JP2018524729A - ボタンレス・タッチパッドおよびフォースパッドのための移動機能 - Google Patents

Abstract

タッチパッドが機械的にボタンレス（例えば、フォースパッド）であるときに、マウス・クリック機能（例えば、右クリックまたは左クリック）を実行するタッチパッドを押圧するように十分な力が用いられると、タッチパッドの全表面が機械的に移動するのを可能にし、その結果、さもなければ何もない、タッチパッド上の触覚的なフィードバックを提供するシステムおよび方法である。【選択図】図２

Description

本発明は、全般的にタッチ・センサに関する。具体的には、本発明は、マウス・クリック機能（例えば、右または左クリック）を実行するのに十分な力を用いてタッチパッドを押圧する場合に、タッチパッドの全体表面が機械的に移動するのを可能にするシステムおよび方法に関する。

ボタンレスのタッチパッドにおける機械的な移動を提供するシステムおよび方法を利用することができる容量感応タッチ・センサには様々な設計がある。いずれの容量感応タッチパッドであれ、どのように本発明を活用できることをより良く理解するためには、タッチ・センサの基礎技術を調べることが有用である。

CIRQUE（登録商標）Corporation製のタッチパッドは、相互容量検知デバイスであり、一例を図１にブロック図として示す。このタッチパッド１０では、Ｘ（１２）およびＹ（１４）電極ならびに検知電極１６の格子が、タッチパッドのタッチ感応エリア１８を規定するために用いられる。通例、タッチパッド１０は約１６×１２電極、または空間的制約があるときは８×６電極の矩形格子となる。これらＸ（１２）およびＹ（１４）（または行および列）電極には、単一の検知電極１６が織りまぜられる。全ての位置測定は検知電極１６を通じて行われる。

CIRQUE（登録商標）Corporation製のタッチパッド１０は、検知線１６上における電荷の不均衡を測定する。タッチパッド１０上またはその近傍に指示物体(pointing object)がない場合、タッチパッド回路２０は均衡状態にあり、検知線１６上には電荷の不均衡はない。物体がタッチ表面（タッチパッド１０の検知エリア１８）に接近または接触したときの容量性結合のために、指示物体が不均衡を生ずると、電極１２，１４上に容量変化が生ずる。測定するのは容量変化であって、電極１２，１４上における絶対容量値ではない。タッチパッド１０は、検知ライン上において電荷均衡を再確立するために、即ち再現するために、検知ライン１６に注入しなければならない電荷量を測定することによって、容量変化を判定する。

上記システムは、タッチパッド１０上またはその近傍にある指の位置を、以下のようにして判定するために利用される。この例では、行電極１２について説明し、列電極１４についても同様に繰り返される。行および列電極の測定から得られた値が、タッチパッド１０上またはその近傍にある指示物体の重心である交点を決定する。

第１ステップでは、Ｐ，Ｎ発生器２２からの第１信号によって第１組の行電極１２が駆動され、Ｐ，Ｎ発生器からの第２信号によって、異なるが隣接する第２組の行電極が駆動される。タッチパッド回路２０は、どの行電極が指示物体に最も近いかを示す相互容量測定デバイス２６を用いて、検知線１６からの値を得る。しかしながら、マイクロコントローラ２８の制御下にあるタッチパッド回路２０は、行電極のどちら側に指示物体が位置するか未だ判定することができず、タッチパッド回路２０は、指示物体が電極からどの位離れて位置するか判定することもできない。このため、このシステムは駆動されることになる電極１２のグループを１電極だけずらす。言い換えると、グループの一方側に電極を追加し、グループの逆側にある電極はもはや駆動されない。次いで、新たなグループがＰ，Ｎ発生器２２によって駆動され、検知線１６の第２測定値が取り込まれる。

これら２つの測定値から、行電極のどちら側に指示物体が位置するのか、そしてどれ位離れて位置するのか判定することが可能になる。次いで、２つの測定された信号の振幅を比較する式を用いて、指示物体の位置判定を行う。

