(57)【要約】      （修正有）【課題】携帯型及び据え置き型の装置は、環境上の厳しさに耐えることができるキーパッドを備えるようにする。【解決手段】装置のグラフィカルユーザーインターフェースを制御するためのシステムの実施形態は、偏向部材、導電性部材、基板、駆動回路、スイッチ、及び信号ロジックを含む。偏向部材は、ユーザが傾けるように構成される。導電性部材は、この傾きに応じて動くように構成される。基板は、ギャップによって導電性部材から間隔を空けて配置され、互いに絶縁された感知電極を上に備えている。駆動回路は、電気的駆動信号を導電性部材に与える。スイッチは感知電極の間の中央に配置されており、偏向部材がこのスイッチに接続されて、偏向部材が傾いたことに応じてスイッチが動作可能にされる。信号ロジックは、キャパシタンスの測定値とスイッチの動作とを、グラフィカルユーザーインターフェース内で入力機能を示す信号へと変換する。【選択図】図１３
2009295155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置のグラフィカルユーザーインターフェースを制御するシステムであって、
ユーザが傾けるように構成された偏向部材と、
前記偏向部材が傾くことに応答して動くように構成された導電性部材と、
ギャップによって前記導電性部材から間隔を空けて配置され、複数の互いに絶縁され上に配置された感知電極を有する基板と、
電気的駆動信号を前記導電性部材に提供するように構成された駆動回路と、
前記感知電極に動作可能に接続され、前記偏向部材が傾くことに呼応して前記導電性部材と前記感知電極との間に発生するキャパシタンスの変化を検出するように構成されたキャパシタンス測定回路と、
前記偏向部材に接続されて、前記偏向部材が傾いたことを受けて動作可能になる、前記感知電極の間の中央に配置されたスイッチと、
キャパシタンスの測定値と前記スイッチの動作とをグラフィカルユーザーインターフェース内の入力機能を示す信号へと変換するように構成された信号ロジックと
を含んでなるシステム。
【請求項２】
前記入力機能はスクロール機能である請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記入力機能は中央クリック機能である請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記入力機能は周辺クリック機能である請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記入力機能は、スクロール機能、中央クリック機能、又は周辺クリック機能のいずれかである請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記信号ロジックは、
キャパシタンスにおける変化を、スクロール機能を示す信号へと変換し、
前記スイッチの動作を、中央クリック機能を示す信号へと変換し、
キャパシタンスの測定値と前記スイッチの動作とを周辺クリック機能を示す信号へと変換する、
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７】
前記信号ロジックは、キャパシタンスの測定値に応答して前記偏向部材が傾く方向を識別し、前記傾く方向と前記スイッチの動作とを前記偏向部材の主要点におけるクリック機能を示す信号へと変換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】
前記各感知電極と前記キャパシタンス測定回路との間の感知信号パスと、駆動電極と駆動回路との間の駆動信号パスとをさらに備えており、前記駆動電極は前記導電性部材に電気的に接続されている請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
装置のグラフィカルユーザーインターフェースを制御するシステムであって、
ユーザが傾けるように構成された偏向部材と、
前記偏向部材が傾くことに応答して動くように構成された導電性部材と、
ギャップによって前記導電性部材から間隔を空けて配置され、複数の互いに絶縁され上に配置された感知電極を有する基板と、
電気的駆動信号を前記導電性部材に提供するように構成された駆動回路と、
前記感知電極に動作可能に接続され、前記偏向部材が傾くことに呼応して前記導電性部材と前記感知電極との間に発生するキャパシタンスの変化を検出するように構成されたキャパシタンス測定回路と、
前記感知電極の間の中央に配置されたスイッチと、
キャパシタンスにおける変化を第１の機能を示す信号へと変換し、前記スイッチの動作を第２の機能を示す信号へと変換し、キャパシタンスの測定値と前記スイッチの動作とを第３の機能を示す信号へと変換するように構成された信号ロジックと
を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記偏向部材が傾いたことを受けて前記スイッチが動作できるように前記偏向部材が構成される請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記偏向部材がリング形状であり、ボタンをさらに備えて、前記ボタンが前記リング形状の偏向部材の中央に配置され、前記ボタンがユーザからの圧力に応答して前記スイッチを動作するように構成されている請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記信号ロジックは、前記感知電極間のキャパシタンスにおける変化の円形パターンを第１の機能へと変換するものである請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２の機能はスクロール機能である請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第３の機能は周辺クリック機能である請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記信号ロジックは、キャパシタンスの測定値に応答して前記偏向部材が傾く方向を識別し、前記傾く方向と前記スイッチの動作とを周辺クリック機能を示す信号へと変換するように構成されている請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記それぞれの感知電極と前記キャパシタンス測定回路との間の感知信号パスと、駆動電極と駆動回路との間の駆動信号パスとをさらに備えており、前記駆動電極が前記導電性部材に電気的に接続されている請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記導電性部材は、前記駆動電極とオーム接触を行う導電性アームを備えている請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記基板は、前記導電性部材を充電するために少なくとも１つの上に配置された駆動電極を備えている請求項９に記載のシステム。
【請求項１９】
グラフィカルユーザーインターフェースを表示するためのディスプレイと、
前記グラフィカルユーザーインターフェースを制御するための入力装置と
を含んでなり、
前記入力装置は、
ユーザが傾けるように構成された偏向部材と、
前記偏向部材が傾くことに応答して動くように構成された導電性部材と、
ギャップによって前記導電性部材から間隔を空けて配置され、複数の互いに絶縁され上に配置された感知電極を有する基板と、
電気的駆動信号を前記導電性部材に提供するように構成された駆動回路と、
前記感知電極に動作可能に接続され、前記偏向部材が傾くことに呼応して前記導電性部材と前記感知電極との間に発生するキャパシタンスの変化を検出するように構成されたキャパシタンス測定回路と、
前記偏向部材に接続されて、偏向部材が傾いたことを受けて動作可能になる、前記感知電極の間の中央に配置されたスイッチと、
キャパシタンスの測定値と前記スイッチの動作とをグラフィカルユーザーインターフェース内の入力機能を示す信号へと変換するように構成された信号ロジックと
を含むものである、手持ち式装置。
【請求項２０】
前記信号ロジックは、
キャパシタンスにおける変化を前記グラフィカルユーザーインターフェース内でスクロール機能を示す信号へと変換し、
前記スイッチの動作を前記グラフィカルユーザーインターフェース内で中央クリック機能を示す信号へと変換し、
キャパシタンスの測定値と前記スイッチの動作とを周辺クリック機能を示す信号へと変換する、
ように構成されている請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本願は、２００７年１０月２５日に出願された米国特許出願第１１／９２３，６５３号の一部継続出願であり、この特許を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。また本願は、２００７年８月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／９６６，３０８号からの優先権を主張する。この特許を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００２】
携帯用の電子装置及びデジタル装置は、カーソルを移動すること、１つ以上のスイッチを動かすこと、又はディスプレイをスクロールすることを可能にする制御及びデータ入力機器を内蔵することから恩恵を受けている。これに関連して、ディスクトップコンピュータと共に使用されるマウス又はジョイステックは、極めて大きいことが多い。種々の別の制御及びデータ入力機器がこのため使用されてきた。
【０００３】
１つの方法は、Berstinらに発行された米国特許第６，１１５，０３０号明細書（以後、「Berstin文献」と呼ぶ）の中で説明されているように、ジョイステックを小型化することである。この特許を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００４】
可動のパック又はスライダーベースの装置が、Harleyらに発行された米国特許第７，１５８，１１５号明細書（以後、「第１のHarley文献」と呼ぶ）及びHarleyらへの米国特許出願公開公報第２００５／０１１０７５５号（以後、「第２のHarley文献」と呼ぶ）の中で開示されている。これらの特許もそれぞれ引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００５】
