JP2019514085A - 拡張されたタッチおよびジェスチャデコードのためのセンサ設計 - Google Patents

Abstract

容量タッチおよび非タッチ検出のためのセンサ配列は、伝送電極と、評価ユニットに結合された所定数の受信電極とを有する。評価ユニットは、非タッチ検出モードと、タッチ検出モードとにおいて動作し、伝送電極は、交流電気近接場を発生させ、非タッチ検出モードにおいて、評価ユニットは、受信電極からの信号を評価し、非タッチジェスチャまたは物体の３次元位置を決定する。タッチ検出モードにおいて、所定数の電極によって画定される表面タッチ検出エリアが、複数の区画に分割され、各区画内で、異なる電極表面積比が複数の区画の各々のために形成されるように、所定数の電極のうちの少なくとも２つの電極が、それらの電極表面積の一部を用いて寄与する。

Description

（関連特許出願）
本願は、共有に係る米国仮特許出願第６２／３１９，４８０号（２０１６年４月７日出願）に対する優先権を主張し、上記出願は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

（技術分野）
本開示は、容量感知システムおよびその動作方法に関し、特に、電場効果を使用した容量感知システムのための電極配列に関する。

３次元容量非タッチ検出システムは、準静電場を発生させ、電場内に進入する物体によって引き起こされるその電場内の擾乱が、評価される。評価は、ユーザの指等の物体の３次元場所の決定と、その位置を追跡し、所定のジェスチャのプールからのジェスチャが行われたかどうかをさらに決定することとを可能にする。そのようなシステムは、３次元無タッチマウスとして動作すること、またはタッチを要求せずに任意の種類の好適な動作を制御することもできる。システムは、通常、準静的交流電場を発生させるために、例えば４０〜２５０ｋＨｚの周波数を有する正弦波または方形波信号等の交流信号を受信する伝送電極を使用する。例えば、相互または自己容量測定と対照的に、測定中、伝送電極は、発生器信号を持続的に供給され、電場が持続的に保持される間、発生させられる電場内の擾乱が測定される。システムは、静電容量測定システム（例えば、相互または自己容量測定のために使用される容量分圧器もしくは充電時間測定ユニット）において一般的であるように、信号パルス、信号または複数のパルスによって発生させられる電圧、およびセンサ電極の関連付けられた電荷変化を評価しない。いくつかの実施形態では、伝送電極によって発生させられる準静電場を評価するために、複数の受信電極が、例えば、平面内にフレーム状様式において伝送電極の上方に配列され、受信された信号から、物体の３次元位置が、信号処理を通して、集積回路デバイス内で再構築されることができる。他の実施形態では、同じ電極が、伝送および受信のために使用され、依然として、同じ電場が発生させられるが、評価は、電場内の擾乱によって生じる各送信機／受信機電極における負荷を測定する。

そのようなデバイスの例は、本願の譲受人によって製造されたＭＧＣ３１３０としても知られる「ＧｅｓｔｉＣ（著作権）」集積回路である。このデバイスは、高感度容量感知技術であり、例えば、約４０〜２５０ｋＨｚの準静的交流電気近接場を使用する３次元無タッチジェスチャ検出および追跡のために使用されることができる。

フレームベースの電極設計から独立して、複数のタッチ位置をデコードする必要性が存在する。例えば、ｎ個のみの受信電極を使用するとき、タッチ位置の数をｎを上回る値に拡張する必要性が存在する。特に、５つのみの受信電極を使用するとき、タッチ位置の数を６以上の値に拡張する必要性が存在する。

ある実施形態によると、容量タッチおよび非タッチ検出のためのセンサ配列は、伝送電極と、評価ユニットと結合されている所定の数の受信電極とを備え得、評価ユニットは、非タッチ検出モードと、タッチ検出モードとにおいて動作し、伝送電極は、交流電気近接場を発生させ、非タッチ検出モードにおいて、評価ユニットは、受信電極からの信号を評価し、非タッチジェスチャまたは物体の３次元位置を決定し、タッチ検出モードにおいて、所定の数の電極によって画定された表面タッチ検出エリアは、複数の区画に分割されており、各区画内で、所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極は、異なる電極表面積比率が複数の区画の各々のために形成されるように、それらの電極表面積の一部を用いて寄与する。

さらなる実施形態によると、各区画は、仮想タッチボタンを画定し、仮想タッチボタンの数は、電極の数を上回り得る。さらなる実施形態によると、各区画は、２つの寄与受信電極を備え得る。さらなる実施形態によると、各区画は、３つの寄与受信電極を備え得る。さらなる実施形態によると、区画内の２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択されることができ、第１の表面積は、第２の表面積より大きい。さらなる実施形態によると、所定の数の電極は、５つであることができ、少なくとも４つの受信電極からの信号が、非タッチ検出モードにおいて使用される。さらなる実施形態によると、所定の数の電極は、４つであることができ、全４つの受信電極からの信号が、非タッチ検出モードにおいて使用される。さらなる実施形態によると、センサ配列は、非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離より近い物体の検出時、タッチ検出モードに自動的に切り替わることができる。さらなる実施形態によると、所定の数の電極は、交互配置方式で配列されることができ、非タッチジェスチャ検出モードにおいて、所定の数の電極のうちの４つの電極は、フレーム状配列を提供する。さらなる実施形態によると、仮想タッチボタンのタッチは、複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされることができる。さらなる実施形態によると、２つの寄与電極は、それぞれの受信電極によって受信された信号の信号強度によって複数の電極から選択されることができる。さらなる実施形態によると、所定の数の受信電極は、５つであることができ、５つの受信電極は、交互配置方式で配列され、該複数の区画を提供し、区画は、表面タッチ検出エリアを覆うマトリクスで配列される。さらなる実施形態によると、マトリクスは、５×４区画を提供し得る。さらなる実施形態によると、マトリクスは、３×４区画を提供し得、５つの受信電極のうちの２つは、追加のスライダ機能を提供し得る。さらなる実施形態によると、受信電極のうちの２つは、互いに組み合わせられた方式で配列されることができ、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、スライダ機能を提供するように変動される。さらなる実施形態によると、各受信電極は、複数のフィンガを有し得、対の受信電極は、隣接する区画の行を形成するある線に沿って互いに組み合わせられた方式で配列され、各区画は、仮想ボタンを画定する。さらなる実施形態によると、線は、直線であることができる、または線は、湾曲であることができる。さらなる実施形態によると、４つの電極が、交互配置方式で配列され、１２のタッチ場所を提供することができる。さらなる実施形態によると、少なくとも１つのＲｘまたはＴｘ電極は、蛇行形状を有し得る。さらなる実施形態によると、伝送電極および所定の数の受信電極は、同一層内に配列されることができる。さらなる実施形態によると、少なくとも１つの電極、特に、少なくとも２つの電極の電極密度は、電極配列の方向に沿って徐々に増加または減少し得る。

