(57)【要約】  タッチセンサは、ノイズ感度を抑えて精度を向上させつつ、少なくとも２つの方向における複数同時タッチを検出することができるようにするため、実質的に凹形状の導体素子を備える。導体素子の形状は同様であり、またはセンサ領域の全体を実質的にカバーする交互相補形状である。導体素子は、タッチ領域がある素子から他の素子へ、隣接素子の中心間の直線に沿って移動するのにともなって、タッチによって覆われる領域がある素子の全体を覆っている状態から隣接する素子の全体を覆っている状態へ単調変化するように、隣接する素子と物理的に接触する。タッチ重なり領域の上記単調変化は、２つの直交する方向において同時に生じ得る。内部に位置する導体素子からタッチコントローラへの接続は、他の導体素子を通過するように形成される。【選択図】図５
2012504819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
領域内のタッチ位置を判定するタッチセンサであって、
あらかじめ選択された実質的凹形状を有し、前記センサの領域を実質的に埋めるように配置された導体素子と、
プロセッサ回路とメモリ回路を備えたタッチコントローラと、
前記タッチコントローラを各前記導体素子に接続する導体素子を備えたコネクタと、
を備えたことを特徴とするタッチセンサ。
【請求項２】
前記導体素子は交互相補形状を有することを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記交互導体素子は、少なくとも２つの相補形状のうちいずれか任意の１つを有し、
前記少なくとも２つの相補形状は略同一面積を有し、
第１形状を有する各前記導体素子は、相補的な第２形状を有する導体素子に隣接して配置されている
ことを特徴とする請求項２記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの相補形状の間の領域における差分は、前記タッチコントローラによって補償される
ことを特徴とする請求項３記載のタッチセンサ。
【請求項５】
前記導体素子は同一形状を有することを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
【請求項６】
前記導体素子の形状は、２つの連結した互いに直交する四辺形によって形成される十字型である
ことを特徴とする請求項５記載のタッチセンサ。
【請求項７】
前記導体素子は単一層内に形成されていることを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
【請求項８】
前記導体素子は、タッチ領域が第１導体素子の中心から隣接する第２導体素子の中心へ移動するのにともない、前記第１導体素子に重なるタッチによって覆われる領域の割合が１００％から０％へ単調減少し、前記隣接する第２導体素子に重なる領域の割合が０％から１００％へ単調増加するように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
【請求項９】
第１導体素子と第２の隣接する導体素子の間のタッチ重なり領域の上記単調変化は、前記第１導体素子と前記第２導体素子が２つの異なる方向のいずれかにおいて互いに相対的に変位するときに生じ、前記２つの異なる方向は互いに直交している
ことを特徴とする請求項８記載のタッチセンサ。
【請求項１０】
前記コネクタは、選択された導体素子に到達するために他の導体素子を通過するように形成されている
ことを特徴とする請求項９記載のタッチセンサ。
【請求項１１】
前記第１形状は星型であり、前記相補的な第２形状は十字型であり、
前記星型と前記十字型は、前記導体素子の間の覆われていない領域がわずかとなるように、互いに緊密にかみ合っている
ことを特徴とする請求項３記載のタッチセンサ。
【請求項１２】
タッチセンサ上のタッチ位置を判定する方法であって、
あらかじめ選択された、実質的に凹形状を有する導体素子を設けるステップ、
プロセッサ回路とメモリ回路を備えたタッチコントローラを設けるステップ、
前記タッチコントローラを各前記導体素子に接続する導体素子を備えたコネクタを設けるステップ、
前記タッチコントローラを用いて、ユーザが前記センサに接触することによる各前記導体素子の静電容量の変化を測定するステップ、
前記タッチコントローラの測定に基づき、タッチによって覆われた導体素子のグループを選択するステップ、
各導体素子の中心座標を用いて前記座標の加重平均を求めるステップ、
タッチ位置を前記覆われた導体素子の選択されたグループの加重平均に関連付けるステップ、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記加重平均は、タッチによって覆われた前記導体素子の選択されたグループ内の各導体素子について測定された前記静電容量の変化に基づき、タッチによって覆われた導体素子の前記選択されたグループ内の全ての導体素子の総表面積に関連して、判定される
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記タッチ位置は、前記タッチセンサに対する単一のタッチに対応することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
タッチによって覆われた導体素子のグループ内から最大の重なり領域を有する第１導体素子を選択するステップ、
感度の閾値領域を選択するステップ、
前記最大の重なり領域があらかじめ選択された閾値よりも大きいか否かを判定するステップ、
前記選択された第１導体素子の周辺素子の第１グループを選択するステップ、
導体素子の前記第１グループ内の各前記導体素子の中心座標を用いて前記座標の加重平均を求めるステップ、
