JP2005512198A - 容量性タッチスクリーン上のタッチの位置を特定するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

検出回路により生成される電界の摂動が発生した場所を判別することができる検出回路を有するタッチセンシティブ・スクリーンについて記載する。多数の導電性センサバーの各々が導電性リード線に接続された容量性タッチセンサにおいて本発明を実施することができる。リード線はセンサバーより少ない。そのため少なくとも１本そしてたいてい数本のリード線が２本以上のセンサバーに接続されている。リード線のセンサバーへの特定の接続を選択することにより、一定の信号が２本以上の導電性バー上で生成されることにより生じる不明確さを回避する。さらに具体的には本発明は他のセンサバーと共有のリード線を有するどのセンサバーがセンサ上のタッチを感知したかあるいは最も近接しているかを識別することを可能にするリード線／センサバー接続を配置する技術を提供する。

Description

本発明は、タッチセンシティブ・スクリーンまたはセンサに関する。特に本発明は指や道具がスクリーンまたはセンサに触れた場所を表わす制御信号を提供する容量性タッチスクリーンに関する。

コンピュータや他の電子機器が広まるにつれてタッチスクリーンがデータ入力インターフェースとしてさらに普及しつつある。例えば現在では作業場、倉庫、製造施設、レストラン内、ハンディータイプの携帯情報機器、現金自動預払機、娯楽場ゲーム機等でタッチスクリーンを見かけることもある。

タッチスクリーンの１つのタイプである容量性タッチスクリーンは、各々が電界を生成する多数のセンサバーを備えた容量性検出回路を含んでいる。この検出回路はガラス板などの光学的透明保護物質と積層されていることが多いがこれは必須ではない。１本以上のセンサバー付近へのタッチが電界を変調させて信号を生じる。この信号は検出回路をコントローラに電気的に接続するリード線網を用いてセンサバーからコントローラに伝えられる。コントローラは信号を分解してスクリーン上のタッチの位置を判定する。そしてその位置の座標がさらに処理するための他のプロセッサ、例えばスクリーン上に表示されてタッチされたアイテムの命令を入力するためのコンピュータに伝達される。

タッチスクリーン設計者はタッチスクリーン、特に検出回路を設計する際にしばしば問題に直面する。設計者は常に「Ｙ」方向の適正解像度を提供するのに要求されるセンサバーの数と、これらのセンサバーをコントローラに接続するのに必要なリード線の数との許容可能な得失評価を追求している。

この問題に対する現在の解決策の１つは非対称的アドレスセンサ回路構成を用いることである。このようなシステムにおいて、スクリーンの周縁部上のリード線は各々数本のセンサバーに接続されているため、リード線より多くの本数のセンサバーがある場合がある。センサバーへのリード線の接続は周期的になっており、ｎ番目毎のバーが同一の線に接続されている。繰返し周期はスクリーンの一方側と他方側とで異なっているため（そのため非対称標識）、スクリーン内の各センサバーはスクリーン上の他のセンサバーとは異なる右側／左側リード線接続組合せを有している。この一意のアドレス組合せにより制御システムがタッチされたセンサバーを一意に決定することができる。

本発明は各リード線を検出回路の多数のセンサバーに接続可能にするとともに、スクリーンの各側の対応リード線を全く同一のセンサバーに接続可能にする容量性タッチスクリーン用のセンサ回路を設計するための技術を提供する。この態様においてスクリーンの左側と右側のセンサのバー／線接続は対称である。この検出回路に対するリード線／センサバー接続は、任意のセンサバー上のタッチが同一のリード線に接続された他のセンサバー上のタッチと一意に区別可能な信号パターンを生成するように配列される。

一態様においてセンサアレイが一連のセンサバーを含み、センサバーの各々が第１の端と第２の端とを有する。各センサバーの第１および第２の端は電気的にセンサバーをコントローラに接続するリード線に接続されている。２本以上のセンサバーが同一リード線に接続されてもよい。しかし検出回路全体にわたってセンサバー／リード線接続を注意深く配置することにより、任意の１本のセンサバー上のタッチが任意の他の同様な大きさのセンサバーの組と区別可能である一組のセンサバーにわたる（タッチされたセンサバーを含む）信号パターンを生成する。こうしてタッチを特定の組のセンサバーに分解することが可能であり、そしてその組の各センサバー上の信号の相対的強度がタッチスクリーン上のタッチが発生した場所をより正確に特定する。

他の態様において最初に現実の世界のタッチにより生じる可能性があるおよび殆どない信号の大きさのパターンを識別することにより、非一意の構成部（ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ）センサバー／リード線接続を有するセンサバーの組を配置することができる。第１の組合せのバー／線接続を有する一組のセンサバーを用いた場合には、異なる組合せが同様な信号パターンを生成する可能性が殆どない限り同じバー／線接続を異なる組合せで用いることができる。換言すれば各組のバー／線接続の順番が検出回路上のどこかでのタッチとして同一の信号の大きさのパターンを生成することが不可能である限り同一組のバー／線接続をセンサバーの異なる組で再使用することができる。

本発明の上記の態様および付随の多数の利点は、概略的でスケーリングされてない添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照することによりさらによく理解されるに従いより容易に評価できるであろう。

この項は本発明の態様を例証するとともにそれらの態様の好適な実施形態をいくつか示す。この項はすべてを網羅しようとするものではなく、当業者に情報を与えるとともに教示するものであり、当業者は本発明により提供される他の態様、同等物、および可能性、従って請求項に記載の発明の範囲をより十分に評価できるであろう。

