JP5249427B2

JP5249427B2 - 静電容量に基づく近接検出を行うセンサプレートの層及び関連するタッチパネルを備えたタッチ感応ディスプレイ

Info

Publication number: JP5249427B2
Application number: JP2011540676A
Authority: JP
Inventors: ポール，レオナルドファッター，; グナークリンフルト，
Original assignee: ソニーモバイルコミュニケーションズ，エービー
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: CN102334087B; CN102334087A; JP2012512457A; WO2010080085A3; US20100149125A1; US8669944B2; WO2010080085A2; EP2366139A2

Description

本発明は、電子機器用ユーザインタフェースに関し、特に、無線通信端末のような電子機器用のタッチ感応ディスプレイに関する。

デバイスの操作時にユーザが使用するコマンドやデータを入力するためのタッチ感応ディスプレイは、電子機器のインタフェースとして一般的になりつつある。タッチ感応ディスプレイは現在では、モバイル電話機、特に、携帯用音楽プレーヤー、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタント）、あるいは、ＰＤＡや電話の機能を組み込んだ携帯電話機において使用されている。タッチ感応ディスプレイは、一般に、タッチスクリーン表面上における指によるタッチ、スタイラスペンによるタッチ、あるいは指／スタイラスペンの移動に対応して動作し、かつ、これらのタッチ及び移動に応答するように設計されている。タッチ感応ディスプレイは、携帯電話機において一般に使用されている物理的キーに加えて、物理的キーと組み合わされて、あるいは、物理的キーの代わりに使用されて、電話機の機能、特徴を実行することができる。

ディスプレイ上の特定の点にタッチすることにより、ディスプレイ上のその位置において見られ又は示されるバーチャルなボタン、特徴又は機能の起動が可能となる。ディスプレイへにタッチすることにより操作できる一般的な電話機の特徴には、例えば、ディスプレイ上に示されたバーチャルなキーボードのバーチャルなキーへのタッチによる電話番号の入力、発呼や呼の終了、アドレス帳の立ち上げ、アドレス帳への追加、アドレス帳の編集、及び、アドレス帳のナビゲーション等の諸操作をはじめ、テキストメッセージの交換、広域ネットワークとの無線接続などの別の電話機能、並びに、その他の電話機能が含まれる。

装置の物理的なサイズを更に小型化し、なおかつ、より多くの機能を提供することが市場の要請であり、そのため、ディスプレイ上のタッチ位置をより正確に特定する技術が求められている。

本発明のいくつかの実施形態では、電子タッチパネルは、平面層上において第１の方向に互いに離間して配設された複数の第１のセンサプレートを備える。近接センサプレートが、上記平面層上と間隙を介して接続される。近接センサプレートは上記複数の第１のセンサプレートよりも広い表面積を有する。位置検出回路は、前記複数の第１のセンサプレートを帯電させるように構成され、それによって、隣接するユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第１の平面層に沿う前記第１の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出する。位置検出回路は、更に、前記近接センサプレートを帯電させるように構成され、それによって、前記複数の第１のセンサプレートよりも高レベルの、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第１の平面層から離れる方向における前記ユーザオブジェクトの近接を検出する。

いくつかの他の実施形態において、前記位置検出回路は、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサプレートの近傍に位置していることと、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサプレートの近傍に位置していないこととの少なくともいずれかを示すために、前記近接センサプレートの帯電レベルがしきい値レベルに達した時点を特定する近接信号を生成する比較回路を含む。

いくつかの他の実施形態において、前記比較回路は、前記ユーザオブジェクトが前記複数の第１のセンサプレートのうちの規定の１以上のタッチセンサプレートにタッチしかけているかタッチしたことを示すために、該規定の１以上のタッチセンサプレートの帯電レベルがしきい値レベルに達した時点を特定する位置信号を更に生成する。

いくつかの他の実施形態において、前記電子タッチパネルは、第２の平面層に沿う第２の方向に配設された複数の第２のセンサプレートを更に備える。前記第１の平面層は、前記近接センサプレート上に積層される。前記第２の平面層は、前記第１の平面層の前記近接センサプレートとは反対側に積層される。前記位置検出回路は、更に、前記第２のセンサプレートを帯電させて、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第２の平面層に沿う前記第２の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出する。

いくつかの他の実施形態において、前記ユーザオブジェクトと前記第１及び第２のセンサプレートとの間で得られる静電容量結合の量と、前記ユーザオブジェクトと前記近接センサプレートとの間で得られる静電容量結合の量との間に生じる空間的な差異を増加させるべく、前記近接センサプレートは、前記第１の平面層から、前記第１のセンサプレートと前記第２のセンサプレートと前記第１の平面層と前記第２の平面層との積層のトータルの厚みの少なくとも２倍の距離、離間している。

いくつかの他の実施形態において、前記位置検出回路は、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサパッドの近傍に位置していることと、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサパッドの近傍に位置していないこととの少なくともいずれかを示すために、前記近接センサプレートの帯電レベルが、前記複数の第１のセンサパッドのうちの少なくとも１つの帯電レベルに対して、少なくともしきい値量だけ変化した時点を特定する近接信号を生成する比較回路を含む。

いくつかの他の実施形態において、前記複数の第１のセンサプレートは、互いに離間された複数の列に配列されており、各列における第１のセンサプレートは、直列に接続され、他の列の第１のセンサプレートとは電気的に絶縁されている。前記複数の第２のセンサプレートは、互いに離間された複数の行に配列されており、各行における第２のセンサプレートは、直列に接続され、他の行の第２のプレートとは電気的に絶縁されている。前記近接センサプレートは、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの少なくとも大部分の直下に延在する。前記位置検出回路は、更に、前記複数の第１のセンサプレートの前記複数の列における前記ユーザオブジェクトの位置、前記複数の第２のセンサプレートの前記複数の行における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの前記複数の列及び行から離れる方向における前記近接センサプレートに対する前記ユーザオブジェクトの位置、を検出する。

