JP5711223B2

JP5711223B2 - 高速のマルチタッチ式タッチ装置及びその制御装置

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Publication number: JP5711223B2
Application number: JP2012513167A
Authority: JP
Inventors: エー．コルデイロクレイグ; ジェイ．レベスキトーマス
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: US20100300773A1; JP2012528393A; WO2010138485A1; KR101752015B1; CN102460357B; KR20120027412A; TW201108081A; US9417739B2; EP2435895A1; CN102460357A

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許仮出願第６１／１８２３６６号（２００９年５月２９日出願）及び同第６１／２３１４７１号（２００９年８月５日出願）の利益を主張し、これらの開示は全て参照により本明細書に組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、概してタッチセンス装置、具体的には、ユーザーの指又は他のタッチ手段とタッチ装置との間の容量結合に依存するタッチセンス装置に関するものであり、特にタッチ装置の異なる部分に同時に加えられた複数のタッチを検出できる装置に応用される。

タッチセンス装置は、機械的なボタン、キーパッド、キーボード、及びポインティングデバイスの必要性を減らすか無くすことにより、ユーザーに電子システム及びディスプレイへの便利な橋渡しを提供することができる。例えば、ユーザーは、アイコンによって特定される位置で画面上のタッチスクリーンをタッチするだけで、複雑なシーケンスの命令を実行することができる。

タッチセンス装置を実現するための技術には複数の種類があり、例えば、抵抗、赤外線、静電容量、表面弾性波、電磁気、近視野撮像（near field imaging）などが挙げられる。容量性タッチセンス装置は、多くの用途で十分に機能することが確認されている。多くのタッチセンス装置では、センサにある導電体がユーザーの指などの導電性接触手段に静電容量的に連結されると、入力が検知される。一般に、２つの導電性部材が実際のタッチを伴わずに相互に接近するときはいつでも、これらの間に静電容量が形成される。容量性タッチセンス装置の場合には、指などの物体がタッチセンス面に近づくと、物体と、物体にごく近接した位置の検知点との間にわずかな静電容量が形成される。感知点のそれぞれの静電容量の変化を感知し、かつ感知点の位置を認識することによって、感知回路は、複数の物体を認識し、物体がタッチ面を横断する際にこの物体の特徴を判定することができる。

タッチを容量的に測定するために用いられる２つの既知の技術が存在する。１番目は、対地静電容量を測定し、それにより電極に信号を印加するものである。電極の近くがタッチされると、信号電流が、電極から指などの物体を通って電気的アースに流れる。

タッチを容量的に測定するのに使用される２番目の技術は、相互静電容量によるものである。相互容量タッチスクリーンは、電界により受け側電極に容量的に結合される励振電極に信号を印加する。２つの電極の間の信号結合は近くの物体によって低減され、これが容量結合を低減させる。

２番目の技術に関しては、電極間の相互静電容量を測定するために様々な追加的技術が用いられてきた。かかる技術の１つでは、駆動信号の多重パルスに関連する多重電荷を蓄積するために、受け手側電極に結合されたコンデンサが用いられる。したがって、駆動信号の各パルスは、この「積分コンデンサ」に蓄積された全電荷のごく一部だけをもたらす。米国特許第６，４５２，５１４号（Ｐｈｉｌｉｐｐ）を参照されたい。この技術は、良好なノイズ排除性を有するが、その速度は、積分コンデンサの充電に必要なパルスの数に応じて制限されることがある。

本出願は、とりわけタッチ装置の異なる部分に、同時に又は重複する時間で加えられる複数のタッチを検出できるタッチセンス装置を開示する。更に、タッチ装置は、駆動電極と受信電極との間の容量結合を測定するために、積分コンデンサを用いる必要がない。それどころか、少なくとも幾つかの実施形態では、駆動信号からの単一パルスだけが、特定の駆動電極と特定の受信電極との間、又は更には特定の駆動電極と多数の（例えば、全ての）受信電極との間の容量結合を測定するために必要な全てであってよい。これを達成するためには、駆動信号に好適なパルス波形が用いられると仮定すると、駆動信号の微分表現（応答信号と呼ばれる）が各受信電極について生成されるように、好ましくは微分回路が受信電極に結合される。代表的な実施形態では、各微分回路は、オペアンプの反転入力とオペアンプの出力との間に接続された帰還抵抗を備えるオペアンプを含み、反転入力が所与の受信電極にも接続されてよい。回路が、駆動信号の時間に関して何らかの形で少なくとも導関数近似を含む出力をもたらす限り、他の既知の微分回路設計も用いることができる。

ピーク振幅又は平均振幅など応答信号の特性振幅は、サンプリングされた駆動電極と受信電極との間の容量結合を示す。特定の駆動電極及び受信電極に対応するノードにおけるタッチは、容量結合を低減し、特性振幅を縮小させる効果を有する。振幅のかかる縮小は、駆動信号の単一パルスのみでさえ測定できる。タッチ装置の異なる部分において同時に起こる又は時間的に重複した複数のタッチは、この方法で検出できる。ノイズの低減が望ましい場合、駆動信号からの、選択した数の多重パルスを各駆動電極と受信電極とのペア（すなわち、ノード）に用いてよく、測定された、ないしは別の方法で処理された振幅測定値は、ノイズの低減された測定値をもたらす。

本出願は、タッチパネルと、駆動ユニットと、感知ユニットと、測定ユニットと、を含むタッチセンス装置も開示する。パネルは、タッチ面と、電極マトリックスを画定する複数の電極と、を含んでよく、この複数の電極は、複数の駆動電極と、複数の受信電極と、を含む。各駆動電極は、マトリックスのそれぞれのノードにおいて各受信電極に容量的に結合されている。パネルは、ノードの所与の１つに隣接したタッチ面のタッチが、所与のノードに関連する駆動電極と受信電極との間の結合静電容量が変化するように構成される。同様に、駆動ユニットは、駆動信号を生成し、例えばマルチプレクサを介して、駆動電極にこの駆動信号を一度に１つ供給するように構成される。駆動信号は、単一の個別駆動パルスだけであってよいか、単一の個別駆動パルスだけを含んでよいか、又は複数の若しくは一連のかかる駆動パルスを含んでよい。感知ユニットは、各駆動電極に供給される各駆動信号について、かかる駆動電極に容量的に結合される複数の受信電極に対する応答信号を生成するように構成されてよく、応答信号のそれぞれが、駆動信号の微分表現を含む。これらの応答信号のそれぞれの振幅は、関連するノードにおける結合静電容量に反応する。最終的に、測定ユニットは、ノードのそれぞれに対する応答信号のそれぞれの振幅を測定し、それからタッチ面上の時間的に重複した複数のタッチが存在する場合、タッチの位置を判定するように好ましくは構成される。

駆動信号で用いられる駆動パルスの波形は、応答信号に所望の波形をもたらすように調整されるか、または応答信号に所望の波形をもたらすように選択されてよい。例えば、駆動パルスに矩形が用いられる場合、感知ユニットによって生成された応答信号は、典型的には１対の極性反転衝撃パルスを含み、そのピーク振幅は、ピーク検出器及び任意のサンプル／ホールドバッファを用いて分離できる。あるいは、ランプ波形の駆動パルスが選択される場合、応答信号は、典型的には名目上矩形であるパルス波形を含む。すなわち、２つの比較的急勾配のハイロー遷移の間に配置される比較的一定の振幅平坦部を含む（例は以下に記載される）。かかる矩形波形の応答信号では、下記に詳述するように、特定の回路素子の除外及びタッチ装置の全体的な単純化が可能になる。

本出願は、タッチパネルと、駆動ユニットと、感知ユニットと、を含むタッチセンス装置も開示する。パネルは、タッチ面と、電極マトリックスを画定する複数の電極と、を含み、電極マトリックスは、マトリックスの所与のノードに隣接したタッチ面にタッチすると、電極の２つの間の結合静電容量が変化するように構成される。駆動ユニットは電極マトリックスに結合されており、１つ以上のランプパルスを含む駆動信号を生成するように構成される。感知ユニットもまた電極マトリックスに結合されており、駆動信号に応えて、１つ以上の矩形パルスを含む少なくとも１つの応答信号を生成するように構成され、少なくとも１つの応答信号の振幅は、タッチ面へのタッチに反応する。

