JP6324484B2 - ３次元電場センサのための行列電極設計 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、２０１３年３月１５日に出願された、米国仮出願第６１／８０１，０１８号の利益を主張するものであり、該米国仮出願の全内容は、参照により本明細書中に援用される。

本開示は、３次元電場センサに関する。

３次元電場センサ配置は、例えば、概して１００ｋＨｚ信号を使用して電場を生成する。そのような電場は、場を生成する装置から垂直に１０ｃｍを超えて延在する。ユーザは、例えば、手によって、装置にタッチすることなく、この場に入ることができ、ユーザによって実施されるジェスチャは、電場を乱れさせるであろう。そのようなひずみは、その時点で測定され、配置により判定された動的および静的特性を使用して、どのタイプのジェスチャが実施されたかを判定することができる。

図１は、準静的交流近接場を生成し、そのような場における乱れを検出するために使用されることができる、典型的電極配置１００を示す。電極配置は、送信ＴＸ電極１２０の上に受信ＲＸ電極１１０を配置することを可能にする非導電性基板１３０を備える。ここで、印刷回路基板１３０を使用して、ＴＸ電極１３０が底部表面全体をカバーし、頂部表面上の帯が１つのＲＸ電極１１０を形成してもよい。しかしながら、他の配置は、複合ＲＸ電極を使用してもよく、複合ＴＸ電極を採用さえしてもよい。

例えば、図２は、印刷回路基板２００の配置例を示し、頂部層は、印刷回路基板２００の４つの縁に配置された４つのＲＸ電極２１０、２２０、２３０、２４０を備える。さらに、中央電極２５０は、４つのＲＸ電極２１０、２２０、２３０、２４０によって画定される領域内の頂部層内に配置される。４つのＲＸ電極２１０、２２０、２３０、２４０は、固体銅帯でもよく、一方、中央電極は、示されるように、メッシュまたはネット構造を有してもよい。この実施形態に示されるＴＸ電極もメッシュ構造を有してもよく、底部層上に必ずしも配置されなくてもよい。図３に示されるように、印刷回路基板２００は、多層基板でもよく、ＴＸ電極は、中間層内に配置され、切り欠き領域を提供し、ＲＸフィードラインの設置を可能にしてもよい。さらに、接地層を印刷回路基板の底上に配置し、例えば、シールドを提供してもよい。

そのような電極構造２００と接続されることができる集積回路装置の実施例は、ジェスチャ評価コントローラＭＧＣ３１３０であり、出願人により製造され、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）とも呼ばれる。達成可能範囲は、電気近接場感知、特に、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）３次元ジェスチャ認識および追跡技術において最も重要な要因である。

種々の実施形態によると、優れた電極感度プロファイル、それによって、以前よりも大幅に大きい範囲（最大５０％）を達成するために、電極設計を最適化するための方法が導入される。具体的実施形態によると、３次元電気近接場測定の範囲が、２つまたはそれを上回る電極信号を結合することによって改良されるような行列電極構造が提供されることができる。

ある実施形態によると、電極配置は、観察領域内に延在する準静的交流電場を生成するように構成される送信電極を備えてよく、第１の電極は、第１の方向に延在し、受信電極として評価装置に接続されるように構成され、第２の電極は、第１の電極とは異なる第２の方向に延在し、準静的交流電場の乱れを評価するために、第１および第２の電極を結合して強化された感度プロファイルが取得される。

さらなる実施形態によると、第１および第２の電極は、第２の電極を第１の電極と容量結合することによって結合されることができ、第２の電極は、電気的に浮動である、または高インピーダンスを有する。さらなる実施形態によると、容量結合は、第１の電極と第２の電極との間に接続された離散コンデンサにより実現されることができる。さらなる実施形態によると、容量結合は、第１の電極と第２の電極との間の容量結合経路によって実現されることができる。さらなる実施形態によると、第１の電極は、第１の受信信号を生成してよく、第２の電極は、第２の受信信号を生成し、第１および第２の信号は、制御可能な個々の重量と加算される。さらなる実施形態によると、送信電極は、第１および／または第２の受信電極の下の層内に配置されることができ、第１および第２の受信電極によって受信される準静的電場を生成するように構成される。さらなる実施形態によると、送信層は、第１および／または第２の電極の部分的領域のみのカバーを行う。さらなる実施形態によると、電極配置は、第１の電極を備える複数の平行配置の第１の電極と、第１の電極に直角に配置され、該第２の電極を備える複数の平行配置の第２の電極とをさらに備えてよく、第１および第２の電極は、行列を形成する。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極は、送信電極の上に、異なる層内に配置されることができる。さらなる実施形態によると、各電極は、直列に接続された複数の電極セグメントを備えてよい。さらなる実施形態によると、各セグメントは、ダイヤモンドの形状または菱形の形状を有してもよい。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極はそれぞれ、すだれ状構造に配置されてもよい。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極はそれぞれ、内部電極および外部電極を備えてもよく、外部電極は、受信電極を形成する。さらなる実施形態によると、外部電極は、外部電極に対して直角に配置された内部電極と容量結合されてもよく、内部電極の電極セグメント間の容量結合は、内部電極の電極セグメントと外部電極の電極セグメントとの間のそれぞれの容量結合とは異なる。さらなる実施形態によると、該第１および第２の電極の隣接電極セグメントは、それぞれの電極セグメント間の距離によって画定される容量結合を有してよく、外部電極の電極セグメントとこの外部電極の電極セグメントに隣接する内部電極の電極セグメントとの間の第１の距離は、残りの隣接する電極セグメント間の第２の距離とは異なる。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極は、送信電極の上の異なる層内に配置されることができ、外部電極の電極セグメントは、それぞれの外部電極に対して直角に配置されている内部電極の電極セグメントと部分的に重複する。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極はそれぞれ、内部電極および外部電極を備え、外部電極は、受信電極を形成し、内部電極はそれぞれ、直列に接続された複数の電極セグメントによって形成される。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極は、送信電極の上の異なる層内に配置されることができる。さらなる実施形態によると、電極配置は、行列によって画定される空間内に配置される浮動電極セグメントをさらに備えてもよい。さらなる実施形態によると、送信電極は、第１または第２の電極と同一層上が可能であることができ、第１および第２の電極によって受信される準静的電場を生成するように構成される。さらなる実施形態によると、各電極の機能は、実行時に切り替えられることができる。

別の実施形態によると、システムは、３次元ジェスチャおよびタッチを評価することのできる電極構造を備えてもよく、備えているのは、−少なくとも第１、第２、および第３のポートを有するコントローラであり、電極構造は、−第１のポートと結合される送信電極と、−第１の方向に延在し、第２のポートと結合される第１の電極と、−該第１の方向とは異なる第２の方向に延在し、第３のポートと結合される第２の電極とを備え、第２の電極は第１の電極に対して配置され、第１と第２の電極間の容量結合のために提供され、コントローラは、第１または第２の動作モードのいずれかにおいて動作するように構成され、第１の動作モードにおいて、コントローラの第１のポートは、交流電場を生成するように送信電極を駆動するように構成されることができ、コントローラの第２のポートは、該送信電極から受信された信号を評価するために第１の電極と検出ユニットを接続するように構成されることができ、コントローラの第３のポートは、高インピーダンス状態になるように構成され、第２の動作モードにおいて、コントローラの第２および第３のポートは、第１および第２の電極と容量測定ユニットを結合するように構成される。

