(57)【要約】  タッチセンサフィルム、信号フィルタ、電気回路および処理ユニットを備えるタッチ検知デバイス。本発明によれば、フィルムは、対象物によるタッチが行われる際に外部対象物との容量または誘導結合が可能である。信号フィルタは、少なくともフィルムの抵抗および外部対象物との容量または誘導結合によって形成され、フィルタは、少なくともタッチの位置および／またはタッチの容量もしくはインダクタンスによる影響を受ける特性を有する。電気回路は、１つまたは複数の位置でタッチセンサフィルムと結合され、少なくとも１つの周波数、振幅および波の形態を有する１つまたは複数の励起信号を信号フィルタに供給し、１つまたは複数の応答信号を信号フィルタから受信するよう構成される。処理ユニットは、電気回路と結合され、１つまたは複数の応答信号を処理し、それにより、信号フィルタの特性の変化を測定することによって、外部対象物によるタッチの存在もしくは近接、前記タッチの位置、前記タッチの容量および／もしくはインダクタンスを検出するよう構成される。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  抵抗を有する導電材料を備えるタッチセンサフィルムであって、外部対象物によるタッチが行われる際に前記外部対象物との容量または誘導結合が可能な、タッチセンサフィルムと、
−  少なくとも前記タッチセンサフィルムの前記抵抗および前記外部対象物との前記容量または誘導結合によって形成される信号フィルタであって、少なくとも前記タッチの位置、前記タッチの容量もしくはインダクタンス、または、前記タッチの前記特性の組合せによる影響を受ける特性を有する、信号フィルタと、
−  １つまたは複数の位置で前記タッチセンサフィルムと抵抗またはワイヤレス結合された電気回路であって、少なくとも１つの周波数、振幅および波の形態を有する１つまたは複数の励起信号を前記信号フィルタに供給し、１つまたは複数の応答信号を前記信号フィルタから受信するよう構成される、電気回路と、
−  前記電気回路と抵抗またはワイヤレス結合された処理ユニットであって、１つまたは複数の応答信号を処理し、それにより、前記信号フィルタの前記特性の変化を測定することによって、前記外部対象物によるタッチの存在もしくは近接、前記タッチの前記位置、前記タッチの前記容量もしくはインダクタンス、または、それらの組合せを検出するよう構成される、処理ユニットと
を備えることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記信号フィルタは、低域通過フィルタであることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記電気回路は、少なくとも２つの応答信号を前記信号フィルタから受信するよう構成され、前記処理ユニットは、前記応答信号を互いに比較し、それにより、前記信号フィルタの前記特性の変化を測定することによって、前記外部対象物によるタッチの前記存在、前記タッチの前記位置、前記タッチの前記容量もしくはインダクタンス、または、それらの組合せを検出するよう構成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項４】
請求項１または２に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記電気回路は、少なくとも１つの応答信号を前記信号フィルタから受信するよう構成され、前記処理ユニットは、前記応答信号を発生源信号
と比較し、それにより、前記信号フィルタの前記特性の変化を測定することによって、前記外部対象物によるタッチの前記存在、前記タッチの前記位置、前記タッチの前記容量もしくはインダクタンス、または、それらの組合せを検出するよう構成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記電気回路を介して前記処理ユニットと抵抗またはワイヤレス結合される外部コンポーネントをさらに備え、前記信号フィルタは、前記少なくとも１つの外部コンポーネントによってさらに形成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記信号フィルタの前記特性は、前記外部対象物と前記検知フィルムとの間の距離、前記外部対象物の容量もしくはインダクタンス、前記外部対象物の物理的特性、前記フィルムの前記抵抗、前記センサフィルム材料と前記外部対象物との間の誘電体もしくは絶縁層の存在、厚さもしくは誘電率、または、それらの組合せによる影響をさらに受けることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記電気回路は、１つまたは複数の電極を備え、前記電極の少なくとも１つは、前記励起信号を前記信号フィルタに供給するよう構成され、前記電極の少なくとも１つは、前記電気応答信号を前記信号フィルタから受信するよう構成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記信号フィルタの前記特性は、振幅応答、位相応答、電圧応答、電流応答、信号形状応答またはそれらの組合せを含むことを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項９】
請求項８に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記処理ユニットは、前記励起信号の少なくとも１つの既定の周波数、振幅および波の形態に基づいて測定すべき１つまたは複数の特性を選択するようさらに構成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、平面において連続構造として延在することを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、
前記導電材料で作られ、前記タッチセンサフィルム全体にわたって一方向に延在する２つ以上の平行ストライプと、
非導電材料を備える、前記ストライプ間のエリアと
を備え、
前記電気回路は、前記ストライプの各々と抵抗またはワイヤレス結合され、前記処理ユニットは、各ストライプに沿って、前記タッチの前記存在および位置を検出するようさらに構成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、前記タッチセンサフィルムの屈曲を可能にするため、可撓性構造として形成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１３】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、三次元表面を形成するために前記タッチセンサフィルムの変形を可能にするため、変形可能構造として形成されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、光学的に透明であることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、高アスペクト比分子構造（ＨＡＲＭＳ）ネットワーク、導電性高分子、グラフェンもしくはセラミック、または、金属酸化物を備えることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、触角インターフェースフィルムとしても機能することを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記タッチセンサフィルムは、変形検出フィルムとしても機能することを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記処理ユニットによって決定された前記容量またはインダクタンスは、前記タッチの力または力の相対変化を決定するための代用として使用されることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項１９】
