(57)【要約】  インタラクティブスクリーン上のセンサがアクティブにされる位置を、スパース・アクティベーション圧縮センシングを用いて検出する方法。スパース・アクティベーション圧縮感知は、同時にアクティブにされるセンサの数がセンサ（ノード）の数より実質的に少ないという状況を利用する。同時にアクティブにされるセンサの数がセンサの数より実質的に少ないため、どのセンサがアクティブにされるかを判定するために必要とされる測定の数も低減され得る。フルスキャン手法と比べて必要とされる測定がより少ないため、インタラクティブスクリーン上のアクティブにされるセンサの位置を検出するために必要とされる回路要素及び電力がより少ない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インタラクティブスクリーン上のアクティブにされるセンサが位置する場所を判定する非一時的（non-transitory）マシン実装方法であって、
前記方法が、第１の工程、第２の工程、及び第３の工程を含み、
前記第１の工程が、
初期状態をＮ個のセンサのグループ内の各センサに適用することであって、前記Ｎ個のセンサの状態が、前記初期状態及びそれらが感知する相互作用の関数であること、
前記Ｎ個のセンサからの出力を単一の状態に組み合わせること、及び
前記単一状態をストアすること、
を含み、
前記第２の工程が、前記第１の工程をＫ回反復することであって、Ｋの値がセンサの数Ｎより実質的に小さいことを含み、
前記第３の工程が、前記Ｋ個のストアされた状態及びスパース・アクティベーション圧縮センシングを用いて、前記インタラクティブスクリーン上のセンサがアクティブにされる前記位置を判定することを含む、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、Ｎ個のセンサの前記グループがコラム又はグリッドに配置される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、感知される前記相互作用が接触である、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記センサが、静電容量を測定するために用いられる、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記初期状態が、前記スパース・アクティベーション圧縮センシングアルゴリズムを簡素にするように選択される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記スパース・アクティベーション圧縮感知が、線形／凹状の最適化又はグリーディーアルゴリズムである、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記スパース・アクティベーション圧縮センシングにおいてスパース化基底（sparsifying basis）が用いられる、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記スパース化基底が、ＤＦＴ、ＤＣＴ、ウェーブレット、及びｃｕｒｖｅｌｅｔから成るグループから選択される、方法。
【請求項９】
請求項４に記載の方法であって、
前記インタラクティブスクリーンが容量性タッチスクリーンであり、
Ｎ個のセンサのグループ内の各センサに初期状態を適用することが、Ｎ個のセンサの前記グループ内の各センサを特有の電圧Ｖｎまでプリチャージすることを含み、
前記Ｎ個のセンサからの前記出力を単一の状態に組み合わせることが、
全てのＮ個のセンサを並列に電気的に接続すること、
並列に接続された全てのＮ個のセンサからのチャージを参照キャパシタＣｒｅｆに搬送すること、及び
前記参照キャパシタＣｒｅｆに搬送された前記チャージを感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換することであって、感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅが前記単一状態に等しいこと、
を含み、
前記Ｋ個のストアされた状態及びスパース・アクティベーション圧縮感知を用いて前記インタラクティブスクリーン上のアクティブにされるセンサの前記位置を判定することが、
スパース・アクティベーション圧縮センシングを用いる式を解くことによりＮ個のセンサの前記コラムにおける各センサに対する静電容量Ｃnを判定すること、
を含み、前記式が、Ｖｎ＝φｎｃｎにより得られ、
ここで、
2015518208.tif 000020
