（ここでスパイクのエッジが感知される）でゲインを最大化するために最小の抵抗を付与する。抵抗及び静電容量（ＲＣのための）及びタイミングを、所与の用途及びクロックタイミングに望ましいように、調整することができ、ここで、上述するタイミングは、ＲＦノイズフィルタリングが、そこから由来する奇数次及び偶数次高調波を低減するために調整／最適化され、駆動回路及び関連回路タイミング並びに状態機械タイミングのため８ＭＨｚクロックを想定することを理解されたい。
【００５４】
図６Ａ〜図６Ｇは、図２Ｂに示す回路の段階に対する更なる信号のタイミングの例を示す、別の時間ベース図の一部を形成する。図６Ａでは、前述したタッチパネルの駆動電極に現れるような、一周期（又は期間）の間引きを有する、ＴＸ信号６１０が示される。受信電極によって渡された後、応答信号は、微分回路（例えば、ＶＧＡ回路２８２を介して）によって処理（微分）され、図６Ｂに示すように、ＴＸ信号６１０の微分形式を生成する。例示されるＴＸ信号６１０が方形波（一連の矩形パルス）として実装されて、微分演算により、矩形パルスのそれぞれの正方向の遷移に関連する負方向のインパルスのパルス（例えば、６２０ａ）と、矩形パルスのそれぞれの負方向の遷移に関連する正方向のインパルスのパルス（例えば、６２０ｂ）と、を含むインパルスのパルスが生成される。インパルスのパルスは、演算増幅器の信号帯域幅、及びタッチスクリーンのＲＣフィルタ効果により、やや丸くなることができるが、応答信号のこの派生形式は、駆動信号の微分表現である。
【００５５】
図６Ｃ及び図６Ｄは、感知ユニット（図２Ｂの２８０）の第１及び第２の段階による応答信号の更なる処理を示す。図６Ｃは、上述した図４及び図５（第１の段階に起因する演算増幅器のゲインを示す）のような、第１の段階のゲイン態様を示し、（フィードバック内の）積分リセットがインパルスのパルス間の中央におかれ、ゲインのタイミングは、前記の明細書に示すように実効抵抗を介してＲＣ時定数を変えることによって調整／最適化される（場合によっては、この変化はまた、実効静電容量を変えて行われる）。図６Ｆは、第１の段階の出力における信号の理想的ではない特徴付けを示し、ゲインは、処理された応答信号のバイポーラ（正及び負の両方）態様用として示されている。特定の実装では、第１の段階は、インパルスのパルス間においてＴＸ信号の奇数次高調波を含むノイズが著しく抑制される程十分であるものとみなされることがある。
【００５６】
他の実装では、第１の段階は、ＴＸ信号に基づく偶数次高調波の抑制（ナリング：Nulling）を含む更なるノイズフィルタ処理を提供する第２の段階（図２Ｂの２９０）によって補完される。したがって、第２の段階は、第２の段階の入力（図６Ｃ及び図６Ｅのように）において正及び負の遷移に対する積分及びダンプ動作を実行することによって、応答信号に更に影響を与える。演算のダンプ態様は、図６Ｃに示す信号の低い点において起こり、図２Ｂの演算増幅器２９１の負のフィードバックループにおける静電容量短絡スイッチによって制御される。積分はそれぞれのダンプ（又はリセット）の後に開始する。
【００５７】
図６Ｇは、演算増幅器２９１を介して行われる加算演算を示し、それによって、正及び負のエッジ遷移は最大信号強度で、理想的には、コモンモード抑制におけるように加算処理によってこれらの正及び負のエッジ遷移間のノイズキャンセルのために、結合される。
【００５８】
図面に例示されるさまざまなモジュール及び／又は他の回路ベースのビルディングブロックは、図面に関連して記載されるように、演算及び活動の１つ以上を実行するように実装されてもよい。かかる状況では、「モジュール」の「段階」はこれら又は関連する演算／活動の１つ以上を実行する回路である。例えば、上述した実施形態のいくつかでは、１つ以上のモジュールは、図面に示す回路モジュールにおけるように、これらの演算／活動を実行するために構成及び配置される個別の論理回路又はプログラマブル論理回路である。特定の実施形態では、プログラマブル回路は、１セット（又は複数セット）の命令（及び／又は構成データ）を実行するようにプログラムされる１つ以上のコンピュータ回路である。命令（及び／又は構成データ）は、メモリ（回路）に格納され、かつメモリ（回路）からアクセス可能なファームウェア又はソフトウェアの形式であってもよい。一例として、第１及び第２のモジュールは、ＣＰＵハードウェアベースの回路とファームウェア形式の１セットの命令との組み合わせを含み、第１のモジュールは、１セットの命令を有する第１のＣＰＵハードウェア回路を含み、第２のモジュールは、別のセットの命令を有する第２のＣＰＵハードウェア回路を含む。
