JP2013517559A - ５線抵抗性タッチスクリーンの圧力測定回路および方法 - Google Patents

Abstract

５線タッチスクリーンシステムが、ワイパ（１１）およびワイパに整合される抵抗性層（１６）と、第１（ＵＬ）、第２（ＵＲ）、第３（ＬＲ）、および第４（ＬＬ）の抵抗性層コンタクトを含むタッチスクリーン（１０）を含む。スクリーンへのタッチによりワイパの小部分が抵抗性層に対して押されて、抵抗性層上のタッチポイントにおいてワイパと抵抗性層との間にタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）が生成される。ワイパおよび様々なコンタクトがそれぞれ第１（Ｖ_ＤＤ）および第２（ＧＮＤ）の基準電圧に選択的に結合されて、タッチポイントにおけるアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）が生成される。ワイパおよび様々なコンタクトがＡＤＣ（４８）のアナログ入力（５６）および基準電圧入力に選択的に結合されて、タッチ電圧（Ｖ_Ｚ）がデジタル表現に変換される。タッチポイントにおけるアナログ電圧（Ｖ_Ｘ）および（Ｖ_Ｙ）が、ＡＤＣによって対応するデジタル表現に変換される。

Description

本願は概して５線タッチスクリーンに関し、より詳細には、５線タッチスクリーンに加えられるタッチ圧力／力を正確に判定するためのシステムおよび方法に関する。

図１は、従来の５線抵抗性タッチスクリーン１０を示す等角分解図である。タッチスクリーン１０は透明下部層１４および上部層１２を含み、透明下部層１４は、抵抗性膜１６と、外部接触端子に接続し得る４つの導電性コーナーパッド１５−１、１５−２、１５−３、および１５−４とで被覆されている。（これらの層は、ディスプレイまたはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のバックライトを透過させるために透明にする必要がある。）図２は、図１の分解図のタッチスクリーン１０の組品を示す断面図である。ここで、上部層１２は、典型的には、ポリエステルまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成され、上部層１２の下面が高導電性の（例えば金属の）透明材料で被覆されてワイパ層１１（単に「ワイパ１１」とも称する）を形成している。透明下部層１４もＰＥＴで形成され、通常はＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）である透明抵抗性膜１６で被覆されている。

弾性及び絶縁性スペーサ２２が上部層１２を下部層１４から分離して、これらの層の間に薄い空隙２３を維持する。スペーサ２２は典型的には極めて薄く、スペーサ２２を用いて、スペーサの位置に関連するタッチ位置によって決まるタッチポイント接触抵抗に大きな差異が出ないようにしている。また、スペーサ２２を用いて、スペーサに関連するタッチポイントの様々な位置で「感覚」が実質的に異ならないようにしている。

上部層１２の外側表面にタッチ圧力を加えると、ワイパ１１の小さなタッチ接触領域が抵抗性ＩＴＯ層１６に対して押される。タッチ圧力が上部層１２上に存在しない場合、上部層１２は下部抵抗性層１４からスペーサ２２及び空隙２３により分離されている。

タッチスクリーン１０の上面へのタッチ圧力は、典型的には、抵抗性層１６の受動抵抗に印加する様々な駆動信号を制御してタッチスクリーン１０の上面の様々な位置がタッチされることにより生じる様々な電圧の測定を容易にする、従来の５線タッチスクリーンコントローラによって検出される。

図３は、理想化した図１および図２に示す５線抵抗性タッチスクリーン１０の等価回路を示す。図２の透明抵抗性層１６は、図３では、図１の導電性パッド１５−１、１５−２、１５−４、および１５−３にそれぞれ対応する左上、右上、左下、および右下のコーナーに導電性端子ＵＬ、ＵＲ、ＬＬ、およびＬＲを有する等価抵抗器の矩形グリッドとして示されている。そのため、ワイパ層１１が、抵抗性層１６の直上にあり、ワイパ接触端子３５に接続されている。導体すなわちコーナー端子１５−１、１５−２、１５−４、１５−３、およびワイパ接触端子３５は、５線タッチスクリーン１０の５つのアクセス可能な導体または「導線」である。図３の下部に示すように、コーナー端子ＵＬとＬＬが導体２７によって接続され、端子ＵＲとＬＲが導体２９によって接続される場合、図３の下部の簡略化した等価回路表現で示されるように、抵抗性層１６は、導体２７と２９の間に接続される抵抗器に見える。同様に、端子ＵＬとＵＲが共に導体２６によって接続され、端子ＬＬとＬＲが共に導体２８によって接続される場合、抵抗性層１６は、導体２６と２８の間に接続される抵抗器に見える。上部導電性ワイパ１１上のタッチポイント領域３１は、タッチスクリーン１０がタッチされると、抵抗性グリッド上の点または領域３０にタッチ圧力を伝える。

図４は、図３に示す等価回路に類似しているが、ワイパ１１上の接触領域３１とＩＴＯ抵抗性層１６上の接触領域３０との間にタッチ値Ｒｚを有する「タッチ抵抗」３３をさらに含む等価回路を示す。タッチ接触領域３０および３１は、抵抗性層１６の小領域３０に対してワイパ層１１の小さな領域３１を押す上部層１２に加えられるタッチ圧力により生じる小さな接触領域である。図４の等価回路ではワイパ層１１の抵抗をゼロとしていることを留意されたい。

遺憾ながら、現状では、タッチスクリーンが用いられることが多いＬＣＤバックライト応用に対して十分に透明で導電性の高い（例えば金属の）接触ワイパ層１１を提供するのは現実的でない。上部層１２の下面のワイパ層被覆１１は、現状では、ほぼ透明なＩＴＯ抵抗性材料でできており、これは、下部層１４の上面の抵抗層１６と同じである。その結果、実用的な５線タッチスクリーン１０の等価回路は、図５に示すようになり得る。図５では、値Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}を有する抵抗３４は、タッチ領域３１とワイパ接触端子３５の間のＩＴＯ抵抗性ワイパ層１１の抵抗を表す。

典型的には、２つのＩＴＯ抵抗性層１１および１６はそれぞれ透明度が約９０％である。従って、理論的には、上部層１２および下部層１４は合わせて、９０％×９０％＝８１％の透明度になる。この理論値は極めて重要である。というのは、タッチスクリーンの透明度が低いと、十分な光強度を得るためにＬＣＤバックライト回路で放散される電力が増加するからである。

図６Ａは、従来の５線抵抗性タッチスクリーンへのタッチのｙ座標を判定するプロセスを説明するのに有用な等価回路である。ｙ座標の測定は、端子ＵＬ（１５−１）およびＵＲ（１５−２）に接続される導体２６と、端子ＬＬ（１５−４）およびＬＲ（１５−３）に接続される導体２８との間に電圧源３８の電圧Ｖ_ＤＤを印加することを含む。タッチポイント（図示せず）における電気的接触のｙ座標位置の感知は、ワイパ１１の導電性端子３５を介して行われる。同様に、図６Ｂは、タッチスクリーンへのタッチのｘ座標を判定するプロセスを説明するのに有用な等価回路である。ｘ座標の測定は、端子ＬＲおよびＵＲに接続される導体２９と、端子ＵＬおよびＬＬに接続される導体２７との間に電圧Ｖ_ＤＤを印加することを含む。タッチポイントにおける電気的接触の位置の感知は、ワイパ１１の導電性ポイント３５を介して行われる。

より具体的には、タッチスクリーン１０が結合される上記タッチスクリーンコントローラは、まず、導体２６と２８の間に電圧源３８のスクリーン駆動電圧Ｖ_ＤＤを印加し、それによって、図６Ａのスクリーン全体に上から下へ均一に電流が流れる。ワイパ１１の接触端子３５から、下記式で与えられるｙ座標電圧Ｖ_Ｙが読み出される。
Ｖ_Ｙ＝（Ｖ_ＤＤ／Ｒ_Ｙ）×Ｒ_Ｙ２ （式１）
ここで、導体２６と２８の間のｙ方向抵抗Ｒ_Ｙは、容易に測定し得る既知の値である。Ｒ_Ｙ２は、タッチポイント３０と電圧源３８の負（−）端子との間の抵抗である。（図７Ａに、Ｒ_ＹおよびＲ_２Ｙを示す。）