関連する方法、システム、及び物品も述べられる。

本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、決して、上記要約は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができる添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。

タッチ装置の概略図。タッチ装置で用いられるタッチパネルの一部の概略側面図。容量的に結合された１つの駆動電極及び１つの受信電極に関して関連する駆動回路及び検出回路が示される、タッチ装置の概略図。図３ａのタッチセンス装置に類似しているが、受け手側電極における信号強度の差異を説明するための追加回路を含むタッチセンス装置の概略図。図３ａのタッチセンス装置に類似しているが、例えばディスプレイのノイズを説明するための追加回路を含むタッチセンス装置の概略図。図３ａのタッチ装置の駆動信号及び対応する（モデル化された）応答信号であり、駆動信号は矩形パルスを含み、応答信号は衝撃パルスを含む図。３つの励振電極についてモデル化された波形及び３つの受信電極における関連する応答波形を示すグラフ。図４ａのグラフに類似しているが、異なる駆動信号のグラフであり、駆動信号はランプパルスを含み、応答信号は矩形様のパルスを含む図。３つの励振電極についてモデル化された波形及び３つの受信電極における関連する応答波形を示す、図４ｂに類似のグラフ。図３ａのタッチ装置の更に別の駆動信号のグラフと予期される応答信号の概略図であり、駆動信号はランプパルスを含み、応答信号は矩形パルスを含む図。３つの励振電極についてモデル化された波形及び３つの受信電極における関連する応答波形を示す、図４ｂ及び５ｂに類似のグラフ。図３ｃのタッチ装置の駆動信号及び対応する（モデル化された）応答信号のグラフであり、駆動信号は矩形パルスを含み、応答信号は衝撃パルスを含む図。容量的に結合された電極の４×８マトリックスを有するタッチパネルと、タッチパネルでの複数の同時タッチの検出に使用できる様々な回路素子と、を含むタッチ装置の概略図。

図中、同様の参照数字は同様の構成要素を示す。

図１では、代表的なタッチ装置１１０が示される。装置１１０は、電子回路（簡略化のために１１４と表示される１つの概略的なボックスにまとめられ、総じて制御装置と呼ばれる）に接続されたタッチパネル１１２を含む。

タッチパネル１１２は、行電極１１６ａ〜ｅ及び列電極１１８ａ〜ｅの５×５マトリックスを有するものとして示されるが、他の数の電極及びマトリックスの寸法も用いることができる。タッチパネル１１２は、典型的には、ユーザーが、コンピュータ、手持ち式の装置、携帯電話、又は他の周辺機器の画素化されたディスプレイなどの物体をパネル１１２を通して見ることができるように、実質的に透明である。境界１２０は、パネル１１２の表示領域、またかかるディスプレイを使用する場合は好ましくはその表示領域を表す。電極１１６ａ〜ｅ、１１８ａ〜ｅは、平面透視図で見て、表示画面１２０全体に空間的に分布する。図の簡略化のために、電極は、幅広で目立つように示されているが、実際には、これらは比較的狭く、ユーザーの注意を引かなくてもよい。更に、電極間のフリンジフィールドを増大させて、それにより電極間の容量結合におけるタッチの影響を増大させるために、電極は、可変幅、例えば、マトリックスのノード付近でダイヤモンド又はその他の形状のパッドに拡大した幅を有するように設計され得る。代表的な実施形態では、電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又はその他の好適な導電性材料で構成されてもよい。奥行きの観点からすると、行電極と列電極との間で著しいオーム接触が生じず、所与の行電極と所与の列電極との間の唯一の著しい電気的結合が容量結合であるように、行電極は列電極とは異なる面に位置してよい（図１の観点からすると、行電極１１６ａ〜ｅは列電極１１８ａ〜ｅの下に位置する）。ユーザーの指又は他のタッチ関連手段との直接的な物理的接触から電極が保護されるように、電極のマトリックスは、典型的には、カバーガラス、プラスチックフィルムなどの下に位置する。かかるカバーガラス、フィルムなどの露出面は、タッチ面と呼ばれる場合がある。加えて、ディスプレイタイプの用途では、ディスプレイとタッチパネル１１２との間にバックシールドを配置してよい。かかるバックシールドは、典型的には、ガラス又はフィルム上の導電性ＩＴＯコーティングで構成され、接地されるか、外部の電気的干渉源からタッチパネル１１２への信号結合を低減する波形を用いて駆動されてよい。他のバックシールド方法も当該技術分野において既知である。概して、バックシールドは、タッチパネル１１２によって検知されるノイズを低減すし、これは、幾つかの実施形態において、タッチ感度の向上（例えば、より軽いタッチを検知する機能）及び応答時間の短縮をもたらすことがある。例えば、ＬＣＤディスプレイのノイズ強度は距離に伴い急減するのでタッチパネル１１２とディスプレイとを離隔するなど、バックシールドは他のノイズ軽減方法と共に用いられることがある。これらの技術に加えて、ノイズの問題を処理する他の方法についても、下記の様々な実施形態を参照して記載する。

所与の列電極と行電極との間の容量結合は、電極が互いに最も近接している領域内の電極の形状と主に相関する。このような領域は、電極マトリックスの「ノード」に対応し、このノードのいくつかが図１に示されている。例えば、行電極１１６ａと列電極１１８ｄとの間の容量結合は、主にノード１２２で発生し、行電極１１６ｂと列電極１１８ｅとの間の容量結合は、主にノード１２４で発生する。図１の５×５マトリックスは２５のかかるノードを有し、これらのうちの任意の１つは、対応する行電極１１６ａ〜ｅを制御装置に個別に連結する制御線１２６の１つの適切な選択、及び対応する列電極１１８ａ〜ｅを制御装置に個別に連結する制御線１２８の１つの適切な選択を介して、制御装置１１４によってアドレス指定される。

ユーザーの指１３０又は他のタッチ手段が、タッチ位置１３１に示されるように、装置１１０のタッチ面と接触するか、ほぼ接触すると、指は、電極マトリックスと容量的に結合する。指は、マトリックス、特にタッチ位置の最も近くにある電極から電荷を引き出し、そうすることで、最も近くのノードに対応する電極間の結合静電容量を変化させる。例えば、タッチ位置１３１におけるタッチは、電極１１６ｃ／１１８ｂに対応するノードに最も近い位置にある。下記に詳述するように、結合静電容量のこの変化は、制御装置１１４によって検出されることができ、１１６ａ／１１８ｂノードにおけるタッチ又は１１６ａ／１１８ｂノード付近のタッチであると判断されることができる。好ましくは、制御装置は、容量の変化がある場合には、マトリックスのノードの全ての静電容量の変化を迅速に検出するように構成され、ノード間にあるタッチ位置を補間によって正確に判定するために、隣接するノードの静電容量変化の大きさを分析することが可能である。更に、制御装置１１４は、タッチ装置の異なる部分に、同時に又は重複する時間で加えられた複数の異なるタッチを検出するように有利に設計される。したがって、例えば、指１３０のタッチと同時に別の指１３２が装置１１０のタッチ面のタッチ位置１３３をタッチする場合、又は、それぞれのタッチが少なくとも時間的に重複している場合、制御装置は、好ましくは両方のかかるタッチの位置１３１、１３３を検出し、かかる位置をタッチ出力１１４ａに提供することが可能である。制御装置１１４が検出可能な別個の同時に起こる又は時間的に重複したタッチの数は、好ましくは２つに限定されず、例えば、電極マトリックスの大きさに応じて、３つ、４つ、又はそれ以上であってよい。

