JP2010272143A - Dural sensor touch screen using projective-capacitive sensor and pressure-sensitive touch sensor - Google Patents

Dural sensor touch screen using projective-capacitive sensor and pressure-sensitive touch sensor Download PDF

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Kent Joel
ジョエル・ケント
Geoffrey D Wilson
ジェフリー・ディ・ウィルソン
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Elo Touch Systems Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for determining false contact in a touch screen system. <P>SOLUTION: The touch screen system includes: a plurality of pressure sensors connected to a touch screen of the touch screen system; a plurality of electrodes connected to the touch screen, having a first portion formed along a first axis and a second portion formed along a second axis; a projective-capacitive sensor system connected to the plurality of electrodes; and a processor connected to the plurality of pressure sensors and the projective-capacitive sensor system. The processor calculates, when the plurality of pressure sensors and the projective-capacitive sensor system substantially simultaneously detect a contact on the touch screen, coordinates of the contact position. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般にタッチスクリーンに関し、とりわけタッチスクリーンに対する偽の接触事象と真の接触事象を判別する方法および装置に関する。   The present invention relates generally to touch screens, and more particularly to a method and apparatus for discriminating false and true touch events on a touch screen.

タッチスクリーンは、データ処理システムへの情報入力手段として、陰極線管(すなわちCRT)、および液晶ディスプレイスクリーン(すなわちLCDスクリーン)を含むさまざまな形式のディスプレイに組み込まれている。タッチスクリーンがディスプレイの上方に配置され、あるいはディスプレイと一体に組み込まれている場合、ユーザは、所望のアイコンまたは要素に対応する位置を触れることにより、表示されたアイコンもしくは要素を選択することができる。タッチスクリーンは、たとえばPOSシステム、インフォメーションセンタ、現金自動支払機(すなわちATM)、およびデータ入力システムなどのさまざまな用途において一般的に利用されている。   Touch screens are incorporated into various types of displays, including cathode ray tubes (ie, CRTs) and liquid crystal display screens (ie, LCD screens) as information input means to the data processing system. If the touch screen is placed above or integrated with the display, the user can select the displayed icon or element by touching the position corresponding to the desired icon or element. . Touch screens are commonly used in a variety of applications such as POS systems, information centers, cash dispensers (ie, ATMs), and data entry systems.

さまざまな形式のタッチスクリーンが開発されている。残念なことに、これらのタッチスクリーンは、少なくともいくつかの用途において、その利便性を制限する少なくとも1つの問題点を有する。たとえば抵抗式タッチスクリーンのカバーシートは、悪意のある汚損行為に起因する表面の傷や切断などにより損傷を受けやすい。また抵抗式タッチスクリーンは、反復的にスクリーンを押下するだけでも、やがては摩滅するおそれがある。この形式のタッチスクリーンは、たとえばディスプレイ内に入る湿気などの環境要因によっても損傷を受けやすい。第2の形式のタッチスクリーンとしての薄膜誘電層を有する静電容量方式タッチスクリーンは、手袋をはめた手でタッチしたときに問題が生じる。投影型静電容量方式タッチスクリーンと呼ばれる厚膜誘電層を有する静電容量方式タッチスクリーンは、触ったという感覚が得られないという問題がある。弾性表面波を用いた第3の形式のタッチスクリーンは、センサ表面上の異物(たとえば雨滴)の蓄積に影響されやすい。異物は、同様に赤外線方式のタッチスクリーンの動作を妨げることにもなる。さらに赤外線タッチスクリーンについては、直射日光による信号上の障害を回避するための特別な手段が必要である。第5の形式のタッチスクリーンは、感圧センサを有するものであるが、衝撃や振動に影響されやすい。   Various types of touch screens have been developed. Unfortunately, these touch screens have at least one problem that limits their convenience in at least some applications. For example, a resistive touch screen cover sheet is susceptible to damage due to surface scratches or cuts resulting from malicious fouling. In addition, the resistive touch screen may wear out even if the screen is repeatedly pressed. This type of touch screen is also susceptible to damage by environmental factors such as moisture entering the display. A capacitive touch screen having a thin film dielectric layer as a second type of touch screen has problems when touched with a gloved hand. A capacitive touch screen having a thick film dielectric layer called a projected capacitive touch screen has a problem that a sense of touch cannot be obtained. A third type of touch screen using surface acoustic waves is susceptible to the accumulation of foreign matter (eg, raindrops) on the sensor surface. Foreign objects can also interfere with the operation of the infrared touch screen. Furthermore, for infrared touch screens, special means are required to avoid signal disturbances due to direct sunlight. The fifth type touch screen has a pressure-sensitive sensor, but is easily affected by impact and vibration.

主として、データを入力するための指やスタイラスなどの異なる接触様式に対応する手段として、2つの異なるタッチスクリーン技術を利用するさまざまなシステムが考案されてきた。   Various systems have been devised that utilize two different touch screen technologies, primarily as a means of responding to different touch patterns, such as a finger or stylus, for entering data.

米国特許第5,231,381号は、デジタル化用タブレットを一体化したタッチスクリーンを用いた多目的データ入力装置を開示している。このタッチスクリーンは、弾性表面波、圧力、静電容量、または光学式タッチセンサを含むさまざまな技術を用いて、受動入力(たとえば指の接触)の存在および位置を検出するものである。デジタル化用タブレットは、静電容量方式センサ、誘導容量方式センサ、または弾性表面波センサを起動させるために、アクティブスタイラス機構を採用している。   US Pat. No. 5,231,381 discloses a multipurpose data input device using a touch screen integrated with a digitizing tablet. The touch screen uses a variety of techniques including surface acoustic waves, pressure, capacitance, or optical touch sensors to detect the presence and position of passive inputs (eg, finger contacts). The digitizing tablet employs an active stylus mechanism to activate a capacitive sensor, an inductive capacitive sensor, or a surface acoustic wave sensor.

米国特許第5,510,813号は、接触位置および接触圧力の双方を測定するタッチパネルを開示している。このタッチパネルは、抵抗性導電層を用いて、現在のパターンをモニタすることにより、接触位置を決定するものである。タッチパネルと、これに実質的に平行に延びる第2の導電性パネルとの間の静電容量値をモニタすることにより、接触圧力が測定される。接触したことに呼応して、システムは検出された接触位置および接触圧力を処理する。   US Pat. No. 5,510,813 discloses a touch panel that measures both contact position and contact pressure. This touch panel determines a contact position by monitoring a current pattern using a resistive conductive layer. The contact pressure is measured by monitoring the capacitance value between the touch panel and a second conductive panel extending substantially parallel thereto. In response to the contact, the system processes the detected contact position and contact pressure.

米国特許第5,543,589号は、2つのセンサ(デュアルセンサ)を有するタッチスクリーンを開示し、各センサが異なる解像度を用いて接触位置を決定することを開示している。2つのセンサは、これらにより指やスタイラスなどの単一の接触として検出されるように、単一のセンサを形成するように一体に挟持されている。使用に際して、まず低解像度センサの幅広の導体と同じ大きさを有する矩形領域の範囲を接触位置として特定するために、低解像度センサを走査させる。高解像度センサを用いて接触位置を特定するためには、低解像度センサを用いて特定した矩形領域に対応する狭小の導体を走査する必要がある。したがって開示されたシステムは、必要な走査ドライバおよび走査レシーバの数を低減し、走査処理の速度を改善するだけでなく、コストを低減することを意図するものである。   U.S. Pat. No. 5,543,589 discloses a touch screen having two sensors (dual sensors), each sensor using a different resolution to determine the touch location. The two sensors are clamped together to form a single sensor so that they are detected as a single contact, such as a finger or stylus. In use, the low resolution sensor is first scanned in order to identify a rectangular region having the same size as the wide conductor of the low resolution sensor as the contact position. In order to specify the contact position using the high resolution sensor, it is necessary to scan a narrow conductor corresponding to the rectangular region specified using the low resolution sensor. Thus, the disclosed system is intended to reduce costs as well as reducing the number of scan drivers and receivers required, improving the speed of the scanning process.

米国特許第5,670,755号は、2つのモードのうちの一方のモードで用いられるタッチパネルを開示している。一方のモードでは、タッチパネルは従来のタッチスクリーンのように作動し、ユーザは、指、ペン、または他の接触手段を用いてスクリーンに触れることにより情報を入力することができる。このモードにおいて、パネルに取り付けられた2つの抵抗層が接触位置で接触する。接触位置は抵抗比に基づいて特定される。第2モードにおいては、タッチパネルは特注のスタイラスを用いるディジタイザとして機能する。スタイラスのパネルに対する接触点における容量結合を用いて、接触点を特定する。   U.S. Pat. No. 5,670,755 discloses a touch panel used in one of two modes. In one mode, the touch panel operates like a conventional touch screen and the user can enter information by touching the screen with a finger, pen, or other contact means. In this mode, the two resistive layers attached to the panel contact at the contact location. The contact position is specified based on the resistance ratio. In the second mode, the touch panel functions as a digitizer using a custom stylus. Capacitive coupling at the contact point to the stylus panel is used to identify the contact point.

