JP6122401B2 - マルチポイント・タッチスクリーン - Google Patents

Description

本発明は、一般には、タッチ・スクリーンを有する電子デバイスに関する。より詳細には、複数のポイントを同時に感知できるタッチ・スクリーンに関する。

現在、コンピュータ・システム内でオペレーションを実行するための多くのスタイルの入力デバイスが存在する。一般にこれらのオペレーションは、ディスプレイ・スクリーン上でカーソルを動かすこと、および／または選択を行うことに相当する。例えば入力デバイスとしては、ボタンまたはキー、マウス、トラックボール、タッチ・パッド、ジョイ・スティック、タッチ・スクリーンなどを含むことができる。とりわけタッチ・スクリーンは、その操作が容易で用途が幅広く、ならびに価格が安くなってきているため、ますます普及してきている。タッチ・スクリーンによって、ユーザは、指またはスタイラスを介してディスプレイ・スクリーンに触れるだけで、選択を行ったりカーソルを動かすことができる。一般にタッチ・スクリーンは、ディスプレイ・スクリーン上の接触とその接触の位置を認識し、コンピュータ・システムがその接触を解釈し、次いで接触の事象に基づいてアクションを実行する。

タッチ・スクリーンは通常、タッチ・パネル、コントローラ、ソフトウェア・ドライバを含む。タッチ・パネルは、接触感知面を備えた透明のパネルである。タッチ・パネルは、接触感知面がディスプレイ・スクリーンのうちの見えるエリアを覆うように、ディスプレイ・スクリーンの前に配置される。タッチ・パネルは、接触の事象を登録し、これらの信号をコントローラへ送る。コントローラは、これらの信号を処理し、そのデータをコンピュータ・システムへ送る。ソフトウェア・ドライバは、接触の事象をコンピュータの事象へ変換する。

抵抗式、容量式、赤外線式、表面弾性波式、電磁式、近接場イメージング式などを含むいくつかのタイプのタッチ・スクリーン技術がある。これらのデバイスのそれぞれには、有利な点と不利な点があり、それらは、タッチ・スクリーンの設計や構成を行う際に考慮される。抵抗式の技術では、タッチ・パネルは、薄い金属製の導電性の抵抗層でコーティングされている。パネルに触れると層どうしが接触し、これによって、接触事象の位置を登録するスイッチが閉じる。この情報はさらなる処理のためにコントローラへ送られる。容量式の技術では、タッチ・パネルは、電荷を蓄える材料でコーティングされている。パネルに触れると、少量の電荷が接触ポイントへ引き寄せられる。パネルのそれぞれの隅に配置されている回路が電荷を測定し、その情報を処理のためにコントローラへ送る。

表面弾性波式の技術では、超音波が、例えばトランスデューサによって、タッチ・スクリーン・パネルの全面にわたって縦横に射出される。パネルに触れると、超音波の音響エネルギーが吸収される。トランスデューサの向かい側に配置されているセンサが、この変化を検知し、その情報を処理のためにコントローラへ送る。赤外線式の技術では、光のビームが、例えば発光ダイオードによって、タッチ・パネルの全面にわたって縦横に射出される。パネルに触れると、発光ダイオードから射出されている光のビームの一部が遮断される。発光ダイオードの向かい側に配置されている光検出器が、この変化を検知し、この情報を処理のためにコントローラへ送る。

これらの技術のすべてに見受けられる１つの問題は、たとえ感知面上に複数の物体が置かれている場合でも単一のポイントを報告することしかできないことである。すなわち、複数の接触ポイントを同時に探知することができないのである。抵抗式と容量式の技術では、同時に生じるすべての接触ポイントの平均が決定され、接触ポイントどうしの間のどこかにある単一のポイントが報告される。表面波式と赤外線式の技術では、マスキングのために、同じ横または縦のライン上にある複数の接触ポイントの正確な位置を識別することはできない。いずれの場合も、誤った結果がもたらされる。

これらの問題は、タブレットＰＣにおいて特に問題であり、タブレットＰＣでは、一方の手を使用してタブレットを持ち、他方の手を使用して接触事象が生み出される。例えば図１Ａ、図１Ｂに示されているように、タブレット２を手に持つと、親指３が、タッチ・スクリーン５の接触感知面４の縁部と重なる。図１Ａに示されているように、タッチ・技術が、抵抗式のパネルや容量式のパネルによって使用される平均化の技法を使用している場合には、左手の親指３と右手の人差し指６の間のどこかにある単一のポイントが報告される。図１Ｂに示されているように、技術が、赤外線式のパネルやＳＡＷ式のパネルによって使用される射出走査の技法を使用している場合には、親指３の大きな縦の構成要素のために、人差し指６の正確な縦の位置を識別することが困難になる。タブレット２は、グレーで表示されるパッチを分割することしかできない。実質的に親指３は、人差し指６の縦の位置を覆い隠してしまう。

本発明は、一実施態様においては、透明な容量感知媒体を有するタッチ・パネルであって、そのタッチ・パネルの平面内の別々の位置で同時に生じる複数の接触または接触に近い状態を検知するように、およびそれらの複数の接触のそれぞれに関してタッチ・パネルの平面上におけるそれらの接触の位置を表す別々の信号を生成するように構成されているタッチ・パネルに関する。

本発明は、別の実施態様においては、ディスプレイ装置に関する。このディスプレイ装置は、グラフィカル・ユーザ・インターフェースを表示するためのスクリーンを有するディスプレイを含む。このディスプレイ装置は、スクリーンを見ることができる透明なタッチ・パネルであって、タッチ・スクリーンの接触感知面上の別々の位置で同時に生じる複数の接触事象を認識することができ、その情報をホスト・デバイスへ出力するタッチ・パネルをさらに含む。

本発明は、別の実施態様においては、コンピュータによって実施される方法に関する。この方法は、透明なタッチ・スクリーンの表面上で複数の接触を同時に受けるステップを含む。この方法は、それらの複数の接触のそれぞれを別々に認識するステップを含む。この方法は、認識した複数の接触に基づいて接触データを報告するステップをさらに含む。

本発明は、別の実施態様においては、コンピュータ・システムに関する。このコンピュータ・システムは、命令を実行するように、およびこのコンピュータ・システムに関連付けられているオペレーションを実行するように構成されているプロセッサを含む。このコンピュータは、プロセッサへ動作可能に結合されているディスプレイ・デバイスを含む。このコンピュータ・システムは、プロセッサへ動作可能に結合されているタッチ・スクリーンをさらに含む。このタッチ・スクリーンは、ディスプレイの前に配置されている実質的に透明なパネルである。このタッチ・スクリーンは、このタッチ・スクリーン上に載っている複数の物体、このタッチ・スクリーン上に触れる複数の物体、あるいはこのタッチ・スクリーン上を移動する複数の物体を同時に探知するように構成されている。このタッチ・スクリーンは、容量感知デバイスを含み、この容量感知デバイスは、いくつかの独立した空間的に別々の感知ポイントへと分割されており、タッチ・スクリーンの平面の全体にわたって配置されている。それぞれの感知ポイントは、１つの信号を同時に生成することができる。このタッチ・スクリーンはまた、感知回路を含み、この感知回路は、感知デバイスからデータを入手し、その入手したデータをプロセッサに提供する。

本発明は、別の実施態様においては、タッチ・スクリーンについての方法に関する。この方法は、複数の感知ポイントを駆動するステップを含む。この方法はまた、それらの感知ポイントに接続されているすべての感知ラインからの出力を読み取るステップを含む。この方法は、物体がタッチ・スクリーンのどこに接触しているかを判定するために１つの時点におけるタッチ・スクリーンの平面のイメージを作成して分析するステップをさらに含む。この方法は、タッチ・スクリーンに接触している物体における変化を判定するために現在のイメージを過去のイメージと比較するステップをさらに含む。

本発明は、別の実施態様においては、デジタル信号の処理方法に関する。この方法は、未加工のデータを受け取るステップを含む。この未加工のデータは、タッチ・スクリーンのそれぞれの透明な容量感知ノードに関する値を含む。この方法はまた、未加工のデータをフィルタにかけるステップを含む。この方法は、勾配データを生成するステップをさらに含む。この方法は、勾配データに基づいて接触領域に関する境界を計算するステップをさらに含む。さらにこの方法は、それぞれの接触領域に関する座標を計算するステップを含む。

従来のタッチ・スクリーンを手に持っているユーザを示す図である。 本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による特定の時点におけるタッチ・スクリーンの平面のイメージを示す図である。 本発明の一実施形態による複数ポイントへの接触に関する方法を示す図である。 本発明の一実施形態によるコンピュータ・システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による透明な複数ポイント・タッチ・スクリーンを示す部分平面図である。 本発明の一実施形態による透明なマルチ・ポイント・タッチ・スクリーンを示す部分平面図である。 本発明の一実施形態によるディスプレイ装置の断面を示す正面図である。 本発明の別の実施形態による透明なマルチポイント・タッチ・スクリーンを示す平面図である。 本発明の一実施形態によるディスプレイ装置の断面を示す部分正面図である。 一実施形態による駆動層および感知層を示す部分平面図である。 一実施形態による駆動層および感知層を示す部分平面図である。 本発明の一実施形態による相互静電容量回路を示す略図である。 本発明の一実施形態による電荷増幅器を示す図である。 本発明の一実施形態による容量感知回路を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による流れ図である。 本発明の一実施形態によるデジタル信号の処理方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態によるいくつかのステップにおける接触データを示す図である。 本発明の一実施形態による電子デバイスを示す側面図である。 本発明の一実施形態による電子デバイスを示す側面図である。

本発明については、以降の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによって、容易に理解できるであろう。添付の図面においては、同様の参照番号は、同様の構造要素を指している。

以降で図２〜図１９を参照して、本発明の実施形態について論じる。しかし、ここでこれらの図を参照して与えられる詳細な説明は、説明のためのものであり、本発明は、これらの限られた実施形態を超えるものであるということを当業者なら容易に理解できるであろう。

図２は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置３０を示す斜視図である。ディスプレイ装置３０は、ディスプレイ３４と、ディスプレイ３４の前に配置されている透明なタッチ・スクリーン３６とを含む。ディスプレイ３４は、おそらくはポインタまたはカーソルと、ユーザへのその他の情報とを含むグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）を表示するように構成されている。その一方で、透明なタッチ・スクリーン３６は、ユーザの接触を感知する入力デバイスであり、これによってユーザは、ディスプレイ３４上のグラフィカル・ユーザ・インターフェースと対話することができる。例えばタッチ・スクリーン３６は、ユーザが、ディスプレイ３４上のグラフィカル・ユーザ・インターフェースに触れるだけで、そのＧＵＩ上で入力ポインタを動かしたり、選択することができる。

