JP2007503037A - 異方性タッチ・スクリーン素子 - Google Patents

Abstract

オブジェクトの位置を２次元的に検出するタッチ・センス式位置センサについて記載する。位置センサは第１及び第２抵抗バスバーを有し、これらのバスバーは、これらのバスバーの間の異方導電性領域によって分離される。タッチまたは近接によって異方導電性領域内に生じる電流がバスバーに向かって優先的に流れて検出回路によって検出される。生じる電流、例えば駆動回路によって生じる電流は１つの方向に沿って優先的に流れるので、位置推定値におけるピン・クッション歪みのほとんどがこの１つの方向に閉じ込められる。このような１次元的な歪みは、スカラー補正係数を適用することにより非常に簡単に補正することができるので、複雑なベクトル補正を行なう必要がない。

Description

本発明は、ヒトの指またはスタイラスで操作可能な２次元タッチ・センス式表面に関する。デバイスの例として、タッチ・スクリーン及びタッチ・パッド、特にＬＣＤ、ＣＲＴ及び他のタイプのディスプレイを覆うデバイス、またはペン入力タブレット、あるいはマシンの中で使用されてフィードバック制御を行なうためのエンコーダを挙げることができる。

マシンへのペン入力またはタッチ入力についての開示は、少なくとも１９０８年にまで遡り、特許文献１（独国特許第２０３，７１９号）に具体的に記載されている。
タッチ・スクリーン及びポインティング・デバイスは、パーソナル・コンピュータに関連する形としてだけでなく、携帯情報端末（ＰＤＡ：ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ポイント・オブ・セールス（ＰＯＳ：ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓａｌｅ）端末、電子情報及び発券キオスク、台所電気製品などのような他の電気製品の全ての形態において益々普及し、かつ広まっている。これらのデバイスは低価格製品の中に展開されつつあり、その結果、高レベルの品質及び堅牢性を維持しながら今までよりも更に低い生産コストを実現する必要がある。特に、静電容量タッチ・スクリーンは破損に対する堅牢性が高く評価されるが、高コストであり、かつ希少な構成材料が必要になるという点で不利となる。

「２次元静電容量変換器（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）」または「２ＤＣＴ」という用語は本明細書を通じて、タッチ・スクリーン、タッチ・センス・パッド、近接センス・エリア、オーバーレイがＬＣＤスクリーン、プラズマ・スクリーン、またはＣＲＴスクリーンの表面に取り付けられる構成のディスプレイ・タッチ・スクリーンなど、機械装置またはフィードバック・システムに関するポジション・センス、あるいはこれらに制限されないが他のタイプの制御表面であって、オブジェクトまたは人体パーツの位置に関する少なくとも２次元座標、デカルト座標または他の座標を容量検出機構を使用して報告する機能を備える表面または容積を有する制御表面などを指す。

「２次元抵抗変換器（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）」または「２ＤＲＴ」という用語は本明細書全体を通じて、純粋にガルバノ原理に基づき、かつこの分野において「抵抗タッチ・スクリーン」として一般的に、かつ主として知られるタッチ・スクリーンまたはペン入力デバイスを指す。

「２ＤｘＴ」という用語は、２ＤＣＴタイプまたは２ＤＲＴタイプのいずれかの素子を指す。
「タッチ」という用語は本明細書全体を通じて、所望の出力を生成するために十分な容量信号強度を有する人体パーツまたは機械コンポーネントによるタッチ（ｔｏｕｃｈ）または接近（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）を指す。「接近（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）」という意味の場合、タッチは物理的接触が行なわれない２ＤＣＴの「ポイント」を指すこともでき、この場合、２ＤＣＴは、正しく反応するためにオブジェクトが十分に接近することによって生じる容量に反応する。

「素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）」という用語は本明細書全体を通じて、２ＤＣＴまたは２ＤＲＴのアクティブ検出素子を指す。「電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」という用語は、素子の周辺の接続ポイントを指す。

「ストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）」という用語は、素子の構成部品であり、かつ２つの端部を有する電気配線導体を指す。ストライプはワイヤとすることができる。ストライプには意図的にガルバニ効果により大きな抵抗を持たすことができ、これに対してワイヤは最小の抵抗を有する。ストライプが一部を構成する素子が物理的に湾曲する場合、ストライプも物理的に湾曲する。

「ピン・クッション（ｐｉｎ ｃｕｓｈｉｏｎ）」という用語は、２ＤＣＴからの信号の歪みの全てを指し、放物線状収差、たる型収差、または他の形態の２次元収差のいずれかである。

多くのタイプの２ＤＣＴが、「ピン・クッション」または「双曲線状」または「放物線状」として特徴付けられる形状歪みの影響を受けることが知られており、従って報告されるタッチ座標には、検出表面への電気的効果に起因してエラーが生じる。これらの効果は、他の種々の特許、例えばペッパーによる特許文献２（米国特許第４，１９８，５３９号）に更に詳細に記載されており、この特許文献を参照することによりこの文献の内容が本発明の開示に含まれる。形状歪みの既知の原因、解決方法、及び解決方法の問題を非常に要領よく纏めたものが、バブらによる特許文献３（米国特許第５，９４０，０６５号）及び特許文献４（米国特許第６，５０６，９８３号）に記載されており、これらの特許文献を参照することによりこれらの文献の内容が本発明の開示に含まれる。特許文献３（米国特許第５，９４０，０６５号）は２つの主要な種類の補正方法、１）検出表面または接続電極の設計または変更を行なう電気機械的方法、２）数学的アルゴリズムを使用して歪みを補正するためのモデル化方法、について簡潔に記載している。

電気機械的方法
プレーナ素子のエッジ操作：
キュッフミュラーらは、特許文献５（米国特許第２，３３８，９４９号：１９４０年出願）において、２ＤＲＴエレクトログラフにおけるエッジ歪みの問題を、Ｘ及びＹに非常に長い複数の矩形のテール（ｔａｉｌ）を使用して解決しており、これらのテールは小さな使用可能な領域を取り囲む。キュッフミュラーは更に、４つのテールに細長い穴を作って複数のストライプを設けるアプローチを採用している。これらのストライプはユーザ入力領域に侵入することはないが、電流に平行な辺に沿って異方的に電流に対する抵抗を大きくするように作用する。この考えは少し違った形でヤニブらによる特許文献６（米国特許第４，８２７，０８４号）に再度、５０年近く経った時点で現れている。キュッフミュラーによる発明が現在においても本発明に最も類似する先行技術である。

ベッカーは特許文献７（米国特許第２，９２５，４６７号）において、２ＤＲＴエレクトログラフについて初めて説明し、非線形エッジ効果を、正しい素子のシート抵抗に対して非常に小さい抵抗のエッジ材料を使用することにより無くしている。この方法を使用して２ＤＣＴを構成することもできる。

ペッパーは特許文献２（米国特許第４，１９８，５３９号）、特許文献８（米国特許第４，２９３，７３４号）、及び特許文献９（米国特許第４，３７１，７４６号）において、２ＤＣＴを、素子のエッジ抵抗構造を操作することにより線形化する方法について説明している。

タルメッジは特許文献１０（米国特許第４，８２２，９５７号）において、ペッパーによる発明と同様のエッジ・パターンについて２ＤＲＴ素子及びピックオフ・シート（ｐｉｃｋｏｆｆ ｓｈｅｅｔ）に関連する形で説明している。種々の方法を使用する他の多くのこのような特許が出願され、この分野は今日では新規の特許が多数出願される非常に注目すべき分野となっている。これらの方法は開発及び再現するのが非常に難しいことが分かっており、かつ熱処理の差によるエラーの問題及び製造上の問題を引き起こし易い。非常に小さい量の局所エラーまたはドリフトによって大きな変化が座標応答に生じ得る。パターニング済みエッジ細片の抵抗が小さいと駆動回路が問題となって駆動回路の消費電力が大きくならざるを得ず、コストが非常に高く付く。ペッパー特許を参照し、かつ同様の動作を行なうと主張する特許が非常に多く見受けられる。ペッパーらの特許がもたらす改善はベッカー特許がもたらす改善とほぼ同じレベルと言える。何故なら、少なくともベッカー特許は製造が容易であり、かつ再現性に優れているからである。

ワイヤ素子のエッジ抵抗：ケーブルは特許文献１１（米国特許第４，６７８，８６９号）において、２軸方向の抵抗分割器チェーンであって、高伝導率の複数の電極がこれらのチェーンに接続される構成の抵抗分割器チェーンを使用するペン入力用２Ｄアレイを開示し、これらの電極は検出の目的のためにある程度の予期しない抵抗を有し、かつ検出信号は２つの隣接する電極の間に生成される信号に基づいて補間される。予期しない抵抗によって、小さなピン・クッションが応答として生じる。この特許はまた、この方法によって生じるわずかなピン・クッション歪みを補正するアルゴリズムの実行手段について記載している。ケーブルによる方法は、接続スタイラス以外で動作することがない、すなわち、この方法は、ヒトの指に応答する方法としては説明されていない。ケーブル特許は、複数の導体の間を通って交差する構造体を必要とするので、少なくとも３つの構造層（導体、絶縁体、導体）が必要になる。

複数の能動エッジ電極：ターナーは特許文献１２（米国特許第３，６９９，４３９号）において、能動プローブが複数の電極接続を全ての４辺に有して結果を線形化する構成の均一な抵抗型スクリーンを開示している。

ヨシカワらは特許文献１３（米国特許第４，６８０，４３０号）において、そしてウルフは特許文献１４（米国特許第５，４３８，１６８号）において、各辺（コーナーと反対側の）の複数の電極ポイントを使用して、一方の軸の電極からの電流の他方の軸の電極からの電流との相互作用を小さくすることによりピン・クッション歪みの低減を容易にする２ＤＣＴを示唆している。素子は単純なシート抵抗体であるが、このアプローチでは、非常に多くの能動電子接続（複数のダイオードまたは複数のＭＯＳＦＥＴから成る線形アレイのような）が素子に非常に近接する各接続ポイントに形成される。