別の実施形態によると、容量タッチおよび非タッチ検出を行う方法であって、方法は、交流信号を伝送電極にフィードし、交流電気近接場を発生させることと、所定の数の受信電極と結合されている評価ユニットを、非タッチ検出モードと、タッチ検出モードとで動作させることとを含み得、非タッチ検出モードにおいて、評価ユニットは、受信電極からの信号を評価し、物体の３次元位置を決定し、タッチ検出モードにおいて、所定の数の受信電極によって画定された表面タッチ検出エリアは、複数の区画に分割されており、各区画内で、所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極は、異なる電極表面積比率が複数の区画の各々のために形成されるように、それらの電極表面積の一部を用いて寄与し、評価ユニットは、所定の数の受信電極のうちの種々の少なくとも２つからの信号を評価し、タッチ場所を決定する。

方法のさらなる実施形態によると、各区画は、仮想タッチボタンを画定し、仮想タッチボタンの数は、電極の数を上回り得る。方法のさらなる実施形態によると、各区画は、２つの寄与受信電極を備え得る。方法のさらなる実施形態によると、区画内の２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択されることができ、第１の表面積は、第２の表面積より大きい。方法のさらなる実施形態によると、所定の数の電極は、５つであることができ、全５つの受信電極からの信号は、非タッチ検出モードにおいて使用される。方法のさらなる実施形態によると、所定の数の電極は、４つであることができ、全４つの受信電極からの信号が、非タッチ検出モードにおいて使用される。方法のさらなる実施形態によると、センサ配列は、非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離より近い物体の検出時、タッチ検出モードに自動的に切り替わることができる。方法のさらなる実施形態によると、所定の数の電極は、交互配置方式で配列されることができ、非タッチジェスチャ検出モードにおいて、所定の数の電極のうちの４つの電極は、フレーム状配列を提供する。方法のさらなる実施形態によると、仮想タッチボタンのタッチは、複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされることができる。方法のさらなる実施形態によると、２つの寄与電極は、それぞれの受信電極によって受信された信号の信号強度によって複数の電極から選択されることができる。方法のさらなる実施形態によると、受信電極のうちの２つは、互いに組み合わせられた方式で配列されることができ、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、変動させられ、方法は、該受信電極のうちの２つからの信号を評価し、スライダ機能を提供することをさらに含む。方法のさらなる実施形態によると、少なくとも１つのＲｘまたはＴｘ電極は、蛇行形状を有し得る。

図１は、例示的電極形状および割り当てられた区画ならびに割り当てられた信号形態を示す。 図２は、第１の実施形態による、電極構造を示す。 図３は、第２の実施形態による、電極構造を示す。 図４は、種々の実施形態による、電極構造を使用したディスプレイユニットを示す。 図５は、第３の実施形態による、電極構造を示す。 図６Ａおよび６Ｂは、第４の実施形態による、電極構造およびＰＣＢを示す。 図６Ａおよび６Ｂは、第４の実施形態による、電極構造およびＰＣＢを示す。 図７は、図６Ａおよび６Ｂによる、電極構造からの信号を示す。 図８は、第５の実施形態による、電極構造およびＰＣＢを示す。 図９は、第６の実施形態による、電極構造の詳細を示す。 図１０は、第７の実施形態による、電極構造を示す。 図１１は、第８の実施形態による、電極構造の詳細を示す。

産業用ディスプレイは、所定のタッチ入力および３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出を装備することができる。同様に、キーパッドも、そのような追加の機能を装備することができる。例えば、前述のような３次元ジェスチャシステムは、種々の実施形態による改良されたタッチ検出を提供するようにも拡張されることができる。

いくつかの実施形態は、複数のボタンデコードおよび３Ｄジェスチャ認識のための単層の交互配置された電極構造を対象にする。交互配置された電極構造は、それによって、従来の３Ｄジェスチャ検出電極配列と比べて似た構造を提供する。種々の実施形態によると、蛇行形状の電極設計は、大まかな２Ｄタッチ位置検出、増加した検出範囲、より大きい設計、および、さらにコスト低減につながる単層印刷回路基板設計を可能にする。

いくつかの配列によると、変更のない電極配列が使用されることができる。いずれの配列でも、各仮想ボタンが、２つ以上の電極のそれらの信号比を用いてデコードされるであろう。したがって、例えば、ｎ個のボタンの組内で最も高い信号シフトを示す２つの電極が、デコードのために採用される。ボタンデコードに加え、３Ｄジェスチャデコードのために、有意義な信号パターンを維持するための全体的電極配置を有することも重要である。全体的配置は、例えば、図２に示されるようなフレームベースの設計である。