CIRQUE（登録商標）Corporation製タッチパッドの感度または分解能は、１６×１２格子の行および列電極が含意するよりも遥かに高い。分解能は、通例、１インチ当たり約９６０カウント以上である。正確な分解能は、コンポーネントの感度、同じ行および列上にある電極１２、１４間の間隔、そして本発明にとっては重要でないその他の要因によって決定される。以上のプロセスは、Ｐ，Ｎ発生器２４を用いて、Ｙ即ち列電極１４に対して繰り返される。

以上で説明したCIRQUE製タッチパッドは、ＸおよびＹ電極１２，１４の格子、ならびに別個の単独検知電極１６を使用するが、多重化を使用することによって、実際には検知電極もＸまたはＹ電極１２，１４とすることができる。

尚、本文書を通じて、「タッチ・センサ」という用語の使用は、「フォースパッド」、「ボタンレス・タッチパッド」、「近接センサ」、「タッチおよび近接センサ」、「タッチ・パネル」、「タッチパッド」、および「タッチ・スクリーン」と相互交換可能に使用されてもよいことは、理解されて然るべきである。

ボタンレス・タッチパッドおよびフォースパッドは、押圧されると機械的な「クリック」というユーザ・フレンドリな触覚的な感覚を供しないタッチ・センサである。タッチ・センサがマウス・クリックの機能性を尚も提供することができる一方で、タッチ・センサは、それにも拘わらず、必ずしも必要でないがユーザにとっては望ましい触覚的なフィードバックを提供することができない。

更に、数多くのタッチ・センサは、タッチパッドの上部での機械的なクリック（右または左）をユーザが実行するのを許容しない。このことは、タッチ・センサ面の下側の底領域に取り付けられている機械的なボタン（複数可）に起因する固有の設計上の問題となる。何故ならば、タッチ・センサは、タッチパッドの上側領域の近傍でヒンジ結合される(hinged)からである。この種の設計によって、タッチ・センサの約８０％が「クリック」のために使用されるのを可能にする。何故ならば、パッドの２０％より上部への機械的なクリックが可能とはされないか、或いは過剰な力を必要とするからである。

ユーザがタッチ・センサ（例えば、フォース・パッド）のどの場所を押圧しても、如何なる機械的な移動も可能とはしない代わりに、モータを使用して「人工」のクリック・タイプの応答が生じるのを可能にする幾らかのタッチ・センサがある。他のフォースパッド設計がまたあり得る。当該設計では、機械的な圧力を感知するタッチ・センサでユーザが押圧するときに「クリック」の可聴音を生じる。しかしながら、これらのタッチ・センサはまた、タッチ・センサ自体の機械的な移動が欠如するものである。

第１実施形態において、本発明は、タッチパッドが機械的にボタンレス（例えば、フォースパッド）であるときに、マウス・クリック機能（例えば、右クリックまたは左クリック）を実行するのに十分な力がタッチパッドに対して押圧するのに使用される場合に、タッチパッド全表面が機械的に移動するのを可能とするシステムおよび方法である。その結果、さもなければ何ら有することのない、タッチ・センサへの触覚的なフィードバックを提供することができる。

本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、利点、ならびに代替態様は、以下の詳細な説明を添付図面と合わせて検討し考察することから、当業者には明白となるであろう。

図１は、従来技術で見つけられ、本発明で使用するために適合できるタッチパッドの動作についてのブロック図である。 図２は、タッチ・センサの各コーナーに４本のフレックス・アームを有する基板、および該基板に配置されるタッチ・センサの上面画像である。 図３は、基板の中央に配置される機械的なスイッチを示した基板の底部の斜視図であり、タッチ・センサが押圧される際の機械的なスイッチを提供する。 図４は、４本のフレックス・アームの各々の末端でハウジングによって基板が支持されるのみでことを示す、タッチ・センサの縁部からのビューである。

これより、図面を参照して、本発明の様々な要素に番号指定(numeral designation)が与えられることになり、また、本発明について、当業者が本発明を行い使用するのを可能にするために検討することになる。尚、以下の記載は、本発明の原理の説明に過ぎず、後に続く特許請求の範囲を狭めるように解釈してはならないことが理解されるべきである。

