JP6542348B2 - ジェスチャ検出およびタッチ検出のための方法およびシステム - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、同一出願人の２０１４年７月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／０２３，０６１号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願は、あらゆる目的のために本明細書中に援用される。

（技術分野）
本開示は、ヒューマンデバイスインターフェースに関し、具体的には、ジェスチャ検出およびタッチ検出のための方法ならびにシステムに関する。

（背景）
出願人によって製造されるＭＧＣ３１３０としても公知である、「ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）」集積回路は、例えば、約１００〜２００ｋＨｚの交流電気近接場を使用する、非タッチジェスチャ検出に使用される、高感度容量感知技術である。容量感知を使用するヒューマンインターフェースデバイス（ＨＩＤ）は、多くの場合、伝導性材料の層、例えば、プリント回路基板層（ＰＣＢ）の銅のストライプの中に形成される、センサ電極を備える。これらの電極は、コンパクトなユニットを形成するように、例えば、同一のＰＣＢ上で、ジェスチャ検出ユニットに電気的に接続される。ジェスチャ検出ユニットの測定値は、とりわけ、電極と標的との間の容量結合に影響を及ぼし、交流電場の歪曲に応じて標的測定信号を生じさせる、センサ電極の近傍における標的オブジェクト（指／手）の位置に依存する。ジェスチャは、それぞれのデバイスのいかなる領域にも触れることなく、検出領域の上方で行われる。加えて、タッチ検出はまた、デバイスのある機能を果たす／開始するためにも必要とされ得る。

（概要）
実施形態によると、システムは、複数の入力チャネルおよび出力チャネルを伴う３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出デバイスを備えてもよく、３Ｄジェスチャデバイスは、出力チャネルと結合される少なくとも１つの伝送電極を通して生成される、交流電気近接場を使用し、入力チャネルのうちのいくつかは、３Ｄジェスチャ検出デバイスの受信電極と結合され、システムはさらに、複数のタッチ電極を備え、入力チャネルのうちの少なくとも１つは、多重化を通して複数のタッチ電極のうちの少なくとも１つに結合される。

さらなる実施形態によると、多重化は、時分割多重アクセス方式を用いた時間多重化であり得る。さらなる実施形態によると、ＴＤＭＡモードは、計画的制御型、イベントベースの制御型、またはキャリア感知ＴＤＭＡを備える、異なるサブモードを備えてもよい。さらなる実施形態によると、ジェスチャ検出デバイスは、タッチ電極と結合され、該多重化を行うように制御される、１つまたはそれを上回る受信マルチプレクサを備える、コントローラを備えてもよい。さらなる実施形態によると、ジェスチャ検出デバイスは、汎用入出力ピンを有するコントローラを備えてもよく、本システムはさらに、タッチ電極と結合され、タッチ電極のうちの１つを入力チャネルのうちの１つと結合するようにジェスチャ検出システムの汎用Ｉ／Ｏピンを通して制御される、１つまたはそれを上回る受信マルチプレクサを備える。さらなる実施形態によると、ジェスチャ検出デバイスは、５つの入力チャネルを備えてもよく、４つの入力チャネルは、４つの受信電極に接続され、第５の入力チャネルは、受信マルチプレクサの出力と結合される。さらなる実施形態によると、本システムは、受信マルチプレクサ入力のうちの１つと結合される第５の受信電極を備えてもよい。さらなる実施形態によると、ジェスチャ検出デバイスは、汎用入出力ピン（ＧＰＩＯ）を有するコントローラを備えてもよく、さらなるシステムは、ＧＰＩＯによって制御される、ジェスチャ検出デバイスと結合される、１つまたはそれを上回る離散伝送マルチプレクサを備える。さらなる実施形態によると、ジェスチャ検出デバイスは、汎用入出力ピン（ＧＰＩＯ）を有するコントローラを備えてもよく、本システムは、ＧＰＩＯによって制御される、それぞれジェスチャ検出デバイスと結合される、１つまたはそれを上回る離散アナログマルチプレクサと、１つまたはそれを上回る離散デジタルマルチプレクサとを備える。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、複数の伝送電極を備えてもよく、コントローラは、デジタルマルチプレクサの入力と結合される、１つの出力チャネルを備え、伝送電極は、デジタルマルチプレクサの出力と結合され、タッチ電極は、アナログマルチプレクサの入力と結合される。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、１つまたはそれを上回るタッチボタン電極を備えてもよい。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、スライダ電極を形成するように配列される、１つまたはそれを上回るタッチセグメント電極を備えてもよい。さらなる実施形態によると、受信電極およびタッチ電極は、直線に沿って配列されることができる。さらなる実施形態によると、受信電極およびタッチ電極は、タッチ検出電極グリッドの電極セグメントによって形成されることができる。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、タッチ検出電極グリッドの電極セグメントによって形成されることができ、受信電極は、タッチ検出電極グリッドの周囲に配列される。さらなる実施形態によると、タッチ電極グリッドは、単層内に配列される電極セグメントを備えてもよい。さらなる実施形態によると、タッチ電極グリッドは、単層内に配列される電極セグメントを備えてもよい。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、伝送電極の上方に配列されることができる。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、関連伝送電極と同一の層内に配列され、関連伝送電極に隣接することができる。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、伝送電極の下に配列されることができる。さらなる実施形態によると、伝送電極は、メッシュ状電極であり得る。さらなる実施形態によると、受信電極は、メッシュ状伝送電極と同一の層内に配列されることができる。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、受信電極の下に配列される付加的伝送電極を備えてもよい。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、関連伝送電極と同一の層内に配列される第１のセグメントと、伝送電極の下に配列される第２のセグメントとを備えてもよい。

さらに別の実施形態によると、システムは、複数の入力チャネルおよび出力チャネルを伴う３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出デバイスを備えてもよく、３Ｄジェスチャデバイスは、出力チャネルと結合される少なくとも１つの伝送電極を通して生成される、交流電気近接場を使用し、入力チャネルのうちのいくつかは、３Ｄジェスチャ検出デバイスの受信電極と結合され、本システムはさらに、入力チャネルと結合される受信タッチ電極と関連付けられる、複数の伝送タッチ電極を備え、出力チャネルは、多重化を通して複数の伝送タッチ電極のうちの少なくとも１つと結合される。

上記のシステムの別の実施形態によると、ジェスチャ検出デバイスは、汎用入出力ピン（ＧＰＩＯ）を有するコントローラを備えてもよく、本システムはさらに、ＧＰＩＯによって制御される、ジェスチャ検出デバイスと結合される１つまたはそれを上回る離散伝送マルチプレクサを備える。上記のシステムの別の実施形態によると、伝送マルチプレクサは、デジタルマルチプレクサである。上記のシステムの別の実施形態によると、ジェスチャ検出デバイスは、１つまたはそれを上回る内部伝送マルチプレクサを備えてもよい。

別の実施形態によると、交流電気近接場を使用し、少なくとも１つの伝送電極と、複数の入力チャネルとを備える、３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出デバイスを操作するための方法は、入力チャネルのうちのいくつかを３Ｄジェスチャ検出デバイスの受信電極と結合するステップと、マルチプレクサを使用して複数のタッチ電極を多重化するステップであって、マルチプレクサは、少なくとも１つの選択されたタッチ電極を複数の入力チャネルのうちの残りの１つと結合するように制御される、ステップとを含んでもよい。