一般にタッチ・スクリーン３６は、タッチ・スクリーン３６の表面３８での接触事象を認識し、次いでこの情報をホスト・デバイスへ出力する。ホスト・デバイスは、例えばデスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータ、タブレット・コンピュータなどのコンピュータに相当する。ホスト・デバイスは、接触事象を解釈し、次いでその接触事象に基づいてアクションを実行する。従来、タッチ・スクリーンは、たとえ複数のポイントを同時に触れられている場合でも、単一の接触事象を認識することしかできなかった（例えば平均化、マスキングなど）。しかし、ここで示されているタッチ・スクリーン３６は、従来のタッチ・スクリーンとは異なり、タッチ・スクリーン３６の接触感知面３８上の別々の場所で同時に生じる複数の接触事象を認識するように構成されている。つまり、タッチ・スクリーン３６によって、複数の接触ポイントＴ１〜Ｔ４を同時に探知することができる。すなわち、４つの物体がタッチ・スクリーンに触れている場合には、タッチ・スクリーンは４つの物体をすべて探知する。図示されているように、タッチ・スクリーン３６は、タッチ・スクリーン３６の表面上で同時に生じるそれぞれの接触ポイントＴ１〜Ｔ４に関する別々の探知信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。認識できる接触の数は、約１５とすることができる。１５個の接触ポイントによって、すべての指用として１０個、両方の手のひら用として２個、その他用として３個の接触ポイントが可能となる。

複数の接触事象を別々に、あるいは共に使用して、ホスト・デバイス内において単一の、あるいは複数のアクションを実行することができる。別々に使用する場合には、第１のアクションを実行するために第１の接触事象を使用することができ、その一方で、第１のアクションとは異なる第２のアクションを実行するために第２の接触事象を使用することができる。これらのアクションとしては、例えばカーソルまたはポインタなどの物体を動かすこと、スクロールまたはパンを行うこと、コントロールの設定を調整すること、ファイルまたはドキュメントを開くこと、メニューを表示すること、選択を行うこと、命令を実行すること、ホスト・デバイスに接続されている周辺デバイスを操作することなどを含む。共に使用する場合には、１つの特定のアクションを実行するために、第１の接触事象と第２の接触事象を使用することができる。この特定のアクションとしては、例えばコンピュータまたはコンピュータ・ネットワークにログオンすること、権限のある個人にコンピュータまたはコンピュータ・ネットワークのアクセス禁止エリアへのアクセスを認めること、コンピュータのデスクトップに関するユーザの好みの配置に関連付けられているユーザ・プロファイルをロードすること、ウェブ・コンテンツへのアクセスを認めること、特定のプログラムを起動すること、メッセージの暗号化や復号を行うことなどを含むことができる。

複数の接触事象を認識することは、一般にマルチポイント感知装置を用いて達成される。マルチポイント感知装置は、タッチ・スクリーン３６の接触感知面３８の全面にわたって別々のポイントで複数の接触とそれらの接触の大きさを同時に検知し、モニタすることができる。一般にマルチポイント感知装置は、複数の透明なセンサ座標またはノード４２を提供し、これらは、互いに独立して機能し、タッチ・スクリーン３６上の別々のポイントを表す。複数の物体がタッチ・スクリーン３６に押し当てられると、１つまたは複数のセンサ座標が、それぞれの接触ポイント、例えば接触ポイントＴ１〜Ｔ４に関してアクティブになる。それぞれの接触ポイントＴ１〜Ｔ４に関連付けられているセンサ座標４２は、探知信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。

一実施形態においては、タッチ・スクリーン３６は、複数の静電容量感知ノード４２を含む。これらの容量感知ノードは、広範囲にわたる様々なものとすることができる。例えば容量感知ノードは、自己静電容量または相互静電容量に基づく。自己静電容量では、単一の電極の「自己」静電容量が、例えばグラウンドに対して測定される。相互静電容量では、少なくとも第１の電極と第２の電極の間における相互静電容量が測定される。いずれの場合も、ノード４２のそれぞれは、タッチ・スクリーン３６上の別々のポイントを表す同時に生じる信号を生成するために、他のノード４２から独立して機能する。

透明なタッチ・スクリーン３６を作成するために、静電容量感知ノード４２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明な導電媒体を用いて形成される。自己静電容量感知装置では、透明な導電媒体は、空間的に分離された電極とトレースへパターニングされる。電極のそれぞれは、別々の座標を表し、トレースは、電極を容量感知回路へ接続する。これらの座標は、デカルト座標系（ｘおよびｙ）、極座標系（ｒ、θ）、あるいはその他の何らかの座標系に関連付けられる。デカルト座標系では、電極を列と行の状態で配置して、それぞれの電極が別々のｘ、ｙ座標を表すグリッド・アレイを形成する。操作中に、容量感知回路は、電極のそれぞれにおいて生じる静電容量の変化をモニタする。複数の接触事象を認識する上で役立てるために、変化が生じている位置と、それらの変化の大きさとが使用される。通常、静電容量の変化が電極において生じるのは、ユーザが指などの物体を電極のすぐそばに置いたとき、すなわちその物体が電荷を奪い、それによって静電容量が影響を受けたときである。

相互静電容量では、透明な導電媒体は、２つの異なる層の上に形成される空間的に分離されたラインのグループへとパターニングされる。駆動ラインが第１の層の上に形成され、感知ラインが第２の層の上に形成される。別々の層の上にあることによって分離されているが、感知ラインは、駆動ラインを横断し、駆動ラインと交差し、あるいは駆動ラインを横切り、それによって静電結合ノードを形成する。一般に、感知ラインが駆動ラインを横切る方法は、使用される座標系によって異なる。例えばデカルト座標系では、感知ラインは、駆動ラインに対して垂直であり、それによって、別々のｘ座標とｙ座標を有するノードを形成する。あるいは極座標系では、感知ラインは、同心円にすることができ、駆動ラインは、放射状に延びるラインにすることができる（または、その逆も可能である）。駆動ラインは電源に接続され、感知ラインは容量感知回路に接続される。操作中に、電流は、一度に１本の駆動ラインを通って駆動され、静電結合のために、その電流は、ノード（例えば交点）のそれぞれにおける感知ラインまで運ばれる。さらに感知回路は、ノードのそれぞれにおいて生じる静電容量の変化をモニタする。複数の接触事象を認識する上で役立てるために、変化が生じている位置と、それらの変化の大きさとが使用される。通常、静電容量の変化が静電結合ノードにおいて生じるのは、ユーザが指などの物体を静電結合ノードのすぐそばに置いたとき、すなわちその物体が電荷を奪い、それによって静電容量が影響を受けたときである。

一例として、タッチ・スクリーン３６のノード４２において生成される信号を使用して、特定の時点におけるタッチ・スクリーンの平面のイメージを生成することができる。図３を参照すると、タッチ・スクリーン３６の接触感知面３８と接触するそれぞれの物体は、接触パッチ・エリア４４を形成する。接触パッチ・エリア４４のそれぞれは、いくつかのノード４２を覆っている。覆われているノード４２は、表面の接触を検知し、その一方で残りのノード４２は、表面の接触を検知しない。結果として、タッチ・スクリーンの平面のピクセル化された・イメージを形成することができる。それぞれの接触パッチ・エリア４４に関する信号を各グループにまとめて、接触パッチ・エリア４４を表す個々のイメージを形成することができる。それぞれの接触パッチ・エリア４４のイメージは、それぞれのポイントにおける圧力に基づいて高いポイントや低いポイントを含む。イメージの形状とともにイメージ内の高いポイントと低いポイントを使用して、互いのすぐそばにある接触パッチ・エリア４４どうしを区別することができる。さらに、現在のイメージ、より詳細にはそれぞれの接触パッチ・エリア４４のイメージを以前のイメージと比較して、ホスト・デバイス内でどのアクションを実行すべきかを決定することができる。

再び図２を参照すると、ディスプレイ装置３０は、スタンド・アロンのユニットでもよく、あるいはその他のデバイスと統合されてもよい。スタンド・アロンの場合には、ディスプレイ装置３２は（あるいは、そのコンポーネントのそれぞれは）、周辺デバイス（モニタ）のように機能し、自分自身の筐体を含み、有線接続や無線接続を通じてホスト・デバイスに結合される。統合する場合には、ディスプレイ装置３０は、１つの筐体を共有し、ホスト・デバイスに配線で接続され、それによって単一のユニットを形成する。例えばディスプレイ装置３０は様々なホスト・デバイスの内部に配置される。それらのホスト・デバイスとしては、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータなどの汎用コンピュータ、ＰＤＡなどの手持ちサイズのコンピュータ、および音楽プレーヤなどのメディア・プレーヤ、あるいはカメラやプリンタなどの周辺デバイスが含まれるが、これらには限定されない。

図４は、本発明の一実施形態による複数ポイントへの接触に関する方法４５である。この方法は、一般にブロック４６において開始し、このブロック４６では、タッチ・スクリーンの表面上で同時に複数の接触を受ける。これは、例えばタッチ・スクリーンの表面上に複数の指を置くことによって達成される。ブロック４６に続いて、処理の流れはブロック４７へ進み、このブロック４７では、複数の接触のそれぞれが、タッチ・スクリーンによって別々に認識される。これは、例えばタッチ・スクリーン内に配置されたマルチポイント静電容量センサによって達成される。ブロック４７に続いて、処理の流れはブロック４８へ進み、このブロック４８では、複数の接触に基づく接触データが報告される。この接触データは、例えば汎用コンピュータなどのホスト・デバイスへ報告される。

図５は、本発明の一実施形態によるコンピュータ・システム５０を示すブロック図である。コンピュータ・システム５０は、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータなどのパーソナル・コンピュータ・システムに相当する。例えば、このコンピュータ・システムは、任意のＡｐｐｌｅあるいはＰＣベースのコンピュータ・システムに相当する。このコンピュータ・システムは、インフォメーション・センタ、自動テラーマシン（ＡＴＭ）、販売時点情報管理マシン（ＰＯＳ）、産業機械、ゲームマシン、業務用ゲームマシン、自動販売機、航空券用電子端末、レストラン予約端末、顧客サービス・ステーション、図書館用端末、学習用デバイスなどの公共のコンピュータ・システムに相当する。

図示されているように、コンピュータ・システム５０はプロセッサ５６を含み、このプロセッサ５６は、命令を実行するように、またコンピュータ・システム５０に関連付けられているオペレーションを実行するように構成されている。例えばプロセッサ５６は、例えばメモリから検索される命令を使用して、コンピューティング・システム５０のコンポーネントどうしの間における入力データと出力データの受け取りや操作をコントロールすることができる。プロセッサ５６は、シングルチップ・プロセッサとすることもでき、あるいは複数のコンポーネントと共に実装することもできる。

ほとんどの場合、プロセッサ５６は、オペレーティング・システムと共にコンピュータ・コードを実行し、データを作成して使用するように機能する。コンピュータ・コードとデータは、プログラム・ストレージ・ブロック５８内に存在し、このプログラム・ストレージ・ブロック５８は、プロセッサ５６へ動作可能に結合されている。一般にプログラム・ストレージ・ブロック５８は、コンピュータ・システム５０によって使用されているデータを保持するための場所を提供する。例えばプログラム・ストレージ・ブロックは、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）６０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６２、ハード・ディスク・ドライブ６４などを含むことができる。コンピュータ・コードとデータは、取り外し可能なストレージ・メディアに存在することもでき、必要とされるときにコンピュータ・システムにロードしたりインストールしたりすることができる。取り外し可能なストレージ・メディアとしては、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＰＣカード、フロッピー（登録商標）・ディスク、磁気テープ、ネットワーク・コンポーネントが含まれる。

