JP2008537611A - 共用電極パターン電界効果センサおよび該センサを使用するジョイ・スティック - Google Patents

Abstract

分割電極パターンの電界効果タッチ・センサ装置は、離間した第１の電極パターンと第２の電極パターンを備え、各パターンは、内側電極と外側電極とを有する。内側電極は、一次検出領域を構成する一次部分と、少なくとも１つの二次部分とを含む。少なくとも２つの電極パターンのうちの二次部分は、隣接して配置され、二次検出領域を構成する。各電極パターンは、パルス発生回路と検出回路が電気的に結合される。一次検出領域の近くに物体が存在すると、１つの検出回路が附勢され、二次検出領域の近くに物体が存在すると、２つの検出回路が附勢される。検出回路と通信するコントローラは、検出回路の附勢を検出する。好ましい実施例では、本装置は、ナビゲーション制御デバイスであり、タッチ・センサ電界効果信号を処理する方法も開示される。

Description

（関連出願）
本願は、２００４年１２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／６３８，２００号に基づく優先権を主張するものであり、この特許出願の開示内容を参照として援用する。本願は、更に、２００４年１２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／６３８，１９７号および２００５年１２月２２日に出願された米国特許出願第 号（双方の出願の発明の名称は「トラック位置センサおよび方法」である）に基づく優先権を主張するものであり、この特許出願の開示内容を参照として援用する。
（発明の分野）
本発明は、共用電極パターンを使用する電界効果タッチ・センサ装置に関する。

（発明の背景）
当技術分野では、コンピュータ・ソフトウェアと共に使用するジョイ・スティックのようなナビゲーション制御デバイスが知られている。従来のジョイ・スティックは、ユーザが位置決めするアクチュエータ・ハンドルを備えたハウジングを含むことができ、このハンドルは、固定されたポイントを中心として枢動しＸ軸データおよびＹ軸データを発生する電気機械式スイッチを作動させる。一部のジョイ・スティックでは、アクチュエータ・ハンドルを中心位置に戻すのにスプリングを使用している。かかる従来のジョイ・スティックは、ハウジングにあるタイプの開口部を一般に必要とし、この開口部を通過するようにアクチュエータ・ハンドルが延びる。この開口部だけでなく、スイッチの開口部もハウジングにゴミ、水分および他の汚染物が入ることを可能にし、侵入したこれら汚染物は、スイッチに捕捉される。大量の汚染物を含むような環境もある。この場合、汚染物は、開口部を通過し、部品の電気ショートまたは破損を生じさせ得る。更に機械デバイスが可動部品を有する場合、電気機械スイッチは、その性質によって摩耗や機械的な故障が生じたり反応時間が遅かったりする。

当技術分野では、種々の機械スイッチとは別の種々の手段が知られている。例えば、光学的エンコーダ、スイッチ・アレイ、ピエゾ電気トランスジューサ、誘導結合デバイスおよび磁気デバイスが知られている。しかしながら、かかる部品をジョイ・スティックに組み込んでも、民生用データ入力用途ではコスト的に効果的となることは証明されていない。更に、これら部品は、過度にアクチュエータの運動を制限し、ユーザの感覚を悪化させる。

電界効果タッチ・センサは、多くの用途で特に有利であることが分かっている。コードウェルに付与された米国特許第５，５９４，２２２号およびコードウェルに付与された米国特許第６，３１０，６１１号およびコードウェルに付与された米国特許第６，３２０，２８２号は、かかる電界効果タッチ・センサが開示され、本明細書では、これら米国特許の開示内容を参照として援用する。しかしながら、公知のタッチ・センサは、検出ポイントごとに１つの電極パターンを使用している。更に米国特許第６，３２０，２８２号に開示されている電界効果センサは、電極パターンごとに１つの集積制御回路が必要となり、よって検出ポイントごとに１つの集積制御回路が必要となる。このように、これら設計は、多数の検出ポイントが必要となる一部のデバイス、例えば、ナビゲーション・デバイスまたはスライド・デバイスと共に使用するにはコスト的に効果的、すなわち、実用的ではないことがある。

従って、電界効果センサの用途において、電極パターンおよび集積制御回路の数を少なくし、部品のコストおよび製造コストを少なくし、信頼性を改善した装置が求められている。

（図示された実施例の詳細な説明）
図１は、本発明に係る分割電極パターンの電界効果センサ装置１０の好ましい第１の実施例を示す。この装置１０は、誘電基板１２に配置された第１の導電性電極パターン１４と、第２の導電性電極パターン１６を備える。各電極パターンは、対応するパルス発生回路および対応する検出回路に電気的に結合されている。パルス発生回路および検出回路は、対応する電極パターン１４、１６の近くに、基板１２に配置された集積制御回路１８、２０として具現化することが好ましい。各検出回路からの出力信号をコントローラＣが受信し、このコントローラＣは、基板１２に配置できるが、配置しなくてもよい。