同様に、タッチスクリーンコントローラは、図６Ｂの導電体２９と２７の間に電圧源３８のスクリーン駆動電圧Ｖ_ＤＤを印加し、それによって、スクリーン全体に右から左へ均一に電流が流れる。ワイパ１１の接触端子３５から、下記式で与えられるｘ座標電圧Ｖ_Ｘが読み出される。
Ｖ_Ｘ＝（Ｖ_ＤＤ／Ｒ_Ｘ）×Ｒ_Ｘ２ （式２）
ここで、導電体２７と２９の間のｘ方向抵抗Ｒ_Ｘは、容易に測定し得る既知の値である。Ｒ_ｘ２は、タッチポイント３０と電圧源３８の負（−）端子との間の抵抗である。（図７Ｂに、Ｒ_ＸおよびＲ_Ｘ２を示す。）

上述のタッチスクリーンに加えて、最も近い従来技術は、米国特許第６，２４６，３９４号および第７，２１５，３３０号も含むと考えられる。２００１年６月１２日にKalthoffらに付与された米国特許第６，２４６，３９４号「タッチスクリーン測定回路および方法（Touch screen measurement circuit and method）」には、４線タッチスクリーンデジタル化システムが開示されており、タッチ位置のｘ座標およびｙ座標を測定する方法が提示されている。２００７年５月８日にRantetに付与された米国特許第７，２１５，３３０号「圧力レベルにも感度があるタッチ感受性表面（Touch-sensitive surface which is also sensitive to pressure levels）」には、タッチ感受性スクリーンを構成する２つのスクリーンの縁に沿う抵抗性ストリップに接続されてｘ座標およびｙ座標ならびに印加される圧力を測定し得る直交導電性トラック６および８を含む４線タッチスクリーンが開示されている。この方法では、４線抵抗性タッチスクリーン上のタッチポイントの圧力または第３座標または「ｚ」座標が測定される。

タッチスクリーンのユーザはときおり近くの物品にぶつかることがあり、そのため、機械的振動がタッチスクリーンに伝わり、それによって、関連するタッチスクリーンシステムがタッチ位置を誤って解釈したり、振動を意図したタッチと誤って解釈したりすることがある。また、ユーザが不注意でスクリーン表面をタッチすることもある。タッチスクリーンおよび関連するコントローラがタッチスクリーンのワイパ層と抵抗性層の間のタッチ抵抗を測定する能力を有する場合、機械的振動やタッチスクリーン表面への軽い無関係なタッチによる誤ったタッチ解釈を防止する「感度」閾値を設定することができる。例えば、タッチスクリーンに書かれる漢字の判読や図形的な特徴の描画などのいくつかの応用例では、スタイラスによってタッチスクリーン表面に加えられる力／圧力の変化量を、幅や濃さが変化する表示線として解釈することができる。また、上記感度閾値を利用してＥＭＩ（電磁干渉）などの電気的ノイズがタッチ解釈エラーを引き起こすことを防止する応用例もある。

従来の５線タッチスクリーンシステムは、ｘ座標およびｙ座標しか測定できず、第３の座標または圧力データを得るための方法を欠いており、有効な署名を提供するために印加される圧力が極めて重要な署名認証など、ある種の機能を実施する能力が限定されている。５線タッチスクリーンシステム用の本発明の圧力測定なしでは、５線タッチスクリーンシステムは２次元座標を生成し得るに過ぎず、従って、タッチスクリーン表面上での２次元応用例しか対応できない。

そのため、タッチスクリーンパネル内で生じる３つのタッチポイント座標電圧を測定して、５線タッチスクリーンのワイパ層と抵抗性層の間の、それぞれ、ｘ座標、ｙ座標、およびタッチポイント接触抵抗座標を示すシステムの要求が満たされていない。

また、タッチスクリーンパネル内で生じる３つのタッチポイント座標電圧を測定して、５線タッチスクリーンのワイパ層と抵抗性層の間の、ｘ座標、ｙ座標、およびタッチポイント接触抵抗座標を示すシステムであって、タッチポイント接触抵抗を利用してタッチポイント接触圧力または力を判定するシステムの要求も満たされていない。

５線タッチスクリーンにおけるタッチ圧力接触抵抗を利用することによって、改善された署名認証を提供し得るタッチスクリーンシステムの要求も満たされていない。

５線タッチスクリーン上のタッチポイント接触抵抗を利用することによって、タッチ強さを測定し得るタッチスクリーンシステムの要求も満たされていない。

５線タッチスクリーン上のタッチポイント接触抵抗を利用することによって、タッチ感度を測定し得るタッチスクリーンシステムであって、タッチスクリーンからのＥＭＩ（電磁干渉）を真のタッチまたは圧力と区別することができるシステムの要求も満たされていない。

５線タッチスクリーンにおけるタッチポイント接触抵抗を利用することによって、タッチ感度を測定し得るタッチスクリーンシステムであって、タッチポイントサイズ情報を判定することができるタッチスクリーンシステムの要求も満たされていない。

本発明の一つの目的は、５線タッチスクリーンパネル内で生じる３つのタッチポイント座標電圧を測定して、ワイパ層と抵抗性層の間の、それぞれ、ｘ座標、ｙ座標、およびタッチポイント接触抵抗座標を示すシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、５線タッチスクリーンパネル内で生じる３つのタッチポイント座標電圧を測定して、ワイパ層と抵抗性層の間の、それぞれ、ｘ座標、ｙ座標、およびタッチポイント接触抵抗を示すシステムであって、このタッチポイント接触抵抗を利用してタッチポイント接触圧力または力を判定するシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、５線タッチスクリーンにおけるタッチポイント接触抵抗を利用することによって改善された署名認証を提供することができるタッチスクリーンシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、５線タッチスクリーンにおけるタッチポイント接触抵抗を利用することによってタッチ感度を測定することである。

本発明の別の目的は、５線タッチスクリーンにおけるタッチポイント接触抵抗を利用することによってタッチ感度を測定し、タッチスクリーンからのＥＭＩ（電磁干渉）を真のタッチまたは圧力と区別し得るようにすることである。

本発明の別の目的は、５線タッチスクリーンにおけるタッチポイント接触抵抗を利用することによってタッチ感度を測定し、タッチポイントサイズを判定し得るようにすることである。

簡単に説明すると、一実施形態に従って、本発明は、ワイパ（１１）、ワイパに整合される抵抗性層（１６）、および第１（ＵＬ）、第２（ＵＲ）、第３（ＬＲ）、および第４（ＬＬ）の抵抗性層コンタクトを含むタッチスクリーン（１０）を含む５線タッチスクリーンシステムを提供する。スクリーンへのタッチによりワイパの小部分が抵抗性層に対して押されて、抵抗性層上のタッチポイントにおいてワイパと抵抗性層との間にタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）が生成される。ワイパおよび様々なコンタクトが、それぞれ第１（Ｖ_ＤＤ）および第２（ＧＮＤ）の基準電圧に選択的に結合されて、タッチポイントにおけるアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）が生成される。ワイパおよび様々なコンタクトがＡＤＣ（４８）のアナログ入力（５６）および基準電圧入力に選択的に結合されて、タッチ電圧（Ｖ_Ｚ）がデジタル表現に変換される。タッチポイントにおけるアナログ電圧（Ｖ_Ｘ）および（Ｖ_Ｙ）が、ＡＤＣによって対応するデジタル表現に変換される。