【００５９】
また、特に指定されない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用する、数量、特性の測定値などを表す全ての数値は、「約」という語で修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、反することが示されない限り、本明細書及び添付「特許請求の範囲」に記載の数値的パラメータは、本願の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化する近似値である。それぞれの数値パラメータは、最低でも記載される有効数字の桁数を考慮し、一般的な丸め法を行うことによって少なくとも解釈されるべきである。
【００６０】
本開示のさまざまな修正及び変更は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱せずに当該技術分野の当業者に明らかとであり、本開示は、ここに記載された例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。例えば、読者は、開示される一実施形態の特徴が、特に別段の指定がない限り、全ての他の開示される実施形態にも適用され得ると想定すべきである。
本発明の実施態様の一部を以下の〔態様１〕−〔態様２０〕に記載する。
〔態様１〕
タッチ面及び複数の電極を含むタッチ面回路であって、前記複数の電極のそれぞれは、前記タッチ面における容量が変化するタッチに反応して変化する結合容量に関連するように構成及び配置されたタッチ面回路と、
前記複数の電極に対して応答信号を生成するように構成され、
前記応答信号のそれぞれが、前記タッチ面における前記結合容量に対する振幅を有し、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を有する微分信号表現を含む、センス回路と、
前記過渡部を特徴付けるための時間変化するパラメータを提供するように構成及び配置される増幅回路であって、前記増幅回路は、可変ゲインをそこに提供するために、前記応答信号の微分信号表現を処理するために構成及び配置される可変ゲイン増幅器を含み、前記時間変化するパラメータに応答して、前記ゲインが、前記過渡部間の前記応答信号の部分のゲインに対する前記過渡部に対して調整され、その中で、前記タッチ面のタッチの位置を決定するため関連する結合容量を特徴付けるノイズフィルタ処理された出力を提供するため前記応答信号内の高調波を抑制するようにする増幅回路と、を含むタッチセンス装置。
〔態様２〕
前記可変ゲイン増幅器は、前記過渡部のゲインを増加させ、前記過渡部間の応答信号の部分のゲインを減少させることによって、前記応答信号を処理するために、可変ゲインをそこに提供するように更に構成及び配置される、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様３〕
前記可変ゲイン増幅器は、前記応答信号内の３次及び５次の高調波を含む高調波を抑制し、前記可変ゲイン増幅器による処理の一部として、前記応答信号内のノイズ干渉をフィルタ処理するように更に構成及び配置される、態様２に記載のタッチセンス装置。
〔態様４〕
前記可変ゲイン増幅器は、前記過渡部において、前記応答信号をサンプリングするために使用されるクロック率の倍率まで間引きで積分及びダンプフィルタ演算を提供するための時間変化するパラメータを使用する積分回路を含み、前記関連する結合容量の特徴付けについて測定を行い、そこから前記タッチ面のタッチ位置を決定することにより、前記可変ゲイン増幅器を介して処理される前記応答信号に応答するために構成される測定回路を更に含む、態様１のタッチセンス装置。
〔態様５〕
前記可変ゲイン増幅器は、前記時間変化するパラメータを使用して、前記応答信号の前記微分信号表現に積分を実行し、前記過渡部における間引きと、前記微分信号表現におけるＲＦ信号の３次及び５次の高調波に対する前記積分の前記周波数応答におけるＮＵＬＬの生成と、を促進するように更に構成及び配置される、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様６〕
