JP6093433B2 - 容量タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に電極を共有するためのシステムおよび方法 - Google Patents

容量タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に電極を共有するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１２年３月１２日に出願された米国仮出願第６１／６０９，５３８号の利益を主張する。上記文献は、その全体として本明細書において援用される。
（技術分野）
本開示は、容量タッチ技術に関し、特に、容量タッチコントローラと電極を共有するためのシステムおよび方法に関する。
（背景）
容量センサは、多くの場合、タッチ感知システムにおいて使用される。そのようなシステムでは、ユーザは、本システムの個別の検出回路によって、そのようなタッチの感知を可能にする、動作パネルをタッチすることが要求される。より高度なシステムは、タッチを要求しないが、動作パネルの上方の面積内で行なわれるジェスチャを感知し得る。例えば、種々のシステムが存在し、例えば、１００ｋＨｚの範囲内の信号を使用して、電場を発生させ、複数の検出電極が、そのような電場の外乱を測定し、センサの上方の３次元面積内において、例えば、手または物体によって行なわれるジェスチャの判定を可能にするように設計される。両システムが組み合わせられ、ヒューマンインターフェースデバイスを形成することができる場合、非常に有利である。しかしながら、センサに関して、両システムは、概して、非互換性であり、したがって、従来のシステムでは、別個のセンサが、組み合わせられたタッチおよびジェスチャ検出システムのために必要である。
（要約）
システムは、タッチコントローラと、ジェスチャ検出デバイスと、少なくとも１つの第１および少なくとも１つの第２の電極を有する容量センサであって、少なくとも１つの第１の電極は、ＡＣ信号を該第１の電極に供給するための制御可能発生器と連結される、容量センサと、少なくとも１つの第２の電極、タッチコントローラの入力、およびジェスチャ検出デバイスの入力間の構成可能な連結器であって、連結器は、本システムが、第１の構成モードでは、タッチコントローラによって、該第２の電極から受信された信号からタッチ検出を行ない、第２の構成モードでは、ジェスチャ検出デバイスによって、該第２の電極から受信された信号からジェスチャ検出を行なうことを可能にするように構成されることができる、連結器とを備えてもよい。
さらなる実施形態によると、連結器は、第２の電極をタッチコントローラまたはジェスチャ検出デバイスのいずれかに接続するために動作可能な切替配列を備えてもよい。さらなる実施形態によると、切替配列は、マルチプレクサを備えてもよい。さらなる実施形態によると、切替配列は、単極双投スイッチ（ＳＰＤＴ）を備えてもよい。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、タッチコントローラの入力と接地との間に接続されたレジスタを備えてもよい。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、レジスタと連結される電流源を備えてもよい。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、ジェスチャ検出デバイスの入力とＤＣ電圧との間に接続されたレジスタを備えてもよい。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続を備えてもよい。さらなる実施形態によると、同期接続は、タッチコントローラからジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成される、第１の同期ラインと、ジェスチャ検出デバイスからタッチコントローラに状態を信号伝達するように構成される、第２の同期ラインとを備えてもよい。さらなる実施形態によると、同期接続は、タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備えてもよい。さらなる実施形態によると、双方向性通信インターフェースは、Ｉ２Ｃインターフェースであることができる。さらなる実施形態によると、第２の電極は、タッチコントローラの入力およびジェスチャ検出デバイスの入力と連結されることができ、タッチコントローラの入力は、連結器が第２の構成モードで動作するように構成されるとき、高インピーダンスモードに切り替えられるように動作可能であり、制御可能発生器は、第２の構成モードでは、ＡＣ信号を第１の電極に供給する。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続を備えてもよい。さらなる実施形態によると、同期接続は、タッチコントローラからジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成される、第１の同期ラインと、ジェスチャ検出デバイスからタッチコントローラに状態を信号伝達するように構成される、第２の同期ラインとを備えてもよい。さらなる実施形態によると、同期接続は、タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備えてもよい。さらなる実施形態によると、双方向性通信インターフェースは、Ｉ２Ｃインターフェースであることができる。さらなる実施形態によると、第２の電極は、ジェスチャ検出デバイスの入力に接続されることができ、連結器は、低オフアイソレーション値および低スイッチオン静電容量を有し、第２の電極をタッチコントローラに接続するように動作可能である、単極単投スイッチを備えてもよい。さらなる実施形態によると、第２の電極は、タッチコントローラの入力に接続されることができ、連結器は、低オフアイソレーション値および低スイッチオン静電容量を有し、かつ第２の電極をジェスチャ検出デバイスに接続するように動作可能である、単極単投スイッチを備える。
