(57)【要約】  本発明は、多くの応用のためのタッチ・インターフェース・デバイスを開示し、かつコンパクトな形式で当該デバイスを格納する原理も開示する。デバイスは、格納時においてはケーシング内に収めることが可能であり、使用時においてはケーシングから完全にまたは部分的に取り出すことが可能な可撓性のタッチ感応膜を包含する。膜は、ＨＡＲＭＳを使用して製造できる。別体の、または結合されたタッチ処理および通信モジュールへ生のタッチ信号を送信し、その後のさらなる処理に応じて所望のＣＰＵまたはコンピュータへ送信するために別体の、または結合されたタッチ駆動、検知、および通信モジュールをタッチ感応膜に取り付けることが可能である。ケーシングは、情報の表示のために内蔵プロジェクタも収容できる。さらにまた、タッチ感応膜を介して触覚フィードバックを生成することもできる。
2015534695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ・インターフェース・デバイスであって、
‐  可撓性、形成可能、および／または折り曲げ可能タッチ感応膜と、
‐  前記タッチ感応膜を中に格納することが可能なケース、
を包含し
‐  前記ユーザ・インターフェース・デバイスが、必要なエレクトロニクスと、前記タッチ感応膜上のタッチを検知するための手段と、電源、および前記ユーザ・インターフェース・デバイスから情報を出力するための手段を包含し、それによって前記タッチの特性に関する情報を出力する、
ユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項２】
前記タッチ感応膜がケース内に巻き取ることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項３】
前記タッチ感応膜が、ＨＡＲＭＳ（高アスペクト比分子構造（Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ））網目構造、導電性ポリマ、グラフェン、セラミック、金属のグリッド、または金属酸化物を包含することを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項４】
さらに、前記タッチに応答して、前記タッチ感応膜を介した触覚フィードバックを生成するための手段を包含する、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項５】
前記タッチ感応膜は、ノードの間の抵抗における変化を測定することによって、またはタッチ検知と同時の信号フィルタ特性の変化によって変形検出膜としての機能も提供する、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項６】
さらに、前記ケース内への前記タッチ感応膜のガイドおよび前記タッチ感応膜の巻き取りの制限の両方によって前記タッチ感応膜の巻き取りを容易にするべく構成された少なくとも１つの保持タブを前記タッチ感応膜のエッジに包含することを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項７】
前記ケースの外側表面の少なくとも一部にタッチ表面を組み込み、ユーザ機能の入力を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項８】
前記タッチ感応膜は、さらに、基板上に少なくとも１つのプリント・パターンを包含する、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項９】
前記タッチ感応膜に取り付けられたときに、タッチ駆動、検知、処理、および通信モジュールが前記タッチの特性を決定し、前記タッチの特性情報を処理ユニットへ送信するべく構成されることを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザ・インターフェース・デバイスに関し、より詳細には、タッチ感応膜を有するユーザ・インターフェース・デバイスおよびその種のインターフェース・デバイスの使用ならびに設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の電気装置のためのユーザ・インターフェースは、このところ、ますます従来的な機械的なボタンの代わりに用いられ、タッチ感応膜に基づいた様々な種類のタッチ感応デバイスを伴って作られるようになっている。周知の例には携帯電話、ポータブル・コンピュータ、および類似のデバイス内の様々な種類のタッチ・パッドおよびタッチ・スクリーンが含まれる。洗練され、豪華でさえあるユーザ経験が達成可能であることに加えて、タッチ感応膜に基づくユーザ・インターフェース・デバイスは、より機能的に多用途性があり、より小さく、より安価であり、より軽量な、しかも視覚的により魅力的なデバイスを見出すことに継続的な試みを続けている設計者には優れた自由度も提供する。
【０００３】
可搬性および適応性は、その種のインターフェースにおいて鍵となる要素であり、技術者および設計者は、たとえばタッチ・パッド、タッチ・スクリーン、『マウス』ポインタ、およびキーボードを介してそれらを達成する手段を探してきた。概して言えば、硬直したデバイスへの限定が続いてきており、キーボードの場合であれば、それらは修正可能ではないか、あるいは最低限の修正しか可能でない（たとえば、ソフトウエアを介して各固定キーの定義を変更できる）。
【０００４】
タッチ感応デバイスにおいては、通常、タッチ感応膜が使用され、それが１つまたは複数の検知電極としての機能提供をするべく構成された１つまたは複数の導電層を包含する。この種の膜の一般的な動作原理は、たとえば指先または何らかの特定のポインタ・デバイスによるユーザのタッチが、タッチ感応膜が接続されている特定の測定回路によって検出されるというものである。実際の測定原理は、たとえば、抵抗性、誘導性、または容量性とすることが可能であり、昨今では後者が、もっとも要求の厳しい応用において最良パフォーマンスを提供するもっとも進んだ選択肢であると一般に考えられている。またこの分野では、このほかの電磁放射線のためのソースおよび検出器を使用するＦＴＩＲ（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）等の光学的な方法も知られている。
【０００５】
容量性タッチ検知は、タッチ感応膜上のタッチが、電気的な観点から見て、タッチ感応膜が接続されている測定回路への外部キャパシタンスの結合を意味するという原理に基づく。充分に感度の高いタッチ感応膜を用いれば、タッチ感応膜への直接接触がない場合でさえ、タッチ感応膜の近傍に適切な物体を近づけるだけで容量性結合を達成できる。容量性結合は、測定回路の信号の変化により検出される。いわゆる投影型静電容量方式においては、測定回路が、信号を供給するための駆動電極および容量性結合を検知するための検知電極を含む。この回路は、各供給／測定電極ペアの間の結合が測定されるように検知電極にわたる迅速なスキャンをシーケンシャルに行なうべくアレンジもなされている。
【０００６】
投影型静電容量方式における周知のタッチ感応膜に共通することは、タッチの位置を適切に決定する要求が、かなりの数の別々の検知電極を導電層内に必要とすることである。言い換えると、導電層が別々の検知電極の網にパターン化され得る。より正確な分解能が望まれるほど、より複雑な検知電極構成が必要になる。１つの特定の挑戦的な問題は、複数の同時タッチの検出であり、一方においてそれは、しばしば最先端タッチ感応デバイスのもっとも望ましい特性の１つとなる。複雑な検知電極構成および多数の単独検知電極要素は、製造プロセスをはじめ、タッチ感応デバイスの測定エレクトロニクスを複雑化する。
【０００７】
タッチ・スクリーンにおいては、タッチ検知ケイパビリティに加えて、電子デバイスのディスプレイ内またはそのトップ上におけるその膜の使用を可能にするために、すなわち、タッチ感応膜を通したデバイスの表示を可能にするために、タッチ感応膜が光学的に透明でなければならない。さらにまた、透明性は、タッチ感応膜の可視性の観点からも非常に重要である。たとえば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイ、またはｅペーパー（電子ペーパー）ディスプレイのユーザに対するタッチ感応膜の可視性は、ユーザ経験の深刻な低下をもたらす。これまでのところ、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の透明の導電性酸化物が、タッチ感応膜内における導電層材料のもっとも一般的なグループを形成してきた。しかしながら、可視性、堅牢性、可撓性、およびコストの観点から見れば、それらは理想的な解決策から遠い存在となっている。現在は、そのほかの、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、金属または金属複合ナノワイヤ、導電性ポリマ、グラフェン、カーボン・ナノバッド等といった透明導電性媒体が台頭しつつある。
【０００８】
タッチ感応膜における１つの有望な新しいアプローチは、網目ナノ構造から形成されるか、またはそれを包含する層の中に見られる。適切な導電性能に加えて、管状カーボン分子の側面に共有結合されたフラーレンまたはフラーレン類似の分子を有するたとえばカーボン・ナノチューブまたはカーボン・ナノバッドの網目構造からなる層は、たとえばＩＴＯ、ＡＴＯ、またはＦＴＯ等の透明導電性酸化物と比べて人間の目に対する可視性をより低くすることが可能である。それに加えて、周知のとおり、ナノ構造ベースの層は、たとえば透明の導電性酸化物と比べて優れた可撓性、機械的強度、および安定性を有し得る。
【０００９】
代替原理に基づく可撓性キーボードが開示されている。特許文献１（『キキニス』（“Ｋｉｋｉｎｉｓ”））には、コンピュータ用の可撓性キーボードが開示されている。キーボード材料が、キーとともに可撓性である。このキーボードは、円筒内での保管のために丸めること、および実際の使用のために伸ばすことが可能である。２つの層が備わり、第１の層はキーを含み、第２の層は、キーの打ち込みを構造内の電子的伝導度の変化を通じて検知する。これら２つの層は、それら２つの層の間の何らかの相対的な移動を許容する結合手段によって結合される。
【００１０】
特許文献２（『モチヅキほか』（“Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ  ｅｔ  ａｌ．”））には、折り畳み可能なキーボードおよび可撓性ディスプレイが開示されている。たとえば図５に見られるとおり、そのキーボードは、ヒンジ・タイプの接続周りに回転可能であり、したがってそのキーボードは、２つの硬直な部分を有する。可撓性ディスプレイは、可撓性プラスチック・ベースの膜上に形成されたカラー有機電界発光ディスプレイ・シートとして実装される。可撓性ディスプレイは、巻いた状態で収容可能である。
【００１１】
これまでのところ、完全使用サイズ、およびポケッタブルとなるような充分に小さい格納サイズを有する能力を持ったユーザ・インターフェース・デバイスは利用可能でない。
【００１２】
要約すると、これらの解決策の中には、小さいサイズで格納して持ち運び、その後、使用のために有意に大きいサイズに拡張できるコンパクトなユーザ・インターフェース・デバイスを提供するものが存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許第０６１９８９４号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１９６，６９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、たとえばスマートフォンまたはタブレット・コンピュータのユーザ・インターフェースとして作用するためのタッチ・テクノロジ・ベースのアクセサリを提供することであり、それにおいて当該アクセサリは、コンパクト格納モードにおいて小さいケーシングの中に格納され、かつ容易に持ち運び可能であり、その一方において使用モードにあるときには任意の与えられた表面上での実用的な使用が可能な効率的かつ柔軟な入力ツールを提供する。
【００１５】
本発明の第１の態様は、ユーザ・インターフェース・デバイス（２）に焦点されており、当該デバイスは、可撓性、成形可能、および／または折り曲げ可能なタッチ感応膜（１）と、中にタッチ感応膜（１）を格納することが可能なケース（３）を包含し、ケース（３）は、タッチ感応膜上におけるタッチを検知するための手段、電源、および、たとえば物理的（オーミック）、容量性、誘導性、または無線結合を介してタッチ・インターフェース・デバイスからＣＰＵ（中央処理装置）またはメインフレーム、デスクトップ、ラップトップ、ノートブック、タブレット、もしくはスマートフォン等のコンピュータ（１２）へ情報を送信するための手段を含む必須エレクトロニクスを有し、それによって場所、速度、方向、回転、面積、または圧力等のタッチの特性に関する情報を送信する。
【００１６】
これにおけるユーザ・インターフェース・デバイス（２）は、外部物体によりデバイスをタッチすることによって操作されるすべてのユーザ・インターフェース・デバイスをはじめ、そのほかのタイプの、その種の物体の存在、近接、および／または場所を検出するためのデバイスを覆うものと広く理解する。
【００１７】
ユーザ・インターフェースは、概して、ユーザが、コンピュータ等のデバイスと、たとえばタッチの場所、タッチの面積、命令または命令の要素または状態等の情報を送受するための任意の手段を意味する。ユーザ・インターフェースにおけるユーザとマシンの間のインタラクションの到達目標は、マシンの効果的な操作ならびにコントロールであり、おそらくは操作上の決定において操作者を補助するマシンからのフィードバックである。その例は、たとえば、ユーザとコンピュータのオペレーティング・システム、手持ち工具、重機オペレータのコントロール、楽器、およびプロセス・コントロールとの間のインタラクションを包含する。
【００１８】
ユーザ・インターフェースは、ハードウエア（物理）およびソフトウエア（論理）構成要素を含む。多様なシステムのためのユーザ・インターフェースが存在し、ユーザによるシステムの操作を可能にする入力手段を提供し、特定の場合においては、システムがユーザの操作の効果を示すことを可能にする出力手段を提供することがある。
【００１９】
ＣＰＵまたはコンピュータ（１２）は、概して、算術または論理演算の有限集合を実行するべくプログラム可能な汎用デバイスを意味する。従来的に、コンピュータは、少なくとも１つの処理要素からなり、情報をストアするための何らかの形式のメモリを含むことができる。処理要素は、算術および論理演算、ならびに演算の順序を変更できるシーケンシングおよびコントロール・ユニットを実行する。これらの演算は、ストア済みの情報に基づくことができる。
【００２０】
本発明のタッチ感応膜（１）は、１つまたは複数のタッチの場所、速度、方向、回転、面積、圧力等のうちの１つまたは複数、若しくはその平均または前記１つまたは複数のタッチのほかの特性を検知する能力を有する。これは、たとえば、タップする、つまむ（ピンチ）、または回すといったジェスチャを包含する。
【００２１】
本発明に関して言えば、『タッチ』およびこれの派生語が、指先、スタイラス、またはそのほかのポインタもしくは物体とタッチ感応膜の間における直接の機械的または物理的な接触だけでなく、物体がタッチ感応膜とその周囲環境の間、またはタッチ感応膜の異なるポイントの間における充分な容量性、誘導性、またはそのほかの結合を生成できるように、その種の物体がタッチ感応膜の近傍にある状態も含めた広い意味で使用される。この意味において本発明のタッチ感応膜は、近接または空間ジェスチャ・センサとしても使用可能である。
【００２２】
ここでは『導電材料』が、その材料の導電メカニズムまたは導電タイプとは無関係に、材料内における電荷の流れを許すことが可能な任意の材料を意味する。したがって、導電材料は、この場合に半導体または半導体材料もカバーする。タッチ感応膜内には、１つまたは複数の導電材料の層が存在し得る。
【００２３】
導電材料に加えて、タッチ感応デバイスは、完全に実用的なタッチ感応要素の実装に必要となるそのほかの材料の層および構造も包含できる。たとえば、膜の機械的な保護のための１つまたは複数の層が存在し得る。それに加えて、屈折率または色合わせのための１つまたは複数の層、および／またはたとえばかき傷防止、装飾、撥水、自己クリーニング、またはそのほかの目的のための１つまたは複数のコーティングも存在し得る。積層された要素に加えてタッチ感応膜は、３次元で組織化された構造、たとえば、タッチ感応膜またはそれの部分を通って延びる接触構造も包含できる。タッチ感応膜は、透明、半透明、または不透明とすることが可能である。またタッチ感応膜は、硬質、半硬質、可撓性、成形可能、折り曲げ可能、または折り畳み可能とすることができる。タッチ感応膜は、ポリマ（ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＶＣ、またはアクリル等）、ガラス、紙、ゴム、織布、または皮革を包含できる。
【００２４】
『外部物体』は、任意のキャパシタまたはインダクタ、または容量性または誘導性ポインタ、たとえば人間の指または金属のスタイラス、容量性要素または誘導性結合のための金属のコイルを有するポインタ等を意味する。
【００２５】
この実施態様に従った電気回路は、１つまたは複数の場所においてタッチ感応膜と抵抗性、電波、誘導性、または容量性結合される。回路は、種々のタイプの接触電極、配線またはそのほかの形式の導体、スイッチ、並びにそのほかの、タッチ感応膜およびそれの１つまたは複数の導電層とユーザ・インターフェース・デバイスの残りの部分との接続に必要とされる要素を包含できる。抵抗性接続は物理接触を含意し、一方、電波、誘導性、または容量性結合は、無線接触に関係する。抵抗性結合の例は、限定ではないが、はんだ付け、ブラシ、クランプ、またはそのほかの伝統的なテクニックを含む。
【００２６】
電気回路は、タッチ感応膜へ１つまたは複数の励起信号を供給するべく、かつタッチ感応膜からの１つまたは複数の応答信号を受信するべく構成される。電気回路は、処理ユニットに接続される。本発明の例示的な実施態様においては、この信号が電気回路を介してタッチ感応膜へ送信され、処理ユニットによってそこから受信される。当業者には明らかであるとおり、実際においては、電気回路が処理ユニットとともに単一チップ上に部分的に、または完全に集積され、したがってそれらを厳密に分離できないことがある。
【００２７】
ここで言う励起信号は、回路を介してタッチ感応膜の信号フィルタへ供給され、タッチが誘導したフィルタの特性における変化の監視に適した条件を提供する、たとえばパルス、立ち上がりおよび立ち下がりの時間限または振動する電圧もしくは電流といった任意の電気信号である。この励起信号は、たとえば駆動信号または刺激信号と呼ぶことも可能である。典型的な例は、ＡＣ電流および／または電圧である。応答信号は、回路手段を使用することによって、またタッチがフィルタ特性にもたらし、かつこの信号によって検出可能な変化を基礎としてタッチの検出を可能にすることによって、信号フィルタから受信され、相応じて測定される任意の電気信号である。応答信号は、たとえば検知信号と呼ぶことも可能である。
