JP2008535092A - センサの動きのエラー訂正付きタッチ位置決定 - Google Patents

Abstract

タッチパネル（２７０）の動きにより生じるエラーを訂正することによって、タッチ位置決定が強化される。タッチセンシティブデバイスが、タッチ表面（２７２）上の容量結合されたタッチの位置を表す信号を発生するように構成された静電容量式タッチセンサを含む。エラー訂正センサ（２７３）が、静電容量式タッチセンサの動きに関連する信号を発生する。タッチ位置信号およびエラー信号を用いて、タッチ位置が決定される。

Description

本発明は、タッチセンシティブデバイスに関し、特に、静電容量式タッチセンシティブパネルにおいて強化したタッチ位置決定を使用する方法およびシステムに関する。

タッチセンシティブデバイスは、コンピュータや他のデータ処理デバイスとのインタフェースを単純かつ直感的なものにする。データ入力にキーボードを使用するのではなく、ユーザは、アイコンに触れたり、タッチセンシティブパネル上に書いたり描いたりすることで、情報を伝送しうる。タッチパネルは、種々の情報処理用途において使用される。多くの場合、双方向のビジュアルディスプレイには、何らかの形態のタッチセンシティブパネルがある。携帯電話、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、およびハンドヘルドまたはラップトップコンピュータなどの次世代の携帯型マルティメディアデバイスの出現により、タッチセンシティブパネルとビジュアルディスプレイとの一体化は、一般的なものになりつつある。

さまざまなタッチパネルは、タッチセンシティブ表面上のタッチ位置を決定するために、静電容量式センシング技術を使用する。静電容量式システムは、タッチ表面上やその付近に触れることで生じる容量結合に基づいて、タッチ位置を決定する。静電容量式タッチパネルの１つのタイプは、典型的に、基板上に堆積された抵抗層を含む。抵抗層は、タッチパネルのタッチ表面を形成する。数カ所、例えば、タッチパネルの各コーナーにある抵抗層に電気信号が印加され、タッチ表面全体に均一な場を作り出す。ユーザの指がタッチ表面に近づいたり、接触したりすると、信号がユーザの指を通ってタッチ表面に容量結合される。この構成において、抵抗層は、コンデンサの一方のプレートを形成し、もう一方のコンデンサプレートは、ユーザの指によって形成されている。容量結合は、各コーナーから流れる信号電流を変更する。コントローラ回路が、静電容量の変化によって生じる各コーナーでの電流の変化を測定する。コントローラ回路は、コーナー電流の相対的な大きさに基づいて、タッチ位置を決定する。

別のタイプの静電容量式タッチパネルにおいて、導電性の金属またはセラミック電極のマトリックスまたはグリッドが、誘電体層のいずれかの側に配置される。ＡＣ信号が、各電極に印加され、各印加信号の少なくとも１つの信号パラメータ、例えば、電圧および／または電流が測定される。タッチパネル上またはその付近にあるユーザの指が、パネルにある電極と容量結合し、１つ以上の電極の信号パラメータが変化する。電極の信号が測定され、各電極の信号パラメータの変化が決定される。タッチ位置を決定するために、電極間の信号パラメータの相対変化が分析される。電極間のタッチ位置を決定するために、補間法が用いられてもよい。

本発明は、タッチパネルの動きによるエラーを訂正することによって、タッチ位置決定を高める方法およびシステムに関する。

本発明の１つの実施形態は、タッチセンシティブデバイスに関する。タッチセンシティブデバイスは、タッチ表面上で容量結合されたタッチの位置を表す信号を発生するように構成された静電容量式タッチセンサを含む。エラー訂正センサが、タッチ位置信号のエラーに関連する信号を発生する。エラーは、静電容量式タッチセンサの動きに関連づけられる。タッチセンシティブデバイスは、タッチ位置信号およびエラー信号に基づいてタッチ位置を決定するように構成されたプロセッサを含む。

さまざまな例において、エラー訂正センサは、静電容量式センサ、力センサ、曲げモードセンサ、またはタッチパネルの動きによって生じるエラーを検出するように構成された他のタイプのセンサを含んでもよい。

タッチ位置決定に使用する静電容量式タッチセンサは、基板の片側上に配置された電極層を含んでもよい。エラー訂正センサは、基板の反対側に配置された１つ以上の電極を含んでもよい。１つの構成において、エラー訂正センサは、基板の周囲部分上に配置された連続的な電極を含んでもよい。別の構成において、エラー訂正センサは、基板の周囲部分上に配置された複数の不連続的な電極を含んでもよい。

エラー訂正センサの電極は、電極磁気妨害（ＥＭＩ：ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）から電極層の部分を遮蔽するために使用されてもよい。さらに、または他の形態として、エラー訂正センサの電極は、タッチセンシティブデバイスの電極層と導電構造との間の容量結合を低減するように構成されてもよい。エラー訂正および／またはシールド機能を与える他、エラー訂正センサは、タッチ表面上のタッチ力を測定するようにさらに構成されてもよい。

本発明の別の実施形態によれば、タッチ表面上のタッチ位置を決定するための方法がある。タッチ表面上の容量結合されたタッチからのタッチ信号が発生される。タッチ表面の動きに関連付けられたエラー信号が発生される。タッチ位置は、タッチ信号およびエラー信号に基づいて決定される。

１つの例において、エラー信号は、タッチ信号を発生するために使用されるタッチセンサの動きに応答した静電容量の変化を測定することによって発生される。他の例では、タッチ表面の変位または低周波数発振を測定することを伴う。タッチ位置は、エラー信号に基づいてタッチ信号を調節することで決定されてもよい。

本発明のさまざまな態様によれば、エラー信号は、タッチ表面の較正および／またはタッチ力の決定に使用されてもよい。

上記発明の開示は、本発明の各実施形態またはすべての例を記載することを意図したものではない。添付の図面とともに以下の詳細な記載および特許請求の範囲を参照することにより、本発明に対する理解がさらに深まることで、利点および効果が明らかになり認識されるだろう。