さらなる実施形態によると、多重化は、時分割多重アクセス方式を用いた時間多重化であり得る。さらなる実施形態によると、ＴＤＭＡモードは、スケジュールされた制御型、イベントベースの制御型、またはキャリア感知ＴＤＭＡを備える、異なるサブモードを備えてもよい。さらなる実施形態によると、タッチ電極は、スライダ電極を形成するように配列される、１つまたはそれを上回るタッチセグメント電極を備えてもよい。さらなる実施形態によると、受信電極およびタッチ電極は、直線に沿って配列されることができる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
複数の入力チャネルおよび出力チャネルを伴う３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出デバイスを備える、システムであって、前記３Ｄジェスチャデバイスは、前記出力チャネルと結合される少なくとも１つの伝送電極を通して生成される、交流電気近接場を使用し、前記入力チャネルのうちのいくつかは、前記３Ｄジェスチャ検出デバイスの受信電極と結合され、前記システムはさらに、複数のタッチ電極を備え、前記入力チャネルのうちの少なくとも１つは、多重化を通して前記複数のタッチ電極のうちの少なくとも１つに結合される、システム。
（項目２）
多重化は、時分割多重アクセス方式を用いた時間多重化である、項目１に記載のシステム。
（項目３）
ＴＤＭＡモードは、計画的制御型、イベントベースの制御型、またはキャリア感知ＴＤＭＡを備える、異なるサブモードを備える、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記ジェスチャ検出デバイスは、前記タッチ電極と結合され、前記多重化を行うように制御される、１つまたはそれを上回る受信マルチプレクサを備える、コントローラを備える、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記ジェスチャ検出デバイスは、汎用入出力ピンを有するコントローラを備え、前記システムはさらに、前記タッチ電極と結合され、前記タッチ電極のうちの１つを前記入力チャネルのうちの１つと結合するように前記ジェスチャ検出システムの前記汎用Ｉ／Ｏピンを通して制御される、１つまたはそれを上回る受信マルチプレクサを備える、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記ジェスチャ検出デバイスは、５つの入力チャネルを備え、４つの入力チャネルは、４つの受信電極に接続され、第５の入力チャネルは、前記受信マルチプレクサの出力と結合される、項目５に記載のシステム。
（項目７）
前記受信マルチプレクサ入力のうちの１つと結合される第５の受信電極を備える、項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記ジェスチャ検出デバイスは、汎用入出力ピン（ＧＰＩＯ）を有するコントローラを備え、前記システムは、ＧＰＩＯによって制御される、それぞれ前記ジェスチャ検出デバイスと結合される、１つまたはそれを上回る離散アナログマルチプレクサと、１つまたはそれを上回る離散デジタルマルチプレクサとを備える、項目１に記載のシステム。
（項目９）
複数の伝送電極をさらに備え、前記コントローラは、前記デジタルマルチプレクサの入力と結合される、１つの出力チャネルを備え、前記伝送電極は、前記デジタルマルチプレクサの出力と結合され、前記タッチ電極は、前記アナログマルチプレクサの入力と結合される、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記タッチ電極は、１つまたはそれを上回るタッチボタン電極を備える、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記タッチ電極は、スライダ電極を形成するように配列される、１つまたはそれを上回るタッチセグメント電極を備える、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記受信電極および前記タッチ電極は、直線に沿って配列される、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記受信電極および前記タッチ電極は、タッチ検出電極グリッドの電極セグメントによって形成される、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
前記タッチ電極は、タッチ検出電極グリッドの電極セグメントによって形成され、前記受信電極は、前記タッチ検出電極グリッドの周囲に配列される、項目１に記載のシステム。
（項目１５）
前記タッチ電極グリッドは、単層内に配列される電極セグメントを備える、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
前記タッチ電極グリッドは、単層内に配列される電極セグメントを備える、項目１４に記載のシステム。
（項目１７）
タッチ電極は、伝送電極の上方に配列される、項目１に記載のシステム。
（項目１８）
タッチ電極は、関連伝送電極と同一の層内に配列され、前記関連伝送電極に隣接する、項目１に記載のシステム。
（項目１９）
タッチ電極は、伝送電極の下に配列される、項目１に記載のシステム。
（項目２０）
前記伝送電極は、メッシュ状電極である、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
前記受信電極は、前記メッシュ状伝送電極と同一の層内に配列される、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
前記受信電極の下に配列される付加的伝送電極をさらに備える、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
タッチ電極は、関連伝送電極と同一の層内に配列される第１のセグメントと、前記伝送電極の下に配列される第２のセグメントとを備える、項目１に記載のシステム。
（項目２４）
複数の入力チャネルおよび出力チャネルを伴う３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出デバイスを備える、システムであって、前記３Ｄジェスチャデバイスは、前記出力チャネルと結合される少なくとも１つの伝送電極を通して生成される、交流電気近接場を使用し、前記入力チャネルのうちのいくつかは、前記３Ｄジェスチャ検出デバイスの受信電極と結合され、前記システムはさらに、入力チャネルと結合される受信タッチ電極と関連付けられる、複数の伝送タッチ電極を備え、前記出力チャネルは、多重化を通して前記複数の伝送タッチ電極のうちの少なくとも１つと結合される、システム。
（項目２５）
前記ジェスチャ検出デバイスは、汎用入出力ピン（ＧＰＩＯ）を有するコントローラを備え、前記システムはさらに、前記ＧＰＩＯによって制御される、前記ジェスチャ検出デバイスと結合される１つまたはそれを上回る離散伝送マルチプレクサを備える、項目２４に記載のシステム。
（項目２６）
前記伝送マルチプレクサは、デジタルマルチプレクサである、項目２５に記載のシステム。
（項目２７）
前記ジェスチャ検出デバイスは、１つまたはそれを上回る内部伝送マルチプレクサを備える、項目２４に記載のシステム。
（項目２８）
交流電気近接場を使用し、少なくとも１つの伝送電極と、複数の入力チャネルとを備える、３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出デバイスを操作するための方法であって、
前記入力チャネルのうちのいくつかを前記３Ｄジェスチャ検出デバイスの受信電極と結合するステップと、
マルチプレクサを使用して複数のタッチ電極を多重化するステップであって、前記マルチプレクサは、少なくとも１つの選択されたタッチ電極を前記複数の入力チャネルのうちの残りの１つと結合するように制御される、ステップと、
を含む、方法。
（項目２９）
多重化は、時分割多重アクセス方式を用いた時間多重化である、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
ＴＤＭＡモードは、計画的制御型、イベントベースの制御型、またはキャリア感知ＴＤＭＡを備える、異なるサブモードを備える、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記タッチ電極は、スライダ電極を形成するように配列される、１つまたはそれを上回るタッチセグメント電極を備える、項目２８に記載のシステム。
（項目３２）
前記受信電極および前記タッチ電極は、直線に沿って配列される、項目２８に記載の方法。

図１は、３Ｄ動作中にタッチを検出する、従来の２Ｄタッチグリッドおよび下の大型電極を伴う３Ｄ検出のための４つのフレーム電極を示す。 図２Ａおよび２Ｂは、好ましい配列における４つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）Ｒｘ電極、およびアナログマルチプレクサ（ＭＵＸ）によってＭＧＣ３１３０の第５のＲｘチャネル上に多重化される８つのボタンを示す。 図２Ａおよび２Ｂは、好ましい配列における４つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）Ｒｘ電極、およびアナログマルチプレクサ（ＭＵＸ）によってＭＧＣ３１３０の第５のＲｘチャネル上に多重化される８つのボタンを示す。 図３は、ボタンを伴う４電極ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）フレームを示す。 図４は、スライダを伴う４電極ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）フレームを示す。 図５は、ボタンおよびスライダを伴う４電極ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）フレームを示す。 図６は、ボタンおよびスライダを伴う４つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極の列を示す。 図７は、２Ｄタッチグリッドを伴う４電極ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）フレームを示す。 図８は、４つの好ましい電極を伴う従来の２Ｄタッチ設計を示す。 図９は、片側電極接続のための２Ｄタッチ設計の抜粋を示す。 図１０は、ＴｘおよびＲｘ電極の間に強い基礎結合を伴う信号吸収を示す。 図１１は、ＴｘおよびＲｘ電極の間に弱い基礎結合を伴う信号伝送を示す。 図１２は、伝送モードで操作される４つのボタン（ボタン層内のＲｘ）を伴うＧｅｓｔＩＣ（登録商標）フレームの断面図を示す。 図１３は、モード多重化を示す。 図１４は、吸収効果（１）および伝送効果（２）の両方を利用するためのＲｘ電極を示す。 図１５は、Ｔｘ多重化（伝送モード）を示す。 図１６は、伝送モードでボタンを操作する単層設計を示す。 図１７は、１つのＲｘチャネルを用いた符号分割多重化を示す。 図１８は、相互静電容量測定のための２Ｄタッチグリッドを加えた３Ｄフレーム電極を示す。

種々の実施形態によると、交流近接場容量ジェスチャ検出デバイスは、タッチ検出のために一般的に適用されるものと異なる容量感知の方法を適用することによって、操作されることができ、したがって、そのようなジェスチャ検出方法は、タッチ検出のためにも使用されることができる。

