(57)【要約】  相互容量方式のタッチセンサは、基板と、基板に形成された電極素子のアレイとを備える。各電極素子は、少なくとも二つの駆動電極と、少なくとも一つの検知電極とを有する第１電極グループ、または、少なくとも二つの検知電極と、少なくとも一つの駆動電極とを有する第２電極グループ、を少なくとも一つを備える。第１または第２グループの各電極は、キャパシタンスをもつ回路要素であるキャパシタの一方と他方とを電気的に結ぶ距離である結合距離が異なる、複数のキャパシタを形成するように配置されている。コントローラは、電極素子のアレイに作用するように接続されている。また、コントローラは、入力オブジェクトがタッチセンサに近づくにつれ、複数のキャパシタについての、測定値が減少するときに、入力オブジェクトを導電性オブジェクトとして特定するとともに、入力オブジェクトがタッチセンサに近づくにつれ、複数のキャパシタの少なくとも一つの、測定値が増加するときに、入力オブジェクトを非導電性オブジェクトとして特定するように構成されている。
2016540317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互容量方式のタッチセンサであって、
基板と、
上記基板に形成された電極素子のアレイと、
上記電極素子のアレイに作用するように接続されたコントローラと、
を備え、
各電極素子は、
少なくとも二つの駆動電極と、少なくとも一つの検知電極と、を含む第１電極グループ、または、
少なくとも二つの検知電極と、少なくとも一つの駆動電極と、を含む第２電極グループ、
を少なくとも一つを備え、
上記第１または第２グループの各電極は、キャパシタンスを持つ回路要素であるキャパシタの一方と他方とを電気的に結ぶ距離である結合距離が異なる、複数のキャパシタを形成するように配置されており、
上記コントローラは、
入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、第１の特有の変化に応じ、上記入力オブジェクトを導電性オブジェクトとして特定する、とともに、
上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、上記第１の特有の変化とは異なる第２の特有の変化に応じ、上記入力オブジェクトを非導電性オブジェクトとして特定する、
ように構成されていることを特徴とするタッチセンサ。
【請求項２】
上記第１の特有の変化は、上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、キャパシタンスの減少である、とともに、
上記第２の特有の変化は、上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの少なくとも一つの、キャパシタンスの増加である、
ことを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
上記コントローラは、上記複数のキャパシタについての、測定値に基づき、上記タッチセンサの表面に対する、上記オブジェクトの位置および高さを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
上記第２電極グループの上記少なくとも二つの検知電極は、二つの検知電極が、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、対として配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
検知電極の対の第１検知電極は、上記検知電極の対の第２検知電極よりも、センサの基板の平面において、短い距離にて上記駆動電極から離れていることを特徴とする請求項４に記載のタッチセンサ。
【請求項６】
上記第１電極グループの上記少なくとも二つの駆動電極は、二つの駆動電極が、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、対として配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項７】
上記駆動電極の対の第２駆動電極は、上記駆動電極の対の第１駆動電極よりも、センサの基板の平面において、長い距離にて上記検知電極から離れていることを特徴とする請求項６に記載のタッチセンサ。
【請求項８】
二つの駆動電極と、二つの検知電極とが、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、
上記第１電極グループの上記少なくとも二つの駆動電極は、駆動電極の対として配置されている、とともに、
上記第１電極グループの上記少なくとも一つの検知電極は、検知電極の対として配置されている、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項９】
上記検知電極の対の第１検知電極は、上記検知電極の対の第２検知電極の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれていることを特徴とする請求項４または８に記載のタッチセンサ。
【請求項１０】
上記駆動電極の対の第１駆動電極は、上記駆動電極の対の第２駆動電極の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれていることを特徴とする請求項６または８に記載のタッチセンサ。
【請求項１１】
上記第２電極グループの上記検知電極は、複数の、検知電極の対として配置されており、
各対は、
第１のデュアルファンクション検知電極と、
第２のデュアルファンクション検知電極と、
を含み、
上記少なくとも一つの駆動電極は、駆動電極の対を備える；または、
上記第１電極グループの上記駆動電極は、複数の、駆動電極の対として配置されており、
上記少なくとも一つの検知電極は、検知電極の対を備え、
各対は、
第１のデュアルファンクション検知電極と、
第２のデュアルファンクション検知電極と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項１２】
上記検知電極の対は、
奇数番目の、検知電極の対と、
偶数番目の、検知電極の対と、
に分けられる、とともに、
上記駆動電極の対は、
奇数番目の、駆動電極の対と、
偶数番目の、駆動電極の対と、
に分けられる；
上記第１の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の、過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある；とともに、
上記第２の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、偶数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、
ことを特徴とする請求項１１に記載のタッチセンサ。
【請求項１３】
上記検知電極の対は、
奇数番目の、検知電極の対と、
偶数番目の、検知電極の対と、
に分けられる、とともに、
上記駆動電極の対は、
奇数番目の、駆動電極の対と、
偶数番目の、駆動電極の対と、
に分けられる；
上記第１の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の、過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある；とともに、
上記第１の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第２の、偶数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、
ことを特徴とする請求項１１に記載のタッチセンサ。
【請求項１４】
検知電極の対は、第１透明導電層に形成され、
駆動電極の対は、第２透明導電層に形成され、
上記第１および第２透明導電層は、絶縁層により隔てられることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項のタッチセンサ。
【請求項１５】
上記検知電極の対は、
奇数番目の、検知電極の対と、
偶数番目の、検知電極の対と、
に分けられる、とともに、
上記駆動電極の対は、
奇数番目の、駆動電極の対と、
偶数番目の、駆動電極の対と、
に分けられる；
上記第１の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある；とともに、
上記第１の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第２の、偶数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、
ことを特徴とする請求項１４に記載のタッチセンサ。
【請求項１６】
上記コントローラは、上記入力オブジェクトの決定された種類に基づき、アクションを選択するように構成されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項１７】
タッチパネルに対する少なくとも一つの入力オブジェクトの存在・種類・または位置を決定する方法であって、
コントローラ回路は、上記タッチパネルにおけるキャパシタンスの測定値を生成し；
上記方法は、
上記コントローラ回路からのキャパシタンスの測定値のデータをデータフレームに入力する工程と、
上記データフレームにおいて表されるデータが、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが存在しないときの、状態に関係する、キャパシタンスの変化に対応するように、上記データフレームを調整する工程と、
上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記タッチパネルの検知範囲内にあるのかを決定するように、上記データフレームの上記データを解析する工程と、
上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記タッチパネルの上記検知範囲内にあるときに、上記データフレームの上記データに基づき、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの種類および位置を決定する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、種類および位置を決定する工程は、
調整されたサブフレームの組合せに基づき第１および第２の合成サブフレームを計算する工程と、
少なくとも一つの上記第１または第２の合成サブフレームにおける、有意なピーク位置を決定するように、上記第１および第２の合成サブフレームを解析する工程と、
少なくとも一つの上記第１または第２の合成サブフレームにおける、変化に基づき決定された上記有意なピーク位置において、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの上記種類を決定する工程と、
上記有意なピーク位置から、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、上記位置を推定する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記合成サブフレームは、調整されたサブフレームの、重み付けされた和を低域フィルタリングすることにより得られることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ＰＯＳ１（Ｐ）として上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、位置を推定する工程をさらに含み、
Ｐは、上記有意なピーク位置であり、
ＰＯＳ１は、上記第１または第２の合成サブフレームにおいて、
Ｐの近くの点位置の和として定義される、とともに、
測定されたキャパシタの電荷により重み付けられる、
ことを特徴とする請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
推定する工程は、調整された上記データフレームの、モデルを定義する工程を含み、
上記モデルは、
入力オブジェクトと、電極素子に対する上記入力オブジェクトの対応する位置とを表す、とともに、
与えられたサブフレームにおいて、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記対応する位置にあることによる、上記サブフレームに対応する、上記電極素子において測定されるであろうキャパシタンスの変化を予測するように機能する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、決定された種類に基づき、アクションを選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、決定された上記種類とは独立している、アクションを選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７から２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、概してタッチパネル装置に関し、特には静電容量方式のタッチパネルに関する。このような静電容量方式のタッチパネル装置では、例えば、携帯電話・タブレットおよびデスクトップＰＣ・電子書籍リーダ・ならびにデジタルサイネージ製品を含む、民生電気製品の分野における応用が見受けられる。
【０００２】
2013年12月20日に出願された米国特許出願番号14/135,639について、優先権を主張し、その内容は、参照により本願に組み込まれる。
【０００３】
〔背景技術〕
タッチパネルは、最近では、スマートフォンおよびタブレット装置といった高級な携帯型の電子製品のための入力装置として広く適用されるようになった。種々の技術をこれらのタッチパネルの実現に用いることができるが、静電容量方式のシステムは、その正確さ・耐久性・およびタッチ入力イベントを小さな起動力にてまたは起動力を必要とせずに検知することができる機能により、最も普及することが証明された。
【０００４】
