(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、直列抵抗鎖と、複数の絶縁領域からなるリニア・アレイと、導電性島状領域とを備えたタッチセンサーであって、
前記基板は、複数の周囲エッジを境界に有する電気抵抗面を有し、前記電気抵抗面は前記エッジの内側にタッチ領域を有し、
前記直列抵抗鎖は、前記周囲エッジに近接して設けられ、前記タッチ領域にわたって電界を生成し、前記抵抗鎖は、直列に配置された複数の導電性電極を備え、前記電気抵抗面の抵抗性領域は前記電極間にオーバーラップ抵抗を形成し、前記各電極は、前記タッチ領域に面する内側部分をそれぞれ有し、隣接した前記電極の前記内側部分は接合部によって隔てられ、
前記複数の絶縁領域からなるリニア・アレイは、前記電気抵抗面において前記タッチ領域と前記抵抗鎖の間に設けられ、前記絶縁領域はギャップにより互いに隔てられ、前記ギャップの少なくとも一つは、前記タッチ領域と少なくとも一つの前記接合部の間に接合ギャップとして形成され、
前記導電性島状領域は、前記少なくとも一つの接合ギャップ内に設けられるタッチセンサー。
【請求項２】
前記タッチ領域と二つの隣接した前記内側部分との間に二つのギャップが形成され、前記二つのギャップの間に前記少なくとも一つの接合ギャップが存在する請求項１記載のタッチセンサー。
【請求項３】
前記基板は実質的に透明である請求項１記載のタッチセンサー。
【請求項４】
前記タッチ領域と前記内側部分の少なくとも大部分との間に非接合ギャップがそれぞれ形成される請求項１記載のタッチセンサー。
【請求項５】
前記タッチ領域と前記接合部の少なくとも大部分との間に接合ギャップがそれぞれ形成される請求項１記載のタッチセンサー。
【請求項６】
前記接合ギャップの少なくとも複数の内部に設けられた導電性島状領域を更に備える請求項１記載のタッチセンサー。
【請求項７】
基板と、直列抵抗鎖と、複数の絶縁領域からなるリニア・アレイと、導電性島状領域とを備えたタッチセンサーであって、
前記基板は、対向する１対の周囲エッジを少なくとも部分的に境界に有する電気抵抗面を有し、前記電気抵抗面は前記エッジの内側にタッチ領域を有し、
前記直列抵抗鎖は、前記各周囲エッジに近接してそれぞれ設けられ、前記タッチ領域にわたって電界を生成し、前記各抵抗鎖は、直列に配置された複数の導電性電極をそれぞれ備え、前記電気抵抗面の抵抗性領域は前記電極間にオーバーラップ抵抗を形成し、前記各電極は、前記タッチ領域に面する内側部分をそれぞれ有し、隣接した前記電極の前記内側部分は接合部によって隔てられ、
前記複数の絶縁領域からなるリニア・アレイは、前記電気抵抗面において、前記タッチ領域と前記各抵抗鎖の間で前記各抵抗鎖に隣接して設けられ、前記絶縁領域はギャップにより互いに隔てられ、前記ギャップは、前記タッチ領域と前記接合部の間の接合ギャップを含み、
前記導電性島状領域は、前記接合ギャップのうちの少なくとも一つの内部に設けられるタッチセンサー。
【請求項８】
前記タッチ領域と少なくとも２個の隣接した前記内側部分との間に少なくとも２個のギャップが形成され、前記少なくとも２個のギャップ間に前記少なくとも１個の接合ギャップが存在する請求項７記載のタッチセンサー。
【請求項９】
前記接合ギャップの少なくとも複数の内部に設けられた導電性島状領域を更に備える請求項７記載のタッチセンサー。
【請求項１０】
前記タッチ領域と前記各抵抗鎖の間において、前記オーバーラップ抵抗毎に複数の導電経路が形成される請求項７記載のタッチセンサー。
【請求項１１】
少なくとも１個の非接合ギャップは導電性構成要素を持たず、
少なくとも１個の非接合ギャップは導電性島状領域を持ち、
少なくとも１個の非接合ギャップは隣接した電極の内側部分から延在する電極を有する請求項７記載のタッチセンサー。
【請求項１２】
前記電気抵抗面は、対向する別の一対の周囲エッジを境界に有し、前記タッチ領域は前記対向する別の一対の周囲エッジの内側にあり、
前記タッチセンサーは、別の直列抵抗鎖と、複数の別の絶縁領域からなるリニア・アレイとを備え、
前記別の直列抵抗鎖は、前記別の一対の周囲エッジの各々に近接して設けられ、前記タッチ領域にわたって電界を生成し、前記各別の抵抗鎖は、直列に配置された複数の別の導電性電極をそれぞれ備え、前記電気抵抗面の抵抗性領域は前記別の導電性電極間にオーバーラップ抵抗を形成し、前記各別の導電性電極は、前記タッチ領域に面する別の内側部分をそれぞれ有し、隣接した前記別の導電性電極の前記別の内側部分は接合部によって隔てられ、
前記複数の別の絶縁領域からなるリニア・アレイは、前記電気抵抗面において、前記タッチ領域と前記各別の抵抗鎖の間で前記各別の抵抗鎖に隣接して設けられ、前記別の絶縁領域はギャップにより互いに隔てられ、前記ギャップの個数は、前記別の抵抗鎖におけるオーバーラップ抵抗の個数の少なくとも２倍に等しい請求項７記載のタッチセンサー。
【請求項１３】
前記周囲エッジは４つのコーナーにおいてそれぞれ端部を有する請求項１２記載のタッチセンサー。
【請求項１４】
