(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性タッチセンサシステムであって、
（ａ）タッチセンサアレイ（ＴＳＡ）と、
（ｂ）アレイ列駆動回路（ＡＣＤ）と、
（ｃ）列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）と、
（ｄ）列駆動ソース（ＣＤＳ）と、
（ｅ）アレイ行センサ（ＡＲＳ）と、
（ｆ）行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）と、
（ｇ）アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
（ｈ）計算制御デバイス（ＣＣＤ）と
を備え、
前記ＴＳＡは、可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）列及びＶＩＡ行を含むＶＩＡを備え、
前記ＶＩＡは、前記ＶＩＡ列及び前記ＶＩＡ行を相互リンクする容量性要素を備え、
前記ＶＩＡは、前記ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）を前記ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）に電気的に結合するように構成され、
前記ＩＩＣは、前記ＶＩＡ列間に電気的に直列接続される複数の個々列インピーダンス要素（ＩＣＩＥ）を更に備え、
前記ＩＩＲは、前記ＶＩＡ行間に電気的に直列接続される複数の個々行インピーダンス要素（ＩＲＩＥ）を更に備え、
前記ＡＣＤは、前記ＣＳＲに基づいて前記ＴＳＡ内の前記ＩＩＣを選択するように構成され、
前記ＡＣＤは、前記ＣＤＳを使用して前記選択されたＩＩＣを電気的に駆動するように構成され、
前記ＡＲＳは、前記ＲＳＲに基づいて前記ＴＳＡ内の前記ＩＩＲを選択するように構成され、
前記ＡＤＣは、前記選択されたＩＩＲの電気状態を検知し、且つ前記電気状態を検知デジタル値（ＳＤＶ）に変換するように構成され、
前記電気状態は、前記ＶＩＡ内の可変インピーダンス要素の電流寄与の和によって特定され、各要素の前記電流寄与は、前記ＶＩＡの前記列間に形成される分圧器、前記ＶＩＡの前記行間に形成される電流分割器、及び前記インピーダンス要素の前記状態によって特定されて、前記ＶＩＡとの所与の行−列交点の検知電流を生成し、及び
前記ＣＣＤは、前記ＴＳＡ内の複数の位置において前記ＡＤＣから前記ＳＤＶをサンプリングして、タッチセンサ行列（ＴＳＭ）データ構造を形成するように構成される、容量性タッチセンサシステム。
【請求項２】
前記ＶＩＡは、
前記ＴＳＡに掛けられた圧力に応答する力検知材料を更に含み、前記ＣＣＤは、前記ＶＩＡの抵抗の測定により、前記ＴＳＡに掛けられた圧力を特定するように構成されるか、又は、
前記ＴＳＡに掛けられた力に応答してキャパシタンスを変化させる検知要素を更に含むか、又は、
同じ層に配置される駆動電極及び検知電極と、１組の前記駆動電極及び前記検知電極を短絡なしで互いに重複できるようにする導電性ブリッジとを更に含むか、又は、
駆動電極及び検知電極が同じ層に配置され、且つ導電性ブリッジが１組の前記駆動電極及び前記検知電極を短絡なしで互いに重複できるようにする菱形パターンを更に含むか、又は、
前記ＩＩＣ及び前記ＩＩＲを組み込んだ２層構造を更に含むか、又は、
０．２５〜２．５ｍｍの範囲の行−列ピッチを有するセンサ要素を更に含むか、又は、
透明導電性材料から形成される列電極及び行電極を更に含むか、又は、
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、透明有機導電粒子、グラフェン、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、マイクロパターン化導電性メッシュ、透明導電性ポリマー、及び金属ナノ粒子からなる群から選択される透明導電性材料から形成される列電極及び行電極を更に含む、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項３】
前記ＣＣＤは、
前記ＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、前記ＴＳＡに関連付けられた平均タッチ検知値を形成するように構成されるか、又は、
加重平均を使用して前記ＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、前記ＴＳＡに関連付けられた結合タッチ検知値を形成するように構成されるか、又は、
加重平均を使用して前記ＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、前記ＴＳＡに関連付けられた結合タッチ検知値を形成するように構成され、前記容量性検知データに関連付けられたキャパシタンスは、前記力検知データに関連付けられた力よりも大きく加重されるか、又は、
加重平均を使用して前記ＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、前記ＴＳＡに関連付けられた結合タッチ検知値を形成するように構成され、前記力検知データに関連付けられた力は、前記容量性検知データに関連付けられた容量性よりも大きく加重される、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項４】
前記ＣＣＤは、
前記ＶＩＡ内の各行／列交点でのタッチの存在を特定する相互キャパシタンス走査を使用して前記ＶＩＡを走査するように構成されるか、又は、
前記ＶＩＡ内の所与の行又は前記ＶＩＡ内の所与の列のいずれかでのタッチの存在を特定する自己キャパシタンス走査を使用して前記ＶＩＡを走査するように構成されるか、又は、
高インピーダンス状態で構成された前記ＶＩＡ内のアクティブ電極のサブセットを用いて前記ＶＩＡを走査するように構成されるか、又は、
前記ＴＳＡから容量性検知データ（ＣＳＤ）及び力検知データ（ＦＳＤ）の両方を収集し、且つ前記ＣＳＤ及び前記ＦＳＤを前記ＴＳＭに記憶するように構成されるか、又は、
前記ＴＳＡから、アクティブスタイラスに関連付けられた容量性検知データ（ＣＳＤ）及び力検知データ（ＦＳＤ）を収集し、且つ前記ＣＳＤ及び前記ＦＳＤを前記ＴＳＭに記憶するように構成される、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項５】
前記ＡＣＤは、
正弦波を生成するように構成されるデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を備えるか、又は、
一度に前記ＶＩＡの１つの行を検知するように構成される受信器を備える前記ＡＲＳを用いて、一度に前記ＶＩＡの１つのアクティブ行−列交点を走査するように構成される１つの送信器を備えるか、又は、
前記ＶＩＡの複数の列を駆動するように構成される複数の送信器を備えるか、又は、
前記ＶＩＡの複数の列を駆動するように構成される複数の周波数で動作する複数の送信器を備えるか、又は、
前記ＶＩＡの複数の列を駆動するように構成される複数の周波数で動作する複数の送信器を備え、及び前記ＡＲＳは、複数の周波数で前記ＶＩＡの複数の行を検知するように構成される複数の受信器を備える、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項６】
前記ＡＤＣは、正弦波を検出するように構成されるアナログ／デジタル変換器を備える、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項７】
前記ＣＣＤは、前記ＳＤＶが、導電性物体又は非導電性物体から導出されるタッチ状態を構成するか否かを判断するように構成される状態マシンを備える、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項８】
前記ＡＲＳは、前記ＶＩＡの複数の行を検知するように構成される複数の受信器を備える、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項９】
前記ＩＲＩＥは、
抵抗性センサ要素を備えるか、又は、
プリントされた狭い抵抗性ストリップを備えるか、又は、
透明導電性材料の薄いブリッジを備える、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項１０】
前記ＩＣＩＥは、
抵抗性センサ要素を備えるか、又は、
プリントされた狭い抵抗性ストリップを備えるか、又は、
透明導電性材料の薄いブリッジを備える、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項１１】
前記ＩＣＩＥ及び前記ＩＲＩＥは、
前記ＶＩＡの各列及び各行と同じ材料で構成されるか、又は、
レーザトリミング抵抗で構成される、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項１２】
前記ＶＩＡは、
薄い誘電層で覆われるか、又は、
シールド材料の透明導電層によって電気的にシールドされるか、又は、
ディスプレイ上に形成されるか、又は、
ディスプレイに積層されるか、又は、
ディスプレイの層内に統合される、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項１３】
前記ＴＳＡは、
信号を前記ＶＩＡ内の各行及び各列からスタイラスに送信するように構成され、及び前記スタイラスは、前記送信からの信号強度を特定し、且つ前記信号強度を前記ＣＣＤに送信するように構成されるか、又は、
前記ＶＩＡ内の各行及び各列からのスタイラスからの信号を受信し、且つ前記受信信号の分析によって前記スタイラスの位置を特定するように構成されるか、又は、
前記ＶＩＡの行及び列を介してスタイラスと双方向通信することにより、前記スタイラスの位置を特定するように構成されるか、又は、
前記ＶＩＡの前記行及び前記列を介して複数のスタイラスと通信するように構成されるか、又は、
複数の送受信器を有するスタイラスと通信するように構成されるか、又は、
ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信を介してホストコンピュータと通信するように構成されるスタイラスと通信するように構成される、請求項１に記載の容量性タッチセンサシステム。
【請求項１４】
容量性タッチセンサシステムで動作するように構成される容量性タッチセンサ方法であって、前記容量性タッチセンサシステムは、
（ａ）タッチセンサアレイ（ＴＳＡ）と、
（ｂ）アレイ列駆動回路（ＡＣＤ）と、
（ｃ）列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）と、
（ｄ）列駆動ソース（ＣＤＳ）と、
（ｅ）アレイ行センサ（ＡＲＳ）と、
（ｆ）行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）と、
（ｇ）アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
（ｈ）計算制御デバイス（ＣＣＤ）と
を備え、
前記ＴＳＡは、可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）列及びＶＩＡ行を含むＶＩＡを備え、
前記ＶＩＡは、前記ＶＩＡ列及び前記ＶＩＡ行を相互リンクする容量性要素を備え、
前記ＶＩＡは、前記ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）を前記ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）に電気的に結合するように構成され、
前記ＩＩＣは、前記ＶＩＡ列間に電気的に直列接続される複数の個々列インピーダンス要素（ＩＣＩＥ）を更に備え、
前記ＩＩＲは、前記ＶＩＡ行間に電気的に直列接続される複数の個々行インピーダンス要素（ＩＲＩＥ）を更に備え、
前記ＡＣＤは、前記ＣＳＲに基づいて前記ＴＳＡ内の前記ＩＩＣを選択するように構成され、
前記ＡＣＤは、前記ＣＤＳを使用して前記選択されたＩＩＣを電気的に駆動するように構成され、
前記ＡＲＳは、前記ＲＳＲに基づいて前記ＴＳＡ内の前記ＩＩＲを選択するように構成され、
前記ＡＤＣは、前記選択されたＩＩＲの電気状態を検知し、且つ前記電気状態を検知デジタル値（ＳＤＶ）に変換するように構成され、
前記電気状態は、前記ＶＩＡ内の可変インピーダンス要素の電流寄与の和によって特定され、各要素の前記電流寄与は、前記ＶＩＡの前記列間に形成される分圧器、前記ＶＩＡの前記行間に形成される電流分割器、及び前記インピーダンス要素の前記状態によって特定されて、前記ＶＩＡとの所与の行−列交点の検知電流を生成し、及び
前記ＣＣＤは、前記ＴＳＡ内の複数の位置において前記ＡＤＣから前記ＳＤＶをサンプリングして、タッチセンサ行列（ＴＳＭ）データ構造を形成するように構成され、
前記方法は、
（１）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＶＩＡ内の前記ＩＩＣを構成するステップと、
（２）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＶＩＡ内の前記ＩＩＲを構成するステップと、
（３）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＣＤＳを用いて前記ＩＩＣを電気的に刺激するステップと、
（４）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＶＩＡ内の所与の行−列交点の検知電流として、前記ＡＤＣを用いて前記ＩＩＲの前記電気状態を検知し、且つ前記電気状態をデジタルデータに変換するステップと、
（５）前記ＣＣＤの制御下で、前記デジタルデータを前記ＴＳＭに記憶するステップと、
（６）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＣＤＳ、前記ＩＩＣ、及び前記ＩＩＲの所定の変動が、前記ＴＳＭにログ記録されたか否かを判断し、且つログ記録された場合、ステップ（８）に進むステップと、
（７）前記ＣＣＤの制御下で、新しいＶＩＡ検知変動について前記ＣＤＳ、前記ＩＩＣ、及び前記ＩＩＲを再構成し、且つステップ（３）に進むステップと、
（８）前記ＣＣＤの制御下で、ＴＳＭ値を補間して、前記ＶＩＡ内の活動の焦点を特定するステップと、
（９）前記ＣＣＤの制御下で、焦点活動情報をユーザインターフェース入力コマンドシーケンスに変換するステップと、
（１０）前記ＣＣＤの制御下で、行動のために、前記ユーザインターフェース入力コマンドシーケンスをコンピュータシステムに送信し、且つステップ（１）に進むステップとを含む、容量性タッチセンサ方法。
【請求項１５】
容量性タッチセンサシステムで動作するように構成される容量性タッチセンサ方法を備えるコンピュータ可読プログラムコード手段を有する実体的な非一時的コンピュータ使用可能媒体であって、前記容量性タッチセンサシステムは、
（ａ）タッチセンサアレイ（ＴＳＡ）と、
（ｂ）アレイ列駆動回路（ＡＣＤ）と、
（ｃ）列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）と、
（ｄ）列駆動ソース（ＣＤＳ）と、
（ｅ）アレイ行センサ（ＡＲＳ）と、
（ｆ）行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）と、
（ｇ）アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
（ｈ）計算制御デバイス（ＣＣＤ）と
を備え、
前記ＴＳＡは、可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）列及びＶＩＡ行を含むＶＩＡを備え、
前記ＶＩＡは、前記ＶＩＡ列及び前記ＶＩＡ行を相互リンクする容量性要素を備え、
前記ＶＩＡは、前記ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）を前記ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）に電気的に結合するように構成され、
前記ＩＩＣは、前記ＶＩＡ列間に電気的に直列接続される複数の個々列インピーダンス要素（ＩＣＩＥ）を更に備え、
前記ＩＩＲは、前記ＶＩＡ行間に電気的に直列接続される複数の個々行インピーダンス要素（ＩＲＩＥ）を更に備え、
前記ＡＣＤは、前記ＣＳＲに基づいて前記ＴＳＡ内の前記ＩＩＣを選択するように構成され、
前記ＡＣＤは、前記ＣＤＳを使用して前記選択されたＩＩＣを電気的に駆動するように構成され、
前記ＡＲＳは、前記ＲＳＲに基づいて前記ＴＳＡ内の前記ＩＩＲを選択するように構成され、
前記ＡＤＣは、前記選択されたＩＩＲの電気状態を検知し、且つ前記電気状態を検知デジタル値（ＳＤＶ）に変換するように構成され、
前記電気状態は、前記ＶＩＡ内の可変インピーダンス要素の電流寄与の和によって特定され、各要素の前記電流寄与は、前記ＶＩＡの前記列間に形成される分圧器、前記ＶＩＡの前記行間に形成される電流分割器、及び前記インピーダンス要素の前記状態によって特定されて、前記ＶＩＡとの所与の行−列交点の検知電流を生成し、及び
前記ＣＣＤは、前記ＴＳＡ内の複数の位置において前記ＡＤＣから前記ＳＤＶをサンプリングして、タッチセンサ行列（ＴＳＭ）データ構造を形成するように構成され、
前記方法は、
（１）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＶＩＡ内の前記ＩＩＣを構成するステップと、
（２）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＶＩＡ内の前記ＩＩＲを構成するステップと、
（３）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＣＤＳを用いて前記ＩＩＣを電気的に刺激するステップと、
（４）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＶＩＡ内の所与の行−列交点の検知電流として、前記ＡＤＣを用いて前記ＩＩＲの前記電気状態を検知し、且つ前記電気状態をデジタルデータに変換するステップと、
（５）前記ＣＣＤの制御下で、前記デジタルデータを前記ＴＳＭに記憶するステップと、
（６）前記ＣＣＤの制御下で、前記ＣＤＳ、前記ＩＩＣ、及び前記ＩＩＲの所定の変動が、前記ＴＳＭにログ記録されたか否かを判断し、且つログ記録された場合、ステップ（８）に進むステップと、
（７）前記ＣＣＤの制御下で、新しいＶＩＡ検知変動について前記ＣＤＳ、前記ＩＩＣ、及び前記ＩＩＲを再構成し、且つステップ（３）に進むステップと、
（８）前記ＣＣＤの制御下で、ＴＳＭ値を補間して、前記ＶＩＡ内の活動の焦点を特定するステップと、
（９）前記ＣＣＤの制御下で、焦点活動情報をユーザインターフェース入力コマンドシーケンスに変換するステップと、
（１０）前記ＣＣＤの制御下で、行動のために、前記ユーザインターフェース入力コマンドシーケンスをコンピュータシステムに送信し、且つステップ（１）に進むステップとを含む、実体的な非一時的コンピュータ使用可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してタッチセンサデバイスの分野でのシステム及び方法に関する。本発明の特定の実施形態は、感圧表面にかけられた力の位置及び量を特定するタッチベースの力検知デバイス及び方法に特に適用可能であり得る。
【背景技術】
【０００２】
タッチベースの力検知装置の分野では、マルチタッチセンサが開発され、コンピュータ、タブレット、及び同様の電子デバイスを含む様々な通信機器及び計算機器にタッチベースのユーザ入力を加えるために一般に使用されている。
【０００３】
力検知装置に関してのマルチタッチ感圧又は圧力検知は、タッチベースのセンサを使用して、検知装置に対して及ぼされた複数のタッチをリアルタイムで区別し、独立して追跡する計算システムの能力を指す。そのような技術により、計算機器オペレータが、複数の手及び指と、スタイラス等の他の物体とを使用して、入力を提供することができるとともに、複数のユーザが、センサ装置と同時に対話することができる。
【０００４】
既存のタッチ検知システムに伴う一問題は、検知表面に対してかけられた力の精密な位置及び性質を特定することにおいて正確性が求められることである。更に、タッチベースの命令を入力して、計算プログラム及びアプリケーションを動作させるためのより大きいタッチスクリーンエリアを有するより大きいデバイスへの市場の需要がある。追跡分解能が改善された小さいセンサ（モバイルデバイスのタッチセンサ等）へのニーズもある。したがって、正確なままであり、それでいてなお製造及び動作について経済的に実現可能であり得るタッチ検知技術を求める動機が当技術分野には存在する。
【０００５】
したがって、明らかに必要とされているものは、より少数の電子デバイスでより大きいフットプリントにおいて提供することができ、入力動作のマルチタッチシーケンスでのあらゆるタッチでかけられる力の存在及び位置並びに量を検知し得る力検知装置である。
（背景情報）
ユーザインターフェース用途向けのマルチタッチセンサを作製することにおける最大の課題の１つは、大半の人が、極めて精密な動きをすることができ、タッチセンサが入力を忠実に捕捉すると予期することである。良好なユーザ経験のためには、指対話用のタッチパネルは通常、約０．５ｍｍの精度を必要とし、一方、スタイラスとの対話は、約０．１ｍｍという更に高い精度を必要とする。更に、大半のユーザは、対話するより大きいデバイス表面を欲する。これは、スマートフォンの増大するサイズと、タブレットコンピュータ及びタッチディスプレイ等のより大きいタッチ表面を有するデバイスの人気の増大とから明らかである。
【０００６】
更に、消費者電子デバイスの複雑性は、時とともに増大する傾向があり、一方、価格は下がる傾向があり、消費者電子用途に使用される任意のタッチセンサデバイスが、安価に製造されなければならず、且つ高い性能対価格比を有さなければならないことを示唆する。したがって、大きいエリアにわたり非常に精密にタッチを追跡することができ、妥当な価格ポイントで製造することができるセンサが必要とされる。最後に、ユーザは、対話の追加の次元を欲する。この技術は、妥当な価格ポイントで大きい表面にわたる精密な追跡を提供するのみならず、あらゆるタッチで力という追加の次元も測定し、この追加の次元の測定は、多くのユーザインターフェース用途での対話性及び制御のレベルを増大させることができる。
（従来技術での欠点）
上記で詳述された従来技術は、以下の欠点を有する。
・従来技術によるセンサシステムは、検知アレイ内の各行／列に個々の列駆動回路及び行検知回路を必要とする。
・従来技術によるセンサシステムは、検知アレイ内の所与の列／行交点での圧力／存在を検出するために各列が駆動されなければならず、各行が検出されなければならないため、センサアレイの走査に大きい動的電力を消費する。
・従来技術によるセンサシステムは、大きいエリアの検知表面をサポートするために、大きい電子デバイス集積を必要とする。
・従来技術によるセンサシステムは、同じデバイスとの接触及び圧力を検知することができない。
・従来技術によるセンサシステムは、高い空間検知分解能を達成するために、比較的複雑な製造プロセスを必要とする。
・従来技術によるセンサシステムは一般に、標準のＰＣＢ製造プロセス及び方法と互換性を有さない。
・従来技術のセンサシステムは、非平坦フォーマットでの構築に適さない。
・従来技術のセンサシステムは、正確なセンサポジショニングデータを達成するために、比較的複雑な較正手順を必要とする。
・従来技術のセンサシステムは、センサデータと、アレイ内の検出空間ポジショニングとの間に線形関係をもたらさない。
・従来技術のセンサシステムは、非矩形センサを製作する場合に生じる非線形性に起因して、非矩形センサ形状の設計を促進しない。
・従来技術のセンサシステムでは、線形性を維持しながら様々な分解能でセンサを走査することができない。
【０００７】
従来技術の幾つかは、これらの問題の幾つかに対する幾つかの解決策を教示し得るが、従来技術のシステムでの核心となる欠点はまだ対処されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、（特に）従来技術における欠点を回避し、以下の目的に影響を及ぼすことである。
（１）検知アレイ内の各行／列に個々の列駆動回路及び行検知回路を必要としないタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（２）検知アレイ内の所与の列／行交点での圧力／存在を検出するために駆動されなければならない列の数及び検知されなければならない行の数を低減することにより、検知アレイを走査するときの動的消費電力を低減するタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（３）大きいエリアの検知表面をサポートするために、大きい電子デバイス集積を必要としないタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（４）同じデバイスを用いて接触及び圧力を検知可能なタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（５）高い空間検知分解能を達成するために、複雑な製造プロセスを必要としないタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（６）標準のＰＣＢ製造プロセス及び方法と互換性を有するタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（７）非平坦フォーマットでの構築に適するタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（８）正確なセンサポジショニングデータを達成するために、複雑な較正手順を必要としないタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（９）センサデータと、アレイ内の検出空間ポジショニングとの間に線形関係をもたらすタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（１０）センサ全体にわたり正確性及び線形性を維持する非矩形センサの作製が可能なタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
（１１）完全な正確性及び線形性を維持しながら様々な分解能での走査が可能なタッチセンサ検出システム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的は、本発明の教示を限定するものとして理解されるべきではないが、一般にこれらの目的は、以下のセクションで考察する開示される本発明によって部分的又は全体的に達成される。疑いなく、当業者は、上述した目的の任意の組合せに影響を及ぼすために、開示される本発明の態様を選択することが可能であろう。
【００１０】
本発明は、以下のように、従来技術の欠点の幾つかに対処する。タッチセンサアレイ（ＴＳＡ：ｔｏｕｃｈ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｒｒａｙ）内の個々の列駆動回路を利用して、ＴＳＡ列を個々に駆動し、個々の行センサに電流を流して検出するのではなく、本発明は、ＴＳＡ列のグループを相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ：ｉｎｔｅｒｌｉｎｋｅｄ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｃｏｌｕｍｎ）に相互接続する。これらのＩＩＣは、列切り換えレジスタ（ＣＳＲ：ｃｏｌｕｍｎ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）の制御下で、幾つかの電気列駆動ソース（ＣＤＳ：ｃｏｌｕｍｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ）の１つを使用して駆動される。ＴＳＡ内部可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ：ｖａｒｉａｂｌｅ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ａｒｒａｙ）がセンサイベントを検出する場合、ＶＩＡの個々の列及び行は電気的に結合される。このイベントにより、ＩＩＣからのＶＩＡ内の相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ：ｉｎｔｅｒｌｉｎｋｅｄ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｒｏｗ）に電流を流すことができる。次に、ＩＩＲは、行切り換えレジスタ（ＲＳＲ：ｒｏｗ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）によって選択され、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって検知される。
【００１１】
コンピュータ制御デバイス（ＣＣＤ：ｃｏｍｐｕｔｇｅｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｄｅｖｉｃｅ）により、異なる構成のＣＳＲ／ＲＳＲ状態と、ＣＤＳ駆動パラメータとを使用して、ＴＳＡを連続走査することができる。これらの走査により、ＣＣＤは、ＴＳＡ内部のＶＩＡ内の異なるセンサデータを収集し、この情報を補間して、現在のＴＳＡ状態に関連付けられたセンサプロファイルのより正確な指示を収集することができる。例えば、ＴＳＡは、ある分解能で走査するように構成され、次に、別の分解能を使用して再走査されて、ＴＳＡとの接触の焦点のみならず、この焦点の各ＴＳＡ走査にわたる経時移動も特定し得る。これに関連して、ある走査パスの焦点は、続く走査パスの焦点と比較された場合、移動ベクトルの特定に使用することもできる。このセンサプロファイルは、ＴＳＡ表面上のセンサ活動の焦点の厳密な位置についての情報と、ＴＳＡ表面又はその近傍に存在するセンサ検出のより正確な表示に関する他の情報とを含み得る。
【００１２】
本発明の幾つかの好ましい実施形態では、本発明は、従来のＰＣＢ製造方法と、追加のプリント技法とを使用して製造することができる低コスト、マルチタッチ、高分解能の力検知タッチセンサに適用し得る。本発明は、補間アレイの概念を利用し、この概念により、多数の駆動線及び検知線をセンサ走査電子デバイス（アクティブ線）に接続する必要なく、高追跡分解能が可能になる。アクティブな駆動線及び検知線の数に相対して追跡分解能を増大することにより、本発明は、他のセンサ技術と比較して低い電子デバイス複雑性及びコストでセンサ性能を増大させることができる。本明細書では、センサの可能な幾つかの実施形態、並びにスタイラス対話等の異なる使用事例にいかに適応させることができるか、及びディスプレイの下又は上にいかに埋め込むことができるかを記載する。
【００１３】
１つの好ましい補間力検知アレイ（ＩＦＳＡ：ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｒｒａｙ）実施形態では、本発明は、抵抗のネットワークを力検知アレイの入力及び出力に追加することによって従来技術の欠点に対処し、この追加により、力検知アレイの分解能を駆動回路及び検知回路の分解能から切り離す。この好ましい実施形態は、各行／列交点の周囲に双線形補間カーネルが作製されるように、センサを電気的に駆動し検知する。これにより、本発明の駆動回路及び検知回路ははるかに低い分解能を有するにも関わらず、力検知アレイの分解能でタッチの位置を再構築することができる。興味深いことに、駆動回路及び検知回路の分解能は、２つの別個のタッチが、処理アルゴリズムにとって１つのように見え始める距離にのみ影響し、単一のタッチが追跡可能な正確性に影響を有さない。補間抵抗ネットワークに加えて、本発明は、既知の製造技法を使用して本発明のセンサを構築する幾つかの方法を教示するとともに、駆動回路、センサを走査するアルゴリズム、及び出力を解釈するアルゴリズムの実装形態を示す。本発明は、本発明のセンサ技術が、他の検知及びディスプレイ技術といかに統合することができるかも示唆する。
【００１４】
本発明により提供される利点をより詳細に理解するために、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】好ましい例示的なシステム実施形態のシステムブロック図を示す。
【図２】好ましい例示的な方法実施形態を示すフローチャートである。
【図３】可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）、相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）、及び相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）の詳細を示すシステムブロック図を示す。
【図４】ＣＳＲ、ＲＳＲ、相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）、及び相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）の詳細を示すシステムブロック図を示す。
【図５】好ましい例示的なシステム実施形態の簡略化システムブロック図を示す。
【図６】好ましい例示的な方法実施形態を示す簡略化フローチャートを示す。
【図７】例示的な非直交ＶＩＡ構成を示す。
【図８】例示的な半径方向及び楕円ＶＩＡ構成を示す。
【図９】例示的な電圧モード列駆動回路概略を示す。
【図１０】積層切り換え設計を利用する例示的な電圧モード列駆動回路概略を示す。
【図１１】非積層切り換え設計を利用する例示的な電圧モード列駆動回路概略を示す。
【図１２】例示的な電圧モード行切り換え回路概略を示す。
【図１３】検知線接地イネーブル論理を組み込んだ例示的な電圧モード行切り換え回路概略を示す。
【図１４】例示的な電流モード列駆動回路概略を示す。
【図１５】積層切り換え設計を利用する例示的な電流モード列駆動回路概略を示す。
【図１６】例示的な電流モード切り換え回路概略を示す。
【図１７】ＩＩＣ及び／又はＩＩＲインピーダンス要素に使用し得る例示的な可変インピーダンスデバイスを示す。
【図１８】例示的な能動可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）要素構造を示す。
【図１９】可変周波数励起をＶＩＡに利用し、切り換えフィルタリング検出を行検知要素に利用する実施形態でのＣＳＲ、ＲＳＲ、相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）、及び相互リンクインピーダンス行の詳細を示すシステムブロック図を示す。
【図２０】可変周波数走査構成を示す例示的なＶＩＡを示す。
【図２１】例示的なＶＩＡ完全分解能走査構成を示す。
【図２２】例示的なＶＩＡ１／２分解能走査構成を示す。
【図２３】例示的なＶＩＡ１／４分解能走査構成を示す。
【図２４】例示的なＶＩＡ混合分解能走査構成を示す。
【図２５】ペン／スタイラス入力を利用する本発明の好ましい例示的な実施形態を示すシステムブロック図を示す。
【図２６】ペン／スタイラス入力を利用する本発明の好ましい例示的な実施形態を示す斜視図を示す。
【図２７】本発明の多くの好ましい実施形態で有用な好ましい例示的なペン／スタイラス回路を示す概略図を示す。
【図２８】本発明の多くの好ましい実施形態で有用な好ましい例示的なペン／スタイラス回路の斜視組立図を示す。
【図２９】本発明の多くの好ましい実施形態で有用な好ましい例示的なペン／スタイラス回路の上面図、底面図、及び側面図を示す。
【図３０】ペン／スタイラスを利用した本発明の好ましい実施形態を示すとともに、手／指からの入力及びペン／スタイラス入力を示す。
【図３１】図３０に関連付けられた検知入力の検知エリアを示す。
【図３２】圧力（Ｐ）入力及びスタイラス（Ｓ）入力として分類される、図３０に関連付けられた検知入力の検知エリアを示す。
【図３３】能動電極の各対間に２つの補間電極を組み込んだ４つのアクティブ列電極及び５つのアクティブ行電極を有する代表的なＩＦＳＡ回路を示す。
【図３４】センサの３つのアクティブ列×３つのアクティブ行エリアでの補間を示し、センサは、アクティブ電極の各対間に２つの補間電極を有し（したがって、２のＮ値を有する）、センサ走査中の瞬間が示され、列−３及び＋３は接地され、列０は電圧（Ｖｄ）で駆動され、一方、行−３及び＋３は接地され、行０から流れる電流（Ｉｓ）が測定される。
【図３５】本発明の駆動方式を使用して走査中の図３４に示されるセンサ要素の７×７アレイの感度分布を示す。
【図３６】本発明の駆動方式を使用して走査中の図３４に示されるセンサ要素の７×７アレイの感度分布の３Ｄ表現を示すとともに、Ｘ軸及びＹ軸の両方に沿った位置（０，０）での交点から離れるにつれて取得するセンサ要素の線形感度減少を示す。
【図３７】ストライプで示される基板と、＋／−でそれぞれ示される駆動／検知電極と、黒色で示されるＦＳＭとを有する例示的なシャントモード力センサを示す。
【図３８】ストライプで示される基板と、＋／−でそれぞれ示される駆動／検知電極と、黒色で示されるＦＳＭとを有する例示的な両面スルーモード力センサを示す。
【図３９】ストライプで示される基板と、＋／−でそれぞれ示される駆動／検知電極と、黒色で示されるＦＳＭとを有する例示的な片面スルーモード力センサを示す。
【図４０】ストライプで示される基板と、＋／−でそれぞれ示される駆動／検知電極と、黒色で示されるＦＳＭとを有する例示的なサンドウィッチスルーモード力センサを示す。
【図４１】セグメント化されたＦＳＭ（サンドウィッチスルーモード構成）を有するスルーモードセンサの断面図及び上から下を見た図を示し、上から下を見た図では、上層及び力検知層（細かい点のパターンで示される）の基板は透明であり、内部の列電極、ＦＳＭ、及び行電極のパターンを見られるようにし、破線は、センサに対する断面の位置を示し、力検知材料のパッチは、行と列との交点に位置合わせされ、したがって、各行電極と列電極との交点に力検知要素を作製する。
【図４２】ＦＳＭコーティングされた電極を有するスルーモードセンサの断面図及び上から下を見た図を示し、上から下を見た図では、上層の基板は透明であり、内部の列電極、ＦＳＭ、及び行電極のパターンを見られるようにし、破線は、センサに対する断面の位置を示し、行、列、又は両方は、ＦＳＭでコーティングすることができる（片面又は両面スルーモード構成のいずれかを有するセンサを作製する）。
【図４３】薄いＦＳＭ電極を有するスルーモードセンサの断面図及び上から下を見た図を示し、上から下を見た図では、上層及び力検知層（細かい点のパターンで示される）の基板は透明であり、内部の列電極及び行電極のパターンを見られるようにし、破線は、センサに対する断面の位置を示し、薄いＦＳＭは、パターニングされるＦＳＭ又は疑似ランダムパターンのＦＳＭで置換することもでき、これらの全ての構成は、サンドウィッチスルーモード構成の変形形態である。
【図４４】スルーモードセンサの上層の詳細を示し、この図は図４１（４１００）〜図４３（４３００）に対して反転され、電極パターン、及び補間抵抗がいかに搭載されるかを示す。
【図４５】スルーモードセンサの下層の詳細を示し、この図では、層は図４１（４１００）〜図４３（４３００）と同じ向きである。
【図４６】セグメント化されたＦＳＭ層の詳細を示し、ＦＳＭ材料のセグメントは黒色で示され、ＦＳＭ材料を所定位置に保持する基板は、細かいドットパターンを用いて白色で示され、各セグメントは単一のセンサ要素（行電極と列電極との交点にある）に位置合わせされ、センサ要素間にクロストークがないことを保証する。これは、スルーモードセンサ構成で使用されているＦＳＭ層を示す図４１（４１００）に示されるのと同じＦＳＭ層である。このタイプのＦＳＭ構成は、任意のシャントモードセンサ構成で力検知層として使用することもできる。