タッチパネル向けの静電容量方式の検知方法における最も基本的な方法は、表面型静電容量方式の方法である。表面型静電容量方式の方法は、例えばUS4293734（Pepper、1981年10月6日；特許文献１）に開示されている。図１は、表面型静電容量方式のタッチパネルの典型的な構成を示している。図１の表面型静電容量方式のタッチパネルは、透明基板１００を備えている。透明基板１００の表面は、導電性の材料によって被覆されている。その導電性の材料は、検知電極１１０を形成している。一つまたは複数の電圧源１２０が、例えば検知電極の角において、検知電極に接続されているとともに、基板上に静電場を生成することに用いられている。人の指のような導電性入力オブジェクト１３０が、検知電極の近傍に近づくときに、キャパシタ１４０が、検知電極１１０と、入力オブジェクト１３０との間において、動的に形成されるとともに、この領域が広がる。キャパシタ１４０は、電圧源１２０から流れる電流の量を変化させる。電流の変化の大きさは、指の位置と、電圧源が検知電極に接続される位置との間の距離によって変化する。電流センサ１５０は、各電圧源１２０から流れる電流を測定するために置かれている。そして、各電圧源において測定された電流の大きさを比較することにより、タッチ入力イベントの位置が計算される。構成および動作において単純であるが、表面型静電容量方式のタッチパネルは、複数の同時に発生するタッチ入力イベントを検知できない。それらのタッチ入力イベントは、例えば、二つまたはそれをこえるの指がタッチパネルに接触するときに発生する。
【０００５】
他のよく知られてた方法であって、タッチパネルに適用される静電容量方式の検知方法は、投影型静電容量方式の方法である。その方法は、結合容量方式としても知られている。この方法において、図２に示されるように、駆動電極２００と検知電極２１０とが、透明基板（非図示）上に形成されている。そして、変化する電圧または励振信号が、電圧源２２０から駆動電極２００へ与えられる。その後、信号が、隣接する検知電極２１０に生成される。これは、駆動電極２００と検知電極２１０との間に形成された相互結合キャパシタ２３０を介する容量結合によってなされる。電流測定手段２４０は、検知電極２１０に接続されているとともに、相互結合キャパシタ２３０のキャパシタンスの測定値を与える。入力オブジェクト１３０が、両方の電極の近傍へ近付けられるときに、それは、駆動電極２７０に対する第１の動的なキャパシタと、検知電極２８０に対する第２の動的なキャパシタとを形成する。入力オブジェクトが、グランドに接続されている、例えば人体につながっている人の指である場合に、これらの動的に形成されたキャパシタの効果は、駆動電極と検知電極との間における容量結合規模の縮小、および検知電極２１０に取り付けられた電流測定手段２４０によって測定される信号振幅の低下、として現れる。
【０００６】
例えばUS7663607（Hotelling、2010年2月6日；特許文献２）においてよく知られているとともに開示されているように、複数の、駆動電極と検知電極とを、格子状のアレイに配置することにより、この投影型静電容量方式の検知方法を、タッチパネル装置を実現するように利用できる。そのようなシステムにおいては、アレイにおける駆動電極と検知電極との交差ごとにキャパシタンスの変化を測定することにより、タッチ入力の位置が決定される。投影型静電容量方式のタッチセンサの感度が、十分に高ければ、測定されるキャパシタンスは、入力オブジェクトがタッチパネルの表面に触れずとも近づいたときに、顕著に変化し得る。その結果、キャパシタンスの変化の閾値は、測定された変化がこの閾値をこえるときに、入力オブジェクトが上記表面に触れていると扱われるように、特徴付けられる。投影型静電容量方式の検知方法の、表面型静電容量方式の方法に対する有利な点は、複数の同時に発生するタッチ入力イベントを検知できることにある。
【０００７】
タッチパネルに対して従来に適用されていた前述のキャパシタンス測定技術の限界は、例えば、木製の・樹脂製の・または類するものの、非導電性または絶縁オブジェクトからの入力を検知できないことにある。非導電性オブジェクトが、空気とは異なる誘電率を有することにより、測定されるアレイのキャパシタンスは、非導電性オブジェクトがタッチパネル表面近傍に近づくときに変化する。しかし、結果として得られる信号の振幅は、非常に小さく、例えば導電性オブジェクトによって生成されるその振幅の１％よりも小さくなるとともに、非導電性オブジェクトの構成材料の種類と、周囲の環境条件とによって変化する。これは、不利に働き、タッチパネルの使い勝手を損ねる。その理由は、指または金属製のペンあるいはスタイラスといった、導電性入力オブジェクトを用いる操作を制限することにある。特に、そのユーザは、普通の（非導電性の）手袋を装着しているときに、または樹脂製のペンといった非導電性オブジェクトを把持しているときに、確実にはタッチパネルを操作することができない。
【０００８】
タッチパネル表面上の水滴は、非導電性オブジェクトとして扱われ得るとはいえ、ユーザの制御下において入力オブジェクトとして扱われるわけではない。ゆえに、水滴の影響は、検知されるのではなく、排除されるべきである。例えば米国特許出願20040189617（Gerpheide、2004年9月30日；特許文献３）は、タッチパネル表面上の水滴の影響を相殺することができる静電容量方式のタッチパネルを開示している。そのタッチパネルアレイは、非導電性の水滴の存在を検知する追加電極を備えている。これにより、そのタッチパネルを、湿潤状態において用いることができる。しかし、タッチパネルは、一般的に、非導電性入力オブジェクトの位置を検知できるわけではない。
【０００９】
〔先行技術文献〕
〔特許文献〕
〔特許文献１〕US4293734（Pepper、1981年10月6日）
〔特許文献２〕US7663607（Hotelling、2010年2月6日）
〔特許文献３〕米国特許出願20040189617（Gerpheide、2004年9月30日）
〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
以上のとおり、静電容量方式のタッチパネルを用い、導電性および非導電性入力オブジェクトの両方を検知する手段を提供できることが望まれている。また、導電性入力オブジェクトと非導電性入力オブジェクトとを区別する手段を提供できることが望まれている。
【００１０】
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る静電容量方式のタッチパネルは、導電性入力オブジェクトだけではなく非導電性入力オブジェクトも確実に検知する手段、および導電性入力オブジェクトと非導電性入力オブジェクトとを区別する手段を提供できる。
【００１１】
タッチパネルは、電極素子のアレイを備える。電極素子のアレイは、複数の、駆動電極と検知電極とを備える。検知電極または駆動電極は、二つの検知電極（または、二つの駆動電極）がアレイにおける交差ごとに置かれるように、対として配置されていてよい。また、例えば、検知電極の対の第１検知電極が、検知電極の対の第２検知電極よりも、センサの基板の平面において、短い距離にて駆動電極から離れるように、電極は配置されていてよい。第１検知電極は、駆動電極とともに第１相互キャパシタを形成する。第２検知電極は、駆動電極とともに第２相互キャパシタを形成する。
【００１２】
タッチパネル表面の近傍に近付いた非導電性入力オブジェクトは、第１および第２相互キャパシタのキャパシタンスを変化させる。非導電性入力オブジェクトの存在による電場分布の変化により、第１および第２相互キャパシタのキャパシタンスは、第１相互キャパシタのキャパシタンスの減少と、第２相互キャパシタのキャパシタンスの増加とにより特徴付けられる第１態様において変化する。一方、タッチパネル表面の近傍に近付いた導電性入力オブジェクトは、第１および第２相互キャパシタのキャパシタンスを、第１および第２相互キャパシタの両方におけるキャパシタンスの減少により特徴付けられる第２態様において変化させる。アレイの各電極素子における第１および第２相互キャパシタのキャパシタンスは、入力オブジェクトの位置を検知するように、測定されるとともに解析される。この構成は、入力オブジェクトがタッチパネルの表面に接触するまたはしない構成を含むとともに、入力オブジェクトが導電性であるまたは非導電性である構成を含む。
【００１３】
本発明に係る静電容量方式のタッチパネルは、ユーザに利便性または従来よりも良質の体験を与える多くの態様において役立つように利用できる。例えば、アプリケーション（“app”）を実行できる装置（スマートフォン・タブレットＰＣ・または公共情報機器など）の一部に、静電容量方式のタッチパネルを利用できる。静電容量方式のタッチパネルは、指し示す・触れる・スワイプする・ジェスチャするといったことを行うアプリケーションに入力を与える。
【００１４】
例えば、本発明の静電容量方式のタッチパネルを備える装置は、同手法においてその装置を操作するために、どのような入力オブジェクト、つまり導電性または非導電性である入力オブジェクトでも利用できるように構成されていてよい。これによる利点は、ユーザが、従来の静電容量方式のタッチパネルを用いた対話における通常の方法に加え、普通の（非導電性の）手袋を装着していても、または樹脂製のスタイラスを用いて指し示していても、そのような静電容量方式のタッチパネルを操作できることにあるだろう。
【００１５】
例えば、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルを備える装置は、どの種類の入力オブジェクトが用いられるかによって異なるモードにおいて操作できるように構成されていてよい。例えば、描画アプリケーションは、導電性入力オブジェクトが用いられるときに描画するように、かつ非導電性入力オブジェクトが用いられるときに消去するように、構成されていてよい。この態様において、ユーザは、鉛筆の先端（導電性グラファイト）を用いる用途において、差支えなく描画できるだろう。そして、ユーザは、その鉛筆の他端の消しゴムを用いる用途において、差支えなく消去できるだろう。このとき、そのモードは、ユーザのさらなるアクションを要さず、自動的に検知される。
【００１６】
有利なことに、本発明に係るタッチパネルは、静電容量方式のタッチパネルを用いる導電性および非導電性入力オブジェクトの、両方を検知する手段を提供する。ゆえに、タッチパネルの使い勝手は、静電容量方式のタッチパネルにおける他の利点を維持しつつ、改善される。さらに、本発明に係るタッチパネルは、導電性および非導電性入力オブジェクトを区別する手段、ならびにユーザインターフェースの使い勝手を改善するようにこの情報を用いる手段も提供する。
【００１７】
本発明の一態様では、相互容量方式のタッチセンサは、基板と、上記基板に形成された電極素子のアレイと、上記電極素子のアレイに作用するように接続されたコントローラとを備え、各電極素子は、少なくとも二つの駆動電極と、少なくとも一つの検知電極と、を含む第１電極グループ、または、少なくとも二つの検知電極と、少なくとも一つの駆動電極と、を含む第２電極グループ、を少なくとも一つを備え、上記第１または第２グループの各電極は、キャパシタンスを持つ回路要素であるキャパシタの一方と他方とを電気的に結ぶ距離が異なる、複数のキャパシタを形成するように配置されており、上記コントローラは、入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、第１の特有の変化に応じ、上記入力オブジェクトを導電性オブジェクトとして特定する、とともに、上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、上記第１の特有の変化とは異なる第２の特有の変化に応じ、上記入力オブジェクトを非導電性オブジェクトとして特定するように構成されている。
【００１８】
本発明の一態様では、上記第１の特有の変化は、上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、キャパシタンスの減少である、とともに、上記第２の特有の変化は、上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの少なくとも一つの、キャパシタンスの増加である。
【００１９】
本発明の一態様では、上記コントローラは、上記複数のキャパシタについての、測定値に基づき、上記タッチセンサの表面に対する、上記オブジェクトの位置および高さを決定するように構成されている。
【００２０】
本発明の一態様では、上記第２電極グループの上記少なくとも二つの検知電極は、二つの検知電極が、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、対として配置されている。
【００２１】
本発明の一態様では、検知電極の対の第１検知電極は、上記検知電極の対の第２検知電極よりも、センサの基板の平面において、短い距離にて上記駆動電極から離れている。
【００２２】
本発明の一態様では、上記第１電極グループの上記少なくとも二つの駆動電極は、二つの駆動電極が、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、対として配置されている。
【００２３】
本発明の一態様では、上記駆動電極の対の第２駆動電極は、上記駆動電極の対の第１駆動電極よりも、センサの基板の平面において、長い距離にて上記検知電極から離れている。
【００２４】
本発明の一態様では、二つの駆動電極と、二つの検知電極とが、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、上記第１電極グループの上記少なくとも二つの駆動電極は、駆動電極の対として配置されているとともに、上記第１電極グループの上記少なくとも一つの検知電極は、検知電極の対として配置されている。
【００２５】
本発明の一態様では、上記検知電極の対の第１検知電極は、上記検知電極の対の第２検知電極の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれている。
【００２６】
本発明の一態様では、上記駆動電極の対の第１駆動電極は、上記駆動電極の対の第２駆動電極の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれている。
【００２７】