ボタンデコードは、通常、タッチセンサのみを用いて行われる。しかしながら、種々の実施形態によると、３Ｄジェスチャシステムは、この機能性も提供するように、独特のデコード技法を用いる改良された信号処理および新しい電極設計によって、拡張されることができる。

産業用ディスプレイ用途のための低コストソリューションは、概して、所定のタッチ位置、スライダをサポートし、完全３Ｄジェスチャ組の検出も提供し得る。キーパッド／ボタン用途のための低コストソリューションは、所定のタッチ位置、スライダ、および完全３Ｄジェスチャ組をサポートし得る。

例えば、図２および３に示されるように、３Ｄジェスチャ検出および複数のタッチボタンに関するセンサ配列が、提供されることができる。例えば、５つの受信電極と、単一伝送電極とを使用することによって、そのようなデバイスは、単一タッチデコード、例えば、５つのＲｘチャネルを用いた最大２０個の位置と、（ＧｅｓｔｉＣ（著作権））３Ｄジェスチャ認識とを提供する。実際のインターフェースは、２層ソリューション（１層のＲｘ構造、１層のソリッドＴｘ構造）を使用して、ＰＣＢ上、またはＩＴＯディスプレイ統合を使用したディスプレイ上に提供されることができる。コントローラは、既存のＧｅｓｔｉＣ（著作権）単一チップと同様、単一チップソリューションに統合されることができる。１０インチディスプレイ設計のための、例えば、２０個のボタン機能が、図３に示されるように、電極または５つの電極接続を用いて実現されることができ、さらに２０個より多くのボタン機能も可能である。各電極は、互いに直接接続されるか、または配線を通して接続される複数の電極区画または区分から成る。印刷回路基板（ＰＣＢ）上に形成される、区画は、ＰＣＢトレースによって接続されることができる。さらに、スライダデコードは、以下により詳細に説明されるように、専用電極を具備することができる。

例えば、ＧｅｓｔｉＣ（著作権）集積回路等の３Ｄ検出コントローラは、タッチサポート（限定ではないが、フレーム形状電極にマップされたタッチ位置）を具備することができる。ＧｅｓｔｉＣ（著作権）システムは、例えば、５つのみのＲｘ電極、したがって、５つのみの接続が利用可能である場合、３Ｄジェスチャデコードのために要求される信号パターンを維持しながら、６つ以上のタッチ位置をサポートするように拡張されることができる。３Ｄジェスチャ検出のために提供される同じ電極が、特定のタッチ検出を提供するために使用されることができ、余分な構成要素は、必要とされない。

図１は、３Ｄ検出システムを使用して、それぞれの多数の関連付けられたＲｘ電極上で測定される多数のＲｘ信号の評価によってタッチデコードが行われることができることの原理を説明し、それを示す。各タッチ位置に、２つの交互配置電極が存在する例示的場合を検討すると、デコードは、タッチを検出することと、最大信号シフトを伴う２つの電極を（複数の電極、例えば、５つの電極から）見出すこととによって行われる。そして、これらの２つの電極の信号の比率が、仮想タッチ位置デコードのために分析される。図１に示されるように、センサフィールド１００は、２つのセンサ電極１１０、１２０によって形成される。各センサ１１０、１２０は、２つの別個のセンサ区画に分割されており、それらは、電気的に接続され、単一センサを形成する。電極の形状は、２つの電極のセンサエリアの比率が、センサフィールドの各異なるエリアにおいて異なるように選定される。図１に示される例では、センサフィールドは、３つのタッチ検出エリア１、２、３を備え、各々は、センサボタンを形成し得る。電極１１０および１２０は、第１のタッチ検出エリア１では、第１の電極１１０が、比較的に小さいセンサエリアに寄与する一方、第２の電極１２０が、比較的に大きいエリアに寄与するように形成される。第２のタッチ検出エリア２では、両電極は、同じ電極エリアに寄与し、第３のタッチ検出エリア３では、第２の電極１２０は、比較的に小さいセンサエリアに寄与する一方、第１の電極１１０は、比較的に大きいエリアに寄与する。図１の上は、第１および第２のセンサ電極１１０、１２０から受信され得る関連付けられた信号を示す。

図１にさらに示されるように、閾値が、どのエリアがタッチされたかどうかを決定するために使用されることができる。第１のエリアにおけるタッチの場合、第２の電極のみが、閾値を上回る信号を発生させる。第２のエリアにおけるタッチの場合、両電極が、閾値を上回る信号を発生させ、第３のエリアにおけるタッチの場合、第１の電極１１０のみが、閾値を上回る信号を発生させる。

図２および３に示されるように、Ｒｘ電極Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、Ｒｘ４、およびＲｘ５が、標準的ＧｅｓｔｉＣ（著作権）ジェスチャパターンデコードを維持することを可能にする配列において設置される。したがって、電極Ｒｘ１（３２０）、Ｒｘ２（３４０）、Ｒｘ３（３３０）、およびＲｘ４（３１０）は、中心電極Ｒｘ５（３５０）を囲い込むように配列される。図２は、送信機電極によって生成される準静的交流電場を使用したジェスチャ検出システムのための従来の電極配列２００を示す。電極Ｒｘ１−Ｒｘ５は、基板２１０の上部側に配列される。図２は、破線を用いて、基板２１０の底部側に配列される伝送電極Ｔｘも示す。例えば、電極Ｒｘ１−Ｒｘ５は、両面印刷回路基板の銅層によって形成されることができるか、または、ＩＴＯディスプレイ集積を使用してディスプレイ上に形成されることができる。多層印刷回路基板も、使用され得、底部層は、遮蔽機能を提供するために接地層として使用され得、伝送電極は、基板の内側層内に形成され得る。