ナカムラは特許文献１５（米国特許第４，６４９，２３２号）において、ヨシカワ及びウルフと同様の内容を、抵抗膜式ピックアップ・スタイラスを使用する形で示唆している。

連続スキャン・ストライプ素子：グレニーアスらは特許文献１６（米国特許第４，６８６，３３２号）及び特許文献１７（米国特許第５，１４９，９１９号）において、そしてボイエらは特許文献１８（米国特許第５，４６３，３８８号）において、ランドマイヤーは特許文献１９（米国特許第５，３８１，１６０号）において、交互に個別に駆動され、かつ検出されるストライプ導体をＸ軸及びＹ軸の両方に使用する素子検出方法を示唆しており、これらの導体から指タッチの位置を読み取ることができる素子検出方法、またはピックアップ・デバイス、スタイラス・ペンによる素子検出方法を示唆している。この構成は複数の材料層を含み、かつ特殊な処理を含む。グレニーアスは、複数のストライプの間に補間を適用して高解像度を両方の軸において実現することを示唆している。２つのグレニーアス特許はともに、素子内での導体の交差を可能にする３つ以上の層を必要とする。グレニーアス特許はともに、各ストライプに対する容量測定を利用するが、１つのストライプと別のストライプとの間のクロス・カップリング容量は使用しない。ボイエも特殊な保護面を示唆している。

ビンステッドは特許文献２０（米国特許第５，８４４，５０６号）及び特許文献２１（米国特許第６，１３７，４２７号）において、個別の細いワイヤをケーブル、アレン、ゲルファイデ、及びグレニーアスが示唆する方法と同様の方法で使用するタッチ・スクリーンを示唆している。ビンステッドは非常に細い行ワイヤ及び列ワイヤを使用して透明性を実現している。この特許も、複数の電極ワイヤの間の補間を行なって高解像度を実現するグレニーアス法を示唆している。スキャン操作では、各ストライプの接地に対する容量の測定を利用するが、１つのストライプと別のストライプとの間のクロス・カップリング容量は使用しない。

エバンスは特許文献２２（米国特許第４，７３３，２２２号）において、複数のストライプが連続してＸ軸及びＹ軸の両方向に、外部キャパシタ・アレイも使用して検出信号をキャパシタ分割器の効果によって生成することにより駆動される構成のシステムについても記載している。補間を使用してストライプのみの場合に可能になる解像度よりも高い解像度を評価する。

ボルペは特許文献２３（米国特許第３，９２１，１６６号）において、容量スキャン法を使用する個別のキー機械的キーボードについて記載している。連続して駆動される入力行及び連続して検出される列が設けられる。キーを押下することにより、行と列との間の結合が強くなり、このようにして、ｎキー・ロールオーバーが実現する。補間の必要はない。２ＤＣＴではないが、ボルペはスキャン方式ストライプ素子２ＤＣＴ技術を予測している。筆者自身の特許文献２４（米国特許第６，４５２，５１４号）もこの分類のセンサに属する。

イタヤは特許文献２５（米国特許第５，１８１，０３０号）において、接触位置を読み出す抵抗平面に、圧力が加えられた状態で接続される抵抗ストライプを有する２ＤＲＴを開示している。ストライプまたは平面は、ストライプまたは平面に形成される１次元的な電圧勾配を有するので、特にストライプ上の接触位置は容易に識別することができる。各ストライプはそれ自体の少なくとも１つの電極接続を必要とする。

定周期スキャン方式ストライプ素子：ゲルファイデらは特許文献２６（米国特許第５，３０５，０１７号）において、絶縁体によって分離される複数の直交する重複金属ストライプ・アレイを使用するタッチ・パッド静電容量方式コンピュータ・ポインティング・デバイスを示唆している。走査線を周期繰り返しパターンとなるように配置して、必要となる駆動回路を最小限に抑える。この発明の配線の周期性によって、このタイプの２ＤＣＴを絶対位置の特定に使用しなくて済む。この発明は、マウスに置き換わる形で使用されるタッチ・パッドに適しており、実際の位置判定が必要ではなく、相対運動の検出のみが重要となる。ゲルファイデは、接触位置の２つの逆位相信号の間の信号バランスをとる方法を示唆している。

並行読み取りストライプ素子：アレンらは特許文献２７（米国特許第５，９１４，４６５号）において、行スキャン・ストライプ及び列スキャン・ストライプを有する素子を示唆しており、これらの行スキャン・ストライプ及び列スキャン・ストライプはアナログ回路によって並行に読み取られる。この特許は、連続的にスキャンされる素子よりも雑音が小さく、かつ応答が速い。この方法は特に、マウスに置き換わるタッチ・パッドに適するが、大きなサイズに対して良好に拡張することができない。複数の構造層が、全てのストライプ素子２ＤＣＴと同様に必要となる。アレンによる方法には、大規模な集積化及び非常に多くの接続ピンが必要となる。この方法では、補間を行なって、行ストライプの数によって可能になる解像度よりも高い解像度を達成する。

「電荷転送型静電容量位置センサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ）」と題された筆者の同時係属中の特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）は、図１２に関連して個々の１次元抵抗ストライプを使用してタッチ・スクリーンを形成する方法について記載している。これらのストライプは並列に、または連続的に読み取ることができる。何故なら、これらのストライプとの接続は互いに独立しているからである。更に、図６に関連して、隣接する集中電極素子と指のようなオブジェクトとの間の補間結合について記載している。特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）は、本明細書において参照することによりこの出願の内容が本発明の開示に含まれる。

数値的方法
ナカムラは特許文献２９（米国特許第４，６５０，９２６号）において、タブレットのような電気複写装置（ｅｌｅｃｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）の数値的補正を、ルックアップ・テーブル・システムを使用して生の２次元座標データを補正することにより行なうシステムについて記載している。

ドラムは特許文献３０（米国特許第５，１０１，０８１号）において、タブレットのような電気複写装置を遠隔手段を使用して数値的に補正するシステムについて記載している。

マクダモットは特許文献３１（米国特許第５，１５７，２２７号）において、２ＤｘＴを複数の保存定数を用いて補正する数値的方法を示唆しており、これらの保存定数を動作中に使用して１つ以上の多項式を利用して制御することにより、報告されるタッチ位置をゾーンまたは象限ごとに補正する。

バブらは特許文献３（米国特許第５，９４０，０６５号）及び特許文献４（米国特許第６，５０６，９８３号）において、２ＤｘＴの均一シート素子（２ＤｘＴ ｕｎｉｆｏｒｍ ｓｈｅｅｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）を、ゾーンまたは象限ごとに区切ることなく、学習プロセスの間に求められる係数を使用して、個々のユニット毎に線形化して、更に小さなプロセス変動に関する補正を行なう数値的方法を示唆している。バブが開示するこれらの方法は複雑であり、かつ「８０個の係数」をもつ４次多項式を含み、これらの多項式の係数は厳密に、かつ時間の掛かる校正手順を経て求める必要がある。この発明者が行った試験では、６次多項式によって正常な使用において許容される精度を実現する必要があり、かつ結果が、熱ドリフトなどに起因して校正後も極めて小さい変動を非常に起こし易いことが判明している。特に、コーナー接続は長期間の座標変動の大きな原因であることが判明している。何故なら、これらの接続は、接続サイズ及び品質に関して大きな寄与因子の特異点として作用するからである。更に、数値的補正方法では、高分解能出力を生成するために高分解能デジタル変換が必要とされる。例えば、１４ビットＡＤＣにおいては、座標が９ビットに相当する分解能で得られる必要がある。増幅器システム及びＡＤＣに必要とされる余分のコスト及び電力は多くの用途において非常に大きくなり得る。
独国特許第２０３，７１９号 米国特許第４，１９８，５３９号 米国特許第５，９４０，０６５号 米国特許第６，５０６，９８３号 米国特許第２，３３８，９４９号 米国特許第４，８２７，０８４号 米国特許第２，９２５，４６７号 米国特許第４，２９３，７３４号 米国特許第４，３７１，７４６号 米国特許第４，８２２，９５７号 米国特許第４，６７８，８６９号 米国特許第３，６９９，４３９号 米国特許第４，６８０，４３０号 米国特許第５，４３８，１６８号 米国特許第４，６４９，２３２号 米国特許第４，６８６，３３２号 米国特許第５，１４９，９１９号 米国特許第５，４６３，３８８号 米国特許第５，３８１，１６０号 米国特許第５，８４４，５０６号 米国特許第６，１３７，４２７号 米国特許第４，７３３，２２２号 米国特許第３，９２１，１６６号 米国特許第６，４５２，５１４号 米国特許第５，１８１，０３０号 米国特許第５，３０５，０１７号 米国特許第５，９１４，４６５号 米国特許出願第６０／４２２８３７号 米国特許第４，６５０，９２６号 米国特許第５，１０１，０８１号 米国特許第５，１５７，２２７号 米国特許第５，７３０，１６５号 米国特許第６，２８８，７０７号 米国特許第６，４６６，０３６号 米国特許第６，５３５，２００号 米国特許第６，４５２，５１４号 米国特許出願第２００３／０１３２９２２号 米国特許第５，４５７，２８９号 ｗｗｗ．ｑｐｒｏｘ．ｃｏｍ／ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／ｄａｔａｓｈｅｅｔｓ／ｑｔ１１０＿１０３．ｐｄｆ ｗｗｗ．ｑｐｒｏｘ．ｃｏｍ／ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／ｄａｔａｓｈｅｅｔｓ／ｑｔ３１０＿１０３．ｐｄｆ

技術要約
上記方法の全てにおいて、次の不具合のうちの１つ、または組み合わせが生じる。
希少な構成材料または特異な方法を使用すると、製造のために特殊な専門知識または設備が必要になる。

ガルバノ原理に基づく簡単な４ワイヤ構成の抵抗タッチ・スクリーンに比べてコストが非常に高い。
直交する導体の交差を可能にする３つ以上の層が必要になる。

多くの電極接続が必要になるので配線が高く付く。
線形問題により、複雑なアルゴリズムを修正する必要がある。
制御するのが難しいエッジ・パターンの特殊な線形化が必要になる。

小さいか、あるいは大きいタッチ領域に十分に適してはいない。
複合曲線のような複雑な表面形状をなぞることができない。かつ／あるいは
数百ミクロンよりも厚い表面を通して動作することができない。

本発明によれば、タッチ・センス式位置センサ（ｔｏｕｃｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ）が提供され、この位置センサは、タッチ・センス式プラットフォームを画定する基板と、基板上に互いに離間して配置される第１及び第２抵抗バスバーと、これらのバスバーの間に配置される異方導電性領域と、を備え、異方導電性領域内に生じる電流はバスバーに向かって優先的に流れる。
タッチ・センス式位置センサは検出素子を有し、この検出素子は、第１抵抗バスバーと、第１抵抗バスバーから離れて位置する第２抵抗バスバーと、第１抵抗バスバーと第１抵抗バスバーとの間に延びる異方導電性領域と、を備え、異方導電性領域内に生じる電流がバスバーに向かって優先的に流れる。

