JP2012509539A

JP2012509539A - フライング・キャパシタを用いて、表面型静電容量方式タッチ・パネルの上の位置を測定する方法およびシステム

Info

Publication number: JP2012509539A
Application number: JP2011537422A
Authority: JP
Inventors: バイスウェイ，ジェアード・ジー; ポールセン，キース・エル
Original assignee: サーク・コーポレーション
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: WO2010059216A1; CN102224481A; US8432375B2; US8194046B2; US20120235954A1; JP5220201B2; US20110063242A1; CN102224481B

Abstract

非導電性基板上に導電性材料の実質的に平坦な被膜を有し、次いで導電性材料に誘電体材料を被覆したタッチ・パネルにおいて、新規な電流測定回路が、電流測定の精度に対する浮遊容量の影響を低減するので、タッチ・パネル上にある物体の相対的なＸおよびＹ位置を、単純な比率の式を用いて判定することが可能になる。
【選択図】図４

Description

関連出願に対する相互引用
本文書は、出願番号が第６１／１１６，５９２号で２００８年１１月２０日に出願された仮特許出願（代理人整理番号４４５５．ＣＩＲＱ．ＰＲ）に対する優先権を主張し、この出願をここで引用したことによりそれに含まれる主題の全てが本願にも含まれるものとする。
発明の分野
本発明は、一般的には、タッチパッド技術に関する。更に特定すれば、本発明は、表面型静電容量方式タッチ・パネル(surface capacitance touch panel)上にある指示物体の位置を判定する新たな方法である。

周知のタッチパッド技術には、図１に示すような表面型静電容量方式タッチ・パネル１０が用いられるものがある。このようなタッチ・パネル１０は、ガラスのような絶縁基板１８上に導電性材料１６の固体薄板が配され、角にセンサ１２が配置されている。指示物体１４の位置、即ち、「接触位置」を表面型静電容量方式タッチ・パネル１０上において測定する従前からの方法では、タッチ・パネルの導電層１６の４つの角全てにＡＣ信号を印加する。導電層１６は、例えば、酸化インディウム錫（ＩＴＯ）で作ることができる。

タッチ・パネル１０を作成するには、ガラス基板１８の表面を、面抵抗を形成する抵抗性ＩＴＯ材料の実質的に平坦な層で満たす、即ち、被覆する。次いで、ＩＴＯ導電性材料を被覆するために誘電体を被着する。

ＡＣ信号を導電性ＩＴＯ材料１６に印加した後、次のステップでは、各角を流れる電流を用いて、接触位置の三角測量を行う。正弦波または方形波のいずれかを印加するのが一般的である。

指１４のような物体がタッチ・パネル１０の表面と接触すると、ＩＴＯ面１６と指先１４との間にキャパシタが形成される。この容量値は非常に小さく、通例、５０ｐＦ程度である。したがって、測定すべき電荷量、即ち、パネルの各角１２に向かう電流は非常に小さい。この電流が非常に小さいので、システムは浮遊容量の影響を非常に受けやすい。このため、タッチ・パネル１０の精度がしばしば問題となる。

したがって、タッチ・パネル表面上にある物体の位置を三角測量する際に、測定精度を高め浮遊容量に対する感受性を低下させる新たな方法が求められている。

本発明の目的は、表面に接触する物体の位置を判定する新たな方法を用いるタッチ・パネルを提供することである。
本発明の別の目的は、浮遊容量に対する感受性を低下させた、新たな電流測定方法を提供することである。

第１の実施形態では、本発明は、非導電性基板上に導電性材料の実質的に平坦な被膜を有し、次いで導電性材料に誘電体材料を被覆したタッチ・パネルであり、新規な電流測定回路が、電流測定の精度に対する浮遊容量の影響を低減するので、タッチ・パネル上にある物体の相対的位置を、単純な比率の式を用いて判定することが可能になる。

本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、利点、ならびに代替的な態様は、以下の詳細な説明を添付図面と合わせて検討することにより、当業者には明白になろう。

図１は、先行技術において見られるタッチ・パネルの斜視図である。図２は、先行技術の原理にしたがって作られたタッチパネルの斜視図である。図３は、本発明の原理にしたがって作られたタッチ・パネルの斜視図である。図４は、キャパシタと電流測定センサとによって構成された高感度(sensitive)電流測定回路をどのようにしてタッチ・パネルに応用するのかを示す回路図である。

これより、図面を参照する。この図面では、本発明の種々の要素に参照番号が与えられており、当業者が本発明を実施し使用することを可能にするように本発明について論ずる。尚、以下の説明は本発明の原理の一例に過ぎず、以下に続く特許請求の範囲を狭めるように見なしてはならないことは言うまでもない。