米国特許第5,777,607号は、指の接触を静電容量式に感知するとともに、スタイラスの接触を抵抗的に感知するシステムを開示している。このシステムは、いずれの接触モードにおいても、単一の抵抗層を用いて、開示されたシステムは、いずれのタッチモードでも、単一の抵抗層を用いて、タッチスクリーン上における接触のx−y座標を特定することができる。好適な実施形態では、スタイラスが使用中であることをシステムにより検出された場合、指の検出モードは作動不能とし、ユーザの手による静電結合を介した不注意によるデータ入力を防止する。   US Pat. No. 5,777,607 discloses a system that senses finger contact capacitively and senses stylus contact resistively. This system uses a single resistive layer in any contact mode, and the disclosed system uses a single resistive layer in any touch mode to xy the contacts on the touch screen. Coordinates can be specified. In a preferred embodiment, if the system detects that the stylus is in use, the finger detection mode is disabled and prevents inadvertent data entry via capacitive coupling by the user's hand.

米国特許第5,801,682号は、デュアルセンサタッチスクリーンを開示し、静電容量方式センサからの座標データの変動を、センサのコーナーに設置された歪みゲージを用いて補償することを開示している。静電容量方式センサのデータ変動は、たとえばユーザが手袋をしたことによる信号経路の変化から生じる場合がある。   U.S. Pat. No. 5,801,682 discloses a dual sensor touch screen and discloses compensating for variations in coordinate data from a capacitive sensor using strain gauges installed at the corners of the sensor. The data fluctuation of the capacitive sensor may be caused by a change in signal path due to, for example, a user wearing gloves.

この技術分野においては、振動、電気雑音、汚染物質などの外部刺激から生じ得る偽の接触を判別し、あるいは確かに接触があったことを確認する方法および装置が必要とされている。本発明は、こうした方法および装置、ならびにとりわけ屋外用途に良好に適合する方法および装置を提供するものである。   There is a need in the art for a method and apparatus that discriminates false contacts that can arise from external stimuli such as vibration, electrical noise, contaminants, or that confirms that there has been contact. The present invention provides such a method and apparatus, and particularly a method and apparatus that are well suited for outdoor applications.

米国特許第5,231,381号明細書U.S. Pat.No. 5,231,381 米国特許第5,510,813号明細書U.S. Pat.No. 5,510,813 米国特許第5,543,589号明細書U.S. Pat.No. 5,543,589 米国特許第5,670,755号明細書U.S. Pat.No. 5,670,755 米国特許第5,777,607号明細書U.S. Pat.No. 5,777,607

本発明は、タッチスクリーンシステムにおいて、偽の接触を判別する方法および装置を提供するものである。本発明に係るシステムは、タッチスクリーン上の接触を認証するために、複数の異なる形式のタッチスクリーンセンサを利用する。したがって本発明は、とりわけ管理が不十分であったり、雨滴や他の異物が存在するような屋外または準屋外の用途において要求される他の形式のセンサが有する問題点を、特定のセンサの長所を活用することにより解消しようとするものである。   The present invention provides a method and apparatus for determining false contact in a touch screen system. The system according to the present invention utilizes a plurality of different types of touch screen sensors to authenticate touch on the touch screen. Thus, the present invention addresses the problems of other types of sensors that are required in outdoor or semi-outdoor applications, particularly those that are poorly managed or where raindrops or other foreign objects are present. It is going to be solved by utilizing.

本発明の原理は、1つのタッチセンサにより検知された接触を、別のタッチセンサによって確認または認証する機能に基づく。当該接触が確認された場合には、たとえば接触位置座標を操作システムに送信することにより、当該接触を処理することができる。他方、接触が確認されない場合には、当該接触は無効とされる。本システムは、接触位置座標を特定する一次タッチセンサと、独立した信号または比較のための第2の接触位置座標の生成することにより、当該接触の真偽を認証する二次センサとを備えるものとして構成されている。さらに接触位置座標は、最初の接触が認証される前または後において認証することができる。感圧センサおよび投影型静電容量方式センサシステムは、屋外または準屋外の用途における要請に対し特に適合するものである。   The principle of the present invention is based on a function of confirming or authenticating a contact detected by one touch sensor by another touch sensor. When the contact is confirmed, the contact can be processed, for example, by transmitting the contact position coordinates to the operation system. On the other hand, when the contact is not confirmed, the contact is invalidated. The system includes a primary touch sensor that identifies a contact position coordinate, and a secondary sensor that authenticates the authenticity of the contact by generating an independent signal or a second contact position coordinate for comparison. It is configured as. Furthermore, the contact position coordinates can be authenticated before or after the first contact is authenticated. The pressure sensitive sensor and the projected capacitive sensor system are particularly adapted to the requirements in outdoor or semi-outdoor applications.

本発明に係る1つ実施形態によれば、投影型静電容量方式センサは一次センサとして用いられ、1つまたはそれ以上の感圧センサが当該接触を認証するために用いられる。この実施形態では、感圧センサを用いて、物体が接触表面に接触した時点を決定する。好適には、本発明に係るシステムは、接触を検知するために、所定の圧力がタッチスクリーンに加える必要があることを要件として設定される。本システムは、タッチスクリーンに所定の圧力以上の圧力が加わると、投影型静電容量方式センサが接触を検知したか否かを判断する。投影型静電容量方式センサが接触を検知していない場合、当該接触は無効とされ、本システムは準備モードへ戻し、投影型静電容量方式センサが接触を検知した場合には、接触座標位置を特定する。さらに好適な実施形態では、非接触閾値が設定される。この閾値は、例えば、最初に感圧センサにより接触が検知された時の投影型静電容量方式センサの信号振幅の大きさに等しくてもよい。   According to one embodiment of the present invention, a projected capacitive sensor is used as a primary sensor, and one or more pressure sensitive sensors are used to authenticate the contact. In this embodiment, a pressure sensitive sensor is used to determine when the object contacts the contact surface. Preferably, the system according to the present invention is set as a requirement that a predetermined pressure needs to be applied to the touch screen in order to detect contact. When a pressure equal to or higher than a predetermined pressure is applied to the touch screen, the system determines whether the projected capacitive sensor has detected contact. If the projected capacitive sensor does not detect contact, the contact is invalidated, the system returns to the ready mode, and if the projected capacitive sensor detects contact, the contact coordinate position Is identified. In a further preferred embodiment, a non-contact threshold is set. This threshold value may be equal to, for example, the signal amplitude of the projected capacitive sensor when contact is first detected by the pressure sensor.

本発明の他の実施形態によれば、複数の感圧センサを一次センサとして用いて、接触位置座標を正確に特定し、一方、投影型静電容量方式センサを二次センサとして用いて、一次センサで検出された接触を認証するものである。この実施形態において、投影型静電容量方式センサは、当該接触の認証のためだけに用いられるものであるため、用いられる電極数を極めて少なくすることができ、タッチスクリーンを製造しやすくし、必要な電子配線を最小限に抑えることができる。この実施形態のシステムは、感圧センサが接触を検出した後、投影型静電容量方式センサを用いて、当該接触が接地電位を有する導電性の物体によるものか否か判断する。当該接触が認証された場合、一次センサにより接触位置座標が生成され、システムは準備モードに戻る。最も簡便な構成では、当該接触が認証されなかった場合、本システムは、接触座標を特定せず、もしくは操作システムに位置座標を通知せず、準備モードに戻るだけである。択一的な構成では、当該接触が認証されなかった場合、さらに偽の接触検知を極力回避するために、感圧センサの圧力閾値が調整される。   According to another embodiment of the present invention, a plurality of pressure sensors are used as primary sensors to accurately identify contact position coordinates, while a projected capacitive sensor is used as a secondary sensor to provide primary The contact detected by the sensor is authenticated. In this embodiment, since the projected capacitive sensor is used only for authentication of the contact, the number of electrodes used can be extremely reduced, making the touch screen easier to manufacture and necessary. Electronic wiring can be minimized. In the system of this embodiment, after the pressure-sensitive sensor detects a contact, the projection-type capacitive sensor is used to determine whether the contact is due to a conductive object having a ground potential. If the contact is authenticated, contact position coordinates are generated by the primary sensor and the system returns to the ready mode. In the simplest configuration, if the contact is not authenticated, the system simply returns to the preparation mode without identifying the contact coordinates or not reporting the position coordinates to the operating system. In an alternative configuration, if the contact is not authenticated, the pressure threshold value of the pressure-sensitive sensor is adjusted in order to avoid false detection as much as possible.

本発明の別の実施形態によれば、投影型静電容量方式および感圧センサのそれぞれを用いて正確な接触位置座標を特定することができる。この実施形態では、本システムは、一連の所与の条件に対して、いずれのセンサが正確な位置座標を特定することができるか、判断するように構成される。   According to another embodiment of the present invention, accurate contact position coordinates can be specified using each of the projected capacitive method and the pressure-sensitive sensor. In this embodiment, the system is configured to determine which sensor can identify the exact position coordinates for a given set of conditions.

以下の本明細書および図面を参照することにより、本発明の特徴および利点を十分に理解することができる。   A full understanding of the features and advantages of the present invention may be realized by reference to the following specification and drawings.