別の実施形態によると、容量センサデバイスの一方の電極と連結されるように構成される、タッチコントローラおよび非タッチジェスチャ検出デバイスを備える、本システム内でタッチおよび非タッチジェスチャ検出を行なうための方法であり、容量センサデバイスの別の電極は、ＡＣ信号を該別の電極に供給するための制御可能発生器と連結され、本方法は、該容量センサの一方の電極とタッチコントローラの入力またはジェスチャ検出デバイスの入力との間の連結器を構成することであって、連結器は、システムが、第１の構成モードでは、タッチコントローラによって、該第２の電極から受信された信号からタッチ検出を行ない、第２の構成モードでは、ジェスチャ検出デバイスによって、該第２の電極から受信された信号からジェスチャ検出を行なうことを可能にするように構成され、制御可能発生器は、該第２の構成モードにある場合、ＡＣ信号を該別の電極に供給する、ことを含んでもよい。
本方法のさらなる実施形態によると、連結器は、該第２の電極と該タッチコントローラおよび該ジェスチャ検出デバイスの入力との間に切替配列を備えてもよく、本方法はさらに、該第１の構成モードの間、第２の電極をジェスチャ検出デバイスの入力から分断し、第２の電極をタッチコントローラと連結することと、該第２の構成モードの間、第２の電極をタッチコントローラの入力から分断し、第２の電極をジェスチャ検出デバイスと連結することとを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、第２の電極は、タッチコントローラの入力およびジェスチャ検出デバイスの入力と連結され、本方法はさらに、該第２の構成モードの間、タッチコントローラの入力を高インピーダンスモードに切り替えることを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、本方法はさらに、タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続を備えてもよく、本方法はさらに、同期接続を用いて、該ジェスチャ検出デバイスおよび該タッチコントローラによる個別の検出プロセスの終了を相互に信号伝達するステップを含む。本方法のさらなる実施形態によると、同期接続は、タッチコントローラからジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成される、第１の同期ラインと、ジェスチャ検出デバイスからタッチコントローラに状態を信号伝達するように構成される、第２の同期ラインとを備えてもよい。本方法のさらなる実施形態によると、同期接続は、タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備えてもよい。本方法のさらなる実施形態によると、本方法はさらに、ジェスチャ検出デバイスをマスタとして、タッチコントローラをスレーブデバイスとして構成することと、タッチコントローラによって判定されたデータをジェスチャ検出デバイスに通信することとを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、本方法はさらに、該ジェスチャ検出デバイスによって、タッチコントローラおよびジェスチャ検出デバイスによって判定された全データを上位プロセッサに通信することを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、第２の電極は、ジェスチャ検出デバイスの入力に接続され、本方法はさらに、第１の構成モードの間、単極単投スイッチを使用して、第２の電極をタッチコントローラに接続することを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、第２の電極は、タッチコントローラの入力に接続されることができ、本方法はさらに、該第２の構成モードの間、単極単投スイッチを使用して、第２の電極をジェスチャ検出デバイスに接続することを含んでもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
タッチコントローラと、
ジェスチャ検出デバイスと、
少なくとも１つの第１および少なくとも１つの第２の電極を有する容量センサであって、前記少なくとも１つの第１の電極は、ＡＣ信号を前記第１の電極に供給するための制御可能発生器と連結されている、容量センサと、
前記少なくとも１つの第２の電極、前記タッチコントローラの入力、および前記ジェスチャ検出デバイスの入力間の構成可能な連結器であって、前記連結器は、前記システムが、第１の構成モードにおいて、前記タッチコントローラによって、前記第２の電極から受信された信号からタッチ検出を行ない、第２の構成モードにおいて、前記ジェスチャ検出デバイスによって、前記第２の電極から受信された信号からジェスチャ検出を行なうことを可能にするように構成されることができる、連結器と
を備える、システム。
（項目２）
前記連結器は、前記第２の電極を前記タッチコントローラまたは前記ジェスチャ検出デバイスのいずれかに接続するために動作可能な切替配列を備える、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記切替配列は、マルチプレクサを備える、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記切替配列は、単極双投スイッチ（ＳＰＤＴ）を備える、項目２に記載のシステム。
（項目５）
前記タッチコントローラの入力と接地との間に接続されたレジスタをさらに備える、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記レジスタと連結された電流源をさらに備える、項目５に記載のシステム。
（項目７）
前記ジェスチャ検出デバイスの入力と直流（ＤＣ）電圧との間に接続されたレジスタをさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記同期接続は、前記タッチコントローラから前記ジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成された第１の同期ラインと、前記ジェスチャ検出デバイスから前記タッチコントローラに状態を信号伝達するように構成された第２の同期ラインとを備える、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記同期接続は、前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備える、項目８に記載のシステム。
（項目１１）
前記双方向性通信インターフェースは、Ｉ ２ Ｃインターフェースである、項目１０に記載のシステム。