基板１２は、ガラス、プラスチック、グラスファイバ補強エポキシ樹脂または他の誘電物質から形成できる。この基板１２は、特定の用途に応じて剛性でもよいし、または可撓性でもよく、実質的に均一な厚みまたは凹凸を含む変化する厚みを有することができる。例えば、ガラス基板１２は、約１．１ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有することができ、ポリマー基板１２は、１ｍｍ未満の厚みを有することができる。基板１２の厚みは、更に大きい強度を必要とする場合に、より厚い基板を使用できるように、特定の用途に応じて変わることができる。更に基板１２は、センサ装置１０が平面状でない形状に形状が一致しなければならない場合のような用途で使用できるように可撓性材料から製造できる。基板１２の一方の側に存在する汚染物が容易に基板１２の他の表面に移動しないように基板１２は、下記のように電極パターン１４、１６および対応する検出領域の近くに汚染物が侵入しないことが好ましい。

各電極パターン１４、１６は、内側電極２２と、この内側電極２２を部分的に囲む外側電極２４とを有することが好ましい。各内側電極２２は、点線２６で示すように、第１の検出領域を構成する。電極パターン１６の内側電極２２の一部に、電極パターン１４の内側電極２２の一部が隣接している。電極パターン１４、１６の内側電極２２の隣接部分は、点線２８で示すように、第２の検出領域を構成する。外側電極２４は、隣接する電極パターン１４、１６の内側電極２２の領域内まで延びないことが好ましい。電極パターン１４、１６の内側電極２２は、第２の検出領域２８が隣接する電極パターン１４、１６の各第１の検出領域２６の一部に部分的にオーバーラップするよう配置され、離間している。

内側電極２２は、図１では、実質的に四角形として示されており、外側電極２４は、直線状の線分を含むように示されているが、内側電極２２および外側電極２４に対し、他の幾何学的形状でもよい。内側電極２２の導電性材料の表面積は、外側電極２４の導電性材料の表面積と異なっていてもよいし、異なっていなくてもよい。電極２２、２４は、適当な任意の導電性材料、例えば、銅、酸化インジウム錫および当業者が認識できるような他の材料から製造できる。

集積制御回路１８、２０は、米国イリノイ州ウィートンのタッチ・センサ・テクノロジ、ＬＬＣから入手できる集積回路であるＴＳ−１００ＡＳＩＣであることが好ましい。コードウェルに付与された米国特許第６，３２０，２８２号には、このＴＳ−１００ＡＳＩＣの作動原理が記載され、本明細書は、この米国特許の開示内容を参照として援用する。図面に示されるような集積回路１８、２０のピン出力は、ＴＳ−１００ＡＳＩＣのピン出力に対応しており、ここでピン１に入力電力（＋５ボルト）接続部があり、ピン２にアース接続部があり、ピン３に信号出力接続部があり、ピン４に外側電極２４の接続部があり、ピン５に附勢信号接続部があり、ピン６に内側電極２２の接続部がある。

図１および２を参照する。集積制御回路１８は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２を介し、電極パターン１４の内側電極２２および外側電極２４にそれぞれ接続されていることが好ましい。同じように、集積制御回路２０は、抵抗器Ｒ３、Ｒ４を介し、電極パターン１６の内側電極２２および外側電極２４にそれぞれ接続されている。図示された実施例では、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４は、集積制御回路１８、２０の外側にあり、これら回路に接続されている。他の実施例では、集積制御回路１８、２０内に抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を設けることができる。

作動時に、対応する集積制御回路１８、２０のピン５から、各電極パターン１４、１６の内側電極２２および外側電極２４へ附勢信号が送られる。ピン５にて、内側電極２２および外側電極２４の双方に発振器の出力パルス列または矩形波信号を送ることが好ましい。この発振信号は、約３２ｋＨｚの周波数で０ボルト〜＋５ボルトの間で振動する矩形波信号でよい。これとは異なり、この発振、すなわち、ストローブ信号は、使用する検出回路に応じ、２００ｋＨｚまでの周波数または２００ｋＨｚよりも高い周波数を有することができる。更に、このストローブ信号は、０．５ボルト〜＋３ボルトの間、０ボルト〜＋１２ボルトの間、０ボルト〜＋２４ボルトの間−５ボルト〜＋５ボルトの間または他の任意の電圧レンジで振動できる。

各電極パターン１４、１６の内側電極２２および外側電極２４に印加される附勢信号は、内側電極２２および外側電極２４に電界を発生させる。図３における点線が示すように、内側電極２２および外側電極２４から基板１２を通して電束線が発生し、第１の検出領域２６および第２の検出領域２４から各内側電極２２および外側電極２４に対応する電界が発生する。図には示されていないが、これら電束線は、基板１２から離間する（基板を通過する）反対方向に内側電極１８および外側電極２０からの電束線が生じる。しかしながら、当業者であれば理解できるように、電束密度が誘電基板によって大きくなることを仮定すれば、基板１２の電極パターンと反対側で検出領域２６、２８の近くで電束密度がより大きくなる。基板１２から生じる電界をシールドし、消散させるために、基板１２の電極パターン側にポッティング材料のような絶縁体を塗布することが好ましい。別の実施例では、空気ギャップまたは発泡ゴム、もしくは発泡プラスチックのバッキングを設けることができる。これら絶縁構造体は、基板１２の検出領域２６、２８と反対側に刺激が与えられる可能性を低減し、意図しないセンサの作動を低減できる。これら絶縁構造体は、基板の両側から検出することを望むような実施例では省略されることになる。