本発明の一態様では、上記第２電極グループの上記検知電極は、複数の、検知電極の対として配置されており、各対は、第１のデュアルファンクション検知電極と、第２のデュアルファンクション検知電極とを含み、上記少なくとも一つの駆動電極は、駆動電極の対を備える；または、上記第１電極グループの上記駆動電極は、複数の、駆動電極の対として配置されており、上記少なくとも一つの検知電極は、検知電極の対を備え、各対は、第１のデュアルファンクション検知電極と、第２のデュアルファンクション検知電極とを含む。
【００２８】
本発明の一態様では、上記検知電極の対は、奇数番目の、検知電極の対と、偶数番目の、検知電極の対とに分けられる、とともに、上記駆動電極の対は、奇数番目の、駆動電極の対と、偶数番目の、駆動電極の対とに分けられる。上記第１の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の、過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある。上記第２の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、偶数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある。
【００２９】
本発明の一態様では、上記検知電極の対は、奇数番目の、検知電極の対と、偶数番目の、検知電極の対とに分けられる、とともに、上記駆動電極の対は、奇数番目の、駆動電極の対と、偶数番目の、駆動電極の対とに分けられる。上記第１の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の、過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある。上記第１の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、上記第２の、偶数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある。
【００３０】
本発明の一態様では、検知電極の対は、第１透明導電層に形成され、駆動電極の対は、第２透明導電層に形成され、上記第１および第２透明導電層は、絶縁層により隔てられる。
【００３１】
本発明の一態様では、上記検知電極の対は、奇数番目の、検知電極の対と、偶数番目の、検知電極の対とに分けられる、とともに、上記駆動電極の対は、奇数番目の、駆動電極の対と、偶数番目の、駆動電極の対とに分けられる。上記第１の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、上記第２の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第１の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある。上記第１の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、上記第２の、偶数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第２の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある。
【００３２】
本発明の一態様では、上記コントローラは、上記入力オブジェクトの決定された種類に基づき、アクションを選択するように構成されている。
【００３３】
本発明の一態様では、タッチパネルに対する少なくとも一つの入力オブジェクトの存在・種類・または位置を決定する方法が提供され、コントローラ回路は、上記タッチパネルにおけるキャパシタンスの測定値を生成する。上記方法は、上記コントローラ回路からのキャパシタンスの測定値のデータをデータフレームに入力する工程と、上記データフレームにおいて表されるデータが、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが存在しないときの、状態に関係する、キャパシタンスの変化に対応するように、上記データフレームを調整する工程と、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記タッチパネルの検知範囲内にあるのかを決定するように、上記データフレームの上記データを解析する工程と、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記タッチパネルの上記検知範囲内にあるときに、上記データフレームの上記データに基づき、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの種類および位置を決定する工程とを含む。
【００３４】
本発明の一態様では、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、種類および位置を決定する工程は、調整されたサブフレームの組合せに基づき第１および第２の合成サブフレームを計算する工程と、少なくとも一つの上記第１または第２の合成サブフレームにおける、有意なピーク位置を決定するように、上記第１および第２の合成サブフレームを解析する工程と、少なくとも一つの上記第１または第２の合成サブフレームにおける、変化に基づき決定された上記有意なピーク位置において、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの上記種類を決定する工程と、上記有意なピーク位置から、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、上記位置を推定する工程とを含む。
【００３５】
本発明の一態様では、上記合成サブフレームは、調整されたサブフレームの、重み付けされた和を低域フィルタリングすることにより得られる。
【００３６】
本発明の一態様では、上記方法は、ＰＯＳ１（Ｐ）として上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、位置を推定する工程を含み、Ｐは、上記有意なピーク位置であり、ＰＯＳ１は、上記第１または第２の合成サブフレームにおいて、Ｐの近くの点位置の和として定義される、とともに、測定されたキャパシタの電荷により重み付けられる。
【００３７】
本発明の一態様では、推定する工程は、調整された上記データフレームの、モデルを定義する工程を含み、上記モデルは、入力オブジェクトと、電極素子に対する上記入力オブジェクトの対応する位置とを表す、とともに、与えられたサブフレームにおいて、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記対応する位置にあることによる、上記サブフレームに対応する、上記電極素子において測定されるであろうキャパシタンスの変化を予測するように機能する。
【００３８】
本発明の一態様では、上記方法は、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、決定された種類に基づき、アクションを選択する工程を含む。
【００３９】
本発明の一態様では、上記方法は、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、決定された上記種類とは独立している、アクションを選択する工程を含む。
【００４０】
前述の目的および関連する目的の遂行について、本発明は、本書において十分に記載されている、特に特許請求の範囲に示される特徴を備えている。後述の記載および添付の図面は、本発明のある種の実例となる実施形態を、詳細に説明している。しかし、実施形態は、本発明の原理を利用できる様々な態様のうちのほんの少数を表すものである。本発明の、他の目的・効果・および新規な特徴は、図面とともに検討されるときに、後述する発明の詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００４１】
〔図面の簡単な説明〕
［図１］表面型静電容量方式のタッチパネルの一般的な実施態様を示す図である。
［図２］投影型静電容量方式のタッチパネルの一般的な実施態様を示す図である。
［図３］本発明に係る電極配置の一例を示す平面図である。
［図４］本発明の第１実施形態に係るセンサの基板の断面図である。
［図５］センサの基板の平面図である。
［図６］電極アレイの電極に対応付けられた、相互容量をもつ回路要素である相互キャパシタを示す図である。
［図７］本発明のタッチパネルの近傍における、導電性および非導電性入力オブジェクトによる、相互キャパシタのキャパシタンスの変化を示す図である。
［図８］本発明のタッチパネルの相互キャパシタンスにおける、変化を測定できる回路を示す図である。
［図９］図６の回路を操作するために用いられ得るタイミング図である。
［図１０］タッチセンサを用いるシステムを示す図である。
［図１１］発明の第２実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
［図１２］第２実施形態における利用に適したコントローラ回路の模式図である。
［図１３］図１４Ａに示される回路を操作するために適したタイミング図である。
［図１４］発明の第３実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
［図１５］第３実施形態の電極アレイの、電極に対応付けられた相互キャパシタンスを示す図である。
［図１６］発明の第４実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
［図１７Ａ］発明の第５実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
［図１７Ｂ］発明の第５実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
［図１８］発明の第６実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
［図１９］発明の第７実施形態に係る一連の処理工程を示す図である。
［図２０］入力オブジェクトの検知アルゴリズムを実施する一方法をより詳しく示す図である。
［図２１］入力オブジェクトの検知アルゴリズムを実施する他の方法をより詳しく示す図である。
［図２２］入力オブジェクトの検知アルゴリズムを改善する方法をより詳しく示す図である。
［図２３］発明の第１０実施形態に係る本発明についてのタッチパネル装置のアプリケーションを示す図である。
［図２４］発明の第１１実施形態に係る本発明についてのタッチパネル装置の他のアプリケーションを示す図である。
【００４２】
〔発明を実施するための最良の形態〕
本発明は、例えば、タッチパネルディスプレイシステムなどに利用できる静電容量方式のタッチセンサを提供する。タッチセンサは、センサの基板と、基板上に形成された電極素子のアレイとを備える。アレイの各電極素子は、少なくとも二つの駆動電極と、少なくとも一つの検知電極と、を含む第１電極グループ、または、少なくとも二つの検知電極と、少なくとも一つの駆動電極と、を含む第２電極グループ、を少なくとも一つを備える。第１または第２グループの各電極は、キャパシタンスを持つ回路要素であるキャパシタの一方と他方とを電気的に結ぶ距離である結合距離が異なる、複数のキャパシタを形成するように配置されている。この手法において、導電性入力オブジェクトだけではなく、非導電性入力オブジェクトを検知するように、複数の結合キャパシタを組合せて利用できる。例えば、コントローラは、電極素子のアレイに作用するように接続されてよく、ならびに入力オブジェクトがタッチセンサの表面に接触しているか否かを決定するように、および複数のキャパシタにおけるキャパシタンスの変化に基づき入力オブジェクトが導電性であるかまたは非導電性であるかを決定するように構成されていてよい。オブジェクトは、タッチパネルの動作周波数において、グランドに対し１ＧΩ以下のインピーダンスを示すなら、導電性であると扱ってよい。また、オブジェクトは、タッチパネルの動作周波数において、グランドに対し１ＧΩをこえるインピーダンスを示すなら、非導電性であると扱ってよい。より具体的には、コントローラは、入力オブジェクトがタッチセンサに近付くにつれ、複数のキャパシタにおけるキャパシタンスの測定値が第１の特有の態様にて変化するときに、入力オブジェクトを導電性オブジェクトとして特定するように構成されていてよいとともに、入力オブジェクトがタッチセンサに近付くにつれ、複数のキャパシタにおけるキャパシタンスの測定値が第１の特有の態様とは異なる第２の特有の態様にて変化するときに、入力オブジェクトを非導電性オブジェクトとして特定するように構成されていてよい。さらにより具体的には、第１の特有の変化は、複数のキャパシタのすべてにおける、キャパシタンスの減少として観測されてよいとともに、第２の特有の変化は、複数のキャパシタの少なくとも一つにおける、キャパシタンスの増加として観測されてよい。
【００４３】
本発明の第１のかつ最も全般的な実施形態では、静電容量方式のタッチパネル（タッチセンサとも記載する）は、導電性入力オブジェクトだけではなく、非導電性入力オブジェクトも確実に検知する手段、および導電性入力オブジェクトと非導電性入力オブジェクトとを区別する手段を提供する。タッチパネルは、電極アレイを備えている。電極アレイは、センサの基板上に形成されている、複数の、駆動電極と検知電極とを備える。駆動電極は、電圧刺激によって励振される。それと同時にまたはそれに続き、結果として生じる電流が、検知電極から流れ、駆動電極と検知電極との間における相互結合キャパシタンスに基づき、測定される。二つの検知電極がアレイにおける行列の交差ごとに置かれる（例えば、各行列の交差において、第１電極グループが形成されている。そして、第１電極グループは、少なくとも二つの検知電極と、少なくとも一つの駆動電極とを備えている。）ように、検知電極は対として配置されていてよい。さらに、対の第１検知電極が、対の第２検知電極よりも、センサの基板の平面において、短い距離にて駆動電極から離れるように、電極は配置されていてよい。
【００４４】
タッチパネル表面の近傍に近付いた入力オブジェクトは、相互結合キャパシタのキャパシタンスを変化させる。導電性入力オブジェクトの存在による電場分布の変化により、相互結合キャパシタの両方のキャパシタンスは、減少する。一方、タッチパネル表面の近傍に近付いた非導電性入力オブジェクトは、第１検知電極において測定される相互キャパシタンスを減少させるものの、第２検知電極において測定される相互キャパシタンスを増加させる。これらのキャパシタンスにおける変化の解析を、入力オブジェクトの位置と、入力オブジェクトがタッチパネル表面に接触しているか否かの判定と、オブジェクトが導電性であるか非導電性であるかの判定との評価に利用できる。