（項目１２）
前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力および前記ジェスチャ検出デバイスの入力と連結され、前記タッチコントローラの入力は、前記連結器が前記第２の構成モードで動作するように構成されるとき、高インピーダンスモードに切り替えられるように動作可能であり、前記制御可能発生器は、前記第２の構成モードにおいて、前記ＡＣ信号を前記第１の電極に供給する、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続をさらに備える、項目１２に記載のシステム。
（項目１４）
前記同期接続は、前記タッチコントローラから前記ジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成された第１の同期ラインと、前記ジェスチャ検出デバイスから前記タッチコントローラに状態を信号伝達するように構成された第２の同期ラインとを備える、項目１３に記載のシステム。
（項目１５）
前記同期接続は、前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備える、項目１３に記載のシステム。
（項目１６）
前記双方向性通信インターフェースは、Ｉ ２ Ｃインターフェースである、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記第２の電極は、前記ジェスチャ検出デバイスの入力に接続され、前記連結器は、単極単投スイッチを備え、前記単極単投スイッチは、低オフアイソレーション値および低スイッチオン静電容量を有し、前記第２の電極を前記タッチコントローラに接続するように動作可能である、項目１に記載のシステム。
（項目１８）
前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力に接続され、前記連結器は、単極単投スイッチを備え、前記単極単投スイッチは、低オフアイソレーション値および低スイッチオン静電容量を有し、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスに接続するように動作可能である、項目１に記載のシステム。
（項目１９）
容量センサデバイスの一方の電極と連結されるように構成された、タッチコントローラおよび非タッチジェスチャ検出デバイスを備えるシステム内でタッチおよび非タッチジェスチャ検出を行なうための方法であって、前記容量センサデバイスの別の電極は、ＡＣ信号を前記別の電極に供給するための制御可能発生器と連結され、
前記方法は、前記容量センサの前記一方の電極と前記タッチコントローラの入力または前記ジェスチャ検出デバイスの入力との間の連結器を構成することを含み、前記連結器は、前記システムが、第１の構成モードにおいて、前記タッチコントローラによって、第２の電極から受信された信号からタッチ検出を行ない、第２の構成モードにおいて、前記ジェスチャ検出デバイスによって、前記第２の電極から受信された信号からジェスチャ検出を行なうことを可能にするように構成され、前記制御可能発生器は、前記第２の構成モードにある場合、前記ＡＣ信号を前記別の電極に供給する、方法。
（項目２０）
前記連結器は、前記第２の電極と前記タッチコントローラおよび前記ジェスチャ検出デバイスの入力との間に切替配列を備え、
前記方法は、前記第１の構成モードの間、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスの入力から分断し、前記第２の電極を前記タッチコントローラと連結することと、前記第２の構成モードの間、前記第２の電極を前記タッチコントローラの入力から分断し、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスと連結することとをさらに含む、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力および前記ジェスチャ検出デバイスの入力と連結され、
前記方法は、前記第２の構成モードの間、前記タッチコントローラの入力を高インピーダンスモードに切り替えることをさらに含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続をさらに備え、
前記方法は、前記同期接続を用いて、前記ジェスチャ検出デバイスおよび前記タッチコントローラによる個別の検出プロセスの終了を相互に信号伝達するステップをさらに含む、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記同期接続は、前記タッチコントローラから前記ジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成された第１の同期ラインと、前記ジェスチャ検出デバイスから前記タッチコントローラに状態を信号伝達するように構成された第２の同期ラインとを備える、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記同期接続は、前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備える、項目２２に記載の方法。
（項目２５）
前記ジェスチャ検出デバイスをマスタとして、前記タッチコントローラをスレーブデバイスとして構成することと、前記タッチコントローラによって判定されたデータを前記ジェスチャ検出デバイスに通信することとをさらに含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記ジェスチャ検出デバイスによって、前記タッチコントローラおよび前記ジェスチャ検出デバイスによって判定された全データを上位プロセッサに通信することをさらに含む、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
前記第２の電極は、前記ジェスチャ検出デバイスの入力に接続され、
前記方法は、前記第１の構成モードの間、単極単投スイッチを使用して、前記第２の電極を前記タッチコントローラに接続することをさらに含む、項目１９に記載の方法。
（項目２８）
前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力に接続され、