タッチ位置を導体素子の前記第１グループの前記加重平均に関連付けるステップ、
前記選択された第１グループ内の前記第１導体素子を「使用済」としてマークし、前記第１導体素子を以下の測定中における検討対象から除外するステップ、
覆われている素子のグループ内の残りの導体素子に対して上述のステップを繰り返すステップ、
を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記加重平均は、導体素子の前記第１グループ内の各導体素子について測定された静電容量の変化に基づき、導体素子の前記選択された第１グループ内の全ての導体素子の総表面積に関連して、判定される
ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記タッチセンサ上の複数の同時タッチのタッチ位置を求めるステップを有することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
タッチによって覆われた導体素子のグループ内から第１導体素子を選択するステップ、
前記第１導体素子に接触して隣接する素子の第１グループを選択するステップ、
タッチによって覆われた導体素子の前記選択された第１グループから、前記選択された第１グループ内で最も大きい重なり領域を有する第１主タッチ素子を選択するステップ、
前記第１導体素子に接触して隣接する素子の第２グループを選択するステップ、
前記第１グループと前記第２グループに共通する導体素子を含む第３グループを選択するステップ、
導体素子の前記第３グループ内の各前記導体素子の中心座標を用いて前記座標の加重平均を求めるステップ、
タッチ位置に導体素子の前記選択された第３グループの前記加重平均を割り当てるステップ、
以後のステップにおいて第１導体素子として用いられないように、前記第３グループ内の前記導体素子を「一部使用」としてマークするステップ、
第１導体素子として選択することができる素子がなくなるまで、覆われている素子のグループ内の残りの導体素子に対して上述のステップを繰り返すステップ、
を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
導体素子の前記第３グループ内の各前記導体素子について測定した静電容量の変化に基づき、導体素子の前記第３グループ内の全ての導体素子の総表面積に関連して、前記加重平均を実施する
ことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記タッチセンサ上の複数の同時タッチのタッチ位置を求めるステップを有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願への相互参照
本出願は、２００８年１０月１日に出願された、米国仮出願第６１／１０１，９７４号に関連し、その優先権を主張する。同出願の開示は、参照によって本願に組み込まれ、あらゆる目的において本願で述べられているものと同様に取り扱う。
【０００２】
本発明は、タッチパッドセンサに関する。より具体的には、タッチパッドセンサ上の導体素子パターン、および上記導体素子パターンを用いてタッチ位置を判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
近年の電子デバイスは、入力データを受け取るためのタッチセンサを備える場合がある。タッチセンサアプリケーションには様々なタイプがある。例えば、タッチセンサ、デジタイザー、タッチボタン、タッチスイッチ、タッチスクロールバー、などである。タッチセンサには様々なタイプがある。例えば、抵抗型、容量型、電磁型である。容量型タッチセンサは、通常はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）または銅のような導電体で被覆されている。この導電体は、センサを横切って連続電流を流させる。このセンサは、ディスプレイの水平軸と垂直軸の双方において、正確に制御された蓄積電荷を発現し、静電容量を形成する。人体もまた、蓄積電荷を有し静電容量を形成する電気デバイスである。センサの通常容量電界（基準状態）が、例えば人の指が接触したときなどのように他の容量電界によって変更されると、容量型タッチセンサは、その結果生じる基準電界特性の歪みを測定し、接触イベントについての情報を、演算処理を実施するタッチセンサコントローラに送信する。容量型タッチセンサコントローラには、様々なタイプがある。これには、シグマデルタ変調器（容量／デジタル変換器：ＣＤＣとしても知られている）、電荷移動型容量タッチセンサコントローラ、弛張発振器型容量タッチセンサコントローラ、が含まれる。
【０００４】
従来のタッチセンサは、タッチセンサ上の複数のタッチを検出するため、通常は複数のＩＴＯ層を必要とする。従来のタッチセンサのなかには、単一のＩＴＯ層を用いるものもあるが、これはタッチセンサ上に単一のＩＴＯ層が積層されている態様に起因して、２方向以上における複数の同時タッチの位置を判定することができない。
【０００５】
したがって、タッチ検出センサ上のタッチ位置をより正確に判定することができるタッチセンサに対するニーズがある。同様に、タッチ検出センサの２方向に沿った複数の同時タッチの位置を判定することができるタッチセンサコントローラへのニーズがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
センサ上のタッチ位置を判定するタッチセンサおよび方法が提供される。タッチセンサは、交互単一層相補導体素子を備える。同素子は、実質的に凹形状を有し、センサ領域を実質的に埋めて、単一のタッチによってセンサの全方向において同時に複数の導体素子に接触するように配置される。タッチ位置を正確に判定してその位置を次の処理のために記憶するためのプロセッサ回路とメモリ回路を備えたタッチセンサコントローラも提供される。タッチコントローラは、導体を有するコネクタで各導体素子に接続されている。