【図４７】薄いＦＳＭ層の詳細を示し、ＦＳＭ材料は黒色で示され、連続しており、行電極及び列電極を含むセンサエリア全体を覆う。材料は薄いため、面内抵抗は非常に高く、センサ要素間のクロストークの危険性を低減する。これは、スルー構成に使用されているＦＳＭ層が、任意のシャントモードセンサ構成での力検知層として使用することもできることを示す図４３（４３００）に示されるのと同じＦＳＭ層である。
【図４８】パターニングされるＦＳＭ層の詳細を示し、ＦＳＭ材料のパッチは黒色で示され、ＦＳＭ材料を所定位置に保持する基板は白色で示される。パターンは、個々のセンサ要素のスケールよりも細かいため、近傍のセンサ要素間のクロストークは最小である。これは、スルーモードセンサ構成において、図４７（４７００）に示される薄いＦＳＭ層の代わりに使用することができる。このタイプのＦＳＭ構成は、任意のシャントモードセンサ構成での力検知層として使用することもできる。
【図４９】疑似ランダムパターンのＦＳＭ層の詳細を示し、ＦＳＭ材料のパッチは黒色で示され、ＦＳＭ材料を所定位置に保持する基板は白色で示される。これは、パターニングされるＦＳＭと同様であるが、ランダム又は疑似ランダムパターンが使用され、パターニングされるＦＳＭ層よりも製造が容易であり得る。これは、スルーモードセンサ構成において、図４８（４８００）に示される薄いＦＳＭ層の代わりに使用することができる。このタイプのＦＳＭ構成は、任意のシャントモードセンサ構成での力検知層として使用することもできる。
【図５０】上部パターニングされるＦＳＭと、下層とからなるシャントモード補間アレイセンサの断面図及び上から下を見た図を示し、下層は、補間抵抗と、行電極及び列電極の両方とを有する。上から下を見た図では、パターニングされるＦＳＭ層は切り欠かれて、ＦＳＭの下にある、シャントモードセンサ要素を形成する露出された行電極及び列電極を明らかにする。破線は、センサに対する断面の位置を示す。下層の逆側にあるトレース（上から下を見た図では見えない）は、バイア（円で表される）を使用して露出した行電極を相互接続する。下層の逆側にあるトレースは、図５２（５２００）においてより詳細に示される。
【図５１】シャントモードセンサの断面図及び上から下を見た図を示し、力センサ要素電極は互いに噛み合うフィンガパターンでパターニングされ、これは、感度の改善を意図する。この設計での他の要素は、図５０（５０００）に示される要素と同様である。
【図５２】図５０（５０００）及び図５１（５１００）に示されるセンサの下層の逆側の詳細を示す。ストライプパターンを有するエリアは、行電極を相互接続する導電体である。バイアは、円で表され、逆側で行電極に接続する。
【図５３】幅が２倍の行電極パッドを有するシャントモードセンサの断面図及び上から下を見た図を示し、このパッドは、隣接するセンサ要素でバイアを共有することにより、必要なバイアの数を半減させるとともに、各バイアの周囲のスペースを増大させ、これは製造を支援し得、この設計での他の要素は、図５０（５０００）に示される要素と同様である。下層の逆側にあるトレースは、図５５（５５００）においてより詳細に示される。
【図５４】幅が２倍の行電極パッドと、互いに噛み合うフィンガの行電極パターンとを有するシャントモードセンサの断面図及び上から下を見た図を示す。この設計は、前の設計及び図５１（５１００）に示されるものと同様の互いに噛み合うフィンガパターンと同じ製造の利点を有し、感度の改善を意図する。この設計での他の要素は、図５１（５１００）に示される要素と同様である。下層の逆側にあるトレースは、図５５（５５００）においてより詳細に示される。
【図５５】図５３（５３００）及び図５４（５４００）に示されるセンサの下層の逆側の詳細を示す。ストライプパターンを有するエリアは、行電極を相互接続する導電体である。バイアは、円で表され、逆側で行電極に接続する。
【図５６】菱形行及び列電極パターンを有するシャントモードセンサの断面図及び上から下を見た図を示す。このパターンは、各行／列交点の周囲の感度分布をより対称にすることが意図される。バイア作製時に必要な精度を低減することにより、製造を改善することもできる。この設計での他の要素は、図５０（５０００）に示される要素と同様である。下層の逆側にあるトレースは、図５７（５７００）においてより詳細に示される。
【図５７】図５６（５６００）に示されるセンサの下層の逆側の詳細を示す。ストライプパターンを有するエリアは、行電極を相互接続する導電体である。バイアは、円で表され、逆側で行電極に接続する。
【図５８】中央に穴を有するシャントモード楕円形センサの断面図及び上から下を見た図を示す。ＦＳＭ層は、行及び列電極パターンを露出するために除去されている。円は、図６０（６０００）に示される下部導電体パターンと相互接続するバイアを表す。
【図５９】図５８（５８００）に示される楕円形センサのＦＳＭ層の設計を示す。この設計は、セグメント化されたＦＳＭセンサパターンを示すが、図４７（４７００）〜図４９（４９００）に示されるパターンを含む他のタイプのＦＳＭパターンも使用可能である。
【図６０】図５８（５８００）に示される楕円形センサの下層の逆側の詳細を示す。ストライプパターンを有するエリアは、行電極を相互接続する導電体である。バイアは、円で表され、逆側で行電極に接続する。
【図６１】ブリッジを有する菱形パターンシャントモードＩＦＳＡを示す。このパターンは、行及び列のパターン（列は連続するが、行パターンは中断を有する）を作製し（６１０１）、列が行間に延びるエリアに絶縁材料を堆積し（６１０２）、列に電気的に接続することなく、各行に属するパッドをブリッジする導電性材料のパッチを堆積する（６１０３）ことによって作製される。
【図６２】切り込み線及び折れ線を有する設計のＩＦＳＡセンサが、複雑な形状にいかに曲げることができるかを示す。この例では、左側のパターンが曲げられて、右側に示されるようなロボットの指先用のセンサを形成することができる。
【図６３】可能なＩＦＳＡセンサスタックアップの４つの断面を示す。
【図６４】ディスプレイを含む可能なＩＦＳＡセンサスタックアップの４つの断面を示す。
【図６５】タブレットフォームファクタインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態の右上正面斜視図を示す。
【図６６】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態の右上後面斜視組立図を示す。
【図６７】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態のベース構成要素の右上正面斜視図を示す。
【図６８】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態のＰＣＢ／電池構成要素の右上正面斜視図を示す。
【図６９】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態のＰＣＢ／電池構成要素の上面図を示す。
【図７０】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態の圧膜構成要素の右上正面斜視図を示す。
【図７１】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態のオーバーレイ構成要素の右上正面斜視図を示す。
【図７２】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態のベゼル構成要素の右上正面斜視図を示す。
【図７３】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態の正面断面図を示す。
【図７４】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態におけるＵＳＢコネクタの詳細斜視図を示す。
【図７５】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態における詳細斜視側面断面図を示す。
【図７６】タブレットインターフェース適用状況に適用される本発明の好ましい例示的な実施形態の側面断面図を示す。
【図７７】本発明の感圧タッチパッド実施形態の例示的なシステムブロック図概略を示す。
【図７８】本発明の感圧タッチパッド実施形態の例示的な上部銅レイアウトを示す。
【図７９】本発明の感圧タッチパッド実施形態の例示的な下部銅レイアウトを示す。
【図８０】本発明の感圧タッチパッド実施形態の例示的なバイアレイアウトを示す。
【図８１】ブリッジを有する片面菱形パターンを利用する本発明の容量性センサレイアウトの例示的な実施形態の上面図を示す。
【図８２】ブリッジを有する片面菱形パターンを利用する本発明の容量性センサレイアウトの例示的な実施形態の断面図を示す。
【図８３】直線行及び直線列を有する両面パターンを利用する本発明の容量性センサレイアウトの例示的な実施形態の上面図を示す。
【図８４】直線行及び直線列を有する両面パターンを利用する本発明の容量性センサレイアウトの例示的な実施形態の断面図を示す。
【図８５】コップに接触して圧力プロファイルを生成する例示的なタッチセンサタブレットを示す。
【図８６】ＴＳＡを走査することによりＣＣＤによって得られるＴＳＭデータと、検出された、関連付けられた圧力領域とを示す。
【図８７】ＴＳＭのアップサンプリング動作を実行することによって得られるＶＩＡ内の個々の力検知要素によって見られる力の近似再構築と、検出された、関連付けられた圧力領域とを示す。
【図８８】ＴＳＭデータに基づいてＣＣＤによって計算された例示的な個々の検出楕円データを示す。
【図８９】絵筆に接触して、圧力プロファイルを生成する例示的なタッチセンサタブレットを示す。
【図９０】ＴＳＡを走査することによりＣＣＤによって得られるＴＳＭデータの圧力プロファイルを示す。
【図９１】圧力プロファイルに基づいて検出された、関連付けられた圧力領域を示す。
【図９２】ＴＳＭデータに基づいてＣＣＤによって計算された例示的な個々の検出楕円データを示す。
【図９３】単一の周波数を単一のアクティブ駆動電極から単一のアクティブ受信電極に送信する補間容量性タッチセンサシステムを示す。
【図９４】単一の周波数を単一のアクティブ駆動電極から複数のアクティブ受信電極に送信する補間容量性タッチセンサシステムを示す。
【図９５】複数の周波数を複数のアクティブ駆動電極から複数のアクティブ受信電極に送信する補間容量性タッチセンサシステムを示す。
【図９６】単一の周波数を単一のアクティブ駆動電極から受信スタイラスに送信する補間容量性タッチセンサシステムを示す。
【図９７】単一の周波数を単一のアクティブ受信電極の送信スタイラスから受信する補間容量性タッチセンサシステムを示す。
【図９８】単一の周波数を双方向スタイラスから受信し、単一のアクティブ双方向電極に送信する補間容量性タッチセンサシステムを示す。
【図９９】補間容量性タッチセンサシステムを補間抵抗性タッチセンサシステムと結合するセンサを示す。
【図１００】ＰＷＭモジュール及びアナログスイッチを使用して方形波送信信号を生成する回路を示す。
【図１０１】ＰＷＭモジュール及びコンパレータを使用して方形波送信信号を生成する回路を示す。
【図１０２】位相シフト発振器、電圧フォロワ、及びアナログスイッチを使用して正弦波送信信号を生成する回路を示す。
【図１０３】正弦波ルックアップテーブル、ＤＡＣ、フィルタ、及び増幅器を使用して正弦波送信信号を生成する回路を示す。
【図１０４】受信したＡＣ信号をＡＤＣによって読み取ることができるＤＣ信号に変換する回路を示し、ＤＣ値はＡＣ信号の受信強度に対応する。
【図１０５】複数の周波数で構成されるＡＣ波形を捕捉する回路を示す。
【図１０６】捕捉波形に対してＦＦＴを使用して、信号の周波数組成を特定することを示す。
【図１０７】可撓性上層の下側及び変形可能中間層に接着される導電膜の使用を通して、補間容量性タッチセンサに力感度を追加する積層を示す。
【図１０８】任意選択的なＥＭＲセンサを下に有する、ディスプレイの上に補間容量性タッチセンサを追加する積層を示す。
【図１０９】４ｍｍ電極及びパターンピッチを有する標準の容量性タッチセンサ構成の非線形トラッキングを示す。
【図１１０】４ｍｍ電極及びパターンピッチを有する標準の容量性タッチセンサ構成の断面（電場線が見える状態）を示す。
【図１１１】４ｍｍアクティブ電極ピッチ及び１ｍｍパターンピッチを有する補間容量性タッチセンサ構成の改善されたセンサ線形性を示す。
【図１１２】補間容量性タッチセンサ構成４ｍｍアクティブ電極ピッチ及び１ｍｍパターンピッチの断面（電場線が見える状態）を示す。
【図１１３】標準の存在容量性タッチセンサ解決策の応答を示す。
【図１１４】補間容量性タッチセンサ解決策の応答を示す。
【図１１５】補間容量性タッチセンサ解決策のアップサンプリング出力を示す。
【図１１６】補間容量性タッチセンサの走査方法を示すフローチャートを示す。
【図１１７】図９３に示される構造を実施する補間容量性タッチセンサシステムの走査方法サブルーチンを示すフローチャートを示す。
【図１１８】図９５に示される構造を実施する補間容量性タッチセンサシステムの走査方法サブルーチンを示すフローチャートを示す。
【図１１９】アクティブスタイラスを有する補間容量性タッチセンサの走査方法を示すフローチャートを示す。
【図１２０】図９６の構造を実施するアクティブスタイラスを有する補間容量性タッチセンサの走査方法サブルーチンを示すフローチャートを示す。
【図１２１】図９７の構造を実施するアクティブスタイラスを有する補間容量性タッチセンサの走査方法サブルーチンを示すフローチャートを示す。
【図１２２】図９９の構造を実施するセンサの走査方法を示すフローチャートを示す。
【図１２３】図９９の構造を実施するセンサを走査する代替の方法を示すフローチャートを示す。
【図１２４】各アクティブ行電極及びアクティブ列電極での補間容量性センサと対話するアクティブ容量性スタイラスの測定信号を示す。
【図１２５】容量性タッチ検知及び力高感度タッチ検知の両方が可能なセンサを使用した場合の所与の接点で可能な検出状態の行列を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、多くの異なる形態での実施形態が可能であるが、本開示が本発明の原理の例示として見なされるべきであり、本発明の広い態様を示される実施形態に限定する意図がないことを理解して、本発明の好ましい実施形態を図面に示し、本明細書において詳述する。
【００１７】
本願の多くの新規の教示について、現在好ましい実施形態を特に参照して説明し、これらの新規の教示は有利には、タッチセンサ検出システム及び方法の特定の問題に適用される。しかし、この実施形態が、本明細書での新規の教示の多くの有利な用途の一例にすぎないことを理解されたい。一般に、本願の明細書でなされる陳述は、必ずしも、特許請求される様々な発明のいずれも限定するものではない。更に、陳述によっては、幾つかの発明の特徴に該当し得るが、発明の他の特徴には該当しないものもある。
（非限定的なＩＩＣ／ＩＩＲ方式）
本発明は、様々な異なる構成の相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）及び相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）を利用し得る。多くの好ましい実施形態では、２つ以上のＩＩＣ及び２つ以上のＩＩＲがあり、それにより、列及び行の向きでＶＩＡ外部アクセス可能な列及び行の両方の数を２分の１以下に低減することができる。しかし、本発明の幾つかの好ましい実施形態は、１つ又は複数の列／行内で１つの列間インピーダンス要素又は１つの行間インピーダンス要素を利用してもよい。したがって、ＩＩＣ及びＩＩＲという用語は、ＶＩＡの１つのみの次元が相互リンクインピーダンス要素を組み込む状況を包含する。
（非限定的な列駆動ソース（ＣＤＳ））
本発明は、ＤＣ電圧源、ＡＣ電圧源、任意波形生成器（ＡＷＧ：ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｗａｖｅｆｏｒｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）電圧源、ＤＣ電流源、ＡＣ電流源、及び任意波形生成器（ＡＷＧ）電流源を含むが、これらに限定されない、ＶＩＡセンサ列を駆動する多種多様なソースを利用し得る。なお、これに関連したＡＷＧ源の使用は、電気分野で周知の従来の波形生成技法を使用して動的に定義／生成し得る多種多様なシグナリング波形を含み得る。
（非限定的なＣＳＲ／ＲＳＲソース／シンク）
本発明は、列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）及び行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）内で多種多様な電源及び電気シンクを利用して、ＶＩＡの刺激及び／又は検知を構成し得る。これに関連して、本発明は、開回路、ゼロ電位電圧源、ＣＳＲによって定義される電圧源、ＣＳＲによって定義される電流源、ＣＤＳから導出される電圧、及びＣＤＳから導出される電流からなる群から選択されるＣＳＲソースの使用を予期する。これに関連して、本発明は、開回路、ゼロ電位電圧源、ＲＳＲによって定義される電圧源、ＲＳＲによって定義される電流シンク、及びＡＤＣへの入力からなる群から選択されるＲＳＲシンクの使用を予期する。
（非限定的なＩＩＣ／ＩＩＲ抵抗）
本明細書に記載される例示的なＩＩＣ及びＩＩＲ機能で示される抵抗は、固定抵抗（場合により可変値の）であり得、且つ／又は幾つかの状況では、ＣＳＲ及び／又はＲＳＲに基づいて構成し得る可変抵抗を含み得る。これに関連して、示される抵抗は、抵抗、キャパシタンス、及び／又はインダクタンスの任意の組合せを含み得る全般的なインピーダンスの潜在的な一例として見なされるべきである。特許請求される発明の範囲での一般性を失うことなく、容量性要素又は誘導要素、能動要素（又は能動回路）、及びこれらの組合せ等の他のタイプのインピーダンス要素が、示される抵抗に取って代わり得る。したがって、ＩＩＣ回路及びＩＩＲ回路に関連して、任意の形態のインピーダンスが、示される抵抗素子に取って代わり得、ＭＯＳＦＥＴ及び他の半導体デバイス等の能動構成要素を含む様々なインピーダンス要素を含み得る。
（非限定的な列間／行間インピーダンスカウント）
本発明は、ＶＩＡ内の列間補間及び行間補間と併せて列間インピーダンス及び行間インピーダンスを使用して、タッチセンサ検出システム及び方法を実施する。各列及び各行間のインピーダンスの数は通常、２つ以上として構成されるが、幾つかの状況では、ＶＩＡは、直列ＩＩＣ及びＩＩＲインピーダンスストリング内の内部ノードへのアクセスを介して全てのＶＩＡ列／行の従来通りの走査を達成するように直接マッピングされ得る。
（非限定的な行／列）
本発明は、タッチセンサアレイ（ＴＳＡ）が可変インピーダンスセンサの従来通りのアレイ（ＶＩＡ）として構成される典型的な構成に対処する場合、行／列に関して考察される。しかし、「行」及び「列」という用語は、特許請求される発明の全体的な趣旨及び範囲から逸脱せずに、本発明の多くの実施形態において交換し得る。
（非限定的なセンサアレイジオメトリ）
本発明は、本願に関連して使用し得る多種多様なセンサアレイジオメトリを予期する。可変インピーダンス要素の矩形構造アレイが、本発明の幾つかの好ましい実施形態では有利であり得るが、多角形、円形、楕円形、並びに他の平坦及び非平坦形状を含む他のジオメトリの使用も予期される。開示される技術の二次元及び三次元形状の両方への適用が、センサジオメトリのこの広い範囲内で予期される。
（非限定的なセンサＶＩＡ配置）
本発明は、幾つかの用途では、ＶＩＡセンサアレイが、センサ要素が全体ＶＩＡ構造のサブセットのみに存在し得るように部分的に配置されることを予期する。例えば、ＶＩＡが、物理列と物理行との交点に配置される感圧センサ要素を介して物理行に電気的に結合される物理列を更に備えるセンサ構成が予期され、この場合、感圧センサ要素は、交点のサブセットのみに存在して、成形センサアレイを形成する。これにより、ＶＩＡセンサ全体の製造を低減することができ、カスタムセンサ用途と、幾つかの状況ではＶＩＡアレイにわたって様々な程度のセンサ密度を有し得る形状／物理的構成との可能性が生まれる。
（非限定的なＡＤＣ）
本発明は、多くの好ましい実施形態において、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）の使用を示す。このＡＤＣは、幾つかの実施形態では、電圧モード変換器として実施し得、他の実施形態では、電流モード変換器として実施し得る。更に、幾つかの好ましいＡＤＣ実施形態は、周波数検出／フィルタリングを組み込み得、アナログ／デジタル変換プロセス内で周波数弁別を可能にする。
（非限定的なセンサ要素）
本発明は、圧力センサ、容量性センサ、光学センサ、感光センサ、及びＲＦベースのセンサ技術等の多種多様な可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）タッチセンサ技術に適用し得る。これらの技術は、幾つかの状況では、組み合わせられて、ハイブリッドセンサシステムを形成し得る。幾つかの状況では、センサアレイは、必ずしもＶＩＡセンサの検知表面に触れない近接場事象を検出し得る。これに関連して、個々の検知要素が、本明細書では「センサ要素」と呼ばれることもある。
（非限定的な事後処理）
本発明は、多くの好ましい実施形態では、ＶＩＡから収集された情報を表すタッチセンサ行列（ＴＳＭ：ｔｏｕｃｈ  ｓｅｎｓｏｒ  ｍａｔｒｉｘ）を生成する。このＴＳＭデータ構造は、計算制御デバイス（ＣＣＤ）によってデジタルデータプロセッサ（ＤＤＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｄａｔａ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に送信されるか、又はＣＣＤによってローカルに処理されて、様々な特定用途向け機能を実行し得る。
（非限定的なＴＳＭ収集／処理）
ＶＩＡから収集された情報を表すタッチセンサ行列（ＴＳＭ）は、エンティティ全体として収集し、且つ／又は処理されてもよく、又は幾つかの状況では、断片的に収集され、且つ／又は処理されてもよい。これは、（例えば）タッチセンサ検出器のエリアが走査され、この部分関心領域からＶＩＡ情報が収集され処理される状況で生じ得る。同様に、この部分情報は、計算制御デバイス（ＣＣＤ）によってデジタルデータプロセッサ（ＤＤＰ）に送信されるか、又はＣＣＤによってローカルに処理されて、検出器の部分走査エリアに関連付けられた様々な特定用途向け機能を実行し得る。したがって、ＴＳＭの任意の転送又は処理は、行列の部分転送又は処理も予期されると想定する。
（概念的概説）
本発明は、一般にタッチ入力をコンピュータ、タブレット、及び他の電子デバイスに追加するために使用されるマルチタッチのタッチセンサの分野に関する。マルチタッチ検知は、複数のタッチを区別し、独立して追跡するタッチセンサの能力を指し、マルチタッチ検知により、ユーザは、複数の手、指、又は他の物体（スタイラス等）を同時に使用してセンサと対話することができるとともに、複数のユーザが、センサと同時に対話することができる。多くのタッチ検知技術では、タッチの有／無及びその位置のみが特定可能であるが、本発明による技術は、各タッチ点にかけられている力の量を特定する能力も有する。
【００１８】
本発明は、エリアにわたる圧力の分布を測定し、接触エリア、圧力分布でのピーク及び最小を含め、圧力の変動を検出するために産業及び医療の用途で使用されることが多い感圧アレイの分野にも関する。
（動作目標）
従来のタッチセンサアレイに関連して、可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）は、特定の分解能（センサ要素の分解能での）でタッチを検知する。これは、仮にＶＩＡのあらゆる行及び列が個々に駆動／検知電子デバイスに接続された場合に可能なデータの完全分解能である。本発明に関連して、補間ブロック（相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）及び相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ））により、ＶＩＡセンサのより低分解能での走査が可能である。ＩＩＣ及びＩＩＲの構成により、センサハードウェアは、ＶＩＡ内の信号を（線形的に）適宜ダウンサンプリングすることができる。その結果、このＶＩＡセンサデータから抽出されたより低分解能のアレイ（タッチセンサ行列（ＴＳＭ）データ構造）での走査値は、線形ダウンサンプリングされたセンサ応答の走査値に類似する。このダウンサンプリングにより、ソフトウェアでのＶＩＡの分解能（場合によりＶＩＡよりも更に高い分解能）でタッチの位置、力、形状、及び他の特性を再構築することができる。
【００１９】
例として、１．２５ｍｍピッチを有する１７７個の列電極及び９７個の行電極を用いて構築されたＶＩＡセンサアレイでは、理論上、このＶＩＡ全体の検知をサポートする、１７７本の列駆動線及び９７本の行検知線を有する電子デバイスを構築することが可能であり得る。しかし、これは、コストがひどく高く、多くの行線及び検知線を従来のプリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）上に空間効率的に配線することは非常に難しい。更に、この１７７×９７ＶＩＡセンサ構成は、１７７×９７＝１７１６９個の交点を走査する必要があり、低電力マイクロコントローラ（ＡＲＭ  Ｍ３等）を用いる場合、最大走査速度は約１０ｈｚ（これは、タッチスクリーンとの典型的なユーザ対話では許容不可能な程に遅い）になる。最後に、１６ビットＡＤＣ値を仮定すると、これらのタッチスクリーン値の記憶に、単一フレームで１７１６９×２＝３４ＫＢのメモリが必要であり、わずか３２ＫＢのＲＡＭが構成されることがある小型のマイクロコントローラには、大きすぎるメモリ要件である。したがって、これに関連した従来の行／列タッチセンサ技術の使用は、はるかに強力なプロセッサ及びはるかに大きいＲＡＭを必要とし、この解決策を消費者電子用途に実用的であるには高価すぎ且つ複雑すぎるものにする。
【００２０】
本発明の要旨は、上述した例示的なセンサアレイを最高の１７７×９７分解能で走査するのではなく、システムがより低い分解能で走査するが、あたかも１７７×９７で走査されたかのように信号の正確性及び品質を維持するように構成されることである。上記のセンサアレイ例の考察を続けると、このセンサアレイの本発明の典型的な実施形態での駆動電子デバイスは、４５個のみの列駆動回路及び２５個のみの行駆動回路でよい。補間回路により、システムは、総数で４５×２５個の電子デバイスのみを使用して１７７×９７アレイを走査することができる。これは、走査しなければならない交点の数を１／１６である４５×２５＝１１２５に下げる。この構成では、センサを１５０Ｈｚで走査することができ、ＲＡＭ制約付きマイクロコントローラ用途に関連したメモリ消費を低減する。１．２５ｍｍである２つのタッチを一緒に分解する（又は個々の各センサ要素で厳密に何が生じているかを見る）能力は失われるが、ＩＩＣ及びＩＩＲを使用することによって実行される行／列補間の線形性により、それでもなおＶＩＡセンサの完全分解能でタッチを追跡することが可能である。
（システム概説（０１００））
典型的な用途に関連した好ましい例示的なシステム実施形態の全体図を図１（０１００）に示し、図１では、ユーザ（０１０１）が、コンピュータ使用可能媒体（０１０４）から読み出されたマシン命令を実行するコンピュータ（通常、モバイル又は非モバイル計算デバイスからなり、本明細書ではまとめてデジタルデータプロセッサ（ＤＤＰ）として記述される）（０１０３）を組み込んだグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ：ｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（０１０２）と対話する。この用途に関連して、好ましい例示的なタッチセンサ検出（０１１０）システム実施形態は、可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）（０１１２）を備えるタッチセンサアレイ（０１１１）を組み込む。
【００２１】
ＶＩＡ（０１１２）は、従来の直交向きで配置し得るセンサ要素の行及び列からなる抵抗性又は容量性アレイを利用し得、又は幾つかの状況では、行／列が互いに直交しないＶＩＡ（０１１２）が構成され得る（図７（０７００）に示される例に示されるように）。ＶＩＡ（０１１２）は、縁部に相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）（０１１３）及び相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）（０１１４）を有し、これらは、様々な構成の接続性で２つ以上の列／行（ＩＩＣ（０１１３）及びＩＩＲ（０１１４）内の内部電気列／行ノードを介して）を電気的に接続、刺激、又は検知するように構成し得る。
【００２２】
ＩＩＣ（０１１３）及びＩＩＲ（０１１４）は、アレイ列駆動回路（ＡＣＤ：ａｒｒａｙ  ｃｏｌｕｍｎ  ｄｒｉｖｅｒ）（０１１５）及びアレイ行センサ（ＡＲＳ：ａｒｒａｙ  ｒｏｗ  ｓｅｎｓｏｒ）（０１１６）によって制御される。ＡＣＤ（０１１５）は、ＩＩＣ（０１１３）の構成、ＩＩＣ（０１１３）の駆動に使用される電源、及びＩＩＣ（０１１３）内で電気的に駆動される列の選択を担う。ＡＲＳ（０１１６）は、ＩＩＲ（０１１４）の構成、ＩＩＲ（０１１４）に接続される電気シンク、及びＩＩＲ（０１１４）内で電気的に検知される行の選択を担う。ＡＣＤ（０１１５）及びＡＲＳ（０１１６）は、駆動／検知制御回路（０１１７）を用いて制御され、駆動／検知制御回路（０１１７）は、個々の列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）及び行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）並びにＡＣＤ（０１１５）を介してのＩＩＣ（０１１３）の駆動に使用されるデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ：ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）及び／又はＡＲＳ（０１１６）を通して構成されたＩＩＲ（０１１４）ステータスの検知に使用されるアナログ／デジタル（ＡＤＣ）変換器を含み得る。
【００２３】
ＡＲＳ（０１１６）からのアナログ信号を読み取った検知結果は、駆動／検知制御回路（０１１７）によってデジタルに変換され、デジタルインターフェース（０１１８）に提示されて、計算システム（０１０３）に送信され、コンピュータ（０１０３）で実行中のアプリケーションソフトウェアに関連したオペレーティングシステムソフトウェアによって解釈し得る。多種多様なコンピュータシステム（０１０３）及び関連付けられたアプリケーションが、このシステムに関連して予期される。
【００２４】
示されるシステムは、ＡＣＤ（０１１５）及びＡＲＳ（０１１６）によって決まるＩＩＣ（０１１３）及びＩＩＲ（０１１４）の構成により、ＶＩＡ（０１１２）検知要素が、ＶＩＡ（０１１２）に存在する物理的な行／列間隔と同等の空間粒度をなお提供しながら、より少数の複雑な電子デバイス（より少数の列駆動回路及びより少数の行センサ）とインターフェースすることができるという点で従来技術と異なる。ＩＩＣ（０１１３）及びＩＩＲ（０１１４）構成の操作及び駆動／検知制御回路（０１１７）での適切なソフトウェアの使用により、ＶＩＡ（０１１２）検知要素は、ＶＩＡ（０１１２）内の個々の各行及び列をサポートするために能動回路を必要としないより粗いハードウェアインターフェースを通して補間し得る。この補間能力は、ＩＩＣ（０１１３）及びＩＩＲ（０１１４）の様々なハードウェア構成と、ＡＲＳ（０１１６）によって制御される未処理データを改善するために使用し得る駆動／検知制御回路（０１１７）内の様々なソフトウェア技法との組合せである。
【００２５】
これに関連して、ＤＣ及びＡＣシグナリング並びに電圧モード及び電流モード両方の駆動／検知方法論の使用を含め、ＶＩＡ（０１１２）列を電気的に駆動し、ＶＩＡ（０１１２）行を検知する様々な方法が予期される。
（方法概説（０２００））
本発明の例示的な方法は一般に、以下のステップ：
（１）可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）内の相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）を構成するステップ（０２０１）と、（２）ＶＩＡ内の相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）を構成するステップ（０２０２）と、（３）列駆動電気源（ＣＤＳ：ｃｏｌｕｍｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｓｏｕｒｃｅ）を用いてＩＩＣを電気的に刺激するステップ（０２０３）と、（４）ＡＤＣを用いてＩＩＲ内の電気応答を検知し、デジタルデータに変換するステップ（０２０４）と、（５）ＩＩＲ変換デジタルフォーマット応答をタッチセンサ行列（ＴＳＭ）データ構造に記憶するステップ（０２０５）と、（６）所定のＣＤＲ／ＩＩＣ／ＩＩＲ変動がＴＳＭに記録されたか否かを判断し、且つ記録された場合、ステップ（８）に進むステップ（０２０６）と、（７）次のＶＩＡ検知変動に向けてＣＤＳ／ＩＩＣ／ＩＩＲを再構成し、且つステップ（３）に進むステップ（０２０７）と、（８）ＴＳＭ値を補間して、ＶＩＡ内の活動の焦点を特定するステップ（０２０８）と、（９）焦点活動情報をユーザインターフェース入力コマンドシーケンスに変換するステップ（０２０９）と、（１０）行動のために、ユーザインターフェース入力コマンドシーケンスをコンピュータシステムに送信し、且つステップ（１）に進むステップ（０２１０）と
を組み込むものとして図２（０２００）のフローチャートで説明することができる。
【００２６】
この一般的な方法は、幾つかの要因に応じてかなり変更することができ、ステップの再構成及び／又は追加／削除は本発明の範囲によって予期される。この好ましい例示的な実施形態方法及び他の好ましい例示的な実施形態方法と、本明細書に記載される様々な好ましい例示的な実施形態システムとの統合が、本発明の全体範囲によって予期される。
（ＶＩＡ／ＩＩＣ／ＩＩＲの詳細（０３００））
可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）（０３１０）、相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）（０３２０）、及び相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）（０３３０）の更なる詳細を概して図３（０３００）に示す。ここで、ＶＩＡ（０３１０）は、個々の可変インピーダンスアレイ要素（０３１９）がアレイの行／列交点内で相互接続し得るアレイの列（０３１２）及び行（０３１３）を含む。これらの個々の可変インピーダンスアレイ要素（０３１９）は、用途の文脈に基づいて能動及び／又は受動構成要素を備え得、抵抗性要素、容量性要素、及び誘導性要素の任意の組合せを含み得る。したがって、ＶＩＡ（０３１０）アレイインピーダンス要素（０３１９）は、この図では一般に、一般化インピーダンス値Ｚとして示されている。
【００２７】
物理ＶＩＡ列（０３１２）及びＶＩＡ行（０３１３）が、相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）（０３２０）及び相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）（０３３０）をそれぞれ介して一緒に接続されることに留意されたい。ＩＩＣ（０３２０）及びＩＩＲ（０３３０）は、列駆動ソース（０３２１、０３２３、０３２５）及び行検知シンク（０３３１、０３３３、０３３５）に接続される列及び行の数を低減するように構成される。したがって、ＩＩＣ（０３２０）及びＩＩＲ（０３３０）の組合せは、ＶＩＡ列（０３１２）及びＶＩＡ行（０３１３）へのインターフェースに必要な外部構成要素を低減する。本発明に関連して、ＩＩＣ（０３２０）相互接続の数は、列駆動ソース（０３２１、０３２３、０３２５）の数を物理ＶＩＡ列（０３１２）の数未満に低減可能である（したがって、外部ＩＩＣの数が通常、内部ＩＩＣ列の数未満である）ように構成され、ＩＩＲ（０３３０）相互接続は、行検知シンク（０３３１、０３３３、０３３５）を物理ＶＩＡ行（０３１３）の数未満に低減可能である（したがって、外部ＩＩＲ行の数が通常、ＩＩＲ行の数未満である）ように構成される。この低減は、１つ又は複数のＩＩＣ（０３２０）要素（０３２９）を各ＶＩＡ物理列（０３１２）間に直列に有し、１つ又は複数のＩＩＲ（０３３０）要素（０３３９）を各ＶＩＡ物理行（０３１３）間に有することによって達成される。したがって、Ｘ×Ｙ  ＶＩＡセンサ（０３１０）は、Ｐ個の列駆動回路及びＱ個の行センサのみを必要とする電気インターフェースに置き換えられる。本発明は、
【００２８】
【数１】
0006392361.tif 000002
及び
【００２９】
【数２】
0006392361.tif 000003
を強制し、多くの好ましい実施形態は関係
【００３０】
【数３】
0006392361.tif 000004
又は
【００３１】
【数４】
0006392361.tif 000005
【００３２】
を満たす。なお、これらの好ましい実施形態に関連して、ＩＩＣが複数の相互リンクインピーダンスを組み込み得、ＩＩＲが単一の相互リンクインピーダンス要素を組み込む状況及びＩＩＣが単一の相互リンクインピーダンス要素を組み込み得、ＩＩＲが複数の相互リンクインピーダンス要素を組み込む状況があり得る。
【００３３】
ＩＩＣ（０３２０）インピーダンス要素（０３２９）は、個々のＶＩＡ列（０３１２）を接続するように構成される。これらのＩＩＣ（０３２０）インピーダンス要素（０３２９）は、適用状況に基づいて能動及び／又は受動構成要素を備え得、抵抗性構成要素、容量性構成要素、及び誘導性構成要素の任意の組合せを含み得る。したがって、ＩＩＣ（０３２０）インピーダンス要素（０３２９）は、この図では一般的に、一般化インピーダンス値Ｘとして示されている。図に示されるように、個々のＶＩＡ列は、個々の列駆動ソース（０３２１、０３２３、０３２５）を使用して直接駆動されてもよく、又はこれらの直接駆動列間で補間されてもよい（０３２２、０３２４）。
【００３４】
ＩＩＲ（０３３０）インピーダンス要素（０３３９）は、個々のＶＩＡ行（０３１３）を接続するように構成される。これらのＩＩＲ（０３３０）インピーダンス要素（０３３９）は、適用状況に基づいて能動及び／又は受動構成要素を備え得、抵抗性構成要素、容量性構成要素、及び誘導性構成要素の任意の組合せを含み得る。したがって、ＩＩＲ（０３３０）インピーダンス要素（０３３９）は、この図では一般的に、一般化インピーダンス値Ｙとして示されている。図に示されるように、個々のＶＩＡ行は、個々の行検知シンク（０３３１、０３３３、０３３５）を使用して直接検知されてもよく、又はこれらの直接検知行間で補間されてもよい（０３３２、０３３４）。
【００３５】
