JP6335313B2 - 静電容量ボタンへの異なる大きさの導電性対象物のタッチの検出及び識別 - Google Patents

Description

関連出願
本願は２０１３年１０月７日に出願された米国仮出願第６１／８８７，８６８号の利益を主張するものであり、この出願の全内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して検出システムに関し、より詳しくは、静電容量ボタンへの異なる大きさの導電性対象物のタッチを検出し、識別するように設定可能な静電容量センシングシステムに関する。

静電容量センシングシステムは電極に発生する静電容量の変化を反映する電気信号を検出することができる。このような容量変化はヒューマンタッチイベント（即ち、特定の電極への対象物の近接）を示す。静電容量センス素子は機械的ボタン、ノブ及び他の同様の機械的ユーザインタフェース制御機器の代わりに使用できる。静電容量素子の使用は複雑な機械的スイッチ及びボタンの排除を可能にし、厳しい状況の下で信頼できる操作を提供することができる。更に、静電容量センス素子は現代のカスタマアプリケーションに広く使用され、既存の製品に新たなユーザインタフェースオプションを提供している。静電容量センス素子は単一のボタンからタッチセンサ表面用の静電容量センサアレイの形態に配列された多数のボタンに及んでいる。

静電容量センサボタン又はアレイを使用する装置は今日の産業及び消費者ママーケットの至るところに存在する。それらは携帯電話、ＧＰＳ装置、セットトップボックス、カメラ、コンピュータスクリーン、ＭＰ３プレーヤ、ディジタルタブレット等に見られる。静電容量センスアレイは、静電容量センス素子の静電容量を測定し、導電性対象物のタッチ又は存在を示す静電容量の差分を求めることによって動作する。導電性対象物（例えば、指、手、又は他の対象物）が静電容量センス素子にタッチ又は接近すると、静電容量が変化し、導電性対象物が検出される。静電容量タッチセンス素子の静電容量の変化は電気回路で測定できる。電気回路は静電容量センス素子の測定静電容量をディジタル値に変換する。

２つの代表的なタイプの静電容量がある。即ち、（１）相互静電容量：この場合には静電容量センシング回路はキャパシタの両電極にアクセスすることができる。（２）自己静電容量：この場合には静電容量センシング回路はキャパシタの一方の電極にのみアクセスすることができ、他方の電極はＤＣ電圧レベルに接続されるか大地に寄生結合される。タッチパネルは両タイプ（１）及び（２）の静電容量の分布加重を有し、サイプレスのタッチソリューションは両静電容量をその様々なセンスモードで一意的に又は混成的に検出する。

本発明は、添付図面のいくつかの図に一例として、限定としてではなく示され説明される。

一通常実施例による静電容量ボタンを示す。 一実施形態による静電容量ボタンを示す。 別の実施形態による静電容量ボタンを示す。 静電容量ボタン４２１の静電容量を測定するように構成し得る処理装置を含む電子システムの一実施形態のブロック図を示す。 静電容量ボタンのタッチデータを処理する電子システムの別の実施形態を示すブロック図である。 一実施形態における指タッチによるディジタルコンバータの静電容量出力を示す。 一実施形態による静電容量ボタンのセンシング方法のフロー図である。 別の実施形態による２つの静電容量ボタンを示す。 タッチスクリーンと本発明による２つの静電容量ボタンを有するモバイル装置のブロック図である。

以下の詳細な説明において、説明を目的として、多くの具体的な詳細が本発明の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、本発明はこれらの具体的な詳細なしでも実施可能であることは当業者に明らかであろう。また、周知の回路、構造及び技術は、この詳細な説明の理解が不必要にあいまいにならないように、詳細に示さないでブロック図で示している。

明細書全体において「一実施形態」または「ある実施形態」という場合は、実施形態に関連して記載される具体的な特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。よって、「一実施形態では」又は「ある実施形態では」という表現は、本明細書を通して様々な場所に用いられるが、全てが必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。

静電容量ボタンへの異なる大きさの導電性対象物のタッチを検出し識別する装置及び方法が開示される。一つの装置は、静電容量ボタンに結合された静電容量センシング回路を含む。静電容量ボタンは第１のセンス素子と第２のセンス素子を含む。静電容量センシング回路は第１のセンス素子と第２のセンス素子からの信号を第１の値に設定されたセンシングパラメータ（調整パラメータとも言う）で測定するよう動作する。測定される信号は第１のセンス素子と第２のセンス素子の静電容量に相当する。第１のセンス素子の内周は第２のセンス素子の外周を取り囲むように配置される。本明細書で使用する「取り囲む」は他のセンス素子を環状に完全に取り囲むこと又は他のセンス素子の大部分を取り囲むことを意味する。すなわち、外部センス素子は適正動作のために内部センス素子を完全に取り巻く必要はない。例えば、これらのセンス素子は、外部センス素子が内部センス素子を完全に取り囲まないで、内部センス素子のほとんど又は大部分を取り囲む形状にすることができる。装置は更に、静電容量センシング回路に結合された処理ロジックを含む。処理ロジックは、第１のセンス素子が静電容量ボタンに近接する導電性対象物により活性化されるかどうかを測定信号に基づいて検出するよう動作する。処理ロジックは、第２のセンス素子が静電容量ボタンに近接する導電性対象物により活性化されるかどうかを測定信号に基づいて検出するよう動作する。処理ロジックは、第２のセンス素子が活性化され且つ第１のセンス素子が活性化されないとき、センシングパラメータを第２の値に調整する。静電容量センシング回路は、第２のセンス素子が活性化され且つ第１のセンス素子が活性化されないとき、第２のセンス素子からの追加の信号を第２の値に設定されたセンシングパラメータで測定するように動作する。静電容量センシング回路は、第１及び第２のセンス素子が活性化されるとき、第１のセンス素子及び第２のセンス素子からの追加の信号を第１の値に設定されたセンシングパラメータで測定するように動作する。いくつかの実施形態では、第２のセンス素子の表面積が第１のセンス素子により少なくとも部分的に包囲される。他の実施形態では、第１のセンス素子が第２のセンス素子の少なくとも一部分を包囲する。他の実施形態では、第１のセンス素子の少なくとも一部分が少なくとも部分的に第２のセンス素子の外周の外に位置する。他の実施形態では、この技術を用いて、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ及び１０ｍｍの直径を有する対象物によるタッチを検出することができる。各直径に対して、センシングパラメータとしてそれぞれ別の値を使用する必要がある。他の実施形態では、２つのセンス素子（内部及び外部）より多くのセンス素子を追加し得る。追加のセンス素子は、例えば複数のサイズの対象物の検出精度を高めることができる。

本明細書に記載される実施形態は複数のセンス素子を有する静電容量ボタンについて検討する点に注意されたい。これらのセンス素子は様々な形態に配置された電極であり、一つの電極の自己静電容量又は２つの電極間の相互静電容量を測定することにより静電容量ボタンに近接する導電性対象物を検出することができる。センス素子はセンサということもあるが、センサは静電容量を測定する回路を含まないものと理解されたい。もっと正確に言えば、静電容量センシング回路（静電容量センサともいう）がセンサ（本明細書では電極又はセンス素子という）の静電容量を測定する。本明細書に記載される様々な実施形態は本静電容量ボタン以外のタッチセンシング技術で使用することもできる。

図１は一つの通常の実施例による静電容量ボタン１００を示す。通常、この静電容量ボタン１００の実施例が導電性対象物のタッチを検出するために使用されている。静電容量ボタン１００は、特定のサイズ又は寸法の導電性対象物によるタッチを検出するために、タッチコントローラ（図１には示されていない）で調整し得る静電容量センス素子１０２を含むことができる。即ち、センシングパラメータ、例えば静電容量センス素子１０２の測定感度は、静電容量ボタン１００と相互作用する導電性対象物の期待サイズに対してプログラムすることができる。このセンシングパラメータは、異なる用途のために異なるサイズの導電性対象物を検出するために、例えば指を検出するため又はスタイラスを検出するために、調整することができる。即ち、タッチコントローラには指の検出動作前に一つの感度値がプログラムされるが、スタイラスの検出動作前に別の感度値をプログラムすることもできる。従来のタッチコントローラは２つの異なるサイズ及び寸法を有する導電性対象物のタッチを有効に検出し識別することはできなかった。例えば、一般的に１０ｍｍの直径を有する人の指のタッチと、３ｍｍ径のスタイラスのような小さな導電性対象物のタッチを有効に検出し識別することはできなかった。スタイラスは４ｍｍ、３ｍｍ又は１ｍｍのような他の直径のものもある。静電容量ボタン１００はバックライト用の任意選択の孔１０３を含む。静電容量ボタン１００はタッチエリア２０５内に配置される。今日ではユーザは静電容量技術を用いた機器を指とスタイラスの両方で操作する場合が多い。現在、小さな導電性対象物のタッチと大きな導電性対象物のタッチの両方を検出する唯一の方法は、小さな導電性対象物のタッチと大きな導電性対象物のタッチの両方を検出するために静電容量センシング回路をより高感度にすることにある。この方法は大きな導電性対象物のタッチに対して誤タッチ又は「ホバー効果」を生じ得る。例えば、小さな対象物のタッチを検出するためにセンス素子を極めて高い感度にすると、このセンサ素子は大きな指のタッチに対して極端に高い感度になり、大きな指に対して「ホバー」効果を生じる。これはセンス素子の外部雑音耐性を低減し、外部雑音の存在下で誤タッチを生じ得る。従って、センス素子を高感度にすることは小さな導電性対象物のタッチを検出するために使用することができのみで、小さな指のタッチと大きな指のタッチを識別することはできない。

