JP7490678B2 - 圧力検知装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、圧力検知タッチパネルからの信号を処理するための装置及び方法、ならびにその装置及び方法を使用するタッチパネルシステムに関する。
抵抗膜方式タッチパネル及び静電容量式タッチパネルは、コンピュータ及びモバイルデバイス用の入力デバイスとして使用される。多くの場合、一種の静電容量式タッチパネル、つまり投影型静電容量式タッチパネルがモバイルデバイスに使用される。投影型静電容量式タッチパネルの一例は、ＵＳ ２０１０／００７９３８４ Ａ１に説明されている。
投影型静電容量式タッチパネルは、導電性物体の近接によって引き起こされる電場の変化を検出することによって動作する。投影型静電容量式タッチパネルに触れる場所は、多くの場合、容量センサのアレイまたはグリッドを使用し、決定される。投影型静電容量式タッチパネルは、通常、シングルタッチイベントとマルチタッチイベントを区別できるが、投影型静電容量式タッチパネルには圧力を検知できないという欠点がある。したがって、投影型静電容量式タッチパネルは、比較的に軽いタップと比較的に重い押下を区別できない傾向がある。圧力を検知できるタッチパネルは、タッチパネルとのユーザーとの対話（複数可）についての追加情報を提供することによって、ユーザーが新しい方法でデバイスと対話できるようにする。
ＷＯ ２０１６／１０２９７５ Ａ２は、単一の信号が増幅され、次いで圧力成分及び静電容量成分に分離される、静電容量と圧力の複合検知のための装置及び方法を説明する。ＷＯ ２０１７／１０９４５５ Ａ１は、単一の信号が静電容量信号、及び増幅される圧力信号に分離される、静電容量と圧力の複合的な検知のための装置及び方法を説明する。
本発明の第１の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理するための装置が提供される。タッチパネルは、複数の検知電極と少なくとも１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を含む。装置は、複数の検知電極への接続のための第１の回路を含む。第１の回路は、複数の第１の圧力信号を生成するように構成される。各第１の圧力信号は、１つ以上の検知電極に対応し、対応する１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力を示す。また、装置は、少なくとも１つの共通電極への接続のための第２の回路も含む。第２の回路は、タッチパネルに印加された全圧を示す第２の圧力信号を生成するように構成される。また、装置は、第２の圧力信号の加重差及び複数の第１の圧力信号の和に基づいて全圧の推定値を決定するように構成されたコントローラも含む。
各検知電極は、単一の第１の圧力信号に寄与する場合がある。
コントローラは、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定するようにさらに構成されてよい。第２の圧力信号の加重差及び複数の第１の圧力信号の和に使用される係数は、場所に依存する場合がある。
コントローラは、以下の方程式を使用し、全圧の推定値を決定し得、
Figure 0007490678000001
上式では、ＦＣＥは、少なくとも１つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、ＱＣＥは、少なくとも１つの共通電極で測定された電荷であり、Ｑｓｅｎは、複数の検知電極のすべてで測定された電荷の和であり、ＣＣＥは、ゼロと１との間の値を有する事前に較正された定数である。全圧の推定値は、ＦＣＥに基づく場合がある。
コントローラは、少なくとも１つの圧力信号のそれぞれのために、第１の圧力信号、第２の圧力信号、及び全圧に基づいて、対応する１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を決定するようにさらに構成されてよい。
コントローラは、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定するように構成されてよい。１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を決定するために使用される１つ以上の係数は、場所に依存する場合がある。
タッチパネルは、Ｎ個の検知電極を含んでよく、コントローラは、以下の方程式を使用し、１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を決定してよい。
Figure 0007490678000002
上式では、Ｆｎは、Ｎ個の検知電極のｎ番目で誘導された圧電電荷であり、ＦＣＥは、少なくとも１つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、Ｑｎは、Ｎ個の検知電極のｎ番目で測定された電荷であり、ＱＣＥは、少なくとも１つの共通電極で測定された電荷であり、ＣＣＥは、ゼロと１との間の値を有する事前に較正された定数であり、ｋｎは、Ｎ個の検知電極のｎ番目に対応し、ゼロと１の間の値を有する事前に較正された定数である。１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値は、Ｆｎの１つ以上の対応する値に基づく場合がある。
また、第１の回路は、各第１の電極のために、検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成するように構成されてもよい。コントローラは、静電容量信号に基づいて、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定するように構成されてよい。
第１の圧力信号及び静電容量信号を生成することは、検知電極から受信した単一の信号を分離することを含んでよい。
各第１の圧力信号は、単一の検知電極に対応してよい。
コントローラ及び静電容量式タッチコントローラは、単一のデバイスによって提供されてよい。単一のデバイスはマイクロコントローラを含んでよい。
タッチパネルシステムは、装置と、複数の検知電極と少なくとも１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を含むタッチパネルを含んでよい。
電子デバイスは、タッチパネルシステムを含んでよい。
本発明の第２の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理する方法が提供される。タッチパネルは、複数の検知電極と少なくとも１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を含む。方法は、複数の第１の圧力信号を生成することを含む。各第１の圧力信号は、１つ以上の検知電極から受信した信号に基づく。各第１の圧力信号は、対応する１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力を示す。また、方法は、少なくとも１つの共通電極から受信した信号に基づいて、タッチパネルに印加された全圧を示す第２の圧力信号を生成することも含む。また、方法は、第２の圧力信号及び複数の第１の圧力信号の和の加重差に基づいて、全圧の推定値を決定することも含む。
また、方法は、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定することも含んでよい。第２の圧力信号及び複数の第１の圧力信号の和の加重差に使用される係数は、場所に依存する場合がある。
タッチパネルに印加された全圧の推定値を決定することは、以下の方程式を使用することを含んでよく、
Figure 0007490678000003

上式では、ＦＣＥは、少なくとも１つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、ＱＣＥは、少なくとも１つの共通電極で測定された電荷であり、Ｑｓｅｎは、複数の検知電極のすべてで測定された電荷の和であり、ＣＣＥは、ゼロと１との間の値を有する事前に較正された定数である。全圧の推定値は、ＦＣＥに基づく場合がある。
また、方法は、少なくとも１つの第１の圧力信号のそれぞれについて、第１の圧力信号、第２の圧力信号、及び全圧に基づいて、対応する１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を決定することを含んでもよい。
また、方法は、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定することも含んでよい。１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を決定するために使用される１つ以上の係数は、場所に依存する場合がある。
タッチパネルは、Ｎ個の検知電極を含んでよい。１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を決定することは、以下の方程式を使用することを含んでよく、
Figure 0007490678000004
上式では、Ｆｎは、Ｎ個の検知電極のｎ番目で誘導された圧電電荷であり、ＦＣＥは、少なくとも１つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、Ｑｎは、Ｎ個の検知電極のｎ番目で測定された電荷であり、ＱＣＥは、少なくとも１つの共通電極で測定された電荷であり、ＣＣＥは、ゼロと１との間の値を有する事前に較正された定数であり、ｋｎは、Ｎ個の検知電極のｎ番目に対応し、ゼロと１の間の値を有する事前に較正された定数である。１つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値は、Ｆｎの１つ以上の対応する値に基づく場合がある。
また、方法は、各検知電極から受信した信号に基づいて、検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成することを含んでもよい。また、方法は、静電容量信号に基づいて、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定することを含んでもよい。
第１の圧力信号及び静電容量信号を生成することは、検知電極から受信した単一の信号を分離することを含んでよい。
各第１の圧力信号は、単一の検知電極に対応してよい。
本発明の第３の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理するための装置が提供される。タッチパネルは、いくつかの検知電極と少なくとも１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を含む。装置は、検知電極への接続のための静電容量式タッチコントローラを含む。また、装置は、検知電極のいくつかまたはすべてへの接続のためのいくつかの入力、及びシステム接地または共通モード電圧に接続された出力を含むスイッチネットワークも含む。また、装置は、少なくとも１つの共通電極への接続のためであり、少なくとも１つの共通電極から受信した信号に基づいて、タッチパネルに印加された全圧を示す第２の圧力信号を生成するように構成された第２の回路も含む。また、装置は、圧力測定期間中に、システム接地または共通モード電圧に任意の接続された検知電極を結合し、圧力測定期間中の第２の圧力信号に基づいて全圧の推定値を決定するようにスイッチネットワークを制御するように構成されたコントローラも含む。
第２の回路は、静電容量式タッチコントローラの内部電荷増幅器であってよい。
装置は、静電容量測定期間中に、検知電極に内部電荷増幅器を接続し、圧力測定期間中に、少なくとも１つの共通電極に内部電荷増幅器を接続するように構成された第３のスイッチネットワークを含んでよい。
第３のスイッチネットワークは、静電容量測定期間中に、システム接地または共通モード電圧に少なくとも１つの共通電極を接続し、圧力測定期間中に、システム接地または共通モード電圧に検知電極を接続するようにさらに構成されてよい。
また、装置は、静電容量測定期間中に、システム接地または共通モード電圧に少なくとも１つの共通電極を接続し、圧力測定期間中に第２の回路に少なくとも１つの共通電極を接続するように構成された共通電極スイッチを含んでもよい。
スイッチネットワークは、検知電極のサブセットへの接続のために構成されてよい。また、装置は、サブセットに含まれない検知電極への接続のための第１の回路を含んでもよく、第１の回路は、接続された検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力を示す第１の圧力信号を生成するように構成される。コントローラは、第２の圧力信号と第１の圧力信号の加重差に基づいて全圧の推定値を決定するように構成されてよい。
静電容量式タッチコントローラは、対応する第１のスイッチを介して各検知電極への接続のために構成されてよい。スイッチネットワークの各入力は、対応する第２のスイッチによってシステム接地または共通モード電圧に接続されてよい。第２の回路は、第２の圧力信号を生成するように構成された共通電極電荷増幅器を含んでよい。コントローラは、静電容量測定期間中に第１のスイッチを閉じ、第２のスイッチを開き、圧力測定期間中に第１のスイッチを開き、第２のスイッチを閉じるように第１の及び第２のスイッチを制御するように構成されてよい。
共通電極電荷増幅器は、第３のスイッチと並列で接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを含んでよい。コントローラは、圧力測定期間中の１つ以上のリセット期間中に閉じるように第３のスイッチを制御するようにさらに構成されてよい。
静電容量式タッチコントローラは、各検知電極のために、検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成するように構成されてよい。コントローラまたは静電容量式タッチコントローラは、静電容量信号に基づいて、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定するように構成されてよい。
タッチパネルシステムは、装置と、いくつかの検知電極と少なくとも１つの共通電極の間に配置された圧電材料の層を含むタッチパネルとを含んでよい。
電子デバイスは、タッチパネルシステムを含んでよい。
本発明の第４の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理する方法が提供される。タッチパネルは、いくつかの検知電極と少なくとも１つの共通電極の間に配置された圧電材料の層を含む。検知電極は、静電容量式タッチコントローラに接続される。少なくとも１つの共通電極は、第２の回路に接続される。方法は、スイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に検知電極のいくつかまたはすべてを結合することを含む。また、方法は、第２の回路を使用し、タッチパネルに印加された全圧を示す第２の圧力信号を生成することも含み、第２の圧力信号は、少なくとも１つの共通電極から受信した信号に基づいている。また、方法は、コントローラを使用し、圧力測定期間中に第２の圧力信号に基づいて全圧の推定値を決定することも含む。
第２の回路は、静電容量式タッチコントローラの内部電荷増幅器であってよい。