本発明は検出回路より生成される電界の摂動が発生した場所を判別できる検出回路を有するタッチセンシティブ・スクリーンを可能にする。一実施形態において本発明は、多数の導電性センサバーの各々が導電性リード線に接続されたタッチセンサを含む容量性タッチシステム内で実施される。リード線はセンサバーより少ない。そのため少なくとも１本そしてたいてい数本のリード線が２本以上のセンサバーに接続されている。本発明によれば複数のリード線の複数のセンサバーへの特定の接続を選択することにより、信号が２本以上の導電性バーに接続された１本の線上に存在することにより生じる不明確さを回避する。さらに具体的には本発明は他のセンサバーと共有のリード線を有するどのセンサバーがセンサ上のタッチを感知したかあるいは最も近接しているかを識別することを可能にするリード線／センサバー接続を配置する技術を提供する。この技術の詳細は以下の本発明の実施形態の詳細な説明により明らかになるであろう。

図１はタッチセンシティブ・スクリーンで用いる例示的な対称検出回路１００を示す本発明の一実施例の概略図である。具体的には検出回路１００は当該検出回路１００の一方側から他方側へまたがる数本のタッチセンシティブ・センサバー（「バー」）１１０を含んでいる。このバー１１０はバーの長さにわたって線形変化をする抵抗特性を有することが好ましい。これらは光学的に透明な用途のために酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されていることが好ましいが、透明であろうとなかろうと任意の適当な導電材料で構成することができる。ここではタッチスクリーンにまたがる単一の比較的幅の広い導電体に関して説明するが、本発明の精神と範囲とから逸脱しなければ多数の代替タイプのバーを用いてもよいことはことは理解できよう。例えばタッチスクリーンの一方側から他方側ヘまたがって引き返し、効率的にループを生成する細い針金などの導電材料を用いてもよい。この例はループ内の領域が導電性でないという点で中実のバーと異なる。代替的には１回のみタッチスクリーンにまたがるがタッチスクリーン全体にわたるパターン、例えば多数鋸歯状タッチパターンを形成する導電性ワイヤを用いてもよい。さらにシングルエンドすなわち一方側でしか線に接続されていない代替バーを用いてもよいことは理解できよう。これらのおよび多くのほかの変形は明白となるであろう、かつ開示された実施形態はあくまでも例として提供されている。

本実施形態においてバー１１０の各端部は導電性リード線（「線」）１１２の一端に接続されている。線１１２の他端は電子制御回路（「コントローラ」）（図示せず）に接続されており、この回路はセンサバー上に電界を発生させるとともにタッチによるバー上の電界の変調により生じる信号を分析するように構成されている。一実施形態において線１１２をまとめて、コントローラに接続するための１つ以上の導電性コネクタを有するテールにしてもよい。線をコントローラに連結するのにいかなる手段でも十分であることは当業者には理解できよう。一般的には線は事実上任意の導電材料、例えば銅、銀、金等で作製することができる。線が膜上に印刷される場合には、その膜が導電材料を無反応であることが望ましい。

各側の線１１２は検出回路１００の左右両側の文字ａ〜ｇ（合計７本に対して）で英数字で指示されている。説明を簡易にするために任意の特定バーの各側に接続された線は同一の英数字指示を有する。換言すれば図１に示した設計の場合、数本のバー１１０の線１１２への接続に関して左側は右側の鏡像である。例えば図示の特定の配置において最上部のバーはその左端がａと指示されたリード線に接続され、右端もａと指示されたリード線に接続されている。

本考察の目的のため「タッチ」を目的物がセンサバーに十分近接してコントローラによってバー上に生成された電界の変調を引き起こす時に発生するものとみなす。バーに直交する軸はＹ軸と呼ばれる。Ｘ軸はＹ軸に直交する、すなわちバーに平行である。

この時点で、以下の考察を通して広範囲に用いる「ウインドウ」概念を導入して説明することが有用である。その最も単純な意味で「ウインドウ」は設定サイズ「Ｗ」の一組の隣接バー１１０を表わす。ウインドウのサイズはそのウインドウに含まれるバー１１０の数を表わす。ウインドウサイズ（Ｗ）はいかなる数でもよいが、スクリーン内にある線１１２の数と等しい上限を有することになる。例えば図１を参照すると、ウインドウサイズが４に等しい場合には、第１のウインドウ１５０はバー１１５，１１６，１１７，および１１８を含む場合がある。第２のウインドウ１５１はバー１１６，１１７，１１８，および１１９を含む場合がある。さらに第３のウインドウ１５２はバー１１７，１１８，１１９，および１２０を含む場合がある。なおウインドウは重複してもよく、各バー１１０は少なくとも１つさらにＷと同数の個別ウインドウに属する。

本発明によれば任意のウインドウ内の各バー１１０は異なる線１１２に接続されている。「線表示（ｌｉｎｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）」はバー１１０でもなく線１１２でもなく、バー／線接続を説明するための手段である。換言すれば各バーはそのバーが接続されている線に対応する線指示である線表示を有する。こうして指示符号「ｂ」を有する線と接続されているバーに対してバー「ｂ」などのその線表示を参照してバーを記載することができる。そしてウインドウを一組の線表示を参照して記載すると好都合である。この説明のための約束事はウインドウを北から南の順番（図１に示すように上から下へ）の線表示によって表わすことである。例えば再度図１を参照すると、第１のウインドウ１５０内のバー１１５〜１１８が線ｆ−ｇ−ａ−ｂに接続されている。このため第１のウインドウ１５０はｆｇａｂウインドウと称するあるいは単にｆｇａｂとして表示することができる。同様に第２のウインドウ１５１は線ｇ−ａ−ｂ−ｃに接続されたバー１１６〜１１９を含み、ｇａｂｃとして表示することができる。同じように第３のウインドウ１５３は線ａ−ｂ−ｃ−ｅに接続されたバー１１７〜１２０を含み、ａｂｃｅとして表示することができる。