【００４５】
図３は、駆動および検知電極の配置例を示している。第１検知電極ＳＡ  ３１０と、第２検知電極ＳＢ  ３２０とは、マトリックスの交差毎に、対称に配置されている。本書において、“対称”とは、少なくとも一軸についての対称を意味する。第２検知電極ＳＢ  ３２０は、相互に連結されたひし形様にパターン化されている。その様式は、従来の投影型静電容量センサアレイにおいて、一般的に見受けられる。第１検知電極ＳＡ  ３１０は、二つの部分に分かれており、そのうちの一つは、ＳＢ  ３２０の各辺に沿ってのびている。よって、ＳＡ  ３１０は、駆動電極３３０に対しＳＢ  ３２０よりも近い位置にある。電極配置は、ＳＢ  ３２０を二等分する線に対して対称となってよい。ＳＡ  ３１０の二つの部分は、検知電極上においてまたは外部コントローラ回路において、電気的に接続されている。第１検知電極ＳＡ  ３１０は、駆動電極３３０とともに第１相互結合キャパシタＣＡを形成している。第２検知電極ＳＢ  ３２０は、駆動電極３３０とともに第１相互結合キャパシタＣＢを形成している。静電容量方式のタッチパネルにおける駆動および検知電極のそのような配置は、2012年3月30日に出願された米国出願13/436,010号に記載されており、その内容のすべては、参照により本書に組み込まれる。ひし形様のパターンは、多くの知られた電極配置の単なる一つであり、相互容量方式のタッチセンサにおいて、一般的に用いられている。本発明は、他の電極配置にも同様に適用され得る。
【００４６】
電極のアレイを、例えば、標準的なフォトリソグラフィまたは印刷技術を用いて形成できる。図４は、タッチパネルの構造を示すように、交差３４０（図３参照）における、駆動電極３３０ならびに第１および第２検知電極３１０・３２０の断面を示している。電極は、センサの基板４１０上を被覆している透明導電層４２０に形成されている。透明導電層４２０を、前述のように、駆動電極および検知電極のパターンに、パターン化できる。駆動および検知電極が、電気接点をともなわずに、互いに交差できるように、絶縁層４６０と、導電ブリッジ層４５０とは、例えば、透明導電層４２０の上面を被覆してよい。この導電ブリッジ層４５０を、同じ電極の異なる部位に接続されるように、パターン化および利用できる。導電ブリッジ層４５０と透明導電層４２０との間において接触が必要とされる位置には、コンタクトホール４７０が、絶縁層４６０に設けられている。センサの基板４１０は、ガラスまたはプラスチックなどの透明な絶縁材料からなっていてよい。透明導電層４２０は、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ；Indium Zinc Oxide）などの透明な導電材料であってよい。絶縁層４６０は、例えば、二酸化ケイ素・窒化ケイ素・またはアクリル樹脂などの絶縁材料であってよい。導電ブリッジ層４５０は、例えばアルミニウムなどの不透明な金属材料であってよい。
【００４７】
図５に示されるように、複数のその駆動および検知電極を、電極のアレイ４００に配置できるとともに、センサの基板４１０上に形成できる。検知信号線４２０を、電極のアレイ４００の一端において、第１検知電極３１０と第２検知電極３２０とのそれぞれに接続できる。駆動信号線４３０を、電極アレイ４００の他の一端において、駆動電極３３０のそれぞれに接続できる。
【００４８】
図６は、この電極配置の動作原理を示している。また、図６は、駆動および検知電極の交差３４０における、センサの基板４１０の断面を示している。第２検知電極ＳＢ  ３２０は、センサの基板の平面において、第１検知電極ＳＡ  ３１０の二つの部分があることにより、第１近接駆動電極５３０および第２近接駆動電極５４０から離れている。動作中において、第２近接駆動電極５４０が一定電圧に維持されているときに、電圧刺激が、第１近接駆動電極５３０に与えられる。ゆえに、第１近接駆動電極５３０は、有効な駆動電極として扱われるとともに、第２近接駆動電極５４０は、無効な駆動電極として扱われる。よって、有効な駆動電極５３０と、第１および第２検知電極ＳＡ  ３１０・ＳＢ  ３２０との間において、電位差が発生するとともに、電場５２０が、電極からタッチパネルの表面上へ広がる。これにより、第１相互キャパシタＣＡ  ５６０が、有効な駆動電極と第１検知電極３１０との間において第１結合距離にわたって形成されるとともに、第２相互キャパシタＣＢ  ５５０が、有効な駆動電極５３０と第２検知電極３２０との間において第２結合距離にわたって形成される。ゆえに、第１相互結合キャパシタＣＡ  ５６０は、第２相互結合キャパシタＣＢ  ５５０よりも、電極のアレイの平面において、短い結合距離にわたって形成されている。第１および第２相互キャパシタＣＡ・ＣＢのキャパシタンスは、入力オブジェクトが存在することにより、変化する。これらの変化、つまり第１および第２相互結合キャパシタのキャパシタンスの、基準の値（つまり、オブジェクトが近傍にない状況）からの変化を、本書においてΔＣＡおよびΔＣＢとそれぞれ記載する。
【００４９】
図７は、第１および第２相互キャパシタＣＡ  ５６０・ＣＢ  ５５０のキャパシタンスと、入力オブジェクト５１０のタッチパネル表面からの高さＺＯＢＪＥＣＴとの関係を示している。入力オブジェクト５１０が、導電性であるとともにグランドに接続されている、例えば人の指であるならば、第１および第２相互キャパシタＣＡ  ５６０・ＣＢ  ５５０のキャパシタンスは、第１特性の態様にて変化する。図示されているように、入力オブジェクトのタッチパネル表面からの高さが低くなるにつれて、初期値から変化する、ＣＡ  ５６０およびＣＢ  ５５０の両方における減少として、この第１特性の変化を観測できる。なお、説明を簡易にするために、図７において、第１および第２相互キャパシタについての初期値は、これに限定されるわけではないが、同一の値Ｃ０と示されている。これらのキャパシタンスの変化は、よく知られた現象であって、入力オブジェクトが、駆動電極からの変位電流の一部を遮り、その一部がグランドへ向かいかつ検知電極へ向かわないようにすることにより、その現象が起こる。入力オブジェクト５１０が、非導電性であるならば、キャパシタＣＡ  ５６０およびＣＢ  ５５０のキャパシタンスは、第１特性の態様とは異なる、第２特性の態様にて変化する。図示されているように、入力オブジェクトの高さが低くなるにつれて変化する、第１相互キャパシタＣＡ  ５６０のキャパシタンスの減少、および第２相互キャパシタＣＢ  ５５０のキャパシタンスの増加として、この第２特性の変化を観測できる。入力オブジェクト５１０の比誘電率（誘電定数）が、空気と比較して高いために、第２相互キャパシタＣＢ  ５５０のキャパシタンスの変化が起こる。入力オブジェクトが、キャパシタの誘電材料として、空気と置き換わるときに、第２相互キャパシタについての有効な誘電定数が増加する。その結果、キャパシタンスが増加する。
【００５０】
アレイにおける第１および第２相互結合キャパシタの、測定されたキャパシンタスの値を比較することにより、入力オブジェクトの位置と、入力オブジェクトがタッチパネル表面に接触しているか否かの判定と、入力オブジェクトが導電性であるか非導電性であるかの判定とを評価できる。一例の方法において、第１および第２相互結合キャパシタについての変化の差ΔＣ、つまりΔＣＡ−ΔＣＢは、電極のアレイの交差ごとに評価される。この差の大きさが、予め定められた閾値をこえるならば、入力オブジェクトは、交差の位置においてタッチパネル表面に接触していると決定される。差の符号が、負である（つまり、ΔＣ＝ΔＣＡ−ΔＣＢ＜０）ならば、入力オブジェクトは、導電性であると決定される。一方、差の符号が、正である（つまり、ΔＣ＝ΔＣＡ−ΔＣＢ＞０）ならば、入力オブジェクトは、非導電性であると決定される。
【００５１】
さらに、入力オブジェクトのパネル表面からの高さを決定することにより、キャパシタンスの変化を検査できる。例えば、差ΔＣの符号をオブジェクトの種類についての基準と扱えるため、その差の大きさを、入力オブジェクトの高さについての基準と扱える。入力オブジェクトの、静電容量方式のタッチパネル表面からの高さを評価する方法は、2012年3月30日に出願された米国出願13/541,423号に開示されており、その内容のすべては、参照により本書に組み込まれる。
【００５２】
図８は、キャパシタＣＡおよびＣＢにおけるキャパシタンスの測定に利用できる回路の模式図を示している。図では、キャパシタンス測定回路の例が示されている。キャパシタンス測定回路は、本発明の分野においてよく知られた電荷移動技術（charge transfer techniques）を用いている。なお、キャパシタンス測定のための、他の知られた回路および技術を用いてもよい。模式図は、閉回路（ring）および主要な検知電極についての既定の対に関する読出回路を示している。電圧パルス生成装置８７５は、駆動電圧パルスを有効な駆動電極５３０に与える。ことのき、電荷積分回路８８０は、検知電極ＳＡ  ７１０と検知電極ＳＢ  ７３０とを一定電圧に保持している。そのような電荷積分回路８８０は、当業者によく知られているとともに、典型的に、演算増幅器８８１と、積分キャパシタ８８２と、リセットスイッチ８８３とを備えている。さらに、電荷積分回路８８０は、第１入力スイッチ８８４と、第２入力スイッチ８８５とを備えている。これらは、複数の駆動電圧パルスにより、電荷が積分キャパシタ８８２に蓄積されるように、動作する。各積分キャパシタに蓄積された電荷の量は、有効な駆動電極と、各検知電極ＳＡ・ＳＢとの間における相互キャパシタンスを表す。
【００５３】
図９は、図８に示されるキャパシタンス測定回路の動作を説明する波形図である。まず、スイッチ８８３が、リセットスイッチ制御信号ＲＳＴの制御によって閉じられる。これにより、出力電圧ＶＯＵＴＡおよびＶＯＵＴＢは、既知の電圧、例えばシステムのグランド電位になる。そして、第１入力スイッチ８８４は、第１入力スイッチ制御信号Ｓ１の制御によって閉じられる。ここで、電圧パルス生成装置８７５は、駆動電極５３０の電圧をハイ電圧レベル（high voltage level）に高める。そして、電荷積分装置の入力は、第１入力スイッチ８８４によって一定レベルに維持される。次に、入力スイッチ８８４が開かれる。それとともに、第２入力スイッチ８８５は、第２入力スイッチ制御信号Ｓ２の制御によって閉じられる。ここで、電圧パルス生成装置８７５は、電荷がキャパシタＣＡ（またはＣＢ）をこえて移動するとともに積分キャパシタ８８２に蓄積されるように、駆動電極５３０の電圧をロウ電圧レベル（low voltage level）に戻す。これにより、各積分回路の出力電圧は、有効な駆動電極と、対応する検知電極との間における、キャパシタＣＡまたはＣＢのキャパシタンスに応じて高まる。各積分回路の出力において、測定可能な電圧を生成するために、この動作、つまり電圧パルスを駆動電極５３０に与えるとともに、第１および第２入力スイッチの状態を循環させる動作は、何度も（例えば２０回）繰り返すことができる。
【００５４】
図１０は、前述の電極配置および高さ検知技術を用いる静電容量方式のタッチパネルを示している。前述のタッチパネルの基板４１０を備えているタッチパネル１０００は、液晶ディスプレイ装置１０１０に取り付けることができる。電気的接続が、タッチパネル１０００とコントローラ回路１０２０との第に形成されている。コントローラ回路１０２０は、図８に示されるように電圧パルス生成装置と電荷積分回路とを備えており、タッチパネルの検知電極を一定電圧に維持しつつ、時間変化する電圧刺激をタッチパネルの駆動電極へ送っている。コントローラ回路１０２０は、電圧刺激に応じて検知電極から流れる電荷を測定している。そのとき、この電荷は、駆動電極と検知電極との間における相互キャパシタンスを表す。そして、測定されたキャパシタンスは、ホスト電子機器１０３０へ伝えられる。ホスト電子機器１０３０は、センサの表面に接触している入力オブジェクトの位置および種類を決定する。なお、入力オブジェクトの位置および種類の評価は、コントローラ回路１０２０において遂行されてよいとともに、その評価結果は、ホスト電子機器１０３０に渡されてよい。ホスト電子機器は、検知したオブジェクトに応じてビデオ画像を生成してよいとともに、このビデオ画像を液晶ディスプレイ装置１０１０へ渡してよい。
【００５５】
本発明の第２実施形態では、図１１に示されるように、電極のアレイは、複数の駆動電極と検知電極とを備えている。二つの駆動電極が、アレイの交差ごとに置かれるように、駆動電極は、対となるように配置されている。各駆動電極の対は、第１駆動電極ＤＡ  １１１０と、第２駆動電極ＤＢ  １１２０とを備えている。第２駆動電極ＤＢ  １１２０は、ひし形様に配置することができる。そのとき、第１駆動電極ＤＡ  １１１０は、第２駆動電極ＤＢ  １１２０の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれていてよい。電極配置は、第２駆動電極ＤＢ  １１２０を二等分する線に対して対称となってよい。この態様において、第２駆動電極ＤＢ  １１２０は、第１駆動電極ＤＡ  １１１０よりも、各検知電極から離れている。ゆえに、第１駆動電極ＤＡ  １１１０と検知電極との間における相互結合キャパシタは、前述のキャパシタＣＡとキャパシタンスについて同等であるとともに、第２駆動電極ＤＢ  １１２０と検知電極との間における相互結合キャパシタンスは、キャパシタンスＣＢと同等になっている。
【００５６】
本第２実施形態は、検知電極の各対について、二つの別個の様相において動作する。これは、図１２の模式図と図１３の波形図とに示されているとおりである。第１様相において、第１電圧源１２１０は、変化する電位（ＶＡ）を用いて第１駆動電極ＤＡ  １１１０を励振するとともに、第２電圧源１２２０は、第２駆動電極ＤＢ  １１２０を一定電位（ＶＢ）に保持する。そのとき、各検知電極１１３０から流れる電荷が、測定される。第２様相において、同第１駆動電極ＤＡ  １１１０は、一定電位に保持されるとともに、同第２駆動電極ＤＢ  １１２０は、変化する電位を用いて励振される。そのとき、各検知電極１１３０から流れる電荷が、再び測定される。動作の各様相において、スイッチ８８３・８８４・および８８５のタイミングは、第１実施形態において前述されているようになっているとともに、図９に示されているようになっている。そして、前述されたように同様に処理することにより、入力オブジェクトがタッチパネル表面に接触しているか否かと、入力オブジェクトが導電性であるか非導電性であるかとを決定できる。これは、第１および第２様相における、つまりＣＡおよびＣＢのキャパシタンスに対応する測定結果を比較することにより行われる。