【０００７】
本発明の実施形態に基づくタッチセンサ上のタッチ位置を判定する方法は、タッチコントローラを用いて、ユーザがセンサに触れたことによる各導体素子の静電容量の変化を測定するステップを有する。次に、隣接する導体素子のグループが、タッチコントローラの測定に基づき選択される。タッチコントローラのメモリ内に格納されている各導体素子の中心座標を用いて、上記座標の加重平均が計算される。その後、計算によって得られた、隣接する導体素子の選択グループの加重平均に基づき、タッチ位置が与えられる。
【０００８】
本発明のその他の実施形態は、図面を参照しながら以下で説明する。
【０００９】
本発明の実施形態の教示は、以下の詳細説明を添付する図面と併せて考慮することによって容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】タッチセンサレイアウトの平面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａの横断線１２０に沿ったタッチセンサの断面図である。
【図２】従来のタッチセンサの導体素子のレイアウトを示す。
【図３】従来のタッチセンサの導体素子の他のレイアウトを示す。
【図４】本発明の実施形態に基づく、同一形状を用いたタッチセンサの導体素子のレイアウトを示す。
【図５】本発明の実施形態に基づく、交互相補形状を用いたタッチセンサの導体素子のレイアウトを示す。
【図６】本発明の実施形態に基づき、図５の導体素子の形状がどのように導かれるかを示す。
【図７】本発明の実施形態に基づき、図５の導体素子への電気接続がどのように形成されるかを示す。
【図８】本発明の実施形態に基づくタッチセンサの導体素子の物理的寸法例を示す。
【図９】本発明の実施形態に基づくタッチセンサの隣接する導体素子によって得られる重なり領域の線形変化を示す。
【図１０】本発明の実施形態に基づき、図５の導体素子を用いてタッチ位置がどのように計算されるかを示す。
【図１１】本発明の実施形態に基づくタッチセンサの導体素子上に形成することができる様々なタッチタイプを示す。
【図１２】タッチ領域閾値Ａｔｈを用いてタッチセンサ上の複数の同時タッチの位置を求めるために用いるアルゴリズムの実施形態例を示すフローチャートである。
【図１３】タッチセンサ上の複数の同時タッチの位置を求めるために用いるアルゴリズムの実施形態例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面と以下の説明は、本発明の実施形態に関して説明するためにのみ提示する。以下の説明と、本開示の構造および方法の代替実施形態は、本発明の原則から逸脱することなく採用することができる代替構成に変更可能であることが容易に理解できるであろう。
【００１２】
本発明の実施形態の詳細についてこれから参照する。実施例は添付する図面に記載されている。図面内で用いられている実際的に同様の参照番号は、同様の機能を示している。図面は、本発明の実施形態を説明目的のみで記載する。当業者は、以下の説明から、以下に説明する構造および方法の代替実施形態を、本発明の原則から逸脱することなく採用できることを、容易に理解するであろう。
【００１３】
本発明の実施形態に基づき、タッチセンサは、単一層の相補形状導体素子を備え、これを用いて少なくとも２方向における複数の同時タッチを検出することができる。導体素子の形状は、実質的に凹形状の多角形のグループであり、互いにフィットすると、平面のタイル張りまたは「モザイク」を形成する。本発明の実施形態において、上記形状は、大きなギャップが生じず、任意のタッチ領域がタッチセンサの全ての方向において複数の素子に接触するような態様で、タッチセンサが覆われるように選択される。実施形態によっては、交互相補形状ではなく、実質的に同一の凹形状を有する導体素子からなる。相補導体素子は、タッチ領域がある素子から隣接する素子へ隣接素子の中心間の線に沿って移動するのにともなって、タッチによって覆われる領域が、ある素子の全体を実質的に覆っている状態から隣接する素子の全体を実質的に覆っている状態へ単調変化するように、隣接する素子と物理的に接する。タッチ重なり領域の上記変化は、２つの直交する方向において同時に起こり得る。内部に配置された導体素子からタッチコントローラへの接続は、他の導体素子を通過するように形成することができる。導体素子パターンは、２つの直交する方向において対称形状を形成することができる。すなわち、パターンが全ての素子（部分的に欠けた素子を除く）で形成されている場合は、パターンの特徴を変えずにパターンを９０°回転することができる。実施形態によっては、導体素子のパターンは、タッチセンサの動作または特性を同一のまま維持しつつ、任意の角度で回転させることができる。
【００１４】
図１Ａは、タッチセンサレイアウトの平面図を示す。図１Ｂは、図１Ａの横断線１２０に沿ったタッチセンサの断面図を示す。タッチセンサ１００は、容量型タッチセンサであり、相互接続（配線）１０６を介してタッチセンサコントローラ１０２に接続されている。タッチセンサコントローラ１０２は、様々な機能を実施して、タッチを検出し、以下に説明するようにタッチセンサ１００上のタッチ位置を判定する。これら機能を実施するため、コントローラ１０２はプロセッサ１０２ａとメモリ１０２ｂを備えている。
【００１５】
