JP2003511799A - 電子デバイスのためのフレキシブルで透明な接触検出システム - Google Patents

電子デバイスのためのフレキシブルで透明な接触検出システム

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Abstract

(57)【要約】 電子デバイスへの入力に特に良く適した透明な容量検出システムが説明されている。検出システムは、アクティブディスプレイ装置に表示又は下にある面に印刷されるかのいずれかの物理的ボタン又はスライダースイッチをエミュレートするために使用可能である。特に、ディスプレイ上の指の位置（Ｘ／Ｙ位置）及び接触領域（Ｚ）を検出するＬＣＤスクリーンのようなアクティブディスプレイ装置の頂部に重なった場合、容量センサはグラフィカルユーザインターフェースのための入力デバイスとしてさらに使用可能である。さらに、センサは３次元表面で接触検出するためのフレキシブル材料で製造可能である。センサは実質的に透明なので、下にある面はセンサを通して見ることができる。これは、必ずしも検出システムに関係しない代わりの適用のために下にある領域を使用させる。例は、公告、追加のユーザインターフェースディスプレイ、或いはカメラ又は生物測定セキュリティデバイスのような装置を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明の背景 （本発明の技術分野） 本発明は接触検出変換器及びシステムに関する。より詳細には、本発明は、コ
ンピュータ装置及び他の適用のためのカーソルの移動及びユーザ入力のような適
用に有用なフレキシブル及び透明な物体位置の認識装置に関する。 （関連発明の説明） 接触検出技術は、電子デバイスへの各種入力を、物理的なボタン又はスライダ
ースイッチをエミュートすることからパターン又はジェスチャーのより精巧な認
識へ供給するために使用可能である。例えば、接触センサ技術の教示のためここ
に完全にインコーポレイテッドされた、Gillespieへの米国特許 No.5,880,411は
、エッジ動作機能およびジェスチャーの認識を有する容量センサトレースアレイ
の物体位置検出器を開示している。Gerpheideへの米国特許 No.5,305,017は容量
検出を使用する物体位置検出器を教示し、接触センサ技術の教示のため参照によ
りその全体に組込まれている。容量タッチパッドの別の例は、Bissetへの米国特
許 No.5,543,588である。
【０００２】 しかし、多くの適用において、タッチパッドの下にある表面を表示するのが望
ましい。例えば、タッチパッドは、ＬＣＤ又はＣＲＴスクリーンのようなアクテ
ィブディスプレイに重ねられ、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）
への入力を容易にすることができる。代わりに、ユーザ入力又は広告を導くボタ
ンのパターンのような下にある面のディスプレイ静的情報を有するのが望ましい
。Gillespie又はBissetはいずれもタッチパッドセンサの下にある面を表示する
能力を開示又は提案していない。
【０００３】 携帯装置のため透明な接触検出技術を供給するために従来技術で用いられる一
般的な戦略は抵抗パッドである。典型的な抵抗パッドは、通常約０．００６イン
チの薄いエアギャップにより分離された２つの実質的に透明な基板から成ってい
る。１つの基板はポリエステルフィルムのように変形可能であるが、他は通常、
ガラス又はポリカーボネートプラスティックのように堅い。両基板は、互いに面
する面に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）のような実質的に透明な導体膜で被覆され
ている。ＩＴＯ被覆面で、１つの基板はその左右端部に導体を含み、他の基板は
その頂部及び底部で導体を含んでいる。１つの軸で位置を測定するため、電圧傾
度は１セットの導体に適用され、電圧は他のセットで測定される。１つの基板が
他と接触するように物体が抵抗パッドを変形すると、接触点は電圧が加えられた
導体からの距離に比例する電圧を含むであろう。他の軸で位置を測定するため、
電圧の付加及び測定のための導体は切換えられる。
【０００４】 前述した４線の抵抗パッドセンサの他の変形がある。１つの例は、５線の設計
であり、１つの層へのＹ軸の電圧傾度より代わりにＸ軸を適用し、その後、電圧
を検出しやすい第２層を使用する。
【０００５】 別の従来技術は、摩耗した時に２つのＩＴＯ層と変形可能な基板の伸びの間に
一定のエアギャップを維持する困難性と取り組んでいる。例えば、通常、直径が
約０．０１０”の実質的に透明な誘電スペーサの点は、ＩＴＯ面の１つ上に規則
的で格子状に配列されることができる。これらの点はエアギャップを維持するの
に役立ち、２つのＩＴＯ層が偶然に接触するのを防止する。さらに、点は、それ
が摩耗すると共に延びた時に変形可能な基板の減少する性能妨げるのに役立つ。
しかし、これらのスペーサの点の使用は、一般に、２つの基板が接触するように
成った時にそのような抵抗パッドの全ての位置が必ずしも信号を発生しないと、
タッチパッドの解像度を減少させる。
【０００６】 抵抗パッド技術に加えて、従来技術の他の例は、容量ベースの技術、スタイラ
スベースの技術及び圧力作動技術を含んでいる。Huangへの米国特許 No.5,457,2
89、及びEvansへの米国特許4,806,709及び4,733,222のような従来技術の容量タ
ッチパッドは、それら自身の各種欠点を持っている。例えば、Huangはその容量
接触センサシステムのための正面のシールドを必要とし、Evansの’７０９は均
一な電動面を必要とする。Landmeirへの米国特許5,381,160及びIbomotoへの4,94