種々の実施形態によると、３Ｄジェスチャ認識および位置追跡、ならびにタッチ検出のための容量センサシステムの設定および動作が、提供されることができる。このようなタッチ検出は、ボタン、スライダ、または２Ｄタッチパネルセンサを採用し得る。

問題は、以前に説明されたようなシステムでは、１つの物理的電場のみがあり、したがって、異なるシステムの電場励起が相互に干渉し得ることである。さらに、交流電気近接場を使用する電場センサは、ピコファラッド範囲内でさえも容量ネットワーク内の結合の変化が３Ｄ測定を歪曲するように、高感受性である。

例えば、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第ＵＳ２０１４／００４９２６６号で公開されるような３Ｄ感知のための従来の方法、および参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、例えば、ＭｉｃｒｏｃｈｉｐのアプリケーションノートＡＮ１４７８を参照する、容量タッチ感知、例えば、容量分圧器（ＣＶＤ）は、（容易に）補償されることができない方法で相互のセンサ信号を妨害する。例えば、ＣＶＤでは、Ｒｘ電極の電位は、ＶｄｄまたはＧＮＤに繰り返し切り替えられ、その後に、電荷が別のコンデンサを用いて均一化される、浮動状態が続く。静電容量、電位、および電荷等化のこれらの遷移は、両方のシステムの同時動作が容易に可能ではないような方法で、周辺電場（Ｅ−ｆｉｅｌｄ）に影響を及ぼし得る。

ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極上のタッチ検出は、タッチ領域の数が５つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極の数によって制限される、ＭｉｃｒｏｃｈｉｐのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）ライブラリｖ１．０で紹介されている。以下の説明は、タッチレス３Ｄ検出システムのためのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）システムを参照するであろう。しかしながら、開示される教示は、交流電気近接場を使用する任意の他の検出システムに適用されてもよく、したがって、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）システムおよびその関連電極に限定されない。

種々の実施形態によると、３Ｄおよびタッチ検出のための伝送信号は、同期化されることができ、タッチ検出システムの伝送信号経路は、例えば、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）受信信号上へのタッチシステムの干渉が決定性になり、実行時に十分に補償され得るように、適合されることができる。

多重化、すなわち、相互干渉を最小限にするためのシステムの共有伝送チャネルの分離、ならびに干渉補償という、３Ｄおよびタッチ検出システムの共同動作ための２つの一般的アプローチがある。

典型的には、交流電気近接場３Ｄ検出システムのより高い感受性により、前者へのタッチ検出システムの干渉は、重大なものであり、したがって、本願の焦点である。

１．多重アクセス（ＭＡ）
通信理論によると、伝送チャネルの間の干渉は、単一の共有物理チャネル上で異なる伝送信号を多重化し、したがって、複数の論理サブチャネルを作成するために、多重アクセス方式を適用するときに、抑制され、または排除さえされることができる。

ａ．空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）
２つまたはそれを上回る容量センサシステムが相互から十分に遠く離れて配置されるとき、すなわち、それらが空間内で分離されるとき、本システムは、同一の伝送チャネルを共有しないが、独立したチャネルを有すると仮定されることができ、相互干渉は、無視されることができ、または雑音と見なされて取り扱われることができる。

参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１５年１月１３日に出願された同時係属出願「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｇｅｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ」、出願番号１４／５９６１２０は、４つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）「フレーム」電極が輪のように２Ｄタッチパッドの周囲に位置する、そのような共同システムを提示する。

ｂ．時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）
ともに密接に位置しているシステムの同時動作で生じる問題を回避するために、時分割多重アクセスが適用されることができ、すなわち、任意の時間に、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）方法を使用する３Ｄ感知、または、例えば、ＣＶＤを使用する、容量タッチ感知方法のいずれか一方が適用される。いくつかの新しい問題／課題が、本アプローチで生じる。一方のシステムがアクティブである間に、他方のシステムがユーザアクティビティを見逃し得る。雑音：雑音抑制は、信号レベルを同時にサンプリングしないときに制限される。これは、信号対雑音比（ＳＮＲ）が典型的に小さい、３Ｄ感知用の電極で特に重要である。較正：（例えば、温度変化、機械的変形、電気的影響による）信号ドリフトを辿ることができるために、両方のシステムは、規則的間隔でアクティブであり、検出閾値および信号オフセットを適合させなければならない。較正の必要性およびユーザアクティビティを見逃す危険性は、測定方法を切り替える最大時間を制限する。過渡効果：異なる測定方法を切り替えることは、例えば、浮動電極上の電荷変化により、過渡効果を信号レベルに及ぼし得る。所望の電位までの対応する電極の事前充電は、本効果を低減させることができる。過渡効果は、システムを切り替える最短時間を制限する。ＴＤＭＡのいくつかのサブモードがある。

ｉ．計画的ＴＤＭＡ
ＴＤＭＡのための最も一般的なアプローチは、計画的基準であり、すなわち、他方のものに切り替える前に各測定システムのアクティビティのタイムスロットが事前定義され、またはスケジュールに入れられ、起動は、典型的には、周期的反復フレーム構造で起こる。

ｉｉ．イベントベースのＴＤＭＡ
別のアプローチは、イベントベースのＴＤＭＡである。例えば、３Ｄ感知がデフォルト方法であると、それは、タッチが検出されるときにタッチ感知に切り替えられ、もはやタッチが検出されなくなった後に、３Ｄ感知に戻される。しかしながら、これは、単純に、３Ｄモードである間にタッチ検出を要求する。以下の実施例は、タッチ検出のために使用される電極の容量結合を使用することによって、これがどのようにして行われ得るかと、３Ｄ感知チップ（ＭＧＣ３１３０）への特別な電極入力とを図示する。

図１は、イベントベースの時分割多重アクセスに使用されることができる、従来のセンサシステム１００を示す。本システムは、３Ｄ動作中にタッチを検出するように、従来の２Ｄタッチグリッド１５０および下の大型伝送電極１６０を伴って３Ｄ検出用のフレームに配列される、４つの受信電極１１０、１２０、１３０、および１４０を備える。

Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ＭＧＣ３１３０マイクロコントローラ（μＣ）（図示せず）は、３Ｄ感知のために使用されることができ、ＰＩＣマイクロコントローラまたは任意の他の好適なマイクロコントローラ（図示せず）は、例えば、容量分圧器（ＣＶＤ）方法を使用して、投影静電容量（ｐＣａｐ）測定を行う、長方形のタッチグリッド１５０上のタッチ検出のために使用されることができる。ＭＧＣ３１３０の５つのＲｘチャネルのうちの４つは、タッチグリッド１５０の周囲の４つのフレーム電極１１０、１２０、１３０、１４０に接続される。第５のＲｘチャネルは、タッチグリッド１５０の下の大型で典型的には取り囲まれた電極１６０に接続される。タッチイベント時に、ＭＧＣ３１３０がアクティブであるとき、アクティビティが、タッチおよびその位置を検証して場所を特定するためにタッチスキャンを行う必要がある、ＰＩＣマイクロントローラに引き渡される必要があるため、その信号レベルの上昇は、迅速に検出される必要がある。したがって、ＰＩＣマイクロコントローラがアクティブになるであろう時間までに、短いタッチイベントがすでに経過し得るため、ＭＧＣ３１３０でタッチ検出のために使用される信号は、５０ミリ秒のステップ応答を伴う標準低域通過フィルタを通してフィルタ処理されることができない。本問題は、低遅延タッチ検出アルゴリズムが提案される、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１４年４月１７日に暫定的に出願された同時係属出願「Ｔｏｕｃｈ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ」、出願番号６１／９８１，１４０で解決される。依然として、最短タッチ時間は、３Ｄ検出を伴わない独立型システムで動作するＰＩＣを用いるよりも依然として長い。

これらの困難は、２つのマイクロコントローラの間の迅速なハンドオーバを必要とする。本アプローチの別の欠点は、フラッシュメモリ要件のオーバーヘッドである、ＭＧＣ３１３０およびＰＩＣマイクロコントローラにおけるタッチ検出アルゴリズムの冗長性である。ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）３Ｄ動作は、ＰＩＣマイクロコントローラの較正測定を可能にするように、いかなるアクティビティも検出されないときの規則的間隔で中断される。