前記複数の絶縁領域からなるリニア・アレイは、前記オーバーラップ抵抗毎にほぼ二つのギャップを有し、
前記複数の別の絶縁領域からなるリニア・アレイは、前記オーバーラップ抵抗毎におよそ３個以上のギャップを有する請求項１２記載のタッチセンサー。
【請求項１５】
基板と、直列抵抗鎖と、複数の絶縁領域からなるリニア・アレイとを備えたタッチセンサーであって、
前記基板は、複数の周囲エッジを境界に有する電気抵抗面を有し、前記電気抵抗面は前記エッジの内側にタッチ領域を有し、
前記直列抵抗鎖は、前記周囲エッジに近接して設けられ、前記タッチ領域にわたって電界を生成し、前記抵抗鎖は、直列に配置された複数の導電性電極を備え、前記電気抵抗面の抵抗性領域は前記電極間にオーバーラップ抵抗を形成し、前記各電極は、前記タッチ領域に面する内側部分をそれぞれ有し、隣接した前記電極の前記内側部分は接合部によって隔てられ、
前記複数の絶縁領域からなるリニア・アレイは、前記電気抵抗面において前記タッチ領域と前記抵抗鎖の間に設けられ、前記絶縁領域はギャップにより互いに隔てられ、前記ギャップのうちの少なくとも２つは、空のギャップと、導電性島状領域を有する島付きギャップと、前記内側部分の一つからの導電性延長部を有する電極付きギャップとのうちの異なるものから選択されるタッチセンサー。
【請求項１６】
前記ギャップのうちの前記少なくとも２つは、それぞれ前記空のギャップと前記島付きギャップであるか、それぞれ前記空のギャップと前記電極付きギャップであるか、または、それぞれ前記島付きギャップと前記電極付きギャップである請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項１７】
前記ギャップのうちの前記少なくとも２つは、３個のギャップを備え、第１のギャップは前記空のギャップであり、第２のギャップは前記島付きギャップであり、第３のギャップは前記電極付きギャップである請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項１８】
前記少なくとも２個の前記ギャップは互いに隣接する請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項１９】
前記少なくとも２個の前記ギャップは、前記タッチ領域と前記各接合部との間で接合ギャップを形成する請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項２０】
前記少なくとも２個の前記ギャップは、前記タッチ領域と前記各内側部分との間で非接合ギャップを形成する請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項２１】
前記少なくとも２個の前記ギャップは、実質的に同じ幅および実質的に異なる抵抗を有するか、または実質的に異なる幅および実質的に同じ抵抗を有する請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項２２】
前記ギャップは、放物的に変化する抵抗を有する請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項２３】
前記電気抵抗面は、前記ギャップ内で完全に未加工のままである請求項１、７または１５記載のタッチセンサー。
【請求項２４】
前記絶縁領域は、前記抵抗鎖と平行に延在する請求項１、７または１５記載のタッチセンサー。
【請求項２５】
前記複数の絶縁領域からなるリニア・アレイは、前記電気抵抗面が除去された線上にあり、前記線は前記抵抗鎖と平行である請求項１、７または１５記載のタッチセンサー。
【請求項２６】
前記各電極は、Ｚ形状の電極である請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項２７】
前記電界は、非線形である請求項１、７または１５記載のタッチセンサー。
【請求項２８】
前記タッチ領域への電気的結合をもたらす導電性コーティングを有するカバーシートを更に備える請求項１５記載のタッチセンサー。
【請求項２９】
前記タッチ領域上に配置された誘電体コーティングを更に備える請求項１、７または１５記載のタッチセンサー。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
[関連出願]
この出願は、「タッチ・エリアの周囲上に直列抵抗器の鎖を持つタッチ・スクリーン（Touchscreen Having A Series Resistor Chain On The Periphery Of A Touch Area）」の名称で2002年4月16日に出願された米国仮特許出願 No. 60/373,022号の出願日の利益を請求するものであり、参照してここに明白に組込まれる。
【０００２】
[発明の分野]
この発明の分野はタッチセンサー技術に関し、特に、抵抗性及び容量性タッチセンサー技術に関する。
【０００３】
[発明の背景]