5,348のようなスタイラスベースのパッドは入力を供給する電磁気ツールを必要
とする。最後に、Dormanへの米国特許No.4,484,038及びBarkanへの3,757,322の
ような圧力作動のタッチパッド動く部品を有し、したがって、抵抗パッド技術と
同様の欠点を有している。
【０００７】本発明の概要 本発明は、センサトレースの容量変化を検出し、伝導物体の接近を決定するよ
うに構成されたセンサトレース及びプロセッサを有する容量センサシステムであ
る。好ましくは、センサトレースは第１の方向に定位された第１の複数のセンサ
トレースの一部分であり、プロセッサはセンサトレースの容量変化を検出し、第
１の次元の指の接近及びその位置を決定する。より詳細には、システムは第２の
次元に定位された第２の複数のセンサトレースをさらに備え、プロセッサは第１
の複数のセンサトレース及び第２の複数のセンサトレースの容量変化を検出し、
第１及び第２の次元に沿った伝導物体の接近及び位置を決定するようにさらに構
成されている。この発明の好適な伝導物体は人間の指であるが、伝導スタイラス
または他の適当な装置も同様に使用可能である。
【０００８】 透明度を最大にするため、センサシステムはセンサトレースの均一な密度を有
すべきである。したがって、好適な構成は第１の複数の及び第２の複数のセンサ
トレースの重なりを最小にする。例えば、各センサトレースは共通軸に沿って整
列された一連のダイヤモンド形状として構成されてもよい。したがって、それぞ
れ複数のセンサトレースはダイヤモンド形状の開放空間のパターンを作り出す。
ダイヤモンド形状のセンサトレースがダイヤモンド形状の開放空間上に落ちるよ
うに第２の複数上に第１の複数のセンサトレースを配置することにより、それぞ
れの複数のセンサトレースの間の重なり量は最小となる。透明度はまた同様の反
射指数を有する材料を使用することにより最大化される。
【０００９】 この発明の主な目的は、低コストで高集積で低電力の透明な容量センサを使用
する配置システムである。この発明は、それらに限定されるものではないが、セ
ルフォン、ポケベル、パーソナルデジタルアシスタント、遠隔制御、及びコンピ
ュータ等の多くの携帯電子機器に適している。あまり透明でないセンサの配置シ
ステムを必要とする携帯式でない装置もまたこの発明に適当である。好ましくは
、センサシステムは、たたいたり或いはドラッグしたりするジェスチャーを認識
可能なプロセッサに備えられており、ユーザ入力のフレキシブル性を増加させる
。
【００１０】 説明した現在の発明は、抵抗パッド及び他の従来技術に複数の利点を提供する
。第１に、この技術はしっかりしている。その性能は時間の経過によって劣化せ
ず、機械的摩耗及び応力を受け難く、完全な固体状態となり、移動する部品を有
していない。この技術は基板を変形させることに依存しないので、センサ作動力
なしで作動可能である。第２に、検出する解像度は、抵抗パッドのように材料の
物理的特性ではなく、センサトレースの密度、プロセッサのＡ／Ｄ変換器の精度
によって決定される。したがって、非常に高い配置精度が達成可能である。現在
の発明は、検出層の間に維持されるエアギャップを必要としないので、配置性能
は、機械的損傷、或いは温度、湿度又は電力供給電圧のような環境条件によりほ
とんど影響されない。したがって、この技術の配置性能はユーザの較正をほとん
ど必要としない。その上さらに、基板層と非常に異なる屈折指数のエアギャップ
の欠乏は、この技術により大きな透明度を達成させる。最後に、センサを作るた
めフレキシブルな基板材料を使用する能力は、湾曲した３次元表面に接触検出シ
ステムを必要とする装置へのこの技術の集積を容易にする。代わりに、センサア
レイ自身は、フレキシブル基板を必要とすることなく、堅く湾曲した３次元表面
に直接的用可能である。
【００１１】本発明の詳細な説明 図１は本発明の好適な実施例の概略図であり、０次元の容量の近接検出システ
ム２を備えている。システム２は指４又は他の伝導物体のセンサ６への近接及び
接触を正確に決定する。センサ６のセンサトレース上で指４によって引き起こさ
れた容量変化は入力処理ブロック８によりディジタル化される。ディジタル化さ
れた容量の値は演算装置１０によって処理され、その後、ジェスチャー装置１２
によって解読される。ジェスチャー装置１２はまた入力信号を処理し、一定の指
の接触と指のたたきの間の差を決定する。ブロック８〜１２はまたセンサ６によ
り検出される電気ノイズを抑制する方法をも組込んでいる。このセンサを実施す
る適当な手段は米国特許No.5,880,411及び5,305,017に説明された技術を含み、
これらの教示のため参照として組込まれている。当業者に公知の容量検出技術の
他の手段はまた適切である。
【００１２】 センサ６のセンサトレースは、トレースが指に充分な容量結合を供給するよう
に設計されなければならない。好適な実施例では、センサトレースは指が接触す
るように設計される位置に描かれる導体の細い線である。この好適な接触領域で
は、典型的な指紋の次元をほぼ矩形又は円形に広げる。これは充分な容量結合が
センサと指の間に起きるであろうことを保証している。センサの見えない部分は
任意に不透明な導体で描かれることができ、よりよい処理特性及びより低い抵抗
を有している。不透明な導体は、銀インク及び導体炭素インクを含んでいるが、
それに限定されるものではない。
【００１３】 図２は容量センサ６（及び後述する１次元容量センサ）の好適な実施例の断面
図である。頂部の透明で電気的に絶縁された基板５２は、透明な導体５６で被覆
された別の透明な電気的に絶縁された基板５８に光学的に透明で電気的に絶縁さ
れた接着剤で接着されている。典型的には、実質的に透明な導体５６はスパッタ
リング処理又は印刷方法のいずれかによって基板５８に堆積される。透明な伝導