コンピュータ・システム５０はまた、入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ６６を含み、このＩ／Ｏコントローラ６６は、プロセッサ５６へ動作可能に結合されている。Ｉ／Ｏコントローラ６６は、プロセッサ５６と統合することもでき、あるいは図示されているように別個のコンポーネントとすることもできる。一般にＩ／Ｏコントローラ６６は、１つまたは複数のＩ／Ｏデバイスとの対話をコントロールするように構成されている。一般にＩ／Ｏコントローラ６６は、プロセッサと、そのプロセッサと通信することを希望するＩ／Ｏデバイスとの間でデータをやり取りすることによって動作する。Ｉ／ＯデバイスとＩ／Ｏコントローラは、通常はデータ・リンク６７を通じて通信する。データ・リンク６７は、一方向のリンクあるいは双方向のリンクとすることができる。場合によっては、Ｉ／Ｏデバイスは有線接続を通じてＩ／Ｏコントローラ６６に接続されてもよい。場合によっては、Ｉ／Ｏデバイスは、無線接続を通じてＩ／Ｏコントローラ６６に接続されてもよい。例えばデータ・リンク６７は、ＰＳ／２、ＵＳＢ、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、ＩＲ、ＲＦ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどに相当することができる。

コンピュータ・システム５０はまた、ディスプレイ・デバイス６８を含み、このディスプレイ・デバイス６８は、プロセッサ５６へ動作可能に結合されている。ディスプレイ・デバイス６８は、別個のコンポーネント（周辺デバイス）とすることもでき、あるいはプロセッサやプログラム・ストレージと統合して、１つのデスクトップ・コンピュータ（オール・イン・ワンのマシン）、ラップトップ・コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータ、タブレット・コンピュータなどを形成することもできる。ディスプレイ・デバイス６８は、おそらくはポインタまたはカーソルと、ユーザへのその他の情報とを含むＧＵＩを表示するように構成されている。例えばディスプレイ・デバイス６８は、モノクロ・ディスプレイ、からー・グラフィック・アダプタ（ＣＧＡ）ディスプレイ、エンハンスト・グラフィック・アダプタ（ＥＧＡ）ディスプレイ、バリアぶるグラフィックアレイ（ＶＧＡ）ディスプレイ、スーパーＶＧＡディスプレイ、液晶ディスプレイ（例えばアクティブ・マトリックス、パッシブ・マトリックスなど）、ＣＲＴ、プラズマ・ディスプレイなどとすることができる。

コンピュータ・システム５０はまた、タッチ・スクリーン７０を含み、このタッチ・スクリーン７０は、プロセッサ５６へ動作可能に結合されている。タッチ・スクリーン７０は、透明なパネルであり、ディスプレイ・デバイス６８の前に配置されている。タッチ・スクリーン７０は、ディスプレイ・デバイス６８と統合することもでき、あるいは別個のコンポーネントとすることもできる。タッチ・スクリーン７０は、ユーザの接触から入力を受け取り、この情報をプロセッサ５６へ送るように構成されている。ほとんどの場合、タッチ・スクリーン７０は、その表面上における接触と、その接触の位置と大きさを認識する。タッチ・スクリーン７０は、それらの接触をプロセッサ５６に報告し、プロセッサ５６は、そのプログラミングに従ってそれらの接触を解釈する。例えばプロセッサ５６は、特定の接触に従ってあるタスクを開始する。

一実施形態によれば、タッチ・スクリーン７０は、タッチ・スクリーンの接触感知面上に載っている複数の物体、接触感知面に触れる複数の物体、あるいは接触感知面上を移動する複数の物体を同時に探知することができる。これらの複数の物体は、例えば指や手のひらに相当する。本タッチ・スクリーンは複数の物体を探知できるため、ユーザは、接触によって開始されるいくつかのタスクを同時に実行することができる。例えばユーザは、１本の指でスクリーン上のボタンを選択し、その一方で別の指でカーソルを動かすことができる。さらにユーザは、１本の指でスクロール・バーを動かし、その一方で別の指でメニューからアイテムを選択することができる。さらに、１本の指で第１のオブジェクトをドラッグすることができ、その一方で別の指で第２のオブジェクトをドラッグすることができる。さらに、複数の指でジェスチャーを行うこともできる。

詳細に述べると、一般にタッチ・スクリーン７０は感知デバイス７２を含み、この感知デバイス７２は、すぐそばの物体および／または加えられる圧力を検知するように構成されている。感知デバイス７２は、広範囲にわたる様々なものとすることができる。特定の一実施形態においては、感知デバイス７２は、いくつかの独立した空間的に別々の感知ポイント、ノード、あるいは領域７４へと分割され、タッチ・スクリーン７０の全面にわたって配置される。感知ポイント７４は、通常は視界から隠されて、タッチ・スクリーン７０の周囲に分散され、それぞれの感知ポイント７４は、タッチ・スクリーン７０の表面（すなわちタッチ・スクリーンの平面）上の別々の位置を表す。感知ポイント７４は、グリッドあるいはピクセル・アレイの状態で配置することができ、それぞれのピクセル化された感知ポイント７４は１つの信号を同時に生成することができる。最も単純な場合では、１つの物体が１つの感知ポイント７４の上に配置されるたびに１つの信号が生成される。１つの物体が複数の感知ポイント７４の上に配置される場合や、その物体が複数の感知ポイント７４の間や上で動かされる場合には、複数の信号が生成される。

感知ポイント７４の数と構成は、広範囲にわたる様々なものとすることができる。感知ポイント７４の数は、一般にタッチ・スクリーン７０の希望の感度と希望の透明度によって異なる。ノードや感知ポイントが多くなれば、一般に感度は高まるが、透明度は低下する（またノードや感知ポイントが少なくなれば、一般に透明度は高まるが、感度は低下する）。配置に関しては、一般に感知ポイント７４は、タッチ・スクリーンの平面をデカルト座標系、極座標系、あるいはその他の何らかの座標系などの座標系へと対応付ける。（図示されているように）デカルト座標系が使用される場合には、感知ポイント７４は通常、ｘ座標とｙ座標に対応する。極座標系が使用される場合には、感知ポイントは通常、動径座標（ｒ）と角座標（θ）に対応する。

タッチ・スクリーン７０は、感知回路７６を含むことができ、この感知回路７６は、感知デバイス７２からデータを入手し、その入手したデータをプロセッサ５６に提供する。あるいは、プロセッサがこの機能を含むこともできる。一実施形態においては、感知回路７６が、未加工のデータをプロセッサ５６へ送り、それによってプロセッサ５６が、その未加工のデータを処理するように構成される。例えばプロセッサ５６は、感知回路７６からデータを受け取り、次いでそのデータがコンピュータ・システム５０内でどのように使用されることになるかを判断する。このデータは、それぞれの感知ポイント７４の座標やそれぞれの感知ポイント７４に加えられる圧力を含む。別の実施形態においては、感知回路７６が、未加工のデータを自分で処理するように構成される。すなわち感知回路７６は、感知ポイント７４からパルスを読み取り、それらのパルスを、プロセッサ５６が理解できるデータに変換する。感知回路７６は、フィルタリング・プロセスおよび／または変換プロセスを実行することができる。フィルタリング・プロセスは通常、プロセッサ５６が余分なデータや不要なデータによって過負荷にならないように、混み合ったデータ・ストリームを減らすように実施される。変換プロセスは、未加工のデータをプロセッサ５６へ送ったり報告したりする前に、それらの未加工のデータを調整するために実施することができる。それらの変換は、それぞれの接触領域の中心点（例えば重心）を決定するステップを含む。

感知回路７６は、タッチ・スクリーン・プログラムを格納するためのストレージ・エレメントを含み、このタッチ・スクリーン・プログラムは、タッチ・スクリーン７０の様々な側面をコントロールする。例えばタッチ・スクリーン・プログラムは、選択された感知ポイント７４に基づいてどんなタイプの値を出力すべきか（例えば座標）を含む。実際には、感知回路はタッチ・スクリーン・プログラムと共に、所定の通信プロトコルに従う。一般によく知られているように、通信プロトコルは、２つのデバイスの間でデータをやり取りするためのルールと手続きのセットである。通信プロトコルは通常、情報をデータのブロックすなわちパケットに含めて送信し、それらのパケットは、送信されるデータと、パケットをその送信先へ導くために必要とされるデータと、途中で生じるエラーを訂正するデータとを含む。例えば感知回路は、ヒューマン・インターフェース・デバイス（ＨＩＤ）フォーマットのデータを配置することができる。

一般に感知回路７６は、１つまたは複数のマイクロコントローラを含み、それらのマイクロコントローラのそれぞれは、１つまたは複数の感知ポイント７４をモニタする。マイクロコントローラは、例えばＡＳＩＣに相当し、これは、ファームウェアと共に機能して、感知デバイス７２からの信号をモニタし、そのモニタした信号を処理し、その情報をプロセッサ５６へ報告する。

一実施形態によれば、感知デバイス７２は静電容量に基づく。２つの導電性部材が実際に接触することなく互いに接近する場合は常に、それらの電界が相互作用して、静電容量が形成されるということは理解できるはずである。ほとんどの場合、第１の導電性部材が感知ポイント７４であり、第２の導電性部材が指などの物体８０である。物体８０がタッチ・スクリーン７０の表面に接近する際に、物体８０と、その物体８０のすぐそばの感知ポイント７４との間において、わずかな静電容量が形成される。感知ポイント７４のそれぞれにおける静電容量の変化を検知し、感知ポイントの位置に注目することによって、感知回路は、複数の物体を認識し、それらの物体８０がタッチ・スクリーン７０上で動かされるのに伴ってそれらの物体８０の位置、圧力、方向、速度、加速度を決定することができる。例えば感知回路は、１つまたは複数の手の指や手のひらのそれぞれがいつどこに触れているか、および（１つまたは複数の）手の指や手のひらによって加えられている圧力を同時に決定することができる。

静電容量の簡単さによって、感知デバイス７２の設計と構造に多大な柔軟性が可能となる。例えば感知デバイス７２は自己静電容量または相互静電容量に基づく。自己静電容量では、感知ポイント７４のそれぞれは、個々の帯電した電極によって提供される。ある物体がタッチ・スクリーン７０の表面に接近する際、その物体は、その物体のすぐそばの電極に静電結合し、それによってそれらの電極から電荷を奪い去る。電極のそれぞれにおける電荷の量は、複数の物体がタッチ・スクリーン７０に接触した場合のそれらの物体の位置を決定するために感知回路７６によって測定される。相互静電容量では、感知デバイス７２は、空間的に分離されたラインまたはワイヤの２つの層のグリッドを含む。最も単純な場合では、上側の層が行のラインを含み、その一方で下側の層が列の（例えば直交する）ラインを含む。感知ポイント７４は、行と列の交点において提供される。操作中に、行が帯電し、その電荷が、交点において列に静電結合する。ある物体がタッチ・スクリーンの表面に接近する際、その物体は、その物体のすぐそばの交点において行に静電結合し、それによってそれらの行から、したがって列からも電荷を奪い去る。列のそれぞれにおける電荷の量は、複数の物体がタッチ・スクリーン７０に接触した場合のそれらの物体の位置を決定するために感知回路７６によって測定される。