【００２８】
この実施態様においては、処理ユニットが電気回路と抵抗性（オーミック）、電波、誘導性、容量性結合される。処理ユニットは、１つまたは複数の応答信号を処理することによって、たとえば、外部物体によるタッチの存在または近接、前記タッチの場所、前記タッチのキャパシタンスまたはインダクタンス、前記タッチの圧力または面積、前記タッチの近接度、前記タッチの速度、前記タッチの方向、前記タッチの平均、２つまたはそれを超える数の前記タッチの間の相対的な距離、２つまたはそれを超える数の前記タッチの相対的な回転、前記タッチの持続時間、またはこれらの組合せを検出するべく構成される。
【００２９】
処理ユニットは、プロセッサ、信号またはパルス発生器、信号比較ユニット、翻訳ユニット、およびそのほかのハードウエアならびにエレクトロニクスをはじめ、応答信号の処理に必要とされるソフトウエア・ツールを包含できる。
【００３０】
本発明の実施態様においては、タッチ感応デバイスが、１つまたは複数のタッチ感応膜を利用する単層または多層構成において動作でき、各膜は、１つまたは複数の導電層を有する。
【００３１】
本発明の実施態様によれば、ユーザ・インターフェース・デバイスが、タッチ検知／感応膜（１）、タッチ検知エレクトロニクス、ケーシング（３）、電源、情報をユーザ・インターフェース・デバイスへ送信するため、および／またはそこから受信するための手段、ならびにデバイスの格納状態と使用状態の間の遷移を行なうためにタッチ感応膜を巻き取り、かつ／または巻きを解くための手段を包含する。概して言えば、格納状態は、代替手段によって、または本発明の１つの実施態様によれば、折り畳まれるか、無造作に丸められてケーシングの中に収められる膜といった膜の代替形状ファクタで作り出されてもよい。
【００３２】
これにおいて、情報の送信および／または受信手段は、たとえば物理的（たとえば、オーミック接触）または無線（たとえば、電波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線、Ｘ線およびガンマ線等の電磁放射線、誘導性もしくは容量性結合、または音波を介する）であることを意味する。実用性の高い情報の送信および／または受信手段は、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）またはワイヤレスＵＳＢ等の標準の無線手段の使用によるものとなる。
【００３３】
１つの実施態様においては、タッチ感応膜が、折り曲げが可能となるように可撓性構造として形成される。ここで言う『可撓性』構造は、少なくとも１つの方向における折り曲げを可能にする構造を意味し、それには反復的な折り曲げさえ含まれる。さらにまた、タッチ感応膜は、同時に少なくとも２つの異なる方向において可撓性（たとえば、引き伸ばし可能）であり得る。
【００３４】
可撓性に代えて、またはそれに加えて、タッチ感応膜は、たとえば３次元表面に沿って、またはそれに被せる熱成形を使用することによる変形が可能（たとえば、成形可能）となるように変形可能構造として形成可能である。
【００３５】
タッチ感応膜の可撓性および／または変形可能性は、本発明の独特な測定機能との組合せにおいて、タッチ感応デバイスを実装するまったく新しい可能性を開く。たとえば、モバイル・デバイスのユーザ・インターフェースとしての機能を提供するタッチ感応膜は、タッチ感応膜がデバイスの全表面さえ覆うことができるように折り曲げ、またはデバイスのエッジまで広がるべく成形することが可能である。３次元デバイスの異なる表面を覆うタッチ感応膜においては、異なる目的のためのいくつかのタッチ検知領域が存在可能である。１つの検知領域は、タッチ・スクリーンを形成するべくディスプレイのエリアを覆うことができる。ほかの、たとえばデバイス側面の検知領域は、従来的な機械式ボタン、たとえば電源ボタン、あるいは音量または輝度スライダまたはダイアルを置き換えるタッチ感応要素としての機能を提供するべく構成可能である。
【００３６】
可撓性および／または変形可能タッチ感応膜のための良好な選択肢は、より詳細を後述するとおり、１つまたは複数のＨＡＲＭＳ（高アスペクト比分子構造（Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ））網目構造を有する導電層である。ＨＡＲＭ構造およびそれの網目構造は、本質的に柔軟であり、したがってタッチ感応膜を可撓性、折り曲げ可能、および／または変形可能にすることができる。
【００３７】
１つの有用な応用および実施態様においては、タッチ感応膜が光学的に透明に作られる。したがって、これは、たとえばタッチ・スクリーンの一部として、または、センサを通じて支持表面を見ることを可能にする支持表面上の独特なユーザ・インターフェースとして、または膜を通してユーザの操作をガイドする特定のパターンをユーザが見ることできるタッチ感応膜を使用することを可能にする。ここで言うタッチ感応膜の光学的透明性は、膜の平面と実質的に垂直な方向からの、当の応用に関係のある周波数または波長範囲における入射光の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも５０％が膜を透過することを意味する。殆どのタッチ感応応用においては、この周波数または波長範囲が可視光のそれになる。
【００３８】
光学的透明性のための鍵は、タッチ感応膜の導電材料である。電気伝導度と光学的透明性の同時要件は、可能性のある材料の数を制限する。この意味において言えば、ＨＡＲＭＳ網目構造は、たとえば透明導電性酸化物より優れた透明性を提供可能であることから、光学的に透明なタッチ感応膜のための良好なベースを形成する。
【００３９】
１つの実施態様においては、タッチ感応膜がＨＡＲＭＳ網目構造、導電性ポリマ、グラフェン、セラミック、銀または金等の金属のグリッド、または金属酸化物を包含する。ここでは、ＨＡＲＭＳまたはＨＡＲＭ構造が、ナノメートル・スケールの、すなわち約１００ナノメートルと等しいか、またはそれより小さい特性寸法を伴う導電構造を含意する。それらの構造の例は、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボン・ナノバッド（ＣＮＢ）、金属ナノワイヤ、およびカーボン・ナノリボンを包含する。ＨＡＲＭＳ網目構造においては、多数のその種の単一構造、たとえばＣＮＴが互いに相互接続される。言い換えると、ＨＡＲＭ構造はナノメートル・スケールにおいて、たとえば導電性ポリマまたは透明導電性酸化物等のように真に連続する材料を形成するのではなく、むしろ電気的に相互接続された分子の網目構造を形成する。しかしながら、顕微鏡スケールで考えたとき、ＨＡＲＭＳ網目構造は、中実かつモノリシックな材料を形成する。有用な特徴としては、ＨＡＲＭＳ網目構造を薄層の形式で製造可能である。
【００４０】
感応膜内のＨＡＲＭＳ網目構造（１つまたは複数）によって達成可能な利点は、光学的に透明なタッチ感応膜を必要とするだけでなく、非常に柔軟な可調電気的特性も必要とする応用に有用な、優れた機械的耐久性ならびに高い光透過率を含む。これらの利点を最大化するために、導電材料が１つまたは複数のＨＡＲＭＳ網目構造を実質的に包含できる。
【００４１】
ＨＡＲＭＳ網目構造の抵抗性能は、層の密度（厚さ）に依存し、またある程度は構造の長さ、厚さ、または結晶方位、ナノ構造束の直径等のＨＡＲＭＳの構造上の詳細にも依存する。これらの特性は、ＨＡＲＭＳ製造プロセスおよびそれのパラメータの適切な選択によって操作可能である。本発明に従ったシート抵抗を伴うカーボン・ナノ構造網を包含する導電層を製造するための適切なプロセスは、たとえば、ＷＯ２００５／０８５１３０Ａ２およびＷＯ２００７／１０１９０６Ａ１の中に述べられている。
【００４２】
本発明によるところのタッチ感応デバイスの１つの実施態様においては、タッチ感応デバイスが触覚インターフェース膜としての機能も提供する。言い換えると、このデバイスは、タッチに応答して、好ましくは感応膜を介した触覚フィードバックを生成するための手段をさらに包含する。感応膜を介した触覚フィードバックの提供は、タッチ感応膜の振動を生成するためにタッチ感応膜に取り付けられる別々のアクチュエータに基づく従来的なアプローチに代えて、触覚フィードバックを生成するための手段の一部として感応膜が使用されることを意味する。これについては多様な可能性が存在する。触覚効果は、感応膜を使用して適切な電磁界（１つまたは複数）を生成することによって達成可能である。タッチ感応膜にタッチしているユーザの皮膚は、これらの場を異なる感覚として検知する。この種のアプローチは、容量性触覚フィードバック・システムと呼ぶことができる。他方、これに代えて、たとえば電気活性ポリマ（人工筋肉）ベースの触覚インターフェースの一部として感応膜を使用することも可能であり、それにおいて感応膜は、インターフェースの１つの層を形成する。それに代えて、タッチの感覚を介してユーザをガイドする触覚的に識別可能な表面特徴をタッチ表面が有するように、テクスチャを付ける、凹ませる、エンボス加工する、またはそのほかの形の修正を行ってもよい。
【００４３】
両方の機能、すなわちタッチ検出および触覚フィードバックの両方を実行する１つの可能性は、第１の時間期間内にタッチが検出されると、その第１の時間期間に続く第２の時間期間に触覚フィードバックが提供されるように、タッチ感応膜が、タッチ検知回路と触覚フィードバックのための信号を生成する手段に交互に結合されるというものである。第１および第２の時間期間は、ユーザが連続したデバイスの操作を経験できる程度に短く調整可能である。
【００４４】
本発明によるところのタッチ感応デバイスの１つの実施態様においては、タッチ感応デバイスが変形検出膜としての機能も提供する。このことは、たとえば検知膜の折り曲げ、ねじりおよび／または引き伸ばしを検知するための手段がデバイスに組み込まれることを意味する。これは、ノードの間の抵抗の変化を測定することによって、または信号フィルタの特性を本発明に従ってタッチ検知と同時に変更することによって行なうことが可能である。システムの信号フィルタ特性が、膜および限定ではないがＨＡＲＭＳおよび導電性ポリマ、特にナノチューブおよびナノバッド、より詳細にはカーボン・ナノチューブおよびナノバッドを含む少なくとも特定の材料については抵抗の関数であることから、たとえば膜が引き伸ばされ、圧縮され、またはそのほかの形で変形された場合には、信号フィルタの特性が変化し得る。抵抗または信号フィルタ特性のいずれかにおけるこの変化を解釈することによって、本発明は、たとえば検知膜に接続されたノードの間の伸張または圧縮を検出できる。したがって、たとえば、膜の対向する側の２セットのノードの間の伸張の検知は、センサが格納状態にあるか（たとえば、丸められているか、または折り畳まれている）または使用状態にあるか（たとえば、解かれているか、または広げられている）を示す。本発明によれば代替構成もまた可能である。
【００４５】
特定の変形可能な外部物体については、キャパシタンスまたはインダクタンスが、タッチ感応膜に印加される力に伴って変化し、したがって決定済みのキャパシタンスまたはインダクタンスをその力のためのプロキシとして使用できる。この力は、たとえば、タッチを行なうときにユーザが膜に印加する力を意味する。たとえば人間の指は、力の印加時に変形し、センサ膜の近傍の面積の増加に帰する。これは、相応じてキャパシタンスを変化させる。それに代えて、誘導性の外部物体が使用され、ユーザが、たとえばその外部物体のコイルを変形するか、またはコイルから表面までの（たとえば、ばねを介した）距離を変化させた場合には、インダクタンスが変化し、同様に力を測定できる。
【００４６】
本発明のユーザ・インターフェース・デバイスは、標準またはカスタム化されたスタンドアロン・モジュールとして、または何らかのより大きなデバイスの一部として統合される、たとえば携帯電話、ポータブルまたはタブレット・コンピュータ、ｅリーダ、電子ナビゲータ、ゲーム・コンソール、冷蔵庫、ブレンダ、食洗機、洗濯機、コーヒーメーカー、クッキング・ストーブ、オーブン、またはそのほかの白物家電の表面、自動車のダッシュボードまたはステアリング・ホイール等の分離できないユニットとして実装可能である。
【００４７】
セットアップは、メイン・デバイスとタッチ感応モジュールの両方に配置される電極の間の静電気的または電気力学的誘導のいずれかを作り出すＡＣ電流、およびデータの作成、送信、および受信を取り扱う補助エレクトロニクスを必要とし得る。これら２つのデバイスは、次に示す方法のうちの１つまたは複数によって互いに無線結合してもよい。
【００４８】
‐  データおよび電力送信が対向するコイルの間の磁界からの電流によって誘導される電磁誘導（誘導結合、電気力学的誘導）。
‐  磁気共鳴は磁界を介した近距離電磁誘導結合である。
‐  アンテナによって受信された電波から電力が生成され、データ送信が放射界の負荷を実質的に変更する電波（たとえば、ＲＦＩＤテクノロジ；無線周波数識別）。
‐  エネルギおよびデータが対向する電極板から送信される容量結合（または静電誘導）。
【００４９】
今日のタッチ・センサは、有線または直接はんだ付けによって、またはコネクタ経由で応用デバイスに完全にまたは部分的に統合される。これは、通常、展開が必要とされないエリア内にセンサが位置決めされる固定設備においては充分である。たとえば、ポータブル・デバイスにおいては、一般にそれらが、ディスプレイが実際にタッチ感応膜の下にあり、スクリーン自体が恒久的にデバイスに取り付けられるタッチ・ディスプレイ応用の中に見られる。タッチ感応デバイスがデバイスの取り外し可能部分に配置されている場合には、取り付けたときにデバイスとの接続を可能にするコネクタが必要になるであろう。この方法は機能的であるが、特定の応用においては適切でないことがある。それに加えて、タッチ構成要素にデバイスへの恒久的な据え付けが意図されている場合でさえ、はんだ付けまたはコネクタを介した構成要素の接続に関連付けされる製造コストならびに設計の限界が存在する。
【００５０】
本発明は、たとえば内部サービス部品のメンテナンスまたは交換のために筐体カバーを取り外さなければならないか、またはデバイスの個別の部品、たとえばタッチ感応膜、電源、検知および駆動エレクトロニクス、および／またはＣＰＵが、たとえば回転軸およびベアリング等の回転接続を介して分離される応用に２次元または３次元のタッチ・センサ・デバイスを提供するという問題を解決する。これはまた、たとえば濡れ、爆発、またはそのほかの有害環境のために壊れないカプセル化を必要とするデバイスへデータ入力する方法、あるいは相互接続ワイヤのような直接接続が不可能であるか、コスト高であるか、または非常に不便である場合にデータ入力する方法を提供する堅牢な方法でもある。
【００５１】
追加の利点は、この方法が、電力またはデータ送信のために、汚れ、摩損および裂けまたは破損を受けやすい物理的コネクタを必要としないことである。コネクタがなければ、汚染、化学的または物理的劣化または機械的損傷を受けやすい部品がより少なくなり、その結果としてデバイスの信頼性が向上する。
【００５２】
本発明は、堅固に固定されていなかった場合に意図しない切断からデータまたは電力の喪失を招くことがある直接物理接触を必要としない。これは、設備から電力を受け取り、アドホック・タッチ・センサとして、または汎用データ入出力デバイスとして働く、固定設備へのリモート・コントロール・デバイスとして機能し得る。
【００５３】
さらなる利点は、特定の機能をモジュール内に維持すること、およびほかの機能からそれを分離することによってそれらが異なるサービス部品になり、別々の製造が可能になり、最終組み立て時にのみ組み合わせればよいという点である。追加のコスト的な利点は、電極が単純に金属エリアになるか、またはプリント回路基板上のプリント配線になることである。
【００５４】
本発明の１つの実施態様によれば、タッチ・センサ・モジュールおよびメイン・デバイスを互いに物理的に取り付けできるが、電力またはデータまたはその両方がそれらの間において無線送信される。実際においては、全体のユニットが独立した周辺プラグイン・ユニットになるように、センサ、励起および検知エレクトロニクスがデータ処理ユニットとともにアレンジされる。
【００５５】
本発明の主要な利点は、フルサイズの使用状態とコンパクトな格納状態の間において変更可能であることを主張する周知のキーボードがいくつかあるが、基本的にポケット・サイズとなるような充分に小さい格納状態（たとえば、巻き取られた形、無造作に丸められた形、または折り畳まれた形）を達成することが可能でないという点にある。本発明は、真に可搬のポケッタブルなタッチ‐ベースのアクセサリを紹介する。これは、ユーザが実質的に任意の軟質または硬質の、平面または曲面の表面を、コンピュータまたはタブレットまたは特に、スマートフォン等のモバイル・デバイスのためのフル機能ユーザ・インターフェースに転ずることができる可撓性タッチ・センサに基づく。この種の操作は、さらに、スマートフォンをポータブルの便利なポケット・コンピュータに転ずる。本発明およびスマートフォンを用いれば、任意の表面を実質的にタッチ表面にすることが可能であり、任意の『非スマート』物体を『スマート』物体へと転ずることが可能である。
【００５６】
以下、添付図面を参照した例に基づいて本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に従って使用可能なタッチ感応膜の例を図解した説明図である。
【図２ａ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｂ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｃ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｄ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｅ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図３ａ】不透明基板および透明基板上にプリントされたパターンを伴うタッチ感応膜を図解した平面図である。
【図３ｂ】不透明基板および透明基板上にプリントされたパターンを伴うタッチ感応膜を図解した平面図である。
【図４ａ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｂ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｃ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｄ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｅ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図５ａ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図５ｂ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図５ｃ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図５ｄ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図６ａ】本発明に従ったプリント・パターンありおよびなしのタッチ感応膜の詳細を示した説明図である。