トレース５６のパターンはフォトレジスト及び酸によるエッチング処理により行
われることができる。代わりに、導体５６は基板上に重なる陰極パターンにスパ
ッタリング又は印刷のいずれかによって選択的に被覆されてもよい。その後、陰
極パターンを除去することは適当な透明な導体トレースパターンを残す。センサ
６は接触及び接近を検出するだけであるので、１つのセンサトレースと１つの導
体層だけが必要とされる。
【００１４】 透明で電気的に絶縁された基板５２及び５８の例は、ポリエステルフィルム、
ガラス、及びポリカーボネートプラスティックを含みが、それらに限定されるも
のではない。透明で電気的に絶縁された接着剤の１例は３Ｍ＃８１４２である。
実質的に透明な導体の例は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、透明な導体プラステ
ィック、及び銀、金、アルミニウム合金を含むが、それらに限定されるものでは
ない。当業者は完全に透明な材料がないことを認識するであろう。センサの透明
度を向上させるため、多くの技術が使用可能である。第１に、基板５２及び５８
及び接着剤５４は同様な反射指数を有するように選択可能である。これは異なる
反射指数の材料を介して移動する光の歪み効果を最小にすることにより透明度を
改善する。第２に、米国特許 No.5,880,411に説明された検出技術を使用するこ
とは高インピーダンスの出力ドライバーの使用を可能にする。したがって、透明
な導体層５６の抵抗はかなり高く、そのような検出システムで依然として使用可
能である。それに限定されるものではないが、例えば３００Ω／スクエアのよう
な高抵抗は実質的に透明な導体層５６の透明度を増加させる。
【００１５】 層６０は透明層５２〜５８を通して視認可能な不透明基板の位置を示している
。そのような基板の例は、液晶表示器（ＬＣＤ）又は陰極線管（ＣＲＴ）のよう
なグラフィカルディスプレイ装置、アートワーク、又は指紋認識器のような追加
の電子機器を含んでいるが、それらに限定されるものではない。幾つかの実施例
では、層６０は全く省略されてもよい。代わりに、基板５８は省略可能であり、
透明な導体５６は層６０に直接パターン化可能である。
【００１６】 さらなる他の代わりの実施例では、層５２〜５８は機能性を損なうことなく反
対にすることができる。その上さらに、基板５２が電気的に絶縁され、導体５６
に自動接着している限り、接着剤５４は除去可能である。自動接着で透明で電気
的に絶縁された基板の１例は透明被覆塗料である。
【００１７】 図３は１次元の位置検出システムの概略図である。そのようなシステムは、（
接近検出システム２のような）指接触だけでなく、センサトレースアレイの方向
に沿った指４又は他の伝導物体の位置を検出可能である。図３では、センサ２０
は、Ｙ軸のような１方向に沿って定位された複数のトレースを含み、その方向に
沿って指の位置を検出システム１６に決定させる。指の位置はトレースの容量を
測定することにより計算され、その後、指に覆われた又はその近くのトレースの
容量の増加に基づいて指の位置を計算する。特に、Ｙ入力の処理ブロック２２は
全てのセンサトレースで同時にトレース容量を測定し、アナログの容量値をデジ
タル化する。その後、これらの値は演算ブロック２４で位置及び圧力情報に変換
される。次に、位置及び圧力データは動作ブロック２６及びジェスチャーブロッ
ク２８に与えられる。動作ブロック２６は指の位置の値の連続する履歴の蓄積に
基づいてトレースアレイ軸に沿って指の動作を計算する。ジェスチャーブロック
２８は指がセンサ２０と実際に接触しているかどうか及び短期間に亘る指の存在
が「タップ」と考えられるかどうかを決定する。タップジェスチャーが登録された
場合には、ジェスチャー装置は動作装置の出力を抑制する。ブロック２２〜２８
はまたセンサ２０により検出される電気ノイズを抑制する方法を組込んでいる。
このセンサを実行するための適当なアルゴリズム及び手段は米国特許No.5,88041
1及び5,305,017に説明された技術を含み、上述したようにインコーポレイテッド
バイリファレンスされている。当業者はそのようなアルゴリズムが例示のみであ
り、このセンサで可能な容量検出技術を限定するものではないことを認識するで
あろう。
【００１８】 １次元センサ２０は所定の軸に沿って等しく間隔を空けた複数のセンサトレー
スからなっている。十分な位置解像度を達成するため、それぞれのセンサトレー
スの間隔は通常、指４が検出領域の所定位置で少なくとも２つのトレースを覆い
、トレースの間を補間可能なように設計されている。より高いトレース密度又は
より高精度のＡ／Ｄ変換器は検出システム１６が指位置を計算することができる
まで解像度を改善する。トレースと指の間の容量結合を最大にするため、通常、
トレースは隣りのトレースに接触することなく可能な限り広く（例えば、トレー
ス間隔より僅かに小さく）作られる。接近検出システム２に関して上述したよう
に、センサの見えない部分は不透明導体で光学的に描かれる。
【００１９】 １次元の位置センサの断面図が前述した図２に示されている。これに限定され
るものではないが、好適な実施例では、基板５８は透明な導体で均一に被覆され
、その後、トレースアレイはフォトレジスト及び酸のエッチング処理を使用して
パターン化される。代わりに、陰極フォトレジストパターンは透明な基板６２及
び６８上に覆われ、透明な導体はスパッタリング又はスクリーニング処理を使用
して堆積され、その後、フォトレジストパターンは除去される。接近検出システ
ム２に関して上述したように、層５２〜６０を備えた１次元位置センサ２０の積
層は反対にすることができ、自動接着の絶縁基板５２は接着剤５４のための必要
性を排除可能である。
【００２０】 図４は２次元位置検出システム３２の概略図である。そのようなシステムは２
