(57)【要約】  タッチ表面の上方の位置でのタッチ入力を検出するように構成されたタッチ表面を有する３次元タッチ検知システムが開示される。当該システムは、タッチ表面に配置された複数の静電容量式のタッチセンシング電極を含み、各電極は、ベースラインキャパシタンスと、タッチ入力に基づくタッチキャパシタンスとを有する。タッチ表面の下方に発振プレーンが配置される。ベースラインキャパシタンスからタッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの変化に基づいてベースライン周波数からタッチ周波数へとシフトする周波数を持つＡＣ信号で、タッチセンシング電極のうちの１つを駆動するように、タッチ検出器が構成される。タッチ検出器は、発振プレーンをタッチ周波数に駆動するように構成される。
2016524217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ表面を有する３次元タッチ検知システムであって、前記タッチ表面は、前記タッチ表面の上方の位置でのタッチ入力を検出するように構成され、当該システムは、
前記タッチ表面に配置された複数の静電容量式のタッチセンシング電極であり、各電極が、ベースラインキャパシタンスと、前記タッチ入力に基づくタッチキャパシタンスとを有する、タッチセンシング電極と、
前記タッチ表面の下方に配置された発振プレーンと、
前記ベースラインキャパシタンスから前記タッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの変化に基づいてベースライン周波数からタッチ周波数へとシフトする周波数を持つＡＣ信号で、前記タッチセンシング電極のうちの１つを駆動するように構成されたタッチ検出器であり、前記発振プレーンを前記タッチ周波数に駆動するように構成されたタッチ検出器と
を有する、システム。
【請求項２】
前記タッチ表面は、前記発振プレーンの下方にコモン電極が置かれたディスプレイである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、複数のロウ電極と複数のカラム電極とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、２次元アレイに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記発振プレーンは、矩形領域として構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記発振プレーンは、複数の独立に駆動可能なセグメントで構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記タッチ検出器は、前記ベースラインキャパシタンスから前記タッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの前記変化に基づいて、前記タッチ表面から前記タッチ入力までの距離Ｚを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、前記タッチ表面に対してＸ−Ｙ幾何学関係を有し、前記タッチ検出器は、前記タッチ表面に対する前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極の前記Ｘ−Ｙ幾何学関係に基づいて、前記タッチ入力のＸ−Ｙ位置を決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
当該システムは更に周波数読出し集積回路（ＩＣ）を有し、前記タッチ表面は、キャパシタンス−周波数変換回路を備えて構成され、前記周波数読出しＩＣは、周波数−デジタル変換回路を備えて構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
当該システムは更に、前記キャパシタンス−周波数変換回路に結合されるインダクティブループを有し、前記周波数読出しＩＣは、前記インダクティブループに誘導結合される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
タッチ表面とともに使用される３次元タッチ検知方法であって、前記タッチ表面は、前記タッチ表面の上方の位置でのタッチ入力を検出するように構成され、当該方法は、
前記タッチ表面に配置された複数の静電容量式のタッチセンシング電極を設け、各電極は、ベースラインキャパシタンスと、前記タッチ入力に基づくタッチキャパシタンスとを有し、
前記タッチ表面の下方に配置された発振プレーンを設け、
前記ベースラインキャパシタンスから前記タッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの変化に基づいてベースライン周波数からタッチ周波数へとシフトする周波数を持つＡＣ信号で、前記タッチセンシング電極のうちの１つを駆動し、且つ前記発振プレーンを前記タッチ周波数に駆動する
ことを有する、方法。
【請求項１２】
前記タッチ表面は、前記発振プレーンの下方にコモン電極が置かれたディスプレイである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、複数のロウ電極と複数のカラム電極とを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、２次元アレイに構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記発振プレーンは、矩形領域として構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記発振プレーンは、複数の独立に駆動可能なセグメントで構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ベースラインキャパシタンスから前記タッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの前記変化に基づいて、前記タッチ表面から前記タッチ入力までの距離Ｚを決定することを更に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、前記タッチ表面に対してＸ−Ｙ幾何学関係を有し、当該方法は更に、前記タッチ表面に対する前記複数の静電容量式のタッチセンシング電極の前記Ｘ−Ｙ幾何学関係に基づいて、前記タッチ入力のＸ−Ｙ位置を決定することを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
当該方法は更に周波数読出し集積回路（ＩＣ）を設けることを有し、前記タッチ表面は、キャパシタンス−周波数変換回路を備えて構成され、前記周波数読出しＩＣは、周波数−デジタル変換回路を備えて構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