本発明に係る基本的な方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a basic method according to the present invention. 本発明に係る択一的な方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an alternative method according to the present invention. 感圧センサを示す図である。It is a figure which shows a pressure sensor. タッチスクリーンに取り付けられた1つまたはそれ以上の感圧センサを示す図である。FIG. 3 illustrates one or more pressure sensitive sensors attached to a touch screen. 投影型静電容量方式の感圧タッチセンサを示す図である。It is a figure which shows the pressure-sensitive touch sensor of a projection capacitive type. 図5に示す投影型静電容量方式の感圧タッチセンサの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the projected capacitive pressure-sensitive touch sensor shown in FIG. 5. 投影型静電容量方式センサを一次センサとして、1つまたはそれ以上の感圧センサを二次センサとして用いる実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment using a projection type capacitive sensor as a primary sensor, and one or more pressure-sensitive sensors as a secondary sensor. 図7に示す実施形態を用いた好適な方法を示すフローチャートである。8 is a flowchart illustrating a preferred method using the embodiment shown in FIG. 複数の感圧センサを一次センサとして、投影型静電容量方式センサを二次センサとして用いる実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment using a several capacitive sensor as a primary sensor, and a projection type capacitive sensor as a secondary sensor. 図9に示す実施形態を用いる好適な方法を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a preferred method using the embodiment shown in FIG. 投影型静電容量方式センサおよび感圧タッチセンサの両方が接触位置座標を特定する、本発明の実施形態で用いられる方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method used in an embodiment of the present invention in which both a projected capacitive sensor and a pressure sensitive touch sensor specify contact position coordinates. センサ素子検出回路の一般的なブロック回路図である。It is a general block circuit diagram of a sensor element detection circuit. 図12に示す回路で用いられる投影型静電容量方式のセンサ素子を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a projected capacitive sensor element used in the circuit shown in FIG. 12. 図12に示す回路で用いられる感圧センサ素子を示す図である。It is a figure which shows the pressure-sensitive sensor element used with the circuit shown in FIG.

図1は、本発明の好適な動作方法を示すフローチャートである。ステップ101において、タッチスクリーンは接触前状態または準備状態にある。そしてスクリーンはたとえば指または手袋を着けた指により接触される(ステップ103)。このとき一次タッチセンサは接触したことを検知する(ステップ105)。一次タッチセンサが接触座標を特定する前、あるいは一次タッチセンサが任意の情報(たとえば接触位置や接触モードなど)を操作システムへ送る前に、二次センサは、一次センサにより感知された接触が有効な接触であったことを確認する(ステップ107)。係る接触が二次センサにより有効であることが確認された場合(ステップ109)、接触位置が特定される(ステップ111)。所望の構成によるが、接触座標位置は一次センサまたは二次センサを用いて特定することができる。そしてタッチコントローラが、接触位置座標などの接触情報を操作システムへ送る(ステップ113)。二次センサが一次センサにより感知された接触が有効でないと判断した場合には、いかなる接触情報も操作システムには送られず、タッチセンサは準備状態101に戻る。この実施形態の利点は、無効である判断された接触の位置を特定するために時間を費やすことがなく、システムは有効な接触が感知されたことを迅速に確認することができ、接触が無効であれば直ちに準備状態に復帰させることができる点にある。   FIG. 1 is a flowchart illustrating a preferred method of operation of the present invention. In step 101, the touch screen is in a pre-contact or ready state. The screen is then touched by, for example, a finger or a finger wearing a glove (step 103). At this time, the primary touch sensor detects contact (step 105). Before the primary touch sensor determines the contact coordinates, or before the primary touch sensor sends any information (such as contact position and contact mode) to the operating system, the secondary sensor must be touched by the primary sensor. It is confirmed that the contact has been made (step 107). When it is confirmed that the contact is effective by the secondary sensor (step 109), the contact position is specified (step 111). Depending on the desired configuration, the contact coordinate position can be identified using a primary sensor or a secondary sensor. Then, the touch controller sends contact information such as contact position coordinates to the operation system (step 113). If the secondary sensor determines that the touch sensed by the primary sensor is not valid, no touch information is sent to the operating system and the touch sensor returns to the ready state 101. The advantage of this embodiment is that it does not take time to locate the determined contact that is invalid, the system can quickly confirm that a valid contact has been sensed, and the contact is invalid If so, it is possible to immediately return to the ready state.

図2に示すように若干変形されたシステムは、一次センサが接触を検知した後に(ステップ105)、接触位置を特定する(ステップ201)。システムは、接触位置を特定した後、二次センサも同様に接触を検知したか否かについて判断し(ステップ107)、肯定的ならば、接触を確認し(ステップ109)、位置座標を操作システムへ送信する(ステップ203)。択一的には、接触位置が特定された後(ステップ201)、二次センサについて座標に依存する接触閾値を設定し(ステップ205)、座標依存の接触感度を設定する。   The system slightly modified as shown in FIG. 2 specifies the contact position (step 201) after the primary sensor detects contact (step 105). After identifying the contact position, the system determines whether or not the secondary sensor has also detected contact (step 107). If the result is affirmative, the contact is confirmed (step 109) and the position coordinate is determined by the operation system. (Step 203). Alternatively, after the contact position is specified (step 201), a contact threshold value dependent on coordinates is set for the secondary sensor (step 205), and the coordinate-dependent contact sensitivity is set.

本発明の好適な実施形態においては、接触が検知されたか否かについては、一方のセンサ、好ましくは二次センサだけが判定する。当該センサは正確な接触位置を特定しないので、安価なセンサでもよい。択一的には、当該センサは概略的な接触位置を特定するように設計してもよい。たとえば、このセンサは、スクリーンのどの四分象限に接触があったかを特定するよう設計してもよい。第3の択一例では、当該センサが接触位置の実際の座標を特定するように設計して、システム冗長性を提供することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, only one sensor, preferably a secondary sensor, determines whether contact has been detected. Since the sensor does not specify an accurate contact position, an inexpensive sensor may be used. Alternatively, the sensor may be designed to identify a rough contact position. For example, the sensor may be designed to identify which quadrant of the screen has been touched. In a third alternative, the sensor can be designed to identify the actual coordinates of the touch location to provide system redundancy.

好適には、一方のセンサは投影型静電容量方式センサであり、他方のセンサは感圧センサである。一方のセンサが一次センサとして、接触位置座標を特定するセンサとして機能し、他方のセンサが単に認証センサとして機能するようにシステムを設計することができる。本発明の少なくとも1つの実施形態においては、両方のセンサが正確に接触座標を特定して、冗長性を与えるとともに、より洗練された接触認証方法を実現することができる。択一的には、第1のセンサが正確に接触座標を特定し、第2のセンサが接触座標を概略的に(たとえばタッチスクリーンの四分象限内のいずれかを)判断するものであってもよい。   Preferably, one sensor is a projected capacitive sensor and the other sensor is a pressure sensitive sensor. It is possible to design the system so that one sensor functions as a primary sensor and functions as a sensor for specifying contact position coordinates, and the other sensor functions only as an authentication sensor. In at least one embodiment of the present invention, both sensors can accurately identify touch coordinates to provide redundancy and achieve a more sophisticated touch authentication method. Alternatively, the first sensor accurately identifies the contact coordinates, and the second sensor roughly determines the contact coordinates (eg, in any quadrant of the touch screen). Also good.

タッチスクリーンの感圧センサの設計および使用方法は、当業者に広く知られているので、本願明細書では詳細には説明しない。典型的な感圧センサは、米国特許第5,742,222号に開示された温度補償歪みゲージである。また感圧センサは、米国特許第4,355,202号および米国特許第4,675,569号、および欧州特許出願公開第EP0754936号で開示された圧電システムを用いたものであってもよい。本発明では、英国特許出願公開第GB2310288A号、英国特許出願第公開GB2321707A号、および英国特許出願公開第GB2326719A号に示された圧力感知感圧センサを採用することが好ましい。図3は、英国特許出願公開第GB2321707A号の図5aに基づくものであるが、こうした2つの感圧センサ300を図示している。   The design and use of touch screen pressure sensitive sensors are well known to those skilled in the art and will not be described in detail herein. A typical pressure sensitive sensor is the temperature compensated strain gauge disclosed in US Pat. No. 5,742,222. The pressure sensitive sensor may be one using a piezoelectric system disclosed in US Pat. No. 4,355,202 and US Pat. No. 4,675,569, and European Patent Application Publication No. EP0754936. In the present invention, it is preferable to employ pressure-sensitive pressure sensors shown in GB2310288A, GB2321707A, and GB2326719A. FIG. 3 is based on FIG. 5a of GB 2 GB 2707A, but shows two such pressure sensitive sensors 300. FIG.