この考察の目的のために互いに隣接したあるいは同一ウインドウを共有するバーを「近隣バー（ｎｅｉｇｈｂｏｒｓ）」と呼ぶ。バー１１８などのバーの領域内でのタッチセンシティブ・スクリーンへの接触は、少なくともそのバーに接続された線（例えば線ｂ）に信号を生成する。さらにそのタッチ（および他の近傍界または遠方界効果）はタッチされたバーに隣接した他のバーに接続された線に信号を生成する。スクリーンへのタッチがタッチされたバー上のピーク信号を生じるとともに、より小さいあるいは漸減する信号をタッチされたバーの近隣バー上に生じるはずであることは明らかである。こうしてスクリーンへの任意のタッチは、そのタッチに近いバーに接続された数本の線上の信号パターンになるはずである。

後に明らかになるように、本発明の主眼は一組の線上の信号を分析してタッチが発生した隣接するバーのウインドウを識別することにより、タッチセンシティブ・スクリーン上のタッチが発生した場所を解明する能力にある。タッチスクリーンの一方側のリード線がタッチスクリーンの他方側の対応するリード線と同一のバーに接続している点で本発明が非対称タッチスクリーンと異なることは理解できよう。スクリーンの左側の線／バー接続は右側のものの鏡像である。遠方界の影響があるときはスクリーンの左側および右側でほとんど均衡の取れた表示になる。

図１は本発明の教示により作製された検出回路の一例を提示する。以下の例、図示およびガイドラインは本発明による検出回路を作製するための方法論の全記述である。なお本明細書に記載した例、図示およびガイドラインは単なる例証であり、本発明の精神と範囲とから逸脱することがなければある程度ずれていてもよい。

図２は本発明の原理を図示する簡略化した検出回路２００の一部の概略図である。図２に示したのは一端が線２１１のうちの１本に接続された数本の導電性センサバー２１０である。数本の線２１１はまた他端において、各線２１１上にある信号を処理するように構成された電子制御回路すなわちコントローラ（図示せず）に接続される場合もある。なおバー２１０は図示の簡略化のため図２の一端でのみ線２１１に接続されて示されている。他の実施形態において、各バー２１０の他端は他方側で他の線に接続されている場合もある。

説明を容易にするため、図２を参照して以下の用語を用いる。

「Ｑ」は検出回路２００内にあるセンサバー２１０の合計数である。この例ではバー２１０は個々に２２１〜２２９と番号が付されている。

「Ｎ」はスクリーンの一方側の導電性リード線２１１の数であり、スクリーンの他方側の線の数と同じである。バー２１０の各々はそのバー２１０の各側で線２１１のうちの１本に接続されている。この例では線２１１は個々にａ〜ｆと標識が付されている。

「Ｗ」は、タッチされたバーの位置を一意に判定するためにタッチされたバー自体を含めて何本の近隣バーを使用するかを規定するウインドウサイズ（バー本数の観点から）である。換言すればウインドウサイズは接触の位置を特定する際に何本のバー２１０が分析されるかを識別する。そのウインドウを、線上の最も強いＷ信号により生成される信号パターンを調べてバーのどのウインドウがその信号パターンに相当するかを判定するソフトウエアフィルタとして実施してもよい。例えばウインドウサイズが４である場合には、ソフトウエアフィルタは線上のその４つの最強信号を調べて、特定のウインドウの４本のバーに相当する信号パターンを識別してもよい。

「Ｒ」は２本のバー２１０が同一の線２１１に接続できない範囲である。換言すればＲは「兄弟バー（ｂｒｏｔｈｅｒｓ）」すなわち同一のリード線２１１に接続された異なるセンサバー２１０間の最小距離を規定する。

任意の１本のバー２１０上のタッチがＷのサイズによってそのバーの第１および第２番目に近い近隣バー上やさらに遠いバー上で適度に且つ十分に異なる信号を生成するように、バー２１０のピッチおよびサイズを選択する。いかなる所定のウインドウ内でも２本のバー２１０が同一のリード線２１１に接続されないことは分かるであろう。

一意の構成部を備えたウインドウ
本発明によればコントローラは、１本の信号に基づいてどのバーがタッチを感知したかを識別するのではなく、ウインドウサイズＷまでの２本以上の各線上の最強の信号を分析することによりどのウインドウがそのタッチを感知したかを一意に識別する。コントローラは最初にＷ最強信号を有する線を識別することによりそのウインドウを識別する。このためウインドウサイズが４である場合には、このコントローラはその４つの最強信号を伝える線を識別する。各ウインドウが一意の構成部を有するように各ウインドウ内の線／バー接続が配列されているため、Ｗ線上の相対的信号によりコントローラはどのウインドウがタッチされたバーを含んでいるかを判定できる。以下は一意の構成部、およびウインドウ内およびウインドウ間の線／バー接続を一意に区別可能にし、従ってその個々の構成部を一意に区別可能にするように線／バー接続を配列するための方法論の説明である。

図２を参照すると、Ｎ＝６（すなわち６本の線２１１がある）且つＷ＝４（すなわちウインドウサイズが４である）場合、各ウインドウが一意の構成部を有するようにバー／線接続が配置されている。一意の構成部とは任意の所定のウインドウがセンサ上の他のウインドウとは異なる一組のバー／線接続を含むことを意味する。換言すれば、バー／線接続の特定の配列に関係なく他のウインドウと同一の一組の線を再度使用するウインドウはない。