さらなる実施形態によると、システムは、第２の方向に延在する複数の第３の電極をさらに備えてもよい。さらなる実施形態によると、システムは、第１の方向に延在する複数の第２の電極をさらに備えてよく、第１および第２の電極は、行列に配置される。さらなる実施形態によると、システムは、該第２のモードで動作しているとき、複数の第２の電極の１つおよび複数の第３の電極の１つを該容量測定ユニットと選択的に結合させるためのマルチプレクサユニットをさらに備えてもよい。さらなる実施形態によると、システムは、複数の第３の電極を該コントローラから切り離すか、または複数の第３の電極と接続されているポートを、高インピーダンス状態に切り替えるように動作可能な、マルチプレクサユニットをさらに備えてもよい。

さらに別の実施形態によると、３次元の位置付けおよびジェスチャセンサ配置で使用するための電極行列構造、および／または投影容量タッチセンサ配置は、−送信電極を備える第１の層、−複数の行および列によって配置される電極要素を備える第２の層を備えてよく、各行および各列の電極要素は相互に接続されて、各行および列は別々の電極ラインを画定し、外部電極ラインは、左および右垂直電極と上および下の水平電極を画定し、内部行および列によって形成される内部電極ラインは、左、右、上、下水平電極について配置され、それによって、内部垂直電極ラインは、上および下電極と容量結合され、上および下電極ラインの感度を強化し、内部水平電極ラインは、左および右電極と容量結合されて、左および右電極ラインの感度を強化する。

電極行列のさらなる実施形態によると、左または右電極ラインの電極セグメントと内部水平電極ラインの隣接セグメントとの間の距離、あるいは上または下電極ラインの電極セグメントと内部垂直電極ラインの隣接セグメントとの間の距離は、異なる可能性があり、特に、内部垂直および水平電極ラインの隣接電極セグメント間の距離よりも大きいまたは小さい。電極行列のさらなる実施形態によると、行列の各電極は、菱形形状またはダイヤモンド形状であってよい。電極行列のさらなる実施形態によると、電極行列は、第１と第２の層間に配置される第３の層をさらに備えてもよく、水平電極ラインは、第２の層内に配置され、垂直電極ラインは、第３の層内に配置される。電極行列のさらなる実施形態によると、電極行列は、第１と第２の層間に配置された第３の層をさらに備えてもよく、垂直電極ラインは、第２の層内に配置され、水平電極ラインは、第３の層内に配置される。電極行列のさらなる実施形態によると、電極行列は、該行および列によって形成される空間内に浮動電極をさらに備えてもよい。

