(57)【要約】【課題】タッチ・スイッチが意図しないスイッチ起動を防ぐように、タッチ・スイッチおよびその関連する制御回路の近傍の汚染物質，電子干渉および他の妨害の存在に本質的に影響されない信頼できるタッチ・スイッチ装置を提供する。【解決手段】人間の付属器官のような対象物の存在を検出するタッチスイッチ装置（２２）であって、タッチパッドと同タッチパッド及び被制御装置に接続されたローカル制御回路（２６）とを有する。好ましくは、第１の電極（Ｅ１）及び同電極から離れて且つ同電極を囲んでいる第２の電極（Ｅ２）を含む。制御回路（２６）は好ましくは集積回路に形成される。信号がタッチパッドに供給されて、その付近に電界を形成する。タッチパッドの近くへの刺激の導入は電界の乱れを生じる。制御回路は電界の乱れを検出して制御信号を発生する。【選択図】図１
2012027935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の接近に応答して被制御のデバイスを制御するように調整された電気的スイッチ装置であって、
タッチ・パッドと、
前記タッチ・パッドにつながれた集積回路であって、前記集積回路がスタートアップおよびバイアス部、パルス発生器および論理部、決定部、およびセルフ・ホールディング・ラッチ部を含む前記集積回路と、
前記集積回路につながれたコントロール・ラインであって、更に前記被制御のデバイスにつながれた前記コントロール・ラインを含み、
前記集積回路は前記タッチ・パッドと近接して前記装置の全体のサイズと比較して小さい前記電気的スイッチ装置。
【請求項２】
前記タッチ・パッド、前記パルス発生器および論理部、および前記決定部につながれた少なくとも１つの第１能動素子を更に含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記タッチ・パッドが少なくとも１つの第１電極を含み、前記第１能動素子が前記第１電極、前記パルス発生器および論理部、および前記決定部につながれている請求項２記載の装置。
【請求項４】
１つの第２電極を更に含み、前記第２能動素子が前記タッチ・パッド、前記パルス発生器および論理部、および前記決定部につながれている請求項２または３記載の装置。
【請求項５】
前記タッチ・パッドが１つの第２電極を更に含み、前記第２能動素子が前記第２電極、前記パルス発生器および論理部、および前記決定部につながれている請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記コントロール・ラインが前記決定部へつながれている請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記コントロール・ラインが前記セルフ・ホールディング・ラッチ部へつながれている請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
第１電極、
信号ソース、
およびコントロール回路を含む電子センサー装置であって、
前記コントロール回路は、
前記第１電極に近接して前記装置の全体のサイズと比較して小さく、
第１入力チャネルと第２入力チャネルを有する入力部、
第１入力、第２入力、および出力を有する決定部、
および出力部を含み、
前記第１入力チャネルは前記信号ソース、前記第１電極、および前記決定部の第１入力へつながれ、前記第１入力チャネルは少なくとも１つの第１入力チャネル電気的構成要素を含み、
前記第２入力チャネルは前記信号ソースおよび前記決定部の前記第２入力へつながれ、前記第２入力チャネルは少なくとも１つの第２入力チャネル電気的構成要素を含み、前記第２入力チャネル電気的構成要素の各々は、前記第１入力チャネル電気的構成要素の１つに対応し、
そして前記決定部の前記出力は前記出力部へつながれ、
前記第２入力チャネル電気的構成要素の各々は、対応する前記第１入力チャネル電気的構成要素の１つに電気的に整合されている、前記電子センサー装置。
【請求項９】
前記第１入力チャネル電気的構成要素の第１のものは、入力ターミナル、出力ターミナルおよび制御ターミナルを有する第１トランジスタを含み、前記第１トランジスタの前記入力ターミナルは、前記信号ソースおよび前記第１電極へつながれ、前記第１トランジスタの前記出力ターミナルは、前記決定部の前記第１入力へつながれ、また、
前記第２入力チャネル電気的構成要素の第１のものは、入力ターミナル、出力ターミナルおよび制御ターミナルを有する第２トランジスタを含み、前記第２トランジスタの前記入力ターミナルは、前記信号ソースへつながれ、前記第２トランジスタの前記出力ターミナルは、前記決定部の前記第２入力へつながれている請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記第１入力チャネルは更に第１ピーク検出器回路を含む請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記第１ピーク検出器回路は、前記第１トランジスタの前記出力ターミナルおよび前記決定部の前記第１入力へつながれた第１整流器、および前記第１整流器および前記決定部の前記第１入力へつながれた第１キャパシターを含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記第１整流器が第１ダイオードを含む請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第１ピーク検出器回路は、前記第１トランジスタの前記出力ターミナルおよび前記決定部の前記第１入力へつながれた第３トランジスタ、および前記第３トランジスタおよび前記決定部の前記第１入力へつながれた第１キャパシターを含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
前記第２入力チャネルは更に第２ピーク検出器回路を含む請求項１０記載の装置。
【請求項１５】
前記第１ピーク検出器回路は、前記第１トランジスタの前記出力ターミナルおよび前記決定部の前記第１入力へつながれた第１整流器、および前記第１整流器および前記決定部の前記第１入力へつながれた第１キャパシターを含み、前記第２ピーク検出器回路は、前記第２トランジスタの前記出力ターミナルおよび前記決定部の前記第２入力へつながれた第２整流器、および前記第２整流器および前記決定部の前記第２入力へつながれた第２キャパシターを含む、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記第１整流器と前記第２整流器のうちの少なくとも１がダイオードを含む請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記第１ピーク検出器回路は、前記第１トランジスタの前記出力ターミナルおよび前記決定部の前記第１入力へつながれた第３トランジスタ、および前記第３トランジスタおよび前記決定部の前記第１入力へつながれた第１キャパシターを含み、前記第２ピーク検出器回路は、前記第２トランジスタの前記出力ターミナルおよび前記決定部の前記第２入力へつながれた第４トランジスタ、および前記第４トランジスタおよび前記決定部の前記第２入力へつながれた第２キャパシターを含む、請求項１４記載の装置。
【請求項１８】
前記出力部が出力ラインを含む請求項８記載の装置。
【請求項１９】
前記出力ラインが被制御のデバイスへつながれている請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記出力部がドライブ・トランジスタを含む請求項１８記載の装置。
【請求項２１】
前記ドライブ・トランジスタが入力ターミナル、出力ターミナル、および制御ターミナルを含み、前記決定回路の前記出力が前記ドライブ・トランジスタの前記制御ターミナルにつながれている請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記ドライブ・トランジスタの前記出力ターミナルが被制御のデバイスへつながれている請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記出力部がラッチを含む請求項８記載の装置。
【請求項２４】
前記ラッチがセルフ・ホールディング・ラッチを含む請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記ラッチが被制御のデバイスへつながれている請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記コントロール回路が集積回路上に実施されている請求項８記載の装置。
【請求項２７】
前記第１電極の近くに前記集積回路がある請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記信号ソースが周期的出力信号を供給する請求項８記載の装置。
【請求項２９】
前記信号ソースが発振器を含む請求項８記載の装置。
【請求項３０】
前記信号ソースおよび前記第１電極につながれた第１抵抗を更に含む請求項８記載の装置。
【請求項３１】
前記信号ソース、前記第１電極および前記第１トランジスタにつながれた第１抵抗を更に含む請求項９記載の装置。
【請求項３２】
前記第１電極に前記信号ソースが電気信号を供給する請求項８記載の装置。
【請求項３３】
第２の電極を更に含み、前記第２入力チャネルは更に前記第２の電極につながれている請求項８乃至３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