いくつかの他の実施形態において、前記近接センサプレートは、前記第１及び第２のセンサプレートの全ての直下に延在する。

いくつかの他の実施形態において、前記電子タッチパネルは、画像レンダリング層であって該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成された画像レンダリング層と、該画像レンダリング層の中を通り抜ける光を方向付けるように構成された金属反射層とを含む液晶ディスプレイを更に備える。前記金属反射層は、前記近接センサプレートを含む。

いくつかの他の実施形態において、前記位置検出回路は、更に、前記画像レンダリング層の前記平面における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記画像レンダリング層の前記平面から離れる方向における前記ユーザオブジェクトの位置を示す位置信号を生成する。

いくつかの他の実施形態において、前記電子タッチパネルは、前記画像レンダリング層により表示される画像に対する前記ユーザオブジェクトの３次元位置を前記位置信号から判定するように構成されたユーザアプリケーションを含むコントローラを更に備える。

いくつかの他の実施形態において、前記近接センサプレートは、前記画像レンダリング層の前記エッジ領域の少なくとも大部分に沿って延在する。

いくつかの他の実施形態において、コントローラ回路は、前記位置検出回路が前記ユーザオブジェクトが前記近接センサプレートの近傍に位置していることを該近接センサプレートを通じて検出したことに応じて、表示装置用のバックライトをオンにするように構成される。

いくつかの他の実施形態において、コントローラ回路は、前記位置検出回路が前記ユーザオブジェクトが前記近接センサプレートの近傍に位置していることを該近接センサプレートを通じて検出したことに応じて、着呼に応答するように無線端末を作動させる。

いくつかの他の実施形態において、コントローラ回路は、前記位置検出回路が前記ユーザオブジェクトが近接センサプレートの近傍に位置していることを前記近接センサプレートを通じて検出したことに応じて、イヤスピーカをオーディオチャネルに選択的に接続し、ラウドスピーカを該オーディオチャネルから切断する一方、前記位置検出回路が前記ユーザオブジェクトが前記近接センサプレートの近傍に位置していないことを前記近接センサプレートを通じて検出したことに応じて、前記イヤスピーカを前記オーディオチャネルから切断し、前記ラウドスピーカを前記オーディオチャネルに接続する。

いくつかの他の実施形態において、タッチ感応ディスプレイは、画像レンダリング層と、金属反射層と、複数の第１及び第２のセンサプレートと、位置検出回路とを備える。前記画像レンダリング層は、該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成される。前記金属反射層は、前記画像レンダリング層の中を通り抜ける光を方向づけるように構成される。前記金属反射層は、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの少なくとも大部分の直下に延在する。前記複数の第１のセンサプレートは、前記画像レンダリング層と前記金属反射層との間の第１の層に、互いに離間された複数の列に設けられた複数の第１のセンサプレートであって、該複数の第１のセンサプレートの各々が離間して設けられ、かつ、各列において直列に接続されると共に、他の列の第１のセンサプレートとは電気的に絶縁されるように構成される。前記複数の第２のセンサプレートは、前記第１の層と前記金属反射層との間の第２の層に、互いに離間された複数の行に設けられた複数の第２のセンサプレートであって、該複数の第２のセンサプレートの各々が離間して設けられ、かつ、各行において直列に接続されると共に、他の行の第２のセンサプレートとは電気的に絶縁されるように構成される。前記位置検出回路は、前記複数の第１のセンサプレートと、前記複数の第２のセンサプレートと、前記金属反射層とを帯電させて、隣接するユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記複数の第１のセンサプレートの前記複数の列における前記ユーザオブジェクトの位置、前記複数の第２のセンサプレートの前記複数の行における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記複数の第１のセンサプレートの前記複数の列及び前記複数の第２のセンサプレートの前記複数の行から離れる方向における前記金属反射層に対する前記ユーザオブジェクトの位置を検出する。

いくつかの他の実施形態において、前記位置検出回路は、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサプレートの近傍に位置していることを示すために、前記近接センサプレートの帯電レベルがしきい値レベルに達した時点と、前記近接センサプレートの帯電レベルが、少なくとも、前記複数の第１のセンサプレートのうちの少なくともいずれか１つの帯電レベルに対するしきい値量変化した時点とのうちの少なくともいずれかを特定する近接信号を生成する比較回路を含む。

本発明の実施形態に係る、他のタッチパネル、タッチ感応ディスプレイ、方法、コンピュータプログラムのうちの少なくともいずれかは、以下の図面及び詳細な説明を検討すれば当業者には明らかであり、あるいは明らかになる。すべてのこのような追加のタッチパネル、タッチ感応ディスプレイ、方法、コンピュータプログラムのうちの少なくともいずれかは、上記説明の中に含まれ、本発明の範囲内に属し、さらに、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

本発明のその他の特徴については、その具体的な実施形態に関する以降の詳細な説明を添付の図面と併せて読めば、より容易に理解できるであろう。

本発明のいくつかの実施形態に係る、タッチパネルと、異なる層のセンサプレートの相対静電容量を比較してユーザオブジェクトの３次元位置を判定する位置検出回路のブロック図。本発明のいくつかの実施形態に係る、図１に示したタッチパネルの断面図。本発明のいくつかの実施形態に係る、静電容量式近接検知機能を有するタッチパネルを含むディスプレイのブロック図。本発明のいくつかの実施形態に係る、ユーザオブジェクトの近接の検知に応じてある電子機能を調整するために図３のタッチパネルにより実行できる処理を示すフローチャート。本発明のいくつかの実施形態に係る、静電容量式近接検知機能及び関連するアプリケーション機能コントローラを備えたタッチパネルを含む無線通信端末を示すブロック図。本発明のいくつかの実施形態に係る、図５のタッチパネルとアプリケーション機能コントローラとによって実行できる処理を示すフローチャート。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の種々の実施形態について詳しく説明する。ただし、本発明は本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろこれらの実施形態は、本開示が完全であり完璧であって、本発明の範囲を当業者に伝えるために提供されるものである。