１つの特に好評な制御及びデータ入力装置は、スイッチを含んでおり、Zadeskyらに発行された米国特許出願第２００７／００５２６９１号の中で開示されている円形のタッチパッドの形状を採用している。Zadeskyらへの米国特許第７，０４６，２３０号明細書（以後、「Zadesky文献」と呼ぶ）も参照されたい。これらの特許を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。このZadesky文献は、APPLE（登録商標）社が製造した好評なｉＰＯＤ（登録商標）装置で採用されているキーパッドの特定の態様を説明している。
【０００６】
携帯型の電子装置の中で使用されているより一般的な制御及びデータ入力機器は、いわゆる「５方向キーパッド」である。これはMOTOROLA（登録商標）社のSLVR（登録商標）などの携帯電話の種々のモデル及び型式の中で見つけられる。そのような５方向キーパッド装置では、ほぼ円形構造のパッドは、センタボタンとその上に重ね合わされた４つの基本的な方向（すなわち、Ｎ、Ｓ、Ｅ及びＷ）に対応する矢印を有する、その周りに配置された外輪を有する。この円形のパッドは、可撓性の薄膜と一連のドーム型スイッチの上部に配置され、ドーム型スイッチは薄膜とパッドの下方に配置されている。矢印に対応する位置で円形のパッドを十分に強く押し下げると、下側に配置されたドーム型スイッチが閉じられるすなわち動作される。同様に、ドーム型スイッチは、センタボタンの下側にも配置されている。その結果、従来の５方向キーパッドの中の４つの矢印とセンタボタンにより、ユーザが動作するすなわち閉じることができる５つの異なるスイッチが提供される。
【０００７】
しかしながら、特に、大部分の前述した５方向電話キーパッドは、ｉＰＯＤ（登録商標）装置のキーパッドが提供するようなスクローリング機能を備えていない。しかしながら、ｉＰＯＤ（登録商標）装置のキーボードは、ユーザの指がそれとスキン接触して、ｉＰＯＤ（登録商標）装置のキーパッドが動作する前にグラウンドへの経路を設ける必要がある。すなわち、ｉＰＯＤ（登録商標）のキーボードは、ユーザが手袋を付けている場合、又は鉛筆、カーソルペン又は電気的に絶縁された装置、メカニズム又はその上に置かれた又は押し付けられた身体部分を通して動作させることはできない。
【０００８】
ｉＰＯＤ（登録商標）装置のキーパッドに加えて、AVAGO AMRX（登録商標）社のキーパッドは、スクローリング機能が着いた５方向キーパッドを提供する。このスクローリング機能は、回転ホイールとこのホイールの下に配置された４つの押し下げ式スイッチに中央ボタンの下に置かれた押し下げ式スイッチを加えたものとの組合せによって提供される。スクローリングは、 ユーザの指でホイールを物理的に回転することによって行われ、またクリッキングすなわちスイッチ操作は、ホイール又はセンタボタンを下方に押すことにより達成される。AMRX社のキーパッドは、反射式光学コード化技術に基づいている。しかしながら、またこのため、中央ホイールの回転当たりのカウント数が固定されている。このことは、今度は、種々のスクローリングすなわち選択オプションのために、中央ホイールの回転当たりのカウント数を動的に調整して、ユーザの指によるホイールの遅い又は速い動きを考慮して、ホイールの分解能すなわち「細かさ(fineness)」を調整することができないことを意味する。あるいはまた、ユーザがダイアルを前後に回すときの中央ホイールの粘着性（stickiness）又は平滑性に関するユーザの好みが相当変化すること、また１つの設計の中央ホイール及び多数のユーザの賛同を得る「粘着性（stickiness）」を提供することは、不可能ではないにしても困難であることが分かっている。
【０００９】
電話などの携帯型電子装置の大抵の製造業者は、内蔵される制御及びデータ入力機器の物理的な寸法、並びに薄膜、ドーム型スイッチ及び感知電極などの関連した構成要素の寸法及び位置に対して異なる要求事項を有している。このため、所定の設計の制御及びデータ入力機器の適応及び特定の携帯電話のモデルなどの商品の中で使用するための構成は、特に、例えば、スクローリングなどの新しい機能が、５方向キーパッドに、さもなければ回転ホイールなどを用いる従来の外観の中に加えられる場合、著しい工具費がかかることが多い。
【００１０】
最後に、多くの携帯型及び据え置き型の装置は、その筐体内に電子回路が配置されており、その電子回路は筐体の内部に液体、ガス又は蒸気が侵入すると損傷又は損害を被ることが多い。この感受性は、携帯電話などの携帯装置では一般に高められる。ここでは、ユーザはそのような装置を、キーパッドの上にかかった液体、塩分を含んだ海の空気、化学物質の蒸気などの厳しい環境状態の全ての様態の影響下に置く。このため、そのような携帯型及び据え置き型の装置は、このような環境上の厳しさに耐えることができる制御及びデータ入力表面すなわちキーパッドを備えることが望ましい。
【００１１】
必要なことは、（１）広範囲にわたる工作機械設備の変更を要求することなく種々の携帯型電子装置で使用することに容易に適応できること、（２）装置内に配置された電子回路を損傷する可能性がある液体、ガス又は蒸気に対して抵抗力があること、（３）例えば、回転可能なホイール機構を備える必要がなく、１つのキーパッド内でクリッキングとスクローリングの組み合わされた機能性を提供すること、（４）その動作に対してユーザの指又は他の身体部分を通ってグラウンドに行く経路を必要としないこと、（５）制御及びデータ入力機器の外観、機能性、フットプリント又は機械的構造に対して基本的な変更を要求しないこと、という条件を満たす、携帯型電子装置の中で従来のキー上部薄膜構造体と容易に置き換えることができるシステムである。
【発明の概要】
【００１２】
システムの実施形態が説明される。１つの実施形態では、このシステムは、装置のグラフィカルユーザーインターフェースを制御する。このシステムの実施形態は、偏向部材、導電性部材、基板、駆動回路、スイッチ、及び信号ロジックを備えている。この偏向部材は、ユーザが傾けるように構成されている。導電性部材は、偏向部材の傾きに応じて動くように構成されている。基板は、導電性部材からギャップだけ間隔を空けて配置されており、その上に複数の相互に絶縁された感知電極を有している。駆動回路は、電気的駆動信号を導電性部材に送るように構成されている。キャパシタンス測定回路は感知電極に動作可能に接続されて、偏向部材の傾きに応じて導電性部材と感知電極との間に発生するキャパシタンスの変化を検出するように構成されている。スイッチは感知電極の間の中心に配置され、偏向部材がこのスイッチに接続されて、偏向部材の傾きに応じてスイッチが動作できるようにする。信号ロジックは、キャパシタンスの測定値とスイッチの動作を、グラフィカルユーザーインターフェースの中で入力機能を示す信号へと変換するように構成される。
【００１３】
１つの実施形態では、この入力機能はスクロール機能、中心クリック機能、又は周辺クリック機能のどちらかである。
【００１４】
１つの実施形態では、信号ロジックは、キャパシタンスの変化をスクロール機能を示す信号へと変換し、スイッチの動作を中心クリック機能を示す信号へと変換し、スイッチの動作と一緒のキャパシタンスの測定値を周辺クリック機能を示す信号へと変換するように構成される。
【００１５】
本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理の実施例として例示された添付の図面と共に考慮すれば、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の１つの実施形態に基づいて、制御及びデータ入力装置を採用する携帯装置の上面の平面図である。
【図２】相互キャパシタンス制御及びデータ入力装置の１つの実施形態の断面図である。
【図３】図３Ａは、導電性部材又はプレートの１つの実施形態の平面図である。図３Ｂは、導電性部材又はプレートと対応する電極アレイの１つの実施形態の断面概略図である。図３Ｃは、図３Ｂの電極及びスイッチのアレイの平面図である。
【図４】偏向部材の１つの実施形態のユーザの指による傾きなし、浅い傾き及び深い傾きを例示する図である。
【図５】電極及びスイッチのアレイとそのキャパシタンス感知回路、ホストプロセッサ及びディスプレイへの接続を例示する図である。
【図６】傾いた下面を有する回転可能なノブを使用する別の実施形態の断面図であり、この場合、ノブの回転により下側の電極アレイに関して偏向部材の傾きが変化される。
【図７】下側に延びる突起を備えた回転可能なノブを使用するさらに別の実施形態の断面図であり、この場合、ノブの回転により電極アレイに関して下側の導電性部材又はプレートの傾きが変化される。
【図８】下側に延びる突起を有する傾いた下面を備えた回転可能なノブを使用するさらに別の実施形態の断面図であり、この場合、ノブの回転により電極アレイに関して下側の導電性部材又はプレートの傾きが変化される。
【図９】傾いた導電性部材が配置された回転可能なノブを使用するさらに別の実施形態の断面図であり、この場合、ノブの回転により下側の電極アレイに関して傾いた部材の位置が変化される。
【図１０】電極及びスイッチのアレイ及びそのホール効果感知回路、ホストプロセッサ及びディスプレイへの接続に関する１つの実施形態を例示する図である。
【図１１】装置を制御するためのシステムに関する別の実施形態の、図１２Ａの線ＡＡに沿った側断面図である。
【図１２Ａ】図１１の基板の実施形態の平面図である。
【図１２Ｂ】図１１の導電性部材の実施形態を示す図である。
【図１２Ｃ】形成されたアームを示す図１２Ｂの導電性部材の斜視図である。
【図１２Ｄ】２つの駆動電極及び２つの感知電極の間に形成された電気回路と、図１１〜図１２Ｃに示された導電性部材を例示する図である。
【図１３】図１３Ａ〜１３Ｄは、図１１〜図１２Ｄに関連して前述された単一スイッチ式システムの機能を例示する図である。
【図１４】装置のグラフィカルユーザーインターフェースを制御するための、図１１〜図１３Ｄに関連して前述されたシステムを含む手持ち式装置などの装置の実施形態を示す図である。
【図１５】偏向部材の中心又は周辺部に加えられた指圧に呼応して中央スイッチを動作できるようにするブラケット及びクリップの配列を利用するシステムの実施形態を示す図である。
【００１７】
説明の全体を通して、同じ参照番号は、同じ要素を特定するために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の種々の実施形態は、全体的には制御及びデータ入力機器の分野に関連し、また幾つかの好ましい実施形態では、携帯電話、ＭＰ３プレーヤ、パーソナルコンピュータ、ゲーム用コントローラ、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡなどの携帯型又は手持ち式装置用の制御及びデータ入力機器に関する。本発明の実施形態には、据え置き型、携帯型及び手持ち式装置におけるアプリケーションを見つけること、並びに産業用制御装置、洗濯機、運動器具などの分野に関連したものも含まれる。さらに別の実施形態は、耐水、耐液体、ガス又は蒸気が漏れない又は抵抗力がある制御面及び筐体が望ましい制御及びデータ入力機器に関する。