前記複数の電極は、駆動電極を含み、前記タッチ面回路は、駆動電力を前記応答信号を発達させるためのＲＦ信号で駆動するために構成及び配置される信号駆動回路を更に含む、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様７〕
前記複数の電極は、駆動電極を含み、前記タッチ面回路は、前記駆動電極を前記応答信号を発達させるためのＲＦ信号で駆動するために構成及び配置される信号駆動回路を更に含み、前記可変ゲイン増幅器は、前記時間変化するパラメータを使用して、前記応答信号の前記微分信号表現に積分を実行し、前記過渡部における間引きと、前記３次及び５次の高調波においてフィルタ処理するための前記ＲＦ信号の前記３次及び５次の高調波のための周波数応答におけるＮＵＬＬの生成とを促進するように更に構成及び配置される、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様８〕
前記可変ゲイン増幅器は、前記時間変化するパラメータを使用して、前記応答信号の前記微分信号表現に積分を実行し、前記過渡部における間引きを促進し、それに応答して、前記微分信号表現における前記ＲＦ信号の奇数次高調波両方の積分の周波数応答における抑制を促進するように更に構成及び配置される、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様９〕
前記可変ゲイン増幅器は、前記時間変化するパラメータを使用して前記応答信号の前記微分信号表現に積分を実行し、前記ＲＦ信号の奇数次及び偶数次の１組の高調波に対するＮＵＬＬの生成のため、前記過渡部における間引きを促進するように構成及び配置される第１の段階と、前記第１の段階に応答して、前記微分信号表現におけるＲＦ信号の奇数次及び偶数次の高調波の両方の積分の周波数応答において抑制するように構成及び配置される第２の段階と、を含み、それによってＲＦノイズ干渉をフィルタ処理する、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様１０〕
前記関連する結合容量の特徴付けに測定を行い、かつそこから前記タッチ面のタッチの位置を決定することによって、前記可変ゲイン増幅器を介して処理される前記応答信号に応答するために構成される測定回路を更に含み、前記可変ゲイン増幅器は、前記時間変化するパラメータを使用して前記応答信号の前記微分信号表現に積分を実行し、前記ＲＦ信号の奇数次高調波のＮＵＬＬの生成のため、前記過渡部における間引きを促進するように構成及び配置される第１の段階と、前記第１の段階に応答して、前記微分信号表現におけるＲＦ信号の奇数次及び偶数次の高調波の両方に対する積分の周波数応答において抑制するように構成及び配置される第２の段階と、を含み、それによってＲＦノイズ干渉をフィルタ処理する、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様１１〕
前記第１の段階は、前記時間変化するパラメータを使用して、前記応答信号の前記微分信号表現に積分を実行し、前記過渡部における間引きと、前記微分信号表現におけるＲＦ信号の３次及び５次の高調波に対する前記積分の前記周波数応答におけるＮＵＬＬの生成と、を促進するように構成及び配置される、態様１０に記載のタッチセンス装置。
〔態様１２〕
前記第２の段階は、前記正方向の遷移と前記負方向の遷移とにおける前記過渡部を結合するための積分を実行するように構成及び配置される、態様１１に記載のタッチセンス装置。
〔態様１３〕
前記複数の電極は、マトリックスのそれぞれのノードにおいて、それぞれの駆動電極がそれぞれの受信電極と静電容量的に結合される電極マトリックスを提供するように配置される駆動電極及び受信電極を含む、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様１４〕
駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動電極に送るように構成される駆動ユニットを更に含み、前記感知ユニットは、それぞれの駆動電極に送られた駆動信号に対して、前記複数の受信電極のための応答信号を生成するように更に構成される、態様１３のタッチセンス装置。
〔態様１５〕
前記可変ゲイン増幅器及び前記測定ユニットは、コマンモードノイズを低減又は除去するように更に構成及び配置される、態様１のタッチセンス装置。
〔態様１６〕