本明細書で使用されているように、「を備えている（comprising）」又は「を備える（comprises）」という用語はオープンエンドスタイルの用語であって、１以上の記載された要素と、ステップと、機能との少なくともいずれかを含むものであるが、１以上の記載されていない要素と、ステップと、機能とのうちの少なくともいずれかを除外するものではないことは理解されよう。本明細書において使用されているように、文脈によって別様に明示されていない限り、単数形を示す「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数形も同様に含むことを意図するものである。「と〜とのうちの少なくともいずれか（and/or）」という用語及び「／」は、１以上の関連付けられ、リストされた項目のうちの任意の、及び、すべての組み合わせを含むものである。図面では、分かりやすくするために領域及び要素のサイズ並びに相対的サイズと、これら要素間の距離が誇張されている場合がある。同一の番号は図面の説明を通じて同一の要素を示すものとする。

要素が別の要素に「接続」又は「結合」されると記載されている場合、それは別の要素に直接に接続又は結合されてもよいし、あるいは、途中に別の要素が介在してもよいことは理解されよう。これと対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と記載されている場合は、仲介する要素は存在しない。

いくつかの実施形態は、（アナログ回路とデジタル回路の少なくともいずれかの回路を備える）ハードウェアと、（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）ソフトウェアの少なくともいずれかの形で実現することができる。従って、本明細書において用いられているように、「信号」という用語は、連続波の形と、メモリ又はレジスタ内のデジタル値のような離散値の形の少なくともいずれかの形をとり得る。さらに、種々の実施形態は、命令実行システムによって又は命令実行システムに関連して用いるための媒体に組み込まれた、コンピュータで使用可能な又はコンピュータで読み取り可能なプログラムコードを有する、コンピュータで使用可能な又はコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に設けられたコンピュータプログラム製品の形をとり得る。従って、本明細書において用いられているように、「回路」及び「コントローラ」という用語は、（例えば汎用マイクロプロセッサとデジタル信号プロセッサの少なくともいずれかのプロセッサのような）命令処理装置によって実行される論理ゲートアレイとコンピュータ可読プログラムコードの少なくともいずれかのようなデジタル回路と、アナログ回路との少なくともいずれかの回路の形をとることも可能である。

以下、ブロック図と処理フローチャートに関連して実施形態を説明する。上記ブロックに記載されているこの機能／動作は動作説明図に記載されている順序とは異なる順序で行われる場合もあることは理解されよう。例えば、連続して示される２つのブロックは実際にはほぼ同時に実行されてもよいし、あるいは、関係する機能／動作に応じてこれらのブロックが逆の順序で実行されることも時としてある。上記線図のうちのいくつかには通信路上に情報伝達の主方向を示す矢印が含まれてはいるが、描かれている矢印に対して逆方向にも通信が行われ得ることは理解されよう。

単に例示と説明とを目的として、無線通信端末に関連して本発明のいくつかの実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明はあらゆる種類の電子タッチディスプレイにおいてもさらに広範に利用されて、ユーザがタッチしたディスプレイ装置上の位置を特定し得ることは理解されよう。

いくつかの実施形態によれば、電子タッチパネルが、（指、スタイラスペン又はユーザにより操作される他のオブジェクト等の）ユーザオブジェクトの近接を該ユーザオブジェクトとの静電容量結合を用いて検知するように構成される。例えば、平面層上にわたって互いに離間された複数のタッチセンサプレートを配設することが可能である。また、近接センサプレートが、上記平面層と間隙を介して接続されている。近接センサプレートは、複数のタッチセンサプレートよりも広い表面積を有し、かつ、個々のタッチセンサプレートのトータルの表面積よりも広い表面積を有するとよい。位置検出回路が、第１の平面層上に沿う第１の方向におけるユーザオブジェクトの位置を検出し、かつ、平面層から離れた方向におけるユーザオブジェクトの近接を検出するように構成される。

静電容量式近接検知機能（capacitive proximity sensing capability）を有するタッチパネル１００の実施形態が図１の平面図及び図２の断面図により示されている。図１及び図２を参照してわかるように、タッチパネル１００は、第１の層２００上の互いに離間された複数の行に配設された複数のＸセンサプレート１０２を備える。Ｘセンサプレート１０２の各々は、それぞれの導電ライン１０３を介して、各行において離間して配置され、かつ、直列に接続されるとともに、他の行のＸセンサプレート１０２とは電気的に絶縁されている。第１の層２００に接続された第２の層２０２上には、複数のＹセンサプレート１０４が、互いに離間された複数の列に配設される。複数のＹセンサプレート１０４の各々は、それぞれの導電ライン１０５を介して、各列において離間して配置され、かつ、直列に接続されるとともに、他の列のＹセンサプレート１０４とは電気的に絶縁されている。

Ｘセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４の少なくともいくつかの直下には、Ｚセンサプレート１０６が延在している。Ｚセンサプレート１０６は、全てのＸセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４の直下に延在するものであってもよい。Ｚセンサプレート１０６は、１又は２以上の介在構造体要素／層２０４によって第２の層２０２とは離間されており、Ｚセンサプレート１０６と第２の層２０２との距離は、Ｘセンサプレート１０２とＹセンサプレート１０４との距離よりも実質的に大きいものとすることができる。