タッチセンサーはコンピューターおよび他の電子システム用の透明または不透明な入力装置である。名称が示唆するように、タッチセンサーは、ユーザの指、スタイラスあるいは他の何らかの装置のいずれかでタッチされることによってアクティブにされる。透明なタッチセンサー、特にタッチ・スクリーンは一般的に、陰極線管(CRT)モニターおよび液晶ディスプレイのようなディスプレイ装置の上に配置されて、タッチディスプレイシステムを構成する。これらのシステムは、レストランの注文入力システム、産業のプロセス制御アプリケーション、対話型の博物館展示品、公開情報キオスク、ページャー、携帯電話、PDAおよびビデオゲームのような商業アプリケーションでの使用が増加している。
【０００４】
現在主流となっているタッチ技術は、抵抗性、容量性、赤外線、または音響性の技術である。これらの技術を具体化するタッチ・スクリーンは、競争価格で高い標準性能を提供している。これらのすべては透明な装置であって、ホストコンピューターにタッチ位置座標を送信することにより、タッチに応答する。タッチ・スクリーン性能の重要な態様は、タッチセンサー上に位置するタッチ検知エリア(つまりタッチ領域)内のすべての箇所で、真のタッチ位置と測定されたタッチ位置とが精密に対応することである。
【０００５】
多くのタッチ・スクリーンのアプリケーションでは、例えば、イーロ・タッチシステムズ・インコーポレイテッド（Elo TouchSystems, Inc.）の商標名「AccuTouch」の製品ライン等の、あるタイプの抵抗性タッチ・スクリーンおよび特に５ワイヤーの抵抗性タッチ・スクリーンが広く受け入れられている。これらのタッチ・スクリーンでは、指かスタイラスからの機械的な圧力が、プラスチック薄膜カバーシートを撓曲させ、そして、下層のガラス基板に対して物理的に接触させる。ガラス基板は、抵抗層でコーティングされ、その層上に、基板の周囲に沿って配置された電極パターンによって電圧勾配が引き起こされる。米国特許No. 3,591,718に記述されるように、コーティングされたガラス基板の４つのコーナーへの電気的接続によって、関連付けられた電子回路は、Ｘ方向とＹ方向の両方において逐次に勾配を生じさせることができる。カバーシートの下側は、タッチ位置および電圧検知用電子回路の間で電気的な連続性を提供する、導電性コーティングを持つ。５ワイヤーの抵抗性タッチ・スクリーンに関するその他の詳細は、米国特許番号4,220,815、4,661,655、4,731,508、4,822,957、5,045,644および5,220,136で見つかる。
【０００６】
典型的な５ワイヤーの抵抗性タッチ・スクリーンでは、基板の各境界に沿った電極パターンが、「ソース」モードおよび「非ソース」モードの双方で動作する。例えば図１と２は、タッチ・スクリーン基板２を示しており、その基板２の周囲に沿って延在する電極パターン６に異なるコーナー電圧(この場合５Ｖ)を印加することにより、タッチ領域４上においてＸ方向とＹ方向の活性化がそれぞれもたらされる。矢印は、タッチ領域４を横切る電流の流れの方向を表わし、点線は等電位線(つまり電圧が一定の線)を表わす。理想的な線形のタッチ・スクリーン性能のために、図１、２で示唆されるように、等電位線は完全に直線である。電流は、これらの等電位線に対して垂直に流れ、したがって、等電位線が直線の場合、電流の流れる線は直線である。
【０００７】
図１に示されるように、Ｘ方向の活性化は、境界の電極パターン６の右側で電流を注入して左側で集めるようにタッチ領域４を通じて電流を流れさせることにより行われる。すなわち、Ｘ方向の活性化の場合、左側および右側は「注入（ソース）」（あるいは吸い込み（シンク））のモードにある。理想的には、Ｘ方向の活性化の場合、電流は上側（トップ）と下側（底）からタッチ領域４に出入りしない。つまり、Ｘ方向の活性化の場合、上側および下側は「非ソース」(あるいは非注入)の状態にある。
【０００８】
図２に示されるように、Ｙ方向の活性化は、境界の電極のパターン６の上側に電流を注入して下側で集めるようにタッチ領域４を通して電流を流れさせることにより行われる。すなわち、Ｙ方向の活性化の場合、上側と下側は「注入」(あるいは吸い込み)のモードである。理想的には、Ｙ方向の活性化の場合、電流は、左側および右側からタッチ領域４に出入りしない。つまり、Ｙ方向の活性化の場合、左側および右側は「非注入」である。電子回路は、現在の注入および容量性アーキテクチャーと同様に、上に記述された電圧活性化によって、５ワイヤーの抵抗性タッチ・スクリーンからタッチ情報を得ることができる。９ワイヤーの接続スキーム(それは、電子回路と４つのコーナー接続点のそれぞれと間における駆動接続および検知ライン接続を与える)も利用できる。これらの技術および他の技術は、米国特許出願 No.09/705,383に開示されていおり、参照によりここに明確に組み込まれる。
【０００９】