本発明は、さまざまな変更例および他の形態に適用可能であるが、図面において本発明の詳細を例示的に示し、以下、詳細に記載する。しかしながら、本発明を記載する特定の実施形態に限定することが意図されていないことを理解されたい。実際には、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内にあるすべての変更例、等価物、および変形例に範囲が及ぶように意図されている。

例示的な実施形態の以下の記載において、本発明の一部をなす添付の図面が参照され、図面には、例示的に、本発明が実施されてもよいさまざまな実施形態が示されている。これらの実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく利用されてもよく、構造的に変化させてもよいことを理解されたい。

静電容量式タッチパネル上にタッチ圧力がかかると、ディスプレイおよび／またはシャーシなどの隣接する導電体を含む環境に対して静電容量式センサが動くことがある。タッチパネルが動くと、容量電流が変化することで、有効なタッチの測定位置にエラーを生じてしまうことがある。この現象は、タッチパネルが大型の場合、例えば、約２０インチ対角を超える場合に特に顕著であり、その理由として、大型パネルは、小型のものより寄生容量および曲げが大きいことが挙げられる。大きい寄生容量と大きい曲げが組み合わさると、大型タッチパネルの場合、タッチ圧力での寄生容量の変化が大きくなる。接地型または駆動型のリアシールドが、タッチパネルの動きに関連する寄生容量および静電容量の変化を低減するのに役立つ。

多くの静電容量式タッチスクリーンでは、いくつかの有益な効果を与える透明リアシールドを使用する。接地型または駆動型のリアシールドは、タッチスクリーンがタッチ圧力下で動くとき、隣接するディスプレイまたはシャーシとの寄生容量結合の変化を阻止する。駆動型のシールドでは、タッチ表面と隣接するディスプレイまたはシャーシとの容量結合が最小限に抑えられる。さらに、リアシールドは、ディスプレイデバイスから出るＥＭＩなど、タッチパネル後方からのＥＭＩを阻止する。

リアシールドには利益もあるが、シールド層を追加すると、タッチパネルのコストが増大し、透明なタッチパネルを通る光透過性も低減してしまう。本発明の実施形態では、リアシールドがない静電容量式タッチパネルを伴う。本発明の静電容量式タッチシステムにより、リアシールドに関連する費用や光透過性の損失の課題を残さずに、上記に挙げたリアシールドの利益のいくつかが得られる。

本発明の実施形態は、リアシールドを使用しないタッチパネルシステムにおいて、エラー訂正およびＥＭＩシールドを行う方法およびシステムに関する。タッチパネルの動きによる寄生容量の変化によって生じるタッチ位置決定のエラーを訂正するために、１つ以上の追加のセンサが採用される。図１Ａは、本発明の実施形態によるタッチセンシング方法を示すフローチャートである。この方法によれば、タッチパネル上の容量結合されたタッチを表すタッチ信号を発生する１０１。タッチ信号のエラーに関連するエラー信号を発生する１０３。エラー信号は、タッチ圧力による静電容量式タッチパネルの動きに関係する。タッチパネルの動きは、例えば、タッチパネルの変位、タッチパネルの曲げ、屈曲および／ねじれ、および／または、１つ以上の隣接する構造体に対するタッチパネルの物理的配向の任意の他の変化を含んでもよい。タッチ位置は、タッチ信号およびエラー信号に基づいて決定される１０５。

１つの例において、エラー信号は、タッチパネルの動きによって生じる変化する静電容量による電流の変化に基づいて発生されてもよい。本願明細書に記載するように、このようなエラー信号は、静電容量式タッチパネル上に配置された背面電極を使用して発生されてもよい。他の構成において、エラー信号は、力センサ、加速度計、曲げモードセンサ、またはタッチパネルの動きを表すパラメータを検知するように構成された任意の他のタイプのセンサによって発生されてもよい。いくつかの実施形態において、エラー信号は、タッチパネル表面上のタッチ力を測定するために使用されてもよい。

図１Ｂは、本発明の実施形態によるタッチ位置決定を高める方法を示すフローチャートである。タッチ信号は、タッチパネルの１つ以上の電極、例えば、矩形のタッチパネルの各コーナーに位置付けられた電極で測定される１１１。タッチ圧力によりタッチパネルが動くと、タッチ信号測定エラーが生じることがある。いくつかの例において、タッチパネルの動きは、タッチ信号とは別に測定されてもよく１１２、既知の動き量は、タッチ信号測定エラーを推定するために使用されうる。次いで、推定エラーは、エラーを除去するためにタッチ信号を修正し１１５、または、センサ動きエラーが大きすぎる場合１１３、測定を回避する１１４ために使用されうる。他の例において、エラーセンサによって発生する信号は、動き量を測定することなく、タッチパネルの動きによって生じるエラーを訂正するために使用されてもよい。任意に、エラー信号はまた、タッチパネル上のＺ軸のタッチ力を決定する１１９ために使用されてもよい。

図２に、本発明の１つの実施形態による、コントローラ２７５に電気的に結合された静電容量式タッチパネル２７０を含むタッチスクリーンシステムを示す。図２に示す静電容量式タッチパネル２７０は、本発明の実施形態による、エラー訂正付きのタッチ位置検出に関連して使用されてもよい。タッチパネル２７０は、ガラスなどの基板を含み、基板には、導電性コーティングがそれぞれに設けられた上面および背面２７２、２７１がある。上面２７２は、タッチを検知する最初の表面である。上面２７２は、公称上、約１Ｖ〜約５Ｖの範囲にあるＡＣ電圧で駆動される。

タッチパネル２７０は、ワイヤ２７４ａ、２７６ａ、２７８ａ、２８０ａがそれぞれ取付けられる４つのコーナー端子２７４、２７６、２７８、２８０を含むように図示されている。ワイヤ２７４ａ、２７６ａ、２７８ａ、２８０ａの各々は、コントローラ２７５に結合される。ワイヤ２７４ａ、２７６ａ、２７８ａ、２８０ａは、コーナー端子２７４、２７６、２７８、２８０のそれぞれを、コントローラ２７５に設けられた駆動／検知回路２７４ｂ、２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂのそれぞれに接続する。