一実施形態では、本発明は、５線タッチスクリーンセンサ（１０）を含む５線タッチスクリーンシステム（４０）を提供する。タッチスクリーンセンサ（１０）は、実質的に透明で実質的に導電性のワイパ層（１１）と、ワイパ層（１１）に整合され、第１（ＵＬ）、第２（ＵＲ）、第３（ＬＬ）、および第４（ＬＲ）の接触端子を含む実質的に透明の抵抗性層（１６）と、ワイパ層（１１）と抵抗性層（１６）とを分離する複数の薄いスペーサ（２２）とを含む。ワイパ層（１１）へのタッチによりワイパ層（１１）の小部分（３１）が抵抗性層（１６）に対して押されて、ワイパ層（１１）と抵抗性層（１６）の間にタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）を有する抵抗性接触領域（３０）が形成される。タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）はタッチの強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）に反比例する。タッチスクリーンセンサ（１０）に結合されるコントローラ（４１）が、ワイパ層（１１）および様々な接触端子（ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、ＬＬ）をそれぞれ第１（Ｖ_ＤＤ）および第２（ＧＮＤ）の基準電圧に選択的に結合して、抵抗性接触領域（３０）における抵抗性層（１６）上の第１（Ｖ_Ｘ）および第２（Ｖ_Ｙ）のアナログタッチ位置電圧およびアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）を生成するためのタッチスクリーンドライバ回路（４２）を含む。アナログデジタル変換回路（４８）は、タッチスクリーンドライバ回路（４２）に結合される入力（５６）を有する。コントローラ（４１）内の多重化回路（４４）が、ワイパ層（１１）および様々な接触端子（ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、ＬＬ）をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に選択的に結合して、アナログデジタル変換回路（４８）に第１（Ｖ_Ｘ）および第２（Ｖ_Ｙ）のアナログタッチ位置電圧およびアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）をそれらのデジタル表現（６０）にそれぞれ変換させる。

一実施形態では、第１（ＵＬ）、第２（ＵＲ）、第３（ＬＲ）、および第４（ＬＬ）の接触端子がコーナー接触端子である。タッチスクリーンドライバ回路（４２）は、第２（ＵＲ）および第３（ＬＲ）の接触端子を第１基準電圧（Ｖ_ＤＤ）に結合し、第１（ＵＬ）および第４（ＬＬ）の接触端子を第２基準電圧（ＧＮＤ）に結合し、ワイパ層（１１）をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に結合して、アナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）でアナログｘ座標電圧（Ｖ_Ｘ）を生成する。タッチスクリーンドライバ回路（４２）は、第１（ＵＬ）および第２（ＵＲ）の接触端子を第１基準電圧（Ｖ_ＤＤ）に結合し、第３（ＬＲ）および第４（ＬＬ）の接触端子を第２基準電圧（ＧＮＤ）に結合し、ワイパ層（１１）をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に結合して、アナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）でアナログｙ座標電圧（Ｖ_Ｙ）を生成する。タッチスクリーンドライバ回路（４２）は、ワイパ層（１１）を第１基準電圧（Ｖ_ＤＤ）に結合し、第３（ＬＲ）および第４（ＬＬ）の接触端子を第２基準電圧（ＧＮＤ）に結合し、第１（ＵＬ）および第２（ＵＲ）の接触端子をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に結合して、アナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）でアナログｚ座標電圧（Ｖ_Ｚ）としてアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）を生成する。

記載される実施形態では、コントローラ（４１）のデジタル出力が、少なくともデジタルバス（６４）によってホストプロセッサ（６６）に結合され、ホストプロセッサ（６６）は、アナログｙ座標電圧（Ｖ_Ｙ）と、アナログｚ座標電圧（Ｖ_Ｚ）と、タッチスクリーン抵抗（Ｒ_Ｙ）の所定値とに対応するタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）の値を計算する。ホストプロセッサ（６６）は、タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）とタッチ強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）間の所定の関係に基づいて、タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）の値からタッチ強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）の値を計算する。

記載される実施形態では、アナログデジタル変換回路（４８）は、アナログｘ座標電圧（Ｖ_Ｘ）を抵抗性接触領域（３０）のｘ座標を表すデジタルのｘ座標位置数値に変換する。アナログデジタル変換回路（４８）はさらに、アナログｙ座標電圧（Ｖ_Ｙ）を抵抗性接触領域（３０）のｙ座標を表すデジタルのｙ座標位置数値に変換する。アナログデジタル変換回路（４８）はさらに、アナログｚ座標電圧（Ｖ_Ｚ）を接触領域（３０）上のタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）を表すｚ座標位置数値に変換する。

記載される実施形態では、ホストプロセッサ（６６）は、デジタルのｘ座標位置数値をｘ座標デジタル電圧値（Ｖ_Ｘ）に変換し、デジタルのｙ座標位置数値をｙ座標デジタル電圧値（Ｖ_Ｙ）に変換する。ホストプロセッサ（６６）は、デジタルのｚ座標位置数値をｚ座標デジタル電圧値（Ｖ_Ｚ）に変換し、さらにｚ座標デジタル電圧値（Ｖ_Ｚ）をタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）のデジタル値に変換する。ホストプロセッサ（６６）は、タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）のデジタル値に基づいて、タッチ強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）の値を計算する。

記載される実施形態では、タッチスクリーンドライバ回路（４２）は、第１基準電圧（Ｖ_ＤＤ）に結合されるソース、およびワイパ層（１１）、第２接触端子（ＵＲ）、第３接触端子（ＬＲ）、および第１接触端子（ＵＬ）に結合されるドレインを有する第１（Ｑ１）、第２（Ｑ２）、第３（Ｑ３）、および第４（Ｑ５）のＰチャネルスイッチングトランジスタと、第２基準電圧（ＧＮＤ）に結合されるソース、およびそれぞれ第３接触端子（ＬＲ）および第４接触端子（ＬＬ）に結合されるドレインを有する第５（Ｑ４）および第６（Ｑ６）のＮチャネルスイッチングトランジスタとを含む。第１、第２、第３、第４、第５、および第６のスイッチングトランジスタのゲートは、タッチスクリーンドライバ回路（４２）の動作を制御してアナログｘ座標電圧（Ｖ_Ｘ）、アナログｙ座標電圧（Ｖ_Ｙ）、およびアナログｚ座標電圧（Ｖ_Ｚ）を測定するためのタッチスクリーンドライバ制御回路（６８）に結合される。記載される実施形態では、前処理回路（５０）が、アナログデジタル変換回路（４８）の出力（６０）とデジタルバス（６４）との間に結合されて、アナログデジタル変換回路（４８）の出力（６０）上のデジタル信号をフィルタリングする。

一実施形態では、本発明は、５線タッチスクリーンシステム（４０）を動作させるための方法を提供する。この方法は、ワイパ層（１１）およびワイパ層（１１）に整合される抵抗性層（１６）を含み、さらに、第１（ＵＬ）、第２（ＵＲ）、第３（ＬＲ）、および第４（ＬＬ）の接触端子も含む５線タッチスクリーンセンサ（１０）であって、ワイパ層（１１）へのタッチによりワイパ層（１１）の小部分（３１）が抵抗性層（１６）に対して押され、それによって、ワイパ層（１１）の接触領域（３１）と抵抗性層（１６）の抵抗性接触領域（３０）の間のタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）を生じさせまたはそれを実質的に変化させ、タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）がタッチの強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）に反比例する、タッチスクリーンセンサを提供することと、ワイパ層（１１）および様々な接触端子（ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、ＬＬ）をそれぞれ第１（Ｖ_ＤＤ）および第２（ＧＮＤ）の基準電圧に選択的に結合して、抵抗性接触領域（３０）における抵抗性層（１６）でタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）の関数であるアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）を生成することと、ワイパ層（１１）および様々な接触端子（ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、ＬＬ）をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に選択的に結合し、アナログデジタル変換回路（４８）によってアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）をそのデジタル表現（６０）に変換することとを含む。

一実施形態では、この方法は、第１（ＵＬ）および第２（ＵＲ）の接触端子を第１基準電圧（Ｖ_ＤＤ）に結合し、第４（ＬＬ）および第３（ＬＲ）の接触端子を第２基準電圧（ＧＮＤ）に結合し、ワイパ層（１１）をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に結合して、アナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）でアナログｙ座標電圧（Ｖ_Ｙ）を生成することと、第２（ＵＲ）および第３（ＬＲ）の接触端子を第１基準電圧（Ｖ_ＤＤ）に結合し、第１（ＵＬ）および第４（ＬＬ）の接触端子を第２基準電圧（ＧＮＤ）に結合し、ワイパ層（１１）をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に結合して、アナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）でアナログｘ座標電圧（Ｖ_Ｘ）を生成することと、第３（ＬＲ）および第４（ＬＬ）の接触端子を第２基準電圧（ＧＮＤ）に結合し、ワイパ層（１１）を第１基準電圧（Ｖ_ＤＤ）に結合し、第１（ＵＬ）および第２（ＵＲ）の接触端子をアナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）に結合して、アナログデジタル変換回路（４８）の入力（５６）でアナログｚ座標電圧（Ｖ_Ｚ）としてアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）を生成することとを含む。