本発明の典型的な実施形態では、バスバー及び異方導電性領域は、１ｋΩ〜５０ｋΩの間の抵抗を有する。これらのバスバーは、例えば＋／−１０％，２０％，５０％，または１００％内で、ほぼ同じ抵抗を有することが好ましい。バスバーの抵抗が、バスバーの間に設けられている異方導電性領域の抵抗よりも小さい場合に有利となる。

異方導電性領域は、異方導電性を示し、かつ基板上に支持される分子基板膜を使用してか、あるいは第１抵抗バスバーと第１抵抗バスバーとの間に並列接続される複数の抵抗ストライプを使用してか、あるいは他の方法により形成することができる。

抵抗ストライプを使用して異方導電性領域を形成する場合、これらのストライプは抵抗配線の各区分により形成されるか、あるいは例えば基板上に堆積する抵抗材料により形成可能である。更に、抵抗ストライプの幅は、これらの抵抗ストライプの間のギャップよりも広いことが好ましい。

本発明の特定の実施形態では、異方導電性領域から離間される導電被覆領域（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｖｅｒｌａｙ）が設けられており、導電被覆領域及び異方導電性領域が外部印加圧力によって互いに接触するようになる。

特定の実施形態では、第１抵抗バスバーは第１電極と第２電極との間に延び、かつ第１抵抗バスバーは第３電極と第４電極との間に延び、位置センサは更に、第１、第２、第３、及び第４駆動チャネルを、第１、第２、第３、及び第４電極のうちのそれぞれ対応する電極に関連する形で備え、各駆動チャネルはチャネルの電極とオブジェクトの位置との間の抵抗に依存する出力信号を生成するように動作する。これらの出力を処理するためにプロセッサを設けることができ、プロセッサは、これらの駆動チャネルからの出力信号を比較することにより、オブジェクトの位置に関する推定値を生成するように動作する。プロセッサは、これらのバスバーの間に延びる第１方向におけるオブジェクトの位置を、第１及び第２電極に関連する信号の合計、並びに第３及び第４電極に関連する信号の合計についての比例式による解析に基づいて推定するように構成することができる。プロセッサはまた、これらのバスバーに沿って延びる第２方向におけるオブジェクトの位置を、第１及び第３電極に関連する信号の合計、並びに第２及び第４電極に関連する信号の合計についての比例式による解析に基づいて推定するように構成することができる。またプロセッサは、更に、補正を推定位置に検出素子に関連する所定の歪みに基づいて適用するように動作することが好ましい。通常、所定の歪みは１次元的なピン・クッション歪みである。

本発明によるタッチ・センス式位置センサは制御パネルに組み込むことができ、更に、その制御パネルを多種多様な異なる装置の一部として組み込むことができることは理解されるであろう。

本発明によれば、オブジェクトの位置を２次元的に検出するタッチ・センス式位置センサが提供され、その位置センサは、異方導電性領域によって分離される第１及び第２抵抗バスバーを有し、異方導電性領域は、生成電流がバスバーに向かって優先的に流れるように配置される。生成電流、例えば検出素子に関連する駆動回路によって生成される電流が１つの方向に沿って優先的に流れ、位置推定値のピン・クッション型の歪みの大部分がこの方向に制限される。このような１次元的な歪みはスカラー補正係数を適用することにより補正することができる。

本発明は、２ＤｘＴとして使用されることになるプラスチック・パネルまたはガラス・パネル、あるいは他の誘電体の背後において容量を検出する新規の導電材料パターンを、タッチ・スクリーンまたは「タッチ・パッド」のいずれかの形態で提供する。

本発明は、パターニングされていない４電極素子の特徴の幾つかをストライプ型素子及び数学的補正と組み合わせて新規の種類の異方性２ＤｘＴ素子または単純には「ストライプ型素子」を実現する。本発明は、前述の２ＤｘＴアプローチの不具合を解決するものであり、かつ従来のプロセス及び材料を使用するのでコストが非常に小さい。

以後、特に断らない限り、「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」または「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という用語は、ガルバニック接触または容量結合のいずれかを指す。「素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）」という用語は、導電材料により作製される物理電気検出素子を指す。「電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」という用語は、素子に設けて素子を適切なドライバ／センサ電子機器に接続するガルバニック接続ポイントのうちの１つを指す。「オブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）」及び「指（ｆｉｎｇｅｒ）」という用語は、ワイパーまたはポインタまたはスタイラスのような非生物オブジェクト、あるいはヒトの指または他の突起物のいずれかに関して同じ意味に使用され、これらのうちのいずれかが素子に隣接することにより、いずれかの回路経路を通して、ガルバニック効果によるか否かに拘らず、素子の領域から基準回路に戻る形の局所容量結合が形成される。「タッチ（ｔｏｕｃｈ）」という用語は、オブジェクトと素子との間の物理的接触、またはオブジェクトと素子との間の自由空間への近接、あるいはオブジェクトと、オブジェクトと素子との間に存在する誘電体（例えば、ガラス）との間の物理的接触、またはオブジェクトと素子との間に存在する中間誘電体層を含む自由空間への近接、のいずれかを含む。特定の回路パラメータまたは配向に関する記述は、本発明を制限するものと捉えられるべきではなく、広い範囲のパラメータを、回路またはアルゴリズムに変更を加えることなく、またはわずかな変更を加えることにより使用することができる。特定のパラメータ及び配向は単に例示としてのみ記述される。

電荷転送型静電容量センサに関する筆者の以前の特許、特に特許文献３２（米国特許第５，７３０，１６５号）、特許文献３３（米国特許第６，２８８，７０７号）、特許文献３４（米国特許第６，４６６，０３６号）、特許文献３５（米国特許第６，５３５，２００号）、特許文献３６（米国特許第６，４５２，５１４号）、及び筆者による同時係属中の特許文献２８（米国特許仮出願番号６０／４２２８３７）を参照されたい。特に、これらの特許の各々に記載されている電子検出回路及び電子検出方法は、本明細書に記載する本発明と組み合わせて使用することができるが、これらの方法が全てである訳ではないことに留意されたい。多種多様な容量検出回路を本発明に使用することができる。これらの特許に記載されている種々の電気回路及び検出方法を用いて本発明の電極を駆動して、その結果を分析することができる。

また、容量タッチ・スクリーンに対する影絵効果（ｈａｎｄｓｈａｄｏｗ ｅｆｆｅｃｔ）を扱い、かつ本発明に適用して２ＤＣＴの後処理に役立たせることができる筆者による同時係属中の特許文献３７（米国特許出願第２００３／０１３２９２２号）を参照されたい。

「電荷転送型静電容量センサ」と題された筆者による同時係属中の特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）が（特に当該出願の図１２に関連して記載されているように）本発明を考案するための基礎となっており、かつ当該出願の回路構成及びスイッチング方法を、本発明の電極を２ＤＣＴモードで駆動するように特に良好に適合させる。本発明は、インクまたは真空蒸着材料のような新規の導電材料パターンであり、このパターンは単一層素子として電気的に配置され、ピン・クッション歪みは１つの軸の方向にのみ生じる。残りのピン・クッション歪みは、アルゴリズムを使用してか、あるいはハードウェアで容易に補正され、以下に説明するようにバブ及びウィルソンによる方法よりも遥かに簡単である。素子パターンは既知の方法を使用して容易に形成され、かつ複合湾曲カバー・レンズなどのような複雑な表面をなぞることができる。パターンは強い異方導電性を、周辺の単方向抵抗導体によって区切られるコア検出領域において示す。

本発明の１つの目的は、普通の、安価な材料及び製造プロセスをガルバニック効果を利用する異方導電性と共に使用して２ＤｘＴ検出素子を提供することにある。
本発明の別の目的は、簡単な、計算コストの低い方法を使用して容易に補正することができるエッジ歪みを有する２ＤｘＴ検出機構を提供することにある。

本発明の１つの目的は、可能な最高解像度を可能な最も簡単なパターンを使用して実現するための位置補間を可能にすることにある。
本発明の別の目的は、非常に粗い生の信号に対するアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の分解能で高い位置解像度を実現し、かつ粒度の粗い結果をもたらす２ＤｘＴ素子を提供することにある。

本発明の別の目的は、熱ドリフトの影響を受け難く、かつ製造プロセスにおいて非常に再現性の良い２ＤｘＴ素子を提供することにある。
本発明の別の目的は、先行技術に比べて非常に簡単な「学習」校正プロセスしか必要としないか、あるいはデザインの校正を必要とするか、あるいは全く校正を必要としない２ＤｘＴ素子を提供することにある。

本発明の別の目的は、１つの導電材料層しか必要としない２ＤｘＴ素子を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、最大１０ｍｍの厚さ、またはそれ以上の厚さを有する、ガラスまたはプラスチック・シートのような非常に厚い誘電体カバー・レンズの背面の上へのこの層の配置を可能にするか、あるいは空気を介してのポインティングを可能にすることにある。

本発明の更に別の目的は、配線要件が非常に簡単な２ＤｘＴ素子を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、信頼性が高く、密封表面を有し、消費電力が小さく、かつ市販のマイクロ・コントローラ及び普通の駆動電子機器を使用して制御かつ検出することができるセンサを提供することにある。

本発明の更に別の特定の好適な態様を、次の非制限的な独立項及び従属項に示す。
１．ポジション・データに関して選択的に表面とのアクセスが行なわれるタイプの装置であって、優先的に流れるガルバニック電流の方向に主要部分を有する導電素子を備える装置。

２．項１に記載の装置において、素子は導電境界によって区切られている。
３．項１又は２において、素子は単一層の上に設けられている。
４．項１又は３であって、複数の電極を備える。

５．項１〜４のうちのいずれか一項であって、タッチ位置を２次元的に評価することを目的として、前記素子に接続されている回路を備え、接続は電極に対して行なわれる。
６．項１〜５のうちのいずれか一項であって、ピン・クッション歪みを補正する処理手段を備える。

７．項６において、補正はスカラー係数である。
８．項６において、補正は一連のスカラー係数に基づく。
９．項６において、補正は次の公式に基づく。

Ｐｃｙ（Ｘ，Ｙ）＝Ｐｙ／（ｋ_１Ｘ^２＋ｋ_２Ｘ＋ｋ_３）
１０．タッチ・ポジション位置を求めるために使用される素子を作製する方法であって、素子が導電領域の周辺で異方導電性を有するように作製される、方法。

１１．項１０において、素子は異方性材料により作製される。
１２．項１０であって、位置歪みの補正を行なう方法を備える。
１３．項１２において、歪みの補正を行なう方法は１つの軸についてのみ適用される。