また、方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、静電容量測定期間中に検知電極に内部電荷増幅器を接続することを含んでもよい。また、方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中に少なくとも１つの共通電極に内部電荷増幅器を接続することを含んでもよい。
また、方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、静電容量測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に少なくとも１つの共通電極を接続することを含んでもよい。また、方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に検知電極を接続することを含んでもよい。
また、方法は、共通電極スイッチを使用し、静電容量測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に少なくとも１つの共通電極を接続することを含んでもよい。また、方法は、共通電極スイッチを使用し、圧力測定期間中に第２の回路に少なくとも１つの共通電極を接続することを含んでもよい。
スイッチネットワークは、検知電極のサブセットに接続されてよい。また、方法は、サブセットに含まれない検知電極に接続された第１の回路を使用し、接続された検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力を示す第１の圧力信号を生成することを含んでもよい。全圧の推定値を決定することは、第２の圧力信号と第１の圧力信号の加重差に基づいて全圧の推定値を決定することを含んでよい。
各検知電極は、対応する第１のスイッチによって静電容量式タッチコントローラに接続されてよい。スイッチネットワークは、いくつかの第２のスイッチを含んでよく、各第２のスイッチは、システム接地または共通モード電圧に検知電極を接続する。第２の回路は、第２の圧力信号を生成するように構成された共通電極電荷増幅器を含んでよい。また、方法は、静電容量測定期間中に第１のスイッチを閉じ、第２のスイッチを開き、圧力測定期間中に第１のスイッチを開き、第２のスイッチを閉じるように第１の及び第２のスイッチを制御するためにコントローラを使用することを含んでもよい。
共通電極電荷増幅器は、第３のスイッチと並列で接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを含んでよい。また、方法は、圧力測定期間中の１つ以上のリセット期間中に閉じるように第３のスイッチを制御するためにコントローラを使用することを含んでもよい。
また、方法は、各検知電極のために、静電容量式タッチコントローラを使用し、検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成することを含んでもよい。また、方法は、コントローラまたは静電容量式タッチコントローラを使用し、静電容量信号に基づいて、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定することを含んでもよい。
本発明の第５の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理するための装置が提供される。タッチパネルは、いくつかの検知電極と１つ以上の共通電極との間に配置された圧電材料の層を含む。装置は、検知電極への接続のための静電容量式タッチコントローラを含む。また、装置は、検知電極のいくつかまたはすべてへの接続のためのいくつかの入力、及びシステム接地または共通モード電圧に接続された出力を含むスイッチネットワークも含む。また、装置は、１つ以上の共通電極への接続のためであって、各共通電極のために、その共通電極に近接するタッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成するように構成された第２の回路も含む。また、装置は、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に任意の接続された検知電極を結合するようにスイッチネットワークを制御するように構成されたコントローラも含む。また、コントローラは、圧力測定期間中に１つ以上の第２の圧力信号をサンプリングするように構成される。
装置は、本発明の第１から第４の態様の任意の特徴に対応する特徴を含んでよい。
第２の回路は、静電容量式タッチコントローラの１つ以上の内部電荷増幅器を含んでよい。
また、装置は、静電容量測定期間中に検知電極の１つに各内部電荷増幅器を接続し、圧力測定期間中に１つ以上の共通電極の１つに各内部電荷増幅器を接続するように構成された第３のスイッチネットワークを含んでもよい。
第３のスイッチネットワークは、静電容量測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に各共通電極を接続し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に、対応する検知電極を接続するようにさらに構成されてよい。
また、装置は、１つ以上の共通電極スイッチを含んでもよい。各共通電極スイッチは、静電容量測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に、対応する共通電極を接続するように構成されてよい。各共通電極スイッチは、圧力測定期間中に第２の回路に、対応する共通電極を接続するように構成されてよい。
スイッチネットワークは、検知電極のサブセットへの接続のために構成されてよい。また、装置は、サブセットに含まれない検知電極への接続のための第１の回路を含んでもよい。第１の回路は、接続された検知電極に対応する１つ以上の第１の圧力信号を生成するように構成されてよい。
コントローラは、第２の圧力信号と第１の圧力信号の加重和に基づいてタッチパネルに印加された全圧の推定値を決定するように構成されてよい。
静電容量式タッチコントローラは、対応する第１のスイッチを介して各検知電極への接続のために構成されてよい。スイッチネットワークの各入力は、対応する第２のスイッチによってシステム接地または共通モード電圧に接続されてよい。第２の回路は、１つ以上の共通電極電荷増幅器を含んでよい。各共通電極電荷増幅器は、対応する共通電極に接続され、その共通電極に対応する第２の圧力信号を生成するように構成されてよい。コントローラは、静電容量測定期間中に第１のスイッチを閉じ、第２のスイッチを開くように第１の及び第２のスイッチを制御するように構成されてよい。コントローラは、圧力測定期間中に第１のスイッチを開き、第２のスイッチを閉じるように第１の及び第２のスイッチを制御するように構成されてよい。
各共通電極電荷増幅器は、第３のスイッチと並列に接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを含んでよい。コントローラは、圧力測定期間中の１つ以上のリセット期間中に閉じるように第３のスイッチを制御するようにさらに構成されてよい。
静電容量式タッチコントローラは、各検知電極のために、検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成するように構成されてよい。コントローラまたは静電容量式タッチコントローラは、静電容量信号に基づいて、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定するように構成されてよい。
コントローラ及び静電容量式タッチコントローラは、単一のデバイスによって提供されてよい。また、単一のデバイスは第２の回路を提供してもよい。単一のデバイスはマイクロコントローラを含んでよい。
タッチパネルシステムは、第５の態様の装置、及びいくつかの検知電極と１つ以上の共通電極の間に配置された圧電材料の層を含むタッチパネルを含んでよい。
電子デバイスは、タッチパネルシステムを含んでよい。
本発明の第６の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理するための装置が提供される。タッチパネルは、いくつかの第１の検知電極といくつかの第２の検知電極との間に配置された圧電材料の層を含む。第１の検知電極は、第２の検知電極よりもタッチパネルの入力面により近い。装置は、第１の及び第２の検知電極への接続のための静電容量式タッチコントローラを含む。また、装置は、第１の検知電極への接続のための複数の入力、及びシステム接地または共通モード電圧に接続された出力を含むスイッチネットワークも含む。また、装置は、第２の検知電極への接続のためであって、各第２の検知電極のために、その第２の検知電極に近接するタッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成するように構成された第２の回路も含む。また、装置は、圧力測定期間中に、システム接地または共通モード電圧に第１の検知電極を結合するようにスイッチネットワークを制御するように構成されたコントローラも含む。また、コントローラは、圧力測定期間中に、１つ以上の第２の圧力信号をサンプリングするように構成される。
装置は、本発明の第１から第５の態様の任意の特徴に対応する特徴を含んでよい。
タッチパネルシステムは、第６の態様に係る装置と、いくつかの第１の検知電極といくつかの第２の検知電極の間に配置された圧電材料の層を含むタッチパネルとを含んでよい。
電子デバイスは、タッチパネルシステムを含んでよい。
本発明の第７の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理する方法が提供される。タッチパネルは、複数の検知電極と１つ以上の共通電極との間に配置された圧電材料の層を含む。検知電極は静電容量式タッチコントローラに接続され、１つ以上の共通電極は第２の回路に接続される。方法は、スイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に検知電極のいくつかまたはすべてを結合することを含む。また、方法は、各共通電極のために、第２の回路を使用し、その共通電極に近接するタッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成することも含む。また、方法は、圧力測定期間中に第２の圧力信号をサンプリングすることも含む。
方法は、本発明の第１から第６の態様の任意の特徴に対応する特徴を含んでよい。
第２の回路は、静電容量式タッチコントローラの１つ以上の内部電荷増幅器を含んでよい。
また、方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、静電容量測定期間中に検知電極の１つに各内部電荷増幅器を接続することを含んでもよい。方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中に１つ以上の共通電極のうちの１つに内部電荷増幅器を接続することを含んでよい。
また、方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、静電容量測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に１つ以上の共通電極を接続することを含んでもよい。また、方法は、第３のスイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に、対応する検知電極を接続することを含んでもよい。
また、方法は、１つ以上の共通電極スイッチを使用し、静電容量測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に各共通電極を接続することを含んでもよい。また、方法は、共通電極スイッチを使用し、圧力測定期間中に第２の回路に各共通電極を接続することを含んでもよい。
スイッチネットワークは、検知電極のサブセットに接続されてよい。また、方法は、サブセットに含まれない検知電極に接続された第１の回路を使用し、接続された検知電極に対応する１つ以上の第１の圧力信号を生成することを含んでもよい。
また、方法は、第２の圧力信号及び第１の圧力信号の加重和に基づいて、タッチパネルに印加された全圧の推定値を決定することを含んでもよい。
各検知電極は、対応する第１のスイッチによって静電容量式タッチコントローラに接続されてよい。スイッチネットワークは、いくつかの第２のスイッチを含んでよい。各第２のスイッチは、システム接地または共通モード電圧に検知電極を接続してよい。第２の回路は、１つ以上の共通電極電荷増幅器を含んでよい。各共通電極電荷増幅器は対応する共通電極に接続され、その共通電極に対応する第２の圧力信号を生成するように構成されてよい。また、方法は、静電容量測定期間中に第１のスイッチを閉じ、第２のスイッチを開くように第１の及び第２のスイッチを制御するためにコントローラを使用することを含んでもよい。また、方法は、圧力測定期間中に第１のスイッチを開き、第２のスイッチを閉じるように第１の及び第２のスイッチを制御するためにコントローラを使用することを含んでもよい。
各共通電極電荷増幅器は、第３のスイッチと並列に接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを含んでよい。また、方法は、圧力測定期間中の１つ以上のリセット期間中に閉じるように第３のスイッチを制御するためにコントローラを使用することを含んでもよい。
また、方法は、各検知電極のために、静電容量式タッチコントローラを使用し、検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成することを含んでもよい。また、方法は、コントローラまたは静電容量式タッチコントローラを使用し、静電容量信号に基づいて、圧力がタッチパネルに印加される場所を決定することを含んでもよい。
本発明の第８の態様によれば、タッチパネルからの信号を処理する方法が提供される。タッチパネルは、いくつかの第１の検知電極といくつかの第２の検知電極との間に配置された圧電材料の層を含む。第１の検知電極は、第２の検知電極よりもタッチパネルの入力面により近い。第１の及び第２の検知電極は静電容量式タッチコントローラに接続され、第２の検知電極は第２の回路に接続される。方法は、スイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に第１の検知電極を結合することを含む。また、方法は、各第２の検知電極のために、第２の回路を使用し、その第２の検知電極に近接するタッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成することも含む。また、方法は、圧力測定期間中に第２の圧力信号をサンプリングすることも含む。
方法は、本発明の第１から第７の態様の任意の特徴に対応する特徴を含んでよい。
本発明の特定の実施形態は、以下の添付の図面を参照して、例としてここに説明される。