図２は、タッチ・センサ３０の第１実施形態の画像である。タッチ・センサ３０は、説明しなければならない幾らかの機構を有する。タッチ・センサ３０は、連続材料片として形成される基板に配置される。タッチ・センサ３０の第１機構は４本のフレックス・アーム３２である。４本のフレックス・アーム３２は、ハウジング（図示せず）内にタッチ・センサを懸架する。本第１実施形態に示すように、タッチ・センサ３０の基板は、単一シートの可撓性材料から製造される。例えば、基板は、印刷回路基板（ＰＣＢ）から構成される。ＰＣＢは、４本のフレックス・アーム３２によって、タッチ・センサ３０の所望の機械的な動作を提供することを可能にするのに十分な可撓性を有する。

本第１実施形態では、４本のフレックス・アーム３２は、各フレックス・アームの末端で孔３４を有して示される。孔３４は、ハウジング内に位置するタッチ・センサ３０を定位および保持するのに使用される。例えば、孔３４は、孔が定位されるハウジングの突起(projection)を覆って定位される。タッチ・センサ３０の感知部３６の任意の部分に力を加えることにより、４本のフレックス・アーム３２がタッチ・センサの４つのコーナーに取り付けられる所で、当該フレックス・アームを屈曲させる結果となる。

代替として、４本のフレックス・アーム３２は、タッチ・センサの統合された構造部ではなく、タッチ・センサ３０に機械的に取り付けられ、尚も、タッチ・センサに力が加わることによって、タッチ・センサが機械的に操作されることになるのに必要とされる屈曲性を提供する。

４本のフレックス・アーム３２の各々の長さは同じでもよいし、或いは、それらは異なってもよい。４本のフレックス・アーム３２は、幅および長さが異なってもよい。４本のフレックス・アームは、定位のための孔３４を有してもよいし、そうでなくてもよい。

本第１実施形態では、タッチ・センサ３０は４つの小タブ３８を含む。４本のフレックス・アーム３２はタッチ・センサ３０の短辺４０に配置されてもよく、また、タブ３８はタッチ・センサの長辺４２に配置されていてもよい。タブ３８は、タッチ・センサ３０の望ましくない移動を防止するように機能する。例えば、４つのタブ３８は、タッチ・センサ３０がハウジングから持ち上がるのを防止する支点(pivot point)としてもよく、代替として、力がタッチ・センサの上面４４に加わると、タッチ・センサがハウジングの凹部に向けて下方に移動するのを補助する。

例えば、タッチ・センサ３０の左遠方側を押圧すると、タッチ・センサの右遠方側は、ハウジングから持ち上がるのを試行する。しかしながら、タブ３８が実際にハウジングの縁部の下にあれば、ハウジング自体はタッチ・センサ３０がハウジングから持ち上がるのを防止する。

力が表面に加わるときにタッチ・センサ３０の移動において異なる深度を得るために、長辺４２に沿う４つのタブ３８の特定の位置は変更される。したがって、力が加わるときにタッチ・センサ３０の異なる移動特性を達成するために、長辺４２に沿う４つのタブ３８の位置が変更される。

図３は、タッチ・センサ３０の底面４６の部分透視図である。本第１実施形態では、底面４６は、タッチ・センサ３０の略中心に配置されるスイッチ４８を示している。スイッチ４８は、機械的なクリック機能を提供することができる。機械的なクリック機能は、触覚的な移動若しくはクリックオン、またはこの両方とすることができる。

図４は、タッチ・センサ３０、および辺または縁部からの支持構造５０の図である。タッチ・センサ３０は、フレックス・アーム３２の支持構造５０の支柱５２によって支持されるように示されている。フレックス・アーム３２は、支持構造５０と接触することになるタッチ・センサ３０の唯一の部分である。タッチ・センサ３０の上面４４に力が加わると、タッチ・センサは、４本のフレックス・アーム３２によって支持されながら、タッチ・センサの底面４６のスイッチ４８がハウジングの下降の底部と接触するまで、下方へ移動する。

第１実施形態の一態様は、タッチ・センサ３０の上面４４の如何なる位置で力が加わってもよく、尚も、タッチ・センサ全体を、力が加わる方向に移動させるということである。しかしながら、タッチ・センサの幾らかの領域がタッチ・センサの他の部分よりも深く移動するように、タッチ・センサ３０が傾けられてもよい。それにも拘わらず、力が加えられるにつれて、タッチ・センサ３０の上面４４の全体がハウジングに向けて下に移動してもよい。力が取り除かれるまで、または、中央のスイッチ４８がハウジングと接触するまで、移動は継続して、タッチ・センサ３０の更なる移動を防止する。