下記に詳述するように、制御装置１１４は、好ましくは電極マトリックスの一部又は全てのノードにおける結合静電容量の迅速な測定を可能にする様々な回路モジュール及び素子を用いる。例えば、制御装置は、少なくとも１つの信号発生器又は駆動ユニットを含むことが好ましい。駆動ユニットは、駆動電極と呼ばれる１つの電極のセットに駆動信号を供給する。図１の実施形態では、行電極１１６ａ〜ｅが駆動電極として用いられてよいか、列電極１１８ａ〜ｅが駆動電極として用いられてよい。駆動信号は、好ましくは一度に１つの駆動電極に、例えば、最初の駆動電極から最後の駆動電極までスキャンされる順序で供給される。かかる電極のそれぞれが駆動されると、制御装置は、受信電極と呼ばれる他の電極のセットをモニタする。制御装置１１４は、全ての受信電極に結合された１つ以上の感知ユニットを含んでよい。各駆動電極に供給される各駆動信号に対し、感知ユニットは、複数の受信電極に対する応答信号を生成する。感知ニットは、好ましくは各応答信号が駆動信号の微分表現を含むように設計される。例えば、駆動信号が関数ｆ（ｔ）（時間の関数として電圧を表す）で表される場合、応答信号は、少なくとも近似的に関数ｇ（ｔ）（式中、ｇ（ｔ）＝ｄｆ（ｔ）／ｄｔ）であるか、関数ｇ（ｔ）を含んでよい。換言すれば、ｇ（ｔ）は、駆動信号ｆ（ｔ）の時間に関する導関数である。制御装置１１４で用いられる回路の設計詳細に応じて、応答信号としては、例えば、（１）単独のｇ（ｔ）、又は（２）定数オフセットを伴うｇ（ｔ）（つまり、ｇ（ｔ）＋ａ）、又は（３）乗数用のスケーリング係数を伴うｇ（ｔ）（つまり、ｂ^＊ｇ（ｔ）、スケーリング係数は、正でも負でもよく、１を超えるか、１未満だが０を超える大きさであってよい）、又は（４）これらの組み合わせ、を挙げることができる。いずれにしても、応答信号の振幅は、駆動される駆動電極とモニタされる特定の受信電極との間の結合静電容量に有利に関連する。当然ながら、ｇ（ｔ）の振幅は、元の関数ｆ（ｔ）の振幅にも比例する。ｇ（ｔ）の振幅は、必要に応じて、駆動信号の単一パルスのみを用いて所与のノードについて決定されてよいことに留意されたい。

制御装置は、応答信号の振幅を識別し、分離するための回路も含んでよい。このための代表的な回路装置は、１つ以上のピーク検出器、サンプル／ホールドバッファ、及び／又はローパスフィルターを含んでよく、その選択は、駆動信号及び対応する応答信号の性質に依存してよい。制御装置は、アナログ振幅をデジタル形式に変換するための１つ以上のアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）も含んでよい。１つ以上のマルチプレクサは、回路素子の不要な重複を回避するためにも用いられてよい。当然ながら、制御装置はまた、好ましくは測定した振幅及び関連パラメーターを保存するための１つ以上のメモリ装置と、必要な計算及び制御機能を実行するためのマイクロプロセッサと、を含む。

電極マトリックスのノードのそれぞれについて応答信号の振幅を測定することにより、制御装置は、電極マトリックスのノードのそれぞれについて結合静電容量に関連する測定値のマトリックスを生成できる。これらの測定値は、タッチの存在により結合静電容量が変化したノードがある場合はそのノードを特定するために、予め求めた基準値と同様のマトリックスと比較できる。

次に図２を参照すると、タッチ装置で用いられるタッチパネル２１０の一部の概略的側面図が示される。パネル２１０は、前面層２１２と、第１の電極のセットを含む第１の電極層２１４と、絶縁層２１６と、好ましくは第１の電極のセットに直交する第２の電極のセット２１８ａ〜ｅを含む第２の電極層２１８と、背面層２２０と、を含む。層２１２の露出面２１２ａ又は層２２０の露出面２２０ａは、タッチパネル２１０のタッチ面であるか、タッチパネル２１０のタッチ面を含んでよい。

図３ａは、駆動回路及び検出回路など関連する制御装置回路が、結合静電容量Ｃ_ｃにより容量的に結合される１つの駆動電極３１４と、１つの受信電極３１６と、を有するタッチパネル３１２に関して示される、タッチ装置３１０を描写する。読者は、これが、駆動電極３１４が複数の駆動電極のうちの１つであってよく、受信電極３１６が同様に複数の受信電極のうちの１つであってよく、これらがタッチパネルでマトリックスに配列される、タッチパネルを一般化したものであることを理解するであろう。

実際、本明細書に記載のタッチ測定技術の少なくとも幾つかと共に使用できる対象のある特定の実施形態では、タッチパネルは、１９インチ（４８．２ｃｍ）の対角矩形の表示画面（縦横比１６：１０）を有する、４０×６４（４０列、６４行）マトリックス装置を含んでよい。この場合、電極は、約０．２５インチ（０．６３ｃｍ）の均一間隔を有してよい。この実施形態の寸法が原因で、電極は関連する著しい漂遊インピーダンス（例えば、列電極の４０ｋオームの抵抗、行電極の６４Ｋオームの抵抗）を有してよい。良好な人的要因のタッチ反応を得るためには、マトリックスの全２，５６０ノード（４０^＊６４＝２５６０）における結合静電容量を測定するための応答時間は、必要に応じて、比較的高速、例えば２０ミリ秒未満、又は更には１０ミリ秒未満であってよい。列電極が駆動電極として用いられ、行電極が受信電極として用いられ、かつ全ての行電極が同時にサンプリングされる場合、４０列の電極は、例えば、列電極（駆動電極）あたり０．５ミリ秒（又は０．２５ミリ秒）の時間を費やせるので、連続的なスキャンのために２０ミリ秒（又は１０ミリ秒）を有する。

物理的特性よりも電気的特性（集中回路素子モデルの形態）によって描写される図３ａの駆動電極３１４及び受信電極３１６は、４０×６４よりも小さいマトリックスを有するタッチ装置に見られる電極を代表するが、これを制限的なものと見なすべきではない。図３ａのこの代表的な実施形態では、集中回路モデルに示される直列抵抗Ｒは、それぞれ１０Ｋオームの値を有してよく、集中回路モデルに示される漂遊容量Ｃは、それぞれ２０ピコファラッド（ｐｆ）の値を有してよいが、当然ながら、これらの値を決して制限的なものと見なすべきではない。この代表的な実施形態では、結合静電容量Ｃ_ｃは名目上２ｐｆであり、電極３１４と電極３１６との間のノードにおけるユーザーの指３１８によるタッチが、結合静電容量Ｃ_ｃを約１．５ｐｆの値へと約２５％低下させる。ここにおいても、これらの値を制限的なものと見なすべきではない。

前述の制御装置によると、タッチ装置３１０は特定の回路を使用して、パネル３１２のノードのそれぞれにおいて結合静電容量Ｃ_ｃを測定するように、パネル３１２に対する問い合わせを行う。この点において、読者は、制御装置が、結合静電容量を示すか、又は結合静電容量に反応するパラメーターの値、例えば上述の応答信号の振幅及び下記に詳述する応答信号の振幅を測定することにより、結合静電容量を測定できることを理解するであろう。この課題を達成するためには、装置３１０は、好ましくは、駆動電極３１４に結合された低インピーダンス駆動ユニット３２０と、結合静電容量と組み合わせて、駆動ユニットによって供給された駆動信号の微分を実行する、受信電極３１６に結合された感知ユニット３２２と、感知ユニット３２２によって生成された応答信号の振幅をデジタル形式に変換するアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）ユニット３２４と、を含む。駆動ユニット３２０によって供給された駆動信号の性質に応じて（したがって、感知ユニット３２２によって生成された応答信号の性質にも応じて）、装置３１０はまた、この実施形態においてサンプル／ホールドバッファとしても機能するピーク検出回路３２６ａと、ピーク検出器をリセットするように機能する関連リセット回路３２６ｂと、を含んでよい。最も実用的な用途では、装置３１０はまた、所与の時間に複数の駆動電極のいずれか１つをアドレス指定する機能を有するための、信号生成器３２０とタッチパネル３１２との間のマルチプレクサと、１つのＡＤＣユニットが複数の受信電極に関連する振幅を迅速にサンプリングできるようにし、したがって各受信電極に１つのＡＤＣユニットを必要とする費用を浮かせるための、感知ユニット３２２（又は任意の回路３２６ｂ）とＡＤＣユニット３２４との間のマルチプレクサと、を含むであろう。