図６は、本発明の一実施形態による透明な複数ポイント・タッチ・スクリーン１００を示す部分平面図である。例えば、一般にタッチ・スクリーン１００は、図２、図４に示されているタッチ・スクリーンに相当する。マルチポイント・タッチ・スクリーン１００は、複数の物体の位置と圧力を同時に感知することができる。この特定のタッチ・スクリーン１００は、自己静電容量に基づき、したがって複数の透明な容量感知電極１０２を含み、これらの電極１０２のそれぞれは、タッチ・スクリーン１００の平面内の別々の座標を表す。電極１０２は、それらの電極１０２の付近のタッチ・スクリーン１００に接触している１つまたは複数の物体から容量性の入力を受け取るように構成されている。ある物体が電極１０２に接近すると、その物体は電荷を奪い、それによって電極１０２における静電容量が影響を受ける。電極１０２は、トレース１０６を通じて容量感知回路１０４に接続されており、これらのトレース１０６は、間隔を隔てた電極１０２どうしの間に見られる隙間１０８内に配置されている。これらの電極１０２は、互いに電気的に絶縁するために、および感知トレース１０６を別々に経路設定するためのスペースを提供するために間隔を隔てている。隙間１０８は、感知エリアを最大化するために、またスペースと透明な電極の間における光学的な差異を最小化するために小さくすることが好ましい。

図示されているように、感知トレース１０６は、それぞれの電極１０２からタッチ・スクリーン１００の側部へ経路設定され、そこから容量感知回路１０４に接続される。容量感知回路１０４は、１つまたは複数のセンサＩＣ１１０を含み、これらのセンサＩＣ１１０は、それぞれの電極１０２において静電容量を測定し、その検出事項やそれに類するものをホスト・コントローラへ報告する。センサＩＣ１１０は、例えばアナログの容量性信号をデジタル・データに変換し、次いでそのデジタル・データを、シリアル・バスを介してホスト・コントローラへ送ることができる。任意の数のセンサＩＣを使用することができる。例えば、すべての電極に対して単一のチップを使用することもでき、あるいは単一の電極や電極のグループに対して複数のチップを使用することもできる。ほとんどの場合、センサＩＣ１１０は探知信号を報告し、これらの探知信号は、電極１０２の位置と、電極１０２における静電容量の強度の双方の関数である。

一般に電極１０２、トレース１０６、感知回路１０４は、光透過部材１１２上に配置される。ほとんどの場合、光透過部材１１２は、ガラスやプラスチックなどの透明な材料から形成される。電極１０２とトレース１０６は、例えば蒸着、エッチング、印刷などを含む任意の適切なパターニング技法を用いて部材１１２上に設置することができる。電極１０２と感知トレース１０６は、任意の適切な透明な導電材料から作成することができる。例えば電極１０２とトレース１０６は、ＩＴＯから形成することができる。さらに感知回路１０４のセンサＩＣ１１０は、任意の適切な技法を用いてトレース１０６へ電気的に結合することができる。一実装形態においては、センサＩＣ１１０は、部材１１２（フリップ・チップ）上に直接配置される。別の実装形態においては、フレックス回路が部材１１２に接合され、センサＩＣ１１０は、そのフレックス回路に取り付けられる。さらに別の実装形態においては、フレックス回路が部材１１２に接合され、ＰＣＢがフレックス回路に接合され、センサＩＣ１１０は、そのＰＣＢに取り付けられる。センサＩＣは、例えばカリフォルニア州サンノゼのＳｙｎａｐｔｉｃｓ、デラウェア州ニューアークのＦｉｎｇｅｒｗｏｒｋｓ、あるいはカリフォルニア州サンノゼのＡｌｐｓによって製造されたものなどの静電容量感知ＩＣとすることができる。

電極１０２の配置は、広範囲にわたる様々なものとすることができる。例えば電極１０２は、タッチ・スクリーン１００の平面内のほとんどどこにでも配置することができる。電極１０２は、タッチ・スクリーン１００の周囲に不規則に、あるいは特定のパターンで配置することができる。後者に関しては、電極１０２の位置は、使用される座標系によって異なるものとすることができる。例えば電極１０２は、デカルト座標の場合には行と列のアレイの状態で、あるいは極座標の場合には同心円状のセグメントと放射状のセグメントのアレイの状態で配置することができる。それぞれのアレイ内では、行、列、同心円状のセグメント、または放射状のセグメントは、他の行、列、またはセグメントに対して一律に積み重ねることもでき、あるいは他の行、列、またはセグメントに対して互い違いにするか、もしくは埋め合わせる形にすることもできる。さらに、それぞれの行や列内では、またはそれぞれの同心円状のセグメントや放射状のセグメント内では、電極１０２は、隣の電極１０２に対して互い違いにすることもでき、あるいは埋め合わせる形にすることもできる。

さらに電極１０２は、単純（例えば、正方形、円、楕円、三角形、長方形、多角形など）か、複雑（例えば、不規則な形状）かを問わず、ほとんどいかなる形状にも形成することができる。またさらに、電極１０２の各形状は、同一の形状とすることもでき、あるいは別々の形状とすることもできる。例えば、電極１０２の１つのセットが第１の形状を有することができ、その一方で電極１０２の第２のセットが、第１の形状とは異なる第２の形状を有することができる。一般にこれらの形状は、感知エリアを最大化するように、また隙間と透明な電極の間における光学的な差異を最小化するように選択される。

さらに電極１０２のサイズは、それぞれのデバイスの固有のニーズによって様々なサイズとすることができる。場合によっては、電極１０２のサイズは、ほぼ指先の大きさに相当する。例えば電極１０２のサイズは、約４〜５ｍｍ²とすることができる。場合によっては、電極１０２のサイズは、タッチ・スクリーン１００の分解能を高めるために指先の大きさよりも小さい（指は、どの時点においても複数の電極に影響を与える可能性があり、それによって補間が可能となる）。形状と同様、電極１０２の各サイズは、同一のサイズとすることもでき、あるいは別々のサイズとすることもできる。例えば電極１０２の１つのセットは、電極１０２の別のセットよりも大きくすることができる。さらに、任意の数の電極１０２を使用することができる。電極１０２の数は通常、タッチ・スクリーン１００のサイズや、それぞれの電極１０２のサイズによって決定される。ほとんどの場合、より高い分解能を提供するには、すなわち加速度などに関してさらに多くの情報を利用できるようにするには、電極１０２の数を多くすることが望ましいであろう。

感知トレース１０６は、様々な方法で経路設定することができるが、通常は、それらの電極１０２とセンサ回路１０４の間で移動しなければならない距離を短くする方法で、また隣の電極１０２どうしの間に見られる隙間１０８のサイズを小さくする方法で経路設定する。感知トレース１０６の幅もまた、広範囲にわたって様々である。一般にこれらの幅は、そこを通って分配されている電荷の量、隣のトレース１０６の数と、トレース１０６が移動する際に通る隙間１０８のサイズによって決定される。隙間１０８の内側を最も多く覆い、それによってさらに均一な光学的な見え方がもたらされるように、隣のトレース１０６の幅を最大化することが一般には望ましい。

図示されている実施形態においては、電極１０２は、ピクセルのアレイ内に配置されている。図示されているように、電極１０２は行１１６内に配置されており、これらの行１１６は、タッチ・スクリーン１００の側部へかつ側部から延びている。それぞれの行１１６内では、同一の各電極１０２が、間隔を隔てて互いに横に（例えば並列に）配置されている。さらに行１１６は、互いの上に積み重ねられており、それによってピクセルのアレイが形成されている。感知トレース１０６は、隣の行１０６どうしの間に形成されている隙間１０８内を通るように経路設定される。それぞれの行に関する感知トレース１０６は２つの異なる方向に経路設定される。行１１６の一方の側の上の感知トレース１０６は、左側部の上に配置されているセンサＩＣ１１０へ経路設定され、行１１６の他方の側の上の感知トレース１０６は、タッチ・スクリーン１００の右側部の上に配置されている別のセンサＩＣ１１０へ経路設定される。これは、行１１６どうしの間に形成されている隙間１０８を最小化するように行われる。隙間１０８は、例えば約２０ミクロンまでに保持することができる。トレースどうしの間のスペースは積み重ねることができ、それによって電極どうしの間に広い隙間が生み出されるということが理解できるはずである。一方の側へ経路設定されるならば、スペースの大きさは実質的に倍増することになり、それによってタッチ・スクリーンの分解能が低下する。さらに電極１０２の形状は、平行四辺形の形態であり、より詳細には、側部の両辺が傾斜している平行四辺形である。

図７は、本発明の一実施形態による透明なマルチ・ポイント・タッチ・スクリーン１２０を示す部分平面図である。この実施形態においては、タッチ・スクリーン１２０は、図６に示されているタッチ・スクリーン１００に類似しているが、図６のタッチ・スクリーン１００とは異なり、図７に示されているタッチ・スクリーン１２０は、様々なサイズの電極１２２を含む。図示されているように、タッチ・スクリーン１２０の中央に配置されている電極１２２は、タッチ・スクリーン１２０の側部に配置されている電極１２２よりも大きい。実際に各電極１２２の高さは、タッチ・スクリーン１２０の中央から縁部へいくほど低くなる。こうなっているのは、より中央に位置する電極１２２の側部から延びる感知トレース１２４のための余地を設けるためである。有利なことに、この構成によって、電極１２２の隣の行１２６どうしの間に見られる隙間が小さくなる。それぞれの電極１２２の高さは低くなるが、行１２６の高さＨと、それぞれの電極１２２の幅Ｗは変わらない。ある構成においては、行１２６の高さは、それぞれの電極１２２の幅と実質的に等しい。例えば行１２６の高さとそれぞれの電極１２２の幅は、約４ｍｍ〜約５ｍｍとすることができる。

図８は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置１３０の断面を示す正面図である。ディスプレイ装置１３０は、ＬＣＤディスプレイ１３２と、ＬＣＤディスプレイ１３２の上に配置されているタッチ・スクリーン１３４とを含む。このタッチ・スクリーンは、例えば図６や図７に示されているタッチ・スクリーンに相当する。ＬＣＤディスプレイ１３２は、当技法分野で知られている任意の従来のＬＣＤディスプレイに相当してもよい。図示されていないが、ＬＣＤディスプレイ１３２は通常、蛍光パネル、偏光フィルタ、液晶セルの層、カラー・フィルタなどを含む様々な層を含む。