請求項１乃至１７の何れか１項に記載のタッチ検知デバイスにおいて、前記デバイスの部分間の前記ワイヤレス結合は、電磁波による結合、磁場を通じた結合、誘導または容量結合のうちの１つであることを特徴とするタッチ検知デバイス。
【請求項２０】
タッチ検知デバイスを用いて外部対象物の存在、近接、位置、インダクタンス、容量またはこれらの特徴の組合せを検出するための方法において、
−  少なくとも１つの周波数、振幅および波の形態を有する１つまたは複数の電気励起信号を、少なくとも前記タッチ検知デバイスのタッチセンサフィルムの抵抗および前記外部対象物との前記フィルムの容量または誘導結合によって形成される信号フィルタに供給するステップと、
−  １つまたは複数の応答信号を前記信号フィルタから受信するステップと、
−  前記１つまたは複数の応答信号を処理し、それにより、前記信号フィルタの特性の変化を測定することによって、前記外部対象物によるタッチの存在または前記タッチの前記位置を検出するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ検知デバイスに関し、より具体的には、タッチセンサフィルムを有するタッチ検知デバイス、ならびに、タッチを検出する方法およびその位置を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、異なる種類の電気装置のユーザインターフェースは、従来の機械式ボタンの代わりにタッチセンサフィルムに基づく異なるタイプのタッチ検知デバイスで作られる場合がますます多くなっている。周知の例は、携帯電話、ポータブルコンピュータおよび同様のデバイスにおける異なる種類のタッチパッドおよびタッチスクリーンを含む。洗練された豪華な、達成可能なユーザ経験に加えて、タッチセンサフィルムに基づくタッチ検知デバイスは、機能上より多目的な、より小型で、より低価で、より軽量の、そして外見がより魅力的なデバイスの発見を絶え間なく試みる設計者に、豊かな自由も提供する。
【０００３】
そのようなタッチ検知デバイスにおける主要な要素は、１つまたは複数の検知電極として機能するよう構成された１つまたは複数の導電層を備えるタッチセンサフィルムである。この種類のフィルムの一般的な動作原理は、例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、タッチセンサフィルムが接続される回路を測定することによって検出されることである。実際の測定原理は、例えば、抵抗性または容量性であり得、後者は、最近では、一般的に、最も需要の多いアプリケーションにおいて最高の性能を提供する最先端の代替案と見なされる。
【０００４】
容量タッチ検知は、タッチセンサフィルムに触れることが、電気的観点から、外部容量をタッチセンサフィルムが接続される測定回路と結合することを意味するという原理に基づく。感度が十分に高いタッチセンサフィルムを用いることで、タッチセンサフィルムとの直接接触を必要としなくとも、適切な対象物をタッチセンサフィルムの近くに持ってくるだけで、容量結合を実現することができる。容量結合は、測定回路の信号において検出される。いわゆる投影型静電容量方式では、測定回路は、信号の供給および容量結合の検知にそれぞれ使用される駆動電極および検知電極を含む。また、この回路は、各供給／測定電極対間の結合を測定できるように、検知電極を順番に迅速にスキャンするようにも構成される。
【０００５】
投影型静電容量方式における公知のタッチセンサフィルムによくあることは、タッチの位置を正しく決定する必要性により、導電層において多数の別々の検知電極が必要とされることである。言い換えれば、導電層は、別々の検知電極のネットワークにパターン化される。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とされる。特定の一課題は、複数の同時タッチの検出であり、これは、他方では、最新のタッチ検知デバイスの最も望まれる特性のうちの１つである場合が多い。複雑な検知電極構成および多数の単一検知電極素子は、製造プロセスと同様にタッチ検知デバイスの測定電子回路も複雑にする。
【０００６】
タッチスクリーンでは、タッチ検知能力に加えて、タッチセンサフィルムは、電子デバイスのディスプレイ中またはディスプレイ上でのフィルムの使用を可能にするため、すなわち、タッチセンサフィルムを通してデバイスのディスプレイを見えるようにするため、光学的に透明でなければならない。その上、透明性は、タッチセンサフィルムの視認性の観点からも非常に重要である。例えば、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センサフィルムの視認性は、ユーザ経験を著しく悪化させる。今のところ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）のような透明導電性酸化物が、タッチセンサフィルムにおける導電層材料の最も一般的な群を形成している。しかし、視認性の観点から、ＩＴＯのような透明導電性酸化物は、理想的な解決策からほど遠い。例えば、ＩＴＯの高い屈折率は、パターン化された検知電極を見やすくする。問題は、検知電極のパターン化がより複雑になるにつれて強調される。
【０００７】
タッチセンサフィルムにおける有望な新しい一手法は、網状のナノ構造から形成されるかまたは網状のナノ構造を備える層において見出される。適切な導電率性能に加えて、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、または、フラーレンもしくはフラーレンのような分子が管状炭素分子の側面に共有結合したカーボンナノバッド（ナノバッド（登録商標）は、Ｃａｎａｔｕ  Ｏｙの登録商標である）のネットワークからなる層は、例えば、ＩＴＯ、ＡＴＯまたはＦＴＯのような透明導電性酸化物よりも人間の目には見えにくくすることができる。それに、よく知られているように、ナノ構造ベースの層は、例えば、透明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することができる。
【０００８】
ナノ構造ベースの一解決策については、米国特許出願公開第２００９／００８５８９４Ａ１号明細書で報告されている。その記述によれば、ナノ構造は、例えば、異なるタイプのカーボンナノチューブ、グラフェン薄片またはナノワイヤであり得る。フィルムのドーピングは、その導電率を増加させるための手段として言及されている。同明細書では、相互容量および単層自己容量方式に基づく二層構成について論じられている。複数タッチ検出は、開示されているフィルムによって可能になることが述べられている。しかし、この文書では、非常に複雑な電極および測定回路構成に関する一般的な問題は解決されていない。
【０００９】
別の先行技術の解決策については、国際公開第２０１１／１０７６６６Ａ１号パンフレットで推奨されている。同パンフレットは、例えば、ナノ構造のネットワークで作られているタッチセンサフィルムを有するタッチ検知デバイスについて開示し、フィルムは、３．０ｋΩを上回るシート抵抗を有する。その発明では、複雑な回路の問題には対処しているが、依然として、高抵抗フィルムを用いて、限られた周波数範囲で動作することのみが推奨されている。
【００１０】
簡単な検知電極構成を有し、好ましくは、単一層容量動作原理を可能にし、広範囲の導電フィルム抵抗で動作することができ、より良い雑音制御のための信号周波数調整を可能にし、多種多様の検知アルゴリズムの使用を可能にする、多目的なタッチ検知デバイスを提供する必要がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記の利点の少なくともいくつかまたはすべてを有する新規の解決策を提供することである。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、抵抗を有する導電材料を備えるタッチセンサフィルムにおいて、外部対象物によるタッチが行われる際に前記外部対象物との容量または誘導結合が可能な、タッチセンサフィルムと、少なくともタッチセンサフィルムの抵抗および外部対象物との容量または誘導結合によって形成される信号フィルタにおいて、少なくともタッチの位置、タッチの容量もしくはインダクタンス、または、タッチの前記特性の組合せによる影響を受ける特性を有する、信号フィルタと、１つまたは複数の位置でタッチセンサフィルムと抵抗またはワイヤレス結合された電気回路において、少なくとも１つの周波数を有する１つまたは複数の励起信号を信号フィルタに供給し、１つまたは複数の応答信号を信号フィルタから受信するよう構成される、電気回路と、電気回路と抵抗またはワイヤレス結合された処理ユニットにおいて、１つまたは複数の応答信号を処理し、それにより、信号フィルタの特性の変化を測定することによって、外部対象物によるタッチの存在もしくは近接、前記タッチの位置、前記タッチの容量もしくはインダクタンス、または、それらの組合せを検出するよう構成される、処理ユニットとを備えるタッチ検知デバイスが提供される。