駆動ユニット３２０は、良好な信号品位を維持し、印加ノイズを低減し、並びに／又は高速の信号立上り時間及び信号立下り時間を維持するために十分に低いことが好ましい内部インピーダンスを備える電源であるか、かかる電源を含むことが好ましい。駆動ユニット３２０は、その出力において時変駆動信号を駆動電極３１４に供給する。駆動信号は、本質的に単一の孤立パルスからなるか、複数のかかるパルス又は連続ＡＣ波形若しくは波形パケット（正弦波、方形波、三角波など）を形成する一連のパルスを含んでよい。この点において、用語「パルス」は広い意味で使用されて顕著な信号変化を指し、短時間かつ高振幅の矩形形状に限定されない。タッチパネルへのタッチを迅速に検出することが望ましい場合、駆動信号は、好ましくは所与のノードにおける結合静電容量の信頼できる測定値を得るために必要な最小数のパルスだけを含む。このことは、大規模な電極マトリックス、すなわち、検知対象となる多数のノードを有するタッチパネルにとっては、特に重要である。駆動パルスのピーク振幅、つまり最大振幅は、好ましくは比較的高くて（例えば、３〜２０ボルト）、良好な信号対ノイズ比をもたらす。図３ａでは一端からだけの駆動電極３１４として示されるが、幾つかの実施形態では、駆動ユニット３２０は、両端からの駆動電極３１４として構成されてよい。これは、例えば、大規模なＩＴＯベースのマトリックス型タッチセンサに存在する場合のように、電極３１４が高抵抗を有している（したがって、駆動信号の減衰及びノイズ混入に対する脆弱性が増加する）場合に有用であってよい。

読者は、駆動ユニット３２０の出力において供給される駆動信号と特定の駆動電極３１４に供給される駆動信号との間には差異が存在し得ることに留意する必要がある。差異は、例えば、駆動ユニットを複数の駆動電極に選択的に結合する、例えば一度に１つを結合するために、マルチプレクサ又は他のスイッチング装置が駆動ユニット３２０とタッチパネル３１２との間に配置された場合に重要になる。かかる場合、駆動ユニット３２０は、その出力において連続ＡＣ波形（方形波、三角波など）を有してよいが、マルチプレクサのスイッチング作用のおかげで、一度にかかる波形の１パルスだけ又は数パルスだけが任意の所与の駆動電極に供給されてよい。例えば、連続ＡＣ波形の１パルスは第１の駆動電極に供給されてよく、ＡＣ波形の次のパルスは次の駆動電極に供給されてよく、全ての駆動電極が駆動されるまで同様に供給され、その結果、ＡＣ波形の次のパルスは第１の駆動電極などに繰返し周期で再び供給される。

図４〜６と共に下記で詳述されるように、駆動信号で用いられるパルス波形は、装置で用いられる検出／測定電子機器の選択に影響を及ぼしてよい。使用可能なパルス波形の例としては、矩形パルス、ランプパルス（対称又は非対称）、及び正弦波（例えば、円錐形）パルスが挙げられる。

駆動ユニット３２０は、必要に応じて、様々な時間に様々なパルスを供給するようにプログラム可能であってよい。例えば、駆動ユニットがマルチプレクサを介して複数の駆動電極に結合されている場合、駆動ユニットは、線抵抗及び漂遊容量の電極間変動を補正するために、様々な駆動電極について様々な信号レベルを供給するようにプログラミングされてよい。例えば、受信電極を貫く長い伝導長さを必要とする位置に配置された駆動電極は、受信電極に関連する損失を補正するために、より短い伝導長さを必要とする位置に配置された駆動電極よりも高振幅の駆動信号で有利に駆動される（例えば、図１の電極マトリックスを参照すると、列電極１１８ａ〜ｅが駆動電極である場合、電極１１８ａにおける駆動信号は、電極１１８ｅに隣接した制御線１２６の配置のために、電極１１８ｅにおける駆動信号よりも長い長さの受信電極１１６ａ〜ｅを貫いて結合される）。この方法で様々な駆動電極について様々な駆動信号レベルを供給することは、大型の電極マトリックスにとって特に有利であり、これは、タッチスクリーンにおける損失のために（受信電極の数に対応する）多数の検出回路をプログラミングするのではなく、１つの駆動信号だけが選択した量によって調整され、様々な駆動電極に供給される駆動信号が必要に応じて様々な量によって調整されるためである。

駆動電極３１４に供給される駆動信号は、結合静電容量Ｃ_ｃにより受信電極３１６に容量的に結合され、次に受信電極は、感知ユニット３２２に接続される。したがって感知ユニット３２２は、その入力３２２ａにおいて（電極３１４、３１６、及び結合静電容量Ｃ_ｃによって伝送された）駆動信号を受信し、そこから出力３２２ｂにおいて応答信号を生成する。好ましくは、感知ユニットは、応答信号が駆動信号（その振幅が結合静電容量Ｃ_ｃに反応する）の微分表現を含むように設計される。つまり、感知ユニットによって生成された応答信号は、好ましくは駆動信号の時間に関して何らかの形で少なくとも導関数近似を含む。例えば、応答信号は、駆動信号の時間導関数、又は例えば反転した、増幅した（１未満の増幅を含む）、電圧若しくは振幅をオフセットした、及び／又は時間をオフセットしたかかる信号の変化を含んでよい。前述の議論を繰り返すと、駆動電極に供給された駆動信号が関数ｆ（ｔ）で表される場合、応答信号は、少なくとも近似的に関数ｇ（ｔ）（式中、ｇ（ｔ）＝ｄｆ（ｔ）／ｄｔ）であるか、この関数を含んでよい。

かかる関数を実行する代表的な回路が図３ａに示される。３２２ａで示されるかかる回路への入力は、オペアンプ３２２ｃの反転入力（−）である。非反転入力（＋）であるオペアンプの他の入力は、最大信号範囲に合わせて最適化できる、共通基準レベルに設定される。図３では、この基準レベルは、簡略化のために地電位として示されるが、ゼロ以外のオフセット電圧を用いることもできる。帰還抵抗３２２ｄは、オペアンプの出力（３２２ｂ）と反転入力との間に接続される。このように接続された場合、オペアンプ３２２ｃの反転入力、すなわち入力３２２ａは、仮想接地加算点として維持され、この地点では信号は観察されない。これは、受信電極３１６が、オペアンプの非反転入力が維持される電圧に実質的に等しい定電圧で維持されることも意味する。帰還抵抗３２２ｄは、低信号歪みを維持しつつ、信号レベルを最大化するように選択でき、あるいは、本明細書に記載のように設定できるか、調整できる。

このような方法で接続されたオペアンプ３２２ｃは、結合静電容量Ｃ_ｃと共に、駆動電極３１４に供給される駆動信号の微分表現をもたらす効果を有する。具体的には、任意の所与の時間に帰還抵抗３２２ｄを流れる電流Ｉは、次の等式：
Ｉ≒Ｃ_ｃ ^＊ｄＶ／ｄｔ
（式中、Ｃ_ｃは結合静電容量であり、Ｖは駆動電極に供給された時変駆動信号を表し、ｄＶ／ｄｔはＶの時間に関する導関数である）で算出される。この等式は名目上正しいが、読者は、例えば、電流Ｉの大きさ及び動的応答の両方に影響を及ぼし得る、用いられる電極の寄生抵抗及び容量、オペアンプの特性及び制限などを原因とする様々な二次効果を考慮していないことを理解するであろう。それにもかかわらず、帰還抵抗を流れる電流Ｉは、出力３２２ｂにおいて、上述の応答信号に対応する電圧信号をもたらす。帰還抵抗を流れる電流の方向のために、この応答信号は、正のｄＶ／ｄｔ（Ｖは時間と共に増加する）が出力３２２ｂにおいて負電圧をもたらし、負のｄＶ／ｄｔ（Ｖは時間と共に減少する）が出力３２２ｂにおいて正電圧をもたらす限り反転される（図４〜６に関連して具体例が示される）。これは、次のように表現することができる：
Ｖ_ＲＳ≒−Ｒ_ｆ ^＊Ｃ_ｃ ^＊ｄＶ／ｄｔ
式中、Ｖ_ＲＳは任意の所与の時間の出力３２２ｂにおける応答信号電圧を表し、Ｒ_ｆは帰還抵抗３２２ｄの抵抗である。応答信号の振幅（電圧）は、名目上は結合静電容量Ｃ_ｃに比例することに留意されたい。したがって、電極３１４、３１８のノードにおけるタッチは結合静電容量Ｃ_ｃを減少させるので、感知ユニット３２２によってもたらされるピーク振幅又は応答信号の他の特性振幅の測定値は、そのノードにおけるタッチの存在を決定するために分析され得る。

