JP5390700B2 - 正傾斜検出データから得られる、タッチパッドに対する多重接触入力 - Google Patents

Description

関連出願に対する相互引用
本文書は、出願番号第６１／１８６，７９２号を有する仮特許出願（整理番号４６２１．ＣＩＲＱ．ＰＲ）に含まれる主題の全てに対して優先権を主張し、ここで引用したことにより、この仮特許出願の主題の全てが本願にも含まれることとする。
発明の分野
本発明は、一般的には、タッチパッドに関する。更に具体的には、本発明は、タッチパッドからのデータを用いて、その表面に接触している多数の物体を検出し追跡する方法である。本発明は、タッチパッドのハードウェアに変更を加える必要なく、タッチパッドによって既に供給されているデータを用いる。

容量検知タッチパッドには、様々な設計がある。既存のタッチパッドの設計の１つに、ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社によって作られたタッチパッドがある。したがって、容量性検知タッチパッドであればいずれでも、どのようにすれば本発明を用いて動作するように変更することができるか、理解を一層深めるためには、基礎となる技術について検証することが有用である。

ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドは、相互容量検知デバイスであり、一例を図１においてブロック図として示す。このタッチパッド１０では、当該タッチパッドの接触検知エリア１８の範囲を定めるために、Ｘ（１２）およびＹ（１４）電極ならびに検知電極１６の格子が用いられる。通例、タッチパッド１０は、約１６×１２電極、または空間に制約がある場合には８×６電極の矩形格子である。これらのＸ（１２）およびＹ（１４）（または行および列）電極と交錯するのは１つの検知電極１６である。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）社のタッチパッド１０は、検知ライン１６上における電荷の不均衡を測定する。指示物体がタッチパッド１０上にない場合、またはタッチパッド１０に近接していない場合、タッチパッド回路２０は均衡状態にあり、検知ライン１６上には電荷の不均衡はない。指示物体が接触面（タッチパッド１０の検知エリア１８）に接近するときまたは接触するときの容量性結合のために、指示物体が不均衡を生じた場合、電極１２、１４において容量変化が発生する。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１６上に電荷の均衡を再度確立するためまたは復元するために検知ラインに注入しなくては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。

以上のシステムは、以下のようにして、タッチパッド１０上にある指またはタッチパッド１０に近接する指の位置を判定するために利用される。この例では、行電極１２について説明するが、列電極１４についでも同様に繰り返される。行および列電極測定から得られる値から、タッチパッド１０上にあるまたはこれに近接する指示物体の重心である交点が決定される。

最初のステップでは、第１組の行電極１２が、Ｐ、Ｎ発生器２２からの第１信号によって駆動され、異なるが隣接する第２組の行電極が、Ｐ、Ｎ発生器からの第２信号によって駆動される。タッチパッド回路２０は、相互容量測定デバイス２６を用いて検知ライン１６からの値を得る。相補容量測定デバイス２６は、どの行電極が指示物体に最も近いかを示す。しかしながら、ある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、その行電極のどちら側に指示物体が位置付けられているか未だ判断することができず、タッチパッド回路２０は、指示物体がその電極からどの位離れて位置するのか判定することもできない。このため、本システムは、駆動すべき電極１２のグループを１電極だけずらす。言い換えると、このグループの一方側に電極を追加しつつ、このグループの反対側にある電極を駆動しない。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、検知ライン１６の２回目の測定が行われる。

これら２つの測定値から、その行電極のどちら側に指示物体が位置するのか、そしてどの位離れているのか判断することができる。次いで、２つの測定信号の大きさを比較する式を用いて、指示物体の位置決定を行う。

ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社の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、構成素子の感度、同じ行および列上にある電極間の間隔、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にも繰り返される。
前述したＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドは、ＸおよびＹ電極の格子、ならびに別個の単独検知電極を用いるが、多重化を用いることによって、実際には検知電極をＸまたはＹ電極にすることができる。いずれの設計も、本発明が機能することを可能にする。

ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドの基盤技術は、容量センサを基本とする。しかしながら、本発明には他のタッチパッド技術も用いることができる。これら他の近接感応および接触感応タッチパッド技術には、電磁、誘導、圧力検知、静電、超音波、光学、抵抗性メンブレーン、半導電性メンブレーン、あるいはその他の指またはスタイラス感応技術が含まれる。

先行技術には、タッチパッド上にある多数の物体の検出および追跡が既に可能であるタッチパッドの記載が含まれる。この先行技術の特許は、タッチバッドが、当該タッチパッド上のどこででも個々の物体を検出し追跡することを教示し、これを特許請求している。この特許は、曲線信号上において、物体が「極大値」として現れるようにするシステムについて記載する。このため、信号グラフの下位部分となる「極小値」もあり、これは物体の検出がない曲線の低区間である。図２は、第１極大値３０、第１極小値、および第２極大値３４の概念を示すグラフであり、タッチパッド上において２つの物体を検出した結果である。