例えば、６本の検出線にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ（図２のように）と標識を付す場合、以下の一意の４本バーの組合せの（不完全な）表を参照することができる。
ａｂｃｄ
ａｂｃｅ
ａｂｃｆ
ｂｃｄｅ
ｂｃｄｆ
ｃｄｅｆ
ａｃｄｅ
ａｃｄｆ
等。

なお上記の４本バーの組合せはどれも他の４本バーの組合せと同じ線すべてを含んではいない。図２を再度参照すると、具体的な例によって前記の方法論が明らかになる。なおバーはそれらの線表示によって以下のように標識を付される。バー２２１は線ａに接続され、バー２２２は線ｂに接続され、バー２２３は線ｃに接続され、バー２２４は線ｄに接続され、バー２２５は線ｅに接続され、バー２２６は線ｆに接続され、バー２２７は線ｂに接続され、バー２２８は線ａに接続され、バー２２９は線ｃに接続されている。簡単に言えばバー２１０は線２１１に以下の配列、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｂ、ａ、ｃで接続されている。ウインドウサイズをＷ＝４とした場合、以下のバーのウインドウ（それらの表示により識別される）が作製される。
ａｂｃｄ
ｂｃｄｅ
ｃｄｅｆ
ｄｅｆｂ
ｅｆｂａ
ｆｂａｃ

なお順番に関係なく２つのウインドウが同一の一組の線表示を共有することはない。これらのウインドウの各々は他のウインドウに対して一意の構成部を示す。

上記の例は９本のバー２１０を含むが６本の線２１１しか含まない。バーＱより少ない線Ｎを用いることは、センサの周辺での導電体スペースを低減するためセンサ２００の全体のサイズが低減するという望ましい利点を有する。しかし検出回路内の各ウインドウが一意に区別可能であるという要件を満たすためには十分な本数のＮを用いなければならない。後述するように本発明の改良により一意の構成部を有してはいないがなお一意に区別可能であるウインドウの使用が可能になる。

電子機器への負荷の均衡をとるための設計方法論の随意の改良は各線に接続されたバーの本数を同一にすることである。これによりバーの本数を線の本数の整数の倍数にさせることができる。例えばＮ＝７を有し且つ各線に４本のバーを接続した（すなわち各線を４回使用する）センサの場合、このセンサは合計２８本のバーを有することになる。

本発明のさらなる改良として、兄弟バー（すなわち１本の線を共有するバー）を適度な間隔を開けておくことが望ましい。兄弟バー間の空間すなわち領域がＲである場合、最小ＲはＷであるため同一線が同一ウインドウ内の２本のバーに接続することはできない。しかしＷより若干大きい最小Ｒを有することは、タッチされたバーの兄弟バーへの遠方界負荷による電界の変調に起因する信号を低減するために有益である。センサ上で各バーに対する兄弟バーの間隔が任意の他のバーの兄弟バーと同じ程度開いている場合にセンサ設計の均衡を達成することができる。これが任意の「遠方界」負荷の均衡のとれた表示に役立ち、不正確さを低減することができる。Ｒの上限は厳格な要件ではない。

非一意の構成部を備えたウインドウ
所定本数のＮ信号線と所定のＷでは、一意の構成部の可能な組合せ数がタッチセンサのサイズ限定することは理解できよう。一意の構成部が厳密に守られる場合には、大型のタッチスクリーンはさらに信号線を追加する（所定のＷに対してＮを増加する）ことによってのみ実現可能である。このような必要性を改善するために、本発明にさらに改良を加えて一意の構成部を持たないが一意に区別可能である信号パターンを生成するウインドウを利用するタッチセンサを提供する。

この概念を理解するためにはタッチが所定のバー上でピーク信号を発生するとともに、タッチからの距離のためその近隣バー上でより弱い信号を発生することを理解することが重要である。これらの信号のグラフ表示をバーと同じ順序でプロットすると、タッチからの距離の関数として減衰する信号の強度によるある形状を有する。非一意のウインドウにより作製される可能性のある信号パターンが互いに排他的である場合には、一意の構成部を持たない２つのウインドウを用いることができる。換言すれば２つのウインドウ内の特定の線表示の順序は、一方のウインドウ内の１本のバー上のタッチは他のウインドウ内のタッチと同じ信号パターンを生成することができないようになるはずである。

図３を参照すると、一般的なウインドウ内の各線上の信号の強度すなわち大きさのグラフ表示は、最も外側の近隣バーが最も弱くその間のタッチされたバーが最も強いため、「隆起」パターンのように見える。さらに具体的には図３に示したように、タッチは線「ｂ」に接続されたバーに最も近接して発生した。またその接触はｂに対する２本の近隣バー「ａ」および「ｃ」上により弱い信号を生成した。最後にそのウインドウ内の残ったバー「ｄ」は最も弱い信号を感知した。この信号パターンは図３に示したものと若干ずれる場合もあるが、一般には最強の信号を有するバーから信号の大きさが低下する「隆起」の様相を呈することになることは理解できよう。例えば、線ｃに接続されたバーが最強の信号を有し、続いてｂそしてａそしてｄとなる場合もある。多数の他の組合せも容易に明白になるであろう。同様にタッチが２本のバーのちょうど中間に発生した場合など、２本のバーが同一の信号の大きさを共有することも可能である。