１４．項１２において、歪みの補正を行なう方法はスカラー乗算に基づく。
１５．項１〜１５のうちのいずれか一項において、電子回路に、筆者の特許文献３４（米国特許第６，４６６，０３６号）に開示されるいずれかの方法による電源を基準とする電荷検出方法を用いる。

１６．項１５において、回路はマイクロ・コントローラを含む。
１７．項１〜１６のうちのいずれか一項において、素子は、光を透過する抵抗導体により作製される。

１８．項１〜１７のうちのいずれか一項において、素子は、共通のバスバーを共有する複数の異方導電ゾーンを含む。
１９．光を透過する異方導電素子を有し、光を透過する基板の遠位側に取り付けられるタッチ・スクリーンであって、近位側がタッチに使用され、複数の電極を有するタッチ・スクリーン。

２０．項１９において、電極は検出回路に導電ゴムを使用して接続されている。
２１．項１９又は２０において、タッチ・スクリーンは電子ディスプレイの上に取り付けられている。

本発明を更に深く理解するために、かつ本発明をどのようにして実施することができるかについて示すために、一例として添付図面を参照することとする。
図１ａ及び１ｂは補正ハードウェアまたはアルゴリズムを使用する前の２ＤｘＴ技術に関する先行技術を示している。図１ａのピン・クッション効果は良く知られている。この効果は、容量によって生じる、タッチ・ポイントから４つの接続ポイントに向かう電流を共有することにより生じる。この効果は、２ＤＣＴ（２次元静電容量変換器）及び２ＤＲＴ（２次元抵抗変換器）の５ワイヤ・タッチ・スクリーンの両方において観察され、５ワイヤ・タッチ・スクリーンは２ＤＣＴと同じ電位勾配のガルバニック電位を利用するが、この場合、可撓性の「ピックオフ」カバー・シートは圧力が加えられて湾曲し、２ＤＲＴに接続される。これらの素子におけるピン・クッション効果は、タッチ位置が全ての接続ポイントからエッジに沿って離れるにつれて大きくなる。この効果はスクリーン・エッジの中心で最悪となる。図１ｂに示すように、電流によって複数のベクトルが生成され、これらのベクトルによって、位置に依存する段階的歪みが生じ、放物線曲率の報告位置が生成される。これらのベクトルは普通、直交しない。その代わり、補正の角度及び絶対値は、素子上のタッチ位置によって大きく変化する。

この効果を打ち消すために種々の方法が考案されており、特に、上述したような導電スクリーン周辺の非常に低い抵抗のバスバー、特殊なエッジ・パターン、スクリーン・エッジへの複数の接続ポイントなどを使用する方法がある。ビンステッド、ゲルファイデ、ケーブル、及びグレニーアスによる特許に見られるように個別導体によってピン・クッション歪みの問題を、複数の層、高価な回路、及び多い電極接続数を使用する特殊な構成方法を使用することにより大きく解決する。これらのタイプのスクリーンはサイズに良好に対応しておらず、かつ製造コストが高い。このような方法の例は、ペッパーが考案したエッジ・パターンであり、図２に示す。このパターンは複製するのが非常に難しく、熱ドリフトの影響を受け、かつ調整及び製造するために非常に高いコストを要することが分かっている。

上述の方法よりも安価、かつ容易に製造が可能で、更には不利な環境における使用に対して非常に安定し、かつ適する新規の静電容量タッチ・スクリーンの製造方法に対する大きな要求がある。特に、家庭用電気製品、携帯電話、及び他の携帯用機器、ＰＯＳ端末などの用途に用いられるこのようなデバイスに対する要求がある。

本発明の実施形態は、「ピン・クッション歪み」がないが高価な回路及び高い製造コストを伴う先行技術によるストライプ素子と、パターニングされていない抵抗シート素子との間の中間の特徴を備える素子を提供する。この新規のハイブリッドな解決方法によって、ピン・クッション効果が１つの軸にのみ生じ、他の軸はほとんど歪むことがない。更に、後で分かるように、残りのピン・クッション歪みは、ほぼ直交し、かつ予測可能なベクトルを有し、更には非常に簡単な数値的方法を使用して補正可能であり、ユニット毎の再現性が高く、かつ先行技術における場合よりも熱ドリフトの差による影響を受け難い。

図３に示すのは、本発明の１つの実施形態による検出素子に使用される導電材料を表わすパターンである。この図は、４つの電極３０１，３０２，３０３，及び３０４を有する単一層の上の１つの導電素子を示している。２つの非常に小さい抵抗のバスバー３０５及び３０６が、３０１から３０２に、及び３０４から３０３に向かってそれぞれ横断している。複数のストライプ導体３１０がバスバー３０５から３０６に向かって横断し、この場合のストライプ導体は少なくとも２本であるが、一般的には３本以上である。これらのストライプのうちの２本は各バスバーの両端から他方のバスバーに向かって横断して完全に区切られた表面を形成する。端のストライプもバスバーであると考えることもできるが、これらのストライプは必用に応じて図示されている水平方向バスバーよりも大きい経路抵抗を有することができるので、特異であり、従って本明細書を通じてストライプと呼ぶことにする。

本発明の素子は別の構成は、異方性導電率によって特徴付けられ、かつ直線導電セグメントにより形成される包囲区分境界を有するコア領域を有するものとして観察することができる。ストライプの目的は、異方的にガルバニック電流をコア領域内に生じさせることである。一旦、電流が境界経路に達すると、電流は最終的に電極に導かれる。

設計に適するストライプ３１０の数は、検出対象のオブジェクトのサイズに対する素子の幅によって変わり、これについては以下に説明する。電極群に接続されるワイヤ３１２ａ〜ｄは２ＤＣＴの場合、素子を駆動／検出回路に接続する。２ＤＲＴの場合においては、ワイヤ３１２ａ〜ｄは駆動回路に接続され、検出機能は、図１１に示すように、可撓性のユーザ押下型カバー・シートにより得られる。

図１０は本発明を具体化する別のパターンを示している。このパターンは、ストライプが細いスリットによって分離される（すなわち、ストライプは図３に示すストライプよりも幅が非常に広い）点を除いて図３のパターンとほぼ同じであり、素子は導電材料によってほぼ覆われ、かつ非常に小さい部分−スリット−のみが覆われない。この構成は、以下に更に説明するように、２ＤＲＴ用途の方に適するが、２ＤＣＴ用途に使用することもできる。２ＤＣＴを使用する場合のこの構成の１つの利点は、ストライプが図３の例における場合よりも大きな表面積を有するので、指と素子との容量結合が大きくなることである。この構成の１つの不具合は、バスバーとバスバーとの間の合計抵抗が特定のシート抵抗に関して相対的に小さくなり、これによってピン・クッション効果が以下に説明されるように悪化し易くなる。

図３に示すテスト対象のストライプ及びバスバーの抵抗の比較をすると、バスバーが約４０Ｋオームであり、ストライプが約１６０Ｋオームであるが、実際には、これらの値は単なる目安であり、本発明はこれらの値に制限されない。バスバーよりもストライプに大きな抵抗を使用することにより、ピン・クッション効果を抑制し易くなるが、ピン・クッションはいずれにしても数値的に容易にほとんどを補正することができるので、複数の抵抗値のいずれの組み合わせによっても異なる満足度が得られるようになる。本発明を大きな抵抗を有する素子を用いる形で使用することができる点が非常に注目される。何故なら、このような素子では、低いコストかつ小さい電力の駆動兼検出電子機器を用いるだけで済むからである。

図４は本発明の典型的な実施形態の集中型モデルを示している。バスバー３０５及び３０６は約１Ｋ〜５０Ｋオームの抵抗線により構成され、かつ理想的には互いに対して１０％以内の精度の抵抗となる。ストライプ３１０はバスバーの抵抗の約５〜１０倍の大きさの抵抗線により構成される。図４には９本のストライプが示されている。コーナー電極３０１，３０２，３０３，及び３０４を使用して素子を駆動／検出電子機器、すなわち２ＤＣＴの場合は容量検出ドライバまたは２ＤＲＴの場合はガルバニック・ドライバに接続する。各ストライプ及びバスバーは回路接地に対して所定の大きさの接地浮遊容量（ｓｔｒａｙ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）４０１を有する。ストライプは隣接ストライプの間で相互容量を有する。このような接地容量は本質的に良性であり、本発明の性能に影響を及ぼすことが無いことが分かっている。これらの容量は本発明において等しく、あるいは均等に作用する必要はない。何故なら、素子は重ね合わせの原理に従うからであり、そしてこのような寄生値は以下に説明するように、駆動電子機器によって校正することにより容易に取り除かれるからである。

位置４０３に示すのは、２ＤＣＴモードにおけるタッチに起因する容量Ｃｔ４０２である。本発明は、本発明によって４つの電極信号に対してレシオメトリックな出力になってＣｔの絶対値に依存しない位置を生成する回路及び／又はアルゴリズムを使用することができるということからすると、Ｃｔの絶対値がどのような値であっても有効に機能する。２ＤＲＴモードでは、カバー・シートによって電位勾配がなくなるが、このとき普通、タッチ圧力を受けた状態でカバー・シートから素子に向かってガルバニック接続が行なわれる際の４つの電極への時間多重駆動信号が使用される。

２ＤＣＴモードでは、複数のストライプの間にタッチし、かつタッチ位置を補間することも可能である。図５は、指（図示せず）に起因して、平面の４０３に位置するタッチ容量を有する素子を示している。図６には、ガラスのような基板に接触が行われるときの本発明の断面が示される。指６０５がタッチすることにより生じる容量６０３は、図６に示すように、３つの小さい部分容量Ｃｔ１、Ｃｔ２、及びＣｔ３に分割され、これらの容量の比はストライプ３１０ａ，ｂ，ｃ，．．の間のタッチの相対位置によって変わる。筆者の同時係属中の特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）の図６には、抵抗によって接続される２つの隣接電極の間の補間が示されている。当該発明におけるタッチに対する補間は、ストライプ間で厳密に同じ態様でＸ軸方向に行われるだけでなく、各ストライプに沿ってＹ軸方向にも行われる（図示せず）。Ｘ軸方向の分離抵抗は、各Ｃｔ６０３を有する各ストライプ上から始まって、バスバーに戻って通過して他のストライプに達する経路である。Ｘ方向の補間は、２本のＹストライプを接続するバスバー抵抗の短いセグメントであって、合計電気バスバー「長」の一部としてのバスバー抵抗の短いセグメントの抵抗に比例する形で行われる。ストライプ自体の抵抗はＸ位置を求めるために重要ではない。何故なら、各ストライプの両端は文献に記載されているほとんどの２ＤＣＴ駆動回路において、かつ筆者の種々の先行する特許公報に記載されている電荷転送回路によって駆動される場合には確実に等電位にまで駆動されるからである。従って、これらのストライプが全バスバー長の１０％に相当する長さだけ離間する場合、補間が行なわれる部分はＸ方向の１０％となる。