【図６ｂ】本発明に従ったプリント・パターンありおよびなしのタッチ感応膜の詳細を示した説明図である。
【図７ａ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｂ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｃ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｄ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｅ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｆ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ａ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｂ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｃ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｄ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｅ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｆ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｇ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図９】図４ａの例の実装に従った、追加のタッチ表面を伴う本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図１０】多様な支持表面上における本発明の用途を示した説明図である。
【図１１ａ】タッチ感応膜の抵抗性タッチ実施態様を示した説明図である。
【図１１ｂ】タッチ感応膜の抵抗性タッチ実施態様を示した説明図である。
【図１２】本発明に従った抵抗性タッチ感応膜の格納を低減する方法を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
次に、本発明の主要な原理を例に基づいて説明する。
【００５９】
図１は、本発明に従って使用できるタッチ感応膜の多様な例を示しており、可撓性の透明ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板、可撓性カーボン・ナノバッド透明電極、駆動および検知回路へ接続する銀トレース、および硬質の反射防止および必要に応じたそのほかのコーティングを包含する。本発明によれば、そのほかの基板、電極材料、回路、およびコーティングも可能である。本発明によれば、そのほかの容量性、誘導性、抵抗性、光学および音響検知を含めたタッチ感応テクニックも可能である。基板、電極、およびコーティングは、本発明に従って透明、半透明、または不透明とすることが可能である。本発明は、タッチ感応膜を構成する材料を限定しない。
【００６０】
タッチ感応膜は、防汚および耐水性となり、かつ石けん、洗剤、および溶剤を用いて容易にウォッシングできるようにコーティングまたはカプセル化することが可能である。さらにまた、巻き取り可能なエレクトロニクスの有する、超極薄であり、プリントされ、かつ可撓性であるという特性に起因して、タッチ感応膜を極めて堅牢に作り、たとえば衝撃および圧縮に抗することができる。
【００６１】
ユーザ・インターフェース・デバイスは、少なくともタッチ感応膜、タッチ感応膜への入力を検知する手段、および巻き取りまたは折り畳み状態等の低減された形状ファクタでタッチ感応膜を格納する手段を包含する。
【００６２】
本発明の実施態様を、完全形状ファクタまたは完全使用モードまたは状態で図２ａに示す。この実施態様においては、タッチ感応膜（１）の格納を補助することによってタッチ感応膜（１）の形状ファクタの低減を補助するケースまたはケーシング（３）が使用され、また繰り出し通路（２１）を伴うケーシングを使用することによってタッチ感応膜（１）の巻き取りが、ケーシング内へのタッチ感応膜のガイド、および保持タブ（５）によるタッチ感応膜（１）の巻き取りの制限の両方によって容易になる。ユーザが把持してタッチ感応膜（１）を解くため、またデバイスを運搬および格納モード／状態にするときにタッチ感応膜（１）がケーシング（３）内に完全に巻き取られてしまうことを防止するために、１つまたは複数の保持タブ（５）をタッチ感応膜（１）のエッジに取り付けることができる。そのほかにも本発明によれば、タッチ感応膜（１）したがってユーザ入力デバイス（２）巻き取るか、またはそのほかの形での形状ファクタを低減する手段、および／またはタッチ感応膜（１）をガイドする手段、および／または格納されたタッチ感応膜（１）の移動、状態、または形状ファクタを制限する手段が可能である。ケーシング（３）は、追加のタッチ・パッドとして、および／または、たとえば外部デバイスのスクリーン上の情報をスクロールするためのスライダ（後述のセクションも参照されたい）またはコントロール・ボタンとして使用するためのタッチ・センサ・ベースの部分（８）を備えることができ、その部分を不可視としてもよい。
【００６３】
図２ｂは、タッチ感応膜（１）が保持タブ（５）によって制限される完全巻き取り状態にあり、かつ使用のために解く準備が整った状態にある格納、運搬、または保護モードまたは状態にある本発明の実施態様を示している。
【００６４】
ケーシング（３）は、バッテリまたは電力コード（図示せず）等の外部電力を引き渡す手段、信号の駆動および検知および解釈／処理を行なってタッチを検出するエレクトロニクス、およびユーザ・インターフェース・デバイス（２）からコンピュータ／ＣＰＵへ情報を送信する手段を包含できる。ここではコンピュータおよびＣＰＵという用語が、相互交換可能に使用され、インターフェース・デバイス（２）の出力をたとえばコンピュータ・プログラムに従って命令および／または出力として解釈するために必要となる演算、グラフィック、およびそのほかの構成要素を意味する。ＣＰＵ／コンピュータの例は、ＣＰＵ回路、メインフレーム、デスクトップ、ラップトップ、ノートブック、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、または任意のそのほかの類似のデバイスである。
【００６５】
タッチ・インターフェース・デバイス（２）の実施態様においては、タッチ感応膜（１）およびタッチ表面（８）を駆動し、タッチを検知する適切なエレクトロニクス、タッチの場所、力、面積、速度、方向、回転等の情報を送受する通信エレクトロニクス、電力供給手段および／または電源がケーシング（３）内またはその上に統合されている。この実施態様においては、前記エレクトロニクスの全部または一部がエレクトロニクス・ボックス（４）内に囲い込まれている。実施態様においては、ケーシング（３）が概略で円筒形状であり、回転軸に沿って巻き取られるタッチ感応膜（１）を囲い込み、それが１辺に沿って基本的に平行四辺形の筐体（４）を有し、それが、必要なエレクトロニクスおよび通信構成要素を保持する機能を提供し、かつ巻き取りおよび引き出しの間にデバイスを保持するハンドルとして作用し、かつ安定板としても作用して使用時においてはユーザ入力デバイスの回転を防止し、また非使用時においてはインターフェース・デバイス（２）がコントロール不能に転がることを防止する。
【００６６】
図２ａ‐２ｅの本発明の実施態様においては、タッチ感応膜が、膜を回転軸（１９）上に巻き付けるためのメカニズムに取り付けられ（図７に示す）、それの一例を、転がりまたはスライド・ベアリング（図示せず）を通じて固定される巻き取り回転軸（１９）の両端に取り付けられるペアの巻き取りディスク（７）とする。回転軸（１９）は、手によって、または表面上を転がすことによって、ユーザにより保持されていることから回転しないケース（３）に関して回転可能であり、その結果、回転軸（１９）が回転して回転軸（１９）に取り付けられたタッチ感応膜（１）が、ケース（３）内に引き込まれる。窓用のブラインドにおいて一般的なばね等のそのほかのメカニズムを使用して、本発明に従ったタッチ感応膜（１）を巻き取ることも可能である。
【００６７】
タッチ感応膜は、多様な段階において、たとえば図２ｄのコンピュータ・キーボード（１４）の例においては、数字およびファンクション・キー（Ｃ‐Ｃ）を有するフル・キーボードに、またはそれよりキーの少ない多様な段階、たとえば（Ｂ‐Ｂ）または（Ａ‐Ａ）等の、文字、スペース、およびコマンドといった基本的なキーだけ、またはそのほかの完全入力のサブセットがアクセス可能となるような段階で広げることができる。その種の状況においては、キーボードの非アクセス可能部分がケース（３）内に巻き取られる。
【００６８】
好ましくはデバイスが、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）またはワイヤレスＵＳＢ等の標準プロトコルを介してコンピュータと無線接続されるが、ケーブルを介した直接オーミック接触を含めて、無線、音響、電磁波（たとえば光）、または任意のそのほかの手段によるといったほかの手段も可能である。
【００６９】
実施態様においては、ユーザ入力デバイスのケース（３）の全部または一部にタッチ表面（８）を組み込むことも可能であり、それがポイント、タップ、およびスクロール等の容易なネットサーフィンおよび／または図画編集のためのユーザ機能を可能にするタッチ・パッド、スクロール・バーまたはポインタとして作用できる。タッチ感応膜に使用可能なタッチ検知テクニックは、本発明に従ってタッチ表面（８）にも同様に適用可能である。
【００７０】
図２ｅに、デバイスの種々の部品の分解図を示す。タッチ感応膜（１）は、ケーシング（３）から巻きを解くことが可能であり、ケーシング（３）には、エレクトロニクス・ボックス（４）が取り付けられている。タッチ感応膜（１）の端には、少なくとも１つの保持タブ（５）が備わる。さらにまたこのタッチ感応膜は、プリント・パターン（６）、たとえば文字ボタンを図示するパターンを包含できる。さらにまた、デバイスの回転軸（１９）の端には、巻き取りディスク（７）が備わる。手前で開示したとおり、ケーシングの外側表面は、たとえば、ユーザのためのポインタおよび／またはスクロール・ツールとして作用できる１つまたは複数のタッチ検知テクノロジ・ベースの部分（８）を包含できる。膜がケーシングから出入りする繰り出し通路は、（２１）として示されている。さらにまた、回転軸（１９）の端にある巻き取りディスクに、ユーザ入力デバイスへ電力およびデータの入出力を提供するための電力および／またはデータ・プラグ（３２）を備え得る。また、ユーザ入力デバイスへ電力を提供し、同時にデバイスを無線に保つために、回転軸（１９）構造の内側に取り外し可能バッテリ（３３）を挿入し得る。
【００７１】
図３は、不透明または半透明（図３ａ）基板および半透明または透明（図３ｂ）基板上にプリントされたパターン（６）を伴うタッチ感応膜（１）を図解している。不透明または半透明基板の場合においては、背景色を基板の色またはそのほかのプリント色（図９ｄ、９ｅおよび９ｆにあるとおり）とすることが可能であり、プリント・パターン（６）は、背景色に抗して可視とするために充分なコントラストを有する色にできる。半透明または透明基板の場合（図３ｂおよび図９ｂおよび９ｃ）においては、背景色が概ね支持表面（２２）の色になる。任意基板上でプリント・パターンが可視となることを保証するために、任意の支持表面（２２）上において、または支持表面がない場合でさえも可視性のための充分なコントラストが確保されるように、局所的な背景または輪郭パターン（６ｂ）をメイン・プリント・パターン（６ａ）の下または周囲にプリントできる。たとえば、メイン・プリント・パターン（６ａ）を黒色でプリントし、局所的な背景または輪郭パターン（６ｂ）を白色でプリント可能である。
【００７２】
本発明の実施態様を概略図として図４ａに示す。この場合においてはコンピュータ・キーボード（１４）およびタッチ・パッド・アプリケーション（１５）（または、短縮してタッチ・パッド・アプリ）のためのプリント・パターン（６）を有しているタッチ感応膜（１）に、タッチの特性を決定し、かつ常駐プログラムの動作の間に使用されるべく情報をＣＰＵ／コンピュータ（１２）へ送信するタッチ駆動、検知、処理、および通信モジュール（２８）が取り付けられている。情報は、ＣＰＵ／コンピュータ（１２）へ、および可能性としてそこから、たとえばオーミックまたは無線で伝達され（１３）、それにおいてその情報またはそれの結果をディスプレイ（１１）上に表示できる。結果は、たとえば命令の実行結果またはファンクション・キーを押した直後に現われるポップアップ・ウインドウであってもよい。
【００７３】
本発明のそのほかの実施態様を略図形式で図４ｂ、４ｃおよび４ｄに示す。この場合においてはコンピュータ・キーボード（１４）およびタッチ・パッド・アプリ（１５）のためのプリント・パターン（６）を有しているタッチ感応膜（１）には、生タッチ信号を生成するタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）が取り付けられており、この信号は、その後、タッチ処理および通信モジュール（１０）へ送られ、特定の特性を伴うタッチとして解釈され、さらにその後ＣＰＵ／コンピュータ（１２）に送られて常駐プログラムの動作の間に使用される。情報は、たとえば、タッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）、タッチ処理および通信モジュール（１０）、およびＣＰＵ／コンピュータ（１２）の間においてオーミックまたは無線で伝達され（１３）、それにおいてその情報またはそれの結果物を組み込みディスプレイ（１１）（図４ｂ）またはリモート・ディスプレイ（１１）（図４ｃ）上に、またはプロジェクタ（２３）経由のディスプレイ（１１）（図４ｄ）に表示可能である。
【００７４】
本発明の別の実施態様を略図形式で図４ｅに示す。この場合においてはコンピュータ・キーボード（１４）およびタッチ・パッド・アプリ（１５）のためのプリント・パターン（６）を有しているタッチ感応膜（１）には、生タッチ信号を生成するタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）が取り付けられており、この信号は、その後、ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）へ送られ、タッチとして解釈され、常駐プログラムの動作の間に使用される。情報は、たとえば、タッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）、ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（１０）、およびディスプレイ（１１）の間においてオーミックまたは無線で伝達される（１３）。
【００７５】
本発明によれば、上で参照したハードウエア、ソフトウエア、機能、通信、および処理のそのほかの組合せおよび分配が可能である。
【００７６】
このほかの応用、たとえば図５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄに示されているとおりのタッチ・パッドおよびスライダ（１５）付きのコンピュータ・キーボード（１４）、完全描画エリア／タッチ・スクリーン／タッチ表面（２０）、ダイアルおよびスライダ付きのピアノの鍵盤（１９）、およびドラム・パッド（３４）を本発明に従って実装できる。疑義を回避するために述べるが、本発明は上記の応用に限定されない。
【００７７】
実施態様においては、タッチ感応膜が可撓性かつ透明であり、適切な硬質コーティング、指紋防止コーティング、およびプリント・パターンを必要に応じ、または与えられた応用のために望ましいとして伴う。本発明によれば、検知膜を半透明または不透明とすることも可能である。たとえば、図２ａ、２ｄ、３ａ、３ｂ、４、５、および９に示されているとおり、本発明によれば、コンピュータへ送信されるべき機能または情報を示すパターンをセンサ基板（１７）上、中、または下に、および／またはタッチ感応膜（１）のスタック内にプリントできる。プリントされる機能および情報の例には、限定ではないが、コンピュータ・キーボード、たとえば図２ｄ、図３、図４、図５ａ、図６および図９に示されているとおりのいわゆるＱＷＥＲＴＹキーボード（１４）、図５ｃおよび９に示されているとおりのピアノの鍵盤（１９）、図５ｄに示されているとおりのドラム（３４）、および／または図３ａ、４および５ｂに示されているとおりのポインタまたは描画エリア（２０）が含まれる。本発明によれば、このほかのパターン、機能、および情報のタイプもまた可能である。たとえば、図２ｂ、４および５ａに示されているとおり、タッチ感応膜は、コンピュータのキーボードおよびタッチ・パッドの両方としての機能を提供できる。それに加えて、本発明によれば、タッチ感応膜が直接それの上に、またはその中に、またはタッチ感応膜内にプリント・パターンを有していなくてもよい。それに代えて、たとえばタッチ感応膜の上または下に配置できるか（図示せず）、または最良の位置合わせのために、パウチの一方または両方の側にタッチ感応膜（１）を有するタッチ感応パウチ内（図６ｂ）内、またはそのほかのこの分野で周知のとおりの保持もしくは位置合わせ方法で配置できる別体の基板上にプリント・パターン（６）を備えることが可能である。パターンがタッチ感応膜（１）の下にある場合においては、タッチ感応膜（１）を透明もしくは半透明とする必要がある。
【００７８】
本発明のモジュラ実施態様を図７ａに示すが、ここには、巻き取り回転軸（１９）を示すためにエレクトロニクス・ボックス（４）、巻き取りディスク（７）、およびベアリングなしで実装が図解されている。この実施態様においては、繰り出し通路（２１）が完全にケーシング（３）の１つの端まで延びており、ケーシング（３）の取り外しを可能にする（図７ｂ）。さらにまた、図７ｃに示されているとおり、回転軸（１９）を複数の部品に分離できる。図７ｄを参照すると、タッチ感応膜（１）には位置合わせタブ（３０）が取り付けられ、取り外しまたは再挿入時にそれを使用してタッチ感応膜（１）を回転軸に固定すること、および取り外し可能な回転軸モジュール（３１）をガイドすることができる。この実施態様（図７ｄ）においては、タッチ処理および通信モジュール（１０）をタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）から分離可能であり、後者はタッチ感応膜（１）に取り付けられたまま残る。その場合にタッチ処理および通信モジュール（１０）は、たとえばＵＳＢプラグを介してコンピュータ／ＣＰＵに直接取り付けることが可能であり、当該ＵＳＢプラグは、タッチ処理および通信モジュール（１０）への直接電力供給またはそれのバッテリの充電もでき、また格納または運搬時にはタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）内のバッテリの充電に使用することが可能である。ケーシング（３）には、たとえばタッチ処理および通信モジュール（１０）を介してＣＰＵによって処理された情報を表示するプロジェクタ（２３）も収容できる。タッチ表面（８）もまたケーシング（３）上に含めることができる。