第２の電極と、前記第２の電極に更につながれている前記第２入力チャネルと、前記信号ソースと前記第２の電極そして前記第２トランジスタにつながれているは第２の抵抗と、を含む請求項９乃至１７、３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記第２の電極は参照電位に更につながれている請求項３３、３４のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
前記参照電位はグラウンドである請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
請求項１乃至７、８乃至３２のいずれかに記載の装置を複数含むパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明はタッチ・パネル・システムに関し、特に、タッチスイッチ（即ち、例えば、指で又はタッチ・パッド付近に触れることにより操作されるスイッチ）及び機械的なスイッチのための置換として使用されるコントロール回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
（本発明の背景技術）
機械的なスイッチは、家庭用器具、工作機械および他の国内と産業装置を含むすべてのタイプの制御装置に使用されていた。機械的なスイッチは典型的には基板にマウントされ、基板によってあるタイプのしみ込みを要求する。スイッチ自体中のしみ込みと同様にこれらのしみ込みも、汚れ、水および他の汚染物質が基板を通り抜けるかスイッチ内に捕らえられるようになることが可能であり、それにより、電気的なショートおよび他の誤動作に通ずる。
【０００３】
タッチ・スイッチは従来の機械的なスイッチを交換するためにしばしば使用される。機械的なスイッチと異なり、タッチスイッチ壊れるかすり減るような可動部品を含んでいない。さらに、タッチ・スイッチは、基板の穴のなしで、連続的な基板シート（つまり、スイツチパネル、パネル）にマウントするか形成できる。機械的なスイッチの代わりのタッチ・スイッチの使用は、したがって特に汚染物質が存在する環境の中で有利になりえる。さらに、汚染物質のしみ込みを許可する基板の穴なしでそれらを作ることが可能であるので、典型的な機械的なパネルよりタッチパネルを清潔にすることはより容易である。
【０００４】
既知のタッチ・スイッチは、典型的には１つ以上の電極があるタッチ・パッドを含む。タッチ・パッドは、しばしば複雑になり、タッチ・パッドから遠い制御あるいはインターフェース回路と通信する。信号は、タッチ・パッドを含む電極の１つ以上に通常供給され、影響を受けた電極付近に電界を作成する。 制御/インターフェース回路は電界への妨害を検知し、被制御のデバイスによって使用のための応答を生成させる。
【０００５】
タッチスイッチは機械的なスイッチに関連した多くの問題を解決するが、 既知のタッチ・スイッチ設計は完全ではない。例えば、水あるいは他の液体のような汚染物質が基板上で存在する場合、多くの既知のタッチ・スイッチがよく機能しないかもしれない。汚染物質は、タッチ・パッドに関して作成された、その結果意図しないスイッチ起動を引き起こした電界のための導体の役割をすることが可能である。これは、料理室およびいくつかの工場環境のように、そのような汚染物質が一般に見つかるエリアの問題を示す。
【０００６】
既存のタッチ・スイッチ設計は、さらに、クロストーク漏話（つまり隣接したタッチ・パッドに関する電界間の干渉）に関連した問題に苦しむ。漏話は間違っているタッチ・スイッチをして駆動させか、単一のタッチ・パッド付近のタッチにより２つのスイッチを同時に始動させることが可能である。
【０００７】
さらに、多くの既知のタッチ・スイッチ設計が、タッチ・パッドに自体或いは関連するコントロール回路まで及ぶリード線に影響する電気的ノイズあるいは他の干渉による意図しない起動に供される。この問題は、頻繁に従来のタッチ・スイッチ設計の場合であるとともに、タッチ・パッドが制御回路から遠ざかって比較的大きな距離であるアプリケーションで悪化される。
【０００８】
既存のタッチ・スイッチ設計はコントロールするデバイスとのインタフェースのために一般に複雑なコントロール回路を要求する。これらのコントロール回路は、回路基板上の相当なスペースを占領する個別部品の多数で構成されるだろう。それらの物理的なサイズのために、コントロール回路は、タッチ・パッドそれら自身からの実質の距離に典型的には位置する。タッチ・パッドからの制御/インターフェース回路およびそれらの遠隔の物理的なサイズは、電気的ノイズと干渉への漏話および妨害感受性のように、上に議論された問題の多くを悪化させることが可能である。サイズおよび遠隔は、さらに増加した生産原価および複雑さに帰着する全面的なタッチパネル設計を複雑にする。
【０００９】
いくつかの既知のタッチ・スイッチ設計は、タッチ・パッドからインタフェース/コントロール回路へ、あるいは被制御のデバイスへ個別のアースを要求する。従来の機械的なスイッチを利用するある装置は要求しない、またる、そのようアースリード線を容易には提供しない。そのようなタッチ・スイッチを備えた使用にそのような装置を適応させることは、特別のアースする条件の追加を要求する場合があり、それにより、設計および生産時間、複雑さおよびコストを増加させる。これらのアース線必要条件は、タッチパネルを備えた従来の機械的なパネルの単純な直接の置換を排除する。
【００１０】
タッチ・スイッチ設計における最近の改良は、タッチ・スイッチ自体の入出力インピーダンスを低下させる技術を含んでおり、そのために、汚染物質および外部雑音ソースによりそれを偽起動に対して高度に免疫になっているようにする。米国特許５，５９４，２２２号は、汚染物質および多くの前の設計より電気的ノイズがある状態でよく機能しないのにはそれほど敏感でない低インピーダンスタッチ・スイッチ設計について記述する。たとえこのアプローチが先行技術に関するいくつかの長所を持っても、そのアプリケーションを制限する場合があるいくつかの属性がある。例えば、得られるスイッチは、温度バリエーションに敏感な場合がある。出力の温度バリエーションが正当な信号変更に比べて小さく、トランジスター・バリエーションによって引き起こされた信号バリエーションに比べて小さい限り、その後、単一のトランジスターあるいは他の増幅デバイスは全く満足になる。しかしながら、この技術は、被制御のデバイスと接続するべき補足回路類の使用を要求する場合があり、それにより、コストと複雑さを全面的なタッチ・スイッチ設計において増加させる。補償のために許可するべきダイナミックレンジがほとんどないアプリケーションで、また、温度変化が正当な信号変更に比べて重要なところで、温度の影響を除去するか弱めることができる異なるアプローチはよりよい場合がある、
【００１１】
さらに、たとえこの技術の低インピーダンスアプローチが、ある有限の量のインピーダンスを備えた汚染物質とある有限の量のインピーダンスを備えた人間のタッチを区別できても、この技術はインピーダンスのロー・レベル間の区別には十分でない場合がある。タッチ・スイッチ全体（つまり内部の電極および外部の電極の両方）が、大量の汚染物質で覆われている場合、そのような状況は存在することがある。金属皿（パン）のような導電材料が完全にタッチ・スイッチをカバーする場合に、１つの類似した、本質的に０インピーダンス、状況は存在することがある。
【００１２】
本出願と同じ譲受人に譲渡された、これによって参照によってここに組み入れる米国特許出願番号０８／９８６，９２７は、タッチ・スイッチに影響する同相モード妨害と関係する問題の多くをアドレスする差動（デイファレンシアル）測定回路があるタッチ・スイッチ装置を開示る。例えば、２電極タッチ・パッドがあるタッチ・スイッチは各電極に関する電界を生成するために形成できる。実質的に両方の電極をカバーする汚染物質のような同相モード妨害は、電極の各々に関する電界に実質的に等しく影響するだろう。各電極は、差動測定回路への妨害に比例した信号を提供する。各電極からの信号が実質的に等しいことが熟考されるので、差動測定回路は、或る差異を感知せず、また同相モード妨害に応答しない。他方では、電極のうちのほんの１つに関するフィールドが妨害される場合、その電極によって差動測定回路に供給される信号は、恐らく他方、影響を受けていなかった電極によって提供されるそれと実質的に異なる。差動回路は、スイッチ起動を引き起こす出力の提供により応答えることが可能である。
【００１３】
差動測定回路アプローチは先行技術の中で既知の多くの問題に取り組むが、それは比較的複雑で、設計し製造するのに高価になりえる。差動測定回路は典型的にはより従来のコントロール回路よりさらに多くの部分を含む。追加の部分はタッチパネル上でより多くのスペースを占めるだろう。そのため、コントロール回路は、それが、タッチ・パッドとそのコントロール回路の間の長いリード線を要求する非差動回路設計である場合があるよりタッチ・パッドからさらに一層離れる。これは、電子干渉と関係する関係を現実に悪化させることが可能である。更に、差動測定回路を構築する場合、コンポーネントの整合は重要になる。適切なコンポーネント一致は補足製造間接費を示し、コストを加えるだろう。
【００１４】
先の改良は、スイッチとそれらのコントロール回路に対する電子干渉の影響の間の漏話の結果意図しないスイッチ起動を縮小できるが、それらはこれらの問題を完全には除去しない。更に、それらは、あるタッチ・スイッチ・アプリケーションで個別のアースする回路の必要をアドレスせず、それに関連する関係を解決しない。
【００１５】
（発明の要約）