内側電極２２および外側電極２４は、これから生じる電界のすべてが同じ極性となるように充電される。電界は、内側電極２２および外側電極２４から外側に延びる。電界強度は、電極２２、２４（基板１２）の近くで最大となり、電極２２、２４からの距離が大きくなると共に減少する。電界強度は、対応する検出領域２６、２８の近くの基板１２の外側表面から約２５ｍｍの距離で実質的にゼロとなることが好ましい。

集積制御回路１８、２０およびこれに関連する抵抗器Ｒ１〜Ｒ４は、各電極２２、２４に所定の強度の電界を発生するように構成されている。集積制御回路１８、２０内に具現化された検出回路は、内側電極２２および外側電極２４に発生された電界強度を検出し、これらを比較する。物体または刺激、例えば、ユーザの指先または導電性質量体が検出領域２６に接近すると、対応する内側電極２２および外側電極２４に関連する電界が乱れる。（この刺激は、２５ｍｍよりも長い距離にて、電界強度が実質的に消散することが望ましいと仮定した場合、電界を乱すためには検出領域２６に対して２５ｍｍまたはそれよりも近くにあることが好ましい。）各集積制御回路１８、２０は、対応する内側電極２２の電界に対する乱れが、対応する外側電極２４の電界に対する乱れから所定の度合いだけ超えたことを検出した場合にしか、タッチを表示する出力信号を発生しないことが好ましい。この出力信号は、更に後述するように、更に処理するために、コントローラＣに送られる。

一般に、汚染物およびゴミは、内側電極２２および外側電極２４の双方の電界に同じ影響を与える。集積制御回路１８、２０が意図しないタッチを表示する信号を出力するには、少なくとも電界の乱れの上記スレッショルドの差が生じなければならないので、汚染物によって生じる意図しない応答が最小となる。同じように、内側電極２２の電界よりも大きく、外側電極２４の電界を乱し、検出領域２６の周辺の近くの刺激から生じる意図しない応答が最小とされる。

第１の検出領域２６のうちの１つの近くに刺激が存在すると、対応する電極パターン１４、１６に関連する電界に影響を与え、対応する集積制御回路１８、２０が意図しないタッチを示す信号（タッチ信号）を出力するように、電極パターン１４、１６が配置されている。第２の検出領域２８の近くに物体が存在すると、対応する外側電極２４に関連する電界よりも大きい程、電極パターン１４、１６の双方の内側電極２２に関連する電界に影響があり、集積制御回路１８、２０の双方は、実質的に同時にタッチ信号を発生する。集積制御回路１８、２０から受信するタッチ信号に基づき、コントローラＣは、所定の時間に検出領域２６、２８のどれが（存在する場合）タッチされたか、または他の方法で刺激を受けたかを判断できる。これに応答し、コントローラＣは、対応する制御信号を発生できる。例えば、コントローラＣは、集積制御回路１８だけから受信されたタッチ信号に応答し、第１の制御信号を発生でき、集積制御回路２０のみから受信されたタッチ信号に応答し、第２の制御信号を発生でき、集積制御回路１８、２０の双方から実質的に同時に受信されたタッチ信号に応答し、第３の制御信号を発生できる。こうして、本発明によりコントローラは、２つの検出電極パターン１４、１６およびそれに対応する集積制御回路１８、２０だけから受信された入力信号に基づき、３つの別個の固有の制御信号を発生することが可能となる。

好ましい実施例では、電極パターン１４、１６は、第１の検出領域２６が人の指の先端を受けるのに十分なサイズとなるように構成されている。例えば、第１の検出領域２６は、約８ｍｍ〜約１０ｍｍの直径を有することができる。同様に、指先を受けるように第２の検出領域２８も十分大きいサイズになっている。第１のパターン１４および第２のパターン１６の内側電極２２は、指先が第２の検出領域２８内にあるとき、パターン１４、１６の双方に関連する内側電極２２にユーザの指先がオーバ・ラップするように配置されている。別の実施例では、検出領域１４、１６のサイズを特定の用途が必要とするような大きさにすることができる。

特定の用途によっては、電極パターン１４、１６を種々の構造および配置とすることができる。更に、２つ以上の電極パターンによって構成される対応する第２の検出領域の近くで、刺激が同時に生じるとき、少なくとも２つの対応する検出回路をトリガできるよう、３つ以上の電極パターンを構成できる。次に、共用電極パターンの種々の実施例について説明する。

図４には、本発明の第２の実施例に係る分割検出電極パターンのタッチ・センサ装置４０が最良に示されている。タッチ・センサ装置４０は、基板１２に配置された３つの直線状に離間する電極パターン４２、４４、４６を含む。各パターン４２、４４、４６は、上記のように集積制御回路（図示せず）上に具現化されることが好ましく、関連するパルス発生検出回路に電気的に結合されている。各パターン４２、４４、４６は、内側電極４８と外側電極５０を含む。これら内側電極４８および外側電極５０は、各々、附勢信号が印加され、上記のように内側電極４８および外側電極５０の各々に電界を発生する。

各内側電極４８は、点線２６ａで示されるように、基本的には第１の検出領域を構成する一次部分４８Ａを含む。パターン４２、４６の内側電極４８も、二次部分４８Ｂを含み、この二次部分は、基本的には二次検出領域の一部を構成する。パターン４４の内側電極４８は、２つの二次部分４８Ｂを含み、これら二次部分のうちの一方は、電極パターン４２の二次部分４８Ｂに隣接し、他方は、電極パターン４６の二次部分４８Ｂに隣接する。隣接する二次部分４８Ｂは、点線２８ａが示すように、第１および第２の二次検出領域を構成する。