前記方法は、前記第２の構成モードの間、単極単投スイッチを使用して、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスに接続することをさらに含む、項目１９に記載の方法。
図１は、ＳＰＤＴを使用することによって、電極を共有するシステムの第１の実施形態を示す。 図２は、バイパスレジスタを使用することによって、性能を改善する実施形態を示す。 図３は、付加的電流源を使用することによって、性能を改善する実施形態を示す。 図４は、電極を直接共有する、実施形態を示す。 図５は、電極が、ＳＰＳＴをタッチコントローラ側に印加することによって共有される、実施形態を示す。 図６は、電極が、ＳＰＳＴをジェスチャコントローラ側に印加することによって共有される、実施形態を示す。 図７は、タイミング図を示す。 図８は、同期が、２つの同期ラインを用いて行なわれる、実施形態を示す。 図９は、ある実施形態による、作業プロセスの流れ図を示す。 図１０は、同期のためにＩ２Ｃを使用する、別の実施形態を示す。 図１１は、マスタ側の作業プロセスの別の流れ図を示す。 図１２は、マスタのＩ２Ｃ割込ルーチンを示す。 図１３は、スレーブ側の作業プロセスの別の流れ図を示す。 図１４は、スレーブのＩ２Ｃ割込ルーチンを示す。
（詳細な説明）
種々の実施形態によると、ジェスチャ検出と容量タッチコントローラとの間で電極を共有するための２つの主要概念および２つの変形例が、提供され得る。ＳＰＤＴ（単極双投）マルチプレクサが実装される第１の概念はまた、概して、２つ以上のデバイス間で信号を共有するための他の場合にも印加される。別の概念およびその変形例は、ジェスチャ検出システムに関して規定される。それらは、任意の付加的デバイスを伴わずに、すなわち、ＳＰＳＴ（単極単投）スイッチのみが実装される。種々の実施形態によると、ジェスチャ検出のための電極は、低コスト解決策を使用することによって、容量タッチコントローラと共有されることができ、また、整定時間および信号強度の観点から、良好な性能を提供する。種々の実施形態によると、ジェスチャ検出システムは、時分割多重化モードにおいて、タッチコントローラと協働する。これは、ジェスチャ検出およびタッチ検出が、異なるタイムスロットにおいて行なわれることを意味する。
以下の実施形態は、タッチコントローラとジェスチャ検出デバイスとの間の単一電極の共有を論じるが、他の実施形態によると、複数の電極が、同様に、デバイス間で共有されることができる。タッチコントローラおよびジェスチャ検出デバイスはそれぞれ、集積回路デバイス内に実装されることができる、またはマイクロコントローラデバイス内の周辺機器を構成してもよい。さらに、ある実施形態によると、タッチコントローラおよびジェスチャ検出デバイスは、マイクロコントローラ内の周辺機器として実装されてもよい。
ある実施形態によると、タッチコントローラは、タッチされると、例えば、手の指によって、改変される電極の静電容量を測定してもよい。この目的を達成するために、例えば、充電時間測定ユニットが、使用されてもよい。代替として、電極によって形成されるキャパシタが、タッチコントローラ内の発振器周波数を変動させてもよい。電極をタッチセンサとして使用するタッチコントローラの他の実施形態も、印加されてもよい。
ジェスチャ検出デバイスは、物理的寸法あたり少なくとも１つの受信電極を備える。３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出の場合、最小数の３つの電極が、要求される。同時に、タッチコントローラは、電極のアレイを解釈してもよい。本書では、これらの電極は、概して、図１に電極１２０を伴って示される、第２の電極と称される一方、第１の電極は、ＡＣ信号を供給する制御可能発生器によって駆動される。
容量電極は、単に、例えば、インジウムスズ酸化物等の透明層をパターン化することにより、印刷回路基板の銅層をパターン化することによって、例えば、金属層によって形成される、金属プレートであることができる。そのような電極は、用途に応じて、長方形、正方形、または任意の他の好適な形状の形態であってもよい。容量電極は、外部、例えば、個別のデバイスの筐体表面上、または内部、例えば、筐体、ディスプレイ等の内側表面上にあることができる。
以下の図に示される電極を共有するための第１の概念では、信号発生器１１０が、交流電場信号を容量センサ１２０の第１の電極に提供する。容量センサ１２０は、２つの電極を有するように、全図に示され、ジェスチャ検出センサとして動作するとき、一方の電極は、送信機として作用し、一方の電極は、受信機として作用する。ジェスチャ検出のために使用され得る容量センサ１２０は、２つ以上の受信機電極を有してもよく、また、２つ以上の送信機電極を有することもできることを理解されたい。全図に示される容量センサの記号は、キャパシタを表すが、ジェスチャ検出システムの電極は、示されるように、相互に対向して配列される必要はない。むしろ、ほとんどの用途では、これらの電極は、同一の平面または平行平面に配列される。他の実施形態によると、それらは、ある角度で配列されてもよい。交流電場は、送信機電極と受信機電極との間に発生され、相互に対するその配列は、ジェスチャが検出され得る、３次元空間を画定する。例えば、１００ｋＨｚ信号が、発生器１１０によって発生され、例えば、１つ以上の受信電極と同一平面に配列される、第１の電極にフィードされてもよい。電極は、相互から適切な距離に配列され、電極間の距離に応じて、電極平面から垂直（例えば、最大１５ｃｍ）および水平に延在する検出場を画定してもよい。故に、比較的に大きな３次元検出空間が、単一送信機電極と、例えば、送信機電極を囲繞し得る、３つの関連付けられた受信電極とによって生成されることができる。
タッチ感知の場合、単一電極のみ、特定の場所に必要とされてもよく、複数の電極は、タッチ電極が配列される検出表面上の２次元タッチを検出するために、使用されることができる、例えば、マトリクスに配列される。したがって、タッチ用途の場合、発生器１１０と連結される第１の電極は、基本的に、要求されず、タッチ検出モードの間、発生器は、オフにされてもよく、１つ以上の第２の電極のみ、アクティブである。