図示のように、圧電抵抗式感圧センサ300は、タッチプレート301の1つまたはそれ以上の角部(コーナ部)と、支持構造体303との間に設置してもよい。各感圧センサ300は、圧電抵抗材料305により構成され、加えられる圧力に応じて抵抗が変化する。上方電極307および下方電極309を用いて、圧電抵抗材料305の電気抵抗を測定することができる。感圧センサ構造の機械的強度を確保するために、センサ基板311が設けられている。必要ならば、絶縁層(図示せず)を追加して、電気的絶縁を保証するようにしてもよい。通常、検知用電気回路部は、抵抗の微小変化を容易に検知するために、感圧センサ300をホイートストンブリッジ回路内に組み込んだものである。   As illustrated, the piezoresistive pressure sensor 300 may be installed between one or more corners (corner portions) of the touch plate 301 and the support structure 303. Each pressure-sensitive sensor 300 is made of a piezoresistive material 305, and the resistance changes according to the applied pressure. Using the upper electrode 307 and the lower electrode 309, the electric resistance of the piezoresistive material 305 can be measured. In order to ensure the mechanical strength of the pressure sensitive sensor structure, a sensor substrate 311 is provided. If necessary, an insulating layer (not shown) may be added to ensure electrical insulation. Usually, the detection electric circuit unit is one in which the pressure-sensitive sensor 300 is incorporated in a Wheatstone bridge circuit in order to easily detect a minute change in resistance.

図3に示すような感圧センサは、多くの利点を有する。第1に、こうした構成によれば、周囲温度および湿度の変化に影響を受けることなく、環境変化に対して丈夫なものとすることができる。第2に、圧力を直接的に測定することができる。第3に、極めて大きな付勢圧力に耐え得るため、ボルトによる組み立ての際の単なる座金として機械的に組み込むことができる。   A pressure sensitive sensor as shown in FIG. 3 has many advantages. First, according to such a configuration, it is possible to be robust against environmental changes without being affected by changes in ambient temperature and humidity. Second, the pressure can be measured directly. Third, since it can withstand extremely large urging pressure, it can be mechanically incorporated as a simple washer when assembled with a bolt.

感圧センサは、タッチスクリーンに対して重畳式(重ね合わせるように)または非重畳式に取り付けることができ、そして接触を認証するものか、接触座標を検知するものであるかによるが、1つまたは複数のセンサを用いるものであってもよい。図4に示す最も簡便な構成においては、単一の感圧センサ401がタッチスクリーン405上に配置されている。単一の感圧センサが用いられる場合、角部406には剛性の低い支持部材を配置し、角部408には剛性の高い支持部材を配置して、接触感度が限定的である領域、または接触感度を有さない領域が形成されないようにしてもよい。好適には、スクリーン405の表示領域のすぐ外側であって、タッチスクリーンのカウリング407の下方に配置される。択一的には、米国特許第5,708,460号で開示されているように、それぞれの角部に1つずつの感圧センサ401〜404を4つ配置してもよい。   The pressure-sensitive sensor can be attached to the touch screen in a superimposing manner (such as superimposing) or a non-superimposing manner, and depends on whether the touch is authenticated or the touch coordinates are detected. Alternatively, a plurality of sensors may be used. In the simplest configuration shown in FIG. 4, a single pressure sensor 401 is disposed on the touch screen 405. When a single pressure sensor is used, a low rigidity support member is arranged at the corner portion 406 and a high rigidity support member is arranged at the corner portion 408, or an area where contact sensitivity is limited, or A region that does not have contact sensitivity may not be formed. Preferably, it is located just outside the display area of the screen 405 and below the cowling 407 of the touch screen. Alternatively, as disclosed in U.S. Pat. No. 5,708,460, four pressure sensitive sensors 401-404 may be arranged, one at each corner.

単一の感圧センサ401は、通常、接触位置に依存した接触感度を有することに留意すべきである。また接触感度は、タッチスクリーン405の実装方法(たとえば堅固な実装方法または柔軟な実装方法)に依存している。したがって単一の感圧センサを接触認証用として用いる場合、感圧センサの接触閾値は、以下詳述する投影型静電容量方式センサにより特定される接触位置に基づいて設定することが好ましい。   It should be noted that a single pressure sensor 401 typically has a contact sensitivity that depends on the contact location. The contact sensitivity depends on the mounting method of the touch screen 405 (for example, a solid mounting method or a flexible mounting method). Therefore, when a single pressure sensor is used for contact authentication, the contact threshold of the pressure sensor is preferably set based on a contact position specified by a projection capacitive sensor described in detail below.

本発明の好適な実施形態で用いられる他方のセンサは、投影型静電容量方式センサである。図5および図6はそれぞれ、米国特許第5,844,506号で開示された投影型静電容量方式のタッチセンサの正面図および断面図であり、その内容にはここに一体のものとして参考に統合される。この構成によれば、細いワイヤ電極により形成された電極パターン503、抵抗膜パターンまたは他の標準的な電極が基板501上に配設されている。保護オーバレイ層601は、電極503の使用時の破損を防止するものである。上述のように、投影型静電容量方式センサ503は、正確な接触位置を特定するか、あるいは単に接触したことを認証するために用いることができる。一般に、電極の間隔は用途に応じて決定され、すなわち電極間隔は、正確な接触位置を特定するために用いられる場合には狭小であり、単に接触したことを認証するために用いられる場合には幅広である。   The other sensor used in the preferred embodiment of the present invention is a projected capacitive sensor. 5 and 6 are a front view and a cross-sectional view, respectively, of a projected capacitive touch sensor disclosed in US Pat. No. 5,844,506, the contents of which are hereby incorporated by reference as a single unit. . According to this configuration, an electrode pattern 503 formed by thin wire electrodes, a resistive film pattern, or other standard electrodes are disposed on the substrate 501. The protective overlay layer 601 prevents damage when the electrode 503 is used. As described above, the projected capacitive sensor 503 can be used to specify an accurate contact position or simply to authenticate contact. In general, the electrode spacing is determined by the application, i.e., the electrode spacing is narrow when used to identify the exact contact location, and when used simply to authenticate contact. It is wide.

前掲の米国特許第5,650,597号、米国特許第4,954,823号、国際特許出願公開第WO95/27334号、および国際特許出願公開第WO96/15464号(これらの内容はここに一体のものとして参考に統合される)で開示された投影型静電容量方式のタッチスクリーンは、タッチスクリーンの静電容量の変化をモニタするものである。薄膜誘電体層を有する静電容量方式センサとは異なり、投影型静電容量方式センサの静電容量は、接地電位を有する物体が接触することによってのみ変化するのではなく、接地電位を有する物体がセンサに接近することによっても変化する。
したがって、こうしたタイプのタッチスクリーンに係る第1の問題は、用いられる接地電位を有する物体の大きさにばらつきがある点にある。たとえば小さな指(たとえば子供の指)で触った時の信号は、大きな指で触った時の信号より実質的に小さい。また、屋外用途において予想されるように、手袋を着用した人が触れた時の信号は、手袋を着用していない人が触れた時の信号より相当に小さいものとなる。
また、たとえばスクリーンに近接した表面にユーザが手をかざすこと等により、スクリーンの一部にあまりにも接近すると、別の問題が生じ得る。すなわち、ただ1つの信号レベルを閾値とするシステムは、その閾値によるが、(たとえばユーザの大きな手を子供の指であると認識して)実際の接触がある前に接触があったと検知し、あるいは(大人の指を認識するように設定されていたため、子供の指を無視して)接触を完全に無視することがあるため、単一信号レベル閾値システムは、実際の接触位置を特定するためには十分に機能しない。
U.S. Pat. No. 5,650,597, U.S. Pat. No. 4,954,823, International Patent Application Publication No. WO95 / 27334, and International Patent Application Publication No. WO96 / 15464, the contents of which are hereby incorporated by reference. The projected capacitive touch screen disclosed in (1) monitors changes in the capacitance of the touch screen. Unlike capacitive sensors with a thin film dielectric layer, the capacitance of a projected capacitive sensor does not change only by contact with an object with ground potential, but with an object with ground potential. Also changes as the sensor approaches the sensor.
Therefore, the first problem with these types of touch screens is that there is variation in the size of the object having the ground potential used. For example, the signal when touched with a small finger (eg a child's finger) is substantially smaller than the signal when touched with a large finger. Also, as expected in outdoor applications, the signal when a person wearing gloves touches is considerably smaller than the signal when a person not wearing gloves touches.
Also, another problem can arise if the user is too close to a portion of the screen, for example by holding the hand over a surface close to the screen. That is, a system that uses only one signal level as a threshold detects that there was contact before the actual contact (for example, by recognizing the user's large hand as a child's finger), depending on the threshold, Alternatively, the single signal level threshold system may be used to determine the actual contact location because it may completely ignore the contact (ignoring the child's finger because it was set to recognize an adult finger) Does not work well.

投影型静電容量方式センサを用いてタッチスクリーンとは異なり、感圧センサを用いたタッチスクリーンは、さまざまな指の大きさに起因する認識の問題はない。また、感圧センサは、手袋を着用した手、スタイラス、ペン等を認識する上での問題もない。しかしながら、感圧センサを用いたタッチスクリーンは、機械的ノイズに起因した偽信号の問題を有する。たとえば、タッチスクリーンが振動すると、基準マスが振動して、外因性のバックグラウンド信号を発生させる。さらに外因性バックグラウンド信号により、システムが有効な接触を認識できなくする場合がある。   Unlike touch screens using projected capacitive sensors, touch screens using pressure sensitive sensors do not have recognition problems due to various finger sizes. Moreover, the pressure-sensitive sensor has no problem in recognizing a hand wearing a glove, a stylus, a pen, or the like. However, touch screens using pressure sensitive sensors have the problem of spurious signals due to mechanical noise. For example, when the touch screen vibrates, the reference mass vibrates and generates an extrinsic background signal. In addition, the extrinsic background signal may make the system unable to recognize a valid touch.

