JP5882232B2 - 手動入力動作と相関する信号の発生のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、物理的デバイスに対して、手動、特に、手または指によって、ユーザによって実行されるジェスチャ状入力動作と相関する信号の発生のためのシステムならびに方法に関し、本信号は、特に、ユーザプログラムを使用するためのコンピュータシステムの電子デバイスの制御のために使用される。

本発明の目的は、特に、信頼性があって、かつ正確に、手動、特に、ユーザによって実行されるジェスチャ状入力動作と相関する、特に、ユーザプログラム相互作用のための制御信号として、信号処理動作のための入力信号を発生可能となる、解決策をもたらすことである。

本課題は、ユーザによって実行される手動入力動作等と相関する、入力信号を発生させるためのシステムであって、
いくつかの平坦形状かつ隣接する電極を備える、機器構成要素内に統合される、電極群と、
電極群の電極と連結される、回路配設と
を備え、電極群および回路配設は、センサ回路を構成し、機器構成要素の物理的接触の状態の検出と、機器構成要素の上方に空間的に位置する面積内のユーザの手または指の位置の検出の両方を可能にする、システムによって、本発明に従って、解決される。

したがって、有利には、指の自由空間移動と、電極配設を収容する、構造の物理的接触を確実に区別することを可能にする、ユーザによって連動される手動入力動作のための入力インターフェースを作成することが可能性として考えられる。特に、有利な形態では、このように、ジェスチャ、ならびに接触プロセスによって結論付けられる、または検証される、あるいは１つもしくかいくつかの短い接触相を含有する、カーソル制御および選択プロセスを取り扱うことが可能である。本発明は、通常設計属性を伴う電子機器の場合、直感的に良好に制御可能な付加的機能がもたらされ得る、「隠されたインターフェース」の実装のための特定の範囲において、好適である。本発明は、特に、別個の平面形状機器構成要素、特に、ディスプレイ、筐体、ユーザパネル、特に、コンピュータキーボードの場合における使用にも好適である。

本発明の特定の側面によると、位置検出は、主に、相互に離間するいくつかの下位電極（ｓｕｂｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を備える、電極群内に含有される、電極下位群（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｕｂｇｒｏｕｐ）によって、達成される。

個々の電極は、好ましくは、電極全体が、かなりの程度まで閉鎖された面積を表すように、輪郭が描かれる。これらの電極の回路配設への電気接続は、接触検出が、主に、電極群の電極に作用し、そうすることによって、本電極によって検出される、電気的影響によって生じるように、達成することができる。本電極は、最大電極サイズを表すように構成することができる。本電極は、位置検出電極と実質的に同一面積上に延在するように構成することができる。接触を検出するために提供される、本電極はまた、位置検出電極の正面、または好ましくは、背後に配設することができる。

接触の検出は、例えば、電極とユーザの有意な容量結合の存在を判定する電極によって、生じることができる。好ましくは、電極は、電極の流電接触が生じないように、絶縁体によって被覆される。しかしながら、接触検出のための役割を果たす本電極が、ユーザによって、流電的に接触され得る実施形態もまた、可能である。

有意な信号レベルに基づく、接触状態の検出に加えて、また、電極に作用する影響の動的特徴に基づく、接触検出の判定も可能である。したがって、例えば、電極に印加される電圧レベルの顕著な停滞を使用することができる、またはその電極の含有下で構成される、静電容量システムの静電容量の停滞を、接触として分離される状態が与えられ得る、状況証拠として、あるレベルで使用することができる。接触状態として、本発明によるシステムに対する、ユーザの指または手の接近状態の評価もまた、特に、絶対信号レベル、信号レベルの時間応答に対する導関数、ならびに該当する場合、また、三角測量の結果のいくつかの組み合わせられた処理基準によって、生じることができる。接触を示す三角測量結果として、例えば、その位置検出電極までの計算された個々の距離が、検出された物体が、少なくとも比較的に、位置検出電極によって定義されるレベル近傍にあることを示す、三角測量結果は、有効となり得る。

本発明による、電極群は、個々の電極の形状ならびに他に向かってのそのそれぞれの管理に対して、非常に対称的に構成することができる。そのような概念は、特に、片手入力システムに好適である。また、両手入力によって達成することができるように、本発明による、電極群を構成することも可能である。そのような用途の場合、電極群は、そのある領域が、対応するデバイスの有利な面積において、本発明のための特に精密な位置検出のために意図され、残りの面積が、実質的に、接触検出のために意図されるように構成することができる。本発明による、コンピュータキーボード内へのシステムの統合の場合、特に、Ｘ-、Ｙ-軸、好ましくは、Ｚ-軸に関する精密な情報もまた、例えば、数字パッドの範囲内で判定することができる一方、左手に割り当てられたキーパッド面積では、それらの接触検出は、実質的に、第２の手による、キーボードの物理的構成要素の接触の検出に関してレイアウトされる。

