JP2016071876A - タッチセンシングデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 従来技術の問題を解決できるタッチセンシングデバイスを提供する。【解決手段】 タッチセンシングデバイスを提供する。タッチセンシングデバイスは中央センシングパッドおよび複数の第１のセンシングパッドを備える。中央センシングパッドは単一のセンシングパッドからなる。第１のセンシングパッドは、中央センシングパッドを取り囲む第１の環状経路に沿って配列されている。【選択図】 図３Ａ

Description

本発明はタッチセンシングデバイスに関し、特に、より少ない受信パッドを用いるタッチセンシングデバイスに関する。

静電容量式タッチセンシングデバイスは、特にポータブル電子機器によく用いられている。一般に、２つの導電性部材が互いに近づくと、実際に接触しなくても、それらの電場は相互作用してキャパシタンスを形成する。静電容量式のタッチデバイスの場合においては、物体、例えば指がタッチセンシング表面に近付くと、物体と、物体に近接している感知点との間に小さなキャパシタンスが形成される。各感知点におけるキャパシタンスの変化を検出すると共に、感知点の位置を記録することによって、感知回路は多数の物体を認識し、タッチ表面を移動するときの物体の位置、圧力、方向速度および加速度を決定することができる。

図１を参照されたい。従来の四角形のタッチセンシングデバイスのパッドパターンを円形タッチセンシングデバイス１に用いた場合、不規則なパッド部２が円形タッチセンシングデバイスの端縁部に形成されて、電場の変歪およびタッチ性能の低下が生じる。不規則なパッド部２の形状は複雑かつ特殊であり、こうした各種さまざまな電極の形状が、電場の変歪およびタッチ性能の低下を引き起こすのである。すでに、静電容量式センシングデバイスは特にポータブル電子機器に広く用いられてはいるが、形式、感覚および機能に対する改善が依然要される。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題を解決できるタッチセンシングデバイスを提供することにある。

タッチセンシングデバイスを提供する。タッチセンシングデバイスは中央センシングパッドおよび複数の第１のセンシングパッドを含む。中央センシングパッドは単一のセンシングパッドからなる。第１のセンシングパッドは、中央センシングパッドを取り囲む第１の環状経路に沿って配列されている。

一実施形態において、中央センシングパッドは中央受信パッドであり、第１のセンシングパッドは送信パッドである。

一実施形態において、第１のセンシングパッドの形状および大きさはいずれも同じである。

一実施形態において、タッチセンシングデバイスは、第１のセンシングパッドを取り囲む第２の環状経路に沿って配列されている複数の第２のセンシングパッドをさらに含む。

一実施形態において、第１のセンシングパッドの数は、第２のセンシングパッドおよび中央センシングパッドの数より少ない。

一実施形態において、中央センシングパッドは中央送信パッドであり、第１のセンシングパッドは受信パッドであり、第２のセンシングパッドは送信パッドである。

一実施形態において、複数の第１のギャップが第１の環状経路に沿って配列されており、複数の第１のギャップの各々は２つの第１のセンシングパッドの間に形成されており、複数の第２のギャップが第２の環状経路に沿って配列されており、複数の第２のギャップの各々は２つの第２のセンシングパッドの間に形成されており、かつ、各第１のギャップと各第２のギャップは互いにずれて配されている（ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄ）。

一実施形態において、第２のセンシングパッドは２つの第１の送信パッドおよび２つの第２の送信パッドを含み、各第１の送信パッドは２つの第２の送信パッドの間に位置し、第１の送信パッドは第１の送信信号を生成し、第２の送信パッドは第２の送信信号を生成する。

一実施形態において、第１のセンシングパッドの形状および大きさはいずれも同じであり、かつ、第２のセンシングパッドの形状および大きさはいずれも同じである。

一実施形態において、中央センシングパッド、第１のセンシングパッドおよび第２のセンシングパッドは、同一平面上に位置している。

本発明の実施形態では、第１のセンシングパッドの数（４個の受信パッド）が、第２のセンシングパッドおよび中央センシングパッドの数の和（９個の送信パッド）よりも少ない。本発明の実施形態において、送信パッドの数は受信パッドの数よりも多い。従来技術と比較すると、受信パッドの数が減っていると共に、受信パッドに接続される反転増幅器の数が減る（この場合では、受信パッドに接続される反転増幅器の数は４である）。よって、本発明の実施形態は、感知の精度を低下させることなく、タッチセンシングデバイスの大きさを縮小する。