タッチパッド面上に物体がいくつあるかシステムが判定する必要なく、それでもなおこれら物体の存在を確認することができる、新たな検出および追跡方法を提供することができれば、先行技術に対する利点となるであろう。

第１実施形態では、本発明は、既存のタッチパッド・ハードウェアを用いて、タッチパッドと接触している指のような多数の物体を検出し追跡する方法である。この方法では、既に収集されているデータから情報を引き出し、単に正傾斜および負傾斜を探してタッチパッドからのデータにおいて多数の物体を識別することによって、物体を識別しデータの分析を簡素化する。

本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、利点、ならびに代替的態様は、添付図面と組み合わせて以下の詳細な説明を検討することから、当業者には明らかとなろう。

図１は、先行技術において見いだされ、本発明における使用に合わせて適応可能なタッチパッドの第１実施形態の動作のブロック図である。 図２は、検出された物体毎に極大値と、介在する極小値とを識別しなければならないことを示す、先行技術からのグラフである。 図３は、多数の指の位置は特定しないが存在を識別するために、どのタイプの測定値が正傾斜および負傾斜として適しているかを示すグラフである。

これより、図面を参照する。この図面では、本発明の種々の要素に参照番号が与えられており、当業者が本発明を実施し使用することを可能にするように、この図面において本発明について論ずる。尚、以下の説明は本発明の原理の一例に過ぎず、以下に続く特許請求の範囲を狭めるように見なしてはならないことは言うまでもない。

図３は、本発明の第１実施形態を用いて動作するタッチパッドから収集したデータ点を示すグラフである。このシステムでは、タッチパッドからデータを収集するために、１つのＸ電極および１つのＹ電極を１組の電極から取り除く必要がある。次に、これら２つの電極を、キャパシタを介して、接地に結び付ける。次いで、電極を駆動し、キャパシタから接地に結合されているこれらの電極に対して均衡を取る。指をタッチパッド上に置くと、その１つの駆動された電極のみに、指の影響が及ぼされる。タッチパッド上で、駆動されている電極の上方に指を置くと、その電極上の信号が正に駆動される。駆動されている電極上にある信号が多い程、その電極上の信号は一層大きな正の値になる。

図３は、表面上にある２つの物体によって、Ｘ軸上の電極の各々に生ずる信号を示すグラフの一例である。Ｃｉｒｑｕｅ社のコントローラＩＣは、１６個のＸ電極と、１２個のＹ電極とを有する。基準として動作させるために各軸から１つの電極を指定し、この基準に対して他の電極を測定するまたは均衡させると、タッチパッド上において測定値を取り込むための１５個のＸ電極および１１個のＹ電極が残る。

尚、ＸおよびＹ電極の数は任意であり、測定を行うために用いられるコントローラＩＣに応じて変化する可能性があることは言うまでもない。この例では測定に１５個のＸ電極が利用可能であるが、これは一例に過ぎず、本発明の限定要素として見なしてはならない。

指がタッチパッド上にあり、指の中心が点４４によって示されている。本発明では、タッチパッドの一方側から他方側に電極を走査する。その決定は任意である。この例では、走査を左から右に行うと仮定する。

測定値が指の存在を示す「正傾斜」であると見なされるためには、正の傾斜がなければならず、更に測定値は、何らかの選択された「閾値」よりも大きくなければならない。閾値は、このグラフ上では閾値Ｔ４２として示されている。傾斜が正であると見なされるには、信号強度における立ち上がりの大きさが少なくとも所定の閾値単位２つ分なければならない。

閾値Ｔ４２は、実用性という点で、あるレベルよりも上となるように示されており、このレベルよりも高いと、偽りの正信号が概ね回避されると判断される。何故なら、全てのタッチパッド・システムにはノイズがあると仮定することができるからである。しかしながら、異なるタッチパッド・システム毎に固有のノイズを考慮に入れるようにシステムを較正することが必要となり、そのために閾値Ｔ４２を調節することが必要となる場合もある。

測定値４６として一緒に纏められた測定値は、第２Ｘ電極上の信号が、第１Ｘ電極上の信号よりも大きいこと、そして少なくとも２つの閾値単位の信号強度の立ち上がりがあることを示す。この場合、４つの閾値単位の立ち上がりがあり、したがって、左から右に測定しているので、正の傾斜がある。更に、測定値４６は閾値Ｔ４２を超えている。これは指の存在を示し、指の中心を示すいずれの極大値も識別する必要がない。