位置検出回路１１０は、Ｘセンサプレート１０２の別々の行を導電ライン１０３を介して帯電させるように構成され、それによって、隣接するユーザオブジェクトとの静電容量結合が生成され、その静電容量結合から、第１の層２００に沿うＸ方向に沿って、Ｘセンサプレート１０２に対するユーザオブジェクトの相対的な位置が検出される。位置検出回路１１０は、導電ライン１０５を介して、Ｙセンサプレート１０４のそれぞれの列を帯電させるように更に構成され、隣接するユーザオブジェクトとの静電容量結合がせいせされ、該静電容量結合から、第２の層２０２に沿うＹ方向に沿って、Ｙセンサプレート１０４に対するユーザオブジェクトの位置が検出される。また、位置検出回路１１０は、導電ライン１０７を介して、Ｚセンサプレート１０６を帯電させるように更に構成され、複数のＸセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４よりも高レベルのユーザオブジェクトとの静電容量結合が生成され、その静電容量結合から、Ｚセンサプレート１０６から垂直方向（Ｚ方向）に離れる方向におけるユーザオブジェクトの近接が検出される。

位置検出回路１１０は、ユーザオブジェクトがＺセンサプレート１０６の近傍に位置していること、ユーザオブジェクトがもはやＺセンサプレート１０６の近傍に位置していないことを示すこと、Ｘ方向におけるＸセンサプレート１０２に対するユーザオブジェクトの相対的な位置及びＹ方向におけるＹセンサプレート１０４に対するユーザオブジェクトの相対的な位置の少なくともいずれかを示すこと、の少なくともいずれかを示すことが可能な１以上の近接／位置信号１１４を生成することができる。例えば、近接／位置信号１１４は、平面２００及び２０２に沿うＸセンサのＸ、Ｙ列の行、列の電荷の分布を示すものであってもよく、この電荷の分布によって、ユーザオブジェクトがタッチパネル１００にタッチしている場所の特定を効率良く行うことが可能となる。従って、位置検出回路１１０は、タッチパネル１００に対するユーザオブジェクトの３次元位置を近接／位置信号１１４を通じて示すことが可能である。

Ｚセンサプレート１０６の方が個々のＸセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４よりも広い表面積を有していることに起因して、位置検出回路１１０は、Ｚセンサプレート１０６上にずっと高い電荷を生み出し、Ｚセンサプレート１０６上にさらに高い磁界強度を上記広い表面積から発生させることが可能となり、この高い磁界強度を用いて、Ｘセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４の個々のタッチセンサプレートとユーザオブジェクトとの間の任意の静電容量結合を通じて検知され得る距離よりもずっと長い距離で、Ｚセンサプレート１０６と近傍に位置しているユーザオブジェクトとの間における静電容量結合を検知することが可能となる。従って、位置検出回路１１０は、Ｚセンサプレート１０６を使用して、ユーザオブジェクトがタッチパネル１００の近傍に位置しているかどうかの検知を行うことが可能となると共に、ユーザオブジェクトがＺセンサプレート１０６に対して垂直方向に離れる方向のＺ次元距離（すなわち、Ｚセンサプレート１０６及び第１及び第２の層２００、２０２に対して垂直の方向）を、Ｚセンサプレート１０６とユーザオブジェクトとの間のあるレベルの静電容量結合から判定するようにさらに構成することができる。例えば、位置検出回路１１０は、Ｚセンサプレート１０６上に存在している帯電レベルと、これら帯電レベル及び該Ｚセンサプレート１０６に静電容量結合されたユーザオブジェクトまでのおよその距離との間の既知の関係に基づいて、ユーザオブジェクトまでのＺ次元距離を判定することができる。

位置検出回路１１０は、少なくとも、Ｚセンサプレート１０６の帯電レベルにおけるしきい値の変化に応じて近接／位置信号１１４を生成する比較回路１１２を備えることができ、それによって、ユーザオブジェクトがＺセンサプレート１０６の近傍に位置していることと、ユーザオブジェクトがもはやＺセンサプレート１０６の近傍には位置していないこととの少なくともいずれかを示すようになっている。

上記とは別にあるいは上記に加えて、上記比較回路１１２は、Ｘセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４の少なくともいずれかのうちの少なくとも１つの帯電レベル又は該Ｘセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４の少なくともいずれかの列の帯電レベルに対して相対的な、少なくともしきい値量を変化させるＺセンサプレート１０６の帯電レベルに応じて近接信号１１４を生成して、ユーザオブジェクトがＺセンサプレート１０６の近傍に位置していることと、ユーザオブジェクトがもはやＺセンサプレート１０６の近傍には位置していないこととのうちの少なくともいずれかを示すことができる。

ユーザオブジェクトとＸ、Ｙセンサプレート１０２、１０４との間で得られる静電容量結合の量と、ユーザオブジェクトとＺセンサプレート１０６との間の静電容量結合の量との間に生じる空間的な差異を増加させるべく、Ｚセンサプレート１０６は、Ｘセンサプレート１０２と第１の層２００とＹセンサプレート１０４と第２の層２０２との積層のトータルの厚みの少なくとも２倍の距離、第２の層２０２から離間されるとよい。これにより、Ｚセンサプレート１０６から離れる方向におけるユーザオブジェクトの近接を検出するための、位置検出回路１１０の能力を向上させることができる。

比較回路１１２は、Ｘセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４のうちの少なくともいずれかのうちの規定の１以上のセンサプレートの帯電レベルがしきい値レベルに達した時点を特定する近接信号１１４を生成することが可能であり、それによって、ユーザオブジェクトが第１のタッチセンサプレートのうちの規定の１以上のタッチセンサプレートにタッチしたか、あるいは、もう少しでタッチするかが示されるようになっている。