１つの５ワイヤー接続のタッチセンサーは、オーバーラップする個別抵抗を有する周囲電極パターンを利用し、それは、例えばイーロ・タッチシステムズ・インコーポレイテッドの「AccuTouch」(商標)の製品に見られ、米国特許 No.5,045,644に開示されており、それは参照して明らかにここに組込まれる。この場合、タッチ領域の対向する辺の周囲電極パターン間における絶縁線内のギャップを通じて、複数の並列な抵抗性電流経路が与えられる。これらの電流経路は、周囲電極パターンに近接したタッチ領域において不適当なリプル非線形性を生じる。その結果、この領域内で直線を横切って移動する指は、活性化電圧における変化を受け、従って、測定された座標に(もし他の方法で修正されなかったならば)変化が生じる。上側および下側の抵抗鎖に接近した大きなリプルは、このエリアにおける測定の正確さに限界をもたらし、したがって、有効なタッチ領域のサイズが縮小される。
【００１０】
その結果、抵抗鎖は、タッチ領域の周囲でしばしば見られたリプルを低減することを目指している。米国特許出願 NO.09/705,383号は、電極境界とタッチ領域間の個別の電気的接続の密度を増加させることにより、つまり、絶縁線内のギャップ数を増加させることにより、タッチ・スクリーン基板のソース側でのリプル非線形性を低減するアプローチを示している。
【００１１】
電極境界とタッチ領域間の個別の電気的接続の密度を増大させることはソース側での線形性を改善するが、非ソース側にて寄生の注入および吸い込みをもたらす機会を増大させるという問題が生じる。非ソース側における電気的接続の高密度化は、更に問題を悪化させる。電極電圧に比べて、タッチ領域のための接続がより多くある場合、複数個の対になった接続が同じ電極電圧に接続されること、および結果的に所望の線形電圧勾配にひずみが生じることを回避するのは特に困難である。実際上、ソース側の線形性を大きく改善することは、非ソース側の線形性をやや低下させることになる。これが全く合理的なエンジニアリング上のトレードオフであるように思われるかもしれないが、市場は、タッチ・スクリーン性能がどのように低下することも歓迎しない。
【００１２】
この問題は、米国特許出願 No.09/7O5,383で概念的に取り扱われ、ここでは、電極間の接合部にわたるギャップのうちのいくつかを、ギャップ内の実効電圧が隣接電極の電圧の中間となるように位置決めしている。例として図３は、Ｚ形状の電極５０を有する抵抗鎖４８を示し、電極５０は、オーバーラップする外側部分５１と内側部分５２を備え、隣接した電極の内側部分５２は接合部５４で最も接近している。オーバーラップする各抵抗電極５０に対してそれぞれ２つのギャップ５６を有する絶縁領域５５のアレイが、内側部分５２に平行に延在する。いくつかのギャップ５６は接合部５４上にある。図４の等価回路で示されるように、このことは概念的に、１つおきの接続が２つの隣接電極５０に分かれて接続されることに帰着し、そのため、実効電圧は隣接電極５０の電圧の中間となり、タッチ・スクリーンの非注入側でのリプルを減少させる。非注入モードで直列抵抗鎖に流れる主な電流を“Ｉ”で示したが、２次電流“ｉ”は接合ギャップ領域に流れる。これは、２つの等しい抵抗から構成された単純な抵抗性分圧器回路と概念的に等価である。したがって、理解されるように、ギャップ電圧は順に、ＶN-1、(ＶN-1＋ＶN)/2、ＶN、(ＶN＋ＶN+1)/2、ＶN+1、…である。
【００１３】
しかしながら、隣接電極５０間の実効電圧が実際には分離しないことがわかっている。絶縁領域５５は典型的には、境界幅を最小にするという市場需要に応じて、直列抵抗鎖電極５０に対して非常に接近して配置される。その結果、ギャップ幅は典型的には、直列抵抗鎖電極５０からの分離より、はるかに大きくなる。そのような比率の場合、電極電圧ＶNおよびＶN+1を合成してタッチ・スクリーン上に平均電圧(ＶN＋ＶN+1)/2を生じさせるための余地が不十分である。実際に、タッチ領域の等電位線には両方の電極電圧が“現れる”。従って、図５に示すように、ＶNおよびＶN+1の等電位線の終端は、電極５０に位置する傾向があり、そして、ＶNおよびＶN+1間のすべての等電位線は、接合部５４で束になる。そのため、図３の抵抗鎖４８は、実際上、図６の等価回路を持つであろう。従って、個別抵抗構造を有するタッチ・スクリーンの非注入側の線形性を改善する必要が残る。
【００１４】
[発明の概要]
この発明は、ギャップ内で真の分圧器を提供し、これにより抵抗鎖に沿って線形に変化する電圧シーケンスを提供するために、接合ギャップにおける導電性島状領域を用いるタッチセンサーに関する。本発明のタッチセンサーは、抵抗性タッチセンサー(例えば５ワイヤー、または９ワイヤー)、容量性タッチセンサー、あるいは直列抵抗鎖を要求する任意のタッチセンサーとして機能できる。
【００１５】
本発明のタッチセンサーは、複数の周囲エッジを境界に有する電気抵抗面を有する基板を含む。その基板は、タッチ・スクリーンの場合には透明であってもよく、あるいはそうでなければ不透明であってもよい。その電気抵抗面は、周囲エッジの内側にタッチ領域を持つ。本発明のタッチセンサーはさらに、タッチ領域にわたる電界を作るために、周囲エッジに接近して直列抵抗鎖を含む。その抵抗鎖は、直列に配置された複数の導電性電極(例えばＺ形状の電極)を含み、電気抵抗面の抵抗性領域は電極間にオーバーラップ抵抗を形成する。各電極は、タッチ領域に面する内側部分を有し、隣接した電極の内側部分は接合部によって分離されている。