計画的多重化方式と比較した、２Ｄおよび３Ｄ感知の間のスイッチの削減された数にもかかわらず、２Ｄから３Ｄに切り替えた後の過渡信号は、有意な持続時間（＞１秒）であり得る。ＧｅｓｔＩＣ（登録商標） Ｔｘ信号を用いてｐＣａｐ Ｔｘラインを駆動することは、タッチ検出のためのより低い感受性を犠牲にして、段階的充電（放電）ドリフトを伴う浮動ラインの効果を低減させるため、本過渡時間を（数ミリ秒まで）有意に短縮する。

２枚チップ解決策の別の欠点は、定義により、２つのマイクロコントローラの必要性であり、これらのマイクロコントローラは常に、ある方法で同期化される必要があろう。

ｉｉｉ．制御型ＴＤＭＡ
１つのシステム、すなわち、マスタは、それぞれのシステムが起動されるときを制御する。例えば、タッチコントローラは、アイドルであるとき、およびタッチスキャンを行なっているときに、３Ｄジェスチャコントローラに信号伝達し、３Ｄジェスチャコントローラは、それに応じて作用する必要があり、すなわち、タッチコントローラがアイドルであるときに３Ｄジェスチャ測定を行う。３Ｄジェスチャ測定がタッチ測定に干渉しない場合、３Ｄジェスチャ測定も連続的に行われることができる。次いで、タッチコントローラがアクティブであるときに、取得された３Ｄジェスチャ測定データは、無視される、または雑音と見なされる必要がある。

ｉｖ．キャリア感知ＴＤＭＡ
制御型ＴＤＭＡと同様であるが、２つのシステムの間で信号伝達する手段を必要としない。例えば、３Ｄ検出システムは、タッチコントローラのアクティビティまたはスキャンを感知することができる。ＭＧＣ３１３０を用いると、例えば、これは、タッチシステムの伝送電極への受信チャネルの容量または抵抗結合と、例えば、その信号分散に対して、対応する受信信号を評価することとによって、行われることができる。

ｃ．周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）
２つまたはそれを上回るシステムが、異なる周波数において操作される。

ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）センサ内の受信信号の限定された帯域通過フィルタリングにより、他のセンサシステムの周波数スペクトルは、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）スペクトルから十分に分離されないが、むしろ重複する可能性が高い。したがって、これは、好ましくない解決策である。

ｄ．符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）
符号分割多重アクセスは、システムが時間的に同時に動作することを可能にする、スペクトラム拡散技法である。

２．干渉補償
多重アクセス方式を用いた多重化解決策と対照的に、本アプローチを用いると、受信されたセンサ信号への他のセンサシステムの動作の影響は、例えば、較正によって補償される。これは、毎回、本影響の完全な知識を、または少なくとも十分な程度まで、必要とする。

典型的には、システム依存性であり、実際の測定に先立って起こる、そのような知識の取得は、例えば、３Ｄおよびタッチ検出のためにＴｘ信号を同期化する、または両方のために同一のＴｘ信号を使用するときさえも、単純化されることができる。

干渉補償のアプローチは、以下でさらに詳細に説明される。上記の多重化解決策と対照的に、３Ｄおよびタッチ検出システムは両方とも、同一の論理（サブ）チャネル上で同時に作動していると仮定される。

本アプローチの中核となる解決策は、以下である。

ａ）３Ｄジェスチャシステム、例えば、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）システムからの受信信号への干渉影響が、十分に補償されることができるようなモードで、２Ｄタッチ検出を操作すること。これは、例えば、３Ｄおよび容量タッチ測定の両方のために、同一の電場励起、すなわち、同一のＴｘ信号、例えば、方形パルス列を使用することによって、達成されることができる。ＸＩＩＩ節の中のＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極上のタッチの検出を参照されたい。

ｂ）（仮想）サブチャネルの数を増加させ、したがって、タッチイベントの局所分解を増加させるために、物理的電極を多重化すること。したがって、例えば、統合または離散マルチプレクサ（ＭＵＸ）を使用する、時間多重化、および電極設計に応じて、吸収モードまたは伝送モードのいずれか一方が優勢であり、タッチ時の測定信号の偏差の方向が、本優勢モードに依存している（タッチイベントに対する負またはそれぞれ正の信号偏差）ことを活用することによる、モード多重化という、２つの多重化方式が提案される。

ｃ）時間多重化とともに使用されるＲｘチャネルに関して、（ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）Ｒｘ経路内の差動ＰＧＡと組み合わせて必要とされる）各サブチャネルのための容量ネットワークに適合するために、各サブチャネルのための個々のＲｘ減衰器（以下の「Ｒｘ減衰器の同調」を参照）を使用すること。これらの減衰パラメータは、例えば、現在のＡｕｒｅａの拡張バージョン（ｖ１．０、ｖ１．１）のアナログフロントエンドパラメータ化として、先験的構成プログラム中に自動的に得られることができる。

ｄ）おそらく自動化された方法で、例えば、先験的計算オフセット値を使用する、ベースライン化によって、マルチプレクサ切替時に、容量結合、すなわち、容量ネットワークの変化によって引き起こされる、特に敏感なＧｅｓｔＩＣ（登録商標）チャネル上の信号ジャンプをデジタルで補償すること。

有意量のＧｅｓｔＩＣ（登録商標）デジタル信号処理が、例えば、１ｋＨｚの縮小された（すなわち、低域通過フィルタ処理およびダウンサンプリングされた）サンプリング周波数において起こっていることが仮定されるであろう。簡単にするため、およびマルチプレクサを使用するタッチ検出によって引き起こされる効果を補償するために必要となる、異なる信号オフセットの数を最小限にするために、以下が有利である。

ａ）１ミリ秒以内に（おそらく複数回）マルチプレクサの全ての所望のタッチサブチャネルにわたって循環すること、すなわち、容量および電場変化によるＧｅｓｔＩＣ（登録商標）信号への影響が、全てのそのような１ミリ秒サンプルについて等しいように、本影響にわたって平均化することは、後続の処理段階においてごくわずかであると仮定されることができる（補償するマルチプレクサ状態依存性オフセットがない）、および／または
ｂ）１ミリ秒サンプルへの影響が周期的に繰り返すような方法で、マルチプレクサ状態にわたって循環し、そのような周期内のそれぞれの１ミリ秒サンプルに対する本影響を判定して基準値として記憶し、後に、信号レベル補償のために本基準値を実行時に使用すること。例えば、マルチプレクサ状態は、１ミリ秒毎に変化させられることができる。

好ましくは、種々の実施形態によると、３Ｄおよびタッチ検出は両方とも、２つまたはそれを上回るコントローラの間の信号伝達努力ならびに／もしくは遅延を回避するために、同一のコントローラを使用して操作される。上記の項目による、単一マイクロコントローラシステムの主要な利点は、以下である。

好ましい電極上の連続サンプリングによる、増加した雑音ロバスト性（ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）のための時間多重化が必要とされない）。

中央制御：１つだけの「知的」チップ、異なるマイクロコントローラの間の同期化またはハンドーバは必要とされない。

顧客にとって便利で単純である：パラメータ化ウィザード「Ａｕｒｅａ」は、多重化サブチャネルのためのパラメータ化、例えば、タッチ閾値パラメータ化をサポートするように適合されることができ、したがって、パラメータ化可能なブラックボックスファームウェアが実行可能である。

単一センサ技術−＞Ｔｘ信号干渉がない
タッチ検出に関して、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）受信信号の生成された電場へのそれらの影響に関して、好ましい動作モードおよびあまり好ましくない動作モードがある。

時間多重化受信信号
種々の実施形態による好ましいモードは、３Ｄ検出のための好ましい電極、典型的には、フレームレイアウト内の４つの電極上で、低ＳＮＲ ３Ｄ検出を伴う増加した雑音ロバスト性に対して、連続的にサンプリングし、１つまたはそれを上回る受信チャネル上へ、計画的にタッチ検出のための受信電極（好ましくない電極）を多重化することであってもよい。未使用Ｒｘ電極、すなわち、ＭＵＸによって現在アドレス指定されていない電極は、典型的には、Ｔｘ電極上の信号によって励起される電場に影響を及ぼさないために、高インピーダンス（例えば、１メガオーム）バイアス状態にされる。これは、それを用いると、多重化が理論的に電場に影響を及ぼさないため、好ましいモードである。