【００５７】
本発明の第３実施形態では、電極のアレイは、駆動電極の対と検知電極の対として、複数の駆動電極と検知電極とを備えている。図１４は、本実施形態における電極配置の平面図を示している。第１実施形態のように、検知電極の対は、第１検知電極ＳＡ  １４１０と、第２検知電極ＳＢ  １４２０とを備えている。第１検知電極ＳＡ  １４１０は、第２検知電極ＳＢ  １４２０の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれている。また、駆動電極の対は、第１駆動電極ＤＡ  １４３０と、第２駆動電極ＤＢ  １４４０とを備えている。第２実施形態に記載されているように、第１駆動電極ＤＡ  １４３０は、第２駆動電極ＤＢ  １４４０の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれている。駆動電極の対における各電極は、検知電極の対における各電極とともに、相互結合キャパシタを形成している。第１駆動電極ＤＡ  １４３０の一部分は、センサの基板の平面において、第１検知電極ＳＡ  １４１０の一部分の近くに配置されている。これらの電極は、第２駆動電極ＤＢ  １４４０と、第２検知電極ＳＢ  １４２０との間に配置されている。図１５の断面図に示されているように、第１相互結合キャパシタＣＡＡ  １５１０は、第１駆動電極ＤＡと第１検知電極ＳＡとの間において第１結合距離にわたって形成されているとともに、第２相互結合キャパシタＣＢＢ  １５２０は、第２駆動電極１４４０と第２検知電極１４２０との間において第２結合距離にわたって形成されている。ゆえに、第１相互結合キャパシタＣＡＡ  １５１０は、第２相互結合キャパシタＣＢＢ  １５２０よりも、電極のアレイの平面において、短い結合距離にて形成されている。そして、二つの相互結合キャパシタが、さらに形成されている。つまり、第２駆動電極ＤＢ  １４４０と第１検知電極ＳＡ  １４１０との間における第３相互結合キャパシタＣＢＡ  １５３０と、第１駆動電極ＤＡ  １４３０と第２検知電極１４２０との間に形成されている第４相互結合キャパシタＣＡＢ  １５４０とである。
【００５８】
電極のアレイは、二つの別個の様相にて動作できる。第１様相において、電圧刺激（変化する電位）が、第１駆動電極ＤＡに与えられるとともに、第２駆動電極ＤＢは、一定電位に保持される。電圧刺激に応じ、第１検知電極ＳＡから流れる電荷と、第２検知電極ＳＢから流れる電荷とが、測定される。第２様相において、第１駆動電極ＤＡは、一定電位に保持される。そのとき、電極刺激が、第２駆動電極ＤＢに与えられる。そして、再び、各検知電極から流れる電荷が、測定される。この方法により、四つの相互キャパシタＣＡＡ  １５１０・ＣＢＢ  １５２０・ＣＢＡ  １５３０・およびＣＡＢ  １５４０のキャパシタンスの値が、測定される。相互結合キャパシタＣＡＡ・ＣＢＢ・ＣＢＡ・およびＣＡＢのキャパシタンスの、基準の値からの変化を、本書においてΔＣＡＡ・ΔＣＢＢ・ΔＣＢＡ・およびΔＣＡＢとそれぞれ記載する。第１および第２相互結合キャパシタのキャパシタンスの変化ΔＣＡＡおよびΔＣＢＢを、入力オブジェクトがタッチパネル表面に接触しているか否かを決定するように、および入力オブジェクトが導電性であるか非導電性であるかを決定するように、解析することができる。駆動電極と検知電極とをこの配置とすることの利点は、第１相互結合キャパシタのキャパシタンスの変化ΔＣＡＡと、第２相互結合キャパシタのキャパシタンスの変化ΔＣＢＢとの間の差を、前述の実施形態におけるものよりも、大きくできることにある。ゆえに、接触位置のより正確な測定と、入力オブジェクトの種類のより明確な判別とが可能になる。
【００５９】
図１６は、本発明の第４実施形態に係る電極配置を示している。本実施形態の電極のアレイは、複数の、検知電極の対１６００を備えている。各対は、第１デュアルファンクション検知電極１６１０と、第２デュアルファンクション検知電極１６２０と、複数の駆動電極１６３０・１６５０とを備えている。第１接続線１６１２は、第１デュアルファンクション検知電極１６１０に接続されているとともに、第２接続線１６２２は、第２デュアルファンクション検知電極１６２０に接続されている。駆動電極１６３０・１６５０と、第１および第２デュアルファンクション検知電極１６１０・１６２０の形状とは、透明導電層４２０に形成されてよいとともに、第１および第２接続線１６１２・１６２２は、導電ブリッジ層４５０に形成されてよい。絶縁層４６０が、透明導電層４２０と導電ブリッジ層４５０との間にあることにより、電極は、接続線に対し電気的に絶縁される。第１および第２接続線１６１２・１６２２を、それぞれ第１および第２デュアルファンクション電極１６１０・１６２０に接続するように、コンタクトホール１６２６は、電気的に、絶縁層４６０に形成されている。第１および第２接続線１６１２・１６２２は、それらがタッチパネルの透明性を損なわないように、細められてよい。この電極配置は、2012年3月30日に出願された米国出願13/435,898号に記載されており、その内容のすべては、参照により本書に組み込まれる。
【００６０】
第１デュアルファンクション電極１６１０は、奇数番目の駆動電極１６５０の側近くにあり、第２デュアルファンクション電極１６２０は、偶数番目の駆動電極１６３０の側近くにある。ゆえに、奇数番目の駆動電極１６５０の一つは、それが励振されているときに、第１デュアルファンクション電極１６１０に対し比較的短い距離にわたって結合キャパシタを形成するとともに、第２デュアルファンクション電極１６２０に対し比較的長い距離にわたって結合キャパシタを形成する。奇数番目の駆動電極１６５０と、検知電極の対１６００との交差において、第１デュアルファンクション電極１６１０を、前述の第１検知電極ＳＡとして扱えるとともに、第２デュアルファンクション電極１６２０を、前述の第２検知電極ＳＢとして扱える。反対に、偶数番目の駆動電極と、検知電極との交差において、第１デュアルファンクション電極１６１０を、前述の第２検知電極ＳＢとして扱えるとともに、第２デュアルファンクション電極１６２０を、前述の第１検知電極ＳＡとして扱える。ゆえに、電荷積分回路の出力電圧を適切に処理することにより、アレイのすべての交差において、第１および第２相互キャパシタＣＡおよびＣＢのキャパシタンスを測定できる。
【００６１】
駆動および検知電極のこの配置の利点は、電極の充填率を改善できることにある。つまり、駆動および検知電極が占有する電極のアレイにおける領域の割合が、増加する。ゆえに、タッチパネルの信号対雑音比を改善できるとともに、オブジェクトの位置をより正確に評価できる。
【００６２】
本発明の第５実施形態では、電極のアレイは、後述するように配置される、検知電極の対と、駆動電極の対とを備えている。検知電極の対は、奇数番目の検知電極の対１７００と、偶数番目の検知電極の対１７０２とに分かれている。駆動電極の対は、奇数番目の駆動電極の対１７０４と、偶数番目の駆動電極の対１７０６とに分かれている。検知電極の対は、第１および第２デュアルファンクション検知電極により形成されているとともに、駆動電極の対は、第１および第２デュアルファンクション駆動電極により形成されている。図１７Ａに示されるように、第１の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ａ１  １７１０は、第１の奇数番目の駆動電極、駆動電極Ａ１  １７３０の側にある。第２の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ｂ１  １７２０は、第１の偶数番目の駆動電極、駆動電極Ａ２  １７３５の側にある。第１の偶数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ａ２  １７１５は、第２の奇数番目の駆動電極、駆動電極Ｂ１  １７４０の側にある。第２の偶数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ｂ２  １７２５は、第２の偶数番目の駆動電極、駆動電極Ｂ２  １７４５の側にある。接続線１７６０は、各電極の異なる部位間を接続することに利用できる。その電極の部位は、物理的に、バイア１７５０を介し接続線に接続できる。
【００６３】
本実施形態の電極のアレイは、例えば、標準的なフォトリソグラフィまたは印刷技術を用いて形成できる。図１７Ｂは、タッチパネルの構造を示すように、交差１７７０における、第２の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ｂ  １７２０の断面を示している。電極は、センサの基板１７８０上を被覆している透明導電層１７８２に形成されている。透明導電層１７８２は、前述のように、駆動電極および検知電極のパターンに、パターン化できる。駆動および検知電極が、電気接点をともなわずに、互いに交差できるように、絶縁層１７８４と、導電ブリッジ層１７８６とは、例えば、透明導電層１７８２の上面を被覆してよい。この導電ブリッジ層１７８６は、接続線１７６０が同じ電極の異なる部位を接続するように、パターン化および利用できる。導電ブリッジ層１７４０と透明導電層１７２０との間において接触が必要とされる位置には、コンタクトホール１７８８が、バイア１７５０を設けるために、絶縁層１７８４に設けられている。センサの基板１７８０は、ガラスまたはプラスチックなどの透明な絶縁材料からなっていてよい。透明導電層１７８２は、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ；Indium Zinc Oxide）などの透明な導電材料であってよい。絶縁層１７８４は、例えば、二酸化ケイ素・窒化ケイ素・またはアクリル樹脂などの絶縁材料であってよい。導電ブリッジ層１７８６は、例えばアルミニウムなどの不透明な金属材料であってよい。
【００６４】
本実施形態における電極のアレイの各電極素子では、四つの異なる結合キャパシタのキャパシタンスを測定できる。例えば、奇数番目の検知電極の対と、奇数番目の駆動電極の対とに対応する電極素子では、第１の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ａ１  １７１０と、第１の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極、駆動電極Ａ１  １７３０とが、キャパシタＣＡＡを形成している。第１の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ａ１  １７１０と、第２の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極、駆動電極Ｂ１  １７４０とが、キャパシタＣＡＢを形成している。第２の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ｂ１  １７２０と、第１の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極、駆動電極Ａ１  １７３０とが、キャパシタＣＢＡを形成している。第２の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ｂ１  １７２０と、第２の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極、駆動電極Ｂ１  １７４０とは、キャパシタＣＢＢを形成している。そして、交差におけるキャパシタＣＡＡは、比較的短い距離にわたって形成されているとともに、キャパシタＣＢＢは、比較的長い距離にわたって形成されている。四つの異なる結合キャパシタＣＡＡ・ＣＡＢ・ＣＢＡ・およびＣＢＢのキャパシタンスは、前述の方法を用い測定できる。前述の方法の一つを用い、入力オブジェクトの存在による、これらのキャパシタンスの基準値からの変化を計算することにより、オブジェクトの位置および種類を評価できる。本実施形態における電極のアレイの利点は、電極パターンの充填率が改善されるとともに、キャパシタＣＡＡおよびＣＢＢの結合距離の差が大きくなることにある。これにより、信号対雑音比が高まると同時に、入力オブジェクトの存在により、測定されるキャパシタンスの変化は、より明確な変化として観測される。
【００６５】
本発明の第６実施形態では、光学的な性能を改善できる、電極のアレイを提供する。前述の実施形態における電極のアレイには、ディスプレイと組み合わせたときに、接続線が視認可能であるとともに表示画像の品質に悪影響を及ぼし得るという、不利な点がある。ゆえに、導電ブリッジ層１７８６を第２透明導電層に置換することが好ましい。しかし、透明導電材料は、一般的に、不透明な金属材料よりも、かなり低い電導率を示す。ゆえに、接続線１７６０を透明な導電材料にて形成することにより、電極の電気抵抗が増加するとともに、タッチパネルの信号対雑音比が減少するであろう。本実施形態の電極のアレイでは、図１８に示されるように、キャパシタンスの測定に悪影響を及ぼさず、各電極の全体的な電気抵抗を最小化しつつ、前述の実施形態における電極配置を実現できる。
【００６６】