【００１６】
本発明のタッチセンサーは、電気抵抗面においてタッチ領域と抵抗鎖の間に、複数の絶縁領域(抵抗層が存在しないエリア)からなるリニア・アレイをさらに含む。これらの絶縁領域は、ギャップ(例えば電気抵抗面が完全に未加工で残されたエリア)によって互いに分離される。ギャップのうちの少なくとも２つは、タッチ領域と内側部分の間で形成され、ギャップのうちの１つは、タッチ領域と接合部の間の接合ギャップを形成する。好ましい実施例では、接合ギャップが、内側部分の少なくとも１つに係る接合部と、タッチ領域との間で形成される。
【００１７】
本発明のタッチセンサーは、接合ギャップ内にある導電性島状領域をさらに含む。この態様では、分圧器が接合ギャップ内に形成され、これにより、非注入モード中に電極上の等電位線が束になる状況を最小限にする。好ましい実施例では、導電性島状領域は、最大の利益を与えるために、複数の接合ギャップ内に存在する。異なるギャップ間において変化する抵抗を設けるために、例えば、抵抗鎖の長さに沿って放物的に変化する抵抗を設けるために、非接合ギャップは種々に設計することができる。例えば、最大の抵抗を提供するために、非接合ギャップは空である、すなわち導電性の材料を含まない構成であってもよい。最小の抵抗を提供するために、非接合ギャップは、電極の内側部分からの延長部を含んでもよい。所定の中間値を有する抵抗を提供するために、非接合ギャップは導電性島状領域を含んでもよい。
【００１８】
この発明はまた、様々なタイプのギャップを用いてギャップの抵抗値を制御するタッチセンサーに関する。本発明のタッチセンサーは、上述したものと同様に構成されてもよい。しかしながら、ギャップのうちの少なくとも２つ(それらは接合ギャップおよび/または非接合ギャップでありえる)は、空のギャップと、導電性島状領域を持つ島付きギャップと、内側部分のうちの１つからの導電性延長部を持つ電極付きギャップとのうちの異なるものから選ばれる。例えば、ギャップのうちの２つは空のギャップおよび島付きギャップ、空のギャップおよび電極付きギャップ、あるいは島付きギャップおよび電極付きギャップであってもよい。３つのギャップの場合には、最初のものが空のギャップで、２番目のものは島付きギャップであり、３番目のものは電極ギャップであってもよい。
【００１９】
この態様では、各ギャップは実質的に同じ幅であるが、実質的に異なる抵抗を持つ。例えば、１つの周囲電極に沿ったギャップは、放物的に変化する抵抗を持つことができる。または、ギャップは、実質的に異なる幅を持つ一方、実質的に同じ抵抗を持っていてもよい。
【００２０】
図面は、この発明の好ましい実施例の設計および有用性を例示するものであり、同じ構成要素については共通の参照番号が与えられる。よりよくこの発明の利点および目的を理解するために、この好ましい実施例を示す添付図面が参照されるべきである。しかしながら、図面は、この発明の単に１つの実施例を示し、その範囲の限定として受け取られるべきではない。この注意と共に、この発明は添付図面の使用を通じて補足的な特性および詳細とともに記述され説明されるであろう。
【００２１】
[好ましい実施例の詳細な説明]
図７を参照すると、この発明の好ましい実施例に従って構成された抵抗性タッチ・スクリーン・システム１００が開示されている。そのタッチ・スクリーン・システム１００は概して、タッチ・スクリーン１０５(つまり透明基板を有するタッチセンサー)、コントローラー電子回路（controller electronics）１１０およびディスプレイ１２０を含む。タッチ・スクリーン・システム１００は典型的にはホストコンピューター１１５につながれる。概して、コントローラー電子回路１１０は、タッチ・スクリーン１０５から、タッチ情報を伝えるアナログ信号を受け取る。コントローラー電子回路１１０はまた、タッチ・スクリーン１０５に活性化信号を送る。特に、コントローラー電子回路１１０はタッチ・スクリーン１０５にわたって電圧勾配を確立する。接触点での電圧は、タッチされた位置を表す。コントローラー電子回路１１０はこれらの電圧をディジタル化し、ディジタル化された信号を、あるいはこれらのデジタル化された信号に基づいたディジタル形態のタッチ情報を、処理用のホストコンピューター１１５に送信する。
【００２２】
図８を参照して、タッチ・スクリーン１０５についてより詳細に説明する。いくつかの図面内のいくつかの構成要素の厚さ、高さあるいは他の寸法が、図示目的のために誇張されていることが理解されるであろう。そのタッチ・スクリーン１０５は勾配シート１９５を備え、勾配シート１９５は、一様な抵抗層２０５が一方の面に永久的に着接されている基板２００を含む。その抵抗層２０５はさらにタッチ領域２０６を含む。
【００２３】