列駆動ソース（０３２１、０３２３、０３２５）は一般に、この図では独立しているものとして示されているが、幾つかの構成では、ＶＩＡセンサ（０３１０）に外部アクセス可能な各列に電気的に結合される列駆動ソースのタイプを定義する列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）によって制御される一連のスイッチを利用して組み合わせ得る。様々なＡＣ／ＤＣ励起、電圧源、開回路、電流源、及び他の電源駆動回路の組合せが、列駆動ソース（０３２１、０３２３、０３２５）の切り換え構成として利用し得る。ＣＳＲは、ＶＩＡセンサ（０３１０）に印加される電源のタイプを選択するとともに、その相対振幅／大きさも選択するように構成し得る。
【００３６】
行検知シンク（０３３１、０３３３、０３３５）は一般的に、この図では独立しているものとして示されているが、幾つかの構成では、ＶＩＡセンサ（０３１０）に外部アクセス可能な各行に電気的に結合される行検知シンクのタイプを定義する行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）によって制御される一連のスイッチを利用して組み合わせ得る。様々なＡＣ／ＤＣ励起、電圧源、開回路、電流源、及び他の電気検知シンクの組み合わせが、行検知シンク（０３３１、０３３３、０３３５）の切り換え構成として利用し得る。ＲＳＲは、ＶＩＡセンサ（０３１０）に適用される電気シンクのタイプを選択するとともに、その相対振幅／大きさも選択するように構成し得る。
（列／行切り換え論理（０４００））
ＣＳＲ及びＲＳＲ列／行源／シンク動作の更なる詳細を図４（０４００）に示し、図４では、ＶＩＡ（０４１０）は、ＩＩＣ（０４１２）及びＩＩＲ（０４１３）インピーダンスネットワークの使用を介して列駆動ソース（０４２１、０４２３、０４２５）及び行検知シンク（０４３１、０４３３、０４３５）のそれぞれとインターフェースする。列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）（０４２０）は、ラッチ又は他のメモリ要素の組を備えて、各列駆動ソース（０４２１、０４２３、０４２５）に関連付けられたソース駆動回路のタイプ、駆動ソースの振幅／大きさ、及び駆動ソースがアクティブ化されているか否かを制御するスイッチを構成し得る。同様に、行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）（０４３０）は、ラッチ又は他のメモリ要素の組を備えて、各行検知シンク（０４３１、０４３３、０４３５）に関連付けられた検知シンクのタイプ、シンクの振幅／大きさ、及びシンクがアクティブ化されているか否かを制御するスイッチを構成し得る。
【００３７】
上述したように、ＩＩＣ（０４１２）及びＩＩＲ（０４１３）インピーダンスネットワークは、静的であるか、又はＣＳＲ（０４２０）及びＲＳＲ（０４３０）のそれぞれの構成によって積極的に関わり得る多種多様なインピーダンスを備え得る。したがって、ＣＳＲ（０４２０）及びＲＳＲ（０４３０）は、幾つかの好ましい実施形態では、ＶＩＡ（０４１０）の挙動を刺激／検知するように構成されるのみならず、内部列クロスリンク及び内部行クロスリンクを再構成することによってＶＩＡ（０４１０）の相互リンク性を内部で構成するようにも構成され得る。この挙動は全て、制御論理（０４４０）によって動的に決定し得、制御論理は、コンピュータ可読媒体（０４４４）から読み出されたマシン命令を実行するマイクロコントローラ又は他の計算デバイスを含み得る。これに関連して、アナログ／デジタル（ＡＤＣ）変換器（０４５０）の挙動は、部分的に、ＣＳＲ（０４２０）及びＲＳＲ（０４３０）の構成と、制御論理（０４４０）とによって制御し得る。例えば、ＣＳＲ（０４２０）及びＲＳＲ（０４３０）の構成に基づいて、ＡＤＣ（０４５０）は、ＣＳＲ（０４２０）／ＲＳＲ（０４３０）セットアップに関連付けられた検知のタイプと互換性を有する特定の動作モードに構成され得る。
（簡略化されたシステムの実施形態（０５００））
図１（０１００）〜図４（０４００）に示される一般化された概念は、幾つかのシステム設計では、図５（０５００）に示されるように簡略化し得る。ここでは、相互リンクインピーダンス列（０５２０）が、ＶＩＡセンサアレイ（０５１０）を構成する物理ＶＩＡセンサ列（０５１２）への縮小電気インターフェースを形成するＶＩＡセンサ（０５１０）が示される。同様に、相互リンクインピーダンス行（０５３０）は、ＶＩＡセンサアレイ（０５１０）を構成する物理ＶＩＡセンサ行（０５１３）への縮小電気インターフェースを形成する。なお、この例では、物理ＶＩＡ列（０５１２）の数は、物理ＶＩＡ行（０５１３）の数と同じである必要はない。更に、ＶＩＡ（０５１０）の各列を直列接続する列補間インピーダンス構成要素（Ｘ）の数は、ＶＩＡ（０５１０）の各行を直列接続する行補間インピーダンス構成要素（Ｙ）の数と同じである必要はない。換言すれば、補間列（０５２２、０５２４）の数は、補間行（０５３２、０５３４）の数と同じである必要はない。
【００３８】
制御論理（０５４０）は、列スイッチ（０５２１、０５２３、０５２５）及び行スイッチ（０５３１、０５３３、０５３５）の状態を制御する情報を提供する。列スイッチ（０５２１、０５２３、０５２５）は、個々のＶＩＡ列が接地されるか、それとも電圧源（０５２７）からの電圧電位に駆動されるかを定義し、電圧電位は、幾つかの実施形態では、オンザフライ調整（０５４１）が可能なように制御論理（０５４０）によって調整可能であり得、オンザフライ調整は、駆動電子デバイスにおいて電位非線形性を補償するために使用することができる。同様に、行スイッチ（０５３１、０５３３、０５３５）は、個々のＶＩＡ行が接地されるか、それとも信号調整器（０５６０）及び関連付けられたＡＤＣ（０５５０）に電気的に結合されるかを定義する。
【００３９】
図５（０５００）に示される構成では、ＶＩＡセンサ（０５１０）は、各列間に２つの補間インピーダンス（Ｘ）及び各行間に３つの補間インピーダンス（Ｙ）を均一に備える。これは、所与のＶＩＡにおいて補間列の数が補間行の数と同じである必要がないことを示す。更に、補間列の数が、ＶＩＡにわたって均一である必要がなく、補間行の数もＶＩＡにわたって均一である必要がないことに留意されたい。これらの各パラメータの数は、ＶＩＡにわたって可変である。
【００４０】
ＶＩＡセンサ（０５１０）が、行又は列補間インピーダンス内で均一性を有する必要がなく、幾つかの状況では、これらのインピーダンスが、ＭＯＳＦＥＴ又は他のトランスコンダクタを使用して数及び／又は値の点で動的に定義され得ることにも留意する。この例示的なＶＩＡセンサセグメントでは、アレイの１列（０５２３）が能動的に駆動され、一方、残りの２列（０５２１、０５２５）が接地電位に保持されることを見ることができる。行は、１行（０５３３）が信号調整器（０５６０）／ＡＤＣ組み合わせ（０５５０）によって検知されており、一方、残りの行（０５３１、０５３５）が接地電位に保持されるように構成される。
（簡略化された方法（０６００））
図５（０５００）の簡略化された概略に関連付けられた方法を図６（０６００）に示す。ここでは、列駆動回路、列ソース、及び行シンクは、図５（０５００）に示されるように簡略化され、方法全体の複雑性が対応して低減される。本発明のこの簡略化された例示的な方法は一般に、以下のステップを組み込むものとして図６（０６００）のフローチャートに示すことができる。
（１）制御論理が、一度に１つのアクティブ列電極を駆動し（０６０１）、その間、他の全てのアクティブ列電極を接地する（０６０２）。
（２）各給電駆動電極について、制御論理は、一度に１つの検知電極を調整回路に接続し（０６０３）、その間、他の全てのアクティブ行電極を接地する（０６０４）。これにより、給電駆動電極と、調整回路に接続された検知電極との交点付近の力検知要素を通る複数の電流経路候補がもたらされる。センサにかけられた力は、力と、交点への力の距離とに比例する信号を生成する。
（３）信号は調整回路を通り、調整回路は、電流／電圧変換（０６０５）、任意選択的なフィルタリング、及び／又は増幅を実行し得、アナログ出力信号を生成する（０６０６）。
（４）ＡＤＣは、信号調整回路から出力された信号をデジタル値に変換し、メモリ内のアレイに記憶する（０６０７）。これは、アクティブ行電極とアクティブ列電極との各交点について（ステップ（０６０１）〜（０６０７））繰り返される（０６０８）。
（５）センサが完全に走査された後、制御回路は任意選択的に、メモリ内のアレイを処理して、信号を更にフィルタリングし、信号を既知の単位に正規化し、タッチ等の特徴を抽出し、タッチを経時追跡し得る（０６０９）。
（６）制御回路は、外部構成要素と対話して、データを交換し得る。制御回路は、続く走査に向けて電力、速度、又は待ち時間を最適化させるために、走査パラメータの変更を選ぶこともできる。制御回路は、ユーザ要求に応答してもよく、又は走査間でシャットダウン若しくはスリープさせることを決定してもよい（０６１０）。
【００４１】
この一般的な方法は、幾つかの要因に応じてかなり変更することができ、ステップの再構成及び／又は追加／削除は本発明の範囲によって予期される。この好ましい例示的な実施形態方法及び他の好ましい例示的な実施形態方法と、本明細書に記載される様々な好ましい例示的な実施形態システムとの統合が、本発明の全体範囲によって予期される。
（例示的な非直交ＶＩＡ（０７００））
図７（０７００）に示されるように、ＶＩＡは、本発明の教示での一般性を失うことなく、幾つかの好ましい実施形態では、非直交構成で構成し得る。この図面は、本発明の教示を使用して、多種多様なＶＩＡセンサ要素レイアウトが可能であり、したがって、ここでの補間技法の教示が、特定のＶＩＡレイアウト又は座標系に限定されないことの一般的な概念を示す。
（例示的な半径方向／楕円形ＶＩＡ（０８００））
図８（０８００）に示されるように、ＶＩＡは、本発明の教示での一般性を失うことなく、幾つかの好ましい実施形態では、半径方向構成で構成し得る。示される半径方向構成は、ＶＩＡの原点に関して円対称であるが、示されるような本発明の幾つかの好ましい実施形態は、ＶＩＡアレイの１つ又は複数の軸を拡張／縮小／回転させることにより、これを楕円形アレイとして構成し得る。
（例示的な電圧モード列駆動回路（０９００）〜（１１００））
列駆動回路は、本発明の教示に従った多種多様な形態を取り得るが、例示的な一形態を一般に図９（０９００）に示す。ここでは、アクティブ列信号（０１９０）がインバータチェイン（０９０１、０９０２）に提示され、次に、送信ゲート（０９０３）を介する３状態接続性を用いて、ＶＩＡ内のＩＩＣ補間構造に接続されたＩＩＣ列駆動信号（０９２０）に提供される。送信ゲート（０９０３）は、スイッチイネーブル信号（０９３０）がアクティブである場合、インバータチェイン（０９０２）の出力をＩＩＣ列駆動（０９２０）に能動的に結合するように設計される。３状態インバータ（０９０４）は、送信ゲート（０９０３）が双方向電流が可能なことを保証するのに必要な信号反転を提供する。なお、列駆動電圧（０９４０）は、示されるインバータに供給される他の電圧と異なり得、その理由は、Ｐ２  ＭＯＳＦＥＴが、インバータチェイン（０９０１、０９０２）の列印加の特定の構成に応じて電力駆動回路として構成されることがあるためである。
【００４２】
図１０（１０００）に示されるように、積層ＭＯＳＦＥＴスイッチが組み合わせて使用されて、活性化と、図９（０９００）に示される３状態駆動制御機能との両方を提供し得る、この３状態スイッチ構成の他の実施形態も可能なことに留意されたい。この例では、アクティブ化信号及びイネーブル信号の反転回路は、明確にするために省かれている。図１０（１０００）の実施形態での主な違いは、追加のヘッドルーム電圧の要件（供給電圧はより高くなければならない）と、全ての切り換え動作への統一された供給電圧の使用とにある。図９（０９００）の構成は、多くの用途で好ましく、その理由は、ＶＩＡの切り換えに関連付けられた動的消費電力が、約
【００４３】
【数５】
0006392361.tif 000006
【００４４】
であるためであり、式中、Ｐは動的消費電力であり、ＣはＶＩＡ無効負荷キャパシタンスを表し、Ｖは切り換え電圧差を表し、ｆは切り換え（走査）周波数を表す。したがって、ＶＩＡセンサにわたる切り換え電圧の低減は、タッチセンサ走査動作によって消費される電力量を劇的に低減することができる。図９（０９００）内で異なる駆動電圧を使用する（すなわち、列駆動電圧（０９４０）を低減する）ことにより、全体の消費電力のかなりの低減が実現可能である。
【００４５】
図１０（１０００）に示される積層駆動手法は、図１１（１１００）に一般に示されるような非積層ＩＩＣ列駆動回路を形成するように変更し得る。ここでは、出力ＣＭＯＳインバータを駆動する論理の追加により、システムでの全体的により低い電圧での動作が可能になる。この論理構成は、マイクロコントローラ３状態ＧＰＩＯ回路に組み込まれることが多い。
（例示的な電圧モード行検知回路（１２００）及び（１３００））
行検知回路は、本発明の教示に従った多種多様な形態を取り得るが、例示的な一形態を一般に図１２（１２００）に示す。ここでは、ＩＩＲ行検知信号線（１２１０）は、送信ゲート（１２０２）に結合されたＭＯＳＦＥＴ切り換え接地シャント（１２０１）を介してＡＤＣ入力（１２２０）に電気的に結合される。スイッチイネーブル信号（１２３０）がアクティブである場合、インバータ（１２０３）を介して、ＭＯＳＦＥＴシャント（１２０１）はディスエーブルされ、送信ゲート（１２０２）はアクティブ化され、送信ゲート（１２０２）は、選択されたＩＩＲ行検知信号線（１２１０）をＡＤＣ（１２２０）に結合する。スイッチイネーブル信号（１２３０）が非アクティブである場合、ＭＯＳＦＥＴシャント（１２０１）はイネーブルされ、ＩＩＲ行検知信号線（１２１０）を接地し、送信ゲート（１２０２）をディスエーブルし、送信ゲート（１２０２）は、選択されたＩＩＲ行検知信号線（１２１０）をＡＤＣ（１２２０）から切断する。
【００４６】
幾つかの状況では、この切り換え回路が、単純な受動信号切り換えを超えるものを含み得、能動増幅／フィルタリングデバイスを組み込んで、ＡＤＣ（１２２０）に提示する前にＩＩＲ行検知信号線（１２１０）を調整し得ることに留意されたい。このタイプの切り換えアクティブバッファリングの実施は十分に、電気分野の当業者の技能内にある。
【００４７】
図１２（１２００）に示される回路は、図１３（１３００）に示されるように、接地イネーブル信号（１３４０）及び関連付けられた論理ゲート（１３４１）を組み込んで、行検知線が検知されていない状況で接地するか、又はマルチ分解能走査動作等で接地されるＩＩＲ行検知線の任意選択的なディスエーブルを可能にするように、増強し変更し得る。この実施形態での回路構成要素（１３０１，１３０２、１３０３、１３１０、１３２０、１３３０）は一般に、図１２（１２００）での要素（１２０１，１２０２、１２０３、１２１０、１２２０、１２３０）に対応する。
（例示的な電流モード列駆動回路（１４００）及び（１５００））
図９（０９００）〜図１２（１２００）に概して示される例示的な電圧モード列駆動回路は、本発明の幾つかの実施形態では、図１４（１４００）及び図１５（１５００）に概して示されるような電流モード手法を使用して実施することもできる。これらの概略図は一般に、図９（０９００）〜図１２（１２００）と同様の構造及び機能を示すが、電流モード駆動手法を組み込んでおり、この手法では、Ｐ５／Ｐ６デバイスが、Ｎ６がイネーブル信号（１４３０）によってアクティブ化される場合、Ｒ１によって消費される電流をミラーリングする電流ミラーを形成する。
【００４８】
図１５（１５００）に概して示されるように、様々な方法が使用されて、単一のＭＯＳＦＥＴ（非理想的な電流シンクとして）を使用することにより、又はより従来的な電流ミラーベースの電流シンクを使用することにより、ＩＩＣ列線を接地し得る。なお、これらの構成（１４５０、１５５０）で強制される電流は、コンピュータ被制御デバイス（Ｒ１）（図１７（１７００）に概して示されるように）を使用して「ダイヤルイン」し得るため、この実施形態は、消費電力を最小化しなければならない状況で有用であり得る。
（例示的な電流モード行検知回路（１６００））
図１２（１２００）及び図１３（１３００）に概して示される例示的な電圧モード行検知回路は、本発明の幾つかの実施形態では、図１６（１６００）に概して示されるように、電流モード手法を使用して実施することもできる。この概略図は一般に、図１２（１２００）及び図１３（１３００）と同様の構造を示すが、電流モード検知手法を組み込んでいる。ここでは、ＩＩＲ行検知信号（１６１０）は、スイッチＮ１（１６０１）によってシャントされるか、又はＮ２、Ｎ４、及びＮ５の組み合わせによってミラーリングされる（１６０２）電流を供給して、シンク電流を供給し、シンク電流は、電流モードＡＤＣ（１６２０）によって変換される。イネーブル信号（１６３０）が使用されて、インバータ（１６０３）を介してシャントスイッチ（１６０１）をゲートし、Ｎ２を介する電流ミラー（１６０２）にイネーブルを提供する。
（例示的な可変補間抵抗（１７００））
個々の列（ＩＩＣ）及び個々の行（ＩＩＲ）を相互接続するインピーダンスは、固定抵抗（場合により各列及び／又は行内で異なる値の）として構成し得るが、図１７（１７００）に示されるような電圧変調送信ゲートとして構成された線形導電体としてＭＯＳＦＥＴを使用することにより、可変抵抗として構成することもできる。ここでは、ＤＡＣが使用されて、マイクロコントローラ又は他の計算デバイスの制御下でＸ及び／又はＹインピーダンス要素の有効抵抗を変調し得る。当業者は、この設計手法と互換性を有する多種多様なＤＡＣハードウェア実施に精通しているであろう。
（能動回路可変インピーダンスアレイ要素（１８００））
可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）は通常、抵抗、キャパシタ、インダクタ、又はこれらの基本要素を含む他の受動デバイス組み合わせ等の受動的な構造のインピーダンス要素を組み込む。しかし、本発明の幾つかの好ましい実施形態は、受動ＶＩＡ構成要素に関連付けられた能動回路を利用し得る。この能動回路構造の例を図１８（１８００）に示し、図１８では、ＶＩＡ能動センサ要素（１８１０）が、ＶＩＡ／ＩＩＣ列（１８１３）及びＶＩＡ／ＩＩＲ行（１８１４）を相互リンクする能動回路（１８１２）で増強された受動ＶＩＡセンサ要素（１８１１）を含む。
【００４９】
この概念の可能で例示的な一実施形態は、ＶＩＡ能動センサ要素（１８２０）が、ＶＩＡ列（１８２３）及び行（１８２４）を相互リンクするＭＯＳＦＥＴ（１８２２）で増強された受動ＶＩＡセンサ要素（１８２１）を備えた状態で示される。ＶＩＡセル（１８１１、１８２１）が、多種多様な可変インピーダンス要素を備え得、能動回路（１８１２、１８２２）が、個々のＶＩＡ列（１８１３、１８２３）及びＶＩＡ行（１８１４、１８２４）を結合することにマッチした多種多様な能動回路を含み得ることを当業者は認識しよう。
（例示的な可変周波数励起／検出（１９００）及び（２０００））
図１９（１９００）に概して示されるように、本発明は、ＶＩＡ（１９１０）を励起するために、ＣＳＲ（１９２０）内で選択可能な周波数生成を利用し得る。この構造は一般に図４（０４００）に示される構造に類似するが、選択可能なフィルタリング要素（１９６０）の追加により、個々の励起周波数をＶＩＡ（１９１０）からフィルタリングし、次に、ＡＤＣ（１９５０）によって検出することができ、それから制御論理（１９４０）によって処理される。幾つかの状況では、選択可能なフィルタリング要素（１９６０）は、ＡＤＣ（１９５０）内に組み込まれ得る。この例では、ＣＳＲ（１９２０）ＡＣ励起は、１つ又は複数の単一の周波数又は複数の周波数の形態を取り得る。ＣＳＲ（１９２０）周波数を生成するためのこの構成での任意波形生成器（ＡＷＧ）の使用は、幾つかの実施形態において予期される。
【００５０】
なお、プログラマブルフィルタ（１９６０）による複数の周波数の並列検出とともにＣＳＲ（１９２０）内の複数の励起周波数の使用により、ＶＩＡ（１９１０）の複数のエリアの同時検出が可能になり得る。これは、適切な論理（１９４０）ソフトウェア／ファームウェアと併せて、複数のタッチエリアの適宜検出を可能にするとともに、様々な周波数を使用して、ＶＩＡ（１９１０）内の指のレジストレーションを検出できるようにする。このマルチ周波数手法は、幾つかの状況では、タッチセンサ検出システムの動作に必要な電力を低減するために使用することもできる。
【００５１】
このマルチエリア周波数ベースの走査手法の例を図２０（２０００）に示し、図２０では、ＶＩＡは、列に沿って様々な周波数で励起され、行センサ上の周波数情報を選択的にフィルタリングすることにより、ＶＩＡは、個々のＶＩＡセンサ要素インピーダンスの変動に加えて、周波数に基づいて検知することができる。なお、これは、幾つかの状況では、ＶＩＡ表面の複数のエリアを圧力、近接性、容量結合されたスタイラスとの対話等の異なる検知メカニズムに関連付けられるようにし得る。
（可変走査分解能（２１００）〜（２４００））
本発明は、ＩＩＣ列励起及びＩＩＲ行検知ＩＩＲ構成を変更することにより、様々な走査分解能が本発明の所与の実施形態から得ることができることを予期する。この可変走査分解能性能の幾つかの例を図２１（２１００）〜図２４（２４００）に示す。これらの例では、水平／垂直の実線はＶＩＡでのアクティブ行／列を表し、破線はＶＩＡ内の補間行／列を表す。各行／列は、アクティブ状態（列は駆動／接地され、行は検知／接地される）であるか、又は切断状態（高インピーダンス状態）のいずれかにあると見なされ得る。
【００５２】
図２１（２１００）は、完全分解能走査が構成されるシナリオを示し、走査中、全ての列は駆動され、全ての行は検知される。１／２分解能走査が図２２（２２００）に示され、ここでは、走査中、１つ置きの行／列が接続され、駆動／検知される。１／４分解能走査が図２３（２３００）に示され、ここでは、走査中、３つ置きの行／列が接続され、駆動／検知される。最後に、図２４（２４００）は、混合モード走査の概念を示し、混合モード走査では、ＶＩＡの部分が完全分解能で走査され、ＶＩＡの残りの部分はより低い分解能で走査される。走査分解能を変更する能力は、ＶＩＡの各列／行の走査に関連付けられた動的電力損失を低減することにより、タッチセンサ全体の節電を大きく促進する。図２４（２４００）の例が、ＶＩＡ構造全体内の幾つかの離散エリアで完全分解能スキャンを実行するように構成し得ることを当業者は認識するであろう。
（ペン／スタイラス実施形態（２５００）〜（３２００））
（概説（２５００））
図２５（２５００）〜図３２（３２００）に概して示されるように、本発明は、タッチセンサ検出器に加えて、ＧＵＩ（２５０２）入力としてユーザ（２５０１）のペン／スタイラス（２５２０）の使用を組み込み得る。図２５（２５００）のブロック図に示されるように、この代替の実施形態は、図１（０１００）に示される機能と同様の機能を提供するが、ペン／スタイラス（２５２０）が追加されており、ペン／スタイラスは、コンピュータ可読媒体（２５０４）から読み出されたマシン命令の制御下でタッチセンサ検出器（ＴＳＤ）／タッチセンサアレイ（ＴＳＡ）（２５１０）及び／又はコンピュータシステム（２５０３）と通信し得る。
（能動容量性スタイラス（２６００））
図２６（２６００）に概して示されるように、この構成での能動容量性スタイラス（２６２０）の使用により、スタイラス（２６２０）は信号（選択されたＡＣ周波数等）を発することができ、信号は次に、ＴＳＡ（２６１０）によって検出され、一次元走査手法で使用されて、スタイラスのＸ位置及びＹ位置を別個に特定する。この図に示されるように、コンピュータシステム（２６０１）は、この構成では、ＴＳＡ（２６１０）と無線通信する（２６０２）とともに、スタイラス（２６２０）と無線通信する（２６０３）ように構成し得る。
【００５３】
図面に示されるように、幾つかの状況では、能動容量性スタイラス（２６２０）は、個々のＶＩＡセンサ要素（２６２３）から無線送信（２６２２）を受信し、この情報をコンピュータシステム（２６０１）に無線で通信するように構成し得る。このようにして、ＶＩＡが使用されて、情報（位置、圧力、検出された容量、近接性等）をスタイラス（２６２０）に通信し得、情報は次に、コンピュータシステム（２６０１）に中継される。
（例示的なスタイラスの概略（２７００））
例示的な能動容量性スタイラスのブロック図概略を図２７（２７００）に示し、図２７では、電源（通常、１．５Ｖ電池）（２７０１）が、低電力マイクロコントローラ（２７０３）の制御下でブースト変換されて、電力をシステムに供給する。マイクロコントローラは発振器（２７０４）を制御するように動作し、発振器は、スタイラス先端部（２７０６）による送信後、ＴＳＡによって受信されるように設計された信号でＰＣＢアンテナ（２７０５）を駆動する。発振器（２７０４）とスタイラス先端部（２７０６）との放射結合は通常、容量性であるが、オンボードＰＣＢアンテナ（２７０５）で補助してもよい。発振器（２７０４）によって発せられる信号のタイプは、幾つかの状況では、スタイラス本体内でＴＳＡの形態を取り得る任意選択的なユーザ入力（２７０７）又はスタイラス本体内に含まれる任意選択的なキーボードスイッチ若しくは容量性センサにより、マイクロコントローラ（２７０３）によって制御し得る。このユーザ入力（２７０７）は、スタイラスを、スタイラス先端部（２７０６）を通して別個の情報をＴＳＡに伝える異なる動作モードにし得る。したがって、スタイラス先端部（２７０６）は、圧力／位置等の情報をＴＳＡに伝え得るが、発振器（２７０４）の出力の状態に基づいてモードインジケータを提供することもできる。
【００５４】
スタイラス（２７０６）がモードをＴＳＡに通信することと併せて、図２６（２６００）に示されるように、スタイラスに、発振器（２７０４）及び／又はＰＣＢアンテナ（２７０５）を利用して、ＴＳＡ電子デバイス及び／又はＴＳＡ電子デバイスが通信する計算デバイスと通信し得る無線インターフェース（ＷｉＦｉ（登録商標）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）等）を構成することもできる。
（例示的なスタイラス構造（２８００）及び（２９００））
例示的なスタイラス構造の詳細を図２８（２８００）及び図２９（２９００）に示し、これらの図では、スタイラスは、組み立てのために嵌合するねじ山（２８０３）が構成された上部（２８０１）及び下部（２８０２）エンクロージャ外郭を備える。この２個片外郭構造内に、電力を供給する電池（２８０４）及び能動電子デバイスを含むＰＣＢ（２８０５）が、スタイラス先端部（２８０６）に沿って含まれ、スタイラス先端部は、ＴＳＡを覆う保護カバーに接触するように設計される。任意選択的な機械的スイッチ（２８０７）が、スタイラスへの電力制御をサポートするために、又はスタイラスの動作モードを変更する手段として含まれ得る。ばね（２８０８、２８０９）が、電池（２８０４）の接触に影響するとともに、スタイラス先端部（２８０６）が、ＴＳＡ保護カバーの平面等の平面に接触して配置される場合、自在に移動することができるようにするために含まれ得る。
【００５５】
スタイラス内のマイクロコントローラ（２７０３）に関連付けて、スタイラスの動作モードを変更できるようにし得る様々なユーザ入力機構（スイッチ又は他の入力等）（２８０７）もあり得る。この例を図２８（２８００）に示し、図２８では、下部エンクロージャ外郭（２８０２）の外面にあるバンド（２８１１、２８１２、２８１３、２８１４、２８１５）が、容量性結合によって検知されて、マイクロコントローラへのユーザ切り換え入力を特定し、したがって、スタイラスの動作モードを設定する。他のモード選択方法も可能であるが、これは、ＴＳＡと様々なモードで動作するスタイラスの能力の単なる一例である。
【００５６】
図２９（２９００）は、ＰＣＢ、スタイラス先端部へのばね負荷接点を含め、スタイラスの内部構造についての更なる詳細と、ＴＳＡを入力デバイスとして使用してＴＳＡ及び／又は計算システムとの両方の通信を補助するＰＣＢトレースアンテナの提供とを提供する。
（例示的な入力データプロファイル（３０００）〜（３２００））
図３０（３０００）に示されるように、本発明は、タブレット表面（３１１０、３２１０）上での手／指ジェスチャの使用と、ペン／スタイラス入力とを統合して、図３１（３１００）及び図３２（３２００）に示されるような圧力／存在プロファイル（３１２０、３２２０）を生成し得る。図３０（３０００）に示されるように、システムは、ユーザの様々な指（又はユーザの手の他の部位）及びスタイラス／ペン入力から圧力情報を収集するのに使用し得る。図３１（３１００）に示されるように、これらの入力は、各手／指／スタイラス入力がＴＳＡでの圧力プロファイルに関連付けられる圧力マップを形成し得る。これらの圧力プロファイルは、図３２（３２００）に示されるように、ユーザの手／指からのもの（Ｐ）又はスタイラスからのもの（Ｓ）として区別することができ、その理由は、この場合でのスタイラスは、上述したように能動容量性スタイラスであり、動作中、無線情報をＴＳＡに送信しているためである。なお、図３２（３２００）では、システムは、スタイラス入力（Ｓ）と比較して圧力入力（これらの図面では楕円として定義される）間を区別するように構成し得、それにより、同じＴＳＡへの異なる次元の入力平面が可能である。この追加の情報平面は、リモートコンピュータシステムで実行中のアプリケーションソフトウェアによって使用されて、アプリケーションソフトウェア内の様々な動作モード又は制御に影響を及ぼし得る。
（詳細な説明  −  ＩＦＳＡ実施形態（３３００）〜（６４００））
（概説）
本発明は、ＶＩＡにおいて多種多様なセンサ技術を使用して実施し得るが、例示的な実施形態の好ましい１つの集まりは、感圧センサを利用して、補間力検知アレイ（ＩＦＳＡ）を形成する。以下の考察は、好ましい実施形態のこの感圧クラスを詳述し、詳細な例示的な構造の状況を提供する。なお、ＩＦＳＡ実施形態について以下に詳述するが、それらの構造で使用される技法は、容量性、電磁等の他のタイプのセンサ技術にも等しく適用し得る。
【００５７】
上記概説によれば、本発明のＩＦＳＡ実施形態は、高分解能力検知アレイと、駆動回路及び検知回路が力検知アレイよりも低い分解能を有することを可能にする補間回路と、センサを走査し、その結果生成される信号を処理する回路及び付随するアルゴリズムと、このセンサを様々なデバイスに組み込む方法とを構築するシステム及び方法を記述する。
【００５８】
ＩＦＳＡセンサは通常、以下の構成要素からなる。各構成要素についての更なる詳細及び明確化は、以下の詳細な説明に見出すことができる。
・検知エリア。行電極と、列電極と、力検知要素のグリッドとからなる検知エリアであって、各要素は１つの行電極と１つの列電極との間に接続される。
・補間抵抗。列電極、行電極、及び駆動／検知回路に接続する一連の補間抵抗。
・駆動回路。一連のデジタル及び／又はアナログスイッチ及びアクティブ列に取り付けられた、関連付けられた制御論理からなる駆動回路。
・検知回路。一連のデジタル及び／又はアナログスイッチ及びアクティブ行に取り付けられた、関連付けられた制御論理からなる検知回路。
・電圧／電流源。駆動電圧／電流を駆動回路に提供する電圧又は電流源。
・信号調整器。検知回路からの信号を調整、フィルタリング、又は変換する任意選択的な信号調整構成要素。
・制御回路。センサの走査に必要な一連の制御信号を生成する制御回路、通常、マイクロコントローラ又はＡＳＩＣ。制御回路は、センサ信号をアナログ形式からデジタル形式に変換する内部又は外部ＡＤＣ、信号を処理し解釈するプロセッサ及びメモリ、並びにホストプロセッサ等の外部構成要素と通信するＩＯ論理を組み込むこともできる。
【００５９】
回路内の行及び列は交換し得るが、例示のために、本発明は、駆動回路を列に接続し、検知回路を行に接続することに留意する。構成要素が、例示のために別個に示されることにも留意する。これらの構成要素の機能は、実際の実施では統合及び／又は分離し得る。この幾つかの例としては、補間抵抗と検知エリアとの統合、駆動回路への電圧源の組み込み、制御回路外部へのＡＤＣの配置等が挙げられる。明確にするために、本発明は、駆動回路及び検知回路のアクティブ列電極及びアクティブ行電極に直接接続する列電極及び行電極を考慮するが、補間抵抗を通して駆動回路及び検知回路に接続する列電極及び行電極は、補間列電極及び補間行電極と呼ばれる。
【００６０】
動作中、制御回路はセンサを繰り返し走査して、センサ上の力分布の二次元「画像」を検索する。各走査サイクルはフレームと呼ばれる。以下は、各フレーム中に行われるステップの概説である。各ステップについての更なる詳細及び明確化は、詳細な説明において見出すことができる。
（１）制御論理が、一度に１つのアクティブ列電極を駆動し、その間、他の全てのアクティブ列電極を接地する。
（２）給電された各駆動電極について、制御論理は、一度に１つの検知電極を調整回路に接続し、その間、他の全てのアクティブ行電極を接地する。これにより、給電駆動電極と、調整回路に接続された検知電極との交点付近の力検知要素を通る複数の電流経路候補がもたらされる。センサにかけられた力は、力と、交点への力の距離とに比例する信号を生成する。
（３）信号は調整回路を通り、調整回路は、電流／電圧変換、フィルタリング、及び／又は増幅を実行し得、アナログ出力信号を生成する。
（４）ＡＤＣは、信号調整回路から出力された信号をデジタル値に変換し、メモリ内のアレイに記憶する。これは、アクティブ行電極とアクティブ列電極との各交点について繰り返される。
（５）センサが完全に走査された後、制御回路は、メモリ内のアレイを処理して、信号を更にフィルタリングし、信号を既知の単位に正規化し、タッチ等の特徴を抽出し、タッチを経時追跡し得る。
（６）制御回路は、外部構成要素と対話して、データを交換し得る。制御回路は、続く走査に向けて電力、速度、又は待ち時間を最適化させるために、走査パラメータの変更を選ぶこともできる。制御回路は、ユーザ要求に応答してもよく、又は走査間でシャットダウン若しくはスリープさせることを決定してもよい。
（７）外部回路に送信された信号は、ＩＦＳＡが使用されて、所望のタスクを実行する製品に固有のハードウェア及び／又はソフトウェアによって使用される。
【００６１】
述べた構成要素及びプロセスは、協働して、センサが圧力分布を捕捉し、データを処理し、多種多様な用途に有意味な情報を出力できるようにする。本発明の上記目的、特徴、及び利点並びに本発明の詳細な設計、実施、及び製造については、本明細書に提供される本発明の詳細な説明において明確化しより詳細に考察する。
（動作理論（３３００）〜（３６００））
（前書き）
以下の考察は、ＩＦＳＡセンサがいかに構築され、その構築がいかに補間を可能にするかを概念レベルで説明する。上述したように、ＩＦＳＡセンサは、アクティブ行電極及びアクティブ列電極の組を有し、これらの電極は駆動回路及び検知回路に接続する。アクティブ行電極及びアクティブ列電極の各対間には、１つ又は複数の補間電極がある。各行及び列対間の補間電極の数は可変であるが、大半のＩＦＳＡセンサ設計は、この数を一定に保ち、これを数Ｎと参照する。
【００６２】
図３３（３３００）は、４つのアクティブ列電極と、５つのアクティブ行電極と、列電極及び行電極の各対間に１つの補間電極とを有するＩＦＳＡ回路の例を示す。したがって、通常、４×５センサのみが読み取り可能な回路を用いて、本発明は、力検知要素の１０×１３アレイから力を読み取ることが可能である。この構成を用いて、本発明は、読み出し電子デバイスに接続された行及び列の数と比較して、Ｘ次元及びＹ次元の両方でセンサの有効追跡分解能を３倍にした。更に、補間行電極及び補間列電極の数Ｎを増大することにより、本発明は、センサの追跡分解能を更に増大することができ、制限は、センサの作製に使用される製造プロセスの性能のみである。
（力検知要素）
行電極及び列電極の各対の交点には、力検知要素があり、この要素は、本発明の概略図では可変抵抗として表される。力検知要素の作製には、後のセクションで説明する様々な異なる材料、構成、及び製造方法が使用可能である。ＩＦＳＡセンサで使用される大半の力検知要素は、かけられる力に対して同様に応答する  −  力がかけられると、抵抗は下がる。しかし、抵抗と力との関係は通常、非線形である。このため、抵抗を測定するのではなく、抵抗の逆数であるセンサのコンダクタンスを測定することが好ましい。圧力がかけられると、コンダクタンスは線形又は非線形に増大する。比例定数（感度に対応する）に変数ｋが割り当てられ、特定のセンサ要素にかけられる力の量に変数Ｆが割り当てられ、センサ要素の伝導性に変数Ｃが割り当てられる場合、本発明は、以下の式：
【００６３】
【数６】
0006392361.tif 000007
【００６４】
を用いて力Ｆに対するセンサの伝導性Ｃをモデリングすることができる。電圧が力検知要素にわたって印加される場合、オームの法則は、力検知要素を流れる電流の量Ｉが、力と電圧Ｖを掛けたものに比例すると述べている。
【００６５】
【数７】
0006392361.tif 000008
【００６６】
（補間抵抗）
近傍の電極（アクティブ及び補間の両方）の各対間には、補間抵抗が接続される。幾つかのセンサ実施形態は、補間抵抗の抵抗値に可変値を有し得るが、この例では、全ての補間抵抗が同じ抵抗値Ｒｉを有すると仮定する。これらの抵抗は、分かるように、センサの補間属性を可能にする一連の抵抗分割回路を形成する。
（動作中の補間）
本発明がＩＦＳＡセンサの交点を走査する際に行われる活動は、以下のように詳述される。センサの走査の任意の時点で、１つのアクティブ列電極が既知の電圧Ｖｄに駆動され、その間、その近傍の列電極は接地に接続される。同時に、１つのアクティブ行電極から流れ出る電流Ｉｓが測定され、その間、近傍の行電極は接地に接続される。上述したように、アクティブ列電極又はアクティブ行電極の所与の対間の補間電極の数は、センサにわたって可変であるが、例示のために、本発明のセンサ実施形態が、アクティブ列電極及びアクティブ行電極の各対間に一定数の補間電極を用いて構築されると仮定する。本明細書では、この数はＮと参照される。
【００６７】
電圧Ｖｄが駆動電子デバイスによって印加されると、２つの接地された列電極と２つの接地された行電極との間のエリア内の各力検知要素は、要素への力及び行−列交点からの距離に線形であるように、幾らかの電流を総合検知出力電流Ｉｓに寄与する。これらの各力検知要素が総合出力値にいかに寄与するかを理解するために、図３４（３４００）を参照し、図３４は、図の中心にある行／列交点が走査中であるセンサ走査の瞬間中のＩＦＳＡセンサ（図３３（３３００）のセンサ等）のサブセクションを示す。このセンサは、アクティブ行電極とアクティブ列電極の各対間に２つの補間電極を有する（Ｎ＝２）。この図では、本発明は、現在給電されている電極（この例では、列電極０）からの距離に基づいて、各列電極（アクティブであるか、補間であるかに関係なく）にｘ座標を割り当てる。この図では、一番左側、中央、及び一番右側の電極がアクティブ電極である。これらの電極は−３、０、及び３とそれぞれ付番される（異なるＮを有する一般的なセンサの場合、それらの電極は−（Ｎ＋１）、０、及び（Ｎ＋１）と付番される）。それらの間に、補間電極の２つのグループがある。これらの電極は、−２及び−１（一般には−Ｎ〜−１）並びに１及び２（一般には１〜Ｎ）と付番される。同様にして、各行電極に、現在検知中の電極（この例では、行電極０）からの距離に基づいてｙ座標を割り当てる。最後に、本発明は、列Ｘと行Ｙとの交点における各力検知要素に座標（Ｘ，Ｙ）を割り当てる。
【００６８】
駆動された電極及び検知された電極の周囲の近傍の全ての列電極及び行電極が接地に駆動されることを想起する。したがって、列電極−３及び３は接地され、行電極−３及び３も接地される。このセクションの残りの部分において、本発明は、これが、列０と行０との交点の周囲の感度分布をセットアップし、この感度分布はＸ方向及びＹ方向の両方に沿って線形に低減することを示す。
【００６９】
駆動側では、駆動アクティブ電極と、接地される近傍のアクティブ電極との間にある補間電極を相互接続する補間抵抗の組は、一連の分圧器を形成する。これらの抵抗は全て、同じ抵抗値Ｒｉを有する。したがって、本発明は、