添付の図面を参照しながら、以下の実施形態において詳細な説明を行う。

添付の図面を参照としながら、後続の詳細な説明および例を読むことにより、本発明をより十分に理解することができる。
図１は、円形のタッチセンシングデバイスに用いられる従来の四角形のタッチセンシングデバイスのパッドパターンを示している。 図２Ａは、本発明の一実施形態による相互静電容量式センシング入力デバイスの回路図である。 図２Ｂは、図２Ａの回路の動作を示している。 図３Ａは、本発明の実施形態によるタッチセンシングデバイスを示している。 図３Ｂは、図３Ａの実施形態の変形例を示している。 図４Ａは、本発明の別の実施形態によるタッチセンシングデバイスを示している。 図４Ｂは、図４Ａの実施形態の変形例を示している。 図５Ａは、図４Ａの実施形態によるタッチセンシングデバイスが触れられている様子を示している。 図５Ｂは、分析されている、指で指し示された座標を示している。 図６Ａは、本発明のさらなる別の実施形態によるタッチセンシングデバイスを示している。 図６Ｂは、本発明のさらなる別の実施形態によるタッチセンシングデバイスを示している。 図７は、本発明の実施形態によるタッチセンシングディスプレイを示している。

以下の記載は、本発明を実施するために考えられる最良の形態である。この記載は、本発明の基本的な原理を説明する目的でなされるもので、限定の意味に解されてはならない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することにより最も良く決定されるべきである。

図２Ａは、本発明の一実施形態による相互静電容量式センシング入力デバイスの回路図であり、図２Ｂは、図２Ａの回路の動作を示している。図２Ａおよび図２Ｂを参照されたい。相互静電容量式センシング入力デバイスにおいて、送信器（Ｔｘ）の制御回路は、電圧源およびスイッチから構成され、Ｔｘにステップ入力を印加して走査がなされるようにし、また、受信器（Ｒｘ）の制御回路は、Ｏｐ−Ａｍｐを用いた電荷積分器、キャパシタおよびスイッチから構成され、電荷を、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）で用いる電圧に変換するようになっている。ＴｘからＲｘに伝送される電荷は、両者間の容量結合に比例する。電荷は、遮蔽効果（Ｓｈｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ）をなす導電性の物体、例えば指によって影響される（減少する）。よって、電荷積分器の電圧出力を測定することによって、指の検出が可能となる。

図３Ａは、本発明の実施形態によるタッチセンシングデバイス１００ａを示している。タッチセンシングデバイス１００ａは、中央センシングパッドＲｘ−Ｃおよび複数の第１のセンシングパッド１２０を備える。中央センシングパッドＲｘ−Ｃは単一のセンシングパッドからなる。第１のセンシングパッド１２０は、中央センシングパッドＲｘ−Ｃを取り囲む第１の環状経路１２９に沿って配列されている。この実施形態では、タッチセンシングデバイス１００ａは円形を有している。具体的に言うと、タッチセンシングデバイス１００ａは円形の基板１４０を備え、中央センシングパッドＲｘ−Ｃおよび第１のセンシングパッド１２０が、当該円形の基板１４０上に配置されている。しかし、本発明によれば、タッチセンシングデバイス１００ａの形状に制限はなく、矩形または非矩形であってもよい。非矩形には、六角形、八角形または多角形などが含まれる。

図３Ａを参照されたい。中央センシングパッドＲｘ−Ｃは中央受信パッドであり、第１のセンシングパッド１２０は送信パッドである。第１のセンシングパッド１２０は、上側送信パッドＴｘ−Ｔ、下側送信パッドＴｘ−Ｂ、右側送信パッドＴｘ−Ｒおよび左側送信パッドＴｘ−Ｌを含む。送信パッド１２０は、それぞれ異なる時系列信号を有して走査信号を入力する。一実施形態では、第１のセンシングパッド１２０の形状および大きさはいずれも同じである。

図３Ａを参照されたい。この実施形態において、第１の環状経路１２９は円形であり、中央センシングパッド１１０は円形であり、かつ、第１のセンシングパッド１２０は扇形である。

図３Ｂは、本発明の変形例を示しており、ここで第１の環状経路１２９は八角形であり、かつ、中央受信パッド１１０は八角形である。この実施形態では、タッチセンシングデバイス１００ｂは八角形の形状を有する。具体的に言うと、タッチセンシングデバイス１００ｂは八角形の基板１４０を備え、中央センシングパッドＲｘ−Ｃおよび第１のセンシングパッド１２０が当該八角形の基板１４０上に配置されている。