本発明では、傾斜カウンタを用いて、閾値Ｔ４２を超える正の傾斜を追跡する。したがって、閾値カウンタは「１」の値を増加させる。
一旦閾値Ｔ４２を超える正の傾斜が識別されたなら、本システムは、次に、左から右に進みながら、指の縁に達したことを示す十分に大きな負の傾斜を識別しようとする。最初の十分に大きな負の傾斜は、測定値４８によって識別される。

この例では、指の縁を示す程に十分に大きな負の傾斜は、異なる規準を用いる。具体的には、１閾値単位の減少があればよい。負の傾斜を発見した後、本システムは再度他の正の傾斜を探し、閾値カウンタを「０」の値に減少させる。測定５０における最初の正の傾斜は、正の傾斜としてカウントされない。何故なら、これは閾値Ｔ４２を超えないからである。しかしながら、次の測定値５２は、少なくとも２閾値単位だけ変化し、閾値Ｔ４２を超えているので、正の傾斜であり、つまり他の指として識別される。再度、閾値カウンタを「１」の値に増加させる。

尚、信号強度の極大値や極小値を全く識別せずに、タッチパッド・ハードウェアから常に収集されているデータから、正の傾斜および負の傾斜のみを識別することを認めるのは重要である。注記すべき他の点は、いずれの指についても実際の位置が特定されないことである。指の存在は識別されているが、その位置は特定されていない。

実施の実用性という点では、本発明では、いずれの正の傾斜も正であって閾値Ｔ４２を通過しなければならないだけでなく、少なくとも２つの所定の閾値単位だけ立ち上がらなければならない。したがって、最初の正傾斜測定値４６では、Ｔ−３からＴ４２まで立ち上がっている。２番目の正傾斜測定値５２はＴ−１からＴ＋１まで立ち上がっている。本システムのこの制約は、指が「太い」状況またはその側面で丸くなっている状況には有用である。このような指を置くと、測定値５４が得られることになる可能性がある。測定値５４は少なくとも２つの所定の閾値単位だけ立ち上がっていないので、正の傾斜とは見なされない。これが正の傾斜であったなら、負の傾斜の測定５６が測定されていても、別の指を示すことになる。

「閾値単位」の実際の値は、後に決定することができ、本発明の制限要素であると見なしてはならない。重要なのは、指の存在をどのように判定するかという方法を確認することである。

本発明の他の特徴は、信号の強度の判定である。信号の強度は、正の傾斜が立ち上がった所定の閾値単位の数の関数である。
尚、指の存在をＸ電極を用いて測定することができれば、Ｙ電極の測定から同じ測定値および情報を取り込むことができるのは、明白なはずである。つまり、Ｙ電極上の測定値が、Ｘ電極上で発見された指の存在も示すことを図示するグラフを発生することもできる。指の位置は判定されていないが存在する指の数だけが判定された場合、ＸまたはＹ電極から情報を取り込むことができる。

尚、以上で説明した構成は、本発明の原理の適用の例示に過ぎないことは言うまでもない。本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、多数の変更および代替構成を当業者によって考案することができよう。添付した特許請求の範囲は、このような変更および構成を包含することを意図している。

Claims (14)