であり、
ここで、Ｃｍ，ｎが、ローｍ及びコラムｎの交差におけるセンサのノード静電容量であり、ｍ＝（０、１．．．，Ｍ−１）であり、
センサの前記静電容量Ｃｍ，ｎが前記容量性タッチスクリーン上のアクティブにされないセンサの前記静電容量とは異なる場所に、前記容量性タッチスクリーン上のアクティブにされるセンサが位置する、
方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の非一時的マシン実装方法であって、
前記コラムにおける前記Ｎ個のセンサの寄生容量が、下記により得られ、
2015518208.tif 000021
センサにおける静電容量の変化が下記により得られ、
2015518208.tif 000022
ΔＣｎに対する非ゼロ値の数がＮ個のセンサの数より実質的に少なく、
キャリブレートされた電圧
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が下記に等しく、
2015518208.tif 000024
ｅｎがキャリブレーション誤差であり、
ΔＣｎが下記数式を解くことによって決まり、
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ΔＣｎがＫ＝０（ｓ×ｌｏｇ（Ｍ／ｓ））のスパース性を有する、
方法。
【請求項１１】
インタラクティブスクリーン上のアクティブにされるセンサが位置する場所を判定するための装置であって、
第１の電子回路であって、前記第１の電子回路が初期状態をＮ個のセンサのグループ内の各センサに適用し、前記Ｎ個のセンサの状態が、前記初期状態及びそれらが感知する相互作用の関数である、前記第１の電子回路、
第２の電子回路であって、前記第２の電子回路が、前記Ｎ個のセンサからの出力を単一の状態に合計し、前記単一状態をストアする、前記第２の電子回路、
第３の電子回路であって、前記第３の電子回路が、前記Ｎ個のセンサがＫ回初期状態に駆動され前記単一状態がＫ回ストアされるように前記第１及び第２の電子回路を制御し、Ｋの値がセンサＮの数より実質的に小さい、前記第３の電子回路、
を含み、
前記第３の電子回路が、Ｋ個のストアされた単一状態とスパース・アクティベーション圧縮センシングとを用いて前記インタラクティブスクリーン上のセンサがアクティブにされる位置を判定する、
装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、Ｎ個のセンサの前記グループがコラム又はグリッドに配置される、装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置であって、感知される前記相互作用が接触である、装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置であって、前記センサが静電容量を測定するために用いられる、装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の装置であって、前記初期状態が、前記スパース・アクティベーション圧縮センシングアルゴリズムを簡素にするように選択される、装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の装置であって、前記スパース・アクティベーション圧縮感知が、線形／凹状の最適化又はグリーディーアルゴリズムである、装置。
【請求項１７】
請求項１１に記載の装置であって、前記スパース・アクティベーション圧縮センシングにおいてスパース化基底が用いられる、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記スパース化基底が、ＤＦＴ、ＤＣＴ、ウェーブレット、及びｃｕｒｖｅｌｅｔから成るグループから選択される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、インタラクティブスクリーンに関し、特に、スクリーンとの接触を感知することに関連する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォン及びタブレットＰＣ（パーソナルコンピュータ）が導入されて以来、インタラクティブスクリーンの人気が高まってきている。インタラクティブスクリーンは、寸法が大きくなってきており、これらのインタラクティブスクリーンの応答性、解像度、及びインテリジェンスに対する需要が増大している。概して、インタラクティブスクリーンは、スクリーン上のノードと呼ばれることもあるセンサがアクティブにされている位置を周期的に検知するために、各センサをスキャンすることにより機能する。センサは、物体（例えば、人の手又はスタイラス）による直接的な物理的接触により、又はセンサに近接する物体により、又は離れたところからセンサを刺激することにより、アクティブにされ得る。