また、いくつかの実施形態によると、好ましい電極は、典型的には、好ましくない電極より高い割合の時間を得ることができる。種々の配列が、好ましいおよび／または好ましくない電極を多重化するために使用されることができる。例えば、３Ｄジェスチャ検出デバイスは、複数の内部アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでもよく、好ましい３Ｄ電極はそれぞれ、多重化を伴わない専用ＡＤＣに割り当てられ、１つのみまたはそれを上回る残りのＡＤＣは、例えば、内部マルチプレクサもしくは外部マルチプレクサを使用して行われ得る多重化を使用する、好ましくないタッチ電極のために使用されるであろう。他の実施形態はまた、好ましくは、内部マルチプレクサを通して、好ましい電極のために多重化を使用してもよい。したがって、一実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出デバイスは、内部マルチプレクサを含まなくてもよく、それぞれ専用ＡＤＣを有する、複数の入力チャネルを含んでもよく、各３Ｄ電極は、１つの入力チャネルに接続され、タッチ電極は、外部マルチプレクサを使用して、１つまたはそれを上回る残りのＡＤＣに多重化される。別の実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出デバイスは、それぞれ専用入力マルチプレクサを有する、複数のＡＤＣを含んでもよい。さらに別の実施形態によると、３Ｄ検出デバイスは、上記の組み合わせ、例えば、関連マルチプレクサを伴わないいくつかのＡＤＣと、関連マルチプレクサを伴ういくつかのＡＤＣとを含んでもよい。

各選択されたチャネルのサンプリング時間は、好ましい３Ｄ電極に割り当てられる、より多くのサンプリング周期を可能にするように、変動させられることができる。例えば、各自のＡＤＣとそれぞれ関連付けられる（内部多重化がない）、５つの入力チャネルを伴う３Ｄジェスチャ検出デバイスの実施形態では、４つの３Ｄ電極は、全く多重化されず、残りのＡＤＣが好ましくない電極のうちの１つと結合されるために、外部マルチプレクサが使用される。３Ｄ検出デバイス内で内部５：１マルチプレクサおよび単一のＡＤＣのみを使用する、実施形態では、マルチプレクサの４つの入力チャネルは、４つの好ましい電極と結合されることができ、残りの入力チャネルは、外部マルチプレクサを通して複数のタッチ電極に割り当てられることができる。そのような実施形態では、マルチプレクサは、５つの入力チャネルを通して等しくサンプリングしてもよく、毎回のサンプリングで、サンプリング回につき、各好ましい電極が１回スキャンされ、好ましくない電極のうちの１つだけがスキャンされるであろう。複数の内部ＡＤＣ、例えば、５つのＡＤＣを伴う実施形態では、各ＡＤＣはまた、関連内部マルチプレクサも備える。各マルチプレクサの第１の入力は、好ましい３Ｄ検出電極と結合されることができ、残りの入力は、それぞれ、複数のタッチ電極と結合されることができる。チャネル時間は、経時的に、好ましい電極が主にスキャンされるように、マルチプレクサを通して割り当てられることができる。任意の種類のスキャン比率が、内部マルチプレクサのみ、または内部および外部マルチプレクサの組み合わせを使用する、いずれか一方の実施形態で適用されることができる。サンプリング方式は、動的であって変動し得、例えば、本システムがタッチを予測するほど十分に近い近接性を検出しない場合、好ましい電極のみがスキャンされる。３Ｄ電極とタッチ電極との間のスキャン比率は、検出された近接性に応じて変化させられることができ、オブジェクトが検出表面に近づく場合、タッチ電極のスキャンに対して増加し得る。他の基準が、比率を変化させるために使用されてもよく、または固定比率が、ある用途で使用されてもよい。

実施例：外部アナログマルチプレクサを伴うＭＧＣ３１３０ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）コントローラ
本願の譲受人によって製造されるＭＧＣ３１３０集積回路コントローラは、５つのＲｘチャネルおよび関連電極１１０−１５０を有し、そのうちの４つは、典型的には、図１に示されるように、フレーム形状の中に位置付けられ、ジェスチャ認識（例えば、フリックおよびＡｉｒＷｈｅｅｌ）および３次元における粗いｘ／ｙ位置付け（すなわち、タッチがない）のために使用される。第５のＲｘ１５０チャネルは、接近検出およびタッチ検出のために使用されることができる一方で、後者に関して、提供された（ｘ，ｙ）タッチ位置は、典型的には、タッチ時に歪曲される、４つのフレーム電極の信号から計算されるため、典型的には、低精度である。ＭＧＣ３１３０は、外部アナログＭＵＸを制御するために利用可能な合計５つの汎用入出力（ＧＰＩＯ）を有し（残りの３つのＧＰＩＯは、ホストコントローラへのＩ２Ｃ通信のために留保される）、したがって、最大２＾５＝３２のサブチャネルが、マルチプレクサを用いてアドレス指定されることができ、その第５の受信チャネル上にタッチ電極をマップする。図２ＡおよびＢは、評価デバイス２１０のうちの４つに直接接続された４つの「好ましい」フレーム電極１１０、１２０、１３０、１４０、例えば、５つのＲｘチャネルを伴うＭＧＣ３１３０、ならびに出力が第５のＭＧＣ３１３０Ｒｘチャネルに接続され、その５つの利用可能な汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートのうちの３つを使用してＭＧＣ３１３０によって制御される、アナログマルチプレクサ２３０の入力に接続された８つの容量タッチボタン２２０を伴う、２つの例示的センサ電極レイアウト２００および２０５を示す。フレーム電極１１０−１４０およびボタン２２０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の最上層の上に配置され、送給ラインは、中間層の中に送られる。全てのフレーム電極およびボタンの下の底層は、電場を励起する、大型で中実、または囲まれた伝送機（Ｔｘ）電極である。図２Ａおよび２Ｂは、記述されるように、概して、受信電極の下方の層の中に配列される、そのような伝送電極を示さない。以下の例示的マルチプレクサ（アナログ）、すなわち、ＡＤＧ７０８（８：１）、７４ＨＣ４０５１（８：１）、７４ＨＣ４０６７（１６：１）が使用されてもよい。しかしながら、他のマルチプレクサもまた、好適であり得る。

図３は、底層内のＴｘ電極１６０および６つのタッチボタン２２０、ならびにフレーム受信電極１１０−１４０を示す、非常に単純化されたバージョンで、図２の設定を示す。マルチプレクサ２３０は、６つのボタン電極２２０のうちの１つをＧｅｓｔＩＣ（登録商標）チップ２１０の第５の電極入力Ｒｘ５と結合する。

図４は、タッチボタンが２対のスライダ電極４１０によって置換される、図３の電極の修正されたバージョンを示す。スライダ電極４１０設定は、バイナリタッチイベントの検出を可能にするだけでなく、全てのスライダ電極の信号レベルを考慮して、スライダの軸に沿った接触する指の１Ｄ位置も推定する。

図５は、タッチ電極４２０およびスライダ電極４１０の両方を伴う変形例を示す。図６は、好ましい電極６１０ａ、ｂ、ｃ、ｄが、間にボタン６５０およびスライダ６２０、６３０、６４０を伴う列の中に配置される、変形例を示す。中間スライダ６３０設定は、３つの電極から成り、右のスライダ６４０設定は、５つの電極から成る。より多くの電極がスライダ設定の中に含有されるほど、位置推定の可能な分解能が高くなる。Ｔｘ底層は、図４−６では簡単にするために省略されている。