【００７０】
【数８】
0006392361.tif 000009
として、ｘの関数としてこれらの各列電極の電圧Ｖｃを表現することができる。
【００７１】
各行電極と各列電極との間には、上述したように、力検知要素がある。力検知要素を流れる電流は、かけられる力と、印加電圧とに比例して変化する。上述したように、所与の列電極が電圧Ｖｃ（Ｘ）である場合、力検知要素の比例定数はｋであり、本発明が、力検知要素の検知側が０ボルトの電位であると仮定する場合（これが妥当な仮定であることの理由については後述）、位置（Ｘ，Ｙ）における力検知要素を流れる電流Ｉｆ（Ｘ，Ｙ）は、
【００７２】
【数９】
0006392361.tif 000010
である。
【００７３】
読み出し側では、アクティブ電極の各対間にある補間抵抗も、一連の抵抗分割器として機能するが、この場合、両方とも接地電位である近傍のアクティブ電極間の力検知要素を通って電極に流れ込む電流を分割する。この例では、これらの電極の１つが検知され、近傍のアクティブ電極は接地されている。力検知要素（Ｘ，Ｙ）からのアクティブ検知電極での電流への寄与は、
【００７４】
【数１０】
0006392361.tif 000011
【００７５】
として表現することができる。ここで、Ｉｆ（Ｘ，Ｙ）の式を上記式に代入し、次に、その結果生成される式にＶｃ（Ｘ）の式を代入すると、Ｉｃ（Ｘ，Ｙ）について以下の式が生成される。
【００７６】
【数１１】
0006392361.tif 000012
【００７７】
ｋ、Ｖｄ、及びＮは全て定数であるため、アクティブ行電極とアクティブ列電極との交点から読み出される出力電流への寄与が、位置（Ｘ，Ｙ）にかけられる力Ｆ（Ｘ，Ｙ）と、行−列交点からの力検知要素のＸ及びＹでの距離とに比例することが分かる。
【００７８】
列間の分圧回路及び行間の電流分割器は両方とも線形に挙動するため、各検知要素からの電流寄与は加算的であり、したがって、所与の行−列交点での最終的に検知される電流Ｉｓは、
【００７９】
【数１２】
0006392361.tif 000013
として表現することができる。
【００８０】
この公式は、各行／列交点が、その交点周囲の検知要素にかけられる力の分布に関していかに挙動するかをモデリングする（この公式でモデリングされない幾らかの非線形性があるが、後述するように、影響は通常、軽微であることに留意する）。生じている状況をより明確に理解するために、本発明は、各検知要素が、アクティブ行及びアクティブ列の交点での読み出しに対して、（０，０）における要素に相対して寄与するパーセント寄与を計算することができる。図３４（３４００）のセンサの各行／列交点での４９個の力検知要素のそれぞれについて、これを計算する。図３５（３５００）はこれらの計算の結果を示し、結果は、図３４（３４００）に示される力検知要素の７×７アレイの相対寄与である。この感度分布は、図３６（３６００）において三次元で視覚化される。
【００８１】
同じ分布がアクティブ行とアクティブ列とのあらゆる走査交点で生じるため、各検知要素は、それらの交点からの距離に線形に関連するように、周囲のアクティブ行／列電極交点への信号に寄与する。Ｘ及びＹでの寄与の減少は線形であるため、本発明は線形補間を使用することができ、線形補間は、アクティブ行とアクティブ列との各交点から読み出された力値のアレイに適用されて、センサにかけられた力分布の重心を正確に計算する。
【００８２】
更に、本発明がその重心を追跡することができる分解能は、アクティブ検知線の分解能ではなく、補間線の分解能に比例する。したがって、単にＮを増大することにより、本発明は、本発明のセンサの追跡分解能を増大させることができる。
（力検知要素を流れる電流に起因する非線形性）
上記式を導出するに当たり、力検知要素を流れる電流の影響は考慮に入れられなかった。この電流は、力検知要素の駆動側での電圧Ｖｃを降下させるとともに、力検知要素の検知側での電圧を接地電位よりも上に増大させる。したがって、式によって予測されるよりも低い電流がセンサを流れることになり、わずかな感度の低下を生じさせる。
【００８３】
より問題なのは、結果として補間抵抗を通って流れる電流が、電圧をスキューさせ、他の近くの力検知要素の応答に影響することである。幸運なことに、この問題は、低抵抗値を補間抵抗に選び、力検知要素が、有用動作範囲内ではるかに高い抵抗値を有するように設計することによって軽減することができる。これは、この影響の規模が比較的小さく、センサの正確性に大きく影響しないことを保証する。有益なことに、力検知要素の抵抗を増大することも、全体的な消費電力を低減する。
（力検知の計算）
（概説）
本発明の様々な好ましい実施形態は、ＶＩＡ構造の一部として感圧アレイを利用する。本願に関連して、様々な力計算が、ＶＩＡの複数の列及び行にわたって適用される全体的な補間関数と併せて、制御論理内に組み込まれ得る。以下は、これらの計算を詳細に考察し、補間プロセスのベースとしてこの形態のＶＩＡ構造を利用する本発明の広範囲の実施形態の実施についての参照点を提供する。
【００８４】
タッチの力及び位置は、センサから読み出されたセンサ値の二次元アレイに対する算術演算を用いて計算される。力検知センサでは、センサ値は力に対応し、容量性センサでは、センサ値は容量性信号に対応し得る。これらの計算は一般に、タッチセンサの信号処理の当業者には知られている。
【００８５】
本発明は、より低い分解能（アクティブ電極分解能等）で走査を行った後、個々のセンサ要素への力を再構築することができないが、本発明は、センサの完全分解能（ＶＩＡ分解能等）でのタッチの力及び位置等のより高次の情報を再構築することができる。本発明がこの結果を達成する幾つかの理由は、以下である。
・補間ネットワークにより、センサが線形的にダウンサンプリング可能であり、・タッチの力及び位置の計算に使用される計算方法が、線形的な性質のものである。
【００８６】
上記の動作理論では、本発明の手法がセンサ信号の線形ダウンサンプリングをもたらすことを数学的に示すことにより、第１の性能を説明した。このセクションの残りの部分は、タッチの力及び位置の計算に使用される方法についての更なる詳細を提供することにより、第２の態様を説明する。
【００８７】
ダウンサンプリングは、ハードウェアで行われており、計算に使用される数学は両方とも線形であるため、本発明がより低い分解能でのセンサの走査から得られる正確性は、あたかも本発明がセンサ要素の完全分解能で走査したかのような正確性と同じである。更に、これはまた、タッチがいかに小さいか、又はいかに大きいかに関係なく（単一のセンサ要素をカバーするか、それとも多くのセンサ要素をカバーするかに関係なく）当てはまる。本発明が失う唯一のものは、本発明の走査の「ナイキスト周期」よりも互いに近い２つのタッチを区別する能力である。
【００８８】
これは、本発明が、正確性を犠牲にせずに、低分解能走査電子デバイスを使用して高分解能で検知することができることを意味するため、重要である。又は、本発明は、追加の電子デバイスを導入せずに、低分解能センサの正確性を増強することができる。
【００８９】
数学的に保存されない唯一の計算は、エリアである（補間後、いくつのセンサ要素がアクティブ化されたかを厳密に見分ける方法がないため）。しかし、これは一般に、エリア計算を近似する方法があるため、問題ではない。
【００９０】
各センサ要素によって検知される力値を近似的に再構築するために、スプライン補間等の方法を使用することが可能であるが、本発明は、これをファームウェアで行うことを選ばない。その理由は、これが計算的に非常に高価であり、様々な意味で、より低い分解能でのセンサを走査することの利点を無にすることである。代わりに、本発明は通常、低分解能走査画像に対して後述する数学を実行し、線形性属性により、本発明は、あたかも完全分解能走査画像に対して数学を実行したかのような結果と同じ結果を達成する。
【００９１】
なお、本発明の幾つかの好ましい実施形態は、ファームウェアにおいて二次元力アレイをアップサンプリングして、タッチの位置をよりよく推定するか、又はマルチ分解能走査を実施し得る。しかし、ＰＣ側では、本発明は、ＶＩＡデータの美観的視覚化を達成するために、スプライン補間を利用して、低分解能力画像をセンサの分解能にアップサンプリングし得る。以下は、本発明がタッチの力及び位置をいかに計算するかの概要である。
（タッチの力の計算）
タッチの力は、タッチの全ての力値の和である。このセクションでは、センサから読み出されたＴＳＭデータに対する数学的演算が説明されていることに留意する。Ｎ、Ｘ、及びＹは、ＴＳＭ行列の次元及び行列内のデータの（Ｘ，Ｙ）座標を指し、Ｆ（Ｘ，Ｙ）はＴＳＭ内の座標（Ｘ，Ｙ）でのデータを指す。これらは補間電極を参照しない。
【００９２】
【数１３】
0006392361.tif 000014
総合力は、本願ではＦｔｏｔａｌと呼ばれる。
（タッチ位置の計算）
Ｘ次元でのタッチの位置は、タッチのＸ位置の力加重平均である。同様に、Ｙ次元でのタッチの位置は、タッチのＹ位置の力加重平均である。
【００９３】
【数１４】
0006392361.tif 000015
【００９４】
【数１５】
0006392361.tif 000016
Ｘ位置及びＹ位置は、本明細書の残りの部分ではμｘ及びμｙと呼ばれる。
（タッチ形状の計算）
タッチの形状は、タッチを取り巻く楕円を用いて推定される。楕円の計算は、値のガウス分布の標準偏差の計算と同様であるが、これが二次元で実行される。計算は、２×２共分散行列：
【００９５】
【数１６】
0006392361.tif 000017
を計算することによって開始する。
【００９６】
この行列では、ＸＸ、ＹＹ、及びＸＹは、Ｘ、Ｙ、及びＸＹ対角線の分散である。この行列から、固有ベクトル計算することができ、固有ベクトルは、行列の主軸及び副軸並びに固有値を特定し、固有値は主軸及び副軸の長さを特定する。
【００９７】
【数１７】
0006392361.tif 000018
【００９８】
【数１８】
0006392361.tif 000019
【００９９】
【数１９】
0006392361.tif 000020
ここから、共分散行列の固有ベクトル及び固有値が、任意の線形代数の教科書に見出すことができる単純な数学を使用して見出すことができる。留意に重要なことは、主軸及び副軸の長さが、第１及び第２の固有値の平方根を取り、係数で乗算することによって計算できることである。この係数は、タッチのどの割合が楕円によって囲まれるか（２〜３の係数が通常、Ｘ次元及びＹ次元に沿った楕円の９５％〜９９％を囲むために使用される）を決まる。
【０１００】
計算での平方根は、このアルゴリズムへの入力と出力値との間に概ね線形の関係を生じさせ、本発明のセンサの線形挙動の利点を保つ。最後に、主軸及び副軸の長さが一緒に乗算されて、面積を推定することができる。
【０１０１】
上で示されたように、タッチの力、位置、及び形状の計算に使用される数学は、センサに適用される補間のレベルによる影響を受けない。
（複数のタッチ）
複数のタッチがある場合、流域アルゴリズムが使用されて、センサのエリアを別個の領域にセグメント化し、各領域は単一のタッチを含む。要約すると、上述したアルゴリズムは、各領域に対して別個に実行されて、各タッチの統計を計算する。
（タッチ面積の計算）
タッチの面積は単に、特定の閾値ｔよりも大きい力値の数である。
【０１０２】
【数２０】
0006392361.tif 000021
タッチの面積は、補間のレベルによる影響を受け、その理由は、閾値よりも大きい読み取り値の数は、補間のレベルが増大するにつれて低減するためである。これは主に、小さい面積のタッチに影響を及ぼし、小さい面積のタッチでは、タッチ面積を正確に再構築するのに十分なデータ点が利用可能ではない。これを改善するために、本明細書では「ソフト面積（ｓｏｆｔ  ａｒｅａ）」と呼ばれる計算が使用され得、これは、ｔにハード閾値の代わりにソフトカットオフを使用する。これは、上記計算よりも良好な面積の推定を提供する。一般に、タッチの面積は、ユーザインターフェース用途にとっては力及び位置ほどは重要ではなく、したがって、ダウンサンプリングの結果としての面積計算の正確性の低下は、ユーザにとって許容可能なものである。
（利点のまとめ）
まとめると、本発明の圧力を検知する手法の利点は、２つの異なる方法で見ることができる。
・高分解能センサから出発しているセンサ設計では、本発明の手法により、（Ｘ，Ｙ）位置、力、及び形状の計算の正確性を維持しながら、より低い分可能の電子デバイスを用いてセンサを走査することができる。この場合、システムのコスト、複雑性、及び消費電力は、タッチ追跡性能を犠牲にすることなく低減する。
・本発明の手法を見る別の方法は、低分解能センサから始まる設計についてである。この場合、本発明の手法により、検知電子デバイスの分解能を同じままに保ちながら、センサの分解能を上げることができる。したがって、センサの正確性は、電子デバイスのコスト、複雑性、及び消費電力を増大させずに改善される。
（構造の詳細（３７００）〜（５８００））
（力検知材料）
力検知材料（ＦＳＭ：ｆｏｒｃｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の生成に使用することができる様々な異なる材料がある。これらは、導電性ゴム、導電性発泡体、導電性プラスチック（カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）（登録商標））、及び導電性インクを含む。これらの材料は通常、カーボン粒子等の導電粒子をポリマー等の絶縁粒子と混合することによって作られる。導電粒子は、金属粒子（銀、金、及びニッケルを含む）等の物と、グラフェン、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、及び有機導電体等の材料とを含むことができる。
【０１０３】
透明ＦＳＭも同様に、透明導電性材料を透明非導電性キャリアと混合することによって作製することができる。透明導電性材料は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、透明有機導電粒子、又はグラフェン、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、又は金属ナノ粒子（銀、金、及びニッケルを含む）等の小さくて見ることができない材料を含む。透明ＦＳＭを作る透明非導電性材料は、ＰＥＴ、ポリイミド、ポリカーボネート、又はシリコーン等の透明ゴムを含む。代替的には、透明導電性材料は、ポリマー、ガラス、又は超薄可撓性ガラス等の透明基板の表面に堆積することができる。
【０１０４】
これらの材料が共通して有するものは、高いバルク抵抗（導電体と絶縁体との間のレベルにおいて）、凸凹した表面（顕微鏡スケールで）、及び幾らかの量の可撓性である。その結果、材料が導電体に接触する際、力検知材料を導電体に押し当てる力が増大するにつれて、界面での抵抗は低減する。
【０１０５】
これらの材料の幾つかは、力がかけられるにつれて、導電粒子が互いにより近くなる結果として、バルク抵抗の変化も受け得る。しかし、この影響は、通常、表面抵抗の変化と比較して小さい。本開示のために、本発明は、上述した属性を有する全ての材料を力検知材料（ＦＳＭ）と呼び、力検知材料を含む／担持する層を力検知層（ＦＳＬ：ｆｏｒｃｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）と呼ぶ。
（力検知要素）
各行／列電極交点間には、可変抵抗をもたらす力検知要素がある。図３７（３７００）〜図４０（４０００）に示されるように、力検知要素に可能な幾つかの異なる構成がある。２つの最も一般的な構成は、本発明がシャントモード及びスルーモードと呼ぶ構成である。
【０１０６】
シャントモード構成では、２つの基板がある。上部基板はＦＳＭがコーティングされ、一方、下部基板は２つの電極からなる（図３７（３７００））。２つの基板が一緒に圧迫されると、ＦＳＭは、２つの電極間に電流を流し、抵抗の可変降下を生じさせる。基本的に、ＦＳＭは、２つの電極間のシャントとして機能する。感度を増大させるために、２つの電極はパターニングされて、互いに噛み合う導電性フィンガの組を形成することができる。
【０１０７】
第２の一般的な構成はスルーモードと呼ばれ、この構成では、２つの電極は２つの別個の基板にパターニングされ、ＦＳＭはそれらの間にある。この構成の３つの変形形態がある。第１の変形形態を両面スルーモードと呼ぶ。この構成では、上部基板及び下部基板上の電極はＦＳＭでコーティングされる（図３８（３８００））。力高感度界面が、ＦＳＭの２層の間に形成される。２層を一緒に圧迫すると、抵抗が可変降下する。
【０１０８】
片面スルーモード変形形態は、両面スルーモードと同様であるが、２つの電極のうちの一方のみがＦＳＭでコーティングされる（図３９（３９００））。通常、２つの電極、上部電極又は下部電極のいずれがＦＳＭでコーティングされるかは問題ではない。最後の変形形態はサンドウィッチスルーモードと呼ばれる。この変形形態では、ＦＳＭは電極に堆積しない。
【０１０９】
代わりに、２つの電極間に層を形成する（図４０（４０００））。したがって、上部電極とＦＳＭとの間及び下部電極とＦＳＭとの間に形成される２つの力検知界面がある。しかし、センサ回路の観点から、これら２つの力検知要素は、単一の力検知要素と同じように機能する。
（力検知アレイの構造（３７００）〜（４０００））
ＩＦＳＡセンサは一般に、列電極と行電極との交点における力検知要素の二次元アレイの組として構築される。補間抵抗は、隣接する列電極の各対と隣接する行電極の各対との間に接続される。次に、アクティブ列電極及びアクティブ行電極は、駆動回路及び検知回路に接続される（図３３（３３００））。
【０１１０】
センサ要素は、様々な異なるスルーモード構成又はシャントモード構成（図３７（３７００）〜図４０（４０００））を使用して構築することができる。センサアレイは互いに近い多くのセンサ要素を有するため、ある要素で生成された信号の近傍の要素に対する影響が最小であるように、センサ要素を電気的に絶縁する必要があり得る。
【０１１１】
可能なセンサ構成間の差は主に、電極の形状、力検知材料が電極上又は電極間に塗布される方法、及び近くのセンサ要素間の相互作用を回避／低減するように力検知材料がパターニングされる方法にある。センサ要素設計の選択は、全体のセンサ構造に影響を与え、逆も同様である。
（スルーモード構成（４１００）〜（４３００））
幾つかの可能なスルーモード構成を図４１（４１００）〜図４３（４３００）に示す。図４１（４１００）のアレイは、サンドウィッチスルーモード構成を用いて構成され、力検知層は、力検知層に向かって内側を向いた行電極及び列電極を担持する２つの基板に挟まれる。力検知要素は、行電極と列電極との各交点に形成される。これらの図では、力検知材料は、各力検知要素が力検知材料のそれ自体の電気的に絶縁されたパッチを有するようにセグメント化される。図４３（４３００）は代替の構成を示し、この構成では、連続した力検知材料の非常に薄い層が、行電極と列電極との間に挟まれる。代替的には、力検知材料のパターン（図４８（４８００））又は疑似ランダムパターン（図４９（４９００））を有する材料が、図４３（４３００）に示される行電極と列電極との間に挟むことができる。図４２（４２００）のアレイは、両面スルーモード構成を用いて構築され、この構成では、各行電極及び列電極が力検知材料でコーティングされる。この可能な一変形形態（示されていない）は、上部電極のみ又は下部電極のみを力検知材料でコーティングするというものである。
（シャントモード構成（５０００）〜（５７００））
幾つかの可能なシャントモード構成を図５０（５０００）〜図５７（５７００）に示す。これらの全ての構成は、上側に露出電極があり、露出電極上に配置された力検知層がある両面回路基板からなる。シャントモード構成では、列電極及び行電極は、交差し、互いと電気的に短絡するため、両方とも同じ層に完全に存在することはできない。この問題に対応するために、これらの例では、行電極は、ＰＣＢの背面で水平トレースと相互接続される。背面のトレースは図５２（５２００）、図５５（５５００）、及び図５７（５７００）に見ることができる。バイアが使用されて、ＰＣＢの正面に結果として生成される「パッド」間を背面のトレースに接続する。これは、正面において各行電極の部分を各列電極と併置し、シャントモード力検知要素の２つの電気端子を生成する。その結果、センサ要素のアレイが、回路基板の上面の電極のパターンと、パターンの上に下りる力検知材料の層とによって形成される。様々な力検知材料及びパターンのＦＳＭが、後述するように力検知層を生成するために使用し得る。また、電極パターンそれ自体は、図５０（５０００）〜図５７（５７００）に示されるように可変である。
【０１１２】
図５０（５０００）は、各検知要素が、露出導電体の２つの矩形エリアからなる単純なパターンを示す（力検知層は、導電体パターンと、パターンへの力検知材料のパッチの位置合わせを示すために切り欠かれている）。図５１（５１００）はこの変形形態であり、互いに噛み合うフィンガが２つの矩形エリアに追加されて、各力検知要素の感度を増大させる。図５２（５２００）は、これらの２つの設計の背面での行導電体のパターンを示す。図５３（５３００）は、１つ置きのセンサ要素が水平に反転する図５０（５０００）の変形形態を示す。これは、回路の作製に必要なバイア数を半減し、バイア間の空間を増大させるという効果を有し、製造コストを低減し、センサ密度の増大に役立つことができる。図５４（５４００）は、図５１（５１００）の設計の互いに噛み合うフィンガと、図５３（５３００）の設計の反転列とを組み合わせた設計を示す。図５５（５５００）は、これらの２つの設計の背面を示す。図５６（５６００）は、図５０（５０００）の設計の変形形態を示し、各バイアの周囲のエリアは、菱形に広げられている。この設計は、各バイア周囲の導電エリアを広げることにより、製造コストを低減し、センサ密度を増大し得る。タッチ位置に関してセンサをより正確／線形にすることにも役立ち得る。図５７（５７００）は、この設計の背面を示す。
（力検知層（ＦＳＬ）の設計）
力検知層（ＦＳＬ）は、力検知材料から構成されるか、又は力検知材料を担持する。スルーモード構成及びシャントモード構成の両方で、この層の様々な可能な設計がある。これらの設計の主な違いは、隣接するセンサ要素間に電気的絶縁を提供する方法である。各設計で、製造の困難さ／コスト、他のセンサ層との位置合わせ／組み立ての困難さ、及び隣接する要素間の電気的絶縁のレベルに関してトレードオフがある。
【０１１３】
力検知要素を電気的に絶縁する一方法は、セグメント化された力検知層（図４６（４６００））を作製することである。この構成では、各検知要素に位置合わせされるＦＳＭの単一のパッチがある。パッチ間のギャップは、電気的な相互接続を回避する。この手法は、最良の絶縁を提供するが、センサ層間に正確な位置合わせを必要とする。センサ要素を電気的に絶縁する別の方法は、ＦＳＭパッチの細かいパターン（図４８（４８００））を有するパターニング力検知層を使用することである。このパターンは、力検知要素それ自体よりも小さいスケールのものである。したがって、ＦＳＭの複数のパッチが、各センサ要素の感度に寄与する。この構成は、センサのＦＳＬと力検知要素とを正確に位置合わせする必要性をなくす。この構成では、ＦＳＭパッチの幾つかが近傍のセンサ要素との電気接続を形成し得るため、絶縁は完璧ではないが、近傍のセンサ要素間の大きいクロストークを回避するのに十分に良好である。
【０１１４】
別の同様の構成は、センサ要素よりも小さいスケールを有するＦＳＭパッチの疑似ランダムパターン（図４９（４９００））を使用する。このパターンは、センサ一貫性の改善に役立ち得る幾らかのランダム性をパターニングＦＳＭ手法に導入する。力検知層をパターニングする必要なく、力検知要素のアレイを作製する別の方法がある。この手法は、ＦＳＭの非常に薄い層を利用する。層は非常に薄いため、層に直交する方向での抵抗と比較して、材料の平面において高い抵抗を有する。したがって、ＦＳＭは、センサ要素間の電流路を可能にするが、センサ間の抵抗はあまりに高すぎて、この電流の影響は軽微である。ＦＳＭはパターニングされないため、他のセンサ層に位置合わせされる必要がない。
【０１１５】
センサ要素を絶縁する別の方法は、行及び／又は列電極に力検知材料をコーティングすることである。図４２（４２００）は、スルーモードセンサに適用される場合、これがどのように見えるかを示す。なお、この設計は、行電極と列電極との間に層を必要としない。力検知材料のコーティングは、セグメント化され、パターニングされ、又は疑似ランダムパターンでパターニングされ得る。代替的には、力検知材料の非常に薄い層は、無視できる面内抵抗を有し、導電体のパターン全体に堆積することができる。シャントモードセンサの場合、同様の手法は、ＰＣＢの上層にある電極をＦＳＭでコーティングすることである。この場合、上層は、上述したＦＳＭパターンの１つを利用することもでき、又は力感度は下層によって提供されるため、単にパターニングされた導電層を使用してもよい。
【０１１６】
最後に、電極自体が力検知特徴を有するセンサを作製することも可能である。例えば、カーボンナノチューブからパターニングされた電極は、非常によく導電し得るが、アナログ圧力応答を生じさせる凸凹の表面構造を有し得る。
（行及び列の相互交換性）
電気的観点から、行電極又は列電極のいずれか一方が駆動側として使用することができ、他方の側は検知側として機能する。同様に、センサ構造の観点から、行電極及び列電極は交換し得る。したがって、スルーモード構成では、行は上層にあることができ、列は下層にあることができ、同様に、シャントモード構成では、列は背面を通して配線することができ、行は回路基板の正面にパターニングすることができる。これらの選択は、センサ性能に幾らかの影響を及ぼし得るが、通常、センサレイアウトの容易さ、機械的考慮事項、及び外部構成要素との電気的相互作用等の要因に基づく。例えば、ディスプレイ等の電気ノイズ源から駆動側をより近くに配置し、検知側をより遠くに配置することが有利であり得る。
（非矩形センサアレイ（５８００）〜（６０００））
ＩＦＳＡ技術を用いて、図５８（５８００）〜図６０（６０００）に示される等の非矩形アレイが作製可能である。図５８（５８００）〜図６０（６０００）のアレイは丸く、中央に円形開口部がある。そのような非矩形アレイを作製するために、本発明は、上述した通常の矩形アレイから開始し、所望の最終形状外にあるセンサ要素を除去する。同時に、全ての行電極及び列電極は、電気的に接続されたままでなければならず、しかし、センサ要素が除外されたエリアでは、センサ要素がないため、本発明は行電極及び列電極を圧迫して、形状の輪郭に沿わせることができる。非矩形スルーモードセンサは、同じようにして作製することができる。結果として生成される非正方形センサは、元の正方形センサと同じ方法で電気的に走査されるとともに、正方形センサと同じことを実行し、したがって、電子デバイス及びソフトウェアの観点から違いはない。唯一の違いは、この新しいセンサが単に、センサ要素が除去されたエリア内のタッチに感度を有さないことである。
（補間抵抗）
製造コストを低減するために、隣接する行電極と列電極との間の固定補間抵抗の組は通常、検知エリアと同じ基板に配置される。しかし、幾つかの実施形態は、別個の場所に配置された補間抵抗を有することができる。
【０１１７】
抵抗は、抵抗構成要素、プリントカーボンストリップ、又は別のタイプの抵抗性材料を含め、抵抗を作製する任意の幾つかの既知の方法によって提供することができる。全ての抵抗の値は、好ましくは、良好に制御され、既知のターゲット範囲内にある。これは特に、多種多様なサイズがあり、１％以上の正確性レベルで利用可能な離散表面搭載抵抗を用いて容易に行われる。行及び列補間抵抗の抵抗レベルは、同じ又は異なることができ、駆動回路及び読み出し回路の要件に応じて選ばれる。通常、補間抵抗の値が高いほど、消費電力を低減するが、正確性が失われ（上述した非線形性により）、その逆も同様である。
【０１１８】
カーボンストリップが使用される場合、これは単に、隣接する電極にわたってプリントすることができる。電極の間隔がまずまず一定であり、ストリップの幅及び高さが一貫している限り、電極間に生成される抵抗値も同様に一貫することになる。抵抗レベルは、抵抗性インクの組成又はプリントストリップの幅／高さを変更することによって制御することができる。一貫性は、製造ステップ後、レーザトリミング等の方法を用いて抵抗をトリミングすることによって更に改善することができる。
【０１１９】
例示では、補間抵抗は、検知エリアと駆動／検知電極との間のエリアに配置される。実際には、補間抵抗は、隣接する行電極及び隣接する列電極を電気的に相互接続する限り、任意の場所に配置することができる。例えば、駆動／検知電子デバイスから離れてセンサの逆側に配置可能である。ＰＣＢの背面にも配置してもよく（バイアを使用して接続する）、検知要素間の検知エリア内に散在してもよく、更にはＰＣＢ自体内に埋め込まれてもよい。最後に、単一のセンサの異なる位置の組み合わせに可能である。例えば、行電極の幾つかの補間抵抗は、検知エリアの左側にあり得、一方、他の補間抵抗は右側にあり得る。
（製造プロセス（６１００））
センサの導電層は、多種多様な製造プロセスを用いて製造することができる。ＦＳＭを含め、全ての材料は、繰り返しの屈曲、熱、及び湿度等の所与の用途での予期される環境及び機械的状況に耐えるように選ばれる。
【０１２０】
略間違いなく、最も簡単なのは、標準の剛性及び／又は可撓性ＰＣＢ製造プロセスを使用して、基板に電極を形成することである。プロセスは通常、連続銅層でコーティングされたＦＲ４（剛性の場合）又はカプトン（ＫＡＰＴＯＮ）（登録商標）（可撓性の場合）で開始される。次に、銅がエッチングされて、銅導体のパターンを作製する。通常、これらは、酸化を避けるために、金等の不活性材料でめっきする必要がある。
【０１２１】
ＥＮＩＧ（無電解ニッケル浸漬金：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  Ｎｉｃｋｅｌ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｏｌｄ）又はスクリーンプリントカーボンの層等の代替のめっきプロセスが使用されて、めっきのコストを低減することができる。そのような状況では、標準表面搭載（ＳＭＴ：ｓｔａｎｄａｒｄ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｏｕｎｔｉｎｇ）プロセスが使用されて、補間抵抗を取り付けることができる。シャントモードセンサの場合、バイアが標準プロセスを使用して形成され得、標準プロセスは、穿孔し、次に、めっきして、２層間に接続を形成することを含む。バイア充填が使用されて、結果として生成された孔を充填し、平滑な表面を残すことができる。
【０１２２】
別の手法は、プリントエレクトロニクス（ＰＥ：ｐｒｉｎｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）を使用することであり、このプロセスでは、導電粒子が加算的にＰＥＴ又はポリイミド（カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）（登録商標））等の基板に堆積する。これらの用途で使用される幾つかの一般的な導電性材料は、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、及び導電粒子が充填されたポリマーインクからなる。プリントエレクトロニクスの一般に使用される一材料は、銀粒子が装填されたポリマーインクからなり、これは通常、スクリーンプリントプロセスを用いて堆積する。これらの材料は、機械的応力、酸化、又は他のガス／化合物との反応の結果として劣化し得るため、カーボン又は力検知材料を用いたオーバーコーティングにより不動態化し得る。更に、そのような回路へのはんだ付けは困難であるため、プリントカーボンストリップが使用されて、補間抵抗を作製することができる。プリントエレクトロニクス（ＰＥ）プロセスを用いて作製されたスルーモードセンサの場合、剛性／可撓性ＰＣＢセンサと非常に類似した構造が使用可能である。シャントモードセンサの場合、バイアが、ＰＣＢでバイアが作製される方法と同様にして  −  ドリル又はレーザを用いて基板に穿孔し、次に、導電性材料をオーバープリントすることにより  −  作製可能である。代替は、下部導電層をプリントし、次に、剛性／可撓性ＰＣＢセンサ上のバイアの場所に等しい場所に孔を有する絶縁層をプリントすることである。次に、導電層がプリントされる。絶縁層の孔により、上部導電層のパッドは、下層の導電トレースと電気的にブリッジすることができる。これは、同じ電気構造を作製するが、両導電層は、絶縁体の薄層（バイアの位置に孔を有する）によって隔てられた基板の上面で終わる。
【０１２３】
シャントモードセンサを作る更に別の方法は、センサパターンの上面をまずプリントすることであり、上面のプリントは、シャントモードセンサの作製について上述した任意のパターンと同様であり得る。前と同様に、列は、パターン自体内で接続される。しかし、行は小さいブリッジによって接続される。ブリッジは、列電極が行電極の２つの部分間にある各エリア内の絶縁体材料の小さいエリアに堆積することによって作製することができる。次に、小さい導電性「ブリッジ」が絶縁体上に堆積し、行電極の２つの隣接する部分を接続する。このシーケンス（６１０１、６１０２、６１０３）は概して図６１（６１００）に示される。
【０１２４】
電極を形成する他の手法は、金属又はカーボンナノチューブ等の導電性材料の蒸着を含むことができる。パターニングは、ステンシルを通しての堆積、オフセットプレス、レーザエッチング、又は転写プロセスを含め、様々な方法で行うことができる。ＩＦＳＡセンサは、布を作る技法を使用して作製することもできる。ＦＳＭがコーティングされた導電性スレッドが使用されて、行電極及び列電極を作製することができる。行電極は、一方向に延び、一方、列電極は他方の方向に延び、織物の縦糸及び横糸を形成する。力検知要素は、単にＦＳＭがコーティングされた２つ以上のスレッドが互いに直角に接触する結果として、各行電極及び列電極の交点に形成される。布の縁部において、抵抗素子が行電極と列電極とを相互接続し、電極への接続が、力検知アレイの縁部に一定間隔で取り付けられる導電性材料を使用して作製される。この設計では、抵抗素子は通常、プリント抵抗性ゴム／ペイント又は行スレッド及び列スレッド上で密に織られるか、若しくは結ばれて、電気接続を形成する抵抗性スレッドで作られる。
（センサアレイの透明性）
完全に透明なセンサを作製するために、透明材料が、力検知材料、導電体、及びセンサ例の様々な基板層に使用し得る。
【０１２５】
透明力検知材料については上述した。透明導電体は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラフェン、微細格子銅、及び有機導電体等の材料を含むことができる。基板は、ガラス、可撓性ガラス、及びＰＥＴ、ポリイミド、又はポリカーボネート等のポリマーを含むことができる。
【０１２６】
含まれる全ての材料が透明であることを除き、非透明のそれぞれの相手方と同一であるシャントモード構成及びスルーモード構成が両方とも作製可能である。利用可能な製造プロセスを用いての生成が簡単な注目すべき一構成は、行に沿って菱形を接続するブリッジを有するシャントモード菱形センサパターンである。図６１（６１００）参照。ＩＦＳＡセンサを作製するために、このパターンは、透明力検知材料を上にして重ねられる。
【０１２７】
別の選択肢は、部分的に透明なセンサを作製することである。これは、はるかに標準的な材料及び技法を用いて行うことができる。例えば、シャントモードセンサを用いる場合、光はバイアを通って輝くことができ、開口部が力検知層に設けられて、光を通すことができる。スルーモードセンサは、透明基板上に不透明電極を用いて製造することができ、力検知材料内のギャップにより、光を透過させる。光は、電極及び力検知材料内のギャップを通して輝くことができる。
（組み立て）
ＩＦＳＡセンサの最終的な組み立ては、層を一緒に積層又は保持することからなる。通常、感圧接着剤が層の周囲に塗布される。アクティブエリアは通常、力検知材料が動作するために、空気又は何らかの他の非導電性流体（鉱物油等）がアクティブエリアで必要であるため、接着剤のない状態のまま残される。しかし、小さい接着剤エリアが、センサのアクティブエリア内に提供されて、上層を下から剥離しないように保ち得る。空気ギャップ／空気チャネルが通常、提供されて、センサ内部及び外部の空気圧を等しくする。フィルタが空気ギャップ／空気チャネルに追加されて、粒子又は水分がアクティブエリアに入らないようにし得る。センサは、厳しい環境で動作するためにハーメチックシールし得る。上層及び／又は下層は、ディスプレイ、ミッドフレーム、又は他のセンサ等の他の層に積層し得る。センサの組み立ては、非一貫した性能を生じさせる粒子又は他の汚染物がセンサに入らないようにするために、クリーンルーム等のクリーンな環境で行われるべきである。
（湾曲又は可撓性センサ）
ＩＦＳＡ技術は、湾曲又は可撓性センサを幾つかの異なる方法で作成するために使用することができる。可撓性センサは、ポリイミド（カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）（登録商標）としても知られる）、ＰＥＴ、又はポリカーボネート等の可撓性基板を回路に使用し、ＦＳＭにも同様に可撓性材料を使用することにより、作製することができる。
【０１２８】
永久的に湾曲したセンサを作製するには、可撓性センサは湾曲した剛性表面に積層することができるか、又は平坦なセンサで開始し、それを非平坦表面内／上に成形することが可能である。レーザダイレクトストラクチャリング（ＬＤＳ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）又は導電性材料及び絶縁性材料の両方を使用した３Ｄプリント等の既知の技法を使用して、センサ電極を湾曲表面上に直接製造することも可能である。シャントモードセンサの場合、力検知層は、湾曲形状に予め成形することができ、成形シリコーン等の変形可能な材料から作ることができる。この場合、力検知材料は、力検知層上に直接堆積するか、又は成形することができる。代替的には、力検知層全体は、可撓性／変形可能ＦＳＭから作ることができる。
【０１２９】
センサが可能性を有したままであることが望ましい多くの用途がある。例えば、センサを可撓性電話／タブレット、時計のリストバンド、ブレスレット、靴底、又は布に配置したいことがある。これらの場合、可撓性基板に構築されたセンサは、そのまま適用することができる。上述したように、布が製造される方法と同様にして製造することもできる。
【０１３０】
センサは、曲げる／切断することができ（トレースを破損せずに）、それにより、包むか、又は複雑な形状に折り畳むことができるように設計することもできる。例えば、ロボットの指先は、センサパターンに２つの切り込みを入れ、縁部を一緒に結合することにより、ＩＦＳＡセンサにより覆うことができる（図６２（６２００））。次に、この形状は、ロボットの指先の表面に積層又は接着することができる。外側は、ラバーシェルでコーティングし、より柔らかい感触を提供することができる。シャントモードセンサの場合、力検知要素の一部分として直接機能することができるように、ラバーシェルの内側にＦＳＭをコーティングすることができ、又はＦＳＭのように挙動するように、ラバーシェル全体に導電粒子を含浸させることができる。
（電子デバイスの詳細）
ＩＦＳＡを走査する電子デバイスは、幾つかの構成要素からなる。これらの構成要素は、本発明の一実施形態の例示を意図する。構成要素の代替の変形形態及び組み合わせが、本開示の趣旨に沿って使用可能なことが読み手には明確であるはずである。更に、幾つかの構成要素は、センサを走査する能力を実質的に制限せずに、一緒に集積し得（例えば、集積回路若しくはＡＳＩＣを介して）、ソフトウェアで実施し得、又は一緒に除去し得る。