受信電極３１６が複数の受信電極のうちの１つである実施形態では、各受信電極について専用の感知ユニット３２２を含むことが望ましい場合がある。更に、様々な駆動電極について異なるタッチスクリーンにおける信号損失を補正するために、様々な感知ユニットについて様々な量の振幅（例えば、様々なオペアンプについて異なる帰還抵抗値）をもたらすことが有利であってよい。例えば、駆動電極に関連する損失を補正するために、駆動電極を貫く長い伝導長さを必要とする位置に配置された受信電極には、より短い伝導長さを必要とする位置に配置された受信電極よりも大きい振幅が有利にもたらされる（例えば、図１の電極マトリックスを参照すると、列電極１１６ａ〜ｅが受信電極である場合、電極１１６ａから受信される信号は、電極１１６ｅに隣接した制御線１２８の配線のために、電極１１６ｅから受信される信号よりも長い長さの駆動電極１１８ａ〜ｅを貫いて結合される）。この方法で様々な受信電極について様々な量の振幅をもたらすことは、大型の電極マトリックスに特に有利である。これは、タッチスクリーンにおける損失のために（受信電極の数に対応する）多数の検出回路をプログラミングする必要性を低減できるためである。

上述のように、装置３１０はピーク検出回路３２６ａも含んでよく、この実施形態では、サンプル／ホールドバッファ及びピーク検出器をリセットするように機能する関連リセット回路３２６ｂとしても機能してよい。これらの回路素子は、感知ユニット３２２によって生成された応答信号のピーク振幅が、結合静電容量Ｃ_ｃの測定値として使用される場合に使用されてよい。かかる場合としては、感知ユニット３２２によって供給された応答信号が極めて過渡的である実施形態、例えば、１つ以上の矩形パルスが駆動信号に使用される場合（例えば、下記の図４を参照）を挙げることができる。かかる場合、ピーク検出器３２６ａは、比較的長い間にわたって応答信号のピーク振幅を維持するように作動して、信頼性の高いサンプリング及びＡＤＣ３２４によるデジタル値への変換を可能にする。複数の受信電極を有する実施形態では、単一のＡＤＣが各受信電極の検出回路に循環的に結合されてよく、各検出回路が長時間にわたって測定電圧を維持すること必要とする。ＡＤＣ３２４による測定後には、後続のサイクルで新しいピーク値を測定できるように、リセット回路３２６ｂの動作によりピーク検出器をリセットできる。

ピーク検出器３２６ａのために描写されているダイオード／コンデンサの組み合わせの基本動作（感知ユニット３２２にコンデンサを放電せずに、長時間にわたりピーク電圧を維持する機能など）は、当業者にとって明らかであり、更なる説明は不要であろう。同様に、接触時に供給される好適なリセット制御信号３２６ｃに反応するリセット回路３２６ｂの基本動作も当業者にとって明らかであろう。ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせにおいてかどうかにかかわらず、上記の感知ユニット、ピーク検出器、サンプル／ホールドバッファ、及び／又はリセット回路の１つ以上の機能を実行できる他の既知の電子機器が、本明細書では完全に想到されることに留意されたい。

前述したように、ＡＤＣ３２４は、更なる処理のためにマイクロプロセッサなどデジタル素子で用いるために、応答信号に関連する振幅値をデジタル形式に変換するために設けることが好ましい。ＡＤＣは、例えば、高速の逐次近似レジスタ（ＳＡＲ）及び／又はシグマデルタ型コンバータを含んでよいなど、任意の好適な設計であってよい。

所与のノードの測定振幅値の更なる処理に関しては、測定振幅値がメモリレジスタに保存されてよい。必要に応じて、所与のノードに関連する複数のかかる値は、例えばノイズを低減するために保存され、平均化されてよい。更に、測定振幅値は、結合静電容量の低下が起こったたかどうか、すなわち、所与のノードにおける若干のタッチの存在を判定するために、好ましくは基準値と比較される。かかる比較は、例えば基準値から測定値を減算することを含んでよい。多数のノードを含む大規模なタッチマトリックスを含む実施形態では、各ノードにおける若干のタッチの存在を判定するために、全てのノードの測定値がメモリに保存され、それぞれの基準値と個別に比較され得る。比較データを分析することにより、タッチ面上の時間的に重複した複数のタッチが存在する場合、タッチの位置を判定できる。検出可能な時間的に重複するタッチの数は、タッチパネルの電極グリッドの大きさ及び駆動／検出回路の速度だけによって限定されてよい。代表的な実施形態では、ノード間に位置するタッチ位置を正確に判定するために、隣接するノードについて検出された差異に対する補間が実行される。

図３ｂは、感知ユニット３２２の一部である微分増幅器への入力として電源３４９を含むことを除いて、図３ａに示されるタッチ装置３１０に類似したタッチ装置３４８を描写する。この電圧入力は、必要に応じて回路出力をＡＤＣの検知範囲にするように構成されてよい。例えば、一部のＡＤＣは、０．５Ｖ〜＋３Ｖの検知範囲を有する。感知ユニット３２２の出力信号のピークは、電圧を正確にデジタル化するためにこの範囲内にあるべきである。電源３４９（又は、感知ユニット３２２に関しては増幅率）は、全ての受けて側電極について１つの電圧に固定されてよいか、または特定の受信電極について調整されるかであり得る。幾つかの実施形態では、異なる電圧は、抵抗梯子ネットワークを用いて４〜１０の受信電極からなる感知ユニットに供給される。幾つかの実施形態では、増幅率は、励振電極での抵抗による信号の減少を相殺するように設定される。

図３ｃは、図３ａに示されるタッチ装置３１０に類似するが、幾つかの実施形態において、ＬＣＤディスプレイなどのディスプレイのノイズにより良く対応できる追加回路を含むタッチ装置３５０を描写する。ＬＣＤのアドレス指定周波数は、タッチパネル１１２とインターフェイスをとるために、一般に、制御装置１１４によって用いられる周波数に近いか、重複する。これにより、コモンモード信号として現れ得るノイズが受け手側電極で発生する。差動増幅器は、このコモンモード信号を排除するために用いられてよい。図３ｃに示される回路には、（負電圧のピークを検出されるように構成された）差動増幅器３５２及び追加のピーク検出回路３５１と、追加のリセット回路３５３と、が追加される。

次に図４ａを参照すると、図３ａに描写された種類の感知ユニットによって生成された、特定の駆動信号４１０の電圧対時間のグラフと、対応する（モデル化された）応答信号４１２の電圧対時間のグラフと、が示される。モデル化のために、駆動電極、受信電極、及び結合静電容量の電気的特性（これらへのタッチの影響、すなわち、２．０ｐｆから１．５ｐｆへの容量の低下を含む）は、図３ａの代表的な実施形態に関連して上述したとおりと仮定した。更に、オペアンプ３２２ｃの帰還抵抗３２２ｄは、約２Ｍオームと仮定した。