当該方法は更に、前記キャパシタンス−周波数変換回路に結合されるインダクティブループを設けることを有し、前記周波数読出しＩＣは、前記インダクティブループに誘導結合される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、タッチ検知（センシング）、特に３次元タッチ検知のためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
本発明は、全米科学財団から与えられた認可番号ＥＣＣＳ−１２０２１６８号及びＣＣＦ−１２１８２０６号の下で米国政府の支援で為されたものである。米国政府が本発明における一定の権利を有する。
【０００３】
本出願は、２０１３年１０月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／８９２，５１６号、及び２０１３年５月７日に出願された米国仮特許出願第６１／８２０，２４２号の優先権を主張するものであり、これら双方の全体をここに援用する。
【背景技術】
【０００４】
静電容量式（キャパシティブ）タッチスクリーンが、ディスプレイ用の魅力的なインタフェースを可能にしている。約２０−３０ｃｍの距離まで面外次元でもユーザのジェスチャを検知することができる３次元（３Ｄ）センシングは、特に大型ディスプレイの場合にユーザ経験を大いに豊かにし得る新たなインタフェースの可能性を示す。難題は、センシング電極とのユーザインタラクションによって生じる小さい容量揺動を検知するときに、このような距離で感度を達成することである。静電容量式センシングの取り組みの中で、自己キャパシタンス方式は、相互キャパシタンス方式（すなわち、電極間）よりも実質的に大きい距離を可能にするが、マルチタッチにおいてゴースト効果に悩まされ得る。このようなシステムのセンシング距離は、なおも限られ過ぎていて３Ｄセンシングにならない。特に約２０−３０ｃｍの距離まで面外次元でユーザのジェスチャを検知することができる３次元（３Ｄ）センシングを可能にするには、技術の向上が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
タッチ表面の上方の位置でのタッチ入力を検出するように構成されたタッチ表面を有する３次元タッチ検知システムが開示される。当該システムは、タッチ表面に配置された複数の静電容量式のタッチセンシング電極を含み、各電極は、ベースラインキャパシタンスと、タッチ入力に基づくタッチキャパシタンスとを有する。タッチ表面の下方に発振プレーンが配置される。ベースラインキャパシタンスからタッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの変化に基づいてベースライン周波数からタッチ周波数へとシフトする周波数を持つＡＣ信号で、タッチセンシング電極のうちの１つを駆動するように、タッチ検出器が構成される。タッチ検出器は、発振プレーンをタッチ周波数に駆動するように構成される。
【０００６】
タッチ表面は、発振プレーンの下方にコモン電極が置かれたディスプレイとし得る。上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、複数のロウ電極と複数のカラム電極とを含み得る。上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、２次元アレイに構成され得る。発振プレーンは、矩形領域として構成され得る。発振プレーンは、複数の独立に駆動可能なセグメントで構成されてもよい。
【０００７】
タッチ検出器は、ベースラインキャパシタンスからタッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの変化に基づいて、タッチ表面からタッチ入力までの距離Ｚを決定するように構成され得る。上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、タッチ表面に対してＸ−Ｙ幾何学関係を有することができ、タッチ検出器は、タッチ表面に対する上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極のＸ−Ｙ幾何学構成に基づいて、タッチ入力のＸ−Ｙ位置を決定するように構成され得る。当該システムは、周波数読出し集積回路（ＩＣ）を備えて構成されてよく、タッチ表面は、キャパシタンス−周波数変換回路を備えて構成され、周波数読出しＩＣは、周波数−デジタル変換回路を備えて構成され得る。キャパシタンス−周波数変換回路にインダクティブループが結合されてもよく、周波数読出しＩＣは、該インダクティブループに誘導結合され得る。
【０００８】
タッチ表面の上方の位置でのタッチ入力を検出するように構成されたタッチ表面とともに使用される３次元タッチ検知方法も開示される。当該方法は、タッチ表面に配置された複数の静電容量式のタッチセンシング電極を設けることを含み、各電極は、ベースラインキャパシタンスと、タッチ入力に基づくタッチキャパシタンスとを有する。タッチ表面の下方に発振プレーンが配置される。タッチセンシング電極のうちの１つが、ベースラインキャパシタンスからタッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの変化に基づいてベースライン周波数からタッチ周波数へとシフトする周波数を持つＡＣ信号で駆動される。発振プレーンはタッチ周波数に駆動される。
【０００９】
タッチ表面は、発振プレーンの下方にコモン電極が置かれたディスプレイとし得る。上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、複数のロウ電極と複数のカラム電極とを含み得る。上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、２次元アレイに構成され得る。発振プレーンは、矩形領域として構成され得る。発振プレーンは、複数の独立に駆動可能なセグメントで構成されてもよい。
【００１０】
ベースラインキャパシタンスからタッチキャパシタンスへの電極キャパシタンスの変化に基づいて、タッチ表面からタッチ入力までの距離Ｚが決定され得る。上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極は、タッチ表面に対してＸ−Ｙ幾何学関係を有し得る。タッチ表面に対する上記複数の静電容量式のタッチセンシング電極のＸ−Ｙ幾何学構成に基づいて、タッチ入力のＸ−Ｙ位置が決定され得る。周波数読出し集積回路（ＩＣ）が設けられ得る。タッチ表面は、キャパシタンス−周波数変換回路を備えて構成されることができ、周波数読出しＩＣは、周波数−デジタル変換回路を備えて構成され得る。インダクティブループが、キャパシタンス−周波数変換回路に結合されてもよく、周波数読出しＩＣは、該インダクティブループに誘導結合され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】タッチセンサ及びコモン電極を含むディスプレイのブロック図である。