本発明の目的は、タッチ・スイッチがそのような妨害によって影響される場合に意図しないスイッチ起動を防ぐように、タッチ・スイッチおよびその関連する制御回路の近傍の汚染物質，電子干渉および他の妨害の存在に本質的に影響されない信頼できるタッチ・スイッチ装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の目的は、タッチ・スイッチパネルが機械的スイッチパネル用の直接・プラグ・イン置換として容易に役立つことができるように、タッチ・スイッチとそれらが使用できる多くの異なるアプリケーションとの間のインタフェース条件を簡単化することにある。
【００１７】
本発明は、タッチ・パッドの近くにあるタッチ・パッド、およびコントロール回路を含むタッチ・スイッチ装置を提供する。タッチ・パッドおよびコントロール回路は誘電性の基板にマウントされる場合がある。装置の外形寸法と比較して、コントロール回路は小さい。好ましい実施例では、コントロール回路が、本質的に１つ以上の集積回路に減らされる。集積回路実施例中のコントロール回路の物理的な緊密さは、タッチ・スイッチの妨害感受性をコモンモード干渉、隣接したタッチ・スイッチ間の漏話および干渉にする。集積回路アプローチはさらによりよい整合およびコントロール回路コンポーネントの釣り合いに備える。
【００１８】
本発明のタッチ・スイッチは様々な好ましい実施例の中で形成できる。いくつかの実施例では、タッチ・スイッチが従来で、維持された接触タイプの機械的なスイッチをエミュレートできる。他の実施例では、タッチ・スイッチが瞬間接触型タイプの機械的なスイッチをエミュレートできる。
【００１９】
好ましい実施例では、タッチ・パッドは、第１の電極と第１の電極の近くの第２の電極とを有する。電極の少なくとも１つは、ローカル制御回路に電気的につながれる。第１および第２の電極およびローカル制御回路は、タッチ表面として使用される基板の側の向こうに、基板の同じ表面に典型的には置かれる。しかしながら、それらは共面である必要がなく、基板の対辺に置かれる場合がある。
【００２０】
代わりの実施例では、タッチ・パッドが、ローカル制御回路に電気的につながれる単一の電極を持っている。他の代わりの実施例では、タッチ・パッドが２つ以上の電極を持つことが可能である。
【００２１】
好ましい実施例では、コントロール回路が、信号を生成し、タッチ・パッドを含む電極の１つ以上に関する電界を作成するためにタッチ・パッドにそれを供給するための手段を含んでいる。代わりに、そのような信号は他のところに生成され、１つ以上の電界をそのへんに作成するために電極の１つ以上に供給される場合がある。コントロール回路は、ユーザーの指先がタッチ・スイッチに隣接する基板に触れるか接近するような刺激に応じて電界への妨害を検知する。コントロール回路は、家庭用器具あるいは産業機構のような被制御のデバイスによる使用のための制御信号の生成により、そのようなフィールド妨害に選択的に応答する。
【００２２】
好ましい実施例では、コントロール回路が、第１の電極または第２の電極またはその両方の近傍への刺激の導入に応答して、第１の電極と第２の電極との間の電界の差を検知しそれに応答する。そのような差動測定回路は、温度、電気的ノイズ、電源変動および他の入力のような共通モード信号（つまり両方の電極にほぼ等しく影響する傾向がある信号）の拒絶に備える。差動測定回路は、タッチ・スイッチに隣接する基板への汚染物質のアプリケーションに起因する共通モード信号の拒絶に備える。
【００２３】
好ましい実施例では、信号が、第１の電極および第２の電極に印加される。電位は各電極で開発されており、従って、電界は電極の各々で生成される。一致した２つのトランジスターが、第１の電極に接続された第１のトランジスター、および第１の電極に接続された第１のトランジスターと共に差動測定回路の中で配列される。各トランジスターの出力はピーク検出器回路に接続される。また、各ピーク検出器回路の出力は決定回路に供給される。
【００２４】
電極がユーザーによって触れられるか接近されたときのように、その対応する電極まわりの電界が変更されると、各トランジスターの出力は変更される。ピーク検出器回路はトランジスターの出力の変化に応答し、トランジスターから決定回路にピーク電位に対応する信号を供給する。決定回路は、コントロール回路の他の部分による使用に出力を供給する前もって定義したやり方の中で、ピーク電位を使用する。
【００２５】
好ましい実施例では、内部の電極および外部の電極が、決定回路の入力に動作可能に関連付けられる、最初の電極に関する電界への妨害が別の電極に関する電界の妨害の程度より大きな場合、決定回路はハイ・レベル出力を提供する。反対に、第２の電極に関する電界への妨害が第１の電極に関する電界の妨害の程度より大きな場合、決定回路はロー・レベル出力を提供する。両方の電極に関するフィールドが多かれ少なかれ等しく妨害される時、決定回路はロー・レベル出力を提供する。
【００２６】
例えば、指先が第２の電極ではなく第１の電極を実質的にカバーする場合、第１の条件は作成できる。例えば、指先か汚染物質が第２の電極ではなく第１の電極を実質的にカバーする場合、第２の条件は作成できる。例えば、金属皿のような、汚染物質あるいはオブジェクトが第１および第２の両方電極をカバーする場合、第３の条件は作成できる。
【００２７】
決定回路出力は、電気的なラッチのような他の回路コンポーネント（制御信号は決定回路出力状態に依存して、コントロール回路からそれらによって選択的に出力される）に供給される。好ましい実施例では、制御信号がコントロール回路から、決定回路からのハイ・レベルの出力によって、出力される。一方、制御信号はロー・レベル出力に応じては出力されない。代わりの実施例では、制御信号がコントロール回路から、決定回路からのロー・レベルの出力によって出力される。一方、制御信号はハイ・レベル出力に応じて出力されない。
【００２８】
本発明のタッチ・スイッチ装置は、デバイスをつけるか切るか、温度を調節するか、クロックかタイマーをセットするような機械的なスイッチによって実行できるほとんどすべての機能を実行するために使用できる。それは、既存のタッチ・スイッチの代わりに使用でき、また、既存のタッチ・スイッチに関連する問題を解決できる。さらに、それは機械的な薄膜タイプスイッチに対する直接の置換として使用できる。実質的な量の汚染物質が存在できる場合、あるいは金属オブジェクトが、タッチ・パッドに、あるいはそのパッド上に置かれる場合があるときには、本発明のタッチ・スイッチ装置は温度バリエーションが極端な環境で使用するによく適している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のタッチ・スイッチの好ましい実施例のコンポーネントの透視図である。
【図２】本発明の２電極タッチ・パッドの横断面図および集積回路チップである。
【図３】本発明のタッチ・スイッチ装置の実施例の平面図である。
【図４】好ましいオペレーティング・モードのために形成されたタッチ・スイッチ・コントロール回路の電気的な概要の表示である。
【図５】代わりの好ましいオペレーティング・モードのために形成されたタッチ・スイッチ・コントロール回路の電気的な概要の表示である。
【図６】別の代わりの好ましいオペレーティング・モードのために形成されたタッチ・スイッチ・コントロール回路の電気的な概要の表示である。
【図７】さらに別の代わりの好ましいオペレーティング・モード形成されたタッチ・スイッチ・コントロール回路の電気的な概要の表示である。
【図８】本発明のタッチ・パッドの代わりの実施例の横断面図である。
【図９】本発明のタッチ・パッドの別の代わりの実施例の横断面図である。
【図１０】マトリックスされた形式の中で多くのタッチ・スイッチを用いたタッチパネルの実施例の図式表現である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（発明の実施の形態）
様々な特徴，利点および本発明の他の用途は、次の詳細な説明および図面を参照することによりもっと明白になる。様々な図の同様の参照番号は同様の要素を示す。
本発明は、1つ以上の電極があるタッチ・パッド、およびコントロール回路を含むタッチ・スイッチ装置に関係する。分かり易くするため、制御回路を示す図面の多くはタッチ・パッドに関して大きめに描いている。代表的アプリケーションでは、しかしながら、タッチ・パッドと比較して、コントロール回路が小さい場合があり、1つ以上の集積回路チップの形をむしろしている。
【００３１】
図1は本発明のタッチ・スイッチ装置20の1つの好ましい実施例の斜視図である。タッチ・スイッチ装置20はタッチ・パッド22と、8個の出力端子PIN1〜PIN8を備える集積回路（IC）チップ２６を含むコントロール回路24と、第1と第2の抵抗R1およびR2を有する。示された実施例では、タッチ・パッド２２は第１の電極Elおよび第２の電極E2を備えるが、2つの以上または２つ以下の電極を備えてもよい。個別の電子部品を使用して、コントロール回路24を作り上げることができる場合があるが、コントロール回路24をICチップ26のような単一の集積回路チップで実施例することは望ましい。
【００３２】
コントロール回路24は、ICチップ26のターミナルPIN1-PIN8によって、電気的に連結され、そして第2の抵抗R1およびR2、第1と第2の電極E1およびE2、そして制御および（または）遠隔装置（示されていない）からの力信号を供給するために形成される入力線30と通信する。コントロール回路24は、さらに最初の出力ライン32を使用して、遠隔装置（示されていない）と通信する。いくつかの実施例では、別の出力ライン34も遠隔装置(示されていない)とのコミュニケーションのために使用される。
【００３３】
図2は、正面の前表面36および反対する後部表面37がある、誘電性の基板35にタッチ・スイッチ装置20を含むコンポーネントがマウントされる本発明の典型的なタッチ・スイッチ20の部分的な横断面図である。示された実施例の中で第１そして第2の電極、E1及びE2が基板35の後部表面37にマウントされる。ICチップ26も基板35の後部表面37にマウントされる、近似、第1と第2の電極E1およびE2。図１および図２から分かるように、好ましい実施例では、コントロール回路24を有するＩＣチップ２６がタッチパッド22の極く近傍にマウントされることが考えられる。