さらに別の実施形態によると、３次元センサ配置において使用するための電極行列構造は、−各電極は受信機と結合されるように構成される、内部領域を有する長方形を形成するように配置された第１、第２、第３、および第４の帯形状電極と、−内部領域内に配置され、第１、第２、第３、および第４の電極と容量結合されて、第１、第２、第３、および第４の電極の感度を強化する浮動中心電極とを含んでもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
電極配置であって、
観察領域内へ延在する準静的交流電場を生成するように構成される送信電極と、
第１の方向に延在し、受信電極として評価装置に接続されるように構成される第１の電極と、
前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する第２の電極と、
を備え、
前記準静的交流電場の乱れを評価するために、強化された感度プロファイルが、前記第１および第２の電極を結合することによって取得される、電極配置。
（項目２）
前記第１および第２の電極は、前記第２の電極を前記第１の電極に容量結合することによって結合され、前記第２の電極は、電気的に浮動しているか、または高インピーダンスを有する、項目１に記載の電極配置。
（項目３）
前記容量結合は、前記第１の電極と第２の電極との間に接続される離散コンデンサによって実現される、項目２に記載の電極配置。
（項目４）
前記容量結合は、前記第１の電極と第２の電極との間の容量結合経路によって実現される、項目２に記載の電極配置。
（項目５）
前記第１の電極は、第１の受信信号を生成し、前記第２の電極は、第２の受信信号を生成し、前記第１および第２の信号は、制御可能な個々の加重と加算される、項目１に記載の電極配置。
（項目６）
前記送信電極は、前記第１および／または第２の受信電極の下の層内に配置され、前記第１および第２の受信電極によって受信される前記準静的電場を生成するように構成される、項目１に記載の電極配置。
（項目７）
前記送信層は、前記第１および／または第２の電極の部分的領域のみのカバーを行う、項目６に記載の電極配置。
（項目８）
前記第１の電極を含む複数の平行に配置された第１の電極と、
前記第１の電極に対して直角に配置され、前記第２の電極を含む複数の平行に配置された第２の電極と、
を備え、
第１および第２の電極は行列を形成する、項目１に記載の電極配置。
（項目９）
前記第１および第２の電極は、前記送信電極上の異なる層内に配置される、項目６に記載の電極配置。
（項目１０）
各電極は、直列に接続された複数の電極セグメントを備える、項目８に記載の電極配置。
（項目１１）
各セグメントは、ダイヤモンドの形状を有する、項目１０に記載の電極配置。
（項目１２）
各セグメントは、菱形の形状を有する、項目１０に記載の電極配置。
（項目１３）
前記第１および前記第２の電極は、それぞれすだれ状構造に配置される、項目１０に記載の電極配置。
（項目１４）
前記第１および第２の電極は、それぞれ内部電極および外部電極を備え、前記外部電極は、受信電極を形成する、項目１０に記載の電極配置。
（項目１５）
外部電極は、前記外部電極に対して直角に配置される内部電極と容量結合され、前記内部電極の電極セグメント間の前記容量結合は、前記内部電極の前記電極セグメントと前記外部電極の前記電極セグメントとの間のそれぞれの容量結合とは異なる、項目１４に記載の電極配置。
（項目１６）
前記第１および第２の電極の隣接電極セグメントは、それぞれの電極セグメント間の距離によって画定される容量結合を有し、外部電極の前記電極セグメントと、前記外部電極の前記電極セグメントに隣接する内部電極の前記電極セグメントとの間の第１の距離は、残りの隣接電極セグメント間の第２の距離とは異なる、項目１４に記載の電極配置。
（項目１７）
前記第１および第２の電極は、前記送信電極の上の異なる層内に配置され、外部電極の電極セグメントは、それぞれの外部電極に対して直角に配置される前記内部電極の電極セグメントと部分的に重複する、項目１４に記載の電極配置。
（項目１８）
前記第１および第２の電極は、それぞれ内部電極および外部電極を備え、前記外部電極は、受信電極を形成し、前記内部電極は、それぞれ直列に接続された複数の電極セグメントによって形成される、項目８に記載の電極配置。
（項目１９）
各セグメントは、ダイヤモンドの形状を有する、項目１８に記載の電極配置。
（項目２０）
各セグメントは、菱形の形状を有する、項目１８に記載の電極配置。
（項目２１）
前記第１および第２の電極は、前記送信電極の上の異なる層内に配置される、項目１８に記載の電極配置。
（項目２２）
前記行列によって画定される空間内に配置される浮動電極セグメントをさらに備える、項目１０に記載の電極配置。
（項目２３）
前記送信電極は、前記第１または前記第２の電極と同一層上にあり、前記第１および第２の電極によって受信される前記準静的電場を生成するように構成される、項目１に記載の電極配置。
（項目２４）
各電極の機能は、実行時において切り替えられることができる、項目２３に記載の電極配置。
（項目２５）
３次元ジェスチャおよびタッチを評価することのできる電極構造を備えるシステムであって、
−少なくとも第１、第２、および第３のポートを有するコントローラを備え、
前記電極構造は、
−前記第１のポートと結合される送信電極と、
−第１の方向に延在し、前記第２のポートと結合される第１の電極と、
−前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在し、前記第３のポートと結合される第２の電極であって、前記第１の電極と第２の電極との間の容量結合を提供するように前記第１の電極に対して配置される、第２の電極と、
を備え、
前記コントローラは、第１または第２の動作モードにおいて動作するように構成され、
第１の動作モードにおいて、
前記コントローラの前記第１のポートは、交流電場を生成するために前記送信電極を駆動するように構成されることができ、
前記コントローラの前記第２のポートは、前記送信電極から受信される信号を評価するために、前記第１の電極を検出ユニットと接続するように構成されることができ、
前記コントローラの前記第３のポートは、高インピーダンス状態になるように構成され、
第２の動作モードにおいて、
前記コントローラの前記第２および第３のポートは、前記第１および第２の電極を容量測定ユニットと結合させるように構成される、
システム。
（項目２６）
前記第２の方向に延在する複数の第３の電極をさらに備える、項目２５に記載のシステム。
（項目２７）
前記第１の方向に延在する複数の第２の電極をさらに備え、第１および第２の電極は行列に配置される、項目２６に記載のシステム。
（項目２８）
前記複数の第２の電極のうちの１つおよび前記複数の第３の電極のうちの１つを、前記第２モードにおいて動作中に、前記容量測定ユニットと選択的に結合させるためのマルチプレクサユニットをさらに備える、項目２７に記載のシステム。
（項目２９）
前記複数の第３の電極を前記コントローラから切り離すか、前記複数の第３の電極と接続されたポートを高インピーダンス状態に切り替えるかのいずれかであるように動作可能なマルチプレクサユニットをさらに備える、項目２６に記載のシステム。
（項目３０）
３次元位置付けおよびジェスチャセンサ配置および／または投影容量タッチセンサ配置において使用するための電極行列構造であって、
−送信電極を備える第１の層と、
−複数の行および列に配置される電極要素を備える第２の層と、
を備え、
各行および各列の前記電極要素は、各行および列が、別々の電極ラインを画定するように相互に接続され、外部電極ラインは、左および右垂直電極と上および下水平電極を画定し、内部の行および列によって形成される内部電極ラインは、左電極、右電極、上水平電極、および下水平電極に対して配置され、それによって、内部垂直電極ラインは、前記上および下電極と容量結合されて上および下電極ラインの感度を強化し、内部水平電極ラインは前記左および右電極と容量結合されて、左および右電極ラインの感度を強化する、電極行列構造。
（項目３１）
左または右電極ラインの電極セグメントと内部水平電極ラインの隣接セグメントとの間の距離あるいは上または下電極ラインの電極セグメントと内部垂直電極ラインの隣接セグメントとの間の距離は、前記内部垂直および水平電極ラインの隣接電極セグメント間の距離よりも大きい、項目３０に記載の電極行列。
（項目３２）
前記行列の各電極は、菱形形状である、項目３０に記載の電極行列。
（項目３３）
前記行列の各電極は、ダイヤモンド形状である、項目３０に記載の電極行列。
（項目３４）
前記第１の層と第２の層との間に配置される第３の層を備え、水平電極ラインは、前記第２の層内に配置され、垂直電極ラインは、前記第３の層内に配置される、項目３０に記載の電極行列。
（項目３５）
前記第１の層と第２の層との間に配置される第３の層を備え、垂直電極ラインは、前記第２の層内に配置され、水平電極ラインは、前記第３の層内に配置される、項目３０に記載の電極行列。
（項目３６）
前記行および列によって形成される空間内に浮動電極を備える、項目３０に記載の電極行列。
（項目３７）
３次元センサ配置において使用するための電極行列構造であって、
−内部領域を伴う長方形を形成するように配置される第１、第２、第３、および第４の帯形状電極であって、各電極が受信機と結合されるように構成される、帯形状電極と、
−前記内部領域内に配置され、前記第１、第２、第３、および第４の電極と容量結合されて、前記第１、第２、第３、および第４の電極の感度を強化する浮動中央電極と、
を備える、電極行列構造。