【図１ｂ】コモン電極の面からアイソレートされたタッチセンシング電極を含むディスプレイのブロック図である。
【図１ｃ】ディスプレイ又はその他のタッチ表面と一体化されることが可能なタッチ検知システム５０のブロック図である。
【図２ａ】読出しチャネルのブロック図である。
【図２ｂ】接近した指及び距離を置いた指に関する読出しチャネル１００の周波数変調応答を例示するシミュレーション波形を示すグラフである。
【図３ａ】センシング発振器（ＳＯ）及びミキサのブロック図である。
【図３ｂ】ＳＯ電圧及び電流を周波数に対して示すグラフである。
【図４ａ】ｆＳＥＮＳＥからデジタルＴＤＣ入力を生成するための前置増幅器及び比較器のチェインのブロック図である。
【図４ｂ】前置増幅器入力及び比較器出力を時間に対して示すグラフである。
【図５ａ】センシング電極の上方に位置する指に関する距離に対してプロットした読出しＳＮＲ及びＴＤＣコード（ＲＭＳバーを伴う）を示すグラフである。
【図５ｂ】ゼロから様々なピーク−ピーク値まで変化されたディスプレイ雑音が直接的にＯＰ上に駆動されるときのＴＤＣコード（ＲＭＳバーを伴う）を示すグラフである。
【図６】測定結果の概要及び最新技術との比較を示す表である。
【図７】試作品の周波数読出しＩＣの図である。
【図８】フレキシブルなピクセルベース大面積センシングシートと、フレキシブルなキャパシタンス−周波数（Ｃ２Ｆ）変換シートと、カスタムＣＭＯＳ読出しＩＣとを含んだシステムアーキテクチャを示すブロック図である。
【図９】Ｃ２Ｆシート及びＣＭＯＳ読出しＩＣの更なる詳細を示すブロック図である。
【図１０】センシング発振器（ＳＯ）のブロック図である。
【図１１ａ】４つの定格ＳＯ周波数（３．０ＭＨｚ、２．４ＭＨｚ、１．７ＭＨｚ、１．３ＭＨｚ）に関するインダクタパラメータを示す表である。
【図１１ｂ】４つの定格ＳＯ周波数（３．０ＭＨｚ、２．４ＭＨｚ、１．７ＭＨｚ、１．３ＭＨｚ）に関するインダクタパラメータを示すグラフである。
【図１２】走査回路のブロック図である。
【図１３ａ】レベルコンバータに関する測定動作波形を示すグラフである。
【図１３ｂ】チェイン内のＮ番目の走査素子に関する測定動作波形を示すグラフである。
【図１４】試作品のタッチ検知システムの図である。
【図１５ａ】センシング電極の上方に位置する手に関する距離に対してプロットした読出しＳＮＲ及びＴＤＣコード（ＲＭＳバーを伴う）を示すグラフである。
【図１５ｂ】センシング電極の上方５ｃｍの手に関する水平方向の変位に対して読出しＳＮＲ及びＴＤＣコードを示すグラフである。
【図１６ａ】ＴＦＴ走査回路によって生成されたラウンドロビンＥＮ＜１−４＞信号を示すグラフである。
【図１６ｂ】６ｃｍの距離で電極のロウを横切って手をスワイプする間にＣＭＯＳ読出しＩＣから得られた周波数シフトを示すグラフである。
【図１７】試作品のタッチ検知システムの性能の概要を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
強化された３Ｄタッチ検知システムをここに開示する。一実施形態において、このシステムは、４０×４０ｃｍ２のセンシング面積と約３０ｃｍまでのセンシング距離とを有する。この距離は、幾つかの技術を組み入れることによって達成される。例えば、周波数変調と、高Ｑ（Ｈｉｇｈ−Ｑ）発振器によって強化された周波数読出しの感度が読出し（リードアウト）システム内の雑音源及びディスプレイカップリングからの浮遊雑音源をフィルタリング可能なこととを通じて、キャパシタンス検知が実行され得る。センシング電極と周囲のグランドプレーン又は接地機構との間の静電結合を排除することによって、キャパシタンス信号が強化され得る。
【００１３】
図１ａは、タッチセンシング電極２２ａ−２２ｃを含むディスプレイ２０のブロック図である。ディスプレイ２０は、上部ガラス２４、下部ガラス２６、及びコモン電極２８を含んでいる。この例において、タッチセンシング電極２２ａ−２２ｃはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）で形成されている。理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、その他の材料も使用され得る。やはり理解されるべきことには、如何なる数のタッチセンシング電極が設けられてもよい。やはり理解されるべきことには、タッチセンシング電極は、より詳細に後述するように、多様な形状で形成され得る。典型的なディスプレイの厚さを最小化するため、タッチセンシング電極２２ａ−２２ｃは、コモン電極２８の面に対する隔たりをますます最小化して集積されている。これは、（直接的及び隣接する電極を介しての双方で）センシング電極からディスプレイへの大きい静電結合（フリンジング）を生じさせ、距離を置いたユーザに対して達成可能なカップリングを実質的に劣化させる。
【００１４】
図１ｂは、タッチセンシング電極３２ａ−３２ｃを含むディスプレイ３０のブロック図である。ディスプレイ３０は、図１ａと同様の、上部ガラス３４、下部ガラス３６、及びコモン電極３８を含んでいる。この例においても、タッチセンシング電極３２ａ−３２ｃはＩＴＯで形成されている。やはり理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、その他の材料も使用され得る。図１ａとの関連で述べたように、やはり理解されるべきことには、如何なる数のタッチセンシング電極が設けられてもよく、タッチセンシング電極は多様な形状で形成され得る。この例において、タッチセンシング電極３２ａ−３２ｃは、発振プレーン（oscillating  plane；ＯＰ）４０によって、コモン電極３８の面からアイソレート（分離）されている。概して、タッチセンシング電極３２ａ−３２ｃとＯＰ４０との間のカップリングは、下方のディスプレイのグランドプレーンにフリンジする電界を緩和する。
【００１５】
図１ｃは、破線内に大まかに示すディスプレイ又はその他のタッチ表面６０と一体化されることが可能な、タッチ検知システム５０のブロック図である。図示のように、タッチセンシング電極６２ａ−６２ｄ、６３ａ−６３ｄが、ロウ（行）／カラム（列）構成のバー（棒）としてタッチ表面上に形成され、参照符号７０によって大まかに示す検出器に１つずつ接続される。理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、多様な検出器が使用され得る。概して、検出器７０は、１つ以上のタッチセンシング電極におけるキャパシタンスの変化に基づいて周波数シフトを決定する。ユーザからのタッチがないとき、各タッチセンシング電極はベースライン（基準値）の自己キャパシタンスを有する。ユーザ（例えば、ユーザの指）がタッチ表面に近付くとき、１つ以上のタッチセンシング電極が指と結合し始め、その電極のベースラインキャパシタンスに、或るタッチキャパシタンスへの変化が存在する。そして、得られたキャパシタンスの変化／周波数シフトを、距離Ｚに相関付けることができる。そして、この電極構成を用いてタッチ表面上のＸ−Ｙ位置又は領域を特定し、３Ｄタッチ検出を提供し得る。