基板２００の幾何学形態は、例えば(図８で示されたように)平面であり、あるいは、陰極線管(CRT)の面あるいは他の従来のディスプレイ・スクリーンのような湾曲した対象物の面に適合するように形成されてもよい。その基板２００はさらに任意の周囲形状の構成を有してもよく、例えば、図示したように長方形であるか、あるいは実質的に長方形であるか、円形である。
【００２４】
必要な透明度を得るために、基板２００および抵抗層２０５は、好ましくは実質的に透明な材料で作られる。これとは別に、得られる製品が不透明なセンサーであるなら、基板２００は不透明な材料から構成されてもよい。抵抗層２０５の上方に小さな距離で隔ててカバーシート２１０が設けられ、カバーシート２１０は、典型的には柔軟なフィルム２１５であり、その柔軟なフィルム２１５の下面には導電性コーティング２２０を持つ。そのカバーシート２１０は、それに付随したエッジに沿った接着剤によって、あるいは絶縁性の接着フレーム２２５等によって、タッチ・スクリーン１０５の残りの箇所に結合される。さらに、電極２３０は、カバーシート２１０の導電性コーティング２２０を、リード２３５を介して、コントローラー回路１１０等の適当な外部回路に接続する。カバーシート２１０に着接された導電性コーティング２２０は、導電性コーティング２２０と抵抗層２０５の間の偶然の接触を防ぐ複数の小さな透明な絶縁体島状部またはドット２４０によって、抵抗層２０５から隔てられる。
【００２５】
図８の実施例ではカバーシート２１０を用いているが、代替として、導電性のスタイラス(不図示)のような任意の導電性構成要素を使用できる。導電性のスタイラスは、抵抗層２０５がそのような接触からの損傷に耐える十分な耐久性を有する場合に使用可能である。別の代替として、ユーザの指あるいは適切なプローブとともに、容量性または抵抗性のピックアップ・システムが使用可能である。
【００２６】
続いて図８を参照すると、抵抗層２０５の各エッジに沿って所定間隔を有して抵抗鎖２４５が設けられ、抵抗鎖２４５は、抵抗層２０５に電位を印加して、そこに直交する電圧勾配を生成するために用いられる。後の図で示されるように、抵抗鎖２４５(導電性領域、絶縁領域および抵抗性領域からなる)は、直列に接続された複数の個別の抵抗ユニットを含む。その抵抗鎖２４５の抵抗値は、部分的には、抵抗鎖２４５の一部を形成する抵抗層２０５の抵抗値に依存する。しかしながら、抵抗鎖２４５の抵抗値は設計上の要件によって変更されてもよい。図８の実施例では４つの抵抗鎖２４５が存在し、ここでは特に、参照番号２５０、２５５、２６０および２６５により示す。各抵抗鎖２５０、２５５、２６０または２６５の端部は、抵抗層２０５のコーナー２７０に、あるいはその近傍に連結される。そのコーナー２７０の各々には、電気的リード２７５、２８０、２８５、２９０の１つがそれぞれ設けられる。この態様では、タッチ・スクリーン１０５は、コントローラー電子回路１１０（これは、抵抗鎖２４５に電圧を供給し、そしてタッチ・スクリーン１０５からの情報を処理する)に接続される。
【００２７】
タッチ・スクリーン１０５が押されたとき、カバーシート210の導電性コーティング220は、基板200上の抵抗層２０５と直接に電気的に接触する。「抵抗性タッチ・スクリーン」として一般に呼ばれる疑似ＤＣの抵抗性タッチ・スクリーンの場合、カバーシート２１０が、接触したエリアでの電圧を検知するための電圧検知プローブ、または電流注入源のどちらかとして機能することができる。別のオプションとして、カバーシート２１０は、抵抗層２０５に直接に着接された薄い誘電体コーティングで置き換えられてもよく、その場合には、コントローラー電子回路１１０はAC動作をサポートしてもよい。
【００２８】
タッチ・スクリーン・システム１００の全体構成についてのその他の詳細は、米国特許 No.6,163,313に開示されており、それは参照して明らかにここに組込まれる。
【００２９】
次に図９を参照すると、抵抗鎖２４５の１部分がより詳細に示されている。その抵抗鎖２４５は、Ｚ形状の複数の電極３０５を有し、その各々は、外側部分３１０および内側部分３１５を有する。第１の電極３０５の内側部分３１５は、隣接した第２の電極３０５の外側部分３１０にオーバーラップする。その結果、これらの内側部分と外側部分の間の抵抗層２０５(図８参照)は、抵抗性接続部３２０を形成する。隣接した電極３０５の内側部分３１５は、接合部３２５によって互いに隔てられる。勾配シート１９５（図８参照）において、例えば選択された場所で抵抗層２０５を除去することにより、複数の絶縁領域３３０が形成される。その後、隣接した絶縁領域３３０の間には抵抗性コーティング２０５のエリアが残り、ここでは「ギャップ」３３５と呼ばれる。ギャップ３３５のうちのいくつかは、電極３０５の内側部分３１５とタッチ領域２０６の間で位置し(「非接合ギャップ」と呼ばれる)、また、ギャップ３３５のいくつかは、接合部３２５とタッチ領域２０６の間で位置する（「接合ギャップ」と呼ばれる)。
【００３０】