タッチスクリーンシステムはまた、少なくとも１つのエラーセンサ２７３に結合された少なくとも１つのワイヤ２７３ａを含む。１つの実施形態において、エラーセンサ２７３は、静電容量式センサを含み、静電容量式センサは、タッチ圧力によるタッチ表面の動きによって生じる静電容量の変化に基づいて信号を発生する。エラーセンサ２７３は、コントローラ２７５にあるエラーセンサ駆動／検知回路２７３ｂにワイヤ２７３ａによって結合される。

コントローラ２７５は、上面２７２で所望の電圧を維持するために、駆動／検知回路２７４ｂ、２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂを介してコーナー端子２７４、２７６、２７８、２８０の各々の電圧を制御する。上面２７２に加えられた指またはペンによるタッチ力が、上面２７２に加えられる小さな有効コンデンサとして検出される。タッチにより、コーナー駆動／検知回路２７４ｂ、２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂを経由して、コントローラ２７５による電流フロー測定に変化が生じる。コントローラ２７５は、静電容量の変化によって生じる各コーナー端子２７４、２７６、２７８、２８０での電流の変化を測定し、典型的に、以下の式１および式２を用いて、コーナー電流の相対的な大きさに基づいてタッチ位置を決定する。
ＸＴ＝（ＵＲ＋ＬＲ−ＵＬ−ＬＬ）／（ＵＲ＋ＬＲ＋ＵＬ＋ＬＬ） 式１
ＹＴ＝（ＵＲ＋ＵＬ−ＬＲ−ＬＬ）／（ＵＲ＋ＬＲ＋ＵＬ＋ＬＬ） 式２
式中、ＵＬ、ＬＬ、ＬＲ、ＵＲは、左上、左下、右下、右上のコーナー端子２７４、２７６、２７８、２８０のそれぞれで測定された電流である。

エラーセンサ２７３は、タッチ圧力によって生じる周囲の導電構造体に対するタッチセンサ２７０の動きに基づいてエラー信号を発生する。コントローラ２７５は、コーナー駆動／検知回路２７４ｂ、２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂを介したコントローラ２７５による電流フロー測定の変化と、エラー駆動／検知回路２７３ｂを経由したコントローラによるエラー信号測定の変化とに基づいてタッチ位置を決定する。

図３および図４は、本発明の実施形態によるエラー訂正用に使用する背面電極を有する静電容量式タッチパネルを示す。図３および図４は、透明なリアシールド層を含まない静電容量式タッチパネル３３０、４５０の例である。タッチパネルは、例えば、図３に示すように、単一の背面電極３４２を含むものであってもよく、図４に示すように、複数の背面電極４５１、４５２、４５３、４５４を含むものであってもよい。背面電極３４２、４５１、４５２、４５３、４５４は、さまざまな目的に応える。例えば、低インピーダンスに接続されれば、背面電極３４２、４５１、４５２、４５３、４５４は、ＥＭＩからタッチパネル３３０、４５０の一部分を遮蔽する。

タッチパネル３３０、４５０の上部抵抗層３４４、４４４と同じＡＣ信号で駆動されれば、背面電極３４２、４５１、４５２、４５３、４５４は、典型的に、ディスプレイおよび／またはシャーシを含む、タッチパネル３３０、４５０の後方にある導電要素との容量結合を低減させる。背面電極３４２、４５１、４５２、４５３、４５４が、タッチパネル３３０、４５０の上部抵抗層３４４、４４４と同等か、またはそれよりも大きな同相ＡＣ信号で駆動されれば、タッチパネル３３０、４５０を通る正味寄生容量電流をオフセットしたり、ゼロレベル近くにしたりすることができる。これが最も有用なのは、測定感度を低下させ、および／またはタッチパネル３３０、４５０のコーナーに取付けられた増幅器の駆動能力を超える可能性のある高レベルの寄生容量を有する大型タッチパネルである。ＡＣ信号で駆動されれば、タッチパネル３３０、４５０の背面電極３４２、４５１、４５２、４５３、４５４と、シャーシやディスプレイなどのタッチパネル３３０、４５０の後方にある導電要素との間での動きを測定するために、背面電極３４２、４５１、４５２、４５３、４５４との間での電流の流れが使用されうる。さらに、タッチパネル３３０、４５０に加えられる力を測定するために、背面電極３４２、４５１、４５２、４５３、４５４の動きが使用されてもよい。

図３に、本発明の１つの実施形態による静電容量式タッチパネルを示す。この構成によれば、タッチパネル３３０は、タッチパネル３３０の上面３４０に設けられた上部抵抗層３４４に接続された線形化電極パターン３３２を含む。線形化電極パターン３３２は、４つのコーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７が、ワイヤ３３４ａ、３３５ａ、３３６ａ、３３７ａを介してコントローラ（図示せず）にそれぞれ接続されたほぼ矩形状の形状を有するように構成される。通常の動作では、コントローラの駆動回路のそれぞれを介して、コーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７に駆動信号が印加され、コントローラは、コントローラにある検知回路のそれぞれを介してコーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７を流れる電流を測定する。コーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７を流れる電流は、タッチパネル３４４の表面がタッチされると変更される。

コーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７は、典型的に、ＡＣ電圧で駆動され、線形化電極３３２は、上部導電層３４４全体に均等に電圧を分布させる。タッチパネル３３０は、単一の背面電極３４２を含み、この背面電極３４２は、この例において、タッチパネル３３０の背面３４１の周囲部分３４３上に配置された導電材料帯として構成される。この構成において、背面電極３４２は、線形化電極パターン３３２の下方の部分シールドとして使用することができ、タッチスクリーンセンサ３３０の高感度エリアである。背面電極３４２は、電圧駆動コーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７と同等で同相のＡＣ電圧で、ワイヤ３４８を介して駆動されてもよい。このように、背面電極３４２は、ノイズに対するシールドを与えるとともに、上部抵抗層３４４から背面電極３４２へ流れる容量電流が無視できるほどであるため、寄生容量効果を最小限に抑える。