図２は一実施形態による静電容量ボタン２００を示す。静電容量ボタン２００は第１のセンス素子２０２と第２のセンス素子２０４を含み、静電容量ボタン２００に近接する導電性対象物を検出するために使用することができる。静電容量ボタン２００は任意選択のバックライト用の任意選択の孔２０３を含む。他の実施形態では、任意選択の孔２０３があってもなくても異なるサイズの対象物を検出することができる。静電容量ボタン２００はタッチエリア２０５内に配置される。本実施形態では、タッチエリア２０５（又はタッチエリア１０５内のこれまで使用されていたセンス素子１０２のような物理センス素子）は２つの異なるセンス素子２０２，２０４に分割される。静電容量ボタン２００は、異なるサイズ及び寸法を有する対象物のタッチを検出し識別するために、タッチコントローラ、例えば静電容量センシング回路及び処理ロジックを含む処理装置、と接続して使用することができる。第１のセンス素子２０２は外部センス素子２０２（又は外部電極）とみなされ、第２のセンス素子２０４は内部センス素子２０４（又は内部電極）とみなされる。第１のセンス素子２０２の内周は第２のセンス素子２０４の外周を少なくとも部分的に又は全体的に取り囲むように配置される。これらのセンス素子２０２，２０４は静電容量タッチコントローラ（図２には示されてない）の２つのセンスピン（又は端子又は入力端）に接続される。以下で詳細に説明されるように、外部センス素子２０２により生成される信号はタッチする対象物のサイズを検出するために使用されるのみならず、内部センス素子２０４の信号を測定するために静電容量タッチコントローラで使用される一以上の調整パラメータを動的に変更するために使用される。内部センス素子２０４は指などの大きな導電性対象物のタッチを検出するために使用される。その際、外部センス素子２０２により生成される信号に基づいて、内部センス素子２０２の信号を測定する静電容量タッチコントローラの一以上の調整パラメータが指とスタイラスのような大きな導電性対象物と小さな導電性対象物のタッチを検出し識別するように動的に変更される。他の実施形態では、いったん大きな導電性対象物が小さな導電性対象物から識別されると、大きな導電性対象物によるタッチを追跡するために両センス素子２０２，２０４を一緒に使用することができる。同様に、いったん小さな対象物が識別されると、小さな導電性対象物によるタッチを追跡するために両センス素子２０２，２０４を一緒に使用することができる。他の実施形態では、異なるタイプの導電性対象物（例えば指とスタイラス又は大きな指と小さな指）を検出するために２つのセンス素子以外に追加のセンス素子を使用してもよい。例えば、複数の指サイズをもっと正確に検出し識別するために３つ以上のセンス素子の自己静電容量測定を使用してもよい。

外部センス素子２０２及び内部センス素子２０４は、銅、インジウム鈴酸化物（ＩＴＯ）、炭素、銀などのような導電性材料とし得る。外部センス素子２０２及び内部センス素子２０４はプリント回路板（ＰＣＢ）、タッチスクリーン、プレキシガラス上に構成し得る。

静電容量ボタン２００を使用すると、タッチコントローラは外部センス素子２０２及ぶ内部センス素子２０４の自己静電容量を測定することができる。他の実施形態では、タッチコントローラは図３に関連して示され説明されるような静電容量ボタンの相互静電容量を測定することができる。

図３は別の実施形態による静電容量ボタン３００を示す。静電容量ボタン３００は、第１のセンス素子３０２、第２のセンス素子３０４及び第３のセンス素子３０６を含み、静電容量ボタン３００に近接する導電性対象物を検出するために使用することができる。静電容量ボタン３００は任意選択のバックライト用の任意選択の孔３０３を含む。静電容量ボタン３００はタッチエリア３０５内に配置される。本実施形態では、タッチエリア３０５（又はタッチエリア１０５内のこれまで使用されていたセンス素子１０２のような物理センス素子）は３つの異なるセンス素子３０２，３０４，３０６に分割される。静電容量ボタン３００は、異なるサイズ及び寸法を有する対象物のタッチを検出し識別するために、タッチコントローラ、例えば静電容量センシング回路及び処理ロジックを含む処理装置、と接続して使用することができる。第１のセンス素子３０２は外部センス素子（又は外部電極）とみなされ、第２のセンス素子３０４は内部センス素子３０４（又は内部電極）とみなされ、第３のセンス素子３０６は中間センス素子３０６（又は中間電極）とみなされる。第１のセンス素子３０２の内周は第２のセンス素子３０４の外周を少なくとも部分的に又は全体的に取り囲むように配置される。第１のセンス素子３０２の内周はまた第３のセンス素子３０６の外周を取り囲むように配置され、第３のセンス素子３０６の内周は第２のセンス素子３０４の外周を取り囲むように配置される。これらのセンス素子３０２，３０４、３０６は静電容量タッチコントローラ（図３には示されてない）の３つのセンスピン（又は端子又は入力端）に接続される。中間センス素子３０６はタッチコントローラによりＴＸドライブ信号の送信（ＴＸ）電極として使用され、外部センス素子３０２及び内部センス素子３０４はタッチコントローラにより受信（ＲＸ）電極として使用され、ＴＸ電極に供給されるＴＸ信号により生じるＲＸ電極上のＲＸ信号を測定することができる。以下で詳細に説明されるように、外部センス素子３０２により生成される信号はタッチ対象物のサイズを検出するために使用されるのみならず、内部センス素子３０４上の信号を測定するために静電容量タッチコントローラで使用される一以上の調整パラメータを動的に変更するために使用される。内部センス素子３０４は指のような大きな導電性対象物のタッチを検出するために使用される。その際、外部センス素子３０２により生成される信号に基づいて、内部センス素子３０２上の信号を測定する静電容量タッチコントローラの一以上の調整パラメータが指及びスタイラスのような大きな導電性対象物及び小さな導電性対象物のタッチを検出し識別するように動的に変更される。他の実施形態では、いったん大きな導電性対象物が小さな導電性対象物から識別されると、大きな導電性対象物によるタッチを追跡するために両センス素子３０２，３０４を一緒に使用することができる。同様に、いったん小さな対象物が識別されると、小さな導電性対象物によるタッチを追跡するために両センス素子３０２，３０４を一緒に使用することができる。

外部センス素子３０２、内部センス素子３０４及び中間センス素子３０６は、銅、インジウム鈴酸化物（ＩＴＯ）、炭素、銀などのような導電性材料とし得る。外部センス素子３０２、内部センス素子３０４及び中間センス素子３０６は、プリント回路板（ＰＣＢ）、タッチスクリーン、プレキシガラス上に構成し得る。

静電容量ボタン３００を使用すると、タッチコントローラは中間センス素子３０６と外部センス素子３０２との間の相互静電容量と、中間センス素子３０６と内部センス素子３０４との間の相互静電容量を測定することができる。２つのセンス素子（３つのセンス素子の代わりに）を使用する他の実施形態では、タッチコントローラは２つのセンス素子の自己静電容量の測定に関連して２つのセンス素子の間の相互静電容量を測定することもできる。

静電容量ボタン２００，３００の静電容量の測定に使用し得る静電容量センシング法には相互静電容量センシングと自己静電容量センシングの２種類がある。自己静電容量センシングを用いる静電容量ボタンソリューションを実装する場合には、たった２つの電極（内部及び外部）が使用される。外部センス素子は内部センス素子に比べて大きくし得る。指（大きな指）がボタンタッチエリアに接近するとき、指が外部センス素子電極の全域を覆うので、外部センス素子は大きな信号を生成する。ボタンが小さな指又はスタイラスのような小さな導電性対象物でタッチされるとき、外部センス素子のどの部分も小さな指（またはスタイラス）で覆われない。それゆえ、静電容量ボタンが小さな指でタッチされるとき、外部センス素子に信号は発生しないか、小さな信号が発生する。内部センス素子の調整特性はタッチを検出するために外部センス素子により発生される信号に基づいて変更される。外部センス素子により発生される信号がないか小さいとき、内部センス素子は小さな指（又はスタイラス）のタッチを検出するように調整される。外部センス素子が大きな信号を発生するとき、この大きな信号は大きな指の存在を示すので、内部センス素子の調整特性は大きな指のタッチを検出するように変更される。

相互静電容量センシングを用いる静電容量ボタンソリューションを実装する場合には、静電容量センシングのために３つの電極、即ち１つの送信電極と２つの受信電極、が使用される。図３に示すようないくつかの実施形態では、送信電極は外部電極と内部電極との間に配置された中間電極である。外部電極は送信電極の周囲に位置し、送信電極は内部電極の周囲に位置する。