（電圧源）
電圧源の目的は、ＩＦＳＡセンサを駆動する一定の電圧を提供することである。増幅器又は線形／切り換え電圧調整器等の能動電子デバイスが、一定電圧の提供に使用される。電圧源は、回路のデジタル部分の駆動に使用される電圧源とは別個の電圧源であってもよく、又は全く同一であってもよい。センサによって過度の電流が消費されることを回避するために、電圧源内に何らかの電流制限能力があり得る。電流制限能力は、単純に固定抵抗を用いて実施してもよく、電圧源回路内に設計されたソフト制限であってもよく、又は特定の電流レベルに達した場合にハードカットオフとして実施してもよい。電流制限能力は、デジタル回路を使用して実施することもできる。マイクロコントローラが過電流状況を検出する場合、走査のシャットオフを決定することができ、又は走査ハードウェアの状態を低消費電力に変更することができる。
【０１３１】
電圧源によって生成される電圧の監視に使用することができるアナログ線が提供され得る。これは、過度の電流消費に起因する電圧降下を検出し、且つ／又は補償するために使用することができる。補償は、アナログ回路を介して行うことができる。これを行う一方法は、センサの走査に使用されるＡＤＣの電圧基準にこの電圧を供給することである。代替的には、この補償は、ＡＤＣを使用して電圧源によって生成された電圧を測定し、次に、センサから読み取られた値を、測定電圧で除算した予期駆動電圧を乗算することにより、デジタル的に行うことができる。
（駆動回路）
駆動回路の仕事は、各アクティブ列電極を接地又は電圧源によって提供される電圧レベルのいずれかに駆動することである。駆動回路は、各アクティブ列電極に接続された一連のアナログ／デジタルスイッチを用いてこれを達成する。列スイッチには、１つ又は複数の列を切断する（高インピーダンス状態にする）能力も提供し得る。これは、マルチ分解能走査に使用することができる。駆動回路内の列スイッチの制御は、制御論理によって実行されるが、制御シーケンスの幾つかの態様は、自動化／予めプログラミングし得る。通常、動作中、一度に１つのみの列が、電圧源によって提供される電圧に駆動され、その間、他の全ての列は接地に駆動されるか、又は切断される（高インピーダンス状態にある）。一実施形態では、駆動回路は、アナログスイッチを使用して、ハイに駆動されている列を電圧源に接続する。別の実施形態では、駆動回路は、デジタルスイッチを使用して、同じ機能を実行することができる。更に別の構成では、駆動回路は、統合電圧源を含むことができる。統合電圧源は、全ての列電極間で共有することができ、又は複数の電圧源（各列に１つずつ）であってもよい。
（検知回路）
検知回路は、駆動回路と同様であるが、行を特定の電圧に駆動する代わりに、測定される行を外部回路に接続するか、又は接地に接続する。列スイッチのように、行スイッチにも、１つ又は複数の行を切断する（高インピーダンス状態にする）能力を提供し得、この能力は、マルチ分解能走査に使用することができる。検知回路内の行スイッチの制御は、制御論理によって実行されるが、制御シーケンスの幾つかの態様は、自動化／予めプログラミングし得る。通常、動作中、一度に１つのみの行が外部回路に接続される。しかし、より高速の走査を可能にするために、幾つかの実施形態は、信号調整回路及び／又はＡＤＣの複数のコピーを有し得る。この場合、検知回路は、複数の行を外部回路に同時に接続することもできる。他の全ての行は通常、接地に接続されるか、又は切断される（高インピーダンス状態にある）。
【０１３２】
検知回路は、タッチからの低電力ウェークアップをサポートする追加の特徴を有し得る（次のセクションで説明するように）。また、駆動回路及び検知回路の機能は同様であるため、共通の設計を使用して実施され得る。換言すれば、同じチップ、ＡＳＩＣ、又は回路が、駆動回路及び検知回路の両方として使用することができる。駆動及び／又は検知回路は、何らかの一定数のアクティブ行／列電極をサポートすることができるモジュールとして設計することもできる。所与の実施形態において、これらのモジュールの数を単に増大することにより、より多数の行／列電極がサポート可能である。
（信号調整回路）
信号調整回路は、検知回路から未処理信号を取り、ＡＤＣによる読み出しに向けて信号を準備する。センサによって生成される信号の線形性を増大させるために、読み出し中の行を接地電位に駆動することが望ましい。したがって、最も線形的な信号調整回路は、入力を接地電位に駆動し、その間、そうするために必要な電流の量を測定し、その値を外部ＡＤＣに供給するトランスインピーダンス増幅器を含む。電流を測定する正確性がより低いがより単純な方法は、単に接地に接続された低抵抗値プルダウン抵抗を使用し、抵抗にわたる電圧を測定することである。この電圧が、低すぎてＡＤＣによって読み取ることができない場合、この電圧は、出力範囲がＡＤＣの範囲に一致し、ノイズを低減するように増幅されることができる。センサ自体は既に、接地への抵抗路（補間抵抗を通る）を有するため、接地への抵抗であっても省略し得るが、結果として生成される出力信号の線形性は更に低くなる。
【０１３３】
信号調整回路は、高周波ノイズを低減するフィルタリングを含むこともできる。これは、受動フィルタ（ＲＣローパスフィルタ等）、能動フィルタ（オペアンプローパスフィルタ等）、又は単純に接地へのキャパシタ（センサ自体がＲＣフィルタのＲ部分を提供することができるため）の形態であることができる。
【０１３４】
増幅器が使用されて、センサからの比較的高いインピーダンスの信号を取り、ＡＤＣに向けて低インピーダンス信号にするか、又はセンサからの低電圧をブーストすることもできる。プログラマブル利得増幅器が使用されて、検知回路の感度を動的に調整することができ、電圧がＡＤＣには高すぎる場合、抵抗分割器が使用されて、電圧を低減することができる。
【０１３５】
これらの異なる手法は全て、信号をＡＤＣに供給する前に予め調整する既知の方法である。これらの要素の特定の選択及び構成は、必要とされるセンサの精度と、正確性、複雑性、消費電力、回路サイズ、及び価格のトレードオフとに依存する。信号調整構成要素は省くことが可能であるが、これはセンサ性能の低下に繋がり得る。なお、信号調整回路は、独立した回路であってもよく、検知回路、ＡＤＣに組み込んでもよく、又は異なる構成要素に分割してもよい。
（ＡＤＣ）
ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）は、信号調整回路によって生成される電圧レベルを取り、マイクロコントローラによる処理に適するデジタル表現に変換する。通常、少なくとも８ビットの分解能を有する連続近似レジスタ（ＳＡＲ：ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）ＡＤＣが使用される。ＡＤＣの分解能が高いほど、位置及び力の測定は正確になる。ＡＤＣの変換速度も重要であり、その理由は、変換速度が通常、センサをいかに素早く走査することができるかの制限要因であるためである。上述したように、複数のＡＤＣ（複数の調整回路とともに）が並列で使用されて、走査速度を増大させることができる。センサ走査速度に影響する別の要因は、センサ、駆動／検知回路、及び調整回路の整定時間である。駆動又は検知回路の状態を切り換えた後、ＡＤＣのアナログ入力電圧が整定するのに十分な時間が与えられなければならない。更に、ＡＤＣ自体は、前に測定された電圧からの残留電荷を持っていることがある。特にＡＤＣへの入力インピーダンスが高い場合、ＡＤＣが入力電圧をサンプリングするのに十分な取得時間が与えられなければならない。代替的には、ＡＤＣサンプリングキャパシタは、前のサンプルからのいかなる残留電荷も回避するために、各サンプル後に一定の状態にリセットされ得る。
【０１３６】
デジタルフィルタリング技法が使用されて、ＡＤＣによって読み出された信号の信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ−ｒａｔｉｏ）を改善し得る。例えば、複数のＡＤＣ読み取り値は、平均化等の技法を用いて結合することができ、又はメジアンフィルタ等の方法でフィルタリングされて、ノイズを低減することができる。周波数領域への変換が使用されて、所望の周波数を検出するか、又は不要な周波数を抑制することができる。
【０１３７】
また、ＡＤＣから出力されるデジタル電圧は、ルックアップテーブル又は数学的計算を使用して異なる値に再マッピングされて、信号をより有用な範囲に変換するか、又は電気システムの非線形性を補償することができる。
（コントローラ）
コントローラは、走査シーケンスを実行し、ＡＤＣからデジタル値を収集し、任意選択的にそれらの値を処理し、任意選択的にＩ２Ｃ、ＳＰＩ、ＵＡＲＴ、ＵＳＢ、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標））、ＷｉＦｉ（登録商標）等のＩＯインターフェースを介して情報を外部システムに送信する構成要素である。電圧源、駆動回路、走査回路、信号調整、及び／又はＡＤＣを含む走査回路の部品は、コントローラに組み込むことができる。コントローラは、異なる制御シーケンス／アルゴリズムを用いて、コードをロードし、システムの挙動を変更できるようにするプログラムメモリを有し得る。更に、コントローラは、固定機能論理を使用して、センサの走査及びセンサから読み出された値の処理等の一般的な動作を自動化／加速化することができる。
（走査の詳細）
上述したセンサの基本的な完全分可能走査に加えて、走査速度、分解能、精度、電力、及びエリアでの異なるトレードオフを可能にするＩＦＳＡセンサを走査する幾つかの他の方法がある。これらの他の手法のいくつかが使用されて、低電力ウェークアップモードを実施することもでき、この場合、センサは極低電力状態にあることができるが、それでもなおタッチの存在を検出することができ、これは、システムを起動するため、又は高速／高分解能走査状態への遷移をトリガーするために使用することができる。このセクションは、ＩＦＳＡセンサが走査されることができる幾つかの異なる方法について説明するとともに、これらの手法に関連付けられたトレードオフの幾つかに言及する。
（基本走査）
センサを走査する最も一般的な方法は、上述した方法である。この方法は、一度に１列を駆動し、駆動される各列で、一度に１つずつ、各行で値を検知することからなる。これは、あらゆるアクティブ行電極及びあらゆるアクティブ列電極の交点を漸次的に走査する。特定の行／列交点にあるセンサ要素を走査する場合、他の全てのアクティブ列電極及び行電極は接地され、その列電極及び行電極の周囲に補間エリアをもたらし、補間エリアは、隣接するアクティブ列と隣接するアクティブ行との距離の２倍である（図３４（３４００））。基本走査に必要な時間は、アクティブ行電極の数をアクティブ列電極の数で乗算したものに比例する。
（並列走査）
並列走査は、分解能を犠牲にすることなく走査速度を改善する基本走査の変形形態である。走査速度は、２つ以上の行でＡＤＣ変換を同時に実行することにより改善する。このために、複数の行で並列で動作する信号調整及びＡＤＣ回路の２つ以上のインスタンスがある必要がある。
【０１３８】
補間属性を保つために、検知電極の各対間に少なくとも１つの接地アクティブ電極がなければならない。しかし、検知電子デバイスが検知電極を接地する（上述したように、これは、トランスインピーダンス増幅器を用いて電極をローにプルするか、又は低抵抗値を用いてプルダウン抵抗を使用することによって達成することができる）実施形態では、各電極は、走査中、効果的に接地される。これにより、極限では、全ての行を同時に走査することができる。
【０１３９】
並列走査の利点は、大幅に走査速度を増大させ、消費電力を低減することができることであり、その理由は、走査がより短い時間枠内で行うことができ、センサがより短い時間にわたり給電されるためである。欠点は、これをサポートするために、より多くの電子デバイスが必要であり得ることである。並列走査に必要な時間は、アクティブ行電極の数をアクティブ列電極の数で乗算し、それを並列で検知することができる行の数で除算したものに比例する。
（走査速度）
センサが走査される速度は、動的に低減して、消費電力を低減するか、又は動的に増大して、入力待ち時間を低減することができる。消費電力を低減する一戦略は、タッチが検出されるまで低速度で、例えば毎秒１０フレームで走査を実行し、次に、タッチが検出された後、走査速度をより高速、例えば毎秒６０フレームに増大し、全てのタッチがなくなるまでより高速で走査し続けることである。
（分解能低減走査）
電力を低減するか、又は走査速度を増大するために使用可能な別の戦略は、幾つかのアクティブ電極を高インピーダンス状態にし、駆動回路及び検知回路から電気的に有効切断することにより、アクティブ行電極及び／又はアクティブ列電極の分解能を動的に低減することである。これは、切断された電極が追加の補間電極として効果的に機能するため、接触が検知可能な分解能を大きくは低減せず、複数のタッチを区別可能な距離を低減する。
【０１４０】
例えば、Ｘ軸及びＹ軸に沿った分解能は、１つ置きのアクティブ行電極及びアクティブ列電極を高インピーダンス状態にすることにより、半減することができる。分解能は、より多数の行電極及び列電極を高インピーダンス状態にすることにより、更に低減することができる。例えば、Ｘ及びＹ分解能を１／４に低減するために、４つ置きのアクティブ電極が電気的に接続され、これらのそれぞれの間の３つのアクティブ電極の各組は高インピーダンス状態にされる。分解能が低減するにつれて、走査されなければならない行／列接合部の数も同様に低減する。これは、消費電力を低減させ、走査速度を増大させる。幾つかの場合、異なる行及び列分解能を設定するか、又はセンサの異なるエリアで異なる行及び／又は列分解能を有することが望ましい。この手法を限界まで適用すると、結果は最低分解能走査で終わり、最初と最後の列を除く全ての列及び最初と最後の行を除く全ての行は、高インピーダンス状態にされる。走査中、本発明は、最初の列を駆動し、次に最後の列を駆動し、その間、各給電列の最初の行及び最後の行で検知する。全体で、４つのＡＤＣ値のみが収集される。これらの値を使用して、本発明は、全てのタッチの平均Ｘ及びＹ位置並びに全てのタッチの総合力を計算することが可能である。
【０１４１】
本発明は、この種の走査を行うことにより、マルチタッチ検知能力を諦めるが、本発明は、非常に低い消費電力で非常に高速で走査する能力を獲得し、これは、非常に高速のイベントが検出されるべき状況又は電池給電デバイス等の電力が節減されている状況で有用であることができる。
（マルチ分解能走査）
走査分解能は動的に変更することができるため、複数の分解能の走査を興味深い方法で組み合わせることが可能である。例えば、複数の低分解能走査を重ねて（Ｘ及びＹで異なる量だけオフセットされる）、分解能のより高い最終的な力画像を作成することが可能である。低分解能走査が使用されて、ワークアップモードをイネーブルすることも可能であり、この場合、センサは、タッチが検出されるまでより低い分解能で走査され、タッチが検出されると、分解能が上げられて、タッチの位置を正確に特定することができる。低分解能走査を実行し、次に、タッチが検出されたエリアで分解能のより高い走査を実行することにより、それを精緻化することも可能である。この方法論には、低分解能走査の電力効率及び高速度を完全分解能走査の精密性と組み合わせるという利点がある。
（ウィンドウエリア走査）
タッチの位置が事前に分かっている場合、又はセンサエリアの部分のタッチのみに関心がある場合、単に関心のある行及び列のみを繰り返すことにより、センサ全体を走査するよりも小さいウィンドウで走査を実行することが可能である。ウィンドウは、タッチを辿るように動的に移動し、且つ／又はサイズを有することが可能であり、センサ上の異なる、場合により重複した位置にわたり同時に走査される複数のウィンドウが存在することさえも可能である。
（一次元及びゼロ次元走査）
上述した全ての走査手法は、センサ行／列接合部の格子を走査する。しかし、位置に関係なくタッチが発生したか否かのみを検出するのみでよい場合、又は一次元のみで接触を追跡するのみでよい場合、更に高速の走査を実行することが可能である。これを達成する一方法は、全ての列に電源投入し、次に、一度に１行で検知することである。これは、タッチのＹ位置のみを提供するが、測定する必要がある読み取り値の数をセンサ内のアクティブ行の数まで低減する。これは、先に提示した分解能低減走査の概念と組み合わせて、Ｙ分解能の低減を犠牲にして、検知する必要があるアクティブ行の数を低減することもできる。
【０１４２】
これを行う代替の方法は、全ての行を接地し、一度に１列に電源投入するというものである。給電されたアクティブ列電極又はその付近でのタッチは、電圧源からの電流を増大させる。この電流の増大を測定する一方法は、小さい値の抵抗を電圧源と駆動電子デバイスとの間の線に配置し、その抵抗にわたる電圧の差動電圧測定を取ることによるものである。
【０１４３】
これに代えて、電圧源が増大した電流を供給するため、電圧源の電圧が降下する場合、本発明は、電圧源によって出力された電圧の降下を測定することができる。これを行うことは、タッチのＸ位置のみを提供し、取る必要がある読み取り値の数をセンサ内のアクティブ列の数まで低減する。これは、先に提示した分解能低減走査の概念と組み合わせて、Ｘ分解能の低減を犠牲にして、検知する必要があるアクティブ列の数を低減することもできる。
【０１４４】
更に、センサ全体を１つの巨大な感圧ボタンとして機能させることも可能である。これを行うことができる一方法は、全ての行が単一のアナログ入力に電気的に接続することができるように、検知電極を変更することによるものである。全ての列に給電し、全ての行で同時に検知することにより、センサ全体が１つの大きい感圧ボタンになる。代替的には、本発明は、全ての列に給電し、全ての行を接地し、単に列電極への電流の増大を測定するか、又は給電列の電圧の電圧降下を測定することができる。これを行う更に別の方法は、力検知材料に電気的に接続することである（これは、力検知残量が連続している設計で最良に機能する）。次に、これは１つの電極を形成し、一方、全ての行及び列は第２の電極を形成する。この場合、本発明は、全ての行電極及び列電極を接地し、ＦＳＭに給電し、ＦＳＭへの接続を通る電流又はＦＳＭへの電気接続での電圧降下量を測定することができる。
【０１４５】
これらの３つの方式の多くの他の変形形態が可能である。例えば、これらの全ての手法を用いて、本発明は、極性を反転させることができ（接地されたものに給電し、給電されたものを接地する）、それでもなお、同じ結果を達成することができる。これらの任意の回路のいずれかの側の電流／電圧変化を測定することも可能であり、給電線の電流／電圧の変化を測定する代わりに、本発明は、接地線の電流／電圧の変化を測定することができ、その逆も同様である。
【０１４６】
一般に、これらの全ての手法は、センサを線形位置センサ又は単一の感圧ボタンにし、二次元力画像を取得する能力を犠牲にしながら、大幅に走査時間を低減するとともに、走査速度を増大させる。これらの手法、特にセンサ全体を単一の感圧ボタンにする手法は、低電力ウェークアップが望ましい場合に有用であることができる。例えば、電池給電デバイスでは、本発明は、デバイスがある時間にわたり触れられていない場合は常に、デバイスを低電力状態にしたいことがある。この状態では、本発明は、本発明が、タッチがセンサの任意の場所で発生しているか否かを判断するために、単一の電気線又は少数の電気線の値を読み取ることができるように、回路を構成することができる。更に、この信号は、ハードウェアウェークアップ／比較線に供給することができ、それにより、ウェークアップは、任意のソフトウェアの介入なしで行うことができ、センサがある時間にわたり使用されない場合、処理ユニットが完全にシャットダウンし、タッチが発生した場合、即座にウェークアップできるようにする。
（処理の詳細）
タッチ追跡が必要な用途では、力画像を取得した後、コントローラは通常、その画像を処理して、接触を検出して追跡し、接触はセンサでの力の局所エリアである。以下の組のステップが、接触を検出し追跡するために実行することができる。
（正規化）
ベースライン減算ステップ（後述）の前又は後、入力値を既知のスケールに再スケーリングすることが望ましいことがある。例えば、未処理ＡＤＣ値をセンサから取り、それらをグラム等の既知の力にマッピングすることが望ましいことがある。これは、ルックアップテーブルを介して、又は数式を使用して行うことができる。製造時又はマッピングの再較正が必要なときに、較正ステップが使用され得る。較正は、大域的（センサ全体に適用）であってもよく、又はセンサの様々な場所で行うこともできる。後者の場合、変動がセンサの表面にわたり漸次的であるとの仮定を用いて、較正値は、センサ全体にわたって平滑に補間することができる。
（ベースライン減算）
ベースライン減算ステップの目的は、センサの不完全性、デバイス組み立ての不完全性、又は物体がセンサに置かれていた場合等の永続的な圧力点に起因し得る非ゼロ圧のエリアをなくすことである。ベースライン減算アルゴリズムは、一度に力画像内のデータの１ピクセルを処理する。これらのピクセルのそれぞれで、ベースライン値を記憶し、ベースライン値は各フレームで力画像から減算される。通常、ベースラインは、電源がオンになった後、センサの最初の走査から読み出された値から設定される。次に、ベースラインは、現在のベースライン値と、特定のセンサ位置での現在の力センサ読み取り値とに基づいて、時折更新することができる。通常、ベースラインは、現在のベースライン値と現在のセンサ読み取り値の値との間のどこかにある値に更新される。フレーム当たりのベースラインの増大／低減量が一定の場合、ベースラインは一定の率で経時変化することになる。代替的には、フレーム当たりの増大／低減率は、現在の圧力読み取り値と、現在のベースライン値との差の割合として設定することができる。この場合、ベースラインは、差が大きいほど、より高速に変化することになり、差が小さい場合、より遅く変化することになる。変化の速度は、力の分布の変化がなくなる速度を制御するように設定することができる。
【０１４７】
幾つかの用途では、本発明は、ベースラインが増大しているか、それとも低減しているかに応じて、各センサ要素でのベースライン値の変化率を異なるものにしたいことがある。これは、ユーザがセンサをしばらくの間、押し下げる場合、ベースラインがゆっくりと増大し、将来の測定を狂わせる危険性を回避するように、ベースラインがより遅く増大し、より高速に低減することが望ましいことが多いためである。更に、ベースラインが、増大よりも高速で低減する場合、ベースラインはユーザがセンサでのタッチを解放すると、より素早く正常に戻ることができる。
（ブロブ検出）
通常、圧力分布を処理するに当たり、ベースライン減算後の次のステップは、ブロブ検出である。ブロブ検出は、行毎又は列毎に力分布を処理するアルゴリズムを使用して、非ゼロ圧力を有する圧力点の接続エリアを見つけ、それらに一意の識別子を割り当てる。各ブログについて、重心の（Ｘ，Ｙ）位置、面積、総合力、圧力、及び一致する楕円の形状等の統計が計算される。
（ピーク分離）
ピーク分離は、２つ以上の圧力ピークを有するブロブを更に細分するために使用することができる任意選択的なステップである。ピーク分離は、各ブロブ内のピークを見つけることによって開始される。次に、各ピークの周囲のピクセルについての流域アルゴリズム等の幅優先検索又はアルゴリズムが実行され、より低い力値を有し、他のブロブの部分ではないピクセルに向かうステップのみが行われる。これは、各ピーク周囲のエリアを効率的に分離するとともに、近傍ピークを見つけられるようにする。ブロブについて定義されるものと同様の統計が、ピークについても計算することができる。
【０１４８】
アルゴリズムが使用されて、所望に応じてピークを適応的に分割又は統合し得る。例えば、指が別個に追跡可能なように、一緒に近い２本の指によって形成されたピークを分割することが望ましいことが多い。同時に、ユーザの手の平の異なる隆起によって形成されるピークを統合して、手の平全体を１つの物体として追跡できるようにすることが通常望ましい。
【０１４９】
用途及び状況に応じて、本発明は、ブロブ検出、ピーク分離、又は両アルゴリズムを一緒に実行して、タッチを検出することを選び得る。本発明がタッチの追跡に興味がない幾つかの場合、本発明は、これらのステップのいずれも行われず、単にセンサから読み取られた力読み取り値のアレイをユーザに報告し得る。
（位置補償）
センサには固有のいくらかの非線形性があり得るため、本発明がブロブ、ピーク、又は接触の座標を有すると、補償を非線形性に適用して、追跡精度を増大させることが望ましいことがある。補償は基本的に、センサ上の位置に応じて変化する一連の（Ｘ，Ｙ）位置オフセットである。
【０１５０】
これらのオフセットは、センサが設計又は製造されるとき、実験的に測定するか、又は数学的に予め計算し、センサのメモリに記憶することができる。補償は、入力（Ｘ，Ｙ）位置を取り、それを近傍の出力（Ｘ，Ｙ）位置に再マッピングする。補償は、接触の力又は面積等の他の要因を考慮に入れ、より正確な調整をすることもできる。補償は、幾つかの接触に適用し、他の接触には適用しないこともできる。例えば、ユーザがセンサ上でスタイラスを用いて書いている場合、本発明は、補償を適用して、可能な限り最高の正確性を達成したいことがある。しかし、本発明は、ユーザが手の平でセンサに触れている場合、補償を適用しないことを選び得、その理由は、このタイプのタッチが比較的大きく、不正確であるため、本発明が手の平の位置の正確性について気にしないことがあるためである。
（接触追跡）
ソフトウェアがタッチの経時検知を行えるようにするためには、連続フレーム間でタッチを追跡する必要がある。接触追跡ステップでは、本発明は、新しいフレームからの接触を古いフレームでの接触と繰り返し照合する。通常、接触重心の（Ｘ，Ｙ）位置は、照合の実行に使用される主要な尺度である。接触の対が一致する都度、新しいフレーム内の接触には、古いフレーム内の接触のＩＤが与えられ、「接触移動」イベントが生成される。新しいフレームで検出される（古いフレームにはなかった）いかなる接触も、新しい接触として扱われ、新しいＩＤが与えられ、「接触開始」イベントを生成する。古いフレームにあったが、新しいフレームには見つからないいかなる接触も、「接触終了」イベントを生成し、ＩＤは続けてリサイクルされる。
【０１５１】
タッチ追跡アルゴリズムの結果は、ピーク分離アルゴリズムに供給し得る。これを行うことにより、本発明は、タッチが、ノイズ、センサの変動、及び／又はタッチの力分布での非平滑性に起因して偽ピークが現れることの結果として、タッチがない場所でタッチが見せ掛けで出現／消失することを回避することができる。この情報は、ピーク分離アルゴリズムが、どのピークが分割又は統合されるべきかを判断するのに役立つこともできる。例えば、ピーク分離アルゴリズムにおいて、本発明が、前のフレームでタッチを検出した場合、本発明は、次のフレームでそのタッチに対応するピークを見つけようとするようにピーク分離アルゴリズムをバイアスし、前のフレームの特定の位置にタッチがなかった場合、本発明は、次のフレームのその位置でピークを見つけないか、又は別のピークに統合するようにピーク検出をバイアスし得る。しかし、このフィードバックステップは、なくなってしまったタッチが追跡され続ける状況、又は新しいタッチが、前に見えなかったため、検出されない状況を回避するために、注意して実施されなければならない。
（外部構成要素との通信）
通常、外部ハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素が、力画像、接触イベント、又は両方の受信に興味があり得る。通信インターフェースは、センサの構成及び力画像及び／又は接触イベントの送信を扱う。通常、通信は、ハンドシェークで開始され、ハンドシェークは、外部構成要素に、バージョン、サイズ、検知される力の範囲、性能等のセンサについての情報を与え、センサの動作パラメータを確立する。次に、外部構成要素は、要求したい情報が何であるかを確立する。次に、データストリームが確立され、データストリームは、情報のストリームをセンサから所定のフレーム速度で、又は所定のイベント発生時に送信する。この構成は、外部ハードウェア及び／又はソフトウェアがデータストリームの終了を要求するか、フレーム速度、分解能、何のデータが送信されているか等のストリームの特性が変化するか、又は接続が破断するまで続く。
（他の実施形態）
（能動補間電子デバイス）
抵抗を使用して、行及び／又は列に沿って補間属性をもたらす代わりに、駆動側で電圧の線形低下及び検知側での電流の線形分割をもたらすことが可能である。アクティブ電極の利点は、電流がセンサ要素を通って流れる結果として駆動電極及び検知電極での電位の変化から生じる、上述した非線形補間挙動を低減又はなくす能力である。アクティブ電極は、列／行単位でインスタンス化し得、又は一連の行又は列にわたり補間を実行する専用回路が作製可能である。例えば、隣接するアクティブ電極の各対及びアクティブ電極のその対間の補間抵抗のそれぞれに接続し、その組の電極にわたり補間属性（電圧低下又は電流分割）をもたらすＩＣが設計可能である。
【０１５２】
駆動側に補間属性を生成する能動電子デバイスは、抵抗性分圧回路（補間抵抗と同様）と、電圧フォロワとして構成されて、出力においてそれと同じ電圧を生成するように構成される一連のオペアンプとを用いて作ることができる。オペアンプの出力は、駆動電極（アクティブ及び補間の両方）に接続される。抵抗分割回路は、このようにして、センサアレイの出力から電気的に絶縁され、センサ要素を電流が通ることに起因する非線形性をなくす。
【０１５３】
検知側に補間属性を生成する能動電子デバイスは、検知電極（アクティブ及び補間の両方）に接続された一連のトランスインピーダンス増幅器を用いて作ることができる。各トランスインピーダンス増幅器は、接続された検知電極を接地電位に維持しようとする。出力において、検知電極を通って流れる電流に比例する電圧を生成する。検知電極に接続されたトランスインピーダンス増幅器の出力電圧は、平均化回路を使用して平均化することができ、ここで、異なる電極の寄与は別様に加重されて、感度の線形減少を生成する。検知側を実施する別の方法は、各検知電極における相互コンダクタンス増幅器に流れ込むトランスインピーダンス増幅器を使用することである。次に、相互コンダクタンス増幅器の出力は、通常のＩＦＳＡセンサで見られるものと同様の一連の補間抵抗に供給することができる。この組合せは、電流ミラーとして説明することができ、２つの増幅器の出力に、接続された検知電極を通る電流に比例する電流を生成するが、検知電極は接地電位のままであり、それにより、非線形性をなくす。
（部分的補間力検知アレイ）
これまでに説明した実施形態は、行電極及び列電極の各対間の補間を可能にするが、センサ領域を補間領域及び補間のない他のセンサ領域と混合すること、又は補間を１つのセンサ軸に沿って有し、他方の軸に沿っては有さないことが好ましい用途があり得る。
【０１５４】
一実施形態では、補間抵抗を行のみ又は列のみに有することが可能である。これは、補間によって提供される検知精度の強化又は駆動／検知電子デバイスの数低減が、１つの軸でのみ必要とされる用途のために、一方の軸に沿って補間をもたらし、他方の軸に沿っては補間をもたらさない。
【０１５５】
別の実施形態では、補間抵抗を隣接する対の幾つかの対及び隣接する行の幾つかの対の間に残すことが可能である。これは、補間が行われる領域を分割するという効果を有し、互いに近い別個の補間センサゾーンを生成する。この設計では、補間抵抗内の「ブレーキ」のいずれかの側にある電極は、好ましくは、アクティブ電極であり、それにより、別個の各補間ゾーンは縁部までずっと走査することができる。
（非補間力検知アレイ）
説明されたシャントモードセンサ構造及びスルーモードセンサ構造の全てを用いて、非補間走査を可能にすることも可能である。この場合、いかなる補間抵抗もない。代わりに、多重化回路により、駆動電子デバイス及び検知電子デバイスは、任意の電極に接続することができる。換言すれば、全ての電極は非補間である。多重化電子デバイスはまた、複数の電極への同時接続（低分解能及びマルチ分解能走査モードで）も可能にすることができる。
【０１５６】
この手法を用いて、接触の位置をより正確に測定し、複数のタッチのよりよい明確化を実行し、タッチ面積をよりよく計算することが可能であり得る。スタイラス及び指が関わる用途の場合、単にタッチの面積を測定することにより、センサに触れている指からスタイラスを区別することが可能であり得る。
【０１５７】
更に、多重化電子デバイスは、補間モードと非補間モードとを切り換えることができるように設計することができる。補間モードでは、電極のサブセットのみが駆動／検知電子デバイスに接続され、残りの電極は、通常のＩＦＳＡと同様に補間抵抗を介して接続される。非補間モードでは、全ての電極が駆動／検知電子デバイスに接続される。これは、用途が、補間センサの電力、性能、及び速度の利点を利用するとともに、非補間センサの高分解能を利用できるようにする。
（ＩＦＳＡと他の構成要素との統合（６３００）及び（６４００））
（可撓性オーバーレイ及び下層）
ＩＦＳＡセンサの補間属性により、駆動電子デバイスに相対してセンサの分解能を増大させる性能を得ることができる。通常、検知要素／電極間の距離よりもはるかに大きい指等の物体を追跡するために、この手法は非常に正確な追跡をもたらす。しかし、スタイラス等の物体の場合、接触面積のサイズは、検知電極間の距離よりもはるかに小さくなり得る。この場合、スタイラスがＩＦＳＡセンサ上で移動する際、スタイラス追跡が不連続になる領域があり得る（センサ要素の中心付近）。
【０１５８】
そのような物体での追跡性能を改善するために、本発明は、薄い可撓性／圧縮可能層をセンサ上に追加することができる。この層により、物体は層内にわずかに押し込まれることができ、接触の表面積を増大させ、それにより、より連続して追跡応答を生成する。これを更に明確にするために、本発明が、直径１．２５ｍｍの先端部を有するスタイラスを使用しようとし、本発明が使用しているセンサが、付近のセンサ要素間におおよそ１ｍｍの距離（０．２５ｍｍ乃至２．５ｍｍ）を有すると仮定する。スタイラスとの直接的なセンサの接触がなされる場合、点接触のみがなされ、センサは、どのセンサ要素が接触されているかのみを判断することができ、スタイラスがセンサ要素間にある場所を特定することはできない。ここで、本発明が、厚さ０．６２５ｍｍの可撓性材料をセンサの上に追加し、それにスタイラスで触れる場合、スタイラスは、可撓性材料内にわずかに押し込まれることができる。スタイラスが材料内に押し込まれるため、接触の表面積は直径約１．２５ｍｍに増大する。ここで、スタイラスは、表面にわたって移動する際、２つ以上のセンサ要素をアクティブ化することになる。その結果、本発明は、１ｍｍピッチのセンサ要素よりもはるかに高い分解能でスタイラスを追跡することが可能である。
【０１５９】
この手法の唯一の欠点は、摩擦の増大により、可撓性層上に書くことが難しいことがあり得ることである。これに対処するために、本発明は、別の薄いざらつきのある層を可撓性層の上に配置して、表面の感触を改善することができる。別の実施形態では、本発明は、センサの下にも同様に可撓性層を追加し、スタイラスの接触面積を増大させるという同じ効果を達成することができる。
（ディスプレイとの統合）
ＩＦＳＡセンサは、ディスプレイと統合されて、タッチディスプレイを作製することができる。センサの透明版が、ディスプレイの上に重ねられることができる。センサの不透明版が、ディスプレイの下に配置されることができる。可能なディスプレイのタイプとしては、ＯＬＥＤ、電気泳動ディスプレイ（電子ペーパディスプレイ等）、ＬＣＤ、及び反射型ＬＣＤが挙げられる。これらの全ての組合せにおいて、突起又は粒子が層間に閉じ込められないようにするように、注意を払わなければならず、その理由は、それらの粒子が、センサ精度を低下させる圧力集中を生じさせるおそれがあるためである。
【０１６０】
今日、大半のディスプレイは、ガラス等の剛性基板の上に構築されている。しかし、剛性ディスプレイは、正確なタッチを可能にするのに十分に力を伝達しないことがある。したがって、可撓性ディスプレイを使用することが好ましい。有利には、これらのディスプレイ技術は、可撓性高分子膜又は可撓性ガラス等の可撓性基板に製造することもでき、可撓性ディスプレイを生成する。これらの可撓性ディスプレイが、ＩＦＳＡセンサに重ねられた場合、ＩＦＳＡセンサの性能に及ぼす影響は最小である。
【０１６１】
ＩＦＳＡセンサ技術をディスプレイ自体の層に統合することも可能であり得る。例えば、ＩＦＳＡの電極をＬＣＤディスプレイ等のディスプレイの電極と同じ場所に配置し、ＦＳＭをカラーフィルタ／偏光子等のディスプレイの他の層の幾つかと同じ場所に配置することも可能である。別の例として、透明ＩＦＳＡセンサをＬＣＤのＴＦＴパネルとバックライト照明源との間に配置することも可能である。
【０１６２】
シャントモードＩＦＳＡセンサの真上にディスプレイを有することが望ましい場合、ディスプレイに上層として機能させることが可能である。このために、ディスプレイの下面は、プリントカーボンインク等の既に述べた任意のＦＳＭ材料で直接コーティングすることができる。代替的には、カーボン含浸膜等のＦＳＭ材料は、ディスプレイの下面に積層、接合、又は融合し得る。また、下層に既にＦＳＭを含浸させたディスプレイ基板を作製することも可能であり、それにより、ディスプレイの下部への追加のプリント／積層ステップが必要なくなる。これら全ての場合において、ディスプレイは、ＩＦＳＡの上層として機能し、ディスプレイ＋ＩＦＳＡ結合センサを作製するためには、シャントモード電極パターンを有する層の上に単に配置される必要があるだけである。これに代えて、ディスプレイ基板の下部は、スルーモードセンサの上層又はシャントモードセンサの下層（電極を含む）として機能することができる。これらの全ての選択肢の利点は、歩留まりの向上、コスト低減、及び全体厚の低減が可能なことである。
【０１６３】
ディスプレイスタック内の様々な層は、前のセクションで説明したように、スタイラス追跡の分解能を改善するために、可撓性を有するように設計することもできる。例えば、ディスプレイがフロントライト又はバックライトを有する場合、シリコーン等の可撓性を有し、透明な透光材料を選ぶことが可能であり得る。この場合、フロントライト／バックライトは、センサにわたりよりよい力分布をもたらすことに役立ち、追跡精度を増大させる。更に、この手法は、非意図的な衝撃を和らげることにより、ディスプレイ及びセンサの信頼性を改善するのに役立ち得る。
（他の検知技術との統合）
ＩＦＳＡセンサは、容量性、電磁共鳴（ＥＭＲ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、光学、音響等を含め、多くの他のタイプの検知技術と統合することができる。幾つかの可能なセンサ及びディスプレイの組合せを図６３（６３００）及び図６４（６４００）に示す。以下に、ＩＦＳＡがこれらの検知技術と統合することができる幾つかの方法について詳述する。
（容量性タッチ）
容量性タッチセンサは、ＩＦＳＡセンサの上に重ねることができる。ＩＦＳＡセンサの行及び列は、容量性センサの行／列線として二重の機能を果たすことさえ可能である。この構成は、非常に軽いタッチへのシステムの感度を増大させるために使用することができる。容量性センサは、ＩＦＳＡセンサの上の指の「空中静止」／「近接性」を検出するためにも使用することができる（センサへの手の平、手、顔、又は他の体の部位／導電性物体の近接性を検出するためにも使用することができる）。この構成の別の利点は、指等の導電性物体をプラスチックスタイラス等の非導電性物体から区別することが可能なことにある。
【０１６４】
これは、導電性物体が力シグネチャ（ＩＦＳＡセンサを介して）及び容量性シグネチャ（容量性センサを介して）の両方を有し、一方、非導電性物体は力シグネチャのみを有し、容量性センサには不可視であるためである。更に、容量性センサ及びＩＦＳＡの結合信号を使用して、全体的な検知精度及び／又は性能を改善することが可能であり得る。