システムを継続的に計測し、例えば、接触の場合、手が、接近範囲内に入る前、すなわち、依然として、接触前に、検出された信号によって、適宜、判定される位置情報を処理することが可能である。

さらに、主要位置検出電極または接触検出電極としての電極の機能が、メモリに基づいて、判定されることができるように、回路配設および電極を設計ならびに接続可能である。また、電極の機能を動的に調節することが可能である。したがって、位置検出のための各接近状態に対して、電極群を使用して、特に、信頼性のある三角測量を可能にする。

好ましくは、電極群は、主要電極およびそれらの下位電極を備えるように構成される。下位電極は、好ましくは、これらがそれぞれ、主要電極として、１つのより小さい電極表面を有するように構成される。下位電極は、特に、下位電極の総面積が、主要電極の総面積より小さいように、小表面を伴って、設計することができる。

特に、長方形電極システムとしての電極群の構成では、検出領域のエッジ面積内に、下位電極を配設することが可能である。下位電極は、これらがそれぞれ、中心に対して、長方形の表面にある、電極対を構成するように配設することができる。したがって、左右下位電極によって、Ｘ-軸を中心として、比較的に精密なデータを取得し、上下電極によって、Ｙ-軸を中心として、比較的に精密なデータを取得することが可能である。次いで、本情報の全体から、ある合致およびさらなる接近評価によって、Ｚ-軸を中心とする情報を判定することができる。

代替として、比較的に長い伸長電極および検出領域のエッジ面積に沿って延在する電極として下位電極の種類に対してもまた、検出領域の対応するエッジ面積内に、比較的に小さい頑丈に構築された電極として、下位電極を設置することが可能である。

境界に近接する下位電極の前述の配設、すなわち、エッジ面積内に配設される電極は、特に、接触パッドディスプレイシステムと関連する、本発明による技法の使用の場合、好適である。

本発明を参照して考えられるさらなる解決策によると、また、主要電極によって包囲される面積内に、下位電極を配設することも可能である。下位電極は、この点において、実質的に、中心に近接する電極群として、設計することができる、または代替として、また、その重心表面が、比較的に、接触検出領域の割り当てられた四分円または区画の重心表面に近接するようにも配設することができる。

電極配設は、好ましくは、検出領域が、実質的に、長方形面積を表すように構成される。電極下位群は、この点において、好ましくは、基本的には、検出領域内で回転対称に構成され、または、点対称にさえも構成される。

本発明の特に好ましい実施形態によると、電極下位群は、４つの下位電極を備え、下位電極の位置が、下位電極の表面重心が、長方形、菱形、または正方形のエッジを表すよう固定されるように構成される。

本発明によるシステムに、電極群下方の検出領域から外方に向く電極のある下側に延在する担体電極を取り付けることが可能である。本担体電極によって、後方遮蔽を達成することができる。担体電極は、本担体電極が、電極群の下側の広域遮蔽のために、遮蔽電極として動作するように、回路配設または別のドライバ回路に接続することができる。担体電極はまた、接触検出のためにも使用することができる（図１５、１６を比較）。

本発明による概念によって、デバイス正面の空間面積内の四肢、特に、ユーザの指の位置および移動を検出し、同時に、ユーザが、デバイスの表面に接触するかどうかを判定するために、デバイス内に統合することができる、電子デバイスを生成することが可能である。本発明は、ユーザとそれによって操作されるデバイスとの間に新しい通信チャネルを生成し、ジェスチャ制御の自由性ならびに接触に基づく動作の明確性を組み合わせる。本発明による概念は、経済的かつ非常にコンパクトなハードウェアによって、実現することができる。回路配設は、該当する場合、単一ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって、実現することができる。代替として、本発明による回路はまた、依然として、比較的に、場所節約方式において、市販の構成要素とともに、離散的に実装することができる。

本発明は、接触に基づくものと、接触を伴わないジェスチャに基づくものの制御概念の間にブリッジを生成し、拡散コンピュータアプリケーション（および、類似物）内に技術を統合することができる。本発明は、ジェスチャに基づく制御のため、またはそこからの容認のための下地を作り、かつそれを支援する。