一実施形態では、この方法は、アナログデジタル変換回路（４８）の出力（６０）を少なくともデジタルバス（６４）によってホストプロセッサ（６６）に結合することと、ホストプロセッサ（６６）を動作させてアナログｙ座標電圧（Ｖ_Ｙ）とアナログｚ座標電圧（Ｖ_Ｚ）とタッチスクリーン抵抗（Ｒ_Ｙ）の所定値とに対応するタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）の値を計算することとを含む。

一実施形態では、この方法は、アナログデジタル変換回路（４８）を動作させて、アナログｘ座標電圧（Ｖ_Ｘ）を抵抗性接触領域（３０）のｘ座標を表すデジタルのｘ座標位置数値に変換し、アナログｙ座標電圧（Ｖ_Ｙ）を抵抗性接触領域（３０）のｙ座標を表すデジタルのｙ座標位置数値に変換し、アナログｚ座標電圧（Ｖ_Ｚ）を抵抗性接触領域（３０）のｚ座標を表すデジタルのｚ座標位置数値に変換することを含み、ホストプロセッサ（６６）はｚ座標位置数値に基づいてタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）の値を計算する。一実施形態では、ホストプロセッサ（６６）は、タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）とタッチ強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）間の所定の関係に基づいて、タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）の値からタッチ強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）の値を計算する。

一実施形態では、本発明は、５線タッチスクリーンシステム（４０）を提供する。タッチスクリーンシステム（４０）は、５線タッチスクリーンセンサ（１０）を含み、５線タッチスクリーンセンサ（１０）は、ワイパ層（１１）およびワイパ層（１１）に整合される抵抗性層（１６）を含み、さらに、第１（ＵＬ）、第２（ＵＲ）、第３（ＬＲ）、および第４（ＬＬ）の接触端子を含む。ワイパ層（１１）へのタッチによりワイパ層（１１）の小部分が抵抗性層（１６）に対して押されて、ワイパ層（１１）の接触領域（３１）と抵抗性層（１６）の抵抗性接触領域（３０）の間のタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）を生じさせ、タッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）はタッチの強さ（Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}）に反比例する。タッチスクリーンシステム（４０）は、ワイパ層（１１）および様々な接触端子（ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、ＬＬ）をそれぞれ第１（Ｖ_ＤＤ）および第２（ＧＮＤ）の基準電圧に選択的に結合して、抵抗性接触領域（３０）における抵抗性層（１６）でタッチ抵抗（Ｒ_Ｚ）の関数であるアナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）を生成する手段（４２）と、ワイパ層（１１）および様々な接触端子（ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、ＬＬ）をアナログデジタル変換手段（４８）の入力（５６）に選択的に結合して、アナログタッチ電圧（Ｖ_Ｚ）をそのデジタル表現（６０）に変換する手段（４４）とを含む。

従来の５線抵抗性タッチスクリーンの等角分解図である。

図１の従来の５線抵抗性タッチスクリーンの断面図である。

図１および図２に示すような従来の５線抵抗性タッチスクリーンの等価回路を示す図である。

図１および図２に示すような従来の５線抵抗性タッチスクリーンの等価回路を示す図であり、タッチポイント接触抵抗Ｒ_Ｚが示されている。

図４に示すような従来の５線抵抗性タッチスクリーンの等価回路を示す図であり、ワイパ抵抗が示されている。

図１〜図５に示す従来の５線抵抗性タッチスクリーンへのタッチのｙ座標の測定を説明するのに有用な等価回路の図である。

図１〜図５に示す従来の５線抵抗性タッチスクリーンへのタッチのｘ座標の測定を説明するのに有用な等価回路の図である。

ワイパ抵抗をゼロと仮定する等価回路の図であり、図１〜図４に示す理想化した５線抵抗性タッチスクリーンのタッチポイントに加えられるタッチ圧力を表すｚ座標の測定をｙ座標パラメータの関数として説明するのに有用な図である。

図４と同様にワイパ抵抗をゼロと仮定する等価回路の図であり、図１〜図４に示す理想化した５線抵抗性タッチスクリーンのタッチポイントに加えられるタッチ圧力を表すｚ座標の測定をｘ座標パラメータの関数として説明するのに有用な図である。

図７Ａに示す回路をより簡略化して表現した等価回路の図である。

図７Ｂに示す回路をより簡略化して表現した等価回路の図である。

図８Ａと同様であるが、図５と同様にワイパ抵抗の影響をさらに含む等価回路の図であり、図１〜図５に示す従来の５線抵抗性タッチスクリーンのタッチポイントに加えられるタッチ圧力を表すｚ座標の測定を説明するのに有用な図である。

本発明のタッチ圧力接触領域抵抗測定方法およびタッチ圧力測定方法を実施するタッチスクリーンシステムのブロック図である。

図７Ａおよび図７Ｂは、ワイパ層１１の小領域３１にタッチ圧力が印加されたタッチスクリーン１０（図１）の等価回路を示す。タッチ圧力の印加により、上部層１２の表面に対してワイパ層１１の小領域３１が押され、それによって、抵抗性層１６上に抵抗性タッチ圧力接触領域３０が形成される。タッチ圧力接触領域３０および３１により、ワイパ１１と抵抗性層１６の間に接触抵抗Ｒ_Ｚ（または、接触抵抗Ｒ_Ｚの極めて大きな変化）が生じる。図７Ａおよび図７Ｂに模式的に示すように、点線３３がタッチ圧力接触領域抵抗Ｒ_Ｚを囲んでいる。図１の分解図に示すように、抵抗性層１６（図２も参照）は、導電性パッド１５−１、１５−２、１５−４、および１５−３にそれぞれ対応する左上、右上、左下、および右下のコーナーに端子ＵＬ、ＵＲ、ＬＬ、およびＬＲを備えた個別の抵抗器の矩形グリッドとして表されている。

圧力接触領域抵抗Ｒ_Ｚは、抵抗性層１６とワイパ１１の間で直列に接続される。基準電圧源３８の（＋）端子は、図７Ａに示すようにワイパ１１の接触端子３５と導体２８との間に、または、図７Ｂに示すようにワイパ１１の接触端子３５と導体２７の間に電圧Ｖ_ＤＤを生成する。この場合、ワイパ抵抗（図５および図９のＲ_{ｗｉｐｅｒ}）はゼロであると仮定とする。

図７Ａは、導体２６と２８の間の抵抗性層１６の抵抗Ｒ_ＹがＲ_Ｙ１とＲ_Ｙ２の和に等しいことを示す。ここで、Ｒ_Ｙ１は導体２６とタッチ圧力接触領域３０の間の抵抗性層１６の抵抗であり、Ｒ_Ｙ２はタッチ圧力接触領域３０と導体２８の間の抵抗である。

図８Ａの簡略化した等価回路は、図７Ａよりもより明瞭に、抵抗Ｒ_Ｙ１を介した導体２６とタッチ圧力接触領域３０との結合を示す。タッチ圧力接触領域３０は、抵抗Ｒ_Ｙ２によって導体２８に結合される。接触領域３０と３１の間の（図７Ａおよび図７Ｂで点線３３によって囲まれている）抵抗Ｒ_Ｚは、抵抗性層１６とワイパ層１１の間の接触抵抗である。５線抵抗性タッチスクリーン１０（図１および図２参照）のタッチ圧力接触抵抗Ｒ_Ｚを測定するには、ワイパ１１の接触端子３５と導体２８（図７Ａおよび図８Ａ参照）の間にＶ_ＤＤを印加する。抵抗性層１６に対するタッチ圧力接触領域３０の位置でのタッチ圧力電圧Ｖ_Ｚ−Ｙは、抵抗Ｒ_Ｙ２両端の電圧である。抵抗Ｒ_Ｙ１を流れる電流はゼロなので、導体２６にかかる電圧はＶ_Ｚ−Ｙに等しい。というのは、導体２６は電気的に「フローティング」であるからである。