【００１９】
幾つかの実施形態は、相互キャパシタンス（mutual capacitance）、すなわち２つの対向する電荷保持面の間で発生するキャパシタンスの原理に基づいて動作する制御及びデータ入力機器を提供する。この電荷保持面では、１つの面を流れる電流が間にある小さなギャップを通って他の面に進む。別の実施形態は、自己キャパシタンス（self-capacitance）すなわちグラウンドに対して所定の電極に関連したキャパシタンスの原理に基づいて動作する制御及びデータ入力機器を提供する。さらに別の実施形態では、以下に説明されるが、磁気及び電気抵抗の原理に基づいて動作する制御及びデータ入力機器が提供される。しかしながら、本願で説明される大部分の実施形態は、当業者が明細書を読みかつその図面を参照すれば容易に理解するように、相互キャパシタンスの原理を使用する。
【００２０】
１つの実施形態では、主として携帯型電子装置に組み込まれた１つの全体的にリング状の制御及びデータ入力機器によってスクローリング及びクリッキングなどの複数の機能を実行できる制御及びデータ入力機器が提供される。この携帯型電子装置には、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、移動電話、携帯電話、ラジオ、ＭＰ３プレーヤ又は携帯型音楽プレーヤが含まれる。ユーザは、場合に応じて、制御及びデータ入力機器の一部を形成している偏向部材を軽く又は深く押して、スクローリング又はクリッキングを行う。そのような実施形態では、図１に示されているように、制御及びデータ入力機器１９は、外観と構成がZadeskyの文献の中で開示されたものに似たリング又はディスク状のパッドの形状と考えられる。この場合、携帯装置１０はその中に制御及びデータ入力機器１９を組み込んでいる。
【００２１】
図１は、１つの実施形態による制御及びデータ入力機器１９を使用する携帯装置１０の上面の平面図である。装置１０は、１つ以上の内部プロセッサを使用する携帯電話、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、又は他の任意の手持ち式、携帯型又は据え置き型の装置とすることができる。例証するために、携帯型の好ましい実施形態が図１に示されている。携帯装置１０は、ディスプレイ１４、キー１６、及び制御及びデータ入力機器１９を含む外装筐体１２を備えている。制御及びデータ入力機器１９及びキー１６はプロセッサ１０２（図１には図示せず）に入力情報を送り、このプロセッサ１０２はディスプレイ１４を制御する。データ入力装置１９の上面には、下に置かれたスイッチの上の位置にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥとラベル表示されたボタンが付いている。層すなわちコーティング２１（図２を参照のこと）が上に処置された中心ボタンＡ２０が設けられている。幾つかの実施形態では、層すなわちコーティング２１は電気的導電性とすることができ、別の実施形態では、目先の特定の用途によるが、電気的絶縁性とすることができる。
【００２２】
位置Ｂ、Ｃ、Ｄ又はＥにおいて偏向部材１８を押して、偏向部材１８をかなり又は深く曲げると、下側のスイッチが動作する。これらのスイッチは望ましい機能を制御するために使用されるが、たいていの実施形態では、そのようなスイッチがディスプレイを制御するため又はディスプレイが示した項目を選択するためのいずれかに使用されることが予想される。例えば、ボタンＢ及びＤの下側のスイッチは、「ページアップ」又は「ページダウン」機能を制御するため、又はカーソルを表示リストの上下に移動するために使用することができる。ボタンＥ及びＣは、リスト及び／又はサブリストの間、又は複数の表示リストの間を移動するために使用することができる。ボタンはディスプレイの上、下、又は横から横に急速にスクロールするために使用することもできる。ボタンＡの下側のスイッチは、例えば、リスト上のハイライト表示された項目を選択するため、又はメニュー間を移動するために使用される。しかしながら、ボタンとその下側に配置された対応するスイッチは、携帯装置の製造業者が定義した任意の機能を制御するために使用することもできる。
【００２３】
偏向部材１８は、ユーザが指を偏向部材１８の周囲に動かすときに、ディスプレイのスクローリングを制御するために使用することができる。この場合、感知されたキャパシタンスの変動がスクローリングを制御するために使用される。これは、Zadeskyの文献の中で説明されたタッチパッドによって与えられた機能に類似している。例えば、偏向部材１８の上及びそれに沿ったユーザの指の時計回りの動きは、下向きのスクローリングに使用することができ、他方では、反時計回りの動きは上向きのスクローリングに使用することができる。別の方法では、偏向部材１８の特定の傾きが、ジョイステック又はHarleyの文献のスライド可能なパックに類似した方法でカーソルの位置を制御するように構成することができる。この場合、カーソルは傾いた方向に動き、そのような動きは傾きの程度に比例する。そのような実施形態では、偏向部材１８に関連したスイッチは、省く又はディスエーブルにすることができる。スクローリング又はカーソル制御機能を提供するために必要な傾きの程度は、ユーザが傾きに気付かないほど軽微であるため、Zadeskyの文献の中で開示されたタッチパッドが提供する機能をシミュレートすることができる。別の実施形態では、キャパシタンスの変動が、Harleyの文献の中の移動可能なパックが提供したものと類似した方法で、カーソルを移動するため又は同様な機能を実行するために使用される。しかしながら、注目に値すべきなのは、Zadeskyの文献の中で説明された装置とは異なり、本発明の幾つかの実施形態は、Zadeskyの文献の中で開示されたタッチパッドが必要とするような、ユーザの指又は他の身体部分を通ってグラウンドに接続さる経路に依存しないし、それを使用しない。
【００２４】
幾つかの実施形態では、特にスクロールを制御するために偏向部材１８の傾きを使用する実施形態では、制御及びデータ入力機器は、図１に関連して前述したように、偏向部材１８の周りに配置された複数のスイッチを備えている。この場合、スイッチは概して偏向部材の周辺に隣接した下側に配置される。そのようなスイッチは、スクローリングを実行するために必要とされる程度よりも大きな偏向部材１８の傾きの程度に応答することが好ましい。そのようなスイッチは、スイッチを閉じること、すなわちスイッチ操作が行われたことを知らせるために、ユーザに対して手応えで入力確認できることが好ましい。手応えで入力確認できることは、ドーム型スイッチによって行うことができるが、このことは後でさらに良く説明される。しかしながら、メンブレンスイッチ又はZadeskyの文献で開示されたスイッチも使用できる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、制御及びデータ入力機器１９は、偏向部材１８の中心の下側でかつボタン２０の直ぐ下に取りつけられた中央スイッチ３６（図１では図示せず）を備えている。このスイッチ３６は、偏向部材１８の周辺部の下側に配置される他のスイッチを動作させることなく、ボタン２０の下向きの動きによって動作する、すなわち閉じるように構成されることが好ましい。必要なら、そのような周辺スイッチ及び／又は傾きの容量感知をディセーブルにするように、中央スイッチ３６を動作させることができる。
【００２６】
図２、図３Ａ〜図３Ｃ、及び図４を参照する。装置１９は、ユーザの指によって加えられた圧力により傾くように構成された偏向部材１８を備えている。この偏向部材１８は、円板、平板、円形、卵形、正方形、長方形、十字形の部材、星形の部材、五角形、六角形、八角形、及び他の多くの適当な形状及び構成を含む多数の種々の物理的な構成及び形状のいずれかと見なすことができる。偏向部材１８は全体的に、図２に示されているような平面内に形成することができ（偏向部材１８の別の非平面も考えられるが、これは本発明の範囲の中に含まれる）、また概ね下側の回路基板５２から間隔を空けて配置されている。偏向部材１８は、その下側（すなわち、その内側に向いた面）に配置されたほぼ平面の導電性部材又はプレート２２を備えることが好ましい。回路基板５２は、好ましくは複数のほぼ平面的な電極面を有し、また中又は上に配置された電極及びスイッチアレイ３９を形成するスイッチを有している。この基板５２は、偏向部材１８の下側に偏向部材から間隔を空けて配置されている。幾つかの実施形態では、アレイ３９が１つ以上のスイッチ３４、３５、３６、３７、又は３８を備えていないことに注意されたい。
【００２７】
（図４に概略的に例示されているように）偏向部材１８をわずかに傾けてそれを強打することにより、導電性部材２２と下側の基板５２上に配置された感知電極４０、４１、４４及び４５との間のそれぞれのキャパシタンスが変化して、スクローリングなどの第１の機能が行われる。（また図４に概略的に例示されているように）偏向部材１８を強打せずにさらに深く傾けることにより、偏向部材１８の部分の下側に配置されたスイッチが押されて閉じるすなわち作動されて、クリックなどの第２の機能が行われる。
【００２８】
装置１９の好ましい実施形態では、偏向部材１８は、約０．１０ｍｍ、約０．２０ｍｍ、約０．３０ｍｍ、約０．４０ｍｍ、約０．５０ｍｍ、約０．６０ｍｍ、及び約０．７０ｍｍの最大垂直距離を通して傾くため、又は約０．２０ｍｍと約０．４０ｍｍとの間、約０．１０ｍｍと約０．６０ｍｍとの間、及び約０．５０ｍｍと約０．８０ｍｍとの間にわたる垂直距離を通して傾くために、可撓性薄膜２５又は装置１０の他の部分によって制約を受ける。偏向部材１８に対する他の傾き又は偏向範囲も無論、考えられる。
【００２９】
導電性部材２２と基板５２上に装着された感知電極４０、４１、４４及び４５との間の個々のキャパシタンスの値は、スイッチ３４、３５（図２では図示せず）、３６、３７（図２では図示せず）、及び３８の動作状態として、携帯装置１０内に置かれたキャパシタンス感知回路１０４（図５を参照のこと）によってモニタ又は測定される。好ましい実施形態では、１２５ｋＨｚの方形波駆動信号が、感知回路１０４によって電気的導電駆動電極４２及び中心ドーム型スイッチ３６を通って導電性部材２２に印加されるため、駆動信号が連続的に導電性部材２２に加えられる。しかしながら、当業者は他の種類のＡＣ及びＤＣ駆動信号もうまく使用できることは理解されよう。実際に、この駆動信号はキャパシタンス感知回路１０４によって与えられる必要はなく、また幾つかの実施形態では、別個の駆動信号回路によって与えられる。しかしながら、好ましい実施形態では、駆動信号回路及びキャパシタンス感知回路は、１つの回路又は集積回路の中に組み込まれる。