そのような配列は、２つのモードで動作させられることができる。第１のモードでは、センサ配列は、従来の３次元ジェスチャ検出デバイスとして動作する。所定の閾値距離を下回る接近が検出されると、デバイスは、第２の動作モードに切り替わることができ、種々の電極の信号の比率が、複数の仮想ボタンのうちのどれがタッチされたかを決定するために使用され、各仮想ボタンは、センサ表面のエリアに関連付けられる。例えば、図２に示されるセンサの表面は、点線によって示されるように、９つの区画に分割され得る。

図３は、基本的に、従来の電極配列と似た構造を提供し、電極の数より実質的に多くのタッチ位置のデコードをさらに可能にする電極設計を示す。図２と同様に、５つの電極３１０、３２０、３３０、３４０、および３５０が、単一平面内に配列される。３次元（３Ｄ）検出モードでは、電極３１０は、電極Ｒｘ４と同等に、電極３２０は、Ｒｘ１と同等に、電極３４０は、Ｒｘ２と同等に、電極３３０は、Ｒｘ３と同等に、電極３５０は、Ｒｘ５と同等に動作する。再び、図１と同様に、複数のタッチ検出エリア１−２０の各々は、概して、２つの寄与電極の電極エリアの異なる比率から成る。図３の下は、２０個のタッチ検出エリアを示す。このグリッドは、ボタンの関連付けを視覚化するために電極構造３００にオーバレイされる必要がある。図３は、破線を用いて、電極３１０−３５０が配列される基板の底部側に配列され得る伝送電極３６０も示す。伝送電極のエリアは、電極３１０−３５０によって覆われるエリアより大きくなるように図３に示される。しかしながら、エリアは、実質的に同一またはより小さくあることもできる。

したがって、種々の実施形態によるデコード技法を使用して、センサ配列は、全体的フレーム設計を維持し、それによって、電極の数を実質的に上回る複数のタッチ位置をサポートすることが可能である。図３の実施形態では、最大２０個またはそれを上回るタッチ位置が、５つの電極のみを用いて形成されることができる。最大２０個の位置の限界は、１０インチディスプレイ上の良好な手動動作を提供する。しかしながら、より多いまたはより少ないタッチ位置も、ディスプレイのサイズおよび実際の電極の数に応じて、実現されることができる。

図４は、そのような機能性を伴うそれぞれのディスプレイの例を示す。図４に示されるもののような小さいディスプレイは、そのサイズに起因して、限定数のボタンを有し得る。

図３に示されるような特定の電極パターンは、依然として、３Ｄジェスチャデコードのための良好な信号パターンを提供する。そのようなジェスチャデコードのために、受信信号パターンのある特性が、評価される。例えば、西から東へ（左から右へ）のフリックジェスチャのための信号パターンは、最初に、西電極の受信信号に最大値を有し、そして、東電極の受信信号に最大値を有すること、または、同様に、時間に対するそれぞれの信号の一次導関数においてゼロ交差を有することが予期される。時間に対する二次導関数またはその推測される他の信号も、評価のために使用されることができる。標準的ジェスチャ認識ファームウェア（図１におけるようなフレーム形状電極のために設計される）を新しい電極設計のためにも使用するために、受信信号またはその推測される信号におけるそのような最大値またはゼロ交差の時間的順序は、フレーム形状設計のためのものと同じである必要がある。

これは、種々の実施形態に説明される電極配置および／またはデータ取得ならびにデコードの高速処理電力によって維持されるであろう。各軸内の３つ以上の電極の情報は、センサの信頼性を増加させるであろう。

種々の実施形態に示されるように、Ｒｘ電極は、単層内に配列され得る。しかしながら、そのような設計におけるＲｘ電極配列は、単層に限定されない。

設計は、デコードのための２つの異なる密度レベルに限定されない。設計は５つのＲｘ電極にも限定されず、設計は、タッチデコードのための複数の電極のうちの２つのみの使用に限定されない。

設計は、例に示される電極パターンにさらに限定されない。図３に示されるような特定の交互配置された電極設計は、場所に応じて異なる信号密度レベルを提供するパターンを確立する。したがって、種々の電極は、それらが仮想ボタンゾーンにおいて異なるエリアサイズに寄与し、種々の仮想ボタンゾーン間で区別可能であるように成形される。電極パターンは、設計に応じて変動することができ、交互配置された設計のピッチは、小さい指および大きい指によるタッチが、常時、寄与（タッチされる）電極間に同じまたは同様の比率をもたらすように、例えば、図３の実施形態では、５つの電極のうちの２つ間に同じまたは同様の比率をもたらすように、指ピッチより大きくないことが重要であり得る。より正確には、検出されるべきタッチしているオブジェクト（例えば、指）のピッチは、交互配置設計のピッチより大きい必要がある。図３におけるパターンから分かるように、各ボタンエリアは、２つの受信電極に割り当てられ、そのセンサエリアは、ボタン場所に応じて変動する。

図５は、下に、１２個のタッチボタンおよびスライダ機能を確立するさらに別の可能な電極レイアウト６００を示す。この配列は、５つの電極６１０、６２０、６３０、６４０、および６５０を使用する。３Ｄジェスチャ検出モードでは、電極６１０は、図２に示される従来の配列のＲＸ４として動作し、電極６２０は、Ｒｘ１に類似して、電極６３０は、Ｒｘ２に類似して、電極６４０は、Ｒｘ４に類似して動作する。タッチ検出モードにおいて、これらの４つの電極が、１２個の仮想ボタン１−１２を形成するために使用され、常時、４つの電極６１０、６２０、６３０、および６４０のうちの２つが、それぞれの仮想ボタンエリアを画定するために使用される。言い換えると、常時、４つの電極６１０、６２０、６３０、および６４０のうちの２つは、仮想ボタンフィールド１−１２に寄与し、電極エリアの異なる比率が、電極のそれぞれの形状を通して確立される。