アルゴリズム／ソフトウェア
ＲＸ減衰器の同調。ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）Ｔｘ信号は主に、低域通過フィルタ処理された方形パルス列であり、Ｒｘ信号は、変調が、システムおよびその環境の容量ネットワーク内の容量変化を反映する、その増幅変調（ＡＭ）バージョンである。ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）アナログフロントエンド（ＡＦＥ）の中核となる特徴は、受信信号経路では、Ｔｘ信号の減衰されたバージョンが受信信号から差し引かれ、結果として生じる差が増幅器に入力されることである。有用な情報が本差異信号に含有されると、増幅器は、そのダイナミックレンジをアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）の入力範囲まで増加または適合させるために使用され、したがって、信号分解能が増加させられる。減衰器値は、（増幅された）差異信号がＡＤＣの入力範囲内に位置するように選定される。例えば、これは、システムの近傍に指または手がないときに、差異信号がゼロであるように選定されることができる。これは、ＡＦＥ自動パラメータ化を行うときに、５つ全てのＲｘチャネルのためにＭｉｃｒｏｃｈｉｐのＡｕｒｅａソフトウェアによって自動的に行われる。チャネルの信号レベルが他のチャネルの減衰器から完全に独立していないため、反復アルゴリズムが、全てのチャネルのための最適減衰器値を見出すために使用される。１つまたはそれを上回る多重化Ｒｘチャネルを有するとき、最適減衰器値は、全てのマルチプレクサ状態のための信号値を個別に合致させるときに得られ、それに応じて、得られた減衰器値を実行時に適用する、すなわち、全てのマルチプレクサ状態変化時に、全ての減衰器を更新する。しかしながら、他のチャネルの減衰器からの信号レベルの依存性が、典型的には、非常に小さいため、最初に、全てのチャネルの減衰器のための基礎設定を得るように、１つのマルチプレクサの状態のための減衰器合致を行い、次いで、連続して、多重化電極を伴う各チャネルに関して、全てのサブチャネルにわたってループし、他の減衰器をそれらの基礎設定のままにしながら、最良信号合致のために本チャネルの減衰器を最適化することが、通常は十分である。概して、Ｒｘ減衰器の同調は、アナログ較正の粗い形態と見なされることができる。

ベースライン化。より細かい較正が、典型的には、デジタルドメインにおいて、典型的には、全てのマルチプレクサ状態について個別に、行われる必要がある。しかしながら、マルチプレクサ状態変化時の信号レベルの変化が、典型的には、所与のシステム設定について経時的に不変であるため、これは通常、単純化する。つまり、あるマルチプレクサ状態のための基準ベースライン値を考慮すると、他の状態のためのベースラインは、基準値とデルタ値だけ異なり、これらのデルタ値は、例えば、温度ドリフトにより、経時的に変化しない。したがって、デルタ値は、システム依存性であり、全てのマルチプレクサ状態にわたって反復することによって、先験的に測定されて記憶されることができる。これは、例えば、ＡｕｒｅａのＡＦＥ自動パラメータ化中に減衰器値を判定した後に、自動的に行われることができる。

タッチ検出。時間多重化チャネル上のタッチ検出のための率直なアプローチは、持続時間の時間間隔Ｔで全てのサブチャネルにわたってループすることである。各そのような間隔中に、測定データが取得され、過渡効果に悩まされるサンプルを破棄し、間隔の終了時に、残りのデータが、雑音ロバスト性を最適化する方法で、単一の出力値に組み合わせられる。次いで、出力値は、１つまたはそれを上回るタッチ検出閾値と比較される。正または負の方向に閾値を超える場合、タッチイベントが出力される。閾値は、タッチがないときに、信号レベルに従って適合させられる必要があろう（「ベースライン化」）。

実施例：ＭＧＣ３１３０のＧＰＩＯの切替時間、したがって、マルチプレクサ状態の切替は、各５ミリ秒ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）時間窓の開始に同期化される。内部で、典型的には、復調およびダウンサンプリングされたＧｅｓｔＩＣ（登録商標）測定が、典型的には、次数Ｍ＝２カスケードインテグレータコーム（ＣＩＣ）フィルタの出力である、１ｋＨｚ＝１／１ミリ秒で利用可能である。５ミリ秒スロット内で第２、第３、第４、および第５のサンプルを組み合わせて、タッチ信号レベルの推定値が求められる。ＭＵＸ切替および他の過渡時間の遅延に応じて、第２の１ミリ秒も無視される必要があり得る。各５ミリ秒窓の後に、ＧＰＩＯは、ＭＵＸを次のタッチサブチャネルに切り替える。

二分検索アルゴリズム：タッチ電極にわたって反復することは、単純に、タッチを検出するための最大遅延をほぼサイクル全体の時間として定義する。アルゴリズムの変形例では、ボタン上のタッチの検出は、マルチプレクサが全てのタッチ電極ならびにこれらのサブセットの短絡を可能にするときに、加速され、（増加したサンプリング時間により）より雑音を堅調にされることができる。タッチが検出されるまで、全てのタッチ電極およびＭＵＸ出力が短絡される。次いで、タッチが検出されたが、どの電極が触れられたかが依然として明確ではないとき、電極の半分およびＭＵＸ出力は、触れられたボタンが本電極のセットの中にあるかどうかをチェックするように短絡される。本チェックの成果に応じて、電極の現在または他の半分が、もう１度２つに分割され、１つだけのボタンが残され、そのボタンを押すことがもう１度確認されるまで、プロセスが継続する。本アルゴリズムは、単一ボタンタッチの検出に限定され、短絡されている各電極のセットに１つ、いくつかの異なるタッチ検出信号閾値を必要とし得る。
２Ｄタッチ設計
図７は、水平および垂直電極を伴う標準例示的２Ｄタッチパネルまたはタッチディスプレイ７１０の原理電極レイアウトを示す。タッチグリッドの周囲に、４つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極１１０−１４０が、フレーム形式で配置される。これらの電極の全ての下で、底層内に、大型ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）Ｔｘ電極１６０が位置する。フレーム電極１１０−１４０を用いると、標準３Ｄ ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）処理が行われる。２Ｄグリッドの内側（垂直および水平）電極７１０は、第５のＧｅｓｔＩＣ（登録商標）Ｒｘチャネル上へ多重化される。２Ｄグリッドの内側電極７１０を用いると、接触する指のｘ／ｙ位置の連続推定値が得られることができる。ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）モードで、すなわち、Ｔｘ電極１６０上にＧｅｓｔＩＣ（登録商標） Ｔｘ信号を置くことによる電場励起を用いて、操作されるとき、２ＤグリッドのＲｘ電極は、上記で説明されるような多重化方式でスキャンされる。一方の電極は、時間においてＭＧＣ３１３０ Ｒｘ入力に接続され、または短絡電極のセット、すなわち、２Ｄグリッドの他方の電極は、定義された電位に設定され、もしくは高いインピーダンスである。高インピーダンス電極は、Ｔｘ電極１６０によって励起される電場の分布を向上させるであろう。本モードでは、Ｔｘ電極１６０と選択された２Ｄ電極との間の相互静電容量、ならびに接地に対する選択された２Ｄ電極からの自己静電容量が測定される。両方の測定原理は、タッチイベント中に全体的な信号偏移に影響を及ぼす。標準信号処理アルゴリズムが自己静電容量測定を伴ってタッチパッドに適用されると、それらを適用することによって、位置推定値が得られることができる。マルチタッチ位置付けも可能であるが、いわゆるゴーストポイントをもたらし、すなわち、例えば、２つのタッチの場合に、ｘ方向における２つの１Ｄ推定値ｘ１およびｘ２は、ｙ方向における２つの推定値ｙ１およびｙ２に一意的にマップされることができない。しかしながら、推定位置が相互から離れている、または相互に向かって移動している場合のみ問題となるため、ズームするための２本指で挟むような特徴が、ゴーストポイントの存在にもかかわらず機能的である。

図８は、図７と同様であるが、フレーム電極がない設定を示す。代わりに、２Ｄグリッド７１０の４つの最外電極７３０、７４０、７５０、および７６０が、３Ｄ動作のための「好ましい」ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極として使用される、すなわち、それらが多重化されない。むしろ、グリッド７１０の外側の行ならびに列のこれらの電極７３０、７４０、７５-、および７６０は、実線で図７に示されるような電極１１０、１２０、１３０、および１４０と同様に使用されることができるように、別個に接続される一方で、残りの内側電極は、多重化されることができる。図８に示されるような類似電極７３０、７４０、７５０、および７６０が形成される、電極のグリッドを伴う他の行列配列が、使用され、制御されることができる。図８はまた、タッチ検出および非タッチジェスチャ検出を行うように２つのモードで動作し得る、接続された２Ｄ／３Ｄコントローラも示す。