【００３４】
基板35は典型的にはグラスのような比較的固い誘電性の材料で構成される、プラスチック、陶器、あるいは他の適切な誘電材料。しかしながら、基板35は、さらに柔軟な材料を含む他の適切な誘電材料も含む場合がある。強化統合状グラフィックスNo.HS-500、Type 561レベル２による、0.005インチの厚いポリエステル材料は適切な柔軟な基板の例である。タッチ・スイッチ装置コンポーネントが柔軟な基板にマウントされる実施例では、柔軟なキャリヤーが、別の一般に更に固い基板に適用される。
【００３５】
好ましい実施例では、基板35が、約3mmの一定の厚さがあるグラスで作られている。他の実施例では、基板35の厚さが、使用される資料、その機械的および電気的性質のタイプ、およびある用途のために必要な物理的強度および電気的な感度に依存して変わる場合がある。グラスおよびプラスチック基板用の最大の機能的な厚さは数インチのオーダである。しかしながら、最も実際的なアプリケーションでは、プラスチック基板がさらに薄くなりうるが、ガラスサブストレートは約1.1mmから約5mmまで厚さで変動する。
【００３６】
好ましい実施例では、図１および図２に示されているように、第2の電極E2は実質的に第1の電極E1を囲む。スペース28は、第1の電極E1と第2の電極E2の間で位置する。第1の電極E1は測定される場合がある、ユーザーが基板35の正面の前表面36の対応する部分に触れるとき、ユーザーの指先あるいは他の人間の付属物によって「カバーされ得る。」1つの好ましい実施例では、第1の電極E1が正方形である。また、第2の電極E2は正方形配列の中でほぼ配列され、第1の電極E1の形に一致している。
【００３７】
図１および図２に示されたタッチ・パッド幾何学は第１および第２の電極E1およびE2の好ましい配置を表わすが、種々様々のアプリケーションを提供するために電極配置が広範囲に変えられる場合があることが認識されるものとする。例えば、電極サイズ、形および配置はタッチ・スイッチ20を始動させるために熟考された付属物あるいは他の刺激のサイズを提供するために変えられる場合がある。例えば、ある用途は、指ではなく、タッチ・スイッチ20を始動させるために手が刺激を提供することを必要とする場合がある。そのようなアプリケーションでは、第1と第2の電極E1およびE2がはるかに大きく、更に別々に間隔を置いた。
【００３８】
第1の電極E1は、任意の数の異なる幾何学的な形もとる場合があり、例えば、長方形、台形、円、楕円、三角形、六角形、また八辺形。第1の電極E1の形にかかわらず、第2の電極E2は、間隔を置かれた関係で第1の電極E1を少なくとも部分的に囲むために形成できる。しかしながら、発明の利点を得るために第1の電極を部分的にさえ囲むことは第2の電極E1に必ずしも必要ではない。例えば、図3の中で示されるように、第1及び第2の電極E1およびE2は互いに隣接している場合がある。代替実施例では第２の電極E2が省略される場合がある。
【００３９】
更に、電極構成は共平面（コプラナー）である必要がないが、球、立方体あるいは他の幾何学的な形に一致するに三次元でありえる。この設計柔軟性は、発明が種々様々のアプリケーションの中で使用されることを形と構成を変える基板で可能にする。いくつかのアプリケーションでは、現実に基板35に触れることが必要ではない場合がある、そこにはパッド22およびコントロール回路24が位置している。例えば、図8は、そこで第1と第2の電極E1およびE2がサーモペイン（thermopane）ウィンドー110の最初の窓ガラス111の外表面113にマウントされるタッチ・スイッチ装置20を示し、ウィンドーの反対する窓ガラス112の外表面114に近接する適切な刺激115をもたらすユーザーにより駆動できる。
【００４０】
上述したように、第1と第2の電極E1およびE2は共面である必要がない;それらは、基板の異なる横あるいは表面に、あるいは異なる基板にすべてマウントすることが可能である。例えば、図9は、そこで第1の電極Elが基板35の最初の表面38にマウントされるタッチ・スイッチ装置20を例示する、また、第2の電極E2およびICチップ26が、基板35の第２の対向表面37にマウントされる。第1と第2の電極E1およびE2が基板の同じ側にあるアプリケーションでは、ICチップ28は、基板の電極と同じ横、あるいは基板の別の側にマウントすることが可能である。第1と第2の電極が、基板の異なる表面あるいは異なる基板にすべてマウントされる場合、ICチップ26は、電極のどちらかと同じ表面、あるいは異なる表面か又は基板にすべてマウントすることが可能である。しかしながら、ICチップ26が電極のすぐ近くにマウントされることは好まれる。
【００４１】
むしろ、第1の電極E1は堅実な導体である。しかしながら、第1の電極E1はさらに多くのアパーチャーを持っている場合があるし、あるいはメッシュまたはグリッドのパターンがある場合がある。いくつかの実施例では、第2の電極E2が、部分的に第1の電極E2を囲む狭いリボンの形式をとる。第1と第2の電極E1およびE2がどこで、単に互いに隣接するような他の実施例では、第2の電極E2がさらに堅実な導体である場合があり、あるいはメッシュまたはグリッドのパターンがある場合がある。
【００４２】
コントロール回路24は様々な方法で設計される場合がある。また、それはAC、周期的に変わるDC(方形波のような)、連続的なDCあるいは他のもののような様々な電源と共に使用されてもよい。図４から図７は、様々な操作のモードで、様々な電源を備えた使用に容易に適応される場合がある好ましいコントロール回路設計を例証する。図４の実施例は、差入力回路、ストローブされた動作モードの中で方形波直流電源を使用する;図５の実施例は差入力回路、連続的なDCモードの中で連続的な直流電源を使用する;図６の実施例はシングル・エンド入力、ストローブされたモードの中で方形波直流電源を使用する;また、図７の実施例は、シングル・エンド入力、連続的なDCモードの中で連続的な直流電源を使用する。
【００４３】
コントロール回路24が容易に様々な異なるオペレーティング・モードに適応できることは図４から図７から明白である。先の4つのオペレーティング・モードは発明によって許可された設計柔軟性を実証するために詳細に記述される。しかしながら、発明がこれらの4つのオペレーティング・モードに制限されとは決して認識されるべきものではない。特定のアプリケーションの中で使用される特別のオペレーティング・モードおよび電源は、第1に被制御のデバイスの必要条件および仕様に依存する。
【００４４】
図４から図７のボックスされたエリアB1およびB2は、電極E1およびE2のような1Cチップ28に位置した、ICチップ26およびコンポーネント、抵抗R1およびR2に置かれるために熟考されたコンポーネントと被制御のデバイス（示されていない）、入出力ライン30および32の間の境界設定をそれぞれ示す。ボックスされたエリアB1およびB2の外側である図４から図７の部分は、ＩＣチップ２６に配置され、そこに描かれた４つの図およびオペレーティング・モードのすべてについて同一であると考えられる。
【００４５】
図４から図７は、スタートアップとバイアスのセクション40、パルス発生器および論理部分50、決定回路区間60およびセルフ・ホールディング・ラッチ・セクション70を含むコントロール回路24（それらの機能は下に記述される）を例証する。電子回路設計の技術に熟練している人々に知られていたように、先の回路区間40、50、60および70の各々は、多くの異なる方法で設計される場合がある。
【００４６】
コントロール回路24はさらに第一及び第２、第三トランジスターP1、P2、またP3を含む。実施例の中で、ここに記述した、トランジスター、P1-P3は、N-MOSデバイス、バイポーラデバイスあるいは他のトランジスター・タイプを使用できるが、P-MOSデバイスである。コントロール回路24はさらにインバータI1、第１、第2および第三ダイオードD1乃至D3、第1と第2のキャパシターコンデンサーC1およびC2、第一、第二、第三および第四トランジスタースイッチ、SW1-SW4および第三および第四抵抗R3R4を含む。第三および第四抵抗R3およびR4が電流源と取り替えられる場合があることが認識されるものとする。
【００４７】
図４から図７に示された実施例の各々では、第３のトランジスターP3のソース・ターミナル77と、スタートアップおよびバイアス・セクション40，パルス発生器および論理部分50，決定回路60およびセルフ・ホールディング・ラッチ・セクション70の電力入力ターミナル41、51、61および71はそれぞれ、ICチップ２６のターミナルのPIN8に電気的につながれている。ターミナルのPIN8は、コントロール回路24電力入力線30（それらは電源25につながれて、順番に電気的にある）に順番に電気的につながれている。典型的には、電源25は被制御のデバイス（示されていない）に位置する。
【００４８】
ゲート端子G2、および第2および第四トランジスターのG4に電気的につながれたスタートアップとバイアスのセクション40からのバイアスをかける出力端子43は、SW2とSW4をそれぞれ切り替える。好ましい実施例の中で、また、ここに記述されるように、第１乃至第四トランジスターSW1-SW4は、他のトランジスター・タイプは同様に使用されてもよいが、N-MOSデバイスである。
【００４９】