図１は、ＴＸ電極およびＲＸ電極を伴う従来型電極配置を示す。 図２は、複合電極を伴う印刷回路基板上の典型的電極配置を示す。 図３は、図２における実施例のために示される印刷回路基板を通した断面図を示す。 図４ａは、受信機電極ｅ（左）に直角な手の動きに対する感度プロファイル（右）を示す。 図４ｂは、受信機電極ｅ（左）に平行な手の動きに対する感度プロファイル（右）を示す。 図４ｃは、１つの垂直および１つの水平な受信機電極を伴う、重畳された感度プロファイル（右）を示す。 図４ｄは、１つの垂直および１つの水平な受信機電極を伴う、重畳された感度プロファイル（右）を示す。手の位置への依存性（南−北方向）−図４ｃと比較。 図４ｅは、西−東感度プロファイルにおける手の位置に対する北−南依存性を低めるための、１つの垂直およびｍ個の水平電極を伴う重畳された感度プロファイル（右）を示す。 図４ｆは、１つの垂直およびｍ個の水平電極、または１つの垂直な電極および単一の中央電極を伴う、別の重畳された感度プロファイル（底部）を示す。 図５は、ダイヤモンド要素を伴う行列電極を示し、内部電極が使用されて遠距離（北、東、南、西）における外部電極の感度を強化する。 図６は、遠距離における外部西および東電極の感度を強化するために、容量結合された垂直中央電極を伴うフレーム電極を示す。 図７は、中央領域においてより小さなダイヤモンド形状要素を伴う行列電極を示す。 図８は、図７に従ういくつかの電極のための等価回路を示す。 図９は、容量結合された垂直中央電極および添付受信機増幅器を伴うフレーム電極を示す。 図１０は、遠距離（北、東、南、西）における全４つの外部電極の感度を強化するための、容量結合された長方形中央電極を伴うフレーム電極を示す。 図１１は、Ｔｘ、Ｒｘ、および水平および垂直タッチ電極を伴う配置の等価回路図を示す。 図１２ａは、菱形要素を伴う行列電極を示し、内部電極ライン（白および波線）は、遠距離（北、東、南、西）における外部電極の感度を強化するために使用される。 図１２ｂは、菱形要素を伴う行列電極を示し、受信電極は、１つの層内に配置される。第２のＴＸ送信層は、明るい灰色である。 図１２ｃは、別の実施形態を示し、内部電極に対する外部電極の距離は、距離を増加させることによって、感度プロファイルのより良好な直線性のために調整された。 図１２ｄは、図１２ａ〜１２ｃにおいて示される実施形態と類似する別の実施形態を示し、送信電極は、第１および／または第２の電極の部分的領域のみのカバーを行う。 図１３は、菱形電極を伴う行列電極を示し、受信電極は、２つの異なる層内に配置される。層１（暗い灰色および白）は、垂直揃え電極を伴う。層２（暗い灰色および明るい灰色）は、水平揃え電極を伴う。第３のＴＸ送信層は、明るい灰色である。 図１４は、二層ＲＸ設計における菱形要素間に相互接続ラインを伴わない行列電極を示す。層１（暗い灰色および白い斜縞菱形）は、垂直揃え電極を伴う。層２（ハッチ付きおよび波型電極）は、水平揃え電極を伴う。第３のＴＸ送信層は、明るい灰色である。 図１５は、二層ＲＸ設計における菱形要素を伴う行列電極を示し、暗い灰色およびハッチ付き（北、東、南、西）外部受信電極は、定距離にわたって感度を強化するために使用される内部電極とｚ方向において部分的に重複する。層１（暗い灰色および斜縞菱形）は、垂直揃え電極を伴う。波型内部電極は、透明に描かれ、受信東および西電極との重複を視覚化する。層２（ハッチ付きおよび波型電極）は、水平揃え電極を伴う。ハッチ付き北および南受信電極は、透明に描かれ、重複を視覚化する。第３のＴＸ送信層は、明るい灰色である。 図１６は、二層ＲＸ設計における菱形要素を伴う行列電極を示し、暗い灰色およびハッチ付き（北、東、南、西）外部受信電極は、定距離にわたって感度を強化するために使用される内部電極とｚ方向において部分的に重複する。ＲＸＲＸキャリア層は、εｒ_ＲＸＲＸを伴う。ＴＸＲＸキャリア層は、εｒ_ＴＸＲＸを伴う。 図１７は、別の実施形態を示し、追加の浮動四角形状電極が、行と列の間の領域に設置される。

電場は、電荷によって生成され、空間内に３次元的に分配される。出願人によって開発されたＧｅｓｔＩＣ（登録商標）技術は、例えば、１００ｋＨｚ信号を使用して、人間の体等の導電性物体を感知するための自己生成準静的であるが、交流する、電場を利用する。電場を生成するために、別々のＴＸ電極層が使用される。人の手が電気的近接場に侵入する場合、妨害場ラインが接地に短絡されるように歪むことになる。そうすることで、３次元電場は、３次元関数として変性する。出願人のＧｅｓｔＩＣ（登録商標）技術は、４つの受信電極のみを使用し、異なる位置にける電場を検出し、全３次元における電場歪みの起源を判定する。出願人のＭＧＣ３１３０チップは、１ｆＦ（１フェムトＦａｒａｄ）未満の容量を分解することができる。データシート「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ＭＧＣ３１３０、Ｓｉｎｇｌｅ−Ｚｏｎｅ ３Ｄ Ｇｅｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ」２０１２、ＤＳ４１６６７Ａが、出願人のウェブページから入手可能であり、参照のために本書に組み込まれる。電場に侵入する物体の３次元位置の判定において、最小数３つの受信電極が、三辺測量のために使用されなければならない。ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）技術においては、典型的には、相互に別々に場を乱している物体のｘおよびｙ位置を計算するために、２組の電極（４）が使用される。１組の電極が物体のｘ位置および距離（ｚ位置）を計算するために、そして他の組がｙ位置を計算するために使用される。本開示において記述される技法は、最小数の１つ受信電極に適用される。

受信電極における測定された電場強度は、およそ１／ｄ^２に比例した関数で減少し、ｄは受信測定電極からの電場乱れ接地物体（例えば、ユーザの手）の距離であることが、２０１０年のＭａｏ Ｃｈｕｎｄｏｎｇの修士論文「Ｗｅｉｔｅｒｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ ｅｉｎｅｓ Ｍｅｓｓｓｙｓｔｅｍｓ ｕｎｄ Ｓｉｇｎａｌｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ ｍｉｔ ｅｉｎｅｍ ｋａｐａｚｉｔｉｖｅｎ Ｈａｎｄｇｅｓｔｅｎｓｅｎｓｏｒ」に示された。基本的には、接地された手は、生成された電場を部分的に接地に短絡させる。図４ａは、受信電極に対する、ユーザの手の定距離にわたる信号偏差ＳＤの感度プロファイルを示す。信号偏差ＳＤは、ここでは、ユーザの手を伴ってと、伴わずに測定された電場強度のデルタ信号に関する測定値である。正確でジッタのない位置追跡のためには、定距離にわたる高ＳＤレベルおよび十分な低下を取得することが望ましい。１／ｄ^２低下は、より大きなｄについては、位置追跡が問題を含むものとなり、これは、１／ｄ^２関数が距離に伴ってすぐに平坦になり、位置追跡が不明瞭となるからである。定距離にわたる信号偏差の略一定低下を取得し、電極からの定距離にわたって良好な位置追跡正確性を達成することが望ましい。この開示は、２つ以上の受信電極の信号を結合し、そのようにして改良された位置追跡正確性を達成することにより、定距離にわたる信号偏差関数がどのように制御されることができるかを示す。

さらに、ｌ／ｄ^２関数に関し、線形電極に対して平行に移動する物体の感度プロファイルは、２０１３年２月２７日に出願され、出願人に譲渡され、本書に参照により組み込まれる、未公開米国特許出願第１３／７７８３９４号「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａ Ｓｅｎｓｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｏｒ Ａ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ」から知られている。図４ｂは、信号偏差が、手が電極の中間にあるときにその最大に到達し、受信機電極の両端へと減少することを示す。

図４ｃにおいて、垂直および水平両方の電極の両方の信号の重畳は、電極信号の最適重畳が選ばれたとき、信号偏差の望ましい傾斜に対して定距離にわたって略一定低下（水平電極ｅ２に対する手のある距離について）を与えることが示されている。重畳は、
ｉ）電極信号の容量または抵抗結合によりハードウェアレベルで、
ｉｉ）加算増幅器によってアナログフロントエンド内で（受信電極の信号は、「改良電極」の信号を用いて制御可能な個々の加重と合計される）、または
ｉｉｉ）デジタル信号処理ドメイン内で（ｉｉ）において記述されたものと同一の合計方法であるが、デジタル化信号による）のいずれかによって行われることができる。

図４ｃは、両電極間の容量結合を示し、結合コンデンサは、重畳の強度を判定する。容量結合方法（ｉ）は、最も簡素でコスト効果のある解決策であり、以下にさらに記述される。容量結合は、
ａ）両電極の近接配置（左上角の図４ｃの実施例において）および容量ＣＫで容量結合経路を生成することによって、
ｂ）離散コンデンサ要素ＣＫを導入することによって、
実現することができる。