タッチ・スクリーン１３４は透明な電極層１３６を含み、この透明な電極層１３６は、ガラス部材１３８の上に配置されている。このガラス部材１３８は、ＬＣＤディスプレイ１３２の一部とすることもでき、あるいはタッチ・スクリーン１３４の一部とすることもできる。いずれの場合も、ガラス部材１３８は、比較的厚い透明なガラスであり、タッチ・スクリーン１３４上に加えられる力からディスプレイ１３２を保護する。ガラス部材１３８の厚さは、例えば約２ｍｍとすることができる。ほとんどの場合、電極層１３６は、ＩＴＯや印刷など、適切な透明な導電材料とパターニング技法とを用いてガラス部材１３８上に設置される。図示されていないが、場合によっては、タッチ・スクリーンの視覚的な見え方を改善するために、類似した屈折率の材料で電極層１３６をコーティングすることが必要となることもある。電極とトレースの間に位置する隙間は、それらの電極やトレースと同じ光学指数を有しておらず、したがって、より類似した光学指数を提供するための材料が必要とされる可能性もあるということが理解できるはずである。例えば、屈折率整合ジェルを使用することができる。

また、タッチ・スクリーン１３４は保護カバー・シート１４０を含み、この保護カバー・シート１４０は電極層１３６の上に配置されている。したがって電極層１３６は、ガラス部材１３８と保護カバー・シート１４０の間にはさまれている。保護シート１４０は、下にある層を保護する役割と、その上を物体が滑らかに動けるようにするための表面とする役割とを果たす。また、保護シート１４０は物体と電極層１３６の間に絶縁層となっている。保護カバー・シート１４０は、ガラスやプラスチックなどの任意の適切な透明な材料から形成することができる。保護カバー・シート１４０は、十分な電極結合を可能にするだけの薄さであることが適切である。例えばカバー・シート１４０の厚さは、約０．３〜０．８ｍｍとすることができる。さらに保護カバー・シート１４０は、触れた際の粘着性を少なくするために、また下にあるＬＣＤディスプレイ１３２を見る際のまぶしさを抑えるために、コーティングを用いて処理することができる。例えば、低粘着性／反射防止用のコーティング１４２をカバー・シート１４０の上に塗布することができる。電極層１３６は、通常はガラス部材１３８上にパターニングされるが、場合によっては別法として、または追加として、保護カバー・シート１４０上にパターニングすることもできるという点に留意されたい。

図９は、本発明の別の実施形態による透明なマルチポイント・タッチ・スクリーン１５０を示す平面図である。例えば、一般にタッチ・スクリーン１５０は、図２や図４のタッチ・スクリーンに相当する。図６〜図８に示されているタッチ・スクリーンとは異なり、図９のタッチ・スクリーンは、自己静電容量ではなく相互静電容量のコンセプトを利用する。図示されているように、タッチ・スクリーン１５０は、空間的に分離されたラインまたはワイヤ１５２の２つの層のグリッドを含む。ほとんどの場合、それぞれの層の上のライン１５２は互いに平行である。さらに、別々の層の上のライン１５２は、別々の平面内にあるが、容量感知ノード１５４を形成するために交差するように、すなわち交わるように構成されており、それらの容量感知ノード１５４のそれぞれは、タッチ・スクリーン１５０の平面内の別々の座標を表す。ノード１５４は、そのノード１５４の付近のタッチ・スクリーン１５０に接触している物体から容量性の入力を受け取るように構成されている。ある物体がノード１５４に接近すると、その物体は電荷を奪い、それによってノード１５４における静電容量が影響を受ける。

詳細に述べると、別々の層の上のライン１５２は２つの異なる機能を果たす。ライン１５２Ａの１つのセットが、それらの間を通る電流を駆動し、その一方でライン１５２Ｂの第２のセットが、ノード１５４のそれぞれにおける静電結合を感知する。ほとんどの場合、上の層が駆動ライン１５２Ａとなり、その一方で下の層が感知ライン１５２Ｂとなる。駆動ライン１５２Ａは、電源（図示せず）に接続されており、この電源は、駆動ライン１５２Ａのそれぞれを通る電流を別々に駆動する。すなわち、刺激は１つのラインの上で生じるだけであり、その一方で他のすべてのラインが接地される。これらは、同様にラスタ走査へと駆動することもできる。感知ライン１５２Ｂは、容量感知回路（図示せず）に接続されており、この容量感知回路は、感知ライン１５２Ｂのすべてを継続的に感知する（常に感知する）。

駆動されると、駆動ライン１５２Ａ上の電荷はノード１５４を通じて交差している感知ライン１５２Ｂへ静電結合し、容量感知回路は、感知ライン１５２Ｂのすべてを並行して感知する。その後、次の駆動ライン１５２Ａが駆動され、次の駆動ライン１５２Ａ上の電荷がノード１５４を通じて、交差している感知ライン１５２Ｂへ静電結合し、容量感知回路が感知ライン１５２Ｂのすべてを並行して感知する。これは、すべてのライン１５２Ａが駆動されるまで順次行われる。すべてのライン１５２Ａが駆動されると、シーケンスは、再び最初から開始する（継続的に繰り返す）。ほとんどの場合、ライン１５２Ａは、一方の側から反対側へ順次駆動される。

容量感知回路は通常、１つまたは複数のセンサＩＣを含み、これらのセンサＩＣは、感知ライン１５２Ｂのそれぞれにおいて静電容量を測定し、その検出事項をホスト・コントローラへ報告する。センサＩＣは、例えばアナログの容量性信号をデジタル・データに変換し、次いでそのデジタル・データを、シリアル・バスを介してホスト・コントローラへ送ることができる。任意の数のセンサＩＣを使用することができる。例えば、すべてのラインに対して１つのセンサＩＣを使用することもでき、あるいは単一のラインやラインのグループに対して複数のセンサＩＣを使用することもできる。ほとんどの場合、センサＩＣ１１０は探知信号を報告し、これらの探知信号は、ノード１５４の位置と、ノード１５４における静電容量の強度の双方の関数である。

一般にライン１５２は、１つまたは複数の光透過部材１５６上に配置され、この光透過部材１５６は、ガラスやプラスチックなどの透明な材料から形成されている。例えばライン１５２は、同じ部材１５６の対向する両側の上に配置することもでき、あるいは別々の部材１５６の上に配置することもできる。ライン１５２は、例えば蒸着、エッチング、印刷などを含む任意の適切なパターニング技法を用いて部材１５６上に設置することができる。さらにライン１５２は、任意の適切な透明な導電材料から作成することができる。例えば、これらのラインはＩＴＯで形成させることができる。駆動ライン１５２Ａは通常、フレックス回路１５８Ａを通じて電源に結合され、感知ライン１５２Ｂは通常、感知回路に、より詳細にはフレックス回路１５８Ｂを通じてセンサＩＣに結合される。センサＩＣは、印刷回路基板（ＰＣＢ）に取り付けることができる。あるいはセンサＩＣは、部材１５６上に直接配置することもでき、それによって、フレックス回路１５８Ｂがなくなる。

ライン１５２の配置は、広範囲にわたる様々なものとすることができる。例えばライン１５２は、タッチ・スクリーン１５０の平面内のほとんどどこにでも配置することができる。ライン１５２は、タッチ・スクリーン１５０の周囲に不規則に、あるいは特定のパターンで配置することができる。後者に関しては、ライン１５２の位置は、使用される座標系によって異なるものとすることができる。例えばライン１５２は、デカルト座標の場合には行と列の状態で、あるいは極座標の場合には同心円状かつ放射状に配置することができる。行と列を使用する場合には、それらの行と列は、互いに様々な角度で配置することができる。例えば、縦、横、あるいは斜めにすることができる。

さらにライン１５２は、直線状か曲線状かを問わず、ほとんどいかなる形状にも形成することができる。それぞれの層の上のラインは、同じものとすることもでき、あるいは異なるものとすることもできる。例えばこれらのラインは、直線状と曲線状の間で切り替えることができる。またさらに、対向するラインどうしの形状は、同一の形状とすることもでき、あるいは別々の形状とすることもできる。例えば、駆動ラインが第１の形状を有することができ、その一方で感知ラインが、第１の形状とは異なる第２の形状を有することができる。ライン１５２の幾何学的構成（例えば、ライン幅と間隔）もまた、広範囲にわたる様々なものとすることができる。それぞれの層におけるラインの幾何学的構成は、同一のものとすることもでき、あるいは別々のものとすることもでき、またさらに、双方の層に関するラインの幾何学的構成は、同一のものとすることもでき、あるいは別々のものとすることもできる。例えば、駆動ライン１５２Ａに対する感知ライン１５２Ｂのライン幅は、約２：１の比率を有することができる。

さらに、任意の数のライン１５２を使用することができる。一般にラインの数は、タッチ・スクリーン１５０の希望の分解能によって異なると考えられる。それぞれの層におけるラインの数は、同一の数とすることもでき、あるいは別々の数とすることもできる。ラインの数は通常、ライン１５２の希望の間隔とライン幅だけでなく、タッチ・スクリーンのサイズによって決定される。

図示されている実施形態においては、駆動ライン１５２Ａが行の状態で配置されており、感知ライン１５２Ｂが、それらの行に垂直な列の状態で配置されている。行は、タッチ・スクリーン１５０の側部へと横に延びており、列は、タッチ・スクリーン１５０の上部および下部へと縦に延びている。さらに、ライン１５２Ａと１５２Ｂのセットに関するライン幅は互いに異なり、ライン１５２Ａと１５２Ｂのセットに関する間隔は、互いに等しい。ほとんどの場合、感知ライン１５２Ｂのライン幅は、駆動ライン１５２Ａのライン幅よりも広い。例えば、駆動ラインと感知ライン１５２どうしの間隔は約５ｍｍとすることができ、駆動ライン１５２Ａのライン幅は約１．０５ｍｍとすることができ、感知ライン１５２Ｂのライン幅は約２．１０ｍｍとすることができる。さらに、それぞれの層におけるライン１５２の数は異なる。例えば、約３８本の駆動ラインと約５０本の感知ラインを設けることができる。

上述のように、半透明な導体をガラス、フィルム、あるいはプラスチック上に形成するためのラインは、ＩＴＯ材料を用いてパターニングすることができる。これは一般に、ＩＴＯ層を基板の表面上に蒸着し、次いでラインを形成するためにＩＴＯ層の部分をエッチングで除去することによって達成される。ＩＴＯを伴うエリアは、ＩＴＯを伴わないエリアよりも低い透明度を有する傾向があるということが理解できるはずである。これは一般に、ユーザにとってあまり望ましくない。というのは、ユーザが、ラインをそれらのラインどうしの間にあるスペースから見分けられるためであり、すなわち、パターニングされたＩＴＯが非常に目立つようになり、それによって望ましくない光学的特性を有するタッチ・スクリーンが作成される可能性があるためである。この問題をさらに深刻にするものとして、ＩＴＯ材料は通常、比較的低い抵抗を生み出す方法で塗布され、残念なことに、低い抵抗のＩＴＯは、高い抵抗のＩＴＯよりも透明度が劣る傾向がある。