【０００３】
特定の時間にインタラクティブスクリーン上でアクティブにされるセンサの数は、そのインタラクティブスクリーン上のセンサの数と比較すると比較的少ない。図３は、インタラクティブスクリーンと成される接触のスパース（sparse）特性の一例を示す。図３に示した例では、インタラクティブスクリーンに指が近接しているときアクティブノード上の静電容量が変化する。インタラクティブスクリーン上の、指がインタラクティブスクリーンと近接していない位置では、静電容量は変化しない。
【発明の概要】
【０００４】
インタラクティブスクリーン上のセンサがいつアクティブにされるかを判定する一つの方法は、どのセンサがアクティブにされ、どのセンサがアクティブにされていないかを監視するためにスクリーン上のセンサの全てを周期的にスキャンすることである。フルスキャン（即ち、スクリーン上のセンサの全てをスキャンすること）には時間がかかり得、必要以上に電力を消費し得る。ポータブル電子デバイスでは、電力の量が制限され得るため、電力消費は致命的である。インタラクティブスクリーンを駆動するために用いられる電力の量は、検出及びセンサがアクティブにされる位置特定の精度を保ちつつ、インタラクティブスクリーンの感知複雑性を低減することによって、低減され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、容量性タッチスクリーン上の静電容量と共に示す、容量性タッチスクリーン上のセンサの断面図である。
【０００６】
【図２】図２は、電極の位置を示す容量性タッチスクリーンのレイアウトである。
【０００７】
【図３】図３は、２本の指が容量性タッチスクリーンと接触した結果の一センサにおける静電容量の変化のグラフである。
【０００８】
【図４Ａ】図４Ａはキャパシタをチャージする電源の概略図である。
【０００９】
【図４Ｂ】図４Ｂは、チャージされたキャパシタ及びチャージされていないキャパシタの概略図である。
【００１０】
【図４Ｃ】図４Ｃは、１つのキャパシタから別のキャパシタへ搬送されるチャージの概略図である。
【００１１】
【図５】図５はチャージトランスファ回路の概略図である。
【００１２】
【図６】図６は、容量性タッチスクリーンと接触する物体の位置を判定するための装置の概略図である。
【００１３】
【図７】図７は、本発明の一実施例に従った大センサ間隔トポロジーを図示する。
【００１４】
【図８】図８は、本発明の一実施例に従った大センサ間隔トポロジーを用いた静電容量の変化の回復を図示する。
【００１５】
【図９】図９は、本発明の一実施例に従った小センサ間隔トポロジーを用いた静電容量の変化の回復を図示する。
【００１６】
【図１０】図１０は、本発明の一実施例に従って、静電容量タッチスクリーンと成される接触の位置を判定する方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書における図面及び記載は、概して、スパース・アクティベーション圧縮センシングを用いて、インタラクティブスクリーン上のセンサがアクティブにされる位置を検出するための方法及び装置を開示する。本発明の一実施例において、スパース・アクティベーション圧縮センシングは、同時にアクティブにされるセンサの数（例えば、１人に対して１０個又はそれより少ない）が、センサ（ノード）の数（例えば、１００個）より実質的に少ない状況を利用する。同時にアクティブにされるセンサの数がセンサの数より実質的に少ないため、どのセンサがアクティブにされるかを判定するために必要とされる測定の数も低減され得る。フルスキャン手法と比較して必要とされる測定が一層少ないため、インタラクティブスクリーン上のアクティブにされるセンサの位置を検出するために必要とされる回路要素及び電力がより少ない。
【００１８】
インタラクティブスクリーン上のアクティブにされるセンサが位置する場所を判定するための本発明の一実施例は、３つの工程を含む。第１の工程の間、Ｎ個のセンサのコラムにおけるセンサが、初期状態に駆動される。初期状態は、この実施例の一部として用いられるスパース・アクティベーション圧縮センシングアルゴリズムを簡易にするように選ばれる。Ｎ個のセンサの状態は、初期状態とそれらが感知する相互作用との関数である。また第１の工程の間、Ｎ個のセンサからの出力が、単一の状態に組み合わされる。Ｎ個のセンサが単一の状態にまとめられた後、この単一状態が電子的にストアされる。