電極パターン４２〜４６および一次および二次検出領域２６ａ、２８ａは、図に示されるように直線状に配置できる。別の実施例では、これら電極パターンおよび検出領域を、例えば、当業者であれば理解できるように、内側電極および外側電極の形状を変えることにより、直線状でないように構成できる。一次検出領域２６ａおよび二次検出領域２８ａは、刺激、例えば、人の指先を受けるよう十分大きいサイズとすべきである。一次検出領域２６ａのうちの１つの近くに刺激が加えられると、対応する電極パターン４２、４４、４６の内側電極４８の一次部分４８ａの電界が乱れ、対応する検出回路は、上記のようにタッチ信号を出力する。二次検出領域２８ａのうちの１つの近くに刺激が導入されると、対応する電極パターン４２、４４、４６の内側電極４８の二次部分４８Ｂの電界が乱れ、対応する検出回路の双方が上記のようにタッチ信号を出力する。

上記第１の実施例の場合のように、各電極パターンに関連する検出回路は、コントローラ（図示せず）に電気的に結合され、このコントローラは、基板１２または他の場所に配置できる。コントローラは、上記のように電極パターン４２、４４、４６に対応する検出回路から受信したタッチ信号に基づき、制御信号を発生する。従って、タッチ・センサ装置４０は、３つの電極パターンおよび３つの関連する集積制御回路だけを使って５つの入力ポイントまたは検出領域（３つの一次検出領域および２つの二次検出領域）を構成している。好ましい実施例では、このタッチ・センサ装置４０は、５つのコマンド・ポイントまたはグラデーションのレベルを有するデジタル・スライダ制御デバイスとして使用される。

図５には、第３の実施例に係る分割検出電極パターンのタッチ・センサ装置６０が最良に示されている。この装置６０は、基板１２に直線状の配置に配置された５つの電極パターン６２、６４、６６、６８、７０を含む。別の実施例では、電極パターン６２〜７０を上記のように直線状でないパターンに配置できる。各電極パターン６２〜７０は、関連するパルス発生検出回路に電気的に結合され、この回路は、上記のように集積制御回路（図示せず）として具現化することが好ましい。電極パターン６２と７０とは、このような直線状の構造の両端に配置されている。各端部パターン６２、７０は、内側電極７２と外側電極７４とを含む。端部パターン６２と７０の中間にパターン６４、６６、６８が配置され、各中間パターン６４、６６、６８は、内側電極７２Ａと第１の外側電極７４Ａおよび第２の外側電極７４Ｂを含む。上記別の実施例の場合のように、すべての内側電極および外側電極７２、７２Ａ、７４、７４Ａ、７４Ｂに附勢信号が印加され、これによって、この電極から発生する電界が形成される。この電界は、外側無限点に向かって延び、互いに反発し合うように同一の曲線を有することが好ましい。

各内側電極７２、７２Ａは、点線２６ｂで示すように一次検出領域を構成する。内側電極７２、７２Ａの隣接して配置された部分は、点線２８ｂが示すように、二次検出領域を構成する。例えば、端部パターン６２の中間電極と中間パターン６４の内側電極７２Ａの隣接する部分は、第１の二次検出領域２８ｂを構成し、中間パターン６４、６６の内側電極７２ａの隣接する部分は、第２の二次検出領域２８ｂを構成する。このように、５つの一次検出領域２６ｂおよび４つの二次検出領域２８ｂが設けられる。

一次検出領域２６ｂおよび二次検出領域２８ｂの大きさは、検出領域２６ｂ、２８ｂの電界を乱すのに使用される特定の刺激、例えば、人の指先を受けるのに十分な大きさとなっていなければならない。一次検出領域２６ｂのうちの１つの近くに刺激が与えられると、対応する内側電極７２、７２Ａから生じる電界が乱され、対応する検出回路をトリガするようになっている。刺激が二次検出領域２８ｂのうちの１つの近くに与えられると、２つの対応する電極パターン６２〜７０の内側電極７２、７２Ａから生じる電界が乱され、対応する２つの検出回路をトリガする。

上記実施例の場合のように、各電極パターンに関連する検出回路は、コントローラ（図示せず）に電気的に結合され、このコントローラは、基板１２または他の場所に配置できる。このコントローラは、上記のように検出回路から受信したタッチ信号に基づき、制御信号を発生する。従って、タッチ・センサ装置６０は、５つの電極パターンおよび５つの関連する集積制御回路だけを使って９つの入力ポイントまたは検出領域を構成している。好ましい実施例では、このタッチ・センサ装置６０は、９つのコマンド・ポイントまたはグラデーションのレベルを有するデジタル・スライダ制御デバイスとして使用される。

図６には、第４の実施例に係る分割検出電極パターンのタッチ・センサ装置８０が最良に示されている。このタッチ・センサ装置８０は、基板１２に配置された４つの周辺方向に離間した電極パターン８２、８４、８６、８８と、１つの中心電極パターン９０とを備える。周辺パターン８２〜８８は、円形構造に配置されており、この円形構造の中心に中心電極９０が設けられている。