ただ１つの「改良」（水平）電極を伴う、この（簡素な）解決策の短所は、水平電極ｅ２までの手の距離への結合された感度プロファイルの依存性である（図４ｄ参照）。この手が水平電極ｅ２に近すぎるときは、結合された感度プロファイルは、凹曲線形状で「過補償」される。過補償感度プロファイルの最大値は、検出領域のはるかに内側であり、ユーザの手がその最大値の前または後ろにあるかは不明瞭である。

図４ｅは、水平電極が受信西電極ｅ_ｖｌに容量結合される、ｍ個の水平「改良」電極ｅ_ｈ１〜ｅ_ｈｍを導入することによって、どのようにして補償が手の南−北位置にわたって略一定となるように行われるかの解決策を示す。最適結果は、それぞれの用途において、結合容量Ｃ_ｋｌ〜Ｃ_ｋｍの典型的手姿勢および水平「改良」電極に対する個々の調整により達成される（例えば、手は多かれ少なかれ平坦に保持され、キーボード用途において常に南方向から来ることが想定することができる）。

図４ｆは、全銅中央電極との比較における、水平縞を伴う感度プロファイルの線形化を示す。図４ｆの右側に示される全銅領域は、以下に示されるように、相互にダイヤモンドが接近して設定された構造と類似する。電場に入る物体としての手の代わりに、図４ｆはいわゆるブリックを示しており、これは、標準化長方形ブリック形状物体であることができ、例えば、銅箔でカバーされた発泡スチロールブリックが、標準化手擬態物体として使用されることができる。種々の実施形態によると、受信電極は、「線形」感度形状が感度のいかなる損失もなく作成されるように設計されることができる。言い換えれば、受信電極の設計は、図４ｆの左側に示される水平縞電極の利点を備えるべきであり、例えば、複数の電極によって取得された電圧プロファイルおよび右側に示される全銅領域Ｃ_{ｋ＿ｆｕｌｌ}の利点であり、例えば、西電極と全銅領域の間のより強い容量結合である。

「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＳＨＡＲＥ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥＳ ＢＥＴＷＥＥＮ ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＴＯＵＣＨ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ ＡＮＤ ＧＥＳＴＵＲＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ」という名称の米国仮出願第６１／６０９，５３８号に対する優先権を主張する米国出願第１３／６７５６１５号（出願人に譲渡され、その全体が参照により本書に組み込まれる）において記述されるように、タッチコントローラおよびジェスチャ検出システムによって電極を使用するためのシステムおよび方法が利用可能である。典型的には、タッチコントローラシステムは、水平および垂直電極ライン間の結合を容量測定方法により（例えば、自己容量および非差分／差分測定を介した相互容量により）判定し、このように、容量変化を測定することによって、１本または複数指のタッチ位置を判定することができる。「ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＳＩＧＮＡＬＳ ＴＨＡＴ ＡＲＥ ＩＮＤＩＣＡＴＩＶＥ ＯＦ ＴＨＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＲ ＣＨＡＮＧＥ ＯＦ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＬＩＭＢＳ」という名称の独国公開第１０ ２００８ ０３６ ７２０．６号に対する優先権を主張する米国特許出願公開第２０１２／０３１３８５２号に記述されているもののようなジェスチャ検出システム（出願人に譲渡され、その全体が参照により本書に組み込まれる）は、この特許出願において記述される電極行列構造の外部電極と典型的に接続する。これらの電極は、タッチコントローラと併用されてもよく、または併用されなくてもよい。

図５および７は、行列に配置された電極セグメントの実施形態を示す。そのような配置は、前述のように、多くの場合、容量タッチセンサ装置において使用される。例えば、そのような電極セグメントは、例えばＬＣＤディスプレイの上にタッチセンサとして使用される透明層に配置されることができる。タッチは、近隣セルの容量結合を変える。単一行または列を活性化することによって、列または行のセンサ要素の容量結合が検出されることができる。例えば、全ての行を順番に活性化することにより、そしてそれぞれの列との結合を順番に判定することによって、またはその逆も同様に、１つまたはそれを上回るタッチ位置が判定されることができる。

タッチセンサ配置のこれらのタイプも、前述のようにタッチなしジェスチャ認識のために使用されることができる。その目的のために、電極ラインｅ_{Ｗｅｓｔ、Ｅａｓｔ、Ｎｏｒｔｈ、Ｓｏｕｔｈ}として示される最も外側の電極ラインは、図６の等価回路内に示されるように、電極縞として使用されることができ、内部電極セグメントはともに切り換えられて、中央電極を形成することができる。タッチコントロールシステムが使用されない場合、図５および７に記述される行列構造の内部電極は、浮動電極であってもよい。浮動とは、それらの電極がいかなる電気回路にも接続されないことを意味する。

図５の実施形態で示されるように、水平および垂直電極縞はそれぞれ、直列に結合され、水平または垂直に配置されたダイヤモンド形状電極によって形成される。これらの電極セグメントの長所は、非常に均質な光学表面が提供されることができることである。図５は、別の実施形態に従い、右側および行列の底部上の直列接続電極との接続を示すが、水平ラインの各行は、左および右側において交互に接続されることもでき、すだれ状構造を形成する。行列の頂部および底部側の接続で、垂直電極ラインのために類似配置が作られることができる。

水平電極縞を形成する直列に結合された複数の水平配置センサ要素５００、５１０がある。同様に、直列に結合されて垂直電極縞を形成する複数の垂直配置電極セグメント６００、６１０がある。水平または垂直の各電極縞は、それぞれのマルチプレクサ切り換えユニットによって個々に選択されることができる。各水平行について、例えば、ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}とｅ_{Ｓｏｕｔｈ}およびそれらの間の行、左端および右端の電極セグメントは、半ダイヤモンド５１０として設計されてもよく、効果的に三角形状を有する。同様に、各列の頂部および底部電極６１０、例えば、ｅ_Ｗｅｓｔとｅ_Ｅａｓｔおよびそれらの間のあらゆる列は、類似形状を有してもよい。このように、行列全体は、図５に示されるように長方形を満たす。西および東電極は、電極セグメント６００、６１０が灰色で満たされて図５内に示され、一方、それらの間の列は、白色セグメントで示される。北および南水平電極セグメント５００、５１０は、水平ハッチでマークされ、一方、それらの間に配置される行のセグメントは、波線で満たされて示される。西電極列の隣のいくつかの電極セグメントの具体的容量結合は、図５の右側に示される。