図１及び図２に図示の実施形態が、本発明の種々のコンセプト例を説明する目的で当業者に提供されるものであることは理解されよう。ただし、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。従って、平面に沿って一般に正方形として形状化された状態で示されてはいるが、タッチセンサプレートは、これらの形状に限定されるわけではなく、ユーザオブジェクトとの静電容量結合を提供するために帯電され得る導電性表面を提供する任意の形状のものであってもよい。さらに、いくつかのタッチセンサプレートのみが個々の行及び列に例示されてはいるが、任意の数のタッチセンサプレートが使用されてもよいこと、かつ、タッチスクリーンインタフェースの一部として含まれている場合、実質的にさらに多くの行、列、センサプレートを含んでもよいこと、そして、直列に接続されたタッチセンサプレートの行であって、タッチセンサプレートのマトリクスに対する相対的なユーザのタッチの位置をさらに正確に特定し、かつ、この特定を可能にすることができるように上記タッチセンサプレート内に配設されたタッチセンサプレートをさらに含んでもよいことは理解されよう。これらの図面において、層及びタッチセンサプレートの相対的な厚さ及び相対的なサイズは図解と参照の容易さを図るために誇張されている。

図３は、タッチ感応ディスプレイ３００のブロック図である。このタッチ感応ディスプレイ３００は、該ディスプレイ３００にタッチしていないユーザオブジェクト３３０の近傍をユーザオブジェクト３３０との静電容量結合を通じて検知するように構成されている。図５を参照してわかるように、ディスプレイ３００は、表示制御信号に応じて画像レンダリング層内のピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を制御するように構成された（液晶ディスプレイパネル等の）画像レンダリング層３０２を備える。金属反射層３０８を有する導光反射層３０６は、バックライト回路３１６又は別の光源からの光を画像レンダリング層３０２の中を通過させるように方向付ける。バックライト回路３１６は、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、画像レンダリング層３０２を貫通する光を導光反射層３０６を介して放射するように構成された別の光源（エレクトロルミネセントパネル等）との少なくともいずれかを備えてもよい。

金属反射層３０８は、図１及び図２に示したＺセンサプレート１０６に対して、上述したように作用することができる。その代わりに、あるいは追加で、画像レンダリング層３０２は、そのエッジ領域の少なくとも一部に沿って、あるいは、そのエッジ領域の少なくとも大部分に沿って延在して、これにより例えば、画像レンダリング層３０２を補強する金属層を含んでもよい。

図１及び図２に示したＸセンサプレート１０２とＹセンサプレート１０４の少なくともいずれかのセンサプレートに関して上述したように構成することができる複数のセンサプレートは、画像レンダリング層３０２と導光反射層３０６との間に在る１又は２以上の層３０４に設けられる。Ｘセンサプレート１０２とＹセンサプレート１０４と近接センサを構成する金属反射層３０８とのうちの少なくともいずれかは、画像レンダリング層３０２の平面に対して平行に延在することができる。

図１及び図２に関して上述したように、ユーザオブジェクトがタッチ感応ディスプレイ３００の近傍に位置した時点を示すと共に、画像レンダリング層３０２の平面におけるユーザオブジェクトの位置、及び、画像レンダリング層３０２の平面から離れる方向（例えば垂直方向）におけるユーザオブジェクトの位置を示すことも可能な近接／位置信号１１４を生成するように位置検出回路１１０を構成することができる。

位置検出回路１１０は、ユーザオブジェクトがタッチ感応ディスプレイ３００にまだタッチしてはいないがタッチ感応ディスプレイ３００の近傍に位置した時点を示す近接信号を生成する近接検出回路３１２を備えることができる。近接検出回路３１２は、図１に示した比較回路１１２に関して上述した１以上の実施形態に従って動作することができる。

バックライト回路３１６は近接検出回路３１２からの近接信号に応じて画像レンダリング層３０２用の光源のオンとオフを行うことができる。例えば、バックライト回路３１６は、ユーザオブジェクトが近接センサプレート１０６の近傍に位置していることを近接検出回路３１２が検出したことに応じて、画像レンダリング層３０２用のバックライトをオンにするように構成される場合と、ユーザオブジェクトがもはや近接センサプレート１０６の近傍に位置していないことを近接検出回路３１２が検出したことに応じて、バックライト回路３１６が画像レンダリング層３０２用のバックライトをオフにする場合との少なくともいずれかの場合がある。

アプリケーションコントローラ３１４には、画像レンダリング層３０２が表示した画像に対するユーザオブジェクトの相対的な３次元位置を、位置検出回路１１０が出力した位置信号から決定するように構成された１以上のユーザアプリケーションが含まれてもよい。従って、アプリケーションコントローラ３１４は、種々のユーザ選択可能な項目を画像レンダリング層３０２により表示させることによって、ユーザオブジェクトが画像レンダリング層３０２の近傍に位置していることに応答するか、アプリケーションコントローラ３１４が、種々のユーザ選択可能な項目の表示をもはや行わせないようにするか、画像レンダリング層３０２によって非ユーザのユーザ選択可能項目が表示されるようにするかの少なくともいずれかを行うことによって、もはや画像レンダリング層３０２の近傍に位置していないユーザオブジェクトに応答するかの少なくともいずれかの応答を行うことができる。アプリケーションコントローラ３１４はユーザ入力として３次元位置を種々のユーザアプリケーションへ供給することができる。