【００１３】
タッチセンサフィルムは、一般に、タッチ検知デバイスのタッチセンサ要素として使用できるフィルムを意味する。タッチ検知デバイスは、ここでは、外部対象物でデバイスに触れることによって動作されるすべてのユーザインターフェースデバイス、ならびに、そのような対象物の存在、近接および位置を検出するための他のタイプのデバイスを広く包含することを理解されたい。
【００１４】
本発明のタッチセンサフィルムは、外部対象物との容量または誘導結合が可能であり、これは、外部対象物によるタッチがフィルムのフィルタリング特性の変化を引き起こすことを意味する。
【００１５】
「タッチ」という用語およびその派生語は、本発明の文脈において広義で使用され、指先、スタイラスまたは何らかの他のポインタもしくは対象物とタッチセンサフィルムとの間の直接的な機械的または物理的接触ばかりではなく、対象物が、タッチセンサフィルムと周囲との間で、または、タッチセンサフィルムの異なるポイント間で、十分な容量または誘導結合を生成するように、そのような対象物がタッチセンサフィルムの近くにあるという状況も包含する。この意味で、本発明のタッチセンサフィルムは、近接センサとして使用することもできる。
【００１６】
「導電材料」は、ここでは、材料の導電率メカニズムまたは導電率タイプを問わず、材料内での電荷の流れを可能にすることが可能ないかなる材料も意味する。したがって、導電材料は、ここでは、例えば、半導体性または半導体材料も包含する。タッチセンサフィルムには、導電材料の１つまたは複数の層が存在し得る。
【００１７】
導電材料に加えて、タッチ検知デバイスは、実施タッチセンサ要素全体を実装するために必要とされる材料および構造からなる他の層も備え得る。例えば、フィルムの機械的保護のための１つまたは複数の層が存在し得る。その上、屈折率もしくはカラーマッチングのための１つもしくは複数の層、および／または、例えば、傷防止、装飾、撥水、自己洗浄もしくは他の目的のための１つもしくは複数のコーティングも存在し得る。層状要素以外に、タッチセンサフィルムは、例えば、タッチセンサフィルムまたはその一部を通じて延在する接触構造など、三次元的に組織化された構造も備え得る。
【００１８】
信号フィルタは、少なくともタッチセンサフィルム抵抗および外部対象物との容量または誘導結合によって形成される。この信号フィルタは、例えば、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域消去または帯域通過フィルタであり得る。低域通過フィルタの例は、入力間のＲＣ（抵抗器−コンデンサ）直列回路であり、出力は、コンデンサの両端間で取られる。本発明の例示的な実施形態では、上記の低域通過フィルタにおいて、フィルム抵抗はＲで表すことができ、タッチによって生み出される容量結合はＣで表すことができる。
【００１９】
「外部対象物」は、例えば、人間の指または金属スタイラス、容量素子または誘導結合のための金属コイルを有するポインタなど、いかなるコンデンサ、インダクタ、または、容量もしくは誘導ポインタも意味する。例えば、コイルを備えるスタイラスは、受動的なもの（電流がコイルに能動的に印加されない）または能動的なもの（ＡＣまたはＤＣ電流がコイルに印加される）であり得る。能動コイルを備えるスタイラスは、一般に、タッチの正確度、応答時間または透明性の向上に使用される。
【００２０】
タッチセンサフィルムの抵抗および外部対象物との結合による信号フィルタの形成は、そのようなフィルタが外部対象物からのタッチに応答してその特性を変化し、この変化を測定して、タッチ、その位置を検出し、非常に高い精度でタッチの容量またはインダクタンスを決定することができるという本発明者らによる観測に基づく。
【００２１】
この実施形態による電気回路は、１つまたは複数の位置でタッチセンサフィルムと抵抗またはワイヤレス結合される。回路は、タッチセンサフィルムおよびその１つまたは複数の導電層をタッチ検知デバイスの残りの部分に接続するために必要とされる、異なるタイプの接触電極、配線、ならびに、他の形態の導体、スイッチおよび他の要素を備え得る。抵抗接続は、物理的接触を含意するが、例えば、電磁波、誘導または容量結合は、ワイヤレス結合に関連する。抵抗結合の例は、これらに限定されないが、半田付け、締め付けまたは他の従来の技法を含む。
【００２２】
電気回路は、１つまたは複数の励起信号を信号フィルタに供給し、１つまたは複数の応答信号をフィルタから受信するよう構成される。電気回路は、以下で説明されるように、処理ユニットに接続される。本発明の例示的な実施形態では、信号は、電気回路を介して、フィルタに送信され、処理ユニットによってフィルタから受信される。供給された１つまたは複数の励起信号は、少なくとも１つの周波数、振幅および波の形態を有する。これは、各信号が、周波数、振幅もしくは波の形態において異なり得るか、または、一定の周波数、振幅および波の形態を有し、複数の信号の場合は、それらの信号が、等しいまたは異なる周波数、振幅および波の形態を有し得ることを意味する。実際には、電気回路は、処理ユニットと共に、単一チップに部分的にまたは完全に統合することができる。
【００２３】
励起信号は、回路を介してタッチセンサフィルムの信号フィルタに供給され、タッチが含むフィルタ特性の変化のモニタリングに適した条件を提供する、いかなる電気信号（例えば、パルス状の、立ち上がりおよび立ち下がり時間が制限された、または、電圧もしくは電流振動を有する）でもあり得る。また、励起信号は、例えば、駆動信号または刺激信号と呼ぶこともできる。典型的な例は、ＡＣ電流および／または電圧である。それに応じて、応答信号は、回路を使用して信号フィルタから受信され、タッチがフィルタ特性にもたらす、この信号によって検出可能な変化に基づいてタッチの検出を可能にする、いかなる測定電気信号でもある。
【００２４】
一実施形態では、処理ユニットは、電気回路と抵抗またはワイヤレス結合される。処理ユニットは、１つまたは複数の応答信号を処理し、それにより、信号フィルタの特性の変化を測定することによって、外部対象物によるタッチの存在もしくは近接、前記タッチの位置、前記タッチの容量もしくはインダクタンス、または、それらの組合せを検出するよう構成される。
【００２５】
処理ユニットは、プロセッサ、信号またはパルス発生器、信号比較器、解釈ユニット、ならびに、応答信号の処理に必要な他のハードウェア、電子回路およびソフトウェアツールを備え得る。
【００２６】
タッチ検知デバイスは、１つの単一導電層のみを有するタッチセンサフィルムを利用する単層モードでの動作が可能である。これは、励起信号と応答信号に対して異なる導電層を使用する二層方式を利用する先行技術の容量タッチセンサフィルムの大部分と比較して、有利な簡易化である。
【００２７】
一実施形態によれば、電気回路は、１つまたは複数の応答信号を信号フィルタから受信するよう構成される。この実施形態では、処理ユニットは、前記応答信号を互いに比較し、それにより、信号フィルタの特性の変化を測定することによって、外部対象物によるタッチの存在もしくは近接、前記タッチの位置、前記タッチの容量もしくはインダクタンス、または、それらの組合せを検出するよう構成される。代替の実施形態では、処理ユニットは、応答信号を励起信号と比較して、信号フィルタの特性の変化を測定するよう構成される。