屋外用途において、感圧センサを用いたタッチスクリーンは、風による接触位置誤差が生じ得る。たとえばタッチスクリーンに平行に風が吹いている場合、タッチスクリーン前に立っている人がスクリーンの左側部分に加える圧力と、右側部分に加える圧力とが非対称となる場合がある。この圧力不均衡に起因して、タッチスクリーンの感圧センサは、誤った接触座標を特定することになる。位置の誤差の程度は、タッチスクリーンに対する風による圧力非対称の度合いによる。こうした非対称性は、風速、風とスクリーンとの間の角度、障害物(すなわちユーザ)による気流変更の程度、スクリーンの大きさ、およびユーザの接触により加えられた力の程度に依存する。   In an outdoor application, a touch screen using a pressure-sensitive sensor may cause a contact position error due to wind. For example, when the wind is blowing parallel to the touch screen, the pressure applied to the left portion of the screen by the person standing in front of the touch screen may be asymmetric with the pressure applied to the right portion. Due to this pressure imbalance, the pressure sensitive sensor on the touch screen will identify the wrong contact coordinates. The degree of position error depends on the degree of pressure asymmetry due to the wind on the touch screen. These asymmetries depend on the wind speed, the angle between the wind and the screen, the degree of airflow change by the obstruction (ie the user), the size of the screen, and the degree of force applied by the user's contact.

感圧センサに関する別の問題は、ドラッグ・アンド・アンタッチ機能を実現しようとする場合に生じる。この機能を実現するためには、感圧センサの信号は、サブヘルツ範囲内でうまく処理する必要がある。しかし残念ながら、感圧センサは、本質的に、加えられた圧力の時間微分である信号を生成するものであるので、サブヘルツの情報を提供することは困難である。加えられた圧力に比例する信号を生成する感圧センサは、機械的ノイズに起因して、サブヘルツ情報を処理する上で問題を有する場合がある。   Another problem with pressure sensitive sensors arises when trying to implement a drag and untouch function. In order to realize this function, the signal of the pressure sensor needs to be processed well within the sub-hertz range. Unfortunately, however, it is difficult to provide subhertz information because pressure-sensitive sensors essentially generate a signal that is a time derivative of the applied pressure. A pressure sensitive sensor that generates a signal proportional to the applied pressure may have problems processing subhertz information due to mechanical noise.

図7に示す本発明の実施形態においては、一次センサは、複数の電極503からなる電極アレイを有する投影型静電容量方式センサである。この投影型静電容量方式センサはプロセッサ701に接続され、このプロセッサを用いて接触位置座標を特定する。二次タッチセンサは感圧センサであり、図示のように、感圧センサ401〜404で構成されている。単一の感圧センサ401を用いて接触の認証を行ってもよい点を理解されたい。したがってセンサ401の出力は、図7に示すように、接触を認証するためにモニタ703および判別部705に接続するか、あるいは副次的に接触座標を特定するために、感圧センサ402〜404からの出力とともに直接的にプロセッサ701に接続することができる。   In the embodiment of the present invention shown in FIG. 7, the primary sensor is a projected capacitive sensor having an electrode array composed of a plurality of electrodes 503. This projected capacitive sensor is connected to a processor 701 and uses this processor to identify contact position coordinates. The secondary touch sensor is a pressure-sensitive sensor, and includes pressure-sensitive sensors 401 to 404 as illustrated. It should be understood that contact authentication may be performed using a single pressure sensitive sensor 401. Therefore, as shown in FIG. 7, the output of the sensor 401 is connected to the monitor 703 and the determination unit 705 for authenticating the contact, or the pressure sensitive sensors 402 to 404 are used to specify the contact coordinates as a secondary. Can be connected directly to the processor 701 together with the output from the.

図7に示す実施形態において、感圧センサは、指が接触表面に接触した時点を決定するためにのみ用いられる。すなわちシステムは、「接触」を検知するためには、所定の圧力がスクリーン501に加わったことを要求するように設定されている。たとえばセンサ401〜404の複数の感圧センサが用いられる場合、これらの感圧センサからの信号の合計が閾値を超える必要がある。この実施形態では、感圧センサがドラッグ・アンド・アンタッチ機能をサポートする必要はないので、感圧センサ信号は、比較的に狭小な周波数フィルタを用いて処理することができる。狭小の周波数フィルタを用いることにより、基準マスの振動に起因する機械的バックグラウンドノイズを比較的に容易に抑制することができる。   In the embodiment shown in FIG. 7, the pressure sensitive sensor is only used to determine when the finger contacts the contact surface. That is, the system is set to require that a predetermined pressure is applied to the screen 501 in order to detect “contact”. For example, when a plurality of pressure sensors 401 to 404 are used, the sum of signals from these pressure sensors needs to exceed a threshold value. In this embodiment, since the pressure sensitive sensor need not support a drag and untouch function, the pressure sensitive sensor signal can be processed using a relatively narrow frequency filter. By using a narrow frequency filter, mechanical background noise due to vibration of the reference mass can be suppressed relatively easily.

図8は、図7に示す実施形態に係るシステムを用いた好適な方法を示す。当初、システムは、接触を待機する間、準備モードにある(ステップ801)。感圧センサは、タッチスクリーンに加えられた圧力が所定の閾値を超えたと判定することにより、接触を検知し(ステップ803)、このときシステムは投影型静電容量式センサも同様に接触を検知したか否かについて確認する(ステップ805)。投影型静電容量式センサが接触を検知していない場合、システムは準備モードに戻って(ステップ801)、接触は無効なものとする。投影型静電容量式センサが接触を検知していた場合、本発明の好適な実施形態では、非接触閾値が設定される(ステップ807)。この閾値は、感圧センサが最初に接触したことを検知した時の投影型静電容量信号の振幅に対する所定の比率(たとえば50%)に等しいとしてもよい。択一的な実施形態において、事前に設定された閾値を用いることにより、閾値を設定するステップを省略してもよい。   FIG. 8 shows a preferred method using the system according to the embodiment shown in FIG. Initially, the system is in a ready mode while waiting for contact (step 801). The pressure-sensitive sensor detects contact by determining that the pressure applied to the touch screen exceeds a predetermined threshold (step 803), and the system detects the contact of the projected capacitive sensor as well. It is confirmed whether or not it has been done (step 805). If the projected capacitive sensor does not detect contact, the system returns to the ready mode (step 801) and the contact is considered invalid. If the projected capacitive sensor has detected contact, in a preferred embodiment of the present invention, a non-contact threshold is set (step 807). This threshold value may be equal to a predetermined ratio (for example, 50%) with respect to the amplitude of the projected capacitive signal when the pressure sensor is first detected. In an alternative embodiment, the step of setting the threshold may be omitted by using a preset threshold.

次のステップにおいて、接触位置の座標が生成される(ステップ809)。好適な実施形態では、位置座標は、投影型静電容量式システムにより特定される。好適には、システムは投影静電容量信号をモニタし続け、投影容量信号が非接触閾値を超えている限り、位置座標を生成し続ける(ステップ811)。したがってユーザがドラッグ動作(すなわちスクリーンを横切って指を引きずること)を行う場合、システムは必要な接触位置情報を生成し続ける。投影静電容量信号が非接触閾値より小さくなると、システムは、非接触メッセージおよび最終的な位置座標を生成して(ステップ813)、その後準備モードへと戻る。   In the next step, the coordinates of the contact position are generated (step 809). In a preferred embodiment, the position coordinates are specified by a projected capacitive system. Preferably, the system continues to monitor the projected capacitance signal and continues to generate position coordinates as long as the projected capacitance signal exceeds the non-contact threshold (step 811). Thus, if the user performs a drag action (ie dragging a finger across the screen), the system continues to generate the necessary contact position information. When the projected capacitance signal falls below the non-contact threshold, the system generates a non-contact message and final position coordinates (step 813) and then returns to the preparation mode.