図４は、図３のタッチ感応ディスプレイ３００により実行できる処理４００を示すフローチャートである。この処理は、ユーザオブジェクトの近接の検知に応じてある電子機能を調整するための位置検出回路１１０及びアプリケーションコントローラ３１４により行われる処理である。図４を参照してわかるように、位置検出回路１１０は、Ｚセンサプレート１０６の帯電レベルに対するＸセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４の少なくともいずれかの帯電レベルの変化が少なくともしきい値を超えたことに応答して、ユーザオブジェクトがそのセンサプレートの近傍に位置していると判定する（ブロック４０２）。これに応答して、アプリケーションコントローラ３１４は、画像レンダリング層３０２用のバックライトを起動するか、ユーザが選択可能な項目を画像レンダリング層３０２上に表示するかの少なくともいずれかを行うなど、種々のアプリケーション機能を起動する（ブロック４０４）。アプリケーションコントローラ３１４はその後、近傍に位置しているユーザオブジェクトの３次元Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の位置を判定し（ブロック４０６）、更に、バーチャルなキーボード／キープレートと、電子ゲームと、コンタクトデータベースと、別のアプリケーションとのうちの少なくともいずれかのようなユーザアプリケーションに対して当該情報を提供することも可能である。

図５は、ユーザオブジェクトの近接を検知するように構成されたタッチ感応ディスプレイ３００を含むと共に、ディスプレイ３００に対するユーザオブジェクトの相対的な３次元位置をさらに特定し、かつ、該３次元位置に対する応答をアプリケーション機能に行わせることも可能な無線通信端末５００のブロック図である。図５を参照してわかるように、端末５００はコントローラ５１０、無線トランシーバ５０８、マイクロホン５０２、イヤスピーカ５０４及びラウドスピーカ５０６をさらに備える。タッチ感応ディスプレイ３００は図３及び図４のディスプレイ３００に関して上述したように動作することも可能である。

（マイクロプロセッサ等の）コントローラ５１０は、例示のバックライト切替えアプリケーション５１４、ラウドスピーカ切替えアプリケーション５１６、通話アプリケーション５１８、メッセージ交換アプリケーション５２０、３次元ナビゲーションインタフェースアプリケーション５２２及び無線通信アプリケーション５１２のような種々のアプリケーションプログラムを実行する。単一のコントローラにより実行されるものとして上記種々のアプリケーションを示したが、上記の機能は、（ＤＳＰ及び汎用プロセッサ等の）２以上のコントローラと、アナログ及びデジタル回路の組み合わせとの少なくともいずれかによって代わりに実行され得るものであることは理解されよう。

無線通信アプリケーション５１２は、例えば、汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ）通信、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、次世代ＧＳＭ用拡張型データレート（ＥＤＧＥ）、統合デジタル強化ネットワーク（ｉＤＥＮ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、広帯域ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、汎用移動体通信システム（ＵＭＴＳ）、ＷｉＭＡＸとＨＩＰＥＲＭＡＮとのうちの少なくともいずれか、（ＩＥＥＥ８０２．１１等の）無線ローカルエリアネットワークとブルートゥースとのうちの少なくともいずれかのような１以上の無線通信プロトコルを用いて、無線エアインターフェースを介する無線トランシーバ５０８を通じて、１以上のＲＦトランシーバ基地局と、他の無線通信端末とのうちの少なくともいずれかと通信を行うように構成される。無線通信アプリケーション５１２は、音声／テレビ電話と、テキスト／写真／ビデオメッセージ交換のようなデータメッセージ交換とのうちの少なくともいずれか（但しこれらのみに限定されるわけではない）を含む従来のセルラ電話の機能のような無線通信機能を実行するように構成することができる。

上記コントローラアプリケーションのうちのいくつかは、位置検出回路１１０により決定されるようなユーザオブジェクトの近接と座標位置の少なくともいずれかに応答することができる。図６は、例えば、本発明のいくつかの実施形態に係るコントローラ５１０により少なくとも部分的に実行され得る処理６００を示すフローチャートである。

図５及び図６を参照してわかるように、Ｚセンサプレート１０６間のみの静電静電容量結合と、Ｘ／Ｙセンサプレート１０２／１０４とユーザオブジェクトとの間の比較された静電容量結合との少なくともいずれかの静電容量結合で表される少なくともしきい値の変化に反応するような、近傍に位置するユーザオブジェクトの検出に応じて（ブロック６０２）、バックライト切替えアプリケーション７１４はタッチディスプレイ３００用バックライトを起動させることができる（ブロック６０４）。

上記に加えて、あるいは、上記とは別に、通話アプリケーション５１８が無線通信アプリケーション５１２及び無線トランシーバ５０８を介して着信した呼への応答（ブロック６０６）により応答するか、メッセージ交換アプリケーション５２０が着信メッセージの表示（ブロック６０８）により応答するかの少なくともいずれかの応答を行うことも可能である。

ラウドスピーカ切替えアプリケーション５１６は、近傍に位置するユーザオブジェクトの検出に応じて、ラウドスピーカ５０６を停止し、イヤスピーカ５０４を起動することが可能であり（ブロック６１０）、その結果、ユーザが端末５００を耳に当てると、ラウドスピーカ５０６を通じて放射される音は自動的に切り替えられてイヤスピーカ５０４を通して出力されることになる。同様に、ラウドスピーカ切替えアプリケーション５１６は、ユーザオブジェクトがもはや端末５００の近傍に位置していないことに応じて、イヤスピーカ５０４を停止しラウドスピーカ５０６を起動することが可能である（ブロック６１２）。従って、端末５００がユーザの耳から離れたことに応じて、イヤスピーカ５０４により出力された音は自動的に切り替えられて、ラウドスピーカ５０６により放射され得ることになる。