本明細書に記載される実施形態は、異なるサイズの導電性対象物、例えば異なる大きさの指の検出を実現する。本明細書に記載される実施形態はサイズに基づいた異なる種類の導電性対象物の検出を実現する。すなわち、これらの実施形態は本明細書に記載されるように指タッチとスタイラスタッチの検出及び識別を実現する。小さな指のタッチは、センス素子の少なくとも一つを高感度に調整することによって検出することができる。センス素子を調整することによってそのセンス素子を静電容量ボタンへの導電性対象物のタッチに対してより高感度にすることができる。極めて高い感度を有するセンス素子は小さな指やスタイラスなどの小さな対象物のタッチを検出することができる。

本明細書に記載される実施形態は通常のソリューションとして様々な利点又は利益を提供することができる。例えば、センス素子の感度を大きな指のタッチに対して大きくしすぎることなくスタイラスのタッチ及び小さな指のタッチを検出することができる。これらの実施形態は、スタイラス及び指によるタッチの実行中における静電容量ボタンに対する「ホバー」効果も避けることができる。これらの実施形態は、静電容量ボタンが小さな指を検出するために高い感度に調整される際の誤タッチの可能性を避けるか大幅に下げることができる。これらの実施形態は、複数の大きさの指、例えば１０ｍｍ以上の大きな指、３ｍｍのスタイラス及び１ｍｍのスタイラスによるタッチの検出を可能にする。これらの実施形態は、大きな指又は小さな指によるタッチを検出するために使用し得るのみならず、大きな指と小さな指によるタッチを識別し、静電容量ボタンへの検出したタッチが大きな指でなされたか小さな指でなされたかを報告することができる。本明細書に記載される実施形態ではスタイラスによるタッチと指によるタッチを検出し識別するために何の実質的な追加コストも必要としない。また、本明細書に記載される実施形態は既存のタッチコントローラを用いて実装することができる。上記の実施形態におけるタッチコントローラは静電容量ボタンの静電容量を測定することに注意されたい。他の実施形態では、静電容量ボタンの静電容量を測定するために異なる回路を使用することができる。一実施形態では、本明細書に記載されるような静電容量を測定し大きな導電性対象物によるタッチと小さな導電性対象物によるタッチを識別するために、静電容量センシング回路及び処理ロジックを含む処理装置を使用することができる。

従来のソリューションと比較して、本明細書に記載される実施形態は、追加のコスト又はシステムレベルの実装上の複雑化を要することなく、静電容量ボタンへの指及びパッシブスタイラスのタッチの検出をもたらすことができる。静電容量ボタンへのパッシブスタイラスタッチの検出はユーザにシームレスなユーザインタフェース体験を提供し得る。本明細書に記載される実施形態はタッチスクリーンアプリケーション並びに他のタッチセンシティブインタフェースに使用することができる。例えば、静電容量ボタン及び同静電容量ボタンの操作方法は指及びスタイラスを用いて操作する製品に実装することができる。このような製品の例には、タッチスクリーンスマートフォン、タブレット、モバイルフォン、メディア機器、ゲームコンソール、又はその他の家庭用電子機器がある。本明細書に記載される実施形態は電子機器などの様々な装置の制御パネルに使用することもできる。例えば、制御パネルは安全目的のために子供の指のような小さな指と大きな指を識別することができる。また、異なるサイズのタッチを識別する能力は他の用途に使用することができ、装置は検出した異なるサイズのタッチに基づいて異なる動作を実行することができる。これらの実施形態は一以上の静電容量ボタンへのスタイラス及び指のタッチの検出を可能にするために任意の装置に使用することができる。これにより装置により良好な直観的ユーザインタフェース体験を与えることが可能になるのみならず、これらのタイプの装置、特にモバイル装置に対してより多くの設計の可能性を付与することが可能になる。他の実施形態では、ウォータトレランスソリューションを実装するために図２及び図３について記載したような自己静電容量測定及び相互静電容量測定を使用することができる。例えば、各センス素子（内部及び外部）を指又はスタイラスを検出するために使用する自己静電容量センス素子として構成することができる。この場合、２つのセンス素子の一つをＴＸ電極（内部又は外部）として構成し、２つのセンス素子の他の一つをＲＸ電極として構成し、ＴＸ電極とＲＸ電極との間の相互静電容量を測定することができる。自己静電容量測定は異なるサイズの指とスタイラスを検出するために使用することができる。水滴（非接地導体）は自己静電容量測定及び相互静電容量測定とは異なる信号プロファイルを有する。この信号プロファイルの差は、センス素子の上に水滴が存在するのか指が存在するかを検出し識別するために使用することができ、自己静電容量測定は本明細書に記載されるように対象物が指であるかスタイラスであるかを識別するために使用することができる。

本明細書に記載される実施形態は、異なる種類の対象物のタッチ、例えば生指のタッチと手袋で覆われた指のタッチを検出し識別するために使用することもできる。例えば、スタイラスは、大きな面積を有する手袋をはめた指に比較して、小さな先端を有し、センサと極めて限定された面積でタッチする。しかしながら、手袋をはめた指は手袋なしの指より小さな信号を発生する。従って、スタイラス、手袋をした指及び生指（手袋なし）の信号振幅及びパターンはそれぞれ相違する。また、スタイラスは内部センス素子に少量の信号を生じ、外部センス素子に極めて小さな信号を生じるか何の信号も生じない。しかしながら、手袋をはめた指は、内部及び外部センス素子を両方とも覆わないスタイラスと比較して、内部及び外部センス素子の両方を覆うため内部及び外部センス素子の両方に少量の信号を生じる。手袋なしの指は、手袋をはめた指により生じる信号と比較して、内部センス素子のみならす外部センス素子にも多量の信号を生じる。また、他の実施形態では、２以上のセンス素子を一つのグループにして異なる目的のための一つの大きなセンス素子にすることもできる。

図４は、静電容量ボタン４２１の静電容量を測定するように構成することができる処理装置４１０を含む電子システム４００の一実施形態のブロック図を示す。電子システム４００は処理装置４１０に結合された静電容量ボタン４２１を含む。静電容量ボタン４２１は静電容量ボタン２００又は静電容量ボタン３００とすることができる。処理装置４１０はホスト４５０に結合される。一実施形態では、処理装置４１０の静電容量センシング回路４０１を静電容量ボタン４２１と接続するためにマルチプレクサ回路を使用することができる。一実施形態では、静電容量ボタン４２１は電子システム４００のタッチセンシング表面４１６に関連して配置される。静電容量ボタン４２１の電極は装置のオーバレイ又はカバーなどの下に配置することができる。本明細書に記載されるように、静電容量ボタン４２１は、例えば自己静電容量センシング実施形態用に、２つの電極を含むことができ、また、例えば相互静電容量センシング実施形態用に、３つの電極を含むことができる。静電容量ボタン４２１は多数の静電容量ボタンの一つとすることもできる。

静電容量ボタン４２１の電極は多数の信号を伝送する一以上のアナログバス４１５を介してピン４１３（１）〜４１３（Ｎ）に結合される。アナログバスを持たない代替実施形態では、各ピンは送信（ＴＸ）信号を発生する回路か静電容量センシング回路の個別の受信（ＲＸ）チャネルの何れかに接続することができる。静電容量ボタン４２１は平面プロファイルを有するように配置することができる。代わりに、静電容量ボタン４２１は非平面プロファイルを有するものとし得る。あるいは、一以上の静電容量ボタンの他の構成、レイアウト、組み合わせを使用することもできる。一実施形態では、静電容量ボタン４２１はＩＴＯパネル又はタッチスクリーンパネルに含めることもできる。他の実施形態では、静電容量ボタン４２１はＩＴＯパネル又はタッチスクリーンと分離して実装することもできる。

一実施形態では、静電容量センシング回路４０１は静電容量を測定値に変換するために弛張発振器又は他の手段を含むことができる。静電容量センシング回路４０１は発振器出力を測定するためにカウンタ又はタイマを含むことができる。処理装置４１０は更に、カウント値（例えば静電容量値）をタッチ検出判定（スイッチ検出判定ともいう）又は相対振幅に変換するためのソフトウェアコンポーネントを含む。静電容量を測定する様々な既知の方法、例えば電流対電圧位相シフト測定、抵抗−キャパシタ充電時間測定、静電容量ブリッジ分圧器、電荷転送、逐次近似法、シグマ−デルタ変調器、電荷蓄積回路、電界効果、相互静電容量、周波数シフト、又はその他の静電容量測定アルゴリズムがあることに注意されたい。しかしながら、生カウントを閾値に対して評価する代わりに、静電容量センシング回路４０１はユーザ相互作用を決定するために他の測定値を評価することもできる。例えば、シグマ−デルタ変調器を有する静電容量センシング回路４０１は、生カウントが所定の閾値より上か下かを評価する代わりに、出力のパルス幅の比（即ち、密度領域）を評価することもできる。

別の実施形態では、静電容量センシング回路４０１はＴＸ電極に供給されるＴＸ信号を発生するＴＸシステム発生器と、ＲＸ電極上のＲＸ信号を測定するように結合された受信機、例えば積分器、とを含む。他の実施形態では、静電容量センシング回路は受信機の出力に結合され、測定したＲＸ信号をディジタル値（静電容量値）に変換するアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。処理装置４１０、ホスト４５０又はその両方は更にディジタル値を処理することができる。