圧電センサの等価回路図である。 第１の測定回路の回路図である。 第２の測定回路の回路図である。 第３の測定回路の回路図である。 第４の測定回路の回路図である。 第５の測定回路の回路図である。 圧電圧力測定用の第１のタッチパネルの断面図である。 差動圧電圧力測定のための第１の装置を示す。 差動圧電圧力測定値を取得する方法を示す。 差動圧電圧力測定値を取得する方法を示す。 検知電極及び共通電極上の外部から誘導された電荷に対応する測定信号を示す。 検知電極及び共通電極上の圧電誘導電荷に対応する測定信号を示す。 差動圧電圧力測定のための第２の装置を示す。 Ａは、駆動信号に同期されたアナログ－デジタル変換器を使用し、重畳された静電容量信号及び圧電圧力信号を分離することを示す。Ｂは、駆動信号に同期されたアナログ－デジタル変換器を使用し、重畳された静電容量信号及び圧電圧力信号を分離することを示す。Ｃは、駆動信号に同期されたアナログ－デジタル変換器を使用し、重畳された静電容量信号及び圧電圧力信号を分離することを示す。 差動圧電圧力測定用の電荷増幅器の例示的な構成を示す。 圧電圧力測定用の第２のタッチパネルの平面図である。 圧電圧力測定用の第３のタッチパネルの平面図である。 差動圧電圧力測定のための第３の装置を示す。 差動圧電圧力測定のための第４の装置を示す。 圧電圧力測定のための第５の装置を示す。 差動圧電圧力測定のための第６の装置を示す。 圧電圧力測定のための第７の装置を示す。 圧電圧力測定のための第８の装置を示す。 圧電圧力測定のための第９の装置を示す。 圧電圧力測定のための第１０の装置を示す。 第１０の装置のスイッチタイミングを示す。 第１０の装置の代替のスイッチタイミングを示す。 第１０の装置の代替のスイッチタイミングを示す。 圧電圧力測定のための第４のタッチパネルを示す。 圧電圧力測定のための第１１の装置を示す。 第１１の装置の回路の例を示す。 図３１に示す回路に対応する信号を示す。 第５のタッチパネルを示す。 圧電圧力測定のための第１２の装置を示す。 図３４に示す第６のタッチパネルを示す。 第７のタッチパネルを示す。 圧電圧力測定のための第１３の装置を示す。 圧電圧力測定のための第１４の装置を示す。
以下の説明では、類似した部分は、類似した参照番号で示される。
状況によっては、さまざまな不必要な信号が、ユーザーの指または導電性スタイラスを介して圧電圧力検知タッチパネルまたは静電容量と圧電圧力の複合的な検知タッチパネルの検知電極に結合してよい。そのような信号は、所望の圧電圧力信号とともに増幅される場合があり、圧電圧力信号と同等またはそれよりも大きい振幅である場合がある。例えば、圧電圧力検知タッチパネルまたは静電容量と圧電圧力の複合的な検知タッチパネルセンサ上に置かれたユーザーの指は、本線の干渉を検知電極の中に結合する場合がある。さらにまたは代わりに、ユーザーは静電気を帯電する場合があり、これにより圧電圧力検知タッチパネルまたは静電容量と圧電圧力の複合的な検知タッチパネルの検知電極に結合する場合がある。
圧電センサは、通常は低周波数で高出力インピーダンスを有する２つの電極デバイスであり、これによって圧電センサは外部電場から干渉を拾いやすくなる場合がある。機械的歪みに起因して圧電センサの２つの電極で生成される所望の信号は、反対の極性である。対照的に、外部電場への結合に起因する干渉は、両方の電極で同じ極性となる。本明細書は、所望の圧電圧力信号を保持または強化しながら、外部電場への結合からの干渉が低減または除去され得るように、圧電材料の層の両側に配置された電極からの信号を結合するための方法及び装置を説明する。
圧電検知
図１を参照すると、圧電センサ１の等価回路が示されている。
圧電センサ１は、コンデンサＣｐｉｅｚｏと直列の電圧源Ｖｐｉｅｚｏとしてモデル化されてよい。静電容量Ｃｐｉｅｚｏは、間に圧電材料を有して配置される第１の電極と第２の電極の間の静電容量を示す。電圧源Ｖｐｉｅｚｏは、力が圧電センサ１に印加されるとき、静電容量Ｃｐｉｅｚｏにわたって生成される開回路電圧を表す。
また、図２を参照すると、測定回路２の第１の例が示されている。
第１の測定回路２は、圧電センサ１を横切って接続された入力と、増幅器Ａ１の出力と反転入力を横切って並列に接続された抵抗器Ｒｆｂ及びコンデンサＣｆｂの形のフィードバックネットワークとを有するシングルエンド増幅器Ａ１を含む。実際には、第１の測定回路２は、追加の受動部品、フィードバックネットワークをリセットするためのスイッチなどを含んでよい。使用される特定の構成に応じて、第１の測定回路２は、電圧、電流、電荷、またはその組み合わせを測定し得る。
また、図３を参照すると、測定回路３の第２の例が示されている。
シングルエンド増幅器Ａ１の非反転入力が、圧電センサ１の電極に接続されるよりむしろ接地される点を除き、第２の測定回路３は、第１の測定回路２と同じである。このようにして、第２の測定回路３は、接地電位にある反転入力の中に流れ込む電流Ｉ１を測定する。第２の測定回路のこの構成は、寄生容量の影響を低減または排除し得る。理想的な状況では、測定された電流Ｉ１は、誘導圧電電流信号Ｉｐｉｅｚｏに実質的に等しい。つまり、Ｉ１≒Ｉｐｉｅｚｏである。通常、第２の測定回路３は、出力ＶＯＵＴ１上で、圧電センサ１にわたって誘導された電荷Ｑｐｉｅｚｏに対応する電荷信号を提供するために電流信号Ｉ１を統合するように構成される。言い換えると、ＶＯＵＴ１は、同様に圧電センサ１に印加された力に機能的に関係する圧電電荷Ｑｐｉｅｚｏに機能的に関係している。
また、図４を参照すると、測定回路４の第３の例が示されている。
第３の測定回路４が電磁干渉Ｖｉｎｔの外部ソースに対する容量結合を表す等化回路５を含む点を除き、第３の測定回路４は第２の測定回路３と同じである。
シングルエンド増幅器Ａ１での潜在的な問題は、外部電場が増幅器入力で電荷を誘導し、それが圧電圧力信号と解釈される場合がある点である。この問題は、圧電圧力検知用のタッチスクリーン、または静電容量式タッチと圧電圧力の複合的な検知のためのタッチスクリーンの圧電力センサで発生する場合がある。測定される力を印加するユーザーの指または導電性スタイラスは、通常、ガラス及び／またはプラスチックの１つまたは複数の薄層によって圧電力センサを形成する電極から分離される。ユーザーの指または導電性スタイラスは、圧電力センサを形成する電極に対して異なる電位であってよい。そのような電位差は、例えば本線電源によって誘発されるピックアップなど、例えば静電帯電または他の電源に対する結合によって発生する場合がある。
第３の測定回路４では、干渉する電磁源Ｖｉｎｔが、１対の静電容量Ｃｉｎｔ１及びＣｉｎｔ２を介して圧電センサ１の両方の電極に結合する。その結果、測定信号Ｉ１は、所望の圧電圧力信号Ｉｐｉｅｚｏ及び不要な干渉信号Ｉｉｎｔ１の重畳である。つまり、Ｉ１＝Ｉｐｉｅｚｏ＋Ｉｉｎｔ１である。測定信号Ｉ１の中に干渉信号成分Ｉｉｎｔ１が含まれることによって、印加された力を決定する際にエラー、例えば、印加された力の偽検出が引き起こされる場合がある、及び／または印加された力の最小の確実に信頼可能な増分を増加させる場合がある。
差動測定
圧電センサ１を形成する１対の第１の電極と第２の電極との間の圧電材料の分極Ｐに応えて誘発された電流は、第１の及び第２の電極のそれぞれで反対の向きを有する。対照的に、外部ソースＶｉｎｔによって誘導される干渉信号は、圧電センサ１を形成する第１の及び第２の電極に同じ符号を有する。
また、図５を参照すると、測定回路６の第４の例が示されている。
第４の測定回路６において、第１のシングルエンド増幅器Ａ１では、第１の測定電流Ｉ１を受け取るために一方の入力が圧電センサ１の第１の電極７に接続され、第１の増幅器Ａ１の他方の入力は接地されている。同様に、第２のシングルエンド増幅器Ａ２では、第２の測定電流Ｉ２を受け取るために一方の入力が圧電センサ１の第２の電極８に接続され、第２の増幅器Ａ２の他方の入力は接地されている。第３のシングルエンド増幅器Ａ３では、一方の入力が第１の増幅器Ａ１の出力Ｖｏｕｔ１に接続され、他方の入力が第２の増幅器Ａ２の出力Ｖｏｕｔ２に接続されている。増幅器Ａ１、Ａ２、Ａ３のそれぞれは、それぞれの抵抗性容量性フィードバックネットワークＲｆｂ１－Ｃｆｂ１、Ｒｆｂ２－Ｃｆｂ２、Ｒｆｂ３－Ｃｆｂ３を有する。
干渉源Ｖｉｎｔは、第１の静電容量Ｃｉｎｔ１によって第１の電極７に、第２の静電容量Ｃｉｎｔ２によって第２の電極８に容量結合される。上述のように、第１の電極と第２の電極７、８との間の圧電材料の分極Ｐに応えて誘導された電流Ｉｐｉｅｚｏは、端子７、８のそれぞれで反対の向きを有する。それに対し、干渉源ＶＩｎｔによって誘導された干渉信号Ｉｉｎｔ１、Ｉｉｎｔ２は同じ符号を有する。したがって、第１の及び第２の測定電流は、以下のように概算し得る。
Figure 0007490678000005
第３の増幅器Ａ３は差を求めるために使用され、ＩＩＮＴ１≒ＩＩＮＴ２であるとき、第３の増幅器Ａ３の出力Ｖｏｕｔは以下に関係する。
Figure 0007490678000006
このようにして、圧電センサ１の両方の電極７、８から流れる電流を測定することによって、干渉源Ｖｉｎｔの影響が低減または除去される圧電電流Ｉｐｉｅｚｏの測度を決定することができる。
一般的な場合、Ｃｉｎｔ１≠Ｃｉｎｔ２及びＩｉｎｔ１≠Ｉｉｎｔ２の場合、加重差が使用されてよい。例えば、αが較正実験から決定されたスカラー定数であるＩｉｎｔ１＝α．Ｉｉｎｔ２である場合、次いで干渉源Ｖｉｎｔの影響は、以下を求めることによって低減または除去され得る。
Figure 0007490678000007
一般的に、測定信号Ｉ１、Ｉ２の差を求めることは、アナログ信号レベルで特に構成された回路によって、またはデジタル信号へ変換に続く後処理することによって実行され得る。
干渉コンデンサＣｉｎｔ１、Ｃｉｎｔ２の絶対値を知ることは必要ではない。方程式（３）から、必要とされるのは、第１の電極７に導入されたノイズ対第２の電極８に導入されたノイズの比率αだけであることが認められてよい。比率αは、例えばシステムに干渉信号Ｖｉｎｔを模倣する試験信号を意図的に導入し、圧電センサ１にいかなる力も印加することなしに、つまりＩ１＝Ｉｉｎｔ１及びＩ２＝Ｉｉｎｔ２となるように、第１の及び第２の測定電流Ｉ１、Ｉ２の応答を記録することによって較正実験から求められてよい。この情報は、補正率をα＝Ｉ１／Ｉ２として決定するために使用されてよい。
実際には、補正は、第４の測定回路６で第１の及び第２の増幅器Ａ１、Ａ２の出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の差を求めることによって実行され得る。これは、試験信号に応えて、及びいかなる力も圧電センサ１に印加されることなく、出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の比率を求めることによって同じように較正されてよい。較正から決定された比率β＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｏｕｔ２がほぼ１ではない場合、次いで加重差Ｖｏｕｔ１－β．Ｖｏｕｔ２は、第１の及び第２の増幅器Ａ１、Ａ２の出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２と、第３の増幅器Ａ３のそれぞれの入力との間に適切なインピーダンスを挿入することによって求められてよい。代わりに、第３の増幅器Ａ３は省略されてよく、加重差Ｖｏｕｔ１－β．Ｖｏｕｔ２は、デジタル信号領域での処理によって求められてよい。
また、図６を参照すると、測定回路９の第５の例が示されている。
第５の測定回路９において、差動増幅器ＤＡ１では、一方の入力が第１の電極７に接続され、他方の入力が第２の電極８に接続されている。干渉源Ｖｉｎｔの影響の低減または除去は、干渉静電容量Ｃｉｎｔ１、Ｃｉｎｔ２の比率に従って、第１のフィードバックネットワークＲｆｂ１、Ｃｆｂ１及び第２のフィードバックネットワークＲｆｂ２、Ｃｆｂ２の値を設定することによってアナログ領域で実施されてよい。例えば、Ｃｆｂ１／Ｃｆｂ２＝Ｃｉｎｔ１／Ｃｉｎｔ２を選択することによって。そのような選択は、上述の実験と同様に較正実験によって、及び例えば帰還容量Ｃｆｂ１、Ｃｆｂ２を提供するために、例えばトリマコンデンサを使用することによって実行されてよい。
圧電圧力測定用タッチパネルでの差動測定
上述した例では、差動測定は、第１の及び第２の電極７、８が実質的に同一の広がりをもち、簡略な形状である場合がある圧電センサ１に関して説明されてきた。そのような構成によって、比較的に簡略な差動測定が可能になる。しかしながら、圧電圧力測定または静電容量と圧電圧力の複合的な測定用の実際的なタッチパネルでは、第１の電極７は、共通の第２の電極８を共用する多くの電極のうちの１つであってよい。さらに、いくつかの例では、第１の電極７は、静電容量測定システムの受信Ｒｘ電極及び／または送信Ｔｘ電極としてさらに機能する電極であってよい。そのようなタッチパネルでは、第２の電極８は、いくつかの第１の電極７のそれぞれよりも比較的に大きいまたははるかに大きい総面積を有する共通の対電極であってよい。各Ｒｘ電極及び／またはＴｘ電極に別々の適合した対電極を提供するには、追加のパターン化された１つまたは複数の導電層、及び関連付けられた電気接続が必要になるであろう。その結果、第４の測定回路または第５の測定回路６、９に関して示す簡略な差動測定は、実用的でない場合がある。
代わりに、本明細書は、（対電極と呼ばれることもある第２の電極８に対応する）少なくとも１つのパターン化されていない共通電極を含む、圧電圧力測定用の、または静電容量と圧電圧力の複合的な測定用のタッチスクリーンから圧電信号の差動測定値を求めるための方法を説明する。また、本明細書の方法は、圧電圧力測定用の、またはそれぞれが２つ以上の第１の電極７に共通である２つ以上の第２の電極８がある静電容量と圧電圧力の複合的な測定用のタッチスクリーンにも（わずかな修正とともに）適用可能である。
第１の装置
図７を参照すると、圧電圧力測定用の、または容量性と圧電圧力の複合的な測定用のタッチパネル１０の第１の例が示されている。
第１のパネル１０は、第１の面１２及び第２の反対側の面１３を有する第１の層構造１１を含む。いくつかの第１の検知電極１４は、第１の層構造１１の第１の面１２上に配置される。第１の検知電極１４のそれぞれは、第１の方向ｘで延在し（または同等に引き延ばされ）、第１の検知電極１４は、第２の方向ｙで離間している。共通電極１５は、第１の層構造１１の第２の面１３を実質的に覆うように配置される。
第１の層構造１１は、圧電材料１６の少なくとも１つの層を含む１つ以上の層を含む。第１の層構造１１に含まれる各層は、概して平面的であり、厚さ方向ｚに垂直である第１のｘ方向及び第２のｙ方向で延在する。第１の層構造１１の１つ以上の層は、第１の層構造１１の各層の厚さ方向ｚが第１の及び第２の面１２、１３に実質的に垂直になるように、第１の面と第２の面１２、１３との間に配置される。
また、第１のタッチパネル１０は、第１の面１８及び第２の反対側の面１９を有する第２の層構造１７も含む。いくつかの第２の検知電極２０は、第２の層構造１７の第１の面１８上に配置される。第２の検知電極２０のそれぞれは、第２の方向ｙで延在し（または同等に引き延ばされ）、第２の検知電極２０は第１の方向ｘで離間している。
第２の層構造１７は、１つ以上の誘電体層２１を含む。各誘電体層２１は、概して平面的であり、厚さ方向ｚに垂直である第１のｘ方向及び第２のｙ方向で延在する。第２の層構造１７の１つ以上の誘電体層２１は、第２の層構造１７の各誘電体層２１の厚さ方向ｚが、第１の及び第２の面１８、１９に垂直になるように、第２の層構造１７の第１の面１８と第２の面１９との間に配置される。