周縁のバーには一方側に近隣バーがないためセンサの周縁は特別な境界状況を呈する場合がある、あるいは分流効果によりベゼルが周縁バーにある場合があることは理解できるであろう。例えば北端および南端（図２に示すように最上部および最下部バー）において、スクリーンの周縁のバー（図２に示したバー２２１または２２９のいずれか）で信号が最強であり、タッチを感知したバーからの離間距離の関数として減少する。例えばウインドウ内の各バー上に現われる信号の大きさは、その接触が（それぞれ）スクリーンの南端で感知されたか北端で感知されたかによって上昇信号パターン（図４）や下降信号パターン(図５）を示す。代替的にはスクリーンの周縁において１本以上の保護あるいは犠牲バーを用いてこれらの境界状態を防止してもよい。例えばスクリーン周縁で１本以上のバーを用いるとともに境界のバーにのみに接続された１本の特別な線に接続してもよい。他の線上の信号とともにこの線上にある信号を用いてタッチスクリーンの周縁の１つにおけるウインドウを一意に識別することにより境界状態を防ぐことができる。

実タッチのみがこれらのタイプの信号パターン（隆起、上昇あるいは下降パターン）を生成することができるということを理解することにより非一意の構成部を有するウインドウが可能になる。

実際の各タッチは図３〜５に図示したものと同様の信号パターンになるため、もし各ウインドウ内のバー／線接続の配列が互いに排他的な信号パターンあるいは現実の世界ではめったに発生しない信号パターンになれば、２つ以上のウインドウを同一の一組の線に接続することができる。ウインドウ内の線表示の異なる配列によって生じる可能な信号パターンを調べることによりこれらの組合せを判定することができる。そのようにすれば設計者はウインドウ内の線表示の第１の配列から始めることができる。次に設計者は不明確な信号パターンを生成する恐れがあるという理由から他のどのウインドウの配列を除外すべきかを決める。

以下はこの設計プロセスを図示する。Ｗ＝４のウインドウサイズを有する検出回路が設計されていると仮定する。この説明を通して４つの最強の大きさでもあり且つそれぞれａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する実際の信号の大きさＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの組合せを使う。例えばＢ＞Ｃ＞Ａ＞Ｄとする。なお線ａ、ｂ、ｃ、およびｄ（ウインドウサイズ４の場合）の４！の配列がある。例えばａｂｃｄ、ａｂｄｃ、ａｃｂｄ等。これらの配列のうちあるものは、仮定される一組の信号の大きさを考えると現実の世界のタッチとしては不可能な信号の大きさのパターンになる。一例が配置ｂｄａｃである。しかし配列のうちいくつかは現実の世界のタッチとして可能な信号の大きさのパターンになる。一例は配列ａｃｂｄである。この実現に基づくと、不明確さを防止するためには一組の線ａｂｃｄを現実の世界のタッチから生じる同一の一組の相対的信号の大きさを生成する恐れのある配列の他のウインドウ内で再使用してはいけない。

例えば図６を参照すると、３つのウインドウ（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）が同じ線（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を共有しているが異なる配列である。ウインドウＷ１はそれぞれ線ａ、ｂ、ｃ、およびｄに接続されたバー６２１、６２２、６２３、および６２４を含んでいる。ウインドウＷ２はそれぞれ線ｃ、ｂ、ｄ、およびａに接続されたバー６２５，６２６，６２７，および６２８を含んでいる。最後にウインドウＷ３はそれぞれ線ｂ、ｄ、ａ、およびｃに接続されたバー６２９、６３０、６３１、および６３２を含んでいる。これらの３つのウインドウＷ１、Ｗ２、Ｗ３はすべて同じ線表示を共有しているとはいえ異なる配列であるため、この３つが一意の構成部を示さないことは明白であろう。丸で囲んだ×はウインドウ内のタッチを示す。

最初にウインドウＷ１を見ると、丸で囲んだ×がタッチを示すものとすると、どのようにユーザがスクリーンにタッチしたか（例えばユーザの手がバー６２３および６２４に近いがタッチしていない）によって、相対的な信号強度の順序は降順でｂ＞ｃ＞ｄ＞ａとなる場合がある。ウインドウＷ２内で（丸で囲んだ×において）タッチが発生した場合には、ユーザの手がスクリーンに適切に位置している場合は同一の相対信号強度（すなわちｂ＞ｃ＞ｄ＞ａ）を生成する可能性がある。これはこれらの２つのウインドウが同一信号パターンを生成する可能性があるため一意に区別することができない場合である。この理由により、コントローラが線「ｂ」に接続されているタッチされたバーがウインドウＷ１内であったかウインドウＷ２内であったかを判定できないため、ウインドウＷ１およびＷ２を同時に使用することは不適切であろう。しかしこのように可能な順列の組全体を調べると、ある組合せは不明確ではないことが分かる。例えばウインドウＷ３内に隆起信号パターンを生成する単一タッチが、これもまた隆起パターンを生成するウインドウＷ１内の単一タッチが生じるものと同一の一組の相対的信号強度を生成する可能性は殆どない。

発明者はＷ＝４のウインドウサイズで且つタッチスクリーン上にａｂｃｄの組合せがあるものと仮定して、コントローラを混乱させない少なくとも４つの他の線表示の配列があると判断した。Ｗ＝４の場合、さらに使用できる代替組合せはｃａｄｂ、ｃｄａｂ、ｂｄａｃおよびｂａｄｃである。この代替組合せ自体は他のすべてのウインドウとも区別可能でなければならないため２つ以上の代替組合せを使用できないことは理解できよう。換言すればこれらの４つの代替組合せの各々はａｂｃｄと区別可能であるが、これらは互いにあるいはスクリーン上の他のウインドウと区別可能でない場合がある（おそらくできない）。

設計者がタッチの限定するのにどの位の厳密を求めるかによってより明確な配列を実現することができる。さらに他のウインドウサイズの場合には他の組合せが可能である。これらの追加の組合せを用いることにより、線Ｎの合計数を増加することなくより多くの合計バーＱをタッチスクリーン内に含むことができる。