スタートアップとバイアスのセクション40からのパワーオンリセット出力44は、パルス発生器と論理部分の50でパワーオンリセット入力54に電気的につながれる。スタートアップとバイアスのセクション40のパワーオンリセット出力44も、ゲート端子G1およびG3に電気的につながれる。
【００５０】
スタートアップおよびバイアス・セクション40からの内部接地基準出力42は、ソース・ターミナルS1、S2、S3、S4、第1と第2のキャパシターコンデンサーの低電位プレート102および103、パルス発生器および論理部分50のうちの内部接地基準52、決定回路60のうちの内部接地基準出力62および第三ダイオードD3のアノード98、第３および第４の抵抗R3、およびR4の低電位端96および97、およびICチップのターミナルのPIN6へ接続される。かく記述されたノードは以下の幾つかの箇所で内部接地基準CHIP VSSとして参照される。
【００５１】
パルス発生器と論理部分の出力50からのパルス出力53は、第1と第2のトランジスターP1およびP2のターミナル80および81をそれぞれIC 26のターミナルのPIN2に電気的に連結される。第1のトランジスターPTのゲート端子82は、IC 26のターミナルのPIN1に電気的につながれる。第2のトランジスターP2のゲート端子83は、IC 26のターミナルのPIN3に電気的につながれる。
【００５２】
第1のトランジスターP1のドレーン・ターミナル84は、第1のダイオードD1のアノード90および第三抵抗R3の高電位端94に電気的につながれる。第2のトランジスターP2のドレーン・ターミナル85は、第2のダイオードD2のアノード91および第四抵抗R4の高電位端95に電気的につながれる。
【００５３】
第1のダイオードD1の陰極92は、第1と第2のトランジスター・スイッチSW1およびSW2のドレイン端子86及び87、第1のキャパシターコンデンサーC1の高電位プレート100、決定回路60のPLUS入力端子64に電気的につながれる。第2のダイオードD2の陰極93は、第３および第４トランジスター・スイッチSW3およびSW4のドレイン端88及び89、および第2のキャパシターコンデンサーC2の高電位プレート101、決定回路60のMINUS入力端子66に電気的につながれる。
【００５４】
決定回路60の論理出力63は、インバータI1の入力75、かつセルフ・ホールディング・ラッチ・セクション70のラッチトリガー入力73に電気的に連結される。セルフ・ホールディング・ラッチ・セクション70の出力72は、IC 26のターミナルのPIN4に電気的につながれる。
【００５５】
図示された実施例では、そのPLUSおよびMINUS入力64と66がそれぞれ等しい電位の場合、あるいは、MINUS入力66がPLUS入力64より本質的に高電位にある場合その出力63が低電位にあるように、決定回路区間60は設計されている決定回路区間60出力63は、PLUS入力64がMINUS入力66より本質的に高電位にある場合に限り、高電位にある。
【００５６】
セルフ・ホールディング・ラッチ・セクション70は設計の結果、決定回路セクション60論理63が低電位にあるときにはコントロール回路24電源25から内部接地基準CHIP VSSまでのラッチ・セクション70による、および、第三ダイオードD3による電流は流れない、しかしながら、決定回路60セクション論理出力63が高電位にあるときには、ラッチ・トリガー入力73は、それぞれ、ラッチ回路70をトリガーし、かつ、ラッチ70電力入力及び出力端子71および72経由で、コントロール回路24電源25から内部接地基準CHIP VSSまでのラッチ・セクション70によって、および第三ダイオードD3によって電流が流れることを可能にするように、高電位にある。一旦ラッチ70がトリガーされたならば、力がコントロール回路24から取り除かれるまで、それはトリガされ続ける（あるいは中へ密閉される）。この方法で作動するラッチ・セクションの設計と構成は、技術に熟練している人々に知られており、詳細にここに記述される必要がない。
【００５７】
インバータ11のA端子76は、第三トランジスターP3のゲート端子78に電気的につながれる。第３のトランジスターP3のドレーン・ターミナル79は、IC 26のターミナルのPIN7に電気的につながれる。
【００５８】
タッチ・スイッチ装置20が多重アプリケーションの中で使用される場合第３のダイオードD3はコントロール回路24バック−バイアスをかけることを防ぐために提供される、単一のタッチ・パッド22だけが使用されるか多数、パッド22が使用されるが多重化されないアプリケーションで省略される場合がある。
【００５９】
コントロール回路24の基本設計の先の記述は、図４から図７に描かれた4つのオペレーティング・モードの各々には同一である。詳細に下に記述されるとともに、4つのオペレーティング・モード中の全面的な装置構成中の区別は、第1に1C 26の外部端末（ターミナル）接続にある。
【００６０】
図4は、下に記述されるように、差入力ストローブモードのオペレーションのために形成されたタッチ・スイッチ装置20を例証する。図4-7のために上記に一般に記述されるように、このモードにおけるオペレーションのためのコントロール回路24が形成される。IC 26のターミナルのPIN2は、第1と第2の抵抗R1およびR2の高電位端104および105に電気的にそれぞれつながれる。IC 26のターミナルのPIN1は、第1の抵抗R1の両方の低電位端106および第1の電極E1に電気的につながれる。IC 26のターミナルのPIN3は、第2の抵抗R2の低電位端107及び電極E2に電気的につながれる。
【００６１】
図４から図７でC3とC4として表わされる回路素子は個別の電気的なコンポーネントではない。もっと正確に言えば、参照文字C3およびC4は、第1と第2の電極E1およびE2の接地へのキャパシタンスをそれぞれ表わす。
IC 26のターミナルのPIN8は、入力線30(それは、例えば被制御のデバイス(示されていない)で電力信号ソース25に電気的につながれる。IC 26のターミナルのPIN4は、IC 26のターミナルのPIN6に電気的につながれ、そのために、ラッチ70の出力端子72を内部接地基準CHIP VSSおよび第三ダイオードD3のアノード98に電気的に連結する。ICチップ26のターミナルのPIN7は、外部的にこの実施例の中で終端しない。IC 26のターミナルのPIN5は出力線32に電気的に連結される、それが第5の抵抗R5の高電位端108につながれて、順番に電気的にあるか、そして出力線に接続され120（それは被制御のデバイス（示されていない）に接続される）を直接あるいはプロセッサあるいは他の中間のデバイス（示されていない）経由でのいずれかにより接続れる。抵抗R5の低電位端109は、システム接地に電気的につながれる。代表的アプリケーションでは、抵抗R5が、タッチ・スイッチ装置20を含む他のコンポーネントからの実質的な距離にある。すなわち好ましい実施例では、抵抗R5が、タッチ・パッド22およびコントロール回路24に近くないために熟考される。
【００６２】
図5は、下に記述されるように、差入力連続DCモードにおけるオペレーションのために形成された典型的なタッチ・スイッチ・コントロール回路24を例証する。全面的なコントロール回路および装置は３つの例外を除いて図４のために記述されたそれと同一である。第１に、図5の実施例の中で、IC26のターミナルPIN7は、抵抗R5の高電位端108に電気的につながれる、また、出力線120に接続され、それは被制御のデバイス(示されていない)に直接あるいはプロセッサあるいは他の中間のデバイス(示されていない)経由でのいずれかで接続される、ターミナルPIN7は図４の実施例の中で外部的に終端しない。
第２に、図5の実施例では、ターミナルPIN4およびIC 28のPIN6は、終端し、かつ、それらが図4の実施例にあって、互いに、あるいはそうでなければ外部的に電気的につながれない。第３に、図5実施例では、IC 26のターミナルのPIN5が抵抗R5の低電位端109に電気的に連結される第４図の実施例中では接続される、IC 26のターミナルのPIN5は、第5の抵抗の高電位端108および被制御のデバイス(示されていない)に電気的につながれる。図4実施例でのように、第5の抵抗R5は、タッチ・スイッチ装置20を含む他のコンポーネントからの実質的な距離に典型的にはある。
【００６３】
図6は、下に記述されるように、シングル・エンド状入力ストローブ・モードでのオペレーションのために形成された典型的なタッチ・スイッチ・コントロール回路が図解する。一般に図４から図７のために上記に記述されるように、コントロール回路24が形成される。IC 26のターミナルのPIN2は、第1と第2の抵抗RIおよびR2の高電位端104および105に電気的にそれぞれつながれる。IC 26のターミナルのPINIは、第1の抵抗RIの両方の低電位端106および第1の電極Elに電気的につながれる。IC 26のターミナルのPIN3は、第2の抵抗R2の両方の低電位端107に電気的につながれる、また第6の抵抗電極R6の高電位端110へ接続され、その第2の抵抗R2および第6の抵抗R6は、分圧器を形成する。第6の抵抗R6の低電位端111は、IC 26のターミナルPIN5付近のポイントで内部接地基準CHIP VSSに電気的に典型的につながれる。図6では、内部接地基準CHIP VSSへの第6の抵抗R6の電気接続が、破線によって表わされる「A-A」。
【００６４】
IC 26のターミナルのPIN8は、入力線30(それは電力信号ソース25電気的につながれて)に電気的につながれる。IC 26のターミナルのPIN5は出力線32に電気的に連結される。それは、第5の抵抗R5の高電位端108および出力線120に電気的につながれる。出力線120は、被制御のデバイス(示されていない)に電気的に直接あるいはプロセッサあるいは他の中間のデバイス経由でのいずれかでつながれる。IC 26のターミナルのPIN4は、IC 26のターミナルのPIN6に電気的につながれる。IC 26のターミナルのPIN 7は、外部的にこの実施例の中で終端しない。代表的アプリケーションでは、第5の抵抗R5が、タッチ・スイッチ装置20を含む他のコンポーネントからの実質的な距離にある。