そのため、タッチ抵抗Ｒ_Ｚは、導体２６と２８の間で測定されるタッチ圧力電圧Ｖ_Ｚ−Ｙの値を測定することによって判定することができる。（定義では、圧力は単位面積当たりの力に等しいこと、また、本明細書での本発明の説明はタッチ強さが力または圧力のいずれで表されるにかかわらず適用可能であることに留意されたい。）Ｖ_Ｚ−Ｙは、抵抗Ｒ_ＺおよびＲ_Ｙ２からなる電圧分周器によって生成される電圧であり、式３によって表し得ることに留意されたい。
Ｖ_Ｚ−Ｙ＝［Ｒ_Ｙ２／（Ｒ_Ｚ＋Ｒ_Ｙ２）］×Ｖ_ＤＤ （式３）
タッチ圧力接触抵抗Ｒ_Ｚについて解くために、式３を式４に書き換える。
Ｒ_Ｚ＝［（Ｖ_ＤＤ−Ｖ_Ｚ−Ｙ）／Ｖ_Ｚ−Ｙ］×Ｒ_Ｙ２ （式４）
式４のＲ_Ｙ２を式１で置き換えると、式５Ａが得られる。
Ｒ_Ｚ＝（Ｖ_Ｙ／Ｖ_ＤＤ）×［（Ｖ_ＤＤ／Ｖ_Ｚ−Ｙ）−１］×Ｒ_Ｙ （式５Ａ）
このように、この時点のタッチ抵抗Ｒ_Ｚは、Ｖ_ＤＤおよびＲ_Ｙのすでに既知の値ならびにＶ_Ｚ−ＹおよびＶ_Ｙの測定値の関数である。

同様に、５線抵抗性タッチスクリーン１０（図１および図２参照）のタッチ圧力接触抵抗Ｒ_Ｚを測定するには、ワイパ１１の接触端子３５と導体２７（図７Ｂおよび図８Ｂ参照）の間に電圧Ｖ_ＤＤを印加する。図８Ｂの簡略化した等価回路は、図７Ｂよりもより明瞭に、抵抗Ｒ_Ｘ１を介した導体２９とタッチ圧力接触領域３０の結合を示す。抵抗性層１６に対するタッチ圧力接触領域３０の位置でのタッチ圧力電圧Ｖ_Ｚ−Ｘは、抵抗Ｒ_Ｘ２両端の電圧である。抵抗Ｒ_ＺおよびＲ_Ｘ２からなる電圧分周器によって生成される電圧およびタッチ圧力接触抵抗Ｖ_Ｚ−Ｘも、式４および式５に類似の式を用いて式５Ｂで表現し得る。
Ｒ_Ｚ＝（Ｖ_Ｘ／Ｖ_ＤＤ）×［（Ｖ_ＤＤ／Ｖ_Ｚ−Ｘ）−１］×Ｒ_Ｘ （式５Ｂ）
Ｒ_Ｚを測定するために、ユーザは式５Ａまたは式５Ｂを適用するか、あるいは、式５Ａおよび式５Ｂの両式の結果を平均することができる。さらなる説明を簡略化するために、式５Ａのみを用いることとする。

図９は、図８Ａに示すものと同じ簡略化した等価回路であるが、ワイパ１１の抵抗Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}をさらに含んでいる。ここでＲ_{ｗｉｐｅｒ}は、タッチ圧力接触領域３１と電圧源３８の（＋）端子との間に結合される任意の他の等価接続および／または配線抵抗を含めて、ワイパ層１１のすべての抵抗を含む。多くの場合、Ｒ_Ｚと電圧源３８の（＋）端子の間の抵抗Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}は、ワイパ層１１を構成する抵抗性ＩＴＯ層の抵抗（図４参照）およびワイパ１１の接触端子３５と電圧源３８の（＋）端子との間の任意の接続／配線抵抗のために、極めて重要になり得る。ワイパ１１に関連する全抵抗Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}を考慮すると、式５Ａは式６になる。
Ｒ_Ｚ＋Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}＝（Ｖ_Ｙ／Ｖ_ＤＤ）×［（Ｖ_ＤＤ／Ｖ_Ｚ−Ｙ）−１］×Ｒ_Ｙ （式６）

上のワイパ層１１と下の抵抗性層１６の間のタッチ抵抗Ｒ_Ｚは、タッチ強さ（例えば、タッチ圧力またはタッチ力）の関数であり、従って、タッチ抵抗Ｒ_Ｚを用いてタッチ強さＰ_{ｔｏｕｃｈ}を計算することができる。５線抵抗性タッチスクリーンの表面の任意の位置に対して加えられるタッチ強さは、タッチ強さ接触抵抗Ｒ_Ｚに反比例する。そのため、Ｒ_ＺとＰ_{ｔｏｕｃｈ}間の関係を決める条件が全く同じであれば、タッチが重いほどＲ_Ｚが減少し、タッチが軽いほどＲ_Ｚが増加する。一般に、タッチスクリーン１０へのタッチ強さＰ_{ｔｏｕｃｈ}はＲ_Ｚの関数であり、下記の多項式形式で表し得る。
Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}＝ａ０＋ａ１×Ｒ_ｚ＋ａ２×Ｒ_Ｚ ^２＋ａ３×Ｒ_Ｚ ^３＋．．． （式７）
ここで、係数ａ０、ａ１、ａ２、ａ３などは実数である。式７の係数は、タッチスクリーンが異なれば異なる値になる。現況技術のタッチスクリーンにタッチすることにより生じるタッチ圧力接触抵抗Ｒ_Ｚの測定分解能または精度は通常極めて低く、許容範囲の正確さでタッチ強さＰ_{ｔｏｕｃｈ}の値を計算するのに、通常は、式７の項のうちおよそ４〜５項よりも多く使う必要はない。任意の特定のタッチスクリーンについてのタッチ抵抗Ｒ_Ｚ間の関数上の関係は、適切なキャリブレーション手順によって判定することができる。式７を簡略化した例として、下記表現によって式７を近似し得る。
Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}＝１／（α＋β×Ｒ_Ｚ） （式８）
ここで、係数αおよびβは正の実数であり、タッチパネルの構造および材料よって決まるものであり、Ｐ_{ｔｏｕｃｈ}とＲ_Ｚ間の関係を決めるためにキャリブレーションによってユーザが容易に得ることができる。

ワイパに関連する全抵抗Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}は任意の単一のタッチポイントで一定なので、タッチ強さは、式６からのＲ_Ｚを代入することによって式８から導出することができ、式９で表される。

ここで、α’＝α−β×Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}は、５線抵抗性タッチスクリーン上の任意の固定ポイントにおける定数である。図９の回路によって実現される方法を利用すると、５線抵抗性タッチスクリーン上の任意の位置でのタッチ抵抗をＲ_Ｚによって測定することができる。Ｒ_Ｚは、式５Ａおよび／または式５Ｂ、あるいはワイパ層１１のスクリーン抵抗を考慮する場合には式６から得ることができる。式９（図９に示すようにＲ_{ｗｉｐｅｒ}を考慮する場合）と式８（図８Ａおよび図８Ｂに示すようにＲ_{ｗｉｐｅｒ}を考慮しない場合）とを比較すると、Ｒ_ＺとＰ_{ｔｏｕｃｈ}間の関係の表現は、５線抵抗性タッチスクリーン上のあらゆるタッチ領域において同じである。

図１０は、ホストプロセッサ６６とインターフェースし得るタッチスクリーンコントローラ４１に結合されるタッチスクリーン１０を含むタッチスクリーンシステム４０を示す。タッチスクリーンシステム４０は、前述の式で表される電圧Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚ（すなわち、Ｖ_Ｚ−ＹまたはＶ_Ｚ−Ｘ）の測定値のデジタル表現を提供する。代替として、また多くの場合好ましくは、タッチスクリーンシステム４０は、電圧Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、Ｖ_Ｚの測定値を表すデジタルのｘ、ｙ、およびｚ「座標値」を提供することができ、それによってタッチスクリーン１０上の３次元タッチ位置が完全な形で示される。