好ましくは、圧電材料１６の層は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはポリ乳酸などの圧電ポリマーを含む、または圧電ポリマーから形成される。しかしながら、圧電材料１６の層は、代わりにチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックの層であってもよい。好ましくは、第１の及び第２の検知電極１４、２０、ならびに共通電極１５は、銀ナノワイヤから形成される。しかしながら、第１の及び第２の検知電極１４、２０、ならびに共通電極１５は、代わりにインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明な導電性酸化物から形成されてもよい。第１の及び第２の検知電極１４、２０、ならびに共通電極１５は、薄膜としての蒸着及びパターン化に適したアルミニウム、銅、銀、または他の金属などの金属膜であってよい。第１の及び第２の検知電極１４、２０、ならびに共通電極１５は、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールまたはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などの導電性ポリマーであってよい。第１の及び第２の検知電極１４、２０、ならびに共通電極１５は、金属メッシュ、金属ナノワイヤ、グラフェン、及び／またはカーボンナノチューブから形成されてよい。誘電体層（複数可）２１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマー誘電体材料の層または感圧接着剤（ＰＳＡ）材料の層を含んでよい。しかしながら、誘電体層（複数可）２１は、酸化アルミニウムなどのセラミック絶縁材料の層を含んでよい。
第１の層構造１１は、第１の及び第２の反対側の面１２、１３が、圧電材料層１６の面となるように、圧電材料１６の層しか含まない場合がある。代わりに、第１の層構造１１は、圧電材料１６の層と第１の層構造１１の第１の面１２との間に積み重ねられる１つ以上の誘電体層２１を含んでよい。第１の層構造１１は、第１の層構造１１の第２の面１３と圧電材料１６の層との間に積み重ねられた１つ以上の誘電体層２１を含んでよい。
第２の層構造１７は、単一の誘電体層２１しか含まない場合があり、その結果第２の層構造１７の第１の及び第２の面１８、１９は、単一の誘電体層２１の面である。
代わりに、第２の層構造１７を使用する必要はなく（図１７を参照）、第２の検知電極２０は、第１の検知電極とともに第１の面１２上に配置されてよい（図１７）。
図７では、第１のタッチパネル１０は、ｘ、ｙ、及びｚと名前が付けられた直交軸を参照して示されている。しかしながら、第１の方向、第２の方向、及び厚さ方向は、右手直交セットを形成する必要はない。
また、図８を参照すると、差動圧電圧力測定用の、または静電容量と差動圧電圧力の複合的な測定用の第１の装置２２が示されている。
第１の装置２２は、第１のタッチパネル１０、第１の回路２３、第２の回路２４、及びコントローラ２５を含む。第１の及び第２の検知電極１４、２０のそれぞれは、対応する導電性トレース２６によって第１の回路２３に接続される。共通電極１５は第２の回路２４に接続される。
第１の回路２３、第２の回路２４、及びコントローラ２５は、集合的に測定回路を提供する。
第１の回路２３は、第１の及び第２の検知電極１４、２０から信号を受信し、任意選択で第１の及び第２の検知電極１４、２０に信号を送信してよい。第１の回路２３は、いくつかの第１の圧電圧力信号２９を測定する。第１の回路２３は、グループでまたは個別に、第１の及び第２の検知電極１４、２０のそれぞれに接続可能である。各第１の圧電圧力信号２９は、第１のまたは第２の検知電極１４、２０の１つ以上に対応し、各第１の圧電圧力信号２９は、それぞれの１つ以上の第１のまたは第２の検知電極１４、２０に近接するタッチパネル１０に作用する圧力を示す。例えば、第１の回路は、各第１の検知電極１４に対応する第１の圧電圧力信号２９、及び各第２の検知電極２０に対応する第１の圧電圧力信号２９を測定または生成してよい。代わりに、各第１の圧電圧力信号２９は、隣接する第１の検知電極または第２の検知電極１４、２０の対などに対応してよい。各検知電極１４、２０は、１つの第１の圧電圧力信号２９に寄与する。
任意選択で、第１の回路２３は、第１の及び第２の検知電極１４、２０の各交点２８に対応する相互静電容量信号２７を測定してもよい。他の例では、第１の回路２３は、代わりに各第１の及び第２の検知電極１４、２０に対応する自己容量信号を測定してもよい。第１の回路２３は、静電容量信号２７及び第１の圧電圧力信号２９とを同時に決定してよい。代わりに、第１の回路２３は、静電容量信号２７の決定と、第１の圧電圧力信号２９の決定を交互に行ってよい。
例えば、第１の回路２３は、その内容の全体が参照により本明細書に組み込まれる、ＷＯ ２０１６／１０２９７５ Ａ２に説明される静電容量と圧電圧力の複合的な測定のために構成されてよい。特に、第１の回路２３は、ＷＯ ２０１６／１０２９７５ Ａ２の図２１～図２６に示される例に関して説明されるように構成されてよい。代わりに、第１の回路２３は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、ＷＯ ２０１７／１０９４５５ Ａ１に説明される静電容量と圧電圧力の複合的な測定用に構成されてもよい。特に第１の回路２３は、ＷＯ ２０１７／１０９４５５ Ａ１の図４から図２１に示される例に関して説明されるように構成されてよい。他の例では、第１の回路２３は、特に図１３～図１７に関して以下に説明するように構成されてよい。
しかしながら、本明細書の方法は、これらの例に限定されず、上述の機能を提供することができる任意の第１の回路２３に適用可能である。
第２の回路２４は、共通電極１５に対応する第２の圧電圧力信号３０を測定する。第２の圧電信号３０は、タッチパネル１０に印加された全圧を示すべきである。複数の共通電極１５が使用されるとき、第２の圧電信号３０は、コントローラ２５によるその後の総計のために各共通電極１５に対応して生成されてよい。代わりに、複数の共通電極１５が使用されるとき、第２の回路２４は、すべての共通電極１５で誘導された電荷に基づいて単一の第２の圧電信号３０を生成してよい。検知電極１４、２０、及び共通電極（複数可）１５は、圧電材料１６の層の中で誘発された任意の分極Ｐの両側に配置されるため、理想的な条件下で、かつ外部干渉がない場合、第２の圧電圧力信号３０及び第１の圧電信号２９の和は（最大で測定誤差まで）ほぼゼロでなければならない。
圧電圧力信号２９、３０、及び任意選択で静電容量信号２７は、第１のタッチパネル１０との、または第１のタッチパネル１０の上にある材料の層とのユーザーとの対話に応えて生成される。以下の説明では、「ユーザーとの対話」への言及は、ユーザーがタッチパネル１０または上にある材料の層に触れるまたは押すことを含むと解釈されるものとする。用語「ユーザーとの対話」は、ユーザーの指または（導電性であるかどうかに関わらず）スタイラスを伴う対話を含むと解釈されるものとする。また、用語「ユーザーとの対話」は、ユーザーの指または導電性スタイラスが、直接的な物理的接触なしに（つまり、印加圧力ゼロまたはわずか）タッチセンサまたはタッチパネルに近接していることを含むと解釈されるものとする。
コントローラ２５は、第１の及び第２の圧電圧力信号２９、３０を受信し、第１の装置２２を組み込んだデバイスを操作するプロセッサ（図示せず）に出力される補正圧電圧力値３２を生成する。コントローラ２５は、第２の圧力信号３０の加重差、及び第１の圧力信号２９の和に基づいて、タッチパネル１０に印加された全圧の推定値の形で補正圧電圧力値３２を生成する。例えば、コントローラ２５は、方程式（１３）または（２１）を使用し、補正圧電圧力値３２を生成してよい。
また、コントローラ２５は、それぞれの第１の圧力信号（複数可）２９、第２の圧力信号３０、及び全圧に基づいて、第１の検知電極１４、第１の検知電極１４のグループ、または各第１の検知電極１４に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を生成してもよい。例えば、コントローラ２５は、以下に説明する方程式（２４）または（２６）を使用し、１つ以上の補正圧電圧力値３２を生成してよい。追加的にまたは代替的に、コントローラ２５は、それぞれの第１の圧力信号（複数可）２９、第２の圧力信号３０、及び全圧に基づいて、第２の検知電極２０、第２の検知電極２０のグループ、または各第２の検知電極２０に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値を生成してもよい。例えば、コントローラ２５は、以下に説明する方程式（２３）または（２５）を使用し、１つ以上の補正圧電圧力値３２を生成してよい。
コントローラ２５は、追加的にまたは代替的に、第１の装置２２を組み込んだデバイス（図示せず）を操作するプロセッサ（図示せず）に未処理の第１の圧電圧力信号及び／または第２の圧電圧力信号２９、３０を中継してよい。いくつかの例では、プロセッサ（図示せず）は、代わりに、コントローラ２５の説明されている機能のいくつかまたはすべてを実行してよい。
いくつかの例では、コントローラ２５は、第１の及び第２の圧力信号２９、３０に基づいてタッチ場所データ３１を決定してよい。タッチ場所データ３１は、１つ以上のユーザーとの対話の場所、例えばｘ、ｙ座標を示す。タッチ場所データ３１は、第１の装置を組み込んだデバイス（図示せず）を操作するプロセッサ（図示せず）に出力される。全圧、１つ以上の第１の検知電極１４に近接するタッチパネルに作用する圧力、及び／または１つ以上の第２の検知電極２０に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値の形で補正圧電圧力値３２を生成するために使用される係数は、場所ｘ、ｙに依存する場合がある。
測定されると、コントローラ２５は、静電容量信号２７を受信し、第１の装置２２を組み込んだデバイス（図示せず）を操作するプロセッサ（図示せず）に信号を中継するか、容量値２７の追加の処理を実行するかのどちらかである。例えば、コントローラ２５は、容量値２７を処理して、第１の装置２２を組み込んだデバイス（図示せず）を操作するプロセッサ（図示せず）への出力のためにタッチ場所データ３１を生成してよい。静電容量信号２７は、第１の及び第２の圧力信号２９、３０単独よりもタッチ場所データ３１のより正確な決定を可能にし得る。
第１の測定方法
また、図９及び図１０を参照すると、差動圧電圧力測定を実行する第１の方法が説明される。
例えばユーザーの指などの、タッチパネル１０に近接するまたは触れている物体３３は、静電帯電によって、または電磁干渉の源Ｖｉｎｔ用のアンテナとして機能することから電位Ｖｉｎｔに帯電する場合がある。物体３３と、検知電極１４、２０、及び共通電極１５のすべての全体的な集合体との間には、容量性結合Ｃｅｘｔがある。総静電荷ＱＥＳは、ほぼＱＥＳ＝Ｃｅｘｔ．Ｖｉｎｔとして、検知電極１４、２０、及び共通電極１５のすべての全体的な集合体の中で誘導される。正確な形状は、ユーザーが指及び／またはスタイラスをタッチパネル１０に対して移動させるにつれ、絶えず変化し、異なるユーザー及び同じユーザーの異なる指の間でも変化するため、実際にＣｅＸｔを較正することは不可能である場合があることに留意されたい。さらに、Ｖｉｎｔは、一般的に測定可能ではない場合がある。
本明細書の第１の方法は、電極１４、１５、２０で誘導された未知の総静電荷ＱＥＳが、電極１４、１５、２０で誘導された個々の静電荷の和から成るという前提に基づいている。
以下、Ｍ個の第１の検知電極１４のｍ番目は、代わりにｙｍと表記され、Ｎ個の第２の検知電極２０のｎ番目は代わりにｘｎと表記とされる場合がある。物体３３によってＮ個の第２の検知電極２０のｎ番目で誘導された静電荷、ｘｎがＳｘｎなどで表され、物体３３によってＭ個の第１の検知電極１４のｍ番目で誘導された静電荷、ｙｍがＳｙｍなどで表され、物体３３によって対電極１５で誘導される静電荷がＳＣＥで表される場合、次いで総静電荷ＱＥＳは以下のように概算され得る。
Figure 0007490678000008
個々の電極ｘｎ、ｙｍ、１５で誘導された静電荷Ｓｘｎ、Ｓｙｍ、ＳＣＥは、代わりに誘導された総静電荷ＱＥＳの小数として表されてよい。例えば、静電荷Ｓｘｎは、Ｓｘｎ＝ｋｎ．ＱＥＳと記載されてよく、ここではｋｎは、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎのｎ番目で誘導された総静電荷ＱＥＳの小数である。同様に、静電荷Ｓｙｍは、Ｓｙｍ＝ｈｍ．ＱＥＳと記載されてよく、ここではｈＭは、Ｍ個の第１の検知電極ｙｍのｍ番目で誘導された総静電荷ＱＥＳの分数である。さらに、静電荷ＳＣＥは、以下と記載されてよく、
ＳＣＥ＝ＣＣＥ．ＱＥＳ、ここではＣＣＥは、対電極１５上で誘導された総静電荷ＱＥＳの小数である。これらの式を方程式（４）に代入すると、
Figure 0007490678000009
ここでは、
Figure 0007490678000010
一般的には、小数ｋｎ、ｈｍ、Ｃｘ、Ｃｙ、及びＣＣＥは、すべて、物体３３がタッチパネル１０に接触する、ｘ、ｙで示されるタッチ座標の関数となる。言い換えると、小数ｋｎは、通常、定数ではなく、タッチ座標ｘ、ｙの関数ｋｎ（ｘ，ｙ）であってよい。同様に、他の小数もタッチ位置の関数、つまり、ｈｍ（ｘ，ｙ）、Ｃｘ（ｘ，ｙ）、Ｃｙ（ｘ，ｙ）、及びＣＣＥ（ｘ，ｙ）であってよい。小数ｋｎ、ｈｍ、Ｃｘ、Ｃｙ、及びＣＣＥは、既知のＶｉｎｔ及び既知のタッチ位置ｘ、ｙを用いて適切な較正実験を実行することによって較正されてよい。しかしながら、小数ｋｎ、ｈｍ、Ｃｘ、Ｃｙ、及びＣＣＥの位置に依存する性質のため、完全な較正は、より多数の較正実験を所与のタッチパネル１０のために実行することを必要とする場合がある。
圧電材料層１６の分極Ｐが共通電極１５と検知電極ｘｎ、ｙｍとの間で誘導されるとき、検知電極ｘｎ、ｙｍで誘導された電荷は、共通電極１５で誘導された電荷と反対の極性を有する。言い換えると、物体３３への外部結合は、システム接地または共通モード電圧と、電極ｘｎ、ｙｍ、１５のすべての全体的な集合体との間の電荷の流れを誘導する。それに対し、対照的に、圧電材料層１６の分極Ｐは、対電極１５と検知電極ｘｎ、ｙｍとの間の流れに電荷を誘導する。上述したように、１つの結果は、圧電材料層１６の分極Ｐによって誘導された電荷は、少なくとも測定誤差の範囲内で、合計がゼロになると予想されることである。
圧電材料層１６の分極ＰによってＮ個の第２の検知電極ｘｎのｎ番目で誘導された圧電電荷がＦｘｎなどで表され、圧電材料層１６の分極ＰによってＭ個の第１の検知電極ｙｎのｍ番目で誘導された圧電電荷が、Ｆｙｍなどで表され、圧電材料層１６の分極Ｐによって対電極１５で誘導された圧電電荷がＦＣＥで表される場合、総誘導圧電電荷ＱＰＴは、以下のように概算され得る。
Figure 0007490678000011
対電極１５で誘導された圧電電荷ＦＣＥが、タッチパネル１０に印加された総力の良好な測度を提供し得ることに留意されたい。
特に図１０を参照すると、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎ、２０のｎ番目で誘導される電荷は、以下のように記載されてよい。
Figure 0007490678000012
同様に、Ｍ個の第１の検出電極ｙｍ、１４のｍ番目で誘導された電荷は、以下のように記載されてよく、
Figure 0007490678000013
対電極１５で誘導された電荷は、以下のように記載されてよい。
Figure 0007490678000014
測定の第１の方法では、検知電極ｘｎ、ｙｍのすべてによって測定された電荷Ｑｘｎ、Ｑｙｍは、以下を生じさせるように合計される。
Figure 0007490678000015