ナビゲーションインタフェースアプリケーション５２２は、ユーザオブジェクトの３次元座標位置を特定することも可能である（ブロック６１４）。例えば、ナビゲーションインタフェースアプリケーション５２２は、Ｚセンサプレート１０６の帯電レベルに基づいて、並びに、帯電レベルと、Ｚセンサプレート１０６に静電容量結合されたユーザオブジェクトまでのおよその距離との間の所定の関係に基づいて、ユーザオブジェクトまでのＺ次元の距離（例えば、タッチディスプレイ３００の平面に対して垂直方向の軸線に沿う距離）を決定することも可能である。ナビゲーションインタフェースアプリケーション５２２は、Ｘセンサプレート１０２及びＹセンサプレート１０４のうちの少なくともいずれかの相対的帯電レベルに基づいて、ユーザオブジェクトの位置のＸ座標及びＹ座標を決定することも可能である。

ナビゲーションインタフェースアプリケーション５２２は、ユーザオブジェクトの近接及びその座標位置に応答して、バーチャルなボタン、特徴、又は、ディスプレイ３００上の関連付けられた当該位置に関連付けられた機能又は当該位置に示された機能を作動させることができる（ブロック６１６）。ユーザオブジェクトがディスプレイ３００の近傍に位置してはいるが、タッチしていないような場合、起動され得る種々の電話機の機能例には、ユーザによる電話番号の入力を可能にするキープレート／キーボードの表示機能、アドレス帳を介する編集及びナビゲート機能、テキストメッセージの作成及び受信機能、（インターネット等の）広域データネットワーク上の種々のネットワークアドレスへのナビゲート機能のような別の機能とのうちの少なくともいずれかの機能が含まれてもよい。

図面及び明細書において本発明の代表的な望ましい実施形態を開示した。ここでは特定の用語が採用されているが、これらはあくまで一般的かつ例示的な意味合いのみで使用されており、本発明を限定する意図はない。本発明の範囲については以下の特許請求の範囲において定義される。