【００３０】
制御及びデータ入力機器１９の相互キャパシタンスの実施形態では、その動作の間に、駆動信号に対応する電荷のある部分は、部材２２と感知電極４０、４１、４４及び４５との間のギャップを横切って移送され、これにより、その間にキャパシタンス５１が発生する（例えば、図３Ｂを参照のこと）。
【００３１】
図２を参照すると、図１に例示された装置に対応する制御及びデータ入力機器１９に関する１つの実施形態の断面図が示されている。図２では、偏向部材１８とその下方に配置された駆動電極４２、感知電極４０及び４４及びスイッチ３４、３６及び３８との間の関係が例示されている。偏向部材１８は、電気的絶縁性で、適当なプラスチックなどの比較的剛性の材料から形成され、装置の筐体１２内に配置された開口部の中に設置される。しかしながら、電気的導電性の材料を、偏向部材１８を形成するために、又はその上に配置されるように使用することもできる。
【００３２】
偏向部材１８は、例えば、シリコーン、シリコーンゴム、エラストマ材料、又は任意の他の適当な可撓性の、弾力性の又は変形可能な材料から形成された可撓性薄膜２５によって、筐体１２に結合されている。この可撓性薄膜２５は、偏向部材１８がユーザの指が圧力又は力を加えるのを止めると静止位置すなわち非変形位置に戻るような材料から形成され、かつそのような寸法、物理的な構成及び形状を有することが最も好ましい。偏向部材１８をその静止位置すなわち非変形位置に戻すための他の手段も、Berstinの文献の中で開示された接着剤３３２に類似し、偏向部材１８の中心の下方に配置された、弾力のある又はエラストマ部材又は接着剤などの前に説明された薄膜２５の機械的なバイアス機能に加えて、又はその置換えとして使用することもできる。
【００３３】
好ましい実施形態では、可撓性薄膜２５は、装置１０に対して漏れに対する気密性（leak-tightness）、漏れ耐性（leak resistance）、ガスに対する気密性、ガス耐性、又は蒸気に対する気密性又は蒸気耐性を与えるように、又は筐体１２と偏向部材１８との間に配置されたシーム１７を用いるように構成されて、こぼれた又は偏向部材１８と接触するようになった液体又はガスが装置１０の内部に入ることができないようにする、又は中に配置された電気及び電子回路を損傷、妨害又は動作不能にしないようにする。装置１０を水中で動作することができるように、可撓性薄膜２５、筐体１２及び偏向部材１８を構成することもできる。同様に、筐体１２の中に配置された電気及び電子部品を、海又は海の環境の中で一般に見出されるような塩分を含んだ空気又は他の有害なガス又は蒸気から、又は泥、汚れ又は塵埃又は空気による汚染物質又は粒子などの他の粒子状物質から保護するように、可撓性薄膜を構成することができる。
【００３４】
電気的導電性のプレートすなわち薄膜２２が、偏向部材１８の下面の下側に配置され、偏向部材１８から可撓性薄膜２５によって分離されている。この導電性部材２２は、薄く（例えば、厚さが約０．１ｍｍ）、また図３Ａでより詳細に例示されているように、ステンレス鋼又は任意の他の適当な金属又は材料などの強く、柔軟で軽い金属から形成されることが好ましい。導電性部材２２は、他に電気的に接続された一連の別個のストリップ又は部材、円板、平板、円形、卵形、正方形、長方形、十字形の部材、星形の部材、五角形、六角形、八角形、又は他の適当な形状又は構成を含む多数の種々の物理的な構成及び形状のいずれかと見なすことができる。導電性部材２２は、導電性コーティング（薄膜２５の下側に配置された光導体からより良い照射を行うためのインジウム錫酸化物すなわちＩＴＯのような透明導体など）、ペンキ、ポリマー、接着剤、エポキシ又は下側に配置された、可撓性薄膜２５と一体的に形成された又は可撓性薄膜２５の中に配置された他の材料とすることもできる。
【００３５】
図３Ａに例示されているように、１つの実施形態では、導電性部材２２が、貫通して配置された一連の穴５４、５６、５８、６０を有し、ドーム型スイッチ３４、３５、、３７及び３８を動作させるために中に薄膜プランジャーを受け入れるように構成されて、偏向部材１８がユーザの指によって深く傾ける又は押されると、そのようなスイッチを動作させる、すなわち閉じることができるようにする。
【００３６】
携帯電話などの携帯型電子装置で使用するのに特に好適な１つの実施形態では、導電性部材２２は形状がほぼ平面であり、直径が約１０ｍｍと約５０ｍｍとの間又は約１２ｍｍ、約１４ｍｍ、約１６ｍｍ、約１８ｍｍ、約２０ｍｍ、約３０ｍｍ、及び約４０ｍｍの少なくとも１つである。部材２２の他の直径や形状も、言うまでもなく考えられる。ギャップ３３が最も外側のエッジすなわち導電性部材の周辺部で最も小さくなるため、部材２２と周辺電極４０、４１、４４及び４５との間の電気カプリングは部材２２の外側エッジで高められる。たいていの実施形態では、部材２２の直径は、電気及びスイッチアレイ３９の直径に一致するか、又はそれに近い。
【００３７】
幾つかの実施形態では、本願の図面には例示されていないが、従来の構成のオプションの光ガイド層が、可撓性薄膜２５と導電性部材２２との間に配置されて、光が偏向部材１８の中に及び／又はその周りに配置された任意の半透明又は透明な領域を通って光ることができるように構成される。別の方法では、光ガイドをドーム３４〜３８の上部で導電性部材２２の下側に配置することができる。
【００３８】
基板５２はプリント回路基板であり、また１つの実施形態では、ＦＲ−４ガラスファイバーを含んでいるが、ＦＲ−２ガラスファイバー、ポリイミド、ＧＥＴＥＫ（登録商標）、ＢＴ−エポキシ、シアナート・エステル、ＰＹＲＡＬＵＸ（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はＲＯＧＥＲＳ ＢＥＮＤＦＬＥＸ（登録商標）などの、プリント回路基板で使用するのに好適な多くの他の材料及び合成物も使用できる。好ましい実施形態では、基板５２はその上又はその中に配置された銅の電気的導電トレースを有する。これは、シルクスクリーニング印刷、フォトマスク及び化学エッチングを用いる写真製版、ＰＣＢミリング及び他の適当な技術など、当業者に周知の多数の方法のいずれかによって形成することができる。
【００３９】
１つの実施形態では、偏向部材１８は、主要点Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの下側に配置されかつ全体的に偏向部材１８の周辺部に隣接する４つの下方に伸びた凸部を備えており、２つのこのような凸部２４及び２６が図２に示されている。例示されているように、そのような凸部は可撓性薄膜２５の一部を形成することができるが、偏向部材１８の一部として形成され、可撓性薄膜２５内に配置された開口を通って延長することもできる。これらの凸部は、下に配置されたドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８の対応するそれぞれの上部に結合するために使用される（例えば、図３Ｃを参照のこと、この図では、点線３４、３５、３７及び３８が、それぞれ隣接する感知電極４０、４１、４４及び４５に装着されたドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８の底面を示している）。２つのそのような周辺部のドーム型スイッチが、図２に例示されている（すなわち、ドーム型スイッチ３４及び３８）。図示されているように、凸部２４及び２６は、偏向部材１８が第１の傾いていない、静止の又は変形されない状態の場合は、ドーム型スイッチ３４及び３８からの間隔が空いている。このように間隔が空いているため、偏向部材１８と関連した導電性部材２２が、スイッチ３４及び３６が結合する、動作する又は閉じることなく、第２の少し又は浅く傾いた位置への限定された傾きが可能にされる。前述されたように、偏向部材１８の傾きがそのように浅くてもすなわち限定されていても、導電性部材２２と基板５２上に配置された電極４０、４１、４４及び４５との間の間隔を変更するには十分であり、装置１２内のキャパシタンス感知回路１０４が偏向部材１８のわずかな歪みを検出できるように構成される。幾つかの別の実施形態では、凸部がドーム型スイッチ３４、３５、３７及び／又は３８の上部から上方に伸び、それらのスイッチがほとんど同じ方法で機能することもできる。
【００４０】
ドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８は、基板５２に装着された電極４０、４１、４４及び４５の上に取りつけられて、それらの電極に電気的に接続される。ドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８は、下方に押されると、電極４０、４１、４４又は４５を、（図３Ｃに示されているように）それぞれリング状の電極４０、４１、４４及び４５の中の開口内に配置されたグラウンド電気接点４６及び４７（図２には図示せず）、４９（図２には図示せず）及び５０を介してグラウンドに接続する。電極４０、４１、４４又は４５をグラウンドに接続することは、駆動信号がグラウンドに取り込まれるためそれぞれの感知電極からの容量性信号がゼロに落ちるので、キャパシタンス感知回路によって検出され、また前述されたように、任意の望ましい機能をトリガするため又はディセーブルにするために使用される。基板５２上の電気的導電面又はトレースの配列は、下記の図５に関連して一層詳細に例示されている。１つの実施形態では、ドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８が、シートの下側に割り付けられた接着剤によって基板５２に装着された事前に製造されたシートとして提供される。そのような実施形態で使用するように適合された１つの好適なシートは、マークＥＳＰ（登録商標）のもとでPANASONIC（登録商標）によって製造されている。
【００４１】