【００７９】
図７ｄの実施態様の修正を図７ｅに示すが、それにおいては取り外し可能な回転軸モジュール（３１）がＣＰＵ／コンピュータも含み、したがってＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）になる。この場合には、電力／充電コネクタ（２４）を介してこのモジュールへの電力供給または充電が可能である。
【００８０】
図７ｄおよび図７ｅの実施態様のさらなる修正を図７ｆに示すが、それにおいては取り外し可能な回転軸モジュール（３１）およびケーシング（３）がＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）として結合され、それがディスプレイを、たとえばプロジェクタ（２３）の形で含むこともできる。この場合には、電力／充電コネクタ（２４）を介してこのモジュール（２５）への電力供給または充電が可能である。
【００８１】
言い換えると図７ａにおいては、デバイスが格納／運搬モードにあり、タッチ感応膜（１）がケーシング（３）内に引き込まれ、または巻き取られている。この実施態様においては外側のケーシング（３）を取り外すことができる（図７ｂおよび７ｃ）。膜は、カバーの取り外しの前または後に巻きを解くことまたは広げることが可能であるが、好ましくはタッチ感応膜の巻きが解かれた後にそれが取り外される（図７ｂ）。この実施態様によれば、外側ケーシングが、たとえば所望の表面上に画像を投影するプロジェクタ（２３）を含むこと、および／またはタッチ検知エレクトロニクスと通信するコンピュータ（ＣＰＵ）を含むことができる。次に、図８ａ‐８ｇを参照して各実施態様の詳細を説明する。
【００８２】
図８ａは、このユーザ・インターフェース・デバイスが、ラップトップまたはノートブック・コンピュータのディスプレイ（１１）をタッチ・スクリーンに変換するアドオン・タッチ表面として使用される本発明の実施態様を示す。この特定の実施態様においては、タッチ処理および通信モジュール（１０）がＵＳＢ接続を介してＣＰＵ（１２）に直接接続される。
【００８３】
図８ｂは、類似の実施態様を示すが、タッチ処理がラップトップに移動され、したがってそれがＣＰＵおよびタッチ処理モジュール（２６）になり、通信モジュール（２７）だけがＵＳＢ接続を介してＣＰＵ（１２）に接続される。
【００８４】
図８ｃは、取り外し可能な回転軸モジュール（３１）を、さらにＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）とプロジェクタ（２３）を使用するディスプレイ・モジュール（１１）とに分割できる本発明の実施態様を示す。このモジュールは、ケース（３）とも結合可能である。
【００８５】
図８ｄは、タブレット・コンピュータまたはスマートフォンがＣＰＵおよびタッチ処理モジュール（２６）として使用される図８ｂおよび８ｃの実施態様の修正を示す。
【００８６】
図８ｅは、プロジェクタ（２３）等のディスプレイ（１１）がオリジナルのユーザ・インターフェース・デバイス（２）の一部とはならずに、卓上ビデオ・プロジェクタまたはテレビジョン・ディスプレイ等の標準の既製デバイスになる図８ｄの実施態様の修正を示す。
【００８７】
図８ｆは、タッチ駆動、検知、および通信モジュール（２９）から情報を無線送信（１３）できるスタンドアロン・システムを示しており、その後その情報またはその情報の結果を、プロジェクタ（２３）を介してディスプレイ（１１）表示可能である。
【００８８】
図８ｇは、ケーシング（３）の部品または取り外し可能な回転軸モジュール（３１）の部品とし得るプロジェクタ（２３）モジュールへＣＰＵが移動される図８ｄのデバイスの修正を示す。
【００８９】
これらの例の中で例示されたデバイスの鍵となる特徴は、タッチ感応膜が超極薄かつ可撓性であることから、使用時にはユーザ入力デバイスがフルサイズになり、デバイスが格納または運搬モードにあるときには使用サイズのわずかな割合しか占めないということである。
【００９０】
タッチ感応膜は、触覚フィードバックおよび容易なタッチ・タイプ特性（図示せず）を提供するために、テクスチャを付ける、エンボス加工する、凹ませる、成形する、またはそのほかの形で特定の部分を滑らかにする、粗くする、隆起させる、もしくは凹ませるなどの変形も行なうことも可能である。この種の物理的な構成は、すでに米国特許出願第６１／５４１，４１４号（『ア・タッチ・センシティブ・フィルム（Ａ  ｔｏｕｃｈ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｆｉｌｍ）』）内に開示されている。また膜は、特許出願第ＰＣＴ／ＦＩ２０１１／０５０１９７等にある電子触覚フィードバックを組み込んでもよい。
【００９１】
実施態様においては、タッチ・センサの可撓性の特性は、図９および図１０に示されているとおり、硬質または軟質の、平坦または湾曲した、可動または静止の支持表面を含む広範囲の支持表面（２２）上にユーザ入力デバイスを載せ、使用可能にすることができる。支持表面の例は、皮膚（図１０）、枕（図１０）、家具（図示せず）、ディスプレイ（図１０）、およびテーブルトップ（図９）を含む。タッチ感応膜（１）およびケース（３）ならびにそれの関連エレクトロニクスおよびメカニクスは、図１０に示されているとおり、互いに関して任意の方向に向けることが可能である。
【００９２】
本発明の１つの実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが１０ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが５ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが２ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが１ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが０．５ミリメートルより薄い。最後のものは、異なる応用においてタッチ感応膜の最良の特性および可変性を与える。
【００９３】
本発明の実施態様においては、完全に広げられたデバイスの投影面積と完全に巻かれるか、または格納されたデバイスのそれとの比が２対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が４対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が６対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が８対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が１０対１より大きい。
【００９４】
実施態様においては、完全に広げられたデバイスの最大寸法と完全に巻かれるか、または格納されたデバイスのそれとの比が２対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が４対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が６対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が８対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が１０対１より大きい。
【００９５】
実施態様においては、完全に巻き取られたタッチ感応膜の半径が５ｃｍより小さい。別の実施態様においては、対応する半径が２ｃｍより小さい。別の実施態様においては、対応する半径が１ｃｍより小さい。
【００９６】
実施態様においては、完全に折り畳まれたタッチ感応膜の折り畳み半径が５ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が２ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が１ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が０．５ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が０．２ｃｍより小さい。
【００９７】
本発明と互換性のある特定のタッチ・テクノロジは、抵抗方式、表面型容量方式、投影型容量方式、および、たとえば単一または複数の場所、相対的な場所、回転、速度、方向、持続時間、面積および／または圧力の検知および解釈を適切なエレクトロニクスによって可能にできるカナタッチ（ＣａｎａＴｏｕｃｈ）テクノロジ（特許出願番号：ＰＣＴ／ＦＩ２０１０／０５０６８４、ＰＣＴ／ＦＩ２０１１／０５０１９７およびＵＳ６１／５４１，４１４）を包含する。
【００９８】
本発明の代替実施態様は、図６ｂに示されているとおり、パウチの形状でタッチ感応膜を使用する。この実施態様においては、タッチ感応膜がパターン付きである必要はない。それに代えて、プリントされた紙、プラスチック、またはそのほかの適切な材料のシート等のパターン付き挿入物を使用して、検知され、コンピュータへ送信される情報を定義する。この方法においては、異なる応用のために同一のタッチ感応膜の使用が可能であり、新しい機能または応用のためにアプリケーション・ソフトウエアおよび／またはパターン付きの挿入物が変更されるだけで足りる。その種のパターンは、必要時にユーザがプリントできる。
【００９９】
本発明の代替実施態様は、可撓性または巻き取り可能なディスプレイ・テクノロジ、たとえばＯＬＥＤ、半透過型反射、エレクトロウェッティング、またはＥインク（電気泳動インク）タイプのディスプレイ（図示せず）と組み合わせてタッチ感応膜を使用する。この実施態様においては、タッチ感応膜がパターン付きである必要はない。それに代えて、ディスプレイを使用して、検知され、コンピュータへ送信される情報を定義する。この方法においては、異なる応用のために同一のタッチ感応膜の使用が可能であり、新しい機能または応用のためにアプリケーション・ソフトウエアおよび／または表示されるパターンが変更されるだけで足りる。
【０１００】
本発明によればタッチ・センサの代替形式が可能であり、たとえばセグメント化されていない２層抵抗性タッチ・センサのための実施態様を示した図１１ａに記述されている２層抵抗性タッチ・センサ（３５ａ、３５ｂ）を用いて、透明度が高い可撓性のタッチ検知が可能であることが明らかになった。これにおいて、誘電体スペーサ流体（４０）、たとえば加圧または非加圧液体または空気等の圧縮ガスが使用されて抵抗性タッチ・スクリーン（３５ａ、３５ｂ）の２つの導電層（３８ａおよび３８ｂ）が分離され、タッチが存在しない場合にそれらを分離して維持する。圧力は、流体塊（３７）周囲のシールまたはガスケット（３６）を介して維持される。すなわち、セパレータ流体（４０）が、伝統的な抵抗性タッチ・テクノロジにおいて使用されているいわゆるスペーサ・ドットに取って代わる。タッチ物体（３９）によるタッチが回路を閉じると、伝統的な抵抗性タッチにおける場合と同様に、それの存在または場所を適切なソフトウエアおよびハードウエアが検出する。液体のスペーサ流体（４０）は、本質的に圧縮可能でなく、低い圧力または大気圧または周囲圧力においてさえ流体塊（３７）の充填に使用可能であることから、特に有利である。さらにまた、タッチ感応膜を通過する電磁放射線（たとえば可視光）透過が最大化され、反射損が最小化されるように、タッチ感応膜内の透明導電体、基板、またはそのほかの適切な材料と同じ屈折率を有するべく液体を選択することが可能である。
【０１０１】
代替実施態様を図１１ｂに示すが、それにおいては、個別のボタン（たとえば、オン／オフ、スライダ、ダイアル、スイッチ等）またはボタンのグループが構成され、各ボタンまたはボタンのグループがほかから絶縁され、それ独自のコネクタ・トレース（１５）を有するようにタッチ感応膜が直線または湾曲した帯または島等のセグメントで構成される。コネクタの一方のセットは『トップ』のタッチ感応膜（３８ａ）を導き、他方のセットは『ボトム』のタッチ感応膜（３８ｂ）を導く。タッチ物体（３９）によるタッチが回路を閉じると、伝統的な抵抗性タッチにおける場合と同様に、それの存在または場所を適切なソフトウエアおよびハードウエアが検出する。この実施態様においては、全体の流体塊（すなわち個別の流体塊（３７）の合計）周囲のシールまたはガスケット（３６）を介して全体の圧力が維持され、小さい通路を介して各塊が相互接続されるか、または各塊（３７）の圧力が各個別の流体塊（すなわち個別の流体塊（３７）の合計）周囲のシールまたはガスケット（３６）を介して維持される。
【０１０２】
図１２に示されているとおり、本発明の実施態様によれば、タッチ感応膜（１）内のスペーサ塊のいくつかまたは全部に接続される袋またはパウチ（４２）を、たとえば格納のためにタッチ感応膜（１）が折り畳まれるか、無造作に丸めるか、または回転軸（１９）周囲に巻き取られるときの余剰のスペーサ流体（４０）の保持に採用できる。通路（４３）を介して個別のタッチ塊（３７）を共通の袋（４２）に接続し、ローラ（４１）のペアからなるニップを使用してスペーサ塊（３７）から袋（４２）内への流体（４０）の駆動を補助できる。袋は、保持タブ（５）に代えて、またはそれに加えて使用可能である（図２、５、および７‐９の保持タブ参照）。
【０１０３】
最後に注意されたいが、本発明による導電膜は、必ずしも膜と呼ぶことが可能な薄い構造である必要はない。本発明の実施態様においては、タッチの検知における能動表面として使用可能なあらゆるものをタッチ感応膜（１）として実装することが可能である。これらの構造は、たとえば、プリント金属グリッドまたはエッチングによる金属パターンであってもよい。
【０１０４】
当業者には明らかであるとおり、本発明は上記の説明にある例に限定されず、実施態様は、特許請求の範囲内において自由に多様化し得る。
【符号の説明】
【０１０５】
１  タッチ感応膜
２  タッチ・インターフェース・デバイス、ユーザ・インターフェース・デバイス
３  ケーシング、ケース
４  エレクトロニクス・ボックス、筐体
５  保持タブ
６  プリント・パターン
６ａ  メイン・プリント・パターン
６ｂ  輪郭パターン
７  巻き取りディスク
８  タッチ・センサ・ベースの部分、タッチ表面
９  タッチ駆動、検知、および通信モジュール
１０  タッチ処理および通信モジュール
１１  ディスプレイ
１２  ＣＰＵ／コンピュータ
１４  コンピュータ・キーボード
１５  コネクタ・トレース、タッチ・パッドおよびスライダ
１７  センサ基板
１９  回転軸、鍵盤
２１  繰り出し通路
２２  支持表面
２３  プロジェクタ
２４  電力／充電コネクタ
２５  ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール
２６  ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール
２７  通信モジュール
２８  タッチ駆動、検知、処理、および通信モジュール
２９  タッチ駆動、検知、および通信モジュール
３０  位置合わせタブ
３１  モジュール、回転軸
３２  プラグ
３３  バッテリ
３４  ドラム・パッド
３６  シールまたはガスケット
３７  流体塊
３９  タッチ物体
４０  スペーサ流体、セパレータ流体
４１  ローラ
４２  袋
４３  通路
【図１】
2015534695.tif 000003
【図２ａ】
2015534695.tif 000004
【図２ｂ】
2015534695.tif 000005
【図２ｃ】
2015534695.tif 000006
【図２ｄ】
2015534695.tif 000007
【図２ｅ】
2015534695.tif 000008
【図３ａ】
2015534695.tif 000009
【図３ｂ】
2015534695.tif 000010
【図４ａ】
2015534695.tif 000011
【図４ｂ】
2015534695.tif 000012
【図４ｃ】
2015534695.tif 000013
【図４ｄ】
2015534695.tif 000014
【図４ｅ】
2015534695.tif 000015
【図５ａ】
2015534695.tif 000016
【図５ｂ】
2015534695.tif 000017
【図５ｃ】
2015534695.tif 000018
【図５ｄ】
2015534695.tif 000019
【図６ａ】
2015534695.tif 000020
【図６ｂ】
2015534695.tif 000021
【図７ａ】
2015534695.tif 000022
【図７ｂ】
2015534695.tif 000023
【図７ｃ】
2015534695.tif 000024
【図７ｄ】
2015534695.tif 000025
【図７ｅ】
2015534695.tif 000026
【図７ｆ】
2015534695.tif 000027
【図８ａ】
2015534695.tif 000028
【図８ｂ】
2015534695.tif 000029
【図８ｃ】
2015534695.tif 000030
【図８ｄ】
2015534695.tif 000031
【図８ｅ】
2015534695.tif 000032
【図８ｆ】
2015534695.tif 000033
【図８ｇ】
2015534695.tif 000034
【図９】
2015534695.tif 000035
【図１０】
2015534695.tif 000036
【図１１ａ】
2015534695.tif 000037
【図１１ｂ】
2015534695.tif 000038
【図１２】
2015534695.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月8日(2014.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザ・インターフェース・デバイスに関し、より詳細には、タッチ感応膜を有するユーザ・インターフェース・デバイスおよびその種のインターフェース・デバイスの使用ならびに設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の電気装置のためのユーザ・インターフェースは、このところ、ますます従来的な機械的なボタンの代わりに用いられ、タッチ感応膜に基づいた様々な種類のタッチ感応デバイスを伴って作られるようになっている。周知の例には携帯電話、ポータブル・コンピュータ、および類似のデバイス内の様々な種類のタッチ・パッドおよびタッチ・スクリーンが含まれる。洗練され、豪華でさえあるユーザ経験が達成可能であることに加えて、タッチ感応膜に基づくユーザ・インターフェース・デバイスは、より機能的に多用途性があり、より小さく、より安価であり、より軽量な、しかも視覚的により魅力的なデバイスを見出すことに継続的な試みを続けている設計者には優れた自由度も提供する。