したがって、これらのタイプの実施形態における好ましい電極は、２Ｄ位置付けに使用される、おそらく規則的な２Ｄグリッド７１０の一部である。時間多重化され、したがって、より少ないサンプリング時間をそれぞれ有する、グリッドの内側電極と同一のサンプリング条件を有するタッチ検出のための好ましい電極から、測定を得るために、連続的にサンプリングされた好ましい電極のサンプルの部分は、２Ｄ位置付けのために破棄されることができる。また、最外電極以外の他の電極を好ましいものとして選択することも可能である。

図９は、電極コネクタが１つの層（ここでは最上）の上のみに位置する、２Ｄタッチ設計の抜粋を示す。

２Ｄグリッドの電極から得られる信号は、接触する指を検出するためだけでなく、接触しない動き回る指の検出にも使用されることができる。

モード多重化
自己静電容量測定効果は、指が接近して静電容量を増加させているときのＲｘとＧＮＤとの間の静電容量の変化に基づく。Ｒｘ信号および入力電圧は、この場合、減少するであろう。（指およびセンサシステム上の非常に稀な電位およびそれらの間の結合条件に関して、Ｒｘ入力電圧もまた、ここで上昇することができ、その場合、本区分における全ての電圧変化が逆転されるであろう。）相互静電容量測定効果は、ＴｘとＲｘとの間の静電容量の変化に基づく。システムおよび電極設定に応じて、接近する指は、結合を増加させ（伝送効果）、または結合を低減させている（吸収効果）。図１０は、ＲｘとＴｘとの間の強い基礎結合を伴う電極設定、および基礎結合と比較して小さい漂遊電場を示す。接近する指は、基礎結合に影響を及ぼさないであろうが、ＲｘとＴｘとの間の漂遊電場を縮小するであろう。信号および入力電圧は、この場合、減少するであろう。自己測定効果と組み合わせて、これは、タッチイベント時に減少した信号をもたらすであろう。これは、タッチを適用する、低減した信号を得ることを伴う、第１のモードである。図１１は、ＲｘおよびＴｘ電極の間のわずかな基礎結合を伴う電極設定を示す。タッチイベントがあると、指は、ＲｘおよびＴｘ電極の間の結合を増加させるであろう。これは、増加した信号および入力電圧をもたらすであろう。本伝送効果を伴う相互静電容量測定が、自己測定効果に対して優勢である限り、これは、増加した全体的信号および入力電圧をもたらすであろう。これは、増加した信号および入力電圧を得ることを伴う、第２のモードである。

図１２は、タッチＲｘ電極が囲まれたＴｘ電極の下の底層内に配置される、実施例の断面図を示す。図１２は、伝送モードで操作される４つのボタン（底層内のＲｘ）を示す。

吸収効果が指の接近時に測定信号を一方向に変化させ、伝送効果が測定信号を反対方向に変化させると仮定して、次いで、全体的な信号偏差は、複合自己測定および相互測定効果に依存しており、それによって、相互部分は、吸収または伝送効果のいずれか一方が優勢である。優勢は、センサレイアウトによって与えられる。したがって、１つのＴｘおよび１つのＲｘチャネルを使用し、一方の位置では、電極が吸収モードを優勢にするために設計され、おそらく隣接する他方の位置では、伝送モードを優勢にするために設計される場合に、２つの異なる位置におけるタッチを（ソフトウェアで）区別できることが可能である。

以下では、本タイプの多重化は、モード多重化と称されるであろう。２つのタッチ位置を伴う例示的センサレイアウトが、図１３（ＰＣＢの断面図）に示されている。左側では、Ｒｘ電極は、優勢な吸収モードのために最上層内にあり、右側では、Ｔｘ電極は最上層内にあり、Ｒｘ電極は底層内にある。Ｔｘ電極が接触する指からＲｘ電極を遮蔽してはならないため、図では、それはメッシュ状電極として描写されている。モード多重化に関して、タッチ位置に応じて、吸収モードまたは伝送モードが優勢であり、タッチ時にセンサ信号を一方または他方の方向に逸脱させる。

図１４（上）は、モード多重化センサレイアウトの別の実施例を挙げる。Ｔｘ電極の上にＲｘ電極を伴う電極（１）の左部分に関して、Ｒｘ電極がＴｘと指との間に配置されると、吸収効果が優勢である一方で、電極の右部分に関して、ＲｘおよびＴｘ電極が同層内にあり、Ｔｘ電極がＲｘ電極の周囲で「把持する」と、伝送効果が優勢である。図の底部では、信号偏差が経時的に示され、第１に、電極の左部分（１）、次いで、右部分（２）が触れられ、信号偏差を反対方向に変化させる。

モード多重化をＲｘチャネルに適用することにより、事実上、可能なタッチチャネルの数を倍にすることを可能にする。例えば、サブチャネルのそれぞれの上でのモード多重化とともに、ＭＧＣ３１３０の５つのＧＰＩＯ、３２個の物理チャネルを伴う３２：１アナログマルチプレクサを用いると、仮想タッチチャネルの総数は、３２＊２＝６４である。

モード多重化は、連続的にサンプリングされた好ましいチャネルを含む、任意の（サブ）チャネルに適用されることができる。例えば、優勢な伝送モードのために設計されているタッチセンサレイアウトは、３Ｄ測定のための好ましい電極と同一のＲｘおよびＴｘチャネルを使用することができる。

時間多重化伝送信号
また、いくつかのＴｘ電極を伴うＴｘチャネルに時間多重化を適用することも可能である。この場合、多数のタッチ電極は、同一のＲｘチャネルを共有するが、異なるＴｘチャネルを有する。

定義により、時間多重化Ｔｘ電極が恒久的に浮動状態ではないため、電荷が、Ｔｘ信号によって励起された後に（すなわち、ＭＵＸによってアドレス指定された後に）Ｔｘ電極上にとどまってもよい。これらの電荷は、流出し得、Ｒｘ信号上の不要な過渡電流につながり得る。可能な対策は、（例えば、中間電圧上に置くことによって）Ｔｘ動作後に浮動状態にする前に、Ｔｘ電極の電荷を中性値にすること、または逆Ｔｘ信号を伴う１つの電極（もしくは電極のサブセット）以外のＴｘ信号を伴う全てのＴｘ電極を駆動すること、およびそれに応じてＲｘ測定信号を評価することである。駆動されていないＴｘチャネルはまた、測定中に定義された静電位に設定されてもよい。

Ｒｘチャネルと対照的なＴｘチャネルの時間多重化の利点は、典型的には、アナログＭＵＸより安価である、デジタルＭＵＸを用いて行われ得ることである。不利点は、異なるＴｘ電極上へのＴｘ信号の時間多重化が、励起された電場に影響を及ぼさず、好ましい電極の高感度測定に悪影響を及ぼし得ることである。これは、Ｔｘ多重化の適切なタイミングで補償されてもよい。

図１５は、最上層内に３つの時間多重化Ｔｘ電極および底層内に単一の大型Ｒｘ電極を伴う、センサレイアウトの断面図を示す。底層内の大型Ｒｘ電極は、メッシュ状であり、リングまたは小型Ｔｘ電極は、最上層内にある。（自己測定で得られるような）Ｒｘ−ＧＮＤ静電容量への指の影響は、Ｒｘ電極を底層に移動させることによって低減させられる。

図１６は、伝送モードで操作される３つのボタンを伴う単層設計を用いた別の実施例を示す。ここで、全ての受信電極は、相互に接続される。しかしながら、各受信電極は、専用伝送電極を有する。受信電極は、例えば、リング形状であり、それぞれ、各関連伝送電極を囲繞してもよい。マルチプレクサは、単一の入力と、伝送電極に接続される複数の出力とを備える、アナログまたはデジタルマルチプレクサのいずれか一方であり得る。