1. 接触感応面上にある物体の数を判定する方法であって、
   １）実質的に透明な基板の第１層上に配置された複数の平行Ｘ電極と、前記基板の第２層上に配置された複数の平行Ｙ電極とを設けるステップであって、前記Ｙ電極が前記Ｘ電極と同一平面上にあり、前記Ｘ電極と直交する、ステップと、
   ２）前記Ｘ電極の第１側から反対側の第２側に進みつつ、前記複数のＸ電極の各々上において信号を測定するステップと、
   ３）導電性物体の存在を示すために、隣接するＸ電極のいずれか２つの測定値が正の傾斜を示し、その信号強度が十分な大きさであり閾値の下からこの閾値の上まで通過するか否か判定することによって、物体を識別するために前記測定値を分析するステップと、
   ４）前記正の傾斜の後に負の傾斜を識別するために、前記測定値を分析するステップと、
   ５）前記第２側に向かって移動しながら、前記接触感応面上で識別された導電性物体毎に、ステップ３）および４）を繰り返すステップと、
   を備えている、方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記正の傾斜を発見するステップが、更に、
   １）信号強度に対して閾値を設定するステップと、
   ２）閾値単位を設定するステップと、
   ３）隣接する２つの電極の信号強度の測定値から正の傾斜を特定するステップであって、前記信号強度が前記閾値未満から前記閾値より上に立ち上がらなければならず、測定された信号強度における全変化が少なくとも２つの閾値単位でなければならない、ステップと、
   を備えている、方法。
3. 請求項２記載の方法において、前記閾値を設定するステップが、更に、前記接触感応面のノイズ・レベルよりも総じて上である閾値を選択するステップを備えている、方法。
4. 請求項２記載の方法において、前記正の傾斜の後に負の傾斜を発見する前記ステップが、更に、２つの隣接する電極の信号強度の測定値から前記負の傾斜を特定するステップを備えており、前記信号強度が少なくとも１閾値単位低下しなければならない、方法。
5. 請求項２記載の方法であって、更に、前記導電性物体の信号強度を判定するステップを備えており、本方法が、正の傾斜を検出したときに、全立ち上がりを閾値単位で判定するステップを備えている、方法。
6. 請求項２記載の方法であって、更に、閾値カウンタを用いて、前記接触感応面上にある物体の総数を判定するステップを備えており、本方法が、更に、
   １）正の傾斜が測定されたことを分析が示すときに、前記閾値カウンタを増加させるステップと、
   ２）負の傾斜が測定されたことを分析が示すときに、前記閾値カウンタを減少させ、前記閾値カウンタが増加された回数を前記接触感応面上にある物体の総数であると特定するステップと、
   を備えている、方法。
7. 請求項２記載の方法において、隣接するＸ電極のいずれか２つの測定値が、信号強度の正の傾斜を示すか否か判定する前記ステップが、更に、
   １）第１Ｘ電極および第２Ｘ電極の信号強度の測定値を比較して、信号強度の変化が正の傾斜かまたは負の傾斜か判定するステップと、
   ２）前記Ｘ電極の全ての組を比較するまで、次の１組のＸ電極の信号強度の測定値を比較して、前記信号強度の変化が、正の傾斜かまたは負の傾斜か判定するステップと、
   を備えている、方法。
8. 接触感応面上にある物体の数を判定する方法であって、
   １）実質的に透明な基板の第１層上に配置された複数の平行Ｘ電極と、前記基板の第２層上に配置された複数の平行Ｙ電極とを設けるステップであって、前記Ｙ電極が前記Ｘ電極と同一平面上にあり、前記Ｘ電極と直交する、ステップと、
   ２）前記Ｙ電極の第１側から反対側の第２側に進みつつ、前記複数のＹ電極の各々上において信号を測定するステップと、
   ３）導電性物体の存在を示すために、隣接するＹ電極のいずれか２つの測定値が正の傾斜を示し、その信号強度が十分な大きさであり閾値の下からこの閾値の上まで通過するか否か判定することによって、物体を識別するために前記測定値を分析するステップと、
   ４）前記正の傾斜の後に負の傾斜を識別するために、前記測定値を分析するステップと、
   ５）前記第２側に向かって移動しながら、前記接触感応面上で識別された導電性物体毎に、ステップ３）および４）を繰り返すステップと、
   を備えている、方法。
9. 請求項８記載の方法において、前記性の傾斜を発見するステップが、更に、
   １）信号強度に対して閾値を設定するステップと、
   ２）閾値単位を設定するステップと、
   ３）隣接する２つの電極の信号強度の測定値から正の傾斜を特定するステップであって、前記信号強度が前記閾値未満から前記閾値より上に立ち上がらなければならず、測定された信号強度における全変化が少なくとも２つの閾値単位でなければならない、ステップと、
   を備えている、方法。
10. 請求項９記載の方法において、前記閾値を設定するステップが、更に、前記接触感応面のノイズ・レベルよりも総じて上である閾値を選択するステップを備えている、方法。
11. 請求項９記載の方法において、前記正の傾斜の後に負の傾斜を発見する前記ステップが、更に、２つの隣接する電極の信号強度の測定値から前記負の傾斜を特定するステップを備えており、前記信号強度が少なくとも１閾値単位だけ低下しなければならない、方法。
12. 請求項９記載の方法であって、更に、前記導電性物体の信号強度を判定するステップを備えており、本方法が、正の傾斜を検出したときに、全立ち上がりを閾値単位で判定するステップを備えている、方法。
13. 請求項９記載の方法であって、更に、閾値カウンタを用いて、前記接触感応面上にある物体の総数を判定するステップを備えており、本方法が、更に、
    １）正の傾斜が測定されたことを分析が示すときに、前記閾値カウンタを増加させるステップと、
    ２）負の傾斜が測定されたことを分析が示すときに、前記閾値カウンタを減少させ、前記閾値カウンタが増加された回数を前記接触感応面上にある物体の総数であると特定するステップと、
    を備えている、方法。
14. 請求項９記載の方法において、隣接するＹ電極のいずれか２つの測定値が、信号強度の正の傾斜を示すか否か判定する前記ステップが、更に、
    １）第１Ｙ電極および第２Ｙ電極の信号強度の測定値を比較して、信号強度の変化が正の傾斜かまたは負の傾斜か判定するステップと、
    ２）前記Ｙ電極の全ての組を比較するまで、次の１組のＹ電極の信号強度の測定値を比較して、前記信号強度の変化が、正の傾斜かまたは負の傾斜か判定するステップと、
    を備えている、方法。

Images