単一の第２の電極のみを示す、図１に示されるように、アナログマルチプレクサ１３０（ＳＰＤＴ）が印加され、タッチコントローラ１５０とジェスチャ検出デバイス１４０との間のセンサ１２０の第２の電極からの受信信号経路を切り替える。ＳＴＲ．Ｉという名称の構造およびＳＴＲ．ＩＩという名称の構造は、それぞれ、ジェスチャ検出システムおよびタッチ検出システムを表す。したがって、点線によって示されるように、タッチ検出の場合、第２の電極のみ、使用される。２つのチャネル間の信号外乱を低減させるために、超低オフアイソレーションおよび超低クロストーキングを伴う、マルチプレクサ１３０が、選定される。さらに、スイッチオン静電容量は、増幅係数および増幅器によって追加されるさらなる雑音を判定する、大信号強度の受信信号を得るために、小さくある必要がある。マルチプレクサ１３０のスイッチオフチャネルは、キャパシタのように挙動するため、タッチコントローラ側のピンの電位変化は、ジェスチャ検出デバイス１４０の信号強度に大きな影響を及ぼす。タッチコントローラ側では、ピンは、固定電位に接続される、または高インピーダンスに設定される、またはさらに、タッチコントローラピンの低状態が、一定の低レベル信号として証明され得、ジェスチャ検出デバイス１４０の信号強度の低減を有意に生じさせないとき、低状態に設定されるべきである。また、対応するピンを高インピーダンスに設定することが推奨される。しかしながら、小電圧変化は、これらのピン上に、高インピーダンスの状態を伴って現れるであろう（これはは、主に、内部静電容量変化および漏れ電流によって生じる）。ジェスチャ検出デバイス１４０信号に及ぼす高インピーダンスの影響が、容認不可能である場合、本種類の影響は、図２に示されるＳＴＲ．ＩＩＩのようなバイパスレジスタ２１０を使用することによってさらに低減され得る。ある場合には、図３に示されるように、レジスタ３１０、３２０、３４０およびキャパシタ３３０を伴うＳＴＲ．ＩＶのような構造は、ジェスチャ検出信号に及ぼすタッチコントローラピンの高インピーダンス状態の影響を低下させるために実装されることができる。このように、ジェスチャ検出信号性能もまた、改良され得る。しかしながら、本電流源構造は、タッチ検出の間の電極上の充電時間および放電時間を変化させることによって、タッチ検出の性能に影響を及ぼし得る。しかし、その影響は、レジスタ３１０が、１０ＭΩ等の巨大な値とともに構成可能であるため、非常にわずかであるはずである。
第１の実装に基づいて、ジェスチャ検出システムの入力構造を利用する、新しい概念が、提供され得る。図４に示されるように、タッチコントローラ１５０のピンは、直接、ジェスチャ検出システム１４０のアナログ入力に接続され、タッチ信号のための高インピーダンスとして作用する。タッチコントローラ１５０は、ジェスチャ検出の間、これらのピンを高インピーダンスに設定する必要があり、タッチ検出のために、それらを駆動させる必要がある。これらのピンは、ジェスチャコントローラ１４０内のＲ１のような大型レジスタを介して、ＶＣＣ／２に内部接続されるため、タッチコントローラ１５０は、タッチ検出を正確にパラメータ化するために、本外部電流源の影響を考慮する必要がある。本最も単純な構造に基づいて、２つの変形例が存在する。
タッチコントローラ１５０が、そのピンを高インピーダンス（ＨｉｇｈＺ）に設定することができない、または高インピーダンス構成が、長整定時間を生じさせる場合、スイッチ（ＳＰＳＴ）５１０は、図５に示されるように、タッチコントローラ１５０の外乱を回避するために、タッチコントローラ側に置かれることができる。ジェスチャ検出システム入力の電気特性のため、タッチコントローラ１５０が、これらのピンを適切に駆動させることができない場合、ジェスチャ検出システム１４０の入力信号ピンは、図６に示されるように、ジェスチャ検出システム側に定置されたスイッチ（ＳＰＳＴ）６１０を使用して、タッチ検出のために絶縁されることができる。両場合において、スイッチの低オフアイソレーション値および低スイッチオン静電容量が、より優れた信号強度を得て、タッチコントローラの影響を低減させるために要求される。さらに、構造ＳＴＲ．ＩＩＩおよび構造ＳＴＲ．ＩＶもまた、ＳＰＳＴスイッチ５１０と併用され、図５に示される構成におけるジェスチャ検出システム信号に及ぼす高インピーダンス状態の影響を低減させることができる。加えて、図５に示される解決策では、タッチコントローラのピンは、ジェスチャ検出システム１４０が、十分な信号強度を保ち、また、信号レベルも十分に一定である場合、低状態に設定されることができる。
以下、種々の実施形態による、ハードウェア解決策の利点について論じる。
１） 大信号強度および短整定時間の観点における信号性能。
マルチプレクサまたはＳＰＳＴ−スイッチのスイッチオン静電容量は、通常、そのスイッチオフ静電容量の２倍の大きさである。したがって、図１−３および６におけるジェスチャ検出デバイス１４０の信号強度は、他の構成よりも低減される。
理想的場合では、良好な信号性能は、短整定時間、大信号強度、および整定時間後の安定信号曲線を有することが予期され得る。いくつかの最悪の場合には、ジェスチャ検出デバイス信号への高インピーダンス状態の外乱が回避される構成が、使用される必要がある。したがって、信号性能は、さらに分析される必要がある。以下の実施例では、これに関連する「整定時間」は、タッチコントローラピンに現れる極端に遅い電位変化の時間を含有しないことに留意されたい。
例えば、図７に示されるように、３つのジェスチャ検出信号が、実証される。曲線７１０は、これらの曲線の最良性能を示す。曲線７２０は、整定時間後、若干、上昇する一方、曲線７３０は、わずかに下降する。これらの２つの曲線は、以下の２つの条件下では、依然として、容認可能であり得る。
条件１：整定時間後の変化は、タッチコントローラ１５０のピンにおける不可避の電位変化および状態を変化させるためのスイッチデバイスによって生じる。
条件２：整定時間後の変化は、１分あたり６０ディジット等、非常にわずかであるべきである。実際、ジェスチャ検出デバイス１４０は、約８０ｍｓに相当するわずかな作業時間スロットのみを有する。本種類の性能は、信号が、全体的時間スロットにいかなる有意な変化も伴わない、平滑曲線を有する場合、良好であると見なされる。一方、反復時間スロット毎に、曲線は、値および曲線傾向に同じ性能を示すべきである。
２） ハードウェアコストもまた、決定のための重要な要因である。例えば、図４に示されるような最も単純な構造を用いた解決策が、最初に検討されてもよい。その後では、ＳＰＳＴ−スイッチは、アナログマルチプレクサに勝る価格優位性を有することになる。