【００１６】
この例において、検出器７０は、タッチセンシング電極６２ａ−６２ｄ、６３ａ−６３ｄにスイッチ７２を介して結合されるＬＣセンシング発振器（sensing  oscillator；ＳＯ）７４を含んでいる。ＳＯは概して、タンクキャパシタンス７６とタンクインダクタ７８とを含む。ユーザの近接性に応じて、各タッチセンシング電極の自己キャパシタンスがタンクキャパシタンス７６を揺動させ、周波数シフトを生じさせる。その間に、ソースフォロアにより実装されるユニティゲインバッファ７９によって、ＯＰ６４がＳＯ７４（及び故に、接続された電極）と同じ電圧に駆動される。従って、電極上での振動的な電荷再分布による電界はＯＰと相互作用せず、大きい距離があってもユーザに対する遥かに強いカップリングが得られる。センシング距離に加えて、これは幾つかの利益を可能にする。第１に、電極とＯＰとの間のカップリングはファクタとならないので、それらの離隔距離を積極的に短縮することができる（本ワークでは、＜１ｍｍを用いている）。第２に、ＯＰキャパシタンスの増大ひいてはユニティゲインバッファにおけるより高い電力という代償の下で（しかしながら、この例において１ｍｍの隔たりでＯＰドライバは１９ｍＷ未満を消費するのみであり、そのオーバヘッドは許容可能にされる）、ＯＰとディスプレイコモン電極との間の隔たりも短縮することができる。周波数変調式の読出しの利益はまた、距離を増大させることに振幅はクリティカルではなく、振幅が或る値（０．７５Ｖ）に固定されるので、最小限の雑音のみがディスプレイに課されることである。第３に、延ばされたセンシング距離が、横変位情報（以下にて特徴付ける）を電極が提供することを可能にし、より少ない電極チャネルで大きいディスプレイ面積をカバーすることが可能になり、故に、電力消費及び走査レート制約が低減される。
【００１７】
一部のケースにおいて、複数の指の使用は、正確なタッチ位置を決定する難しさを生み出し得る。理解されるべきことには、ＯＰ６４は単一のプレーンとして実装されてもよいし、細分化されてもよい。例えば、図１ｃは、例えば破線によって示されるような４列状のセグメント６５ａ−６５ｄといった、複数のセグメントにＯＰ６４が分割されるオプション構成を示している。各ＯＰセグメント６５ａ−６５ｄは、参照符号６６によって大まかに示されるスイッチに結合されて、タッチ検知中に個別にエネルギー供給され得る。これは、特にタッチセンサにロウ／カラム構成を用いるときに、より正確なタッチ位置の特定を可能にする。
【００１８】
図２ａは、読出しチャネル１００のブロック図である。図２ｂは、接近した指及び距離を置いた指に関する読出しチャネル１００の周波数変調応答を例示するシミュレーション波形を示すグラフである。この例において、タッチセンシング電極の走査は、シフトレジスタ１０２によって制御される。例えばバラクタにより調節可能な、例えばｆＣ＝５ＭＨｚといったＳＯ１０４の定格中心周波数が、検知されるキャパシタンスによって量Δｆだけ揺動される。そして、ＳＯ１０４の出力が、例えば差動ギルバート混合器であるミキサ１０６に送られ、固定周波数のローカル発振器（ＬＯ）１０８を用いて変調される。そして、例えば二次フィルタであるローパスフィルタ１１０から低周波数出力ｆＳＥＮＳＥ１１２が得られる。定格ＳＯ周波数及びＬＯ周波数は、時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）１１８の最大出力レンジ及び最大走査レートの双方を設定する最小のｆＳＥＮＳＥを与えるように、例えばバラクタにより調節可能なｆＯＦＦＳＥＴだけオフセットされる。この例において、ｆＯＦＦＳＥＴは５ｋＨｚから２０ｋＨｚまでに設定され得る。ｆＳＥＮＳＥは、ＴＤＣ１１８に提供される前に、例えば二段プリアンプである前置増幅器１１４と比較器１１６によって増幅される。得られたデジタル信号が、周期制御ブロックを介して１６ｂカウンタのイネーブル信号ＥＮを制御する。ｆＳＥＮＳＥは、センシング距離に対してかなり非線形な関数であるので、周期制御ブロックは、カウンタＥＮ信号のためにｆＳＥＮＳＥ周期の倍数が選択されることを可能にすることによって、ＴＤＣのダイナミックレンジに対処する助けとなる。ｆＳＥＮＳＥが（短いセンシング距離によって）高周波数にあるとき、倍数Ｎ＝２，４，８，１６が選択され得る。このような場合は、ＴＤＣコードから決定されることができ、より高いｆＳＥＮＳＥ周波数は短縮された読出し遅延に対応するので、デジタルコントローラが容易に応答することができる。ＴＤＣカウントＣに関して検知される周波数シフトは、故に、Δｆ＝Ｎ×ｆＣ／Ｃ−ｆＯＦＦＳＥＴによって与えられる。読出し雑音は、感度を決定するキーファクタであり、ＳＯ／ＬＯ、ミキサ、及び前置増幅器によって支配される。
【００１９】
図３ａは、センシング発振器（ＳＯ）１２２及びミキサ１２４のブロック図である。理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、多様なＳＯ構成が使用され得る。やはり理解されるべきことには、ＬＯは同じ構成又は異なる構成を使用し得る。図３ｂは、ＳＯ電圧及び電流を周波数に対して示すグラフである。発振器の位相雑音が重要な観点であり、それはデバイス雑音（１／ｆ及び白色）とディスプレイからの浮遊（ストレイ）カップリングとによって定められる。タンクによって提供されるこれら全ての雑音源の実質的なフィルタリングのおかげで、低い位相雑音が達成される。これは、主にインダクタによって制限される高いタンクＱファクタを必要とする。この例においては、３３μＨの０８０５インダクタを使用して、５ＭＨｚでＱ＝４００を得た。タンクＱに加えて、バイアス電流雑音もクリティカルなファクタである。テイルデバイスのドレインに１００ｐＦキャパシタを付加するとともに、電圧制約状態ではなく電流制約状態を確保するようにテイル電流の大きさを設定し、（ｆＣから１００Ｈｚのところで）位相雑音の２１ｄＢの改善を得た。ミキサの線形性も、感度にとってクリティカルなファクタである。ＳＯ及びＬＯの周波数はオフセットされるので、高調波が、理想ｆＳＥＮＳＥの倍数での出力における帯域内ビート周波数の可能性を高める。非線形性を軽減するために、ＳＯは、そのスイングを〜１００ｍＶまで抑制するように、図示のようにキャパシタドライバによって提供され得る。ミキサに続くローパスフィルタは、高周波及びミキサクロックのフィードスルーをフィルタリングすべく、５０ｋＨｚの遮断周波数を有する。
【００２０】