【００２８】
一実施形態では、交流電流または電圧は、信号フィルタのあるポイントで励起信号として信号フィルタに提供され、応答信号としての交流電圧または電流は、フィルタの別のポイントで測定される。
【００２９】
一実施形態では、信号フィルタは、少なくとも１つの外部コンポーネントによってさらに形成される。この少なくとも１つの外部コンポーネントは、上記の実施形態のタッチ検知デバイスの一部であり、電気回路を介して処理ユニットと抵抗またはワイヤレス結合される。外部コンポーネントは、抵抗器、定電流源、コンデンサもしくはインダクタ、または、それらの組合せであり得る。この外部コンポーネントは、デバイスの他のユニットに統合することができる。
【００３０】
一実施形態では、交流電流または電圧は、外部コンポーネントを通じて、信号フィルタのあるポイントで励起信号として信号フィルタに提供され、応答信号としての交流電圧または電流は、フィルタの同じポイントで測定される。
【００３１】
一実施形態によれば、信号フィルタの特性は、前記外部対象物と検知フィルムの間の距離、外部対象物の容量もしくはインダクタンス、前記外部対象物の物理的特性、フィルムの抵抗、センサフィルム材料と外部対象物との間の誘電体もしくは絶縁層の存在、厚さもしくは誘電率、または、それらの組合せによる影響をさらに受ける。
【００３２】
外部対象物の物理的特性は、例えば、その幾何学、材料、向きおよび構成を含む。
【００３３】
一実施形態によれば、電気回路は、１つまたは複数の電極を備え、電極の少なくとも１つは、前記励起信号を信号フィルタに供給するよう構成され、電極の少なくとも１つは、前記電気応答信号を信号フィルタから受信するよう構成される。電極の数は、構造に応じて異なり得る。
【００３４】
好ましい一実施形態では、信号フィルタの測定特性は、振幅応答、位相応答、電圧応答、電流応答またはそれらの組合せを含む。これらの特性は、タッチの存在または近接、その位置、および、その容量またはインダクタンスによる影響を受ける場合がある。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態によれば、処理ユニットは、信号対雑音比を最大化するため、ならびに／または、既定の周波数、振幅および波の形態でのデバイスの正確度を向上するため、励起信号の少なくとも１つの既定の周波数、振幅および波の形態に基づいて測定すべき１つまたは複数の特性を選択するようさらに構成される。
【００３６】
最適な励起周波数は、多くの要因に依存する。雑音は、低周波数で増加し得る。他方では、タッチ検出を阻害するアンテナ効果は、非常に高い周波数で問題になる。アンテナ効果は、測定回路の異なる部分が、回路と周囲との間の外乱信号を結合する傾向にあるアンテナのように動作することを意味する。通常、低遮断周波数と高遮断周波数との間に最適な周波数範囲がある。この範囲は、例えば、タッチセンサフィルムの導電材料の抵抗、フィルム上の任意のコーティング層の厚さおよび誘電率、外部対象物の容量またはインダクタンス、周囲の電子回路の周波数、ならびに、導電フィルムがある基板の材料に依存する。例えば、十分に高い周波数を用いることで、ＰＥＴ基板は導電性になり、それにより、励起および応答信号が妨げられる。したがって、最適な周波数に影響を及ぼすそれらの要因に基づいて周波数を能動的に調整するため、および、それに応じてデバイスを調整するため（すなわち、測定すべきフィルタ特性または動作範囲内の特定の励起周波数を選択することによって）、動作周波数範囲を選択する能力が提供される。
【００３７】
一実施形態によれば、タッチ検知デバイスのタッチセンサフィルムは、平面において連続構造として延在する。これは、タッチセンサフィルムが、例えば、タッチ検知デバイスの検知エリア全体に実質的にわたって、固体の、非断続的な、パターン化されていない構造として延在するが、例えば、ＨＡＲＭネットワークの場合のように、構造は、ナノまたはマイクロスケールでは厳密には連続的ではないことを意味する。また、この構造は、任意選択で、均質的なものである。この特徴は、導電層の視認性を最小化するばかりでなく、層のパターン化が不要な場合にその製造の簡易化も行う。また、この構造は、この実施形態によるタッチセンサフィルムを有するタッチ検知デバイスの電子回路の簡易化も行う。
【００３８】
タッチセンサフィルムの良い感度およびタッチ位置の分解能性能は、そのようなパターン化されていない導電層の単層動作モードでの使用を可能にする。単層モードでの動作は、タッチ検知測定において１つの単一導電層のみが使用されることを意味する。パターン化されていない単層動作モードでは、複数タッチ検出能力も利用可能である。したがって、このような単層能力は、タッチセンサフィルム全体をかなり薄い構造として生産することも可能にする。
【００３９】
一実施形態では、タッチセンサフィルムは、導電材料で作られ、タッチセンサフィルム全体にわたって一方向に延在する単一のストライプまたは２つ以上の平行ストライプと、非導電材料を備える、前記ストライプ間のエリアとを備え、電気回路は、ストライプの各々と抵抗またはワイヤレス結合され、処理ユニットは、各ストライプに沿って、タッチの存在、近接および位置を検出するようさらに構成される。
【００４０】
電気回路の電極は、測定用の信号を供給および受信するため、各ストライプと結合される。タッチ位置は、一次元でのみ決定しなければならず、そうするため、１つのストライプ当たり１つの電極のみの使用が可能である。
【００４１】
一実施形態では、タッチセンサフィルムは、その屈曲を可能にするため、可撓性構造として形成される。「可撓性」構造は、ここでは、好ましくは繰り返して、少なくとも１つの方向におけるフィルムの屈曲を可能にする構造を意味する。一実施形態では、タッチセンサフィルムは、少なくとも２つの方向において同時に可撓性である。
【００４２】
可撓性の代わりにまたは可撓性に加えて、タッチセンサフィルムは、三次元表面に沿って、または、三次元表面全体にわたって、例えば、熱成形を使用することによって、その変形を可能にするため、変形可能構造として形成することもできる。
【００４３】
測定機能と組み合わせたタッチセンサフィルムの可撓性および／または変形性は、タッチ検知デバイスの実装に対して全く新規の可能性を開く。例えば、モバイルデバイスのユーザインターフェースとして機能するタッチセンサフィルムは、タッチセンサフィルムがデバイスの表面全体までも覆うことができるように、屈曲するかまたは形成して、デバイス端部まで延在するようにすることができる。三次元デバイスの異なる表面を覆うタッチセンサフィルムでは、異なる目的のためのいくつかのタッチ検知領域が存在し得る。ある検知領域は、タッチスクリーンを形成するためにディスプレイエリアを包含することができる。他の検知領域（例えば、デバイスの側面）は、従来の機械式ボタン（例えば、電源ボタン、または、音量もしくは輝度スライダもしくはダイヤル）を置き換えるタッチセンサ要素として機能するよう構成することができる。
【００４４】
可撓性のおよび／または変形可能なタッチセンサフィルムに対する良い選択は、以下でより詳細に説明されるように、１つまたは複数のＨＡＲＭＳ（高アスペクト比分子構造）ネットワークを備える導電層である。ＨＡＲＭ構造およびそのネットワークは、本質的には、可撓性であり、したがって、タッチセンサフィルムを屈曲可能および／または変形可能にすることができる。
【００４５】
好ましくは、タッチセンサフィルムは、光学的に透明であり、したがって、例えば、タッチスクリーンの一部としてのタッチセンサフィルムの使用を可能にする。タッチセンサフィルムの光学的透明性は、ここでは、問題のアプリケーションに関連する周波数／波長範囲での、フィルムの平面に実質的に垂直な方向からの入射放射線の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも９０％が、フィルム中を透過することを意味する。大部分のタッチ検知アプリケーションでは、この周波数／波長範囲は、可視光の範囲である。
【００４６】