種々の実施形態によると、ジェスチャ検出デバイス１４０の入力が、直接、タッチコントローラ１５０に接続される構成が、提供されることができる。本構成では、図８に示されるように、発生器１１０およびジェスチャ検出デバイス１４０は、ジェスチャ検出のためのみにアクティブである。タッチ検出の場合、タッチコントローラ１５０は、そのピンを種々の信号レベルに駆動させ、電極１２０上の静電容量変化を測定する。本構成の長所は、タッチコントローラピンに浮動状態およびわずかな電位変化をもたらす、タッチコントローラ１５０の高インピーダンス状態（ＨＩＧＨＺ）が、ジェスチャ検出に無視可能な影響のみ有することである。同時に、ジェスチャ検出デバイス１４０の入力構造は、高インピーダンスを示し、同様に、タッチ検出にほとんど影響を及ぼさない。さらに、ジェスチャ検出デバイス入力の電流源もまた、高インピーダンス状態によって生じる電位変化の影響を低減させることができる。ジェスチャ検出デバイス１４０の入力構造からのレジスタＲ１は、巨大な値を有するため、本電流源は、タッチ検出のためのタッチピンにおける充電プロセスおよび放電プロセスに非常に若干のみ影響し得る。したがって、その影響もまた、無視可能である。このように、両検出プロセスは、時分割多重化モードにおいて、非常に良好に行なわれることができる。タッチコントローラ１５０とジェスチャ検出デバイス１４０との間に時分割多重化モードを実装するために、両コントローラ１４０、１５０の作業状態を同期させるためのいくつかの方法がある。
例えば、図８は、２つの同期ライン８１０、８２０を使用することによって、同期を伴う構成を示す。ジェスチャ検出デバイス１４０は、ライン８２０と連結されたＧｅｓｔ＿ｓｙｎｃという名称のピンを駆動させ、その作業状態をタッチコントローラ１５０に示すことができる一方、タッチコントローラは、ライン８１０と連結されたピンＴＰ＿ｓｙｎｃを使用して、その状態をジェスチャ検出デバイス１４０に示す。これらのピンにおける高状態は、対応する検出プロセスが完了したことを意味する。これらのピンの本高状態は、ファームウェアに割込を生じさせ、直ちに、作業フローを変化させるであろう。各コントローラ１４０および１５０は、図８に示されるように、上位プロセッサまたはシステムと連結するために、並列または直列インターフェース等の別個のインターフェースを有してもよい。図９は、ジェスチャ検出デバイス１４０ファームウェアおよびタッチコントローラ１５０ファームウェアの作業プロセスを示す。同期ライン８１０、８２０の割込ルーチンは、図９には含まれないことに留意されたい。
ジェスチャ検出デバイス１４０の場合、ルーチンは、ステップ９１０から開始し、その後、‘０’へのライン８２０の状態設定が続く。ステップ９２０では、ジェスチャ検出プロセスが行なわれ、その後、ステップ９２５が続き、状態ライン８２０が、‘１’に設定される。ループ９３０は、タッチコントローラ状態ライン８１０が‘１’に設定されるのを待機する。
タッチコントローラ１５０の場合、ルーチンは、ステップ９４０から開始し、その後、‘０’へのタッチ状態ライン８１０の設定が続く。ルーチンは、状態ライン８２０が‘１’に設定されるまで、ステップ９６０で待機する。該当する場合、状態ライン８１０は、ステップ９７０において、‘０’に設定され、その後、ステップ９８０において、タッチ検出プロセスが続く。タッチ検出を行なった後、状態ライン８１０は、ステップ９９０において、‘１’に設定され、ルーチンは、ステップ９６０に戻る。
本方法と同様に、さらに別の実施形態によると、通信インターフェース１０１０が、両側間の作業プロセスを同期するために使用され得る。図１０に示されるように、Ｉ２Ｃインターフェース１０１０は、タッチ検出のための開始コマンドを送信し、タッチコントローラ１５０からのタッチ結果を読み取ることに関与する。このように、ジェスチャ検出デバイス１４０は、マスタとして作用する一方、タッチコントローラ１５０は、スレーブとしての役割を果たす。しかしながら、本割当はまた、他の実施形態では、逆にされ得る。さらに、他の実施形態によると、ＲＳ２３２、ＳＰＩ、任意のタイプの単一ワイヤ直列通信インターフェース等の他の通信インターフェースも、使用されることができる。加えて、図１０は、ジェスチャ検出デバイス１４０内の別の通信インターフェース、例えば、上位プロセッサまたはシステムへの接続のための並列または直列インターフェースを示す。そのような配列では、ジェスチャ検出デバイス１４０は、マスタであり、全データをタッチコントローラ１５０から収集するという事実から、タッチコントローラは、付加的インターフェースを具備する必要がない。さらに別の実施形態によると、前述のように、Ｉ２Ｃインターフェースはまた、付加的インターフェースの代わりに、上位プロセッサまたはシステムと通信するために使用され得る。
タッチ検出が完了後、状態ライン８１０は、‘１’に設定され、割込を生じさせることによって、ジェスチャ検出デバイス１４０に、タッチデータの読取を開始させるであろう。図１１−１４は、それぞれ、マスタおよびスレーブの主要作業プロセスを説明する。再び、同期ラインＴＰ＿ｓｙｎｃのための割込ルーチンは、含まれないことに留意されたい。本構成では、タッチ検出結果およびジェスチャ検出結果は、通信インターフェース１０１０を通して、他のプロセッサに伝送されることができる。さらに、ジェスチャ検出デバイス１４０は、ｘ−、ｙ−、およびｚ−方向における検出を行なうことができる。したがって、ジェスチャ検出のためのタイムスロットの長さもまた、ｚ−方向における位置に関して構成可能である。
図１１は、図１０に示される実施形態による、ジェスチャ検出デバイス１４０のための例示的ルーチンを示す。ルーチンは、ステップ１１１０から開始し、その後、ステップ１１２０が続き、ジェスチャ検出プロセスが、行なわれる。以下のステップ１１３０は、検出された物体のＺ−位置が、第１の閾値Ｚ＿ｈｉｇｈより小さいかどうかチェックする。該当しない場合、タイマが、ステップ１１４０において開始され、その後、ループ１１５０が続き、タイマが切れるかどうかチェックする。該当する場合、ルーチンは、ステップ１１２０に戻る。