駆動信号４１０は、一連の矩形パルス４１１ａ、４１１ｃ、４１１ｅ、．．．４１１ｋを含む方形波と見られる。多くの実施形態では、より少ない数のパルス、例えば、１つだけ又は２つのパルスが所与の時間に所与の駆動電極に供給されてよく、その後、１つ以上のパルスが異なる駆動電極に供給されるなどでよいが、この信号全体は特定の駆動電極に供給されると仮定した。感知ユニットによって生成された応答信号４１２は、微分方形波に予期するように、複数の衝撃パルス４１３ａ〜ｌ（各矩形パルス４１１ａに対して２つ）を含むと見られる。したがって、例えば、駆動パルス４１１ａは、矩形パルスの立上り遷移（左側）に関連する立下り衝撃パルス４１３ａと、矩形パルスの立下り遷移（右側）に関連する立上り衝撃パルス４１３ｂと、をもたらす。衝撃パルスは、オペアンプの信号大域幅及びタッチスクリーンのＲＣフィルター効果の結果として四捨五入される。信号４１０の時間に関する理想的な導関数からのこれらの偏差にもかかわらず、応答信号４１２は駆動信号の微分表現を含むと見なされてよい。

示されるように、駆動パルス４１１ａ、４１１ｃ、４１１ｅ、．．．４１１ｋは、全て同じ振幅を有するが、上述したように異なる振幅のパルスも供給されてよい。しかしながら、駆動パルスの共通振幅にもかかわらず、期間４１２ａ中に発生する衝撃パルス４１３ａ〜ｇは、第１のピーク振幅を有するように見られ、期間４１２ｂ中に発生する衝撃パルス４１３ｈ〜ｌは、第１のピーク振幅よりも小さい第２のピーク振幅を有するように見られる。これは、衝撃パルス４１３ｇの後かつ衝撃パルス４１３ｈの前の時点でモデルが結合静電容量Ｃ_ｃの変化をもたらし、この変化が非タッチ状態（Ｃ_ｃ＝２ｐｆ）からタッチ状態（Ｃ_ｃ＝１．５ｐｆ）への遷移に対応するからである。期間４１２ｂ中の衝撃パルスの縮小したピーク振幅は、直ちに測定され、適用ノードにおけるタッチイベントに関連付けられ得る。

図３に関連して記載したように、衝撃パルス４１３ａ〜ｌの過渡的性質のおかげでこれらをピーク検出器及びサンプル／ホールドバッファで用いるのに特に好適になり、ピーク振幅の正確な測定値の入手及びＡＤＣによるサンプリングが可能になる。

図４ｂは、励振電極の連続駆動を含む実施形態による代表的な波形を示すグラフを描写する。波形４３０、４３１、及び４３２は、期間ｔ中の３つの別個の（場合によっては互いに隣接する）励振電極（例えば、マトリックス型センサの第１列、第２列、及び第３列）におけるパルス信号を表す。波形４３３、４３４、及び４３５は、同期間中の３つの別個の受信電極（例えば、マトリックス型センサの行）におけるパルス信号から生じた微分出力を表す。各受信電極（行）が類似の応答特性を有することに留意されたい。波形４３２、４３１、及び４３１に対応する励振電極は、連続して駆動される。図３に関連して上述したように、ピーク振幅を表す電圧は、各電極の駆動（波形４３０、４３１、又は４３２の個別のいずれか１つによって表される）後に各受信電極（行）に関連するピーク検出回路で入手できる。したがって、各励振電極（列）の駆動後には、全ての受信電極（行）について、ピーク検出回路において結果として得られる電圧がサンプリングされ、次に関連するピーク検出回路がリセットされ、次の連続励振電極が駆動される（など）。このようにして、マトリックス型容量式タッチセンサ内の各ノードは、アドレス指定及びサンプリングを個別に実行できる。

図５ａは、駆動電極、受信電極、結合静電容量、及び感知ユニットという同じ電子配置だが、駆動信号の波形が異なる、図４ａの１対のグラフに類似の１対のグラフを描写する。図５ａの駆動信号５１０は、結果として得られる応答信号５１２が矩形パルス５１３ａ〜ｊを含むように、ランプパルス５１１ａ、５１１ｃ、５１１ｅ、．．．５１１ｉを含む。矩形パルスは、やや丸みを帯びた角部を有し、ほぼ垂直のハイ／ロー遷移を示すモデル（ただし、簡略化のために垂線と鋭角部に再描画された）によって予測される。矩形パルスの立上り時間及び立下り時間は、用いられる駆動電極及び受信電極のＲＣ伝送線路によって制限される。駆動パルス５１１ａなどは対称のランプ形状を特徴とし、各パルスの前半は立上り傾斜を有し、後半は同一規模の立下り傾斜を有する。この対称性は、次に応答信号５１２にも持ち越され、立下りパルス５１３ａ、５１３ｃなどは、立上りパルス５１３ｂ、５１３ｄなどで実質的に釣り合いが取れている。図４ａの説明と同様に、矩形パルス５１３ｅの後かつ矩形パルス５１３ｆの前の時点、すなわち期間５１２ａから期間５１２ｂへの遷移中に、モデルが結合静電容量Ｃ_ｃの変化をもたらし、この変化が非タッチ状態（Ｃ_ｃ＝２ｐｆ）からタッチ状態（Ｃ_ｃ＝１．５ｐｆ）への遷移に対応する。期間４１２ｂ中に発生した応答信号パルスの縮小した振幅は、直ちに測定され、適用ノードにおけるタッチイベントに関連付けられてよい。注目に値する図５ａの機能は、各パルス５１３ａ〜ｊの各平坦部における応答信号５１２の（所与のパルスの時間尺度にわたる）相対的な定常状態特性であり、立下りパルス５１３ａ、５１３ｃなどの「平坦部」は、パルス５１３ｂ、ｄなどのように「頂上部」ではなく、パルス波形の「底部」であると理解される。この定常状態特性は、駆動パルスの大部分にわたって一定の傾斜、すなわちランプ形状を有する駆動パルスの結果として生じたものである。幾つかの実施形態では、タッチ装置設計者は、不要な回路素子を排除してコストを削減するためにこの定常状態を活用することを望むかもしれない。具体的には、応答信号自体は、実質的に一定の振幅（パルスの平坦部）をパルスの時間尺度にわたって維持し、この一定振幅は結合静電容量Ｃ_ｃを示すか、これに反応するため、図３ａに関連して記載されたピーク検出器、サンプル／ホールドバッファ、及びリセット回路はもはや必要ではないことがあり、ＡＤＣが振幅のサンプリング及び測定を実行するために定常状態特性の時間的尺度が十分に長ければ、システムから排除してよい。必要に応じて、ノイズを低減するために、かかる場合に感知ユニットによって生成された応答信号は、遮断周波数が、より高い周波数ノイズを除去する一方で、フィルター処理されていないパルスと同一の総合忠実度又は波形を実質的に維持するように選択される、ローパスフィルターを通して送られてよい。かかるフィルターの出力、すなわちフィルター処理された応答信号は、次にＡＤＣに供給されてよい。当然ながら、場合によっては、ランプ型駆動パルスにローパスフィルターを用いるかどうかにかかわらず、ピーク検出器、サンプル／ホールドバッファ、及びリセット回路を維持することが望ましいことがある。

必要に応じて、応答信号で立上りパルス及び立下りパルスを生じさせる（例えば、図４ａの信号４１２及び図５ａの信号５１２を参照）タッチ装置の実施形態では、整流回路を用いてよい。これらの信号の整流は、他の回路機能の対応する効果（ピーク検出及びアナログデジタル変換など）を有することがある。図５ａの信号５１２の場合、この信号の整流されたものは、それぞれの信号の対称性の結果として、ほぼ継続的に定常状態の電圧レベルを有利に維持する（オペアンプの制限及びＲＣ伝送線路の効果による過渡的効果は無視する）。

図５ｂは、異なる種類の励振波形を用いることを除いて図４ｂに類似の、励振電極の連続駆動を含む実施形態による代表的な波形を示す複数の対のグラフを描写する。波形７６０、７６１、及び７６２は、期間ｔ中の３つの別個の（場合によっては互いに隣接する）励振電極（例えば、マトリックス型センサの第１列、第２列、及び第３列）における代表的な励振三角パルス信号である。波形７６３、７６４、及び７６５は、同期間中に受信電極（例えば、行）で見られるような、それぞれの結果として得られる波形である。