図２、３Ｃ、及び５の中で例示されているドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８は、感知電極すなわち駆動電極をグラウンドに接続することによって、スイッチの容量感知動作を行うことに注意されたい。この仕組みや構成は、例えば、Okadaへの米国特許第７，１２３，０２８号（以後、「Okada文献」と呼ぶ）にあるような従来技術の中で開示されたものと全く異なっている。この特許では、ドーム型スイッチは感知電極又は駆動電極に電気的に接続されずに、そのような感知電極又は駆動電極とは別個で離れている回路に接続されている。例えば、Okada文献の図２９に例示されているスイッチ３０−０〜３０−４を参照されたい。Okada文献の中で開示された種類のドーム型スイッチの仕組みは、スイッチの両極が感知電極に関連した極から電気的に分離されかつ離れているため、上に配置された電極やスイッチアレイを有する基板上に多量の貴重な表面領域を必要とし、またそのような表面領域が感知電極の表面領域のために使われていることが分かるであろう。感知電極の表面領域が減少するにつれて、このような感知電極の感度が減少する。その結果、Okada文献の中で開示された種類のスイッチ配列は、小形及び感度が良いことの両方を満たすのは難しい。これに反して、図２、３Ｃ、及び５の中で例示された実施形態では、ドーム型スイッチ３４〜３８が駆動電極４２とグラウンド接点４８との間、又は感知電極４０、４１、４４及び４５と対応するグラウンド接点４６、４７、４９及び５０との間で電気的接続を行う必要があるだけなので、中心接触ディスク４６、４７、４８、４９及び５０だけが基板５２上の貴重な表面領域の場所を取る必要があるだけである。結果として、基板５２上のスイッチ接点が占有する表面領域は、例えばOkada文献の中の領域よりも遙かに少ないため、従来技術のスイッチ及び電極アレイの構成に対して、装置１９をより小形にするか又は感知電極を大きくして感度を増加するか、又はその両方にすることができる。実際に、ドーム型スイッチは導電性であり対応する下側のグラウンド接点をカバーするため、感知電極又は感知電極のウェッジ４０、４１、４４及び４５のいずれかが本質的に、表面領域を占有することはない。
【００４２】
キャパシタンス感知回路１０４は、４５、９０又は１８０度といった最小の円弧にわたって、又はスクローリング機能が始動又は可能にされる前に、キャパシタンス感知回路１０４の中でユーザがプログラムした任意の所定の適当な範囲にわたって偏向部材１８の周りのユーザの指の動きを示す一連のキャパシタンスの変化を必要とするように構成される。スイッチが閉じたことが検出されない場合は、連続的なキャパシタンスの最小又は最大が、２つ以上の周辺電極によって逐次測定される。そのような方法では、周辺ドームを動作させる深い傾きの間に予想外のスクリーニングが生じることは回避される。
【００４３】
偏向部材１８の中心には中央ボタン２０が配置されており、この中央ボタン２０には、ドーム型スイッチ３６の上部と結合するように構成された下向きの凸部２８が付いている。導電性部材２２には下向きに延びる部材３０が設けてあり、この部材３０は今度は容量接触又は物理的接触により中央スイッチのドーム３６と電気的に結合される結合電極３２を有している。導電性部材２２の１つの実施形態は、図３Ｂに詳細に例示されている（分かり易くするために、図３Ｂは電極４０、４２及び４４と導電性部材２２との間に配置されたドーム型スイッチ３４、３６及び３８を表示していない）。１つの実施形態では、ドーム型スイッチ３６は、駆動電極４２に動作的及び電気的に接続されている。この駆動電極４２は基板５２に装着されて、装置１９内の関連したキャパシタンス感知回路１０４によって１２５ｋＨｚの方形波駆動信号が与えられている。好ましい実施形態では、キャパシタンス感知回路１０４は、この目的のために特に設計されたAvago AMRI-2000形集積回路である。導電性部材２２は駆動電極４２に電気的に接続されて、表面２２と電極４０、４１、４４及び４５との間のキャパシタンスの変動が検出される。導電性部材２２の駆動電極４２に対するオーム結合は、ユーザの指を通ってグラウンドに行く経路に関連したキャパシタンス内の変動から制御及びデータ入力機器１９をシールドするという付加的なかなりの利益がある。
【００４４】
図２に例示されているように、中央ボタン２０は、周辺ドーム型スイッチ３４及び３８に関連した凸部２４及び２６よりも長い下向きの凸部２８を備えている。図２に例示された実施形態では、凸部２８が中央ディスク部分３２を介してドーム型スイッチ３６の上面と物理的に接触している。そのような構成により、ドーム型スイッチ３６をユーザの指によって下向きに偏向させて、周辺ドーム型スイッチ３４、３５、３７又は３８のいずれをも動作させずに、グラウンド接点４８に接触させることができる。ドーム型スイッチ３６がグラウンド接点４８と接触すると、電極４２に加えられた駆動信号がグラウンドにショートされて、全ての感知信号をゼロに落として、スイッチ３４、３５、３７及び３８をディセーブルにする、又は例えばメニュー上の項目を選択するといった任意の望ましい機能をトリガするために使用することができる。
【００４５】
図３Ａは、導電性部材すなわち導電性プレート２２の１つの実施形態の平面図であり、この部材２２は偏向部材１８の下側にあり、１つの実施形態では、概して偏向部材１８と同一の広がりを持っている。部材２２は、この実施形態では、ステンレス鋼、アルミニウム、又は前述されたような任意の他の適当な導電性材料から製造された穿孔された金属ディスクである。４つの開口５４、５６、５８及び６０が部材２２の中に形成され、この開口を通して可撓性薄膜２５の下側に配置された対応する下向きの凸部が突出している。図２に例示されているように、下向きに延びる部材３０が部材２２の主要部分から下向きに傾けられて、結合電極３２がドーム型スイッチ３６の上部と電気的に接触され、これにより導電性部材２２がキャパシタンス感知回路１０４から与えられた駆動信号に接続される。導電性部材２２がドーム３６とオーム接触する場合、ユーザの指を通して生じたグラウンドへの経路に関連したキャパシタンスの変動により、制御及びデータ入力機器１９の動作が干渉されないようにされる。結合電極３２とドーム３６との間の容量結合がナビゲーションを制御するに十分な結合を提供できる場合もある。
【００４６】
図３Ｂは、導電性部材２２と対応する下側の電気及びスイッチアレイ３９の１つの実施形態を例示する概略断面図である。分かり易くするために、図３Ｂにはスイッチは示されていない。図３Ｃに例示されているように、パイ形の感知電極４０、４１、４４及び４５が、中央駆動電極４２の周りに半径方向に配置されている。それぞれの感知電極４０、４１、４４及び４５は、中に配置された中央グラウンド接点４６、４７、４９又は５０を有している。図３Ｂに概略的に示されているように、駆動電極４２からの駆動信号は導電性部材又はプレート２２に、そして次に周りの感知電極４０、４１、４４及び４５に容量的に流れて、キャパシタンス感知回路１０４によって検出される。
【００４７】
図４は、前述されたように、偏向部材１８の１つの実施形態のユーザの指による傾きなし、浅い傾き及び深い傾きを例示している。１つの実施形態では、偏向部材１８が傾いていない場合は、スクロール又はクリック動作は行われない。偏向部材１８がわずかに傾いた場合（すなわち、「浅い傾き」位置）、第１の機能が偏向部材１８の周りをスウィープするユーザの指の動きを通して行われる（例えば、選択された機能のスクローリング）。偏向部材１８がさらに傾くと（すなわち、「深い傾き」位置）、ユーザの指の動きを通して第２の機能が行われる（例えば、選択された機能を選ぶためのクリッキング）。このように、好ましい実施形態では、「傾きなし」モードでは、機能は行われない。「浅い傾き」モードではスクローリングが行われ、またスウィーピング動作とクリッキングが「深い傾き」モードで行われる。ボタン２０は、偏向部材１８の傾きとは別個に使用されて、中央ドーム型スイッチ３６のクリッキング動作を行う。
【００４８】
１つの実施形態では、偏向部材１８の軽微な傾きは偏向部材の第１の垂直変位に対応し、約０．２５ｍｍと約０．４０ｍｍとの間、約０．２０ｍｍと約０．４５ｍｍとの間及び約０．１５ｍｍと約０．５０ｍｍとの間に広がり、また偏向部材１８の深い傾きは偏向部材の第２の垂直変位に対応し、約０．４５ｍｍと約０．６５ｍｍとの間、約０．４０ｍｍと約０．７０ｍｍとの間及び約０．３０ｍｍと約０．８０ｍｍとの間に広がっている。
【００４９】
図５は、電極及びスイッチアレイ３９及びそのキャパシタンス感知回路１０４、ホストプロセッサ１０２及びディスプレイ１４への接続に関する１つの実施形態を例示している。図５は、基板５２上の導電性駆動電極用トレース又は導体６４、導電性感知電極用トレース又は導体６２、６３、６６、６８、及びグラウンド用トレース又は導体５４、５５、５６、５７、５８及び６０の概略配置、並びにそのようなトレース及び導体のキャパシタンス感知回路１０４への電気的接続を例示しており、それは前述されているように、好ましい実施形態では、キャパシタンスの変化を検出するため及びそれをホストプロセッサ１０２に報告するために特に設計された集積回路である。図５は、キャパシタンス感知回路１０４とホストプロセッサ１０２との間、及びホストプロセッサ１０２とディスプレイ１４との間の接続も図式的に例示している。例示されているように、電気導体５４、５５、５６、５７、５８、６０、６２、６３、６４、６６及び６８は感知電極と駆動電極４０、４１、４２、及び４５、及びグラウンド接点４６、４７、４８、４９及び５０をキャパシタンス感知回路１０４に接続し、これは今度は、装置１０内に配置された他の回路に動作可能に接続される。
【００５０】
例示されている実施形態では、基板５２は４つの周辺パイ形電極４０、４１、４４及び４５及び駆動電極４２を備えている。その全ては、前述された種々の技術のいずれかによる、又は当業者には周知の他の適当な技術を用いて、基板５２の上又はその中に配置された導電性金属（銅が好ましい）の層から製造される。導電性部材２２は、電極４０、４１、４２、及び４５の上にあり、休止時の非動作位置はそれらの電極から間隔が空いている。導電性部材２２を傾けると、前述したように、周辺電極４０、４１、４２、及び４５と部材２２との間のそれぞれの相対的なキャパシタンスが変化し、好ましい実施形態では、部材２２は中央の駆動電極４２に連続的に電気的接続されている。導電性部材２２は駆動電極４２に接続されて、キャパシタンスの変化が導体６２、６３、６６及び６８を介してキャパシタンス感知回路すなわち集積回路１０４によって測定される。
【００５１】
グラウンド接点４６、４７、４９及び５０が周辺電極４０、４１、４４及び４５の中の開口内に配置され、好ましい実施形態では、それぞれの周辺電極に対応するドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８が動作するすなわち閉じると、周辺電極４０、４１、４４及び４５に電気的に接続され、これによりキャパシタンス感知回路１０４が導体６２、６３、６６及び６８を介してスイッチ動作を検出できるようにする。駆動電極４２も、その電極に対応する中央ドーム型スイッチ３６が動作するすなわち閉じると、接点４８を介してグラウンドに接続されて、キャパシタンス感知回路１０４が導体６２、６３、６６及び６８を介してスイッチが閉じたことをを検出できるようにする。（図５に示された実施形態では、キャパシタンスの変化を検出するためには、感知用導体６２、６３、６６及び６８をモニタする必要があることに注意されたい。駆動信号をグラウンドにショートすると、これらの回線上の信号がゼロに落ちる。）