符号分割多重化
符号分割多重化は、同一のチャネルの多重使用を可能にする、スペクトラム拡散技法である。コードを把握して、受信機は、異なるソースからの情報を区別することができる。例えば、ＭＧＣ３１３０は、Ｔｘ信号上または中間電圧Ｖｍｉｄ上のいずれかにあり得る、ＣＡＬピンを有する。図１７は、複数の接続されたセグメントを備え得る１つのＲｘ電極を伴う、符号分割多重化を行うための例示的レイアウトを示す。ボタンＢ１上の指が常に、Ｒｘ電極と指との間の静電容量Ｒｘ−ＦおよびＲｘ電極とＴｘ電極との間の静電容量Ｒｘ−Ｔｘの両方を増加させる一方で、ボタンＢ２上の指は、ＣＡＬがＴｘ信号上にあるときのみ、等しくそうする。しかしＣＡＬがＶｍｉｄ上にあるとき、指はＲｘ−Ｔｘ静電容量に影響を及ぼさず、したがって、指がＢ２上にあるときにＲｘチャネル上で測定される信号レベルの変化は、ＣＡＬ状態に依存する。対照的に、ボタンＢ１上の指もまた、Ｒｘ信号レベルを変化させるであろうが、理論上、ＣＡＬ状態から独立している。

多重化方式の組み合わせ
Ｒｘ時間多重化および／またはＴｘ時間多重化ならびに／もしくはモード多重化を組み合わせることが可能である。図１８は、ＭＧＣ３１３０およびその５つのＧＰＩＯとともに使用するための例示的センサ配列を示す。３Ｄジェスチャ認識および位置追跡のための４つのフレーム電極Ｒｘ１−Ｒｘ４は、ＭＧＣ３１３０のＲｘ入力チャネルのうちの４つに直接接続されるものであり、８つの垂直グリッド電極Ｒｘ００−Ｒｘ０７は、（３つのＧＰＩＯによって制御される）８チャネルアナログマルチプレクサを使用して、第５のＲｘ入力チャネルに多重化される。４つの水平Ｔｘグリッド線Ｔｘ１−Ｔｘ４は、（２つのＧＰＩＯによって制御される）アナログまたはデジタル４チャネルマルチプレクサのいずれか一方を使用して、Ｔｘ信号に多重化される。フレーム電極またはセンサ配列全体の下の大型の連続的に駆動されるＴｘ電極は、簡単にするために示されていない。水平Ｔｘおよび垂直Ｒｘ電極のグリッドは、相互静電容量測定、したがって、複数指検出および追跡を可能にする。

容量結合された電極
容量センサ電極は、必ずしもＴｘ／Ｒｘチャネルまたは対応する送給線に直流電気的に結合される必要はない。用途に応じて、容量結合が十分であろう。

用途
本開示の譲受人によって製造されるＭＧＣ３１３０等のジェスチャ検出デバイスを使用する、提案されたシステム設定によって網羅される特徴は、以下である。

応答時間および局所分解能の中程度要件を伴う、容量ボタン、スライダ、および／またはタッチパネル
３Ｄジェスチャ検出および位置追跡
以下を含む、自己静電容量測定を使用する現在／最先端のタッチデバイスによって提供される任意の特徴
１本指追跡
挟持／ズーム（ここではゴーストポイントは問題ではなく、ポイントが相互に向かって、または相互から離れて移動することだけが重要である）
センサ基板は、ディスプレイガラス、（フレックス）ＰＣＢ、任意の他の誘電または非導電性材料であり得る。

２Ｄタッチグリッドを使用して推定される連続２Ｄ位置を数値化することによる、多数の仮想離散ボタン
用途の分野
本開示による種々の実施形態は、家庭、自動車、工業、消費者電子機器、医療、または衛生機器を含んでもよい。例えば、そのようなデバイスは、コーヒーの濃度を選択するための機械ホイールに取って代わるように空中の指による円形運動を検出する、「ＡｉｒＷｈｅｅｌ」等のタッチセンサ式ボタン選択および非タッチジェスチャ検出を伴うコーヒーマシン等の家庭用機器で使用されてもよい。音量、速度等を含む、任意のタイプの増加／減少制御が、そのような非タッチジェスチャによって行われることができる。タッチ機能性は、数値キーパッドを含んでもよい。他の消費者電子機器は、電子書籍リーダまたは任意の他のモバイルデバイスを含んでもよい。現在、容量または機械ボタンをすでに使用している、任意の他の用途は、上記で説明されるようにタッチ機能が具現化される、３Ｄジェスチャを使用して特徴改良されることができる。

Claims (19)

1. 複数の入力チャネルおよび出力チャネルと複数の汎用Ｉ／Ｏポートとを備える３次元ジェスチャ検出コントローラであって、前記３次元ジェスチャ検出コントローラは、前記出力チャネルと結合される少なくとも１つの伝送電極を通して交流電気近接場を生成し、前記入力チャネルのうちのいくつかは、３次元受信電極と結合される、３次元ジェスチャ検出コントローラと、
   複数のタッチ電極と
   を備えるシステムであって、受信マルチプレクサが前記入力チャネルのうちの１つを前記複数のタッチ電極と結合し、前記受信マルチプレクサは、所与の期間に、前記３次元受信電極からのより多くの信号が、前記タッチ電極からの信号よりも多くスキャンされるように、時分割多重アクセス方式を用いた時間多重化によって制御され、
   各入力チャネルは、関連付けられたアナログ・デジタル変換器を有し、各アナログ・デジタル変換器のサンプリングレートは、前記タッチ電極に割り当てるよりも多くのサンプリング周期を前記３次元受信電極に割り当てるように調節される、システム。
2. 前記受信マルチプレクサは、全ての受信マルチプレクサの入力が短絡されるモードを提供するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記受信マルチプレクサは、全ての受信マルチプレクサの入力のうちの事前定義されたサブセットが短絡されるモードを提供するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記３次元ジェスチャ検出コントローラは、前記アナログ・デジタル変換器および各入力チャネルと結合された内部マルチプレクサを備え、前記内部マルチプレクサは、前記タッチ電極に割り当てるよりも多くのサンプリング周期を前記３次元受信電極に割り当てるように制御される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記３次元ジェスチャ検出コントローラは、５つの入力チャネルを備え、４つの入力チャネルは、４つの受信電極に接続され、第５の入力チャネルは、前記受信マルチプレクサの出力と結合される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記システムは、１つまたは複数の離散アナログマルチプレクサと、１つまたは複数の離散デジタルマルチプレクサとを備え、それぞれ前記３次元ジェスチャ検出コントローラと結合され、前記汎用Ｉ／Ｏポートによって制御される、請求項１に記載のシステム。
7. 複数の伝送電極をさらに備え、前記３次元ジェスチャ検出コントローラは、前記１つまたは複数の離散デジタルマルチプレクサの入力と結合される１つの出力チャネルを備え、前記伝送電極は、前記１つまたは複数の離散デジタルマルチプレクサの出力と結合され、前記タッチ電極は、前記１つまたは複数の離散アナログマルチプレクサの入力と結合される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記タッチ電極は、１つまたは複数のタッチボタン電極を備える、請求項１に記載のシステム。
9. 前記タッチ電極は、スライダ電極を形成するように配列される１つまたは複数のタッチセグメント電極を備える、請求項１に記載のシステム。
10. 前記３次元受信電極および前記タッチ電極は、直線に沿って配列される、請求項１に記載のシステム。
11. 前記３次元受信電極および前記タッチ電極は、タッチ検出電極グリッドの電極セグメントによって形成される、請求項１に記載のシステム。
12. 前記タッチ電極は、タッチ検出電極グリッドの電極セグメントによって形成され、前記３次元受信電極は、前記タッチ検出電極グリッドのフレームを形成するように配列される、請求項１に記載のシステム。
13. 前記タッチ検出電極グリッドは、単層内に配列される電極セグメントを備える、請求項１２に記載のシステム。
14. タッチ電極は、伝送電極の上方に配列される、請求項１に記載のシステム。
15. タッチ電極は、関連伝送電極と同一の層内に配列され、前記関連伝送電極に隣接する、請求項１に記載のシステム。
16. 前記伝送電極は、メッシュ状電極であり、タッチ電極は、前記伝送電極の下に配列される、請求項１に記載のシステム。
17. 前記伝送電極は、メッシュ状電極であり、前記３次元受信電極は、前記伝送電極と同一の層内に配列される、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記３次元受信電極の下に配列される付加的伝送電極をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
19. タッチ電極は、関連伝送電極と同一の層内に配列される第１のセグメントと、前記伝送電極の下に配列される第２のセグメントとを備える、請求項１に記載のシステム。