図６は、種々の実施形態によるジェスチャ認識システムで使用するための、図５のセンサ構造によって提供される、行列として利用可能な電極セグメントの使用例を示す。図６は、改良（中央）電極が必ずしも受信電極に対して直角に配置される必要のない選択肢を示す。この選択肢において、平行中央電極は、西および東受信電極の中間に導入された。この実施例においても、結合は、容量性に行われる。ここでも、北電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}および南電極ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}はそれぞれ、直列に結合された頂部および底部電極セグメント５００、５１０によって形成される。同様に、西および東電極ｅ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔが、それぞれ直列に結合された左端および右端電極セグメント６００、６１０により形成される。中央電極ｅ_{Ｃｅｎｔｅｒ}は、図５において白または波線で示される中央電極セグメントによって形成されることができる。中央領域におけるダイヤモンド電極セグメントが近ければ、この配置は、全銅領域を中央電極として示す図４ｆの右側に示される配置とより類似する。

図７は、図５と類似する配置を示し、内部行および列の電極セグメント７００の寸法は、図５に示される実施形態と比べて小さく、したがって、より小さな容量結合を生成する。再度、図７の右側はそれぞれの電極セグメント間の容量結合を示す。このように、これらの内部電極セグメントと包囲電極ｅ_{Ｗｅｓｔ、Ｅａｓｔ、Ｎｏｒｔｈ、Ｓｏｕｔｈ}との間の隙間に応じて、強または弱容量結合が近隣電極セグメント間に存在する。

電極構造の設計において、目標は、感度の損失なしに「線形」感度形状を生成することである。したがって、例えば、
−図４ｆのグラフに示されるものと同一の弓形が、西電極ｅ_Ｗｅｓｔのプロファイルに加えられるべきである。
−水平電極の同一電圧が、加えられる必要がある。

１つのジェスチャ電極の所与の感度プロファイルについて、信号弓形の一定電圧レベルが、最良の線形化を得るために加えられなければならない。第２の電極の存在のために加えられる電圧レベルは、結合容量Ｃｋと第２の電極が手に対してどの程度敏感であるかとに依存する。表面領域が感度に対して効果を有するため、Ｃｋは、各電極の感度に従って適合化されなければならない。図４ｆの実施例である、図４ｆの左の第２の電極は、縞であり、図４ｆ右のより大きな銅領域よりも、より低い信号レベルを生成する。第２の電極から同一電圧をＲＸ電極に重畳するために、全銅電極は、縞設定に必要な結合容量合計よりも低いＣｋを必要とする。
−より小さい表面を伴う縞は、より強い結合を必要とする。−＞ΣＣｋｎ＞Ｃ_{ｋ＿ｆｕｌｌ}
−調整済みＣｋでは、同じＴＸ電圧が結合される−＞同一感度が期待される。
−感度は、異なるダイヤモンド間隔を伴うＴＣによって影響される可能性がある。

各縞のタッチコントローラのダイ入力容量のような容量負荷が存在する場合、受信電極の感度は、各縞電極上の信号が接地容量よって低減されるため、降下する。線形化のため、Ｃｋは、増加されて同一信号電圧を得る必要があり得る。増加されたＣｋにより、受信極のインピーダンスも低減され（より高い容量負荷）、これは、より低い感度につながる。

より詳細に図８において示されるように、小さい隙間（不変の電極領域を有する）は、水平および垂直ライン間に強い結合を生じさせる。隙間が小さければ、タッチコントローラの接地容量の負の影響は、より高くなる。例えば、水平電極縞の各電極セグメント８００は、それぞれの水平および垂直ライン間の強い結合を提供する。詳細で簡素化された等価回路が、図８の右側に示されている。

水平ラインは、手に対して感度がより低い。したがって、ＣＲｘＨは、線形化効果のために必要な電圧を得るために増加されなければならない。ＲＸとＧＮＤの結合が増加され、それによって、より鈍感となる。水平および垂直ライン間のより小さい隙間の使用は、したがって、有利となる。同一効果が、垂直ラインおよび北／南電極に適用される。

図９および１０は、準静的電場評価を使用するジェスチャ検出システムにおける電極の典型的設計および使用を再び示す。図は、図９および１０に示されるように、受信機電極構造の下に通常は配置され、受信機電極領域全体をカバーし得る送信機電極を示さない。図９はさらに、それぞれの入力容量ＣＤ_＿ＧＮＤ（Ｄは、ここでは、北、東、南、西方向を表す）を有する受信機入力回路を示す。最適結合容量Ｃ_ＫＤは、前述のように、典型的には、受信機電極構造の下の大きい電極（図９では示されない）である送信電極に対する受信電極容量、接地に対する受信電極容量、および受信機回路入力容量Ｃ_{Ｄ＿ＧＮＤ}よって判定される。これは、この開示の全ての導入された電極設計に適用される。受信電極ｅ_{Ｗｅｓｔ、Ｅａｓｔ、Ｎｏｒｔｈ、Ｓｏｕｔｈ}によって生成される種々の信号は、評価装置９２０と結合される切り換えユニット９１０へフィードされることができる。切り換えユニットは、種々の電極信号の順次解析を可能にする。そのような切り換えユニット９１０は、マイクロコントローラのアナログ／デジタル変換（ＡＤＣ）ユニットにおいて典型的に使用されるような、マルチプレクサを伴うサンプル＆ホールドユニットであることができる。しかしながら、そのようなユニットは、複合ＡＤＣユニットが利用可能な場合には、省略されることもできる。

図９は、好ましくは、ジェスチャ検出システムの高インピーダンス増幅器である、それぞれの増幅器と個々の受信電極の結合を示す。図１０は、大きい中央電極が、特に、内部水平および垂直タッチ電極セグメントによって形成される配置を示す。図１０は、したがって、範囲改良電極構造として使用されることができるプレート中央電極を示す。中央電極は、示されるように、４つの受信電極全てに対して容量拘束されることができる。再度、代替的に第５の入力チャネルにより、重畳は、アナログ回路またはデジタル信号処理ドメインにおいても実現されることができる。図１１は、そのような電極構造の等価回路を示す。

前述のように、３辺測量によって位置を判定するために、典型的４つの受信電極が使用される。図１２ａ（右側）は、図４ｅおよびｆにおいて提示される実施形態がどのように水平および垂直電極を伴う行列構造へ生成され、４つのＲＸ電極フレーム設計に転送されることができるかを示す。波線またはハッチ付きの水平電極要素（ここでは、菱形形状）は、異なるライン構造ｒ_１を介して相互に接続され、これは、暗い灰色または白色の垂直電極要素と同じである。前述のように、水平または垂直電極要素の１つのラインは、１つの線形電極を与える。受信ＲＸ電極は、外部「フレーム」電極ラインであり、西および東電極は、暗い灰色、北および南電極はハッチ付きスタイルである。西および東電極の範囲および感度プロファイルは、それぞれの西および東電極ｅ_{Ｗｅｓｔ、}ｅ_Ｅａｓｔに容量結合される波型スタイルの水平電極によって改良される。北および南電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}、ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}の範囲および感度プロファイルは、白色で示される垂直電極セグメントによって改良される。図１２ａの拡大図は、西および東電極ｅ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔのそれぞれのセグメントにより近い、この実施例における、内部水平電極セグメント１２１０のそれぞれのセグメントを配置することによって、特定結合がどのように実現されるかを示す。距離ｒ_１は、したがって、セグメント間の一般距離ｒ_２より小さい。同一配置が、内部垂直電極セグメント１２２０に関して行われる。同一調整が、図１２ｃにおいて行われ、しかしながら、ここでは、距離ｒ１は、線形化効果を達成するために、ｒ２について増加された。特に、種々の電極セグメントの菱形形状は、図１２ａおよび１２ｃの内部セグメント１２１０で示されるように、２つの連続垂直電極セグメントの近隣縁に平行に内部水平電極セグメントの縁を設置することを通して、容量結合を調整することを可能にするために有用である。ｒ２は、電極セグメント間の一般的距離を示し、距離ｒ１は、４つの主受信電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}、ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}、Ｓ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔの１つに隣接するセグメントについてのみ使用されることに留意されたい。