上式では、Ｑｓｅｎは、検知電極ｘｎ、ｙｍのすべてによって測定された全電荷の和であり、上式では、方程式（５）及び（７）が、Ｑｓｅｎのための最終的な式を得るために利用されている。総誘導静電荷ＱＥＳは、方程式（１０）と（１１）との間で排除され、以下を生じさせ、
Figure 0007490678000016
これは、以下として対電極１５で誘導された圧電電荷ＦＣＥのために配列し直されてよく、
Figure 0007490678000017
上式では、対電極１５で誘導される電荷ＱＣＥが測定されてよく、検知電極ｘｎ、ｙｎ上で合計された電荷Ｑｓｅｎは、測定された電荷Ｑｘ１、Ｑｘ２、...、ＱｘＮ、及びＱｙ１、Ｑｙ２、...、ＱｙＭのすべてを合計することによって求められてよい。小数ＣＣＥは、タッチパネル１０に対して既知の位置ｘ、ｙで、既知の干渉電位Ｖｉｎｔに帯電、接続、または結合された物体３３を使用する較正実験を通じて事前に決定され得る。上述のように、小数ＣＣＥは、一般的に、タッチ場所ｘ、ｙの関数、つまりＣＣＥ＝ＣＣＥ（ｘ，ｙ）である。ＣＣＥ（ｘ，ｙ）の適切な値は、例えば、静電容量信号２７またはタッチ場所データ３１を使用してタッチ場所ｘ、ｙを提供することによって求められてよい。代わりに、圧電専用タッチパネルシステムでは、タッチ場所ｘ、ｙは、未処理の第１の圧電信号２９から推測され得る。
このようにして、第１の方法及び方程式（１３）を使用して、物体３３からの外部電気干渉の影響を低減または排除し得る総圧電電荷ＦＣＥを決定し得る。総圧電電荷ＦＣＥは、圧電材料層１６の歪みに依存し、したがって、ユーザー入力によってタッチパネル１０に印加される力に依存する。
実際には、電荷Ｑｘｎ、Ｑｙｍ、ＱＣＥは、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎ、２０のｎ番目に対応する電圧出力がＶｘｎであり、Ｑｘｎに関係するようになど、電荷増幅器３４を使用し検出され得る。一般的に、電荷増幅器３４は入力電流を統合する。例えば、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎのｎ番目での電流がＩｘｎである場合、次いで時間ｔでのＮ個の第２の検知電極ｘｎのｎ番目での電圧Ｖｘｎは、理想的な条件下で、以下のように表されてよく、
Figure 0007490678000018
ここでは、Ｇｘｎは、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎに接続されたＮ個の電荷増幅器３４のｎ番目の利得であり、τは積分変数である。同様に、Ｍ個の第１の検知電極ｙｍのｍ番目の電圧は、以下のように表されてよく、
Figure 0007490678000019
ここでは、Ｇｙｍは、Ｍ個の第１の検知電極ｙｎに接続されたＭ個の電荷増幅器３４のｍ番目の利得であり、Ｉｙｍは、Ｍ個の第１の検知電極ｙｍのｍ番目での電流であり、τは積分変数である。同様に、共通電極の電圧は、以下のように表されてよく、
Figure 0007490678000020
ここでは、ＧＣＥは、共通電極１５に接続された電荷増幅器３４の利得であり、ＩＣＥは、共通電極１５での電流であり、τは積分変数である。検知電極ｘｎ、ｙｍのすべてに対応する電荷増幅器信号３４が次いで合計されて、合計電圧信号Ｖｓｅｎを生じさせてよい。
Figure 0007490678000021
Ｇｘｎ≒Ｇｙｍ≒Ｇとなるように利得がすべて実質的に等しく、Ｇが共通利得値を示す場合、次いで方程式（１７）は以下に簡略化されてよい。
Figure 0007490678000022
同様に、ＧＣＥ≒Ｇの場合、方程式（１０）は、対応する電荷増幅器３４出力に関して、以下のように書き直されてよい。
Figure 0007490678000023
方程式（１８）と（１９）との間でＱＥＳを排除すると、方程式（１２）の電圧アナログは、以下のように求められてよい。
Figure 0007490678000024
方程式（２０）は、単にＱＣＥ＝ＶＣＥ／Ｇ及びＱｓｅｎ＝Ｖｓｅｎ／Ｇを方程式（１２）に代入することによって等しく求められ得る。ＦＣＥの方程式（２０）を配列し直す、つまりＱＣＥ＝ＶＣＥ／Ｇ及びＱｓｅｎ＝Ｖｓｅｎ／Ｇを方程式（１３）に同等に代入すると、以下に示す電荷増幅器３４電圧出力に関して対電極１５上で誘導された圧電電荷ＦＣＥの式が生じる。
Figure 0007490678000025
したがって、電荷増幅器３４の利得が共通利得Ｇにほぼ等しい、つまりＧｘｎ≒Ｇｙｍ≒ＧＣＥ≒Ｇであるならば、次いで誘導電荷に関して派生した関係が、電荷増幅器３４の対応する出力に等しく適用可能であってよいことは明らかである。電荷増幅器３４の利得Ｇｘｎ、Ｇｙｍ、ＧＣＥは共通利得値Ｇと完全に同一ではないため、実際の状況では完全な同一性が期待されないであろうことは言うまでもない。さらに、各電荷増幅器３４は、実際には、電圧出力の低周波成分及びＤＣ成分の時間依存減衰に加えて、ＤＣオフセット及びドリフトを経験する（「ロールオフ」と呼ばれる場合がある）。それにも関わらず、電荷増幅器３４の利得が共通利得値Ｇにほぼ等しい、つまりＧｘｎ≒Ｇｙｍ≒ＧＣＥ≒Ｇであるならば、方程式（２１）は、外部電場への結合の影響が少なくとも部分的に取り消され得る補正信号３２を生成するために使用され得る。
第２の測定方法
第２の測定方法は、第１の測定方法の拡張であり、対電極１５で測定された電荷ＱＣＥ及び対電極１５での推定された圧電電荷ＦＣＥを使用し、加重補正に基づいて個々の検知電極ｘｎ、ｙｍのために圧電電荷Ｆｘｎ、Ｆｙｍの値を推定するために使用されてよい。
再び方程式（８）を参照すると、Ｎ個の検知電極ｘｎ、２０のｎ番目の場合、
Figure 0007490678000026
再び方程式（１０）を参照すると、対電極１５の場合、
Figure 0007490678000027
方程式（８）と（１０）との間で総静電荷ＱＥＳを排除すると、
Figure 0007490678000028
これは、以下のようにＮ個の第２の検知電極ｘｎ、２０のｎ番目の圧電電荷Ｆｘｎのために配列し直されてよい。
Figure 0007490678000029
ここでは対電極１５上で誘導された電荷ＱＣＥが測定されてよく、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎ、２０のｎ番目で誘導された電荷Ｑｘｎが測定されてよい。総圧電電荷ＦＣＥは、方程式（１３）を使用し、第１の方法から決定されてよい。小数ｋｎ及びＣＣＥは、物体３３が、タッチパネル１０に対して既知の場所ｘ、ｙで配置される間に、既知の干渉電位Ｖｉｎｔに帯電、接続、または結合された物体３３を使用し実行される較正実験を通して事前に決定されてよい。上述したように、小数ｋｎ及びＣＣＥは、一般的にタッチ場所ｘ、ｙの関数、つまりｋｎ＝ｋｎ（ｘ，ｙ）及びＣＣＥ＝ＣＣＥ（ｘ，ｙ）である。ｋｎ（ｘ，ｙ）及びＣＣＥ（ｘ，ｙ）の適切な値は、静電容量信号２７またはタッチ場所データ３１を使用して、タッチ場所ｘ、ｙを提供することによって求められてよい。
このようにして、物体３３の非接地電位からの外部干渉の影響が低減または排除される、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎ、２０のｎ番目の圧電電荷Ｆｘｎが推定され得る。
同様に、Ｍ個の第１の検知電極ｙｍ、１４のｍ番目の場合、物体３３の非接地電位からの外部干渉の影響が低減または排除される圧電電荷Ｆｙｍが、以下を使用して求められてよい。
Figure 0007490678000030
実際には、電荷Ｑｘｎ、Ｑｙｍ、ＱＣＥは、Ｎ個の第２の検知電極ｘｎ、２０のｎ番目に対応する電圧出力が、Ｖｘｎなどであるように、電荷増幅器３４を使用して検出されてよい。第一の方法と同様に、電荷増幅器３４の利得が、共通利得値Ｇにほぼ等しい、つまりＧｘｎ≒Ｇｙｍ≒ＧＣＥ≒Ｇである場合、次いで、方程式（２３）は、電荷増幅器３４の電圧出力に関して、以下のように表現し直されてよい。
Figure 0007490678000031
同様に、方程式（２４）は、電荷増幅器３４の電圧出力に関して、以下のように表現し直されてよい。
Figure 0007490678000032
実験データ
また、図１１を参照すると、検知電極ｘｎ、ｙｍ 及び共通電極１５上で外部から誘導された電荷を示す実験データが示されている。
第１の電圧信号３５（実線）は、共通電極１５について測定された電荷増幅器３４の出力に対応する。第２の電圧信号３６（破線）は、検知電極ｘｎ、ｙｍについて測定された電荷増幅器出力に対応する。図１１に示す信号３５、３６は、静電ポテンシャルに帯電され、タッチパネル１０にほぼ接触して保持された指の形の物体３３を使用し、取得された。タッチパネル１０には圧力を印加されなかった。
図１１では、第１の及び第２の電圧信号３５、３６が対応する符号を有する（言い換えると、信号は所与のときに実質的に同じ極性を有する）ことが観察され得る。
また、図１２を参照すると、検知電極Ｘｎ、ｙｍ及び共通電極上の圧電誘導電荷を示す実験データが示されている。
第１の及び第２の電圧信号３５、３６は、それぞれ図１１と同じように共通電極１５及び検知電極ｘｎ、ｙｍに対応する。しかしながら、図１２に示すデータは、外部電場からのノイズが実質的にない圧電圧力信号を生成するために、非導電性物体を使用し、タッチパネル１０をタップすることに応えて取り込まれた。
図１２では、第１の及び第２の電圧信号３５、３６が反対の符号を有する（言い換えると、信号は所与のときに実質的に反対の極性を有する）ことが観察され得る。
観察された極性は、図１１または図１２のいずれの理想的な場合にも正確に対応せず、これは、ＤＣオフセットの小さい変動及び測定誤差の他の原因の結果であると考えられる。
第２の装置
静電容量と圧力の複合的な検知のための装置が、特に本書の図２２～図２６に関して、ＷＯ ２０１６／１０２９７５ Ａ２に説明されている。
本明細書の第２の装置３７（図１３）の理解を助けるために、ＷＯ ２０１６／１０２９７５ Ａ２に説明される静電容量と圧力の複合的な検知のための装置の動作を簡略に説明することが役立つ場合がある。以下の説明は、本明細書の第１のタッチパネル１０の構造に関して行われる。
圧電材料１６の層は、分極される（ｐｏｌｅｄ）。その結果、ユーザーとの対話によって印加される圧力によって、圧電材料１６の層の分極Ｐを誘発する歪みが生じる。圧電材料１６の層の分極Ｐは、厚さ方向に成分Ｅｚを有する誘導電場Ｅｐを生じさせる。分極Ｐを生じさせる変形は、圧縮または張力から生じる場合がある。分極Ｐを生じさせる変形は、おもにユーザーとの対話の印加圧力に応えた圧電材料層１６の面内伸長であってよい。
誘導電場Ｅｐは、共通電極１５と検知電極１４、２０のいずれか１つとの間に電位差を生じさせる。誘導電場Ｅｐが電極１４、１５、２０の帯電によって生成された電場Ｅｑによって相殺されるまで、電子は電極１４、１５、２０上または外に流れる。言い換えると、電場Ｅｑは、電荷Ｆｘｎ、Ｆｙｍ、ＦＣＥから生じる。
タッチパネル１０が、静電容量と圧力の複合的な検知のために使用されるとき、検知電極１４、２０から受信した信号は、一般的に、圧電信号圧力信号及び印加または検知された静電容量測定信号の重畳の形をとる。特に図２２～図２６に関して、ＷＯ ２０１６／１０２９７５ Ａ２に説明する静電容量と圧力の複合的な検知のための装置は、第１の及び第２の周波数依存フィルタ（図示せず）を使用して、検知電極１４、２０から受信した信号を、静電容量情報を含む第１の成分及び圧電圧力情報を含む第２の成分に分離することによって動作する。第１の及び第２の周波数依存フィルタ（図示せず）は、物理フィルタである場合もあれば、デジタル信号処理中に適用される場合もある。これは、圧電圧力信号及び静電容量測定信号が、一般的には異なる分離可能な周波数成分を有するために可能である。
例えば、１対の検知電極１４、２０の間の相互静電容量は、通常０．１～３０００ｐＦ以上、好ましくは１００～２５００ｐＦの範囲に入ってよい。この範囲で静電容量に効果的に結合するために、静電容量測定信号は、通常、１０ｋＨｚ以上、２０ｋＨ以上、５０ｋＨｚ以上、または１００ｋＨｚ以上の基底周波数を有してよい。対照的に、圧電圧力信号は、通常、数Ｈｚ～数百または数千Ｈｚの範囲に及ぶ広帯域周波数成分を含む。これは、少なくとも部分的には、圧電圧力信号が人間のユーザーによるユーザーとの対話から生じるためである。
また、図１３を参照すると、静電容量と差動圧電圧力の複合的な測定のための第２の装置３７が示されている。
ＷＯ ２０１６／１０２９７５ Ａ２に説明する装置では、第１の及び第２の周波数依存フィルタ（図示せず）は、フロントエンドモジュールの一部としてハードウェアの中に、または例えばコントローラによってデジタルに領域の中に実装される。
対照的に、本明細書の第２の装置３７は、第１のサンプリング周波数ｆｐｉｅｚｏで静電容量測定信号３９と同期するアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）３８ａ、３８ｂを使用し、第１の圧電圧力信号２９を選択するために第１の周波数依存フィルタを実装する。第２の装置３７は、静電容量信号２７を取得するためにデジタル領域で第２の周波数依存フィルタを実装する。例えば、デジタル高域フィルタを適用することによって、または第１の圧電圧力信号２９のより最近の１つまたは複数のサンプル値を使用することによってベースラインを提供する。
第２の装置３７は、静電容量と差動圧力の複合的な検知のために第１のタッチパネル１０及びタッチコントローラ４０を含む。第２の装置３７は、例えば、携帯電話、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータなどの電子デバイス（図示せず）の中に組み込まれてよい。第１のタッチパネル１０は、電子デバイス（図示せず）のディスプレイ（図示せず）を覆って接着されてよい。この場合、第１のタッチパネル１０の材料は、実質的に透明でなければならない。カバーレンズ（図示せず）は、第１のタッチパネル１０を覆って接着されてよい。カバーレンズ（図示せず）は好ましくはガラスであるが、任意の透明な材料であってよい。
タッチコントローラ４０はコントローラ２５を含む。また、タッチコントローラ４０は、１対の増幅器モジュール４１ａ、４１ｂ、１対のマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、１対の一次ＡＤＣ３８ａ、３８ｂ、及び１対の二次ＡＤＣ４３ａ、４３ｂを含む第１の回路２３も含む。また、タッチコントローラは、共通電極電荷増幅器４４及び共通電極ＡＤＣ４５を含む第２の回路２４も含む。コントローラ２５は、リンク４６を使用し、電子デバイス（図示せず）の１つ以上のプロセッサ（図示せず）と通信してよい。コントローラ２５は、増幅器モジュール４１ａ、４１ｂの一方または両方に駆動静電容量測定信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）（図１４、以下、簡潔にするために「駆動信号」とも呼ばれる）を提供するための信号源（図示せず）を含む。
第２の装置３７は、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）が第１の増幅器モジュール４１ａに供給され、その結果、第１の検知電極１４が送信Ｔｘ電極となり、第２の検知電極２０が受信Ｒｘ電極となる例を参照して説明される。
各増幅器モジュール４１ａ、４１ｂは、いくつかの別個の電荷増幅器３４を含む。第１の増幅器モジュール４１ａの各電荷増幅器３４は、導電性トレース２６を介して対応する第１の検知電極１４に接続される。第１の増幅器モジュール４１ａの各電荷増幅器３４の出力は、第１のマルチプレクサ４２ａの対応する入力に接続される。このようにして、第１のマルチプレクサ４２ａは、アドレス指定された第１の検知電極１４に対応する増幅信号４７ａを出力し得る。