【００１９】
本発明のこの実施例の第２の工程の間、第１の工程がＫ回反復される。第１の工程が反復される回数Ｋは、センサの数Ｎより実質的に少ない。この実施例第３の工程の間、インタラクティブスクリーン上のセンサがアクティブにされる位置が、Ｋ個の電子的にストアされた単一状態とスパース・アクティベーション圧縮センシングとを用いて判定される。
【００２０】
本発明の別の実施例において、電圧ドライバが、コラムにおけるプリチャージセンサ（ノード）を特有の電圧にプリチャージする。コラムにおけるセンサが特有の電圧Ｖｎにプリチャージされた後、これらのセンサは並列に電気的に接続され、これらのセンサからのチャージが参照キャパシタＣｒｅｆに搬送される。参照キャパシタＣｒｅｆ上のチャージは、静電容量・電圧コンバータによって、感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換される。感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅはタッチスクリーンコントローラにストアされる。１）コラムにおけるセンサを電圧Ｖｎまでプリチャージし、２）センサを並列に接続し、３）センサからのチャージを参照キャパシタＣｒｅｆに搬送し、４）参照キャパシタＣｒｅｆ上のチャージを感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換し、５）感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅをタッチスクリーンコントローラにストアするプロセスは、センサのうちの任意のものの静電容量の変化がスパース・アクティベーション圧縮センシングを用いて判定され得る一次方程式を作るため、Ｋ回反復される（ここで、Ｋの値はセンサの数より著しく小さいＮ−１）。
【００２１】
この一次方程式及びスパース・アクティベーション圧縮センシングは、本発明の他の実施例と共に本明細書において後に更に詳細に説明する。
【００２２】
図１は、容量性タッチスクリーン１００上の静電容量と共に、容量性タッチスクリーン１００上のセンサ１１２を図示する。インジウム錫二酸化物（ＩＴＯ）電極１０２及び１０４の二つの層が、ＬＣＤスクリーン１０８の上に置かれる。誘電性材料（例えばプラスチック又はパイレックスガラス）１０６の層が電極１０２及び１０４の二層間に位置する。
【００２３】
図２に示すような、Ｍ個のロー電極ＲＥ［０］〜ＲＥ［Ｍ−１］及びＮ個のコラム電極ＣＥ［０］〜ＣＥ［Ｎ−１］を備えた容量性タッチスクリーンを考える。図２に示す容量性タッチスクリーンは、Ｍ×Ｎ個の静電容量センサＳ０，０〜Ｓ［Ｍ−１］，［Ｎ−１］（ノード）を有し、各センサは、各コラム及びロー電極の交差において寄生容量
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を有する。各コラム及びロー電極の交差は、図２において破線の矩形で示されている。コラム及びロー電極の交差において、電極は直接的に接続されない（即ち、それらは互いに短絡されない）。センサ近くの指１１０（スタイラスなど、指以外の他の物体も用いられ得る）が、電界の一部を接地にシャントし、これは、
2015518208.tif 000004
と並列に静電容量ΔＣを付加することと同等である。従って、ノード上の感知された静電容量は下記のようになる。
【数１】
2015518208.tif 000005
【００２４】
容量性タッチスクリーン２００上の各センサＳ０，０〜Ｓ［Ｍ−１］，［Ｎ−１］は、画像における画素として見ることができる。
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をＣからキャリブレートした後、各ノード上の残りのΔＣは、容量性タッチスクリーン２００と成されるタッチ又は接触の二次元画像を効果的に構成する。タッチは、ピークの形状に反映されるような、指の大きさ、形状、向き、及び圧力などの特性を備えた、画像におけるピークとして検出され得る。容量性タッチスクリーン上のセンサの数に対して小数の指があるとき、画像はスパースであると考えられる。画像がスパースである結果、容量性タッチスクリーン上で指などの物体が位置する場所を判定するためにスパース・アクティベーション圧縮センシング手法が用いられ得る。
【００２５】