図１２ａ（左側）は、中央の改良電極ライン（波型または白）と外部フレーム電極との間の容量結合は、電極要素間の距離ｒ１によって制御されることができることを示す。概して、外部フレーム電極に対する内部電極の結合を判定する距離ｒ_１は、タッチおよび３Ｄ位置付けおよび３Ｄジェスチャのアプリケーション固有最適化を考慮する、内部垂直および水平電極の結合を判定する距離ｒ_２とは異なる。水平および垂直電極は、１層上だけではなく、また、２つの異なる層内にも可能である。水平および垂直電極が１つの層内にある場合、相互接続ライン上のブリッジ１２３０が、水平および垂直構造を分離するために使用されなければならない。

図１２ｂは、１つの実施形態による、３次元におけるその配置についての受信電極セグメントの透視図を示す。図１２ｂは、したがって、垂直および水平ＲＸ受信電極が１つの層内にある設定を示す。電場を生成する、ＴＸ信号送信層までの距離は、ｈ_ＴＸＲＸによって与えられる。

図１２ｂは、システム内の電極の典型的接続も示す。ジェスチャ評価装置１２４０は、４つの入力および出力を有する。入力は、受信電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}、ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}、ｅ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔと接続され、出力は、送信機電極と接続される。ジェスチャ評価システムに関しては、残りの垂直および水平電極は、評価装置１２４０に接続されない。しかしながら、そのような接続は、タッチおよびジェスチャ検出の両方について電極行列を使用する結合システム内で提供されることができる。ジェスチャモード中、電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}、ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}、ｅ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔおよび送信電極のみが接続され、一方、残りの接続は、高インピーダンスに切り換えられ、それによって、これらの電極が、この開示内で論議されるように、プロファイル強化の目的のために浮動することを可能にする。タッチモード動作中、それぞれのセグメントは、本業界において知られるように、切り換え行列によってタッチが活性化されるであろうことを判定する必要がある。

図１２ｄは、図１２ａ〜ｃにおいて示される実施形態と類似する別の実施形態を示し、送信電極は、第１および／または第２の電極の部分的領域のみのカバーを行う。このように、送信電極は、フレームのように形状化され得る。

図１３は、垂直ＲＸ受信電極ｅ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔ、および水平ＲＸ受信電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}、ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}が、２つの異なる層上にあり、距離ｈ_ＲＸＲＸによって分離される設定を示す。電場を生成する、ＴＸ信号送信層までの距離は、ｈ_ＲＸＲＸによって与えられる。

図１４は、図１３と同一の設定を示すが、菱形電極要素間の相互接続ラインはなく、これは、水平および垂直電極が２つの異なる層上にあり、相互接続ブリッジが必要ないためである。ここで、各菱形の先端は、隣接セグメントの先端と接合する。このように、連続電極縞は、垂直または水平ラインに配置された複数のセグメントによって形成される。

図１５は、受信ＲＸ電極の改良中央電極との容量結合は、重複要素が異なる層内にあるような垂直および水平電極の部分的重複によって行われる可能性を示す。この実施例では、１つの大きなＲＸ菱形ライン要素１４００によってそれぞれのＲＸ電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}、ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}、ｅ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔを形成する単一菱形セグメントをそれぞれ置き換えることによって、重複が成し遂げられた。６つの菱形セグメントが垂直電極縞を形成し、７つの菱形セグメントが、水平電極縞を形成するため、それぞれ６つまたは７つの行列内のセグメントは、図１４に示されるように、１つの単一大電極ｅ_{Ｎｏｒｔｈ}、ｅ_{Ｓｏｕｔｈ}、ｅ_Ｗｅｓｔ、ｅ_Ｅａｓｔによって置換される。領域を重複させる多くの他の方法が、可能である。結合容量ＣＫは、この場合、重複領域の寸法を変えることによって制御されることができる。

２つの層の場合、ＲＸ層は、印刷回路基板ＰＣＢ、プラスチック（例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＣ−ＡＢＳ、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アクリルガラス（プレキシグラス）等）、ガラス等の非導電性材料（分離ＲＸＲＸキャリア層）で分離される。同時に、ＴＸおよびＲＸ層も非導電性材料（分離ＴＸＲＸキャリア層）で分離される（図１６を参照）。ある実施形態によると、キャリア層厚ｈ_ＲＸＲＸは、標的物体（例えば、ユーザの手等）に対する水平電極および垂直電極の最も高い類似感度を達成するために、可能な限り小さい。ＴＸＲＸキャリア層の相対的誘電率またはε_ＴＸＲＸは、ｈ_ＴＸＲＸの所与のＴＸＲＸキャリア層厚において最大の感度を使用可能にするために、ＴＸ電極から可能な限りＲＸ電極を切り離すために、可能な限り小さくあるべきである。

結果的に、両方のキャリア層は、最良結果を達成するために、同一の低誘電率材料である。良好な透明材料は、例えば、
を有するポリカーボネートまたはＰＥＴであろう。しかしながら、最良の選択肢は、水平および垂直電極の最良感度および類似性能のために、１つのＲＸ層のみを使用することである。

図１７は、さらに別の実施形態を示し、追加の浮動四角形状電極１６００が、行と列の間の領域内に設置される。図１７は、例えば、表示用途のみのために大切であるわけではない均質光学表面を可能な限り取得するために、追加の浮動電極構造を導入できることを示す。

前述の実施形態は、電極要素がどのように設計されることができるかの実施例を与える（例えば、菱形またはダイヤモンド形状等）。多くの異なる設計が、可能である。

要約すると、波線で満たされた水平電極ｅ_Ｈ１〜ｅ_Ｈｍが、同時に使用されて西および東電極の距離範囲を拡張し、両方の感度プロファイル（線形減少）を最適化する。同じ容量結合技法または以前に記述したアナログフロントエンドあるいはデジタル信号処理技法を使用して、電極上に信号を重畳することができる。最も簡素なものは、個々の波型水平電極ラインと灰色受信電極（西および東）との間の図４ｃおよび１２ａで示されるような容量結合方法であり、その場合、改良（波線の満たされた水平）電極は、浮動することができ、信号入手システムに接続されてはならない。大検出領域を得るために、感度プロファイルは、距離ｒ１を調整することによって線形化され、これは、異なる距離ｒ１およびｒ２につながる。