Claims

第１の平面層上の第１の方向に互いに離間して配設された複数の第１のセンサプレートと、
前記第１の平面層と間隙を介して接続される近接センサプレートであって、前記複数の第１のセンサプレートよりも広い表面積を有する近接センサプレートと、
前記複数の第１のセンサプレートを帯電させるように構成され、それによって、隣接するユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第１の平面層に沿う前記第１の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出するとともに、前記近接センサプレートを帯電させるように構成され、それによって、前記複数の第１のセンサプレートよりも高レベルの、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第１の平面層から離れる方向における前記ユーザオブジェクトの近接を検出する位置検出回路と、
を備えることを特徴とする電子タッチパネル。
第２の平面層に沿う第２の方向に配設された複数の第２のセンサプレートを更に備え、
前記第１の平面層は、前記近接センサプレート上に積層され、
前記第２の平面層は、前記第１の平面層の前記近接センサプレートとは反対側に積層され、
前記位置検出回路は、更に、前記第２のセンサプレートを帯電させて、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第２の平面層に沿う前記第２の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出し、
前記ユーザオブジェクトと前記第１及び第２のセンサプレートとの間で得られる静電容量結合の量と、前記ユーザオブジェクトと前記近接センサプレートとの間で得られる静電容量結合の量との間に生じる空間的な差異を増加させるべく、前記近接センサプレートは、前記第１の平面層から、前記第１のセンサプレートと前記第２のセンサプレートと前記第１の平面層と前記第２の平面層との積層のトータルの厚みの少なくとも２倍の距離、離間しており、前記位置検出回路は、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサパッドの近傍に位置していることと、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサパッドの近傍に位置していないこととの少なくともいずれかを示すために、前記近接センサプレートの帯電レベルが、前記複数の第１のセンサパッドのうちの少なくとも１つの帯電レベルに対して、少なくともしきい値量だけ変化した時点を特定する近接信号を生成する比較回路を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の電子タッチパネル。
第２の平面層に沿う第２の方向に配設された複数の第２のセンサプレートを更に備え、
前記第１の平面層は、前記近接センサプレート上に積層され、
前記第２の平面層は、前記第１の平面層の前記近接センサプレートとは反対側に積層され、
前記位置検出回路は、更に、前記第２のセンサプレートを帯電させて、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第２の平面層に沿う前記第２の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出し、
前記複数の第１のセンサプレートは、互いに離間された複数の列に配列されており、各列における第１のセンサプレートは、直列に接続され、他の列の第１のセンサプレートとは電気的に絶縁されており、
前記複数の第２のセンサプレートは、互いに離間された複数の行に配列されており、各行における第２のセンサプレートは、直列に接続され、他の行の第２のプレートとは電気的に絶縁されており、
前記近接センサプレートは、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの少なくとも大部分の直下に延在し、
前記位置検出回路は、更に、前記複数の第１のセンサプレートの前記複数の列における前記ユーザオブジェクトの位置、前記複数の第２のセンサプレートの前記複数の行における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの前記複数の列及び行から離れる方向における前記近接センサプレートに対する前記ユーザオブジェクトの位置、を検出し、
画像レンダリング層であって該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成された画像レンダリング層と、該画像レンダリング層の中を通り抜ける光を方向付けるように構成された金属反射層とを含む液晶ディスプレイを更に備え、
前記金属反射層は、前記近接センサプレートを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の電子タッチパネル。
第２の平面層に沿う第２の方向に配設された複数の第２のセンサプレートを更に備え、
前記第１の平面層は、前記近接センサプレート上に積層され、
前記第２の平面層は、前記第１の平面層の前記近接センサプレートとは反対側に積層され、
前記位置検出回路は、更に、前記第２のセンサプレートを帯電させて、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第２の平面層に沿う前記第２の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出し、
前記複数の第１のセンサプレートは、互いに離間された複数の列に配列されており、各列における第１のセンサプレートは、直列に接続され、他の列の第１のセンサプレートとは電気的に絶縁されており、
前記複数の第２のセンサプレートは、互いに離間された複数の行に配列されており、各行における第２のセンサプレートは、直列に接続され、他の行の第２のプレートとは電気的に絶縁されており、
前記近接センサプレートは、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの少なくとも大部分の直下に延在し、
前記位置検出回路は、更に、前記複数の第１のセンサプレートの前記複数の列における前記ユーザオブジェクトの位置、前記複数の第２のセンサプレートの前記複数の行における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの前記複数の列及び行から離れる方向における前記近接センサプレートに対する前記ユーザオブジェクトの位置、を検出し、
画像レンダリング層であって該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成された画像レンダリング層を含む液晶ディスプレイを更に備え、
前記複数の第１及び第２のセンサプレート及び前記近接センサプレートは、前記液晶ディスプレイの平面に対して平行に延在しており、
前記位置検出回路は、更に、前記画像レンダリング層の前記平面における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記画像レンダリング層の前記平面から離れる方向における前記ユーザオブジェクトの位置を示す位置信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子タッチパネル。
第２の平面層に沿う第２の方向に配設された複数の第２のセンサプレートを更に備え、
前記第１の平面層は、前記近接センサプレート上に積層され、
前記第２の平面層は、前記第１の平面層の前記近接センサプレートとは反対側に積層され、
前記位置検出回路は、更に、前記第２のセンサプレートを帯電させて、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第２の平面層に沿う前記第２の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出し、
画像レンダリング層であって該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成された画像レンダリング層と、該画像レンダリング層の中を通り抜ける光を方向付けるように構成された金属反射層とを含む液晶ディスプレイを更に備え、
前記金属反射層は、前記近接センサプレートを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の電子タッチパネル。
第２の平面層に沿う第２の方向に配設された複数の第２のセンサプレートを更に備え、
前記第１の平面層は、前記近接センサプレート上に積層され、
前記第２の平面層は、前記第１の平面層の前記近接センサプレートとは反対側に積層され、
前記位置検出回路は、更に、前記第２のセンサプレートを帯電させて、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第２の平面層に沿う前記第２の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出し、
画像レンダリング層であって該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成された画像レンダリング層を含む液晶ディスプレイを更に備え、
前記複数の第１及び第２のセンサプレート及び前記近接センサプレートは、前記液晶ディスプレイの平面に対して平行に延在しており、
前記位置検出回路は、更に、前記画像レンダリング層の前記平面における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記画像レンダリング層の前記平面から離れる方向における前記ユーザオブジェクトの位置を示す位置信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子タッチパネル。
第２の平面層に沿う第２の方向に配設された複数の第２のセンサプレートを更に備え、
前記第１の平面層は、前記近接センサプレート上に積層され、
前記第２の平面層は、前記第１の平面層の前記近接センサプレートとは反対側に積層され、
前記位置検出回路は、更に、前記第２のセンサプレートを帯電させて、前記ユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記第２の平面層に沿う前記第２の方向における前記ユーザオブジェクトの位置を検出し、
画像レンダリング層であって該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成された画像レンダリング層と、該画像レンダリング層のエッジ領域の少なくとも一部に沿って延在し該画像レンダリング層を補強する金属層とを含む液晶ディスプレイを更に備え、
前記金属層は、前記近接センサプレートを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の電子タッチパネル。
前記近接センサプレートは、前記画像レンダリング層の前記エッジ領域の少なくとも大部分に沿って延在することを特徴とする請求項７に記載の電子タッチパネル。
画像レンダリング層であって該画像レンダリング層におけるピクセル位置の中を通り抜ける光の透過率を表示制御信号に応じて制御するように構成された画像レンダリング層と、
前記画像レンダリング層の中を通り抜ける光を方向づけるように構成された金属反射層と、
前記画像レンダリング層と前記金属反射層との間の第１の層に、互いに離間された複数の列に設けられた複数の第１のセンサプレートであって、該複数の第１のセンサプレートの各々が離間して設けられ、かつ、各列において直列に接続されると共に、他の列の第１のセンサプレートとは電気的に絶縁されるように構成された複数の第１のセンサプレートと、
前記第１の層と前記金属反射層との間の第２の層に、互いに離間された複数の行に設けられた複数の第２のセンサプレートであって、該複数の第２のセンサプレートの各々が離間して設けられ、かつ、各行において直列に接続されると共に、他の行の第２のセンサプレートとは電気的に絶縁されるように構成された複数の第２のセンサプレートと、
前記複数の第１のセンサプレートと、前記複数の第２のセンサプレートと、前記金属反射層とを帯電させて、隣接するユーザオブジェクトとの静電容量結合を生成し、該静電容量結合から、前記複数の第１のセンサプレートの前記複数の列における前記ユーザオブジェクトの位置、前記複数の第２のセンサプレートの前記複数の行における前記ユーザオブジェクトの位置、及び、前記複数の第１のセンサプレートの前記複数の列及び前記複数の第２のセンサプレートの前記複数の行から離れる方向における前記金属反射層に対する前記ユーザオブジェクトの位置を検出する位置検出回路と、
を備え、
前記金属反射層は、前記複数の第１及び第２のセンサプレートの少なくとも大部分の直下に延在する
ことを特徴とするタッチ感応ディスプレイ。
前記位置検出回路は、前記ユーザオブジェクトが前記近接センサプレートの近傍に位置していることを示すために、前記近接センサプレートの帯電レベルがしきい値レベルに達した時点と、前記近接センサプレートの帯電レベルが、少なくとも、前記複数の第１のセンサプレートのうちの少なくともいずれか１つの帯電レベルに対するしきい値量変化した時点とのうちの少なくともいずれかを特定する近接信号を生成する比較回路を含むことを特徴とする請求項９に記載のタッチ感応ディスプレイ。