本発明による解決策は、特定の電極配設および割り当てられた回路配設から成る、本明細書に示されるシステムに加え、また、接近プロセスの範囲内において、抽出された場所情報および機器構成要素の接触の場合に生成される接触情報の両方を含む、信号の提供のための方法を備える。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ユーザによって実行される手動入力動作等と相関する入力信号を発生させるためのシステムであって、
相互に隣接するいくつかの平坦形状電極を含む機器構成要素内に統合される電極群と、
前記電極群の電極と連結される回路配設と
を含み、
前記電極群および前記回路配設は、センサ回路を構成し、前記機器構成要素の物理的接触として評価するための状態の検出と、前記機器構成要素の正面に空間的に位置する面積におけるユーザの手または指の位置検出との両方を可能にする、システム。
（項目２）
前記位置検出は、主に、相互に離間したいくつかの下位電極を含む前記電極群内に含有される電極下位群によって達成されることを特徴とする、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記電極群は、実質的に、その全体において、接触検出領域表面としての役割を果たす表面積全体を被覆するように構成されることを特徴とする、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記電極群は、主要電極およびそれらの下位電極を含むことを特徴とする、項目３に記載のシステム。
（項目５）
前記下位電極の総面積は、前記主要電極の総面積より小さいこと、または前記下位電極はそれぞれ、前記主要電極として、１つのより小さい電極表面を有すること、または前記下位電極は、前記検出領域のエッジ領域内に配設されること、および／またはストリップ状電極構造としての前記下位電極は、前記検出領域のエッジに沿って延在することを特徴とする、項目１から４のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
（項目６）
前記検出領域は、エッジ領域を含み、前記下位電極は、これらのエッジ面積内に配設されることを特徴とする、項目１から５のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
（項目７）
前記下位電極は、前記主要電極によって包囲される面積内に配設されること、および／または前記検出領域は、実質的に、長方形面積を表すこと、および／または前記電極下位群は、実質的に、前記検出領域内に回転対称に構成されることを特徴とする、項目１から６のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
（項目８）
前記電極下位群は、４つの下位電極を含み、前記下位電極の位置は、前記下位電極の表面重心が、長方形、菱形、または正方形のエッジを表すように固定されることを特徴とする、項目１から７のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
（項目９）
担体電極が、前記電極群下方の前記検出領域に対して、前記電極の一方の下側に延在するように提供されることを特徴とする、項目１から８のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
（項目１０）
前記担体電極は、前記回路配設に接続され、前記担体電極は、前記電極群の下側部分の広域遮蔽のための遮蔽電極として動作されることを特徴とする、項目１から９のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
（項目１１）
前記電極のうちの少なくとも１つは、透明であり、特に、ＩＴＯ層電極として設計されることを特徴とする、項目１から１０のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
（項目１２）
ユーザによって実行される手動入力動作等と相関する入力信号を発生させるための方法であって、
相互に隣接するいくつかの平面形状電極を含む機器構成要素内に統合される電極群によって、前記機器構成要素の物理的接触として評価するための状態の検出と、前記機器構成要素の正面に空間的に設置される面積に内における位置検出との両方を行い、
前記接触検出は、前記信号に適用される検出基準、あるいは前記位置検出の範囲内で判定または発生されるその導出された値に従って行われる、方法。
（項目１３）
前記検出基準は、Ｚ-軸の位置に対する指示信号寄与の時間応答にわたる特徴の発生に
関する動的基準であることを特徴とする、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記検出基準は、前記Ｚ-軸の検出された位置の観察を含み、前記機器構成要素までの
特定の距離が下回った場合に、接触が検出されることを特徴とする、項目１２または１３に記載の方法。
（項目１５）
項目１から１１のいずれかに記載のシステムを伴うディスプレイデバイスであって、これによって、接触の場合、指の動きの２次元検出およびユーザの指または手の空間検出が可能であり、前記ディスプレイデバイスに接続されたコンピュータシステムの機能は、前記ディスプレイデバイスの正面で実行されるジェスチャ状入力によって連動することができる、ディスプレイデバイス。
（項目１６）
ディスプレイおよびキーボード機器を含むコンピュータモニタであって、前記ディスプレイおよび前記キーボード機器の両方に、電場電気式に、ユーザの指または手の空間検出を可能にする検出手段が統合され、前記デバイスの機能は、前記ディスプレイの正面および前記キーボード機器の正面で実行されるジェスチャ状入力によって連動することができる、コンピュータモニタ。