【０００３】
可搬性および適応性は、その種のインターフェースにおいて鍵となる要素であり、技術者および設計者は、たとえばタッチ・パッド、タッチ・スクリーン、『マウス』ポインタ、およびキーボードを介してそれらを達成する手段を探してきた。概して言えば、硬直したデバイスへの限定が続いてきており、キーボードの場合であれば、それらは修正可能ではないか、あるいは最低限の修正しか可能でない（たとえば、ソフトウエアを介して各固定キーの定義を変更できる）。
【０００４】
タッチ感応デバイスにおいては、通常、タッチ感応膜が使用され、それが１つまたは複数の検知電極としての機能提供をするべく構成された１つまたは複数の導電層を包含する。この種の膜の一般的な動作原理は、たとえば指先または何らかの特定のポインタ・デバイスによるユーザのタッチが、タッチ感応膜が接続されている特定の測定回路によって検出されるというものである。実際の測定原理は、たとえば、抵抗性、誘導性、または容量性とすることが可能であり、昨今では後者が、もっとも要求の厳しい応用において最良パフォーマンスを提供するもっとも進んだ選択肢であると一般に考えられている。またこの分野では、このほかの電磁放射線のためのソースおよび検出器を使用するＦＴＩＲ（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）等の光学的な方法も知られている。
【０００５】
容量性タッチ検知は、タッチ感応膜上のタッチが、電気的な観点から見て、タッチ感応膜が接続されている測定回路への外部キャパシタンスの結合を意味するという原理に基づく。充分に感度の高いタッチ感応膜を用いれば、タッチ感応膜への直接接触がない場合でさえ、タッチ感応膜の近傍に適切な物体を近づけるだけで容量性結合を達成できる。容量性結合は、測定回路の信号の変化により検出される。いわゆる投影型静電容量方式においては、測定回路が、信号を供給するための駆動電極および容量性結合を検知するための検知電極を含む。この回路は、各供給／測定電極ペアの間の結合が測定されるように検知電極にわたる迅速なスキャンをシーケンシャルに行なうべくアレンジもなされている。
【０００６】
投影型静電容量方式における周知のタッチ感応膜に共通することは、タッチの位置を適切に決定する要求が、かなりの数の別々の検知電極を導電層内に必要とすることである。言い換えると、導電層が別々の検知電極の網にパターン化され得る。より正確な分解能が望まれるほど、より複雑な検知電極構成が必要になる。１つの特定の挑戦的な問題は、複数の同時タッチの検出であり、一方においてそれは、しばしば最先端タッチ感応デバイスのもっとも望ましい特性の１つとなる。複雑な検知電極構成および多数の単独検知電極要素は、製造プロセスをはじめ、タッチ感応デバイスの測定エレクトロニクスを複雑化する。
【０００７】
タッチ・スクリーンにおいては、タッチ検知ケイパビリティに加えて、電子デバイスのディスプレイ内またはそのトップ上におけるその膜の使用を可能にするために、すなわち、タッチ感応膜を通したデバイスの表示を可能にするために、タッチ感応膜が光学的に透明でなければならない。さらにまた、透明性は、タッチ感応膜の可視性の観点からも非常に重要である。たとえば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイ、またはｅペーパー（電子ペーパー）ディスプレイのユーザに対するタッチ感応膜の可視性は、ユーザ経験の深刻な低下をもたらす。これまでのところ、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の透明の導電性酸化物が、タッチ感応膜内における導電層材料のもっとも一般的なグループを形成してきた。しかしながら、可視性、堅牢性、可撓性、およびコストの観点から見れば、それらは理想的な解決策から遠い存在となっている。現在は、そのほかの、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、金属または金属複合ナノワイヤ、導電性ポリマ、グラフェン、カーボン・ナノバッド等といった透明導電性媒体が台頭しつつある。
【０００８】
タッチ感応膜における１つの有望な新しいアプローチは、網目ナノ構造から形成されるか、またはそれを包含する層の中に見られる。適切な導電性能に加えて、管状カーボン分子の側面に共有結合されたフラーレンまたはフラーレン類似の分子を有するたとえばカーボン・ナノチューブまたはカーボン・ナノバッドの網目構造からなる層は、たとえばＩＴＯ、ＡＴＯ、またはＦＴＯ等の透明導電性酸化物と比べて人間の目に対する可視性をより低くすることが可能である。それに加えて、周知のとおり、ナノ構造ベースの層は、たとえば透明の導電性酸化物と比べて優れた可撓性、機械的強度、および安定性を有し得る。
【０００９】
代替原理に基づく可撓性キーボードが開示されている。特許文献１（『キキニス』（“Ｋｉｋｉｎｉｓ”））には、コンピュータ用の可撓性キーボードが開示されている。キーボード材料が、キーとともに可撓性である。このキーボードは、円筒内での保管のために丸めること、および実際の使用のために伸ばすことが可能である。２つの層が備わり、第１の層はキーを含み、第２の層は、キーの打ち込みを構造内の電子的伝導度の変化を通じて検知する。これら２つの層は、それら２つの層の間の何らかの相対的な移動を許容する結合手段によって結合される。
【００１０】
特許文献２（『モチヅキほか』（“Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ  ｅｔ  ａｌ．”））には、折り畳み可能なキーボードおよび可撓性ディスプレイが開示されている。たとえば図５に見られるとおり、そのキーボードは、ヒンジ・タイプの接続周りに回転可能であり、したがってそのキーボードは、２つの硬直な部分を有する。可撓性ディスプレイは、可撓性プラスチック・ベースの膜上に形成されたカラー有機電界発光ディスプレイ・シートとして実装される。可撓性ディスプレイは、巻いた状態で収容可能である。
【００１１】
特許文献３は、触覚対応の可撓性タッチ感応表面を有する電子インタラクティブ・デバイスのための方法および装置を開示している。さらにこの文献は、可撓性タッチ感応表面、可撓性スクリーン、およびアクチュエータを含む電子インタラクティブ・デバイスを開示している。可撓性タッチ感応表面は、可撓性スクリーン上に置かれ、ユーザからの入力を受け取ることができる。
【００１２】
特許文献４は、ハンドヘルド・ポータブル通信デバイスとして使用するためのインタラクティブ、低電力、折り畳み可能、インテリジェントなマルチメディア・ディスプレイ・システムを開示している。このディスプレイ通信デバイスは、プロセッサ、無線信号の送信および受信のための無線トランシーバ手段、および折り畳み可能なディスプレイを収めているハウジングを含むことが可能であり、ディスプレイは、ハウジングと機械的に結合され、かつプロセッサと電気的に結合される。
【００１３】
特許文献５は、スケーラブルな柔軟性を伴ったインタラクティブ自己支持型スクリーンを提供するための方法を開示している。
【００１４】
特許文献６は、画像情報に対応する信号を受信するための手段を包含するポータブル電子通信デバイス；リモート・ディスプレイ・デバイスおよび前記遠隔場所に対して送信された前記信号を受信するための手段、および前記ディスプレイ上において画像を生成するためのアドレシング手段を包含するリモート双安定反射型コレステリック・ディスプレイ上に画像を表示するための装置を開示している。
【００１５】
特許文献７は、可撓性キーボード・モジュール、当該可撓性キーボード・モジュールを受け入れるための受け入れアッセンブリ、およびカバーを含むタッチ・タイプの可撓性キーボードを開示している。
【００１６】
特許文献８は、ユーザ入力を受け取るための可撓性入力手段、前記入力手段を収容するための空間を画定するハウジングを包含する電子入力デバイスを開示している。この入力デバイスは、第１の状態および第２の状態を有し、第１の状態においては入力手段がコンパクトな空間構成を取り、第２の状態においては展開された空間構成を取る。
【００１７】
特許文献９は、映像を表示する可撓性ユニット、前記可撓性ユニットの歪みを検知するための検知手段、操作可能ユニットを包含するデバイスを開示している。入力は、可撓性ユニットの歪みを検知手段により検知することによって登録でき、前記歪みは、操作可能ユニットを操作することによって生じる。
【００１８】
特許文献１０は、透明基板層、柔軟な回路層ならびに表示層、柔軟な回路層と接続される信号送信デバイスを有するコントローラ、文字または図画に対応する信号を柔軟な回路層に生成させるための入力コントロール・デバイス、および信号送信デバイスに接続されたコンピュータ・アプリケーション・インターフェースを有するコンピュータ装置からなる柔軟な表示パネルを開示している。
【００１９】
特許文献１１は、電子処理手段へのデータの入力に適したデータ入力デバイスを開示している。データ入力デバイスは、機械的なインタラクションに応答して出力を生成するべく構成され、かつ２つの操作可能構成、すなわち柔軟な第１の構成および硬直な第２の構成に構成し得る。
【００２０】
特許文献１２は、メンブレン式キーボードを開示しており、当該キーボードは、ボトム層、ボトム層の上に配置される導電膜層であって、割り込みデバイスにリンクされている選択された場所においてそれの一端から延びる出力セクションを有する第２の導電膜層、第２の導電膜層の上に配置される絶縁層、絶縁層の上に配置される第１の導電膜層、第１の導電膜層の上に配置されるトップ層であって、一端に形成された張り出し部を有し、ボトム層と接合され、かつ張り出し部に開口端を形成するトップ層、第１の導電膜層とトップ層の間に配置されるボタン・キー層を包含する。
【００２１】
これまでのところ、完全使用サイズ、およびポケッタブルとなるような充分に小さい格納サイズを有する能力を持ったユーザ・インターフェース・デバイスは利用可能でない。
【００２２】
要約すると、これらの解決策の中には、小さいサイズで格納して持ち運び、その後、使用のために有意に大きいサイズに拡張できるコンパクトなユーザ・インターフェース・デバイスを提供するものが存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】欧州特許第０６１９８９４号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１９６，６９２号明細書
【特許文献３】国際公開第２００８／１５０６００号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００３／０５０９６３号パンフレット
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７２１１０３６号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７１６４９８０号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１１３０５４９３号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５１４６４９８号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２０１１２２７８２２号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１１０６３１９５号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００２１３４８２８号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００３０４４２１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は、たとえばスマートフォンまたはタブレット・コンピュータのユーザ・インターフェースとして作用するためのタッチ・テクノロジ・ベースのアクセサリを提供することであり、それにおいて当該アクセサリは、コンパクト格納モードにおいて小さいケーシングの中に格納され、かつ容易に持ち運び可能であり、その一方において使用モードにあるときには任意の与えられた表面上での実用的な使用が可能な効率的かつ柔軟な入力ツールを提供する。
【００２５】
本発明の第１の態様は、ユーザ・インターフェース・デバイス（２）に焦点されており、当該デバイスは、可撓性、成形可能、および／または折り曲げ可能なタッチ感応膜（１）と、中にタッチ感応膜（１）を格納することが可能なケース（３）を包含し、ケース（３）は、タッチ感応膜上におけるタッチを検知するための手段、電源、および、たとえば物理的（オーミック）、容量性、誘導性、または無線結合を介してタッチ・インターフェース・デバイスからＣＰＵ（中央処理装置）またはメインフレーム、デスクトップ、ラップトップ、ノートブック、タブレット、もしくはスマートフォン等のコンピュータ（１２）へ情報を送信するための手段を含む必須エレクトロニクスを有し、それによって場所、速度、方向、回転、面積、または圧力等のタッチの特性に関する情報を送信する。
【００２６】
これにおけるユーザ・インターフェース・デバイス（２）は、外部物体によりデバイスをタッチすることによって操作されるすべてのユーザ・インターフェース・デバイスをはじめ、そのほかのタイプの、その種の物体の存在、近接、および／または場所を検出するためのデバイスを覆うものと広く理解する。
【００２７】
ユーザ・インターフェースは、概して、ユーザが、コンピュータ等のデバイスと、たとえばタッチの場所、タッチの面積、命令または命令の要素または状態等の情報を送受するための任意の手段を意味する。ユーザ・インターフェースにおけるユーザとマシンの間のインタラクションの到達目標は、マシンの効果的な操作ならびにコントロールであり、おそらくは操作上の決定において操作者を補助するマシンからのフィードバックである。その例は、たとえば、ユーザとコンピュータのオペレーティング・システム、手持ち工具、重機オペレータのコントロール、楽器、およびプロセス・コントロールとの間のインタラクションを包含する。
【００２８】
ユーザ・インターフェースは、ハードウエア（物理）およびソフトウエア（論理）構成要素を含む。多様なシステムのためのユーザ・インターフェースが存在し、ユーザによるシステムの操作を可能にする入力手段を提供し、特定の場合においては、システムがユーザの操作の効果を示すことを可能にする出力手段を提供することがある。
【００２９】
ＣＰＵまたはコンピュータ（１２）は、概して、算術または論理演算の有限集合を実行するべくプログラム可能な汎用デバイスを意味する。従来的に、コンピュータは、少なくとも１つの処理要素からなり、情報をストアするための何らかの形式のメモリを含むことができる。処理要素は、算術および論理演算、ならびに演算の順序を変更できるシーケンシングおよびコントロール・ユニットを実行する。これらの演算は、ストア済みの情報に基づくことができる。
【００３０】
本発明のタッチ感応膜（１）は、１つまたは複数のタッチの場所、速度、方向、回転、面積、圧力等のうちの１つまたは複数、若しくはその平均または前記１つまたは複数のタッチのほかの特性を検知する能力を有する。これは、たとえば、タップする、つまむ（ピンチ）、または回すといったジェスチャを包含する。
【００３１】
本発明に関して言えば、『タッチ』およびこれの派生語が、指先、スタイラス、またはそのほかのポインタもしくは物体とタッチ感応膜の間における直接の機械的または物理的な接触だけでなく、物体がタッチ感応膜とその周囲環境の間、またはタッチ感応膜の異なるポイントの間における充分な容量性、誘導性、またはそのほかの結合を生成できるように、その種の物体がタッチ感応膜の近傍にある状態も含めた広い意味で使用される。この意味において本発明のタッチ感応膜は、近接または空間ジェスチャ・センサとしても使用可能である。
【００３２】
ここでは『導電材料』が、その材料の導電メカニズムまたは導電タイプとは無関係に、材料内における電荷の流れを許すことが可能な任意の材料を意味する。したがって、導電材料は、この場合に半導体または半導体材料もカバーする。タッチ感応膜内には、１つまたは複数の導電材料の層が存在し得る。
【００３３】
導電材料に加えて、タッチ感応デバイスは、完全に実用的なタッチ感応要素の実装に必要となるそのほかの材料の層および構造も包含できる。たとえば、膜の機械的な保護のための１つまたは複数の層が存在し得る。それに加えて、屈折率または色合わせのための１つまたは複数の層、および／またはたとえばかき傷防止、装飾、撥水、自己クリーニング、またはそのほかの目的のための１つまたは複数のコーティングも存在し得る。積層された要素に加えてタッチ感応膜は、３次元で組織化された構造、たとえば、タッチ感応膜またはそれの部分を通って延びる接触構造も包含できる。タッチ感応膜は、透明、半透明、または不透明とすることが可能である。またタッチ感応膜は、硬質、半硬質、可撓性、成形可能、折り曲げ可能、または折り畳み可能とすることができる。タッチ感応膜は、ポリマ（ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＶＣ、またはアクリル等）、ガラス、紙、ゴム、織布、または皮革を包含できる。
【００３４】
『外部物体』は、任意のキャパシタまたはインダクタ、または容量性または誘導性ポインタ、たとえば人間の指または金属のスタイラス、容量性要素または誘導性結合のための金属のコイルを有するポインタ等を意味する。
【００３５】
この実施態様に従った電気回路は、１つまたは複数の場所においてタッチ感応膜と抵抗性、電波、誘導性、または容量性結合される。回路は、種々のタイプの接触電極、配線またはそのほかの形式の導体、スイッチ、並びにそのほかの、タッチ感応膜およびそれの１つまたは複数の導電層とユーザ・インターフェース・デバイスの残りの部分との接続に必要とされる要素を包含できる。抵抗性接続は物理接触を含意し、一方、電波、誘導性、または容量性結合は、無線接触に関係する。抵抗性結合の例は、限定ではないが、はんだ付け、ブラシ、クランプ、またはそのほかの伝統的なテクニックを含む。
【００３６】
電気回路は、タッチ感応膜へ１つまたは複数の励起信号を供給するべく、かつタッチ感応膜からの１つまたは複数の応答信号を受信するべく構成される。電気回路は、処理ユニットに接続される。本発明の例示的な実施態様においては、この信号が電気回路を介してタッチ感応膜へ送信され、処理ユニットによってそこから受信される。当業者には明らかであるとおり、実際においては、電気回路が処理ユニットとともに単一チップ上に部分的に、または完全に集積され、したがってそれらを厳密に分離できないことがある。
【００３７】