光学的透明性に関し、要点は、タッチセンサフィルムの導電材料である。導電率と光学的透明性の同時要件は、可能な材料の数を制限する。この意味で、ＨＡＲＭＳネットワークは、例えば、透明導電性酸化物のものより優れた透明性を提供することができるため、ＨＡＲＭＳネットワークは、光学的に透明なタッチセンサフィルムの良い基盤を形成する。
【００４７】
一実施形態では、タッチセンサフィルムは、高アスペクト比分子構造（ＨＡＲＭＳ）ネットワーク、導電性高分子、グラフェンもしくはセラミック、銀もしくは金などの金属グリッド、または、金属酸化物を備える。ＨＡＲＭＳまたはＨＡＲＭ構造は、ここでは、ナノメートルスケールの特徴的な寸法（すなわち、約１００ナノメートル以下の寸法）を有する導電性の構造を意味する。これらの構造の例は、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含む。ＨＡＲＭＳネットワークでは、これらの種類の単一構造の多数（例えば、ＣＮＴ）は、互いに相互接続される。言い換えれば、ナノメートルスケールでは、ＨＡＲＭ構造は、例えば、導電性高分子または透明導電性酸化物などの真の連続材料を形成しないが、むしろ、電気的に相互接続された分子のネットワークを形成する。しかし、巨視的スケールで考慮されるように、ＨＡＲＭＳネットワークは、固体のモノリシック材料を形成する。ＨＡＲＭＳネットワークは、薄層の形態で生産することができる。
【００４８】
センサフィルムのＨＡＲＭＳネットワークによって達成可能な利点は、光学的に透明なタッチセンサフィルムを必要とするアプリケーションにおいて役立つ素晴らしい力学的耐久性および高い光透過率ばかりでなく、非常に可撓性の調整可能な電気的特性も含む。これらの利点を最大にするため、導電材料は、１つまたは複数のＨＡＲＭＳネットワークから実質的になり得る。
【００４９】
ＨＡＲＭＳネットワークの抵抗率性能は、層の密度（厚さ）に依存し、ある程度は、構造の長さ、厚さまたは結晶配向、ナノ構造バンドルの直径などのようなＨＡＲＭＳ構造細部にも依存する。これらの特性は、ＨＡＲＭＳ製造プロセスおよびそのパラメータの正しい選択によって操作することができる。カーボンナノ構造ネットワークを備える導電層の生産に適したプロセスについては、例えば、Ｃａｎａｔｕ  Ｏｙによる国際公開第２００５／０８５１３０Ａ２号パンフレットおよび国際公開第２００７／１０１９０６Ａ１号パンフレットで説明されている。
【００５０】
本発明によるタッチ検知デバイスの一実施形態では、タッチ検知デバイスは、触角インターフェースフィルムとしても機能する。言い換えれば、デバイスは、タッチに応答して、好ましくはセンサフィルムを介して、触覚フィードバックを提供するための手段をさらに備える。センサフィルムを介して触覚フィードバックを提供することは、タッチセンサフィルムの振動を発生させるためにタッチセンサフィルムに取り付けられた別々のアクチュエータに基づく従来の手法の代わりに、センサフィルムが、触覚フィードバックを発生させるための手段の一部として使用されることを意味する。これに対し、様々な可能性がある。触覚効果は、センサフィルムによって適切な電磁場を生成することによって達成することができる。タッチセンサフィルムに触れているユーザの皮膚は、異なる感覚としてこれらの電磁場を感知する。この種類の手法は、容量触覚フィードバックシステムと呼ぶことができる。他方では、センサフィルムを別の方法で、例えば、電気活性高分子（人工筋肉）ベースの触角インターフェースの一部として使用することができ、センサフィルムは、インターフェースの１つの層を形成する。
【００５１】
両方の機能（すなわち、タッチ検出と触覚フィードバック）を実行する１つの可能性は、第１の時間帯の間にタッチが検出された時点で、第１の時間帯に続く第２の時間帯で触覚フィードバックが提供されるように、センサフィルムが、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ための手段とに交互に結合されることである。第１および第２の時間帯は、デバイスが連続して動作しているようにユーザが体験できるほど短く調整することができる。
【００５２】
１つまたは複数のタッチセンサフィルムは、別の方法で、例えば、流体工学ベースの触角インターフェース（Ｔａｃｔｕｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって商品化中であるような）と併せて、使用することができ、タッチセンサフィルムは、可撓性リザーバへの流体のポンピングに応じて形状を変化する可撓性外部触覚フィルムと統合される。１つまたは複数のタッチセンサフィルムは、可撓性外部触覚フィルムの内表面および／または外表面上にあり得る。この場合、タッチセンサフィルムは、タッチ検知回路と連続結合することができる。
【００５３】
本発明によるタッチ検知デバイスの一実施形態では、タッチ検知フィルムは、変形検出フィルムとしても機能する。これは、デバイスが、例えば、検知フィルムの屈曲、捩れおよび／または伸縮を検知するための手段を組み込むことを意味する。これは、本発明によるタッチ検知と同時に、ノード間の抵抗の変化または信号フィルタ特性の変化を測定することによって行うことができる。システムの信号フィルタリング特性は、フィルムの抵抗率の関数であるため、これらに限定されないが、ＨＡＲＭおよび導電性高分子を含み、具体的には、ナノチューブおよびナノバッドを含み、より具体的には、カーボンナノチューブおよびナノバッドを含む、少なくともある材料に対し、信号フィルタ特性は、フィルムが、例えば、伸縮、圧縮または別の方法で変形した場合に変化し得る。抵抗率または信号フィルタ特性のこの変化を解釈することによって、本発明は、例えば、センサフィルムに接続されたノード間の伸長または圧縮を検出することができる。したがって、例えば、対向する角部の２セットのノード間の伸長の検知は屈曲を示すが、一方向における伸長および他方向における圧縮の検知は捩れを示す。いくつかの構成では、１つまたは複数のノードを使用して、複数の方向における検知を行うことができる。代替の構成は、本発明に従って可能である。
【００５４】
ある変形可能な外部対象物に対し、容量またはインダクタンスは、タッチセンサフィルムに加えられた力と共に変化し、したがって、決定された容量またはインダクタンスは、力の代用として使用することができる。力は、例えば、タッチを実行する際にユーザがデバイスに加える力を意味する。例えば、人間の指は、力を加えると同時に変形し、センサフィルムの近くのエリアを増加させる。これにより、容量が相応に変化する。あるいは、誘導外部対象物が使用され、ユーザが、例えば、外部対象物のコイルを変形するか、または、コイルから表面までの距離を変化する（例えば、バネを介して）場合、インダクタンスが相応に変化し、力も同様に測定することができる。
【００５５】
本発明のタッチ検知デバイスは、標準のもしくはカスタマイズされたスタンドアロンのモジュールとして、または、何らかの大型デバイス（例えば、携帯電話、ポータブルもしくはタブレットコンピュータ、Ｅリーダー、電子ナビゲータ、ゲーム機、冷蔵庫、ブレンダ、食器洗い機、洗濯機、コーヒーメーカー、ストーブ、オーブン、または、他の大型家電製品表面、自動車のダッシュボードもしくはハンドルなど）の一部として統合された分離不可能なユニットとして実装することができる。
【００５６】
本発明の一実施形態によれば、デバイスの部分間のワイヤレス結合は、電磁波による結合、磁場を通じた結合、誘導または容量結合のうちの１つである。
【００５７】
「デバイスの部分間のワイヤレス結合」は、上記で説明されるいかなるデバイス要素間のワイヤレス結合も意味する。
【００５８】
セットアップは、データや、主なデバイスとタッチ検知モジュールの両方に位置する電極間で電気力学的または静電誘導を生み出すＡＣ電流の生成、送信および受信を取り扱う補助電子回路を必要とし得る。これらの２つのデバイスは、以下の方法の１つまたは複数によって互いにワイヤレス結合することができる。
−  電磁誘導（誘導結合、電気力学的誘導）。データおよび電力伝送が対向コイル間の磁場からの電流によって誘発される。
−  磁気共鳴は、磁場を通じる近接場電磁誘導結合である。