処理装置４１０は一以上の静電容量ボタン４１２への一以上のタッチを検出するように構成される。処理装置４１０は導電性対象物、例えばタッチ対象物（指又はパッシブスタイラス、アクティブスタイラス、又はその任意の組み合わせ）を検出することができる。静電容量センシング回路４０１は静電容量ボタン４２１へのタッチデータを測定することができる。場合によっては、静電容量ボタン４２１は一以上の電極の単位セルとみなすことができる。場合によっては、単位セルはデータ自体である。他の場合には、単位セルは２以上の電極の交点である。例えば、複数のデータが測定されるとき、タッチデータは複数のセルとして表され、各セルは静電容量ボタン４２１のセンス素子（例えば、電極）の交点を表す。２つのセンス素子の交点は一つのセンス電極が別のセンス電極と互いに電気的絶縁を維持したまま交差又は重複する位置として理解してよい。静電容量センス素子は銅のような導電材料の電極である。センス素子はＩＴＯパネルの一部分とすることもできる。静電容量センス素子は、静電容量センシング回路４０１が自己静電容量、相互静電容量又はそれらの任意の組み合わせを測定できるように構成することができる。

別の実施形態では、処理装置４１０は、静電容量タッチ信号データセットを得るマイクロコントローラであり、マイクロコントローラで実行する指検出ファームウェアはタッチを示すデータセットエリアを識別し、ピークを検出及び処理し、座標を計算し、小さいタッチと大きいタッチ、又はその任意の組み合わせを識別する。マイクロコントローラは正確な座標並びのその他の情報をホストプロセッサ４５０に報告する。

一実施形態では、処理装置４１０は更に処理ロジック４０２を含む。処理ロジック４０２はファームウェアで実装することができ、またハードウェア又はソフトウェアで実装することもできる。処理ロジック４０２は静電容量センシング回路４０１からの信号を受信し、静電容量ボタン４２１の状態を決定すること、例えば対象物（例えば、指）が静電容量ボタン４２１の上又はそのすぐ近くで検出されるかどうか決定する（例えば対象物の存在を決定する）こと、又は静電容量ボタン４２１で検出される対象物に関する他の情報を決定することができる。例えば、処理ロジック４０２は本明細書に記載されるような小さな導電性対象物によるタッチと大きな導電性対象物によるタッチを識別することができる。一実施形態では、処理ロジック４０２は種々の機能を実行するようにプログラムし得る処理ロジックである。

別の実施形態では、処理装置４１０内の処理ロジック４０２の操作を実行する代わりに、処理装置４１０は生データ又は部分的に処理したデータをホスト４０５に送ることができる。図４に示すように、ホスト４０５は処理ロジック４０２の操作の一部又は全部を実行する決定ロジック４５１を含むことができる。決定ロジック４５１の操作はファームウェア、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせで実行することができる。ホスト４５０はアプリケーション４５２内に高レベルアプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）を含み、受信データに種々のルーチン、例えば感度差に対する補償、他の補償アルゴリズム、ベースライン更新ルーチン，始動及び／又は初期化ルーチン、補間処理、又はスケーリング処理、を実行することができる。処理ロジック４０２について記載した操作は、処理装置４１０の外部の決定ロジック４５１、アルゴリズム４５２、又は他のハードウェア、ソフトウェア及び／又はファームウェアで実行することもできる。いくつかの実施形態では、処理装置４１０はホスト４５０とする。

別の実施形態では、処理装置４１０は非センシング操作ブロック４０３を含んでもよい。このブロック４０３はホスト４５０への及びからのデータを処理及び／又は送受するために使用し得る。例えば、追加のコンポーネントを処理装置４１０とともに静電容量ボタン４２１（例えば、キーボード、キーパッド、マウス、トラックボール、ＬＥＤ、ディスプレイ、又は他の周辺装置）と協力して動作するように実装することができる。

図に示すように、静電容量センシング回路４０１は処理装置４１０に組み込むことができる。静電容量センシング回路４０１は、静電容量ボタン、及び／又はタッチセンサパッド（図示せず）、タッチセンサスライダ（図示せず）、タッチスクリーンボタン（図示せず）、タッチスクリーン及び／又は他の装置などの外部コンピュータに結合するためのアナログＩ／Ｏを含むことができる。静電容量センシング回路４０１は相互静電容量センシング技術、自己静電容量センシング技術、電荷結合技術等を用いて静電容量を測定するように構成可能にすることができる。一実施形態では、静電容量センシング回路４０１は電荷蓄積回路、静電容量変調回路、又は当業者に知られている他の静電容量センシング方法を用いて動作する。一実施形態では、静電容量センシング回路４０１は、サイプレスＴＭＡ−３ｘｘ、ＴＭＡ−４ｘｘ又はＴＭＡｘｘファミリー（商品名）のタッチスクリーンコントローラである。代わりに、他の静電容量センシング回路を使用してもよい。

静電容量ボタン４２１は部分的に（又は全体的に）透明で、画像ディスプレイ（例えばＬＣＤモニタ）又はディスプレイ前面の透明基板上部、内部又は下部に配置することができる。

タッチ対象物、例えば指又はスタイラス、が静電容量ボタン４２１に近づくと、対象物はＴＸ／ＲＸ電極間の相互静電容量の減少を生じる。別の実施形態では、指の存在が電極の結合静電容量を増大する。例えば、自己静電容量検出では、タッチ対象物が静電容量ボタン４２１に近づくと、自己静電容量が増大し得る。

本明細書に記載される実施形態は、ホストに結合される処理装置の構成に制限はなく、センシング装置の静電容量を測定し、その生データをホストコンピュータに送り、そのデータをアプリケーションで分析するシステムを含み得ることにも注意されたい。

処理装置４１０は、共通の支持基板、例えば集積回路（ＩＣ）ダイ基板、又はマルチチップモジュール基板の上に存在し得る。代わりに、処理装置４１０のコンポーネントは一以上の別個の集積回路及び／又は個別のコンポーネントとしてもよい。一実施形態では、処理装置４１０は、カリフォルニア州サンノゼ所在のサイプレスセミコンダクタ社で開発されたプログラマブルシステムチップ（ＰＳｏＣ（登録商標））処理装置としてもよい。代わりに、処理装置４１０は、当業者に知られている一以上の他の処理装置、例えばマイクロプロセッサ又は中央処理装置、コントローラ、専用プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他のプログラムマブル装置、としてもよい。代替実施形態では、例えば、処理装置４１０は、一つのコアユニットと複数のマイクロエンジンを含む複数のプロセッサを有するネットワークプロセッサとしてもよい。

静電容量センシング回路４０１は処理装置４１０のＩＣに組み込んでもよいし、別個のＩＣに組み込んでもよい。また、静電容量センシング回路の記述を他の集積回路に組み込むように生成し、コンパイルしてもよい。例えば、静電容量センシング回路４０１又はその一部分を記述する動作（behavior）レベルコードは、ＶＨＤＬ又はＶｅｒｉｌｏｇなどのハードウェア記述言語を用いて生成し、マシンアクセス可能媒体（例えば、ＣＤＲＯＭ、ハードディスク、フロッピーディスクなど）に格納してもよい。更に、動作レベルコードはレジスタ転送レベル（ＲＴＬ）コード、ネットリスト、又は回路レイアウトにコンパイルし、マシンアクセス可能媒体に格納してもよい。動作レベルコード、ＲＴＬコード、ネットリスト、及び回路レイアウトは静電容量センシング回路４０１を記述するために様々なレベルのアブストラクトを表すものとしてもよい。

電子システム４００のコンポーネントは上述したコンポーネントの全部を含んでもよいことに注意されたい。代わりに、電子システム４００は上述したコンポーネントの一部を含んでもよい。

一実施形態では、電子システム４００はタブレットコンピュータで使用してもよい。また、電子システム４００は他のアプリケーション、例えばノートブックコンピュータ、モバイルハンドセット、携帯情報端末（ＰＤＡ）、キーボード、テレビジョン、リモートコントローラ、モニタ、携帯マルチメディア機器、携帯メディア（オーディオ及び／又はビデオ）プレーヤ、携帯ゲーム機器、ＰＯＳ用サイン入力装置、電子書籍リーダ、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）又は制御パネル、で使用してもよい。本明細書に記載される実施形態はタッチセンシティブインタフェースの静電容量ボタンに限定されず、他の静電容量センシング実装に使用してもよい。例えば、静電容量ボタンは任意のセンサ装置、例えばタッチスクリーン、タッチパッド、タッチセンサスライダ（図示せず）又はタッチセンサボタンのパネル、と関連して使用してもよい。一実施形態では、これらのセンサ装置は一以上の静電容量センサ又は他のタイプの静電容量センシング回路を含む。本明細書に記載される動作は装置ボタンの動作に限定されず、他の動作，例えば照明制御（調光）、ボリューム制御、グラフィックイコライザ制御、速度制御、又は段階的または離散的調節を必要とする他の制御動作、を含み得る。また、静電容量センシングのこれらの実施形態は、非静電容量センス素子、例えばピックボタン、スライダ（例えば表示輝度及びコントラスト）、スクロールホイール、マルチメディア制御（例えば音量、トラック前進等）、手書き文字認識、及び数字キーパッド操作、と関連して使用してもよい。