図３は、２本の指が容量性タッチスクリーンと接触した結果の一センサ上の静電容量の変化のグラフである。図３は、２本の指（即ち、アクティブノード）との接触が成される場所で一センサの静電容量が変化することを図示する。この例では、接触されていないセンサ（即ち、イナクティブノード）の数が、接触されたセンサ（即ち、アクティブノード）の数より著しく大きい。容量性タッチスクリーン上の同時接触がスパースであるため、検出及び位置特定の精度を保ちつつ、接触感知の複雑性が低減され得る。
【００２６】
図４Ａ〜図４Ｃはチャージトランスファ手法の概略図である。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、チャージトランスファは、プリチャージステージとトランスファステージの２つのステージで実現される。図４Ａに示すようなプリチャージステージにおいて、キャパシタＣは既知の電源Ｖｄｒｉｖｅでチャージされて、定常状態において図４Ｂに示すようにチャージＱがＱ＝（Ｖｄｒｉｖｅ×Ｃ）に等しくなるようにされる。図４Ｃのトランスファステージにおいて、Ｃ上のチャージＣがＣｒｅｆ上に搬送されるように、参照キャパシタＣｒｅｆがＣと並列に接続される。Ｃｒｅｆ上の電圧はＶｓｅｎｓｅである。総チャージの保存則に従って下記となる。
式２）：  Ｖｄｒｉｖｅ×Ｃ＝Ｖｓｅｎｓｅ（Ｃ＋Ｃｒｅｆ）
これは下記のように再配置され得る。
式３）：  Ｖｓｅｎｓｅ＝Ｃ／（Ｃ＋Ｃｒｅｆ）×Ｖｄｒｉｖｅ
この場合、Ｃｒｅｆ＞＞Ｃであるため、下記となる。
式４）：  Ｖｓｅｎｓｅ＝（Ｃ／Ｃｒｅｆ）×Ｖｄｒｉｖｅ
【００２７】
式４により、駆動電圧Ｖｄｒｉｖｅ、感知電圧Ｖｓｅｎｓｅ、及び参照静電容量Ｃｒｅｆの間の比例関係としてセンサＣの静電容量を推定することが可能となる。本発明のこの実施例において、この関係は、容量性タッチスクリーン上で接触が成される場所を判定するために、他のものと共に用いられる。
【００２８】
センサの静電容量を判定するためにチャージトランスファを用いるための代替の方法を図５に示す。演算増幅器５０２が用いられ、Ｖｓｅｎｓｅの極性が反転される。また、センサの静電容量を判定するためにチャージトランスファを用いるためのこの方法は、次のように、駆動電圧Ｖｄｒｉｖｅ、感知電圧Ｖｓｅｎｓｅ、及び静電容量Ｃの間の比例関係を提供する。
式５）：  Ｖｓｅｎｓｅ＝ｇＣＶｄｒｉｖｅ
ここでｇは定数である。
【００２９】
図６は、容量性タッチスクリーン６０２と接触する物体の位置を判定するための装置の概略図である。この実施例において、電圧ドライバＶＤ［０］〜ＶＤ［Ｍ−１］は、コラムＣ［０］〜ＣＥ［Ｎ−１］から選択される個別のコラムｎにおける各センサＳを、プリチャージステージの間、ロー電極ＲＥ［０］〜ＲＥ［Ｍ−１］を介して特有の電圧まで駆動する。この実施例において、コラムｎにおける各センサＳは、ロー電極ＲＥ［０］〜ＲＥ［Ｍ−１］を正の電圧Ｖｄｒｉｖｅまで駆動することによりチャージされ、一方、コラム電極Ｃ［０］〜ＣＥ［Ｎ−１］は接地される。しかし、他の実施例において、コラム電極Ｃ［０］〜ＣＥ［Ｎ−１］は非ゼロ電圧まで駆動されてもよい。
【００３０】
トランスファステージにおいて、選択されたコラムｎの全てのセンサが並列に接続され、選択されたコラムｎにおける全てのセンサにわたって蓄積されたチャージが、感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅを誘導するために参照キャパシタＣｒｅｆ上に搬送される。静電容量・電圧コンバータ６０４は、図４A〜図４Ｃ、図５に示す手法、又は静電容量を感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換するために当業界で既知の他の手法を用い得る。感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅは、タッチスクリーンコントローラ６０６にストアされ、これは後に用いられる。
【００３１】
プリチャージステージ及びトランスファステージはＫ回反復され、各回に電圧の特有のセットを有する。ｋ番目（ｋ＝０、１、２．．．Ｋ−１）のプリチャージステージの間のコラムｎに対するローｍにおける駆動電圧は、
2015518208.tif 000007
である。感知された電圧は下記に等しい。
【数２】
2015518208.tif 000008
ここで、ｇは定数であり、Ｑは総チャージであり、Ｃｍ，ｎは、ローｍ（ｍ＝０，．．．，Ｍ−１）及びコラムｎの交差におけるセンサＳのノード静電容量である。プリチャージステージ及びトランスファステージがＫ回反復された後、Ｋ個のストアされた電圧測定値は、下記の一次方程式に組み合わされ得る。