タッチ・センサ３０の態様は、タッチ・センサに使用される材料が、力が加わらないときにタッチ・センサが屈曲されない位置、即ち休止位置に戻ることができるのに十分な可撓性を有することになるということである。

第１実施形態および４本のフレックス・アーム３２を使用することの１つの利点は、タッチ・センサと４本のフレックス・アーム間の関節５４（図１参照）におけるタッチ・センサ３０への応力を、タッチ・センサの関節の全体により均一に分散できるということである。つまり、タッチ・センサ３０の機械的な移動を生じさせることはより容易となる。

関節５４をタッチ・センサ３０に対して屈曲させることが望ましい一方で、クリック機能を実行するように力が加えられるときにタッチ・センサの上面４４を屈曲させることは望ましくないことがある。第１実施形態の１つの利点は、タッチ・センサ３０の表面の屈曲を防止するのに使用される材料は、２本のフレックス・アーム３２のみを使用するのみである場合は、剛性のものである必要がない。何故ならば、タッチ・センサは４本のフレックス・アームによって今や容易に移動するからである。代替として、タッチ・センサ３０の屈曲を防止するのに使用される材料の厚さは、肉厚なものである必要がなく、これにより、タッチ・センサの感度を増加させる。

第１実施形態の他の態様は、タッチ・センサ３０の追加の移動を提供するために触覚モータが使用されるということである。タッチ・センサ３０の付加的な移動は、タッチ・センサに加えられる力、即ち圧力の量の関数としてもよい。つまり、触覚モータは、タッチ・センサ３０の付加的な段階(degree)の移動を提供してもよい。触覚モータは、必要に応じてタッチ・センサ３０に隣接する如何なる位置、または直接タッチ・センサ３０に対する如何なる位置にも配置されてよい。

第１実施形態の他の態様は、機械的なバネ付勢機構としてもよい。バネ付勢機構は、タッチ・センサ３０の底面４６に力を加えて、ハウジングから離れて保持するのに使用される。タッチ・センサ３０は、４つのタブ３８によってハウジング内で保持される。

なお、バネを取り付ける土台は、傾斜を設けた表面と、予め搭載された状態を形成するバネを曲げる対向機構と、を有して設けてもよいことが留意される。上面４４への下方力が何ら加えられないときにタッチ・センサ３０が休止位置にある場合に、タッチ・センサ３０はハウジングの内部ベゼル面に対して押される。

幾つかの例示の実施形態のみを上述してきたが、当業者であれば、本発明から具体的に逸脱することなく、多くの変更態様が例示の実施形態で可能であることを容易に理解するであろう。したがって、このような全ての変更態様は、次の特許請求の範囲に規定される本開示の範囲内に含まれることを意図したものである。特許請求の範囲が「するための手段(means for)」の記載をそれに関連する機能と共に明示的に用いたものを除き、本願の如何なる請求項における如何なる限定に対しても、35 U.S.C. 第112条第6パラグラフを適用させないことが、本出願人の明確な意図である。

Claims (17)