絶縁領域３３０およびギャップ３３５は、抵抗層２０５を所定の線に沿って除去し（絶縁線）、次に、シート上において絶縁線に沿った選択された場所に、ITOのような抵抗性材料を配置することにより形成されてもよい。図示した実施例では、絶縁領域３３０およびギャップ３３５が、電極３０５の内側部分３１５と平行な線において形成される。その結果、タッチ領域２０６にわたる複数の並列な電流経路が確立される。絶縁領域３３０は、抵抗層２０５のレーザー除去によって容易に形成されてもよい。電極３０５間に延在する絶縁用のサブセクションも形成されてもよい。これらのサブセクションのレーザー調節は、電極３０５間の抵抗器を効果的に調節する。
【００３１】
隣接した電極３０５間の接合部３２５にて真の分圧器を提供する目的を達成するために、接合ギャップ３３５内には導電性の「島状」領域３４０が位置する。その導電性材料は、例えば導電性のフリットであってもよい。その結果、タッチ領域２０６のVNの等電位線は、図１０で示されるように、導電性島状領域３４０が所望の等価回路のために清潔に電子ノードを提供するので、もはや接合ギャップ３３５を通して電圧VNを備えた電極を「見る」ことはない。
【００３２】
シミュレーションおよび試作品のタッチ・スクリーンによれば、接合ギャップ３３５内の導電性島状領域３４０を使用することは、非注入側におけるリプル非線形の増大を回避するのみならず、オーバーラップ抵抗の電極毎に１つの電気的接続を有する既存の商用製品と比較して、実際に非注入側の線形性が改善されるということがわかった。この改善の理由は、電極境界に接近した時のタッチ領域２０６の等電位線を示す図９で理解できる。導電領域が一定電圧にあるので、導電性電極３０５あるいは導電性島状領域３４０では高々１つの等電位線の終端が位置することができる。対照的に、絶縁領域３３０では多数の等電位線の終端が位置する可能性がある。おおざっぱに言えば、ギャップ３３５を通じてタッチ領域に接続された導電領域は、等電位線を「反発」する。より広いギャップは、等電位線のより大きなひずみとなり、従ってリプル非線形性が大きくなる。大きなギャップを、二つのより小さいギャップで囲まれた導電性島状領域で置き換えることは、非注入のリプル非線形性において大きな純益を提供することができる。
【００３３】
したがって、ギャップ幅を最小限にすることは、非注入のリプル非線形性の量を最小限にする。しかしながら、注入リプル非線形性を最小限にするためには、より広いギャップが望ましいということに注意すべきである。その結果、ギャップ幅の過度の変化を回避することが最も良い。しかしながら、ギャップ幅における不必要な変化を回避するこの要望は別の設計要求と競合する。先行技術において周知なように、線形のタッチスクリーンの設計は、タッチ領域と直列抵抗鎖との間で接続抵抗の放物的な変化を要求する。そのため、少なくとも従来技術では、ギャップ幅が変化することが望まれる。
【００３４】
このことから、抵抗鎖２４５は、好ましくは、様々なギャップ設計を用いる。特に、抵抗鎖２４５は３つの異なるタイプのギャップ設計、すなわち、空のギャップと、導電性島状領域３４０を有するギャップと、オーバーラップ抵抗の電極３０５の電極延長部（例えば“Ｔ”形状）を有するギャップとを含む。これらの３つのタイプは図１１Ａ〜１１Ｃに図示される。図１１Ａ〜１１Ｃに示すように、ギャップがすべて同じ幅であっても、３つの異なるギャップ設計は抵抗鎖２４５とタッチ領域２０６の間で異なる抵抗を提供する。図１１Ａで示した空のギャップは、より高い抵抗を持ち、そして図１１Ｃに示した“Ｔ”形状の電極延長部３４５は最低の抵抗を提供する。代替として、タッチ領域２０６への抵抗を同じにする場合、空のギャップはより広くされ、そして“Ｔ”形状の電極延長部３４５はより狭くされる。部分的には所望の放物的抵抗変化を提供するためにこの設計自由度を使用することは、ギャップ幅における必要とされる変化をある程度まで縮小する有益な結果を持ち、それにより、線形性を改善する。この柔軟性はさらに、非常に小さな導電性島状領域３４０およびギャップ３３５のスクリーン印刷に関連する公差問題を回避するための助けとなる。
【００３５】
図１２に示すように、抵抗鎖２４５は、接合ギャップ３３５内の導電性島状領域３４０を使用することに加えて、必要な放物的抵抗変化を提供するために、非接合ギャップ３３５内において図１１Ａ〜１１Ｃで図示された異なるタイプのギャップ設計も使用する。一般には、以前に議論したように非注入側に沿ったリプル線形性を改善するために、接合ギャップ３３５内の導電性島状領域３４０を使用することが望ましいが、場合によっては、接合ギャップ３３５のために空のギャップ設計(図１１Ａ）を使用することが望ましい。例えば、コーナーに隣接したギャップ３３５のように高い抵抗が望まれる時、比較的狭いギャップと組み合わせて空のギャップ設計を使用することは有利である可能性があり、このとき、その比較的狭いギャップにより、タッチ領域２０６が接合ギャップ３３５からペアの電極３０５の混合されていない電圧を「見てしまう」問題は小さくなる。
【００３６】