本発明のさらなる詳細および特徴は、図面と併せて、以下の説明からもたらされる。
図１は、組み合わせられたジェスチャおよび接触検出のための、本発明によるシステム内の電極群の構造を例証する略図である。 図２は、ＡＳＩＣとして実行される、回路配設への図１による電極群の回路接続を例証する略図である。 図３は、電極配設の構成の２つのさらなる変形例を例証する略図である。 図４は、運動および接触プロセスのための信号レベルの時間応答を例証するチャート図である。 図５は、本発明による、信号処理の好ましい変形例を例証する流れ図である 図６から９は、ジェスチャおよび接触の組み合わせられた検出のための、本発明によるシステム内の本発明による電極群のさらなる変形例の構造を例証する、さらなる略図である。 図６から９は、ジェスチャおよび接触の組み合わせられた検出のための、本発明によるシステム内の本発明による電極群のさらなる変形例の構造を例証する、さらなる略図である。 図６から９は、ジェスチャおよび接触の組み合わせられた検出のための、本発明によるシステム内の本発明による電極群のさらなる変形例の構造を例証する、さらなる略図である。 図６から９は、ジェスチャおよび接触の組み合わせられた検出のための、本発明によるシステム内の本発明による電極群のさらなる変形例の構造を例証する、さらなる略図である。 図１０から１２および１５、１６は、組み合わせられた接触検出の本発明による概念の詳細な説明のスケッチである。 図１０から１２および１５、１６は、組み合わせられた接触検出の本発明による概念の詳細な説明のスケッチである。 図１０から１２および１５、１６は、組み合わせられた接触検出の本発明による概念の詳細な説明のスケッチである。 図１３および１４は、ディスプレイデバイスと併用するための、本発明による概念の説明のスケッチである。 図１３および１４は、ディスプレイデバイスと併用するための、本発明による概念の説明のスケッチである。 図１０から１２および１５、１６は、組み合わせられた接触検出の本発明による概念の詳細な説明のスケッチである。 図１０から１２および１５、１６は、組み合わせられた接触検出の本発明による概念の詳細な説明のスケッチである。 図１７、１８および１９は、データプロセッサとの、この場合では、ノットブックまたはデスクトップコンピュータおよび投影装置との、本発明によるシステムの併用を例証するスケッチである。 図１７、１８および１９は、データプロセッサとの、この場合では、ノットブックまたはデスクトップコンピュータおよび投影装置との、本発明によるシステムの併用を例証するスケッチである。 図１７、１８および１９は、データプロセッサとの、この場合では、ノットブックまたはデスクトップコンピュータおよび投影装置との、本発明によるシステムの併用を例証するスケッチである。

図１は、ユーザによって実行される手動入力動作等と相関する入力信号を発生させるための、本発明によるシステムのための電極群の構造を示す。

電極群は、相互に隣接するいくつかの平面形状電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、およびＥＬ５を含む。これらの電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、およびＥＬ５は、図２と併せて、以下により詳細に説明される、回路配設に接続される。

電極群は、その全体において、ユーザの四肢、特に、指の空間検出と、接触を評価するための接近状態の検出の両方を可能にする、検出領域を画定する。電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、およびＥＬ５に接続される回路配設は、電極群ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、およびＥＬ５を介して、接触検出および位置検出の両方が取得されるように構成され、位置検出は、主に、ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４から相互に離間するいくつかの下位電極を備える、電極群ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、およびＥＬ５内に含有される、電極下位群によって、実行される。

システムは、存在検出または若干大まかな位置検出が主に生じる、比較的に電極上方に離れて位置する、物体（指、手．．．）が移動する場合、相互作用選択肢の限定されたスペクトルをもたらすように構成することができる。したがって、例えば、比較的に広く離間した面積内に、依然として、ユーザの手の存在が、キーボードの正面に認識される時、キーボード入力が長時間ない場合、スクリーンセーバモードを無効にすることができる。広く離間した面積内におけるユーザの四肢、特に、手の存在の検出の場合はまた、あるユーザおよびジェスチャ解釈モードをアクティブ化することができる。したがって、例えば、約３０ｃｍ、手がキーボードまたはディスプレイ画面から離れる場合、対応するコンピュータは、「フル画面モード」に入ることができ、ツールバーまたは広範囲にわたる制御パネルは、視覚化されない。本フル画面モードでは、いくつかの偏向的な大まかな運動ジェスチャを認識することができ、例えば、「ページをめくるジェスチャまたは「ページを戻すジェスチャ」としての手のひらでのヒントおよび対応する画像再生を開始することができる。

例えば、キーボードおよび同時にディスプレイ画面において、本発明を使用する場合、キーボードへの十分な接近が生じると、画面を介しての入力モードが防止することができる。本発明によるシステムはまた、コンピュータ内で使用することができ、例えば、ディスプレイ画面への右手の指による接近によって、カーソルは、本ディスプレイ画面上でナビゲートすることができる。次いで、キーボードに対する左手の空間ジェスチャまたは指の移動によって、選択および縮尺等のある機能が、連動することができる。具体的には、例えば、右手の指によって、画像を縦横に配設された多数の画像を伴う画像プレビューから選択することができる。本発明によるキーボードの左エッジ近傍において、左手の親指と人指し指との間の距離を拡大することによって、選択された画像を、増幅「ズーム」し、再び、縮小することができる。また、ドラッグアンドドロップ作用も、直感的かつ特に良好な制御方式において、本組み合わせシステムと連動することができる。

本明細書に示される実施形態の実施例では、電極群ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、およびＥＬ５は、主要電極ＧＥＮおよびそれらの下位電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、ＥＬ５を備える。下位電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、ＥＬ５はそれぞれ、主要電極ＧＥＮとして、１つのより小さい電極表面を有する。下位電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４は、特に、その総面積が、主要電極ＧＥＮの有効総面積より小さいように構成することができる。

下位電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４は、示されるように、検出領域のエッジ領域内に配設される。下位電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４は、検出領域のエッジに沿って、小長方形細片として、延在する。