図３Ｂを参照されたい。中央センシングパッドＲｘ−Ｃは中央受信パッドであり、第１のセンシングパッド１２０は送信パッドである。第１のセンシングパッド１２０は、上側送信パッドＴｘ−Ｔ、下側送信パッドＴｘ−Ｂ、右側送信パッドＴｘ−Ｒおよび左側送信パッドＴｘ−Ｌを含む。送信パッドＴｘは、それぞれ異なる時系列信号を有して走査信号を入力する。一実施形態では、第１のセンシングパッド１２０の形状および大きさはいずれも同じである。

図３Ａおよび３Ｂの実施形態では、１つの受信パッドのみが４つの送信パッドと共同して動作するものとなっている。従来の円形タッチパネルにおいては、受信パッドの数と送信パッドの数とが同じである。本発明の実施形態では、送信パッドの数が受信パッドの数より多い。従来技術と比較して、受信パッドの数が減ると共に、受信パッドに接続される反転増幅器の数が減る（この場合では、受信パッドに接続される反転増幅器は１つである）。反転増幅器の数はタッチセンシングデバイスの大きさに影響を及ぼす。よって、本発明の実施形態は、感知の精度を低下させることなく、タッチセンシングデバイスの大きさを縮小する。図３Ａおよび図３Ｂの実施形態は、小型の機器、例えばスマートウォッチに利用可能である。

図４Ａは、本発明の実施形態によるタッチセンシングデバイス１０１ａを示している。タッチセンシングデバイス１０１ａは、中央センシングパッドＴｘ−Ｃ、複数の第１のセンシングパッド１２０’および複数の第２のセンシングパッド１３０を備えている。中央センシングパッドＴｘ−Ｃは単一のセンシングパッドからなる。第１のセンシングパッド１２０’は、中央センシングパッドＴｘ−Ｃを取り囲む第１の環状経路１２９に沿って配列されている。第２のセンシングパッド１３０は、第１のセンシングパッド１２０’を取り囲む第２の環状経路１３９に沿って配列されている。第１のセンシングパッド１２０’の数は、第２のセンシングパッド１３０および中央センシングパッドＴｘ−Ｃの数の和よりも少ない。この実施形態において、タッチセンシングデバイス１０１ａは円形を有している。具体的に言うと、タッチセンシングデバイス１０１ａは円形の基板１４０を備え、中央センシングパッドＴｘ−Ｃおよび第１のセンシングパッド１２０’が当該円形の基板１４０上に配置されている。しかし、本発明によれば、タッチセンシングデバイス１０１ａの形状に制限はなく、矩形または非矩形であってもよい。非矩形には、六角形、八角形または多角形などが含まれる。

図４Ａを参照されたい。中央センシングパッドＴｘ−Ｃは中央送信パッドであり、第１のセンシングパッド１２０’は受信パッドであり、かつ、第２のセンシングパッド１３０は送信パッドである。送信パッドは、それぞれ異なる時系列信号を有して走査信号を入力する。

図４Ａを参照されたい。第１のセンシングパッド１２０’は、上側受信パッドＲｘ−Ｔ、下側受信パッドＲｘ−Ｂ、右側受信パッドＲｘ−Ｒおよび左側受信パッドＲｘ−Ｌを含む。第２のセンシングパッド１３０は、４個の第１の送信パッドＴｘ−１、２個の第２の送信パッドＴｘ−２、および２個の第３の送信パッドＴｘ−３からなる８個の送信パッドを含み、各第１の送信パッドＴｘ−１は第２の送信パッドＴｘ−２と第３の送信パッドＴｘ−３との間に位置する。

図４Ａを参照されたい。中央センシングパッドＴｘ−Ｃは中央送信パッドであり、第１のセンシングパッド１２０’は受信パッドである。第１のセンシングパッド１２０’は、上側受信パッドＲｘ−Ｔ、下側受信パッドＲｘ−Ｂ、右側受信パッドＲｘ−Ｒおよび左側受信パッドＲｘ−Ｌを含む。送信パッドは、それぞれ異なる時系列信号を有して走査信号を入力する。一実施形態では、第１のセンシングパッド１２０’の形状および大きさはいずれも同じである。