再び、図５は、下に、それぞれの仮想ボタンおよびスライダエリアを示し、このグリッドは、関連付けを示すために、電極構造６００にオーバレイされるべきである。仮想ボタンを備えている最初の３行のために、電極６２０は、各仮想ボタンフィールド１−４に対して略同一電極エリアに寄与する一方、電極６１０および６３０は、それぞれ、異なる電極エリアを伴うフィールド１、２および３、４に寄与することが分かる。第２行では、電極６１０および６３０は、それぞれ、仮想フィールド５、６および７、８に対して略同一電極エリアに寄与し、電極６２０は、仮想フィールド５および８に寄与する一方、電極６４０は、仮想フィールド６および７に寄与する。第３行では、電極は、電極６４０が、各仮想フィールド９−１２に対して略同一電極エリアに寄与する一方、電極６１０および６３０は、それぞれ、仮想フィールド９、１０および１１、１２に対して異なる電極エリアサイズに寄与するように成形される。

加えて、第５の電極６５０は、電極６４０とともに、電極配列の下にスライダ機能を提供する。この目的を達成するために、水平スライダは、電極構造６００の下に水平ｘ軸に沿って２つの電極６４０と６５０との間の可変電極エリア比率を提供する。２つの電極６４０および６５０は、互いに組み合わせられた方式で配列され、電極のフィンガの幅は、ある電極に対しては小から大に、それぞれの他の電極に対しては大から小に変動する。

要約すると、この電極構造は、フレーム状様式で配列される、３Ｄ検出のための４つの電極６１０−６４０を提供する。追加の電極６５０が、Ｎ−電極と交互配置され、追加のスライダ機能性を提供する。図５は、伝送電極を示さない。しかしながら、図３に示されるような伝送電極に対する同一原理が、適用される。

タッチ検出、例えば、（大まかな）２Ｄタッチ位置検出のためのマルチ信号デコードの最大の可能性が、種々の実施形態にしたがう電極設計とを用いて引き出されることができる。図３および５による設計は、Ｒｘ電極の真下にＴｘ電極を有するように限定され、それは、より高度な検出範囲を約束する３Ｄ強化システムを実践的に可能にしない。種々の実施形態によると、蛇行形状電極が、単層上の指先の真下に、２つより多い電極を設置するために使用されることができる。

指でセンサにタッチするとき、指は、センサのカバープレートのあるエリアを覆っている。これは、指タッチのない場合と比較して、指と指の真下の電極との間の非常に増加した容量結合をもたらす。複数のＲｘ電極が、指先によって覆われるエリアの真下に位置するとき、覆われるエリアの真下の各電極のエリアは、（タッチ）ボタンエリアが指先より大きいと仮定すると、このエリアが指に結合する容量を決定するので、それぞれのＲｘチャネル上の信号レベル変化を決定する。信号レベル（またはレベル変化）が、指先がこのタッチエリア内のどこに正確にタッチしているかからむしろ独立している場合、これらの信号レベル（または信号レベル変化）は、それぞれのボタンに特徴的であり、ボタンを識別するために評価／デコードされることができる。

タッチ位置の「電極密度」は、典型的指先でそれぞれの電極の典型的に覆われるエリアとして定義される。図３および５の下区分に示されるようなボタンエリアは、したがって、電極密度がほぼ一定であるセンサの接続エリアである。

電極密度が、専用タッチボタンエリア間で変動するだけでなく、より徐々に変動するとき、図５に「スライダ」によっても示されるように、より高い位置分解能が、達成されることができる。例えば、西電極６５０の密度が、センサエリアの西（左）境界から内向きに減少するようにすると、タッチしている指を西から東方向（「ｘ−方向」）にある量だけ移動させることは、西電極６５０と指先との間の容量結合を減少させ、故に、それぞれのＲｘ信号レベルを増加させる（またはシステムに応じて、減少させる）であろう。西および東電極’（６５０、６４０）Ｒｘ信号は両方とも、タッチのｘ−位置についての情報を運び、故に、西および東電極６５０、６４０の両方が指先によって同時に覆われるレイアウトでは、西および東電極’Ｒｘ信号は、共同で評価されることができる。同様に、同じことは、北および南電極およびタッチのｙ−位置にも当てはまる。

特徴組、すなわち、図５に示されるような電極レイアウト（タッチボタンおよび１Ｄスライダデコード、２層設計）を拡張させるために、指先によって覆われる電極の数を３つ以上に増加させる必要がある。そのために、（少なくとも）２つのソリューションが存在する：
１．ビアを伴う多層設計：４つ以上の電極の相互配置。

２．本願の種々の実施形態による、少なくとも１つの電極のための蛇行状電極レイアウトの導入。
ソリューション＃２は、種々の新しい設計を可能にする。

（ＧｅｓｔＩＣ（３Ｄジェスチャ検出）およびボタン（スライダ）ソリューション）
種々の実施形態によると、ＲＸおよびＴＸ電極は、単層設計内に配列されることができる。各ボタンエリアは、少なくとも２つのＲｘ電極とＴｘ電極とを必要とし、それらのいずれかは、蛇行するものであることができる。