各周辺パターン８２〜８８は、内側電極９２と外側電極９４を含む。各内側電極９２は、基本的には一次検出領域２６ｃを構成する一次部分と、基本的には二次検出領域の一部を構成する二次部分とを備える。外側電極９４は、円形構造の周辺方向に離間し、対応する一次検出領域２６ｃに径方向に整合することが好ましい。

中心パターン９０は、内側電極９２Ａを備え、この内側電極は、一次検出領域２６ｃ’を構成する一次部分および４つの二次検出領域２８ｃを構成するように、内側電極８２〜８８の各々の二次部分に隣接する４つの二次部分とを有する。

上記別の実施例の場合のように、各電極パターンは、パルス発生回路のように検出回路に結合され、これら双方の回路は、ＴＳ−１００ＡＳＩＣまたは他の集積制御回路上に具現化されていることが好ましい。すべての内側電極および外側電極９２、９２Ａ、９４、９４Ａに附勢信号が印加され、これら電極から生じる電界を形成する。これら電極は、互いに反撥し、無限点に向かって外側に延びるように、同一極性を有することが好ましい。

一次検出領域２６ｃ、２６ｃ’の大きさは、例えば、人の指先を受けるのに十分な大きさとなっていなければならない。一次検出領域２６ｃまたは２６ｃ’のうちの１つの近くに刺激が与えられると、対応するパターン８２〜９０のうちの内側電極９２、９２Ａから生じる電界が乱され、対応する検出回路をトリガするようになっている。刺激が二次検出領域２８ｃのうちの１つの近くに与えられると、周辺パターン８２〜８８および中心パターン９０のうちの対応するパターンの１つのうちの隣接する内側電極９４、９４Ａから生じる電界が乱され、対応する２つの検出回路にタッチ信号を出力させる。

上記実施例と同じように、各電極パターンに関連する検出回路は、コントローラｃ’に電気的に結合され、このコントローラは、基板１２または他の場所に配置できる。このコントローラは、上記のように検出回路から受信したタッチ信号に基づき、制御信号を発生する。

タッチ・センサ装置８０は、図７で略図で示されるように、基板１２に配置された発光ダイオードＬ１〜Ｌ５または他の光源も含むことができる。これら発光ダイオードＬ１〜Ｌ５は、対応する検出回路がタッチ信号を出力したときに発行することが好ましい。

好ましい実施例では、タッチ・センサ装置８０は、関連するディスプレイを有するマイクロ・プロセッサＣ’と共に使用するナビゲーション制御デバイスとなっている。このタッチ・センサ装置８０は、この装置８０の電気部品および電極を収納するベースを含むことが好ましい。透明基板１２の裏面１２Ａに電極パターン８２〜８０および関連する部品９５を設け、反対の正面１２Ｂがユーザのタッチ表面として働くようにすることができる。このタッチ表面は、一次および二次検出領域２６ｃ、２６ｃ’、２８ｃと整合したグラフ表示を含むことができる。例えば、タッチ表面に方向矢印および中心ボタンを設けることができる。これとは異なり、タッチ表面１２Ｂに、かかるグラフ表示を含むフィルムのような薄膜を付着することができる。

タッチ・センサ装置８０は、例えば、ディスプレイに対するＸ−座標、Ｙ−座標で移動する方向制御コマンドを発生するのにディスプレイ内の物体を使用できる。図６および７を参照すると、電極パターン８２に対応する一次検出領域２６ｃの近くにタッチがあること（または他の刺激）により（対応する集積制御回路９５内に具現化された）対応する検出回路は、コントローラＣ’にタッチ信号を出力する。これに応答し、コントローラＣ’は、矢印Ｕが示すように、アップ方向コマンドを発生する。同様に、電極パターン８４、８６、８８に対応する一次検出領域２６ｃの近くへのタッチにより、対応する検出回路は、タッチ信号をコントローラＣ’に出力する。これに応答し、コントローラＣ’は、矢印Ｒ、Ｄ、Ｌによってそれぞれ示されるように、右方向、下方向、左方向の方向コマンドを発生する。

電極パターン８２、９０に対応する二次検出領域２８Ｃの近くにタッチがあると、対応する検出回路の双方は、タッチ信号をコントローラＣ’に出力する。これに応答し、コントローラＣ’は、矢印Ｕ−Ｒが示すように、上かつ右斜め方向に移動させる方向コマンドを発生する。同様に、電極パターン８４、９０、電極パターン８６、９０および電極パターン８８、９０に対応する二次検出領域２８ｃの近くにタッチがあると、コントローラＣ’は、矢印Ｄ−Ｒが示すように、下かつ右斜め方向に移動させる方向コマンド、矢印Ｄ−Ｌが示すように、下かつ左斜め方向に移動させる方向コマンド、および矢印Ｕ−Ｌが示すように、上かつ左斜め方向に移動させる方向コマンドをそれぞれ発生する。検出領域２６ｃ’の近くにタッチがあると、中心電極パターン９０に対応する検出回路だけがタッチ信号を出力し、コントローラＣ’は、この信号を、例えば、移動をスタートまたはストップするコマンドとして解釈できる。図８には、第５の実施例に係る分割検出電極パターンのタッチ・センサ装置１００が最良に示されている。タッチ・センサ装置１００は、基板１２に配置され、かつ、円形構造になっている４つの周辺方向に離間する電極パターン１０２、１０４、１０６、１０８を含む。各パターン１０２〜１０８は、パルス発生回路および検出回路に電気的に結合されており、これら回路は、上記のように、図９に最良に示されるように、ＴＳ−１００ＡＳＩＣまたは他の集積制御回路として具現化することが好ましい。