上述の問題を防止するために、ＩＴＯの間の死角を屈折率整合材料で満たすことができる。別の実施形態においては、単にＩＴＯのすべてをエッチングで除去するのではなく、死角（覆われていないスペース）を、連続していない電気的に浮いているＩＴＯパッドへさらに分割することができ、すなわち死角を、空間的に分離されたパッドを用いてパターニングすることができる。これらのパッドは通常、最小のトレース幅で分離されている。さらに、これらのパッドは通常、容量の測定に対する影響を少なくするために小さくされる。この技法は、均一な光学的抑制物を作成することによって、ＩＴＯが目立つのを最小限に抑えようとするものである。すなわち、ＩＴＯの均一なシートを作成しようとすることによって、パネルは、均一な光学的抑制物にさらに近く機能することになり、したがって視覚的な見え方における不均一さが最小化されると考えられる。さらに別の実施形態においては、屈折率整合材料と、連続していない浮いているパッドとの組合せを使用することができる。

図１０は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置１７０の断面を示す部分正面図である。ディスプレイ装置１７０は、ＬＣＤディスプレイ１７２とそのＬＣＤディスプレイ１７２の上に配置されているタッチ・スクリーン１７４とを含む。このタッチ・スクリーンは、例えば図９に示されているタッチ・スクリーンに相当することができる。ＬＣＤディスプレイ１７２は、当技法分野で知られている任意の従来のＬＣＤディスプレイに相当する。図示されていないが、ＬＣＤディスプレイ１７２は通常、蛍光パネル、偏光フィルタ、液晶セルの層、カラー・フィルタなどを含む様々な層を含む。

タッチ・スクリーン１７４は透明な感知層１７６を含み、この透明な感知層１７６は第１のガラス部材１７８の上に配置されている。この感知層１７６は複数のセンサ・ライン１７７を含み、これらのセンサ・ライン１７７は列の状態で配置されている（ページの中および外へ延びている）。第１のガラス部材１７８はＬＣＤディスプレイ１７２の一部とすることもでき、あるいはタッチ・スクリーン１７４の一部とすることもできる。例えば第１のガラス部材１７８はＬＣＤディスプレイ１７２の前面のガラスとすることもでき、あるいはタッチ・スクリーン１７４の底面のガラスとすることもできる。センサ層１７６は通常、適切な透明な導電材料とパターニング技法を用いてガラス部材１７８上に設置される。場合によっては、視覚的な見え方を改善するために、すなわちより均一にするために、類似した屈折率の材料でセンサ層１７６をコーティングすることが必要となる可能性もある。

また、タッチ・スクリーン１７４は透明な駆動層１８０を含み、この透明な駆動層１８０は第２のガラス部材１８２の上に配置されている。第２のガラス部材１８２は第１のガラス部材１７８の上に配置されている。したがって感知層１７６は第１のガラス部材１７８と第２のガラス部材１８２の間にはさまれている。第２のガラス部材１８２は、駆動層１８０と感知層１７６の間の絶縁層となっている。駆動層１８０は複数の駆動ライン１８１を含み、これらの駆動ライン１８１は行の状態で配置されている（ページの右および左へ延びている）。駆動ライン１８１は、複数の静電結合ノード１８２を形成するために、列の状態で配置されている感知ライン１７７と交差するように、すなわち交わるように構成されている。感知層１７６と同様に、駆動層１８０は適切な材料およびパターニング技法を用いてガラス部材上に設置される。さらに場合によっては、視覚的な見え方を改善するために、類似した屈折率の材料で駆動層１８０をコーティングすることが必要となる可能性もある。感知層は、通常は第１のガラス部材上にパターニングされるが、場合によっては別法として、または追加として、第２のガラス部材上にパターニングすることもできるという点に留意されたい。

また、タッチ・スクリーン１７４は保護カバー・シート１９０を含む。この保護カバー・シート１９０は駆動層１８０の上に配置されている。したがって駆動層１８０は、第２のガラス部材１８２と保護カバー・シート１９０の間にはさまれている。保護カバー・シート１９０は下にある層を保護する役割と、その上を物体が滑らかに動けるようにするための表面となる役割とを果たす。保護カバー・シート１９０は物体と駆動層１８０の間に絶縁層を提供する。この保護カバー・シートは、十分な結合を可能にするだけの薄さであることが適切である。保護カバー・シート１９０は、ガラスやプラスチックなどの任意の適切な透明な材料で形成することができる。さらに保護カバー・シート１９０は、触れた際の粘着性を少なくするために、また下にあるＬＣＤディスプレイ１７２を見る際のまぶしさを抑えるために、コーティングを用いて処理することができる。例えば、低粘着性／反射防止用のコーティングをカバー・シート１９０の上に塗布することができる。ライン層は通常はガラス部材上にパターニングされるが、場合によっては別法として、または追加として、保護カバー・シート上にパターニングすることもできるという点に留意されたい。

また、タッチ・スクリーン１７４は様々な接合層１９２を含む。これらの接合層１９２は、積層構造を形成してその積層構造に剛性と硬度を与えるために、ガラス部材１７８、１８２と保護カバー・シート１９０を１つに接合する。要するに、接合層１９２は、個々の層のそれぞれを単独で利用するよりも強力なモノリシック・シートを作成するのに役に立つ。ほとんどの場合、第１のガラス部材１７８と第２のガラス部材１８２、および第２のガラス部材１８２と保護シート１９０が、接着剤などの結合剤を用いて１つに積層される。望ましい全体的な幾何学的形状を有する単一の複合構造を形成するために、接着剤の弾性を利用して幾何学的形状のばらつきを吸収することができる。場合によっては、結合剤は、タッチ・スクリーン１７０の視覚的な見え方を改善するための屈折率整合材料を含む。

構成に関しては、様々な層のそれぞれは様々なサイズや形状などを有するように形成される。例えば、それらの層のそれぞれは、構造内のその他の層と同じ厚さとることも、あるいは異なる厚さとすることもできる。図示されている実施形態においては、第１のガラス部材１７８の厚さは約１．１ｍｍであり、第２のガラス部材１８２の厚さは約０．４ｍｍであり、保護シートの厚さは約０．５５ｍｍである。各接合層１９２の厚さは通常、希望の高さの積層構造とするために様々に異なる。さらに、これらの層のそれぞれは、様々な材料を用いて形成することができる。例えば、それぞれの特定のタイプの層は、同じ材料からも、あるいは別々の材料からも形成することができる。例えば、任意の適切なガラスやプラスチックの材料をガラス部材用として使用することができる。同様に、任意の適切な結合剤を接合層１９２用として使用することができる。

図１１Ａ、図１１Ｂは、一実施形態による駆動層２００と感知層２０２を示す部分平面図である。この実施形態においては、層２００と層２０２のそれぞれは、ダミー・フィーチャ２０４を含む。このダミー・フィーチャ２０４は駆動ライン２０６と感知ライン２０８の間に配置されている。ダミー・フィーチャ２０４は、各ラインの光学指数をより厳密に整合することによってタッチ・スクリーンの視覚的な見え方を光学的に改善するように構成されている。屈折率整合材料は、視覚的な見え方を改善することができるが、依然としていくらかの不均一さが存在する可能性もあることが分かっている。ダミー・フィーチャ２０４は、より均一な見え方をタッチ・スクリーンに提供する。ダミー・フィーチャ２０４は電気的に絶縁されており、ライン２０６とライン２０８のそれぞれの間の隙間に配置されている。ダミー・フィーチャ２０４は別々にパターニングすることもできるが、通常はライン２０６、ライン２０８と共にパターニングされる。さらに各ダミー・フィーチャ２０４は、別々の材料から形成することもできるが、通常は、可能な限り最良の屈折率整合をもたらすように、例えばＩＴＯとしてのラインと同じ透明な導電材料を用いて形成される。ダミー・フィーチャを使用しても、おそらくは依然としていくらかの隙間が生じるであろうが、これらの隙間はラインどうしの間に見られる隙間よりもずっと小さい（はるかに小さい）ということが理解できるはずである。したがってこれらの隙間は、視覚的な見え方に最小限の影響しか及ぼさない。たしかにそのとおりかもしれないが、その一方で、屈折率整合材料をダミー・フィーチャどうしの間の隙間へさらに適用して、タッチ・スクリーンの視覚的な見え方をさらに改善することもできる。ダミー・フィーチャの配置、サイズ、数、次元、形状は、広範囲にわたる様々なものとすることができる。

図１２は、本発明の一実施形態による相互静電容量回路２２０を示す略図である。相互静電容量回路２２０は駆動ライン２２２と感知ライン２２４を含み、それらの駆動ライン２２２と感知ライン２２４は空間的に分離されており、それによって静電結合ノード２２６を形成している。駆動ライン２２２は電源２２８へ電気的に結合されており、感知ライン２２４は容量感知回路２３０へ電気的に結合されている。駆動ライン２２２は静電結合ノード２２６へ電流を運ぶように構成されており、感知ライン２２４は容量感知回路２３０へ電流を運ぶように構成されている。物体がまったく存在しない場合には、ノード２２６における静電結合はほとんど一定のままである。指などの物体２３２がノード２２６の近くに置かれると、静電結合はノード２２６の変化を通じて変化する。物体２３２は実質的に電界の一部を押しのけ、それによって、ノード２２６の全体にわたって放射される電荷は少なくなる。静電結合における変化は感知ライン２２４によって運ばれている電流に変化を及ぼす。容量感知回路２３０は、電流の変化と、その電流の変化が生じたノード２２６の位置とに注目し、その情報をそのまま、あるいは何らかの処理を経た形でホスト・コントローラへ報告する。容量感知回路は、マルチポイントの感知を提供するために、それぞれのノード２２６に関して（ユーザから見て）ほぼ同時にこれを行う。

例えば、行と列のラインの表面積がその他のラインと比べて広いことや、グラウンド電位におけるシステム筐体によって、寄生容量２３７が生じる可能性があるが、感知ライン２２４はこの寄生容量２３７を除去するためのフィルタ２３６を含む。一般的には、このフィルタは浮遊容量の影響を排除し、それによって、ノード２２６の全体にわたって移動する電荷のきれいな表示が出力される（そしてそれには、不要なものは何も付加されていない）。すなわちフィルタ２３６は、寄生容量の影響は受けずにノード２２６における静電容量の影響を受ける出力を生成する。その結果、より正確な出力が生成される。

図１３は、本発明の一実施形態による反転増幅器２４０を示す図である。一般に反転増幅器２４０は、図１２に示されているフィルタ２３６に相当する。図示されているように、反転増幅器は、一定の電圧（この場合はグラウンド）に維持されている非反転入力と、ノードへ結合されている反転入力と、容量感知回路２３０へ結合されている出力とを含む。この出力は、キャパシタを通じて反転入力へ再び結合されている。操作中には、ノードからの入力は、浮遊容量の影響、すなわち寄生容量によって乱される可能性がある。その場合には、反転増幅器は入力を駆動して、その刺激の前と同じ電圧へ戻すように構成されている。そのようなものとして、寄生容量の値は問題にならない。