【００６５】
図7は、シングル・エンド状入力連続ＤＣモードのオペレーションのために形成された典型的なタッチ・スイッチ・コントロール回路を図解する。一般に図４から図７のために上記に記述されるように、コントロール回路24が形成される。全面的なコントロール回路および装置は３つの例外を除いて図6のために上記に記述されたそれと同一である。第一に、図7の実施例では、IC 26のターミナルのPIN7は、第5の抵抗R5の高電位端108に電気的につながれる、そして線120を出力するために、それはマイクロプロセッサあるいは他の制御装置（示されていない）経由で被制御のデバイス（示されていない）に典型的に接続される。IC 26のターミナルPIN7は、外部的に図6実施例中では終端しない。第二に、図7の実施例では、ターミナルP1N4およびIC 26のPIN6は電気的に連結されないか或いはそうでなければ外部的に終端しない。しかし、それらは図6の実施例にある。第三に、図7の実施例では、IC 26のターミナルのPIN5が、第5の抵抗R5の低電位端109に電気的につながれる、図６の実施例では、IC 26のターミナルのP1N5は、第5の抵抗の高電位端108に電気的につながれる、また出力線120につながれる。代表的アプリケーションでは、第5の抵抗R5が、タッチ・スイッチ装置20を含む他のコンポーネントからの実質的な距離にある。図７では、内部接地基準CHIP VSSへの第6の抵抗R6の電気接続は、破線によって表わされる「A-A」。
【００６６】
差入力回路ストローブモードのために形成されたタッチ・スイッチ装置20は、以下のように作動する。図4を参照して、電力/制御信号25はIC 26のターミナルのPIN8、スタートアップ及びバイアス・セクション40の電力入力ターミナル41、51、61および71に供給される、またパルス発生器および論理部分50、決定回路セクション60およびそれぞれセルフ・ホールディング・ラッチ・セクション70にも供される。
【００６７】
動力が供給されるようになる際、および安定化(およそ200マイクロ秒は十分である)のために許可するべき適切な遅延間隔の後に、開始する、また、バイアスセクション40は、出力端子44から第1及び第３のトランジスタースイッチゲート端子GI及びG3まで短い持続（期間）パワーオン・リセット信号を出力する、その結果第１および第三トランジスターSW1とSW3をオンに切り替える、そして第1と第2のキャパシターコンデンサーClおよびC2の高電位プレート100および101から内部接地基準CHIP VSSに、それぞれ至る電流パスを提供する。パワー・オン・リセット信号持続は、第1と第2のキャパシターコンデンサーClおよびC2の上で存在する任意のチャージが、内部接地基準CHIP VSSに本質的に完全に放出されることを可能にすることが十分である。この方法では、が決定回路セクション60へのPLUSとMINUS入力64と66が初期の低電位状態に到達する。
【００６８】
実質的に、同時に、スタートアップおよびバイアス回路40は、それを初期化するために、出力44からパルス発生器と論理部分の50の入力54パワーオンリセット信号を送る。パルス発生器と論理部分の50が安定することを可能にする適切な遅延で、パルス発生器および論理部分50が、パルスを生成し、パルス出力ターミナル53から第1と第2の抵抗RIおよびR2経由の第1と第2の電極ElおよびE2へ出力し、また第1と第2のトランジスターP1およびP2のソースターミナル80および81へ出力する。パルスは、方形波パルスのような任意の適切な波形である。
【００６９】
それぞれ、スタートアップおよびバイアス回路40は、さらに、バイアス出力43からゲート端子G2およびG4までバイアス電圧を出力する。バイアス電圧は第1と第2の電極ElおよびE2へのパルス出力と逆位相である。すなわち、パルス出力がハイ状態にある場合、バイアス電圧出力はロー状態にある、またパルス出力がロー状態にある場合、バイアス電圧出力はハイ状態にある。
【００７０】
パルスは第1と第2の抵抗RIおよびR2によって第1および第2の電極ElおよびE2にそれぞれ適用されると、第1と第2のトランジスターP1とP2のゲート端子82および83の電圧は初めは、P1およびP2にバイアスをかけて、かつ、それらオンさせて、第1と第2のトランジスタP1ソース・ターミナル80および81でのそれより低電位にある。第1と第2のトランジスターP1およびP2をオンしたまま、電流は、第三および第四抵抗R3、およびR4によって流れて、それにより、第1と第2のダイオードD1およびD2の陽極端子90および91でピーク電位をそれぞれ作成する。
【００７１】
第1と第2のダイオードのアノード90および91のピーク電位、DlとD2は、第1と第2のキャパシターコンデンサーClおよびC2を横切った電位より高い、ピーク電流は第1と第2のキャパシターコンデンサーClおよびC2にチャージされるために第1と第2のダイオードDIおよび02によって確立される、決定回路区間60への入力64と68各々のPLUSおよびMINUSでピーク電位を確立する。第1と第2のキャパシターコンデンサーCIおよびC2が上に記述されるように、スタートアップで放電されるようになったので、コントロール回路24が初期化された後の第1のパルスに続いて、上記状況が生じる。
【００７２】
当業者には明らかなように、第1と第2のトランジスターをP1およびP2バイアスをかけること、第三と第四の抵抗R3およびR4による電流、ピーク電位、第1と第2のダイオードのアノード90および91で作成されたピーク電位DlおよびD2、また、決定回路60へ各々のPLUSおよびMINUS入力64と66で作成されたピーク電位は、第１及び第2の電極、ElとE2での電界の状態に比例する。電極近くの電界の状況は付近に存在する刺激に応じて変わる
【００７３】
活性化されたコントロール回路24では、上に記述されるように、そして第1と第2の電極ElおよびE2のいずれかの付近の刺激なしで、PLUSおよびMINUS64と66での電位は中立状態と名付けられ得る状態ににある。中立状態では、各々のPLUSとMINUS入力64および66の電位が、本質的に等しい場合がある。しかしながら、意図しない起動を防ぐために、MINUS入力66の中立状態が、PLUS入力64の中立状態より多少高電位にあるように、コントロール回路24を調節することが望ましい場合がある。この調整は、希望の中立状態電位を達成するために第1と第2の電極ElおよびE2の構成、および第1と第2の抵抗R1およびR2の値を変えることにより達成される場合がある。中立状態電位にかかわらず、次のように熟考される、もしPLUS入力64がMINUS入力66より実質的に高電位になければ、決定回路60出力63は低電位にある。
【００７４】
低電位の決定回路60出力63で、インバータI1はある第三トランジスターP3のゲート端子78の電位をハイ・レベルにし、これはソース・ターミナル77での電位と実質的に等しい。この状態で、バイアスは第三トランジスターP3にかけられない。また、そのP3はオフのままである。しかしながら、この実施例では、IC 26のターミナルのPIN7は終端しない。第３のトランジスターP3のドレーン・ターミナル79は、したがって開回路の状態である。また、第三トランジスターP3の状態は装置の機能に重要ではない。決定回路60出力63と共に、さらに、そして従ってラッチ・トリガー入力73、ロー状態では、セルフ・ホールディング・ラッチ回路70がトリガされない、また、電流は電源25から内部接地基準CHIP VSSまでのラッチ70によって流れず、および第三ダイオードD3によっても流れない。
【００７５】
或る期間において、それはパルス電圧、第1と第2の抵抗RIおよびR2の値、および第1と第2の電極ElおよびE2(仮想キャパシターコンデンサーC3およびC4として図の中で表わされた)の接地へのキャパシタンスによって決定される期間において、第１及び第２電極ElとE2の電位はパルス電圧に等しくなるよう上昇し、第1と第2のトランジスターP1およびP2のソース・ターミナル80および81でのパルス電圧と等しい、したがって非バイアスの第1と第2のトランジスターP1およびP2を生じる。この状態に達すると、また、P1とP2トランジスターがオフし、およびDlとD2ダイオードのアノード90および91の電位は、内部接地基準CHIP VSSレベルへの本質的に等しい割合で減少する。結局、各々の第1と第2のダイオードD1およびD2のアノード電位は、それぞれの陰極電位以下に落ちるだろう。このポイントでは、ダイオードD1およびD2が、逆バイアスがかけられて、第1と第2のキャパシターコンデンサーC1およびC2が放電するのを防ぐ。
【００７６】
出力53中のパルスがロー状態に行く場合、バイアス電圧出力は、内部接地基準CHIP VSSに対してハイ状態に行きゲート端子G2およびG4に高いバイアス電圧を印加する。この状態で、第２および第４のトランジスター・スイッチSW2、およびSW4は、バイアスがわずかにかけられるようになり、内部接地基準CHIP VSSへの第1と第2のキャパシターコンデンサーClおよびC2の遅くコントロールされた放電を達成するために十分にオフする。パルスが次にハイ状態になると、バイアス電圧はロー状態、第２および第４のトランジスターSW2とSW4をオフに切り替える、また、最初に記述されるように、回路は応答する。
【００７７】