ステップ１１３０におけるＺ−位置チェックが、検出された位置が閾値Ｚ＿ｈｉｇｈより小さいことを判定する場合、ステップ１１６０において、Ｚ−位置が、第２の閾値Ｚ＿ｌｏｗより低いかどうかチェックされるであろう。該当しない場合、ルーチンは、ステップ１１２０に戻る。そうでなければ、ルーチンは、ステップ１１７０において、Ｉ２Ｃインターフェース１０１０を介して、タッチコントローラへの制御データ、および随意に、他のデバイスへのデータの書込を開始する。タッチコントローラ１４０のための制御データは、タッチ検出プロセスを開始するためのコマンドを含んでもよい。以下のステップ１１８０では、ルーチンは、状態ライン８１０が‘１’に設定されるまで待機する。該当する場合、ルーチンは、Ｉ２Ｃインターフェース１０１０を介して、タッチコントローラ１５０からのデータの読取を開始し、ステップ１１２０に戻る。
図１２は、マスタ、例えば、ジェスチャ検出デバイス１４０のための例示的関連付けられたＩ２Ｃ割込ルーチンを示す。ルーチンは、ステップ１２１０から開始し、その後、ステップ１２２０において、読取を開始するかどうかの決定が続く。開始する場合、ルーチンは、ステップ１２３０に分岐し、タッチコントローラ１５０からのタッチ結果が、Ｉ２Ｃインターフェース１０１０を介して読み取られ、その後、ステップ１２５０において、割込の終了が続く。読取が、ステップ１２２０において、行なわれないと判断される場合、開始コマンドは、ステップ１２４０において、Ｉ２Ｃインターフェース１０１０を介して、タッチコントローラ１５０に送信され、その後、ステップ１２５０において、割込の終了が続く。
図１３は、図１０のシステム内のタッチコントローラ１５０のための例示的ルーチンを示す。ルーチンは、ステップ１３１０から開始し、その後、ステップ１３２０が続き、状態ライン８１０が‘０’に設定される。次いで、ステップ１３３０では、ルーチンは、開始コマンドが受信されるまで、例えば、関連付けられたフラグｔｏｕｃｈ＿ｓｔａｒｔが‘１’に設定されるまで待機する。該当する場合、ルーチンは、ステップ１３４０に分岐し、状態ライン８１０およびｔｏｕｃｈ＿ｓｔａｒｔフラグは、‘０’に設定される。次いで、タッチ検出プロセスが、ステップ１３５０において行なわれる。以下のステップ１３６０では、状態ライン８１０は、‘１’に設定され、ルーチンは、ステップ１３３０に戻る。
スレーブ、例えば、タッチコントローラ１５０のための関連付けられた割込ルーチンは、図１４に示される。ルーチンは、ステップ１４１０から開始し、その後、読取コマンドがステップ１４２０において行なわれるべきかどうかの判定が続く。行なわれるべき場合、ルーチンは、ステップ１４３０に分岐し、タッチ結果が、Ｉ２Ｃインターフェース１０１０を通して送信され、その後、ステップ１４５０において、割込の終了が続く。ステップ１４２０における判定が、‘いいえ’である場合、ルーチンは、ステップ１４４０に分岐し、ｔｏｕｃｈ＿ｓｔａｒｔフラグは、‘１’に設定され、その後、ステップ１４５０において、割込の終了が続く。

Claims (28)

  1. システムであって、
    容量タッチコントローラと、
    ジェスチャ検出デバイスと、
    少なくとも１つの第１の電極および少なくとも１つの第２の電極を有する容量センサであって、前記少なくとも１つの第１の電極は、ＡＣ信号を前記第１の電極に供給するための制御可能発生器と連結されている、容量センサと、
    前記少なくとも１つの第２の電極、前記タッチコントローラの入力、および前記ジェスチャ検出デバイスの入力間の構成可能な連結器であって、前記連結器は、前記システムが、前記制御可能発生器がオフにされる第１の構成モードにおいて、前記タッチコントローラによって、前記第２の電極から受信された信号からタッチ検出を行ない、前記制御可能発生器がオンにされる第２の構成モードにおいて、前記ジェスチャ検出デバイスによって、前記第２の電極から受信された信号からジェスチャ検出を行なうことを可能にするように構成されることができる、連結器と
    を備える、システム。
  2. 前記連結器は、前記第２の電極を前記タッチコントローラまたは前記ジェスチャ検出デバイスのいずれかに接続するために動作可能な切替配列を備える、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記切替配列は、マルチプレクサを備える、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記切替配列は、単極双投スイッチを備える、請求項２に記載のシステム。
  5. 前記タッチコントローラの入力と接地との間に接続されたレジスタをさらに備える、請求項２に記載のシステム。
  6. 前記レジスタと連結された電流源をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記ジェスチャ検出デバイスの入力とＤＣ電圧との間に接続されたレジスタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記連結器は、前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続を備える、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記同期接続は、前記タッチコントローラから前記ジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成された第１の同期ラインと、前記ジェスチャ検出デバイスから前記タッチコントローラに状態を信号伝達するように構成された第２の同期ラインとを備える、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記同期接続は、前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備える、請求項８に記載のシステム。
  11. 前記双方向性通信インターフェースは、Ｉ２Ｃインターフェースである、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力および前記ジェスチャ検出デバイスの入力と連結され、前記タッチコントローラの入力は、前記連結器が前記第２の構成モードで動作するように構成されるとき、高インピーダンスモードに切り替えられるように動作可能であり、前記制御可能発生器は、前記第２の構成モードにおいて、前記ＡＣ信号を前記第１の電極に供給する、請求項１に記載のシステム。