【００５２】
周辺ドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８のいずれかが動作するすなわち閉じると、そのスイッチに対応する感知電極がグラウンドに接続されて、容量性信号をゼロに落とす。好ましい実施形態では、中央ドーム型スイッチ３６が動作するすなわち閉じると、駆動電極４２がグラウンドに接続されて、全ての感知電極４０、４１、４４及び４５に関連した全ての容量性信号がゼロに落ちる。そのような方法では、５つの異なるクリックとそれに関連したそれぞれの出力信号が、感知電極４０、４１、４４及び４５及び駆動電極４２、並びにドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８に対応するボタンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥによって発生される。
【００５３】
図面で開示された実施形態は４つの周辺スイッチ、４つの周辺電極及び１つの中央すなわち駆動電極を使用しているが、２つ、３つ、５つ又は他の数のそのような構造体又は素子を代わりに採用することができることは理解されたい。
【００５４】
例示されているように、基板５２の上又は中に配置された周辺電極４０、４１、４４及び４５並びに駆動電極４２はキャパシタンス測定回路１０４に電気的に接続され、このキャパシタンス測定回路１０４は今度は、例えば、シリアルＩ２Ｃ互換又はシリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）バスを介してホストプロセッサ１０２に送られる出力信号を発生する。ホストプロセッサ１０２で、そのような信号は導電性部材２２と周辺電極４０、４１、４４及び４５との間で測定されたそれぞれのキャパシタンスを示す。キャパシタンス測定回路１０４がAvago AMRI-2000形集積回路の場合は、このAMRI-2000は出力信号をホストプロセッサ１０２に送るようにプログラムされる。この出力信号は、他の可能性の中でも、偏向部材１８の空間変位の量又は量の変化（例えば、ｄＸ及び／又はｄＹ）、又は指のスウィープ速度によるこの数の潜在的に動的な変数を用いて検出されたクリック又はスクローリングの数及び／又は種類を示す。ホストプロセッサ１０２はこの情報を使用して、前述されたように、ディスプレイ１４を制御することができる。回路１０４は任意の適当なキャパシタンス測定回路又は集積回路とすることができ、また例えば、前に引用されたHarleyの文献の中で使用されたものと同じにすることができる。キャパシタンス感知回路１０４は、基板５２上の電極４０、４２、４１、４４及び４５のいずれかが接地したことを検出することもできる。
【００５５】
図６及び図７に例示された本発明の幾つかの別の実施形態では、ユーザの指によって偏向部材１８を傾けるのではなく、回転ノブ７０が傾けるために使用される。これらの幾つかの実施形態では、回転ノブ７０は、導電性部材２２を携える傾いた下側又は内側の面７１を備えている。そのような実施形態では、ノブ７０を回転すると、下側に配置された電極４０、４１、４４及び４５に対する導電性部材２２の傾きが変化する。別の実施形態では、ノブ７０は凸部７２の下の部分で偏向部材１８を下向き又は内向きにわずかに傾ける下向きの凸部７２を備えている。ノブ７０を回転することにより結果として、本願で説明されまた示された別の実施形態の中で、ユーザが指をディスクの周りを動かすことによって与えられたものと同じ機能が生ずる。また同様に、スクロールを制御するために使用することもできる。
【００５６】
図６は、上又は中に導電性部材２２が付いた傾いた下面７１を有する回転ノブ７０を使用する実施形態の断面図である。このノブ７０は、プラスチックなどの電気的絶縁材料から形成され、下向きに延びる中央ポスト７４を備えることが好ましい。この中央ポスト７４は、底端部の近くでベアリング７６によって支持されている。ノブ７０が回転すると、導電性部材２２が付いた傾いた下面７１が、下側に配置された周辺電極４０、４１、４４又は４５の少なくとも１つをスウィープしそれに接近する。図６に示されているように、導電性部材２２との間のギャップ３３は、導電性部材２２の部分が下側に配置された周辺電極４０、４１、４４又は４５に接近するにつれて変化する。傾いた下面７１の最も低い部分が感知電極４０、４１、４４又は４５のどれか１つに接近する場合、ギャップ３３は比較的小さい。傾いた下面７１の最も高い部分が感知電極４０、４１、４４又は４５のどれか１つに接近する場合、ギャップ３３は比較的大きい。好ましい実施形態では、図６に例示された傾き及びキャパシタンス感知機構は、偏向部材１８を具備せず、また周辺のドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８が割愛されている。接触電極３２が、下向きの延長部材３０によって導電性部材２２に電気的接続され、また駆動電極４２の上面に対して回転する。しかしながら、ノブ７０並びにスイッチ３４、３５、３７及び３８の両方を搭載する実施形態も考えられる。
【００５７】
図６に例示された実施形態では、また同様に他の図面に例示された実施形態では、接触電極３２と駆動電極４２との間の物理的な接触は、ある状況下では、そのような信号はその間に存在する小さいギャップの全体にわたって容量性手段によって効果的に転送されるため、接触電極３２と駆動電極４２との間で方形波又は他の適当な駆動信号の十分な転送又は結合を行うことは要求されないことに注意されたい。そのような接触電極と駆動電極との間の物理的な接触は、最適な信号結合を行うのに有用であるが、これにより干渉する、不要な又は外部の信号の影響が減少される。導電性部材２２と基板５２上の周辺電極４０、４１、４４及び４５との間の相対キャパシタンス変化の測定は、前述された実施形態のように機能する。
【００５８】
別の実施形態では、ノブ７０は導電性の材料から製造され、その下面は図６に関連して前述された導電性部材２２と本質的に同じ機能を提供する。別の実施形態では、導電ノブ７０の少なくとも上部すなわち露出面が電気的に非導電性であり、ユーザの指によって作られたグラウンド経路が引き起こす信号の流出を防止又は阻止する。下面７１に近接した回転ノブ７０の下側部分は、めっきされるか又は導電性材料すなわち金属でコートされて、他の実施形態に関連して説明された導電性部材２２に対応付けられた機能が提供される。
【００５９】
図７は、さらに別の実施形態の断面図であり、この実施形態は下向きに延びる凸部７２を有する回転ノブ７０を使用している。ここでノブ７０が回転すると、下にある導電性部材２２の電極アレイ３９に対する傾きが変化する。この実施形態では、回転ノブ７０が、ユーザの指によってもたらされる傾きの代わりに、ノブ７０の下側に配置された凸部７２を介して偏向部材１８に対して傾き機能を提供する。この実施形態は、以下で説明される相違点はあるが、本願の図１から図５に例示されている実施形態に概ね対応している。前述された実施形態のように、偏向部材１８は、装置の筐体１２の中に設けられた開口内に配置されて、偏向部材１８の下面に配置された可撓性薄膜２５によって筐体１２に接続されている。薄膜２５の下側には、導電性部材２２が配置されている。例示はしていないが、前述されているように、任意の従来の構造の光ガイド層も組み込むことができる。
【００６０】
シャフト７４が、その下側部分を基板５２の上又は近くに装着されたベアリング７６に取りつけるために、ノブ７０から偏向部材１８を貫通して下向きに延長している。ノブ７０は下向きに延びる隆起部すなわち凸部７２を備えており、この凸部７２は、偏向部材１８とスライド自在に結合し、かつその結合された部分を下向きに基板５２上に配置された周辺電極４０、４１、４４及び４５に向けて傾けるように構成され、導電性部材２２と基板５２上に配置された周辺電極４０、４１、４４及び４５との間の結果として生じたキャパシタンスの変化を検出及び測定できるようにする。部材２２は、図２及び図６に例示されている部材３０と同様の、下向きに延びる部材３０を備えている。この下向きに延びる部材３０は、今度は、結合電極３２を備えている。この結合電極３２は基板５２上に配置された駆動電極４２に電気的接続され、これにより前述されたように、キャパシタンス感知回路１０４がキャパシタンスの変化を検出できるようにされる。ノブ７０とスイッチ３４、３５、３７及び３８の両方を組み込む実施形態も考えられる。
【００６１】
図８は、回転ノブ７０を使用するさらに別の実施形態の断面図であり、この回転ノブ７０は可撓性薄膜２５の下に配置された傾き可能な導電性部材２２を有している。凸部７２は回転ノブ７０から下向きに延びて、可撓性薄膜２５を下に配置された電極アレイ３９に近付けるように偏向する。ノブ７０が回転すると、下にある導電性部材２２が電極アレイ３９の感知電極４０、４１、４４又は４５の１つに接近する位置が変化する。図８に例示された実施形態の方法は、ドーム型スイッチを備えていない。
【００６２】
図９は、回転ノブ７０を使用するさらに別の実施形態の断面図であり、この回転ノブ７０は中に配置された傾いた導電性部材２２を有している。ここで、ノブ７０が回転すると、下にある電極アレイ３９に対する偏向部材２２の位置が変化する。この実施形態は、図８に例示された実施形態のように、内部にドーム型スイッチを搭載していない。
【００６３】
図１〜図９に関連して前述された実施形態は、先に一層詳細に説明されたように、相互キャパシタンスの原理に基づいている。他の実施形態では、自己キャパシタンスの原理が制御及びデータ入力機器１９において採用される。ここでは、例えば、前述された実施形態の駆動電極４２は、電気的にグラウンドに接続された電極４３（図示せず）に置き換えられ、また印加された駆動信号を有する導電性部材２２は、やはり電気的にグラウンドに接続された導電性グラウンド部材２３（図示せず）に交換される。そのような実施形態における電極４０、４１、４４及び４５のそれぞれは、偏向部材１８がそれに接近して移動されることにより、グリッドへの経路がより短くなるため、電流フローを増加させる。このような自己キャパシタンスの実施形態が提供する機能は、ドーム型スイッチ３４、３５、３７及び３８によるクリックの検出がドーム３６の中心にグラウンドパッドを置くことによって行われる点を除いて、前述された相互キャパシタンスの実施形態が提供するものに相当類似している。所定のドームが押されると、グラウンドへの強い経路が自己キャパシタンス電極に提供されて、これにより単に偏向部材２２を所定の電極に向けて傾けることにより生ずる電流フローを超える増加されたフローが発生して、キャパシタンス感知回路１０４がスクローリング用の浅い傾きとクリッキング用の深い傾きとの間を識別できるようにする。
【００６４】