【０１６５】
ＩＦＳＡセンサは精密なタッチ追跡を扱うことができるため、容量性センサの複雑性及びコストは低減することができ、容量性センサは、タッチ検出ではなく空中静止／近接性検出に向けて調整することができ、それにより、空中静止（容量性タッチセンサを介して）並びにタッチ及び力検知（ＩＦＳＡ力センサを介して）の両方が可能になる。
【０１６６】
容量性センサは、ＩＦＳＡセンサによって検知される前にタッチを検知し得るため、容量性センサは、ウェークアップソースとして使用することもできる。これにより、システムは、容量性センサがイネーブルされているときは常にＩＦＳＡセンサをシャットオフすることにより、電力を節減することができる。逆に、ＩＦＳＡセンサは、容量性センサの較正に使用することができる。「接触開始」又は「接触終了」イベントがＩＦＳＡに登録されるときは常に、容量性センサはこれらのイベントを使用して、タッチ感度を較正することができる。このようにして、空中静止距離／近接性を測定する容量性センサの能力は、実行時に動的に改善することができる。
【０１６７】
相互容量性式及び自己容量性式の両方の容量性センサが使用可能である。相互容量性センサは、各列と行との交点にキャパシタを形成する行電極及び列電極の組からなる。これらの各キャパシタは、容量性検知電子デバイスによって測定されて、容量値の格子を作成することができる。指の存在は、接地への容量性結合を作り出し、行電極と列電極との間で測定されるキャパシタンスを降下させる。自己容量性センサは、１つ又は複数の容量性「パッド」からなる。それぞれ１つが、検知電子デバイスへの接続を有する。自己容量性センサでは、接地への各パッドのキャパシタンスが測定される。このキャパシタンスは、指が近づくにつれて増大する。相互容量性センサは通常、より正確であるが、より狭い範囲で動作し、電気ノイズの影響をより受けやすい。自己容量性センサは通常、正確性が低い（高分解能格子の作成が困難であるため）が、より広い範囲で動作することができ、通常、電気ノイズの影響をより受けにくい。いずれか１つがＩＦＳＡと併用可能である。
【０１６８】
容量性タッチセンサは、ＩＦＳＡセンサと同様の基板に作ることができるため、容量性タッチセンサの層の全て又は幾つかをＩＦＳＡセンサの未使用側にパターニングすることが可能であり得る。例えば、スルーモードＩＦＳＡセンサでは、キャップタッチ検知電極の組を上部基板の上演にパターニングし、上部基板の下面の電極をＩＦＳＡ及びキャップタッチ駆動電極の両方として使用することが可能であり得る。シャントモードＩＦＳＡセンサでは、キャップタッチ電極又はエリアの組を力検知層の上にパターニングすることが可能であり得る。
【０１６９】
一構成では、ＩＦＳＡセンサ自体のＦＳＭが、容量性タッチセンサとして使用することができる。この構成では、ＦＳＭへの１つ又は複数の接続が作られ、センサは交互に、容量性検知モードと力検知モードとで切り換えることができる。これは、ＦＳＭを効率的に自己容量性センサに変え、自己容量性センサは空中静止／近接性の検出に良好である。容量性検知モードでは、ＩＦＳＡ電極は接地／浮遊することができ、ＩＦＳＡ行／列電極からの影響なく、ＦＳＭのキャパシタンスが測定できるようにする。力検知モードでは、ＦＳＭは切断する（又は高インピーダンス状態になる）ことができ、ＩＦＳＡは通常通り走査することができる。
【０１７０】
別の構成では、ＩＦＳＡの電極が使用されて、相互容量性センサを作製することができる。この場合、同じセンサが容量性検知及び抵抗性検知の両方に使用することができる。この手法は、容量性走査モードを介して軽いタッチ及び空中静止／近接性検知を可能にし、抵抗性ＩＦＳＡ走査モードを介してより正確でより高い圧力検知を可能にする。この構成の主な問題は、ＦＳＭが電場のいくらかをブロックするおそれがあることである。これを回避するために、ＦＳＭは、センサの静電容量場の幾らかの部分に透明であるように設計することができる。代替的には、シャントモードＩＦＳＡにおいて、センサ全体が上下に反転することができ、したがって、電極を有する側は、ユーザにより近い側になり、したがって、問題を完全に回避する。
【０１７１】
電極を容量性検知及び抵抗性検知の両方に使用することに伴う別の問題は、補間抵抗が容量性測定に干渉するおそれがあることである。この問題を回避するために、本発明は、補間抵抗を誘導性構成要素（フェライトチップインダクタ等）で置換することができる。低周波数（力検知走査）では、これらは抵抗として機能する。高周波数（容量性走査）では、これらはインピーダンスを増大させ、容量性信号の通過を阻止する。これを達成する別の方法は、隣接するアクティブ線間に抵抗性ネットワークの代わりに小型ＩＣを使用することである。ＩＣは、補間線が抵抗を介して互いに繋がれる抵抗性モードと、補間線が互いから切断されるか、又は各アクティブ線が幾つかの隣接補間線に接続する容量性モードとで切り換えることができる。これらの全ての場合において、本発明は、抵抗性走査の高分解能及び補間を維持する。容量性走査モードでは、走査分解能は、アクティブ線分解能に低減する。この手法に伴う別の問題は、ＦＳＭの存在が容量性走査に干渉するおそれがあることである。幸運なことに、ユーザがタッチしていないか、又は軽くのみタッチしている場合、ＦＳＭの抵抗は高い。したがって、容量性走査モードが受ける影響は最小である。更に、本発明は、センサの異なるエリアで抵抗性走査モードと容量性走査モードとで切り換えることができる。タッチが検出されないエリアでは、走査は容量性モードに切り換えることができる。タッチが検出されるエリアでは、走査モードは抵抗性に切り換えることができる。
【０１７２】
容量性タッチ、ＩＦＳＡ、及びディスプレイを組み合わせることが望ましい場合、ディスプレイも透明容量性タッチセンサと非透明ＩＦＳＡセンサとの間に配置することができ、容量性タッチの空中静止及び軽いタッチ能力と、ＩＦＳＡの精密性及び力感度との両方を有するタッチディスプレイが作成される。
【０１７３】
容量性センサ及びＩＦＳＡセンサが両方とも（又は両要素を組み合わせたセンサが）ディスプレイの上に配置される透明ＩＦＳＡを使用した他の構成も可能である。
（磁気／電磁検知）
ＩＦＳＡセンサは磁場に対して透明であるため、電磁共鳴（ＥＭＲ）センサ（スタイラス追跡に使用されることが多い）等の磁気センサが、ＩＦＳＡセンサの下に配置して、ＩＦＳＡセンサを通して検知することが可能である。ＲＦＩＤ／ＮＦＣリーダ／ライタコイルをセンサの下に配置することも可能であり、その理由は、ＲＦＩＤ／ＮＦＣが、電磁パルスをＲＦＩＤ／ＮＦＣタグ／送受信器を送信することにより同様に機能するためである。磁場は送電に使用することができるため、コイルをＩＦＳＡセンサを使用して、電力を付近のデバイスに送信することも可能である。実際には、これらの全ての技術（ＥＭＲ、ＲＦＩＤ、ＮＦＣ、及び無線電力）は、全て１つ又は複数の導電性コイルを使用して、磁場を生成するため、組み合わせることができる。このセクションの残りの部分では、本発明は、ＥＭＲ／ＲＦＩＤ／ＮＦＣ検知を可能にする技術を単にＥＭＲ検知と呼ぶ。
【０１７４】
ＥＭＲ検知をＩＦＳＡと組み合わせることにより、センサ上の物体の位置及び力を検出することが可能になるのみならず、ＥＭＲ／ＲＦＩＤ／ＮＦＣタグ／送受信器を有する物体を一意に識別することも可能になる。電力又はデータを物体とセンサとの間で転送することも可能になる。これらの物体は、キーボード、コンピュータマウス、ボタン、スライダ、つまみ、スタイラス、並びに携帯電話及びタブレットのような物も含むことができる。複数のＥＭＲ／ＲＦＩＤ／ＮＦＣ送受信器をこれらの物体に配置することにより、物体の位置のみならず、物体の向きも検知することが可能になる（例えば、スタイラスを用いて、送受信器が先端部側及び消しゴム側の両方に置かれる場合、ユーザが書いているか、それとも消しているかを判断することが可能である）。
【０１７５】
また、ＩＦＳＡセンサ及びＥＭＲセンサからの情報を組み合わせて、追加情報を抽出することも可能である。スタイラスの場合、例えば、スタイラスタッチの位置とＥＭＲ送信器の位置とを比較することにより、スタイラスの傾斜角度を特定することが可能である。ＥＭＲセンサ及びＩＦＳＡセンサの信号を組み合わせて、全体精度及び／又は性能を改善することも可能であり得る。これは、ＥＭＲセンサがよりよい「相対的」追跡性能を有し得（換言すれば、小さい位置変化の測定においてよりよくなり得）、一方、ＩＦＳＡセンサがよりよい「絶対」追跡性能を有し得る（換言すれば、物体の位置のより正確な推定を有し得るが、非常に小さい動きは正確に測定できないことがある）ため、可能である。これは、ＥＭＲセンサが、通常、ＩＦＳＡセンサに影響しない鉄の物体の存在及び外部磁場の存在によって影響を受け得るためである。
【０１７６】
ＥＭＲセンサは通常、ＰＣＢ層に製造されるため、ＩＦＳＡセンサに使用される下部ＰＣＢと、ＥＭＲセンサに使用されるＰＣＢと組み合わせて、両機能を有する３〜４層ＰＣＢを作製することが可能である。ＩＦＳＡセンサをＥＭＲセンサと組み合わせる別の方法は、ＥＭＲセンサの一部分（行又は列磁気コイルを含む）をＩＦＳＡセンサの一未使用側にパターニングし、ＩＦＳＡセンサの他の未使用側にＥＭＲセンサの他の部分をパターニングすることである。これは、上部基板及び下部基板の両方が１つの未使用側を有するスルーモードＩＦＳＡセンサで最も好都合に行われる。
【０１７７】
ＩＦＳＡ及びＥＭＲのセンサ組合せは、ディスプレイの下に配置されて、ＥＭＲ信号及びＩＦＳＡ信号の両方がディスプレイによってブロックされないため、ＥＭＲセンサによって可能になる追加機能を有するタッチスクリーンを作製することもできる。代替的には、ＥＭＲセンサをディスプレイの下に配置しながら、透明ＩＦＳＡセンサをディスプレイの上に配置することが可能である。
（光学的検知）
指又は物体を光学的に追跡可能な光学的検知技術が実証されている。これらの技術の幾つかは、表面にわたり光ビームを放ち、ビームの１つ又は複数が遮られるときを検出することによって機能する。他は、エミッタ及び受信器のアレイを使用し、ユーザから跳ね返った光を検出する。このタイプのセンサは、ＯＬＥＤ又はＬＣＤディスプレイ等のディスプレイに統合することさえも可能である。他の技術は、カメラを使用して、ユーザの手の位置を見る。また、これらのタイプのセンサの光路を薄膜及びディスプレイバックライトに圧縮することができる様々な独創的な設計も示されている。
【０１７８】
ＩＦＳＡ検知技術は、光学センサの下にＩＦＳＡを配置するか、又は透明ＩＦＳＡを光学センサの上に配置することにより、これらの光学検知技術の多くと統合することができる。説明した光学検知技術の幾つかは、空中静止及び近接性の検知では良好であるが、タッチが実際に表面に接触したとき又はタッチの力を正確に検出することはできない。これは特に、屋外環境で当てはまることができ、屋外環境では、明るい日光が光学センサの動作を妨げるおそれがある。ＩＦＳＡセンサ及び光学センサの出力は組み合わせられて、よりロバストで、タッチ表面の上方の物体を追跡し、表面との接触を正確に検出し、表面にかけられた力を測定することができる組合せを作製することができる。
（容量性センサ、電磁センサ、及び光学センサの組合せ）
４つ全ての技術（ＩＦＳＡ、ＥＭＲ、容量性、及び光学的タッチ）は一緒に組み合わせられて、これらの技術の全ての特徴（力検知、空中静止、及び軽いタッチ、ＥＭＲ／ＮＦＣ／ＲＦＩＤ送受信器の追跡／給電）を単一のセンサで得ることができる。上述したように、これらのセンサは、積層内の様々な層を共有し、コスト及び厚さを低減し得る。これらは、ディスプレイと組み合わせられて、新しいユーザインターフェース、ハードウェアデバイス、及びユニークなユーザ経験をもたらすこともできる。
（特徴及び利点）
高精度、大きいサイズへのスケーラビリティ、及びタッチ毎の力感度を有することに加えて、本発明は多くの他の望ましい特徴を有する。第１に、本発明に基づくセンサは、電気ノイズの影響を受けにくく、したがって、顕著な電気シールドを必要とせず、多くの環境でロバストに動作することができる。これは、信号に対して行われなければならないフィルタリング及び事後処理の量も低減し、これは、アナログ回路及びフィルタリングアルゴリズムの複雑性を低減するとともに、消費電力を低減する。
【０１７９】
本発明のセンサは、接触点当たり数グラムの力〜数キログラムの力という高いダイナミックレンジの力感度を提供する。容量性センサとは異なり、本発明のセンサは、人間の指等の導電性物体のみならず、プラスチックスタイラス等の任意の物体を検知することができる。本発明のセンサは、手袋を装着しているか、又は非常にざらざらした皮膚を有するユーザの指を検知することもできる。
【０１８０】
本発明は、設計プロセスを大幅に簡略化する。本発明のセンサのタッチ分離分解能及びタッチ追跡分解能は、別個に制御することができ、特定用途の需要に容易に調整することができる。所与のセンサ構成のサイズは、センサ特徴を変更せずに増減することができ、したがって、特定のセンサ設計が広範囲の製品に適用することができ、設計コスト及び製品化までの時間を低減する。更に、本発明のセンサの形状は、センサ性能を変えずに変更することができる。例えば、矩形センサ設計は、円形、長方形、ドーナツ形、ピーナッツ形のセンサ、及び二次元表面にマッピングすることができる任意の他の形状を生成するように容易に変更することができる。変更されたセンサは、元の矩形センサ設計と同じ性能（タッチ追跡精度及び力感度を含む）を有する。
【０１８１】
本発明のセンサは、非平面に巻くことができ、様々な異なる製造方法を使用してデバイスの外面に直接製造することさえもできる。センサは、布地及び柔らかい材料に組み込むこともさえも可能である。
【０１８２】
本発明のセンサは、通常、減算プロセスを含む標準の剛性又は標準可撓性プリント回路基板（ＰＣＢ）製造方法又は加算プロセスを使用して導電性インクのプリントを含むプリントエレクトロニクス（ＰＥ）方法を含む簡単な製造プロセスを用いて製造することができる。剛性又は可撓性ＰＣＢにセンサを構築する能力の主な一利点は、全ての検知電子デバイス（及び他の電子デバイス）が、ＳＭＴ（表面搭載）等の標準プロセスを使用してセンサ自体と同じＰＣＢ基板に直接取り付けることができることである。電子デバイスは、センサと同じ表面に配置することができ、又はセンサ表面の裏面に搭載することができる。また、幾つかの構成要素（例えば、レジスタ）はセンサ基板に埋め込むことさえもできる。代替的には、センサは、センサ以外の他の機能を有し得る予め存在する回路基板設計に追加することができる。例えば、ＴＶリモートコントローラＰＣＢ又はゲームコントローラＰＣＢ（離散したボタンを有するＰＣＢを既に有する）、マイクロコントローラ、送信器、及び他の回路を取り、最小の設計変更でＩＦＳＡセンサエリアをその同じＰＣＢに追加することができる。
【０１８３】
検知電子デバイスは、いかなる変わった構成要素も必要とせず、市販の部品又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いて構築することができる。多くの場合、走査電子デバイスは、１つのマイクロコントローラと、幾つかの小型で安価な離散構成要素（抵抗及びキャパシタ等）とを用いて実施することができる。
【０１８４】
他のタッチ技術と比較して、本発明の技術は本質的に、低電力であり、その電力を更に低減する多くの方法をサポートする。例えば、本発明はマルチ分解能走査をサポートし、それにより、ユーザ又はセンサを使用するソフトウェアは、走査分解能を低減することができ、同時に、リアルタイムで速度を増大し、消費電力を低減することができる。センサ設計は、センサの完全走査を実行する必要なく、１つ又は複数のタッチの存在及び／又は大まかな位置を検出することができる縮小機能を有する更に低い電力モードもサポートする。本発明は、楽器等の高速フィードバック又は応答を必要とする用途の非常に高速のフレーム速度もサポートする。
【０１８５】
最後に、本発明はロバストであり、消費者電子デバイス、軍事用電子デバイス、自動車両電子デバイス、及び産業電子デバイスの厳しい環境要件に耐えるように設計することができる。本発明はキャパシタンスの変化ではなく力を検知するため、水又は他の流体の存在下で動作することができ、ハーメチックシールし、水中及び最も厳しい環境で機能できるようにする。
（例示的な適用状況）
本発明で提示されるセンサは、多くの様々な用途に使用することができる。これらの用途は、汎用マルチタッチ入力、ボタン又はスライダ等のより単純な離散制御デバイスの置換、及び圧力分布の測定を含むカテゴリに分けられる。第１のカテゴリには、電話、タブレット、ラップトップ、及びディスプレイタッチパネル、並びに筆記パッド、デジタイザ、署名パッド、追跡パッド、及びゲームコントローラ等の用途がある。第２のカテゴリには、玩具、楽器（電子ピアノ、ドラム、ギター、及びキーボード等）、デジタルカメラ、手工具、並びに自動車両及び他の車両でのダッシュボード制御機器の置換での用途がある。第３のカテゴリには、科学／産業測定（表面の形状又は平坦性の測定等）、医療測定（ベッドでの人の足の圧力分布又は足の動きの測定等）、及びロボット工学用途（ロボットをセンサで覆い、タッチ及び接触を感じる能力をロボットに与える等）での用途がある。
【０１８６】
更に、列挙したものを超える多くの他の用途があり、多くの用途は異なる様式でセンサを使用し得る。例えば、幾つかの用途では、センサは、汎用入力、ボタン又はスライダ等の単純な制御デバイスの組、及び面圧センサとして使用することができる。これらの異なる使用は、同時であることができ、時間的に分離することができ、又は空間的に分離することができる（センサの異なるエリアが異なるように挙動する）。より重要なことに、センサの異なる使用は全て、ソフトウェアで可能にすることができ、設計者／開発者に、センサを使用する方法での相当なレベルの柔軟性を与える。
【０１８７】
ユーザインターフェース用途では、本発明のセンサは、軽いタッチと押し付けとを区別することができるため、極めて有用である。スマートフォン又はタブレット等の直接操作インターフェースでは、ユーザが指をあるエリアから別のエリアに動かしているとき、スクロールしているとき、スライドしているとき、又は画面上の項目についての詳細情報が要望するとき、軽いタッチがユーザによって使用されることが多い。重いタッチは、ドラッグ、選択、アクティブ化、及び制御の関与に使用することができる。更に、異なるレベルの重いタッチが使用されて、対話の強度／振幅を変調することができる。追跡パッド、筆記パッド、及びデジタイザパッド等の間接的操作用途では、軽いタッチが、画面上でカーソルを動かし、詳細情報を得たい項目に重ねるのに使用することができ、一方、重いタッチは、ドラッグ、選択、アクティブ化、又は操作に（クラッチとして）使用することができる。最後に、圧力が使用されて、ユーザ入力を評価することができる。例えば、ボタン、スライダ、及びつまみ等の物理的制御機器をシミュレートしている用途では（例えば、キーボード、レコーディングミキサ、又は汎用制御パネルをエミュレートする場合）、制御機器は、ユーザが、不注意で何かをアクティブ化せずに、快適に手をインターフェースに置くことができるように、軽いタッチを無視することができる。
【０１８８】
本発明のセンサの高精度により、細かい動きの捕捉に使用することができる。これは、スタイラスを高精度で追跡して、筆記、描画、スケッチ、ペイント、カリグラフィ、及びスタイラスが関わる対話を可能にする等の用途で非常に重要である。柔らかい層がセンサの上又は下に追加されて、よりよい表面の感触をもたらすとともに、追跡精度を更に改善することができる。本発明のセンサは、ディスプレイと組み合わせることができる。これは、透明センサを作製し、それをディスプレイの上に重ねることにより、この技術をディスプレイ自体の表面に組み込むことにより、又はディスプレイの背後にセンサを層化し、ディスプレイを通して力を感じることにより、行うことができる。これは、可撓性ディスプレイと特に良好に機能する。
【０１８９】
本発明のセンサは、他の検知技術と組み合わせることもできる。例えば、容量性タッチセンサが本発明のセンサの上に配置されて、表面の上方での空中停止及び極めて軽いタッチを検出できるようにする。
【０１９０】
本発明のセンサは磁場に対して透明であるため、ＥＭＲセンサ等の磁気／電磁センサが、本発明のセンサの下に配置されて、能動的又は受動的磁気／電磁タグを有するスタイラス又は他のデバイスの検出／追跡を可能にすることができる。ディスプレイが、これらの積層のうちの任意の中に層化することもできる。これらの異なるセンサ技術の組合せは、より豊富な対話を可能にすることができる。
【０１９１】
本発明のセンサは、圧力を感じ、圧力は、大半の変形可能表面を通して容易に伝達されるため、本発明のセンサは、様々な変形可能表面の下に埋め込むこともできる。例えば、可撓性／変形可能フロアの下、可撓性ロボットスキンの下、又は壁の塗装の下に埋め込むことができる。テーブルの表面内又はテーブルの上に敷かれたマット上に埋め込むことができる。
【０１９２】
本発明のセンサは、使用されていない表面に検知を追加するために使用することもできる。例えば、電話、タブレット、又はゲームコントローラの裏に配置されて、デバイスの裏に触れることにより、追加の程度の対話を可能にすることができる。
【０１９３】
画面での視覚的フィードバックが使用されて、触れているのがどこか及びどの程度の強さで触れているかの検知をユーザに与えることができる。
センサは、デジタルウォッチ又は他の小型デバイスの裏に配置することもでき、デジタルウォッチ又は他の小型デバイスでは、ユーザインターフェースデバイスの空間は極めて限られ、それにより、デバイスのサイズを増大させずに、利用可能なタッチエリアを増大させる。
【０１９４】
本発明のセンサは、可撓性基板上に製造することができ、可撓性デバイスに埋め込むことが可能である。
幾つかの用途例としては、可撓性フォン又は可撓性タブレットの作製、デジタルウォッチのリストバンド又はブレスレット内へのセンサの使用、及びユーザの動きの追跡、衝撃の検出、又はポータブルユーザインターフェースの提供のための靴若しくはスニーカーの底又は衣服へのセンサの配置が挙げられる。
【０１９５】
本発明のセンサは、切断又は折り畳みが可能であり、ロボットの指先等の複雑な形状を包むように設計することもできる。又は、複雑な表面に直接製造することができる。まとめると、略あらゆる表面が、本発明のセンサの１つを上、背後、又は内部に層化することにより、タッチ感度を有することができる。
（例示的なタブレットインターフェース実施形態（６５００）〜（８０００））
（タブレットフォームファクタ概説（６５００）〜（７６００））
本発明は、適用状況に基づいて多種多様な形態で実施し得るが、タブレットフォームファクタに適用される本発明の好ましい例示的な一実施形態。このユーザインターフェースの文脈は一般に、図６５（６５００）〜図７６（７６００）の図に示される。ここでは、タブレットユーザインターフェース（図６５（６５００）において組み立てられ、図６６（６６００）の組立図に示される）は、プリント回路基板（ＰＣＢ）（バイア及び関連付けられた制御電子デバイスを含む）（図６８（６８００）及び図６９（６９００））を支持するタブレットベース（図６７（６７００））と、圧力膜（図７０（７０００））と、オーバーレイ（図７１（７１００））と、バックライト照明ロゴ印を有するカバーベゼル（図７２（７２００））とで構成される。
【０１９６】
図６５（６５００）及び図６６（６６００）に示されるような本発明のこの例示的な実施形態は、デスクトップ／ラップトップ又はタブレットユーザインターフェースに用途を絞るように設計される。デスクトップ／ラップトップで使用される場合、通常、ＵＳＢポートを介してコンピュータに接続することによって使用されることになる。タブレットで使用される場合、通常、ＵＳＢポートを介して充電され、且つ／又は構成されることになるが、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標））／ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標））ＬＥを介してデータを送信することになる。デバイスは、タブレット／タブレットカバーに磁気的に掛け金を掛けるように設計し得、交換可能であり、場合によりバックライト照明されるオーバーレイを有することができる。
（組立体図（６６００））
図６６（６６００）に概して示されるように、この好ましい例示的な実施形態の組み立て体スタックは、ベース（図６７（６７００））、ＰＣＢ／電池（図６８（６８００）及び図６９（６９００））、膜（図７０（７０００））、オーバーレイ（図７１（７１００））、及びベゼル（図７２（７２００））を組み込む。
（ベース（６７００））
図６７（６７００）に概して示されるように、この好ましい例示的な実施形態のベースは、好ましくは、アルミニウム等の剛性材料で作られ、位置合わせピン（６７０１、６７０２、６７０３、６７０４）が、タブレットシステムを構成する層スタックの位置合わせを補助するのに利用される。
（ＰＣＢ／電池（６８００）及び（６９００））
図６８（６８００）及び図６９（６９００）に概して示されるように、ＰＣＢ（６９１０）／電池（６９２０）層は以下を含む。
・マイクロコントローラ、アナログ検知回路、電力／電池管理、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）無線、ＵＳＢ  ＴＸ／ＲＸ、及び他の電子デバイスのエリア（６９１１）、・マイクロＵＳＢコネクタ（６９１２）、・センサアクティブエリア（６９１３）、・電池（リチウムポリマー又は同様の電源）（６９２０）、及び
・位置合わせ穴（×４）（６９３１、６９３２、６９３３、６９３４）。
（力検知膜（７０００））
図７０（７０００）に概して示されるように、力検知膜層は以下を含む。
・基板（ＰＥＴ又はカプトン（ＫＡＰＴＯＮ）（登録商標）等）、・基板の下側にＦＳＲ等の力検知材料、及び
・位置合わせ穴（×４）。
（オーバーレイ（７１００））
図７１（７１００）に概して示されるように、オーバーレイは柔軟であり得、滑りやすい上面を有する。オーバーレイが、異なるグラフィックス又は触覚レリーフパターンと交換可能であり得ることが予期される。オーバーレイは、幾つかの構成では、バックライト又はサイドライト照明されることも予期される。
（ベゼル（７２００））
図７２（７２００）に概して示されるように、カバーベゼルは以下を含み得る。
・グラフィック／ロゴであって、光導体であることができ、一定又は可変照明パターンでバックライト照明し得る、グラフィック／ロゴ、・オーバーレイの開口部、及び
・ＵＳＢポート又は他の通信インターフェース用の開口部。
（機械的属性（７３００）〜（７６００））
図７３（７３００）〜図７６（７６００）の断面図及び詳細図に概して示されるように、機械的構造は広く可変であるが、本発明の幾つかの好ましい実施形態が、厚さ約４．２５ｍｍに構成し得ることが予期される。ＶＩＡをモニタするために必要な電子デバイスの複雑性の低減は、電気構成要素に必要なエリア及び電池容量を低減させ、したがって、幾つかの構成では、競合する技術よりもはるかに薄くなり得る。
【０１９７】
デバイスは、ベースとベゼルとの間の留め金と、ベースとＰＣＢとの間、ＰＣＢと膜との間、及び膜とベゼルとの間の薄い接着層とによって一緒に保持し得る。オーバーレイは、単に中に配置されるように構成してもよく、又は磁石若しくは留め金を含み得る、ベースキャビティへの何らかの結合手段を有し得る。
（例示的なタッチパッド概略／レイアウト（７７００）〜（８０００））
図６５（６５００）〜図７６（７６００）に概して示されるような例示的な構造の適用状況は、マイクロコントローラと、図７７（７７００）の概略ブロック図並びに図７８（７８００）（上部銅）、図７９（７９００）（下部銅）、及び図８０（８０００）（パッドを介する）のＰＣＢレイアウトに概して示されるようなＰＣＢとを使用して実施し得る。このレイアウトは一般に、感圧材料と嵌合し、図６５（６５００）〜図７６（７６００）によって概して示されるようなタブレットフォームファクタで埋め込まれる典型的なＶＩＡアレイを示す。図７７（７７００）に示される概略図は、ホストコンピュータ通信（ＵＳＢ、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ワイヤレス（ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）ＬＥ（登録商標）、他の２．４ＧＨｚインターフェース等）、ＵＡＲＴ）、ＡＤＣ入力、汎用デジタルＩ／Ｏ（ＧＰＩＯ：ｇｅｎｅｒａｌ  ｐｕｒｐｏｓｅ  ｄｉｇｉａｔｌ  Ｉ／Ｏ）拡張回路と併せたＧＰＩＯ、及びマルチプレクサが統合された、従来のマイクロコントローラ技術を利用して、本明細書に示される列駆動回路及び行検知回路を実施する。
（容量性補間センサ（８１００）〜（８８００））
（概説）
本発明の更に別の実施形態は、図８１（８１００）〜図８８（８８００）に示されるような容量性センサアレイに関連して、ＦＳＡに関連付けられた補間の概念を利用し得る。これらの図面に示される設計は、２つの例示的な構成を示す：
・ブリッジを有する片面菱形パターン構成（図８１（８１００）及び図８２（８２００）に概して示されるような）、及び
・直線の行及び列を有する両面構成（図８３（８３００）及び図８４（８４００）に概して示されるような）。
【０１９８】
これらの２つの設計は、特に透明容量性センサをターゲットとしている。このタイプのセンサは通常、ディスプレイと保護上層（プラスチックフィルム又はガラス層）との間に存在する。透明シールド層が、センサとディスプレイとの間に存在することもある。なお、菱形パターンセンサの場合、上下反転させてから、ディスプレイに積層することもできる。この場合、基板は、ユーザが触れる層になることができる。両面センサの場合、２面（行及び列）が別個の基板にプリントされることができ、次に、基板は一緒に積層することができる。この場合、基板のうちの一方をタッチ表面として機能させるように、センサを上下に反転させるという同じ技法を使うことができない。
（ブリッジを有する片面菱形パターン（８１００）及び（８２００））
図８１（８１００）及び図８２（８２００）に概して示されるように、片面菱形パターンを利用した容量性センサが示され、このセンサは、ガラス又はプラスチック等の基板（８１０１）上に形成される。この好ましい実施形態では、導電性ブリッジ（８１０２）（下に誘電体を有し、列との短絡と回避する）が、透明導電体（８１０３）（ＩＴＯ、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、ナノワイヤ、パターニングされた導電体等）間に形成されて、ＶＩＡを形成する。このアレイは、抵抗性材料を堆積させるか、又は単に透明導電体の薄いブリッジを基板（８１０１）表面に残すことによって形成される列（８１０４）及び行（８１０５）補間抵抗に取り付けられる。これらのＩＩＣ及びＩＩＲ抵抗（８１０４、８１０５）は、列（８１０６）及び行（８１０７）接続を介してアクティブ列トレース線（８１０８）及びアクティブ行トレース線（８１０９）に電気的に結合される。これらの列（８１０８）及び行（８１０９）トレース線は、駆動及び検知電子デバイスと相互接続する導電性コードに接合するエリア（８１１０）に配線される（又は幾つかの場合、電子デバイスを基板（８１０１）に直接接合するように構成される）。
【０１９９】
図８２（８２００）の断面図を参照すると、基板（８２０１）は、列透明導電体（８２０３）及び行透明導電体（８２１３）を支持して見られる。誘電層（８２１２）が、列透明導電体（８２０３）と行透明導電体（８２１３）とを分離し、導電性ブリッジ（８２０２）を支持する。この断面には、エッチング又はプリントされた導電性材料を使用して形成し得る行トレース接続（８２０７）及び行トレース（８２０９）も示される。
（直線の行／列を有する両面パターン（８３００）及び（８４００））
図８３（８３００）及び図８４（８４００）に概して示されるように、直線の行及び列を有する両面パターンを利用する容量性センサが示され、これは、ガラス又はプラスチック等の基板（８３０１）上に形成される。この好ましい実施形態では、列（８３０２）及び行（８３０３）は、センサの逆側にあり（したがって、短絡しない）、代替的には、別個の基板に堆積し得る（行に１つの基板、列に１つの基板）。列（８３０２）及び行（８３０３）は、透明導電体（ＩＴＯ、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、ナノワイヤ、パターニングされた導電体等）で形成されて、ＶＩＡを形成する。このアレイは、抵抗性材料を堆積させるか、又は単に透明導電体の薄いブリッジを基板（８３０１）表面に残すことによって形成される列（８３０４）及び行（８３０５）補間抵抗に取り付けられる。これらのＩＩＣ及びＩＩＲ抵抗（８３０４、８３０５）は、列（８３０６）及び行（８３０７）接続を介してアクティブ列トレース線（８３０８）及びアクティブ行トレース線（８３０９）に電気的に結合される。これらの列（８３０８）及び行（８３０９）トレース線は、駆動及び検知電子デバイスと相互接続する導電性コードに接合するエリア（８３１０）に配線される（又は幾つかの場合、電子デバイスを基板（８３０１）に直接接合するように構成される）。
【０２００】
図８４（８４００）の断面図を参照すると、基板（８４０１）は、列透明導電体（８４０２）及び行透明導電体（８４０３）を支持して見られる。この断面には、エッチング又はプリントされた導電性材料を使用して形成し得る行トレース接続（８４０７）及び行トレース（８４０９）も示される。
（センサの製造）
これらの両設計の一利点は、容量性タッチセンサの作製に現在使用されている全く同じプロセスを用いて製造できることである。主な違いは、本発明の実施形態が、中間（補間）行及び列を追加し、補間抵抗として機能する導電性が殆どない線を作製するように、透明導電性材料（通常、ＩＴＯ）のマスクパターンを変更することである。抵抗は、これらの線の幅を変更することによって調整することができる。マスクパターンの変更（及び場合によりテスト手順への幾つかの変更）の他に、これらの容量性センサの製造に関わる追加ステップはない。
（容量性センサの利点）
この開示される設計に基づく補間容量性センサの利点は、従来の容量性センサよりもはるかによい線形性を有することである。これは、・センサ較正の必要なしではるかによいタッチ及びスタイラスの追跡、・タッチの形状及び面積のよりよい推定、・よりよい信号、及び
・ユーザの指とセンサとの間にはるかに薄いカバーガラス／プラスチックを使用することが可能になり、それにより、はるかに薄いデバイスが可能になることをもたらす。最後のポイントは、タブレット、セル電話、スマートフォン等のモバイル／ポータブルデバイスの構造において非常に重要である。
【０２０１】
不透明容量性センサの場合、これらの設計の１つを使用し、上述したＩＦＳＡ導電体パターンの１つの使用を組み込み、単に力検知材料を除去することが可能である。この用途では、力検知材料は通常、薄いプラスチックフィルム又はガラス等の誘電体で置換される。
（例示的なカップ圧力プロファイル（８５００）〜（８８００））
圧力センサタブレットフォームファクタに適用されるような本発明の例を図８５（８５００）に示し、この図では、飲料カップが圧力センサタブレット表面に接触する。図８６（８６００）は、補間のない検知圧力のプロファイルと、検出された圧力領域に沿ったＴＳＡから読み出されたＴＳＭに関連付けられた格子とを示す。図８７（８７００）は、ＴＳＭのアップサンプリング動作を実行することによって得られるＶＩＡ内の個々の力検知要素によって見られる力の大まかな再構築を示す。図８８（８８００）は、図８６（８６００）に示されるＴＳＭデータに基づいてＣＣＤによって計算された個々の検出楕円データを示す。なお、図８６（８６００）に示されるようなＴＳＭデータが使用されて、図８７（８７００）に示されるアップサンプリングデータに見られるような細かい詳細を再構築し、図８７（８７００）の検出の離散領域と、図８８（８８００）の楕円とを生成することができる。
（例示的な絵筆圧力プロファイル（８９００）〜（９２００））
圧力センサタブレットフォームファクタに適用されるような本発明の例を図８９（８９００）に示し、この図では、絵筆が圧力センサタブレット表面に接触する。図９０（９０００）は、ＴＳＡを走査することによってＣＣＤにより得られたＴＳＭの圧力プロファイルを示す。図９１（９１００）は、圧力プロファイルに基づいて検出される関連付けられた圧力領域を示す。図９２（９２００）は、図９０（９０００）に示されるＴＳＭデータに基づいてＣＣＤによって計算された個々の検出楕円データを示す。
【０２０２】
この例から見て取ることができるように、圧力センサＶＩＡは、接触領域の個々のエリアに関連付けられた形状／楕円データに対して感度を有するとともに、形状／楕円データを検出することが可能である。この例は、本発明によって教示される補間技法を使用したシステムの極限感度も示す。
（容量性タッチセンサの説明（９３００）〜（１２５００））
（補間容量性センサ回路の概説）
上述した補間力検知センサの主な利点は、これらの構成を用いて、センサの線形性を増大させることが可能なこと及びアクティブ電子デバイスの解像度よりも高い解像度でタッチを追跡する能力である。同じことが補間容量性センサについても言える。多くの存在容量性センサは既に何らかのレベルの補間（電場線がセンサ周囲の空間に拡散することに起因して）を有しているが、容量性センサは非常に非線形的な補間挙動を有しがちである。これは、高精度が重要である場合、特に、タッチ入力又はスタイラス入力の検出に使用される場合、問題である。現在、存在容量性タッチセンサの設計者は、非線形センサ（Ｘ，Ｙ）位置を線形空間に数値的にマッピングするルックアップテーブルを作成することにより、この非線形性に対処する。しかし、これらのルックアップテーブルは通常、１組の条件下で作成され、全条件下でセンサの非線形性を完全に補償することはできない。
【０２０３】
本発明により教示される技法を使用して、電子デバイスでの駆動線及び検知線の数を増やす必要なく、容量性センサの解像度を上げることが可能である。これを行うことは、はるかに高い線形性で予測可能なセンサ応答をもたらし、はるかによいタッチ及びスタイラス性能をもたらす。しかし、後述するように、補間を力検知センサ及び容量性センサに追加するために使用される技法の間には、幾つかの違いがある。
（補間抵抗値（９３００））
補間力検知センサの場合、本発明は、所望の補間挙動を達成するために、アクティブ線間に約１ＫΩの抵抗をターゲットとする（図３３（３３００）のセンサ等のアクティブ線の各対間に３つの補間抵抗を有するセンサの場合、各補間抵抗の値は１Ｋ／３＝３３３Ωである）。
【０２０４】
補間容量性センサの場合、一般に、受信側でのアクティブ線間の１ＫΩの抵抗は低すぎ、センサの受信側で非常に低い信号を生じさせると判断され得る。実験により、受信側でのアクティブ線間の１０ＫΩの抵抗が、はるかに強い信号を提供することが特定されている（図９３（９３００）のセンサ等のアクティブ線の各対間に３つの補間抵抗を有するセンサの場合、各補間抵抗の値は１０Ｋ／３＝３．３ＫΩである）。
【０２０５】
一般に、実験により、受信側でのより高い抵抗がより高い信号をもたらしたことが分かっている。しかし、特定のレベルでは、より高い抵抗が、センサ自体をローパスＲＣフィルタとして作動させ、したがって、アクティブ線間の１０Ｋよりもはるかに高い抵抗は、信号損失を生じさせ得る。送信側でのより高い抵抗は、消費電力を低減するが、同様に、高くなりすぎる場合、ＲＣ損失を生じさせるおそれがある。実験的手法及び分析的手法の両方が使用されて、所与のセンサ構成に最適な送受信抵抗値を見つけることができる。
（センサの走査）