ここで言う励起信号は、回路を介してタッチ感応膜の信号フィルタへ供給され、タッチが誘導したフィルタの特性における変化の監視に適した条件を提供する、たとえばパルス、立ち上がりおよび立ち下がりの時間限または振動する電圧もしくは電流といった任意の電気信号である。この励起信号は、たとえば駆動信号または刺激信号と呼ぶことも可能である。典型的な例は、ＡＣ電流および／または電圧である。応答信号は、回路手段を使用することによって、またタッチがフィルタ特性にもたらし、かつこの信号によって検出可能な変化を基礎としてタッチの検出を可能にすることによって、信号フィルタから受信され、相応じて測定される任意の電気信号である。応答信号は、たとえば検知信号と呼ぶことも可能である。
【００３８】
この実施態様においては、処理ユニットが電気回路と抵抗性（オーミック）、電波、誘導性、容量性結合される。処理ユニットは、１つまたは複数の応答信号を処理することによって、たとえば、外部物体によるタッチの存在または近接、前記タッチの場所、前記タッチのキャパシタンスまたはインダクタンス、前記タッチの圧力または面積、前記タッチの近接度、前記タッチの速度、前記タッチの方向、前記タッチの平均、２つまたはそれを超える数の前記タッチの間の相対的な距離、２つまたはそれを超える数の前記タッチの相対的な回転、前記タッチの持続時間、またはこれらの組合せを検出するべく構成される。
【００３９】
処理ユニットは、プロセッサ、信号またはパルス発生器、信号比較ユニット、翻訳ユニット、およびそのほかのハードウエアならびにエレクトロニクスをはじめ、応答信号の処理に必要とされるソフトウエア・ツールを包含できる。
【００４０】
本発明の実施態様においては、タッチ感応デバイスが、１つまたは複数のタッチ感応膜を利用する単層または多層構成において動作でき、各膜は、１つまたは複数の導電層を有する。
【００４１】
本発明の実施態様によれば、ユーザ・インターフェース・デバイスが、タッチ検知／感応膜（１）、タッチ検知エレクトロニクス、ケーシング（３）、電源、情報をユーザ・インターフェース・デバイスへ送信するため、および／またはそこから受信するための手段、ならびにデバイスの格納状態と使用状態の間の遷移を行なうためにタッチ感応膜を巻き取り、かつ／または巻きを解くための手段を包含する。概して言えば、格納状態は、代替手段によって、または本発明の１つの実施態様によれば、折り畳まれるか、無造作に丸められてケーシングの中に収められる膜といった膜の代替形状ファクタで作り出されてもよい。
【００４２】
これにおいて、情報の送信および／または受信手段は、たとえば物理的（たとえば、オーミック接触）または無線（たとえば、電波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線、Ｘ線およびガンマ線等の電磁放射線、誘導性もしくは容量性結合、または音波を介する）であることを意味する。実用性の高い情報の送信および／または受信手段は、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）またはワイヤレスＵＳＢ等の標準の無線手段の使用によるものとなる。
【００４３】
１つの実施態様においては、タッチ感応膜が、折り曲げが可能となるように可撓性構造として形成される。ここで言う『可撓性』構造は、少なくとも１つの方向における折り曲げを可能にする構造を意味し、それには反復的な折り曲げさえ含まれる。さらにまた、タッチ感応膜は、同時に少なくとも２つの異なる方向において可撓性（たとえば、引き伸ばし可能）であり得る。
【００４４】
可撓性に代えて、またはそれに加えて、タッチ感応膜は、たとえば３次元表面に沿って、またはそれに被せる熱成形を使用することによる変形が可能（たとえば、成形可能）となるように変形可能構造として形成可能である。
【００４５】
タッチ感応膜の可撓性および／または変形可能性は、本発明の独特な測定機能との組合せにおいて、タッチ感応デバイスを実装するまったく新しい可能性を開く。たとえば、モバイル・デバイスのユーザ・インターフェースとしての機能を提供するタッチ感応膜は、タッチ感応膜がデバイスの全表面さえ覆うことができるように折り曲げ、またはデバイスのエッジまで広がるべく成形することが可能である。３次元デバイスの異なる表面を覆うタッチ感応膜においては、異なる目的のためのいくつかのタッチ検知領域が存在可能である。１つの検知領域は、タッチ・スクリーンを形成するべくディスプレイのエリアを覆うことができる。ほかの、たとえばデバイス側面の検知領域は、従来的な機械式ボタン、たとえば電源ボタン、あるいは音量または輝度スライダまたはダイアルを置き換えるタッチ感応要素としての機能を提供するべく構成可能である。
【００４６】
可撓性および／または変形可能タッチ感応膜のための良好な選択肢は、より詳細を後述するとおり、１つまたは複数のＨＡＲＭＳ（高アスペクト比分子構造（Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ））網目構造を有する導電層である。ＨＡＲＭ構造およびそれの網目構造は、本質的に柔軟であり、したがってタッチ感応膜を可撓性、折り曲げ可能、および／または変形可能にすることができる。
【００４７】
１つの有用な応用および実施態様においては、タッチ感応膜が光学的に透明に作られる。したがって、これは、たとえばタッチ・スクリーンの一部として、または、センサを通じて支持表面を見ることを可能にする支持表面上の独特なユーザ・インターフェースとして、または膜を通してユーザの操作をガイドする特定のパターンをユーザが見ることできるタッチ感応膜を使用することを可能にする。ここで言うタッチ感応膜の光学的透明性は、膜の平面と実質的に垂直な方向からの、当の応用に関係のある周波数または波長範囲における入射光の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも５０％が膜を透過することを意味する。殆どのタッチ感応応用においては、この周波数または波長範囲が可視光のそれになる。
【００４８】
光学的透明性のための鍵は、タッチ感応膜の導電材料である。電気伝導度と光学的透明性の同時要件は、可能性のある材料の数を制限する。この意味において言えば、ＨＡＲＭＳ網目構造は、たとえば透明導電性酸化物より優れた透明性を提供可能であることから、光学的に透明なタッチ感応膜のための良好なベースを形成する。
【００４９】
１つの実施態様においては、タッチ感応膜がＨＡＲＭＳ網目構造、導電性ポリマ、グラフェン、セラミック、銀または金等の金属のグリッド、または金属酸化物を包含する。ここでは、ＨＡＲＭＳまたはＨＡＲＭ構造が、ナノメートル・スケールの、すなわち約１００ナノメートルと等しいか、またはそれより小さい特性寸法を伴う導電構造を含意する。それらの構造の例は、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボン・ナノバッド（ＣＮＢ）、金属ナノワイヤ、およびカーボン・ナノリボンを包含する。ＨＡＲＭＳ網目構造においては、多数のその種の単一構造、たとえばＣＮＴが互いに相互接続される。言い換えると、ＨＡＲＭ構造はナノメートル・スケールにおいて、たとえば導電性ポリマまたは透明導電性酸化物等のように真に連続する材料を形成するのではなく、むしろ電気的に相互接続された分子の網目構造を形成する。しかしながら、顕微鏡スケールで考えたとき、ＨＡＲＭＳ網目構造は、中実かつモノリシックな材料を形成する。有用な特徴としては、ＨＡＲＭＳ網目構造を薄層の形式で製造可能である。
【００５０】
感応膜内のＨＡＲＭＳ網目構造（１つまたは複数）によって達成可能な利点は、光学的に透明なタッチ感応膜を必要とするだけでなく、非常に柔軟な可調電気的特性も必要とする応用に有用な、優れた機械的耐久性ならびに高い光透過率を含む。これらの利点を最大化するために、導電材料が１つまたは複数のＨＡＲＭＳ網目構造を実質的に包含できる。
【００５１】
ＨＡＲＭＳ網目構造の抵抗性能は、層の密度（厚さ）に依存し、またある程度は構造の長さ、厚さ、または結晶方位、ナノ構造束の直径等のＨＡＲＭＳの構造上の詳細にも依存する。これらの特性は、ＨＡＲＭＳ製造プロセスおよびそれのパラメータの適切な選択によって操作可能である。本発明に従ったシート抵抗を伴うカーボン・ナノ構造網を包含する導電層を製造するための適切なプロセスは、たとえば、ＷＯ２００５／０８５１３０Ａ２およびＷＯ２００７／１０１９０６Ａ１の中に述べられている。
【００５２】
本発明によるところのタッチ感応デバイスの１つの実施態様においては、タッチ感応デバイスが触覚インターフェース膜としての機能も提供する。言い換えると、このデバイスは、タッチに応答して、好ましくは感応膜を介した触覚フィードバックを生成するための手段をさらに包含する。感応膜を介した触覚フィードバックの提供は、タッチ感応膜の振動を生成するためにタッチ感応膜に取り付けられる別々のアクチュエータに基づく従来的なアプローチに代えて、触覚フィードバックを生成するための手段の一部として感応膜が使用されることを意味する。これについては多様な可能性が存在する。触覚効果は、感応膜を使用して適切な電磁界（１つまたは複数）を生成することによって達成可能である。タッチ感応膜にタッチしているユーザの皮膚は、これらの場を異なる感覚として検知する。この種のアプローチは、容量性触覚フィードバック・システムと呼ぶことができる。他方、これに代えて、たとえば電気活性ポリマ（人工筋肉）ベースの触覚インターフェースの一部として感応膜を使用することも可能であり、それにおいて感応膜は、インターフェースの１つの層を形成する。それに代えて、タッチの感覚を介してユーザをガイドする触覚的に識別可能な表面特徴をタッチ表面が有するように、テクスチャを付ける、凹ませる、エンボス加工する、またはそのほかの形の修正を行ってもよい。
【００５３】
両方の機能、すなわちタッチ検出および触覚フィードバックの両方を実行する１つの可能性は、第１の時間期間内にタッチが検出されると、その第１の時間期間に続く第２の時間期間に触覚フィードバックが提供されるように、タッチ感応膜が、タッチ検知回路と触覚フィードバックのための信号を生成する手段に交互に結合されるというものである。第１および第２の時間期間は、ユーザが連続したデバイスの操作を経験できる程度に短く調整可能である。
【００５４】
本発明によるところのタッチ感応デバイスの１つの実施態様においては、タッチ感応デバイスが変形検出膜としての機能も提供する。このことは、たとえば検知膜の折り曲げ、ねじりおよび／または引き伸ばしを検知するための手段がデバイスに組み込まれることを意味する。これは、ノードの間の抵抗の変化を測定することによって、または信号フィルタの特性を本発明に従ってタッチ検知と同時に変更することによって行なうことが可能である。システムの信号フィルタ特性が、膜および限定ではないがＨＡＲＭＳおよび導電性ポリマ、特にナノチューブおよびナノバッド、より詳細にはカーボン・ナノチューブおよびナノバッドを含む少なくとも特定の材料については抵抗の関数であることから、たとえば膜が引き伸ばされ、圧縮され、またはそのほかの形で変形された場合には、信号フィルタの特性が変化し得る。抵抗または信号フィルタ特性のいずれかにおけるこの変化を解釈することによって、本発明は、たとえば検知膜に接続されたノードの間の伸張または圧縮を検出できる。したがって、たとえば、膜の対向する側の２セットのノードの間の伸張の検知は、センサが格納状態にあるか（たとえば、丸められているか、または折り畳まれている）または使用状態にあるか（たとえば、解かれているか、または広げられている）を示す。本発明によれば代替構成もまた可能である。
【００５５】
特定の変形可能な外部物体については、キャパシタンスまたはインダクタンスが、タッチ感応膜に印加される力に伴って変化し、したがって決定済みのキャパシタンスまたはインダクタンスをその力のためのプロキシとして使用できる。この力は、たとえば、タッチを行なうときにユーザが膜に印加する力を意味する。たとえば人間の指は、力の印加時に変形し、センサ膜の近傍の面積の増加に帰する。これは、相応じてキャパシタンスを変化させる。それに代えて、誘導性の外部物体が使用され、ユーザが、たとえばその外部物体のコイルを変形するか、またはコイルから表面までの（たとえば、ばねを介した）距離を変化させた場合には、インダクタンスが変化し、同様に力を測定できる。
【００５６】
本発明のユーザ・インターフェース・デバイスは、標準またはカスタム化されたスタンドアロン・モジュールとして、または何らかのより大きなデバイスの一部として統合される、たとえば携帯電話、ポータブルまたはタブレット・コンピュータ、ｅリーダ、電子ナビゲータ、ゲーム・コンソール、冷蔵庫、ブレンダ、食洗機、洗濯機、コーヒーメーカー、クッキング・ストーブ、オーブン、またはそのほかの白物家電の表面、自動車のダッシュボードまたはステアリング・ホイール等の分離できないユニットとして実装可能である。
【００５７】
セットアップは、メイン・デバイスとタッチ感応モジュールの両方に配置される電極の間の静電気的または電気力学的誘導のいずれかを作り出すＡＣ電流、およびデータの作成、送信、および受信を取り扱う補助エレクトロニクスを必要とし得る。これら２つのデバイスは、次に示す方法のうちの１つまたは複数によって互いに無線結合してもよい。
【００５８】
‐  データおよび電力送信が対向するコイルの間の磁界からの電流によって誘導される電磁誘導（誘導結合、電気力学的誘導）。
‐  磁気共鳴は磁界を介した近距離電磁誘導結合である。
‐  アンテナによって受信された電波から電力が生成され、データ送信が放射界の負荷を実質的に変更する電波（たとえば、ＲＦＩＤテクノロジ；無線周波数識別）。
‐  エネルギおよびデータが対向する電極板から送信される容量結合（または静電誘導）。
【００５９】
今日のタッチ・センサは、有線または直接はんだ付けによって、またはコネクタ経由で応用デバイスに完全にまたは部分的に統合される。これは、通常、展開が必要とされないエリア内にセンサが位置決めされる固定設備においては充分である。たとえば、ポータブル・デバイスにおいては、一般にそれらが、ディスプレイが実際にタッチ感応膜の下にあり、スクリーン自体が恒久的にデバイスに取り付けられるタッチ・ディスプレイ応用の中に見られる。タッチ感応デバイスがデバイスの取り外し可能部分に配置されている場合には、取り付けたときにデバイスとの接続を可能にするコネクタが必要になるであろう。この方法は機能的であるが、特定の応用においては適切でないことがある。それに加えて、タッチ構成要素にデバイスへの恒久的な据え付けが意図されている場合でさえ、はんだ付けまたはコネクタを介した構成要素の接続に関連付けされる製造コストならびに設計の限界が存在する。
【００６０】
本発明は、たとえば内部サービス部品のメンテナンスまたは交換のために筐体カバーを取り外さなければならないか、またはデバイスの個別の部品、たとえばタッチ感応膜、電源、検知および駆動エレクトロニクス、および／またはＣＰＵが、たとえば回転軸およびベアリング等の回転接続を介して分離される応用に２次元または３次元のタッチ・センサ・デバイスを提供するという問題を解決する。これはまた、たとえば濡れ、爆発、またはそのほかの有害環境のために壊れないカプセル化を必要とするデバイスへデータ入力する方法、あるいは相互接続ワイヤのような直接接続が不可能であるか、コスト高であるか、または非常に不便である場合にデータ入力する方法を提供する堅牢な方法でもある。
【００６１】
追加の利点は、この方法が、電力またはデータ送信のために、汚れ、摩損および裂けまたは破損を受けやすい物理的コネクタを必要としないことである。コネクタがなければ、汚染、化学的または物理的劣化または機械的損傷を受けやすい部品がより少なくなり、その結果としてデバイスの信頼性が向上する。
【００６２】
本発明は、堅固に固定されていなかった場合に意図しない切断からデータまたは電力の喪失を招くことがある直接物理接触を必要としない。これは、設備から電力を受け取り、アドホック・タッチ・センサとして、または汎用データ入出力デバイスとして働く、固定設備へのリモート・コントロール・デバイスとして機能し得る。
【００６３】
さらなる利点は、特定の機能をモジュール内に維持すること、およびほかの機能からそれを分離することによってそれらが異なるサービス部品になり、別々の製造が可能になり、最終組み立て時にのみ組み合わせればよいという点である。追加のコスト的な利点は、電極が単純に金属エリアになるか、またはプリント回路基板上のプリント配線になることである。
【００６４】
本発明の１つの実施態様によれば、タッチ・センサ・モジュールおよびメイン・デバイスを互いに物理的に取り付けできるが、電力またはデータまたはその両方がそれらの間において無線送信される。実際においては、全体のユニットが独立した周辺プラグイン・ユニットになるように、センサ、励起および検知エレクトロニクスがデータ処理ユニットとともにアレンジされる。
【００６５】
本発明の主要な利点は、フルサイズの使用状態とコンパクトな格納状態の間において変更可能であることを主張する周知のキーボードがいくつかあるが、基本的にポケット・サイズとなるような充分に小さい格納状態（たとえば、巻き取られた形、無造作に丸められた形、または折り畳まれた形）を達成することが可能でないという点にある。本発明は、真に可搬のポケッタブルなタッチ‐ベースのアクセサリを紹介する。これは、ユーザが実質的に任意の軟質または硬質の、平面または曲面の表面を、コンピュータまたはタブレットまたは特に、スマートフォン等のモバイル・デバイスのためのフル機能ユーザ・インターフェースに転ずることができる可撓性タッチ・センサに基づく。この種の操作は、さらに、スマートフォンをポータブルの便利なポケット・コンピュータに転ずる。本発明およびスマートフォンを用いれば、任意の表面を実質的にタッチ表面にすることが可能であり、任意の『非スマート』物体を『スマート』物体へと転ずることが可能である。
【００６６】
以下、添付図面を参照した例に基づいて本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に従って使用可能なタッチ感応膜の例を図解した説明図である。
【図２ａ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｂ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｃ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｄ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図２ｅ】コンピュータ・キーボード応用のための完全または部分的なユーザ・モード、格納／運搬モードにおける本発明の実施態様の説明図およびそれの分解図である。
【図３ａ】不透明基板および透明基板上にプリントされたパターンを伴うタッチ感応膜を図解した平面図である。
【図３ｂ】不透明基板および透明基板上にプリントされたパターンを伴うタッチ感応膜を図解した平面図である。
【図４ａ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｂ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｃ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｄ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図４ｅ】本発明の多様な実施態様の概略図である。