さらに、背面電極３４２は、隣接する導電構造体に対するタッチパネル３３０の動きを測定するために使用されてもよい。タッチパネル３３０が、触れられると撓めば、背面電極３４２とディスプレイ表面、シャーシ、または他の支持構造体との間の静電容量が変化する。背面電極３４２の信号の変化は、タッチ力で生じるタッチパネルの動き量に関係する。背面電極３４２のエラー信号は、コーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７で発生したタッチ信号のエラーを訂正するために使用されてもよい。背面電極での信号の変化はまた、タッチ力を測定するために使用されてもよい。タッチ力測定は、タッチパネル３３０、４５０のサイズ、および取付け方法に依存する。

図３を参照すると、電極３４２の電流変化は、電極３４２と、ディスプレイ（図示せず）など、タッチパネル３３０の後方にある導電表面との間の静電容量の変化に比例する。静電容量の変化は、ディスプレイに対するタッチパネル３３０の相対的な動きに比例する。さらに、タッチパネル３３０が、導電表面に近接して移動可能に取付けられるとすると、タッチパネル３３０の相対的な動きは、タッチパネル３３０にかかる力に比例する。

背面電極３４２の信号でコーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７での測定を修正することによって、測定されたタッチ位置エラーが低減されてもよい。例えば、１つの例において、背面電極３４２での変化は、コーナー端子３３４、３３５、３３６、３３７での信号から等しく差し引かれてもよい。別の例において、タッチ測定は、大きなタッチ圧力によって生じる信号のエラーを回避するために、背面電極３４２の電流が著しく変化している間は中断されてもよい。

図４は、本発明のタッチ位置プロセスを実行するのに非常に適したタッチパネルの別の実施形態を示す。図４は、リアシールドを含まない静電容量式タッチパネル４５０を示す。この実施形態によれば、タッチパネル４５０は、タッチパネル４５０の上面４４０に配置された上部導電層４４４に接続された線形化電極パターン４３２を含む。線形化電極４３２は、ワイヤ４３４ａ、４３５ａ、４３６ａ、４３７ａを介してコントローラ（図示せず）にそれぞれ接続された４つのコーナー端子４３４、４３５、４３６、４３７を含む。

図４の実施形態における背面電極の配置は、タッチパネル４５０の背面４４１上に位置する多数の不連続な背面電極４５１、４５２、４５３、４５４を含む。図４に示す特定の構成において、４つの背面電極４５１、４５２、４５３、４５４は、背面４４１の周囲部４４３付近に位置付けられ、背面電極の各々は、タッチパネル４５０の背面４４１のエッジ領域の１つに沿った位置にある。背面電極４５１、４５２、４５３、４５４の数と位置は、特定のデザインに応じて変更しうることを理解されたい。

複数の背面電極が採用された構成において、図４に示す実施形態のように、コントローラ（図示せず）は、コーナー端子４３４、４３５、４３６、４３７に印加されたものと同等のＡＣ電圧で、背面電極４５１、４５２、４５３、４５４を駆動してもよい。このように制御される場合、複数の背面電極４５１、４５２、４５３、４５４は、図３に示す実施形態の単一の背面電極３４２と同じ機能を効果的に実行する。

複数の背面電極４５１、４５２、４５３、４５４は、ワイヤ４５１ａ、４５２ａ、４５３ａ、４５４ａを介してコントローラに結合される。タッチパネル４５０にシールドを与える他、背面電極４５１、４５２、４５３、４５４は、隣接する導電構造体に対するタッチパネル４５０の動きを検出および測定するために使用されてもよい。タッチパネル４５０が、触れられたときに撓んだり動いたりすれば、背面電極４５１、４５２、４５３、４５４と、ディスプレイ表面、シャーシ、または他の支持構造との間の静電容量が変化する。背面電極４５１、４５２、４５３、４５４での信号の変化は、タッチパネル４５０の支持構造に対する動き量に関係する。背面電極４５１、４５２、４５３、４５４の信号は、印加力の位置を計算するために使用されてもよく、コーナー端子４３４、４３５、４３６、４３７で発生したタッチ信号のエラーを訂正するために使用されてもよい。式３および式４は、パネル４５０の変位を発生する印加力の位置ＸＤ、ＹＤを計算するために使用されてもよく、式中、ΔＴ、ΔＢ、ΔＬ、およびΔＲは、タッチパネル４５０のそれぞれの上縁部、底縁部、左縁部、右縁部にある背面電極にある信号の変化である。式５は、パネル４５０に印加される全力の変化を計算するために使用されてもよい。
ＸＤ＝（ΔＲ−ΔＬ）／（ΔＲ＋ΔＬ） 式３
ＹＤ＝（ΔＴ−ΔＢ）／（ΔＴ＋ΔＢ） 式４
Ｚ＝ΔＴ＋ΔＢ＋ΔＬ＋ΔＲ 式５

１つの実施形態において、タッチ位置は、変位Ｚがしきい値量より小さい間に測定されてもよく、タッチ力Ｚが所定のしきい値を超えると、測定されたタッチ位置のその後の変化は無視してもよい。

別の実施形態において、Ｚの比例増加に伴うＸＴ、ＹＴの変化は、パネル４５０の曲げが原因のＸＴ、ＹＴのエラーとして見なされてもよい。これに応じて、ＸＴ 、ＹＴの変化は報告されなくてもよいし、または、Ｚ、ＸＤ、ＹＤと、ＸＴ、ＹＴの変化との間の関係が、予め測定され格納されていれば、Ｚ、ＸＤ、ＹＤの変化は、ＸＴ、ＹＴエラー訂正値に変換されてもよく、次いで、これらの値を用いて、ＸＴ、ＹＴを修正してエラーを低減する。他の形態において、Ｚ、ＸＤ、ＹＤと、ＸＴ、ＹＴのエラーとの間の関係は、パネル４５０のパラメータに基づいて計算されてもよい。パラメータは、パネル４５０のサイズおよび剛性、電極４５１、４５２、４５３、４５４の幅、センサと接地支持部材との近接性、およびパネル４５０をその支持部材に取付ける取付けシステムの剛性とを含む。