下側、すなわち、入力面積反対の電極群の後側には、発生器信号を伴う電圧によって応力がかけられる発生電極ＧＥＮが位置する。図１に示される電極配設の例示的実施形態では、後者は、前述のように、位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４としての役割を果たす４つの細片形状下位電極と、中心に配設された接触検出電極ＥＬ５と、を備える（電極の数はまた、用途に応じて、より少ないまたはより多くすることができる）。本例示的実施形態における発生電極ＧＥＮは、すべての測定電極の下方に設置される。電極は、その間に絶縁層を伴う、２層の構造に配設される。電極配設は、この点において、例えば、２層印刷回路上で実現することができる（図面の下側の図を参照）。

接触検出を可能にする、下側の配設の顕著な特徴は、電極ＥＬ１からＥＬ４によって占有されない表面を充填するように、大きな電極ＥＬ５を製造することができる。それとともに、タッチセンサ式面積が、電極ＥＬ１からＥＬ５にわたって延在する。

図２、１１、１２、および１４では、割り当てられた電極配設のための電子回路が、図式的に例証される。

図２から分かるように、電極は、ジェスチャＩＣ／ジェスチャ回路の入力に接続される。但し、ＣＨ１からＣＨ５は、回路の（同一）チャネルである。

測定回路は、高抵抗入力を呈する。したがって、電極ＥＬ５は、位置検出電極ＥＬ１からＥＬ４の機能に干渉しない。電極ＥＬ５は、発生電極ＧＥＮおよび類似電位に対して、強容量結合を有する。本理由から、測定デバイスの範囲は、電極ＥＬ５の導入によって影響を受けず、これはまた、図７および８による電極配設にも適用される。この場合、範囲は、電極ＥＬ５の影響によって増加されることさえある。

図３に示される２つの例示的実施形態は、接触検出電極ＥＬ５の変位の可能性のうちの２つを示す。図３ａによる実施形態は、図１ｂによる実施形態に対応する。図３ｂによる例示的実施形態では、接触検出電極ＥＬ５は、電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、およびＥＬ４によって画定される電極レベルに変位される、あるレベルに延在する。接触検出電極ＥＬ５は、ディスプレイの筐体または最上層の構造直下に位置することができる。

特に、接触検出電極ＥＬ５は、広域透明電極として、実行することができる。本透明効果は、接触検出電極ＥＬ５が、例えば、真空金属化または化学蒸着金属層、すなわち、例えば、ＩＴＯ層として、伝導性プラスチック材料の層として、あるいは微細ウェブ状格子構造として、十分に薄く実行されるという点において、取得することができる。

位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４としての役割を果たす、電極の全表面カバーでは、接触検出電極内に陥凹を提供する、または電場発生に損傷を及ぼさないために、回路配設によって、随時、分断することができる、下側区分を開発することができる。

図３では、デバイスの筐体Ｇ内への本電極配設の統合の実施例が例証される。部分的フレーム（ａ）は、すべての電極が、筐体の内側に位置する、変形例を示す。部分的フレーム（ｂ）では、電極ＥＬ５は、筐体の表面に設置される。この場合、接触の場合の信号変化は、最大であって、したがって、有意に有力である。

図４では、本発明によるシステムによって、電極により走査される入力信号の屈折率が例証される。電極は、ユーザの指が、対応する電極に直接接触できないように、プラスチックスペーサ（ここでは、厚さｄ＝６ｍｍ）で被覆される。本測定に基づく、電極配設の構成は、図３ａによる変位に対応する。示される信号は、１つの電極によってのみ走査される信号である。表される継続時間経過は、１秒に相当する。個々の部分的フレームは、以下を表す。
（ａ）接触を伴わない、電極配設近傍での手の特に高速の移動（さらに「ジェスチャ」と命名される）；
（ｂ）スペーサまでの電極への指の接近およびさらにそこでの静止（「接触および静止」）；
（ｃ）ボタンの押動と同等である、指の離昇に続く指によるスペーサの接触（「クリックイベント」）；
（ｄ）指によるスペーサの二重接触（「ダブルクリックイベント」）。

本発明による概念によって、高精度でユーザのジェスチャおよび接触を検出し、この点において、ユーザのジェスチャと接触とを確実に区別することが可能である。図４から分かるように、すなわち、ケースまたはカバー（例えば、ディスプレイ画面）の電気絶縁スペーサを使用する時でも、タイプ「ジェスチャ」とタイプ「接触および静止」、「クリックイベント」、および「ダブルクリックイベント」の移動の差異を確実に区別することが可能である（しかしながら、電極ＥＬ５が、デバイスの表面上にある時、区別は、依然として、より鮮明である）。差異は、信号振幅の特徴（デバイスへの近接に対応する）および信号導出、したがって、信号動態（移動の速度に対応する）を活用して、生じる。

「接触」および「クリック」移動の場合、指の到達時の信号の一時的変動が、精密に、高値から少なくともほぼゼロ値（表面に到達すると、さらなる移動は不可能となり、指は静止する）へとケースの表面の強変化を被ることが特徴的である。「クリック」および「ダブルクリックイベント」の場合、該当する場合、信号逸脱の大きな負の値によって特徴付けられる、信号振幅の狭い一時的シーケンスにおける有意な二重変化である、高速変化が追従する。