第１の一次ＡＤＣ３８ａは、第１のマルチプレクサ４２ａ出力から現在アドレス指定されている第１の検知電極１４に対応する増幅信号４７ａを受信する。現在アドレス指定されている第１の検知電極１４に対応する増幅信号４７ａは、駆動信号３９Ｖｓｉｇ（ｔ）と圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）の重畳を含む。また、第１の一次ＡＤＣ３８ａは、コントローラ２５から第１の同期信号４８ａ（「クロック信号」とも呼ばれる）も受信する。第１の同期信号４８ａは、第１のサンプリング周波数ｆｐｉｅｚｏで、及び駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の振幅が接地、共通モード、または最小値に実質的に等しくなるのに対応するときに、サンプルを取得するように第１の一次ＡＤＣ３８ａをトリガする。このようにして、第１の一次ＡＤＣ３８ａは、第１のマルチプレクサ４２ａと接続された第１の検知電極１４によって生成された圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）にほぼ相当するサンプリングされた信号の形の第１のフィルタ処理信号４９ａを取得してよい。第１の同期信号４８ａは、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の単一期間毎の間にサンプルを取得するように第１の一次ＡＤＣ３８ａをトリガする必要はなく、代わりに、例えば他の期間ごと、１０番目の期間ごと、１００番目の期間ごとなどの間にサンプルを取得するように第１の一次ＡＤＣ３８ａをトリガしてよい。
例えば、図１４Ａから１４Ｃも参照すると、第１のフィルタ処理信号４９ａの形の圧電圧力信号２９を取得する例が示されている。
視覚的な目的で、図１４Ａ～１４Ｃでは、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）及び重畳された圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）が、周波数及び振幅の差異が実際に予想されるであろうよりもはるかに少ない状態で示されている。実際には、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）は、圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）よりも著しく大きな振幅を有し、数桁大きい周波数で変化すると予想されるであろう。
特に図１４Ａを参照すると、基底信号ｆｄの駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の例は、５０：５０のデューティ比及び１／ｆｄの期間のパルス波の形をとってよい。この例では、第１の同期信号４８ａは、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の最小値、つまりゼロ期間のほぼ中間点で第１の一次ＡＤＣ３８ａをトリガする。例えば、第１の一次ＡＤＣ３８ａは、時間ｔ１、ｔ２＝ｔ１＋１／ｆｄ、ｔ３＝ｔ１＋２／ｆｄなどでサンプルを取得してよい。
特に図１４Ｂを参照すると、第１の検知電極１４が送信機電極Ｔｘとして機能し、第２の検知電極２０が受信電極Ｒｘとして機能する状態で、増幅信号４７ａは、圧電圧力信号２９Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）及び駆動信号３９Ｖｓｉｇ（ｔ）の重畳として（ｔ）概算されてよい。第１の同期信号４８ａは、増幅信号４７ａに対する駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の寄与が接地、共通モード、または最小値に実質的に等しいときに増幅信号４７ａのサンプリングをトリガする。このようにして、実質的に圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）だけのサンプリングが取得され得る。
特に図１４Ｃを参照すると、第１のフィルタ処理信号４９ａは、次いで時間ｔ１、ｔ２、ｔ３などでの圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）の一連のサンプリングの形をとる。
第１の二次ＡＤＣ４３ａは、第１のマルチプレクサ４２ａ出力から、現在アドレス指定されている第１の検知電極１４に対応する増幅信号４７ａを受信する。第１の二次ＡＤＣ４３ａは、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の基底周波数ｆｄの少なくとも数倍であるサンプリング周波数ｆｃａｐで増幅信号４７ａをサンプリングする。第１の二次ＡＤＣ４３ａは、コントローラ２５にデジタル化された増幅信号５０ａを出力する。コントローラ２５は、デジタル化された増幅信号５０ａを受信し、デジタル高域フィルタを適用してデジタル領域で第２のフィルタ処理信号を取得する。第２のフィルタ処理信号は、静電容量信号２７に相当する。
代わりに、圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）は、通常、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の基底周波数ｆｄよりも数桁低い周波数で変化するので、コントローラ２５は、第１のフィルタ処理信号４９ａ、例えばＶｐｉｅｚｏ（ｔ３）の直近にサンプリングされた値を追加オフセットとして処理し、この値をデジタル化された増幅信号５０ａから差し引いてよい。例えば、第１のフィルタ処理信号４９ａの２つの直近にサンプリングされた値に基づいた線形補間、または第１のフィルタ処理信号４９ａの３つの直近にサンプリングされた値に基づいた二次補間など、より正確なベースライン補正が利用されてよい。
一次及び二次ＡＤＣ３８ａ、４３ａは同じであってよい。しかしながら、一次及び二次ＡＤＣ３８ａ、４３ａが異なることが有利である場合がある。特に、一次ＡＤＣ３８ａは、駆動信号Ｖｓｉｇ（ｔ）に対応するより大きな振幅を測定する必要なしに、圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）のダイナミックレンジのために最適化されてよい。さらに、第１のサンプリング周波数ｆｐｉｅｚｏは、静電容量測定信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の基底周波数ｆｄに最大限で等しくなくてはならないため、二次ＡＤＣ４３ａに比較して一次ＡＤＣ３８ａにはより低い帯域幅が必要とされる。費用重視の用途の場合、これにより一次ＡＤＣ３８ａにより安価なＡＤＣの使用が可能になる。対照的に、性能用途の場合、これにより、同じダイナミックレンジ内のより多数の信号レベルを弁別できるより精密なＡＤＣの使用が可能になる（１６ビットのＡＤＣは、通常、他はすべて等しいが、８ビットＡＤＣよりも低速である）。
第２の検知電極２０は受信側Ｒｘ電極であるため、第２の一次ＡＤＣ３８ｂのための第２の同期信号４８ｂは第１の同期信号４８ａに対してオフセットされ得るという点を除き、第２の検知電極２０からの信号の処理は、第１の検知電極１４からの信号の処理に類似している。
第２の増幅器モジュール４１ｂの各電荷増幅器３４は、導電性トレース２６を介して対応する第２の検知電極２０に接続され、第２の増幅器モジュール４１ｂの各電荷増幅器３４の出力は、第２のマルチプレクサ４２ｂの対応する入力に接続される。このようにして、第２のマルチプレクサ４２ｂは、アドレス指定された第２の検出電極２０に対応する増幅信号４７ｂを出力してよい。
現在アドレス指定されている第２の検知電極２０に対応する増幅信号４７ｂは、受信した静電容量測定信号（図示せず）Ｖｍｅａｓ（ｔ）と圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）の重畳を含む。受信した静電容量測定信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）（以下、簡潔にするために「受信信号」と呼ばれる）は、アドレス指定された第２の検知電極２０と第１の検知電極１４との間の相互静電容量によってアドレス指定された第２の検知電極２０に結合される駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）である。受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）は、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）に関係し、それと同様の形を有し、特に、実質的に同じ周波数成分を有する。しかしながら、受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）は、駆動信号Ｖｓｉｇ（ｔ）比較して、振幅の変化及び／または位相の変化を含む場合がある。第２の一次ＡＤＣ３８ｂは、コントローラ２５から第２の同期信号４８ｂ（「クロック信号」とも呼ばれる）を受信する。第２の同期信号４８ｂは、サンプリング周波数ｆｐｉｅｚｏで、及び受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）の振幅が、接地、共通モード、または最小値に実質的に等しくなるのに対応するときにサンプルを取得するように第２の一次ＡＤＣ３８ｂをトリガする。駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の形、及び駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）と受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）との間の典型的な位相シフトに応じて、第１の同期信号と第２の同期信号４８ａ、４８ｂの間にいくつかの考えられる関係がある。
受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）が駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）とほぼ同相であるとき、第２の同期信号４８ｂは、第１の同期信号４８ａと同じであってよい。第２の同期信号４８ｂは、増幅信号４７ｂに対する受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）の寄与が、接地、共通モード、または最小値に実質的に等しいときに、増幅信号４７ｂのサンプリングをトリガする。このようにして、実質的には圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）だけのサンプリングが取得され得る。
同様に、図１４Ａに示されるパルス波の形の駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の場合、受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）と駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）との間の最大で約φ±π／２までの小さい位相シフトφは、第１の同期信号と第２の同期信号４８ａ、４８ｂとの間のいかなるオフセットも必要とすることなく対応されてよい。パルス波の場合、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）及び受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）は、各期間の半分の間、それぞれ実質的にゼロに等しいため、そのような位相シフトは許容できる。
より大きな位相シフトφまたは駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の異なる非矩形波形の場合、第２の同期信号４８ｂは、対応するタッチパネル１０について予想／測定される静電容量の範囲内で、第２の同期信号４８ｂが、受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）の低いまたはゼロの信号レベルの間に第２の一次ＡＤＣ３８ｂをトリガするように、第１の同期信号４８ａに対してオフセットされてよい。言い換えると、第２の同期信号４８ｂは、第２の一次ＡＤＣ３８ｂのサンプリングを、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の代わりに、受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）に同期させてよい。
代わりに、第２の同期信号４８ｂは、受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）の条件に応えて生成されるであろう。例えば、単純なコンパレータ回路は、受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）が接地、共通モード、または最小値の事前に較正された範囲内に低下することに応えて、第２の同期信号４８ｂを生成するために使用できるであろう。第２の同期信号４８ｂをトリガする回路は、遅延タイマを含んでよい。
このようにして、第２の一次ＡＤＣ３８ｂは、第２のマルチプレクサ４２ｂを介して接続された第２の検知電極２０によって生成された圧電圧力信号２９、Ｖｐｉｅｚｏ（ｔ）にほぼ相当するサンプリングされた信号の形で第２のフィルタ処理信号４９ｂを取得してよい。第２の同期信号４８ｂは、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）または測定信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）の単一期間毎の間にサンプルを取得するために第２の一次ＡＤＣ３８ｂをトリガする必要はなく、代わりに例えば他の期間ごと、１０番目の期間ごと、１００番目の期間ごとなどの間にサンプルを取得するように第２の一次ＡＤＣ３８ｂをトリガしてよい。
また、コントローラ２５は、マルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、及び／または増幅器３４に第２の同期信号５１を提供してもよい。第２の同期信号５１は、マルチプレクサ４２ａ、４２ｂに、コントローラ２５によって決定される順序に従って第１の及び第２の検知電極１４、２０の各組み合わせをアドレス指定させてよい。このようにして、タッチコントローラ２５は、コントローラ２５によって決定された順序に従って、第１の及び第２の検知電極１４、２０の各対から増幅信号４７ａ、４７ｂを受信してよい。順序は所定であってよく、例えば、順序は、繰り返す前に一度、第１の検知電極１４及び第２の検知電極２０の各対を選択してよい。順序は動的に決定されてよく、例えば、１つ以上のユーザーとの対話が検出されるとき、コントローラ２５は、ユーザーのタッチのより高速及び／またはより正確な追跡を提供するために、検出された各ユーザーとの対話に隣接して第１の及び第２の検知電極１４、２０のサブセットを走査してよい。