図２は、先行技術において見られるタッチ・パネル１０の表面を示す。ライン２０は、電圧が表面の２カ所の角に印加されたときに、タッチ・パネルの表面に生成される電圧勾配を示す。例えば、角２２および２４に電圧を印加すると、図示する一定電圧勾配が生ずる。電圧勾配ラインには大きなひずみがあるが、これは多くのタッチ・パネル１０に共通する。

図３は、本発明の原理にしたがって作られたタッチ・パネルの斜視図である。タッチ・パネル上にある物体の位置を判定する新たな(new and novel)手法では、大きなキャパシタを充電し、次いでこの「フライング・キャパシタ」をタッチ・パネル１０に利用する。本発明のフライング・キャパシタ方法では、この方法は、１本の軸を中心としてタッチ・パネルの表面全域に一定の電圧勾配が生成されたときに、タッチ・パネルの表面上における接触点に誘発される瞬時的な全電流を測定する。

電圧勾配を直線的にすることによって、タッチ・パネルの精度を高めることができる。したがって、第１ステップでは、表面上にあるタッチ・パネル１０の外縁の回りに、低抵抗材料を追加することが望ましいが、必須ではない。電圧勾配ライン２０は、上縁から下縁までの間で一層密度が濃くそして直線状になる。

図４は、本発明の第１の実施形態において、キャパシタと電流測定センサとによって構成された高感度(sensitive)電流測定回路を、どのようにしてタッチ・パネルに応用するのかを示す回路図である。タッチ・パネル１０から取り込まれるあらゆる変化が、電流測定回路によって測定される。

この実施形態では、タッチ・パネル１０上にある指示物体５０（任意にタッチ・パネル１０上に位置付けられている）の位置を判定するために、４つの測定値Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、およびＸ４を取り込む必要がある。したがって、最初のステップでは、フライング・キャパシタ３０の正ノードを、タッチ・パネル１０の第１辺４０に電気的に結合し、一方負ノードをタッチ・パネル１０の対向する第２辺４２に、センサ即ち電流測定回路４４と共に電気的に結合する。電流測定回路４４は、電流計とすることができる。

電圧勾配は、第１辺４０から第２辺４２に、そしてセンサ回路４４まで、タッチ・パネル１０の表面全域に形成される。いずれかの所与の点において、指または他の指示物体５０がタッチ・パネル１０の表面に接触すると、電流に漏出が生じ、これをセンサ回路４４によって測定する。この電流のセンサ回路への漏出は、タッチ・パネル１０の第１および第２辺４０、４２から指までの距離の関数となる。つまり、第１測定値Ｘ１は、第２辺４４においてタッチ・パネル１０から離れる電流である。

図４に示すように、第１辺４０が任意にタッチ・パネル１０の左側であると仮定する。したがって、第２辺４２は、タッチ・パネル１０の右側に対応する。第１および第２辺４０、４２は、任意に選択され、本発明の方法を変化させることなく、交換することができる。

第２電流測定値Ｘ２は、タッチ・パネル１０の第１および第２辺４０、４２間において、フライング・キャパシタ３０の正および負ノードを交換することによって取り込まれる。また、電流測定値Ｘ２を取り込むために回路を逆にするときに、電流測定回路４４も移動させる。

指示物体５０の位置は、電流測定値Ｘ１およびＸ２の比として判定することができる。指示物体５０の位置は、０と１との間で容易に割り当てられ、以下の式１を用いて決定される値である。
Ｘ＝Ｘ１／（Ｘ１＋Ｘ２）

同様の測定値が、タッチ・パネル１０の上辺２６および下辺２８、即ち、第３および第４辺を用いて取り込まれる。フライング・キャパシタ３０の正ノードを、最初に上縁２６または下縁２８に結合することができる。どちらの縁を正ノードに最初に接続すべきかに関する判断は任意である。その結果、電流測定値Ｙ１およびＹ２が得られる。次いで、以下の式２を用いて、Ｙ位置の比を求める。
Ｙ＝Ｙ１／（Ｙ１＋Ｙ２）

以上で説明した本発明の強さ(strength)は、フライング・キャパシタを用いて，タッチ・パネル１０の表面に一定の電流勾配を生成するために必要な高い電流を形成すること、つまり表面上の接触点を通じて表面から去る電流の直接測定を可能にすることである。低抵抗材料に誘発される電流は、表面上にある指示物体に誘発される電流よりも遙かに大きい。測定する電流が大きいと、システムの精度が向上し、浮遊容量が測定値に及ぼす可能性がある影響が低減する。

なお、タッチ・パネル１０全域に電圧勾配を維持するために、フライング・キャパシタ３０上の電荷は素早くリフレッシュされていることは言うまでもない。フライング・キャパシタ３０をタッチ・パネル１０から切断し、次いでフライング・キャパシタ３０をタッチ・パネル１０に再度接続するプロセスは、当業者には周知であり、本発明の態様ではない。