図５では、区別の可能性として考えられるアルゴリズムが示される。これは、入力パラメータとして、信号ｄＳ／ｄｔの時間および判定されたイベント間の一時的差異Δに関する導関数である、信号Ｓの振幅を処理する。

電子的ジェスチャの信号は、強い非線形性を有する（距離からの平方または立方依存性として）。すなわち、指または他の作用関連物体が、電極内により近接してあるほど、等しい距離変化における信号の絶対変化は、大きくなる。本傾向は、デバイスの筐体へのよりゆっくりとした接近もまた、信号導出の大きな値を意味するため、接触の判定の確実性を向上させる。

異常かつ非典型的使用の状態が、表面上の接触および静止と混同され得るように、ヒトが、筐体の表面の非常に近くに指を保持することが不可能であることは、実験的に検出され得る（最小移動に対する大きな信号振幅および高感度）。

図４（ａ）の高速移動とは異なり、通常速度における指の移動に対する信号は、明確によりゆっくりとした上昇および降下時間を有し、依然として、「クリックイベント」にほとんど類似しない。

図６では、電極の別の構成が示され、位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４は、接触検出領域の外部エッジ領域内に、図１ａによる例示的実施形態と同様に配設されるが、薄い細片としてではなく、むしろ、コンパクトな頑丈なエッジ電極として、実行される。これらの特殊エッジ電極は、より小さいサイズを有し、検出面積のエッジ内にある。接触検出電極ＥＬ５は、電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４間の面積を充填する。

図７は、位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４が、検出面積内にあって、接触検出電極ＥＬ５によって囲繞される、変形例を示す。位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４は、コインサイズの円形円盤として構成される。これらの位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４と、接触検出電極ＥＬ５との間には、比較的に広い環状自由領域が成形される。

図８は、位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４が、非常にコンパクトであって、検出面積の中央に設置される、変形例を示す。接触検出電極ＥＬ５は、接触のための検出面積を画定する。位置を判定するための検出範囲は、より大きい。

前述の電極の幾何学形状は、例示的タイプである。また、特に、電極の形状およびその相対位置が異なり得る、他の幾何学形状も可能である。また、後述のように、ＥＬ５の代わりに、発生電極を使用することも可能である。

電極の数は、用途に従って、変動することができる。位置検出電極の数は、１（単なる接近検出）から、例えば、８つ、または特殊な場合、また、それ以上に変動することができる。また、接触検出電極の数も、変動することができる。したがって、例えば、検出面積は、３つの接触検出電極を伴う、３つの下側領域に分割することができる。

以下、評価回路と命名される、ジェスチャ電子機器への電極の接続は、ここでは、より詳細に表されないが、伝導性経路、好ましくは、遮蔽された伝導性経路によって生じることができる。そのような接続は、印刷回路の付加的層内または（図８の電極構成のための）図９に例示的に例証される２層印刷回路の場合に実行することができる。接触検出電極および本電極の発生器は、切断部を備えることができ、これらの切断ならびに電極の接続の伝導性経路が、好ましくは、電極表面の比較的小さい部分である場合、特に、高信号品質が得られる。

図９では、電極に加え、また、接続の伝導性経路およびその可能性として考えられる接触Ｋを認識することができる、変形例が例証される。少なくとも、ディスプレイ上で直接、ほぼ不可視に配設することができる、広範囲に透明な構造として、電極の本構造を設計することが可能である。本目的のための接触検出電極は、非常に薄い金属層として、すなわち、ＩＴＯ層として、またはウェブ／グリッドとして、実行することができる。

前述の説明では、接触検出電極は、ジェスチャ電子機器の入力のうちの１つに接続されると想定された。本入力は、本目的のために特殊設計されていない。本発明による概念に基づいて、また、電子機器の対応する修正によって、発生電極の静電容量負荷を検出し、これに基づいて、接触状態のための指示信号を導出することが可能である。

本アプローチは、図１０および１１に示される。図１０から分かるように、発生電極ＧＥＮは、接触検出電極として作用する（また、図１参照）。接触検出は、発生電極ＧＥＮの静電容量負荷Ｃを測定することによってもたらされる。本負荷Ｃは、例えば、発生器Ｇと発生電極ＧＥＮとの間に接続される、接続インピーダンスＺにおいて、電圧降下を測定することによって生じることができる（図１１において、信号Ｓとして図式的に例証される）。それゆえ、本接触の検出方法は、有利であり得る。なぜなら、これは、電極内における最小費用によって、ある用途に実装することができるからである。また、負荷静電容量Ｃのための決定された感知電極を使用することも可能である（例えば、図１０では、ＧＥＮ'として指定される）。次いで、そのような電極ＧＥＮ'は、例えば、図１２の図面のように、発生器Ｇに接続される。