共通電極電荷増幅器４４は、共通電極１５から信号を受信し、共通電極増幅信号５２を生成する。共通電極ＡＤＣ４５は、共通電極増幅信号５２を受信し、圧電サンプリング周波数ｆｐｉｅｚｏでその信号をサンプリングして、第２の圧電信号３０を生成する。任意選択で、共通電極ＡＤＣ４５は、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の接地、共通モードまたは最小値、及び／または受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）の接地、共通モード、または最小値に対応するときに第２の圧電信号３０をサンプリングするように、第１の同期信号と同一であってよい、または第１の同期信号からオフセットされてよい、第３の同期信号４８ｃによっても同期される。共通電極ＡＤＣ４５の同期は、静電容量測定値からクロストークを低減または回避するために役立つ場合がある。
取得したフィルタ処理信号４９ａ、４９ｂに基づいて、コントローラ２５は、アドレス指定された第１の及び第２の検知電極１４、２０に対応する圧力値３２ａ、３２ｂを計算してよい。圧力値３２ａ、３２ｂは、上述の第１の方法及び／または第２の方法を使用し、第１の及び第２の圧電圧力信号２９、３０に基づいて決定される。圧力値３２ａ、３２ｂは、リンク４６を介して出力されてよい。
上述のように、コントローラ２５は、第１の増幅器モジュール４１ａの各増幅器３４に駆動信号３９、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）を提供する。第１の増幅器モジュール４１ａの各増幅器３４の入力は、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）を使用し、第１のタッチパネル１０の対応する第１の検知電極１４を駆動するために使用されてよい。コントローラ２５によって取得された駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）、ならびに第１の及び第２のデジタル化された増幅信号５０ａ、５０ｂに基づいて、コントローラ２５は、第１のアドレス指定された第１の検知電極と第２の検知電極１４、２０との間の相互静電容量に基づく静電容量値２７及びタッチ場所データ３１を計算する。容量値２７及び／またはタッチ場所データ３１は、リンク４６を介して出力されてよい。
また、図１５を参照すると、第２の装置での使用に適した電荷増幅器３４ａ、３４ｂ、４４の一構成の例が示されている。
一構成では、各電荷増幅器３４ａ、３４ｂ、４４は、反転入力、非反転入力、及び出力を有するオペアンプＯＰを含む。
例えば、第１の増幅器モジュール４１ａの一部を形成する各電荷増幅器３４ａは、入力抵抗Ｒ１及び直列で接続された第１のスイッチＳＷ１を介して、対応する第１の検知電極１４への結合のための反転入力を有するオペアンプＯＰを含む。オペアンプＯＰの非反転入力は、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）に接続される。駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）は、コントローラ２５によって、第２の装置３７の別個のモジュール（図示せず）によって提供される場合もあれば、外部ソースから第２の装置３７の中に受け取られる場合もある。反転入力は、実際には非反転入力と同じ電圧になるので、反転入力に、対応する第１の検知電極１４を駆動させることができる。電荷増幅器３４ａのフィードバックネットワークは、フィードバック抵抗Ｒｆ、フィードバック容量Ｃｆ 、及びオペアンプＯＰの反転入力と出力との間で並列に接続された第２のスイッチＳＷ２を含む。オペアンプＯＰの出力は、増幅信号４７ａを提供する。
オペアンプＯＰの非反転入力が、駆動信号３９、Ｖｓｉｇ（ｔ）の代わりに共通モード電圧ＶＣＭに結合される点、及び反転入力が、第１の検知電極１４の代わりに第２の検知電極２０に接続される点を除き、第２の増幅器モジュール４１ｂの一部を形成する各電荷増幅器３４ｂは、第１の増幅器モジュール４１ａの各電荷増幅器３４ａと同じである。
共通電極電荷増幅器４４の反転入力が共通電極１５に接続され、共通電極電荷増幅器４４が第１のスイッチＳＷ１を省略する点を除き、共通電極電荷増幅器４４は、第２の増幅器モジュール４１ｂの一部を形成する電荷増幅器３４ｂと同じである。
電源端子などのオペアンプＯＰの他の端子が存在する場合があるが、本明細書に説明する本概略図または他の概略回路図には示していない。
第２のスイッチＳＷ２は、対応する帰還コンデンサＣｆを放電できるようにする。第２のスイッチＳＷ２の開閉は、コントローラ２５によって提供される第２の同期信号５１によって管理されてよい。このようにして、各電荷増幅器３４ａ、３４ｂの帰還コンデンサＣｆは、オペアンプＯＰのフィードバックネットワークをリセットして、過度のドリフトを防ぐために定期的に放電されてよい。任意選択で、共通電極電荷増幅器４４の第２のスイッチＳＷ２は、第２の同期信号５１を使用し、同期されてもよい。
第１のスイッチＳＷ１は、必要に応じて、増幅器３４ａ、３４ｂを、対応する検知電極１４、２０に接続またはそれらから切断できるようにするために、コントローラ２５によって提供される第２の同期信号５１によって制御されてよい。
第１の検知電極１４は、送信ＴＸ電極である必要はなく、第２の検知電極２０は受信Ｒｘ電極である必要はない。代わりに、コントローラ２５は、第２の検知電極２０が送信Ｔｘ電極であり、受信信号Ｖｍｅａｓ（ｔ）が、第１の検知電極１４を使用し、検出されるように、第２の増幅器モジュール４１ｂに駆動信号３９Ｖｓｉｇ（ｔ）を提供してよい。
他の例では、第２の装置３７は、相互静電容量測定値のために構成される必要はなく、代わりにそれぞれの第１の及び第２の検知電極１４、２０の自己容量を測定するように構成されてよい。この場合、自己容量測定信号（図示せず）は、第１の及び第２の増幅器モジュール４１ａ、４１ｂの両方に提供されてよい。
第２のタッチパネル
第１のタッチパネル１０では、第１の及び第２の検知電極１４、２０は、細長い矩形の電極の形で示されてきた。しかしながら、他の形状を使用してもよい。
また、図１６を参照すると、第１の及び第２の検知電極１４、２０の代替形状を有する第２のタッチパネル５３が示されている。
矩形である代わりに、各第１の検知電極１４は、第１の方向ｘで等間隔に配置され、比較的に狭いブリッジセグメント５５によって第１の方向ｘで互いに接続されたいくつかのパッドセグメント５４を含んでよい。同様に、各第２の検知電極２０は、第２の方向ｙに等間隔で配置され、比較的に狭いブリッジセグメント５７によって第２の方向ｙで互いに接続されたいくつかのパッドセグメント５６を含んでよい。第１の検知電極１４のパッドセグメント５４は、第２の方向ｙで第１の幅Ｗ１を有するひし形であり、第１の検知電極１４のブリッジセグメント５５は、第２の方向ｙで第２の幅Ｗ２を有する。第２の検知電極２０のパッドセグメント５６及びブリッジセグメント５７は、第１の検知電極１４と同じそれぞれの形状及び幅Ｗ１、Ｗ２を有する。
第１の及び第２の検知電極１４、２０は、第２の検知電極２０のブリッジセグメント５７が、第１の検知電極１４のブリッジセグメント５５の上になるように配置される。代わりに、第１の及び第２の検知電極１４、２０は、第２の検知電極２０のパッドセグメント５６が第１の検知電極１４のパッドセグメント５４の上になるように配置されてよい。パッドセグメント５４、５６はひし形形状である必要はなく、代わりに円形であってよい。パッドセグメント５４、５６は、三角形、正方形、五角形、または六角形などの正多角形であってよい。パッドセグメント５４、５６は、Ｉ字形またはＺ字形であってよい。
第２のタッチパネル５３の代替形状は、第１のまたは第２の装置２２、３７と組み合わせて等しく適用可能である。
第３のタッチパネル
また、図１７を参照すると、第３のタッチパネル５８は、第１のまたは第２の装置２２、３７と組み合わせて使用されてよい。
第３のタッチパネル５８が第２の層構造１７を含まず、第２の検知電極２０が、第１の検知電極１４に加えて、第１の層構造１１の第１の面１２の上に配置される点を除き、第３のタッチパネル５８は、第１のタッチパネル１０と実質的に同じである。各第１の検知電極１４は、第１の方向ｘに延在する連続導電性領域である。例えば、各第１の検知電極１４は、第１の方向ｘで等間隔に配置され、比較的に狭いブリッジセグメント６０によって第１の方向ｘで互いに接続されたいくつかのパッドセグメント５９を含んでよい。各第２の検知電極２０は、第２の方向ｙで等間隔で配置されたいくつかのパッドセグメント６１を含んでよい。しかしながら、第２の検知電極２０のパッドセグメント６１は、第１の層構造１１の第１の面１２上に配置され、第１の検知電極１４が組み入れられており、第１の検知電極１４によって分離される。各第２の検知電極２０に対応するパッドセグメント６１は、導電性ジャンパ６２によって互いに接続される。ジャンパ６２はそれぞれ、第１の検知電極１４の一部にまたがり、ジャンパ６２は、ジャンパ６２と第１の検知電極１４の交点の回りの領域に局限される場合がある誘電材料（図示せず）の薄層によって第１の検知電極１４から絶縁される。
代わりに、薄い誘電体層（図示せず）は、第１の層構造１１の第１面１２、第１の検知電極１４、及び第２の検知電極２０の導電性パッド６１の上にあってよい。第２の方向ｙで伸長する導電性トレース（図示せず）は、誘電体層（図示せず）の上に配置されてよく、各導電性トレース（図示せず）は、１つの第２の検知電極２０を構成するパッドセグメント６１の上にある。上にある導電性トレース（図示せず）は、薄い誘電体層（図示せず）を通して形成されたビア（図示せず）を使用し、各第２の検知電極２０を構成するパッドセグメント６１を接続してよい。
修正例
上述の実施形態に多くの修正を加え得ることが理解される。そのような修正は、圧力検知タッチパネル及び／または投影型静電容量式検知タッチパネルの設計、製造、及び使用において既に既知であり、本明細書にすでに説明した特徴の代わりにまたは機能に加えて使用し得る同等な特徴及び他の特徴を含んでよい。一実施形態の特徴は、別の実施形態の特徴によって置き換えられてよい、または補足されてよい。
第３の装置
また、図１８を参照すると、第３の装置６６は、圧力と静電容量の複合的な検知のためにタッチパネル１０及び第２のコントローラ６７を含む。
第２のコントローラ６７では、第１の検知電極１４からの入力信号が、第１のマルチプレクサ４２ａによって単一の電荷増幅器３４ａに接続される点を除き、第２のコントローラ６７は、第１のコントローラ４０と同じである。電荷増幅器３４ａは、第１のコントローラ４０に関してと同じように、第１の一次ＡＤＣ３８ａ、第１の二次ＡＤＣ４３ａ、及びコントローラ２５によって処理される第１の増幅信号４７ａを出力する。同様に、第２の検知電極２０からの入力信号は、第２のマルチプレクサ４２ｂによって単一の電荷増幅器３４ｂに接続されている。電荷増幅器３４ｂは、第１のコントローラ４０に関して同じように、第２の一次ＡＤＣ３８ｂ、第２の二次ＡＤＣ４３ｂ、及びコントローラ２５によって処理される第２の増幅信号４７ｂを出力する。共通電極１５からの信号の取得及び処理は、第２の装置３７に関してと同じである。
第１のコントローラ４０と同じように、一次及び二次ＡＤＣ３８、４３の使用は必須ではない。代わりに、単一のＡＤＣ（図示せず）は、信号４９、５０を連続して取得するように、圧電サンプリング周波数及び容量性サンプリング周波数ｆｐｉｅｚｏ、ｆｃａｐでの操作を交互に行うことができる。
第４の装置
また、図１９を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第４の装置６８が示されている。
第４の装置６８は、第１のタッチパネル１０と、静電容量式タッチコントローラ６９の形の第１の回路２３、インピーダンスネットワーク７０及び電荷増幅器３４、共通電極電荷増幅器４４の形の第２の回路２４、ならびにコントローラ２５を含む測定回路とを含む。
静電容量式タッチコントローラ６９は、第１の検知電極と第２の検知電極１４、２０の対の間または両方の相互静電容量測定のために、個々の第１の及び第２の検知電極１４、２０の自己容量測定のために構成された標準的な市販されているデバイスであってよい。静電容量式タッチコントローラを提供するための適切なデバイスは、Ｓｏｌｏｍｏｎ Ｓｙｓｔｅｃｈ ｍａＸＴｏｕｃｈ（ＲＴＭ）コントローラ、Ｃｙｐｒｅｓｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＣａｐＳｅｎｓｅ（ＲＴＭ）コントローラ、Ｓｙｎａｐｔｉｃｓ ＣｌｅａｒＰａｄ（ＲＴＭ）コントローラ、または互換性のある機能を備えた他のデバイスを含むが、これに限定されるものではない。静電容量式タッチコントローラ６９の各測定端子は、入力静電容量Ｃｉｎ及び導電性トレース２６を介して、対応する第１のまたは第２の検知電極１４、２０に結合される。入力静電容量Ｃｉｎは、通常、約１００ｐＦ～約１ｎＦの間の範囲の値を有する場合がある。静電容量式タッチコントローラ６９は、コントローラ２５に渡される容量値２７を取得するために任意の標準的な方法で動作してよい。
各検知電極１４、２０または隣接する検知電極１４、２０のグループに対応する第１の信号２９を測定する代わりに、第４の装置６８では、インピーダンスネットワーク７０が、検知電極１４、２０のすべてを単一の電荷増幅器３４の入力に結合する。言い換えると、第４の装置６８では、方程式（１１）に従ってＱｓｅｎ（または方程式（１７）に従ってＶｓｅｎ）を求めるための総和は、デジタル領域からアナログ領域に移動される。各検知電極１４、２０は、入力抵抗Ｒｉｎによって電荷増幅器３４の入力に結合される。入力抵抗Ｒｉｎは、静電容量式タッチコントローラ６９の測定チャネル間のクロストークを抑制するほど十分に大きい。入力抵抗Ｒｉｎは、通常、約１０ｋΩ～約１００ｋΩの間の範囲の値を有してよい。
コントローラ２５は、第１の圧電信号２９及び第２の圧電信号３０を受信する。コントローラ２５は、例えば、方程式（１３）または方程式（２１）を使用し、総圧電電荷ＦＣＥに基づいて、補正圧電信号３２を推定してよい。総圧電電荷ＦＣＥは、総印加圧力の推定値を提供する。コントローラ２５は、タッチ場所データ３１を決定するために容量値２７を使用する。代わりに、静電容量式タッチコントローラ６９が適切な機能性を提供する場合、静電容量式タッチコントローラ６９は内部でタッチ場所データ３１を決定してよく、コントローラ２５にタッチ場所データ３１を出力してよい。コントローラ２５は、総圧電電荷ＦＣＥの加重差計算のための位置依存係数を調べるために、静電容量式タッチコントローラ６９からのタッチ場所データ３１を使用してよい。
このようにして、第４の装置６８は、従来の静電容量式タッチコントローラ６９を使用し、取得された標準的な静電容量測定値と同時に印加全圧の推定値を提供するために使用され得る。これにより、従来の静電容量式タッチシステムを、圧電層１６、共通電極１５、インピーダンスネットワーク７０、及び１対の電荷増幅器３４、４４を加えることによって大局的な印加力の推定値で補強できるようになる。