結合タッチパネル／タッチスクリーン解決策の場合、改良電極はまた、別々のタッチコントローラまたは結合３Ｄジェスチャ追跡および認識タッチコントローラ装置（または集積回路）の入力に接続されることができる。そのような場合、そのようなタッチコントローラの受信チャネルは、図９に示されるように、高インピーダンスでなければならないことが確保されなければならず、例えば、入力容量は、一般的電極寸法に依存するが、１、３、５、１０ｐＦ未満であるべきである。白色垂直電極ｅ_Ｖ１〜ｅ_Ｖｎを使用して、北および南電極の距離範囲をそれぞれ強化することができる。

異なる実施形態の種々の特徴は、自由に結合されることができることに留意されたい。例えば、１つの実施形態において定義された形状は、他の実施形態にも適用され得る。それに限定されないが、コントローラ等の回路構造は、他の実施形態で使用されることもできる。１つの実施形態の電極配置の構造的配置は、システム実施形態等の他の実施形態にも適用され得る。特徴の他の結合も、可能であってよい。

Claims (27)

1. 電極アセンブリであって、
   観察領域内へ延在する準静的交流電場を生成するための、交流駆動信号を受信する送信電極と、
   第１の方向に延在し、受信電極として評価装置に接続されるように構成される第１の電極と、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する第２の電極と
   を備え、
   前記第１の電極を用いて前記準静的交流電場の乱れを評価するために、前記第１の電極の強化された感度プロファイルは、前記第１および第２の電極から受信される信号を結合することによって、または前記第１および第２の電極を容量結合することによって取得される、電極アセンブリ。
2. 前記第１および第２の電極は、前記第２の電極を前記第１の電極に容量結合することによって結合され、前記第２の電極は、電気的に浮動しているか、または高インピーダンス接続を有する、請求項１に記載の電極アセンブリ。
3. 前記容量結合は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に接続される離散コンデンサによって実現される、請求項２に記載の電極アセンブリ。
4. 前記容量結合は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の容量結合経路によって実現される、請求項２に記載の電極アセンブリ。
5. 前記第１の電極は、第１の受信信号を生成し、前記第２の電極は、第２の受信信号を生成する、請求項１に記載の電極アセンブリ。
6. 単一送信電極は、前記第１および／または第２の電極の下の層内に配置され、前記第１および第２の電極によって受信される前記準静的電場を生成するように構成される、請求項１に記載の電極アセンブリ。
7. 送信層は、前記第１および／または第２の電極の部分的領域のみのカバーを行う、請求項６に記載の電極アセンブリ。
8. 前記第１の電極を備える複数の平行に配置された第１の電極と、
   前記第１の電極に対して直角に配置され、前記第２の電極を備える、複数の平行に配置された第２の電極と
   を備え、
   第１および第２の電極は、行列を形成する、請求項１に記載の電極アセンブリ。
9. 前記第１および第２の電極は、前記送信電極上の異なる層内に配置される、請求項６に記載の電極アセンブリ。
10. 各電極は、直列に接続された複数の電極セグメントを備える、請求項８に記載の電極アセンブリ。
11. 各セグメントは、ダイヤモンドの形状を有する、請求項１０に記載の電極アセンブリ。
12. 各セグメントは、菱形の形状を有する、請求項１０に記載の電極アセンブリ。
13. 前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれすだれ状構造に配置される、請求項１０に記載の電極アセンブリ。
14. 内部電極は、それぞれ直列に接続された複数の電極セグメントによって形成される、請求項１０に記載の電極アセンブリ。
15. 外部電極は、前記外部電極に対して直角に配置される内部電極と容量結合され、直角に配置された内部電極のうちの隣接電極セグメント間の前記容量結合は、前記内部電極のうちの隣接電極セグメントと前記外部電極との間のそれぞれの容量結合とは異なる、請求項１４に記載の電極アセンブリ。
16. 前記第１および第２の電極の隣接電極セグメントは、それぞれの電極セグメント間の距離によって画定される容量結合を有し、外部電極の電極セグメントと、前記外部電極の電極セグメントに隣接する前記内部電極の電極セグメントとの間の第１の距離は、残りの隣接電極セグメント間の第２の距離とは異なる、請求項１４に記載の電極アセンブリ。
17. 前記第１および第２の電極は、前記送信電極の上の異なる層内に配置され、外部電極は、それぞれの外部電極に対して直角に配置されている前記内部電極の電極セグメントと部分的に重複する、請求項１４に記載の電極アセンブリ。
18. 前記第１および第２の電極は、それぞれ内部電極および外部電極を備え、前記外部電極は、受信電極を形成し、前記内部電極は、それぞれ直列に接続された複数の電極セグメントによって形成される、請求項８に記載の電極アセンブリ。
19. 各セグメントは、ダイヤモンドの形状を有する、請求項１８に記載の電極アセンブリ。
20. 各セグメントは、菱形の形状を有する、請求項１８に記載の電極アセンブリ。
21. 前記第１および第２の電極は、前記送信電極の上の異なる層内に配置される、請求項１８に記載の電極アセンブリ。
22. 前記行列によって画定される空間内に配置される浮動電極セグメントをさらに備える、請求項１０に記載の電極アセンブリ。
23. 前記送信電極は、前記第１の電極または前記第２の電極と同一層上にあり、前記第１および第２の電極によって受信される前記準静的電場を生成するように構成される、請求項１に記載の電極アセンブリ。
24. 各電極の機能は、実行時において切り替えられることができる、請求項２３に記載の電極アセンブリ。
25. 請求項１〜２４のうちの１項に記載の電極アセンブリを備えるシステムであって、前記電極アセンブリは、３次元ジェスチャおよびタッチを評価することのでき、前記システムは、
    −少なくとも第１、第２、および第３のポートを有するコントローラをさらに備え、
    前記コントローラは、第１または第２の動作モードにおいて動作するように構成され、第１の動作モードにおいて、
    前記コントローラの前記第１のポートは、前記準静的交流電場を生成するために前記送信電極を駆動するように構成されることができ、
    前記コントローラの前記第２のポートは、前記送信電極から前記第１の電極によって受信される信号を評価するために、前記第１の電極を検出ユニットと接続するように構成されることができ、
    前記コントローラの前記第３のポートは、前記第２の電極に接続し、かつ高インピーダンス状態に切り替えられるように構成され、
    第２の動作モードにおいて、
    前記コントローラの前記第２および第３のポートは、前記第１および第２の電極を容量測定ユニットと結合させるように構成される、システム。
26. 行列に配置された複数の第１の電極および複数の第２の電極と、前記複数の第１の電極のうちの１つおよび前記複数の第２の電極のうちの１つを、前記第２モードにおいて動作中に、前記容量測定ユニットと選択的に結合させるためのマルチプレクサユニットとをさらに備える、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記第２の方向に延在する複数の第２の電極と、前記複数の第２の電極を前記コントローラから切り離すか、前記複数の第２の電極と接続されたポートを高インピーダンス状態に切り替えるかのいずれかであるように前記第１の動作モードにおいて動作可能なマルチプレクサユニットとをさらに備える、請求項２５に記載のシステム。