図４ａは、ｆＳＥＮＳＥからデジタルＴＤＣ入力を生成するための前置増幅器１２６及び比較器１２８のチェインのブロック図である。図４ｂは、前置増幅器入力及び比較器出力を時間に対して示すグラフである。理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、前置増幅器及び比較器のその他の設計も使用され得る。低周波数に変調されたｆＳＥＮＳＥでは、ゼロ交差基準に対する振幅雑音が、感度をかなり低下させて、ＴＤＣ出力内の雑音を生じさせ得る。振幅雑音を低減するため、ダイオード接続されたＰＭＯＳ負荷に基づく二段プリアンプが、各出力における５ｐＦキャパシタによって設定され、ステージごとに２００ｋＨｚの遮断周波数で雑音フィルタリングして、ステージ当たり６の利得を提供する。前置増幅器は、ヒステリシスのある比較器に入力する。ヒステリシスは、過渡的なグリッチのないデジタル出力（これは、ＴＤＣの周期制御ブロック及びカウンタの動作に必須である）を確保するために採用される。ミキサ、前置増幅器及び比較器のステージの総入力参照雑音は１．４μＶＲＭＳであり、これはσｆ＝１６ＨｚＲＭＳの周波数読出し雑音に相当する。
【００２１】
ＩＢＭ社からの１３０ｎｍＣＭＯＳプロセスにて実装した周波数読出しＩＣ（図７）と、ＩＴＯ被覆ＰＥＴを用いて自前でパターン形成したセンシング電極及びＯＰとを用いて、システムを試作した。センシング電極は、１ｃｍ幅とし、１０ｃｍピッチで離間させた。試験するため、Ｘ次元及びＹ次元の各々に４つのチャネル（合計で８チャネル）を用いて、４０×４０ｃｍ２のセンシング面積を与えた。図５ａ及び５ｂは、感度の測定結果を示すグラフである。図５ａは、センシング電極の上方に位置する指に関する距離に対してプロットした読出しＳＮＲ及びＴＤＣコード（ＲＭＳバーを伴う）を示しており、図示のように、相当なＳＮＲが３０ｃｍまで維持されている（１６ｃｍで３０ｄＢのＳＮＲ）。ＳＮＲは広く使用されている指標であるが、実際には、例えばディスプレイなどからの浮遊雑音の存在下では感度を代表しない。図５ｂは、ゼロから様々なピーク−ピーク値まで変化されたディスプレイ雑音が直接的に（ディスプレイのコモン電極から入力を送られる容量結合された増幅器によって）ＯＰ上に駆動されるときのＴＤＣコード（ＲＭＳバーを伴う）を示しており、大きい雑音値であっても読出しには最小限の影響であることが観察される。図６は、測定結果の概要及び最新技術との比較を示す表である。他のシステムはタッチベースであるが、提示するシステムは、３０ｃｍまでの距離に関して報告された最も高いＳＮＲを達成している。最悪の場合の横変位検知の分解能を、電極より上の様々な距離について示している（分解能は、平均ＴＤＣコードがコードのＲＭＳに等しい変位として定義している）。デジタル回路及びＯＰドライバには１．２Ｖから電力供給する一方で、アナログ回路には２．５Ｖから電力供給し、２０ｍＷ未満（周波数読出しに４７５μＷ、ＯＰドライバに１９ｍＷ）の総電力消費を得ている。読出し時間はチャネル当たり５００μｓであり、２４０Ｈｚの走査レートを可能にする。
【００２２】
理解されるべきことには、開示したタッチ検知手法に基づいて幾つもの変形が可能である。上述のように、伝統的なキャパシタンスに基づくタッチ検知は、１−２ｃｍの距離に制限されている。ここでの開示は、ロウ及びカラムの電極に関して延長されたレンジ（＞３０ｃｍ）を達成する。下に位置する発振プレーンを用いることで、下方のディスプレイのグランドプレーンによって発生される電界フリンジングが低減される。一部のケースにおいて、ロウ及びカラムの電極は、（マルチタッチディスプレイにおいてのように）複数のジェスチャを同時に検知するときにゴースト効果に悩まされ得る。これは、日常的な物（タブレット表面、壁紙、家具）に埋め込まれたセンシングインタフェースによって複数ユーザにまたがる協働的インタラクションを狙いとした、大面積のインタラクティブ空間用途に関して制約となる。
【００２３】
ゴースト効果を克服するため、本ワークは、ピクセル電極のアレイを用いたレンジ延長された静電容量式センシングシステムを提示する。レンジ延長されたセンシングは高感度の読出しを必要とし、ピクセルベースのセンシングに以下のような幾つかの難題をもたらす。
【００２４】
１）  アレイのサイズがスケーリングされるにつれて、ＣＭＯＳ読出しＩＣにインタフェースを取らなければならない信号の数が増加する。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路に基づくアクティブマトリクス手法を考えることができるが、これらは雑音を増大させ（ＴＦＴのスイッチングによる）、感度を低下させ（抵抗上のＴＦＴによる）、そして、フレームレートを制限する（ＴＦＴのスピードによる）。
【００２５】
２）  アレイのサイズがスケーリングされるにつれて、フレーム当たりの電極数の増加により、より高い読出し速度が必要となる。
【００２６】
３）  アレイ内の各ピクセルに必要とされる配線が、ジェスチャに対する寄生容量結合を高め、ピクセルでのキャパシタンス検知の位置特定を劣化させる。
【００２７】
これらの難題を克服するため、各タッチセンサ（ピクセル）に対して柔軟性をもってパターニングされる埋込アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）ＴＦＴ回路を用いて、システムを実装することができる。理解されるべきことには、開示するピクセルベースのタッチセンサは、コモン電極及び／又は発振プレーンを有するディスプレイ、又はコモン電極若しくは発振プレーンを有しないその他のタッチ表面に集積され得る。当該回路は、キャパシタンス−周波数変換及びピクセル読出しの制御を実行し、ＣＭＯＳ読出しＩＣを用いて達成可能な読出し速度及びインタフェースを大いに向上させる。理解されるべきことには、開示する技術は、この開示の範囲を逸脱することなく、多様な集積回路技術に適用され得る。
【００２８】
図８は、フレキシブルなピクセルベース大面積センシングシート２０２と、フレキシブルなキャパシタンス−周波数（Ｃ２Ｆ）変換シート２０４と、カスタムＣＭＯＳ読出しＩＣ２０６とを含んだシステムアーキテクチャ２００を示すブロック図である。大面積センシングシート２０２は、各々５×５ｃｍ２のタッチセンサ又はピクセルの２次元アレイ、例えば、電極ピクセル２１０の４×４アレイを含んでいる。タッチセンサ電極は、ＩＴＯ及び銅の双方を用いて実装され得るが、その他の材料が使用されてもよい。理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、多様なピクセル構成が可能である。レンジ延長されたセンシングは、３Ｄジェスチャを可能にするだけでなく、１０ｃｍのピクセル離隔ピッチを可能にすることによって電力消費に実質的な利益をもたらす。故に、比較的少ないピクセルで大きいセンシング面積（このシステムにおいては４０×４０ｃｍ２）を達成することができる。
【００２９】