各パターン１０２〜１０８は、内側電極１１０と、外側電極１１２とを含む。図１０に最良に示されるように、各内側電極１１０は、一次部分１１４と、第１の側部分１１６および第２の側部分１１８と、中心部分１２０とを含む。各外側電極１１２は、円形構造の周方向に離間しており、図８に最良に示されるように、対応する一次部分１１４と径方向に整合している。

内側電極１１０は、パターン１０２〜１０８のうちの１つの第１の側部分１１６は、パターン１０２〜１０８の別のパターンの第２の側部分１１８に隣接するように配置されている。パターン１０２〜１０８の各々からの中心部分１２０は、円形構造の中心部分に配置され、一次部分１１４は、点線の円２６ｄが示すように、一次検出領域を構成している。隣接する側部分１１６、１１８の各ペアは、点線の円２８ｄが示すように、二次検出領域を構成している。中心部分は、点線の円１２２が示すように、三次検出領域を構成する。各検出領域２６ｄ、２８ｄ、１２２は、刺激、例えば、人の指先を受けるような十分な大きさとなっている。

各検出回路の出力は、図９に最良に示されるように、コントローラＣ”に結合されていることが好ましい。コントローラＣ”は、このコントローラが種々の検出回路から受信したタッチ信号の関数として出力信号を発生する。タッチ・センサ装置１００は、例えば、第４の実施例で設けられているような発光ダイオードも含むことができる。

好ましい実施例では、タッチ・センサ装置１００は、関連するディスプレイを有するマイクロ・プロセッサＣ”と共に使用するナビゲーション制御デバイスとなっている。タッチ・センサ装置１００は、電気部品を収納するベースと、上記のようにタッチ表面に方向矢印および中心ボタンを有する基板１２とを含むことが好ましい。

図８および９に最良に示されるように、４つの電極パターンおよび４つの部品を使用した９つのコマンド・ポイントが設けられている。方向の情報を提供する制御コマンドは、ディスプレイに対するＸ−座標、Ｙ−座標内で物体を移動するか、またはディスプレイの画像の配向を変えることができる。各内側電極１１０は、中心部分１２０を含むので、第４の実施例で設けられているような、中心に配置された別個の電極パターンは、不要である。

次に、図８を参照する。二次検出領域２８ｄのうちの１つの近くに、ユーザの指または他の刺激があると、対応する検出回路の双方は、コントローラＣ”にタッチ信号を出力する。これに応答し、コントローラＣ”は、矢印Ｕ、Ｒ、Ｄ、Ｌがそれぞれ示す上、右、下または左移動に対応する方向コマンドを発生する。一次検出領域２６ｄのうちの１つの近くにユーザの指があると、検出回路に対応する１つの回路だけがコントローラＣ”にタッチ信号を出力する。これに応答し、コントローラＣ”は、矢印Ｕ−Ｒ、Ｄ−Ｒ、Ｄ−Ｌ、Ｕ−Ｌがそれぞれ示す上かつ右斜め方向、下かつ右斜め方向、下かつ左斜め方向および上かつ左斜め方向に対応する方向コマンドを発生する。三次検出領域１２２の近くにユーザの指があると、４つのすべての電極パターンに対応する検出回路がコントローラＣ”にタッチ信号を出力する。これに応答し、コントローラＣ’は、例えば、運動スタートまたは運動ストップ・コマンドを発生する。

本明細書に開示した実施例は、単なる例に過ぎず、よって本発明は、これら実施例だけに限定されるものではないと理解すべきである。本発明は、他の種々の用途にも使用できる。更に関連するコントローラにより、種々の制御信号を発生できる。更に、実施例のうちの１つの特徴を別の実施例に組み込むことができる。本発明の分割電極パターンにより、多数の検出ポイントに必要な部品数を低減し、よって製造コストを下げることが可能となる。更に本発明は、スペースが限られた用途に対する機能を高めることができる。

従って、本発明の要旨から逸脱することなく、本発明の種々の変形および変更が可能である。例えば、分割電極パターンは、４つ以上の二次部分を有する内側電極を含むことができる。従って、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物に入ることを条件に、かかるすべての変形例および変更例を含むものである。

本発明の第１の実施例に係る分割電極パターンの電界効果センサ装置の平面図である。 図１の装置のセンサ基板の上に設けられた部品の間の電気接続部を示す略図である。 破線が電束線を示し矢印の方向から見た３−３線に沿った図１の装置の横断面図である。 第２の実施例に係る分割電極パターン電界効果センサ装置の平面図である。 第３の実施例に係る分割電極パターン電界効果センサ装置の平面図である。 第４の実施例に係る分割電極パターン電界効果センサ装置の平面図である。 図６の装置のセンサ基板に設けられた部品間の電気接続部を示す略図である。 第５の実施例に係る分割電極パターン電界効果センサ装置の平面図である。 図８の装置のセンサ基板に設けられた部品間の電気接続部を示す略図である。 第５の実施例に係る内側電極の平面図である。