図５の素子は９０度回転させることができ、上記の説明をＹ方向に関して行なうことができることに注目されたい。タッチの検出及び位置に関して本発明の素子が配向される好適な角度というものはない。以下に示す説明及び方式では、簡便性を前提とする、すなわち複数のストライプを縦のＹ方向の向きに揃えるが、素子を９０度回転させても同じ物理動作を適用することができ、かつ式は９０度の移動が行われても成り立つ。この特許における向きに関する特殊性は説明を簡単にするため以外の何ものでもないので、決してこの特許を制限するものと捉えられてはならない。

種々の発明者による文献に詳しく記載されているが、本願発明者が自身の特許文献３３（米国特許第６，２８８，７０７号）、特許文献３４（米国特許第６，４６６，０３６号）、及び同時係属中の特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）に開示するいずれかのタイプとすることが好ましい測定回路は、４つのコーナー電極３０１，３０２，３０３，及び３０４との標準的な接続を行なうことにより使用される。測定回路は、図３に示す電極群の該当する電極に接続される４つの駆動チャネルを含み、各チャネルは、チャネルの電極とタッチ位置との間の抵抗経路長によって変わる出力信号を生成するように動作する。他の方法では他の方式を使用することができるが、タッチ位置を計算する好適な方法は、筆者の同時係属中の特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）に開示する方法の適応版である。この方法では、４つのコーナー信号を所定の時点に校正して各コーナーの基本的な信号基準レベルを求める。校正ステップは、例えば生産ラインにおける設計期間の間に１度だけ、または電源投入の度に、あるいは素子へのタッチが行われていない時点を判断する方法を使用して実行することができる。ドリフト補正は、筆者が以前に取得した特許のうちの幾つかの特許、及びＱｕａｎｔｕｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｇｒｏｕｐ Ｌｔｄ（英国）製のＱＴ１１０デバイス（非特許文献１）のような製品のデータ・シートから知ることができる方法に従って適用することができる。

Ｘ（すなわち、図３に示す水平方向）に沿ったタッチ位置を図３の素子を使用して計算するために、信号を次のステップに従って処理するが、これらのステップでは、リアルタイムで収集され、かつ４つの電極３０１，３０２，３０３，及び３０４に接続される信号はそれぞれ、各コーナーに対応して、Ｓ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０３，及びＳ３０４であり、基本基準レベルはＲ３０１，Ｒ３０２，Ｒ３０３，及びＲ３０４である。

１）Ｘ方向の基準値及び信号を合計する。
ＲＸ’＝Ｒ３０１＋Ｒ３０４（左辺側基準値の和）
ＲＸ’’＝Ｒ３０２＋Ｒ３０３（右辺側基準値の和）
ＳＸ’＝Ｓ３０１＋Ｓ３０４（左辺側信号の和）
ＳＸ’’＝Ｓ３０２＋Ｓ３０３（右辺側信号の和）
２）Ｘ方向のデルタ信号、すなわちΔＳｉｇＸ’，ΔＳｉｇＸ’’を計算する。

ΔＳｉｇＸ’＝ＳＸ’−ＲＸ’
ΔＳｉｇＸ’’＝ＳＸ’’−ＲＸ’’
３）Ｘ方向の位置を示す比Ｐｘを計算する。

Ｐｘ＝ΔＳｉｇＸ’’／（ΔＳｉｇＸ’＋ΔＳｉｇＸ’’）
上式において、Ｐｘは０から１の範囲であり、‘０’は左端、‘１’は右端である。
Ｘ方向に関する公式は、次式のように展開し直すことができる。

（式１）Ｐｘ＝（Ｓ３０２＋Ｓ３０３−Ｒ３０２−Ｒ３０３）／（Ｓ３０１＋Ｓ３０２＋Ｓ３０３＋Ｓ３０４−Ｒ３０１−Ｒ３０２−Ｒ３０３−Ｒ３０４）
Ｙ方向に沿ったタッチ位置を図３の素子を使用して計算するために、信号を上に示した公式と同様の公式に従って処理する。

１）Ｙ方向の基準値及び信号を合計する。
ＲＹ’＝Ｒ３０３＋Ｒ３０４（下辺側基準値の和）
ＲＹ’’＝Ｒ３０１＋Ｒ３０２（上辺側基準値の和）
ＳＹ’＝Ｓ３０３＋Ｓ３０４（下辺側信号の和）
ＳＹ’’＝Ｓ３０１＋Ｓ３０２（上辺側信号の和）
２）Ｙ方向のデルタ信号、すなわちΔＳｉｇＹ’， ΔＳｉｇＹ’’を計算する。

ΔＳｉｇＹ’＝ＳＹ’−ＲＹ’
ΔＳｉｇＹ’’＝ＳＹ’’−ＲＹ’’
３）Ｙ方向の位置を示す比Ｐｙを計算する。

Ｐｙ＝ΔＳｉｇＹ’’／（ΔＳｉｇＹ’＋ΔＳｉｇＹ’’）
上式において、Ｐｙは０から１の範囲であり、‘０’は下端、‘１’は上端である。
Ｐｙに関する公式は、次式のように展開し直すことができる。

（式２）Ｐｙ＝（Ｓ３０１＋Ｓ３０２−Ｒ３０１−Ｒ３０２）／（Ｓ３０１＋Ｓ３０２＋Ｓ３０３＋Ｓ３０４−Ｒ３０１−Ｒ３０２−Ｒ３０３−Ｒ３０４）
従って、報告されるが未補正の、すなわち「生の」推定位置の完成形は（Ｐｘ，Ｐｙ）である。

上式は単なる例であり、他のスクリーンに関連して使用される他の式も同様な結果となる。
図６に示すのは、複数のストライプ上で前記ストライプ上に分布容量Ｃｔを生じさせるタッチ６０１である。結果として生じる素子中の電流によって、複数のストライプ間の結合による局所的分布容量Ｃｔが形成され、この容量はタッチ及びストライプの隣接表面積にほぼ比例する。重ね合わせの原理を適用し（全てのシート状の素子において適用されるように）、そして結果として生じる判定位置に対して正しく重み付けすると、位置がストライプの数によって提供されると考えられる解像度よりも遥かに高い実効解像度で特定される。この効果を使用すると、他のストライプを使用する多くの２ＤＣＴ、例えば特許文献２２（米国特許第４，７３３，２２２号（エバンス））の２ＤＣＴにおける解像度が著しく向上するが、エバンスが数値的補間を使用するのに対して、本発明は複数のストライプ間の分布容量の物理特性を使用して同じ性能を実現し、計算を更に行なう必要がないか、あるいは各ストライプを個々に電子的に指定する必要がない。補間は素子自体に固有のものである。これは、２ＤＣＴ抵抗シート素子において発生すると以前から知られている効果である。

図７ａは、上式１及び２に従ってコーナー電極信号に基づいて計算されるＸ軸に沿ったＹ行のタッチの計算位置を示しており、この計算位置は、Ｙ＝０．５とＹ＝１との間の９個のＹ位置に対応する９個の行Ｒ０〜Ｒ８に沿ったＸ＝０．５（中心）とＸ＝１（右端）との間の異なるＸ位置で行われる一連のタッチに対応する。図７ｂは、検出素子の全ての象限における歪みを模式的に表わしている。接触境界線が所定の数のストライプにまたがる形で素子にタッチする指には、指をストライプに直交する方向になぞるときに注目すると、Ｘ方向にはむら（ｃｏｇｇｉｎｇ）または非線形性は観察されない（Ｘ方向は等間隔になっている）。この様子は図８に図式的に示すことができ、図８は、ストライプとＸ方向に交差する７つの行に関する補正ベクトルをプロットしたものである。非直交、非垂直補正ベクトルは観察されない。

この注目すべき結果は、ストライプによって、ほとんどのガルバニック電流がＹ軸に沿ってのみ配置されるストライプに閉じ込められることにより生じる。この閉じ込め効果によって、素子のどこにも非直交電流ベクトルが生じない。一旦、電流がストライプからバスバーに達すると、電流は９０度回転して、２つの最も近いコーナー電極に向かう。この段階では、電流は隣接ストライプに降りて迂回する形で流れて第２のバスバーに達するだけである。これによって、ピン・クッション効果がバスバーに沿って生じる。

図７ａ，７ｂ，及び８から、Ｙ軸では、歪みは線形であり、かつＸ方向の位置によって変わる単純な倍率を使用して補正することができることが分かる。Ｘ方向の各位置に関して、１つのスカラー（ベクトルではない）補正係数が存在し、この補正係数を使用してＹ方向の補正済みタッチ位置を得ることができる。

上式では、ＰｙはＹ方向の生の報告された位置であり、Ｐｃｙ（ｘ，ｙ）はＸ及び生のＹの関数としてのＹ方向の補正済み位置であり、

は、補正係数を求めるＸ方向の各位置に固有の補正係数である。係数

は任意の１つの象限（例えば、図７ａに示す象限）に関する解を求めるだけでよく、他の３つの象限に関する結果はその解をそのまま映したものになる。補正には、非直交成分が含まれず、かつ１つの係数

がＹ（ｘ）の全ての信号に適用されることにより、バブによる手法よりもほぼ２桁だけ計算が簡単になるので、非常に高速の補正を、遅くて安価な、例えば０．５０ＵＳドル以下のコストのマイクロ・コントローラを使用して行なうことができる。更に、歪み及び補正方法の簡略化は、変動する温度または電気条件の下でも素子を更に安定させ、そして更に素子を再現性良く製造することができることを意味する。バブによる手法とは異なり、素子の補正には曲線フィッティングを可能にするための複数回の試行を行わなくても済む。ストライプ対バスバーの抵抗比を再現することができる限り（絶対値が安定する必要はない）、係数

はユニット毎に同じになる。ユニット毎に抵抗比が異なる場合は、報告されたタッチ位置の誤差項に対する効果が非常に小さくなり、１つの軸に関する誤差によって他の軸に関する誤差が非常に小さくなるだけである。本発明の素子では通常、誤差項がＸ方向及びＹ方向に関して分離されるので、先行技術に比べて大きな効果が得られる。

本発明の簡便性を、バブによる手法が必要とする「８０個の係数」及び４次多項式と比較すべきであり、バブによる手法における係数は大規模な校正手順により求める必要がある。本発明は１ポイントの校正だけで済むか、あるいはほとんどの場合において、校正を全く必要としない。何故なら、素子歪みが簡単であり、予測可能であり、かつユニット毎に再現性が高いからである。