電極のアレイは、第１透明導電層に形成されている検知電極の対と、第２透明導電層に形成されている駆動電極の対とを備えている。第１および第２透明導電層は、絶縁層により隔てられているとともに、これらを図１８に示されるように配置できる。第１および第２導電層に用いられる材料は、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ；Indium Zinc Oxide）などの透明な導電材料であってよい。検知電極の対は、奇数番目の検知電極の対１８００と、偶数番目の検知電極の対１８０２とに分けられている。駆動電極の対は、奇数番目の駆動電極の対１８０４と、偶数番目の駆動電極の対１８０６とに分けられている。検知電極の対は、第１および第２デュアルファンクション検知電極により形成されているとともに、駆動電極の対は、第１および第２デュアルファンクション駆動電極により形成されている。第１の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ａ１  １８１０は、第１の奇数番目の駆動電極、駆動電極Ａ１  １８３０の側にある。第２の奇数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ｂ１  １８２０は、第１の偶数番目の駆動電極、駆動電極Ａ２  １８３５の側にある。第１の偶数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ａ２  １８１５は、第２の奇数番目の駆動電極、駆動電極Ｂ１  １８４０の側にある。第２の偶数番目のデュアルファンクション検知電極、検知電極Ｂ２  １８２５は、第２の偶数番目の駆動電極、駆動電極Ｂ２  １８４５の側にある。
【００６７】
本実施形態では、四つの結合キャパシタＣＡＡ・ＣＢＢ・ＣＡＢ・およびＣＢＢが、アレイの各電極素子において形成されており、それらのキャパシタンスを、オブジェクトの位置および高さを決定するように、測定および検査できる。有利なことに、第１および第２透明導電層に形成されている接続線の電気抵抗を、キャパシタンスの測定に悪影響を及ぼさずに減らせる。例えば、キャパシタンスの測定についての信号対雑音比に悪影響を及ぼさずに、透明な導電材料の電導率がかなり低いことに対し埋め合わせをするように、接続線の幅を増やせる。
【００６８】
図１９は、本発明の第７実施形態の概括している。そして、図１９は、一つまたは複数の入力オブジェクトの存在・種類・または位置を決定するために、どのように、本発明の静電容量方式のタッチパネルにおける電極素子からキャパシタンスを読み出すのかについて、より詳しく説明するように、記載されている。
【００６９】
記載を簡潔にするために、すべての処理が、ホスト電子機器１０３０において実行されると仮定する。静電容量方式のタッチパネルから得られるキャパシタンスのデータは、デジタル・アナログ・または組合せによる手段を用いて処理できる。アルゴリズムを実施するために、例えば、コントローラ回路１０２０の一部として、プログラム可能なゲートアレイ・ＦＰＧＡ・もしくはマイクロコントローラ；ホスト電子機器１０３０の一部として、ＣＰＵもしくはＧＰＵにおけるようなハードウェアに接続されたソフトウェアプラットフォーム；または、これらもしくは同様のユニットのいくつかの組合せ、などの組込み型のハードウェアにおいて、多くの代替的な実施形態が存在することを、当業者は理解するだろう。さらに、計算におけるいくつかの工程は、コントローラ回路１０２０における、アナログハードウェア構成方法（例えば、工程１９１０における、時間の平均化およびオフセットの減算）に適している。構成方法の選択は、処理工程の本質的特徴に影響しないことも、理解されよう。さらに、処理工程の発現は、順序付けられた一連の動作であるものとして、単純に容易理解できるものである。与えられたデータと、利用可能な計算資源とによっては、異なる順序にて、または同時に、本質的特徴を変更せずに、処理工程が起こり得ると、当業者は考え至るだろう。また、処理工程は、同じ意図において同様の結果となる異なる工程に置き換えることができる。
【００７０】
ここで、コントローラ回路１０２０が、タッチパネル１０００からのキャパシタンスの測定値を未調整のデータフレームＦ´として与えることを、仮定する。そのデータフレームは、典型的な電極素子において測定された各キャパシタンスのうちの一つであるサブフレームＦ´１…Ｆ´ｓの、添え字である番号ｓを含む。例えば、各電極素子において、二つのキャパシタンス（例えば、図６におけるＣＡ  ５６０およびＣＢ  ５５０のようなもの）が測定されていると、二つのサブフレームが存在することになる。一般的には、各電極素子において、Ｓｄの駆動電極と、Ｓｓの検知電極とが存在するならば、Ｓｄ×Ｓｓのサブフレームが存在することになるだろう（なお、コントローラ回路１０２０は、すべての存在し得るサブフレームを返す必要はない。そのとき、駆動および検知のいくつかの組合せを、情報内容が少ないと判断できるとともに、無視できる）。各サブフレームは、電極素子ごとに一つのスカラ値を含む。各スカラ値は、対応する電極素子において測定されたキャパシタンスを表している。電極素子が、矩形のＪ×Ｋの格子状に配置されているならば、各サブフレームＦ´ｓを、スカラ値の二次元のＪ×ＫのアレイＦ´ｓ（ｊ，ｋ）と表しやすくなる。説明を簡単化するために、本実施形態ではこのように仮定する。（電極素子が、扱いやすい矩形の格子状になっていなくても、本質的な変更は、後述するようなアルゴリズムにおいて、必要ではない。ただし、各隣接位置におけるサブフレームの値は、その限りではなく、より複雑な索引作業が必要である。以上は、当業者にとって自明であろう。なお、矩形ではない格子状についてのデータは、数化学的に、よく知られた再構成方法を用い、矩形の格子状に再構成できるとともに、再構成データにおいて変更せずに、本発明のアルゴリズムを利用できる。）記述を平易にするために、アレイの範囲外に存在する任意のサブフレームΦｓ（ｊ，ｋ）の値についての要求には、０を返すことを仮定するのが便利である。
【００７１】
概して、電極素子の近くまたは電極素子上における入力オブジェクトの位置は、装置上のオペレーティングシステムまたはアプリケーションの入力空間における位置に対応している。例えば、電極素子（ｊ，ｋ）は、ビデオディスプレイのＬＣＤ１０１０に関連付けられた画素の位置（ｘ，ｙ）に対応させることができる。扱いを容易にするために、関数ＰＯＳが上記（ｘ，ｙ）を返す、つまり任意の電極素子の位置について、ＰＯＳ（ｊ，ｋ）＝（ｘ、ｙ）であると仮定する。
【００７２】
さらに、Ｆ´１は、第１結合距離にわたって形成されている、各第１相互結合キャパシタ（例えばキャパシタＣＡ  ５６０またはキャパシタＣＡＡ  １５１０）からのデータについてのサブフレームを表すと仮定する。また、Ｆ´ｓは、第２結合距離にわたって形成されている、各第２相互結合キャパシタ（例えばキャパシタＣＢ  ５５０またはキャパシタＣＢＢ  １５２０）からのデータについてのサブフレームを表すと仮定する。ｓが２よりも大きければ、一つまたは複数のフィールドＦ´２…Ｆ´ｓ−１の中の値は、電極素子における他の相互結合キャパシタからのデータを表す。
【００７３】
図１９は、データフレームを処理する一連の工程の例を示している。まず、工程１９００において、コントローラ回路１０２０からの十分なデータの入力により、データフレームが生成される。次に、工程１９１０において、入力オブジェクトが存在しないときのパネルの状態に関するキャパシタンスの変化ΔＣを、そのフレームのデータが反映するように、フレームが調整される。工程１９２０において、パネルの検知範囲に入力オブジェクトが存在するかを、また存在するのであれば入力オブジェクトの種類および位置を検知するために、入力サブフレームを検査する。これらは、工程１９３０において、装置のオペレーティングシステムまたは任意のアプリケーションによる消費のために、出力される。位置の情報は、入力オブジェクトがパネルに接触していると扱われるか否かも表せる。出力のための正確な機構は、当然に、オペレーティングシステムまたはアプリケーションの選択によって変化する。これは、よく知られているため、本書には記載されていない。そのような情報により、装置のユーザは、タッチパネル入力をともなう装置の通常の利用において、指し示す、触れる、ドラッグする、拡大縮小させる、回転させる、またはジェスチャーなどを実行できるようになる。
【００７４】
他のタッチパネル装置においてありふれているように、図１９のアルゴリズムは、普通に、システムの電源がオンされているとともに、フレームデータがコントローラ回路１０２０から送られてくる限り、何度でも繰り返せる。また、多くの従来のタッチパネル装置においてありふれているとともに、よく知られているように、オプションとして、工程１９２５において、ジッタを除去するとともに、より軽快かつより確かな体験をユーザに提供するために、オブジェクトの存在および位置についての出力データに、一つまたは複数の時間ベースフィルタを適用してよい。例えば、ある場合（機械的なスイッチをディバウンシング（debouncing）する場合に類似）において、ポインターが素早く現れかつ消えるということがなくなるように、いくらかのヒステリシスを検知結果に加えてよいとともに、よく知られているカルマンフィルタなどの平滑化フィルタを、検知装置１９２０により検知された座標に適用してよい。そのようなフィルタの選択および調整は、よく知られている技術であり、フィルタのパラメータは、各特定の構成における精密な特性（特に、その正確さおよびサンプリングレート）と、正確さ・平滑性・および反応性において要求されるトレードオフとによるだろう。
【００７５】
【数１】
2016540317.tif 000003
【００７６】
【数２】
2016540317.tif 000004
【００７７】
【数３】
2016540317.tif 000005
【００７８】
【数４】
2016540317.tif 000006
【００７９】
なお、値Ｆｓ（ｊ，ｋ）は、入力オブジェクトが存在しないときの基準となるキャパシタンスに対する、電極素子（ｊ，ｋ）におけるサブフレームｓのキャパシタンスの変化を表している。例えば、値Ｆｓ（ｊ，ｋ）は、前述のような、第１または第２相互結合キャパシタＣＡまたはＣＢの、キャパシタンスの変化ΔＣＡまたはΔＣＢを表せる。
【００８０】
よく知られるように、フレームデータの時間ベースフィルタリング（時間平均など）は、オプションとして、求められるのであれば、信号対雑音比を増やすように実施できる。これを調整する工程１９１０の一部として実施するとともに、適切に分散の推定値Ｖｓ（ｊ，ｋ）を減らすことにおいて、有用である。
【００８１】
図２０は、入力オブジェクトを検知する工程１９２０を実装するための一方法を、より詳細に示している。工程２０００において、二つの合成サブフレームＣおよびＮが計算されるとともに、工程２０１０において、これらは、ＣまたはＮにおけるピークに応じ、入力オブジェクトの位置Ｐの候補を探索するために、検査される。この情報を用いることにより、工程２０２０において、入力オブジェクトの種類を決定できるとともに、工程２０３０において、入力オブジェクトの位置を推定できる。工程２０４０において、すべてのピークが検査されたと判定されたときには、検知装置は、動作を終了する。これらの工程は、さらに詳しく説明される。
【００８２】
工程２０００において、調整済のサブフレームは、新たな合成サブフレームＣおよびＮを生成するために、合成される。ＣおよびＮは、導電性および非導電性入力オブジェクトをそれぞれ検知するために利用されるべく、設計されている。その意図は、ＣおよびＮにおける局所的最大値（ピーク）の位置が、パネルに近付いているまたは接触している任意の入力オブジェクトの位置に対応することになる点にある。さらに、ＣおよびＮが、ノイズの悪影響を抑制するのに十分なキャパシタンスの信号を有している点は、有利に働く。一つの可能な定義は、以下のとおりである。
【００８３】
【数５】
2016540317.tif 000007
【００８４】
ここで、数値ＣＷｓおよびＮＷｓは、信号対雑音比を回線するために調整することができる、正のサブフィールドごとの重み付け係数である。
【００８５】
なお、導電性入力オブジェクトは、すべてのサブフレームにおいて、キャパシタンスの減少を引き起こす。そして、すべての調整済のサブフレームＦｓは、導電性入力オブジェクト（ノイズを無視している）の周辺領域において、負の値となる。ゆえに、Ｃは、そのような領域において、正のピークを有することになる。非導電性入力オブジェクトは、すべてのサブフレームにおいて、最初のものとは異なり、キャパシタンスの増加を引き起こす。そして、すべての調整済のサブフレームＦｓは、非導電性入力オブジェクト（ノイズを無視している）の周辺領域において、ｓ＝１のときに負の値となり、ｓ＞１のときに正の値となる。ゆえに、Ｎは、そのような領域において、正のピークを有することになる。
【００８６】
【数６】
2016540317.tif 000008
【００８７】
【数７】
2016540317.tif 000009
【００８８】
【数８】
2016540317.tif 000010
【００８９】
センサ素子のアレイにおける位置Ｐ＝（ｊ，ｋ）について、Ｌｏ（Ｐ）を四つの縦横方向近接位置であると、Ｌｄ（Ｐ）をその四つの対角方向近接位置であると、Ｌ８（Ｐ）をその八つの最近接位置であると定義する。
【００９０】
【数９】
2016540317.tif 000011
【００９１】
センサ素子の空間的配置が、予測される入力オブジェクトの寸法よりも、著しく細かければ、後述の、低域フィルタリングを行うために、ピークを改良するために、およびマッチング誤差を計算するために、一つまたは複数の探索中の有意なピークに対する近接位置の組として、より大きな組を用いることは、有利に働き得る。そのような変更を調整するために方法を変えることは、複雑ではない。
【００９２】
閾値θを有するサブフレームΦの有意なピーク候補ＳＰＣ（Φ，θ）を、サブフレームにおける位置Ｐの組として定義する。
【００９３】
【数１０】
2016540317.tif 000012
【００９４】
ＳＰＣは、（よく知られたより効果的な方法が存在するものの）単に、サブフレームにおけるすべての位置を列挙するとともに、状態を確かめることにより、計算できる。
【００９５】
Ｃにおける有意なピーク位置ＰＣまたはＮにおける有意なピーク位置ＰＮを決定するために、予測されるノイズよりも著しく大きいピーク候補を探索することにより、工程２０１０を開始する。
【００９６】
【数１１】
2016540317.tif 000013
【００９７】
【数１２】
2016540317.tif 000014
【００９８】
ピーク位置Ｐの品質Ｑ（Ｐ）のおおよその基準を、信号の値が最高となる位置であると定義する。
【００９９】
【数１３】
2016540317.tif 000015
【０１００】
後述のとおり、互いに衝突しているまたは近接しすぎているピークを除去することは、有利に働く。点Ｐは、ＰＮおよびＰＣの両方において発見される、つまりＰ∈ＰＮ∩ＰＧであるならば、無視されてよい、つまりＰＮおよびＰＣの両方から除去される。また、点Ｐ１∈ＰＮかつ点Ｐ２∈ＰＣかつＰ１∈Ｌ８（Ｐ２）であるならば、より低い品質Ｑ（Ｐ１）またはＱ（Ｐ２）を有するＰ１またはＰ２は、無視されることになる。センサ素子の空間的配置によっては、Ｌ８の近接位置だけよりも広い範囲にあるピークを無視することが、有利に働き得る。