図１４は、本発明の一実施形態による容量感知回路２６０を示すブロック図である。容量感知回路２６０は例えば前の各図に記載されている容量感知回路に相当する。容量感知回路２６０は複数の感知ポイント２６２（電極、ノードなど）から入力データを受け取って、そのデータを処理し、処理したデータをホスト・コントローラへ出力するように構成されている。

感知回路２６０はマルチプレクサ（ＭＵＸ）２６４を含む。マルチプレクサ２６４は時分割を実行するように構成されているスイッチである。図示されているように、ＭＵＸ２６４は、感知ポイント２６２のそれぞれからの信号を同時に受け取るための複数の独立した入力チャネル２６６を含む。ＭＵＸ２６４は入力信号をすべて同時に保存し、その一方で出力チャネル２６８を通じてそれらの入力信号を一度に１つずつ順番に放つ。

感知回路２６０はまた、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）２７０を含み、このＡＤＣ２７０は出力チャネル２６８を通じてＭＵＸ２６４へ動作可能に結合されている。ＡＤＣ２７０は入力アナログ信号を一度に１つずつ順番にデジタル化するように構成されている。すなわちＡＤＣ２７０は入力アナログ信号のそれぞれを出力デジタル信号へ変換する。一般にＡＤＣ２７０への入力は理論的には無限の数の値を有する電圧に相当する。電圧は、感知ポイント２６２のそれぞれにおける静電結合の量によって様々である。その一方で、ＡＤＣ２７０への出力は、確定した数の状態を有する。一般にこれらの状態は、予想可能な正確な電圧や電流を有する。

感知回路２６０はまた、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２７２を含み、このＤＳＰ２７２は、別のチャネル２７４を通じてＡＤＣ２７０へ動作可能に結合されている。ＤＳＰ２７２は、プログラム可能なコンピュータ処理装置であり、高速の数学的処理を介してデジタル信号を明確化したり標準化したりするように機能する。人間の作り出す信号は秩序とノイズを有し、本質的に混沌としたものであるが、ＤＳＰ２７４はこうした人間の作り出す信号どうしを識別することができる。ほとんどの場合、ＤＳＰは未加工のデータを用いてフィルタリングや変換アルゴリズムを実行する。例えばＤＳＰはノイズの事象を未加工のデータからフィルタで除去し、タッチ・スクリーン上で同時に生じるそれぞれの接触に関する接触境界を計算し、次いでそれぞれの接触事象に関する座標を決定することができる。そして接触事象の座標はホスト・コントローラへ報告され、コントローラは接触事象の以前の座標と比較して、ホスト・デバイス内でどんなアクションを実行すべきかを決定する。

図１５は、本発明の一実施形態による流れ図２８０である。この方法は、一般にブロック２８２において開始し、このブロック２８２では、複数の感知ポイントが駆動される。例えば、電圧が自己静電容量式のタッチ・スクリーン内の電極に、または相互静電容量式のタッチ・スクリーン内の駆動ラインを通じて印加される。後者の場合、それぞれの駆動ラインは別々に駆動される。すなわち駆動ラインは、一度に１本ずつ駆動され、それによって、交差するすべての感知ライン上で電荷が生成される。ブロック２８２に続いて、処理の流れはブロック２８４へ進み、このブロック２８４では、すべての感知ポイントからの出力（電圧）が読み取られる。このブロックは、出力を多重化し、デジタル化するステップを含む。例えば相互静電容量式のタッチ・スクリーンでは、１つの行の上のすべての感知ポイントが多重化され、デジタル化される。これは、すべての行がサンプリングされるまで繰り返される。ブロック２８４に続いて、処理の流れはブロック２８６へ進み、このブロック２８６では、１つの時点におけるタッチ・スクリーンの平面のイメージやその他の形態のデータ（１つまたは複数の信号）を生成し、次いでそれらを分析して、物体がタッチ・スクリーンのどこに接触しているかを判定することができる。例えば、それぞれの個別の接触に関する境界を計算することができ、次いでその座標を決定することができる。ブロック２８６に続いて、処理の流れはブロック２８８へ進み、このブロック２８８では、タッチ・スクリーンの平面上のそれぞれの物体に関する圧力、位置、方向、速度、加速度における変化を判定するために、現在のイメージや信号が、過去のイメージや信号と比較される。次いで、ブロック２９０に示されているように、この情報を使用して、例えばポインタまたはカーソルを動かすこと、選択を行うことなどのアクションを実行することができる。

図１６は、本発明の一実施形態によるデジタル信号の処理方法３００を示す流れ図である。例えば、一般にこの方法は、図１５に表示され、説明されているブロック２８６に対応する。この方法３００は、一般にブロック３０２において開始し、このブロック３０２では、未加工のデータが受け取られる。この未加工のデータは、通常はデジタル化された形態であり、タッチ・スクリーンのそれぞれのノードに関する値を含む。これらの値は、０〜２５６とすることができ、０は、最も高い静電結合（接触圧力なし）に相当し、２５６は、最小の静電結合（最大の接触圧力）に相当する。１つの時点における未加工のデータの一例が、図１７Ａに示されている。図１７Ａに示されているように、それぞれのポイントに関する値はグレー・スケールで提供され、最小の静電結合を伴うポイントは白で表示され、最も高い静電結合を伴うポイントは黒で表示され、最小の静電結合と最も高い静電結合の間に見られるポイントはグレーで表示される。

ブロック３０２に続いて、処理の流れはブロック３０４へ進み、このブロック３０４では、未加工のデータがフィルタにかけられる。未加工のデータは、通常は何らかのノイズを含むということが理解できるはずである。このフィルタリング・プロセスは、ノイズを削減するように構成されている。例えば、他のポイントと連続していないポイントを除去するノイズ・アルゴリズムを実行することができる。単独のポイント、すなわち連続していないポイントは、一般にノイズを表し、その一方で、複数の連続しているポイントは、一般に１つまたは複数の接触領域、すなわち物体によって接触されているタッチ・スクリーンの領域を表す。フィルタにかけられたデータの一例が図１７Ｂに示されている。図示されているように、単独で散在している各ポイントが除去され、それによって、いくつかの集中したエリアが残る。

ブロック３０４に続いて、処理の流れはブロック３０６へ進み、このブロック３０６では、勾配データが生成される。勾配データは連続しているポイントのそれぞれのグループのトポロジを表す。トポロジは通常はそれぞれのポイントに関する容量の値に基づく。最も低い値を有するポイントは勾配が急であり、その一方で最も高い値を有するポイントは浅い。急勾配のポイントはより大きな圧力によって生じた接触ポイントを表し、その一方で浅いポイントはより低い圧力によって生じた接触ポイントを表すということが理解できるはずである。勾配データの一例が図１７Ｃに示されている。

ブロック３０６に続いて、処理の流れはブロック３０８へ進み、このブロック３０８では、接触領域に関する境界が勾配データに基づいて計算される。一般に、どのポイントどうしが各グループにまとめられてそれぞれの接触領域を形成しているかが判定される。接触領域の一例が、図１７Ｄに示されている。

一実施形態においては、境界は分水界アルゴリズム(watershed algorithm)を用いて決定される。一般にこのアルゴリズムは、イメージのセグメント化を実行する。すなわち、１つのイメージを別々の領域へ、例えばタッチスクリーンに接触している複数の物体の接触領域へと分割する。分水界というコンセプトは、はじめは地理学、より詳細には地形学の領域から来たものであり、起伏の上に落ちる水滴は下降する経路を辿り、ついには最低限度に達し、分水界は水滴を引き込む領域の分割ラインである。ここでは、分水界のラインはタッチ・スクリーンに接触している別々の物体を最良のポイントで分割するピクセルの位置を表している。分水界アルゴリズムは広範囲にわたる様々なものとすることができる。特定の一実装形態においては、分水界アルゴリズムは（それぞれのポイントの大きさに基づいて）低い各ポイントから１つの最高ポイントへの経路を形成するステップと、その最高ポイントを、特定の接触領域を表すＩＤラベルとして区分するステップと、その経路上のそれぞれのポイント（ピクセル）をその最高ポイントに関連付けるステップとを含む。これらのステップは、イメージ・マップの全体にわたって実行され、したがって、タッチスクリーンに接触しているそれぞれの物体に関連する接触領域が浮き彫りになる。

ブロック３０８に続いて、処理の流れはブロック３１０へ進み、このブロック３１０では、接触領域のそれぞれに関する座標が計算される。これは、それぞれの接触領域に関連付けられている未加工のデータを用いて重心の計算を実行することによって達成することができる。例えば接触領域が決定されると、そこに関連付けられている未加工のデータを使用して、接触領域の重心を計算することができる。重心は、接触領域の中心の座標を表すことができる。例えばＸの重心とＹの重心は下記の式を用いて求めることができる。
Ｘｃ＝ΣＺ^*ｘ／ΣＺ、
Ｙｃ＝ΣＺ^*ｙ／ΣＺ、
ここでは、Ｘｃは接触領域のｘの重心を表し、
Ｙｃは接触領域のｙの重心を表し、
ｘは接触領域内のそれぞれのピクセルすなわちポイントのｘ座標を表し、
ｙは接触領域内のそれぞれのピクセルすなわちポイントのｙ座標を表し、
Ｚはそれぞれのピクセルすなわちポイントにおける大きさ（静電容量の値）を表す。

接触領域に関する重心計算の一例が図１７Ｅに示されている。図示されているように、それぞれの接触領域は、別々のｘ、ｙ座標を表している。これらの座標を使用して、ブロック３１２に示されているようにマルチポイントの探知を実行することができる。例えば接触領域のそれぞれに関する座標を、接触領域の以前の座標と比較して、タッチ・スクリーンに接触している物体の位置の変化、または接触している物体の数が増えたか否か、減ったか否か、あるいは特定の物体が触れているかどうかについて判断することができる。

図１８、図１９は、本発明の複数の実施形態による電子デバイス３５０を示す側面図である。電子デバイス３５０は、ＬＣＤディスプレイ３５２と、そのＬＣＤディスプレイ３５２の上に配置されている透明なタッチ・スクリーン３５４とを含む。タッチ・スクリーン３５４は、保護シート３５６と、１つまたは複数の感知層３５８と、底面のガラス部材３６０とを含む。この実施形態においては、底面のガラス部材３６０はＬＣＤディスプレイ３５２の前面のガラスである。さらに感知層３５８は、上述のように、自己静電容量または相互静電容量のいずれかに対して構成させることができる。一般に感知層３５８は、感知層３５８を感知回路（図示せず）へ結合するための複数の相互接続をタッチ・スクリーンの縁部に含む。例えば感知層３５８は、タッチ・スクリーン３５４の側部に取り付けられている１つまたは複数のフレックス回路３６２を通じて感知回路へ電気的に結合することができる。