Claims (39)

1. 誘電基板と、この基板に配置された離間する少なくとも第１および第２の電極パターンとを備え、これら電極パターンの各々は、内側電極と外側電極とを有し、内側電極は、一次検出領域を構成する一次部分と、少なくとも１つの二次部分とを備え、第１および第２の電極パターンの二次部分は隣接して配置され、二次検出領域を構成し、更に前記基板に配置された少なくとも第１および第２の集積制御回路（ＩＣＣ）とを備え、これらＩＣＣは、各々、電極パターンのうちの対応する１つに電気的に結合され、一次検出領域のうちの１つの近くに物体が存在すると、ＩＣＣのうちの１つが附勢され、二次検出領域の近くに物体が存在すると、ＩＣＣのうちの双方が附勢されるように内側電極と外側電極とが配置され、第１および第２のＩＣＣと通信し、前記部品の附勢を検出するようになっているコントローラを更に備える分割電極パターンの電界効果タッチ・センサ装置。
2. 請求項１記載の装置であって、前記ＩＣＣは、各々、発振信号ラインを介し対応する電極に電気的に結合されている前記装置。
3. 請求項２記載の装置であって、前記電極を附勢するストローブ信号が前記発振ラインに印加され前記内側電極および外側電極の各々から電界が発生する、前記装置。
4. 請求項３記載の装置であって、前記ＩＣＣは、各々、電界の乱れを検出し、前記内側電極および前記外側電極に関連する電界の間の強度のスレッショルド差が検出された場合に前記部品が附勢される前記装置。
5. 請求項１記載の装置であって、さらに前記基板上に配置され、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンから離間する第３の電極パターンを含む前記装置。
6. 請求項５記載の装置であって、前記第３のパターンは、一次検出領域を構成する一次部分および第１の二次部分と第２の二次部分を備え、前記第３のパターンの二次部分は、各々前記第１のパターンおよび第２のパターンの二次部分のうちの１つに隣接し、第１および第２の二次検出領域を構成する前記装置。
7. 請求項５記載の装置であって、さらに、前記基板に配置され、前記第１、第２および第３のパターンから離間する第４の検出電極パターンを含む前記装置。
8. 請求項７記載の装置であって、前記パターンの各々の内側電極は、第１、第２および第３の二次部分を含む前記装置。
9. 請求項８記載の装置であって、前記パターンのうちの１つの各二次部分は、前記パターンのうちの別のパターンの対応する二次部分に隣接する前記装置。
10. 請求項９記載の装置であって、前記パターンは、前記基板に円形構造に配置されている前記装置。
11. 請求項１０記載の装置であって、前記パターンのうちの１つの第１の二次部分は、前記パターンのうちの別のパターンの前記第３の二次部分に隣接し、隣接する二次部分は、各々、二次検出領域を構成する前記装置。
12. 請求項１１記載の装置であって、前記二次検出領域のうちの１つに物体が接近すると、対応する部品のうちの２つが附勢される前記装置。
13. 請求項１２記載の装置であって、前記第２の二次部分は、各々前記円形構造の中心部分内に配置されている前記装置。
14. 請求項１３記載の装置であって、前記二次検出領域のうちの１つに物体が接近すると、対応する部品のすべてが附勢される前記装置。
15. 請求項１４記載の装置であって、前記装置は、マイクロ・プロセッサおよび作動的に関連するディスプレイと共に使用するナビゲーション制御デバイスである前記装置。
16. 請求項１５記載の装置であって、前記部品のうちの１つの附勢に応答し、前記コントローラは、上方向、右方向、下方向、左方向のうちの１つに、ディスプレイにディスプレイされている画像の移動を生じさせる制御信号を発生する前記装置。
17. 請求項１６記載の装置であって、前記部品のうちの１つの附勢に応答し、前記コントローラは、上かつ右斜め方向、下かつ右斜め方向、下かつ左斜め方向および上かつ左斜め方向のうちの１つに、ディスプレイにディスプレイされている画像の移動を生じさせる制御信号を発生する前記装置。
18. 請求項１７記載の装置であって、前記部品のうちのすべてに応答し、前記コントローラは、ディスプレイにディスプレイされている画像の運動をスタートまたは停止する制御信号を発生する前記装置。
19. 請求項７記載の装置であって、さらに前記基板上に配置され、前記第１のパターン、第２のパターン、第３のパターンおよび第４のパターンから離間する少なくとも１つの第５の検出電極パターンを含む前記装置。
20. 請求項１９記載の装置であって、前記パターンのうちの少なくとも３つは、第１および第２の二次部分を含み、前記パターンのうちの１つの二次部分は、各々前記パターンのうちの別のパターンの対応する二次部分に隣接し、隣接する二次部分の各ペアは、二次検出領域を構成する前記装置。
21. 請求項２０記載の装置であって、対応する二次検出領域のうちの１つに物体が接近すると、２つの部品が附勢される前記装置。
22. 請求項２１記載の装置であって、前記部品のうちの１つ以上の附勢に応答し、前記コントローラは、特定の制御信号を発生する前記装置。
23. 請求項２３記載の装置であって、前記第１のパターン、第２のパターン、第３のパターンおよび第４パターンは、円形構造に配置されている前記装置。