別の実施形態では、処理装置４１０は、２つ以上の電極のうちの第１の電極の内周がその２つ以上の電極のうちの第２の電極の外周を少なくとも部分的に取り囲むように配置されている静電容量ボタン４２１に結合される。処理装置４１０は静電容量ボタン４２１に近接する導電性対象物に起因する第１の電極と第２の電極の活性化の組み合わせを検出するように動作する。処理装置４１０は活性化の組み合わせに基づいて第１のタイプの導電性対象物と第２のタイプの導電性対象物とを識別する。活性化の組み合わせは第１の電極及び第２の電極からの測定信号の組み合わせを含み得る。測定信号の組み合わせは第１の電極及び第２の電極の自己静電容量測定値の結果とし得る。別の実施形態では、処理装置は更に、静電容量ボタンの２つ以上のボタンのうちの第３の電極に第１の駆動信号を供給するように動作する。この場合には、活性化の組み合わせは、第１の電極及び第２の電極からの測定信号の組み合わせを含む。この測定信号の組み合わせは第３の電極と第１の電極との間及び第３の電極と第２の電極との間の相互静電容量測定値の結果とし得る。一実施形態では、第３の電極の内周が第２の電極の外周を少なくとも部分的に取り囲み、第１の電極の内周が第３の電極の外周を少なくとも部分的に取り囲む。

一実施形態では、処理装置は第１の電極及び第２の電極に結合された静電容量センシング回路、例えば静電容量センシング回路４０１を含む。静電容量センシング回路は第１の電極の第１の自己静電容量と第２の電極の第２の自己静電容量を測定するように動作する。処理装置４１０は活性化の組み合わせを検出するために第１及び第２の自己静電容量を一以上の閾値と比較するように動作する。別の実施形態では、処理装置４１０は３つの電極に結合され、静電容量センシング回路は第３の電極と第１の電極との間の第１の相互静電容量と第３の電極と第２の電極との間の第２の相互静電容量を測定するように動作する。処理装置４１０は活性化の組み合わせを検出するために第１及び第２の相互静電容量を一以上の閾値と比較するように動作する。

図５は、静電容量センスアレイ５２１内の静電容量ボタンのタッチデータを処理する電子システム５００の別の実施形態を示すブロック図である。静電容量センスアレイ５２１は多数の静電容量ボタンを含むＮ×Ｍ電極マトリクスを含んでいる。静電容量センシング回路５０１はセンスアレイ５２１のそれぞれの静電容量ボタンの送信電力と受信電極の交点の相互静電容量を測定することができる。静電容量ボタンの活性化は、同じ静電容量ボタンの非タッチ状態における静電容量に対するタッチ状態における測定静電容量の変化に基づいて計算される。一実施形態では、静電容量センスアレイ５２１及び静電容量センシング回路５０１は電子装置４００のようなシステム又は装置に実装される。静電容量センスアレイ５２１はＮ×Ｍ静電容量ボタンのマトリクス５２５を含み、各静電容量ボタンは１つのＴＸ電極５２２と２つのＲＸ電極５２３を含む。マトリクス内の電極はデマルチプレクサ５１２及びマルチプレクサ５１３を介して静電容量センシング回路５０１に接続される。即ち、多数の電極を静電容量センシング回路５０１により駆動又は検出可能にするために、ＴＸ電極はデマルチプレクサ５１２に接続され、ＲＸ電極はマルチプレクサ５１３に結合される。

静電容量センシング回路５０１はマルチプレクサ制御部５１１、デマルチプレクサ５１２、マルチプレクサ５１３、クロック発生器５１４、信号発生器５１５、復調回路５１６、及びアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）５１７を含む。ＡＤＣ１７はさらにタッチ座標変換器５１８に結合される。タッチ座標変換器５１８は処理ロジック４０２に実装することができる。

電極マトリクス５２５内の送信及び受信電極は、送信電極の各々が受信電極の各々と互いに電気的絶縁を維持しながらオーバラップし交差して交点のアレイを構成するように配列される。従って、各送信電極は受信電極の各々と容量結合される。例えば、送信電極５２２は、送信電極５２２と受信電極５２３がオーバラップする点で２つの受信電極５２３と容量結合される。

クロック発生器５１４がクロック信号を信号発生器５１５に供給し、信号発生器５１５がＴＸ信号５２４を発生してタッチ静電容量ボタンの送信電極５２２へ供給する。一実施形態では、信号発生器５１５はクロック発生器５１４からのクロック信号に従って動作する一組のスイッチを含む。これらのスイッチは信号発生器５１５の出力を互いに異なる第１の電圧と第２の電圧に周期的に交互に接続することによってＴＸ信号５２４を発生することができる。

信号発生器５１５の出力はデマルチプレクサ５１２と接続され、デマルチプレクサ５１２がＴＸ信号５２４を静電容量ボタンのＭ個の送信電極のいずれかに供給することができる。一実施形態では、ＴＸ信号５２４が制御された順序で各送信電極に供給されるようにマルチプレクサ制御部５１１がデマルチプレクサ５１２を制御する。デマルチプレクサ５１２は、ＴＸ信号が現在供給されていない他の送信電極を接地する、フローティングにする、又は他の送信電極に代替信号を接続するために使用することもできる。代替実施形態では、ＴＸ信号５２４は送信電極５２２の第１のサブセットに真数の形で供給し、第２のサブセットに補数の形で供給することもできる。送信電極５２２の第１及び第２のサブセットのメンバーは重複し得ない。

送信及び受信電極間を結合する静電容量のために、各送信電極に供給されるＴＸ信号５２４は受信電極の各々に電流を誘起する。例えば、ＴＸ信号５２４がデマルチプレクサ５１２を経て送信電極２５２に供給されると、ＴＸ信号５２４はマトリクス５２５の受信電極上にＲＸ信号５２７を誘起する。その後各受信電極上のＲＸ信号５２７は、Ｎ個の受信電極の各々をマルチプレクサ５１３で復調回路５１６に順に接続することによって順に測定することができる。

すべてのＴＸ電極とＲＸ電極の交点と関連する相互静電容量はデマルチプレクサ５１２とマルチプレクサ５１３を用いてＴＸ電極とＲＸ電極のすべての可能な組み合わせを選択することによって測定することができる。性能を向上させるために、マルチプレクサ５１３はマトリクス５２５の受信電極の２つ以上が追加の復調回路５１６へ転送されるようにセグメント化してもよい。復調回路５１６のインスタンスと受信電極との対応が１対１である最適化構造では、マルチプレクサ５１３はシステムから省略することができる。

導電性対象物、例えば指、が電極マトリクス５２５に接近すると、対象物はほんのいくつかの電極の間の測定相互静電容量に減少を生じさせる。例えば、指が送信電極５２２と受信電極５２３の交点の近くに位置する場合、この指の存在は電極５２２と５２３の間の結合電荷を減少させる。従って、タッチパッド上の指の位置は、測定相互静電容量の減少が一以上の受信電極で測定された時にＴＸ信号５２４が供給されている送信電極を識別するのに加えて、測定相互静電容量の減少を有する一以上の受信電極を識別することによって決定することができる。

マトリクス５２５の電極の各交点と関連する相互静電容量の変化を決定することによって、一以上の導電性対象物の存在及び位置を決定することができる。この決定は順次に又は並列に行うことができ、また一般に使用される電極の場合よりも頻繁に行うことができる。

代替実施形態では、指又は他の導電性対象物の存在を検出する他の方法を使用することができ、この場合には指又は導電性対象物が格子又は他のパターンに配列し得る一以上の電極において測定静電容量の増加を生じさせる。例えば、静電容量センシング回路の電極の近くに位置する指は接地に対して追加の静電容量を生じ、電極と接地との間の総合静電容量を増大する。指の位置は測定静電容量の変化が検出される一以上の電極の位置と、各電極における静電容量変化の関連する大きさとに基づいて決定することができる。

復調回路５１６は誘起電流信号５２７を積分する。復調回路５１６による整流電流出力はその後ＡＤＣ５１７でフィルタ処理し、ディジタルコードに変換することができる。

隣接する電極交点から測定されるこのようなディジタルコードの系列は、非タッチ状態のこれらの同電極の関連コードと比較されるかこれにより相殺されるとき、タッチ座標変換器５１８によってタッチ静電容量ボタンへの入力の位置を示すタッチ座標に変換することができる。その後、タッチ座標は処理ロジック４０２によりジェスチャを検出するために又は他の機能を実行するために使用することができる。