1. 力が加わるときにタッチ・センサの全表面の機械的な移動を提供するための方法であって、
   タッチ・センサのために基板を設けるステップであって、前記基板が矩形面を形成し、前記基板が４本のフレックス・アームを有し、該４本のフレックス・アームの各々１つが前記矩形面の異なるコーナーに位置され、前記基板と前記４本のフレックス・アームの間の関節で屈曲する、ステップと、
   前記タッチ・センサのためにハウジングを設けるステップであって、該ハウジングが前記４本のフレックス・アームの各々の端で前記タッチ・センサを支持する、ステップと、
   前記基板の表面にタッチ・センサを設けるステップであって、該タッチ・センサが、マウス・クリック機能を実行する機械的なボタンを有しないボタンレス・タッチ・センサである、ステップと、
   前記タッチ・センサの矩形の上面に対して力を加え、前記タッチ・センサの上面を、前記ハウジング内に移動させて、前記４本のフレックス・アームの各々の前記関節で前記基板が屈曲している間に、前記ユーザに触覚的なフィードバックを提供することにより、前記ボタンレス・タッチ・センサに移動を提供する、ステップと、
   を含む、方法。
2. 請求項１記載の方法であって、更に、
   前記基板の底面に機械的なスイッチを設けるステップであって該機械的なスイッチが前記ハウジングと接触すると、前記基板の移動が停止される、ステップと、
   前記機械的なスイッチが前記ハウジングと接触すると、機械的なクリック・アクションを提供するステップと、
   を含む、方法。
3. 請求項２記載の方法であって、更に、前記機械的なクリック・アクションによって可聴音を提供するステップを含む、方法。
4. 請求項１記載の方法であって、更に、前記基板を、前記４本のフレックス・アームの各々の先端でのみ支持するステップを含む、方法。
5. 請求項１記載の方法であって、更に、前記タッチ・センサの上面から前記力が取り除かれると、前記基板を休止位置に戻すステップを含む、方法。
6. 請求項１記載の方法であって、更に、前記基板の各コーナー近傍に前記４本のフレックス・アームを配置することによって、前記タッチ・センサの前記４本のフレックス・アームへの応力について更なる均等な分散を提供するステップを含む、方法。
7. 請求項６記載の方法であって、更に、屈曲を防止する材料を前記基板に設けることによって、前記基板での前記タッチ・センサの屈曲を防止するステップを含む、方法。
8. 請求項７記載の方法であって、更に、前記基板の屈曲を防止するように使用される前記材料の厚さを減らすことによって、前記タッチ・センサの感度を増加させるステップを含む、方法。
9. 請求項１記載の方法であって、更に、前記タッチ・センサに結合される触覚モータを設けることにより、前記タッチ・センサを移動させるのに十分な力が前記タッチ・センサに加えられると、前記タッチ・センサの触覚的なフィードバックを増加させる、ステップを含む、方法。
10. 力が加わるときにタッチ・センサの全表面の機械的な移動を提供するためのシステムであって、
    矩形面を形成する、タッチ・センサのための基板と、
    ４本のフレックス・アームであって、該４本のフレックス・アームの各々１つが、前記矩形面が有する異なるコーナーに結合され、前記基板と前記４本のフレックス・アームの間の関節で屈曲する、４本のフレックス・アームと、
    前記４本のフレックス・アームの各々の先端で前記タッチ・センサを支持する、前記タッチ・センサのためのハウジングと、
    前記基板の表面に配置されるタッチ・センサであって、マウス・クリック機能を実行する機械的なボタンを有しないボタンレス・タッチ・センサである、タッチ・センサと、
    を備え、
    前記タッチ・センサの矩形面に対して力を加えることにより前記タッチ・センサの上面を前記ハウジング内に移動させて、前記基板が前記４本のフレックス・アームの各々の前記関節で屈曲している間に前記ユーザに触覚的なフィードバックを提供することにより、前記ボタンレス・タッチ・センサに移動を提供する、システム。
11. 請求項１０記載のシステムであって、更に、
    前記基板の底面に配置される機械的なスイッチであって、該機械的なスイッチが前記ハウジングと接触すると、前記基板の移動が停止される、機械的なスイッチと、
    前記機械的なスイッチが前記ハウジングと接触すると実行される機械的なクリック・アクションと、
    を含む、システム。
12. 請求項１１記載のシステムであって、更に、前記機械的なクリック・アクションによる可聴音を含む、システム。
13. 請求項１０記載のシステムであって、更に、前記４本のフレックス・アームの各々の先端で前記基板を支持することを含む、システム。
14. 請求項１０記載のシステムであって、更に、
    前記基板の各コーナー近傍に前記４本のフレックス・アームを有することによって、前記基板への応力について均等な分散を提供することを含む、システム。
15. 請求項１４記載のシステムであって、更に、屈曲を防止する材料を前記基板に設けることを含む、システム。
16. 請求項１５記載のシステムであって、更に、
    前記基板の屈曲を防止するように使用される前記材料の厚さを減らすことによって、前記タッチ・センサの感度を増加させることを含む、システム。
17. 請求項１０記載のシステムであって、更に、前記タッチ・センサを移動させるのに十分な力が前記タッチ・センサに加えられると、前記タッチ・センサの触覚的なフィードバックを増加させる触覚モニタを含む、システム。

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