自己キャパシタンス読出しのため、ピクセルはＣ２Ｆ変換シート２０４に接続している。この例において、Ｃ２Ｆ変換シート２０４は、各ピクセルに１つのＴＦＴ  ＬＣセンシング発振器（ＳＯ）２１４のアレイを含んでいる。ジェスチャは、ピクセルの自己キャパシタンスを揺動させ、ＳＯにおける周波数シフトをもたらす。読出しフレームレートを高めるために、周波数分割多重化が使用され得る。この例においては、各ロウの４つのピクセルに対応するＳＯ群が、４つの異なる定格周波数（Ｆ１−４）に設定されている。これは、４つの異なる周波数チャネルでのロウごとの同時読出しを可能にする。各ロウのＳＯ群がピックアップループ２１６によって囲まれており、４つのロウからのループが並列に、ＣＭＯＳ読出しＩＣ２０６にインタフェースを取られた単一のピックアップループ２１８に接続されている。読出しにおいて、ＴＦＴ走査回路が、ＣＭＯＳ読出しＩＣ２０６の制御下で、ラウンドロビンＥＮ＜１−４＞信号により、ＳＯの各ロウを順次にイネーブルする。ＣＭＯＳ読出しＩＣへの単一のインタフェースの使用によって、ピクセル数ひいては全センシング面積のスケーラビリティが可能にされるとともに、各ロウの４つのピクセルの同時読出しによって、高められたフレームレートが可能にされる。
【００３０】
２次元アレイのピクセルを用いたレンジ延長されたセンシングを更に可能にするため、２つの手法が使用され得る。第１に、パターン形成された大きいインダクタによって可能にされる高ＱのＴＦＴ  ＳＯが使用され得る。これは、浮遊雑音及びＴＦＴデバイス雑音の双方をフィルタリングすることによって感度を高める。ＳＯ及び低雑音ＣＭＯＳ読出しチャネルについては後述する。第２に、大面積のセンシングシート上で、参照符号２２０によって大まかに示すように、ＳＯをピクセルに接続する配線に差動ルーティングが使用され得る。各接続には単一の配線が必要とされるのみであるが、配線上の何処かへのジェスチャからの静電結合が、検知されるキャパシタンスに影響を及ぼし、ひいては、ピクセルでのセンシング位置特定を劣化させてしまい得る。ピクセルで位置特定されるセンシングを確保するため、（図８に示すように）各配線に近接して逆位相信号がルーティングされる。これは、その配線に強い静電結合を生じさせ、その電界を閉じ込め、故に、ピクセルの自己キャパシタンスを、ジェスチャへの支配的なカップリングにする。逆位相信号は、ＴＦＴ  ＳＯから容易に入手可能である。
【００３１】
Ｃ２Ｆシート及びＣＭＯＳ読出しＩＣの更なる詳細を図９に示す。この例においては、各ロウの４つのＳＯ２２２が、最小で４００ｋＨｚ（パターン形成された平面インダクタによって設定される）だけ離隔された定格周波数を有するように設計されている。これら４つのＳＯ２２２は、ピックアップループと誘導結合している。ＣＭＯＳ読出しＩＣは、４つの周波数読出しチャネル２３０と走査制御ドライバ２３２とを含んでいる。
【００３２】
これら４つの周波数読出しチャネルは、Ｙ．Ｈｕ，Ｌ．Ｈｕａｎｇ，Ｗ．Ｒｉｅｕｔｏｒｔ−Ｌｏｕｉｓ，Ｊ．Ｓａｎｚ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｓ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｊ．Ｃ．Ｓｔｕｒｍ、及びＮ．Ｖｅｒｍａによる“３Ｄ  ｇｅｓｔｕｒｅ−ｓｅｎｓｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  ｄｉｓｐｌａｙｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｅｘｔｅｎｄｅｄ−ｒａｎｇｅ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ”（２０１４年２月、ＩＳＳＣＣ  Ｄｉｇｅ．Ｔｅｃｈ．ｐａｐｅｒｓ、ｐｐ．２１２−２１３）に開示されているものと同様であり、その全体をここに援用する。各チャネルは、ＬＣローカル発振器（定格ＳＯ周波数の各々に合わせて設定される）を含んでいる。差動ギルバートミキサによって、周波数下方変換（ダウンコンバージョン）が実行され、二次ローバスフィルタ（ＬＰＦ）によって、ダウンコンバートされた信号上で周波数チャネル分離（アイソレーション）が達成される。ＬＰＦ遮断周波数は２０ｋＨｚに設定されており、これは、隣接するチャネルから２６ｄＢの最小振幅抑圧をもたらす。得られた出力が、二段前置増幅器と連続時間のヒステリシスのある比較器とを用いて、周波数変調されたデジタル信号へと増幅される。雑音を低減するため、以下の２つの手法が採用されている：（１）前置増幅器が、５ｐＦの出力キャパシタによって設定された２００ｋＨｚの遮断周波数で雑音をフィルタリング除去する；（２）比較器のヒステリシスが、ダウンコンバートされた信号の交点付近で雑音によって発生し得る誤った出力エッジを防止する。そして、ＬＯからクロックを取得する１６ｂの時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、周波数のデジタル化が実行される。
【００３３】
走査制御ドライバは、単純に、Ｃ２Ｆシート上のＴＦＴ回路によるラウンドロビンＥＮ＜ｉ＞信号の生成を制御するための、３．６Ｖスイングを有する二相クロック信号、及びグローバルリセットを生成する。以下、高められた走査レート及びピクセルアレイのスケーラビリティを可能にする助けとなるものであるＴＦＴ回路の詳細を説明する。
【００３４】
Ａ．薄膜センシング発振器（ＳＯ）
図１０は、センシング発振器（ＳＯ）２４２のブロック図である。理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、その他のＳＯ構成も使用され得る。上記４つの周波数読出しチャネルを十分に分離するために高周波発振が必要とされ、また、チャネル内で十分なキャパシタ検知精度を確保するために低い位相雑音（ジッタ）が必要とされる。ＴＦＴは、およそ１ＭＨｚのｆＴを持ち、低い性能を有するが、ＬＣ発振器を用いて、ｆＴを超える高周波発振が達成される。これが可能であるのは、タンクインダクタがＴＦＴ寄生キャパシタンスと共振するが故に、寄生成分によって制限されない周波数が可能であるためである。重要な要件は、正帰還発振条件（ｇｍＲｔａｎｋ＞１）が満たされることである。物理的に大きい螺旋をパターン形成可能なことは、増大されたインダクタＱ（高Ｒｔａｎｋ）を可能にし、低いＴＦＴ性能にかかわらずにロバストな発振を可能にする。図１１ａ及び１１ｂは、４つの定格ＳＯ周波数（３．０ＭＨｚ、２．４ＭＨｚ、１．７ＭＨｚ、１．３ＭＨｚ）に関するインダクタパラメータを示す表及びグラフである。４つの並列ＳＯチャネルＦ１−４のオシロスコープ波形もプロットしてある。得られる高Ｑタンクはまた、高いＴＦＴ雑音に対する発振器ジッタも改善する。それはシステムＳＮＲに限界を課すので、このことは重要なファクタである。測定されたジッタは、全ての発振器に関して、＜５．４ｐｓＲＭＳである。
【００３５】
Ｂ．薄膜走査回路