自己静電容量センシングにおいて、センス素子はセンス素子と関連する静電容量を有し、この静電容量は寄生静電容量Ｃ_ｐという。指がセンシングエリアにタッチすると、人の指の存在に起因して追加の静電容量が回路に追加される。この静電容量は指静電容量Ｃ_Ｆという。指が存在しないセンス素子の総合静電容量はセンス素子のＣ_ｐに等しく、指が存在するセンス素子の総合静電容量はＣ_ｐとＣ_Ｆの和である。静電容量センシング回路、例えばタッチコントローラ、は静電容量−ディジタル変換を実行し、測定静電容量をディジタル値（ディジタルカウントともいう）に変換する。指タッチがあるとき、図６に示すように、カウントコンバータへの静電容量の出力が増大する。

図６は一実施形態による指タッチに起因するディジタル変換器の静電容量出力６００を示す。生カウントはセンス素子における測定静電容量に相当するディジタル値である。ベースラインはシステム開始時に生カウントに初期化される。その後、ベースラインは、生カウントの変化がノイズ閾値より小さな場合、生カウントをゆっくり追跡する。この特徴は異なる環境状態への適応化に役立ち、誤タッチ検出を避けるのに役立つ。信号は生カウントからベースラインを減算することによって計算される。これは指タッチにより追加された静電容量を表す。指閾値は有効なタッチとして認定し得るセンス素子における静電容量の増加を規定する。指閾値は本明細書に記載される調整パラメータの一つとして動的に変化させることができる。

「ディジタルカウント変換器」への静電容量出力は、指タッチに起因するセンス素子静電容量の増加を検出するために簡単な信号処理アルゴリズムに通される。ファームウェアアルゴリズムはこの情報を使用して実際の指タッチとスプリアスノイズ、例えば温度、圧力又は他の環境因子の変化により誘起される小さな静電容量、とを識別する。センス素子静電容量の増加が所定の値（指閾値ともいう）より大きな場合、タッチコントローラはセンス素子への指タッチの存在を宣言する。静電容量センシング装置は、電荷転送及びデルタ−シグマ変調器ベースの静電容量−ディジタル変換（ＣＳＤという）及び電荷転送及び逐次近似ベースセンシング方法（ＣＳＡという）を使用してもよい。代わりに、静電容量をディジタルカウントに変換するために他の静電容量測定方法を使用してもよい。変換方法と関係なく、本明細書に記載される実施形態は大きな指及び小さな指又はスタイラスのタッチを検出し識別することができる。

相互静電容量センシングにおいて、２つの電極の間に存在する静電容量は静電容量−ディジタルカウント変換センシング方法を用いて測定される。指が存在する場合、２つの電極間の静電容量が減少し、指の存在検出アルゴリズムが静電容量の差を測定する。

静電容量ボタンの感度を大きな指のタッチに対して大きくしすぎることなく小さな指及び大きな指の検出を可能にする方法が以下に記載される。この方法は、異なるタイプのセンス素子構造及び決定ロジックを必要とする。小さな指（例えばスタイラス）及び大きな指（人の指）によるセンス素子の表面領域へのタッチはセンス要素から信号の組み合わせを発生する。この信号の組み合わせは小さな指及び大きな指のタッチを区別もしくは識別するために使用することができる。下記の方法において、８ｍｍは大きな指を表し、３ｍｍはスタイラス又は小さな指を表すものとする。

図７は一実施形態による静電容量ボタンをセンシングする方法のフロー図である。方法７００は処理ロジックで実行することができ、この処理ロジックはハードウェア（回路、専用ロジックなど）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用マシン上で実行されるもの）、ファームウェア（埋め込みソフトウェア）、又はそれらの任意の組み合わせを含んでよい。一実施形態では、図４の処理装置４１０が方法７００の処理の一部又はすべてを実行する。別の実施形態では、図４の処理ロジック４０２が方法７００の処理の一部又はすべてを実行する。他の実施形態では、図４の静電容量センシング回路４０１、又は図５の静電容量センシング回路５０１が方法７００の処理の一部又はすべてを実行する。代替実施形態では、図４の電子システム４００の他のコンポーネントが方法７００の処理の一部又はすべてを実行する。

図７において、方法７００は、処理ロジックがセンス素子を初期化し、デフォルト指閾値（例えば内部センス素子に対する３ｍｍスタイラス閾値）を設定することから始まる（ブロック７０２）。処理ロジックは内部センス素子及び外部センス素子をスキャンし、両センス素子に対するベースラインを更新する（ブロック７０４）。処理ロジックは、外部センス素子が活性であるかどうか決定する（ブロック７０６）。ブロック７０６において外部センス素子が活性でないとき、処理ロジックは内部センス素子に対する３ｍｍスタイラス閾値を設定する（ブロック７０８）。しかしながら、ブロック７０６において外部センス素子が活性であるとき、処理ロジックは内部センス素子に対する８ｍｍ指閾値を設定する（ブロック７１０）。ブロック７１２において、処理ロジックは内部及び外部センス素子の両方が活性であるかどうか決定する。処理ロジックがブロック７１２において内部及び外部センス素子の両方が活性であることを決定するとき、処理ロジックは静電容量ボタン上に８ｍｍ指があると決定する（ブロック７１４）。処理ロジックがブロック７１２において内部及び外部センス素子の両方が活性でないことを決定するとき、処理ロジックは内部センス素子のみが活性であるどうか決定する（ブロック７１６）。ブロック７１６において内部センス素子が活性である場合、処理ロジックは３ｍｍスタイラス遅延カウンタをインクリメントする（ブロック７１８）。しかし、ブロック７１６において内部センス素子が活性でない場合、処理ロジックは３ｍｍスタイラスモードのタイムアウトが発生したかどうか決定する（ブロック７２４）。ブロック７２４において３ｍｍスタイラスモードのタイムアウトが発生した場合、処理ロジックは３ｍｍスタイラス遅延カウンタをリセットし、ブロック７０４に戻り処理を続行する。３ｍｍスタイラス遅延カウンタがインクリメントされると、処理ロジックは３ｍｍスタイラス遅延カウンタがオーバフロー状態であるかどうか決定する（ブロック７２０）。ブロック７２０においてオーバフローであるとき、処理ロジックは静電容量ボタン上に３ｍｍ指があると決定し（ブロック７２２）、そうでなければ、方法７００はブロック７０４に戻り処理を続行する。

この実施形態では、２つのセンス素子を使用することができる。別の実施形態では、方法７００は本明細書に記載される３つのセンス素子をスキャンすることができる。

方法の別の実施形態では、処理ロジックは第１の値に設定されたセンシングパラメータがプログラムされた静電容量センシング回路を用いて第１のセンス素子及び第２のセンス素子からの信号を測定する。これらの信号は第１のセンス素子及び第２のセンス素子の静電容量に相当する。第１のセンス素子の内周は第２のセンス素子の外周を取り囲むように配置される。処理ロジックは、静電容量ボタンに近接する導電性対象物が第１のセンス素子を活性化するかどうかを測定信号に基づいて決定する。処理ロジックは、静電容量ボタンに近接する導電性対象物が第２のセンス素子を活性化するかどうかを測定信号に基づいて決定する。処理ロジックは、第２のセンス素子が活性され且つ第１のセンス素子が活性化されないとき、第１の値に設定されたセンシングパラメータを第２の値に調整する。処理ロジックは、第２のセンス素子が活性化され且つ第１のセンス素子が活性化されないとき、第２の値に設定されたセンシングパラメータを有する静電容量センシング回路を用いて第２のセンス素子からの追加の信号を測定する。

他の実施形態では、処理ロジックは、第２のセンス素子及び第１のセンス素子が活性化されるとき、第１の値に設定されたセンシングパラメータを有する静電容量センシング回路によって、第１のセンス素子及び第２のセンス素子からの追加の信号を測定する。

別の実施形態では、第１の値又は第２の値に設定されたセンシングパラメータを用いる測定は、第１のセンス素子及び第２のセンス素子の自己静電容量の測定を含む。代わりに、処理ロジックは、静電容量センシング回路によって、第１の駆動信号を静電容量ボタンの第３のセンス素子に供給し、それを駆動する。測定は第１の値又は第２の値に設定されたセンシングパラメータを用いて実行し、第３のセンス素子と第１のセンス素子の間の第１の相互静電容量及び第３のセンス素子と第２のセンス素子との間の第２の相互静電容量を測定することができる。処理ロジックは、第１の値に設定されたセンシングパラメータを用いて測定された信号に基づいて第１のタイプの導電性対象物と第２のタイプの導電性対象物を識別することができる。第２のセンス素子が活性化され且つ第１のセンス素子が活性化されないとき、導電性対象物は第１のタイプであり、第１のセンス素子及び第２のセンス素子が活性化されるとき、導電性対象物は第２のタイプである。別の実施形態では、処理ロジックは導電対象物としてスタイラスと指を識別する。第２のセンス素子が活性化され且つ第１のセンス素子が活性化されないとき、導電性対象物はスタイラスであり、第１のセンス素子及び第２のセンス素子が活性化されるとき、導電性対象物は指である。別の実施形態では、処理ロジックは第１の感度を用いて第１のセンス素子及び第２のセンス素子からの信号を測定し、第２の感度を用いて追加の信号を測定する。第１の感度は第２の感度より低い。代わりに、複数の活性化閾値を調整パラメータとして使用することもできる。静電容量センシング回路の感度を変化させる代わりに、指又はスタイラスの閾値を調整することもできる。別の実施形態では、処理ロジックは、第１のセンス素子及び第２のセンス素子からの信号を測定し、それらの信号を第１の活性化閾値と比較するとともに、追加の信号を測定し、その追加の信号を第２の活性化閾値と比較する。第１の活性化閾値は第２の活性化閾値より高い。