接触検出電極（または、発生電極）が、図１０に例証されるように、検出面積の中央に設置され、透明に実行される場合でも（コーティングまたはウェブとして）、そのような電極構成は、その背後にディスプレイを収容することができる。したがって、ジェスチャおよび接触制御は両方とも、ディスプレイ上で可能である。

ディスプレイの周囲の構造に特に有利な電極構成は、図１３に示される。本構成では、発生電極ＧＥＮは、下にあるディスプレイＤを被覆しないために、位置検出電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４の下方のフレームとして実行され、透明であってはならない。ディスプレイおよび接触検出のＥＬ１からＥＬ４の遮蔽は、発生電極ＧＥＮとディスプレイＤとの間の層内に位置する、透明電極ＳＥによって行われる。

発生電極ＧＥＮが、静電容量の変化に感度が高い時、遮蔽電極ＳＥは、発生電極ＧＥＮへのその容量結合ＣＫが、その機能のために十分であるため、流電的に接続されてはならない（図１４）。

接触検出電極ＥＬ５の代わりに、電極ＳＥを接続することが可能である（図２と比較）。また、ディスプレイからの電極の必要遮蔽を保証するであろう。

また、図６、７および８に示されるように、静電容量感知発生電極を伴うシステムのために、同一電極アセンブリを使用することが可能である。ＧＥＮ／ＧＥＮ'上のＥＬ５の説明のみ、それに対して変更されなければならない。

図１５および１６から分かるように、本発明によるシステムに、電極群下方の検出領域に対して、電極のある下側に延在する、担体電極を取り付けることが可能である。本担体電極によって、後方遮蔽を達成することができる。担体電極は、本担体電極が、電極群の下側の広域遮蔽のために、遮蔽電極として動作されるように、回路配設または別のドライバ回路に接続することができる。担体電極はまた、接触検出のためにも使用することができる。

図１７では、本発明による、キーボードＴならびに入力システムＳを備える、ポータブルコンピュータが例証される。本入力システムは、ユーザによって実行される手動入力動作等と相関する、入力信号の発生を可能にするように構成される。入力システムは、相互に隣接するいくつかの平面電極を備える、キーボード近傍に、接触パッド面積内に統合される、電極群を備える。入力システムはさらに、電極群の電極に連結される、回路配設を備える。電極群および回路配設は、機器構成要素の物理的接触として評価するための状態の検出と、機器構成要素の上流に空間的に設置される面積内における、ユーザの手または指の位置検出の両方を可能にする、センサ回路を構成する。物理的接触の場合、指位置の２次元解像が生じる。指が、示されるように、入力システム上に位置する観察面積内にある間、指の最上部位置の空間解像が生じる。

図１８では、平坦構造として実行され、電気信号によって、コンピュータシステムＲと連結することができる、本発明によるシステムの変形例が示される。筐体の本平坦構造では、指の最上部位置の空間位置解像と、物理的接触の場合、または構成に応じて、十分に狭い接近からの２次元位置解像の両方を可能にする、電極配設が位置する。位置検出は、静電容量相互作用効果に基づいて生じ、その寸法は、最終的に、ユーザの手の位置と相関する。

図１９では、投影装置Ｂと併せた本発明によるシステムの使用が示される。ここで認識可能な話者のデスク上には、話者の指の空間位置の検出と、これに基づくジェスチャ検出およびカーソル制御の両方を可能にする、本発明によるシステムＳが位置する。システムＳは、物理的接触の場合、２Ｄ指位置検出によって、３Ｄモードから接触パッドモードに変化するように構成される。

Claims (17)