【図５ａ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図５ｂ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図５ｃ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図５ｄ】本発明に従った多様なプリント・パターンを示した説明図である。
【図６ａ】本発明に従ったプリント・パターンありおよびなしのタッチ感応膜の詳細を示した説明図である。
【図６ｂ】本発明に従ったプリント・パターンありおよびなしのタッチ感応膜の詳細を示した説明図である。
【図７ａ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｂ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｃ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｄ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｅ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図７ｆ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ａ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｂ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｃ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｄ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｅ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｆ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図８ｇ】本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図９】図４ａの例の実装に従った、追加のタッチ表面を伴う本発明の多様な実施態様を示した説明図である。
【図１０】多様な支持表面上における本発明の用途を示した説明図である。
【図１１ａ】タッチ感応膜の抵抗性タッチ実施態様を示した説明図である。
【図１１ｂ】タッチ感応膜の抵抗性タッチ実施態様を示した説明図である。
【図１２】本発明に従った抵抗性タッチ感応膜の格納を低減する方法を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
次に、本発明の主要な原理を例に基づいて説明する。
【００６９】
図１は、本発明に従って使用できるタッチ感応膜の多様な例を示しており、可撓性の透明ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板、可撓性カーボン・ナノバッド透明電極、駆動および検知回路へ接続する銀トレース、および硬質の反射防止および必要に応じたそのほかのコーティングを包含する。本発明によれば、そのほかの基板、電極材料、回路、およびコーティングも可能である。本発明によれば、そのほかの容量性、誘導性、抵抗性、光学および音響検知を含めたタッチ感応テクニックも可能である。基板、電極、およびコーティングは、本発明に従って透明、半透明、または不透明とすることが可能である。本発明は、タッチ感応膜を構成する材料を限定しない。
【００７０】
タッチ感応膜は、防汚および耐水性となり、かつ石けん、洗剤、および溶剤を用いて容易にウォッシングできるようにコーティングまたはカプセル化することが可能である。さらにまた、巻き取り可能なエレクトロニクスの有する、超極薄であり、プリントされ、かつ可撓性であるという特性に起因して、タッチ感応膜を極めて堅牢に作り、たとえば衝撃および圧縮に抗することができる。
【００７１】
ユーザ・インターフェース・デバイスは、少なくともタッチ感応膜、タッチ感応膜への入力を検知する手段、および巻き取りまたは折り畳み状態等の低減された形状ファクタでタッチ感応膜を格納する手段を包含する。
【００７２】
本発明の実施態様を、完全形状ファクタまたは完全使用モードまたは状態で図２ａに示す。この実施態様においては、タッチ感応膜（１）の格納を補助することによってタッチ感応膜（１）の形状ファクタの低減を補助するケースまたはケーシング（３）が使用され、また繰り出し通路（２１）を伴うケーシングを使用することによってタッチ感応膜（１）の巻き取りが、ケーシング内へのタッチ感応膜のガイド、および保持タブ（５）によるタッチ感応膜（１）の巻き取りの制限の両方によって容易になる。ユーザが把持してタッチ感応膜（１）を解くため、またデバイスを運搬および格納モード／状態にするときにタッチ感応膜（１）がケーシング（３）内に完全に巻き取られてしまうことを防止するために、１つまたは複数の保持タブ（５）をタッチ感応膜（１）のエッジに取り付けることができる。そのほかにも本発明によれば、タッチ感応膜（１）したがってユーザ入力デバイス（２）巻き取るか、またはそのほかの形での形状ファクタを低減する手段、および／またはタッチ感応膜（１）をガイドする手段、および／または格納されたタッチ感応膜（１）の移動、状態、または形状ファクタを制限する手段が可能である。ケーシング（３）は、追加のタッチ・パッドとして、および／または、たとえば外部デバイスのスクリーン上の情報をスクロールするためのスライダ（後述のセクションも参照されたい）またはコントロール・ボタンとして使用するためのタッチ・センサ・ベースの部分（８）を備えることができ、その部分を不可視としてもよい。
【００７３】
図２ｂは、タッチ感応膜（１）が保持タブ（５）によって制限される完全巻き取り状態にあり、かつ使用のために解く準備が整った状態にある格納、運搬、または保護モードまたは状態にある本発明の実施態様を示している。
【００７４】
ケーシング（３）は、バッテリまたは電力コード（図示せず）等の外部電力を引き渡す手段、信号の駆動および検知および解釈／処理を行なってタッチを検出するエレクトロニクス、およびユーザ・インターフェース・デバイス（２）からコンピュータ／ＣＰＵへ情報を送信する手段を包含できる。ここではコンピュータおよびＣＰＵという用語が、相互交換可能に使用され、インターフェース・デバイス（２）の出力をたとえばコンピュータ・プログラムに従って命令および／または出力として解釈するために必要となる演算、グラフィック、およびそのほかの構成要素を意味する。ＣＰＵ／コンピュータの例は、ＣＰＵ回路、メインフレーム、デスクトップ、ラップトップ、ノートブック、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、または任意のそのほかの類似のデバイスである。
【００７５】
タッチ・インターフェース・デバイス（２）の実施態様においては、タッチ感応膜（１）およびタッチ表面（８）を駆動し、タッチを検知する適切なエレクトロニクス、タッチの場所、力、面積、速度、方向、回転等の情報を送受する通信エレクトロニクス、電力供給手段および／または電源がケーシング（３）内またはその上に統合されている。この実施態様においては、前記エレクトロニクスの全部または一部がエレクトロニクス・ボックス（４）内に囲い込まれている。実施態様においては、ケーシング（３）が概略で円筒形状であり、回転軸に沿って巻き取られるタッチ感応膜（１）を囲い込み、それが１辺に沿って基本的に平行四辺形の筐体（４）を有し、それが、必要なエレクトロニクスおよび通信構成要素を保持する機能を提供し、かつ巻き取りおよび引き出しの間にデバイスを保持するハンドルとして作用し、かつ安定板としても作用して使用時においてはユーザ入力デバイスの回転を防止し、また非使用時においてはインターフェース・デバイス（２）がコントロール不能に転がることを防止する。
【００７６】
図２ａ‐２ｅの本発明の実施態様においては、タッチ感応膜が、膜を回転軸（１９）上に巻き付けるためのメカニズムに取り付けられ（図７に示す）、それの一例を、転がりまたはスライド・ベアリング（図示せず）を通じて固定される巻き取り回転軸（１９）の両端に取り付けられるペアの巻き取りディスク（７）とする。回転軸（１９）は、手によって、または表面上を転がすことによって、ユーザにより保持されていることから回転しないケース（３）に関して回転可能であり、その結果、回転軸（１９）が回転して回転軸（１９）に取り付けられたタッチ感応膜（１）が、ケース（３）内に引き込まれる。窓用のブラインドにおいて一般的なばね等のそのほかのメカニズムを使用して、本発明に従ったタッチ感応膜（１）を巻き取ることも可能である。
【００７７】
タッチ感応膜は、多様な段階において、たとえば図２ｄのコンピュータ・キーボード（１４）の例においては、数字およびファンクション・キー（Ｃ‐Ｃ）を有するフル・キーボードに、またはそれよりキーの少ない多様な段階、たとえば（Ｂ‐Ｂ）または（Ａ‐Ａ）等の、文字、スペース、およびコマンドといった基本的なキーだけ、またはそのほかの完全入力のサブセットがアクセス可能となるような段階で広げることができる。その種の状況においては、キーボードの非アクセス可能部分がケース（３）内に巻き取られる。
【００７８】
好ましくはデバイスが、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）またはワイヤレスＵＳＢ等の標準プロトコルを介してコンピュータと無線接続されるが、ケーブルを介した直接オーミック接触を含めて、無線、音響、電磁波（たとえば光）、または任意のそのほかの手段によるといったほかの手段も可能である。
【００７９】
実施態様においては、ユーザ入力デバイスのケース（３）の全部または一部にタッチ表面（８）を組み込むことも可能であり、それがポイント、タップ、およびスクロール等の容易なネットサーフィンおよび／または図画編集のためのユーザ機能を可能にするタッチ・パッド、スクロール・バーまたはポインタとして作用できる。タッチ感応膜に使用可能なタッチ検知テクニックは、本発明に従ってタッチ表面（８）にも同様に適用可能である。
【００８０】
図２ｅに、デバイスの種々の部品の分解図を示す。タッチ感応膜（１）は、ケーシング（３）から巻きを解くことが可能であり、ケーシング（３）には、エレクトロニクス・ボックス（４）が取り付けられている。タッチ感応膜（１）の端には、少なくとも１つの保持タブ（５）が備わる。さらにまたこのタッチ感応膜は、プリント・パターン（６）、たとえば文字ボタンを図示するパターンを包含できる。さらにまた、デバイスの回転軸（１９）の端には、巻き取りディスク（７）が備わる。手前で開示したとおり、ケーシングの外側表面は、たとえば、ユーザのためのポインタおよび／またはスクロール・ツールとして作用できる１つまたは複数のタッチ検知テクノロジ・ベースの部分（８）を包含できる。膜がケーシングから出入りする繰り出し通路は、（２１）として示されている。さらにまた、回転軸（１９）の端にある巻き取りディスクに、ユーザ入力デバイスへ電力およびデータの入出力を提供するための電力および／またはデータ・プラグ（３２）を備え得る。また、ユーザ入力デバイスへ電力を提供し、同時にデバイスを無線に保つために、回転軸（１９）構造の内側に取り外し可能バッテリ（３３）を挿入し得る。
【００８１】
図３は、不透明または半透明（図３ａ）基板および半透明または透明（図３ｂ）基板上にプリントされたパターン（６）を伴うタッチ感応膜（１）を図解している。不透明または半透明基板の場合においては、背景色を基板の色またはそのほかのプリント色（図９ｄ、９ｅおよび９ｆにあるとおり）とすることが可能であり、プリント・パターン（６）は、背景色に抗して可視とするために充分なコントラストを有する色にできる。半透明または透明基板の場合（図３ｂおよび図９ｂおよび９ｃ）においては、背景色が概ね支持表面（２２）の色になる。任意基板上でプリント・パターンが可視となることを保証するために、任意の支持表面（２２）上において、または支持表面がない場合でさえも可視性のための充分なコントラストが確保されるように、局所的な背景または輪郭パターン（６ｂ）をメイン・プリント・パターン（６ａ）の下または周囲にプリントできる。たとえば、メイン・プリント・パターン（６ａ）を黒色でプリントし、局所的な背景または輪郭パターン（６ｂ）を白色でプリント可能である。
【００８２】
本発明の実施態様を概略図として図４ａに示す。この場合においてはコンピュータ・キーボード（１４）およびタッチ・パッド・アプリケーション（１５）（または、短縮してタッチ・パッド・アプリ）のためのプリント・パターン（６）を有しているタッチ感応膜（１）に、タッチの特性を決定し、かつ常駐プログラムの動作の間に使用されるべく情報をＣＰＵ／コンピュータ（１２）へ送信するタッチ駆動、検知、処理、および通信モジュール（２８）が取り付けられている。情報は、ＣＰＵ／コンピュータ（１２）へ、および可能性としてそこから、たとえばオーミックまたは無線で伝達され（１３）、それにおいてその情報またはそれの結果をディスプレイ（１１）上に表示できる。結果は、たとえば命令の実行結果またはファンクション・キーを押した直後に現われるポップアップ・ウインドウであってもよい。
【００８３】
本発明のそのほかの実施態様を略図形式で図４ｂ、４ｃおよび４ｄに示す。この場合においてはコンピュータ・キーボード（１４）およびタッチ・パッド・アプリ（１５）のためのプリント・パターン（６）を有しているタッチ感応膜（１）には、生タッチ信号を生成するタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）が取り付けられており、この信号は、その後、タッチ処理および通信モジュール（１０）へ送られ、特定の特性を伴うタッチとして解釈され、さらにその後ＣＰＵ／コンピュータ（１２）に送られて常駐プログラムの動作の間に使用される。情報は、たとえば、タッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）、タッチ処理および通信モジュール（１０）、およびＣＰＵ／コンピュータ（１２）の間においてオーミックまたは無線で伝達され（１３）、それにおいてその情報またはそれの結果物を組み込みディスプレイ（１１）（図４ｂ）またはリモート・ディスプレイ（１１）（図４ｃ）上に、またはプロジェクタ（２３）経由のディスプレイ（１１）（図４ｄ）に表示可能である。
【００８４】
本発明の別の実施態様を略図形式で図４ｅに示す。この場合においてはコンピュータ・キーボード（１４）およびタッチ・パッド・アプリ（１５）のためのプリント・パターン（６）を有しているタッチ感応膜（１）には、生タッチ信号を生成するタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）が取り付けられており、この信号は、その後、ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）へ送られ、タッチとして解釈され、常駐プログラムの動作の間に使用される。情報は、たとえば、タッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）、ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（１０）、およびディスプレイ（１１）の間においてオーミックまたは無線で伝達される（１３）。
【００８５】
本発明によれば、上で参照したハードウエア、ソフトウエア、機能、通信、および処理のそのほかの組合せおよび分配が可能である。
【００８６】
このほかの応用、たとえば図５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄに示されているとおりのタッチ・パッドおよびスライダ（１５）付きのコンピュータ・キーボード（１４）、完全描画エリア／タッチ・スクリーン／タッチ表面（２０）、ダイアルおよびスライダ付きのピアノの鍵盤（１９）、およびドラム・パッド（３４）を本発明に従って実装できる。疑義を回避するために述べるが、本発明は上記の応用に限定されない。
【００８７】
実施態様においては、タッチ感応膜が可撓性かつ透明であり、適切な硬質コーティング、指紋防止コーティング、およびプリント・パターンを必要に応じ、または与えられた応用のために望ましいとして伴う。本発明によれば、検知膜を半透明または不透明とすることも可能である。たとえば、図２ａ、２ｄ、３ａ、３ｂ、４、５、および９に示されているとおり、本発明によれば、コンピュータへ送信されるべき機能または情報を示すパターンをセンサ基板（１７）上、中、または下に、および／またはタッチ感応膜（１）のスタック内にプリントできる。プリントされる機能および情報の例には、限定ではないが、コンピュータ・キーボード、たとえば図２ｄ、図３、図４、図５ａ、図６および図９に示されているとおりのいわゆるＱＷＥＲＴＹキーボード（１４）、図５ｃおよび９に示されているとおりのピアノの鍵盤（１９）、図５ｄに示されているとおりのドラム（３４）、および／または図３ａ、４および５ｂに示されているとおりのポインタまたは描画エリア（２０）が含まれる。本発明によれば、このほかのパターン、機能、および情報のタイプもまた可能である。たとえば、図２ｂ、４および５ａに示されているとおり、タッチ感応膜は、コンピュータのキーボードおよびタッチ・パッドの両方としての機能を提供できる。それに加えて、本発明によれば、タッチ感応膜が直接それの上に、またはその中に、またはタッチ感応膜内にプリント・パターンを有していなくてもよい。それに代えて、たとえばタッチ感応膜の上または下に配置できるか（図示せず）、または最良の位置合わせのために、パウチの一方または両方の側にタッチ感応膜（１）を有するタッチ感応パウチ内（図６ｂ）内、またはそのほかのこの分野で周知のとおりの保持もしくは位置合わせ方法で配置できる別体の基板上にプリント・パターン（６）を備えることが可能である。パターンがタッチ感応膜（１）の下にある場合においては、タッチ感応膜（１）を透明もしくは半透明とする必要がある。
【００８８】
本発明のモジュラ実施態様を図７ａに示すが、ここには、巻き取り回転軸（１９）を示すためにエレクトロニクス・ボックス（４）、巻き取りディスク（７）、およびベアリングなしで実装が図解されている。この実施態様においては、繰り出し通路（２１）が完全にケーシング（３）の１つの端まで延びており、ケーシング（３）の取り外しを可能にする（図７ｂ）。さらにまた、図７ｃに示されているとおり、回転軸（１９）を複数の部品に分離できる。図７ｄを参照すると、タッチ感応膜（１）には位置合わせタブ（３０）が取り付けられ、取り外しまたは再挿入時にそれを使用してタッチ感応膜（１）を回転軸に固定すること、および取り外し可能な回転軸モジュール（３１）をガイドすることができる。この実施態様（図７ｄ）においては、タッチ処理および通信モジュール（１０）をタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）から分離可能であり、後者はタッチ感応膜（１）に取り付けられたまま残る。その場合にタッチ処理および通信モジュール（１０）は、たとえばＵＳＢプラグを介してコンピュータ／ＣＰＵに直接取り付けることが可能であり、当該ＵＳＢプラグは、タッチ処理および通信モジュール（１０）への直接電力供給またはそれのバッテリの充電もでき、また格納または運搬時にはタッチ駆動、検知、および通信モジュール（９）内のバッテリの充電に使用することが可能である。ケーシング（３）には、たとえばタッチ処理および通信モジュール（１０）を介してＣＰＵによって処理された情報を表示するプロジェクタ（２３）も収容できる。タッチ表面（８）もまたケーシング（３）上に含めることができる。