図１０は、さらに別の実施形態を例示している。この実施形態では、指の動きを検出するために容量感知技術の代わりにホール効果センサが採用されている。ホール効果センサでは、局部磁場の変化に呼応して、発生する出力電圧が変化する。図１０に例示されるように、１つの実施形態では、ホール効果センサ８０、８２、８４及び８６が偏向部材１８の下の４５、１３５、２１５及び３０５度の位置に配置されて、スクローリング機能を行うように構成される。偏向部材１８は、４つのホール効果センサのそれぞれの直ぐ上に配置された４つの適当な対応する永久磁石を具備し、偏向部材１８がユーザの指によってセンサに接近するように下向きにわずかに押されると、それぞれの磁石が下に配置された対応するホール効果センサと磁気的結合ができるようにされる。
【００６５】
ホール効果センサ８０、８２、８４及び８６は、偏向部材１８がセンサに接近するように押されたことを示すことができる出力信号を提供するように構成されることが好ましい。この場合、このような出力信号は、通信回線、バス又は導体１２１、１２２、１２３及び１２４を介してマイクロコントローラ１０４に送られる。好ましい実施形態では、マイクロコントローラ１０４は、ホール効果センサ８０、８２、８４及び８６から送られた出力電圧信号を処理し、そしてスクローリングを示す出力信号をホストプロセッサ１０２に送るように特に設計されたソフトウェアコードを備えている。ホール効果センサ８０、８２、８４及び８６並びにマイクロコントローラ１０４は、どのセンサ８０、８２、８４及び８６が、例えば最大感知磁束に基づいて、上に永久磁石が配置された偏向部材１８の下側に最も近いかを決定するように構成される。
【００６６】
接点対１３３／１１１、１３４／１１２、１３１／１１３、１３２／１１４及び１３０／１１５が、それぞれ対応するドーム型スイッチ３５、３８、３７、３４及び３６の下に配置され（その外縁は図１０では点線で示されている）、そのような対を通してクリッキング機能を行うスイッチの操作が可能にされる。しかしながら、先に開示された他の実施形態とは異なり、図１０のスイッチ３４〜３８とその下に配置された対応する接点は、従来の構成で配列される。この構成では、接点はスイッチ接点及び電極の両方としての二重機能は提供しないが、従来のスイッチ接点としての機能は提供する。スイッチ３４〜３８はキーボード用コントローラ１０５に動作可能に接続され、キーボード用コントローラ１０５は今度はホストプロセッサ１０２に動作可能に接続される。最も簡単な事例では、各ドーム型スイッチの下に配置された中央、内部の円板状パッドが、キーボード用コントローラ１０５上の対応するピンに接続され、そのような各パッドを取り巻く外輪がグラウンドに接続される。キーパッド用コントローラ１０５は各ピンに接続されて、ドーム型スイッチがその対応するグラウンドパッドに押されることにより、所定のピンがグラウンドに接続されたとき、ドームが押されたことを検出するように構成される。
【００６７】
１つの実施形態では、ホール効果センサ８０、８２、８４及び８６の上に配置された永久磁石が、直ぐ下に位置するセンサ８０、８２、８４及び８６の向きと位置に対応する４５、１３５、２１５及び３０５度の位置において偏向部材１８の中に組み込まれる。しかし、可撓性部材２５の下側に組み込まれた又は取り付けられた別個の永久磁石や、偏向部材１８の下側、中又は上に配置された強磁性材料、強磁性コーティング、磁気エポキシ、磁気接着剤、磁気ポリマー、磁気ペイント又は磁気コーティングから形成されたストリップ又はサークルなどの任意の多数の他の構成も考えることができる。
【００６８】
さらに別の実施形態では、キャパシタンス又は磁気とは対照的に電気抵抗が採用されて、制御及びデータ入力機器１９の中でスクローリング機能が提供される。そのような実施形態では、図２、３Ｃ及び５の感知電極４０、４１、４４及び４５が占有している位置にほぼ対応する基板５２上の位置に配置された一連のサブ回路の電気抵抗は、サブ回路の直ぐ上及びそれと接触して配置された偏向部材１８が接近することによって引き起こされた炭素入りエラストマの圧力に呼応して変化する。偏向部材１８の下側に配置された導電性接点が採用され、偏向部材１８が下向きに押されてサブ回路と接触すると、導電性接点がサブ回路の部分と結合することにより、下向きに押されたサブ回路の電気抵抗が変化する。適当な抵抗感知回路を使用して、偏向部材１８の位置と傾きに対応する抵抗のこのような変化を検出して、そのような変化をホストプロセッサ１０２に報告することができる。
【００６９】
本発明の制御及びデータ入力機器の主要な用途は、比較的小さい携帯装置に関連していると考えられているが、例えば、ディスクトップコンピュータに関連したキーボード又は他の携帯型でない装置を含むより大きな装置に関しても有効である。この携帯型でない装置には、運動器具、産業用制御装置、産業用制御パネル、洗濯機、制御パネル、屋外制御装置、又は湿った、海の空気、ぬかるみ又は水中の環境で使用するように構成された機器又は装置がある。同様に、本発明の多くの実施形態は、ユーザの指で操作されるように構成される可能性が最も高いと信じられているが、幾つかの実施形態は別の機構又は身体部分で操作するように構成される。例えば、本発明はキーボードのハンドレストの上又は中に配置して、ユーザの手のヒールで押すように構成することができる。
【００７０】
「制御及びデータ入力機器」という用語は、明細書及びその特許請求の範囲の中に現れるときは、制御及びデータ入力機能の両方を行うことができる装置又は装置の構成要素に厳密に限定されると解釈されることを意図しているのではなく、どちらかの機能又は両方の機能を行うことができる装置に適用すると解釈されることを意図していることに注意されたい。
【００７１】
図２〜図５を参照して前述された実施形態は、主要点でクリック機能を実行するために、偏向部材１８の主要点に配置された４つの周辺ドーム型スイッチ３４、３５、３７、及び３８を備えている。別の実施形態では、周辺スイッチは装置には具備されず、クリック機能は中央スイッチのみを用いて実行される。特に、偏向部材は、偏向部材の周辺部にある程度の指の圧力が加わると、中央スイッチが動作するように偏向部材が十分に傾くように構成される。偏向部材が傾くことにより、感知電極におけるキャパシタンスの変化も引き起こされる。中央スイッチの動作とスイッチが動作したときの感知電極のキャパシタンスとの組合せは、主要点、例えば指の圧力が加えられた主要点の１つに対応するクリックと解釈することができる。前述された技術を用いて、スクローリング機能が、内蔵式の相互キャパシタンスに依存する入力装置の中の従来の５方向ナビゲーションに加えられる。１つのスイッチのみを用いる偏向部材の主要点においてクリック機能を提供することにより、４つの周辺ドーム型スイッチを省くこと、底面積か小さくなること、外形が薄くなること、また偏向部材の周りのスウィープがスムーズになることを含む幾つかの利点が提供される。
【００７２】
図１１は、図１の装置１０などの装置を制御するためのシステム２００の別の実施形態の（図１２Ａの線ＡＡに沿った）横破断図である。特に、図１１は、図１からの制御及びデータ入力機器１９の別の実施形態の横破断図を示している。図１１のシステムは、基板２０２、中央スイッチ２０４、導電性部材２０６、可撓性薄膜２０７、偏向部材２０８、中央ボタン２１０、及び筐体２１２を備えている。図１１のシステムの特徴の多くは、図２の特徴と同様である。特に、導電性部材２０６が偏向部材２０８の傾きに応答して動くように、システムが構成されている。図１１のシステムと図２のシステムとの間には多くの類似した特徴があるが、図１１のシステムは、１つの中央スイッチを備えているが、周辺スイッチは備えていない。以下でより詳細に説明されるが、周辺部のクリック機能は、偏向部材の周辺部（例えば、主要点）における指の圧力が中央スイッチを始動させて、スイッチの動作時に容量の測定を行ってユーザの入力を周辺部のクリックとして特定できるようにシステムを構成することによって実現される。図１１のシステムの個々の素子は図１２Ａ〜図１２Ｄを参照して説明され、その後システムの動作が説明される。
【００７３】
図１２Ａは、図１１の基板２０２の実施形態の平面図を示している。この基板は、中央スイッチ用接点２１４、中央スイッチ用グラウンド電極２１６、駆動電極２１８、及び感知電極２２０を備えている。中央スイッチ用接点と中央スイッチ用グラウンド電極は、ドーム型スイッチなどの中央スイッチを支援するために使用される。このドーム型スイッチは、中央ボタン２１０（図１１を参照のこと）に加えられた圧力によって動作する。１つの実施形態では、ドーム型スイッチは常に中央スイッチ用グラウンド電極２１６に接触している。ドーム型スイッチ２１４が押されていない状態では、このドーム型スイッチは中央スイッチ用接点２１４に接触していない。またドーム型スイッチが押された状態では、ドーム型スイッチは中央スイッチ用接点に接触して、スイッチ動作がトリガされる。図１〜図５を参照して前述されたシステムとは対照的に、中央スイッチ２０４の動作は、駆動電極をグラウンドに接続することによって感知電極をディセーブルにすることはない。感知電極が中央スイッチの動作によってディセーブルにされることはないため、キャパシタンスの測定は、中央スイッチが動作している間に感知電極において行うことができる。中央スイッチの１つの実施形態が図１１及び図１２Ａを参照して説明されたが、他の種類の中央スイッチも可能である。さらに、異なる中央スイッチ用電極の配列も可能である。
【００７４】
図１２Ａの基板２０２は、４つの駆動電極２１８も備えている。この駆動電極２１８は、導電性部材２０６（図１）に対して充電を行い、９０度間隔が空けられ、かつｘ軸及びｙ軸から４５度回転されている。この基板は４つの駆動電極を備えているが、別の数の駆動電極も可能である。例えば、１つの駆動電極は、導電性部材を充電するのに十分である。別の方法では、駆動電極の位置及び形状は、種々の装置に対して異なっている。図１１〜図１２Ｄの実施形態の中で以下に説明されるように、２つの対向する駆動電極のみが導電性部材とオーム接触する。しかしながら、２つの付加的な駆動電極により、導電性部材が基板に対して９０度回転することが可能になる。１つの実施形態では、この２つの付加的な駆動電極により、導電性部材２０６が最大９０度回転するようにシステムをアセンブルすることができる。
【００７５】