補正係数

は、簡単かつ高速の補正を行なうための補間を含むルックアップ・テーブルを使用して適用することができる。補正係数

は、以下の簡単な２次方程式を使用して数学的に計算することもできる。

上式からＹ補正の完全な式が以下のように導かれる。

（式５）Ｐｃｙ（Ｘ，Ｙ）＝Ｐｙ／（ｋ_１Ｘ^２＋ｋ_２Ｘ＋ｋ_３）
上式においては、ｋ１，ｋ２，及びｋ３はピン・クッション歪みの曲率に依存する係数であり、ＸはＸ軸に沿った位置であって、中心スクリーンからスタートして左方向または右方向のいずれかに移動する位置の絶対値である。この２次方程式はシミュレーション・モデルにより生成されたものであり、１％以内の精度を有する。この方程式は非常に大きな非線形性を取り扱うことができないが、このような大きな非線形性は必要に応じて補助的な方法を使用して補正することができる。これらの式はバスバーとストライプとの間の抵抗比だけでなく、素子の形状寸法比に依存する。これらの式は抵抗絶対値の影響は受けない。

上の解析を２ＤＣＴまたは２ＤＲＴに同様に適用する。２ＤＲＴは通常、２ＤＣＴとは、素子が複数の信号によってのみ駆動され、これらの信号が次に、５番目の電極接続を使用するカバー・シートによって消滅して解析が行われるという点で、「逆の」動作を行なう。正しく配置された素子上の電極群は普通、時間多重モードで駆動されて固有の信号をＸ方向及びＹ方向に交互に検出することができる。例えば、２つの左辺側の電極をまず接地し、そして２つの右辺側の電極を固定の同じ電位に駆動する。カバー・シートをサンプリングして生のＸ位置を取得する。下辺側の電極群を次に接地し、そして上辺側の電極群を固定の同じ電位に固定する。カバー・シートをサンプリングして生のＹ位置を取得する。プロセスを継続して繰り返し、サンプルは、カバー・シートが素子とガルバニック接触していることが検出される場合にのみ有効であると判断される。これは電位差測定を用いる検出方法であり、特許文献に詳しく記載されている。他の２ＤＲＴサンプリング方法を使用することができ、この章において記載した手順が好適な方法であると考える必要はなく、かつサンプリング方法が本発明の目的である訳でもない。

式５には、１象限における一連の解のみが必要であり、他の３象限に対しては、この結果を映すだけで済む。この結果は図７ａ及び７ｂに示されている。図７ａは右上象限における歪みを示し、このパターンを他の３つの象限に映して図７ｂのパターンを生成する。

影絵（ｈａｎｄｓｈａｄｏｗ）：ゾーンに区切る構成の２ＤＣＴ素子
２ＤＣＴ影絵現象については、筆者による本出願と同時係属中の特許文献３７（米国特許出願第２００３／０１３２９２２号）及び特許文献３８（米国特許第５，４５７，２８９号）に記載されている。６０×６０ｍｍのような「携帯電話サイズ」のスクリーンは通常、影絵の影響を大きく受けることがないので補正作用が保証される。

しかしながら、必要であれば、影絵の影響を小さくするための１つの方法が筆者による前述の特許文献３７（米国特許出願第２００３／０１３２９２２号）に記載されているので参照されたい。この文献を参照することによりこの文献の内容が本発明の開示に含まれる。

第２の方法では、基本的に本発明の素子を図９に示すように２回繰り返して使用する。しかしながら、図９から分かるように、本素子は、バスバーを効果的に共有して関連部品数を減らすことにより得られる。パターンが、図示の６個の節点（すなわち電極群）３０１，３０２，３０１ａ，３０２ａ，３０３，及び３０４上の駆動／検出回路により起動すると、素子は、素子における検出が２つの異なるゾーン、すなわち上側部分及び下側部分で行われるように効果的に分割される。これらのゾーン内部での検出は上述の如く行われる。影絵の容量はタッチ・ポイントの下方で主として生じるので、上側ゾーンのタッチによって影絵が主として下側ゾーンで生じ、この下側ゾーンでは、影絵を前記下側ゾーンからの信号を単純に無視することにより「処理して無くす」ことができる。複数のゾーン間での影絵電流（ｈａｎｄｓｈａｄｏｗ ｃｕｒｒｅｎｔ）間のクロス結合はほとんど生じない。

大スクリーンでは更に多くのこれらのゾーン、すなわち素子全体の縦方向サイズに適し、かつ問題の深刻度に応じた数のゾーンを利用する。
２ＤＲＴ用途
図１０は、複数のストライプの間にスリットを有する素子を示している。ストライプを分離するこのような方法は、２ＤＲＴを使用する場合に特に有用である。２ＤＲＴを使用する場合では、カバー・シートを反らせて素子に小さなポイントで接触させる。接触ポイントがこれらのストライプ３１０のギャップよりも小さい場合には、カバー・シートは電位を検出することができず、接触が失敗することになる。

図１１は、本発明による抵抗型スクリーンを示しており、このスクリーンでは、カバー・シートがタッチによって、またはスタイラスによって内側に反るときにカバー・シートによって図１０のスリットの空いたストライプからガルバニック電位がなくなる。図１１の素子は、２ＤＣＴに関して上述した通りであるが、動作モードは、他の特許及び公の文献において説明される種々の５ワイヤ・スクリーン・モードに従う。普通、カバー・シートは、この技術分野では公知のように、素子から小さな「マイクロバンプ」スペーサ（図示せず）によって離れるように保持される。

必要最低限の２ＤＣＴ
図１２は最小の２ＤＣＴの場合を示しており、この２ＤＣＴでは、２本のバスバー及び２本のストライプを設け、これらの全ては素子の周辺上に位置する。素子のサイズは検出対象のオブジェクトに比べて非常に大きい訳ではないので、中央部における信号レベルはオブジェクトから各導電部材までの距離に起因して、極めて小さくなることがない。本例は、ピン・クッション歪みが測定されることなく動作する。何故なら、ストライプとバスバーのインピーダンスはオブジェクトといずれかのストライプまたはバスバーとの間で形成される容量結合回路のインピーダンスよりも何桁も小さいからである。この最小の２ＤＣＴの場合では、ストライプ及びバスバーは同じ値、または大きく異なる値を有することができ、解像度または線形性に対して観察される影響を最小に抑える。図１２の素子がヒトの指によって使用される場合、素子は指の直径の４倍以下の幅または高さとすることが好ましく、これによって適切な信号強度が実現する。図１２の素子を使用して「ミニ・マウス・パッド」またはポインタ制御を構成して、例えば付属突起の移動性を最小に抑えた部材に使用することができ、指先または他の付属突起の非常に小さな運動によって電気製品又はＧＵＩを制御することができる。

ポイント−スクリーン２ＤＣＴ動作
２ＤＣＴ素子は「ポイント・モード」での使用に適し、このモードでは、ユーザは単にスクリーンを指で押すだけである。１つの素子のピン・クッション歪みを容易に補正することができ、かつ１つの素子を容易に使用することができるということは、電界が短い距離内に局在しないことを意味する。その結果、本発明は、メニューを用いるほとんどのグラフィカル・インターフェースにおいて高い精度を実現する「ポイント・スクリーン」デバイスとして使用することができる。

この動作モードは、病院のような衛生用途において非常に有用であるだけでなく、スクリーン汚れを防止する普通のコンシューマ用モードにおいても有用である。
２ＤＣＴ駆動回路
次に図１３を参照すると、この図には本発明の２ＤＣＴ用途の好適な（必須ではないが）駆動回路が示されている。この回路は、筆者による本願と同時係属中の特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）に示されるものと、４つの電極（または図９の場合の６つの電極など）全てに適用される点を除いて同じタイプである。位置Ａ，Ａ’，Ａ’’，Ａ’’’，Ｂ，Ｂ’，Ｂ’’，Ｂ’’’及びＣ，Ｃ’，Ｃ’’，Ｃ’’’のスイッチ１３０２，１３０３，１３０４の反復スイッチ動作を各電極において同時に行なって、サンプリング・キャパシタＣｓ１３０５とも呼ぶ４つのキャパシタを同時に使用して電荷を注入して、測定する。この動作はスイッチ・コントローラ１３０７によって行われる。信号出力は、各電極に関するスイッチング・サイクルの表形式の数字であり、この数字は電圧比較器１３０１によって決定される閾値電圧Ｖｔを上回る必要がある。各電極に関するサイクル数の集計は、１３０６の４つのカウンタが行なう。

この回路の動作は更に詳細に、筆者による特許文献２８（米国特許出願第６０／４２２８３７号）において説明され、この文献はここで参照することによりその内容が本発明の開示に含まれる。

本発明は別の構成として、筆者による特許文献３４（米国特許第６，４６６，０３６号）に記載されるスイッチング・シーケンス及びスイッチング構成のいずれかを用いることができ、この文献はここで参照することによりその内容が本発明の開示に含まれる。

信号処理回路を図１４に示すが、この回路では、４つの電極信号が処理回路に入力され、今度はこの回路が座標結果を計算する。論理ブロック、マイクロ・コントローラ、または他のハードウェアまたはソフトウェアを使用して、所望の出力を得るために必要な計算を行なう。図１４のブロックは普通、パーソナル・コンピュータ、プロセス・コントローラ、電気製品などのような別のシステムの一部であり、そして出力は大きなプロセスにおける単なる中間結果とすることができる。

図１５は本発明の好適な実施形態を示しており、この実施形態では、１つのマイクロ・コントローラ１５０１が図１３のスイッチング機能を実行し、更に図１４の信号処理も行なう。スイッチング機能は、従来のＩ／Ｏポートのソフトウェアで実行するか、あるいはオンチップ・ハードウェア容量変換周辺機器（ｏｎ−ｃｈｉｐ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）によって実行することができる。信号処理はソフトウェアで行なって所望の座標出力を得る。この出力は、大きなプロセスを制御するために使用する単なる中間結果とすることができ、かつ図示の出力はチップ内部の数字としてのみ存在する。

別の構成として、本発明は、文献に記載されている任意の容量または抵抗検出回路を使用することができる。勾配に対する素子の応答は普通、駆動回路のタイプに関係なく同じである。本発明は任意の収集方法を使用する訳ではない。

材料、作製
２ＤｘＴ素子は、タッチ・スクリーンの場合はディスプレイを覆うガラス・シートまたはプラスチック・シートの背面上に、あるいはマウス・パッドなどの場合は適切な誘電体基板の上にあって、適切な抵抗を有する透明導体により作製することが好ましい。