図８は、別の実施形態による２つの静電容量ボタン８００を示す。２つの静電容量ボタン８００は、図９に示すように、モバイルフォン上のボタンとして使用することができる。

図９はタッチスクリーン９０２と一実施形態による２つの静電容量ボタン９０４，９０６を備えたモバイル装置９００のブロック図である。モバイル装置９００はホストプロセッサ９５０及び処理装置９１０も含む。処理装置９１０はホストプロセッサ９５０と連携してタッチスクリーン９０２を制御するタッチコントローラとすることができる。更に、処理装置９１０は本明細書に記載する静電容量ボタン９０４及び９０６へのタッチも検出することができる。

大きな指と小さな指又はスタイラスによるタッチを検出し識別するための新しいセンス素子のレイアウトが本明細書に記載されている。古いセンス素子のレイアウトは図１に示され、新しいセンス素子のレイアウトの実施形態が図２，３及び８に示されている。更に、大きな指と小さな指又はスタイラスによるタッチを検出し識別する新しいデータ処理アルゴリズムも本明細書に記載されている。この新しいデータ処理アルゴリズムの一実施形態は図７に示されている。本明細書に記載されている実施形態は、静電容量ボタンを大きな指の誤タッチに過度に敏感にしすぎることなく、静電容量ボタンへの小さな直径を有する指によるタッチと大きな直径を有する指によるタッチを検出し識別する能力を有する。これらの実施形態はまた、静電容量ボタンへの人の指のタッチとパッシブスタイラスのタッチを検出し識別することもできる。これらの実施形態はまた、大きな指で操作しているときにセンス素子上のホバー効果に起因する誤タッチを回避することもできる。本明細書に記載されている実施形態は、人の指がボタンの上に正確に存在しないとき、タッチを不合格とする能力も有する。例えば、アルゴリズムは、下記の表１に示すように、人の指がファームウェアで設定された所定の割合より高い又は低い割合でボタンとオーバラップするとき、そのタッチを正確に合格／不合格にすることができる。

いくつかの実施形態では、小さな指及び大きな指を検出するために調整パラメータをホストコマンドに基づいて動的に変化させることができる。この場合には、アプリケーションの最終製品は、ユーザが製品を小さな指で操作しているのか大きな指で操作しているかを「何とかして知る」必要がある。他の実施形態では、処理ロジックは大きな指のタッチと小さな指のタッチをホストからのコマンドなしで自動的に検出し識別することができる。

処理ロジックは静電容量タッチスクリーンコントローラで実装してよい。一実施形態では、静電容量タッチスクリーンコントローラは、カリフォルニア州サンノゼ所在のサイプレスセミコンダクタ社で開発された、Ｔｒｕｅ Ｔｏｕｃｈ（登録商標）静電容量タッチスクリーンコントローラ、例えばＴｒｕｅ Ｔｏｕｃｈ（登録商標）オールポイントタッチスクリーンコントローラのＣＹ８ＣＴＭＡ３ｘｘファミリーである。Ｔｒｕｅ Ｔｏｕｃｈ（登録商標）静電容量タッチスクリーンコントローラは、タッチスクリーン上のマルチフィンガー及びスタイラスのタッチ位置を決定するセンシング技術で、主要なオペレイティングシステムをサポートし、低電力マルチタッチジェスチャ及びオールポイントタッチスクリーン機能用に最適化されている。代わりに、タッチ位置計算機能を他のタッチスクリーンコントローラで、又はタッチセンシング装置の他のタッチコントローラで実装してもよい。一実施形態では、本開示の恩恵を受ける当業者によって認識されるように、タッチ位置計算機能は他のタッチフィルタリングアルゴリズムで実装してもよい。

本明細書に記載された実施形態は、静電容量センシングシステムの様々な設計の相互静電容量センシングアレイにおいて、又は自己静電容量センシングアレイにおいて使用することができる。一実施形態では、静電容量センシングシステムはアレイ内で活性化された複数のセンス素子を検出し、実際の信号からノイズを分離するために隣接するセンス素子の信号パターンを分析することができる。また、本開示の恩恵を受ける当業者によって認識されるように、本明細書に記載された実施形態は特定の静電容量センシングソリューションに拘束されず、光学センシングソリューションなどの他のセンシングソリューションとともに使用してもよい。

以上の記載において、多数の詳細が説明されている。しかしながら、本開示の恩恵を受ける当業者に明らかなように、本発明の実施形態はこれらの特定の詳細なしでも実施することができる。場合により、周知の構造及び装置は、説明が分かりにくくなるのを避けるために、詳細に示す代わりにブロック図の形で示されている。

詳細な説明のいくつかの部分はコンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及びシンボル表現で表されている。これらのアルゴリズム記述及び表現は、データ処理分野の当業者が他の当業者に自分の作業の本質を最も有効に伝えるための手段である。アルゴリズムは、本明細書においても、一般的に、所望の結果をもたらす首尾一貫したステップシーケンスとして認識される。これらのステップは物理量の物理的操作を必要とする。通常、必ずしもその限りではないが、これらの量は蓄積、転送、組み合わせ、比較などの操作が可能な電気信号または磁気信号の形態をとる。主として、公共使用のために、時にはこれらの信号はビット、値、エレメント、シンボル、キャラクター、ターム、ナンバーなどと呼んだ方が便利である。

しかしながら、これらの用語及びその類似用語はあらゆる適切な物理量に関連するものであり、単にこれらの量に適用される便利な命名に過ぎないことを念頭に置かれたい。以上の考察から明らかなように、特に断わりのない限り、本明細書において、「暗号化する」、「復号化する」、「蓄積する」、「提供する」、「得る」、「受信する」、「認証する」、「削除する」、「実行する」、「要求する」、「通信する」などの用語を用いる考察はコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータ装置のアクション及び処理に関連し、これらのアクション及び処理はコンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理（電子）量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムメモリ又はレジスタ又は他のこのような情報蓄積、転送又は表示装置内の同様に物理量として表される他のデータに変換する。

本明細書において、用語「例」又は「模範的」は実施例、事例又は実例として役立つことを意味するために使用されている。本明細書に記載された態様又は設計は必ずしも他の態様又は設計より好ましい又は優れていると解釈されるべきではない。むしろ、用語「例」又は「模範的」の使用はコンセプトを具体的に提示することを意図している。本明細書で使用されているように、「又は」は包括的な「又は」を意味し、排他的な「又は」を意味することは意図していない。すなわち、特に断りがない限り、又は文脈から明らかでない限り、「ＸはＡ又はＢを含む」は自然な包括的順列のどれかを意味するように意図されている。すなわち、ＸはＡを含む、ＸはＢを含む、又はＸはＡとＢの両方を含む場合、「ＸはＡ又はＢを含む」は上記の事例の何れかで満足される。更に、本明細書及び請求の範囲で使用される冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、特に断りがない限り、又は文脈から単数形を指示していることが明らかでない限り、一般的に「一つ又は複数」と解釈されたい。更に、本明細書中の「ある実施形態」又は「一実施形態」又は「ある実施例」又は「一実施例」の使用は特にその旨の断りがない限り同じ実施形態を意味することを意図していない。

本明細書に記載される実施形態は本発明明細書に記載される操作を実行する装置にも関する。この装置は所要の目的のために特別に構成することができ、またコントローラに格納されたコンピュータプログラムにより選択的に活性化される又は再設定される汎用コンピュータを備えるものとすることができる。このようなコンピュータプログラムは、非トランジトリなコンピュータ可読記憶媒体、例えば、限定されないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及び磁気−光ディスクなどの任意のタイプのディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、フラッシュメモリ、又は任意のタイプの電子命令記憶媒体に格納することができる。用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、一つ又は複数の命令セットを格納する単一媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース及び／又は関連キャッシュ及びサーバ）を含むものと解釈されたい。用語「コンピュータ可読記憶媒体」はまた、本実施形態の方法の任意の一つ以上をマシンに実行させる命令セットを格納、符号化、又は担持し得る任意の媒体を含むものと解釈されたい。従って、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、限定されないが、固体メモリ、光学媒体、磁気媒体、又は本実施形態の方法の任意の一つ以上をマシンに実行させる命令セットを格納し得る任意の媒体を含むものと解釈されたい。

本明細書に記載のアルゴリズム及びディスプレイは本質的に任意の特定のコンピュータや他の装置に関するものではない。種々の汎用システムが本明細書に記載の技術によるプログラムとともに使用可能であり、また所要の方法ステップを実行するためにより特化した装置を構成するのが便利であり得る。このような種々のシステムに必要な構造は以下の記載から明らかになる。更に、本実施形態は任意の特定のプログラミング言語に関連して記載されていない。本明細書に記載の本発明の教示事項を実現するために種々のプログラミング言語が使用可能であることは認識されよう。