次元軸に沿って指の位置として指の存在を決定することができる。指４はセンサ
３６のセンサトレースに容量結合している。Ｘ入力処理ブロック３８及びＹ入力
処理ブロック４０はＸ及びＹトレースアレイのセンサトレースの容量値を測定し
、容量値をデジタル化する。演算装置４２はデジタル化された容量値に基づいて
位置及び圧力座標を計算する。次の位置及び圧力座標は動作装置４４及びジェス
チャー装置４６に与えられる。動作装置４４は指の以前の位置と比べて指の相対
動きを計算する。ジェスチャー装置４６は時間に亘り指の存在、及びそれがタッ
プのようなジェスチャーを構成するかどうかを決定する。ジェスチャー装置４６
が特定のジェスチャーを認識した場合、動作装置４４の出力を抑制するであろう
。ブロック３８〜４６はまたセンサ３６により検出される電気ノイズを抑制する
方法を組込む。このセンサを実行するための適当なアルゴリズム及び手段は上述
したようにインコーポレーテッドバイリファレンスされた米国特許No.5,880,411
及び5,305,017に記載された技術を含んでいる。当業者はそのようなアルゴリズ
ムが例示のみであり、このセンサで可能な容量検出技術を制限するものではない
ことを認識するであろう。
【００２１】 図５Ａはセンサ３６のＸ軸の位置を計算するために使用されるセンサトレース
のアレイのための好適な実施例を示している。それぞれのトレース６４は透明で
電気的に絶縁された基板６２に均等に間隔をあけた透明な導体である。それぞれ
のダイヤモンド６６はトレース領域を増加し、伝導材料を含まないダイヤモンド
形状の領域のパターンを残す。図５Ｂはセンサ３６のためＹ軸の位置を形成する
ために使用されるセンサトレースのアレイのための対応する好適な実施例である
。各トレース７０はまた透明で電気的に絶縁された基板６８に均等に間隔をあけ
た透明な導体でもある。ダイヤモンド７２のようなダイヤモンドはトレース領域
を増加させ、伝導材料のないダイヤモンド形状の領域を残す。
【００２２】 センサアレイの実際の数及びセンサの２つの軸の存在は特定の装置の配置領域
及び解像度要求によるだろう。充分な位置解像度を達成するため、各センサトレ
ースの空間は指４が検出領域の所定位置の各軸の少なくとも２つのトレースを覆
う。より高いトレース密度又はより正確なＡ／Ｄ変換器は検出システム３２が指
の位置を計算可能な解像度を改善する。技術の幾つかの実施例では、より少ない
Ｘ及びＹトレースが所望の検出解像度を達成するのに十分である。センサの見え
ない部分は、それに限定されるものではないが、銀インクのような不透明な導体
で光学的に描かれることができる。
【００２３】 これに限定されるものではないが、好適な実施例では、基板６２及び６８は透
明な導体で均等に被覆され、その後、フォトレジスト及び酸のエッチング処理を
使用してパターン化される。代わりに、陰極フォトレジストパターンは透明な基
板６２及び６８に覆われることができ、透明な導体はスパッタリングまたはスク
リーニング処理を使用して堆積され、その後、フォトレジストパターンは除去さ
れる。
【００２４】 図５Ｃはセンサ３６の平面図であり、頂部の基板６８からのＹ軸トレース及び
底部の基板６２からのＸ軸トレースを有している。Ｘトレース６６はそれらのト
レースのダイヤモンド７２がＹ軸のトレース７０の間のダイヤモンド空間を充填
するように配置されている。例示の目的のため、Ｙ軸トレースのダイヤモンド７
２は２つの異なるアレイのダイヤモンドを視覚的に識別するサイズに縮小されて
いる。好適な実施例では、これらのダイヤモンドはＸトレース６６の間の空間の
サイズまで拡大され、センサ３６は（Ｘトレース６４がＹトレース７０に重なる
小さな領域を除いた）透明な伝導材料の単一で均一な層を有するように見える。
透明な導体の少なくとも１つの層で全体のアクティブ領域を充填することが望ま
しいが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、金、及び銀（これらに限定されるもので
はない）のような透明な伝導材料は完全には透明でないので、センサ３６の全体
の透明度のために限定されるものではない。それは導体で覆われた領域と比べて
より大きい透過率を有するので、センサ３６の導体の少なくとも１つの層と覆わ
れない領域が見られる。
【００２５】 図５Ｄは２次元センサ３６の好適な実施例の断面図を示している。この積層は
機能性を損なうことなく順番を反対にすることができる。Ｘ軸の透明で電気的に
絶縁された基板６２は指又は伝導物体が接触する最上面である。透明で電気的に
絶縁された基板６２の底側は透明な導体トレース６４である。薄く透明で、好ま
しくは接着性の絶縁体７４はＸ伝導トレース６４をＹ伝導トレース７０から分離
する。Ｘトレースと同様に、Ｙ導体トレースは透明で電気的に絶縁された基板６
８に覆われている。
【００２６】 透明な基板６２及び６８、絶縁体７４、及び導体層６４及び７０の例が図２に
記載されており、２次元センサに等しく適用可能である。同様に、これらに限定
させるものではないが、層間の屈折指数を一致させ、透明な導体のかなり薄い層
を使用するように透明度を向上させる同一の技術もまた２次元センサに適用可能
である。図２と同様に、層６０は透明なセンサを通して視認可能な光学的に不透
明な層である。幾つかの実施例では、層６０はまったく省略してもよい。代わり
に、幾つかの実施例では、基板６８が省略可能であると共に透明な導体７０が層
６０で直接パターン化可能である。
【００２７】 本発明のさらに代わりの多くの実施例が可能である。例えば、電気シールドは
センサの下にある電気回路から生じる電気ノイズからセンサトレースを隔離する
ために必要とされてもよい。これに限定されるものではないが、１つの好適な実
施例が２次元センサ３６の図６に示されている。層６２〜６８は図５Ｄで説明さ