種々の他の特許に記載されているように、低抵抗のバスバー（両端の間が約２００オーム未満）が両方のエッジに必要になることにより、全ての態様の駆動、電力、安定性、及び再現性の問題が生じる。現在広く使用されている抵抗よりも遥かに大きい抵抗を有する材料を使用することが非常に望ましい。米国のＣＰＦｉｌｍｓ社が生産するようなほとんどのインジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ））層、または表面に特殊仕様でスパッタ堆積される場合のＩＴＯ層は約３００オーム／スクエア（Ω／□）の抵抗を有する。この抵抗を約５００〜２０００Ω／□の抵抗になるように大きくして、ストライプ及びバスバーの抵抗が両端の間で２５ＫΩ以上になるように作製されることが非常に望ましい。

低抵抗材料により作製されるバスバー及びストライプの抵抗を大きくする１つの方法では、蛇行経路またはジグザグ・パターンを使用して抵抗経路長を長くする。従来の低抵抗ＩＴＯまたは錫酸化物コーティングをエッチングするか、あるいはパターニングして所望のボイドを形成して（「スイスチーズ」アプローチ）抵抗を大きくする。ストライプ及びバスバーを適切に薄く作製して、抵抗が更に最適になるように十分に大きくすることができる。

しかしながら、理想の材料は約５００〜１０００Ω／□以上の固有抵抗を有するか、あるいは調整してそのような抵抗にすることができる。Ａｇｆａ社のＯｒｇａｃｏｎ（登録商標）導電ポリマーは、このような高い固有抵抗を有する１つの材料であり、更に透明でもあるので、ディスプレイを覆うタッチ・スクリーンに使用することができる。特に低いコストの材料はエレクトロニクス業界では良く知られているカーボン系インクであるが、不透明であるので、この材料はタブレットまたはマウス・パッド用途の方に適している。

上述したように、いかなる特定の素子抵抗値に関する要件もなく、かつ駆動回路は、難しさの程度が異なるほとんど全ての構成に適合させることができる。原理的には、唯一の要件は、素子が非ゼロの抵抗を有することである。しかしながら、バスバーの抵抗は、Ｙ軸方向のピン・クッション歪みを低減するために複数のストライプの合計の並列抵抗値と同程度になるか、あるいは小さくなるようにすることが好ましい。ストライプの数が多くなることによって通常、ストライプ当たりの抵抗が大きくなって同じ効果が得られことを意味し、ピン・クッション歪みはこれらのストライプの間の合計分岐抵抗に関連し、分岐抵抗はこれらのストライプの等価並列抵抗値である。これらのバスバーの中心に近く位置するストライプはピン・クッション歪みに対して不均等な影響を及ぼす。

素子をパターニングしてバスバー及びストライプを形成する操作は、適切なステンシル・マスクを使用する蒸着法を用いて不所望のコーティング領域が生じないようにするか、あるいはシルク・スクリーニング技術を用いて所望パターンを形成するか、あるいはパッド・プリンティングまたはレーザ・スクライブ、または化学エッチング、または化学反応、またはパターニング層の形成を可能にする他の任意のプロセスを用いることにより実行することができる。Ａｇｆａ社のＯｒｇａｃｏｎ（登録商標）導電ポリマーの場合、パターンは、次亜塩素酸ナトリウムを使用して強制的に領域を化学反応により、実際の材料を除去することなく非導電物とすることにより形成することができる。

素子の形成では、適切な材料をディスプレイの前面に配置されるガラス・シートの上に蒸着堆積させるような普通のタッチ・スクリーン製造方法またはタッチ・パッド製造方法が必要となる。

インモールド成形（ＩＭＤ：Ｉｎ−Ｍｏｌｄ Ｄｅｃｏｒａｔｉｎｇ）では、射出成形金型または金型鋳物の内部に配置されるグラフィック・シートまたはグラフィック層を、液体樹脂を流し込む前に使用する必要がある。一旦成形されると、層は結果として生じる樹脂片の一体化部分となる。２ＤＣＴの場合、本発明によるタイプの導電素子はディスプレイ・カバー用金型の内部に配置され、流し込みが行なわれると、導電層が溶けてカバーの一方の側に融着する。このようにして、複合曲線を有する構造を含む複雑なカバー構造を形成することができ、これらの構造は非常に低いコストの一体型２ＤＣＴを含む。

電極接続は、コーナーに接合するワイヤによってか、あるいは導電ゴム製ピラーによって、あるいは金属バネなどを使用して行なうことができる。導電ゴムは、駆動回路を含む下層のＰＣＢからの接続を非常に低いコストで行なうための選択法である。図１６はこのような構成方法を断面で示す。ディスプレイ１６０１はカバー・レンズ１６０２及び検出素子３００を通して眺めることができる。素子３００は少なくとも４つのコーナー電極を通して、更に複数の導電ゴム製ポストを経てＰＣＢ１６０４に接続され、これらの導電ゴム製ポストのうちの、２つのポスト１６０３ａ，１６０３ｂが図示されている。アセンブリ全体はネジ、クランプ、または他の固定方式（図示せず）によって圧縮されながら配置されるので、ゴム製ポストが圧縮されてＰＣＢ１６０４と素子３００とが強制的に接触するようになる。

素子は異方導電性を有する分子材料により作製することもできる。例えば、導電ポリマーは、他の方向よりも１つの方向において遥かに大きい導電率を有すると考えることができる。ナノ構造に基づくこのような材料は文献、例えばヘルシンキ工科大学から刊行された文献に記載されている。

２ＤｘＴストライプの重み付け
本発明の１つの実施形態では、複数のストライプの重み付けを行なってスクリーンの中心に近い複数のストライプを互いに更に離間させるか、あるいは複数のストライプに大きな抵抗を持たせるか、あるいは複数のストライプをこれらの両方の構成となるようにする。このようにすることによって、固有のピン・クッション歪みの大きさを低減することができる。しかしながら、試験を行ったところ、実際にこの構成を実施すると、これが、信号が素子の中心部で検出できない、かつ／あるいは結果として生じる抵抗が大きくなり、隣接トレースとの指による結合が弱くなることによって駆動問題が生じることも意味することが判明した。実際、このアプローチは有効であるようには思われないが、ここでは実施形態を網羅するためにのみ記載される。

２ＤＣＴによる収集操作
２ＤＣＴに関連する問題には、素子の動作周波数の周波数、または動作周波数の所定の高調波の周波数を有する外部静電気発生源または外部無線発信源による干渉が含まれる。これらの問題は、変調動作周波数を信号収集に使用してエイリアシング信号−雑音またはビート信号−雑音を低減するか、あるいは防止することにより緩和することができる。この操作では、周波数ホップ、チャープ波、または擬似ランダム周波数変調を使用することができる。これらの方法は「拡散スペクトラム」変調として知られる。

事後処理では、多数決フィルタリング、中央値フィルタリング、平均化処理などを使用して、周波数変調によって既に減衰している雑音の残留効果を低減することができる。
低周波干渉は局所電源電界などにより生じ得る。この形の干渉は、収集操作を干渉源、例えば５０または６０Ｈｚに同期させることにより低減することができ、これについてはＱｕａｎｔｕｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｇｒｏｕｐ社（英国）のＱＴ３１０デバイス（非特許文献２）のデータ・シートに記載されている。

２ＤＣＴ用駆動シールド
素子には、ＬＣＤディスプレイ、ＶＦＤスイッチ動作などによる干渉を低減する駆動シールド技術を適用することができる。このためには、導体板を素子と干渉源との間に位置させて素子の背後で使用する必要がある。駆動シールドはまた、素子の背後の運動による信号障害から素子を保護するように機能する。駆動背面シールドは２ＤＣＴの作製に広く使用される。

２ＤＣＴのウェイクアップ
多くの用途において、「ウェイクアップ」機能を有することが望ましく、これにより、デバイス全体が「スリープ状態」になるか、あるいは休止状態またはバックグランド状態になる。このような場合においては、人体パーツに非常に近い部分からのウェイク信号を所定の距離だけ離すことが望ましい場合が多い。

素子は、ユニットがバックグランド状態になっている間に、ポジション位置に関係なく１つの大容量電極として駆動することができる。この状態の間、電子ドライバ・ロジックは信号の非常に小さい変化を検出するが、この変化は、２Ｄ座標として処理することができるほどには十分ではないが、オブジェクトまたはヒトが近くに位置していることを判断するためには十分である。次に、電子機器がシステム全体をウェイクアップさせ、素子を駆動して素子が再度実際の２ＤＣＴとして機能するようにする。

タブレット、マウス・パッドの使用：注入モード
２ＤＣＴモードの本発明の素子はマウス・パッドとしてか、あるいはタブレットタイプの入力デバイスとして適する。これらの機能では、光学的に透明である必要はない。スタイラスを素子に使用して素子からの放射電界を検出するか、あるいは信号を素子に注入するか、あるいはヒトの指として機能させる。

注入モードでは、本発明の素子は単に逆に動作する。ワイヤでつないだペンからの信号が、接触ポイントを取り囲む領域の素子に容量的に注入される。次に、注入された信号に比例した信号が４つのコーナー電極に出力され、これらのコーナー電極から、信号を検出して、文献に既に記載されているほとんど任意のタイプの測定回路に送信し、次に処理して接触ポイントを示す結果を生成する。ピン・クッションの影響は注入モードでは、２ＤＲＴモードまたは２ＤＣＴモードで行われる態様とほぼ同じ態様で作用する。ベクトル勾配は同じである。

２ＤｘＴの未補正モード
多くの用途では結果を線形化する必要はない。これらの用途は基本的に、例えばメニュー・ボタンを検出する機能などを提供する低解像度のヒューマン・インターフェースを含む用途である。このような用途では、素子及び関連する信号収集回路は線形化ステップを必要とせず、かつ単に生の出力を生成する。更に別のシステム・ロジックによって２Ｄ座標境界がタッチ・ボタンとして解釈され、この場合の境界はソフトウェア開発時に定義される。

ストライプ対バスバーの抵抗比が十分に大きい場合、生の処理結果の精度はそのまま使用しても許容できるレベルである。例えば、結果として生じる素子の座標誤差は５％に過ぎないが再現性が良い場合、素子はディスプレイ上の未補正メニュー・ボタンを検出するために完全に適しており、この場合、ボタンは素子の高さの１０％未満も占めない。ボタンが、素子の水平中心線の近傍にほぼ位置するか、あるいは左辺または右辺に沿ってほぼ位置する場合、歪みは無視することができると考えられ、無視できる場合は、線形化補正は適用する必要がない。