24. 請求項２０記載の装置であって、前記第５のパターンは、４つの二次部分を含み、前記第５パターンの二次部分は、各々、前記パターンの別のパターンの対応する二次部分に隣接し、隣接する二次部分の各ペアは、二次検出領域を構成する装置。
25. 請求項２５記載の装置であって、前記第５のパターンの一次部分は、前記円形構造の中心部分内に配置されている前記装置。
26. 請求項２６記載の装置であって、前記装置は、マイクロプロセッサおよび作動的に関連するディスプレイと共に使用するナビゲーション制御デバイスである前記装置。
27. 請求項２６記載の装置であって、前記第１のパターン、第２のパターン、第３のパターンおよび第４のパターンに関連する前記部品のうちの１つの附勢に応答し、前記コントローラは、上方向、右方向、下方向、左方向のうちの１つに、ディスプレイにディスプレイされている画像の移動を生じさせる制御信号を発生する前記装置。
28. 請求項２７記載の装置であって、前記部品のうちの１つの附勢に応答し、前記コントローラは、上かつ右斜め方向、下かつ右斜め方向、下かつ左斜め方向および上かつ左斜め方向のうちの１つに、ディスプレイにディスプレイされている画像の移動を生じさせる制御信号を発生する前記装置。
29. 請求項２８記載の装置であって、前記第５の部品の附勢に応答し、前記コントローラは、ディスプレイに表示されている画像の運動をスタートまたは停止する制御信号を発生する前記装置。
30. ディスプレイに作動的に関連するマイクロ・プロセッサに方向情報を送信するナビゲーション制御装置であって、
    誘電材料から形成されたベースと、
    ベースに配置され、円形構造に配置され、離間する複数の内側電極とを備え、内側電極の各々は、一次部分および少なくとも１つの側部分を有し、内側電極のうちの少なくとも２つの側部分は、隣接して配置され、更にベースに配置された離間する複数の外側電極を備え、外側電極は、各々内側電極の１つに関連し、外側電極は、一次部分に接近し、
    内側電極および外側電極の各々に電気信号を与える信号ラインを備え、電極に与えられる信号に応答し、内側電極および外側電極の各々から電界が発生され、内側電極および外側電極は、一次部分の近くに物体が存在すると、対応する１つの内側電極の電界に影響し、隣接する側部分に接近する物体は、少なくとも２つの対応する内側電極の電界に影響するように配置され、ベースに配置された複数の検出回路を備え、検出回路は、各々、対応する関連する内側電極および外側電極に電気的に結合され、一次部分からの電界が影響を受けると、検出回路のうちの１つが附勢され、隣接する側部分からの電界が影響を受けると、検出回路のうちの少なくとも２つが附勢され、検出回路と通信するコントローラを更に備え、このコントローラは、検出回路の附勢を検出すると共に、検出された附勢に応答し、制御信号を発生し、コントローラは、関連するマイクロ・プロセッサに制御信号を送信する出力を有するナビゲーション制御装置。
31. 請求項３０記載の装置であって、さらに、円周方向に離間した４つの内側電極を含み、内側電極は、各々少なくとも２つの側部部分を有し、一次部分は、側部分の中間にある前記装置。
32. 請求項３１記載の装置であって、前記内側電極のうちの１つの側部分は、前記内側電極のうちの別の内側電極の対応する側部分に隣接している前記装置。
33. 請求項３２記載の装置であって、前記内側電極は、各々、前記円形構造の中間部分に配置された中心部分を更に備え、中心部分に物体が接近すると、内側電極のすべての電界が影響を受け、対応する検出回路の附勢される前記装置。
34. 請求項３０記載の装置であって、さらに円周方向に離間する４つの内側電極と、前記円形構造の中心部分に配置された第５の内側電極とを含む前記装置。
35. 請求項３４記載の装置であって、円周方向に離間する前記内側電極は、各々１つの側部分を含む前記装置。
36. 請求項３５記載の装置であって、前記第５の内側電極は、４つの側部分を含み、第５の内側電極の側部分は、各々、円周方向に離間する前記内側電極のうちの１つの前記側部分に隣接している前記装置。
37. 誘電基板を設けるステップと、
    この回路基板上に配置された離間する少なくとも第１および第２の電極パターンを設けるステップとを備え、これら電極パターンは、各々内側電極と外側電極とを有し、内側電極は、一次検出領域を構成する一次部分と、少なくとも１つの二次部分とを備え、第１および第２の電極パターンの二次部分は、隣接して配置され、二次検出領域を構成し、
    内側電極および外側電極の各々に信号を印加し前記電極の各々から電界を発生するステップと、
    二次検出領域の近くに刺激を与え、第１のパターンおよび第２のパターンに関連する電界を同時に変えるステップとを含むタッチ・センサの電界信号を処理する方法。
38. 請求項４３記載の方法であって、さらに、前記基板に配置された少なくとも第１および第２の検出回路を設けるステップを含み、前記パターンは、各々前記検出回路のうちの１つに対応する各々に電気的に結合され、さらに、
    前記刺激を与えるステップの間に前記電界が変化すると、前記検出回路の双方を同時に附勢するステップを含む前記方法。
39. 請求項４４記載の方法であって、さらに、前記附勢された検出回路からリモート・デバイスにコマンド信号を送信するステップと、
    コマンド信号に応答し制御信号を発生するステップを含む前記方法。

Images