れたものと同一の技術である。透明な基板６８の下には、透明な絶縁体７４の別
の層が透明な導体７８及び基板８０の別の層に付いている。透明な導体層６４及
び７０とは違い、透明な導体７８は電気的な接地に接続される導体の均一層であ
る。透明な導体７８に接地することは不透明な層６０又は下から放射される電気
ノイズ源から電気的にシールドするセンサ３６を供給する。透明な導体７８及び
基板８０に適した材料の例は図２に既に説明されている。
【００２８】 層７４〜８０を使用して透明な接地平面を追加することはまた、そのような層
が層５８と６０の間に挿入された場合に、図２に示された接触及び１次元センサ
の積重ねに適用可能でもある。
【００２９】 さらに別の実施例では、図７は２次元透明容量センサ３６を示している。透明
な基板８４は透明な絶縁体７４を使用して透明な導体層６４に接着される。透明
な導体６４は図５Ａに示されているようなＸトレースパターンを含み、透明な基
板８６に被覆されている。透明な基板８６の他の面で、透明な導体層７０は図５
Ｂに示されているＹトレースアレイを含んでいる。最後に、透明な基板８８は透
明な絶縁体７４で透明な導体７０に接着されている。この特定の実施例は透明な
導体層で両側に被覆された基板８６を有し、Ｘトレースアレイ及びＹトレースア
レイのダイヤモンドを整列する時、より少ない誤りを許容してもよい。基板８６
は両方の層６４及び７０を含み、トレースアレイの配列はトレースアレイのエッ
チング／堆積の前に起こり、不透明なフォトレジストパターンはＸ及びＹトレー
スのパターン配列を非常に簡略にすることができる。人間の目はトレースアレイ
のパターンの間の系統的な調整不良を容易に検出することができるので、Ｘ及び
Ｙトレースアレイの適当な配列は２次元センサ３６の全体の透明度にとって重要
である。
【００３０】 透明で電気的に絶縁された基板８４,８６及び８８は２次元センサ３６及び１
次元センサ２０の上記実施例で説明されている。さらに、電気的シールドのため
、透明な基板８８は図６に示された層７８及び８０と置換可能である。
【００３１】 この発明はまた人間の指に加えてスタイラスとも使用されるようになっている
。そうするための１つの方法は、その接触領域が指のそれと同様となるまで伝導
スタイラスのための接触領域を広げることである。これは、スタイラスが両方伝
導である必要があり、接触領域が充分なセンサトレースのため容量結合するのに
充分な大きさとなる必要があるという明らかな不利益を有している。伝導入力の
接触領域を減少させるため、１つの方法は、トレース密度を増加させ、細く尖っ
たスタイラスがすくなくとも２つのセンサトレースに容量結合可能となるように
なっている。代わりに、、Ａ／Ｄ変換器の精度はまた尖ったスタイラスから起き
るセンサトレースの微小な容量変化を検出するように増加されることができる。
【００３２】 大きい接触領域の制限を取り除く１つの好適な代わりの方法はセンサアレイの
最上面に施される抵抗性の透明な被覆を含み、図８に示されたそうの積み重ねと
なる。２次元位置センサ９２のため、Ｘ及びＹトレースアレイは図５Ａ、５Ｂ、
及び５Ｃに記載されているものと同一である。層６２〜６８の積み重ねは図５Ｄ
に記載されているものと同一である。層９４は尖ったスタイラスの有効な接触領
域を広げる頑丈な抵抗性の透明な被覆であり、したがって、（指のような）大き
な接触領域の伝導物体と同様のセンサ９２へ尖ったスタイラスを容量結合させる
。そのような層９４の例は、それらに限定されるものではないが、通常、エレク
トロルミネセント照明面のため使用されるものを見出すことができる。そのよう
な検出技術の更なる詳細は、共同で係属中の米国特許出願No.09/176,639に見つ
けることができる。
【００３３】 スタイラス入力を受け入れる２次元センサのためのアプローチは、底部のセン
サアレイと接地平面との間に挟まれた透明で変形可能な層を含むことである。図
９は、好適であるがそれに限定されないそのようなセンサ９２の例の積層を示し
ている。層６２〜６８は図５Ａ〜Ｄに記載された指入力の２次元センサ３６のた
めに記載されたそれらと同一である。この技術のための１つだけの更なる要求は
フレキシブルで変形可能である。そのような基板の例は、ポリエステルフィルム
であるが、それに限定されるものではない。
【００３４】 透明な基板６８の下には透明な絶縁体７４がある。これは透明で変形可能な誘
電体層９６に接着する。透明な絶縁体７４の別の層は変形可能な層９６を透明な
伝導層７８及び透明な基板８０に接着する。透明な基板８０は、通常、堅い材料
製である。そのような透明で固い基板の例は、ガラス及びポリカーボネートプラ
スティックを含んでいるが、それらに限定されるものではない。透明な電導層７
８は電気的に接地された透明な導体の均一層である。
【００３５】 機能的に、尖ったスタイラス入力は層９６と同様に層６２〜６８のＸ及びＹセ
ンサを変形し、接触点を接地平面の近くに持ってくる。この変形は接触点近くの
センサトレースのため接地への容量結合を増加させる。その後、この容量の増加
は検出エレクトロニクスにより検出される。指入力にとって、容量は伝統的な容
量手段を使用してセンサ層６２〜６８により検出される。透明な実施例ではない
が、この技術の詳細な説明はここにインコーポレイテッドバイリファレンスされ
た米国特許No.5,942,733で見つけることができる。
【００３６】 さらに別の代わりの方法は、本発明の透明な容量の指センサを第２の独立した
スタイラス入力デバイスと組合せることである。例えば、フレキシブルな透明な
容量パッドは伝統的な抵抗性パッドに重ねられることができ、抵抗性パッド自体
で達成可能なそれに優れた指の感度を供給する。又は、透明な容量パッドは、（
例えば、Murakamiへの米国特許No.4,848,496で、この教示のためここにインコー