【数３】
2015518208.tif 000009
【００３２】
上記の式７）は、行列形式（比例定数gを無視して）に書くことができ、下記数式により下記が得られ、
式８）：  Ｖｎ＝φｎ×Ｃｎ
これは、下記ベクトルに対し下記定義を伴う。
【数４】
2015518208.tif 000010
また、プリチャージ行列は下記となる。
【数５】
2015518208.tif 000011
【００３３】
一般的に、劣決定である式の系に起因してＫ＜Ｍである場合、ＶｎからＣｎ（センサ上の静電容量）を固有に回復することは不可能である。しかし、解がスパースであるとき、Ｃｎはスパース・アクティベーション圧縮センシングを用いて固有に解くことができる。解をスパースとするために、スクリーン上の接触の数は、スクリーン上のセンサ（ノード）の数より実質的に小さい必要がある。また、この仮定は、各コラム上の小数のセンサのみが同時に接触されるときセンサの各コラムまで拡張され得る。
【００３４】
容量性タッチスクリーンとの接触が成されるとき、静電容量Ｃｎが変化する。上述のように、容量性タッチスクリーンとの接触は、センサＳの寄生容量
2015518208.tif 000012
と並列の静電容量ΔＣｎをつくる。従って、センサの静電容量の変化が下記により得られる。
【数６】
2015518208.tif 000013
ここで、コラムｎの寄生容量が下記により得られる。
【数７】
2015518208.tif 000014
ΔＣｎに小数の非ゼロエントリしかない（即ち、非常に少ないセンサが接触され、そのため、容量性タッチスクリーン上のセンサの数に対してセンサにおける静電容量の変化が非常に少ない）ため、ΔＣｎはスパースである。式８）を式９）と組み合わせること、項を配置しなおすこと、コラムｎに対するキャリブレートされた電圧測定値を
2015518208.tif 000015
と定義することで、下記数式が得られる。完全なキャリブレーションの場合は、
【数８】
2015518208.tif 000016
であり、キャリブレーション誤差ｅｎの場合は、下記となる。
【数９】
2015518208.tif 000017
【００３５】
コラムにおけるセンサの静電容量の変化ΔＣnは、スパース・アクティベーション圧縮センシングを用いて式１２から判定され得る。例えば、φｎがランダムガウス又はベルヌーイ行列であり、ΔＣｎがｓのスパース性を有し、Ｋ＝Ｏ（ｓ×ｌｏｇ（Ｍ／ｓ）（Ｏは「Order of」を意味し、複雑性の尺度である）であるとき、ΔＣnの変化は、下記数式を解くことにより固有に回復され得る。
【数１０】
2015518208.tif 000018
ここで、εはキャリブレーション誤差の限界である。
【００３６】
実際には、ランダムガウス又はベルヌーイ行列としてφｎを実装することは困難であるか又はコストがかかり得る。φｎを実装するためにテプリッツ又は巡回行列を用いることもできる。また、テプリッツ及び巡回行列は、ハードウェア回路において一層容易に実現され得る（例えば、ランダムシーケンスで円形の畳み込みを実施することにより）。テプリッツ及び巡回行列はまた、一層速い復号を可能とし得る。
【００３７】
各センサ（ノード）間の距離が、接触する物体（例えば指）のサイズよりずっと大きい場合、接触物体が、その接触に近接するセンサにおける静電容量変化のみを誘導し得る。この場合Ｃnは、スパースであり、式１３に従って回復され得る。図７は、本発明の一実施例に従った、大センサ間隔トポロジーを図示する。各センサ（ノード）が｛＋Ｖ、−Ｖ｝電圧でランダムにチャージされるように、プリチャージ行列φｎにおける各エントリにランダムベルヌーイ分布が続く。図８は、本発明の一実施例に従った、大センサ間隔トポロジーを用いた静電容量の変化ΔＣｎの回復を図示する。この例では圧縮比（Ｍ／Ｋ）は８：１（即ち、Ｍ＝２５６及びＫ＝３２）である。
【００３８】
各ノード間の距離が、接触する物体のサイズに比べて小さい場合、多数のセンサが単一の接触により影響され、ΔＣｎは、その現在の形式でスパースではない。この場合の解を求めるため、Ψの下のΔＣｎの突出αｎがスパースであるように、スパース化基底（sparsifying basis）Ψが必要とされる。式１３における回復アルゴリズムを、スパース化基底Ψを含むように改変することにより、下記が得られる。
【数１１】
2015518208.tif 000019
【００３９】
図９は、本発明の一実施例に従った、小センサ間隔トポロジーを用いた静電容量の変化の回復を図示する。図９に示される実施例はスパース化行列ΨとしてＤＦＴ（離散フーリエ変換）行列を使いる。この例では圧縮比（M／Ｋ）は８:１（即ち、M＝２５６及びＫ＝３２）である。