タッチスクリーンコントローラ４１とタッチスクリーン１０の間に結合される５つのアナログ信号がある。タッチスクリーンコントローラ４１は、タッチスクリーン１０のワイパ１１の接触端子３５に接続される。タッチスクリーンコントローラ４１は、タッチスクリーン１０の端子ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、およびＬＬにも接続される。端子ＵＬ、ＵＲ、ＬＲ、およびＬＬならびにワイパ１１の接触端子３５は、タッチスクリーンコントローラ４１内のタッチスクリーンドライバ回路４２に接続され、さらに、タッチスクリーンコントローラ４１のマルチプレクサ４４の入力に接続される。マルチプレクサ４４は、これらの導体のいずれが、Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚをデジタルタッチデータに変換するＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）４８の入力５６に多重化されるかを決定する。デジタルタッチデータは、（例えば、ノイズフィルタリングを実施し得る）前処理回路５０の後で、従来のデジタルインターフェース制御回路５４およびデジタルバス６４を介してホストプロセッサ６６に送信される。

ワイパ１１は、接触端子３５によって、Ｖ_ＤＤに接続されるソースを有するＰチャネルスイッチングトランジスタＱ１のドレインに接続される。Ｖ_ＤＤは、ＰチャネルスイッチングトランジスタＱ２、Ｑ３、およびＱ５のソースにも接続される。トランジスタＱ２、Ｑ３、およびＱ５のドレインはそれぞれ、ＵＲ端子１５−２、ＬＲ端子１５−３、およびＵＬ端子１５−１に接続される。ＮチャネルスイッチングトランジスタＱ４およびＱ６のソースは接地に結合される。トランジスタＱ４のドレインはＬＲ端子１５−３に接続され、トランジスタＱ６のドレインはＵＬ端子１５−１に接続される。トランジスタＱ１、２．．．６のゲートは、簡単な論理回路に従って、あるいはホストプロセッサ６６からの適切な制御信号またはコマンドに従って制御され得るタッチスクリーンドライバ４２のドライバコントローラ回路６８に接続される。

タッチスクリーンシステム４０は、タッチスクリーン１０、タッチスクリーンコントローラ４１、およびホストプロセッサ６６の一部を含むとみなし得る。タッチスクリーンシステム４０の一部とみなし得るホストプロセッサ６６の部分６６Ａが、デジタルインターフェース制御回路５４およびタッチ検出器４６を介してタッチスクリーンコントローラ４１と通信する部分である。部分６６Ａは、タッチスクリーンコントローラ４１に関連する上述の計算を実施するソフトウェアとタッチスクリーンドライバ４２の動作に関連するソフトウェアを含むとみなし得る。ホストプロセッサ６６の部分６６Ａは、タッチスクリーン１０に関連するデータの記憶とホストプロセッサ６６の別の場所にあるアプリケーションソフトウェアへのデータの通信とに関連するソフトウェアおよびハードウェアも含むとみなし得る。

ドライバコントローラ６８内のスイッチトランジスタは、以下で説明する表１を実施する、簡単な状態機械などの様々な回路によって容易に制御し得る。ドライバコントローラ６８は、ホストプロセッサ６６から導体またはバス６５およびデジタルインターフェース制御回路５４を介してコマンドを受信し得る。

マルチプレクサ４４は、タッチスクリーン１０からの導体３５、１５−１、１５−２、１５−３、および１５−４上の５つの信号を多重化して、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ ^＋およびＶ_ＲＥＦ ⁻を生成し、ＡＤＣ４８の入力導体５６上のアナログ入力信号も生成する。（ＰＥＮＩＲＱは、ワイパ接触端子３５に接続される入力を有するタッチ検出器回路４６からの割り込み出力であり、タッチスクリーン１０へのタッチが検出されたかどうかを示す。）

表１は、様々なトランジスタ（またはスイッチ）Ｑ１〜Ｑ６の状態、抵抗性層１６およびワイパ１１の様々な端子の接続（すなわち、マルチプレクサ４４へのアナログ入力）、ならびにＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚを測定するためにタッチスクリーンコントローラ４１の動作中にマルチプレクサ４４からＡＤＣ４８に出力される電圧基準信号およびアナログ信号を示す。

ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）４８は、測定された導体５６上のアナログ電圧Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、Ｖ_Ｚを、表１に示す様々な状態に従ってデジタルバス６０上のデジタル値に変換する。

先に示したように、ワイパコンタクト３５はＱ１を介してＶ_ＤＤに選択的に結合され、ＵＲはＱ２を介してＶ_ＤＤに選択的に結合される。ＬＲはＱ３を介してＶ_ＤＤに、Ｑ４を介して接地に選択的に結合される。ＵＬはＱ５を介してＶ_ＤＤに、Ｑ６を介して接地に選択的に結合される。

表１を参照すると、Ｖ_Ｘを測定するには、Ｑ１をオフにし、それによってワイパコンタクト３５がマルチプレクサ４４を介してＡＤＣ入力５６に結合される。Ｑ２をオンにし、それによってＵＲがＶ_ＤＤに結合される。Ｑ３をオンにし、それによってＬＲがＶ_ＤＤに結合される。Ｑ３およびＱ４は同時に両方オンにはなり得ず、Ｑ３がオンなのでＱ４がオフになる。Ｑ５をオフにし、Ｑ６がオンになる。以上は、ＵＬおよびＬＬがともに接地に結合され、ＵＲおよびＬＲがともにＶ_ＤＤに結合されることを意味する。Ｑ２およびＱ３はともにオンであり、ＵＲおよびＬＲはともにＶ_ＤＤである。Ｑ１がオフなので、ワイパコンタクト３５は電気的にフローティングである。Ｑ６がオンなのでＵＬは接地され、ＬＬは常に接地されている。ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ^＋基準電圧入力はＵＬおよびＬＲに接続され、そのため、ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ^＋入力に結合されているＶ_ＤＤにほぼ等しい電圧になる。ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ⁻基準電圧入力はＵＬおよびＬＬに接続され、そのため、ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ⁻基準電圧入力に接続されている接地にほぼ等しい電圧になる。図６Ｂを参照されたい。

Ｖ_Ｙを測定するには、Ｑ１をオフにし、それによってワイパコンタクト３５がマルチプレクサ４４を介してＡＤＣ入力５６に結合される。Ｑ２をオンにし、それによってＵＲがＶ_ＤＤに結合される。Ｑ４をオンにし、それによってＬＲが接地に結合される。Ｑ３およびＱ４は同時に両方オンにはなり得ず、Ｑ４がオンなのでＱ３がオフになる。Ｑ５をオンにし、Ｑ６がオフになる。以上は、ＬＲおよびＬＬがともに接地に結合され、ＵＲおよびＵＬがともにＶ_ＤＤに結合されることを意味する。Ｑ２およびＱ４はともにオンなので、ＵＲおよびＵＬはともにＶ_ＤＤである。Ｑ１がオフなので、ワイパコンタクト３５は電気的にフローティングである。Ｑ５がオンなのでＬＲは接地され、ＬＬは常に接地されている。ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ^＋基準電圧入力は、ＵＬおよびＵＲに接続され、そのため、ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ^＋入力に結合されているＶ_ＤＤにほぼ等しい電圧になる。ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ⁻基準電圧入力はＬＲおよびＬＬに接続され、そのため、ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ⁻基準電圧入力に接続されている接地にほぼ等しい電圧になる。図６Ａを参照されたい。

Ｖ_Ｚを測定するには、Ｑ１をオンにし、それによってワイパコンタクト３５がＶ_ＤＤに接続される。Ｑ２はオフであり、それによってＵＲが電気的にフローティングである。Ｑ３をオフにし、Ｑ４がオンになり、それによってＬＲが接地される。Ｑ５およびＱ６がともにオフであり、それによってＵＬが電気的にフローティングである。ＬＬは接地されている。アナログデジタル変換回路の入力はＵＬおよびＵＲに接続される。ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ^＋基準電圧入力はワイパコンタクト３５に接続される。ＡＤＣ４８のＶ_ＲＥＦ ⁻基準電圧入力はＬＲおよびＬＬに接続される。図７Ａおよび図８Ａを参照されたい。