この設計は、現在の２層ソリューションがあまりにも多くのＴｘ−Ｒｘ結合を有する大きな設計を可能にする。さらに、この設計は、検出範囲拡張のための３Ｄ強化システムを可能にし、安価に製造される。２層設計では、背面は、平坦接地遮蔽体であるか、または完全に使用されないままであることができる（背面遮蔽体の必要性に応じて）。

背面上に伝送電極Ｔｘを伴ういくつかの実施形態によると、受信電極設計は、ビアの必要なく、３つの受信電極を各ボタンエリア内に有することができ、それは、ディスプレイ／透明電極キャリア（ビアが不可能である）のためにさえ、ボタン数の増加につながる。

他の実施形態によると、随意の接地遮蔽体層が、背面に提供される。そのような層は、固体であることができ、それは、メッシュ設計より製造が安価である。

（ＧｅｓｔＩＣ＋２Ｄ位置（２Ｄスライダ））
指先によって覆われる電極の数の増加に伴って、タッチボタンの数を増加させるだけでなく、「スライダ」アプローチをより多くの次元に拡張し、（ローカル）電極密度を徐々に変動させることによって２Ｄ（単一タッチ）位置付けを可能にする。そのような（大まかな）位置付けは、２つの次元、例えば、水平および垂直におけるスライド検出を可能にする。

レイアウトの周囲の随意のＲｘ電極リング（例えば、中心電極）が、センサエリアの境界／外側におけるタッチを検出し、この情報を使用してそれぞれのタッチを排除するために、使用されることができる。

以下では、蛇行状電極を伴う電極／センサレイアウトのための例が、提示される。それらは全て、ＧｅｓｔｌＣ ３Ｄジェスチャ検出のために要求されるように、北または上部電極の密度は、「北」（上部）において最高であり、「南」（底部）において最小であり、西または左電極の密度は、「西」（左）において最高であり、「東」（右）において最小である等の性質を共有する。

図６Ａおよび６Ｂは、単層ＧｅｓｔＩＣ＋ボタンセンサレイアウトを示す。図６Ａは、単層レイアウトと、図６Ａの右側に、関連付けられたボタン区画とを示す。図６Ｂは、同一設計と、右側に、典型的例示的指先エリアを含む、拡大された区分とを示す。図６Ａに示されるように、設計は、１２の専用ボタンエリアＮｗ、Ｎｃ、Ｎｅ、Ｗｎ、Ｃｎ、Ｅｎ、Ｗｓ、Ｃｓ、Ｅｓ、Ｓｗ、Ｓｃ、およびＳｅを含み、それらの各々は、複数の受信電極５１０、５２０、５３０、５５０、および５６０のうちの２つのＲｘチャネルの電極と、Ｔｘチャネルの電極５４０とを備えている。この例では、Ｔｘ電極５４０は、互いから一定の垂直距離で水平に向けられ、対応する給電線は、ボタンエリアの列間の２つの間隙内に垂直に経路を定められる。北および南電極５１０、５３０は、西、Ｔｘ、および東電極５２０、５４０、５６０の周りを進む蛇行状である。随意に、接地（遮蔽体）層が、例えば、印刷回路基板等の電極キャリアの背面上に採用され、干渉を遮蔽することができる。図６Ａは、右側に、そのようなセンサパターンを形成するプロトタイプ印刷回路基板の写真表現を示す。

図７は、図６ＡにおけるＧｅｓｔＩＣ＋ボタン設計の全１２のボタンエリア（Ｎｗ・・Ｓｅ）に連続的にタッチするときの信号偏差（すなわち、ベースライン補正信号レベル）を示し、各それぞれのボタンエリア内に最高および第２の最高電極密度を伴う２つのＲｘ電極に対する明確に異なる最高値および第２の最高信号レベルを明らかにする。参照ラベルは、電極５１０、５２０、５３０、５５０、および５６０によって提供されるそれぞれの信号を指す。

図８は、ＧｅｓｔＩＣ＋２Ｄスライダセンサ設計のさらに別の実施形態を示し、中心電極８３０は、全てのセンサ表面積にわたってほぼ一定密度を有する。ここでは、中心電極８３０は、中心トレース８３０ａによって接続される複数の長方形区画に分割される。故に、そのＲｘ信号は、例えば、閾値比較を使用して、タッチイベント検出のために良好に利用されることができる。タッチ位置は、残りの電極８１０、８２０、８４０、８５０、８６０、および８７０のＲｘ信号レベルを用いてデコードされることができる。各電極８１０、８２０、８４０、８５０、８６０、および８７０は、それぞれのＰＣＢトレース８１０ａ、８２０ａ、８３０ａ、８４０ａ、８５０ａ、８６０ａ、および８７０ａによって接続される複数の区画から成る。電極８１０および８５０の各々は、それぞれ、直線ＰＣＢトレース８１０、８５０によって接続される複数の三角形形状の電極区画を備えている一方、電極８２０、８５０、８６０、および８７０は、蛇行方式でそれぞれのトレース８２０ａ、８５０ａ、８６０ａ、および８７０ａによって接続される長方形電極区画を備えている。北電極８１０および南電極８５０は、内側に向かって徐々に密度を減少させながら外側からセンサの中に到達するが、西電極８２０、８４０および東電極８６０、８７０は、蛇行状様式でセンサエリアの中心に向かって延び、電極密度は、それぞれ、西電極に対して西から東に、および東電極に対して東から西に徐々に減少する。図８は、右側に、そのようなセンサパターンを形成するプロトタイプ印刷回路基板の写真表現を示す。