図１Ｂに示すように、タッチセンサ１００は、透明基板または底部（ガラスまたはプラスチック）１１０、底部１１０上に積層され、通常はＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）材質または他の透明導体材質で形成された複数の導体タッチセンサ素子（または導体素子）１０８、導体素子透明１０８を覆うハードコート蓋部１１８を備える。導体素子１０８が配置される領域は、タッチセンサアクティブ領域１０４を形成する。各導体素子１０８は、電気的に配線１０６に接続され、その結果、電気接続またはトレース１１４を介してコントローラ１０２にも接続されている。タッチセンサアクティブ領域１０４外のタッチセンサ１００の領域は、タッチセンサ枠１１６を形成する。説明目的のため、図１Ａにおいてタッチセンサ１００の「ｘ」方向と「ｙ」方向を示している。
【００１６】
導体素子１０８のアレイは、コントローラ１０２が、導体素子１０８へのタッチに対する応答において、各導体素子１０８と周辺領域との間の容量変化を検出することができるようにするために用いられる。一般に、導体素子１０８に触れると、導体素子１０８と、タッチによって影響を受けた導体素子１０８の領域に比例する周辺領域との間の静電容量が増加する。タッチの数とタッチ位置は、各導体素子１０８に対応する静電容量の変化を比較することによって判定することができる。
【００１７】
単一の導体層を用いるタッチセンサにおいて困難であるのは、タッチセンサアクティブ領域１０４の周囲に存在していない内部の導体素子に接続することである。通常、単一層のタッチセンサパターン上には、図１Ａに示すように、接続１１２が導体素子１０８の間を通ってコントローラ１０２に接続する。しかし、この方法で内部の素子接続経路を設けると、タッチ位置の判定において重大なエラーが生じる可能性がある。これらエラーによって、タッチセンサの寸法が大きくなり、これを補償することは難しい。
【００１８】
図２は、従来のタッチセンサの導体素子のレイアウトを示す。図２に示す従来のレイアウトは、正方形２００形状または円２５０形状の導体素子のアレイを含む。しかし、図２に示す従来のレイアウトは、タッチセンサ上の複数の同時タッチの位置を正確に検出し判定することができない。
【００１９】
図３は、従来のタッチセンサの導体素子の他のレイアウトを示す。２つの先細り形状の導体素子３０２、３０４タッチ素子が用いられている。図３の導体素子パターンでは、タッチ位置が移動方向３０８に沿って変化するのにともなうタッチ領域３０６の１次元線形変化（例えば、指１本による変化）と、「ｘ」方向に直交する方向、すなわち図３の「ｙ」方向に沿った複数の同時タッチのみの検出が可能である。したがって、図３の導体素子は２方向における複数の同時タッチを検出することができない。
【００２０】
図４は、本発明に基づく実施形態例を示す。同図において、同一の実質的凹形状４０１を、センサ領域を横断して多数回繰り返し用いて、タッチセンサ領域のモザイクまたはタイル張りが実現されている。この実施形態において、上記形状は、四辺形状が連結して十字パターンに配置されてなる。
【００２１】
図５は、本発明の実施形態に基づく、図１Ａと図１Ｂに示したようなタッチセンサ内で利用することができるタッチセンサの導体素子のレイアウトを示す。上記レイアウトは、星形導体素子５０２と十字型導体素子５０４を含む。これら素子は、各星型素子５０２が４側面で十字型素子５０４に囲まれ、各十字形素子５０４が４側面で星型素子５０２に囲まれるように、交互に配置されている。星型素子５０２と十字型素子５０４は、互いに隣接して配置されたときメッシュ状に緊密にフィットして、素子５０２と素子５０４の間の覆われていない領域が僅かとなるような、相補形状である。換言すると、素子５０２と素子５０４は、タッチセンサの全領域を実質的に埋め、覆われていない残部が最小限となるような形状と配置を有する。導体素子の上記形状は、実質的に凹形状の多角形のグループであり、平面のタイル張りまたは「モザイク」を形成する。実質的に凹形状の多角形は、凸形状ではない多角形として定義される。凸形状の多角形とは、当該多角形の内部の任意の２点について、その２点と交わる直線部分を包含する全ての点も当該多角形の内部にあるような、多角形である。
【００２２】
以下により詳しく説明するように、本発明の実施形態において用いられる交互相補星型導体素子５０２と十字型導体素子５０４は、タッチ５０６によって影響を受ける領域が線形変化すると、単一の導体層のみを用いて、タッチ５０６の位置を変化させる。星型素子５０２と十字型素子５０４は、任意の導体材質で形成することができる。この材質は、通常は単一層の銅またはＩＴＯである。また、星型素子５０２と十字型素子５０４は、略銅面積であり、したがって図９を用いて以下でより詳しく述べるように、タッチ位置の計算を簡易化することができる。
【００２３】
タッチ５０６の総面積（「タッチ重み」とも呼ぶ）は、指や人毎に著しく異なり、同じ人であっても異なる時点または異なる状況の下では異なる場合がある。タッチ重みの普遍的な定義は、１つ／２つのタッチ判定の実施形態において用いることができるが、複数タッチを判定する必要がある場合は望ましくない。
【００２４】
図６は、本発明の実施形態に基づき、図５の導体素子の形状がどのように導かれるかを示す。星型素子５０２と十字型素子５０４はともに、４５°二等辺三角形６００から導出することができる。図６に示すように、４５°二等辺三角形６００を結合してダイヤモンド形状６０２を形成し、２つのダイヤモンド形状素子６０２を直交方向に結合して、導体素子５０２に対応する星型形状５０２を得る。同様に、２つの４５°二等辺三角形６００を結合して形状６０８を形成し、２つの形状６０８を直交方向に結合して形状６１０を形成し、十字型素子５０４を得る。形状６１４を６１６のように切り取って、タッチ素子５０２と５０４の間の間隔を設けることができる。切り取り量は調整することができる。調整切取６１６を用いて、素子５０２と素子５０４がカバーする領域の僅かな差を補償し、素子５０２と素子５０４が実質的に同じ面積を有するようにすることができる。