ＡＤＣ４８によってデジタルバス６０上に生成されるデジタル出力は、前処理回路５０への入力として提供される。前処理回路５０は、ホストプロセッサ６６に測定量を送信する前にノイズを低減するデジタル平均化フィルタとして機能し得る。前処理回路５０は、データ検証などの他の様々な機能も実施し得る。前処理回路５０の出力は、デジタルバス６２によってデジタルインターフェース制御回路５４に結合され、デジタルインターフェース制御回路５４は、双方向デジタルバス６４でホストプロセッサ６６に結合される。

タッチスクリーン１０およびタッチドライバ４２は、ＡＤＣ４８の入力５６へのアナログ電圧Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚの値を生成する。Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚは、タッチスクリーン１０上の３次元タッチ位置座標、すなわち、それぞれ式１〜式３で表されるＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚを表す。典型的には、ＡＤＣ４８によって生成されるＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚのデジタル値は、実際には、デジタルのｘ、ｙ、およびｚ座標位置数値、例えば、マルチプレクサ４４によってＡＤＣ４８の入力５６上に生成されるＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚのアナログ値の各々に対応する２０４６、４０９６など、である。ＡＤＣ４８は、Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚのアナログ値をデジタルのｘ、ｙ、およびｚ座標位置数値への変換を実行し、それらを前処理回路５０およびデジタルインターフェース制御回路５４を介してホストプロセッサ６６に提供する。ホストプロセッサ６６は、これらのデータを特定のユーザアプリケーションに提示、適用、かつ／または解釈する。

このように、タッチスクリーン１０への現時点のタッチに対するＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚのデジタル表現（すなわち、Ｖ_Ｚ−ＹまたはＶ_Ｚ−Ｘ）、例えば、アナログ電圧Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚを表すデジタルのｘ、ｙ、およびｚタッチスクリーン座標位置数値、はコントローラ４１によってホストプロセッサ６６に提供される。測定されたアナログ電圧Ｖ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚの直接的デジタル化表現がドライバ４２によって提供される場合、ホストプロセッサ６６は、その情報を用いてＶ_ＸおよびＶ_Ｙに対応するタッチ位置を特定し、Ｒ_Ｚの値を計算し、さらにＰ_{ｔｏｕｃｈ}の値を計算し得る。次いで、ホストプロセッサ６６は、現在のユーザアプリケーションまたは目的のためにこれらの値を用いることができる。

次いで、ホストプロセッサ６６は、Ｒ_Ｚの値を用いて他の方法でシステムノイズを取り除き、かつ／または、タッチポイント情報の精度を改善してもよい。例えば、ｚ座標情報は、極めて軽い圧力タッチポイントに見えるものが実際には単に振動によるものかどうかを判断する助けになり得る。

タッチポイント抵抗Ｒ_Ｚとタッチ圧力または強さＰ_{ｔｏｕｃｈ}間の関係は複雑であることがあり、様々なユーザは、図１０に示すタッチスクリーンシステム４０によって生成されるＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚのデジタル表現に基づいて、ホストプロセッサ６６を用いて様々なアルゴリズムを実行してタッチ圧力または強さＰ_{ｔｏｕｃｈ}を計算し得る。ホストプロセッサ６６を用いて、任意の特定のタッチスクリーン１０についてＰ_{ｔｏｕｃｈ}とＲ_Ｚ間の関係を確立／キャリブレーションし、タッチスクリーンシステム４０によって生成されるＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚの値に基づいて、ワイパ層１１に加えられるタッチ圧力または強さＰ_{ｔｏｕｃｈ}を計算し得る。

本発明は、それを元に、５線タッチスクリーン上の任意の点で第３次元座標値Ｒ_Ｚを得ることが可能であり、タッチポイント圧力を計算することが可能である測定値を生成し、それにより、ホストプロセッサが５線タッチスクリーンシステムを用いて以前に可能だったものよりも多くの機能をより高い精度で実施し得る第１の５線タッチスクリーンシステムが提供されると考えられることを理解されたい。このことは、図形描画、線または点のサイズの決定、有効な署名を提供するために加えられるタッチ強さが極めて重要でとなり得る署名認証など、いくつかの応用例では極めて有用になり得る。本発明の強さ／ｚ座標技術を用いれば、タッチスクリーンシステムは３次元座標を生成することができ、それによって、「３次元」すなわち「現実世界」のアプリケーションがサポートされる。一般に、どのくらい大きなタッチ強さがタッチスクリーンに加えられるかに関する情報は、タッチスクリーンシステムの全体的な性能を改善する助けになり得る。

上記の状態機械を用いてドライバコントローラ６８を実現することに加えて、タッチスクリーンドライバ４２を制御する他の方法がある。ドライバコントローラ６８は、状態機械以外の論理回路によって実現し得る。ホストプロセッサ６６は、ドライバコントローラ６８の動作を初期化して、表１に従ってタッチスクリーンドライバ４２を作動させることができる。ドライバコントローラ６８自体はプログラマブルとし、それによって、タッチスクリーン表面でタッチ動作が検出された場合、タッチスクリーンドライバ４２が自動的に動作して所望のとおりにＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙ、およびＶ_Ｚを測定するようにすることができる。あるいは、タッチスクリーン１０の表面への有効なタッチに応答してドライバコントローラ６８を制御するように前処理回路５０を構成することもできる。

例示の実施形態の文脈で説明した特徴またはステップの全部または一部を有する例示の実施例の文脈で説明した一つ又は複数の特徴又はステップの異なる組合せを有する実施形態も本明細書に包含されることを意図している。当業者には、本発明の特許請求の範囲内で多くの他の実施形態および変形も可能であることが理解されよう。

Claims (20)