−  電磁波（例えば、ＲＦＩＤ技術）。アンテナによって受信された電磁波から電力が生成され、データ伝送が放射場負荷を実質的に変化させる。
−  容量結合（または静電誘導）。エネルギーおよびデータが電極の対向平面から移動される。
【００５９】
タッチセンサは、ワイヤによって、半田付けを直接行って、または、コネクタを介して、アプリケーションデバイスに完全にまたは部分的に統合することができる。これは、バラバラに開く必要のないエリアにセンサが通常は配置される固定設備においては十分である。例えば、ポータブルデバイスでは、センサは、通常、タッチディスプレイアプリケーションで見られ、ディスプレイは、実際にタッチ検知フィルムの真下にあり、スクリーン自体は、デバイスに永久的に取り付けられている。タッチ検知デバイスがデバイスの取り外し可能な部分上に位置する場合は、通常、コネクタが必要とされ、コネクタにより、デバイスの取り外し可能な部分をデバイス本体に取り付けた時点でタッチ検知デバイスをデバイスに接続することができる。この方法は機能的であるが、あるアプリケーションには適さない場合がある。その上、タッチコンポーネントをデバイスに永久的に取り付ける場合であっても、半田付けまたはコネクタを介してコンポーネントを接続することと関連付けられる製造コストおよび設計上の制限が存在する。
【００６０】
本発明の一実施形態では、タッチ検知デバイスが提供される。タッチ検知デバイスは、タッチセンサフィルムを備えるタッチ検知モジュールと、１つまたは複数の励起信号をタッチ検知モジュールに供給し、１つまたは複数の応答信号をタッチ検知モジュールから受信するよう構成される、電気回路とを備える。この実施形態によれば、電気回路は、タッチ検知モジュールとワイヤレス結合される。
【００６１】
一実施形態では、二次元および三次元タッチセンサデバイスが、例えば、内部の修理可能な部分を保守および変更するため、エンクロージャカバーを取り外さなければならないアプリケーションに提供される。また、二次元および三次元タッチセンサデバイスは、例えば、湿潤、爆発的もしくは別の方法で危険な環境、または、相互接続ワイヤのような直接接続が別の方法で不可能な、コストがかかるもしくは非常に不便である場所に対して、完全なカプセル化を必要とするデバイスにデータエントリ方法を提供するロバストな方法でもある。
【００６２】
一実施形態では、汚れ、摩耗および引裂または破損の影響を受けやすい電力およびデータ伝送のための物理的なコネクタは存在しない。コネクタがなければ、汚染、化学的もしくは物理的劣化、または、機械的損傷の影響を受けやすい部分はあまりなく、したがって、デバイスの信頼性を増加させる。
【００６３】
しっかりと固定されなければ、想定外の接続切断が起こり、したがって、データまたは電力損失につながり得る直接的な物理的接触は、回避することができる。それは、設備から電力を取り入れ、アドホックタッチセンサまたは一般的なデータ入出力デバイスとして動作する、固定設備に対するリモートコントロールデバイスとして機能し得る。
【００６４】
モジュールのタッチセンサの機能性を維持し、モジュールを主なデバイスから分離することによって、モジュールおよび主なデバイスは、修理可能な異なる部分となり、別々に生産し、最終アセンブリでのみ一緒に組み合わせることができる。電極は、プリント基板上の金属エリアまたはプリントワイヤとして、コスト効率の高い方法で実装することができる。
【００６５】
一実施形態によれば、タッチセンサモジュールおよび主なデバイスは、互いに物理的に取り付けることができるが、電力もしくはデータまたはその両方は、タッチセンサモジュールと主なデバイスとの間でワイヤレス伝送される。実際には、センサ、励起および検知電子回路は、データ処理ユニットと共に、その結果、ユニット全体が独立した周辺機器のプラグインである。
【００６６】
本発明の第２の態様によれば、タッチ検知デバイスを用いて外部対象物の存在、近接、位置、インダクタンス、容量またはこれらの特徴の組合せを検出するための方法において、少なくとも１つの周波数、振幅および波の形態を有する１つまたは複数の電気励起信号を、少なくともタッチ検知デバイスのタッチセンサフィルムの抵抗および外部対象物との前記フィルムの容量または誘導結合によって形成される信号フィルタに供給するステップと、１つまたは複数の応答信号を信号フィルタから受信するステップと、前記１つまたは複数の応答信号を処理し、それにより、信号フィルタの特性の変化を測定することによって、外部対象物によるタッチの存在または前記タッチの位置を検出するステップとを含む、方法が提供される。
【００６７】
タッチ検知デバイスのタッチ検出感度およびタッチ位置分解能は、信号フィルタの特性および処理手段性能のみに依存するわけではない。当然ながら、タッチ検出感度およびタッチ位置分解能は、例えば、接触電極構成の問題でもある。他方では、接触電極構成を利用するタッチセンサフィルムおよびタッチ検知デバイスのタッチ位置分解能は、接触位置の数、ならびに、互いに対するおよびフィルムに対する接触電極の配置にも依存する。特に、パターン化されていない導電層を備える単層方式には、重大な問題がある。通常、例えば、米国特許第７，４７７，２４２Ｂ２号明細書および米国特許出願公開第２００８／００４８９９６Ａ１号明細書で説明されている、このタイプの先の公知のデバイスは、長方形の形状の導電層およびその角部にある４つの接触電極に依存する。しかし、この構成は、非常に複雑な信号処理を必要とし、このデバイスの正確度はかなり低い。その解決策に従って可撓性構造を提供することは特に難しい。また、複数タッチ能力は、その種類の方式での達成が非常に困難であり得る。これらの困難は、本発明において緩和されるかまたは回避される。
【００６８】
以下では、添付図面を参照して、諸例に基づいて、本発明が示される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１ａ】図１ａは、本発明によるタッチ検知デバイスの１つの可能な構成を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明によるタッチ検知デバイスの１つの可能な構成を示す。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明によるタッチ検知デバイスの１つの可能な構成を示す。
【図２ａ】図２ａは、本発明によるタッチ検知デバイスの別の可能な構成を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明によるタッチ検知デバイスの別の可能な構成を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、本発明によるタッチ検知デバイスの別の可能な構成を示す。
【図３ａ】図３ａは、一実施形態による二次元のパターン化されていないタッチセンサフィルムの図解である。
【図３ｂ】図３ｂは、一実施形態による二次元のパターン化されていないタッチセンサフィルムの図解である。
【図４ａ】図４ａは、変形検知能力を有する一実施形態を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、変形検知能力を有する一実施形態を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、変形検知能力を有する一実施形態を示す。
【図５】図５は、ストライプ状のタッチセンサフィルムが使用される別の実施形態を示す。
【図６】図６は、グリッドにＵおよびＣ形状のストライプを有する一実施形態を示す。
【図７ａ】図７ａは、本発明によるタッチ検知デバイスから受信された応答信号の比較図である。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明によるタッチ検知デバイスから受信された応答信号の比較図である。
【図８ａ】図８ａは、励起信号と比較された受信応答信号の図である。
【図８ｂ】図８ｂは、励起信号と比較された受信応答信号の図である。
【図８ｃ】図８ｃは、励起信号と比較された受信応答信号の図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