別の実施形態において、（式１および式２を用いて）コーナー４３４、４３５、４３６、４３７での測定から計算されたタッチ位置座標ＸＴ、ＹＴは、式３および式４を用いて計算された第２の変位ベース座標セットＸＤ、ＹＤによって修正されてもよい。例えば、Ｚ＞しきい値とすると、ＸＴおよびＹＴの測定変化は、同等かつ同時の変化ＸＤおよびＹＤが測定される場合のみ報告される。ＸＤ、ＹＤに対応する変化がない場合のＸＴ、ＹＴの変化は、パネル４５０の曲げが原因のエラーを表す。

いくつかの実施形態において、エラーの大きさに動き量を相関しやすくるために、較正手法が用いられてもよい。例えば、較正手法は、タッチパネルの曲げおよび変位を変動するために、さまざまな量の力を用いて１つ以上の較正点でタッチ位置を計算することを伴うものであってもよい。１つの例示的な較正手法は、以下のプロセスを伴うものであってもよい。
１．既知の座標を有するパネル上のある点でＺ〜０で、非常に軽く触れる。
２．コーナー電流を測定し、タッチ位置ＸＴ、ＹＴ、およびＸＤ、ＹＤ、Ｚを計算する。
３．タッチ点での力を次第に増大させ、タッチパネルの変位および曲げを増大し、テスト下での点でのＸＴ、ＹＴ対ＸＤ、ＹＤ、Ｚの傾向を決定する。
４．エラー（ΔＸＴおよびΔＹＴ）対ＸＤ、ＹＤ、Ｚを格納する。
５．引き続き、通常の動作中、著しいＸＤ、ＹＤ、Ｚの変化により生じる既知の（ΔＸＴおよびΔＹＴ）エラーを差し引く。

較正手法は、タッチパネル上の任意の数の較正点で実行されてもよい。通常の動作中、較正点間にあるタッチ位置のエラーが補間されてもよい。タッチパネルの動きまたは撓みの量は、タッチパネルのサイズおよび材料に応じたものであってもよい。設置前に、すべての同様のタッチパネルに対して、一般的な較正プロセスが実行されてもよい。タッチパネルの設置後に追加の較正（または初期較正）を実行することが有益なこともある。設置後にタッチパネルを較正する理由には、特殊な構成、環境要因、タッチパネル設置の一体化プロセス、および／またはタッチ位置の精度に影響を及ぼしうる他の設置関連の要因がありうる。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施形態による、静電容量式タッチパネル５５０、柔軟な発泡スペーサ５７４、およびディスプレイ５７２を採用したタッチシステム５７０の断面を示す図である。静電容量式タッチパネル５５０は、容量基板５６５および導電層５３２を含む。ディスプレイ５７２の導電性の上面５７５は、低インピーダンスでアース接続される。電極５５１、５５３、および５５２は、ディスプレイ５７２の上面５７５から等距離にある。

図５Ｂは、タッチシステム５７０の右側に柔軟な発泡体５７４を圧縮させるのに十分なタッチ力５６０が加えられた後の同じシステム５７０を示す。タッチ力と、それに伴う発泡体５７４の圧縮により、電極５５１は、電極５５３よりも導電表面５７５の近くに移動する。電極５５１および５５３のＡＣ信号が等しいとすると、図５Ａにおいて、電極５５１および５５３に流れる電流は等しい。しかしながら、図５Ｂのようなシステム５７０の場合、電極５５１の電流は、加えられる力５６０から生じる電極５５１および５５３の相対変位に比例した量だけ、電極５５３の電流より大きい。柔軟な発泡体５７４の変位／力の性質およびパネル５５０の曲げ性質が既知であるとすると、変位から力が計算されてもよい。このようにして、タッチ力の量および概算位置が測定されてもよい。

タッチパネル５５０とディスプレイ５７２との間の静電容量は、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４によって表される。コンデンサＣ１、Ｃ２、およびＣ３は、電極５５１、５５２、５５３とディスプレイ表面５７５との間の静電容量を表す。静電容量Ｃ４は、ディスプレイ表面５７５と、導電表面５４４および層５３２の組み合わせとの間の静電容量を表す。タッチ位置は、タッチパネル表面５４４と触れている指（図示せず）との間の静電容量の変化によって決定される。この静電容量の変化は、コーナー電極での電流の変化として測定されてもよい。しかしながら、静電容量Ｃ４が変化すると、表面５４４のコーナー電極で測定された静電容量も変化し、エラーを生じてしまう。静電容量タッチ位置エラーは、コーナー電極を介して測定されたタッチ位置、式１および式２を、電極５５１〜５５３を介して測定された変位、式３および式４で修正することによって低減されうる。例えば、エラー訂正は、ＸＴ、ＹＴ座標をＸＤ、ＹＤ座標と比較することによって達成されてもよい。ＸＴおよびＹＴの変化が、所定の限界値内のＸＤおよびＹＤの変化と同じであれば、新しいＸＴおよびＹＴが計算され、ホストコンピュータに伝達される。ＸＴ、ＹＴ、およびＸＤ、ＹＤ座標が限界値内になければ、新しいＸＴ、ＹＴ座標は計算されない。

図５Ｃおよび図５Ｄは、本発明の１つの実施形態による別の構成を示す。図５Ｃおよび図５Ｄにおいて、図５Ａおよび図５Ｂの背面電極５５１、５５２、５５３は、力／変位センサＦ１およびＦ２に置き換えられている。力／変位センサは、例えば、圧電センサ、ひずみゲージセンサ、静電容量式力センサ、または他のセンサタイプを含む任意のタイプの力／変位センサであってもよい。力／変位センサは、図５Ｃおよび図５Ｄに示すように、容量基板５６５の背面とディスプレイ５７２との間の力／変位を測定してもよく、またはパネル５６５の前面と、前面取付けされたベゼル（図示せず）との間の力／変位を測定してもよい。前面取付けされたベゼル（図示せず）と、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第５，４５７，２８９号明細書に記載する前面取付けされたシールドとの間で力／変位が測定されてもよく、同特許は、本願明細書に参照により援用されたものとする。図５Ｃおよび図５Ｄは、タッチ５６０が加えられる前後それぞれのタッチシステムを示す。図５Ｃにおいて、力センサＦ１およびＦ２にかかる力は、ほぼ等しい。図５Ｄにおいて、センサＦ２での力は、タッチ５６０が加わることにより、センサＦ１での力より大きく、センサＦ１よりセンサＦ２での力および／または変位が大きくなる。この実施形態において、タッチ信号を測定し、力／変位センサを用いてパネル変位または力を測定し、パネル５５０の変位によって生じる静電容量変化を補償するために、ＸＴ、ＹＴのタッチ位置計算を調節することによって、エラー訂正が達成されてもよい。