パルス発生器および論理部分の50からのパルスが高電位に行く場合、刺激が第2の電極E2に、あるいはE2の近くで存在すれば、上記に記述されるように、第1のトランジスターP1は作動する。すなわち、バイアスは最初に第1のトランジスターP1にかけられて、ある電流が第1のダイオードDIのアノード90でピーク電位を作成し、かつ、ピーク電流が第1のダイオードDlによって流れることを可能にするべく、第三抵抗R3によって流れることを可能にする、そのために第1のキャパシターコンデンサーClを充電しPLUS入力決定回路60への64でピーク電位を確立する。電極Elでの電圧が入って来るパルスに応じて安定されると、第1のトランジスターP1はバイアス解除されてオフする。
【００７８】
第2のトランジスターP2は次のこと以外は、ほとんど同じ方法で作動する、すなわち近似の第2の電極E2の近くのRC時定数を変更する刺激の存在がその回路セグメントのRC時定数を変えて、安定させるべき第2の電極E2での電位のために必要な時間をしたがって延長すること。結果として、第1のトランジスターP1より長い期間のために第2のトランジスターP2はオンに、バイアスはかけられており、第三抵抗R3によって流れるより第四抵抗R4によって流れるより大きなピーク電流を可能にし、したがって、第2のダイオードD2のアノード91のピーク電位を生成し、これは、第1のダイオードDlのアノード90のピーク電位より大きい。従って、ピーク電流は、第2のキャパシターコンデンサーC2に充電し、MINUS入力決定回路へのPLUS入力64のピーク電位より大きな決定回路60への66でのピーク電位に結局帰着するように、第2のダイオードD2によって流れる。MINUS入力66の電位がPLUS入力64の電位と本質的に等しいか又はより大きな場合、その出力が低電位にあるように、決定回路60が形成されるので、決定回路60出力端子63は低電位にある。
【００７９】
決定回路60出力端子63そして従ってラッチ・トリガー入力端子73の低電位では、セルフ・ホールディング・ラッチ70がトリガーされない。インバータ11および第３のトランジスターP3以前に記述されるように動作されるが、再び、第３のトランジスターP3の状態はこの構成において重要でないが。
【００８０】
汚染物質か異物あるいは他の刺激が第１および第２の電極ElおよびE2の両方を実質的にカバーするかそれらに適用される場合には、システムは、刺激が第1の電極あるいは第2の電極のいずれかに存在しない場合、それがするのと同じ方法で多く応答する。しかしながら、汚染物質あるいは異物が、両方の電極ElおよびE2の近くに存在すると、回路のそれらのセグメントのためのRC時定数は変更されて、第1と第2の電極ElおよびE2の両方でそれぞれ電圧はより長くなって実質的にパルス電圧と等しくなる。従って、第1と第2のトランジスターP1およびP2の両方オンして、第１、第2の電極Elか、E2もが刺激によって影響されない状態におけるよりも第三および第四抵抗R3、およびR4を通る更に大きな電流を生じる。しかしながら、バイアスは第1と第2のトランジスターP1およびP2に本質的に等しくかけられる。したがって、実質的に等しいピーク電位が、第1および第2の両方ダイオードのアノード90および91で開発される、DlおよびD2のダイオードによって本質的に等しいピーク電流を流れさせること、第1と第2のキャパシターコンデンサーClおよびC2を充電すること、また決定回路60へ両方のPLUSおよびMINUS64と66に本質的に等しいピーク電位を確立することを生じる。この状態で、決定回路セクション60出力端子63は低電位にあり、セルフ・ホールディング・ラッチ70のラッチ・トリガー入力端子73は低電位にあり、ラッチ70はトリガーされていないままである。以前に記述されるように、インバータ11および第三トランジスターP3の状態はこの実施例において重要でない。
【００８１】
第２の電極ではなく第1の電極Elの近くで、刺激が適用される状況で、バイアスは最初に第2のトランジスターP2にかけられてオンし、第四抵抗R4によって電流を確立し、かつ、第2のダイオードD2の陽極端子90でピーク電位を生成する。ピーク電流は、第2のキャパシターコンデンサーC2を充電し、かつ、決定回路セクション60のMINUS入力66でピーク電位を確立するべく、第2のダイオードD2によって流れる。第2のトランジスターP2のゲート端子81の電圧がパルス電圧のレベルに上昇するとともに、第2のトランジスターP2はバイアス解除されてオフする。第2のダイオードD2はバイアスが逆になり、第2のキャパシターコンデンサーC2が放電するのを防ぐ。
【００８２】
当業者には明らかなように、第1の電極Elの近くの刺激の存在はE1の電位の安定のために必要な時間を長くする。結果として、第1のトランジスターP1は第2のトランジスターP2より長い期間オンバイアスされて、第四抵抗R4によるよりも第三抵抗R3によって流れるより大きなピーク電流を生じる。したがって、第1のダイオードD1のアノード90のピーク電位の生成し、これは第2のダイオードD2のアノード91の電位より大きい。従って、より大きな大きさのピーク電流及びまたは、その持続時間は第1のダイオードDlによって流れる電流を、第2のダイオードD2によって流れる電流よりも大きくしキャパシターコンデンサーClを充電し、結局、決定回路60へのPLUS入力64のピーク電位を決定回路60へのMINUS入力66のピーク電位よりも大きくすることに帰着する。PLUS入力64の電位がMINUS入力66の電位より大きな場合、出力端子63がハイ状態にあるように、決定回路60が形成されるので、決定回路60出力63は高電位にある。
【００８３】
高電位の決定回路60出力63で、第三トランジスターP3にバイアスをかけてオンさせるべく、ソース・ターミナル77での電位に対して第三トランジスターP3のゲート端子78での電位をインバータIiは低くさせる。しかしながら、IC 26のターミナルのPIN7がこの実施例中で終端しないので、第三トランジスターP3の状態は重要ではない。
【００８４】
高電位の決定回路60出力端子63で、セルフ・ホールディング・ラッチ回路70トリガー入力端子73は、ラッチ70をトリガさせるべく、高電位にある。セルフ・ホールディング・ラッチ70がトリガされる場合、電流パスは、スタートアップとバイアスのセクション40、、パルス発生器および論理部分50および決定回路セクション60含むコントロール回路24の残りを有効に短絡させるべく、電源25から内部接地基準CHIP VSSまで、および第三ダイオードD3を通して確立される。この状態で、コントロール回路24のそれらのセクションは、実質的に電源を切られるようになり、機能は中止する。
【００８５】
一旦トリガーされると、セルフ・ホールディング・ラッチ70が電極ElおよびE2のいずれか又は両方の近傍の刺激の後の状態にかかわらずトリガーされたままである。近似、どちらかあるいは電源25からの電力がこの例の電源25からの方形波ストローブ信号が、0になるときにのような近いゼロ状態に行く場合ラッチ70はリセットする。
【００８６】
セルフ・ホールディング・ラッチ70がトリガーされた状態である間、定常状態信号は、第5の抵抗R5によって、および被制御のデバイス(示されていない)に供給される。この方法では、維持された接触の機械的なスイッチに関連した状態変化にスイッチ装置20はエミュレートする。
【００８７】
図５を参照すると、差入力連続DCモードのために形成されたタッチ・スイッチ装置20のオペレーションは以下のとおりである。図4に関して上に記述されるように、差入力回路ストローブ動作モードのために形成された時として、コントロール回路24は決定回路60に至るまで、実質同じ方法を実行する。すなわち、第1あるいは第2ののいずれかの電極ElおよびE2の近くの、刺激なしで、又は第1と第2の電極ElおよびE2の両方の近くに刺激を有して、あるいは第1の電極Elではなく第2の電極E2の近くで刺激を有して、決定回路60出力63は低電位にある。刺激プレゼントで、第2の電極E2ではなく第1の電極Elの近くに刺激を有すると、決定回路60出力63はハイ・レベルにある。
【００８８】
図５で容易に分かるように、セルフ・ホールディング・ラッチ回路70出力72はこの実施例では終端しない、回路70は差入力回路DCモードで不動作である。しかしながら、第三トランジスターP3のドレーン・ターミナル79は、内部接地基準CHIP VSSおよびこの実施例中の出力線32に電気的につながれる。また、それはしたがってコントロール回路24の動作部になる。決定回路60出力63が低電位（電位）にある場合、インバータ11は、高電位(ソース・ターミナル電位77と実質的に等しい)に、第三トランジスターP3のゲート端子78の電位を生じる。この状態で、バイアスは第三トランジスターP3にかけられない。また、そのP3はオンしない。決定回路60出力63が高電位にある場合、インバータI1はソース・ターミナル77の電位と比較して低電位に、第三トランジスターP3のゲート端子78の電位を生じる。この状態で、バイアスは第三トランジスターP3にかけられてオンされて、そのP3は、第三トランジスターP3および第5の抵抗R5によって電流が確立されることを可能する。出力ライン・抵抗R5は第三トランジスターP3を通る電流を制限しコントロール回路24のバランスが短絡せず、動作可能である。
【００８９】