ＴＦＴ走査回路は、なおもＣＭＯＳ読出しＩＣからの最小数の信号を使用して、多数のロウにスケーリング可能な順次のロウイネーブル信号（ＥＮ＜ｉ＞）を生成するように構成される。ＥＮ＜ｉ＞信号は、ＳＯのテイルＴＦＴを駆動する（図１０参照）。走査回路に関する難題は、一方では、（正帰還発振条件を満足するのに）十分なＳＯデバイスにおける電流（トランスコンダクタンス）及び高い走査レートの双方のために、大きくて速い出力電圧スイングが要求とされ、他方では、標準ａ−ＳｉプロセスにはＰＭＯＳデバイスが存在しないことが、特に要求されるスイング及び速度に見合った大きい電源電圧及びデバイスを用いるときに、大きい静電流をもたらして電力消費を上昇させることである。
【００３６】
図１２は、走査回路２５２のブロック図である。使用されている回路は、Ｔ．Ｍｏｙ，Ｗ．Ｒｉｅｕｔｏｒｔ−Ｌｏｕｉｓ，Ｙ．Ｈｕ，Ｌ．Ｈｕａｎｇ，Ｊ．Ｓａｎｚ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｊ．Ｃ．Ｓｔｕｒｍ，Ｓ．Ｗａｇｎｅｒ、及びＮ．Ｖｅｒｍａによる“Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅａ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  ＣＭＯＳ  ＩＣｓ”（Ｄｅｖｉｃｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２０１４年６月）に開示されている設計と同様であり、その全体をここに援用する。理解されるべきことには、この開示の範囲を逸脱することなく、その他の走査回路も使用され得る。この走査回路は、二相クロック信号：
【００３７】
【数１】
2016524217.tif 000003
及びグローバルリセット（ＧＲＳＴ＿ＩＣ）という、ＣＭＯＳ読出しＩＣからの３つの制御信号のみを必要とする。レベルコンバータ（これは、ＣＭＯＳの３．６ＶのＩＯ電圧を〜１５Ｖに変換する）は別として、静的な電力消費は一度に１つのみの走査素子（走査［ｉ］）によって消費される。これは、総電力消費における最小限のスケーリングで、ロウ数のスケーリングを可能にする。ＰＭＯＳデバイスが存在しないにもかかわらず、ＴＦＴ電源電圧に近い十分なスイングを有するＥＮ＜ｉ＞出力が生成される。
【００３８】
図１３ａ及び１３ｂは、レベルコンバータ及びチェイン内のＮ番目の走査素子の双方に関する測定動作波形を示すグラフである。レベルコンバータは、入力ＡＣカップリング網を介して十分な利得にバイアスされるコモンソース増幅器である（図１２参照）。ＡＣカップリング時定数は、クロックパルスを保存するのに十分な遅さに設定される。高速な上昇時間に合わせて選定される低い値の負荷抵抗が、コモンソース増幅器の出力がグランドに完全に到達するのを妨げる。グランドまでのスイングを達成するため、出力キャパシタ及びＮＭＯＳが含められ、それにより、走査素子における静電流の最大のゲーティングが確保される。
【００３９】
走査素子（図１２参照）は、概して以下のように動作する。最初に、グローバルリセット信号（ＧＲＳＴ）により、ＥＮ＜Ｎ＞ノードのみがグランドに放電される。次いで、走査中、Ｎ番目の素子が、Ｎ−１番目の素子から、
【００４０】
【数２】
2016524217.tif 000004
によって駆動されるチャージイン（charge-in）信号（ＣＩＮ）を受け取る。これにより、内部キャパシタＣｉｎｔの両プレートが放電される。その後、ＣＩＮがロー（低）になると、プルアップ抵抗が、Ｃｉｎｔの下部プレートをハイ（高）に充電する。Ｃｉｎｔ（４７０ｐＦ）は、出力をロードする寄生キャパシタよりも大きく設定されており、故に、ＥＮ＜Ｎ＞も電源電圧に近い値まで上昇させられる。そして、これにより、
【００４１】
【数３】
2016524217.tif 000005
によって制御されるときに、ＣＯＵＴがハイになることが可能になる。これに続いて、Ｎ＋１番目の素子から受信されるリセット信号（ＲＳＴ）により、Ｃｉｎｔの上部プレートのみが放電される。その後、Ｃｉｎｔの上部プレート上のＴＦＴによるリーク電流が、出力電圧をこの状態に保持するように作用する。これにより、動的出力ノードの能動リセット間の、より長い時間にかかわらずに、走査素子の数をロバストに増加させることが可能になる。さらに、ＣＩＮは一度に唯一の走査素子に対してアサートされるので、動的及び静的な電力がチェイン内の素子数とともに上昇することはない。
【００４２】
実験結果
図１４は、試作品のタッチ検知システム２６２の図である。タッチ検知システム２６２は、ＩＢＭ社からの１３０ｎｍＣＭＯＳプロセスにて製造されたカスタムＣＭＯＳ読出しＩＣ２６４と、５０μｍのポリイミド上に自前で製造したＴＦＴ回路２６６（明瞭さのため、Ｃ２Ｆシートの半分のみを示している）とを含んでいる。ＴＦＴプロセスは、１８０℃の温度で水素化ａ−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ：Ｈ）に基づく。ＳＯの交差結合されるＴＦＴは、低周波チャネル（Ｆ３及びＦ４）では３６００μｍ／６μｍ、高周波チャネル（Ｆ１及びＦ２）では１８００μｍ／６μｍのサイズである。走査回路のＴＦＴは、２０００μｍ／１０μｍ（ＣＩＮのＴＦＴ）及び１０００μｍ／１０μｍ（ＧＲＳＴ、ＲＳＴ及びＣＬＫのＴＦＴ）のサイズである。レベルシフタのＴＦＴは、コモンソース増幅器では７２００μｍ／１０μｍ、出力プルダウンデバイスでは３０００μｍ／１０μｍのサイズである。
【００４３】
図１５ａ及び１５ｂは、銅電極を用いた感度測定結果を示すグラフである。図１５ａは、センシング電極の上方に位置する手に関する距離に対してプロットした読出しＳＮＲ及びＴＤＣコード（ＲＭＳバーを伴う）を示しており、図示のように、相当なＳＮＲが１６ｃｍまで維持されている（１０ｃｍで２２ｄＢのＳＮＲを有する）。図１５ｂは、センシング電極の上方５ｃｍの手に関する水平方向の変位に対して読出しＳＮＲ及びＴＤＣコードを示しており、５ｃｍの変位（使用した１０ｃｍの電極ピッチでの最悪の場合の変位に相当する）で２２ｄＢのＳＮＲが達成されている。
【００４４】
図１６ａ及び１６ｂは、時間ドメインでの測定波形及び読出し出力を示すグラフである。図１６ａは、ＴＦＴ走査回路によって生成されたラウンドロビンＥＮ＜１−４＞信号を示している。図１６ｂは、上方６ｃｍの距離で電極のロウを横切って手をスワイプする間にＣＭＯＳ  ＩＣから得られた周波数シフトを示している（図示の周波数変化Δｆは、取得されたＴＤＣコードから得ている）。
【００４５】
図１７は、試作品のタッチ検知システムの性能の概要を示す表である。このシステムは、１０ｃｍの距離にある手で２２ｄＢのＳＮＲを達成している。１０ｃｍの距離において、ｘ、ｙ方向の分解能は１．８ｃｍであり、ｚ方向の分解能は１ｃｍである。４チャネルＣＭＯＳ読出し回路は１．８ｍＷを消費する。ＴＦＴ  ＳＯアレイ及び走査回路は、２０Ｖ電源から２４ｍＷを消費する。走査回路が１ｋＨｚで動作すると、読出し時間はロウ当たり１ｍｓであり、２４０Ｈｚの走査レートを可能にする。