【０１０１】
残っている位置ＰＮ∪ＰＣは、有意なピークの位置となる。
【０１０２】
Ｐ∈ＰＮ∪ＰＣであるＰの近傍にある入力オブジェクトの種類は、Ｐ∈ＰＣであるときに真となる、ブール代数における真偽値ｃとして定義される。つまり、工程２０２０において、Ｐにおける入力オブジェクトの種類は、ｃが真であれば“導電性”として、ｃが偽であれば“非導電性”として決定できる。
【０１０３】
本実施形態の簡易版では、工程２０３０において、与えられた有意なピーク位置Ｐについて、おおよその入力オブジェクト位置は、ＰＯＳ（Ｐ）として推定される。
【０１０４】
各ピークは、３種の＜Ｐ，ｃ，ｑ＞として表現できる。Ｐは、位置である。ｃは、ブール代数における真偽値であり、Ｐ∈ＰＣのときに真である。ｑ＝Ｑ（Ｐ）は、品質である。このように表現されることにより、Ｓを有意なピークの組となるように定義できる。
【０１０５】
本実施形態の一変更例では、一つの入力オブジェクトの種類のみが、出力される。この場合には、ｑの最大値を用い、有意なピーク＜Ｐ，ｃ，ｑ＞∈Ｓを決定する。ピークを検知する工程１９２０において、ｃが真であれば“導電性”が、そうでなければ“非導電性”が出力される。Ｓが何も含まなければ、出力は“入力オブジェクトが存在しない”となる。いずれの場合においても、ピークを検知する工程１９２０は、終了する。
【０１０６】
本実施形態の他の変形例では、一つの入力オブジェクトの種類およびおおよその位置が、出力される。この場合には、ｑの最大値を用い、有意なピーク＜Ｐ，ｃ，ｑ＞∈Ｓを決定する。ピーク位置を検知する工程１９２０において、ＰＯＳ（Ｐ）および、ｃが真であれば“導電性”が、そうでなければ“非導電性”が出力される。Ｓが何も含まなければ、出力は“入力オブジェクトが存在しない”となる。いずれの場合においても、ピークを検知する工程１９２０は、終了する。
【０１０７】
また、本実施形態の他の変形例では、ＮＳＰ＞１個の入力オブジェクトの種類およびおおよその位置が、出力される。これは、マルチタッチシステムに適しているであろう。この場合には、ｑのＮＳＰ個の最大値を用い、それらの有意なピーク＜Ｐ，ｃ，ｑ＞∈Ｓを決定する。ピーク位置を検知する工程１９２０において、それぞれごとに一つのＰＯＳ（Ｐ）および、それぞれごとに一つ、ｃが真であれば“導電性”が、そうでなければ“非導電性”が出力される。Ｓが何も含まなければ、出力は“入力オブジェクトが存在しない”となる。いずれの場合においても、ピークを検知する工程１９２０は、終了する。
【０１０８】
また、本実施形態の他の変形例では、高いピーク値を有するわけではないものの、広い領域にわたる、より広く拡がったピークを考慮するように、有意なピークの検知方法が拡張される。ＣまたはＮの空間的に低域フィルタリングされたものにおけるピークも考慮することは、有利に働き得る。換言すれば、合成サブフレームは、調整済のサブフレームの重み付けされた和の低域フィルタリングにより、得られる。好適であろう適用可能な低域空間フィルタとして、多くのものが存在している。例えば、サブフレームΦの空間低域フィルタＬＰＦ（Φ，ａ，ｂ，ｃ）を、次式により与えられる新たなサブフレームとして定義する。
【０１０９】
【数１４】
2016540317.tif 000016
【０１１０】
スカラのパラメータａ・ｂ・およびｃは、例えば、ガウスフィルタのパラメータ、例えばａ＝０．６１９３・ｂ＝０．０８３８・およびｃ＝０．０１１３として選択できる。そして、フィルタリングされたサブフレームにおける有意なピーク候補の組は、次式により与えられるＰＣおよびＰＮにおけるそれらを用い、合成できる。
【０１１１】
【数１５】
2016540317.tif 000017
【０１１２】
【数１６】
2016540317.tif 000018
【０１１３】
図２１は、第８実施形態を示している。本実施形態では、後述するとおり、位置推定値ＰＯＳ（Ｐ）をその出力前に改善するために、前述の実施形態の入力オブジェクトを検知する工程１９２０に、別の工程２１４０が追加されている。有意な点＜Ｐ，ｃ，ｑ＞についてのＰＯＳ（Ｐ）を出力する替わりに、必要に応じＣまたはＮにおいて測定されたキャパシタンスの変化の関数により重み付けされた出力ＰＯＳ１（Ｐ）を出力する。ここで、ＰＯＳ１（Ｐ）は、Ｐの近傍における点位置の重み付けされた和として定義される。後述する例において、Ｐの“近傍における”点を、Ｐの八つの近接位置Ｌ８（Ｐ）であると扱う。指示オブジェクトが大きいと予想されるとともに、計算資源が十分にある場合には、より多くの点を利用できる。測定されたキャパシタンスの関数としては、単純な指数関数を利用できる。ここで、ｗｐ・ｗｏ・およびｗｄは異なる距離の近接位置についての重み付け係数であり、ｗｅは重み付け指数であり、かつΦ＝ｃならばＣ、ｃでなければＮである。
【０１１４】
【数１７】
2016540317.tif 000019
【０１１５】
例えば、ｗｅ＝２、ｗｐ＝０．６１９３、ｗｏ＝０．０８３８、およびｗｄ＝０．０１１３（つまり、ガウス空間重み付け係数（Gaussian spatial weighting factors））を選択することにより、合理的な結果が得られる。
【０１１６】
図２２は、第９実施形態を示している。本実施形態では、第８実施形態の推定値を改善する工程２１４０が、モデルのフィッティング工程の追加により、再構成されている。
【０１１７】
調整済のデータのモデルＭは、次に示す特定の種類の関数であると定義される。その関数は、入力として、入力オブジェクトの種類と、入力オブジェクトの電極素子に対する位置とを取るとともに、与えられたサブフレームｓについて、キャパシタンスの変化ΔＣ（つまり、調整済のキャパシタンス）を予測する。変化ΔＣは、与えられた位置におけるそのような入力オブジェクトにより、サブフレームｓに対応する電極の対において測定されるであろう。つまり、次のとおりである。
【０１１８】
【数１８】
2016540317.tif 000020
【０１１９】
ここで、ｓはサブフレーム番号であり、（ｘ，ｙ）は水平画素配置（horizontal pixel displacement）であり（説明を明確かつ簡潔にするために、ＰＯＳ（Ｐ）関数が返すものと同一の座標軸および単位であることを仮定している）、ｚは入力オブジェクトのパネルからの垂直高さであり、ｗは入力オブジェクトの物理的な形状を表し、かつｅは入力オブジェクトの電気的な特性を表す。モデルは、合成サブフレーム（例えば、ＮおよびＣまたは他のＦ１…ＦＳの算術組合せ）を推測してもよい。導電性入力オブジェクトについてのＭＣと、非導電性オブジェクトについてのＭＮとの、二つのモデルを有することが必要である。
【０１２０】
ｗが円形の入力オブジェクトの直径となるように、およびｅがＭＣについてのグランドに対するコンダクタンス（導電性入力オブジェクトの場合）またはＭＮについての入力オブジェクトの平均誘電率（非導電性入力オブジェクトの場合）となるように選択することにより、良好な結果が得られている。
【０１２１】
モデルが返す値であるΔＣは、多数の異なる（既知の）位置における、多数の異なる入力オブジェクトについての、直接的な実験測定値により構成されていてよいとともに、他の値を得るために、標準的な補間および補外法を利用してもよい（つまり、実験が実施されない場合）。例えば、次の変数の範囲のすべての組合せにより得られる測定データを用いる方法により、良好な結果が得られる。
・電極素子の空間的配置の４分の１である空間的配置におけるｘおよびｙ。この座標は、電極から始まるとともに、２軸のそれぞれにおける正方向に７段階まで変化する。電極素子が、ｘおよびｙ方向において対称であるため、負方向側の測定値は、正方向側の測定値と同一である（つまり、すべての有効なパラメータ値について、Ｍ（ｓ；ｘ，ｙ，ｚ，ｗ，ｅ）＝Ｍ（ｓ；−ｘ，ｙ，ｚ，ｗ，ｅ）＝Ｍ（ｓ；ｘ，−ｙ，ｚ，ｗ，ｅ）＝Ｍ（ｓ；−ｘ，−ｙ，ｚ，ｗ，ｅ））。ｓ・ｚ・ｗ・およびｅの各設定についてｘおよびｙにおける４９個の測定値。
・パネルの正面（上方）における、０（パネルに接触している）から２４ｍｍまでの２６個の値であり、０近くでは、より密になっている、ｚ。
・円筒形入力オブジェクトの、直径における３ｍｍ・５ｍｍ・および１０ｍｍの、３個の値であるｗ。円筒形入力オブジェクトは、金属・接地されたオブジェクト（導電性モデルについて）・または樹脂製オブジェクト（非導電性モデルについて）を用いる。
・ｅについて、各モデルがｅとともに線形に拡大縮小することを仮定すれば、十分であると扱われる。
【０１２２】
【数１９】
2016540317.tif 000021
【０１２３】
さらに、入力オブジェクトが電極素子から遠ざかるほど、または入力オブジェクトのサイズが０に近付くほど、キャパシタンスは０に近付くように変化することが知られている。これは、補外法において、良好な境界条件を与える。また、線形の補間法の利用により、良好な結果が得られる。補間法についての他の既知の方法も、同様に良好に作用する。
【０１２４】
なお、当業者によく知られているように、Ｍを他のモデル構築技術を用いて構成することが可能であるだろう（例えば、理論計算に基づくモデル）。例えば、補間法を用いまたは用いずに、与えられた入力オブジェクトの位置について、電気的なキャパシタンスを予測するために、有限要素シミュレーションモデルを利用できる。他の例として、クローズドフォーム（closed-form）の方程式またはこれらの技術の組合せにより、モデルを近似できるだろう。
【０１２５】
図２２は、入力オブジェクトの位置を計算するための、モデルＭＣおよびＭＮの利用方法を説明する図である。推定値を改善する工程２１４０が変更されており、工程２１４０に対する入力は、候補であるピーク位置Ｐ＝（ｊ，ｋ）・ピーク種類・および最新の調整されたデータフレームＦである。工程２２２０において、ピーク種類・導電性・または非導電性に応じ、適切なモデルＭＣまたはＭＮ２２１０が選択される。工程２２３０において、ＰＯＳ（Ｐ）に対する入力オブジェクトのパラメータについて、初期の推測値ｇ＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ，ｅ）が生成される。工程２２４０において、誤差を取得するために、Ｐの位置および近傍におけるフレームの測定された値と、選択されたモデルＭの予測された値とが比較される。工程２２６０において、誤差が大きすぎれば、推定値が改善されるとともに、通常は、誤差が十分に小さくなるまたは一定時間が経過するまで、処理が繰り返される。最小の誤差を与える推定値ｇ＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ，ｅ）は、Ｐに対する正しい入力オブジェクトの位置であると仮定されるとともに、工程２２７０において、位置ＰＯＳ（Ｐ）＋（ｘ，ｙ）が、結果として準備される。そして、ｚ・ｗ・およびｅのいくつかまたはすべてを結果として返すことは、有利に働き得る。特に、ｚの値と、パネルの動作を既知の入力を用いて試験することにより決定される閾値とを比較することにより、入力オブジェクトがパネルに接触しているか否かの判断結果を、得ることができる。
【０１２６】
誤差関数を最小化するように、パラメータの組を最適化する方法が、良く知られており、これを実行するための方法として、多くのものが存在する。そして、図２２が実施可能な方法の一つについて概要を示しているに過ぎないことは、当業者には自明であろう。
【０１２７】
誤差関数Ｅ（Ｆ，Ｐ，Ｍ，ｇ）は、検知されたピークの近くにおいて測定されたフレームＦの値と、パラメータｇ＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ，ｅ）の推測された組に基づく、フレームＦの値についての、モデルＭの予測値との差の基準を示している。これらの場合において通常には、誤差関数は、常に正となるとともに、推測が正しいときの最小値としての０を有するように構成されている（つまり、測定されたフレーム値をもたらす入力オブジェクトの位置およびパラメータに基づく）。しかし、測定値にはノイズが存在するため、０が得られることはない；または、Ｅの最小値が、不正な推測によって得られる；または、最小値に対応する推測値が、最小化処理によっても発見されない、という可能性がある。そのような誤差は、システムのユーザにより、小さくなるまたは無視できるものになると仮定する。この方法が用いられるときに、ピークの品質Ｑ（Ｐ）を、最小の誤差についてのなんらかの最小関数として再構成できる。例えば、Ｑ（Ｐ）＝−Ｅ０として再構成できる。ここで、Ｅ０は、最小化処理により発見された最小の誤差である。
【０１２８】
後述の誤差関数Ｅ（Ｆ，Ｐ，Ｍ，ｇ）を用い、合理的な結果が得られた。位置Ｐおよびその八つの近接位置Ｌ８（Ｐ）におけるフレームのΔＣ値は、Ｅを計算するために用いられた。誤差の重み関数ｒ（ｓ，ｐ）≧０が選択され、位置ｐ∈｛（０，０）｝∪Ｌ８（０，０）およびＦの各サブフレームＦｓについて定義された。定義は、次のとおりである。
【０１２９】
【数２０】
2016540317.tif 000022
【０１３０】
具体的には、ｒ（ｓ，ｐ−Ｐ）が、ｐ＝Ｐであるときに１となり、ｐ∈Ｌｏ（Ｐ）であれば０．０８３８２となり、かつｐ∈Ｌｄ（Ｐ）であれば０．０１１３３となるように、ガウスフィルタのパラメータを乗じたものとして、重みを選択してよい。概括的なアイデアは、ピークにより近い点がより大きな重みを持つべきである、という点にある。ノイズ比に対しより高い信号をともなうサブフレームが、より大きな重みを有するように、これらを調整してもよい。
【０１３１】
なお、Ｍの構成を用いることにより、探査における次元数を削減することは、有利に働き得る。特に、Ｍ（ｓ；ｘ，ｙ，ｚ，ｅ）が、一つのモデルにおいて、ｅについての線形関数になると仮定されるため、ｅを探査空間から除去できるとともに、最小の誤差を与えるものとして計算できる。これを行うために、Ｍ´（ｓ；ｘ，ｙ，ｚ，ｗ）＝Ｍ（ｓ；ｘ，ｙ，ｚ，ｗ，ｅ）／ｅを定義し、ｇ´＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ）とし、対応するＥ´（Ｆ，Ｐ，Ｍ，ｇ´）を次のとおりにする。
【０１３２】
【数２１】
2016540317.tif 000023
【０１３３】