また、タッチ・パネル１０の表面に対する指示物体のＺ位置を判定することもできる。指示物体のＺ位置は、以下の式３を用いて決定する。
Ｚ＝（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｙ１＋Ｙ２）／４
以上で説明した本発明の実施形態の利点は、比較的大雑把であるが単純な電流測定回路４４を用いて、タッチ・パネル１０全域に電圧勾配を形成することである。しかしながら、指示物体に向かう電流の測定は、非常に正確に行われる。何故なら、フライング・キャパシタ３０の正ノードおよび負ノードと指示物体５０との間以外には、電流が辿る経路が他にはないからである。

尚、以上で説明した構成は、本発明の原理の応用を例示したに過ぎないことは言うまでもない。本発明の主旨や範囲から逸脱することなく、数多くの変更や代替構成が当業者には考案することができよう。添付した特許請求の範囲は、このような変更や構成も包含することを意図している。

Claims

表面型静電容量方式タッチ・パネル上にある指示物体の位置を測定する方法であって、
１）絶縁基板、この基板上に配された抵抗性材料、およびこの抵抗性材料の上に配された誘電体で構成されるタッチ・パネルを用意するステップと、
２）前記タッチ・パネルの対向する第１縁および第２縁にキャパシタを接続し、その表面における電流Ｘ１を測定するステップと、
３）前記タッチ・パネルの第１縁および第２縁間において前記キャパシタの接続を交換し、その表面における電流Ｘ２を測定するステップと、
４）前記キャパシタを前記タッチ・パネルの対向する第３縁および第４縁に接続し、その表面における電流Ｘ３を測定するステップと、
５）前記タッチ・パネルの第３縁および第４縁間において前記キャパシタの接続を交換し、その表面における電流Ｘ４を測定するステップと、
６）電流測定値Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、およびＸ４を求めるための電流測定回路を用いて、前記指示物体の位置を三角測量するステップと、
を備えている、方法。
請求項１記載の方法において、この方法が、更に、前記指示物体の存在によって、どれくらいの電流が前記タッチ・パネルの表面から漏出しているか判断するために、前記キャパシタに既知の電圧電荷(voltage charge)を供給するステップを備えている、方法。
請求項１記載の方法において、この方法が、更に、電流測定値Ｘ１を求めるために、前記キャパシタの正ノードを前記タッチ・パネルの第１縁に接続し、前記フライング・キャパシタの負ノードを前記タッチ・パネルの第２縁に接続するステップを備えている、方法。
請求項３記載の方法において、この方法が、更に、電流測定値Ｘ２を求めるために、前記キャパシタの正ノードを前記タッチ・パネルの第２縁に接続し、前記フライング・キャパシタの負ノードを前記タッチ・パネルの第１縁に接続するステップを備えている、方法。
請求項４記載の方法において、この方法が、更に、電流測定値Ｘ３を求めるために、前記キャパシタの正ノードを前記タッチ・パネルの第３縁に接続し、前記フライング・キャパシタの負ノードを前記タッチ・パネルの第４縁に接続するステップを備えている、方法。
請求項５記載の方法において、この方法が、更に、電流測定値Ｘ４を求めるために、前記キャパシタの正ノードを前記タッチ・パネルの第４縁に接続し、前記フライング・キャパシタの負ノードを前記タッチ・パネルの第３縁に接続するステップを備えている、方法。
請求項１記載の方法において、この方法が、更に、前記指示物体を通じて前記タッチ・パネルから漏出している電流量を判定するために、前記キャパシタを既知の電圧まで充電するステップを備えている、方法。
請求項７記載の方法において、この方法が、更に、前記キャパシタによって、前記タッチ・パネル全域に直線的電圧勾配を形成するステップを備えている、方法。
請求項８記載の方法において、この方法が、更に、前記タッチ・パネル全域において前記電圧勾配を維持するために、前記キャパシタを前記既知の電圧にリフレッシュするステップを備えている、方法。
請求項１記載の方法において、この方法が、更に、前記電流を前記指示物体に漏出させ、更に前記電流測定回路に漏出させることのみによって、表面型静電容量方式タッチ・パネル上にある指示物体の位置を測定する方法の精度を高めるステップを備えている、方法。
請求項１記載の方法において、この方法が、更に、以下の式、
Ｘ＝Ｘ１／（Ｘ１＋Ｘ２）
を用いて、Ｘ軸における前記指示物体の位置を判定するステップを備えている、方法。
請求項１記載の方法において、この方法が、更に、以下の式、
Ｙ＝Ｙ１／（Ｙ１＋Ｙ２）
を用いて、Ｙ軸における前記指示物体の位置を判定するステップを備えている、方法。
請求項１記載の方法において、この方法が、更に、以下の式、
Ｚ＝（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｙ１＋Ｙ２）／４
を用いて、Ｚ軸における前記指示物体の位置を判定するステップを備えている、方法。