以上の記載は、本発明のいくつかの実施形態のより良い理解を与えるために多くの特定の詳細、例えば特定のシステム、コンポーネント、方法などを記述している。しかしながら、本発明の少なくとも一部の実施形態はこれらの特定の詳細がなくても実施し得ることは当業者に明らかであろう。他の例では、周知のコンポーネント又は方法は、本発明が不必要にあいまいにならないように、詳細に示さないでブロック図で示している。従って、以上に記載の特定の詳細は単なる例示である。特定の実施例はこれらの模範的な詳細から変更することができるが、依然として本発明の範囲に含まれると考えられる。

以上の記載は、説明のためであって限定を意図するものではないことを理解されたい。以上の記載を読み理解すると、多くの他の実施形態が考えられることは当業者に明らかであろう。従って、本発明の範囲は添付の請求項をこれら請求項の等価物の全範囲と一緒に参酌して決定されるべきである。

Claims (20)

1. 第１のセンス素子と第２のセンス素子を備える静電容量ボタンに結合された静電容量センシング回路を備え、前記静電容量センシング回路は前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子からの信号を第１の値に設定されたセンシングパラメータで測定するよう動作すること、前記測定信号は前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子の静電容量に相当すること、前記第１のセンス素子の内周は前記第２のセンス素子の外周を取り囲むように配置されていること、及び
   前記静電容量センシング回路に結合された処理ロジックを備え、前記処理ロジックは、
   前記第１のセンス素子が前記静電容量ボタンに近接する導電性対象物により活性化されるかどうかを前記測定信号に基づいて検出するよう動作すること、
   前記第２のセンス素子が前記静電容量ボタンに近接する導電性対象物により活性化されるかどうかを前記測定信号に基づいて検出するよう動作すること、及び
   前記第２のセンス素子が活性化され且つ前記第１のセンス素子が活性化されないとき、前記センシングパラメータを第２の値に調整するよう動作すること、
   前記静電容量センシング回路は、前記第２のセンス素子が活性化され且つ前記第１のセンス素子が活性化されないとき、前記第２のセンス素子からの追加の信号を前記第２の値に設定された前記センシングパラメータで測定し、前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子が活性化されるとき、前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子からの追加の信号を前記第１の値に設定された前記センシングパラメータで測定するように動作すること、
   を特徴とする装置。
2. 前記静電容量は前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子の自己静電容量である、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記静電容量センシング回路は前記静電容量ボタンの第３のセンス素子を第１の駆動信号で駆動するように動作し、前記静電容量は前記第３の静電容量と前記第１のセンス素子との間の第１の相互静電容量と前記第３のセンス素子と前記第２のセンス素子との間の第２の相互静電容量を含む、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記第１のセンス素子の内周が前記第３のセンス素子の外周を取り囲むように配置され、前記第３のセンス素子の内周が前記第２のセンス素子の外周を取り囲むように配置されている、ことを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記処理ロジックは、前記第１の値に設定された前記センシングパラメータで測定された信号に基づいて第１のタイプの導電性対象物と第２のタイプの導電性対象物を識別するよう動作し、前記第２のセンス素子が活性化され且つ前記第１のセンス素子が活性化されないとき、前記導電性対象物は第１のタイプであり、前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子が活性化されるとき、前記導電性対象物は第２のタイプである、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記第１の導電性対象物はスタイラスであり、前記第２のタイプの導電性対象物は指である、ことを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記センシングパラメータは前記静電容量センシング回路の感度であり、前記第１の値は前記第２の値より低い、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
8. ２つ以上の電極を備え、前記２つ以上の電極のうちの第１の電極の内周が前記２つ以上の電極のうちの第２の電極の外周を取り囲むように配置されている静電容量ボタンに結合された処理装置を備え、前記処理装置は、
   前記静電容量ボタンに近接する導電性対象物に起因する前記第１及び第２の電極の活性化の組み合わせを検出し、
   前記活性化の組み合わせに基づいて第１のタイプの導電性対象物と第２の導電性対象物を識別するように動作する、
   ことを特徴とする装置。
9. 前記活性化の組み合わせは、前記第１の電極と前記第２の電極からの測定信号の組み合わせを備え、前記測定信号の組み合わせは前記第１の電極と前記第２の電極の自己静電容量の測定結果である、ことを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記処理装置は更に、前記静電容量ボタンの前記２つ以上の電極のうちの第３の電極に第１の駆動信号を供給するよう動作し、前記活性化の組み合わせは前記第１の電極と前記第２の電極からの測定信号の組み合わせを備え、前記測定信号の組み合わせは前記第３の電極と前記第１の電極との間の相互静電容量と前記第３の電極と前記第２の電極との間の相互静電容量の測定結果である、請求項８記載の装置。
11. 前記第３の電極の内周が前記第２の電極の外周を少なくとも部分的に取り囲み、前記第１の電極の内周が前記第３の電極の外周を少なくとも部分的に取り囲んでいる、ことを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 前記処理装置は、前記第１の電極及び前記第２の電極に結合された静電容量センシング回路を備え、前記静電容量センシング回路は、前記第１の電極の第１の自己静電容量と前記第２の電極の第２の自己静電容量を測定するよう動作し、前記処理装置は、前記活性化の組み合わせを検出するために前記第１及び第２の自己静電容量を一以上の閾値と比較するよう動作する、ことを特徴とする請求項８記載の装置。
13. 前記処理装置は、前記２つ以上の電極の前記第１の電極、前記第２の電極及び第３の電極に結合された静電容量センシング回路を備え、前記静電容量センシング回路は、前記第３の電極と前記第１の電極との間の第１の相互静電容量と前記第３の電極と前記第２の電極との間の第２の相互静電容量を測定するよう動作し、前記処理装置は、前記活性化の組み合わせを検出するために前記第１及び第２の相互静電容量を一以上の閾値と比較するよう動作する、ことを特徴とする請求項８記載の装置。
14. 第１の値に設定されたセンシングパラメータがプログラムされた静電容量センシング回路によって、第１のセンス素子の内周が第２のセンス素子の外周を取り囲むように配置された静電容量ボタンの前記第１のセンス素子及び前記第２のセンス素子から前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子の静電容量に相当する信号を測定するステップと、
    処理ロジックによって、前記第１のセンス素子が前記静電容量ボタンに近接する導電性対象物により活性化されるかどうかを前記測定信号に基づいて検出するステップと、
    前記処理ロジックによって、前記第２のセンス素子が前記静電容量ボタンに近接する導電性対象物により活性化されるかどうかを前記測定信号に基づいて検出するステップと、
    前記処理ロジックによって、前記第２のセンス素子が活性化され且つ前記第１のセンス素子が活性化されないとき、前記センシングパラメータを第１の値から第２の値へ調整するステップと、
    前記静電容量センシング回路によって、前記第２のセンス素子が活性化され且つ前記第１のセンス素子が活性化されないとき、前記第２のセンス素子からの追加の信号を前記第２の値に設定された前記センシングパラメータで測定するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
15. 前記静電容量センシング回路によって、前記第２のセンス素子と前記第１のセンス素子が活性化されるとき、前記第１のセンス素子からの追加の信号を前記第１の値に設定された前記センシングパラメータで測定するステップを更に備える、ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 前記第１の値に設定された前記センシングパラメータを用いる前記測定ステップ及び前記第２の値に設定された前記センシングパラメータを用いる前記測定ステップは、前記第１のセンス素子及び前記第２のセンス素子の自己静電容量を測定するステップである、請求項１４記載の方法。
17. 前記静電容量センシング回路によって、前記静電容量ボタンの第３のセンス素子を第１の駆動信号で駆動するステップを更に備え、前記第１の値に設定された前記センシングパラメータを用いる前記測定ステップ及び前記第２の値に設定された前記センシングパラメータを用いる前記測定ステップは、前記第３の静電容量と前記第１のセンス素子との間の第１の相互静電容量及び前記第３のセンス素子と前記第２のセンス素子との間の第２の相互静電容量を測定するステップである、ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
18. 前記処理ロジックによって、前記第１の値に設定された前記センシングパラメータで測定された信号に基づいて第１のタイプの導電性対象物と第２のタイプの導電性対象物を識別するステップを更に備え、前記第２のセンス素子が活性化され且つ前記第１のセンス素子が活性化されないとき、前記導電性対象物は第１のタイプであり、前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子が活性化されるとき、前記導電性対象物は第２のタイプである、ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
19. 前記処理ロジックによって、前記導電性対象物としてスタイラスと指を識別するステップを更に備え、前記第２のセンス素子が活性化され且つ前記第１のセンス素子が活性化されないとき、前記導電性対象物はスタイラスであり、前記第１のセンス素子と前記第２のセンス素子が活性化されるとき、前記導電性対象物は指である、ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
20. 前記第１の値に設定された前記センシングパラメータを用いる前記測定は前記第１のセンス素子及び前記第２のセンス素子からの信号を第１の感度値を用いて測定するステップであり、前記第２の値に設定された前記センシングパラメータを用いる前記追加の信号の測定は前記追加の信号を第２の感度値を用いて測定するステップであり、前記第１の感度値は前記第２の感度値より低い、ことを特徴とする請求項１４記載の方法。

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