図１２Ａの基板２０２も、４つの感知電極２２０を備えている。これらの感知電極２２０は９０度間隔が空いてあり、ｘ軸及びｙ軸から４５度回転している。感知電極は基板の外縁に向かって延長し、絶縁領域２２２によって互いに電気的に絶縁されている。さらに、感知電極は、隣接する感知電極間にギャップ２２４が存在するような大きさで作られる。１つの実施形態では、感知電極はグラウンドされたギャップ、例えば、２ｍｍのグラウンドされたギャップによって分離される。４５度の回転と感知電極間のギャップにより、ライティング素子を入力装置の主要点Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥと一直線に配置する空間が提供される。例えば、エレクトロルミネセント光シートを感知電極間のギャップに配置して、主要点における識別マーキングを照らすことができる。１つの実施形態では、感知電極間のギャップをグラウンドすることにより、エレクトロルミネセント光シートが発散する高圧ノイズを抑えることができる。
【００７６】
感知電極２２０は間隔が９０度空けられ、かつｘ軸及びｙ軸から４５度回転しているが、感知電極の他の配列も可能である。特に、感知電極は間隔が９０度以外で回転が４５度以外にすることができる。さらに、感知電極の数は４つに限定されることはない。４つの電極を使用することは、主要点が４つの円形システムを実現するには便利であるが、感知電極を別の数及び配列にすることも可能である。例えば、４つよりも多い感知電極を使用して、分解能がより高いナビゲーションに対応することができる。
【００７７】
図１２Ｂは、感知電極２２０の位置において内蔵式相互キャパシタンスの領域を作るために使用される導電性部材２０６の実施形態を示している。１つの実施形態では、この導電性部材は、ステンレス鋼の円形で平坦なプレートである。図１２Ｂの実施形態では、本願では感知プレートと呼ばれる導電性部材は中央には空間があり、かつ基板２０２内に配置され、それぞれ駆動電極２１８（図１２Ａ）に接触するように形成された２つのアーム２３０を備えている。全体的に、感知プレートは、図１２Ａの基板並びに対応する駆動電極及び感知電極に適合した大きさで作られる。１つの実施形態では、感知プレートの平坦な部分は基板と、また圧力が偏向部材に加えられていない場合は感知電極と平行している。感知プレートと偏向部材が静止位置にある間の感知電極との間の配列が平行な場合は、傾いていないときの等しく釣り合いが取れたキャパシタンスの測定値が生ずる。１つの実施形態では、基板２３０は、２ｍｍの垂直変位が加えられると、基板上で５グラムの下向きの力が発生するように形成される。図１２Ｃは、図１２Ｂの感知プレート２０６の斜視図であり、基板上の２つの駆動電極２１８に接触するように形成されたアーム２３０を示している。導電性部材に関する１つの実施形態が図１２Ｂと図１２Ｃを参照して説明されたが、導電性部材に関する別の実施形態も可能である。別の実施形態では、導電性部材は、それぞれが電気的に絶縁されて、駆動電極に電気的に接続されたサブ部材に分割されることができる。
【００７８】
図１２Ｄは、２つの駆動電極２１８、２つの感知電極２２０、及び図１１〜図１２Ｃを参照して前述された感知プレート２０６の間の電気回路を例示している。図１２Ｄに示されているように、電流は２つの駆動電極から直接感知プレート（アーム２３０を介して）に、また感知プレートから２つの感知電極に、コンデンサ２３２によって示されているように容量性結合を介して流れる。感知プレートが感知電極の１つにより接近するように傾くと、感知プレートと感知電極との間の容量性結合が変化する。特に、容量性結合は感知プレートにより近い感知電極において増加し、感知プレートからより遠い感知電極においては減少する。キャパシタンスの変化は、スクローリングやクリッキングなどの種々の制御及び／又は入力動作を示す信号へと変換することができる。
【００７９】
図１３Ａ〜図１３Ｄは、図１１〜図１２Ｄを参照して前述された単一スイッチ式システム００の機能を例示している。図１３Ａは、基板２０２及び感知電極２２０に対して静止すなわち「傾きなし」位置にある単一スイッチ式システムの偏向部材２０８を示している。図１３Ｂは、指の圧力（矢印２３６で示されている）が偏向部材の周辺部に加えられた結果として浅く傾いた偏向部材２０８を示している。図１３Ｂでは、ドーム型スイッチ２０４は指の圧力の結果として動作されていない、例えば、ドーム型スイッチはつぶされていない状態にある、ことに注意されたい。１つの実施形態では、浅い傾きから生じたキャパシタンスの変化は、スクロール機能などの機能へと変換される
【００８０】
図１３Ｃは、偏向部材の周辺部により大きな指の圧力２３６を加えた結果として深く傾いた偏向部材２０８を示している。また、図１３Ｃでは、ドーム型スイッチ２０４が指の圧力の結果として動作されている、例えば、ドーム型スイッチはつぶされた状態にあることに注意されたい。１つの実施形態では、深い傾きから生じたスイッチ動作とキャパシタンスの変化は、周辺クリック機能などの機能、特に偏向部材上の４つの主要点の１つにおけるクリック機能へと変換される。例えば、スイッチ動作に加えて、２つの隣接した感知電極においてキャパシタンスが増加することは、キャパシタンスが増加した２つの隣接した感知電極間の主要点におけるクリック機能へと変換される。１つの実施形態では、ドーム型スイッチがつぶれることにより、ユーザに対して触覚フィードバックも提供される。例えば、ドーム型スイッチがつぶれることにより、指が偏向部材の周辺部に置かれて、中央に置かれたドーム型スイッチの直ぐ上でなくても、ユーザにクリックの感触が与えられる。前述されたシステムを使用することにより、わずか１つのスイッチ、例えば、リング又はディスク形状のパッドの中の中央に置かれたスイッチを使用して、４つの主要点と中央ボタンにおいてクリックの感触が得られる。
【００８１】
図１３Ｄは、指の圧力２３６が中央ボタンに加えられた結果、押し下げられた状態の偏向部材２０８を示している。図１３Ｄに例示されているように、指の圧力が中央スイッチ２０４を、例えば偏向部材を（たとえ傾けたとしても）大きく傾けずにドーム型スイッチをつぶして、動作させている。感知電極２２０におけるキャパシタンスは、感知プレート２０６が感知電極に接近するにつれて変化するが、この感知電極における変化は４つの感知電極の間でかなり均一である。４つの感知電極の間でキャパシタンスの分布が均一なことは、偏向部材の傾きがほとんど又は全くないことを示している。１つの実施形態では、スイッチ動作及び感知電極間のキャパシタンスのかなり均一な分布は、中央クリック機能などの機能へと変換される。
【００８２】
図１４は、手持ち式装置などの装置２４０の実施形態を示している。この装置２４０は、装置のグラフィカルユーザーインターフェースを制御するために、図１１〜図１３Ｄを参照して前述されたようなシステム２００を備えている。特に、図１４は、基板２０２、コントローラ２４２、プロセッサ２４４、ディスプレイ２４６、導電性パス２５０及び２５２、及び基板の電極とコントローラとの間の電気信号パス２５４及び２５６を示している。簡単にするために、図１１の導電性部材２０６、偏向部材２０８、及び中央スイッチ２０４は図１４には示されていない。図１４に示されているように、コントローラと中央スイッチ用接点２１４との間のスイッチ接点パス２５０、コントローラと中央スイッチ用グラウンド電極２１６との間のグラウンドパス２５２、コントローラと駆動電極との間の信号パス２５４、及びコントローラと感知電極との間の信号パス２５６が存在する。
【００８３】
コントローラ２４２は、駆動回路２６０、キャパシタンス測定モジュール２６２、及び信号ロジック２６４を備えている。駆動回路は、中央スイッチ用駆動電極２１４と駆動電極２１８とを充電する。キャパシタンス測定モジュール２６２は、感知電極２２０におけるキャパシタンスを測定する。
【００８４】
信号ロジック２６４は、駆動回路２６０及び／又はキャパシタンス測定モジュール２６２からの情報を機能を表示する信号へと変換する。例えば、この信号ロジックは、１）基板２０２の周りの円形運動の中で感知電極２２０の間の一連のキャパシタンスの変化をスクロール機能を示す信号へと変換する、２）中央スイッチ２０４の動作と同時に発生する１つ又は２つの感知電極におけるキャパシタンスの増加を周辺クリック機能、例えば主要点の１つにおけるクリックを示す信号へ変換する、３）感知電極間のキャパシタンスの測定値の分布の中でほとんど又は全く変化がない中央スイッチの動作を、中央クリック機能を示す信号へ変換する。
【００８５】
前述されているように、中央ボタン２１０に加えられた指の圧力に応答して又は偏向部材２０８の周辺部、特に偏向部材の主要点に加えられた指の圧力を受けて中央スイッチ２０４が動作されることができるように、システム２００が構成される。種々の違った機械的構造体を使用して、前述された機能を実現することができる。図１５は、システム３００の実施形態を示している。このシステム３００はブラケット及びクリップ機構を使用して、偏向部材の中心又は周辺部に加えられた指の圧力に呼応して中央スイッチ２０４を動作させることができる。図１５の実施形態では、ブラケット３０２が基板に装着されている。このブラケットは、偏向部材の動きを制限するクリップ３０４を備えている。例えば、指の圧力が偏向部材の一方の側に加えられると、偏向部材の指の圧力が加わった反対側のクリップが偏向部材の動きを制限して、中央スイッチが動作できるようにする。１つの実施形態では、偏向部材の一方の側のクリップにより、偏向部材の反対側に加えられた指の圧力を受けて持ち上がらないようにする。中央スイッチを動作可能にする１つの技術が図１５を参照して説明されたが、他の技術も可能である。例えば、偏向部材の外縁の筐体構造を、偏向部材の動きを制限するように構成して、中央スイッチが周辺部に加えられた指の圧力で動作できるようにする。
【００８６】
さらに、本願で説明された種々の構成要素、装置及びシステムを作る方法は、本発明の範囲の中に含まれることにさらに注意されたい。
【００８７】
前述された実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の実施例として考えるべきである。本発明の前述の実施形態に加えて、詳細な説明及び添付した図面を見直すと、本発明の別の実施形態が存在することが分かるであろう。従って、明示的に本願に記載されていない本発明の前述した実施形態の多くの組合せ、置き換え、変更及び修正は、本発明の範囲の中に含まれるであろう。
【００８８】
本発明の特定の実施形態が説明されまた例示されてきたが、本発明は説明及び例示された部品の特定の形態や配列に限定されることはない。本発明の範囲は、本願に添付された特許請求の範囲及び同等なものによって定義される。
【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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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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