1. ５線タッチスクリーンシステムであって、
   （ａ）５線タッチスクリーンセンサであって、
   実質的に透明で実質的に導電性のワイパ層と、
   前記ワイパ層に整合され、第１、第２、第３、および第４の接触端子を含む実質的に透明な抵抗性層と、
   前記ワイパ層と前記抵抗性層とを分離する複数の薄いスペーサと、
   を含み、前記ワイパ層へのタッチが前記ワイパ層の小部分を前記抵抗性層に対して押して、前記ワイパ層と前記抵抗性層の間にタッチ抵抗を有する抵抗性接触領域を形成し、前記タッチ抵抗が前記タッチの強さに反比例する、前記タッチスクリーンセンサ、および、
   （ｂ）前記タッチスクリーンセンサに結合されるコントローラであって、
   前記ワイパ層および前記様々な接触端子をそれぞれ第１および第２の基準電圧に選択的に結合して、前記抵抗性接触領域における前記抵抗性層上の第１および第２のアナログタッチ位置電圧およびアナログタッチ電圧を生成するためのタッチスクリーンドライバ回路と、
   前記タッチスクリーンドライバ回路に結合される入力を有するアナログデジタル変換回路と、
   前記ワイパ層および前記様々な接触端子を前記アナログデジタル変換回路の前記入力に選択的に結合して、前記アナログデジタル変換回路に前記第１および第２のアナログタッチ位置電圧および前記アナログタッチ電圧をそれぞれそれらのデジタル表現に変換させるための前記コントローラ内の多重化回路と、
   を含む、前記コントローラ、
   を含む、５線タッチスクリーンシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記第１、第２、第３、および第４の接触端子がコーナー接触端子であり、前記タッチスクリーンドライバ回路が、前記第２および第３の接触端子を前記第１基準電圧に結合し、前記第１および第４の接触端子を前記第２基準電圧に結合し、前記ワイパ層を前記アナログデジタル変換回路の前記入力に結合して、前記アナログデジタル変換回路の前記入力でアナログｘ座標電圧を生成し、
   前記タッチスクリーンドライバ回路が、前記第１および第２の接触端子を前記第１基準電圧に結合し、前記第３および第４の接触端子を前記第２基準電圧に結合し、前記ワイパ層を前記アナログデジタル変換回路の前記入力に結合して、前記アナログデジタル変換回路の前記入力でアナログｙ座標電圧を生成し、
   前記タッチスクリーンドライバ回路が、前記ワイパ層を前記第１基準電圧に結合し、前記第３および第４の接触端子を前記第２基準電圧に結合し、前記第１および第２の接触端子を前記アナログデジタル変換回路の前記入力に結合して、前記アナログデジタル変換回路の前記入力でアナログｚ座標電圧として前記アナログタッチ電圧を生成する、
   システム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、前記コントローラのデジタル出力が、少なくともデジタルバスによってホストプロセッサに結合され、前記ホストプロセッサが、前記アナログｙ座標電圧と、前記アナログｚ座標電圧と、タッチスクリーン抵抗の所定値とに対応する前記タッチ抵抗の値を計算する、システム。
4. 請求項２に記載のシステムであって、前記ホストプロセッサが、前記タッチ抵抗と前記タッチ強さ間の所定の関係に基づいて、前記タッチ抵抗の前記値から前記タッチ強さの値を計算する、システム。
5. 請求項２に記載のシステムであって、前記アナログデジタル変換回路が、前記アナログｘ座標電圧を前記抵抗性接触領域のｘ座標を表すデジタルのｘ座標位置数値に変換し、前記アナログデジタル変換回路がさらに、前記アナログｙ座標電圧を前記抵抗性接触領域のｙ座標を表すデジタルのｙ座標位置数値に変換し、前記アナログデジタル変換回路がさらに、前記アナログｚ座標電圧を前記接触領域上の前記タッチ抵抗を表すデジタルのｚ座標位置数値に変換する、システム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、前記ホストプロセッサが、前記デジタルのｘ座標位置数値をｘ座標デジタル電圧値に変換し、前記デジタルのｙ座標位置数値をｙ座標デジタル電圧値に変換する、システム。
7. 請求項６に記載のシステムであって、前記ホストプロセッサが、前記デジタルのｚ座標位置数値をｚ座標デジタル電圧値に変換し、さらに前記ｚ座標デジタル電圧値を前記タッチ抵抗のデジタル値に変換する、システム。
8. 請求項７に記載のシステムであって、前記ホストプロセッサが、前記タッチ抵抗の前記デジタル値に基づいて前記タッチ強さの値を計算する、システム。
9. 請求項８に記載のシステムであって、前記タッチ強さの前記値が、数式
   Ｐｔｏｕｃｈ＝１／（α’＋β×Ｒ_Ｚ）
   に従って計算され、ここで、α’＝α−β×Ｒ_{ｗｉｐｅｒ}が前記５線タッチスクリーンセンサ上の任意の固定ポイントにおける定数であり、βが前記５線タッチスクリーンセンサの構造および材料によって決まる正の実数である、システム。
10. 請求項２に記載のシステムであって、前記タッチスクリーンドライバ回路が、
    前記第１基準電圧に結合されるソース、およびそれぞれ前記ワイパ層と前記第２接触端子と前記第３接触端子と前記第１接触端子とに結合されるドレインを有する第１、第２、第３、および第４のＰチャネルスイッチングトランジスタ、および、
    前記第２基準電圧に結合されるソース、および前記第３接触端子と前記第４接触端子に結合されるドレインを有する第５および第６のＮチャネルスイッチングトランジスタ、
    を含み、前記第１、第２、第３、第４、第５、および第６のスイッチングトランジスタのゲートが、前記タッチスクリーンドライバ回路の動作を制御して前記アナログｘ座標電圧、前記アナログｙ座標電圧、および前記アナログｚ座標電圧を測定するためのタッチスクリーンドライバ制御回路に結合される、
    システム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、前記タッチスクリーンドライバ制御回路が状態機械を含む、システム。
12. 請求項１に記載のシステムであって、前記ワイパ層から受け取るタッチ検出信号に応答して割り込み信号を生成するためのタッチ検出器回路を含む、システム。
13. 請求項３に記載のシステムであって、前記アナログデジタル変換回路の出力と前記デジタルバスとの間に結合され、前記アナログデジタル変換回路の前記出力上のデジタル信号をフィルタリングする機能を実施するための前処理回路を含む、システム。
14. 請求項１に記載のシステムであって、前記スペーサが弾性を有する、システム。
15. ５線タッチスクリーンシステムを動作させる方法であって、
    ワイパ層および前記ワイパ層に整合される抵抗性層を含み、第１、第２、第３、および第４の接触端子を含む５線タッチスクリーンセンサであって、前記ワイパ層へのタッチが前記ワイパ層の小部分を前記抵抗性層に対して押して、前記ワイパ層の接触領域と前記抵抗性層の抵抗性接触領域の間のタッチ抵抗を変化させ、前記タッチ抵抗が前記タッチの強さに反比例する、前記タッチスクリーンセンサを提供すること、
    前記ワイパ層および様々な接触端子をそれぞれ第１および第２の基準電圧に選択的に結合して、前記抵抗性接触領域における前記抵抗性層上の前記タッチ抵抗の関数であるアナログタッチ電圧を生成すること、および、
    前記ワイパ層および前記様々な接触端子をアナログデジタル変換回路の入力に選択的に結合し、前記アナログデジタル変換回路によって前記アナログタッチ電圧をそのデジタル表現に変換すること、
    を含む、方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記第１および第２の接触端子を前記第１基準電圧に結合し、前記第４および第３の接触端子を前記第２基準電圧に結合し、前記ワイパ層を前記アナログデジタル変換回路の前記入力に結合して、前記アナログデジタル変換回路の前記入力でアナログｙ座標電圧を生成することを含み、
    前記方法はさらに、前記第２および第３の接触端子を前記第１基準電圧に結合し、前記第１および第４の接触端子を前記第２基準電圧に結合し、前記ワイパ層を前記アナログデジタル変換回路の前記入力に結合して、前記アナログデジタル変換回路の前記入力でアナログｘ座標電圧を生成することを含み、
    前記方法はさらに、前記第３および第４の接触端子を前記第２基準電圧に結合し、前記ワイパ層を前記第１基準電圧に結合し、前記第１および第２の接触端子を前記アナログデジタル変換回路の前記入力に結合して、前記アナログデジタル変換回路の前記入力でアナログｚ座標電圧として前記アナログタッチ電圧を生成することを含む、
    方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、前記アナログデジタル変換回路の出力を少なくともデジタルバスによってホストプロセッサに結合すること、および前記ホストプロセッサを動作させて前記アナログｙ座標電圧と、前記アナログｚ座標電圧と、タッチスクリーン抵抗の所定値とに対応する前記タッチ抵抗の値を計算することを含む、方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、前記アナログデジタル変換回路を動作させて、前記アナログｘ座標電圧を前記抵抗性接触領域のｘ座標を表すデジタルのｘ座標位置数値に変換し、前記アナログｙ座標電圧を前記抵抗性接触領域のｙ座標を表すデジタルのｙ座標位置数値に変換し、前記アナログｚ座標電圧を前記抵抗性接触領域のｚ座標を表すデジタルのｚ座標位置数値に変換することを含み、前記ホストプロセッサが前記ｚ座標位置数値に基づいて前記タッチ抵抗の前記値を計算する、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記ホストプロセッサが、前記タッチ抵抗と前記タッチ強さ間の所定の関係に基づいて、前記タッチ抵抗の前記値から前記タッチ強さの値を計算する、方法。
20. ５線タッチスクリーンシステムであって、
    ワイパ層および前記ワイパ層に整合される抵抗性層を含み、さらに第１、第２、第３、および第４の接触端子を含む５線タッチスクリーンセンサであって、前記ワイパ層へのタッチが前記ワイパ層の小部分を前記抵抗性層に対して押して、前記ワイパ層の接触領域と前記抵抗性層の抵抗性接触領域の間のタッチ抵抗を変化させ、前記タッチ抵抗が前記タッチの強さに反比例する、前記タッチスクリーンセンサと、
    前記ワイパ層および様々な接触端子をそれぞれ第１および第２の基準電圧に選択的に結合して、前記抵抗性接触領域における前記抵抗性層上の前記タッチ抵抗の関数であるアナログタッチ電圧を生成する手段と、
    前記ワイパ層および様々な接触端子をアナログデジタル変換手段の入力に選択的に結合して、前記アナログタッチ電圧をそのデジタル表現に変換する手段と、
    を含む、システム。
    

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