上述のシステムは数多くの利点を有する。第1に、感圧センサを用いることにより、実際の接触以前に、すなわちユーザの指もしくは手が単にスクリーンの近傍にあるに過ぎず、スクリーンに触れていない場合に、投影型静電容量式システムが接触に応答する可能性を排除することができる。第2に、上述の閾値設定ステップを用いることにより、指の大きさすなわち静電容量が異なること(たとえば大きな指に対する小さな指、手袋を着用した指と着用していない指など)に起因する問題を解決することができる。第3に、投影型静電容量式システムを用いて、ドラッグ・アンド・アンタッチ機能を実現することができるので、感圧センサを用いたときのサブヘルツ情報の処理に伴う典型的な問題を解決することができる。第4に、この実施形態において、感圧センサは、正確な接触位置を特定するためでなく、接触があったことを認証するためにのみ用いられるので、感圧センサに付随する較正および安定性の問題のみならず、風もしくは大きな振動に起因する偽接触発生の問題を回避することができる。   The system described above has a number of advantages. First, by using a pressure sensitive sensor, a projected capacitive system prior to actual contact, i.e., when the user's finger or hand is simply in the vicinity of the screen and is not touching the screen. Can eliminate the possibility of responding to contact. Secondly, problems caused by the difference in finger size, that is, capacitance (eg, small fingers for large fingers, fingers wearing gloves and fingers not wearing) by using the threshold setting step described above. Can be solved. Third, since a drag-and-untouch function can be realized using a projected capacitive system, the typical problem associated with processing of subhertz information when using a pressure sensor is solved. be able to. Fourth, in this embodiment, the pressure sensor is used only to authenticate that there was a contact, not to identify the exact contact location, so calibration and stability associated with the pressure sensor In addition to this problem, it is possible to avoid the problem of false contact due to wind or large vibrations.

図9に示す投影型静電容量方式センサおよび感圧センサの組み合わせを用いる第2の実施形態によれば、投影型静電容量方式センサは真の接触があったことを確認するためだけに用いられ、正確な位置を特定するためには感圧センサ401〜404が用いられる。このシステムにおいて、感圧センサは、当業者に広く知られた技術を用いて、必要な精度を実現するために標準的な構成に設定されている。これとは対照的に、投影型静電容量方式センサは、最小限の精度が得られるように設計されているので、少数の電極503、すなわち1本程度に少数の電極503を必要とするものである。1本以上の電極503を用いて、より高い精度および性能を実現することが好ましい。複数の電極が用いられる場合であっても、接触位置を最終的に特定するために投影型静電容量式システムを用いることはないので、必要とされる電極および電気的チャンネルの数を実質的に削減することができる。さらに、投影型静電容量式電極は、接触を確認するためだけにのみ用いられるため、xおよびy軸方向の両方の電極を必要とせず、センサおよび電子回路が複雑になることを回避することができる。図示のように、投影型静電容量方式センサの出力はモニタ703および判別部705を介してプロセッサ701に接続され、感圧センサ401〜404は接触位置の座標を特定するために直接的にプロセッサ701に接続される。   According to the second embodiment using the combination of the projected capacitive sensor and the pressure sensitive sensor shown in FIG. 9, the projected capacitive sensor is used only to confirm that there was a true contact. In order to specify an accurate position, pressure-sensitive sensors 401 to 404 are used. In this system, the pressure sensor is set in a standard configuration to achieve the required accuracy using techniques well known to those skilled in the art. In contrast, projected capacitive sensors are designed for minimal accuracy and require a small number of electrodes 503, that is, as few as one electrode 503. It is. It is preferable to achieve higher accuracy and performance using one or more electrodes 503. Even when multiple electrodes are used, the projected capacitive system is not used to ultimately identify the contact location, so the number of electrodes and electrical channels required is substantially reduced. Can be reduced. Furthermore, since the projected capacitive electrode is used only to confirm contact, it does not require both x and y axis electrodes and avoids complicating sensors and electronics. Can do. As shown in the figure, the output of the projected capacitive sensor is connected to the processor 701 via the monitor 703 and the discriminating unit 705, and the pressure sensitive sensors 401 to 404 directly process the processor in order to specify the coordinates of the contact position. 701 is connected.

図10は、図9を参照して説明したように、投影型静電容量方式センサ接触認証用センサとしてのみ用いられるときの本発明の方法を示している。当初、システムは準備モードにある(ステップ1001)。第1のステップ(ステップ1003)において、感圧センサが接触を検出する。次に、投影型静電容量式システムは、接地電位を有する導電性物体が接触したか否かを判断することにより、当該接触が有効なものであるか否かを判断する(ステップ1005)。当該接触が有効なものであると認証された場合、感圧センサにより接触位置座標が生成され(ステップ1007)、システムは準備モードに戻る。この実施形態の最も簡便な構成によれば、投影型静電容量式システムが、有効な接触があったと認証しない場合、システムは準備モードに戻るだけである。択一的構成によれば、接触が無効であると判断された場合、システムは、感圧センサの閾値を調整する(ステップ1009)。たとえば、要求される圧力の閾値を大きくして、偽の接触検出(たとえば風による偽の接触検出)を排除することができる。偽の接触検出を排除するように圧力閾値を調整する場合、ノイズ(たとえば風によるノイズが小さくなることを考慮して)、周期的に当該閾値を自動的に小さくすることにより、最適な接触検知精度を実現することが好ましい。感圧センサの振幅の閾値について設定する他、バックグラウンド信号の周波数スペクトルを同様にモニタして、必要に応じて適切な周波数フィルタを用いてもよい。この構成によれば、投影型静電容量方式センサが偽の接触が検知した場合、バックグラウンド信号の周波数スペクトルを確認して、適当な周波数フィルタが用いられる。圧力閾値の場合と同様、周波数フィルタを定期的に解除し、または周波数スペクトルを定期的に再測定することにより、結果として、不要なフィルタリング処理がなされないようにすることが好ましい。   FIG. 10 illustrates the method of the present invention when used only as a projected capacitive sensor contact authentication sensor, as described with reference to FIG. Initially, the system is in a preparation mode (step 1001). In the first step (step 1003), the pressure sensor detects contact. Next, the projected capacitive system determines whether or not the contact is valid by determining whether or not a conductive object having a ground potential has contacted (step 1005). If the contact is verified to be valid, contact position coordinates are generated by the pressure sensor (step 1007), and the system returns to the preparation mode. According to the simplest configuration of this embodiment, if the projected capacitive system does not authenticate that there was a valid contact, the system only returns to the ready mode. According to an alternative configuration, if the contact is determined to be invalid, the system adjusts the threshold of the pressure sensor (step 1009). For example, the required pressure threshold can be increased to eliminate false contact detection (eg, false contact detection by wind). When adjusting the pressure threshold to eliminate false contact detection, optimal contact detection by automatically reducing the threshold periodically (for example, considering that noise due to wind is reduced) It is preferable to achieve accuracy. In addition to setting the threshold value of the amplitude of the pressure-sensitive sensor, the frequency spectrum of the background signal may be similarly monitored, and an appropriate frequency filter may be used as necessary. According to this configuration, when a false contact is detected by the projected capacitive sensor, the frequency spectrum of the background signal is confirmed and an appropriate frequency filter is used. As in the case of the pressure threshold, it is preferable to periodically cancel the frequency filter or periodically remeasure the frequency spectrum so that unnecessary filtering processing is not performed as a result.

本発明に係る1つの実施形態によれば、投影型静電容量方式センサシステムおよび感圧センサシステムの両方が、接触位置座標を特定できるものであってもよい。この実施形態では、システムの接触アルゴリズムは、いずれのセンサシステムが所与の条件下で最も正確な位置座標が得られるかについて判断するように設計されている。そして選択されたセンサシステムを用いて、接触位置座標を求める。図11は、このデュアルセンサシステムで用いられる方法を示すものである。   According to one embodiment of the present invention, both the projected capacitive sensor system and the pressure sensitive sensor system may be capable of specifying contact position coordinates. In this embodiment, the contact algorithm of the system is designed to determine which sensor system will yield the most accurate position coordinates under a given condition. The contact position coordinates are obtained using the selected sensor system. FIG. 11 shows a method used in this dual sensor system.

当初、接触検知システムは準備モードにある(ステップ1101)。最初に感圧センサが接触を検知して(ステップ1103)、投影型静電容量方式センサで生じ得る接近による誤検知を回避することが好ましい。接触が感圧センサで検知され、二次センサシステム(すなわち好適な実施形態における投影型静電容量方式センサ)で認証されたとき(ステップ1105)、接触アルゴリズムは、指の大きさまたは導電率の差異による問題を解消するために、投影型静電容量方式センサの閾値を調整する(ステップ1107)。両方のセンサが十分な精度で位置を特定できるので、次のステップにおいて、2つのセンサで検知された接触位置の間でのずれ(差異)を判断する(ステップ1109)。位置ずれが合理的な値より大きい場合(すなわち、風や手の大きさなどに起因すると考えられるものよりも大きい場合)には、システムは当該接触を無効とし、準備モードに戻る。2つの接触位置間の位置ずれが許容限度内にある場合には、当該接触は認証され、処理を続行する。   Initially, the contact detection system is in a preparation mode (step 1101). It is preferable that the pressure-sensitive sensor first detects contact (step 1103) to avoid erroneous detection due to approach that may occur with the projected capacitive sensor. When contact is detected with a pressure-sensitive sensor and authenticated with a secondary sensor system (ie, a projected capacitive sensor in the preferred embodiment) (step 1105), the contact algorithm can determine the finger size or conductivity. In order to eliminate the problem due to the difference, the threshold value of the projected capacitive sensor is adjusted (step 1107). Since both sensors can specify positions with sufficient accuracy, in the next step, a deviation (difference) between the contact positions detected by the two sensors is determined (step 1109). If the misalignment is greater than a reasonable value (i.e., greater than that which may be due to wind, hand size, etc.), the system invalidates the contact and returns to the ready mode. If the misalignment between the two contact positions is within acceptable limits, the contact is authenticated and processing continues.