【００２５】
本発明の実施形態において、導体素子のサイズは、「通常」サイズの指（例えば成人）が任意のタッチにおいて指がいずれの位置にあっても１以上の素子を覆うように選択される。上述の実施形態例において、これは図５で説明した４５°三角形のサイズを、検出する指の直径と略等しい高さを有するように定めることによって実現される。
【００２６】
図７は、本発明の実施形態に基づき、図５の導体素子５０２と５０６への電気接続がどのように形成されるかを示す。図７に示すように、内部導体素子５０２と５０６からの接続は、隣接する導体素子５０２と５０６の割れ目を介して設けられ、これにより接続は導体素子を通過する。例えば、十字型素子５０４からの接続７１２は、星型素子５０２を通過して設けられ、十字型素子５０４および７０４と星型素子５０２からの接続７１４は、十字型素子７０４を通過して設けられ、これらは十字型素子７０４からのトレースと結合して結合接続７１６を形成する。導体素子を接続して他の導体素子を通過させると、タッチ位置の判定においてエラーが生じる可能性がある。しかしそのエラーは１方向のものであり、したがって容易に補償することができる。結合接続７１６は、コントローラ１０２に接続される。したがって、図７のような接続方法により、内部の導体素子５０２と５０４を使い勝手よく直接的にコントローラ１０２へ接続することができる。これにより、タッチセンサの精度を増すことができる。
【００２７】
図８は、本発明の実施形態に基づく、タッチセンサの導体素子の物理的寸法の例を示す。星型素子５０２と十字型素子５０４はタッチセンサのエッジ部分を直線状に形成しないので、十字型素子５０４と星型素子５０２の部分領域がタッチセンサアクティブ領域１０４のエッジに沿って用いられ、タッチセンサアクティブ領域１０４の直線エッジと９０°コーナー部分を形成する。例えば、導体素子８０２は星型素子５０２の右下部分に相当し、導体素子７０４は星型素子５０２の右側である。他の素子について、導体素子８０６は十字型素子５０４の右上部分であり、導体素子８０８は十字型素子５０４の右側１／２である。図８のタッチセンサは、星型素子５０２と十字型素子５０４が、素子全体または素子の一部分を互いに組み合わせて、どのように矩形を形成するかを示す例である。例として２．１インチ×２．８インチのタッチセンサアクティブ領域１０４を示した。
【００２８】
素子５０２と５０４は、例えば直径０．５インチのディスク形状のタッチ領域５０６によってカバーされる領域が、タッチ領域５０６がある素子５０４から他の素子８１２へ中心間の線８１０に沿って移動するのにともなって、ある素子５０２の大部分を覆っている状態から隣接する素子８１２の大部分を覆っている状態へ単調変化するように、隣接する素子と物理的に接触する。例えば、本発明の実施形態において、重なり領域は、ある素子５０２の１００％から隣接する素子８１２の１００％へ、線形変化する。さらに、この接触は２つの直交する方向（通常は「ｘ」と「ｙ」）において同時に起こり得る。これは、図９にも示されている。同図では、タッチ領域５０６の移動により、「ｘ」方向に素子９０６と９０８がカバーしているタッチ領域または「ｙ」方向に素子９０６と９１０がカバーしているタッチ領域が覆う領域が、段階的に単調（線形）変化する。
【００２９】
パターン内の隣接素子は、類似していない場合がある。すなわち、任意の素子タイプ（例えば星型素子５０２）は、必ずしも同じタイプの他素子と同一ではない。例えば、エッジに沿って配置されている素子は、エッジから離れて配置されている素子とは異なる場合がある。上述のように、接続１１４は他の素子の周囲ではなく、他の素子を通過するように形成される場合がある。図８のパターンは、パターンが全ての素子で形成されている場合（すなわち、エッジ部分で用いられるもののように欠けている素子がない）は、動作または特性を変えずに９０°回転することができる、という点において、ｘｙ方向に対称である。概ね、図８のパターンを直交座標系に対して任意の角度で回転させると、タッチセンサの動作と特性は実質的に変化しない、といえる。
【００３０】
図１０は、本発明の実施形態に基づき、タッチ領域の位置が図５の導体素子を用いてどのように計算されるかを示す。下記表１は、図９の特定の例について計算した領域と位置を示す。
【表１】
2012504819.tif 000003
【００３１】
単一タッチ位置の計算
十字型素子１００２、星型素子１００４、十字型素子１００６などの導体素子の中心位置は、他の素子との関連から「ｘ」方向と「ｙ」方向の双方において正確に知ることができる。素子「ｉ」の「ｘ」位置と「ｙ」位置は、「ｘｉ」「ｙｉ」として表す。これらの位置は、素子「ｉ」の中心座標に対応する。図１０に示すように、タッチ領域５０６は３つの導体素子、すなわち素子１００２、１００４、１００６に重なるように配置されている。タッチコントローラ１０２は、タッチ領域５０６と素子「ｉ」の間の素子「ｉ」上の相対重なりａｉを、素子「ｉ」の静電容量の増加として測定する。タッチ５０６の「ｘ」位置と「ｙ」位置は、下記式によって与えられる。
【数１】
2012504819.tif 000004
【００３２】
例えば、図１０に示すように、素子１００２、１００４、１００６の位置はそれぞれｘｙ軸上で（２，２）、（２，１）、（３，１）である。素子１００２、１００４、１００６についてのタッチ領域５０６の重なり部分の相対領域ａｉは、コントローラ１０２によって静電容量の増加として判定され、それぞれ６、１０、３である。したがって、図１０に示すように、タッチ５０６の位置（ｘ，ｙ）は、式１を用いて以下のように計算される。
【数２】