図４Ａを参照されたい。一実施形態において、上側受信パッドＲｘ−Ｔ、下側受信パッドＲｘ−Ｂ、右側受信パッドＲｘ−Ｒおよび左側受信パッドＲｘ−Ｌはそれぞれ０°、９０°、１８０°および２７０°の配向で位置し、かつ、第１の送信パッドはそれぞれ０°、９０°、１８０°および２７０°の配向で位置する。

図４Ａを参照されたい。複数の第１のギャップ１２８が第１の環状経路に沿って配列されており、かつ、複数の第１のギャップ１２８の各々は、２つの第１のセンシングパッド１２０’の間に形成されている。さらに、複数の第２のギャップ１３８が第２の環状経路に沿って配列されており、かつ、複数の第２のギャップ１３８の各々は、２つの第２のセンシングパッド１３０の間に形成されている。各第１のギャップ１２８と各第２のギャップ１３８とは、互いにずれて配されている（ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄ）。

上記構成により、タッチセンシングデバイスのセンシング分解能が改善され得る。この実施形態において、第１のセンシングパッド１２０’の形状および大きさはいずれも同じであり、かつ、第２のセンシングパッド１３０の形状および大きさはいずれも同じである。

図４Ａを参照されたい。この実施形態において、第１の環状経路は円形であり、中央センシングパッドは円形であり、第１のセンシングパッドは扇形であり、かつ、第２のセンシングパッドは扇形である。しかし、本発明はこれらに限定されることはない。例えば、図４Ｂを参照されたい。この実施形態において、タッチセンシングデバイス１０１ｂの第１の環状経路１２９は八角形であり、第２の環状経路１３９は八角形であり、かつ、中央送信パッドＴｘ−Ｃは八角形である。

一実施形態では、中央センシングパッド、第１のセンシングパッドおよび第２のセンシングパッドは、同一平面上に位置する。

図４Ａおよび図４Ｂの実施形態において、第１のセンシングパッドの数（４個の受信パッド）は、第２のセンシングパッドおよび中央センシングパッドの数の和（９個の送信パッド）よりも少ない。本発明の実施形態では、送信パッドの数が受信パッドの数よりも多い。従来技術と比較して、受信パッドの数が減ると共に、受信パッドに接続される反転増幅器の数が減る（この場合では、受信パッドに接続される反転増幅器の数は４である）。よって、本発明の実施形態は、感知の精度を低下させることなく、タッチセンシングデバイスの大きさを縮小する。

図５Ａを参照されたい。本発明の実施形態によるタッチセンシングデバイスにおいて、電圧が送信パッドに順次印加され、そして全ての受信パッドの出力が測定される。タッチセンシングデバイスがタッチされると、各出力が分析されて、指によって指し示された座標が確認される。図５Ｂを参照されたい。エリアＡがタッチされると、上側受信パッドＲｘ−Ｔだけが第１の送信パッドＴｘ−１、第３の送信パッドＴｘ−３および中央送信パッドＴｘ−Ｃの入力に対して大きなオフセット電圧を有し、第２の送信パッドＴｘ−２の入力に対してはオフセットは無く、これにより指で指し示された座標が確認される。

図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施形態によるタッチセンシングデバイス１０２を示している。タッチセンシングデバイス１０２は、タッチセンシングデバイス１０１ａ又は１０１ｂに類似するが、タッチセンシングデバイス１０２は、第２のセンシングパッド１３０が２個の第１の送信パッドＴｘ−１および２個の第２の送信パッドＴｘ−２を含む点に特徴がある。図６Ａおよび図６Ｂの実施形態は、送信信号の数を減少させることによってタッチＩＣのコストを低減するものと認められる。

図７は本発明の実施形態によるタッチセンシングディスプレイを示しており、これはディスプレイデバイス２００および上述したタッチセンシングデバイス（例えばタッチセンシングデバイス１００）を含む。タッチセンシングデバイスがディスプレイデバイス２００上に配置されている。

請求項の構成要素を修飾するための特許請求の範囲における“第１の”、“第２の”、“第３の”などのような順序を示す用語の使用は、それ単独では、請求項の１つの構成要素の別の構成要素に対する如何なる優先度、優先順位もしくは順序、または、方法の行為が行われる時間的な順序をも暗示するものではなく、単に、所定の名称を有する請求項の１つの構成要素を、同じ名称を有する別の構成要素と区別するためのラベルとして用いられるに過ぎない（ただし順序を示す用語の使用のため）。