図９は、図８に示されるものと類似電極パターンのより詳細な図を示し、中心チャネル電極Ｃは、それぞれのＰＣＢトレース９１０ａによって接続される蛇行状に配列される長方形電極区画９１０によって形成される。西電極Ｗは、ここでは、長方形電極区画９３０の幅がセンサ配列の中心に向かって減少するように、サイズが変動する長方形区画９３０によって形成される。東電極（図９には図示せず）も、同様に形成され、幅は、右から左に減少するであろう。北電極Ｎは、再び、センサ配列の上部境界に沿って走り得る直線ＰＣＢトレース９２０を通して接続される三角形区画９２０によって形成される。南電極Ｓは、図８に示される電極配列と同様に、底部境界からセンサ配列の中央に延びる類似方式で形成されるであろう。このレイアウトは、２つの近隣西（東）電極区画９３０間のピッチが、２つの近隣北（南）電極間のピッチと等しく、より均質な信号が予期され得るという利点を有する。

図１０は、４つの電極を伴うＧｅｓｔＩＣ＋２Ｄスライダ設計のための別の例を示す。北および南電極１０１０、１０３０は、再び、それぞれ、上部および底部トレースによって接続される三角形電極区画によって形成される。西および東電極１０２０、１０４０は、中心に向かって幅が減少する、複数の菱形を備えている。各菱形は、北および南電極の２つの近隣する三角形電極間に配列され、上部および底部上の交互接続トレースは、図１０に示されるような蛇行形状の電極を形成する。

２Ｄ（２次元）タッチ検出のために、北電極区画１０１０および南電極区画１０３０の平均密度は、センサエリア全体にわたってほぼ一定である。故に、北および南チャネルの総和される信号偏差（タッチに起因する信号レベル変化）が、タッチイベントを検出するために使用されることができ、そして、タッチ位置は、全４つのチャネル１０１０、１０２０、１０３０、および１０４０からの情報を使用して評価されることができる。加えて、中心チャネルが、電極リングを示される設計の周囲に置くことによって使用され、タッチが、所望のタッチエリアの外側であるが、給電線上で発生するときを示し得る。

図１１は、図１０に示されるものに類似するセンサの抜粋を示し、全４つのＧｅｓｔｌＣ「フレーム」電極、すなわち、南、西、北、および東は、センサエリア全体にわたって及ぶが、可変密度を伴う。図１１により詳細に示されるように、密度を変動させるために、北および南電極１１１０および１１３０は、再び、三角形形状の電極区画を有する。西および東電極は、その区画がセンサエリア全体に分散される程度に図１０に対して異なるように配列される。西および東電極１１２０、１１４０は、区画毎に区画幅を変動させる。西電極１１０の菱形区画の幅は、左から右に減少する一方、東電極１１４０の菱形区画の幅は、左から右に増加する。再び、図１０におけるものと同様に、西および東電極１１２０は、蛇行形状を有するが、図１０の配列と対照的にからみ合わせられる。センサ区画は、北および南の（平均）密度が一定であり、西および東の平均密度も一定であるように配列される。この設計の短所は、電極間のピッチが増加させられることである。例えば、南電極の２つの「アーム」間に、西および東（それぞれ２回）および北の５つの他の電極線が存在する。

電極の「蛇行形状」という用語は、以下のように理解されたい：電極は、直線ではなく、数回の方向転換（典型的には、９０度）を有し、部分的に、他の電極を封入する（典型的には、４つの辺のうちの３つに対して）。１つの方向における、典型的には９０度の２回の方向転換後（典型的には、より長い区画の後により短い「接続」区画が続く）、再び、最初に、より長い、次いで、より短い区画等を伴って、反対方向に典型的には９０度の２回の方向転換が続く。電極の厚さは、電極の異なる区画間で変動し得る一方、接続区画は、典型的には、容量ネットワークへのその影響を最小化するために、最小厚さを有する。

要約すると、３つ以上の交互配置された（したがって、指先タッチ時、同時に覆われる）電極を単層内に適合させる蛇行状電極レイアウトは、単層ＧｅｓｔＩＣ＋ボタンソリューションを可能にし、それは、生産コスト節約につながる。さらに、新しい特徴につながる多層ＧｅｓｔｌＣ＋２Ｄスライダソリューションは、本出願人によって製造されたジェスチャコントローラＭＧＣ３１３０／３０３０等の１つの集積回路だけを用いて遂行されることができる。

Claims (35)