位置検出方法
本発明の一部は、タッチがタッチスクリーン上のどこで発生したかを識別するための、上述したコントローラなどの信号検出装置内で具現化されるアルゴリズムとして実施することができる。

図７は本発明を具現化する検出回路を備えたスクリーン上でタッチがＹ軸に沿ったどこで発生したかを識別するコントローラ内で実施されるプロセスを概略的に図示する論理フロー図である。プロセス７００はタッチスクリーンがタッチを感知した時に開始ブロック７０１から入る。このプロセスはブロック７０３から始まる。

ブロック７０３において、タッチに応答してプロセス７００はそのタッチが発生した適切なウインドウを識別する。ここで簡単にそして図８とともに詳細に説明すると、プロセス７００はそのタッチの結果として発生する多数の最強の信号を分析することができる。分析される信号の数は所定のウインドウサイズによる。例えば４のウインドウサイズとは４つの最強信号を表わす線が分析されて４本のバーのウインドウを識別するということを意味する。一実施形態では各ウインドウが他のウインドウとは異なる信号パターンを表わし、最強信号を分析することがどのウインドウ内でタッチが発生したかを識別する。

ブロック７０５においてブロック７０３で行われた分析に基づいて、プロセス７００はタッチの大まかな位置を識別する。特定の用途に対して十分な分解を提供する場合にはその大まかな位置がブロック７０３で識別されたウインドウ全体として識別できることは理解できよう。しかし本実施形態においてその大まかな位置は事前識別されたウインドウ内の最強信号を有するバーのＹ座標に対応している。例えば特定の組の信号がウインドウ「Ｍ」に分解する場合には、そのタッチの大まかな位置は最強信号を有する線に接続されたウインドウＭ内のバーのＹ座標であると判定される。多くの実施でこの大まかな位置はタッチを識別するのに十分であり、さらなる分解は必要ない。例えばタッチスクリーンを用いて押しボタン型のユーザインターフェースを提供する場合には、数個の「ボタン」のどれがタッチされたかを判定するのに大まかな位置で十分である。代替的にはより細かい分解が有利である場合があり、その場合プロセス７００はそのより細かい分解を提供する任意の手法を含んでいる。

ブロック７０７において、プロセス７００は最強の信号を有する線に対応するバーに近接したバー（例えば同一ウインドウ内）に対応する他の線上にある信号を用いてブロック７０５で識別された大まかな位置を状況に応じて絞り込む。簡単に言えば最強の信号を表わすバー間に補間することにより大まかな位置からタッチのＹ座標を絞り込む。

例えば手短に図９を参照すると、タッチ９０１がタッチスクリーン上で感知され上述したように特定のウインドウ９００に分解される場合がある。バー９２６（線ｂに対応する）が最強の信号を表わすと仮定すると、大まかな位置はそのバーのＹ座標として確定される。最強の信号を表わすバー（例えばバー９２６）に対する２本の最も近い近隣バー（例えばバー９２５と９２７）の相対的強度に基づいてＹ軸補正を計算する。このＹ軸補正を用いて大まかな位置を修正してＹ座標を改善する。例えばバー９２７（線ｄに対応する）がバー９２５（線ｃに対応する）より強い信号を表わしている場合には、大まかな位置はバー９２５と９２７の強度差に比例してバー９２７により近いＹ座標に絞りこまれる。換言すればバー９２５および９２７上の信号強度が同じである場合には、絞り込まれた位置は大まかな位置として同じになることになる。しかしこの絞り込まれた位置はより強い信号を表わすいずれかのバーにより近接していることになる。代替的にはそのウインドウ内のすべてのバーの相対的強度を用いた場合（例えばバー９２８を含む）には、その位置はさらに絞り込むことができる。

図７に戻ると、タッチのＹ座標が一旦識別され、そして任意に絞りこまれると、プロセス７００は終了ブロック７０９で終わる。この時点で本発明を具現化するタッチスクリーンに対するタッチのＹ座標が分かる。

図８は発明を実施するタッチスクリーン上でタッチが感知された適切なウインドウを識別するためのプロセス８００の具体的な一実施形態を概略的に図示する論理フロー図である。このプロセス８００はタッチスクリーン上でタッチが発生した時にブロック８０１から入る。このタッチはタッチスクリーンの数本のバーに接続された多数の線上で発生する信号により表わされる。その線上のＷ最強信号がタッチに最も近いウインドウ内のバーから生じると仮定する。こうして本発明によればプロセス８００はＷ最強信号を分析する。処理はブロック８０３から始まる。

ブロック８０３においてプロセス８００はループに入り、図３とともに上述したようにＷ最強信号を「隆起パターン」として分析する。つまり初期のさらに隆起パターンを形成する任意順序がＷ最強信号を有する線に割り当てられる。そして判断ブロック８０５において現在割り当てられている線の順序が現存のウインドウの線表示と一致するかどうかの判定を行う。例えば図９を再度簡単に参照すると、Ｗ＝４と仮定するとｂ＞ｄ＞ｃ＞ａのように４つの最強信号が線ａ、ｂ、ｃ、およびｄ上にあると判定される。この場合これらの線には任意の初期順序（例えばａｄｂｃ）を割り当ててもよく、この順序がタッチスクリーン内にある各ウインドウの線表示と比較される。一致が見られた場合には、プロセス８００はブロック８０７に進み、ここで一致ウインドウがタッチ源として識別されてプロセスは戻る。そうでない場合には、プロセス８００はブロック８０９において、一致がみられるか各隆起パターン順序がテストされるまでこの線に対して繰返し他の隆起パターン順序（例えばａｂｄｃ）を試す。一致が見られない場合には、プロセス８００はこのループを出てブロック８１１に進む。