本発明の説明は、以下で説明される諸例に基づいて続く。
【００７１】
外部対象物との容量または誘導結合は、抵抗フィルムと共に、電子信号フィルタを構成する。十分な電気抵抗率を有するタッチセンサフィルムは、容量またはインダクタンスを有する外部対象物と共に、システムの結果として得られるＲＣ時定数が得られる低域通過ＲＣフィルタを作成する。この低域通過フィルタの特性は、シート抵抗ならびに外部対象物の位置および容量またはインダクタンスに依存する。
【００７２】
典型的な動作モードでは、１つまたは複数の振動信号またはパルスは、１つまたは複数の位置でフィルタに供給される。タッチセンサフィルムでは、タッチ表面の端部上または同端部でのいかなる２つのポイント間の抵抗も、ポイントの相対位置ならびにセンサエリアの幾何学およびシート抵抗の関数である。このシステムの容量またはインダクタンスは、システムの寄生容量またはインダクタンスと、フィルムと結合された外部対象物との間で形成された容量またはインダクタンスとの組合せである。電子フィルタリング特性の変化は、フィルムの抵抗率に加えて、１つまたは複数の容量または誘導結合されたタッチがもたらす負荷がシステムに存在する場合は、実質的なものである。言及された信号またはパルスの変化を測定することによって、電子フィルタ特性の変化を測定することができ、したがって、１つまたは複数のタッチの位置を推定することができる。例えば、検知フィルムに流れ込む電流の変化を測定することによって、センサと外部対象物との間の容量またはインダクタンスを計算することができる。同様に、１つの検知ノード（特定の位置でタッチセンサフィルムに接続された、電気回路の一部）当たりの信号変化は、外部対象物までの相対距離の変化を示し、検知ノードでの応答信号間の差を比較することによって、全電流消費量およびセンサノードでの絶対値に関する知識と共に、様々なアルゴリズムによって、タッチの相対位置を計算することができる。例えば、サンプリングしたパルスの振幅は、タッチ位置と相関関係にあり、実際の位置の決定に使用することができる。
【００７３】
図１ａは、信号がノードに供給され、同じノードを介して低域通過フィルタの効果が測定される一実施形態を示す。システムは、抵抗率を有するタッチセンサフィルムと、このタッチ検知フィルムと容量または誘導結合された外部対象物とからなる。信号またはパルスは、センサフィルムのあるポイントで（通常、端部で）導入されるが、信号またはパルスは、フィルムのいかなる場所でも導入することができる。抵抗器、定電流源、コンデンサもしくはインダクタ、または、それらの組合せなどの外部コンポーネントは、例えば、測定値の電圧線形性を増加するため、システムの特異性を避けるためにより均等に電流または電位を分布するため、および、電流または電圧電位の測定を可能にするために使用することができる。外部コンポーネントは、抵抗フィルムおよび外部タッチ対象物と共に、低域通過フィルタを作成する。信号は、タッチフィルムおよび外部対象物によって、および、システムの低域通過フィルタ特性の変化によって生み出された負荷と結合し、したがって、信号は変化する。変化した信号は、外部コンポーネントとタッチセンサフィルムとの間でサンプリング（受信）される。２つ以上の外部対象物の複数タッチの測定に対し、測定原理は、単一タッチ状況と同様であり、その違いは、外部対象物までの１つの並列経路の代わりに、最大２つまたはそれを超える数の同並列経路が存在し、容量またはインダクタンス、および、容量または誘導結合が増加することである。サンプリングした信号は、外部対象物の位置および容量またはインダクタンス、ならびに、タッチフィルム、外部コンポーネントおよび外部対象物によって形成される低域通過フィルタとの信号の相互作用に応じて異なる。複数の入力／検知ノードを使用することにより、タッチの位置および外部対象物の容量またはインダクタンスをより正確に指定できるようになる。その実施形態では、ｘおよびｙ位置ならびに容量またはインダクタンスを指定するため、各タッチに対して、入力および検知ノードとして様々な可能な組合せで使用することができる３つのノードが必要とされ、したがって、例えば、４つの同時タッチに対して、１２の入力および検知ノードが必要とされる。
【００７４】
図１ａによる実施形態のより一般的な構成は、図１ｂのブロック図に示されており、３つの信号またはパルスが３つの外部コンポーネントを介してタッチフィルム上の３つのポイント（ノード）に供給される特定の実施形態は、図１ｃに示されている。次いで、サンプリングした信号またはパルスは、外部対象物の位置および／または容量もしくはインダクタンスを決定するため、発生源信号もしくはパルスまたは他のサンプリングした信号またはパルスと比較される。
【００７５】
図２ａは、信号がノードに供給され、１つまたは複数の対向または隣接するノードにおいて低域通過フィルタの効果が測定される例示的な実施形態を示す。システムは、抵抗率を有するセンサフィルムと、このセンサフィルムと容量または誘導結合された外部対象物とを備える。信号またはパルスは、センサフィルムのあるポイントで（通常、端部で）導入され（ただし、信号またはパルスは、いかなる場所でも導入することができる）、変化した信号は、異なる位置で受信される。受信された信号は、外部対象物の位置および容量またはインダクタンス、ならびに、タッチフィルムおよび外部対象物によって形成される低域通過フィルタとの信号の相互作用に応じて異なる。単一または複数の入力ノードに対して複数の検知ノードを使用することにより、タッチの位置および外部対象物の容量またはインダクタンスのより正確な仕様が可能になる。その実施形態では、ｘおよびｙ位置ならびに容量またはインダクタンスを指定するため、各タッチに対して、３つの入力および検知ノードが必要とされ、したがって、例えば、４つの同時タッチに対して、１２の入力および検知ノードが必要とされる。
【００７６】
図２ａによる実施形態のより一般的な構成は、図２ｂのブロック図に示されており、３つの信号またはパルスが３つの外部コンポーネントを介してタッチフィルム上の３つのポイント（ノード）に供給される特定の実施形態は、図２ｃに示されている。次いで、サンプリングした信号またはパルスは、外部対象物の位置および／または容量もしくはインダクタンスを決定するため、発生源信号もしくはパルスまたは他のサンプリングした信号またはパルスと比較される。
【００７７】
図１ｂ、１ｃ、２ｂおよび２ｃでは、「信号／パルス発生器」のボックスは、例えば、１つまたは複数の励起電圧または電流のパルスまたは振動（励起信号）を生成する発生器を表し、同パルスまたは振動は、例えば、正弦波、三角形、正方形または鋸歯状の形態であり得る。必要に応じて、信号／パルス発生器は、制御ユニットおよび／またはクロックなどの他の機能性も含み得る。「信号比較器」のボックスは、励起および／または応答信号を比較および区別し、この情報を解釈ユニットに提供するデバイスを示す。信号比較器は、例えば、電圧または電流の周波数、振幅、位相シフトまたは波の形状もしくは形態を比較することができる。「解釈ユニット」のボックスは、信号比較器からの信号を処理し、恐らく信号／パルス発生器から（例えば、クロックまたは制御機能から）の情報も使用するユニットを表す。必要に応じて、解釈ユニットは、制御ユニットおよび／またはクロックなどの他の機能性も含み得る。また、解釈ユニットは、例えば、信号／パルス発生器（例えば、クロックまたは制御機能から）への情報の提供も行ってもよい。実際には、これらのすべての機能は、単一のユニットまたはチップに組み込むことができ、したがって、分離していない場合がある。
【００７８】
励起信号は、個々のノードに送信することができ、応答信号の対応するサンプルは、順番にまたは同時に取り入れることができる。その上、同じまたは異なる励起信号を個々のノードに送信することができる。励起信号は、同じまたは異なる発生源からのものであり得る。
【００７９】