他の実施形態において、タッチパネルは、曲げモードタッチセンサを組み込んだものであってもよい。曲げモードセンサ図５Ｃおよび図５Ｄに示すように、パネル５６５の背面と基板５７２との間の曲げを測定するものであってもよく、またはパネル５６５の前面と前面取付けされたベゼル（図示せず）との間の曲げを測定するものであってもよい。曲げモードセンサによって発生する信号は、タッチ圧力による寄生容量の変化を訂正するために使用されてもよい。曲げモードおよび／または他のセンシング方法はまた、任意に、Ｚ軸のタッチ力測定値を与えるために使用されてもよい。

図５Ｅおよび図５Ｆは、静電容量式タッチパネル５５０およびディスプレイ５７２を採用し、本発明の実施形態による１つ以上の曲げモードセンサ５４２を有するタッチシステム５７１の断面を示す。タッチパネル５５０は、容量基板５６５および導電層５３２を含む。例示した例において、曲げモードセンサ５４２は、タッチパネル５５０の各縁部上に配置される。さまざまな構成において、センサ５４２は、タッチパネル５５０の各縁部の全長に沿って、または縁の一部分に沿って延在するものであってもよい。図５Ｅおよび図５Ｆは、タッチ５６０の前後のそれぞれのタッチシステムを示す。図５Ｅにおいて、タッチパネル５５０にはまったく曲げがない。図５Ｆにおいて、タッチ５６０が、タッチパネル５５０に加えられている。タッチ５６０により、タッチパネル５５０は曲がり、また、タッチパネル５５０の低周波数発振が始動することもある。タッチパネルの曲げおよび／またはタッチパネルの低周波数発振は、曲げモードセンサ５４２によって検出されてもよく、タッチパネルの変位によるエラーを訂正するために使用されてもよい。タッチパネル５５０の変位および／または低周波数発振は、さらに、または他の形態として、タッチ５６０によってタッチパネル５５０上にかけられたＺ軸の力を計算するために使用されてもよい。

１つの例において、曲げモードセンサ５４２は、タッチ力５６０の結果として、タッチされていない位置からのタッチパネル５５０の変位を測定するために使用されてもよい。曲げモードセンサ５４２によって測定される変位は、静電容量式タッチ位置測定のエラーを訂正するために使用されてもよい。この例において、エラー訂正は、タッチ信号を測定し、曲げモードセンサ５４２を用いてパネルの動きを測定し、パネル５５０の変位によって生じる容量変化を補償するために、ＸＴ、ＹＴのタッチ位置計算を調節することによって達成されてもよい。

別の例において、曲げモードセンサ５４２は、タッチ５６０によって生じる低周波数発振を測定するために使用されてもよい。典型的なガラスタッチパネルの発振の基本半波周波数は、タッチパネルの厚み、縁部の長さ、およびサスペンション特性に応じて、約５０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚの範囲のものである。指でタッチすると、約５Ｈｚ〜約１０００Ｈｚの範囲のエネルギーが生じる。約５０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚの周波数範囲にある曲げモード信号を測定すると、ほぼ静止状態の０〜１０Ｈｚの測定値に対して、サスペンションのばね定数のヒステリシス効果および／または非線形性が低減する。

この実施形態において、エラー訂正は、容量測定値に基づいてタッチ信号を測定し、曲げモードセンサ５４２によって検出されたようなパネルの低周波数発振に基づいてパネル変位を決定することによって達成されてもよい。ＸＴ、ＹＴのタッチ位置計算は、パネル５５０の変位によって生じる容量変化を補償するために、曲げモードセンサ５４２によって得られたパネルの動き情報を用いて調節されてもよい。

図４および図５Ａを参照すると、タッチスクリーン４５０の前面を指で軽くなでて、点４６０で下向きに触れ、タッチスクリーン４５０の中心の方向に線を引くようにストロークすると、測定線４６６が生じる。また、点４６０でタッチスクリーン４５０に触れると同時に強く押すと、点４６０で最初の測定タッチ点が生じることもある。次いで、タッチ圧力を増していくと、タッチスクリーン４５０は、取付けられているディスプレイの方の近くへ動き、基板４６５もまた、その中心の方へ内向きに曲がる。これにより、静電容量Ｃ４およびＣ１が増大することで、同じ線４６６に沿ったタッチ位置の見掛けシフトが誤って生じることもある。このように、ストロークタッチと一カ所でのタッチの両方が、１つの線として測定されることもある。加えられる力によるこのエラーは、いくつかの方法の１つによって低減されうる。第１に、著しい力を加える前に、最初のタッチ位置が測定されてもよく、タッチ力が所定のしきい値を超えると、測定されたタッチ位置のその後の変化は無視する。第２に、コーナー４３４、４３５、４３６、４３７での測定値から計算されたタッチ位置座標ＸＴ、ＹＴ（式１および式２を用いて）は、本願明細書に記載する力の位置の変化から計算した第２の変位座標セットＸＤ、ＹＤによって修正されてもよい。

図６〜図８は、本願明細書に記載するエラー訂正プロセスを利用してもよいさまざまなタイプの静電容量式タッチパネルを示す。図６に、静電容量式タッチパネルの１つの実施形態を示す。図６に示す静電容量式センサは、導電コーティング６５６（例えば、錫・アンチモン・酸化膜（ＴＡＯ）を有する容量基板６５５を含む。タッチ表面６５６上（または下）に、映り込み防止表面６５０が設けられてもよい。タッチ表面６５６上にコーナー電極６５２が配置され、容量基板６５５上に背面電極６５３が配置される。