ブロック８１１においてプロセス８００は第２のループに入り図５とともに上述したようにＷ最強信号を下降パターンとして分析して、これらがタッチスクリーンの北端の現存ウインドウに対応するかどうかを判定する。つまり下降パターンを形成する初期順序がＷ最強信号に割り当てられる。判断ブロック８１３においてこの初期順序はタッチスクリーンの北端のウインドウの線表示と比較される。一致が見られた場合には、プロセス８００はブロック８０７に進み、ここで一致ウインドウがタッチ源として識別される。そうでない場合には、プロセス８００はブロック８１５において、一致が見られるか各下降パターン順序がテストされるまでこれらの線に対して繰返し他の下降パターン順序を試し、この時点でプロセス８００はこのループを出てブロック８１７に進む。

ブロック８１７においてプロセス８００は第３のループに入り図４とともに上述したようにＷ最強信号を下降パターンとして分析して、これらがタッチスクリーンの南端の現存ウインドウに対応するかどうかを判定する。つまり上昇パターンを形成する初期順序がＷ最強信号に割り当てられる。判断ブロック８１９においてこの初期順序はタッチスクリーンの南端のウインドウの線表示と比較される。一致が見られた場合にはプロセス８００はブロック８０７に進み、ここで一致ウインドウがタッチ源として識別される。そうでない場合には、プロセス８００はブロック８２１において、一致が見られるか各下降パターン順序がテストされるまでこの線に対して繰返し他の上昇パターン順序を試し、この時点でプロセス８００はこのループを出てブロック８２３に進み、ここで有効なウインドウが見つからなかったためエラーが返される。なおループが処理される順序は本発明の機能に対して重要ではない。

最後に他のプロセスをコントローラ内で実施してタッチのＸ座標を判定する。バーの各側に接続された線上にある信号の相対的な強度の比較に基づいてＸ座標を指定するなどにより、Ｘ座標を判定するための任意のアルゴリズムを実施することができる。例えばコントローラ内のソフトウエアで、以下の式を実施することによりＸ座標を判定してもよい。

ここで第１の側の信号はタッチスクリーンの一方側に接続された線上で検出された最強Ｗ信号に関する値に匹敵する、第２の側の信号はタッチスクリーンの他方側に接続された線上で検出された最強Ｗ信号に関する値に匹敵する、さらに最大Ｘ座標は基本的に第１の側からのほぼタッチスクリーンにわたるＸ方向の距離に匹敵する。第１の側の信号および第２の側の信号は、それぞれ第１の側または第２の側でのＷ最強信号の合計から得られる値である場合がある。代替的には第１の側の信号および第２の側の信号は、それぞれの側の１つ以上の信号に等しいあるいはそれらの信号から導出される他の値である場合もある。上記の式が基本的には合計信号に対する第１の側の信号の比である加重係数を算出して、その加重係数をタッチスクリーンにわたる合計距離に対して適用してＸ座標を演算することは当業者には理解できるであろう。Ｘ座標を算出するための他の技術は当業者には明白であろう。

当業者には明らかなように本発明には利点が多数ある。例えば本発明は所定本数のリード線に対してより大型のタッチスクリーン（センサバー本数に基づく）を可能にする。換言すれば本発明は所定のタッチスクリーンサイズに対してリード線を引き回すのに必要なスペース（より少ないリード線による）を減少するのに役立つ。さらに対称センサバー／リード線接続を有する本発明によるセンサ回路は均衡のとれた遠方界効果ももたらす。

以上の説明は本発明の実現可能な開示を提供するが、これは説明ではなく添付の請求項のみにより限定されるものである。上記を読んだ当業者に明白になるであろう本発明の他の態様のすべては本発明および以下の特許請求の範囲内である。

本発明によるタッチセンサ回路の一実施形態の概略図である。 本発明によるタッチセンサの一部の一実施形態の概略図である。 ４本のセンサバー群により示された「隆起」パターンを有する信号の大きさのプロットを示す概略図である。 ４本のセンサバー群により示された上昇パターンを有する信号の大きさのプロットを示す概略図である。 ４本のセンサバー群により示された下降パターンを有する信号の大きさのプロットを示す概略図である。 本発明の他の態様を示すためのタッチセンサの一部の他の実施形態の概略図である。 タッチスクリーン上で感知されたタッチのＹ軸座標を判定するためのプロセスを概略的に図示する論理フロー図である。 タッチスクリーン上でタッチが感知された適正ウインドウを識別するための図７に示したプロセスの一態様をより詳細に図示する論理フロー図である。 本発明の更に他の態様を示すためのタッチセンサの一部の他の概略図である。

Claims (24)