図5で示されるDCモードにおいて、コントロール回路24は、さらに、第1の電極Elの付近からの刺激の除去に応答する。第2の電極E2ではなく第1の電極El付近で刺激が現在のままである限り、パルスがハイ状態に行くごとに、ピーク電位は第2のダイオードD2のアノード91のピーク電位より高く第1のダイオードDlのアノード90で作成される。従って、決定回路60 PLUS入力64のピーク電位は、M1NUS入力66のピーク電位より高いレベルにある。また、上に記述されるように、コントロール回路24は作用する。しかしながら、刺激が削除され、第1の電極Elあるいは第2の電極E2のいずれか付近に刺激が存在しない場合、第1のキャパシターコンデンサーClのチャージは、結局第2のトランジスターのバイアス機能によって中立状態に放電する。このポイントでは、決定回路60のPLUS入力64の電位が、もはやMINUS入力66の電位より高いか、又は実質的にそれほど高くなくならないで、決定回路60出力63はロー状態に返る。
【００９０】
この方法では、差入力DCモードで作動するスイッチ装置20は、瞬間接触型(閉じる押し)またリリースする開く機械的なスイッチに匹敵する。小さな修正で、開くプッシュおよび閉じるリリースの機械的なスイッチをエミュレートするためにコントロール回路を形成することができる場合があらんことが、認識されるものとする。
【００９１】
図6を参照すると、シングル・エンド入力ストローブモード動作のために形成されたスイッチ装置20は、以下のように作動する。パルスが第1の電極Elおよび第1と第2の抵抗RIおよびP2に適用される場合、第2の抵抗R2および第6の抵抗R6に電流が流る。第2と第6の抵抗R2およびR6は分圧器として形成される;すなわち、パルス出力がハイ状態にある時、第2のトランジスターP2のゲート端子83は、第2のトランジスターP2のソース・ターミナル81より低電位にある。したがって、パルス出力53がハイ状態にある時、バイアスは連続的に第2のトランジスターP2にかけられる、それにより、第2のダイオードD2のアノード91の参照電位を作成するようにそのP2は、一定の電流が第四抵抗R4によって流れることを可能にする。第2のダイオードD2のアノード91の参照電位は、第2のキャパシターコンデンサーC2を充電させ、かつ、したがって、入力決定回路60への66で参照電位を作成するように、第2のダイオードD2を通る電流を確立する。MINUS入力66の参照電位が第2のダイオードD2のアノード91の参照電位と実質的に等しくなる場合、第2のダイオードD2による電流は中止する。
【００９２】
同時に、刺激が第1の電極Elにないと、第1のトランジスターP1のソース端子80、および第1の電極Ｅ1への印加パルスにより、最初に第1のトランジスターP1にバイアスがかけられてオンする。電流は、第三抵抗R3によって確立されるてピーク電位が第1のダイオードDlのアノード90で作成される。ピーク電位は、第1のキャパシターコンデンサーCIを充電し、かつ、決定回路のPLUS入力64でピーク電位を作成して、第1のダイオードDlを通るピーク電流を確立する。抵抗RI、R2、R3、R4およびR6が選択されて、そのE1付近に刺激が存在しない場合、決定回路60のMINUS入力66の参照電位は、決定回路60のPLUSターミナル64ピーク電位以上である。
【００９３】
この状態で、決定回路60の出力63は低電位にある。また、セルフ・ホールディング・ラッチ70はトリガーされない。さらに、インバータI1は、第三トランジスターP3がバイアスされずオフに留まるように、ハイ状態(ソース・ターミナル77電位と本質的に等しい)に第三トランジスターのゲート端子78の電位を生じる。しかしながら、第三トランジスターP3のドレーン・ターミナル79がこの実施例中の開回路の状態であるので、これは重要ではない。
【００９４】
２電極タッチ・パッドはこのモードでの使用に適応される場合があるが、この実施例は第２の電極を要求しない。２電極タッチ・パッドがこの動作モードでの使用に改造される場合には、第2の電極の近くの刺激の有無は回路の動作に影響を与えない。
【００９５】
刺激が第1の電極Elの近くに存在する場合、第2のトランジスターP2の動作はこの実施例のために上記に記述されるのと同じである。第1の電極El付近の刺激の存在はソース・ターミナル80の電位と等しくなるようになる第１のトランジスターP1のゲート端子82の電圧にはより大きな時間を必要にさせる。従って、第1のトランジスターP1はオンして、比較的より大きな電流が、第2のトランジスターP2が第四抵抗R4によって流れることを可能にする電流と比較して、第三抵抗R3によって流れることを可能にする。その結果、第1のダイオードD1のアノード90のピーク電位は、第2のダイオードD2のアノード91の参照電位より大きい。その結果、決定回路60のPLUS入力64のピーク電位は、決定回路60のMINUS入力66の参照電位より大きい。また、決定回路60からの出力63はしたがってハイ状態にある。ハイ状態の決定回路60の出力63で、インバータ１１はロー状態に、第三トランジスターP3のゲート端子78の電位を生じる、それにより、トランジスターP3をオンにする。しかしながら、第三トランジスターP3のドレーン・ターミナル79が有効に終端しないので、これは重要ではない。
【００９６】
ハイ状態の決定回路60の出力63で、ラッチ・トリガー入力73はハイ状態であり、セルフ・ホールディング回路７０はトリガーされる。したがって、電源25から内部接地基準CHIP VSSへのラッチ・セクション70を介しておよび第３のダイオードD3を介して電流路が確立され、したがって、コントロール回路24のバランスを有効に短絡させる。ラッチ入力端子71への電力が取り除されるまで、セルフ・ホールディング・ラッチ70はこの状態でのままである。ラッチ70がこのようにリセットされるまで、連続的なデジタル制御信号は被制御のデバイス（示されていない）に出力される。この方法では、機械的なスイッチに関連した状態変化にタッチスイッチ装置20はエミュレートする。
【００９７】
図７を参照すると、シングルエンド入力連続DCモードのオペレーションのために形成されたタッチ・スイッチ装置20が以下のように動作する。コントロール回路24のオペレーションおよび機能性は、実質的にシングルエンド入力ストローブ・モードのために図6に関して上記に記述されたのと同じである。しかしながら、シングルエンド・DCモード入力では、セルフ・ホールディング・ラッチ出力72はオープン・サーキットされ、したがって、セルフ・ホールディング・ラッチ70は動作しない。
【００９８】
第1の電極Elに刺激を適用しない場合は、決定回路60の出力63は低電位にある。従って、第三トランジスターP3のゲート端子78へのインバータ11出力76は、高電位にある。高電位の第三トランジスターP3のゲート端子78で、ソース・ターミナル77(第三トランジスターP3)での電位に似ている、したがって第三トランジスターP3はバイアスされずオンされないで、P3又は第5の抵抗R5を通る電流はない。
【００９９】
第1の電極Elの近くの刺激で、決定回路60の出力63、従ってインバータ１１への入力75はハイ状態である。インバータ11はロー・レベル出力にハイ・レベル入力を変更し、出力76を第三トランジスターP3のゲート端子78電位へ供給する。ソースターミナル77に比して低電位のゲート端子78で、バイアスは第三トランジスターP3にかけられてオンし、また第三トランジスターP3および第5の抵抗R5を通る電流が流れる。これは、出力線120によって被制御のデバイス(示されていない)への入力として使用される場合がある第5の抵抗R5のアノード108で高電位を作成する。
【０１００】
図７の連続的なDCモードでは、コントロール回路は第1の電極Elの付近からの刺激の除去に応答する。刺激が第1の電極Elの付近に存在するかぎり、パルスがハイ状態に行くごとに、ピーク電位が第2のダイオードD2のアノード91の参照電位より高く第1のダイオードD1のアノード90に作成される。従って、PLUS入力決定回路60への64のピーク電位は、MINUS入力66の参照電位より高いレベルにある。また、上に記述されるように、コントロール回路24は作用する。刺激が第1の電極Elから取り除かれる時、第1のキャパシターコンデンサーC1に対する電荷は結局、第2のトランジスター・スイッチSW2のバイアスをかける機能によって中立状態に放電する。このポイントでは、決定回路60のPLUS入力64のピーク電位が、もはやMINUS入力66の参照電位より高いか、実質的にそれほど高くならない。また、決定回路60出力63はロー状態に返る。
【０１０１】
この方法では、シングルエンド状入力DCモードで作動するタッチスイッチ装置20は、瞬間接触型機械的なスイッチに匹敵する。小さな修正で、開く押しおよび閉じるリリースの機械的なスイッチをエミュレートするためにコントロール回路を形成することができる場合があらん。
【０１０２】
これまでのところ、本明細書は、単一のタッチスイッチの物理的な構成およびオペレーションを説明した。典型的なタッチ・スイッチ・アプリケーションは、デバイスに対するコントロールを実行するために使用される多くのタッチ・スイッチを頻繁に含んでいる。図10は、スイッチパネルを示し、9つのタッチスイッチ20が３×３のマトリックスに配列される。箱B4が被制御のデバイスでコンポーネントを表わしている一方、箱B3はタッチ・パネルでコンポーネントを表わす。任意の方法で理論上タッチ・スイッチのどんな数もレイアウトすることができる場合があるが、このような行列レイアウトは、被制御のデバイスからの必要な入出力ラインの数を縮小して、容易に多重化することが可能であるということで好まれる。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施例が示されていた一方、ここに追加された請求項の精神から外れることは、多数の修正がなされる場合がある技術に熟練している人々にとって明白である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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