次に図６ａを参照すると、図５ａ及び４ａのグラフに類似の一対のグラフが存在する。駆動電極、受信電極、結合静電容量、及び感知ユニットという同じ電子配置だが、更に別の駆動信号の波形が用いられると仮定する。図６ｂの駆動信号６１０はランプパルス６１１ａ〜ｅを含み、実質的に矩形パルス６１３ａ〜ｅを有する、結果として得られる応答信号６１２をもたらす。図５ａの対称的なランプ形状とは異なり、傾斜面によって用いられるパルス時間の割合を最大化するために、ランプパルス６１１ａ〜ｅは非対称である。しかし、この傾斜面の最大化は、各駆動パルスの片側における急速なローハイ遷移をもたらし、応答信号６１２の各矩形パルスに外接する立下り衝撃パルスを生じさせる。結果として生じる、完全な矩形性からの偏差にもかかわらず、２つの比較的急勾配のハイロー遷移の間に比較的一定の振幅平坦部を維持する限り、パルス６１３ａ〜ｅは、それにもかかわらず実質的に矩形である。したがって、図５ａの信号５１２に類似の方法で、信号６１２のパルスは、駆動パルスの大部分にわたって一定の傾斜、すなわちランプ形状を有する駆動パルスの結果として定常状態特性を備える。したがって、ここでもタッチ装置の設計者は、ＡＤＣが振幅のサンプリング及び測定を実行するために定常状態特性の時間的尺度が十分に長ければ、ピーク検出器、サンプル／ホールドバッファ、及びリセット回路を排除することによりこの定常状態を活用することを望むかもしれない。前述したように、ローパスフィルターも回路設計に追加してよい。

図６ｂは、異なる種類の励振波形を用いることを除いて、図４ｂ及び図５ｂに類似の、励振電極の連続駆動を含む実施形態による代表的な波形を示す１対のグラフを描写する。波形７５０、７５１、及び７５２は、期間ｔ中の３つの別個の（場合によっては互いに隣接する）励振電極（例えば、マトリックス型センサの第１列、第２列、及び第３列）における代表的な励振ランプパルス信号である。波形７５３、７５４、及び７５５（図７ｂ）、並びに７６３、７６４、及び７６５（図７ｃ）は、同期間中に受信電極（例えば、行）で見られるような、それぞれの結果として得られる波形である。

次に図７を参照すると、パルス駆動信号８０７の電圧対時間のグラフと、対応する、図３ｃに描写された回路の、感知ユニット３２２によって生成される出力であろう（モデル化された）第１の応答信号８０１及び差動増幅器３５２によって生成される出力であろう（モデル化された）第２の応答信号８０２の電圧対時間のグラフと、が示される。モデル化のために、駆動電極、受信電極、及び結合静電容量の電気的特性（これらへのタッチの影響、すなわち、２．０ｐｆから１．５ｐｆへの容量の低下を含む）は、図３ａの代表的な実施形態に関連して上述したとおりであると仮定した。

第１の応答信号８０１は、感知ユニット３２２からのモデル化された出力である。これは、ＬＣＤパネルのノイズとして受信され得るものに類似した、コモンモード信号を示す正弦波形状を含む。応答信号８０２は、差動増幅器３５２からのそれぞれモデル化された出力である（説明のために破線で示されるが、実際の出力は実線である）。差動増幅器３５２からの出力は、実際には、パルスの合計である（説明のために縮小せずに示す）。図７における個別パルス（８０３ａ．．．ｄ、８０４ｅ、ｆ、ｇ）は、図４ａのパルス４１３ａ．．．ｋと同じ特性を有するが、縮尺のために図７とは異なるように見える。第１の負パルス（８０３ａ）は、検出されて増幅器の反転入力に合計されるピークであり、応答信号８０２において第１のステップ（ステップ８０５ａ）をもたらす。次に、正パルス（８０４ｅ）は、検出されて増幅器での非反転入力に合計されるピークであり、出力において正ピーク及び負ピークの両方の合計をもたらす（ステップ８０５ｂ）。続いて発生するパルス又はコモンモード信号のいずれもが、ステップ８０５ｂの後に、応答信号８０２の電圧レベルに実質的に影響を及ぼすことはない。タッチは、一連のパルス後に（つまり、ステップ８０５ｂによって画定される平坦部に電圧が達した後に）波形８０２で示される第１の電圧サンプルを測定し、リセット回路３５３及び３２６ｂ（図３ｃ）を用いてピーク検出器をリセットし、次に同じ又は類似の方法を用いて第２の電圧サンプルを測定するなどによって検知されてよい。ある実施形態では、ある閾値と比較したこれらのサンプル電圧の変化はタッチを示す。

図８は、容量的に結合された電極の４×８マトリックスを有するタッチパネル７１２と、タッチパネルでの複数の同時タッチの検出に使用できる様々な回路素子と、を含むタッチ装置７１０の概略図である。電極マトリックスは、平行の駆動電極ａ、ｂ、ｃ、及びｄを含む上電極アレイを含む。また、平行の受信電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、及びＥ８を含む下アレイも含む。上電極アレイ及び下電極アレイは、互いに直行するように配置される。（所与のノードについて、上記で結合静電容量Ｃ_ｃと呼ばれる）直交する電極の各対の間の容量結合は、図のようにマトリックスの様々なノードについてＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ４ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂなど〜Ｃ８ｄと表示され、これらの全ての値は、タッチされていない状態にほぼ等しくてよいが、前述のようにタッチが加えられたときに減少する。この図では、様々な受信電極と接地（Ｃ１〜Ｃ８）との間及び様々な駆動電極と接地（ａ’〜ｄ’）との間の静電容量も描写する。

このマトリックスの３２ノード、すなわちこれらに関連する相互静電容量又は結合静電容量は、図３ａに関連して説明したように回路（図示されるように好適な導電経路又は配線によって全てが接続された（ただし、図の簡略化のために制御装置７２２とピーク検出器Ｐ１〜Ｐ７のそれぞれとの間の接続が図から除外されていることを除く）駆動ユニット７１４、マルチプレクサ７１６、感知ユニットＳ１〜Ｓ８、サンプル／ホールドバッファとしても機能してよい任意のピーク検出器Ｐ１〜８、マルチプレクサ７１８、ＡＤＣ７２０、制御装置７２２）によってモニタされる。

動作時には、制御装置７２２は、マルチプレクサ７１６の動作により駆動電極ａに供給される１つ以上の駆動パルスを含む駆動信号を駆動ユニット７１４に生成させる。駆動信号は、駆動電極ａとのそれぞれの相互静電容量により受信電極Ｅ１〜Ｅ８のそれぞれに結合する。結合信号は、同時に、又は実質的に同時に感知ユニットＳ１〜Ｓ８に受信電極のそれぞれに対する応答信号を生成させる。したがって、装置７１０が動作中である現時点では、駆動電極ａに供給される駆動信号（例えば、最大５、４、３、又は２の駆動パルスを含んでよいか、または１つの駆動パルスのみを有してよい）は、振幅がノードＥ１／ａの結合静電容量Ｃ１ａを示す応答信号を感知ユニットＳ１に生成させ、振幅がノードＥ２／ａの結合静電容量Ｃ２ａを示す応答信号を感知ユニットＳ２に生成させるなど、ノードＥ３／ａ〜Ｅ８／ａに対応する他の感知ユニットＳ３〜Ｓ８にも全て同時に応答信号を生成させる。例えば図４ａの信号４１２のように応答信号が極めて過渡的性質である場合、感知ユニットＳ１〜Ｓ８によって供給されるそれぞれの応答信号のピーク振幅を検出するため、及び任意にマルチプレクサ７１８に供給されるその出力においてこれらの振幅をサンプリングして維持するために、ピーク検出器Ｐ１〜Ｐ８が設けられてよい。あるいは、応答信号が著しい定常状態特性を有する場合、例えば、上述の信号５１２及び６１２のように１つ以上の矩形パルスの形態の場合、ピーク検出器をローパスフィルターに代えてよいか、マルチプレクサ７１８に感知ユニットの出力を直接供給できるようにピーク検出器を単純に排除してよい。いずれの場合においても、特性振幅信号（例えば、応答信号のピーク振幅又は平均振幅）はマルチプレクサ７１８に供給され、制御装置７２２は、ＡＤＣ７２０が最初にピーク検出器Ｐ１（存在する場合、又は例えばローパスフィルター又はＳ１）に結合してノードＥ１／ａに関連する特性振幅を測定し、次にピーク検出器Ｐ２に結合してノードＥ２／ａに関連する特性振幅を測定するなどして、最後にピーク検出器Ｐ８に結合してノードＥ８／ａに関連する特性振幅を測定できるように、制御装置７２２がマルチプレクサ７１８を素早く循環させる。これらの特性振幅が測定されると、値は、制御装置７２２に保存される。ピーク検出器がサンプル／ホールドバッファを含む場合、制御装置は測定後にこれらをリセットする。