【００４６】
３Ｄジェスチャセンシングは、魅力的なヒト−コンピュータ間インタフェースを可能にする。大面積シートへとスケーリング可能であり且つフレキシブルなフォームファクタに基づくシステムは、典型的な生活空間内の物体及び表面の中に一体化される可能性により、特に関心のあるものである。静電容量式センシングシステムは最近になって、延長されたレンジを達成して、自身を３Ｄジェスチャセンシング実行可能なものにする能力を例証してきている。フリンジングを抑制あるいは排除するとともにピクセルベースのタッチ検知システムを提供するように構成される構成が、ここに開示されている。従来システムは、ゴースト効果なしで複数のジェスチャを同時に検出して分離する能力を限られていた。開示した構成は、抑制されたフリンジングで静電容量式センシングをレンジ延長し（＞１６ｃｍ）、また、スケーリング可能なピクセルアレイを含み得る。従来のピクセルベースのセンシングは、読出しＩＣでのインタフェース数を増加させる必要性のために難題をもたらしていた。開示したシステムは、それを、キャパシタンス−周波数変換のためのＴＦＴセンシング発振器（ＳＯ）と、ピクセルＳＯのロウを順次にイネーブルするＴＦＴ走査回路とを採用することによって解消する。故に、全てのピクセルが、誘導結合を介して、単一のインタフェースによって、読出しＩＣにインタフェース接続される。全てのＴＦＴ回路を柔軟性をもって自前で製造し、ＩＣは、ＩＢＭ社から１３０ｎｍＣＭＯＳプロセスを用いて製造されている。４０ｃｍ×４０ｃｍのセンシング面積に及ぶ４×４のピクセルアレイを用いて、このシステムは、ＩＣに関して１．８ｍＷ及びＴＦＴ回路に関して２４ｍＷの電力消費で、毎秒２４０フレームを上回る走査レートを達成する。
【００４７】
開示装置の更なる説明はＹ．Ｈｕ，Ｌ．Ｈｕａｎｇ，Ｗ．Ｒｉｅｕｔｏｒｔ−Ｌｏｕｉｓ，Ｊ．Ｓａｎｚ  Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｓ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｊ．Ｃ．Ｓｔｕｒｍ，及びＮ．Ｖｅｒｍａによる“３Ｄ  Ｇｅｓｔｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−ｒａｎｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ”（Ｉｎｔ’ｌ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆ．（ＩＳＳＣＣ），２０１４年２月）、Ｙｉｎｇｚｈｅ  Ｈｕ，Ｔｉｆｆａｎｙ  Ｍｏｙ，Ｌｉｅｃｈａｏ  Ｈｕａｎｇ，Ｗａｒｒｅｎ  Ｒｉｅｕｔｏｒｔ−Ｌｏｕｉｓ，Ｊｏｓｕｅ  Ｓａｎｚ  Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｓｉｇｕｒｄ  Ｗａｇｎｅｒ，  Ｊａｍｅｓ  Ｃ．Ｓｔｕｒｍ，Ｎａｖｅｅｎ  Ｖｅｒｍａによる“３Ｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｇｅｓｔｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｐｉｘｅｌ  Ｓｅｌｆ  −Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｒｅａｄｏｕｔ  ｕｓｉｎｇ  ＴＦＴ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓなる論文にあり、ここに完全に記述されているかのようにそれらの全体を援用する。
【００４８】
ここに挙げた全ての参照文献も本出願の一部であり、ここに完全に記述されているかのようにそれらの全体を援用する。理解されるべきことには、ここでの開示に基づいて数多くの変形が可能である。特定の実施形態にて複数の特徴及び要素を上述したが、各々の特徴又は要素は、その他の特徴及び要素なしで単独で使用されることができ、あるいは、その他の特徴及び要素を有していようと有していなかろうと、様々な組み合わせで使用されることができる。ここに提示された方法又はフローチャートは、汎用コンピュータ又はプロセッサによる実行のために非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に組み込まれた、コンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにて実装され得る。コンピュータ読み取り可能記憶媒体の例は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、例えば内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの磁気媒体、光磁気媒体、並びに、例えばＣＤ−ＲＯＭディスク及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体を含む。
【図１ａ】
2016524217.tif 000006
【図１ｂ】
2016524217.tif 000007
【図１ｃ】
2016524217.tif 000008
【図２ａ】
2016524217.tif 000009
【図２ｂ】
2016524217.tif 000010
【図３ａ】
2016524217.tif 000011
【図３ｂ】
2016524217.tif 000012
【図４ａ】
2016524217.tif 000013
【図４ｂ】
2016524217.tif 000014
【図５ａ】
2016524217.tif 000015
【図５ｂ】
2016524217.tif 000016
【図６】
2016524217.tif 000017
【図７】
2016524217.tif 000018
【図８】
2016524217.tif 000019
【図９】
2016524217.tif 000020
【図１０】
2016524217.tif 000021
【図１１ａ】
2016524217.tif 000022
【図１１ｂ】
2016524217.tif 000023
【図１２】
2016524217.tif 000024
【図１３ａ】
2016524217.tif 000025
【図１３ｂ】
2016524217.tif 000026
【図１４】
2016524217.tif 000027
【図１５ａ】
2016524217.tif 000028
【図１５ｂ】
2016524217.tif 000029
【図１６ａ】
2016524217.tif 000030
【図１６ｂ】
2016524217.tif 000031
【図１７】
2016524217.tif 000032
【国際調査報告】
2016524217.tif 000033