1. ユーザによって実行される手動入力動作とそれなりに相関する入力信号を発生させるためのシステムであって、前記システムは、
   発生器電極（ＧＥＮ）と、機器構成要素内に統合される複数の関連付けられた受信電極（ＥＬ１−５）とを含む電極群であって、前記発生器電極（ＧＥＮ）および前記複数の受信電極（ＥＬ１−５）は、平坦形状電極によって形成され、少なくとも一部の受信電極（ＥＬ１−４）は、平面内に配設され、前記平面内で第１の方向に延在しかつ相互に離間した２つの受信電極（ＥＬ２、ＥＬ４）と、前記平面内で前記第１の方向に直交する方向に延在しかつ相互に離間した２つの受信電極（ＥＬ１、ＥＬ３）とを備えることにより、４つの受信電極（ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４）がフレームを形成し、前記発生器電極（ＧＥＮ）は、前記受信電極（ＥＬ１−５）の平面より下の平面において配設されている、電極群と、
   前記電極群の電極（ＧＥＮ、ＥＬ１−５）と連結された回路配設（ＧｅｓｔＩＣ）と
   を含み、
   前記電極群および前記回路配設（ＧｅｓｔＩＣ）は、センサ回路を構成し、前記センサ回路は、前記機器構成要素の物理的接触として評価するための状態の検出と、前記機器構成要素の正面に空間的に位置する体積におけるユーザの手または指の位置の検出との両方を可能にする、システム。
2. 前記位置の検出は、相互に離間したいくつかの受信電極（ＥＬ１−４）を含む前記電極群内に含有される受信電極下位群（ＥＬ１−４）によって達成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電極群は、前記受信電極（ＥＬ１−５）が、実質的に、接触検出領域表面としての役割を果たす表面積全体を被覆するように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 前記発生器電極（ＧＥＮ）は、前記検出領域を被覆することを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記受信電極（ＥＬ１−５）の総面積は、前記発生器電極（ＧＥＮ）の総面積より小さいこと、または、前記受信電極（ＥＬ１−５）の各々は、前記発生器電極（ＧＥＮ）よりも小さい表面積を有することを特徴とする、請求項１から４のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
6. 前記４つの受信電極（ＥＬ１−４）は、前記検出領域の４つのエッジに沿った領域に配設されることを特徴とする、請求項１から５のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
7. 前記検出領域は、実質的に、長方形面積を表すこと、および／または前記受信電極（ＥＬ１−５）は、実質的に、前記検出領域内に回転対称に構成されることを特徴とする、請求項１から６のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
8. 前記受信電極（ＥＬ１−５）は、４つの受信電極（ＥＬ１−４）を含み、前記受信電極（ＥＬ１−４）の位置は、前記受信電極（ＥＬ１−４）の表面重心が、長方形、菱形、または正方形のエッジを表すように固定されることを特徴とする、請求項１から７のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
9. さらなる発生器電極（ＧＥＮ’）は、前記受信電極（ＥＬ１−４）と同じ平面に配設されるように提供されること、および前記受信電極（ＥＬ１−４）は、前記さらなる発生器電極（ＧＥＮ’）の外周の周りに配設されることを特徴とする、請求項１から８のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
10. 前記発生器電極（ＧＥＮ）とディスプレイ（Ｄ）との間に配設された遮蔽電極（ＳＥ）（特に透明な遮蔽電極（ＳＥ））をさらに含む、請求項１から９に記載のシステム。
11. 前記電極のうちの少なくとも１つは、透明であり、特に、ＩＴＯ層電極として設計されることを特徴とする、請求項１から１０のうちの少なくとも１つに記載のシステム。
12. ユーザによって実行される手動入力動作とそれなりに相関する入力信号を発生させるための方法であって、機器構成要素内に統合される電極群は、いくつかの平面形状受信電極（ＥＬ１−５）と発生器電極（ＧＥＮ）とを含み、前記発生器電極（ＧＥＮ）および複数の受信電極（ＥＬ１−５）は、平坦形状電極によって形成され、少なくとも一部の受信電極（ＥＬ１−４）は、平面内に配設され、前記平面内で第１の方向に延在しかつ相互に離間した２つの受信電極（ＥＬ２、ＥＬ４）と、前記平面内で前記第１の方向に直交する方向に延在しかつ相互に離間した２つの受信電極（ＥＬ１、ＥＬ３）とを備えることにより、４つの受信電極（ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４）がフレームを形成し、前記発生器電極（ＧＥＮ）は、前記受信電極（ＥＬ１−５）の平面より下の平面において配設されており、
    前記方法は、前記発生器電極（ＧＥＮ）および前記受信電極（ＥＬ１−５）によって、前記機器構成要素の物理的接触として評価するための状態の検出と、前記機器構成要素の正面に空間的に設置される領域内における位置検出との両方が行われることを含み、
    接触検出は、前記信号に適用される検出基準、あるいは前記位置検出の範囲内で判定または発生される前記信号から導出された値に従って行われる、方法。
13. 前記検出基準は、Ｚ-軸の位置に対する指示信号寄与の時間応答にわたる特徴の発生に関する動的基準であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記検出基準は、Ｚ-軸の検出された位置の観察を含み、前記機器構成要素までの特定の距離が下回った場合に、接触が検出されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
15. 前記検出基準は、前記Ｚ-軸の検出された位置の観察を含み、前記機器構成要素までの特定の距離が下回った場合に、接触が検出されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
16. 請求項１から１１のいずれかに記載のシステムを伴うディスプレイデバイスであって、接触の場合、指の動きの２次元検出およびユーザの指または手の空間検出が判定され、前記ディスプレイデバイスに接続されたコンピュータシステムの機能は、前記ディスプレイデバイスの正面で実行されるジェスチャ状入力によって連動することができる、ディスプレイデバイス。
17. ディスプレイおよびキーボード機器を含むコンピュータモニタであって、前記ディスプレイおよび前記キーボード機器の両方に、電場電気式に、ユーザの指または手の空間検出を可能にする請求項１に記載の入力信号を発生させるためのシステムが統合され、デバイスの機能は、前記ディスプレイの正面および前記キーボード機器の正面で実行されるジェスチャ状入力によって連動することができる、コンピュータモニタ。

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