ポレイテッドバイリファレンスされている）誘導スタイラスセンサのような固体
センサの上に重ねられることができ、高品質な指及びスタイラス性能の固いセン
サを作り出す。
【００３７】 透明な位置検出システムは携帯電子デバイスのための多くの適用を有している
。（網羅的なリストではないが、）適用の幾つかの例は、以下のものを含んでい
る。
【００３８】 ａ）携帯電子デバイスのタッチスクリーンのためのポインティングデバイス。最
も簡単な手段では、透明な２次元容量センサはＬＣＤスクリーンのようなディス
プレイデバイスの頂部に直接添付され、ディスプレイ上の指の位置を検出する。
センサの頂部の指のＸ−Ｙ位置（したがって、ディスプレイ）は、その後、デバ
イスの主処理装置に与えられ、デバイスのユーザインターフェースを制御するこ
とができる。そのようなユーザインターフェースは、それらに限定されるもので
はないが、スクリーン上のカーソルの制御、ボタンを示すスクリーン上のグラフ
ィックのためのタップの検出、スクリーン上のスクロールバーの制御、プルダウ
ンメニューの選択、テキスト入力のためのストローク又はジェスチャーの認識を
含むことができる。
【００３９】 ｂ）ソフトボタンアレイ又はスクロールバーのための入力デバイス。この適用で
は、透明なセンサはボタンアレイ又はスクロールバーを表示するのに専念するデ
ィスプレイデバイスの一部分だけを覆っている。スクロールバーの適用又は１次
元ボタンアレイのため、透明なセンサは１つの軸の複数のセンサトレースを含む
だけであろう。透明なセンサで入力デバイスを実行することにより、下にあるグ
ラフィックはユーザインターフェースにより要求される機能性に適するように変
更可能である。
【００４０】 ｃ）携帯電子デバイスの入力デバイスの統合。幾つかの携帯デバイスにとって、
デバイスの１表面は接触に敏感な位置システムを必要とするディスプレイを含む
が、別の表面は別のアレイを必要とする。この技術は透明でフレキシブルな材料
製であるので、同一の容量センサが携帯デバイス上で湾曲され、センサの別の部
分が別の表面のボタンアレイとして役立っている間、センサのトレースアレイの
一部分がディスプレイ表面を覆うようになっている。これはさらなる機械的接触
スイッチのための必要性を排除することにより携帯デバイスのコストを減少させ
ることができる。
【００４１】 ｄ）携帯コンピュータのための透明なセンサ。透明な２次元位置センサの透明な
性質は、それらに限定されるものではないが、標準の不透明な２次元位置センサ
より不動産をより消費することなく、携帯パーソナルコンピュータに設計される
セキュリティ及びビデオのような適用のための装置の追加を許容する。セキュリ
ティの適用の場合、タッチパッドのポインティング性質は埋め込まれた指紋ベー
スのセキュリティシステムへの論理位置である。レチナールスキャナーのような
他の生物測定のセキュリティシステムは透明なタッチパッドの下に置かれること
もできる。生物測定システムのための電位センサはセンサアレイの下に置かれる
ことができ（すなわち、図２及び５Ｄの層６０）、透明なセンサにより最小限影
響を及ぼされるであろう。また、タッチパッドの表面は環境からカメラを保護し
ているので、タッチパッドの透明な性質はまたビデオカメラのための道理のかな
った位置である。
【００４２】 ｅ）（ディスプレイデバイス以外の）グラフィックは透明な容量センサの下にあ
る。幾つかの適用では、ＬＣＤスクリーンのようなディスプレイデバイスの使用
は必要ではなく又はコスト費用効果がよくないことがある。そのような適用では
、プラスチックボタンのテンプレートのような簡単なグラフィックアンダーレイ
が透明なセンサの下の溝に滑動可能であろう。デバイスユーザインターフェース
に関連しない広告ロゴ又は他のグラフィックはまたセンサの下に置かれることが
できるだろう。
【００４３】 ｆ）パーソナルコンピュータのためのディスプレイエンハンスト容量センサ。パ
ーソナルコンピュータのためのユーザインターフェースを向上させるため、ディ
スプレイエンハンストセンサ入力デバイスのため下にあるＬＣＤディスプレイデ
バイスに関連させて透明な２次元センサが使用可能である。下にあるＬＣＤスク
リーンは、手書き認識のための現在のストローク又はジェスチャー、サイン／テ
キストキャプチャ又はグラフィックソフトウェアの記録のような情報を供給可能
である。ソフトボタン、アイコン、スクロールバー、又はエンハンストセンサの
機能の他のゾーンはまたＬＣＤスクリーンに関心を呼び込むことができるだろう
。より一般的な用語では、ディスプレイエンハンストセンサはホストコンピュー
タとインターフェースする特定の適用を含むことができるだろう。例は、数のキ
ーパッド、発射する適用、又はホストコンピュータと同時に稼動するソフトウェ
アの適用に特有のメニュー又はソフトボタンを含んでいてもよいが、それらに限
定されるものではない。最後に、広告ロゴ、又はビットパップ画像及び写真はＬ
ＣＤスクリーンに描かれ、機能性又は追加のディスプレイ空間として向上させる
ことができる。
【００４４】 ｇ）スタンドアローンの携帯デバイスとして機能するように切り離されたパーソ
ナルコンピュータのためのディスプレイエンハンスト容量センサ。ディスプレイ
エンハンストセンサのさらなる拡張は分離可能な透明なセンサ及びＬＣＤディス
プレイ体である。センサ及びＬＣＤがホストコンピュータに取付けられるが、そ
れは前のセクションで説明されたようなディスプレイエンハンストセンサとして
機能する。しかし、センサ及びＬＣＤ体はまた、スタンドアローンの携帯デバイ
ス、例えば、３Ｃｏｍ ＰａｌｍＰｉｌｏｔ（登録商標）又はＲｏｌｏｄｅｘ Ｒ
ｅｘ（登録商標）のようなパーソナルデジタルアシスタンス（ＰＤＡ）として機
能するハードウェア及びソフトウェアをも含んでいる。分離可能なセンサは明確