要約
本発明はその基本換算要素としての素子であり、この素子の目的は異方導電性を利用する改良型２Ｄ検出デバイスと、任意選択の形で、生の計算座標結果の歪みを補正する方法と、を提供することにある。動作モード（限定されないが、ガルバニック・モードまたは容量モード）、素子の使用、及び素子がパッシブ・タッチのスタイラスまたはセンサからの信号の受信体として使用されるかどうかは、本発明にとって最も重要である訳ではない。重要なのは、素子の異方構造及び素子が生成する位置誤差の形態、及び誤差を補正するための本明細書に記載する任意の方法である。

本発明の実施形態の検出素子の重要な態様は、これらの素子がコアを有する単層として作製することができ、コアには第１の所定方向に大きなガルバニック電流が流れるが、コアは第１の方向に直交する第２の方向の導電性を小さくするように作用する、すなわちコアが異方導電性を有することに加えて、コアが抵抗境界によって区分されて素子全体が形成される。素子は更に、４つの電極をコーナーに有し、かつこれらの電極は電子回路が駆動する、かつ／あるいは検出してタッチ位置を示す結果出力を生成する。

この技術分野の当業者には明らかなように多くの変形を加えることができ、これらの変形には、本明細書において特に概要が示される検出方法または切り替え順序の種々の組み合わせが含まれる。本明細書に開示する方法は、ドリフト補正、校正、スイッチ閉じ時間を短くすることによる湿気の抑制などの方法を含む、筆者による先行特許のいずれかによって示唆される方法と組み合わせることができる。特に、容量検出方法を含む筆者自身の先行技術に開示される特徴を種々組み合わせることができることに留意されたく、これらの方法の全てが本明細書において参照することにより本発明の開示に含まれる。更に、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｇｒｏｕｐ社（英国）のデータ・シートに記載されている容量製品にも注目されたく、これらの製品の多くは本発明に密接に関係する特徴を有する。

本発明をペッパーが開示するように特異な形状に変形することも可能である。このような変形はオブジェクトの位置の検出に有用である、例えばシリンダー状、球形、または他の湾曲表面に沿った位置が重要となり得る産業設定において有用であることが分かる。

本発明の特定の実施形態について記載してきたが、多くの変形／追加、及び／又は代替を本発明の技術思想及び技術範囲から逸脱しない範囲において行い得ることが分かるであろう。

先行技術による４つのコーナー電極及び「ピックオフ」可撓性カバー・シートを有する抵抗膜により作製されるパターニングされていない単一素子型２次元変換器に見られる典型的なピン・クッション歪み効果を模式的に示す図 図１ａの素子を線形化するために必要な正規化ベクトルを模式的に示す図。 図１ａ及び１ｂに示す種類の歪みの影響を受けるスクリーンのピン・クッション効果を補正するように構成される既知の容量または抵抗タッチ・スクリーン・エッジ・パターンを示す図。 本発明の１つの実施形態による検出素子を形成するために使用される導電材料を表わす２次元パターンを模式的に示す図。 図３の検出素子を表わす電気回路を模式的に示す図。 図３の検出素子においてタッチ位置が識別される様子を模式的に示す図。 図５の検出素子のタッチ位置での縦断面を模式的に示す図。 図３及び５の検出素子の１象限における行毎の線形性プロットを模式的に示す図。 図３及び５の検出素子に関連する歪みを模式的に示す図。 図７ａ及び７ｂに示す歪みを線形化するために必要な正規化ベクトルを模式的に示す図。 本発明の別の実施形態による検出素子を形成するために使用される導電材料を表わす２次元パターンを模式的に示す図。 本発明の更に別の実施形態による検出素子を形成するために使用される導電材料を表わす２次元パターンを模式的に示す図。 抵抗タッチ・スクリーンの一部を形成する図１０の検出素子の縦断面を模式的に示す図。 本発明の更に別の実施形態による検出素子を形成するために使用される導電材料を表わす２次元パターンを模式的に示す図。 電荷転送方法に基づいて駆動チャネルに結合された図５の検出素子を模式的に示す図。 図１３の駆動チャネルから出力される信号を受信し、かつ推定タッチ位置を信号に基づいて計算するように構成されたプロセッサを模式的に示す図。 ４つのサンプリング・キャパシタに接続されているマイクロ・コントローラを模式的に示す図であって、マイクロ・コントローラ及びキャパシタは図１３及び１４の検出チャネル及びプロセッサを実現するように構成されている図。 タッチ検出スクリーンを形成するように液晶ディスプレイの上に配置される、本発明の１つの実施形態による静電容量位置センサを縦断面で模式的に示す図。

本発明によれば、タッチ・センス式位置センサ（ｔｏｕｃｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ）が提供され、この位置センサは、タッチ・センス式プラットフォームを画定する基板と、基板上に互いに離間して配置される第１及び第２抵抗バスバーと、これらのバスバーの間に配置され、非ゼロの抵抗を有する異方導電性領域と、を備え、異方導電性領域内に生じる電流はバスバーに向かって優先的に流れる。

異方導電性領域は、異方導電性を示し、かつ基板上に支持される分子基板膜を使用してか、あるいは第１抵抗バスバーと第２抵抗バスバーとの間に並列接続される複数の抵抗ストライプを使用してか、あるいは他の方法により形成することができる。

特定の実施形態では、第１抵抗バスバーは第１電極と第２電極との間に延び、かつ第２抵抗バスバーは第３電極と第４電極との間に延び、位置センサは更に、第１、第２、第３、及び第４駆動チャネルを、第１、第２、第３、及び第４電極のうちのそれぞれ対応する電極に関連する形で備え、各駆動チャネルはチャネルの電極とオブジェクトの位置との間の抵抗に依存する出力信号を生成するように動作する。これらの出力を処理するためにプロセッサを設けることができ、プロセッサは、これらの駆動チャネルからの出力信号を比較することにより、オブジェクトの位置に関する推定値を生成するように動作する。プロセッサは、これらのバスバーの間に延びる第１方向におけるオブジェクトの位置を、第１及び第２電極に関連する信号の合計、並びに第３及び第４電極に関連する信号の合計についての比例式による解析に基づいて推定するように構成することができる。プロセッサはまた、これらのバスバーに沿って延びる第２方向におけるオブジェクトの位置を、第１及び第３電極に関連する信号の合計、並びに第２及び第４電極に関連する信号の合計についての比例式による解析に基づいて推定するように構成することができる。またプロセッサは、更に、補正を推定位置に検出素子に関連する所定の歪みに基づいて適用するように動作することが好ましい。通常、所定の歪みは１次元的なピン・クッション歪みである。

Claims (19)

1. タッチ・センス式位置センサであって、
   タッチ・センス式プラットフォームを画定する基板と、
   前記基板上に互いに離間して配置される第１及び第２抵抗バスバーと、
   これらのバスバーの間に配置される異方導電性領域と、
   を備え、前記異方導電性領域内に生じる電流はバスバーに向かって優先的に流れる、タッチ・センス式位置センサ。
2. 請求項１に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、これらのバスバーはそれぞれ、１ｋΩ〜５０ｋΩの間の抵抗を有する、タッチ・センス式位置センサ。
3. 請求項１又は２に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、これらのバスバーはほぼ同じ抵抗を有する、タッチ・センス式位置センサ。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記異方導電性領域は、１ｋΩ〜５０ｋΩの間の抵抗を有するこれらのバスバーの間の抵抗領域となる、タッチ・センス式位置センサ。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、これらのバスバーの各々の抵抗は、前記異方導電性領域がこれらのバスバーの間に形成する抵抗よりも小さい、タッチ・センス式位置センサ。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記異方導電性領域は、異方導電性を有し、かつ基板上に支持される分子基板膜を含む、タッチ・センス式位置センサ。
7. 請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記異方導電性領域は、これらのバスバーの間に並列接続される複数の抵抗ストライプを含む、タッチ・センス式位置センサ。
8. 請求項７に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記複数の抵抗ストライプは抵抗配線の各区分により形成されている、タッチ・センス式位置センサ。
9. 請求項７に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記複数の抵抗ストライプは、基板上に堆積する抵抗材料により形成されている、タッチ・センス式位置センサ。
10. 請求項７、８又は９に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記複数の抵抗ストライプは、前記複数の抵抗ストライプのうちの隣接する抵抗ストライプの間に形成されているギャップよりも広い幅を有する、タッチ・センス式位置センサ。
11. 請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載のタッチ・センス式位置センサであって、更に、前記異方導電性領域から離間する導電被覆領域を備え、前記導電被覆領域及び前記異方導電性領域が外部印加圧力によって互いに接触するようになる、タッチ・センス式位置センサ。
12. 請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記第１抵抗バスバーは第１電極と第２電極との間に延び、かつ前記第１抵抗バスバーは第３電極と第４電極との間に延び、位置センサは、更に、第１、第２、第３、及び第４駆動チャネルを、前記第１、第２、第３、及び第４電極のうちのそれぞれ対応する電極に関連する形で備え、各駆動チャネルはチャネルの電極とオブジェクトの位置との間の抵抗に依存する出力信号を生成するように動作する、タッチ・センス式位置センサ。
13. 請求項１２に記載のタッチ・センス式位置センサであって、更に、前記複数の駆動チャネルからの前記出力信号を比較することにより、オブジェクトの位置に関する推定値を生成するように動作するプロセッサを備える、タッチ・センス式位置センサ。
14. 請求項１３に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記プロセッサは、これらのバスバーの間に延びる第１方向におけるオブジェクトの位置を、前記第１及び第２電極に関連する信号の合計、並びに前記第３及び第４電極に関連する信号の合計についての比例式による解析に基づいて推定するように構成されている、タッチ・センス式位置センサ。
15. 請求項１３又は１４に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記プロセッサは、これらのバスバーに沿って延びる第２方向におけるオブジェクトの位置を、前記第１及び第３電極に関連する信号の合計、並びに前記第２及び第４電極に関連する信号の合計についての比例式による解析に基づいて推定するように構成されている、タッチ・センス式位置センサ。
16. 請求項１３，１４，又は１５に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記プロセッサは、更に、補正を推定位置に前記プラットフォームに関連する所定の歪みに基づいて適用するように動作する、タッチ・センス式位置センサ。
17. 請求項１６に記載のタッチ・センス式位置センサにおいて、前記所定の歪みは１次元的なピン・クッション歪みである、タッチ・センス式位置センサ。
18. 請求項１〜１７のうちのいずれか一項に記載のタッチ・センス式位置センサを組み込んだ制御パネル。
19. 請求項１８に記載の制御パネルを有する装置。

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