次に接触アルゴリズムは、接触座標を特定する際に、いずれのタッチセンサによる接触位置を用いるべきかを判断する(ステップ1111)。たとえば、接触アルゴリズムは、非接触メッセージが送信される前に接触位置が変化し続けていると判断したときに、システムがドラッグモードで使用されていると認識することができる(ステップ1113)。この場合、一般に、投影型静電容量式システムの方が上述のようにドラッグモードを支援する上で有効であるので、投影型静電容量式システムを用いて接触位置と、接触が離れた位置(すなわち非接触位置)を特定することが好ましい(ステップ1115)。択一的には、振動または風により生じたバックグラウンドノイズがあまりにも大きいとシステムが判断した場合(ステップ1117)、接触アルゴリズムは、投影型静電容量式センサを選択してもよい(ステップ1119)。上記以外の場合には、感圧センサを用いて接触位置を特定してもよい(ステップ1121)。   Next, the contact algorithm determines which touch sensor should use the contact position when specifying the contact coordinates (step 1111). For example, the contact algorithm may recognize that the system is being used in drag mode when it determines that the contact location continues to change before the non-contact message is sent (step 1113). In this case, in general, the projected capacitive system is more effective in supporting the drag mode as described above. Therefore, the projected position is separated from the contact position using the projected capacitive system. It is preferable to specify (that is, the non-contact position) (step 1115). Alternatively, if the system determines that background noise caused by vibration or wind is too great (step 1117), the touch algorithm may select a projected capacitive sensor (step 1119). ). In cases other than the above, the contact position may be specified using a pressure sensor (step 1121).

上記実施形態を若干変形した実施形態においては、感圧センサが最初に検知した接触を、投影型静電容量方式センサが認証しない場合(ステップ1105)、システムは、準備モードに戻る前に、感圧センサの閾値を調整してもよい(ステップ1123)。図10に参照して説明したように、感圧センサに対する振幅閾値または周波数フィルタのいずれかを調整してもよい。   In an embodiment that is a slight modification of the above embodiment, if the projected capacitive sensor does not authenticate the first contact detected by the pressure sensitive sensor (step 1105), the system will detect the contact before returning to the ready mode. The threshold value of the pressure sensor may be adjusted (step 1123). As described with reference to FIG. 10, either the amplitude threshold or the frequency filter for the pressure sensor may be adjusted.

上述のようにセンサを組み合わせることにより、双方のセンサシステムの問題点を克服できる他にも利点が得られる。たとえば、システムが準備モードにあるとき、一方のセンサシステムのみを準備状態にしておけばよい。すなわち、他方のセンサシステムを完全な電源非供給状態にして、電力消費量を低減することができる。たとえば、感圧センサを待機状態として、起動されたときに、投影型静電容量方式システムの電極を走査するようにしてもよい。   Combining sensors as described above provides other advantages in addition to overcoming the problems of both sensor systems. For example, when the system is in the ready mode, only one sensor system need be in the ready state. That is, it is possible to reduce the power consumption by putting the other sensor system in a completely non-powered state. For example, the electrodes of the projected capacitive system may be scanned when the pressure sensitive sensor is in a standby state and activated.

上述のようにセンサを組み合わせることによる別の利点は、限定的にユーザを同定し得る点にある。たとえば、ユーザが右利きであった場合、投影型静電容量式システムは、感圧センサが検知した接触位置の右側において、ユーザの手の静電容量に起因して接触位置を投影する傾向がある。同様にユーザが左利きであった場合、投影型静電容量式システムは、感圧センサが検知した接触位置の左側において、接触位置を投影する傾向がある。同定システムで利用可能な他の接触に係る属性情報としては、2つのセンサシステムが特定した接触位置間の位置ずれ、スクリーンに接触したときの圧力、ユーザがスクリーンの複数の領域に触れた際の速度、およびユーザが最初に接触してから接触しなくなるまでの時間が挙げられる。本発明に係るシステムは、特定の接触動作のみ(たとえばATM装置のユーザコード)をモニタし、あるいはすべての接触動作をモニタするよう設計することができる。これらのデータに関する1つの可能性のある利用方法によれば、異なるユーザの過去の使用状況に応じて、異なるメニュー画面やタッチスクリーンを提供することができる。   Another advantage of combining sensors as described above is that users can be identified in a limited way. For example, if the user is right-handed, the projected capacitive system tends to project the contact position due to the capacitance of the user's hand on the right side of the contact position detected by the pressure sensor. is there. Similarly, if the user is left-handed, the projected capacitive system tends to project the contact position to the left of the contact position detected by the pressure sensor. Other contact-related attribute information that can be used in the identification system includes positional displacement between the contact positions specified by the two sensor systems, pressure when touching the screen, and when the user touches multiple areas of the screen. Speed, and the time from when the user first touches to when he stops touching. The system according to the present invention can be designed to monitor only specific contact movements (eg user code of an ATM device) or to monitor all contact movements. According to one possible utilization method regarding these data, different menu screens and touch screens can be provided according to past usage situations of different users.

タッチスクリーンコントローラに付随する多くの電子部品は、検知器(センサ)の形式とは無関係であるので、通常、複数の接触センサを用いても、複数セットの電子部品を必要とすることはない。たとえば一般的なタッチスクリーンコントローラは、マイクロプロセッサ、RAM、ROM、アナログ−デジタル変換器(ADC)、電源供給回路、ホストコンピュータとの通信をサポートするデジタル回路、およびプリント回路基板を必要とする。すなわち多くの場合、タッチスクリーンに付随する多くの電子部品は、複数センサシステムを支援するために利用することができる。   Many electronic components associated with a touch screen controller are independent of the type of detector (sensor), and therefore multiple sets of electronic components are usually not required using multiple contact sensors. For example, a typical touch screen controller requires a microprocessor, RAM, ROM, analog-to-digital converter (ADC), power supply circuitry, digital circuitry that supports communication with a host computer, and a printed circuit board. That is, in many cases, many electronic components associated with the touch screen can be utilized to support a multiple sensor system.

いくつかの事例において、コントローラ電子部品の他の態様が、2つの異なる形式のセンサにおいて共通している場合もある。たとえば、ある種の圧電抵抗式感圧センサは、より一般的な手法として直流励起電圧を用いた測定するのではなく、数十キロヘルツの範囲の交流励起電圧を用いて測定することができる。したがって、感圧センサおよび静電結合方式の検知センサの双方に対して、同様の励起周波数および同様の受信用電子部品を利用することができる。   In some cases, other aspects of the controller electronics may be common in two different types of sensors. For example, a certain type of piezoresistive pressure-sensitive sensor can measure using an AC excitation voltage in the range of several tens of kilohertz instead of using a DC excitation voltage as a more general technique. Therefore, the same excitation frequency and the same receiving electronic component can be used for both the pressure-sensitive sensor and the electrostatic coupling type detection sensor.

図12は、センサ素子検出回路1200の一般的なブロック回路図を示す。負帰還回路により、フィードバックライン1201の電圧が確実に基準電源1203から生じる発振電圧Vと同一となる。センサ素子1205からの出力は基準電圧Vに重畳した信号電圧ΔVとなる。出力ラインに基準電圧ラインを加えたものは、差分信号出力電圧ΔVとなる。 FIG. 12 shows a general block circuit diagram of the sensor element detection circuit 1200. The negative feedback circuit ensures that the voltage on the feedback line 1201 is the same as the oscillation voltage V 0 generated from the reference power supply 1203. The output from the sensor element 1205 is a signal voltage ΔV superimposed on the reference voltage V 0 . A difference signal output voltage ΔV is obtained by adding the reference voltage line to the output line.

図13は、図12の回路で用いられる投影型静電容量方式センサ素子を示す。可変コンデンサ1301は投影型静電容量方式センサ電極を示す。使用に際して、ユーザの指または他の接地電位を有する物体により、接地電位に対する静電容量が増大する。抵抗1303は検知機構を支援する。抵抗1303は、センサ内に直接的に組み込まれるか、もしくは検知電極と共に設置することができる。   FIG. 13 shows a projected capacitive sensor element used in the circuit of FIG. A variable capacitor 1301 represents a projected capacitive sensor electrode. In use, capacitance with respect to ground potential is increased by the user's finger or other object having ground potential. Resistor 1303 supports the sensing mechanism. Resistor 1303 can be integrated directly into the sensor or installed with the sensing electrode.