1. 複数のリード線と一連のセンサバーとを含むセンサアレイを含み、前記センサバーが各々第１の端と第２の端とを含み、前記一連のセンサバーがさらにセンサバーのウインドウに分割されており各センサバーのウインドウが前記複数のリード線のうち対応する一組のリード線を有する状態である容量性タッチセンサであって、各センサバーのウインドウが他の各センサバーのウインドウと区別可能であるように各組のリード線が他の各組のリード線と区別可能である容量性タッチセンサ。
2. 前記複数のリード線が１つのセンサバーのウインドウに対応する一組のリード線より多くのリード線を含む請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
3. リード線の各組はリード線の任意の他の組とすべて同じリード線を含んではいない請求項２に記載の容量性タッチセンサ。
4. リード線の各組はリード線の任意の他の組と同じ配列の同じリード線を含まない請求項２に記載の容量性タッチセンサ。
5. １つのセンサバーのウインドウを他のセンサバーのウインドウと区別することが、識別された一組のリード線上にある一組の信号を識別することと、前記識別された一組のリード線を可能な組のリード線の一覧表と比較して一致する一組のリード線を判定することとに基づいており、前記識別された一組のリード線のみが前記可能な組のリード線の一覧表の中の可能な一致する一組のリード線を有する請求項１に記載の容量性タッチセンサ。
6. 前記タッチセンサ上のタッチが前記識別された一組のリード線上にある前記一組の信号を生成するとともに、前記一致する一組のリード線に対応するウインドウを前記タッチ源として識別することにより前記タッチの位置が特定される請求項５に記載の容量性タッチセンサ。
7. 前記識別された一組のリード線を前記可能な組のリード線と比較することが、前記識別された一組のリード線の配列を前記可能な組のリード線の配列と比較することを含む請求項５に記載の容量性タッチセンサ。
8. 複数のリード線と一連のセンサバーとを含むセンサアレイを含み、該センサアレイが第１の側と第２の側とを有し、前記複数のリード線が前記第１の側と前記第２の側とに均等に分けられ、前記一連のセンサバーがさらにセンサバーのウインドウに分割されており前記各センサバーのウインドウが前記複数のリード線のうちの対応する一組のリード線を有する状態である容量性タッチセンサであって、各センサバーのウインドウが他の各センサバーのウインドウと区別可能であるように第１の組のリード線が他の各組のリード線と区別可能である容量性タッチセンサ。
9. 前記第１の組のリード線の少なくとも１本のリード線が異なるセンサバーのウインドウの少なくとも２本のセンサバーに接続されている請求項８に記載の容量性タッチセンサ。
10. 前記第１の組のリード線に対応する前記センサバーのウインドウへのタッチから生じる信号パターンが任意の他のセンサバーのウインドウへのタッチにより生じる他の信号パターンと区別可能であることにより、前記第１の組のリード線が他の各組のリード線と一意に区別可能である請求項８に記載の容量性タッチセンサ。
11. 前記リード線の第１の組がリード線の任意の他の組と同じリード線を含まない請求項８に記載の容量性タッチセンサ。
12. 前記リード線の第１の組がリード線の他の組と同じリード線を含むが異なる配列である請求項８に記載の容量性タッチセンサ。
13. 複数のリード線と一連のセンサバーとを含むセンサアレイを含み、前記複数のリード線が第１の側と第２の側とに分けられ、前記第１の側のリード線が各々前記第２の側の対応するリード線を有し、前記センサバーの各々が第１の端と第２の端とを有し、前記センサバーの各々が前記第１の端で前記第１の側のリード線に接続されるとともに他端で他方側の前記対応するリード線に接続され、前記一連のセンサバーがさらにセンサバーのウインドウに分割されており各センサバーのウインドウが前記複数のリード線のうちの対応する一組のリード線を有する状態であり、各組のリード線が他の各組のリード線と区別可能である容量性タッチセンサ。
14. 前記複数のリード線が１つのセンサバーのウインドウに対応する一組のリード線より多くのリード線を含む請求項１３に記載の容量性タッチセンサ。
15. リード線の各組はリード線の任意の他の組とすべて同じリード線を含んではいない請求項１４に記載の容量性タッチセンサ。
16. リード線の各組はリード線の任意の他の組と同じ配置の同じリード線を含まない請求項１４に記載の容量性タッチセンサ。
17. センサスクリーン上のセンサバーに接続された一組のリード線上にある一組の信号を識別するステップと、
    前記一組のリード線が前記センサスクリーン上の複数のセンサバーのウインドウの中の現存するセンサバーのウインドウに対応するかどうかを判定するステップであって、各センサバーのウインドウが対応する一組のリード線を有するステップと、
    前記一組のリード線が現存するセンサバーのウインドウに対応する場合、該対応するウインドウを前記タッチの位置として識別するステップとを含むセンサスクリーン上のタッチの位置を識別する方法。
18. 前記一組のリード線が現存するウインドウに対応するかどうかを判定するステップが、前記一組のリード線に初期順序を割り当てるとともに該初期順序を現存する組のリード線の現存する順序の一覧表と比較して一致を識別するステップを含む請求項１７に記載の方法。
19. 前記初期順序との一致が識別されない場合、前記一組のリード線を繰返し再配列するとともに一致が識別されるまで新たな順序との比較を繰り返すステップをさらに含む請求項１８に記載の方法。
20. 一致が見られない場合、エラーが発生したことを示す請求項１９に記載の方法。
21. 前記現存する組のリード線の現存する順序が各々互いに区別可能である請求項１８に記載の方法。
22. 前記一組のリード線が現存するウインドウに対応するかどうかを判定するステップが、前記一組のリード線上にある前記一組の信号が前記現存するウインドウ上のタッチにより可能な隆起パターンと一致する隆起パターンを形成するかどうかを判定するステップを含む請求項１８に記載の方法。
23. 前記一組のリード線が現存するウインドウに対応するかどうかを判定するステップが、前記一組のリード線上にある前記一組の信号が前記現存するウインドウ上のタッチにより可能な上昇パターンと一致する上昇パターンを形成するかどうかを判定するステップを含む請求項１８に記載の方法。
24. 前記一組のリード線が現存するウインドウに対応するかどうかを判定するステップが、前記一組のリード線上にある前記一組の信号が前記現存するウインドウ上のタッチにより可能な下降パターンと一致する下降パターンを形成するかどうかを判定するステップを含む請求項１８に記載の方法。

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