な利点を有している。第１に、大部分の現在のコンピュータ作動システムはポイ
ンティングデバイスなしに使用することはほとんど不可能であるので、それはホ
ストコンピュータのための簡単なセキュリティ機構として役立つ。第２に、分離
可能な容量センサは明らかな位置を供給し、分離したクレードル又はドッキング
ステーションのための必要性なしにＰＤＡを記憶する。入力は容量位置センサで
あるので、そのようなデバイスの指の位置性能は現在の技術状態のコンピュータ
タッチパッドと同じであり、ほとんどのＰＤＡデバイスで現在使用されている抵
抗性パッドより非常に優れている。
【００４５】 ｈ）パーソナルコンピュータデザインの美的向上としての透明な容量センサ。幾
つかの現在のコンピュータでは、透明度は純粋に美的又は芸術的目的のため使用
されている。透明なセンサアレイは工業デザイナーにコンピュータにポインティ
ングデバイスを組込まさせるが、下の面を視認可能にさせる。これはコンピュー
タの下にあるエレクトロニクス、又はそれらに限定されるものではないが、視認
可能な、ロゴ、広告、又はラベルのような他のアートワークを許容してもよい。
【００４６】 ここに詳細な実施例を説明したが、本発明に関する当業者であれば、同等の代
わりの実施例があることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の近接した透明な容量検出システムの概略図を示している。
【図２】 図１に示された近接した１次元センサ変換器の実施例の断面図を示している。
【図３】 本発明の１次元の透明な容量検出システムの概略図を示している。
【図４】 本発明の２次元の透明な容量検出システムの概略図を示している。
【図５Ａ】 図４に示された実施例のＸセンサアレイの平面図である。
【図５Ｂ】 図４に示された実施例のＹセンサアレイの平面図である。
【図５Ｃ】 図４に示された実施例の組合せたＸ及びＹセンサアレイの平面図である。
【図６】 センサの下で発生する電気ノイズからＸ及びＹトレースアレイをシールドする
ため透明な接地平面を有する本発明の２次元センサ変換器の実施例の断面図であ
る。
【図７】 本発明の２次元センサ変換器の代わりの実施例の断面図である。
【図８】 入力のための指に加えて伝導スタイラスの使用を可能にする本発明の２次元の
透明なセンサ変換器の実施例の断面図である。
【図９】 入力のための指に加えて通常のスタイラスの使用を可能にする本発明の２次元
の透明なセンサ変換器の実施例の断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月１６日（２００２．４．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図５Ｄ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５Ｄ】 本発明の２次元センサの好適な実施例の断面図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ａ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５Ａ】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ｂ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５Ｂ】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ｃ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５Ｃ】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ｄ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５Ｄ】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図６】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図７】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図８】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シェディウィー リチャード アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94587 ユニオン シティー ライラック ループ 35018 (72)発明者 ギレスピー デイヴィッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95033 ロス ガトス ソーダ スプリン グ ロード 16100 Ｆターム(参考） 5B047 AA25 BA02 BB04 BC01 BC14 CB22 5B068 AA21 AA33 BB09 5B087 AA09 CC15 CC39

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に透明なセンサートレースとプロセッサとを備え、伝
    導物体の前記センサートレースへの接近により生じる該センサトレースの容量変
    化を検出し、前記伝導物体の接近を決定するように構成されていることを特徴と
    する容量センサシステム。
  2. 【請求項２】 第１の次元に定位された第１の複数のセンサトレースとなる
    少なくとも１つの追加の透明なセンサトレースをさらに備え、前記プロセッサは
    、前記センサトレースに近接の伝導物体に対応する前記第１の複数のセンサトレ