本発明の方法はまた、マトリックスタッチセンサに適用されてもよい。マトリックスセンサは、典型的に、平行電極の上部アレイと、上部アレイから９０°配向させた平行電極の底部アレイとを有する。タッチが、両方のアレイのいくつかの電極において静電容量の変化として測定されうる。マトリックスセンサに近接した手、腕、体などのより大きな物体が、両方のアレイの多くの電極において容量変化として測定されることになる。上部アレイは、指、手、または腕のより近くにあるため、一般に、近接する指、または手や腕の動きへの応答がより大きい。上部および底部電極アレイは、前面センサ表面付近にある物体（例えば、指によるタッチ）への容量結合の相対的な大きさを、これらを区別し、タッチ位置を測定するために使用できるように、決まった既知の関係を有する。同様に、上部および底部アレイの既知の関係は、タッチセンサの後方にある物体に対するセンサの動きを区別し測定するために使用されてもよい。

底部アレイは、センサの後方にある導電コンポーネントにより近いため、センサの動きにより、底部電極の多くまたはすべてにおける信号変化が大きくなる。上部アレイと底部アレイとの間の相対的な大きさのこのような差は、センサの前方でのタッチまたは動きと、センサにかかる圧力によって生じるセンサの動きとの間とを区別するために使用されてもよい。マトリックスタッチセンサの場合、背面電極と前面電極との信号の相対変化は、取付けに対するセンサの動きと、センサの前面（タッチ）に近接した物体の動きとを区別するために測定され分析されてもよい。

図７は、マトリックス容量基板７７１を含むように図示されたマトリックス静電容量式タッチパネルの１つの実施形態を示す。第１のタッチ検知表面（例えば、インジウム錫酸化膜（ＩＴＯ））７７０が、グリッド容量基板７７１に隣接して配置される。第１のタッチ表面７７０に隣接して、第１の感圧接着剤（ＰＳＡ）層７７４が位置付けられた後、第１の導電ポリエステルまたはガラス層７７３が設けられる。第２のタッチ検知表面（例えば、ＩＴＯ）７７６が、第１の導電ポリエステルまたはガラス層７７３に隣接した位置に設けられる。第２のタッチ検知表面７７６に隣接した位置に、第２のＰＳＡ層７７７および第２の導電ポリエステルまたはガラス層７７５がある。タッチセンシティブ電極７７２は、タッチ検知表面７７０、７７６上に配置される。エラー検知電極７７８は、第２の導電ポリエステルまたはガラス層７７５上に配置される。図７に示すタイプのマトリックス容量タッチスクリーンセンサのさらなる詳細については、例えば、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第４，６８６，３３２号明細書および同第５，８４４，５０６号明細書に開示されており、同特許の内容全体は、本願明細書に参照により援用されたものとする。

図８に、投影型の静電容量式近接像（ＮＦＩ）タッチパネルの１つの実施形態を示す。図８に示すＮＦＩ静電容量式タッチパネルは、第１の透明感圧接着剤（ＰＳＡ）層８６０の上方に位置付けられたＮＦＩ基板８６１を含む。導電ＩＴＯバー８６４は、タッチパネルのタッチセンシティブ表面を規定する。タッチセンシティブ表面８６４に隣接して、第１の導電ポリエステル層（例えば、ＰＥＴ）８６３が配置される。導電ポリエステル層８６３上に、第２のＰＳＡ層８６６が配置される。タッチ検知電極８６２は、タッチセンシティブ表面８６４上に配置させて示されている。ＰＳＡ層８６６上に、エラー検知電極８６５が配置される。図８に示すタイプのＮＦＩ静電容量式タッチパネルのさらなる詳細については、米国特許第５，６５０，５９７号明細書、および本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第６，８２５，８３３号明細書、米国特許出願第１０／１７６，５６４号明細書、および米国特許出願第１０／２０１，４００号明細書に開示されており、同特許および特許出願の内容全体は、本願明細書に参照により援用されたものとする。

以下、図９を参照すると、本発明の１つの実施形態による、強化されたタッチ位置決定を実行するのに適切なタッチスクリーンシステムの１つの実施形態が示されている。図９に示すタッチシステム９２０は、コントローラ９２６に通信可能に結合されたタッチパネル９２２を含む。コントローラ９２６は、タッチパネル９２２に信号を与え、タッチ信号またはタッチ信号の変化と、エラー信号またはエラー信号の変化とを測定する少なくとも１つの電子回路９２５（例えば、フロントエンド電子機器）を含む。さらなるロバスト構成において、コントローラ９２６は、フロントエンド電子機器９２５の他に、マイクロプロセッサ９２７をさらに含みうる。典型的な発展構成において、タッチパネル９２２は、ユーザとホストコンピューティングシステム９２８との間に視覚的で触知性のある相互作用が得られるように、ホストコンピューティングシステム９２８のディスプレイ９２４と組み合わせて使用される。

タッチパネル９２２が、ホストコンピューティングシステム９２８のディスプレイ９２４とは別であるが、それと共に動作しうるデバイスとして与えられうることを理解されたい。他の形態として、タッチパネル９２２は、プラズマ、ＬＣＤ、またはタッチパネル９２２を組み込むのに適した他のタイプのディスプレイ技術などのディスプレイデバイスを含む一体システムの一部として与えられうる。さらに、本発明のタッチ検出方法を共に実行しうるセンサ９２２およびコントローラ９２６のみを含むように規定されたシステムにおいて有用であることを理解されたい。

図９に示す例示的な構成において、タッチパネル９２２とホストコンピューティングシステム９２８との間の通信は、コントローラ９２６を介して行われる。１つ以上のコントローラ９２６が、１つ以上のタッチパネル９２２およびホストコンピューティングシステム９２８に通信可能に結合されうることに留意されたい。コントローラ９２６は、典型的に、本発明の原理によるタッチパネルの動きのエラー訂正を含む、タッチパネル９２２に加えられたタッチを検出するファームウェア／ソフトウェアを実行するように構成される。コントローラ９２６によって実行される機能およびルーチンは、他の形態として、ホストコンピューティングシステム９２８のプロセッサまたはコントローラによって実行されうることを理解されたい。