図３ａは、複数の入力信号またはパルス（単一または複数の発生源からのものであり得る）を有する二次元タッチセンサフィルムが使用される一実施形態の図解である。この例では、３つの外部コンポーネントはそれぞれ、発生源と本質的に二次元のセンサフィルムまたはセンサシートとの間で直列に配置され、信号は、外部コンポーネントとセンサフィルムとの間でサンプリングされる。タッチが生じなければ、サンプリングした信号は、フィルタの特性に関連して所定の特徴的な形態を有する。タッチが生じると、外部対象物との容量または誘導結合は、フィルタ特性を変化させる。サンプリングした信号の、互いとのまたは入力信号との関係は、この特性の変化に関する情報、ひいては、外部対象物の位置および容量またはインダクタンスに関する情報を提供する。その実施形態では、ｘおよびｙ位置ならびに容量またはインダクタンスを指定するため、各タッチに対して、３つの入力および検知ノードが必要とされ、したがって、例えば、４つの同時タッチに対して、１２の入力および検知ノードが必要とされる。したがって、図３ａは、位置および容量またはインダクタンスの観点から単一タッチを完全に指定するためのノードの最小の数を示す。図３ｂは、同じものの別の実施形態を示し、４つの外部コンポーネントはそれぞれ、発生源と本質的に二次元のセンサフィルムまたはセンサシートとの間で直列に配置され、単一タッチに対する正確度を増加するため、または、例えば、複数タッチの存在の決定を可能にするため、信号は、外部コンポーネントとセンサフィルムとの間でサンプリングされる。本明細書に記載される二次元タッチセンサフィルムは、３Ｄ表面に可撓性のおよび／または形成可能なものでもあり得る。
【００８０】
図４ａ〜ｃは、単一のフィルムでフィルム変形を検知する例を示し、センサフィルムは、タッチ検知回路またはアルゴリズムと変形検知回路またはアルゴリズムとに交互に結合される。この場合、測定を実行するため、少なくとも３つのノードが必要とされる。変形は、ＤＣ電圧レベルによってノード間の抵抗の変化を測定することによって決定することができる。
【００８１】
実際には、センサ変形、捩れまたは屈曲は、フィルタ特性を再度変化する有効領域抵抗率を変化することによって、タッチ検知に影響を及ぼし得る。しかし、この場合、タッチセンサフィルムは、依然として、少なくとも、同じフィルムが変形する場合は変形センサとして機能し、変形しない場合はタッチセンサとして機能するモードで使用することができる。
【００８２】
図５は、複数の入力信号またはパルス（単一または複数の発生源からのものであり得る）を有する二次元タッチセンサの一実施形態を示す。外部コンポーネント５１は、１つまたは複数の発生源と単一またはセットの本質的に一次元の検知フィルム（単一または集合体の検知指またはストライプ５２）との間で直列に配置され、信号は、外部コンポーネントと検知フィルムとの間でサンプリングされる。ストライプは、良い性能に対して高アスペクト比を有するべきであり、例えば、幅に対する長さの比は、３より大きいもの、またはより好ましくは、１０より大きいものであるべきである。ストライプは、例えば、真っ直ぐなものまたは湾曲したものであり得、一定の幅のものでなければならないわけではない。単一のストライプの場合、その実施形態は、スライダまたはダイヤルとして動作し得る。タッチが生じなければ、サンプリングした信号は、フィルタの特性に関連して所定の特徴的な形態を有する。タッチが生じると、外部対象物との容量または誘導結合は、フィルタ特性を変化させる。したがって、サンプリングした信号の、入力信号との関係は、外部対象物の位置およびいかなる所定のストリップにおけるタッチの存在に関する情報を提供する。外部対象物の容量またはインダクタンスも検出するため、好ましくはストライプ５２の対向端部で、フィルムから１つまたは複数の追加サンプルを取ることができる。その実施形態では、ストライプに沿ってタッチ位置（例えば、ｘ位置）および前記ストライプ上のタッチの容量またはインダクタンスを指定するため、各タッチに対して、２つの入力および検知ノードが必要とされ、したがって、例えば、任意のストライプに沿った４つの同時タッチに対して、８の入力および検知ノードが必要とされる。これは、図１ａと２ａの両方の構成に従って動作することができる。本質的に直交する方向（例えば、ｙ方向）のタッチの位置は、特定のストライプ上のタッチの存在を特定することによって決定される。
【００８３】
この構成の修正は、１つのストライプ当たり２つの電極の場合に電極がタッチ領域の同じ側または端部に位置するように、「Ｕ」または「Ｃ」形状として各ストライプを製作するためのものである。これにより、デバイスの正確度を増加することができ、１つの端部に沿ってすべての接触電極を局在させることが可能になり、したがって、設計自由およびタッチエリアの１つまたは複数の端部（例えば、ベゼル）の必要性の低減が可能になる。
【００８４】
図６の構成は、二層構造にも使用することができ、各層は、一方の層のストライプが他方の層のストライプに平行にならないように方向付けられる一連のストライプを有する。好ましくは、向きは、９０度である。このように、グリッド構造が形成される。図５は、「Ｕ」または「Ｃ」形状のストライプと組み合わせたこの構成を示す。通常、層は、例えば空隙または絶縁もしくは誘電体材料によって、分離すべきである。基板および／またはコーティングは、そのような絶縁体または誘電体として機能し得る。
【００８５】
図５および６の「ＡＣ入力」および「ＡＣ出力」のマーカーは、信号またはパルス入力および出力のそれぞれを意味し得る。
【００８６】
図７ａは、一定の抵抗率および６つの接触電極を有する二次元の長方形のタッチ表面上のタッチからの応答信号の比較を示す図であり、６つの接触電極のうちの２つは、中心線の端部に互いに対向して位置する。図は、タッチに対し、初期に、中心線からわずかに左寄りにオフセットが設けられた場合、次いで、一時的に、中心線上にあるが中心からわずかに上方に外れた場合、次いで、最後に、わずかに右寄りに外れた場合のこれらの２つの接触ノード間の応答信号間の差を示す。グラフは、異なる検知ノード（受信電極）間の信号差を示し、すなわち、測定は、請求項４の実施形態に従って実行される。理想的な場合、２番目および６番目のグラフのように、タッチが対向検知ノードから等しい距離および角度にある際、その差はゼロである。これは、どのようにフィルタ特性の変化が信号に影響を及ぼすか、および、どのように例えばタッチ位置を測定することができるかを明確に示す。
【００８７】
図７ｂでは、図７ａの信号は、実際のシステムの場合であればそうであろう固定間隔でサンプリングされている。
【００８８】
同様に、異なるノードでの応答信号の差とは対照的に、応答信号と励起信号との差を使用して、フィルタ特性の変化を決定することができ、したがって、タッチの存在、近接および位置ならびにタッチ対象物の容量またはインダクタンスを一意的に決定することができる。図８ａ〜ｃは、図７ａおよびｂと同様に、励起信号と比較した応答信号を示す。信号の差を視覚的に観測することは難しいため、図８ｃは、１２０μｓの時点でタッチを離した際の応答信号と励起信号の差を表示している。
【００８９】
また、応答信号の他の特性を使用して、電圧または電流の波の形態もしくは形状、振幅、または、位相シフトなどのフィルタの特性の変化を特定することもできる。フィルタ特性の変化の決定においてサンプリングして使用すべき１つまたは複数の特性は、例えば、信号対雑音比を最大化するように、自由に選択することができる。その上、励起信号の周波数、波の形状（例えば、正弦波、三角形、正方形、鋸歯状など）および振幅は、例えば干渉を回避するかまたは信号対雑音比を最大化するように選択することができる。
【００９０】
本発明は、上記で説明される例に限定されないが、実施形態は、特許請求の範囲内で自由に変化させることができる。
【図１ａ】
2015509621.tif 000003
【図１ｂ】
2015509621.tif 000004
【図１ｃ】
2015509621.tif 000005
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【国際調査報告】
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