いくつかのアプリケーションでは、例えばXおよびYの線形性に対する要求が等しくないアプリケーションが存在する場合、一つの座標の線形性を、他の座標での増大した境界リプル非線形性をひきかえにして完全に最適化することが望ましい可能性があるということに注意すべきである。例えば、図１３を参照すると、タッチ・スクリーン・システム１００のディスプレイを見るときにユーザが目にすることになるソフトウェア・タッチ・ボタン３５５の例示的なディスプレイを示す。図示されるように、タッチ・ボタン３５５は、その高さより幅がはるかに広い。したがって、ユーザが意図したタッチ・ボタン３５５を正確に起動するために、タッチ・スクリーン・システム１００は、Ｘ座標についてはおおまかに決定するだけであるが、Ｙ座標については小さな誤差で正確に決定しなければならない。
【００３７】
以前に議論されたように、Y座標の測定のためには、電極境界の左側および右側は非注入であり、上側および下側は注入である。そのようなアプリケーションのために、電極境界の左側および右側において導電性島状領域３４０を備えたギャップ３３５を使用し、次に、電極境界の上側および下側において１つの電極について２つを越えるギャップを使用することが有利である可能性がある。そのような設計は、X座標の測定の場合に上側および下側に沿って増加したリプル非線形性をもたらすが、しかし、これは、図１３で図示されるように、アプリケーションによっては２次的な重要度を有するにすぎない。
【００３８】
上述の議論では抵抗性タッチシステム１００に基づいて述べてきたが、タッチ検知システムのより一般的な設定にも適用できる。これは、他のタイプのタッチセンサ(例えば不透明タッチパッドやタッチ検知ロボットの外板)を含む。検知面を有する多種のセンサを想定できる。実際に、抵抗性タッチスクリーンシステム１００は、勾配シート１９５およびカバーシート２１０がタッチスクリーン１０５内で動作するように特に設計された、特定タイプのタッチ検知システムに他ならない。このように、本明細書の議論は、その最も広い態様においては、より一般的な設定に適用されるものとして考えられるべきである。
【００３９】
この発明の特定の実施例が示され、述べられたが、上記の議論は、この発明をこれらの実施例に限定することを意図したのではないと理解されるべきである。当業者であれば、この発明の本旨および範囲からそれることなく、種々の変形および変更が可能であることを理解するであろう。従って、この発明は、特許請求の範囲で特定される本発明の本旨および範囲に含まれる代替物、変形物および等価物を包含することを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】Ｘ方向の活性化信号を供給することにより、左側および右側が注入モードになり、上側および下側が非注入モードになるように動作している、先行技術のタッチ・スクリーンの平面図である。
【図２】Ｙ方向の活性化信号を供給することにより、左側および右側が非注入モードになり、上側および下側が注入モードになるように動作している、先行技術のタッチ・スクリーンの平面図である。
【図３】オーバーラップ抵抗電極毎に２つのギャップ(１つの接合ギャップおよび１つの非接合ギャップ)がある直列抵抗鎖の概略図である。
【図４】図３の抵抗鎖の等価回路である。
【図５】図３の直列抵抗鎖の一部を示す概略図であり、特に、非注入モードで動作させられた時に抵抗鎖の位置において非直線的な終端を有する等電位線を示す。
【図６】図３の抵抗鎖の実際の等価回路図であり、特に電流および電位を示す。
【図７】この発明の好ましい実施例に従って構成されたタッチシステムの機能ブロック図である。
【図８】図７のタッチシステムに用いられたタッチスクリーンの分解図である。
【図９】図７のタッチシステムに用いられた直列抵抗鎖の概略図である。
【図１０】図９の抵抗鎖の等価回路図である。
【図１１Ａ】図９の直列抵抗鎖の中で使用することができる異なるタイプのギャップ構成の概略図である。
【図１１Ｂ】図９の直列抵抗鎖の中で使用することができる異なるタイプのギャップ構成の概略図である。
【図１１Ｃ】図９の直列抵抗鎖の中で使用することができる異なるタイプのギャップ構成の概略図である。
【図１２】図７のタッチ・スクリーンの中で使用される勾配シートの右上コーナーの平面図である。
【図１３】ディスプレイ表示の平面図であり、特にX方向およびY方向で非対称な位置精度要件を要求するソフトウェア・タッチボタンを示す。
【符号の説明】
【００４１】
１００  タッチ・スクリーン・システム
１０５  タッチ・スクリーン
１１０  コントローラー電子回路
１１５  ホストコンピューター
１２０  ディスプレイ
１９５  配シート
２００  基板
２０５  抵抗層
２１０  カバーシート導
２２０  導電性コーティング
２２５  フレーム
２４５  抵抗鎖
２７０  コーナー
３０５  電極
３３０  絶縁領域
３３５  ギャップ
３４０  導電性島状領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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