    ースの容量変化を検出し、前記伝導物体の接近及び前記第１次元に沿った前記伝
    導物体の位置を決定するようにさらに構成されている請求項１に記載の容量セン
    サシステム。
  3. 【請求項３】 第２の次元に定位された第２の複数のセンサトレースをさら
    に備え、前記プロセッサは、前記センサトレースに近接の伝導物体に対応する前
    記第１の複数のセンサトレース及び前記第２の複数のセンサトレースの容量変化
    を検出し、前記第１の次元及び前記第２の次元に沿って前記伝導物体の接近及び
    前記伝導物体の位置を決定するようにさらに構成されている請求項２に記載の容
    量センサシステム。
  4. 【請求項４】 前記第１の次元は実質的に前記第２の次元に垂直である請求
    項３に記載の容量センサシステム。
  5. 【請求項５】 前記第１の複数のセンサトレースを前記第２の複数のセンサ
    トレースと分離する実質的に透明な絶縁材料をさらに備えている請求項３に記載
    の容量センサシステム。
  6. 【請求項６】 前記第１の複数のセンサトレース及び前記第２の複数のセン
    サトレースはオーバーラップを最小にするように構成されている請求項３に記載
    の容量センサシステム。
  7. 【請求項７】 前記第１の複数のセンサトレース及び前記第２の複数のセン
    サトレースのそれぞれのセンサトレースは、共通軸に沿って整列されると共に接
    続された一連のダイヤモンド形状を備えるように構成されている請求項６に記載
    の容量センサシステム。
  8. 【請求項８】 前記第１の複数のセンサトレース及び前記第２の複数のセン
    サトレースは透明度を最大にするように整列されている請求項７に記載の容量セ
    ンサシステム。
  9. 【請求項９】 フレキシブル基板をさらに備えた請求項３に記載の容量セン
    サシステム。
  10. 【請求項１０】 前記センサシステム及び前記絶縁材料は同様の屈折指数を
    有している請求項５に記載の容量センサシステム。
  11. 【請求項１１】 前記センサトレースはアクティブディスプレイ上に取付け
    られている請求項１に記載の容量センサシステム。
  12. 【請求項１２】 前記センサトレースはアクティブディスプレイ上に取付け
    られている請求項２に記載の容量センサシステム。
  13. 【請求項１３】 前記センサトレースはアクティブディスプレイ上に取付け
    られている請求項３に記載の容量センサシステム。
  14. 【請求項１４】 前記プロセッサはジェスチャーを認識するように構成され
    ている請求項１に記載の容量センサシステム。
  15. 【請求項１５】 前記プロセッサはジェスチャーを認識するように構成され
    ている請求項２に記載の容量センサシステム。
  16. 【請求項１６】 前記プロセッサはジェスチャーを認識するように構成され
    ている請求項３に記載の容量センサシステム。
  17. 【請求項１７】 前記センサトレースは指紋を読取るシステム上に取付けら
    れている請求項３に記載の容量センサシステム。
  18. 【請求項１８】 前記センサシステムを電気的にシールドする実質的に透明
    な接地平面をさらに備えている請求項１に記載の容量センサシステム。
  19. 【請求項１９】 前記センサシステムを電気的にシールドする実質的に透明
    な接地平面をさらに備えている請求項２に記載の容量センサシステム。
  20. 【請求項２０】 前記センサシステムを電気的にシールドする実質的に透明
    な接地平面をさらに備えている請求項３に記載の容量センサシステム。
  21. 【請求項２１】 前記センサシステムはディスプレイ装置上に取付けられ、
    前記ディスプレイ装置が追加のユーザインタフェース情報を供給する物体配置シ
    ステムを備えている請求項３に記載の容量センサシステム。
  22. 【請求項２２】 前記第１の複数のセンサトレース及び前記第２の複数のセ
    ンサトレースは、実質的に均一な透明度を有するセンサアレイを備えている請求
    項８に記載の容量センサシステム。
  23. 【請求項２３】 前記第１の複数のセンサトレース及び前記第２の複数のセ
    ンサトレースの容量変化を検出し、伝導物体の接触領域を決定するようにさらに
    構成されている請求項３に記載の容量センサシステム。
  24. 【請求項２４】 前記センサトレースは指紋を読取るシステム上に取付けら
    れている請求項２に記載の容量センサシステム。
  25. 【請求項２５】 前記センサトレースは指紋を読取るシステム上に取付けら
    れている請求項１に記載の容量センサシステム。
  26. 【請求項２６】 前記伝導物体は人間の指である請求項１に記載の容量セン
    サシステム。
  27. 【請求項２７】 前記伝導物体は人間の指である請求項２に記載の容量セン
    サシステム。
  28. 【請求項２８】 前記伝導物体は人間の指である請求項３に記載の容量セン
    サシステム。
  29. 【請求項２９】 フレキシブル基板をさらに備えている請求項２に記載の容
    量センサシステム。
  30. 【請求項３０】 フレキシブル基板をさらに備えている請求項１に記載の容
    量センサシステム。
  31. 【請求項３１】 前記伝導物体はスタイラスである請求項１に記載の容量セ
    ンサシステム。
  32. 【請求項３２】 前記伝導物体はスタイラスである請求項２に記載の容量セ
    ンサシステム。
  33. 【請求項３３】 前記伝導物体はスタイラスである請求項３に記載の容量セ
    ンサシステム。
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