【００８９】
図７ｄの実施態様の修正を図７ｅに示すが、それにおいては取り外し可能な回転軸モジュール（３１）がＣＰＵ／コンピュータも含み、したがってＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）になる。この場合には、電力／充電コネクタ（２４）を介してこのモジュールへの電力供給または充電が可能である。
【００９０】
図７ｄおよび図７ｅの実施態様のさらなる修正を図７ｆに示すが、それにおいては取り外し可能な回転軸モジュール（３１）およびケーシング（３）がＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）として結合され、それがディスプレイを、たとえばプロジェクタ（２３）の形で含むこともできる。この場合には、電力／充電コネクタ（２４）を介してこのモジュール（２５）への電力供給または充電が可能である。
【００９１】
言い換えると図７ａにおいては、デバイスが格納／運搬モードにあり、タッチ感応膜（１）がケーシング（３）内に引き込まれ、または巻き取られている。この実施態様においては外側のケーシング（３）を取り外すことができる（図７ｂおよび７ｃ）。膜は、カバーの取り外しの前または後に巻きを解くことまたは広げることが可能であるが、好ましくはタッチ感応膜の巻きが解かれた後にそれが取り外される（図７ｂ）。この実施態様によれば、外側ケーシングが、たとえば所望の表面上に画像を投影するプロジェクタ（２３）を含むこと、および／またはタッチ検知エレクトロニクスと通信するコンピュータ（ＣＰＵ）を含むことができる。次に、図８ａ‐８ｇを参照して各実施態様の詳細を説明する。
【００９２】
図８ａは、このユーザ・インターフェース・デバイスが、ラップトップまたはノートブック・コンピュータのディスプレイ（１１）をタッチ・スクリーンに変換するアドオン・タッチ表面として使用される本発明の実施態様を示す。この特定の実施態様においては、タッチ処理および通信モジュール（１０）がＵＳＢ接続を介してＣＰＵ（１２）に直接接続される。
【００９３】
図８ｂは、類似の実施態様を示すが、タッチ処理がラップトップに移動され、したがってそれがＣＰＵおよびタッチ処理モジュール（２６）になり、通信モジュール（２７）だけがＵＳＢ接続を介してＣＰＵ（１２）に接続される。
【００９４】
図８ｃは、取り外し可能な回転軸モジュール（３１）を、さらにＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール（２５）とプロジェクタ（２３）を使用するディスプレイ・モジュール（１１）とに分割できる本発明の実施態様を示す。このモジュールは、ケース（３）とも結合可能である。
【００９５】
図８ｄは、タブレット・コンピュータまたはスマートフォンがＣＰＵおよびタッチ処理モジュール（２６）として使用される図８ｂおよび８ｃの実施態様の修正を示す。
【００９６】
図８ｅは、プロジェクタ（２３）等のディスプレイ（１１）がオリジナルのユーザ・インターフェース・デバイス（２）の一部とはならずに、卓上ビデオ・プロジェクタまたはテレビジョン・ディスプレイ等の標準の既製デバイスになる図８ｄの実施態様の修正を示す。
【００９７】
図８ｆは、タッチ駆動、検知、および通信モジュール（２９）から情報を無線送信（１３）できるスタンドアロン・システムを示しており、その後その情報またはその情報の結果を、プロジェクタ（２３）を介してディスプレイ（１１）表示可能である。
【００９８】
図８ｇは、ケーシング（３）の部品または取り外し可能な回転軸モジュール（３１）の部品とし得るプロジェクタ（２３）モジュールへＣＰＵが移動される図８ｄのデバイスの修正を示す。
【００９９】
これらの例の中で例示されたデバイスの鍵となる特徴は、タッチ感応膜が超極薄かつ可撓性であることから、使用時にはユーザ入力デバイスがフルサイズになり、デバイスが格納または運搬モードにあるときには使用サイズのわずかな割合しか占めないということである。
【０１００】
タッチ感応膜は、触覚フィードバックおよび容易なタッチ・タイプ特性（図示せず）を提供するために、テクスチャを付ける、エンボス加工する、凹ませる、成形する、またはそのほかの形で特定の部分を滑らかにする、粗くする、隆起させる、もしくは凹ませるなどの変形も行なうことも可能である。この種の物理的な構成は、すでに米国特許出願第６１／５４１，４１４号（『ア・タッチ・センシティブ・フィルム（Ａ  ｔｏｕｃｈ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｆｉｌｍ）』）内に開示されている。また膜は、特許出願第ＰＣＴ／ＦＩ２０１１／０５０１９７等にある電子触覚フィードバックを組み込んでもよい。
【０１０１】
実施態様においては、タッチ・センサの可撓性の特性は、図９および図１０に示されているとおり、硬質または軟質の、平坦または湾曲した、可動または静止の支持表面を含む広範囲の支持表面（２２）上にユーザ入力デバイスを載せ、使用可能にすることができる。支持表面の例は、皮膚（図１０）、枕（図１０）、家具（図示せず）、ディスプレイ（図１０）、およびテーブルトップ（図９）を含む。タッチ感応膜（１）およびケース（３）ならびにそれの関連エレクトロニクスおよびメカニクスは、図１０に示されているとおり、互いに関して任意の方向に向けることが可能である。
【０１０２】
本発明の１つの実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが１０ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが５ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが２ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが１ミリメートルより薄い。別の実施態様においては、タッチ感応膜の厚さが０．５ミリメートルより薄い。最後のものは、異なる応用においてタッチ感応膜の最良の特性および可変性を与える。
【０１０３】
本発明の実施態様においては、完全に広げられたデバイスの投影面積と完全に巻かれるか、または格納されたデバイスのそれとの比が２対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が４対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が６対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が８対１より大きい。本発明の別の実施態様においては、対応する比が１０対１より大きい。
【０１０４】
実施態様においては、完全に広げられたデバイスの最大寸法と完全に巻かれるか、または格納されたデバイスのそれとの比が２対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が４対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が６対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が８対１より大きい。別の実施態様においては、対応する比が１０対１より大きい。
【０１０５】
実施態様においては、完全に巻き取られたタッチ感応膜の半径が５ｃｍより小さい。別の実施態様においては、対応する半径が２ｃｍより小さい。別の実施態様においては、対応する半径が１ｃｍより小さい。
【０１０６】
実施態様においては、完全に折り畳まれたタッチ感応膜の折り畳み半径が５ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が２ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が１ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が０．５ｃｍより小さい。別の実施態様においては、折り畳み半径が０．２ｃｍより小さい。
【０１０７】
本発明と互換性のある特定のタッチ・テクノロジは、抵抗方式、表面型容量方式、投影型容量方式、および、たとえば単一または複数の場所、相対的な場所、回転、速度、方向、持続時間、面積および／または圧力の検知および解釈を適切なエレクトロニクスによって可能にできるカナタッチ（ＣａｎａＴｏｕｃｈ）テクノロジ（特許出願番号：ＰＣＴ／ＦＩ２０１０／０５０６８４、ＰＣＴ／ＦＩ２０１１／０５０１９７およびＵＳ６１／５４１，４１４）を包含する。
【０１０８】
本発明の代替実施態様は、図６ｂに示されているとおり、パウチの形状でタッチ感応膜を使用する。この実施態様においては、タッチ感応膜がパターン付きである必要はない。それに代えて、プリントされた紙、プラスチック、またはそのほかの適切な材料のシート等のパターン付き挿入物を使用して、検知され、コンピュータへ送信される情報を定義する。この方法においては、異なる応用のために同一のタッチ感応膜の使用が可能であり、新しい機能または応用のためにアプリケーション・ソフトウエアおよび／またはパターン付きの挿入物が変更されるだけで足りる。その種のパターンは、必要時にユーザがプリントできる。
【０１０９】
本発明の代替実施態様は、可撓性または巻き取り可能なディスプレイ・テクノロジ、たとえばＯＬＥＤ、半透過型反射、エレクトロウェッティング、またはＥインク（電気泳動インク）タイプのディスプレイ（図示せず）と組み合わせてタッチ感応膜を使用する。この実施態様においては、タッチ感応膜がパターン付きである必要はない。それに代えて、ディスプレイを使用して、検知され、コンピュータへ送信される情報を定義する。この方法においては、異なる応用のために同一のタッチ感応膜の使用が可能であり、新しい機能または応用のためにアプリケーション・ソフトウエアおよび／または表示されるパターンが変更されるだけで足りる。
【０１１０】
本発明によればタッチ・センサの代替形式が可能であり、たとえばセグメント化されていない２層抵抗性タッチ・センサのための実施態様を示した図１１ａに記述されている２層抵抗性タッチ・センサ（３５ａ、３５ｂ）を用いて、透明度が高い可撓性のタッチ検知が可能であることが明らかになった。これにおいて、誘電体スペーサ流体（４０）、たとえば加圧または非加圧液体または空気等の圧縮ガスが使用されて抵抗性タッチ・スクリーン（３５ａ、３５ｂ）の２つの導電層（３８ａおよび３８ｂ）が分離され、タッチが存在しない場合にそれらを分離して維持する。圧力は、流体塊（３７）周囲のシールまたはガスケット（３６）を介して維持される。すなわち、セパレータ流体（４０）が、伝統的な抵抗性タッチ・テクノロジにおいて使用されているいわゆるスペーサ・ドットに取って代わる。タッチ物体（３９）によるタッチが回路を閉じると、伝統的な抵抗性タッチにおける場合と同様に、それの存在または場所を適切なソフトウエアおよびハードウエアが検出する。液体のスペーサ流体（４０）は、本質的に圧縮可能でなく、低い圧力または大気圧または周囲圧力においてさえ流体塊（３７）の充填に使用可能であることから、特に有利である。さらにまた、タッチ感応膜を通過する電磁放射線（たとえば可視光）透過が最大化され、反射損が最小化されるように、タッチ感応膜内の透明導電体、基板、またはそのほかの適切な材料と同じ屈折率を有するべく液体を選択することが可能である。
【０１１１】
代替実施態様を図１１ｂに示すが、それにおいては、個別のボタン（たとえば、オン／オフ、スライダ、ダイアル、スイッチ等）またはボタンのグループが構成され、各ボタンまたはボタンのグループがほかから絶縁され、それ独自のコネクタ・トレース（１５）を有するようにタッチ感応膜が直線または湾曲した帯または島等のセグメントで構成される。コネクタの一方のセットは『トップ』のタッチ感応膜（３８ａ）を導き、他方のセットは『ボトム』のタッチ感応膜（３８ｂ）を導く。タッチ物体（３９）によるタッチが回路を閉じると、伝統的な抵抗性タッチにおける場合と同様に、それの存在または場所を適切なソフトウエアおよびハードウエアが検出する。この実施態様においては、全体の流体塊（すなわち個別の流体塊（３７）の合計）周囲のシールまたはガスケット（３６）を介して全体の圧力が維持され、小さい通路を介して各塊が相互接続されるか、または各塊（３７）の圧力が各個別の流体塊（すなわち個別の流体塊（３７）の合計）周囲のシールまたはガスケット（３６）を介して維持される。
【０１１２】
図１２に示されているとおり、本発明の実施態様によれば、タッチ感応膜（１）内のスペーサ塊のいくつかまたは全部に接続される袋またはパウチ（４２）を、たとえば格納のためにタッチ感応膜（１）が折り畳まれるか、無造作に丸めるか、または回転軸（１９）周囲に巻き取られるときの余剰のスペーサ流体（４０）の保持に採用できる。通路（４３）を介して個別のタッチ塊（３７）を共通の袋（４２）に接続し、ローラ（４１）のペアからなるニップを使用してスペーサ塊（３７）から袋（４２）内への流体（４０）の駆動を補助できる。袋は、保持タブ（５）に代えて、またはそれに加えて使用可能である（図２、５、および７‐９の保持タブ参照）。
【０１１３】
最後に注意されたいが、本発明による導電膜は、必ずしも膜と呼ぶことが可能な薄い構造である必要はない。本発明の実施態様においては、タッチの検知における能動表面として使用可能なあらゆるものをタッチ感応膜（１）として実装することが可能である。これらの構造は、たとえば、プリント金属グリッドまたはエッチングによる金属パターンであってもよい。
【０１１４】
当業者には明らかであるとおり、本発明は上記の説明にある例に限定されず、実施態様は、特許請求の範囲内において自由に多様化し得る。
【符号の説明】
【０１１５】
１  タッチ感応膜
２  タッチ・インターフェース・デバイス、ユーザ・インターフェース・デバイス
３  ケーシング、ケース
４  エレクトロニクス・ボックス、筐体
５  保持タブ
６  プリント・パターン
６ａ  メイン・プリント・パターン
６ｂ  輪郭パターン
７  巻き取りディスク
８  タッチ・センサ・ベースの部分、タッチ表面
９  タッチ駆動、検知、および通信モジュール
１０  タッチ処理および通信モジュール
１１  ディスプレイ
１２  ＣＰＵ／コンピュータ
１４  コンピュータ・キーボード
１５  コネクタ・トレース、タッチ・パッドおよびスライダ
１７  センサ基板
１９  回転軸、鍵盤
２１  繰り出し通路
２２  支持表面
２３  プロジェクタ
２４  電力／充電コネクタ
２５  ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール
２６  ＣＰＵおよびタッチ処理および通信モジュール
２７  通信モジュール
２８  タッチ駆動、検知、処理、および通信モジュール
２９  タッチ駆動、検知、および通信モジュール
３０  位置合わせタブ
３１  モジュール、回転軸
３２  プラグ
３３  バッテリ
３４  ドラム・パッド
３６  シールまたはガスケット
３７  流体塊
３９  タッチ物体
４０  スペーサ流体、セパレータ流体
４１  ローラ
４２  袋
４３  通路
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ・インターフェース・デバイス（２）であって、
‐  可撓性、形成可能、および／または折り曲げ可能タッチ感応膜（１）と、
‐  前記タッチ感応膜（１）を中に格納することが可能なケース（３）、
を包含し
‐  前記ユーザ・インターフェース・デバイス（２）が、必要なエレクトロニクス（２８）と、前記タッチ感応膜（１）上の、またはその近傍のタッチを検知するための手段（１５）と、電源、および前記ユーザ・インターフェース・デバイス（２）から情報を出力するための手段（１１）を包含し、それによって前記タッチの特性に関する情報を出力し、前記タッチ感応膜（１）が、さらに少なくとも１つの、プリントされるか、テクスチャが付けられるか、エンボス加工されるか、凹められるか、またはそのほかの可視または触知パターン（６）を基板（１７）上またはその近傍内に包含することを特徴とし、
‐  それにおいて、ユーザ・インターフェースとして使用されるときに前記タッチ感応膜（１）および／または前記基板（１７）が支持物として外部表面（２２）を使用する、
ユーザ・インターフェース・デバイス（２）。
【請求項２】
前記タッチ感応膜（１）がケース（３）内に巻き取ることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項３】
前記タッチ感応膜（１）が、ＨＡＲＭＳ（高アスペクト比分子構造（Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ））網目構造、導電性ポリマ、グラフェン、セラミック、金属のグリッド、または金属酸化物を包含することを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項４】
さらに、前記タッチに応答して、前記タッチ感応膜（１）を介した触覚フィードバックを生成するための手段を包含することを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項５】
さらに、前記ケース（３）内への前記タッチ感応膜（１）のガイドおよび前記タッチ感応膜（１）の巻き取りの制限の両方によって前記タッチ感応膜（１）の巻き取りを容易にするべく構成された少なくとも１つの保持タブ（５）を前記タッチ感応膜（１）のエッジに包含することを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項６】
前記ケース（３）の外側表面の少なくとも一部にタッチ表面（８）を組み込み、ユーザ機能の入力を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【請求項７】
前記タッチ感応膜（１）に取り付けられたときに、タッチ駆動、検知、処理、および通信モジュール（９）が前記タッチの特性を決定し、前記タッチの特性情報を処理ユニット（１２）へ送信するべく構成されることを特徴とする、請求項１に記載のユーザ・インターフェース・デバイス。
【国際調査報告】
2015534695.tif 000040
2015534695.tif 000041
2015534695.tif 000042
2015534695.tif 000043
2015534695.tif 000044
2015534695.tif 000045
2015534695.tif 000046