2012504819.tif 000005
【数３】
2012504819.tif 000006
【００３３】
したがって、タッチ５０６の位置は、およそ（２．１６，１．３２）となる。十字型素子１００２と１００６の領域は、星型素子１００４と比較して小さいので、若干調整することができる。線形変化する座標を得る方法に関しては、２つの主要な形状（十字型と星型）は実質的に同じ面積であるべきである。この実施形態において、十字型素子は、隣接する十字型素子との間で間隔を設けるため、４つの端部において切り取られる。これにより、面積が少なくなる（実施形態によっては、十字型素子の総面積の約５％）。上記のような面積減少は、タッチコントローラ１０２のファームウェアのアルゴリズム内で、十字型素子１００２と１００６からの全ての静電容量に、この面積減少に関する隣接係数を乗算することによって、補償することができる。例えば、上記隣接係数は、面積減少が５％であれば、約１．０５である。
【００３４】
図１１は、本発明の実施形態に基づき、タッチセンサの導体素子上で生じ得る様々なタッチタイプを示す。式１は、複数の同時タッチの位置を判定するには不十分である場合がある。複数同時タッチの場合は、プロセッサ１０２ａは各複数タッチの位置を判定するアルゴリズムを実行することができる。上記式１とともに用いて各タッチの素子サブセットを判定する、より複雑なアルゴリズムを適用することができる。以下に説明するアルゴリズム１と２において、「主タッチ素子」「副タッチ素子」という用語が用いられる。「主タッチ素子」は、あるタッチについて最大のタッチ領域を有する導体素子である。「副タッチ素子」は、そのタッチによって影響を受ける、主タッチ素子以外の任意の導体素子である。例えば、図１０を再び参照すると、素子１００４はタッチ領域５０６に対して最大重なり領域を有しているので主タッチ素子であり、素子１００２と１００６はタッチ５０６に関しては副タッチ素子である。同じ素子が、あるタッチについては主タッチ素子であると同時に、同時に生じる別のタッチについては副タッチ素子となることができる。
【００３５】
図１１を参照すると、タッチ素子００〜１９、ＯＡ〜ＯＦ、１Ａ〜１Ｄが、複数同時タッチＴＴ１〜ＴＴ７とともに示されている。素子セグメント００、０４、１Ｄ、１９は、タッチセンサの各角部に配置されている。素子セグメント０１、０２、０３、０９、０Ｅ、１３、１８、１Ｃ、１Ｂ、１Ａ、１４、０Ｆ、０Ａ、０５は、図１０のタッチセンサの４つのエッジ部分を矩形状に形成している。セグメント００、０２、０４、０Ｅ、１８、１Ｃ、１Ａ、１４、０Ａは、十字型導体素子の部分から取り込まれている。セグメント０１、０３、０９、１３、１Ｄ、１Ｂ、１９、０Ｆ、０５は、星型導体素子の部分から取り込まれている。タッチセンサのセンサ領域の内部において、星型導体素子０７、０Ｂ、０Ｄ、１１、１５、１７は、十字型導体素子に接触隣接して囲まれている。「接触隣接」という用語は、エッジ部分が並んでいる導体素子を含む導体素子セットとして理解される。例えば、図１０に示す実施形態において、星型素子０７は十字型素子０２、０６、０Ｃ、０８と接触隣接している。星型素子０Ｂは、十字型素子０Ａ、０６、０Ｃ、１０と接触隣接している。星型素子０Ｄは、十字型素子０８、０Ｃ、０Ｅ、１２と接触隣接している。星型素子１１は、十字型素子１０、０Ｃ、１２、１６と接触隣接している。星型素子１５は、十字型素子１４、１０、１６、１Ａと接触隣接している。星型素子１７は、十字型素子１６、１２、１８、１Ｃと接触隣接している。
【００３６】
再び図１１を参照して、タッチＴＴ１については、主タッチ素子は十字型素子１６であり、副タッチ素子は星型素子１５、１Ｂ、１７、１１である。タッチＴＴ２については、主タッチ素子は星型素子１７であり、副タッチ素子は星型素子１８、１２、１６、１Ｃである。タッチＴＴ３については、主タッチ素子は十字型素子１２であり、副タッチ素子は星型素子１３、ＯＤ、十字型素子ＯＥである。タッチＴＴ４については、主タッチ素子は星型素子ＯＢであり、副タッチ素子は十字型素子１０、ＯＣ、０６である、タッチＴＴ５については、主タッチ素子は十字型素子１０であり、副タッチ素子は星型素子１５とＯＦである。タッチＴＴ６については、主タッチ素子は星型素子０７であり、副タッチ素子は十字型素子ＯＣと０８である。タッチＴＴ７については、主タッチ素子は十字型素子０６であり、副タッチ素子は星型素子０５、０１、０７、ＯＢである。
【００３７】
アルゴリズム１
図１２は、本発明の実施形態における、複数同時タッチの位置を判定するためのアルゴリズム例（アルゴリズム１）のフローチャートを示す。最初に、タッチコントローラ１０２が測定することができるタッチ重なりを有する全ての素子がステップ１２１０において識別され、ステップ１２２０においてセットＳｉ内にグループ化される。ｉは繰り返しカウンタであり、ｉ＝０に初期化される。次に、セットＳｉ内のタッチ素子との重なり領域Ａｉが最大である素子Ｅｉの位置が、ステップ１２３０において判定される。次に、ステップ１１４０において、領域Ａｉは内部タッチ閾値Ａｔｈと比較される。タッチ領域ＡｉがＡｔｈを超えているとタッチコントローラ１０２が判定する場合は、素子Ｅｉとその周囲８つの素子がステップ１２４１においてグループσｉ内に選択される。セットσｉは、ステップ１２４２において式１を利用してタッチ位置を判定するために用いられる。判定されたタッチ位置Ｔｉは、ステップ１２４３において複数タッチ位置のセットＰに追加される。図１０に示す実施形態例において、周囲素子は接触隣接している４つの素子（上、下、右、左）と４つの斜め隣接素子（右上、右下、左上、左下）である。次に、タッチに対応する９つの素子（主タッチ素子と８つの隣接素子）は、ステップ１２４４において、データベース内で「使用済」にマークされ、セットＳｉからセットσｉを差し引くことによって新たなセットＳｉ＋１が生成される。