【００４０】
他の本発明の実施例では、他のスパース化基底Ψが用いられ得る。例えば、ＤＦＴ、DＣT（離散コサイン変換）、ウェーブレット（ウェーブレットは、ゼロから始まる振幅が増大し、その後減少してゼロに戻る、波状の発振である）、ｃｕｒｖｅｌｅｔ（ｃｕｒｖｅｌｅｔは、マルチスケール物体表現のための非アダプティブ手法である）がスパース化基底Ψとして用いられ得る。スパース化基底Ψが判定されるとき、プリチャージ行列φｎは、φｎとΨの間の相互コヒーレンスを最小化するように更に最適化され得る。その結果、最小限必要とされる測定の数は更に低減され得る。
【００４１】
概して、式１３）及び１４）における制約された最適化問題を解決するために２つのクラスのアルゴリズムが用いられ得る。式１３）では、線形／凹状最適化が用いられ得る。式１４）ではグリーディーアルゴリズムが用いられ得る。グリーディーアルゴリズムはしばしば、それらの演算が簡素であるためハードウェア実現に用いられる。この特定の問題では、ΔＣnの２つの付加的な特性が利用され得る。第１に、ΔＣnの非ネガティブ仮定は、Ψnが適切に設計されるときスパース解を見つけることが保証されるマッチング追跡アルゴリズムの変形につながる。第２に、小から中センサ間隔トポロジーでは、ΔＣnの非ゼロエントリは、散発的にではなく接触ポイントに近接してまとまっている。このブロック状スパース性特性に従って回復アルゴリズムを高めるためにモデルベースの圧縮感知理論が適用され得る。
【００４２】
図６に示すコラム方向（column-wise）圧縮スパース接触は、グリッド感知方式に拡張され得る。グリッド感知方式において、容量性タッチスクリーン６０２上の全てのセンサ（ノード）Ｓ［０，０］〜Ｓ［Ｍ−１］，［Ｎ−１］は、プリチャージステージの間、電圧ドライバＶＤ［０］〜ＶＤ［Ｍ−１］により特有の電圧まで駆動される。トランスファステージの間、全てのセンサＳ［０，０］〜Ｓ［Ｍ−１］，［Ｎ−１］は、並列に接続されて、各個別のセンサにわたって累積された変化が共に混合され、感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅを導出するように参照キャパシタＣｒｅｆ上に搬送される。コラム方向圧縮スパース接触実施例と同様に、容量性タッチスクリーンと成される接触に起因するセンサ上の静電容量の変化ΔＣが判定されるように、プリチャージステージ及びトランスファステージがＫ回反復される。
【００４３】
グリッド感知方式は、センサＳ［０，０］〜Ｓ［Ｍ−１］，［Ｎ−１］の総数と比較した、容量性タッチスクリーン６０２と成されるアクティブ接触の相対的なスパース性を更に利用し得る。従って、上述した同じ最大アクティブ接触ポイント仮定が与えられたとすると、測定の総数は最小化される。
【００４４】
図１０は、本発明の一実施例に従って、静電容量タッチスクリーンと成される接触の位置を判定する方法を説明するフローチャートである。工程１００２の間、コラムにおける各センサが、電圧ドライバＶＤ［０］〜ＶＤ［Ｍ−１］により特有の電圧Ｖｄｒｉｖｅまでプリチャージされる。コラムにおけるセンサが特有の電圧Ｖｄｒｉｖｅまでプリチャージされた後、工程１００４に示すように、センサは並列に電気的に接続される。工程１００６の間、並列に接続された全てのセンサ（ノード）からのチャージが、参照キャパシタＣｒｅｆに搬送される。工程１００８の間、参照キャパシタＣｒｅｆ上のチャージは、感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換される。工程１０１０の間、感知された電圧Ｖｓｅｎｓｅはタッチスクリーンコントローラ６０６にストアされる。
【００４５】
工程１００２〜１０１０がＫ回（Ｋの値は、コラム内のセンサの数より実質的に小さい）反復されると、工程１０１２は工程１０１４に進む。工程１００２〜１０１０がＫ回反復されていないとき、工程１００２が再び開始する。工程１０１４の間、静電容量の変化ΔＣｎに対する値が、圧縮センシングを用いて式８）を解くことにより判定される。容量性タッチスクリーンとの接触が成される位置は、工程１０１６の間、センサの静電容量の非ゼロ値変化ΔＣｎを用いて判定される。
【００４６】
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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