  13. 前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続をさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記同期接続は、前記タッチコントローラから前記ジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成された第１の同期ラインと、前記ジェスチャ検出デバイスから前記タッチコントローラに状態を信号伝達するように構成された第２の同期ラインとを備える、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記同期接続は、前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備える、請求項１３に記載のシステム。
  16. 前記双方向性通信インターフェースは、Ｉ２Ｃインターフェースである、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記第２の電極は、前記ジェスチャ検出デバイスの入力に接続され、前記連結器は、単極単投スイッチを備え、前記単極単投スイッチは、低オフアイソレーション値および低スイッチオン静電容量を有し、前記第２の電極を前記タッチコントローラに接続するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
  18. 前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力に接続され、前記連結器は、単極単投スイッチを備え、前記単極単投スイッチは、低オフアイソレーション値および低スイッチオン静電容量を有し、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスに接続するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
  19. 容量センサデバイスの一方の電極と連結されるように構成された、容量タッチコントローラおよび非タッチジェスチャ検出デバイスを備えるシステム内でタッチおよび非タッチジェスチャ検出を行なうための方法であって、前記容量センサデバイスの別の電極は、ＡＣ信号を前記別の電極に供給するための制御可能発生器と連結され、
    前記方法は、前記容量センサの前記一方の電極と前記タッチコントローラの入力または前記ジェスチャ検出デバイスの入力との間の連結器を構成することを含み、前記連結器は、前記システムが、前記制御可能発生器がオフにされる第１の構成モードにおいて、前記タッチコントローラによって、第２の電極から受信された信号からタッチ検出を行ない、第２の構成モードにおいて、前記ジェスチャ検出デバイスによって、前記第２の電極から受信された信号からジェスチャ検出を行なうことを可能にするように構成され、前記制御可能発生器は、前記第２の構成モードにある場合、前記ＡＣ信号を前記別の電極に供給するようにオンにされる、方法。
  20. 前記連結器は、前記第２の電極と前記タッチコントローラおよび前記ジェスチャ検出デバイスの入力との間に切替配列を備え、
    前記方法は、前記第１の構成モードの間、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスの入力から分断し、前記第２の電極を前記タッチコントローラと連結することと、前記第２の構成モードの間、前記第２の電極を前記タッチコントローラの入力から分断し、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスと連結することとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力および前記ジェスチャ検出デバイスの入力と連結され、
    前記方法は、前記第２の構成モードの間、前記タッチコントローラの入力を高インピーダンスモードに切り替えることをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に同期接続をさらに備え、
    前記方法は、前記同期接続を用いて、前記ジェスチャ検出デバイスおよび前記タッチコントローラによる個別の検出プロセスの終了を相互に信号伝達するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記同期接続は、前記タッチコントローラから前記ジェスチャ検出デバイスに状態を信号伝達するように構成された第１の同期ラインと、前記ジェスチャ検出デバイスから前記タッチコントローラに状態を信号伝達するように構成された第２の同期ラインとを備える、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記同期接続は、前記タッチコントローラと前記ジェスチャ検出デバイスとの間に双方向性通信インターフェースを備える、請求項２２に記載の方法。
  25. 前記ジェスチャ検出デバイスをマスタとして、前記タッチコントローラをスレーブデバイスとして構成することと、前記タッチコントローラによって判定されたデータを前記ジェスチャ検出デバイスに送ることとをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記ジェスチャ検出デバイスによって、前記タッチコントローラおよび／または前記ジェスチャ検出デバイスによって判定された全データを上位プロセッサに通信することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記第２の電極は、前記ジェスチャ検出デバイスの入力に接続され、
    前記方法は、前記第１の構成モードの間、単極単投スイッチを使用して、前記第２の電極を前記タッチコントローラに接続することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  28. 前記第２の電極は、前記タッチコントローラの入力に接続され、
    前記方法は、前記第２の構成モードの間、単極単投スイッチを使用して、前記第２の電極を前記ジェスチャ検出デバイスに接続することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
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