前記複数の電極は、前記マトリックスのそれぞれのノードにおいて、それぞれの駆動電極がそれぞれの受信電極と静電容量的に結合される電極マトリックスを提供するように配置される駆動電極及び受信電極を含み、
駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動電極に送るように構成及び配置される駆動ユニットであって、前記感知ユニットは、ぞれぞれの駆動電極に送られた駆動電極に対して、前記複数の受信電極に対する応答信号を生成するように更に構成される駆動ユニットと、
前記ノードのそれぞれに対して、前記応答信号のそれぞれの振幅を測定し、そこから、もしあれば、前記タッチ面の複数の一時的に重なるタッチの位置を決定するように構成及び配置される測定回路であって、前記測定ユニットがアナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）及びマルチプレクサーを含み、前記ＡＤＣが前記マルチプレクサーを介して前記感知ユニットに結合するようにする測定回路と、を更に含む、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様１７〕
パルスの駆動信号を生成し、前記パルスの駆動信号を駆動電極に送るように構成される駆動ユニットを更に含み、前記感知ユニットが、駆動電極それぞれに送られる前記パルスの駆動信号のため、前記複数の受信電極のための前記応答信号を生成するように更に構成され、前記複数の電極が、前記マトリックスのそれぞれのノードにおいてそれぞれの駆動電極がそれぞれの受信電極に静電容量的に結合する電極マトリックスを提供するように配置される駆動電極及び受信電極を含み、前記感知ユニットが、前記受信電極のそれぞれに対して、前記それぞれのコンデンサに結合され、リセット信号に応答して前記それぞれのコンデンサを放電するように構成されるリセットスイッチを含む、態様１に記載のタッチセンス装置。
〔態様１８〕
前記駆動信号が、複数の連続パルスを含み、それぞれが傾斜パルス又は矩形パルスの形式であり、それぞれの応答信号が対応する複数の応答パルスを含み、前記測定ユニットが、それぞれの応答信号について、前記複数の応答パルスの振幅を表す振幅を測定するように構成される、態様１に記載の装置。
〔態様１９〕
タッチ面及び複数の電極を含み、前記複数の電極のそれぞれが、前記タッチ面における容量が変化するタッチに反応して変化する結合容量に関連するように構成及び配置されており、前記応答を提供するためのタッチ面手段と、
前記複数の電極に対して応答信号を生成するように構成される感知手段であって、
前記応答信号のそれぞれが、前記タッチ面における前記結合容量に対する振幅を有し、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を有する微分信号表現を含む、センス回路と、
前記過渡部間の前記応答信号の部分のゲインに対する前記過渡部のゲインを調整し、かつ前記応答信号内の高調波を抑制することによって、そこに可変ゲインを提供するため、前記応答信号を処理するための時間変化するパラメータを使用するための手段と、を含み、それによって前記応答信号の測定を促進し、そこから結合容量の変化に反応して、前記タッチ面のタッチ位置を決定する、タッチセンス装置。
〔態様２０〕
タッチ面及び複数の電極を含み、前記複数の電極のそれぞれは、前記タッチ面における容量が変化するタッチに反応して変化する結合容量に関連するように構成及び配置されたタッチ面回路を使用するための方法であって、前記方法は、
回路を使用して、前記複数の電極に対する応答信号を生成する工程であって、前記応答信号のそれぞれが、前記タッチ面における前記結合容量に対する振幅を有し、上部信号レベルに向かう正方向の遷移及び下部信号レベルに向かう負方向の遷移によって特徴付けられる過渡部を有する微分信号表現を含む、工程と、
前記過渡部間の前記応答信号の一部のゲインに対して前記過渡部のゲインを調整し、その中で前記応答信号の高調波を抑制することによって、前記応答信号を処理するため、時間変化するパラメータを使用して、そこに可変ゲインを提供し、
前記応答信号を測定し、そこから前記結合容量の変化に反応して前記タッチ面のタッチ位置を決定するための、別の回路を動作させる工程と、を含む、方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ−６Ｇ】
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