次の動作段階では、制御装置７２２は、マルチプレクサ７１４を循環させて駆動ユニット７１４を駆動電極ｂに結合させ、ここでも駆動ユニットに１つ以上の駆動パルスを含み、今度は電極ｂに供給される別の駆動信号を生成させる。電極ｂに供給された駆動信号は、以前電極ａに供給された信号と同じでも、異なっていてもよい。例えば、上述のタッチパネル損失に関する理由のために、電極ｂに供給された駆動信号は、電極ａに供給された駆動信号よりも小さい振幅を有してよく、これは、電極ｂが、応答信号の発生元である（したがって、損失が少ない）感知電極Ｅ１〜Ｅ８の端部により接近しているためである。いずれの場合においても、電極ｂに供給された駆動信号は、振幅がノードＥ１／ｂの結合静電容量Ｃ１ｂを示す応答信号を感知ユニットＳ１に生成させ、振幅がノードＥ２／ｂの結合静電容量Ｃ２ｂを示す応答信号を感知ユニットＳ２に生成させるなど、ノードＥ３／ｂ〜Ｅ８／ｂに対応する他の感知ユニットＳ３〜Ｓ８にも全て同時に応答信号を生成させる。動作の第１段階に関連して上述したピーク検出器Ｐ１〜Ｐ８、又はサンプル／ホールドバッファ、又はローパスフィルターの有無は、本明細書において等しく適用可能である。いずれの場合においても、特性振幅信号（例えば、応答信号のピーク振幅又は平均振幅）はマルチプレクサ７１８に供給され、制御装置７２２は、ＡＤＣ７２０が最初にピーク検出器Ｐ１（存在する場合、又は例えばローパスフィルター又はＳ１）に結合してノードＥ１／ｂに関連する特性振幅を測定し、次にピーク検出器Ｐ２に結合してノードＥ２／ｂに関連する特性振幅を測定するなどして、最後にピーク検出器Ｐ８に結合してノードＥ８／ｂに関連する特性振幅を測定できるように、制御装置７２２がマルチプレクサ７１８を素早く循環させる。これらの特性振幅が測定されると、値は、制御装置７２２に保存される。ピーク検出器がサンプル／ホールドバッファを含む場合、制御装置は測定後にこれらをリセットする。

次に更に２つの動作段階が同様の方法で実行される。つまり、駆動信号が電極ｃに供給され、ノードＥ１／ｃ〜Ｅ８／ｃに関連する特性振幅が測定されて保存され、次に駆動信号が電極ｄに供給され、ノードＥ１／ｄ〜Ｅ８／ｄに関連する特性振幅が測定されて保存される。

この時点で、タッチマトリックスの全ノードの特性振幅が、非常に短時間、例えば、場合によっては２０ミリ秒未満又は１０ミリ秒未満で測定されて保存されたことになる。次に制御装置７２２は、ノードのそれぞれについてこれらの振幅と基準振幅を比較して、各ノードについて比較値（例えば、差分値）を入手してよい。基準振幅が非タッチ状態を表す場合、所与のノードに関する０の差分値は、かかるノードにおいて生じているのが「非タッチ」であることを示す。その一方で、有意差値は、このノードにおけるタッチ（部分タッチを含んでよい）を表す。制御装置７２２は、上述したように、隣接したノードが有意差値を示す場合には、補間法を用いてよい。

特に指定されない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用する、数量、特性の測定値などを表す全ての数値は、「約」という語で修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、そうでない旨が指定されない限り、上記の明細書及び特許請求の範囲において記載された数値パラメーターは、本出願の教示を利用する当業者が得ようと求める望ましい特性に応じて変化し得る概算値である。均等論を「特許請求の範囲」の範疇に適用することを制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメーターは少なくとも、記録された有効数字の桁数を考慮して、又通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメーターは近似であるにもかかわらず、いかなる数値も本明細書で述べられる具体的な例で示される程度に、これらは妥当に可能な限り精確に報告される。しかしながら、いかなる数値も試験及び測定の限界に関連する誤差を含み得る。

本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく本発明の様々な改変及び変形が当業者には明らかであり、本発明が本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されるものではないことは理解されるはずである。例えば、読者は、別段の指示がない限り、１つの開示された実施形態の特徴がその他全ての開示された実施形態にも適用され得ると仮定するべきである。また、本明細書において参照された全ての米国特許、公開特許出願、並びに他の特許及び非特許文書は、それらが上述の開示に矛盾しない範囲において、参照により組み込まれると理解すべきである。

Claims

タッチセンス装置であって、
タッチ面と、電極マトリックスを画定する複数の電極と、を含むパネルであって、前記複数の電極が、複数の駆動電極と、複数の受信電極と、を含み、各駆動電極が、前記マトリックスのそれぞれのノードにおいて各受信電極に容量的に結合され、前記パネルが、前記ノードの所与の１つに隣接した前記タッチ面にタッチすると、前記所与のノードに関連する前記駆動電極と前記受信電極との間の結合静電容量が変化するように構成された、パネルと、
駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動電極に一度に１つ供給するように構成された駆動ユニットと、
各駆動電極に供給される各駆動信号について、前記複数の受信電極に対する応答信号を生成するように構成された感知ユニットであって、前記応答信号のそれぞれが前記駆動信号の微分表現を含み、前記応答信号のそれぞれの振幅が前記関連するノードにおける結合静電容量に反応する、感知ユニットと、
前記ノードのそれぞれに対する前記応答信号のそれぞれの前記振幅を測定し、それから前記タッチ面上の時間的に重複した複数のタッチが存在する場合、該タッチの位置を判定するように構成された測定ユニットと、
を含み、前記感知ユニットが、前記受信電極のそれぞれについて、前記それぞれの応答信号の最大振幅を表すピーク検出器出力を供給するように構成されたピーク検出器を含む、タッチセンス装置。
前記駆動ユニットが、駆動信号生成器と、マルチプレクサと、を含み、前記駆動信号生成器が、前記マルチプレクサを介して前記駆動電極の所与の１つに選択的に結合可能である、請求項１に記載の装置。
前記感知ユニットが、前記受信電極のそれぞれについて、前記それぞれの受信電極に結合された反転入力を有するオペアンプを含む、請求項１に記載の装置。
前記感知ユニットが、前記受信電極を一定電圧で維持するように更に構成された、請求項１に記載の装置。
各ピーク検出器がサンプル／ホールドバッファを含む、請求項１に記載の装置。
各ピーク検出器がコンデンサに結合されたダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
前記測定ユニットが、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、マルチプレクサと、を含み、前記ＡＤＣが前記マルチプレクサを介して前記感知ユニットに結合される、請求項１に記載の装置。
前記駆動信号が複数の連続パルスを含み、各応答信号が対応する複数の応答パルスを含み、前記測定ユニットが、各応答信号について、前記複数の応答パルスの振幅を表す振幅を測定するように構成される、請求項１に記載の装置。
前記測定ユニットが、各応答信号について、前記複数の応答パルスの最大振幅を測定するように構成される、請求項８に記載の装置。