新たなセットＳｉ＋１に対して上記処理が繰り返される。ステップ１２４５において、セットＳｉ＋１が空であれば繰り返しを終了し、そうでなければカウンタ「ｉ」を１増やして繰り返しを継続する。内部タッチ閾値を超えている素子がなくなるまでこれを継続する。タッチ領域ＡｉがＡｔｈ以下であれば、アルゴリズムはステップ１２５０と１２５１へ進む。ステップ１２５０と１２５１において、タッチ位置のセットＰが空でなければ、タッチコントローラメモリ１０２ｂ内に格納され、アルゴリズムはステップ１２６０で終了する。本発明の実施形態において、図１１に示すように、アルゴリズム１を用いて３．５インチ斜めタッチセンサ上のタッチを４つまで検出するのは合理的である。しかし、アルゴリズム１は隣接するタッチの解像度が比較的低いので、位置を正確に判定するためには、タッチはある程度離れていなければならない。
【００３８】
例えば、図１１の例において、タッチＴＴ２はタッチ素子１７と最大重なり領域を有するので、その位置は式１を用いて主タッチ素子１７と８つの周辺タッチ素子１Ｃ、１８、１２、１６、１Ｂ、１Ｄ、１３、１１に基づき判定することができる。タッチＴＴ１は次に大きい重なり領域を有するので、その位置は式１を用いて主タッチ素子１６と８つの周辺タッチ素子１５、１１、１７、１Ｂ、１Ａ、１９、１２、１Ｃに基づき判定することができる。次に大きい重なり領域を有するタッチについて、処理を繰り返す。例えば、タッチＴＴ２の位置を計算するとき、タッチＴＴ２の中心は素子１７上にあるので、素子１６は式１とアルゴリズム１によれば過剰に重み付けされる。これは、素子１６が異なる位置に中心のあるタッチＴＴ１の「主タッチ素子」だからである。タッチＴＴ１についてその逆が成り立つ。すなわち、素子１６は「主タッチ素子」であるが、素子１７がＴＴ１の位置をＴＴ２に向かってずらしてしまう。
【００３９】
アルゴリズム２
互いに近接した２本の指によるタッチにより、一方向が他方向の幅よりも長いタッチ領域が生じる。すなわち、タッチ領域は円形ではなく楕円形であり、したがって単一タッチによって通常生じる形状よりも１方向において長くなる。図１１に示すタッチパターンを詳細に検討すると、以下のことが分かる。（ｉ）全ての副タッチ素子は、主タッチ素子に隣接している。（ｉｉ）単一の素子は、いずれの方向においても２素子分より長くはない。（ｉｉｉ）全ての副タッチ素子は主タッチ素子に隣接しており、概ね全ての副タッチ素子は他の全ての副タッチ素子に隣接している。
【００４０】
図１０に戻って、導体素子を下方から順に右から左に向かってスキャンすると仮定すると、導体素子１００６はタッチ５０６によって影響を受けたものとして最初に検出される。次に、素子１００６の隣接素子を見ると、導体素子１００４は主タッチ素子であると判定される。タッチ素子５０６によって影響を受ける残りの素子は導体素子１００２のみである。導体素子１００２も素子１００６に隣接している。影響を受ける可能性のあるその他の素子（実際には影響を受けていない）は素子１０１０である。素子１０１０も素子１００４と１００２に隣接している。これにより、複数タッチを互いに区別するための基本的なルールを定義することができる。タッチ（５０６）によって影響を受ける全ての素子（１００２、１００４、１００６）は、互いに隣接している。このルールは実際の素子によく当てはまり、本発明の実施形態において図１３に示すアルゴリズム２の基礎になっている。
【００４１】
図１３は、本発明の実施形態における、複数同時タッチの位置を判定するためのアルゴリズム例（アルゴリズム２）のフローチャートを示す。アルゴリズム２において、タッチコントローラ１０２は、ステップ１３１０で導体素子をスキャンし、タッチされた全ての導体素子を識別し、これら素子を含むセットＤを生成する。次のステップ１３２０において、繰り返しカウンタ「ｉ」はｉ＝０にセットされ、導体素子のセットＳｉはＳｉ＝Ｄに選択される。次に、ステップ１３３０において、セットＳｉ内の任意の導体素子Ｅｉ（必ずしも最大タッチ領域を有する素子ではない）が選択される。素子Ｅｉは、最初の副素子である場合もあるし、そうでない場合もある。次に、ステップ１３４０において、素子Ｅｉに接触隣接しセットＤに属する素子が選択され、これを用いてセットσｉ１を生成する。
【００４２】
次に、ステップ１３４１において、最大重なり領域を有する導体素子を見つけるため、セットσｉ１がスキャンされる。これは局所的な主タッチ素子Ｅｉｍとなる。次に、ステップ１３４２において、タッチコントローラ１０２はセットＤをスキャンし、素子Ｅｉｍに接触隣接している素子を探し、新たなセットσｉ２を構築する。次に、ステップ１３４３において、コントローラ１０２は、素子Ｅｉの隣接素子と素子Ｅｉｍの隣接素子の間で共通する隣接素子を探し、その共通隣接素子と局所主タッチ素子Ｅｉｍを用いて、タッチ位置を判定する。換言すると、タッチコントローラは新たなセットσｉ３を発見する。セットσｉ３はセットσｉ１とセットσｉ２の共通部分であり、σｉ３はσｉ１とσｉ２の論理積である。
【００４３】