本発明を例により、好ましい実施形態の観点から説明したが、本発明はこれら開示された実施形態に限定されることはないと理解されるべきである。それとは反対に、（当業者には明らかであるように）各種変更および類似の配置をカバーすることが意図されている。故に、添付の特許請求の範囲は、かかる変更および類似の配置がすべて包含されるよう、最も広い解釈が与えられなくてはならない。

１…円形タッチセンシングデバイス
２…不規則なパッド部
１００、１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２…タッチセンシングデバイス
１１０…中央センシングパッド（または中央受信パッド）
１２０…第１のセンシングパッド（または送信パッド）
１２０’…第１のセンシングパッド
１２８…第１のギャップ
１２９…第１の環状経路
１４０…基板
１３０…第２のセンシングパッド
１３８…第２のギャップ
１３９…第２の環状経路
２００…ディスプレイデバイス
Ｔｘ…送信パッド（または送信器）
Ｔｘ−Ｃ…中央センシングパッド（または中央送信パッド）
Ｔｘ−Ｔ…上側送信パッド
Ｔｘ−Ｂ…下側送信パッド
Ｔｘ−Ｒ…右側送信パッド
Ｔｘ−Ｌ…左側送信パッド
Ｔｘ−１…第１の送信パッド
Ｔｘ−２…第２の送信パッド
Ｔｘ−３…第３の送信パッド
Ｒｘ…受信パッド（または受信器）
Ｒｘ−Ｃ…中央センシングパッド
Ｒｘ−Ｔ…上側受信パッド
Ｒｘ−Ｂ…下側受信パッド
Ｒｘ−Ｒ…右側受信パッド
Ｒｘ−Ｌ…左側受信パッド

Claims (11)

1. 単一のセンシングパッドからなる中央センシングパッドと、
   前記中央センシングパッドを取り囲む第１の環状経路に沿って配列されている複数の第１のセンシングパッドと、
   を含む、
   タッチセンシングデバイス。
2. 前記中央センシングパッドは中央受信パッドであり、前記第１のセンシングパッドは送信パッドである、請求項１に記載のタッチセンシングデバイス。
3. 前記第１のセンシングパッドの形状および大きさがいずれも同じである、請求項１に記載のタッチセンシングデバイス。
4. 前記第１のセンシングパッドを取り囲む第２の環状経路に沿って配列されている複数の第２のセンシングパッドをさらに含む、請求項１に記載のタッチセンシングデバイス。
5. 前記第１のセンシングパッドの数は、前記第２のセンシングパッドおよび前記中央センシングパッドの数よりも少ない、請求項４にタッチセンシングデバイス。
6. 前記中央センシングパッドは中央送信パッドであり、前記第１のセンシングパッドは受信パッドであり、前記第２のセンシングパッドは送信パッドである、請求項４にタッチセンシングデバイス。
7. 複数の第１のギャップが前記第１の環状経路に沿って配列されており、前記複数の第１のギャップの各々は２つの前記第１のセンシングパッドの間に形成されており、複数の第２のギャップが前記第２の環状経路に沿って配列されており、前記複数の第２のギャップの各々は２つの前記第２のセンシングパッドの間に形成されており、かつ、各第１のギャップと各第２のギャップとは互いにずれて配されている、請求項４に記載のタッチセンシングデバイス。
8. 前記第２のセンシングパッドは２つの第１の送信パッドおよび２つの第２の送信パッドを含み、各第１の送信パッドは前記２つの第２の送信パッドの間に位置し、前記第１の送信パッドは第１の送信信号を生成し、前記第２の送信パッドは第２の送信信号を生成し、前記第１の送信信号は前記第２の送信信号と同じではない、請求項７に記載のタッチセンシングデバイス。
9. 前記第１のセンシングパッドの形状および大きさがいずれも同じであり、かつ、前記第２のセンシングパッドの形状および大きさがいずれも同じである、請求項４に記載のタッチセンシングデバイス。
10. 前記中央センシングパッド、前記第１のセンシングパッドおよび前記第２のセンシングパッドは、同一平面上に位置している、請求項４に記載のタッチセンシングデバイス。
11. タッチセンシングディスプレイであって、
    ディスプレイデバイスと、
    前記ディスプレイデバイス上に配置されたタッチセンシングデバイスと、
    を含み、
    前記タッチセンシングデバイスは、
    中央受信パッドと、
    前記中央受信パッドを取り囲む第１の環状経路に沿って配列され、送信パッドである複数の第１のセンシングパッドと、を含む、
    タッチセンシングディスプレイ。
    

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