力検知補間センサと容量性補間センサの走査の主な違いは、本発明が、容量性補間センサの場合、ＡＣ又は方形波若しくは正弦波等の振動波形を最適に送受信し、一方、力検知補間センサの場合、本発明がＤＣ信号を最適に送受信することである。
【０２０６】
その結果、センサシステムが、信号を生成し捕捉する異なる回路を利用することのみが求められる。この回路については後のセクションで説明する。
（センサ挙動）
補間力検知センサの場合、受信信号は一般に、力が掛けられていない場合、接地電位であるか、又は接地電位に近く、ユーザが力を掛けるにつれて増大する。
【０２０７】
補間容量性センサの場合、受信信号は一般に、タッチがない場合に最高である。これは、行電極と列電極との容量結合に起因する。指又は他の導電性物体がセンサに近づく場合、センサの送信部分から発せられてユーザの体を通って地面に達する電場線の導電路が作成される。これは、受信電極で受信される信号を低減させる。したがって、信号は高く始まり、ユーザが近づくにつれて低減する。実験により、補間容量性センサが力に対して非常に小さな感度を有することが特定されている。補間容量性センサは主に、センサに接触した各タッチ又は導電性物体の形状及び面積に応答する。
（センサデータの処理）
補間力検知センサについて説明したものと同様のソフトウェアアルゴリズムが使用されて、タッチが検出されない場合の信号レベルがない（減算した）ベースラインとして、補間容量性センサのベースラインレベルを検出することができる。上述した全ての処理アルゴリズムは、タッチが検出される場合、ゼロから増大する信号強度に依存するため、補間容量性センサからの信号は、測定されたベースラインから、センサから受信した信号を減算することによって反転することができる。これは、タッチが信号の正の増大になるように、信号の符号を効率的に反転させる。これにより、処理の残りの全ての段階は、タッチがある場合に増大する信号に対処することができ、したがって、補間力検知センサについて説明した全てのタッチ処理アルゴリズムは、大きな変更なしで補間容量性センサによって生成される信号に対して機能できるようになる。
（容量性送信電子デバイス）
上述したように、補間容量性センサは、ＡＣ又は振動波形を用いて駆動されなければならない。これらは通常、方形波又は正弦波の形態である。以下のセクションでは、これらの波形を生成する様々な方法が提案される。なお、これらの方法は、容量性センサの一環として、又は信号を生成するアクティブスタイラス内で使用することができる。
（方形波生成）
方形波を生成するために、多くの近代のマイクロコントローラ（ＭＣＵ）で見られる標準のＰＷＭモジュールを使用することができる。これらのＰＷＭモジュールが使用されて、マイクロコントローラ内部で周期的な制御信号を生成することができる。標準のＧＰＩＯモジュールと組み合わせられる場合、固定周波数でＧＰＩＯにおいて方形波出力を生成することが可能である。ＰＷＭモジュールは多くの場合、広範囲の周波数を生成可能であるため、この周波数はファームウェアによって調整することができる。不都合なことに、出力電圧は通常、所与のマイクロコントローラの論理レベル（１．８Ｖ〜５Ｖ）に制限される。ＳＮＲを増大させるために、送信信号の振幅は可能な限り高いことが望ましい。したがって、より高い電圧レベルを生成することができる回路の制御信号として、ＰＷＭ出力を使用することが有利である。
（アナログマルチプレクサを用いたＰＷＭを使用した方形波生成（１００００））
図１００（１００００）は、ＰＷＭモジュールがアナログマルチプレクサといかに対になり、高電圧方形波出力を生成することができるかを示す。基本的に、アナログマルチプレクサは、２つの電圧（高電圧及び低電圧）を取り、ＰＷＭを制御信号として使用する。ＰＷＭ信号は、高電圧レベルと低電圧レベルとの間で多重化され、ＰＷＭと同じ周波数を有する高電圧方形波を生成する。本発明の多くの好ましい実施形態で使用される周波数は、２００Ｋｈｚであるが、同様に他の周波数を選ぶこともできる。周波数は、外部ノイズの影響の受けやすさを低減するため、又は複数の周波数を同時に送信することが望ましい場合、動的に変更することも可能である。
【０２０８】
この回路は、本発明がＭＣＵの電圧レベルをセンサの駆動に使用される電圧レベルから切り離すことができる。ＶＨｉｇｈは、ＭＣＵが動作する電圧よりも高い電圧であることができる。更に、ＶＬｏｗは、ＭＣＵの接地レベルよりも低い電圧であることができる。例えば、典型的なＭＣＵは３．３Ｖ又は１．８Ｖで動作し得るが、本発明は＋５ＶのＶＨｉｇｈ及び−５ＶのＶＬｏｗを使用し得、１０Ｖの振幅を有する送信信号を生成する。代替の例として、本発明は、更に高い「高電圧」１２Ｖ及び低電圧０Ｖを使用することができ、１２Ｖの振幅を有する信号を生成する。
（コンパレータを用いたＰＷＭを使用する方形波生成（１０１００））
図１０１（１０１００）は、高電圧方形波を生成する代替の方法を示す。この構成では、ＰＷＭ出力は、オペアンプ（ＯＰＡＭＰ）の非反転入力に供給される。ＯＰＡＭＰはコンパレータであるように構成され、これは、ＰＷＭ信号がＶｒｅｆよりも大きい場合、出力がＶＨｉｇｈであり、ＰＷＭ信号がＶｒｅｆよりも低い場合、出力がＶＬｏｗであることを意味する。図に示されるように、波形は図１００（１００００）に見られる波形と略同一である。Ｒ１及びＲ２は、Ｖｒｅｆを生成する単純な分圧器を形成する。最も実用的な用途では、Ｒ１はＲ２に等しく、これは、ＶＤＤ／２においてＶｒｅｆを生成する（図１０１（１０１００）の「ＰＷＭ信号出力」グラフに見られるように）。
（正弦波生成）
ときには、方形波の代わりに正弦波を送信することが有利なことがある。方形波は幾つかの異なる周波数で構成され、一方、正弦波は単一の周波数である。補間容量性タッチセンサを駆動する場合、複数の電極を同時に駆動することが可能である。各電極が異なる周波数で駆動される場合、受信側は、各周波数のどの程度のエネルギーを受信したかを特定し、したがって、各駆動電極からの寄与を特定することができる。方形波の代わりに正弦波を用いての駆動は、信号をよりクリーンにし、受信側でより容易にフィルタリングし解釈されるものにする。例えば、正弦波は、ローパス、ハイパス、及びバンドパスフィルタリングでよりよくフィルタリングすることができ、ＦＦＴ等のアルゴリズムを使用して分解することができる。
（発振器を使用した正弦波生成（１０２００））
正弦波を生成する様々な方法がある。一方法は、図１０２（１０２００）に見ることができるように、位相シフト発振器を構築することによるものである。ＯＰＡＭＰの出力は一連のフィルタに供給され、一連のフィルタは、出力の位相を１８０度シフトさせる。これは、ＯＰＡＭＰが正のフィードバックを受け、発振を開始する条件を生じさせる。この段の出力は正弦波である。回路のＲ値及びＣ値は、特定の振動周波数を選択するように調整することができる。図１０２（１０２００）では、電圧バッファが発振器の出力に配置されて、センサ電極による発振器段の装荷を回避する。これにより、発振器は、駆動中のセンサの特定の入力インピーダンス特性について心配する必要なく、調整することができる。アナログマルチプレクサが出力に追加されて、正弦波の送信をイネーブル／ディスエイブルする。フィードバックメカニズムが追加されて、発振器回路によって生成される周波数の即時変更を可能にする。
（高速ＤＡＣ及び増幅器を使用して生成される正弦波（１０３００））
位相シフト発振器は、構築がかなり簡単であるが、幾つかの欠点を有する。温度変化は、フィードバックループの抵抗値に大きく影響するおそれがあり、周波数の変動を生じさせる。また、効率的に発振器を確実にイネーブル／ディスエーブルする容易な方法はない（発振器は多くの場合、最初にイネーブルされる際、安定までに時間がかかる）。
【０２０９】
したがって、デジタル手法を用いて正弦波を生成することが有利なことが多い。図１０３（１０３００）は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ：ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を使用して、正弦波のデジタル表現を生成する正弦波生成技法を示す。この実装形態では、ＤＡＣ周辺機器は、直接メモリアクセス（ＤＭＡ：ｄｉｒｅｃｔ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）を使用しており、メモリ内の正弦波ルックアップテーブルから値を読み出す（メモリには、正弦波のデジタル表現が予めロードされていなければならない）。ＤＡＣは、これらのデジタル値を取り、アナログに変換する（「ＤＡＣ出力」波形に見られるように）。しかし、ＤＡＣ出力は、電極を駆動するために直接使用することはできない。これは、ＤＡＣが離散値を変換している（離散階段効果を生じさせる）ことから、ＤＡＣによって生成される信号が多くの場合、ギザギザであるためである。したがって、ＤＡＣ出力をローパスフィルタリングして、より平滑な正弦波信号を生成することが有利であり得る。このフィルタ後、信号は使用されて、増幅器を駆動することができ、増幅器は、電極の駆動に使用される信号の振幅を増強し、それにより、システムのＳＮＲを増大させる。この回路では、送信イネーブル信号が使用されて、ＤＡＣをイネーブル／ディスエーブルする。
【０２１０】
この手法の最大の利点の１つは、回路がソフトウェアを通して所望の送信周波数及び振幅を容易に選択可能なことである。これは、周波数ホッピングが使用されてノイズが回避される場合又は複数の周波数を異なる電極若しくは同じ電極で同時に送信する場合、有用であることができる。
（容量性受信電子デバイス）
上述したように、補間容量性センサは、ＡＣ又は振動波形を検出しなければならない。これらは通常、方形波又は正弦波の形態である。以下のセクションでは、これらの波形を検出する様々な方法が提示される。なお、これらの方法は、容量性センサの一環として又は振動信号を検出するアクティブスタイラス内で使用することができる。
（前置増幅器、整流器、及び積分器を使用した受信回路（１０４００））
本発明は、補間容量性センサを駆動するＡＣ周波数を送信するため、受信電子デバイスは、受信ＡＣ信号の強度を確実に検出可能でなければならない。単一の送信周波数を使用しているシステムでは、図１０４（１０４００）に示されるようなＡＣ検出器回路を構築することが可能である。この回路は、受信ＡＣ信号を取り、ＡＤＣによって読み取ることができるＤＣ信号に変換する。結果として生成されるこのＤＣ電圧レベルは、受信ＡＣ信号の強度を示す。これは、後述するような多段信号処理手法を通して達成される。
【０２１１】
第１の段は、高周波ノイズを拒絶するのに使用される単純なＲＣフィルタである。フィルタは、ノイズが十分に低い場合、必要ないことがあるため、任意選択的なものである。このフィルタのカットオフ周波数は、所望の周波数範囲のみが透過されるように選ぶことができる。この特定の回路構成では、本発明は、送信信号で２００ＫＨｚ周波数を送信する。したがって、選択された構成要素値は、Ｒ１＝１０００Ω及びＣ１＝１００ｐＦであった。これは、約１．６ＭＨｚのカットオフ周波数をもたらす。このフィルタが必ずしも、図に示されるようなＲＣローパスフィルタである必要がないことに留意することが重要である。当業者は、様々なノイズプロファイルに対抗するために、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、又はノッチフィルタを使用することができる。ここでは、回路に必要な構成要素を単純化するために、受動フィルタが使用される。このフィルタは、ノイズをより効率的に拒絶するために、能動フィルタで置換することができる。
【０２１２】
この第１のフィルタ段後、信号は非反転可変利得増幅器（前置増幅器）に供給される。この特定の回路構成では、Ｒ２＝１００Ω及びＲ３＝１０ＫΩが、この例では選ばれる。Ｒ３は可変抵抗であるため、最高で１０１ｘまでの可変利得を達成することが可能である。十分な利得帯域幅積（ＧＢＰ：Ｇａｉｎ−Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｐｒｏｄｕｃｔ）を有するオペアンプ（Ｕ１）を選択することが重要である。この回路構成では、ＧＢＰは２５ＭＨｚである。これは、１０１の利得の場合、この増幅器段が約２４８ＫＨｚの帯域幅を有し、これにより、本発明の２００ＫＨｚ信号を透過させることができることを意味する。実際に、通常、この段で増幅器の完全利得であることは必要なく、したがって、この段では、２５ＭｈｚのＧＢＰで十分すぎる。増幅信号の極性は、後の段にあまり影響しないため、この段で、反転増幅器が使用可能である。
【０２１３】
前置増幅器段後、別の任意選択的なフィルタリング段が示される。この構成では、Ｒ４＝１ＫΩ及びＣ４＝５１０ｐＦが選ばれ、３１２ＫＨｚのカットオフをもたらす。上述したように、このフィルタは、能動フィルタで置換することができ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、又はノッチフィルタであることができる。
【０２１４】
第２のフィルタ段後、信号は半波整流器に供給される。この段は、波形の正の側をブロックし、負の側のみを透過させる。これにより、信号を最終的な段である積分器に供給することができる。整流器前、信号は電荷平衡される。仮に信号の完全版が積分器に供給される場合、結果はゼロをもたらす（波形の各周期後の電荷の和は概ねゼロである）。波形の正の側をブロックすることは、適宜積分することができる非平衡信号を提供する。なお、本発明が信号の負の側のみを通す理由は、積分器が反転積分器であり、正の信号を生成する積分器が望ましいためである。非反転積分器の場合、波形の正の側を透過させるように、半波整流器の極性を変更する。
【０２１５】
既に述べたように、最後の段階はアナログ積分器である。この積分器が負の利得を有することに留意することが重要である。整流器から負の信号を供給することにより、積分器の出力は正になる。これにより、正の電圧のみをサンプリング可能なＡＤＣの使用が可能である。この回路構成では、Ｒ６＝１００Ω、Ｒ７＝１００Ω、及びＣ７＝１０ｎＦが選ばれる。Ｃ７は可変キャパシタであり、積分器の電荷率を変更することができる。積分器段では、ユニティゲイン安定であるオペアンプ（Ｕ２）を選択することが重要である。そうでなければ、積分器は不安定になり、出力は振動し得る。
【０２１６】
ＳＷ１は、ＣＣＤ上のＧＰＩＯから生成される信号によって開／閉可能なアナログスイッチである。最も標準的なアナログスイッチが、ＳＷ１に使用可能である。例えば、テキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）はＴＳ１２Ａ４５１６を製造し、これはこの用途にとって完璧である。ＳＷ１が閉じられる場合、積分器キャパシタによって蓄えられた電荷はクリアされる。これは基本的に、積分器をリセットする。このスイッチは、ＡＣ信号検出器の重要な部品である。ＳＷ１は、走査中に接続されるのがいずれの行かを選択する場合、閉じられたままでなければならない（積分器はリセット状態である）。これは、この回路の最初の２、３の段階を通して生じるいかなる切り換えノイズの蓄積も回避する。正確な行がＡＣ検出器の入力に接続されると、ＳＷ１は開かれて、積分を開始する。これは、各行に最も信頼できるＡＤＣ読み取りを与える。
【０２１７】
図１０４（１０４００）では、ＡＤＣサンプル窓も積分器出力波形に示される。積分器では、入力に電圧がない場合、出力はＤＣ値に落ち着く。このシステムでは、センサの送信側からの有限数のサイクルが積分される。したがって、一定の組のパルスの受信後、積分器出力はＤＣ値に落ち着く。これは、信号がＡＤＣを用いてサンプリングされる場合である。ＡＤＣサンプリングが完了した後、積分器はリセットされ、回路は、次の行を受信するように準備される。
【０２１８】
この回路では、システム性能を調整するために、２つのパラメータ（Ｒ３及びＣ７）が変更可能なことに留意することが重要である。受信される信号の量は、この回路が接続されるセンサの構成に依存する。したがって、所与のセンサの場合、Ｒ３／Ｃ７はそれに従って調整されなければならない。通常、信号は、センサに何も接触していない場合、最高になり、指がセンサに近づくにつれて低減する。ＡＤＣによって捕捉される信号値のダイナミックレンジを最大化するために、タッチがない場合に積分器によって出力される、クリッピングなしでＡＤＣの上部範囲にある信号が望ましい。更に、いずれの増幅器も利得帯域幅積を超えないことを確かめることが望ましい。Ｒ３及びＣ７は、手動（可変抵抗／可変キャパシタを調整することにより）で、設計段階で、又はソフトウェアを介してデジタル的に調整可能であることができる。
（前置増幅器及び高速ＡＤＣを用いたマルチ周波数受信回路（１０５００））
図１０４（１０４００）の回路が複数の受信周波数を区別することができないことに留意することが重要である。複数の周波数が単一の受信電極で捕捉される必要がある場合、図１０５（１０５００）に示される手法を使用することが可能である。この回路は、高速ＡＤＣに供給する増幅器である。この高速ＡＤＣは、システムで使用される最大送信周波数の２倍よりも高いサンプリングレートを有さなければならない。これが、捕捉信号でのエイリアスの影響をなくす、サンプリング周波数をナイキスト速度よりも高く維持するためのものであることを当業者は知るであろう。そのような高いレートで捕捉するためには、通常、直接メモリアクセス（ＤＭＡ）インターフェースを通して波形を捕捉するＡＤＣを有する必要がある。これにより、ＡＤＣは、専用ＣＰＵサイクルを必要とせずに、捕捉された値を直接、メモリに書き込むことができる。
【０２１９】
次に、ソフトウェアアルゴリズムが信号に適用されて、フィルタリング（例えば、ソフトウェアでのハイパス、ローパス、バンドパス、又はノッチフィルタリング）を実行し、１つ又は複数の送信周波数での信号の振幅を検出することができる。幾つかの状況では、この手法は、１つのみの周波数を検出する必要がある場合であっても、前の手法よりも有利であることができ、その理由は、捕捉信号の振幅を半分にカットする整流器をなくすとともに、調整が難しいことがあり、入力信号が高すぎる場合には飽和することがある積分器もなくすためである。
（ＦＦＴを使用した複数周波数の分離（１０６００））
波形が正確に捕捉されると、ＦＦＴアルゴリズム（図１０６（１０６００））を実行して、信号を時間領域から周波数領域に変換することが可能である。これは、いずれの特定の周波数が受信信号を構成するかを明らかにするとともに、各周波数帯でどの程度のエネルギーが受信されたかも示す。図１０６（１０６００）では、ＦＦＴが、受信信号が４つの周波数（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４、及びＦ４）で構成されることを明らかにすることを見ることができ、各周波数が受信された強度を見ることが可能である。
【０２２０】
信号をデジタル的に捕捉し、ＦＦＴを実行することにより、異なる周波数を用いて複数の列上のセンサを同時に駆動し、各列から来る信号の寄与をデジタル的に再構築することが可能になる。センサが、過度の電気ノイズがある周波数を特定し、より少ないノイズを有し得る他のチャネルに周波数ホッピングすることも可能になる。
（容量性センサの走査）
（単一の送信器／受信器を有する走査回路（９３００））
図９３（９３００）は、一度に補間容量性センサの１つのアクティブ行−列交点を走査することをサポートする走査回路を示す。
（単一の送信器の例示的な走査方法（１１６００）＋（１１７００））
このタイプのセンサを走査する例示的な方法は図１１６（１１６００）に示され、適切なサブルーチンの詳細は図１１７（１１７００）に定義される。
（単一の送信器／複数の受信器を有する走査回路（９４００））
図９４（９４００）は、補間容量性センサの複数の行の同時走査をサポートする走査回路を示す。全てのアクティブ行を単一のＡＣ信号検出器及びＡＤＣに接続させる代わりに、ＡＣ信号検出器及びＡＤＣの複数のインスタンスがある。アナログスイッチは、各ＡＣ信号検出器及びＡＤＣを２つ以上のアクティブ行に接続できるようにする。（テキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）部品ＴＳ１２Ａ１２５１１又は適切な数のスロー端子を有する同様の部品が、このために上手く機能する）。
（複数の受信器の例示的な走査方法（１１６００）＋（１１７００））
このタイプのセンサを走査する方法は、単一の送信器及び受信器を有するセンサでの図１１７（１１７００）に示される方法と同じであるが、各走査サイクルで、複数のＡＣ信号検出器が複数のアクティブ検知電極に接続することができ、複数のＡＤＣサンプルを取ることができ、全体走査時間を低減する。
（複数の送信器を有する走査回路（マルチ周波数）（９５００））
図９５（９５００）は、列線上に複数の送信器を有する走査回路を示す。この回路を使用して、異なる列上で異なる周波数を同時に送信し、所与の行で、各アクティブ列から来た信号の寄与を再構築することが可能である。
【０２２１】
各アクティブ列からの信号寄与を再構築するためには、時間の経過に伴い、信号の複数のサンプルがＡＤＣにより収集されなければならない。次に、ＦＦＴが信号に適用されて、各送信信号の振幅を特定することができる。次に、これらの信号振幅は、生成された列位置にマッピングされ、ＴＳＭに書き込むことができる。代替的には、異なる周波数に調整された複数のＡＣ信号検出器が並列に使用されて、複数の周波数を検出することができる。しかし、これは、電力及びコストの視点から法外に高くなることがある。
【０２２２】
単一のＡＣ信号増幅器／フィルタのみがシステムにある場合、この手順は、容量性センサプロファイル全体が再構築されるまで、各行に１回実行することができる。更に、列のサブセットのみを同時に駆動して、周波数間により大きな分離及び駆動列間により大きな空間分離を可能にすることが有利であり得る。この場合、列多重化回路が使用されて、アクティブに駆動されない列を接地することができる。次に、駆動列及び接地列の異なる組合せを有する幾つかのパスが実行されて、容量性センサプロファイル全体を再構築することができる。
（複数の送信器の例示的な走査方法（１１６００）＋（１１８００））
このタイプのセンサを走査する方法は図１１６（１１６００）に示され、適切なサブルーチンは図１１８（１１８００）に定義される。
（複数の送信器／受信器（マルチ周波数）を用いる走査回路）
更にもう一歩踏み込むと、図９５（９５００）に示されるような列上の複数の送信器及び行上の複数の受信器を使用して、センサ要素の二次元アレイを同時に走査することが可能である。この場合、複数の送信器は、異なる周波数を同時に送信することができ、一方、複数の受信器は、複数の行を同時にサンプリングする。次に、ＦＦＴが各行の信号に適用されて、各列の送信器から各行の異なる寄与を再構築し、信号値の二次元アレイを再構築することができる。
【０２２３】
前の説明で述べたように、列のサブセットを駆動し、且つ／又は行のサブセットのみを同時に走査することが有利であり得る。この場合、他の全ての行及び／又は列は、列及び行多重化回路を使用して接地に取り付けることができる。次に、幾つかのパスが異なる駆動行／列組合せを用いて実行されて、容量性センサプロファイル全体を再構築することができる。例として、図９５（９５００）では、列及び行多重化回路の状態を見ることにより、全ての列が同時に駆動されており、一方、１つ置きの行のみが同時に走査されていることを見ることができる。
（アクティブスタイラスのサポート）
容量性タッチセンサは一般に、３つのタイプのスタイラスの１つと併用することができる。第１のタイプのスタイラスは、人の指の容量特性を模倣しようとする。これらのタイプのスタイラスは通常、導電性材料で作られ、大きく柔らかい（柔軟な）ゴム先端部を有する。このタイプのスタイラスの下側は、非常に不正確であり、いずれのタッチがスタイラスから来ているのか及びいずれのタッチが指／手の平から来ているのかを特定することが難しいため、このタイプのスタイラスを用いて手の平拒絶を行うことが難しい。
【０２２４】
第２のタイプのスタイラスは、センサの送信回路に自動的に同期し、センサが予期する信号への反転信号を生成するアクティブスタイラスである。これらのタイプのスタイラスは基本的に、指の容量性シグネチャを模倣する。これらは、容量性センサとのいかなる特別なモードの通信も必要としないため、これらのタイプのアクティブスタイラスについての追加考察はここで提示しない。
【０２２５】
第３のタイプのスタイラスは、センサと通信して、センサ格子に相対する位置を特定することができるアクティブスタイラスである。このタイプのスタイラスは、データをセンサに送信し、データをセンサから受信し、又はこれら両方を行うように構成することができる。この手法の利点は、これらの手法の１つを使用したアクティブスタイラスが、はるかに高い正確性を達成することができ、この種のアクティブスタイラスが指又は手の平から容易に区別され、スタイラスを使用し、他のタイプの対話を促進している間、ユーザが手をセンサ表面に置けるようにすることである。このセクションの残りの部分では、補間容量性センサを用いてこのタイプのアクティブスタイラスを実施する方法について説明する。
（センサ及びスタイラスの同期）
アクティブスタイラスをサポートするために、センサをスタイラスと同期することが重要であり得る。センサが信号をスタイラスに送信中である場合、スタイラスは、特定の走査で、センサが所与の時間にどこにあるかを知る必要がある。スタイラスが信号を送信中である場合、センサは、受信回路をいつアクティブ化するかを知る必要がある。更に、センサがタッチをまさに走査している間、スタイラスが送信を試みる場合、これは不要な電気ノイズを生じさせ、センサを混乱させることがある。したがって、送信するアクティブスタイラスは、センサがスタイラスを探しているときにのみ送信する方法を有するべきである。同期方法について、異なるタイプの走査のそれぞれについて以下のセクションで考察する。
（スタイラス走査の実行（１２４００））
図１２４（１２４００）は、アクティブスタイラスと補間容量性センサとの対話を示す。センサは一般に一度に１つのスタイラスのみと通信するため、スタイラスの位置を検出するために、完全行列走査は必要ない。代わりに、スタイラスの位置を特定するために、本発明は、Ｘ位置及びＹ位置のみを特定するだけでよい。Ｘ位置を特定するには、列に沿った１つの走査が実行され、各アクティブ列とスタイラスとの間の信号強度を測定し得る。次に、補間アルゴリズムが使用されて、Ｘ軸に沿ったスタイラスの座標を特定することができる。次に、同じ手順をＹに沿って実行することができ、このとき、スタイラスへの各アクティブ行上の信号強度を測定する。図１２４（１２４００）は、スタイラスとセンサとの結合量を２つのグラフ（１つはセンサの下及び１つはセンサの右側）の形態で示す。スタイラスが送信中であり、センサが受信中である構成では、グラフのドットは、各アクティブ電極（Ｘ及びＹに沿った）で受信される信号の量を示す。センサが送信中であり、スタイラスが受信中である構成では、ドットは、スタイラスが各アクティブ電極から受信する信号の量を示す。
【０２２６】
このタイプの走査は、アクティブ列及びアクティブ行に沿って行うだけでよい（全てのアクティブ列−行交点の代わりに）ため、このタイプの走査は、非常に高速で実行することができる（複数のタッチの走査よりもはるかに高速）。更に、スタイラス待ち時間は指の待ち時間よりもはるかに顕著であり、書き込み及び描画は非常に高速且つ精密な動きを含むため、このタイプの走査は、指の走査よりも高い周波数で実行することができる。
（スタイラス補間アルゴリズム）
アクティブスタイラスは、信号をＶＩＡに無線で受信／送信するため、非ゼロ信号強度が通常、センサのアクティブ行及びアクティブ列のそれぞれで検出される（図１２４（１２４００））。しかし、所与の時点でスタイラスの位置から離れた行／列で報告される信号強度は、一般に非常に低い。例えば、図１２４（１２４００）の一番下のアクティブ行が非常に低い信号を有することに留意する。したがって、補間Ｘ又はＹ位置を計算する前に、本発明はまず、いずれの信号が補間されるべきかを特定しなければならない。
【０２２７】
好ましい例示的な一手法では、２つの最も強い信号を有する２つの近傍位置及びそれらに隣接する２つの追加位置（合計で４つの位置）が使用されて、補間位置を計算する。図１２４（１２４００）を参照すると、アクティブ列２及び３が最も強い信号を有することを見ることができる。２つの近傍位置は、アクティブ列１及び４である。したがって、アクティブ列１、２、３、及び４が、この場合、Ｘスタイラスの位置の計算に使用される。同様に、行に沿って、アクティブ行２及び３は最も強い信号を有し、それらの近傍はアクティブ行１及び４である。したがって、アクティブ行１、２、３、及び４が、この場合、Ｙスタイラス位置の計算に使用される。
【０２２８】
Ｘ及びＹ位置を計算するために、４つの選択された列の加重平均位置が計算され、重みは信号強度である。補間位置は、４つの位置をそれぞれの信号強度で乗算した和を４つの位置での信号強度の合計で除算したものとして計算される。したがって、式は、
補間位置＝（位置１＊信号強度１＋位置２＊信号強度２＋位置３＊信号強度３＋位置４＊信号強度４）／（信号強度１＋信号強度２＋信号強度３＋信号強度４）
である。
【０２２９】
例として、図１２４（１２４００）での選択されたアクティブ列１、２、３、及び４の信号強度はそれぞれ、０．１、０．５、０．８、及び０．２５であるため、補間Ｘ位置は、（１＊０．１＋２＊０．５＋３＊０．８＋４＊０．２５）／（０．１＋０．５＋０．８＋０．２５）＝２．７３として計算される。選択されたアクティブ行１、２、３、及び４の信号強度はそれぞれ、０．１５、０．６、０．６、及び０．１５であるため、補間平均Ｙ位置は、（１＊０．１５＋２＊０．６＋３＊０．６＋４＊０．１５）／（０．１５＋０．６＋０．６＋０．１５）＝２．５として計算される。
（スタイラス先端部センサ）
これまで説明したアクティブスタイラスに伴う一問題は、スタイラスが空気中にあるか、それとも検知表面に触れているかを判断することが難しいことがあることである。この理由は、スタイラスが、センサの上方にある場合であっても、検知表面から信号を送／受信し続け、スタイラスが表面に触れているか否かを純粋に信号から判断することが難しいことがあるためである。更に、純粋に容量性タッチセンサの場合、スタイラスに掛けられている力の量を特定することが難しいことがある。
【０２３０】
この問題に対処するために、先端部センサがスタイラスに含められて、スタイラスがセンサ表面に接触しているか否かを判断し、ユーザがスタイラスに掛けている力の量を特定することができる。スイッチ、光学力センサ、容量性力センサ、抵抗性力センサ、誘導性力センサ等のこのタイプの先端部センサを実施する多くの既知の方法がある。
【０２３１】
スタイラスが触れているか否か及び先端部に掛けられた力の量についての情報は、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信又はスタイラスから補間容量性センサから送信される信号を介して中継することができる。この情報は、アプリケーションソフトウェアで使用されて、（例えば）画面にレンダリングされるスタイラスストロークの暗さ又は幅を変更することができる。
【０２３２】
先端部のセンサに加えて、スタイラスは、「消しゴム」の形態で、本体又は他端部に埋め込まれた他のセンサを有し得る。これらのタイプのセンサは全て、同様にして実施することができ、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信又はスタイラスから補間容量性センサに送信される信号を介してデータをデバイスに／から送信することができる。
（スタイラス空中静止）
スタイラスが表面に接触してない場合、センサの上方の大まかなスタイラスの位置及び高さを特定することが可能であり得る。これは、ディスプレイ及びタッチセンサが同じ場所に配置されない用途で極めて有用であることができ、ユーザが、スタイラスが下に触れる前、スタイラスがどこにあるかを知ることを可能にする。エアブラシ（実際のエアブラシは、塗っている表面の上方の空気中にあるときに塗料を塗布する）等の仮想描画ツールを実施することも有用である。
【０２３３】
空中静止したスタイラスの位置は単純に、センサに触れているスタイラスの位置と同じ方法で特定することができる。高さは、最も高い信号（上述）を有する４つのＸ及びＹアクティブ列及び行で受信される総合信号強度を見ることにより、特定することができる。センサの表面に接触しているスタイラスの場合、これらの信号強度の和は通常、一定である。スタイラスがセンサの表面から離れて移動するにつれて、信号強度の和は、繰り返し可能に低減する。総合信号強度とセンサ表面の上方の高さとの関係は、分析的に測定することができ、次に、ルックアップテーブルに記憶することができ、ルックアップテーブルは、センサ表面の上方のスタイラスの高さを計算するために実行時にアクセスすることができる。
（複数のスタイラス）
複数のアクティブスタイラスが、同時に（同時に使用される２つ以上のスタイラス）又は非同時に（ユーザは、多くの異なるアクティブスタイラスを有することができるが、一度に１つのみを使用可能である）補間容量性センサと併用可能である。
【０２３４】
各スタイラスは受信器／送信器を有するため、複数のスタイラスと所与の補間容量性センサとの通信は、時間的に順番にすることができ、したがって、各スタイラスは、Ｘ／Ｙ位置を別個に特定する機会を有することができる。更に、各スタイラスは、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信を介して通信されるか、又はスタイラス先端部から補間容量性センサに送信される一意のＩＤを有することができる。一意のＩＤが使用されて、異なるスタイラスに、異なる先端部形状、異なる色、又は異なるユーザ識別情報（デバイスは、いずれのスタイラスが使用されているかに基づいて、いずれのユーザが書いているかを特定することができる）等の異なる機能を与えることができる。代替的には、複数のスタイラスと補間容量性センサとの通信は、異なるＡＣ周波数帯で行うことができる。
（複数の受信器／送信器）
単一のスタイラスは、複数の受信器／送信器（送受信器と呼ばれる）を有することができ、スタイラスの向きをより細かい粒度で特定することができる。例えば、互いに隣り合った２つの送受信器が先端部にある場合、スタイラスの回転は、２つの送受信器の相対（Ｘ，Ｙ）位置に基づいて特定することができる。代替的には、先端部の近傍に上下になった２つの送受信器がある場合、スタイラスの傾斜が、送受信器の相対（Ｘ，Ｙ）位置を特定するとともに、上部送受信器の高さを特定することによって特定することができる。消去特徴をサポートするために、スタイラスの裏側に送受信器があってもよい。
（スタイラスに送信するためのセンサ回路／方法（９６００）＋（１１９００）＋（１２０００））
図９６（９６００）は、センサがＡＣ信号をスタイラスに送信し、スタイラスがこれらの信号を受信するように構成される回路構成を示す。走査回路に関連付けられた例示的な方法は、図１１９（１１９００）に示され、サブルーチンは図１２０（１２０００）に更に定義される。
【０２３５】
センサ／スタイラス対話は以下である。まず、センサ及びスタイラスは互いに同期しなければならない。これを達成するために、センサは、一意の同期周波数をセンサ行／列の全てに同時に送信する。スタイラスは、この特定の周波数の存在を検出するまで待つ。これは、走査の開始を示す。センサは、同期ビーコンを送信した後、一度に１つのアクティブ電極をＡＣ信号源に接続し、所定数のパルスを電極に送信する。スタイラス及びセンサは同期されるため、スタイラスは、各電極の送信にどの程度かかるかが分かる。
【０２３６】
センサが送信中、スタイラスは受信モードになり、図１０４（１０４００）に示されるような方法を使用して、信号受信強度をデジタル値に変換する。スタイラスは、走査中に信号を受信した各電極からの信号の受信強度をログ記録する。走査が完了した後、スタイラスは、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信又は他の同様の無線データチャネルを介して未処理データをセンサに送信することができ、それにより、センサはデータを処理し、スタイラスの位置を計算することができる。別の実施形態では、スタイラスは、オンボードマイクロコントローラを使用してそれ自体の位置を内部で計算し、計算された位置をセンサに送信することができる。
【０２３７】
代替的には、同期は、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信を使用することによって実行することができる。これは、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信送信器及び受信器が、正確な時間同期を必要とし、これと同じ同期が、スタイラスとセンサとの間で共通の時間ベース及びスケジュールを生成するために使用することができ、これが、各列及び行で送信された信号の同期に使用可能なことに起因する。同期を実行する更に別の方法は、センサが、走査中の各行／列に同期パルスシーケンスを送信することである。シーケンスは、振幅変調、周波数変調、位相変調、又は他の既知の変調方式を使用して符号化することができる。
（送信センサのセンサ回路／方法（９７００）＋（１１９００）＋（１２１００））
この構成では、スタイラスは、ＡＣ信号をセンサに送信しており、センサはこれらの信号を受信するように構成される（図９７（９７００）参照）。この走査の方法は図１１９（１１９００）に示され、サブルーチンは図１２１（１２１００）に定義される。
【０２３８】
この例示的な実施形態では、スタイラスは、センサがスタイラスを走査可能になるまで、低電力モードであることができる。これは、タッチについて走査している間、スタイラスが送信しないようにする。センサは、スタイラス走査を開始する準備ができると、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信接続を使用してパルス送信の開始をスタイラスに通知することができる。
【０２３９】
スタイラスは、所定数のパルスを周期的な間隔で発する。センサは、これらの各パルスがどれぐらいかかるかが分かるため、各アクティブ電極を順にＡＣ信号検出器まで電気的に結合し、スタイラスが送信しているはずの間、受信することができる。センサは、受信信号強度のリストを生成し、このリストは、スタイラスの位置の計算に使用することができる。走査後、センサは、次の走査の時間になるまで、低電力モードに戻るようにスタイラスに指示することができる。
（双方向スタイラスのセンサ回路／方法（９８００））
前の２つの方法は結合されて、図９８（９８００）に示されるように、スタイラスとセンサとの間での双方向通信を可能にすることができる。これを可能にするために、補間センサは、１組のＡＣ信号送信器及び検出器を列及び行の両方で必要とし、スタイラスも同様に、１組のＡＣ信号送信器及び検出器をスタイラス先端部に必要とする。この構成の一利点は、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信なしで双方向同期が実行可能なことである。更に、信号をセンサからスタイラスに送信するか、スタイラスからセンサに送信するか、又は両方向で送信することにより、三角測量が実行可能である。これは、三角測量の精度を増大させるために使用することができる。
（能動的追跡を用いる他のタイプの物体）
スタイラスの能動的追跡に関してここに提示される送受信器回路は、他のタイプの物体に適用することもできる。例えば、絵筆、定規、玩具、更には指ぬき内に埋め込まれて、補間容量性センサ表面のそれらの物体の追跡を可能にする。
（力検知と容量性検知との結合）
（力／容量性検知回路（９９００））