ステップ１３４４において、新たなタッチ位置Ｔｉは、式１とセットσｉ３を含む位置セットと素子Ｅｉｍを用いて求められる。使用された素子は、「一部使用」とマークされる。本発明の実施形態において、図１１に示すものと同様に、セットσｉ３を構成する素子の数は、通常は６である。アルゴリズム２によれば、「一部使用」素子は新たなタッチを検出するために用いることはできないが、同じタッチを複数回位置判定することを避けるため、他の素子によって識別されたタッチ位置を計算する際に用いることはできる。換言すると、新たなタッチ位置Ｔｉを求め、これをセットＰに追加（ステップ１３４５）した後、本発明に係るアルゴリズムの実施形態は、セットＳｉからセットσｉ３を差し引くことにより、新たなセットＳｉ＋１を生成する。すなわち、ステップ１３４６に示すように、Ｓｉ＋１＝Ｓｉ−σｉ３である。ステップ１３４７において、セットＳｉ＋１が空であるか否かを判定する。空でなければ、新たなセットＳｉ＋１についてステップ１３３０〜１３４６が繰り返され、新たなセットＳｉ＋１が空セットになるまでこれを継続する。一般に、ｉ≠０については、セットＳｉは素子数がより少ないＤのサブセットである。セットＤ内の全ての素子が費やされてセットＳｉ＋１が空になると、セットＰが空でなければ、ステップ１３６０でアルゴリズムを終了する前にメモリ１０２ｂ内に格納される（ステップ１３５０と１３５１）。
【００４４】
アルゴリズム２により、非常に近接したタッチを区別することができる。しかし、副タッチ素子を共有するので、位置判定は望んでいるほど正確でない場合がある。その他のタッチ位置は、アルゴリズム２内の上記ステップを繰り返すことによって判定することができる。
【００４５】
例えば、アルゴリズム２を説明するため図１１を参照して、タッチされた任意の素子を識別するため、タッチセンサがスキャンされる。例えば、素子０８はタッチＴＴ６によってタッチされたと判定される。最初に求められる副タッチ素子０８に接触隣接している素子ＯＤ、０７、０９、０３は、局所主タッチ素子０７を識別するためスキャンされる。最初に求められる副タッチ素子０８の隣接素子の隣接セットＳ１は、Ｓ１＝｛０７，ＯＣ，ＯＤ，ＯＥ，０９，０４，０３，０２｝である。局所主タッチ素子０７の隣接素子の隣接セットＳ２は、Ｓ２＝｛０６，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ，０８，０３，０２，０１｝である。セットＳ１とＳ２の間の共通隣接素子の共通セットＳ３は、Ｓ１とＳ２の論理積であり、Ｓ３＝｛ＯＣ，ＯＤ，０８，０３，０２｝である。共通隣接素子の共通セットＳ３と、局所主タッチ素子０７は、新たなタッチ自体を検出するために用いられないように、「一部使用」とマークされる。最後に、タッチＴＴ６の位置が、式１を用いて、共通導体素子Ｓ３＝｛ＯＣ，ＯＤ，０８，０３，０２｝と局所主タッチ素子０７に基づき判定される。その他のタッチ位置は、アルゴリズム２の上記ステップを繰り返すことによって判定することができる。
【００４６】
アルゴリズム２の他の使用例として、図１１とタッチ素子ＴＴ２およびＴＴ１を参照して、ｉ番目の繰り返しにおいてアルゴリズムが素子１８を選択した、すなわちＥｉ＝１８であると仮定する。セットσｉ１は、σｉ１＝｛１２，１７，１Ｃ｝となる。次のステップにおいて、アルゴリズムはσｉ１に属する素子１７をσｉ１における局所主タッチ素子として選択する。すなわち、Ｅｉｍ＝１７である。次にセットσｉ２を構築する。その結果、σｉ２＝｛１２，１８，１Ｃ，１６，１１｝となる。次に、セットσｉ３が求められる。σｉ３はσｉ１とσｉ２の論理積であり、σｉ３＝｛１２，１Ｃ｝である。タッチＴＴ２の位置波、タッチ重みに基づき、σｉ３（＝｛１２，１Ｃ｝）と素子１７を用いて求められる。ＴＴ２の位置は、素子１７の中心のごく近くに正確に求められる。
【００４７】
上記例を継続して、σｉ３（＝｛１２，１Ｃ｝）内の素子と素子１７は、「一部使用」とマークされる。繰り返しカウンタがｉ＋１に増加し、アルゴリズム２は他の素子、例えば素子１１を選択する。すなわち、Ｅｉ＋１＝１１である。セットσ（ｉ＋１）１は、σ（ｉ＋１）１＝｛１２，１６，１０，０Ｃ｝である。次に、素子１６がσ（ｉ＋１）１内の局所主タッチ素子として選択される。すなわち、Ｅ（ｉ＋１）ｍ＝１６である。σ（ｉ＋１）２は、σ（ｉ＋１）２＝｛１Ｂ，１７，１１，１０，１５｝である。次に、セットσ（ｉ＋１）３＝｛１０｝である。ＴＴ１の位置は、σ（ｉ＋１）３（＝｛１０｝）内の素子のタッチ重みと素子１６によって判定される。求められるＴＴ１の位置は、ＴＴ５とＴＴ１に交わる直線に沿っているが、ＴＴ１の方に近い。この場合、求められるＴＴ１の位置の精度は、それでも図５に示す実施形態の十字型素子５０４の全長の１／２よりよくなっている。
【００４８】
本発明の実施形態のタッチセンサの導体素子の交互相補パターンによれば、単一層の導体材質を用いて、タッチ位置が２つの直交方向に線形変化するタッチによって影響を受ける領域を用いて、複数同時タッチを検出することができる。タッチ位置は、上記パターンを用いて正確に判定することができる。本明細書では交互星型導体素子と十字型素子を含むパターンがタッチ素子パターンとして用いられているが、本発明に合致する他の交互相補形状を用いることもできる。本明細書ではタッチセンサの実施形態とともに単一層の導体素子が用いられているが、上記形状は２以上の導体層上にあってもよいし、単独接続されていてもよいし（本明細書のように）、配列状に接続されていてもよい。配列配置は、タッチセンサ素子のグループを相互に接続する。
【００４９】
本開示を読むことにより、当業者はタッチセンサの導体タッチ素子のさらなる代替設計または形状を理解するであろう。したがって、本発明の特定の実施形態およびアプリケーションが記載されているが、本発明は本明細書に記載した構成や要素そのものに限定されるものではないことを理解すべきである。当業者にとって明らかな様々な修正、変更、変形例を、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、本発明の方法および装置の構成、動作、方法の詳細部分において設けることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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