ｍｉｎの内側に記載されているものは、単純なｅについての正の四次関数であるため、クローズドフォーム（closed form）において最小値について解くことができる、単純なものである。探査における次元数の削減により、可能性として、計算資源の浪費がより少なくなるように、処理を行える。
【０１３４】
図２３は、第１０実施形態を示している。本実施形態では、装置のアプリケーションまたはオペレーティングシステムが、検知された入力オブジェクトの種類および形状のうちの少なくとも一つに基づき、アクションを選択する。図２３において、工程２３００では、システムが、工程１９００において検知された、入力オブジェクトの種類および形状を受け取っている。形状は、パラメータｗにより記載されていてよい。種類は、“導電性”または“非導電性”であってよく、これは、入力オブジェクトの位置、または入力オブジェクトがパネルに接触しているか否かの決定についての、任意の情報に加えられる。工程２３１０において、その情報は、アクションを選択することに用いられる。そのアクションは、種類に基づき、Ａ  ２３２０またはＢ  ２３３０になり得るとともに、ｗによりパラメータ化されてもよい。
【０１３５】
例えば、描画プログラムは、ユーザが導電性のスタイラス・鉛筆・または指にてパネルに触れるときに第１の色にて描画し、ユーザが非導電性のスタイラスによりパネルに触れるときに第２の色にて描画してよいだろう。なお、描画プログラムは、ユーザが導電性のスタイラスにてパネルに触れるときに描画する、またはユーザが非導電性のスタイラスにてパネルに触れるときに消去する、としてもよい。非導電性のスタイラスは、例えば、多くの鉛筆の端部にあるような、物理的な消しゴムであってよい。
【０１３６】
アプリケーションまたはオペレーションシステムは、導電性のスタイラスによる接触を、左マウスクリックに等価なものとして扱い、非導電性のスタイラスによる接触を、右マウスクリックとして扱ってよいだろう。または、その反対であってもよい。
【０１３７】
前述の実施形態において、ｗパラメータを用いるときに、オペレーティングシステムまたはアプリケーションは、入力オブジェクトの導電性に替え、入力オブジェクトの寸法または形状に基づき、アクションを変更または選択してよいだろう。例えば、ユーザは、鉛筆をスタライスとして用い細い線を描画できるとともに、指を用いて太い線を描画できるだろう。または、細いスタイラスによる接触を左クリックとして扱い、太いスタイラスによる接触を右クリックとして扱えるだろう。
【０１３８】
図２４は、第１１実施形態を示している。本実施形態では、装置のアプリケーションまたはオペレーティングシステムが、入力オブジェクトの種類に基づかずに、アクションを選択する。図２４において、工程２３００では、システムが、入力オブジェクトの種類および形状を受け取っている。形状は、パラメータｗにより記載されていてよい。種類は、“導電性”または“非導電性”であってよく、これは、入力オブジェクトの位置、または入力オブジェクトがパネルに接触しているか否かの決定についての、任意の情報に加えられる。工程２３３０において、アクションの決定に、その追加情報は考慮されない。
【０１３９】
例えば、ユーザは、一種類のタッチ操作を用い、一通りのやり方にて、アプリケーションを操作できる。そのタッチ操作は、用いられるスタイラスが導電性であるか否かに影響を受けず、ユーザが素手の指にてまたは手袋を装着した手の指にて指し示しても機能し、かつ細いまたは太いスタイラスを用いても機能するであろう。
【０１４０】
アプリケーションまたはオペレーティングシステムは、自動的に、前述の対話についての種々のモードを選択できる。なお、装置のアプリケーションまたはオペレーティングシステムは、ユーザが種々の対話モードを選択できるように、ユーザインターフェース要素を提供してもよい。
【０１４１】
（産業上の利用可能性）
本発明は、工業用および民生電子機器のための、タッチパネルおよびタッチスクリーン装置に利用できる。特に、本発明は、携帯電話・タブレットコンピュータ・‘電子リーダ（e-readers）’・および対話型公共情報端末などの製品に好適である。
【０１４２】
（符号の説明）
１００  透明基板
１１０  検知電極
１２０  電圧源
１３０  入力オブジェクト
１４０  キャパシタ
１５０  電流センサ
２００  駆動電極
２１０  検知電極
２２０  電圧源
２３０  相互結合キャパシタ
２４０  電流測定手段
２７０  駆動電極
２８０  検知電極
３１０  第１検知電極ＳＡ
３２０  第２検知電極ＳＢ
３３０  駆動電極
３４０  交差
４００  電極アレイ
４１０  センサの基板
４２０  透明導電層
４３０  センサ電極
４４０  駆動電極
４５０  導電ブリッジ層
４６０  絶縁層
４７０  コンタクトホール
５１０  入力オブジェクト
５２０  電気力線
５３０  有効な駆動電極
５４０  無効な駆動電極
５５０  第２相互結合キャパシタＣＢ
５６０  第１相互結合キャパシタＣＡ
８７５  電圧パルス生成装置
８８０  電荷積分回路
８８１  演算増幅器
８８２  積分キャパシタ
８８３  リセットスイッチ
８８４  第１入力スイッチ
８８５  第２入力スイッチ
１０００  タッチパネル
１０１０  ＬＣＤ
１０２０  制御回路
１０３０  ホスト電子機器
１１１０  第１駆動電極
１１２０  第２駆動電極
１１３０  検知電極
１２１０  第１電圧源
１２２０  第２電圧源
１４１０  第１検知電極
１４２０  第２検知電極
１４３０  第１駆動電極
１４４０  第２駆動電極
１４５０  交差
１５１０  第１相互結合キャパシタＣＡＡ
１５２０  第２相互結合キャパシタＣＢＢ
１５３０  第３相互結合キャパシタＣＢＡ
１５４０  第４相互結合キャパシタＣＡＢ
１６００  検知電極の対
１６１０  第１デュアルファンクション検知電極
１６１２  第１接続線
１６２０  第２デュアルファンクション検知電極
１６２２  第２接続線
１６２６  コンタクトホール
１６３０  駆動電極
１６５０  奇数番目の駆動電極
１６６０  偶数番目の駆動電極
１７００  奇数番目の検知電極の対
１７０２  偶数番目の検知電極の対
１７０４  奇数番目の駆動電極の対
１７０６  偶数番目の駆動電極の対
１７１０  第１の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
１７１５  第１の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
１７２０  第２の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
１７２５  第２の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
１７３０  第１の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
１７３５  第１の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
１７４０  第２の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
１７４５  第２の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
１７５０  バイア
１７６０  接続線
１７７０  交差
１７８０  センサの基板
１７８２  透明導電層
１７８４  絶縁層
１７８６  導電ブリッジ層
１７８８  コンタクトホール
１８００  奇数番目の検知電極の対
１８０２  偶数番目の検知電極の対
１８０４  奇数番目の駆動電極の対
１８０６  偶数番目の駆動電極の対
１８１０  第１の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
１８１５  第１の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
１８２０  第２の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
１８２５  第２の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
１８３０  第１の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
１８３５  第１の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
１８４０  第２の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
１８４５  第２の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
１９００  コントローラからの入力データ
１９１０  調整する
１９２０  入力オブジェクトを検知する
１９２５  オブジェクトの位置を抽出する
１９３０  オブジェクトの種類および位置を出力する
２０００  ＣおよびＮを計算する
２０１０  ＣまたはＮにおける有意なピーク位置Ｐを探索する
２０２０  Ｐにおける入力オブジェクトの種類を決定する
２０３０  おおよその入力オブジェクトの位置を推定する
２０４０  すべてのピークについて処理されたか
２１４０  推定を改善する
２２１０  モデル
２２２０  モデルを選択する
２２３０  初期の推測を取得する
２２４０  誤差を評価する
２２５０  十分に適切か？
２２６０  推測を改善する
２２７０  結果を準備する
２３００  入力オブジェクトの種類および形状を検知する
２３１０  アクションを選択する
２３２０  アクションＡ
２３３０  アクションＢ
２４００  アクションＡ
【０１４３】
【数２２】
2016540317.tif 000024
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】表面型静電容量方式のタッチパネルの一般的な実施態様を示す図である。
【図２】投影型静電容量方式のタッチパネルの一般的な実施態様を示す図である。
【図３】本発明に係る電極配置の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るセンサの基板の断面図である。
【図５】センサの基板の平面図である。
【図６】電極アレイの電極に対応付けられた、相互容量をもつ回路要素である相互キャパシタを示す図である。
【図７】本発明のタッチパネルの近傍における、導電性および非導電性入力オブジェクトによる、相互キャパシタのキャパシタンスの変化を示す図である。
【図８】本発明のタッチパネルの相互キャパシタンスにおける、変化を測定できる回路を示す図である。
【図９】図６の回路を操作するために用いられ得るタイミング図である。
【図１０】タッチセンサを用いるシステムを示す図である。
【図１１】発明の第２実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
【図１２】第２実施形態における利用に適したコントローラ回路の模式図である。
【図１３】図１４Ａに示される回路を操作するために適したタイミング図である。
【図１４】発明の第３実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
【図１５】第３実施形態の電極アレイの、電極に対応付けられた相互キャパシタンスを示す図である。
【図１６】発明の第４実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
【図１７Ａ】発明の第５実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
【図１７Ｂ】発明の第５実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
【図１８】発明の第６実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
【図１９】発明の第７実施形態に係る一連の処理工程を示す図である。
【図２０】入力オブジェクトの検知アルゴリズムを実施する一方法をより詳しく示す図である。
【図２１】入力オブジェクトの検知アルゴリズムを実施する他の方法をより詳しく示す図である。
【図２２】入力オブジェクトの検知アルゴリズムを改善する方法をより詳しく示す図である。
【図２３】発明の第１０実施形態に係る本発明についてのタッチパネル装置のアプリケーションを示す図である。
【図２４】発明の第１１実施形態に係る本発明についてのタッチパネル装置の他のアプリケーションを示す図である。
【図１】
2016540317.tif 000025
【図２】
2016540317.tif 000026
【図３】
2016540317.tif 000027
【図４】
2016540317.tif 000028
【図５】
2016540317.tif 000029
【図６】
2016540317.tif 000030
【図７】
2016540317.tif 000031
【図８】
2016540317.tif 000032
【図９】
2016540317.tif 000033
【図１０】
2016540317.tif 000034
【図１１】
2016540317.tif 000035
【図１２】
2016540317.tif 000036
【図１３】
2016540317.tif 000037
【図１４】
2016540317.tif 000038
【図１５】
2016540317.tif 000039
【図１６】
2016540317.tif 000040
【図１７Ａ】
2016540317.tif 000041
【図１７Ｂ】
2016540317.tif 000042
【図１８】
2016540317.tif 000043
【図１９】
2016540317.tif 000044
【図２０】
2016540317.tif 000045
【図２１】
2016540317.tif 000046
【図２２】
2016540317.tif 000047
【図２３】
2016540317.tif 000048
【図２４】
2016540317.tif 000049
【国際調査報告】
2016540317.tif 000050