図示されているように、ＬＣＤディスプレイ３５２とタッチ・スクリーン３５４は、筐体３６４内に配置されている。筐体３６４は、これらのコンポーネントを電子デバイス３５０内のそれらの組み立てられた位置において覆って支持する役割を果たす。筐体３６４は、ＬＣＤディスプレイ３５２とタッチ・スクリーン３５４とを配置するためのスペースと開口部３６６を提供し、これによって、筐体３６４を通してディスプレイ・スクリーンを見ることができる。一実施形態においては、図１８に示されているように、筐体３６４は、ＬＣＤディスプレイ３５２とタッチ・スクリーン３５４の側部を覆うための外面３７０を含む。あまり詳細には図示されていないが、外面３７０は、ＬＣＤディスプレイ３５２とタッチ・スクリーン３５４の全外周のまわりに配置されている。外面３７０は、相互接続を隠してＬＣＤディスプレイ３５２とタッチ・スクリーン３５４のアクティブなエリアのみを視界に残す役割を果たす。

別の実施形態においては、図１９に示されているように、筐体３６４は、外面３７０ではなくマスク３７２を含み、このマスク３７２は、筐体３６４の側部の間に延びるタッチ・スクリーン３５４の上面のガラス３７４の内側部分に印刷される。この特定の構成によって、マスク３７２は上面のガラス３５６内に沈んでいるように見える。マスク３７２は外面３７０と同じ機能を果たすが、より洗練されたソリューションである。一実装形態においては、マスク３７２は高温の黒いポリマーから形成される。図１９に示されている実施形態においては、タッチ・スクリーン３５４は、相互静電容量の感知に基づいており、したがって感知層３５８は、駆動ライン３７６と感知ライン３７８を含む。駆動ライン３７６は上面のガラス３５６とマスク３７２の上に配置されており、感知ライン３７８は底面のガラス３６０の上に配置されている。駆動ライン３７６と感知ライン３７８はスペーサ３８０を介して互いに絶縁されている。スペーサ３８０は例えば光学的に整合する材料を内部に保有するかまたは塗布された透明なプラスチック片とすることができる。

一実施形態においては、図１８と図１９の双方を参照すると、電子デバイス３５０は、タブレット・コンピュータに相当する。この実施形態においては、筐体３６４はタブレット・コンピュータのためのコンピューティング・オペレーションを提供する様々な集積回路チップやその他の回路３８２を収納している。例えば、それらの集積回路チップとその他の回路としては、マイクロプロセッサ、マザーボード、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハード・ドライブ、ディスク・ドライブ、バッテリー、様々な入力／出力サポート・デバイスを含むことができる。

いくつかの好ましい実施形態の観点から本発明について説明したが、本発明の範囲内に収まる変更、置換、均等物が存在する。例えばこのタッチ・スクリーンは、主として容量感知を対象としたが、本明細書に記載されている特徴の一部またはすべては、その他の感知方法に適用することもできるという点に留意されたい。本発明の方法と装置を実装する多くの代替方法が存在するという点にも留意されたい。したがって添付の特許請求の範囲は、本発明の真正な趣旨および範囲内に収まる変更、置換、および均等物をすべて含むものとして解釈されることを意図している。

Claims (21)

1. 透明な容量感知媒体を有するタッチパネルであって、前記タッチパネルの平面内の別々の位置で同時に生じる複数の接触または接触に近い状態を検知し、かつ前記複数の接触のそれぞれに関して前記タッチパネルの平面上における前記接触の位置を表す別々の信号を生成するように構成され、前記タッチパネルは、前記タッチパネルとは別個のディスプレイが、前記タッチパネルが前記ディスプレイ上に重ね合わせられているときに、それを通して見られることができるように構成され、
   前記透明な容量感知媒体が、
   互いに電気的に絶縁されて透明な導電材料から形成されている透明な駆動ラインを形成する複数の第１のラインを有する第１の層と、
   前記第１の層から空間的に分離されている第２の層であって、互いに電気的に絶縁されて透明な導電材料から形成されている透明な感知ラインを形成する複数の第２のラインを有し、前記複数の第２のラインが前記複数の第１のラインに直交する状態で配置されて、前記タッチパネルの平面内の別々の位置に配置されている容量感知ノードを交点に形成し、前記複数の第２のラインのそれぞれが容量モニタ回路へ動作可能に結合されている、前記第２の層とを含み、
   前記第１の層は前記第２の層から、１つ以上の光学的に透過する非導電性部材によって分離され、
   前記容量モニタ回路は、前記タッチパネル上の接触を検出するための前記タッチパネルの前記透明な感知ラインに接続された反転増幅器を含み、
   前記透明な駆動ラインは、前記容量感知ノードによって前記透明な感知ラインに相互キャパシタンス結合を与えるために時間で変化する電圧源に接続され、
   前記複数の第１のラインは第１のライン幅を有し、前記複数の第２のラインは、前記第１のライン幅とは異なる第２のライン幅を有しているタッチパネル。
2. 前記反転増幅器は、
   一定の電圧に保持される非反転入力、
   前記ノードの少なくとも１つに接続された反転入力、
   容量感知回路に接続された出力、及び
   前記出力と前記反転入力の間に接続されたキャパシタ、を含む請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記キャパシタは、前記反転増幅器の前記非反転入力と前記出力の間の単一のフィードバック結合を含む請求項２に記載のタッチパネル。
4. 前記第１の層を形成する前記透明な導電材料及び前記第２の層を形成する前記透明な導電材料は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を含む請求項１に記載のタッチパネル。
5. 前記容量モニタ回路は、
   前記容量感知ノードのそれぞれから同時に信号を受信し、すべてのアナログ信号を記憶し、出力チャネルを通じて一度に１つの前記アナログ信号を解放するマルチプレクサ（ＭＵＸ）と、
   前記出力チャネルを通じて前記マルチプレクサに動作的に結合した、受信する前記アナログ信号を送出するデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器と、
   前記アナログ・デジタル変換器と動作的に結合した、前記デジタル信号からのノイズの事象をフィルタし、同時に前記タッチパネル上で生じるそれぞれの接触について前記接触の境界を計算し、その後にそれぞれの接触の座標を決定するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、を含む請求項２に記載のタッチパネル。
6. 前記複数の第１及び第２のラインの少なくとも１つの間の空間に配置された、前記複数の第１及び第２のラインの前記少なくとも１つの光学指数とより近く整合させることによって前記タッチパネルの視覚的な見え方を光学的に改善するダミーフィーチャをさらに含む請求項１から５のいずれかに記載のタッチパネル。
7. 前記ダミーフィーチャは、ダミーフィーチャの一部からダミーフィーチャの他の一部を分離する隙間を有し、指数を整合させる材料が前記ダミーフィーチャの隙間の間に配置される請求項６に記載のタッチパネル。
8. 前記第１の層及び前記第２の層及び前記ダミーフィーチャはすべて透明の導電性材料から形成されている請求項６に記載のタッチパネル。
9. コンピュータコードを記録したコンピュータ読取可能媒体であって、前記コンピュータコードはコンピュータによって実行されたときに、前記コンピュータに、
   透明なタッチスクリーンの表面上で同時に受け取った前記複数の接触のそれぞれを別々に認識するステップと、
   前記認識された複数の接触に基づいて接触データを報告するステップと、を含み、
   前記複数の接触は請求項１に記載の前記タッチパネルによって認識される、方法を実行させるものであるコンピュータ読取可能媒体。
10. 前記複数の接触のそれぞれを別々に認識するステップは、
    複数の第１のラインを通じて第１の電流を流すステップと、
    複数の第２のラインのそれぞれにおいて電流を測定するステップと、を含む
    請求項９に記載のコンピュータ読取可能媒体。
11. 命令を実行し、コンピュータに関連する動作を実行するプロセッサと、
    前記プロセッサに動作的に結合した表示装置と、
    前記プロセッサに動作的に結合した表示装置とは別のタッチスクリーンであって、前記タッチスクリーンは、前記タッチスクリーンのユーザと比べて前記表示装置の前に位置する実質的に透明なパネルであり、前記タッチスクリーンは、同時に前記タッチスクリーンに置かれた、それと接触した、又はそれを横断した、複数の物体を追跡するように構成され、
    前記透明なパネルは請求項１に記載の前記タッチパネルである、ことを特徴とするコンピュータシステム。
12. 前記複数の第１のラインを駆動するステップと、
    前記容量感知ノードに接続されたすべての前記複数の第２のラインから出力を読み取るステップと、
    どこで物体が前記タッチパネルに接触しているかを決定するために、ある時間の瞬間に前記タッチパネルの前記平面上の画像を生成して解析するステップと、
    前記タッチパネルに接触している前記物体のそれぞれにおける変化を決定するために現在の画像と過去の画像を比較するステップと、を含む請求項１に記載のタッチパネルを動作させるタッチスクリーン方法。
13. 前記画像を生成して解析するステップは、前記複数の接触のそれぞれについて境界と座標を決定することを含む請求項１２に記載の方法。
14. 刺激信号が１つ以上の前記透明な駆動ラインに印加され、その間に残りの透明な駆動ラインは接地される、請求項１から８のいずれかに記載のタッチパネル。
15. 容量感知回路は前記透明な感知ラインのすべてを並行して感知する請求項１から８及び１４のいずれかに記載のタッチパネル。
16. 前記透明な駆動ラインの１つ以上に刺激が印加され、
    前記反転増幅器は、前記刺激の前に前記反転入力上に存在する前記電圧に等しい電圧へと前記反転入力を駆動するように動作し、それによって前記反転増幅器は浮遊容量の影響を除去できるように動作する、請求項２に記載のタッチパネル。
17. 刺激信号が１つ以上の前記透明な駆動ラインに印加され、その間に残りの透明な駆動ラインは接地される、請求項１６に記載のタッチパネル。
18. 容量感知回路は前記透明な感知ラインのすべてを並行して感知する請求項１７に記載のタッチパネル。
19. 透明な容量感知媒体を有するタッチパネルであって、前記タッチパネルの平面内の別々の位置で同時に生じる複数の接触または接触に近い状態を検知し、かつ前記複数の接触のそれぞれに関して前記タッチパネルの平面上における前記接触の位置を表す別々の信号を生成するように構成され、前記タッチパネルはそれを通してディスプレイを見ることができるように構成され、
    前記透明な容量感知媒体が、
    互いに電気的に絶縁されて透明な導電材料から形成されている駆動ラインを形成する、第１のライン幅を有する複数の第１のラインを有する第１の層と、
    前記第１の層から空間的に分離されている第２の層であって、互いに電気的に絶縁されて透明な導電材料から形成されている感知ラインを形成する、前記第１のライン幅とは異なる第２のライン幅を有する複数の第２のラインを有し、前記複数の第２のラインが前記複数の第１のラインに直交する状態で配置されて、前記タッチパネルの平面内の別々の位置に配置されている容量感知ノードを交点に形成している、前記第２の層とを含み、
    前記第１の層は前記第２の層から、１つ以上の光学的に透過する非導電性部材によって分離されているタッチパネル。
20. 前記複数の第１のラインの前記第１のライン幅は、前記複数の第２のラインの前記第２のライン幅より幅が大きく、また、動作においては、前記複数の第１のラインは前記複数の第２のラインより前記ディスプレイのより近くに位置している請求項１９に記載のタッチパネル。
21. 前記容量感知ノードは、そこに加えられた圧力を測定するように動作する請求項１、１９、２０のいずれかに記載のタッチパネル。

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