先に示された（図４１（４１００）、図６４（６４００））力検知センサ構成の全ては、ＤＣ信号を用いて走査されて、掛けられた力を測定するとともに、ＡＣ信号を用いて走査されて、容量性結合を測定することができる。図９９（９９００）は、ＡＣ信号及びＤＣ信号の両方を用いてセンサを走査するために必要な電子デバイスを詳述する回路図を示す。これは、センサ要素のそれぞれが可変抵抗及び可変キャパシタの両方として機能するセンサＶＩＡも示す。
【０２４０】
実験的に、非連続力検知層を有するセンサ（図４１（４１００）、図４２（４２００）、図４６（４６００）、図４８（４８００）、図４９（４９００）、図５０（５０００）及び図６０（６０００）に示される等）では、電場線が力検知層を通り、指及び導電性物体による影響を受け得ることが特定されている。したがって、センサを容量性センサ（導電性物体による軽い接触を検知）及び抵抗性センサ（任意の物体からの圧力を検知）の両方として動作させることが可能である。
【０２４１】
実験により、連続力検知層を有するセンサ（図４３（４３００）及び図４７（４７００）に示される等）では、導電性物体を検出することができない（力検知層が電場線をブロックする傾向を有するため）ことが特定されている。しかし、幾つかの場合では、ＤＣ信号の変化が見られる前に、ＡＣ信号を用いてより軽い力を検出することが可能である。これは、センサの層間に僅かな空気ギャップがあり得、容量性走査手法が基本的に、層間の導電性を変化させるのに十分な接触前に空気ギャップの距離を測定することが可能なためである。
【０２４２】
図９９（９９００）に示される回路図は、ＤＣ電圧源をイネーブルし、ＡＣ信号源をディスエーブルし、ＤＣ信号調整回路から信号を受信するようにアナログスイッチ（ＴＳ１２Ａ１２５１１又は均等物）を切り換えることにより、ＤＣ信号を用いてセンサを走査するように構成することができる。代替的には、回路は、ＡＣ信号源をイネーブルし、ＤＣ電圧源をディスエーブルし、ＡＣ信号検出器から信号を受信するようにアナログスイッチを切り換えることにより、ＡＣ信号源を用いてセンサを走査するように構成することができる。回路は、走査単位又は走査されるセンサ要素毎にこれらの２つのモード間で切り換えることができる。
（力／容量性検知方法（１２２００）及び（１２３００））
図１２２（１２２００）は、完全な抵抗性走査を実行した後に完全な容量性走査が続く方法を示す。図１２３（１２３００）は、走査中、各センサ要素の抵抗性測定及び容量性測定の両方を実行することを含む第２の手法を示す。
（力検知と容量性検知とを組み合わせることの利点）
センサが力及びキャパシタンス変化を検知する能力を有する場合、各走査からのデータを一緒に使用して、センサ性能を改善することが可能になる。２つの走査を一緒に組み合わせることにより、より高精度の特徴抽出が可能になり、タッチ追跡を改善する。これを達成する方について以下の段落で説明する。なお、各走査からの未処理データを組み合わせることが可能であるが、各走査からの未処理データに接触追跡アルゴリズム（本明細書において上述）を実行し、その後、接触データセットを組み合わせることがはるかに実用的である。したがって、以下の考察は、力検知接触データ及び容量性検知接触データを組み合わせる方法に焦点を合わせる。
【０２４３】
力走査及び容量性走査はそれぞれ、値のアレイ（ＴＳＭ）を生成する。本明細書で上述したように、接触データは、これらのアレイのそれぞれから抽出することができる。この接触抽出後、残りは、容量性センサによって検出された接触のリスト及び力センサによって検出された接触のリストである。容量性走査接触毎に、力走査からの各接触へのこの接触の距離を計算することが可能である。単純な距離閾値を使用して、これらの接触が、センサと対話している同じ物体からのものであるか否かを判断することが可能である。この距離計算／照合プロセスは、全ての容量性走査接触に対して行うことができる。これは基本的に、対になった接触のリストを生成する（幾つかの接触は一致しないが）。この照合プロセスが完了した後、接触の高レベルリストが生成され、接触が容量性走査、力走査、又は両走査で見つかったか否かの表示を生成し得る。
（センサ状態（１２５００））
図１２５（１２５００）は、このデータを使用して、センサと対話している物体についてより多くをいかに学ぶかを示す。所与の物体に対する２つのセンサタイプに２つの可能な状態があるため、物体毎に合計で４つの可能な状態がある。
【０２４４】
状態１：物体は、抵抗性力センサによって検出されず、容量性センサによって検出されない。物体がいずれのセンサもアクティブ化しない場合、２つの可能性があり得る。第１の可能性は、センサと対話している物体が実際にないことである。第２の可能性は、非導電性物体がセンサ近傍で空中静止していることである。
【０２４５】
状態２：物体は、抵抗性力センサによって検出されず、容量性センサによって検出される。この状態では、物体が容量性タッチセンサによって検出されるため、物体が何らかのタイプの導電性材料で作られていることが分かる。また、物体が、空中静止しているか、又は非常に小さな力でセンサに接触していることも分かる（力センサがアクティブ化されていないため）。
【０２４６】
状態３：物体は、抵抗性力センサによって検出され、容量性センサによって検出される。この状態では、物体が導電性材料で作られ、物体が力をセンサに及ぼしている（空中静止していない）ことが分かる。
【０２４７】
状態４：物体は、抵抗性力センサによって検出され、容量性センサによって検出されない。この状態では、接触が非導電性材料で作られ、物体がセンサに力を及ぼしている（空中静止していない）ことが分かる。
【０２４８】
図１２５（１２５００）は、一般的なタイプの対話での状態変化も示す。パスＡは、導電性物体（すなわち、指先）がセンサに触れている場合の状態遷移を示す。走査率が十分である場合、指のタッチは常に状態１から２、２から３に遷移する。より低いフレームレートでの走査の場合、状態１から状態３に遷移することも可能であり得る。タッチがセンサから離れるにつれて、状態は再び１に変化する（直接又は状態２を介して）。
【０２４９】
パスＢは、センサの上方で空中静止しているが、表面に決して触れない導電性物体（すなわち、指先）の場合の状態変化を示す。これは、人が専ら空中静止を通してセンサと対話している場合に生じる。
【０２５０】
パスＣは、非導電性物体がセンサに触れている場合の状態変化を示す。一般に、容量性センサを用いて非導電性物体を検出することは可能ではないため、これらの物体の空中静止状態を検出することは可能ではない。
【０２５１】
いずれのタイプの材料で物体が作られているかを見分けることが可能なことは、非常に有価値なことであり得る。例えば、人が非導電性スタイラスを使用して、センサ上に描画している場合、ユーザの手をスタイラスから明確に区別することが可能である（皮膚は導電性であるため）。ユーザの手の接触は状態３であり、一方、スタイラスからの接触は状態４である。これにより、スタイラスの正確な識別が可能になり、正確な識別は、スタイラスと手の平との正確な識別が求められる描画用途にとって重要である。状態２も、センサ使用可能性にとって非常に重要である。市場にある多くの容量性タッチ解決策では、空中静止を実際のタッチから区別することが非常に難しい。既存の容量性タッチ解決策のベンダーは多くの場合、空中静止がタッチになる単一強度閾値を使用する。しかし、実際の使用中、この閾値は多くの場合、低すぎることがあり、非意図的なタッチが生じる（ユーザの指が画面に接触する前であっても）か、又は閾値が高すぎることがある（タッチに応答しない画面になる）。容量性センサを力センサと組み合わせることにより、これらの２つの空中静止とタッチ状態（状態２と状態３）とを容易に区別することが可能である。
（精度の改善）
導電性物体（すなわち、指）がセンサと対話する場合、容量性データと力データとを組み合わせることにより、センサの精度を改善することが実際に可能である。導電性物体がセンサに接触する場合、物体は２つの接触をもたらす（力センサデータのもの及び容量性センサデータのもの）。これら２つの接触を取り、一緒に平均して、より正確な結果をもたらすことが可能である。これら２つの読み取り値を平均することは、最終的な接触が読み取りからの瞬間ノイズの影響を受けにくいようにし、多くの場合、結果をより正確にする。
【０２５２】
更に、タッチが極めて軽い場合、容量性信号はより正確なタッチ位置をもたらし得る。これらの極めて軽いタッチの精度が重要な状況では、容量性信号から抽出されたタッチのみを使用するか、又は容量性信号が力信号よりも加重される加重平均を使用して、容量性信号及び力信号を組合せることが好ましいことがある。
【０２５３】
逆に、力信号が容量性信号よりも強いか、又は明確である場合があり得る。これは、デバイスが水分、強い電気ノイズに曝される場合又は金属スタイラス等の先端部が細い物体が使用される場合に生じ得る。これらの場合、力信号から抽出されたタッチのみを使用するか、又は力信号が容量性信号よりも加重される加重平均を使用して、容量性信号及び力信号を組み合わせることが好ましいことがある。
【０２５４】
一方の信号（力又は容量性）が他方よりも弱いか、又はノイズが多い状況の検出は、ソフトウェアで自動的に実行することができ、次に、ソフトウェアは、よりクリアな信号のみを使用するか、又はクリアな信号により大きな重みを与えることにより、自動的に補償することができる。
（自己容量性検知）
多くの既存の容量性タッチセンサは、相互容量性走査及び自己容量性走査の組合せを使用して、タッチの位置を検出する。容量性センサに関して本明細書に記載された走査アルゴリズムの多くは、相互容量性走査のカテゴリに入るが、本発明のセンサは、自己容量性手法を用いて走査することもできる。
【０２５５】
相互容量性走査と自己容量性走査との主な違いは、相互容量性走査が各行／列交点でのタッチの存在を探し、一方、自己容量性走査が、所与の行又は所与の列のいずれかでのタッチの存在を探すことである。これは、タッチの位置がＸ軸又はＹ軸のいずれかに沿って特定することができるという点で、補間力検知センサに関して説明した一次元走査と同様である。これは、スタイラスの（Ｘ，Ｙ）位置の特定に使用される一次元走査方法とも同様である。
【０２５６】
自己容量性走査は、補間容量性センサに対して、補間力検知センサでの一次元走査と非常によく似た方法で実行することができる。自己キャパシタンスの測定が望まれる行／列毎に、全ての近傍列／行の接地は、接地されなければならず、次に、所望の行／列のキャパシタンスが測定されなければならない。
【０２５７】
このキャパシタンスを測定する一方法は、図９８（９８００）に示される等の回路を使用することである。この図は、行及び列両方でのＡＣ信号源及びＡＣ信号検出器の両方を示す。この回路を使用して行／列のキャパシタンスを測定するために、ＡＣ信号を送信し、近傍行／列が接地されている間、同じ行／列で受信することは簡単なことである。指又は他の導電性物体が、駆動された行／列に近づくにつれて、キャパシタンスは増大し、検出信号の大きさを低減させる。
【０２５８】
代替的には、様々な異なる製造業者から利用可能であり、多くの利用可能なマイクロコントローラに組み込まれる専用キャパシタンス測定モジュールが、図９８（９８００）のＡＣ信号源及びＡＣ信号検出器の組合せの代わりに使用されて、所与の行／列のキャパシタンスを測定することができる。
（マルチ解像度容量性走査）
補間力検知センサと全く同様に、補間容量性センサも複数の解像度で走査する能力をサポートする。これは、走査速度の改善、電力の節減、及びマルチ解像度走査の実施に使用することができる。これは、異なるサイズの物体を走査する場合にも非常に有用であり得る。例えば、低解像度走査は、指の走査に使用することができ、高解像度走査は、スタイラスの走査に使用することができる。
【０２５９】
補間力検知センサと全く同様に、低解像度走査は、ＶＩＡ内のアクティブ電極のサブセットを高インピーダンス状態に設定し、単に残りのアクティブ電極を走査することによって達成することができる。これは、図９３（９３００）〜図９９（９９００）の列多重化回路及び行多重化回路内のスイッチをＮＣ（非接続）状態に設定することによって達成される。これは、より低いアクティブ線解像度を有するセンサを効率的にもたらすが、それでもなおセンサの線形性及びタッチを追跡することができる正確性を保持する。
（力検知容量性（１０７００））
これまで示された補間センサ実施形態は、抵抗変化を使用して力を測定するか、又はキャパシタンス変化を使用してタッチを測定したが、キャパシタンス変化を使用して力を測定するセンサを作製することも可能である。これは、図９３（９３００）〜図９８（９８００）に示される等の電子デバイス及び図８１（８１００）〜図８４（８４００）に示される等の構造を用いて容量性補間アレイを取り、ＶＩＡの各行−列交点での各センサ要素が、力に応答してキャパシタンスを変化させるように構造を変更することによって行うことができる。この可能な一実施形態を図１０７（１０７００）に示す。
【０２６０】
図１０７（１０７００）は、補間容量性センサアレイからなる下層と、変形可能表面からなる上層と、それらの間の柔らかい（柔軟な）層とを示す。上層の下面は導電性材料でコーティングされる。この導電層は、指が図８１（８１００）〜図８４（８４００）の容量性検知アレイに結合するのと同じように、容量性センサアレイに容量結合する。しかし、圧力が掛けられると、中間の柔らかい（柔軟な）層は変形し、上層が容量性センサアレイに近付けるようにする。これが生じると、導電層と送信線との容量結合が増大し、受信線での信号を低減させる。これは、受信線で受信される信号を低減させ、この変化は、ユーザが及ぼす圧力量に基づいて変化する上層の変形に応答して様々である。
【０２６１】
ディスプレイとの統合等の用途で、透明センサを有することが望ましい場合、センサ構造全体は、積層全体で透明材料を使用することにより、透明にすることができる。例えば、上層はプラスチック又は薄い可撓性ガラスで作ることができる。ＩＴＯ、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、細かいワイヤメッシュ、又は透明導電性ポリマー等の透明導電材料が、上層の下側の導電層の形成に使用することができる。中間層は、シリコーン、ポリウレタン、又は透明ゲル等の透明の柔らかい（柔軟な）材料から形成することができる。
【０２６２】
絶縁性を改善するために、上層の下側の導電層は、電気的に接地に接続することができる。
（ディスプレイ及び他のセンサタイプとの統合（１０８００））
透明容量性センサは、センサをディスプレイの上に積層又は取り付けることにより、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、又は電気泳動ディスプレイ等のディスプレイと統合することができる。図１０８（１０８００）は、ディスプレイの上の容量性センサの例を示す。保護上面がタッチセンサの上に取り付けられて、センサ及びディスプレイの両方を保護することができる。
【０２６３】
幾つかの場合、結合された積層に追加のセンサを追加することが望ましいことがある。図１０８（１０８００）は、電磁センサがディスプレイの下に取り付けられる代替の一実施形態も示す。このセンサは、特別な電磁スタイラス、ＲＦＩＤタグの存在を検知するため又は画面に接触した他のデバイス間で電力／データを無線で伝送するために使用し得る。
（従来技術と比較した補間容量性（１０９００）〜（１１５００））
補間を有さない既存の容量性センサと比較して、本発明のセンサは、非常に高い精度及び線形性で指及びスタイラスを追跡することができる。図１０９（１０９００）及び図１１０（１１０００）では、典型的な従来技術による容量性タッチセンサ（補間なし）の上から下を見た図及び断面が示される。なお、アクティブ電極ピッチは４ｍｍであり、検知パターンのピッチも４ｍｍである。図１１０（１１０００）の断面を見ると、電場線の小さなセットのみが指と対話し、これらの線のパターンが高度に非線形であることを見ることができる。指が図１０９（１０９００）のセンサの表面を横切って直線に移動するにつれて、指が辿ったとセンサが考えるパスは、濃い曲線で示されるように、波状であり、非線形である。これは、センサに固有の非線形性によるものであり、多くの容量性センサ設計は、ルックアップテーブルを用いてこの非線形性を補償しようとするが、タッチの全てのサイズ及び形状で上手く補償することは不可能である。
【０２６４】
図１１１（１１１００）及び図１１２（１１２００）では、例示的な本発明の補間容量性タッチセンサの上から下を見た図及び断面が示される。なお、アクティブ電極ピッチはやはり４ｍｍであるが、補間要素の追加により、１ｍｍというはるかに密な検知パターンピッチが可能である（典型的な本発明の行／列ピッチ範囲は０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍである）。図１１２（１１２００）の断面を見ると、はるかに多くの電場線が指と交差し、指の表面にわたるはるかに多くの容量性対話が生じ、ひいてははるかに多くの線形応答が生じることを見ることができる。指が図１１１（１１１００）のセンサの表面を横切って直線に移動するにつれて、指が辿ったとセンサが考えるパスは非常に線形であり、濃い曲線で示されるように、極僅かな不完全性を有する。このより線形的な応答は、補間センサ内のセンサ要素のピッチがより狭いことによるものであり、この線形性の増大は、ユーザが指を使うのか、スタイラスを使うのか、それとも任意の他の導電性物体を使うのかに関係なく、センサとの全ての対話にとって有益である。更に、指の位置の任意の不完全性は、非常に規模が小さく、出力において完全に線形な線を得るために、計算された指の位置に適用される時間領域フィルタリングアルゴリズムを使用して容易にフィルタリングすることができる。
【０２６５】
なお、本発明の補間手法は、他の容量性センサ構成と同様の性能利点を与える。例えば、図８３（８３００）及び図８４（８４００）に示される等の格子パターンを有する補間容量性センサはまた、本発明の補間方法をサポートしない格子パターンを有するセンサよりも正確にスタイラス／タッチを追跡することができる。
【０２６６】
図１１３（１１３００）〜図１１５（１１５００）では、４ｍｍアクティブ線ピッチ及び１ｍｍ検知パターンピッチを使用した、主要なタッチセンサ製造業者によって構築された既存のタッチセンサ（マイクロチップ（ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ）（登録商標）テクノロジー社（Ｔｅｃｈｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．）２３５５ウェストチャンドラー（Ｗｅｓｔ  Ｃｈａｎｄｌｅｒ）ＢＬＶＤ、チャンドラー（Ｃｈａｎｄｌｅｒ）、ＡＺ  ８５２２４−６１９９  米国）から得られた信号と、本発明のセンサから得られた信号との比較が示される。図１１３（１１３００）は、マイクロチップ（ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ）（登録商標）センサによって拾われた１つのタッチの信号を示す（他の容量性タッチセンサを示す）。ここでは、信号が非常に非線形であることを見ることができる。中央要素は非常に高いピークを有し、周囲の要素は非常に素早く減少する。図１１４（１１４００）は、１つのタッチの本発明の補間容量性タッチセンサからの信号を示す。ここでは、信号がはるかに平滑であるプロファイルを有し、そこに触れた指のプロファイルによりよく一致することを見ることができる。更に、図１１５（１１５００）では、個々のセンサ要素によって拾われた信号を推定するための信号のアップサンプリング再構築を示す。ここでは、指のタッチの実際の形状を再構築可能なことが観測可能である。このタイプの再構築は、マイクロチップ（ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ）（登録商標）センサによって生成される信号では可能ではなく、その理由は、信号に固有の非線形性による。
（システムの概要）
本発明のシステムは、構造の基本テーマでの多種多様な変形形態を予期するが、タッチセンサ検出システムとして一般化することができ、タッチセンサ検出システムは、（ａ）タッチセンサアレイ（ＴＳＡ）と、（ｂ）アレイ列駆動回路（ＡＣＤ）と、（ｃ）列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）と、（ｄ）列駆動ソース（ＣＤＳ）と、（ｅ）アレイ行センサ（ＡＲＳ）と、（ｆ）行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）と、（ｇ）アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、（ｈ）計算制御デバイス（ＣＣＤ）と
を備え、ＴＳＡは、可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）列及びＶＩＡ行を含むＶＩＡを備え、ＶＩＡは、ＶＩＡ行とＶＩＡ列とを連結する容量素子を備え、ＶＩＡは、ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）をＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）に電気的に結合するように構成され、ＩＩＣは、ＶＩＡ列間に電気的に直列接続される複数の個々列インピーダンス要素（ＩＣＩＥ）を更に備え、ＩＩＲは、ＶＩＡ行間に電気的に直列接続される複数の個々行インピーダンス要素（ＩＲＩＥ）を更に備え、ＡＣＤは、ＣＳＲに基づいてＴＳＡ内のＩＩＣを選択するように構成され、ＡＣＤは、ＣＤＳを使用して選択されたＩＩＣを電気的に駆動するように構成され、ＡＲＳは、ＲＳＲに基づいてＴＳＡ内のＩＩＲを選択するように構成され、ＡＤＣは、選択されたＩＩＲの電気状態を検知し、且つ電気状態を検知デジタル値（ＳＤＶ）に変換するように構成され、電気状態は、ＶＩＡ内の可変インピーダンス要素の電流寄与の和によって特定され、各要素の電流寄与は、ＶＩＡの列間に形成される分圧器、ＶＩＡの行間に形成される電流分割器、及びインピーダンス要素の状態によって特定されて、ＶＩＡとの所与の行−列交点の検知電流を生成し、ＣＣＤは、ＴＳＡ内の複数の位置においてＡＤＣからＳＤＶをサンプリングして、タッチセンサ行列（ＴＳＭ）データ構造を形成するように構成される。
【０２６７】
この一般的なシステムの概要は、本明細書に記載される様々な要素によって増強して、この全体的な設計の説明に一致する本発明の多種多様な実施形態を生成し得る。
（方法の概要）
本発明の方法は、実施の基本テーマでの多種多様な変形形態を予期するが、タッチセンサ検出方法として一般化することができ、方法は、タッチセンサ検出システムで実行され、タッチセンサ検出システムは、（ａ）タッチセンサアレイ（ＴＳＡ）と、（ｂ）アレイ列駆動回路（ＡＣＤ）と、（ｃ）列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）と、（ｄ）列駆動ソース（ＣＤＳ）と、（ｅ）アレイ行センサ（ＡＲＳ）と、（ｆ）行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）と、（ｇ）アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、（ｈ）計算制御デバイス（ＣＣＤ）と
を備え、ＴＳＡは、可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）列及びＶＩＡ行を含むＶＩＡを備え、ＶＩＡは、ＶＩＡ行とＶＩＡ列とを連結する容量素子を備え、ＶＩＡは、ＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）をＴＳＡ内の複数の相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）に電気的に結合するように構成され、ＩＩＣは、ＶＩＡ行間に電気的に直列接続される複数の個々列インピーダンス要素（ＩＣＩＥ）を更に備え、ＩＩＲは、ＶＩＡ列間に電気的に直列接続される複数の個々行インピーダンス要素（ＩＲＩＥ）を更に備え、ＡＣＤは、ＣＳＲに基づいてＴＳＡ内のＩＩＣを選択するように構成され、ＡＣＤは、ＣＤＳを使用して選択されたＩＩＣを電気的に駆動するように構成され、ＡＲＳは、ＲＳＲに基づいてＴＳＡ内のＩＩＲを選択するように構成され、ＡＤＣは、選択されたＩＩＲの電気状態を検知し、且つ電気状態を検知デジタル値（ＳＤＶ）に変換するように構成され、電気状態は、ＶＩＡ内の可変インピーダンス要素の電流寄与の和によって特定され、各要素の電流寄与は、ＶＩＡの列間に形成される分圧器、ＶＩＡの行間に形成される電流分割器、及びインピーダンス要素の状態によって特定されて、ＶＩＡとの所与の行−列交点の検知電流を生成し、ＣＣＤは、ＴＳＡ内の複数の位置においてＡＤＣからＳＤＶをサンプリングして、タッチセンサ行列（ＴＳＭ）データ構造を形成するように構成され、方法は、（１）ＣＣＤの制御下で、ＶＩＡ内のＩＩＣを構成するステップと、（２）ＣＣＤの制御下で、ＶＩＡ内のＩＩＲを構成するステップと、（３）ＣＣＤの制御下で、ＣＤＳを用いてＩＩＣを電気的に刺激するステップと、（４）ＣＣＤの制御下で、ＡＤＣを用いてＩＩＲ内の電気的状態を、ＶＩＡ内の所与の列−行交差部における検知電流として検知し、電気的状態をデジタルデータに変換するステップと、（５）ＣＣＤの制御下で、デジタルデータをＴＳＭに記憶するステップと、（６）ＣＣＤの制御下で、ＣＤＲ、ＩＩＣ、及びＩＩＲでの所定の変動がＴＳＭに記録されたか否かを判断し、且つ記録された場合、ステップ（８）に進むステップと、（７）ＣＣＤの制御下で、新しいＶＩＡ検知変動に向けてＣＤＳ、ＩＩＣ、及びＩＩＲを再構成し、且つステップ（３）に進むステップと、（８）ＣＣＤの制御下で、ＴＳＭ値を補間して、ＶＩＡ内の活動の焦点を特定するステップと、（９）ＣＣＤの制御下で、焦点活動情報をユーザインターフェース入力コマンドシーケンスに変換するステップと、（１０）ＣＣＤの制御下で、行動のために、ユーザインターフェース入力コマンドシーケンスをコンピュータシステムに送信し、且つステップ（１）に進むステップと
を含む。
【０２６８】
この一般的な方法の概要は、本明細書に記載される様々な要素によって増強して、この全体的な設計の説明に一致する本発明の多種多様な実施形態を生成し得る。
（システム／方法の変形形態）
本発明は、構造の基本テーマでの多種多様な変形形態を予期する。前に提示された例は、可能な使用の全範囲を表していない。略無限の可能性のうちの２、３を引用することが意図される。
【０２６９】
基本的なシステム及び方法は、補助的な様々な実施形態を用いて増強し得、補助的な実施形態は、以下を含むが、これらに限定されない。
・ＶＩＡは、ＴＳＡに掛けられた圧力に応答する力検知材料を更に含み、ＣＣＤは、ＶＩＡの抵抗の測定により、ＴＳＡに掛けられた圧力を特定するように構成される、実施形態。
【０２７０】
・ＣＣＤは、ＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、ＴＳＡに関連付けられた平均タッチ検知値を形成するように構成される、実施形態。
・ＣＣＤは、加重平均を使用してＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、ＴＳＡに関連付けられた結合タッチ検知値を形成するように構成される、実施形態。
【０２７１】
・ＣＣＤは、加重平均を使用してＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、ＴＳＡに関連付けられた結合タッチ検知値を形成するように構成され、容量性検知データに関連付けられたキャパシタンスは、力検知データに関連付けられた力よりも大きく加重される、実施形態。
【０２７２】
・ＣＣＤは、加重平均を使用してＴＳＡからの容量性検知データ及び力検知データを組み合わせて、ＴＳＡに関連付けられた結合タッチ検知値を形成するように構成され、力検知データに関連付けられた力は、容量性検知データに関連付けられた容量性よりも大きく加重される、実施形態。
【０２７３】
・ＣＣＤは、ＶＩＡ内の各行／列交点でのタッチの存在を特定する相互キャパシタンス走査を使用してＶＩＡを走査するように構成される、実施形態。
・ＣＣＤは、ＶＩＡ内の所与の行又はＶＩＡ内の所与の列のいずれかでのタッチの存在を特定する自己キャパシタンス走査を使用してＶＩＡを走査するように構成される、実施形態。
【０２７４】
・ＣＣＤは、高インピーダンス状態で構成されたＶＩＡ内のアクティブ電極のサブセットを用いてＶＩＡを走査するように構成される、実施形態。
・ＶＩＡは、ＴＳＡに掛けられた力に応答してキャパシタンスを変化させる検知要素を備える、実施形態。
【０２７５】
・ＣＣＤは、ＴＳＡから容量性検知データ（ＣＳＤ：ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｄａｔａ）及び力検知データ（ＦＳＤ：ｆｏｒｃｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｄａｔａ）の両方を収集し、且つＣＳＤ及びＦＳＤをＴＳＭに記憶するように構成される、実施形態。
【０２７６】
・ＣＣＤは、ＴＳＡから、アクティブスタイラスに関連付けられた容量性検知データ（ＣＳＤ）及び力検知データ（ＦＳＤ）を収集し、且つＣＳＤ及びＦＳＤをＴＳＭに記憶するように構成される、実施形態。
【０２７７】
・ＡＣＤは、正弦波を生成するように構成されるデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を備える、実施形態。
・ＡＤＣは、正弦波を検出するように構成されるアナログ／デジタル変換器を備える、実施形態。
【０２７８】
・ＣＣＤは、ＳＤＶが、導電性物体又は非導電性物体から導出されるタッチ状態を構成するか否かを判断するように構成される状態マシンを備える、実施形態。
・ＡＣＤは、一度にＶＩＡの１つの行を検知するように構成される受信器を備えるＡＲＳを用いて、一度にＶＩＡの１つのアクティブ行−列交点を走査するように構成される１つの送信器を備える、実施形態。
【０２７９】
・ＡＣＤは、ＶＩＡの複数の列を駆動するように構成される複数の送信器を備える、実施形態。
・ＡＲＳは、ＶＩＡの複数の行を検知するように構成される複数の受信器を備える、実施形態。
【０２８０】
・ＡＣＤは、ＶＩＡの複数の列を駆動するように構成される複数の周波数で動作する複数の送信器を備える、実施形態。
・ＡＣＤは、ＶＩＡの複数の列を駆動するように構成される複数の周波数で動作する複数の送信器を備え、及びＡＲＳは、複数の周波数でＶＩＡの複数の行を検知するように構成される複数の受信器を備える、実施形態。
【０２８１】
・ＶＩＡは、同じ層に配置される駆動電極及び検知電極と、１組の駆動電極及び検知電極を短絡なしで互いに重複できるようにする導電性ブリッジとを備える、実施形態。
・ＶＩＡは、駆動電極及び検知電極が同じ層に配置され、且つ導電性ブリッジが１組の駆動電極及び検知電極を短絡なしで互いに重複できるようにする菱形パターンを備える、実施形態。
【０２８２】
・ＶＩＡは、ＩＩＣ及びＩＩＲを組み込んだ２層構造を備える、実施形態。
・ＶＩＡは、０．２５〜２．５ｍｍの範囲の行−列ピッチを有するセンサ要素を備える、実施形態。
【０２８３】
・ＶＩＡは抵抗性センサ要素を備える、実施形態。
・ＶＩＡは、インダクタを備えるセンサ要素を備える、実施形態。
・ＶＩＡは、抵抗、キャパシタ、及びインダクタの任意の組合せを備えるセンサ要素を備える、実施形態。
【０２８４】
・ＩＣＩＥは、プリントされた狭い抵抗性ストリップを備える、実施形態。
・ＩＲＩＥは、プリントされた狭い抵抗性ストリップを備える、実施形態。
・ＩＣＩＥは、透明導電性材料の薄いブリッジを備える、実施形態。
【０２８５】
・ＩＲＩＥは、透明導電性材料の薄いブリッジを備える、実施形態。
・ＩＣＩＥ及びＩＲＩＥは、ＶＩＡの各列及び各行と同じ材料で構成される、実施形態。
【０２８６】
・ＩＣＩＥ及びＩＲＩＥは、レーザトリミング抵抗で構成される、実施形態。
・ＶＩＡは薄い誘電層で覆われる、実施形態。
・ＴＳＡは、シールド材料の透明導電層によりＶＩＡから隔てられたディスプレイを更に備える、実施形態。
【０２８７】
・ＶＩＡは、透明導電性材料から形成される列電極及び行電極を更に備える、実施形態。
・ＶＩＡは、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、透明有機導電粒子、グラフェン、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、マイクロパターン化導電性メッシュ、透明導電性ポリマー、及び金属ナノ粒子からなる群から選択される透明導電性材料から形成される列電極及び行電極を更に備える、実施形態。
【０２８８】
・ＶＩＡは、ディスプレイ上に形成されるか、又はディスプレイに積層される、実施形態。
・ＶＩＡは、ディスプレイの層内に統合される、実施形態。
【０２８９】
・ＴＳＡは、信号をＶＩＡ内の各行及び各列からスタイラスに送信するように構成され、及びスタイラスは、送信からの信号強度を特定し、且つ信号強度をＣＣＤに送信するように構成される、実施形態。
【０２９０】
・ＴＳＡは、ＶＩＡ内の各行及び各列からのスタイラスからの信号を受信し、且つ受信信号の分析によってスタイラスの位置を特定するように構成される、実施形態。
・ＴＳＡは、ＶＩＡの行及び列を介してスタイラスと双方向通信することにより、スタイラスの位置を特定するように構成される、実施形態。
【０２９１】
・ＴＳＡは、ＶＩＡの行及び列を介して複数のスタイラスと通信するように構成される、実施形態。
・ＴＳＡは、複数の送受信器を有するスタイラスと通信するように構成される、実施形態。
【０２９２】
・ＴＳＡは、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）（登録商標）無線通信を介してホストコンピュータと通信するように構成されるスタイラスと通信するように構成される、実施形態。
【０２９３】
他の実施形態が、上記の本発明の説明内で教示される要素の組合せに基づいて可能であることを当業者は認識しよう。
（一般化されたコンピュータ使用可能媒体）
様々な代替の実施形態では、本発明は、コンピュータ化された計算システムと併用されるコンピュータプログラム製品として実施し得る。本発明によって定義される機能を定義するプログラムが、任意の適切なプログラミング言語で書かれることができ、（ａ）非書き込み可能記憶媒体（例えば、ＲＯＭ又はＣＤ−ＲＯＭディスク等の読み取り専用メモリデバイス）に永久的に記憶された情報、（ｂ）書き込み可能記憶媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク及びハードドライブ）に既に記憶された情報、及び／又は（ｃ）ローカルエリアネットワーク、電話回線網、又はインターネット等の公衆ネットワーク等の通信媒体を通してコンピュータに伝達される情報を含むが、これらに限定されない多くの形態のコンピュータに送られることを当業者は容易に理解しよう。本発明の方法を実施するコンピュータ可読命令を保有する場合、そのようなコンピュータ可読媒体は、本発明の代替の実施形態を表す。
【０２９４】
本明細書に一般に示されるように、本発明のシステム実施形態は、コンピュータ可読コード手段が内部に具現化されたコンピュータ使用可能媒体を含む様々なコンピュータ可読媒体を組み込むことができる。本明細書に記載される様々なプロセスに関連付けられたソフトウェアが、ソフトウェアがロードされアクティブ化される多種多様なコンピュータアクセス可能媒体で実施することができることを当業者は認識しよう。イン・レ・ボーレガード（Ｉｎ  ｒｅ  Ｂｅａｕｒｅｇａｒｄ）、米国特許審判決集（ＵＳＰＱ）、第２集、第３５巻、ｐ．１３８３（米国特許第５，７１０，５７８号明細書）に従って、本発明は、このタイプのコンピュータ可読媒体を予期し、本発明の範囲に含む。イン・レ・ニューテン（Ｉｎ  ｒｅ  Ｎｕｉｊｔｅｎ）、第３集、第５００巻、ｐ．１３４６（連邦控訴裁判所判例集（Ｆｅｄ．Ｃｉｒ．）、２００７年）（米国特許出願第０９／２１１，９２８号明細書）に従って、本発明の範囲は、媒体が実体的且つ非一時的であるコンピュータ可読媒体に限定される。
（結論）
補間センサアレイを組み込んだ容量式タッチセンサシステム及び方法が開示された。本システム及び本方法は、アレイ列駆動回路（ＡＣＤ）に結合された相互リンクインピーダンス列（ＩＩＣ）及びアレイ行センサ（ＡＲＳ）に結合された相互リンクインピーダンス行（ＩＩＲ）を電気的に結合する可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）を介して近接性／接触／圧力（ＰＣＰ）を検出するように構成されるタッチセンサアレイ（ＴＳＡ）を利用する。ＡＣＤは、列切り換えレジスタ（ＣＳＲ）に基づいてＩＩＣを選択し、列駆動ソース（ＣＤＳ）を使用してＩＩＣを電気的に駆動するように構成される。ＶＩＡは、駆動されたＩＩＣからＡＲＳによって検知されるＩＩＣに電流を伝達する。ＡＲＳは、ＴＳＡ内のＩＩＲを選択し、行切り換えレジスタ（ＲＳＲ）に基づいてＩＩＲ状態を電気的に検知する。ＡＲＳ検知の電流／電圧の補間により、ＴＳＡ  ＰＣＰ及び／又は空間位置の正確な検出が可能である。
（特許請求の範囲の解釈）
本発明の特許請求の範囲を解釈する際、以下の規則が適用される。
・クレームの前文は、特許請求される発明の範囲を限定するものとして見なされるべきである。
・「において（ＷＨＥＲＥＩＮ）」節は、特許請求される発明の範囲を限定するものとして見なされるべきである。
・「により（ＷＨＥＲＥＢＹ）」節は、特許請求される発明の範囲を限定するものとして見なされるべきである。
・「ように構成される」節は、特許請求される発明の範囲を限定するものとして見なされるべきである。
・「に向けて構成される」節は、特許請求される発明の範囲を限定するものとして見なされるべきである。
・表現「Ｘ及び／又はＹ」に関連した語句「及び／又は」は、エクス・パルテ・グロス（Ｅｘ  Ｐａｒｔｅ  Ｇｒｏｓｓ）（ＵＳＰＴＯ特許公判審判部、審判請求２０１１−００４８１１、第１１／５６５，４１１号明細書）（「及び／又は」は、要素Ａのみ、要素Ｂのみ、又は要素Ａ及びＢを一緒に有する実施形態を包含する）によって解釈されたように、集合「（Ｘ又はＹ）」を有する「（Ｘ及びＹ）」の和集合を定義するものとして解釈されるべきである。
（特許請求の範囲）
本発明の好ましい実施形態について添付図面に示し、上記の詳細な説明に説明したが、本発明が開示された実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲によって記載され定義される本発明の趣旨から逸脱せずに、多くの再構成形態、変更形態、及び置換形態が可能なことが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２７】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３７】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４７】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５６】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６９】
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【図７０】
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【図８０】
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【図９０】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【図１２５】
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