本願明細書に記載する動きおよび／または力測定の方法は、タッチ位置を個別に特定できるほどに十分な精度のものでないこともある。しかしながら、プロセスは、力による動きで生じる容量タッチ測定エラーを訂正できるのに十分な精度である。さらに、動きおよび／または力の測定精度は、有用なタッチ圧力および変位（Ｚ軸）の測定を生じさせるのに十分なものであってもよい。力測定の精度が低い原因は、典型的な発泡サスペンション材料のばね作用における非線形ばね定数およびヒステリシスである場合がある。タッチ圧力下でのパネルの曲げと、さらには、ディスプレイのたわみにより、さらなるエラーが生じることもある。

タッチ位置プロセスは、周囲の導電構造に対する静電容量式タッチパネルの動きによるエラーを除去することによって強化されてもよい。本発明の実施形態では、有益に、リアシールドを用いない静電容量式タッチパネルを使用する。リアシールド層は、高い光学性を保つことやコストの面で除去されてもよく、本願明細書において記載する技術は、タッチ位置の精度を維持するために用いられてもよい。背面電極は、透明リアシールド層の代わりに限定的なＥＭＩシールドを与えうる。背面電極が駆動されると、寄生容量による電流を低減しうる。さらに、背面電極の信号変化は、タッチパネル上のＺ軸の力を測定し報告するように使用されてもよい。

本発明のさまざまな実施形態の前述した記載は、例示的かつ説明的な目的で提示したものである。本発明を網羅したり、開示したそのままの形態に限定したりすることを意図したものではない。上記教示を考慮して、多くの変更例および変形例が可能である。本発明の範囲は、この詳細な記載によってではなく、添付の特許請求の範囲によって限定されるものであることが意図されている。

本発明の実施形態によるタッチセンシング方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるタッチセンシング方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、コントローラに電気的に結合された静電容量式タッチセンサを含むタッチパネルシステムを示すブロック図である。 本発明の実施形態により構成された単一の背面電極を有するタッチパネルの図である。 本発明の実施形態により構成された複数の背面電極を有する静電容量式タッチパネルの図である。 本発明の実施形態による背面電極を有するタッチパネルシステムの断面を示す図である。 本発明の実施形態による背面電極を有するタッチパネルシステムの断面を示す図である。 本発明の実施形態による、エラー訂正に１つ以上の力センサを使用するタッチパネルシステムの断面を示す図である。 本発明の実施形態による、エラー訂正に１つ以上の力センサを使用するタッチパネルシステムの断面を示す図である。 本発明の実施形態による、エラー訂正に１つ以上の曲げモードセンサを使用するタッチパネルシステムの断面を示す図である。 本発明の実施形態による、エラー訂正に１つ以上の曲げモードセンサを使用するタッチパネルシステムの断面を示す図である。 本発明の実施形態によるエラー訂正プロセスを利用してもよいさまざまなタイプの静電容量式タッチパネルを示す。 本発明の実施形態によるエラー訂正プロセスを利用してもよいさまざまなタイプの静電容量式タッチパネルを示す。 本発明の実施形態によるエラー訂正プロセスを利用してもよいさまざまなタイプの静電容量式タッチパネルを示す。 本発明の実施形態による強化されたタッチ位置決定を行うのに適切なタッチスクリーンシステムのブロック図である。

Claims (20)

1. タッチセンシティブデバイスであって、
   タッチ表面上の容量結合されたタッチの位置を表す信号を生成するように構成された静電容量式タッチセンサと、
   前記静電容量式タッチセンサの動きに関連した前記タッチ位置信号のエラーに関連する信号を生成するように構成されたエラー訂正センサと、
   前記タッチ位置信号および前記エラー信号に基づいて前記タッチ位置を決定するように構成されたプロセッサとを備えるタッチセンシティブデバイス。
2. 前記エラー訂正センサが、静電容量式センサを備える、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記エラー訂正センサが、力センサを備える、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記エラー訂正センサが、屈曲波センサを備える、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記エラー訂正センサが、タッチ表面上のタッチの力を検知するようにさらに構成される、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記タッチ表面を通して見えるディスプレイをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記静電容量式タッチセンサが、基板の片側上に配置された電極層を備え、
   前記エラー訂正センサが、前記基板の反対側上に配置された１つ以上の電極を備える、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記１つ以上の電極が、前記基板の周辺部分上に配置された連続的な電極を備える、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記１つ以上の電極が、前記基板の周辺部分に配置された複数の不連続的な電極を備える、請求項７に記載のデバイス。
10. 前記電極層が、交流信号で駆動される、請求項７に記載のデバイス。
11. 前記１つ以上の電極が、交流信号で駆動される、請求項７に記載のデバイス。
12. 前記１つ以上の電極が、前記電極層の部分をＥＭＩから遮蔽するように構成される、請求項７に記載のデバイス。
13. 前記１つ以上の電極が、前記タッチセンシティブデバイスの前記電極層と導電構造との間の容量結合を低減するように構成される、請求項７に記載のデバイス。
14. タッチ表面上のタッチ位置を決定する方法であって、
    前記タッチ表面上の容量結合されたタッチからタッチ信号を生成するステップと、
    前記タッチ表面の動きに関連する前記タッチ信号のエラーに関連するエラー信号を生成するステップと、
    前記タッチ信号および前記エラー信号に基づいて前記タッチ位置を決定するステップとを備える方法。
15. 前記エラー信号を生成するステップが、前記タッチ信号を生成させるために使用されるタッチセンサの動きに応答した静電容量の変化を測定するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記タッチ位置を決定するステップが、前記エラー信号に基づいて前記タッチ信号を調節するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
17. 前記エラー信号を用いてタッチ力を測定するステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
18. 前記エラー信号を用いて前記タッチ表面を較正するステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
19. タッチセンシティブデバイスであって、
    前記タッチ表面上のタッチに応答した静電容量の変化に関連するタッチ信号を生成する手段と、
    前記タッチ信号のエラーに関連するエラー信号を生成する手段と、
    前記タッチ信号および前記エラー信号に基づいて前記タッチ位置を決定する手段とを備える、タッチセンシティブデバイス。
20. 前記エラー信号を用いてタッチ力を測定する手段をさらに備える、請求項１９に記載のタッチセンシティブデバイス。

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