1. 伝送電極と、評価ユニットと結合されている所定の数の受信電極とを備えている容量タッチおよび非タッチ検出のためのセンサ配列であって、前記評価ユニットは、非タッチ検出モードと、タッチ検出モードとにおいて動作し、前記伝送電極は、交流電気近接場を発生させ、
   前記非タッチ検出モードにおいて、前記評価ユニットは、前記受信電極からの信号を評価し、非タッチジェスチャまたは物体の３次元位置を決定し、
   前記タッチ検出モードにおいて、前記所定の数の電極によって画定された表面タッチ検出エリアは、複数の区画に分割されており、各区画内で、前記所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極は、異なる電極表面積比率が前記複数の区画の各々のために形成されるように、それらの電極表面積の一部を用いて寄与する、
   センサ配列。
2. 各区画は、仮想タッチボタンを画定し、前記仮想タッチボタンの数は、前記電極の数より多い、請求項１に記載のセンサ配列。
3. 各区画は、２つの寄与受信電極を備えている、請求項１または２に記載のセンサ配列。
4. 各区画は、３つの寄与受信電極を備えている、請求項１または２に記載のセンサ配列。
5. 区画内の前記２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択され、前記第１の表面積は、前記第２の表面積より大きい、請求項３に記載のセンサ配列。
6. 前記所定の数の電極は、５つであり、少なくとも４つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項１−５のいずれか１項に記載のセンサ配列。
7. 前記所定の数の電極は、４つであり、全４つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項１−５のいずれか１項に記載のセンサ配列。
8. 前記センサ配列は、前記非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離より近い物体の検出時、前記タッチ検出モードに自動的に切り替わる、請求項１−７のいずれか１項に記載のセンサ配列。
9. 前記所定の数の電極は、交互配置方式で配列され、前記非タッチジェスチャ検出モードにおいて、前記所定の数の電極のうちの４つの電極は、フレーム状配列を提供する、請求項１−８のいずれか１項に記載のセンサ配列。
10. 仮想タッチボタンのタッチは、前記複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされる、前記請求項２−９のいずれか１項に記載のセンサ配列。
11. 前記２つの寄与電極は、それぞれの受信電極によって受信された信号の信号強度によって前記複数の電極から選択される、請求項１０に記載のセンサ配列。
12. 前記所定の数の受信電極は、５つであり、前記５つの受信電極は、交互配置方式で配列され、前記複数の区画を提供し、前記区画は、前記表面タッチ検出エリアを覆うマトリクスで配列されている、請求項１に記載のセンサ配列。
13. 前記マトリクスは、５×４区画を提供する、請求項１２に記載のセンサ配列。
14. 前記マトリクスは、３×４区画を提供し、前記５つの受信電極のうちの２つは、追加のスライダ機能を提供する、請求項１２に記載のセンサ配列。
15. 前記受信電極のうちの２つは、互いに組み合わせられた方式で配列され、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、スライダ機能を提供するように変動させられている、請求項１−１４のいずれか１項に記載のセンサ配列。
16. 各受信電極は、複数のフィンガを有し、対の受信電極は、ある線に沿って互いに組み合わせられた方式で配列され、隣接する区画の行を形成し、各区画は、仮想ボタンを画定する、請求項１−１５のいずれか１項に記載のセンサ配列。
17. 前記線は、直線である、請求項１６に記載のセンサ配列。
18. 前記線は、曲線である、請求項１６に記載のセンサ配列。
19. ４つの電極が、交互配置方式で配列され、１２のタッチ場所を提供する、請求項１に記載のセンサ配列。
20. 少なくとも１つのＲｘまたはＴｘ電極は、蛇行形状を有する、請求項１−１９のいずれか１項に記載のセンサ配列。
21. 前記伝送電極および所定の数の受信電極は、同一層内に配列されている、請求項１−２０のいずれか１項に記載のセンサ配列。
22. 前記少なくとも１つの電極の電極密度は、前記電極配列の方向に沿って徐々に増加または減少する、請求項１−２１のいずれか１項に記載のセンサ配列。
23. 前記少なくとも２つの電極の電極密度は、前記電極配列の方向に沿って徐々に増加または減少する、請求項１−２２のいずれか１項に記載のセンサ配列。
24. 容量タッチおよび非タッチ検出を行う方法であって、前記方法は、交流信号を伝送電極にフィードし、交流電気近接場を発生させることと、所定の数の受信電極と結合されている評価ユニットを非タッチ検出モードとタッチ検出モードとで動作させることとを含み、
    前記非タッチ検出モードにおいて、前記評価ユニットは、前記受信電極からの信号を評価し、物体の３次元位置を決定し、
    前記タッチ検出モードにおいて、前記所定の数の受信電極によって画定された表面タッチ検出エリアは、複数の区画に分割されており、各区画内で、前記所定の数の電極のうちの少なくとも２つの電極は、異なる電極表面積比率が前記複数の区画の各々のために形成されるように、それらの電極表面積の一部を用いて寄与し、前記評価ユニットは、前記所定の数の受信電極のうちの種々の少なくとも２つからの信号を評価し、タッチ場所を決定する、
    方法。
25. 各区画は、仮想タッチボタンを画定し、前記仮想タッチボタンの数は、前記電極の数より多い、請求項２４に記載の方法。
26. 各区画は、２つの寄与受信電極を備えている、請求項２４または２５に記載の方法。
27. 区画内の前記２つの寄与受信電極の各々の電極表面積は、第１の表面積および第２の表面積から選択され、前記第１の表面積は、前記第２の表面積より大きい、請求項２６に記載の方法。
28. 前記所定の数の電極は、５つであり、全５つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項２４−２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 前記所定の数の電極は、４つであり、全４つの受信電極からの信号が、前記非タッチ検出モードにおいて使用される、請求項２４−２７のいずれか１項に記載の方法。
30. 前記センサ配列は、前記非タッチモードで動作し、タッチ表面までの所定の閾値距離より近い物体の検出時、前記タッチ検出モードに自動的に切り替わる、請求項２４−２９のいずれか１項に記載の方法。
31. 前記所定の数の電極は、交互配置方式で配列され、前記非タッチジェスチャ検出モードにおいて、前記所定の数の電極のうちの４つの電極は、フレーム状配列を提供する、請求項２４−３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 仮想タッチボタンのタッチは、前記複数の受信電極からの２つの寄与電極によってデコードされる、請求項２５−３１のいずれか１項に記載の方法。
33. 前記２つの寄与電極は、それぞれの受信電極によって受信された信号の信号強度によって前記複数の電極から選択される、請求項３２に記載の方法。
34. 前記受信電極のうちの２つは、互いに組み合わせられた方式で配列され、各受信電極は、複数のフィンガを有し、各電極のフィンガの幅は、変動させられ、前記方法は、前記受信電極のうちの前記２つからの信号を評価し、スライダ機能を提供することをさらに含む、請求項２４−３３のいずれか１項に記載の方法。
35. 少なくとも１つのＲｘまたはＴｘ電極は、蛇行形状を有する、請求項２４−３４のいずれか１項に記載の方法。