図12に示す帰還回路は、感圧センサの交流検出回路とともに使用することができる。いくつかの感圧センサ、たとえばC−キューブド社(C-Cubed Limited)製の感圧センサは、ホイートストンブリッジ回路を用いて検出する。したがって図14に示すように、4つの抵抗1401〜1404のうちの1つまたはそれ以上が、感圧センサの圧電抵抗素子に相当するものであってもよい。図示された実施形態において、ホイートストンブリッジ回路は、コンデンサ1405を介して接地されている。コンデンサ1405は必要なものではないが、励起電圧とフィードバック電圧との間の差を低減して、Vに対するΔVの比を投影静電結合センサ電極からの信号により近づける上で有用なものである。 The feedback circuit shown in FIG. 12 can be used together with the AC detection circuit of the pressure sensor. Some pressure sensors, such as those made by C-Cubed Limited, detect using a Wheatstone bridge circuit. Therefore, as shown in FIG. 14, one or more of the four resistors 1401 to 1404 may correspond to the piezoelectric resistance element of the pressure sensor. In the illustrated embodiment, the Wheatstone bridge circuit is grounded via a capacitor 1405. Capacitor 1405 is not required, but is useful in reducing the difference between the excitation voltage and the feedback voltage to bring the ratio of ΔV to V 0 closer to the signal from the projected capacitively coupled sensor electrode. .

当業者には理解されるように、本発明は、その精神と本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の実施形態において実現することができる。したがって、本願明細書における記載および開示内容は、例示的なものであることを意図するものであり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を例示的に説明するものであって、制限することを意図したものではない。   As will be appreciated by those skilled in the art, the present invention may be implemented in other specific embodiments without departing from the spirit and essential characteristics thereof. Accordingly, the description and disclosure herein is intended to be illustrative and is intended to illustrate the scope of the present invention as set forth in the appended claims, and is intended to be limiting. It is not intended to be.

300:圧電抵抗式感圧センサ、301:タッチプレート、303:支持構造体、305:圧電抵抗材料、307:上方電極、309:下方電極、311:センサ基板。 300: Piezoresistive pressure sensor, 301: Touch plate, 303: Support structure, 305: Piezoresistive material, 307: Upper electrode, 309: Lower electrode, 311: Sensor substrate.

Claims (14)

タッチスクリーンシステムであって、
タッチスクリーンシステムのタッチスクリーンに接続された複数の感圧センサと、
タッチスクリーンに接続された複数の電極であって、電極の第1部分が第1軸に沿って形成され、電極の第2部分が第2軸に沿って形成された複数の電極と、
複数の電極に接続された投影型静電容量方式センサシステムと、
複数の感圧センサおよび投影型静電容量方式センサシステムに接続されたプロセッサとを備え、
プロセッサは、複数の感圧センサおよび投影型静電容量方式センサシステムが、実質的に同時にタッチスクリーンの接触を検出した場合に、前記接触に関する位置座標を計算することを特徴とするタッチスクリーンシステム。
A touch screen system,
A plurality of pressure sensors connected to the touch screen of the touch screen system;
A plurality of electrodes connected to the touch screen, wherein the first portion of the electrode is formed along the first axis, and the second portion of the electrode is formed along the second axis;
A projected capacitive sensor system connected to a plurality of electrodes;
A plurality of pressure sensitive sensors and a processor connected to the projected capacitive sensor system,
A processor, wherein a plurality of pressure-sensitive sensors and a projected capacitive sensor system detects a touch screen contact at substantially the same time, and calculates a position coordinate related to the touch screen.
位置座標が、複数の感圧センサにより検知されることを特徴とする請求項1に記載のタッチスクリーンシステム。   The touch screen system according to claim 1, wherein the position coordinates are detected by a plurality of pressure sensitive sensors. 位置座標が、投影型静電容量方式センサシステムにより検知されることを特徴とする請求項1に記載のタッチスクリーンシステム。   The touch screen system according to claim 1, wherein the position coordinates are detected by a projected capacitive sensor system. タッチスクリーンシステムの操作方法であって、
少なくとも1つの感圧センサを用いて、タッチスクリーンシステムのタッチスクリーンに加えられた圧力を検出するステップと、検出された圧力はタッチスクリーンに対する接触に対応し、
少なくとも1つの感圧センサを用いて検出されたタッチスクリーンに対する前記接触を、投影型静電容量方式センサを用いて確認するステップと、
前記接触に対応する位置座標を生成するステップと、
位置座標をタッチスクリーン操作システムへ送信するステップとを有することを特徴とするタッチスクリーンシステムの操作方法。
A method of operating a touch screen system,
Detecting the pressure applied to the touch screen of the touch screen system using at least one pressure sensitive sensor, the detected pressure corresponding to contact with the touch screen;
Confirming the touch on the touch screen detected using at least one pressure sensor using a projected capacitive sensor;
Generating position coordinates corresponding to the contact;
A method of operating the touch screen system, comprising: transmitting position coordinates to the touch screen operation system.
請求項4に記載の操作方法であって、
確認ステップに対して否定的な応答を投影型静電容量方式センサから受信した場合に、タッチスクリーンシステムを準備モードに戻すステップをさらに有することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 4,
An operation method, further comprising returning the touch screen system to a preparation mode when a negative response is received from the projected capacitive sensor with respect to the confirmation step.
請求項5に記載の操作方法であって、
投影型静電容量方式センサに対する非接触閾値を設定するステップをさらに有することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 5,
The operation method further comprising the step of setting a non-contact threshold for the projected capacitive sensor.
請求項6に記載の操作方法であって、
非接触閾値が、前記接触が感圧センサにより最初に検知された時の投影型静電容量信号の振幅に対して所定の比率を有することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 6,
An operation method, wherein the non-contact threshold has a predetermined ratio with respect to an amplitude of a projected capacitive signal when the contact is first detected by a pressure sensor.
請求項7に記載の操作方法であって、
前記接触に対応した投影型静電容量信号の振幅を、非接触閾値と比較するステップをさらに有し、
位置座標は、非接触閾値以下である投影型静電容量信号の振幅に関連する第2接触位置に対応することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 7,
Comparing the amplitude of the projected capacitive signal corresponding to the contact with a non-contact threshold;
The operation method characterized in that the position coordinates correspond to a second contact position related to the amplitude of the projected capacitive signal that is equal to or less than the non-contact threshold value.
請求項7に記載の操作方法であって、
前記接触に対応した投影型静電容量信号の振幅を、非接触閾値と比較するステップと、
非接触閾値以下である投影型静電容量信号の振幅に関連する第2接触位置に対応する第2の組の位置座標を生成するステップを有することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 7,
Comparing the amplitude of the projected capacitive signal corresponding to the contact with a non-contact threshold;
An operation method comprising: generating a second set of position coordinates corresponding to a second contact position related to an amplitude of a projected capacitive signal that is equal to or less than a non-contact threshold value.
請求項9に記載の操作方法であって、
投影型静電容量信号の振幅が非接触閾値以下であるとき、非接触メッセージを生成するステップと、
非接触メッセージをタッチスクリーン操作システムに送信するステップとを有することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 9,
Generating a non-contact message when the amplitude of the projected capacitive signal is below a non-contact threshold;
Transmitting a non-contact message to the touch screen operation system.
請求項5に記載の操作方法であって、
確認ステップに対して否定的な応答を投影型静電容量方式センサから受信した場合に、感圧センサ閾値を設定するステップをさらに有することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 5,
An operation method further comprising the step of setting a pressure-sensitive sensor threshold when a negative response is received from the projected capacitive sensor in response to the confirmation step.
請求項5に記載の操作方法であって、
少なくとも1つの感圧センサにより特定された第1接触位置を、投影型静電容量方式センサにより特定された第2接触位置と比較するステップと、
第1および第2の接触位置間の位置ずれが、所定の位置ずれ閾値より大きい場合、タッチスクリーンシステムを準備モードに戻すステップとを有することを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 5,
Comparing a first contact position identified by at least one pressure sensitive sensor with a second contact position identified by a projected capacitive sensor;
And a step of returning the touch screen system to a preparation mode when the displacement between the first and second contact positions is greater than a predetermined displacement threshold.
請求項5に記載の操作方法であって、
バックグラウンド機械的ノイズレベルを決定するステップと、
バックグラウンド機械的ノイズレベルをノイズ閾値と比較するステップとを有し、
バックグラウンド機械的ノイズレベルがノイズ閾値より小さい場合には、位置座標が少なくとも1つの感圧センサにより生成され、バックグラウンド機械的ノイズレベルがノイズ閾値より大きい場合には、位置座標が投影型静電容量方式センサにより生成されることを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 5,
Determining a background mechanical noise level;
Comparing the background mechanical noise level to a noise threshold;
If the background mechanical noise level is less than the noise threshold, the position coordinates are generated by at least one pressure sensor, and if the background mechanical noise level is greater than the noise threshold, the position coordinates are projected electrostatically. An operation method characterized by being generated by a capacitive sensor.
請求項5に記載の操作方法であって、
タッチスクリーンシステムがドラッグモードで作動しているか否かを判断するステップを有し、
タッチスクリーンシステムがドラッグモードで作動していない場合には、位置座標が少なくとも1つの感圧センサにより生成され、さらに、タッチスクリーンシステムがドラッグモードで作動している場合には、位置座標が投影型静電容量方式センサにより生成されることを特徴とする操作方法。
The operation method according to claim 5,
Determining whether the touch screen system is operating in drag mode;
If the touch screen system is not operating in the drag mode, the position coordinates are generated by at least one pressure sensor, and if the touch screen system is operating in the drag mode, the position coordinates are projected. An operation method characterized by being generated by a capacitive sensor.
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