第４の装置６８の修正例では、入力静電容量Ｃｉｎは、静電容量式タッチコントローラ６９から検知電極１４、２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）で置き換えられてよい。そのような修正例では容量値２７及び圧電信号２９、３０の測定は同時ではなく、代わりに時分割多重化される。例えば、第１の静電容量測定期間では、検知電極１４、２０は、容量値２７を求めるために静電容量式タッチコントローラ６９に接続されてよい。一方、第２の圧力測定期間では、検知電極１４、２０は、第１の及び第２の圧電信号２９、３０が取得される間、静電容量式タッチコントローラ６９から切断されてよい。静電容量測定期間中、スイッチは、電荷増幅器３４、４４（図１５のＳＷ２、図２６のＳＷ６）のフィードバックネットワークを短絡させるために使用されてよい。静電容量測定期間及び圧力測定期間は、ループで繰り返される。
第１のタッチパネル１０に関して示しているが、第４の装置６８は、代わりに、第２のタッチパネル５３、第３のタッチパネル５８、または１つ以上の共通電極１５といくつかの検知電極１４、２０との間に配置された圧電層１６を含む任意の他の適切なタッチパネルを使用してよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、インピーダンスネットワーク７０、コントローラ２５、及び共通電極電荷増幅器４４は、例示を目的として図１９では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにインピーダンスネットワーク７０及び／または共通電極電荷増幅器４４の機能を提供してよい。
第５の装置
圧電圧力測定に対する外部電場への結合の影響を低減するために、共通電極１５と検知電極１４、２０との間で差動測定値が求められる例が説明されてきた。言い換えると、第１から第４の装置２２、３７、６６、６８は、差動測定を実行するために検知電極を使用し、それによって外部電場への結合から生じる全圧の推定値に対するいかなる寄与も低減することを伴っていた。しかしながら、タッチパネル１０、５３、５８の検知電極は、例えば非差動圧電圧力測定を実行するとき、外部電場への結合からの不必要な寄与を低減するために、他の方法で利用されてもよい。
また、図２０を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第５の装置７３が示されている。
第５の装置７３は、第１のタッチパネル１０と、静電容量式タッチコントローラ６９の形の第１の回路２３及びスイッチネットワーク７４、共通電極電荷増幅器４４の形の第２の回路２４、ならびにコントローラ２５を含む測定回路とを含む。
第５の装置７３は、時分割多重化された静電容量及び圧力の測定に使用される。第１の静電容量測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは開いており、検知電極１４、２０のそれぞれを絶縁する。一方、静電容量式タッチコントローラ６９は、容量値２７の従来の測定を実行する。スイッチネットワーク７４のスイッチの動作は、コントローラ２５によって提供される制御信号７５によって制御される。容量値２７は、容量値２７に基づいてタッチ場所データ３１を決定し得るコントローラ２５に渡される。いくつかの実施形態では、静電容量式タッチコントローラ６９は、タッチ場所データ３１を決定し、コントローラ２５へ、または第５の装置７３を組み込んだ電子デバイス（図示せず）のプロセッサ（図示せず）へ直接的に出力してよい。静電容量測定期間中、スイッチ（図示せず）は、電荷増幅器４４のフィードバックネットワークを短絡させるために使用されてよい（図１５のＳＷ２または図２５のＳＷ６と同様）。
第２の圧力測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは閉じられ、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに検知電極１４、２０を接続する。このようにして、検知電極１４、２０は、外部電場への結合に対して共通電極１５を静電的に遮蔽するために使用されてよい。共通電極１５及び電荷増幅器４４は、第２の圧電信号３０を取得するために圧力測定期間中に使用される。コントローラ２５は、タッチパネル１０に印加された全圧の推定値として、第２の圧電信号３０を出力してよい。共通電極１５を静電的に遮蔽するために検知電極１４、２０を使用すると、外部電場からの干渉に対して比較的により堅牢である全圧測定が可能になる。時分割多重化によって、従来の静電容量をベースにした方法を使用する場所検知の保持が可能になる。
第５の装置７３は、既存の従来の静電容量式タッチパネルを、加えられる複雑さが最小の圧力／力検知で補強できるようにしてよい。
第５の装置７３の修正例では、入力静電容量Ｃｉｎが、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から検知電極１４、２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）で置き換えられてよい。
第１のタッチパネル１０に関して示しているが、第５の装置７３は、代わりに、第２のタッチパネル５３、第３のタッチパネル５８、または１つ以上の共通電極１５といくつかの検知電極１４、２０との間に配置された圧電層１６を含む任意の他の適切なタッチパネルを使用してよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、及び共通電極電荷増幅器４４は、例示を目的として図２０では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにスイッチネットワーク７４及び／または共通電極電荷増幅器４４の機能を提供してよい。
第６の装置
また、図２１を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第６の装置７６が示されている。
第１の検知電極１４だけが測定回路のインピーダンスネットワーク７０に接続され、第２の検知電極２０は、代わりに第５の装置７３に関する様式と同じようにスイッチネットワーク７４に結合される点を除き、第６の装置７６は第４の装置６８に類似している。
動作中、第６の装置７６は、容量値２７の測定値及び補正圧電信号３２の測定値を時分割多重化する。第１の静電容量測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは、制御信号７５によって開かれる。静電容量式タッチコントローラ６９は、容量値２７を求めるために従来の自己容量測定または相互静電容量測定を実行するために使用される。いくつかの例では、容量値２７は、次いでタッチ場所データ３１を決定するコントローラ２５に提供されてよい。他の例では、静電容量式タッチコントローラ６９は、タッチ場所データ３１を内部で決定し、コントローラ２５へ、または第６の装置７６を組み込んだ電子デバイス（図示せず）のプロセッサ（図示せず）にタッチ場所データ３１を出力してよい。
第１の期間中、スイッチは、静電容量測定によって誘導された電荷を蓄積することを回避するために、（図１５のＳＷ２または図２５のＳＷ２６と同様）電荷増幅器３４、４４のフィードバックネットワークを短絡させるために使用されてよい。
第２の圧力測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは、制御信号７５によって閉じられ、第２の検知電極２０のそれぞれをシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続する。このようにして、第２の検知電極２０は、第１の及び第２の圧電信号２９、３０が取得される間、第１の検知電極１４及び共通電極１５を静電的に遮蔽するために使用されてよい。コントローラ２５は、補正圧電信号３２の形の印加全圧の推定値を計算する。第２の検知電極２０を静電シールドとして使用することによって、補正圧電信号３２での外部電場への結合のいかなる影響もさらに低減され得る。
第６の装置７６では、外部電場によってまたは圧電層１６の分極によって第２の検知電極２０で誘導された電荷は記録されない。しかしながら、そのような影響は、形状に依存し、再現可能であり、したがって第１の圧電信号と第２の圧電信号２９、３０の差を求めるために使用される重み付けの（例えば、既知の場所で既知の力を使用する）較正中に説明できると予想されるであろう。コントローラ２５は、決定したまたは受け取ったタッチ場所データ３１に基づいて適切な重み付けを探してよい。
第６の装置７６の修正例では、入力静電容量Ｃｉｎ は、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から第２の検知電極２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）で置き換えられてよい。
第６の装置７６の別の修正例では、第１の及び第２の圧電信号２９、３０の加重差を求めることは、デジタル領域（つまり、コントローラ２５）から移動され、代わりに、差動電圧増幅器（図示せず）を使用し、アナログ領域で実行されてよい。
第１のタッチパネル１０に関して示しているが、第６の装置７６は、代わりに、第２のタッチパネル５３、第３のタッチパネル５８、または１つ以上の共通電極１５といくつかの検知電極１４、２０との間に配置された圧電層１６を含む任意の他の適切なタッチパネルを使用してよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、インピーダンスネットワーク７０、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、及び共通電極電荷増幅器４４は、例示を目的として図２１では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにインピーダンスネットワーク７０、スイッチネットワーク７４、及び／または共通電極電荷増幅器４４の機能を提供してよい。
第７の装置
また、図２２を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第７の装置７７が示されている。
共通電極１５が共通電極スイッチ７８を使用し、共通モード電荷増幅器４４とシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭの間で切り替え可能となるように、測定回路がさらに構成される点を除き、第７の装置７７は第５の装置７３と同じである。共通電極スイッチ７８は、コントローラ２５によって提供される制御信号７９を使用し、制御される。
動作中、第１の静電容量測定期間中、共通電極１５がシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続される点を除き、第７の装置７７は第５の装置７３と同じように動作する。第２の圧力測定期間中、共通電極スイッチ７８は、第２の圧電信号３０の測定のために電荷増幅器４４に共通電極１５を接続する。
第７の装置７７の修正例では、入力静電容量Ｃｉｎは、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から検知電極１４、２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）で置き換えられてよい。
第１のタッチパネル１０に関して示しているが、第７の装置７７は、代わりに、第２のタッチパネル５３、第３のタッチパネル５８、または１つ以上の共通電極１５といくつかの検知電極１４、２０との間に配置された圧電層１６を含む任意の他の適切なタッチパネルを使用してよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、共通電極スイッチ７８、及び共通電極電荷増幅器４４は、例示を目的として図２２では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにスイッチネットワーク７４、共通電極スイッチ７８、及び／または共通電極電荷増幅器４４の機能を提供してよい。
第８の装置
また、図２３を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第８の装置８０が示されている。
共通電極電荷増幅器４４が測定回路に含まれず、検知電極１４、２０が、静電容量式タッチコントローラ６９の端子に直接的に結合される点を除き、第８の装置８０は第７の装置７７と同じである。共通電極電荷増幅器４４の代わりに、静電容量式タッチコントローラ６９の内部電荷増幅器８１は、共通電極スイッチ７８を介して共通電極１５に接続可能である。第７の装置８０では、静電容量式タッチコントローラ６９は、監視される電極上に／から離れて流れる電荷を監視することに基づいて静電容量を測定するために動作する電荷移動型である。電荷移動型の静電容量式タッチコントローラ６９は、通常、容量値２７を測定するために使用されるいくつかの内部電荷増幅器８１を含む。第８の装置８０では、１つのそのような内部電荷増幅器８１は、共通電極１５から圧電電荷ＱＣＥを監視するために使用される。第８の装置８０の動作は、第７の装置７７の動作と同じであり、内部電荷増幅器８１は、共通電極電荷増幅器４４に類似する機能を提供する。
このようにして、第８の装置８０は、従来の静電容量式タッチコントローラ６９の未使用の監視チャネルが、圧力測定を提供するために使用され得るので、特に簡略な方法で従来の静電容量式タッチパネルを補強することを可能にし得る。
第８の装置８０の修正例では、検知電極１４、２０は、第７の装置７７と同じように、入力静電容量Ｃｉｎを使用し、静電容量式タッチコントローラ６９の端子に容量結合されてよい。
第８の装置８０の別の修正例では、検知電極１４、２０は、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から検知電極１４、２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）を使用し、静電容量式タッチコントローラ６９の端子に結合されてよい。
第１のタッチパネル１０に関して示しているが、第８の装置８０は、代わりに、第２のタッチパネル５３、第３のタッチパネル５８、または１つ以上の共通電極１５といくつかの検知電極１４、２０との間に配置された圧電層１６を含む任意の他の適切なタッチパネルを使用してよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、及び共通電極スイッチ７８は、例示を目的として図２３では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにスイッチネットワーク７４及び／または共通電極スイッチ７８の機能を提供してよい。
第９の装置
また、図２４を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第９の装置８２が示されている。
静電容量式タッチコントローラ６９の内部電荷増幅器８１が、共通電極１５と第２の検知電極２０＊の１つとの間で共用されるように、測定回路が構成される点を除き、第９の装置８２は第８の装置８０と同じである。第９の装置８２の測定回路は、１対のスイッチＳＷａ、ＳＷｂを含む第３のスイッチネットワーク８３を含む。１つのスイッチＳＷａは、内部電荷増幅器８１、またはシステム接地もしくは共通モード電圧ＶＣＭのどちらかに第２の検知電極２０＊の１つを接続する。第２のスイッチＳＷｂは、内部電荷増幅器８１またはシステム接地もしくは共通モード電圧ＶＣＭのどちらかに共通電極１５を接続する。
第１の静電容量測定期間中、制御信号７９は、スイッチＳＷａに第２の検知電極２０ ＊を内部電荷増幅器８１に接続させ、静電容量式タッチコントローラ６９は容量値２７を測定する。制御信号７９は、スイッチＳＷｂに共通電極１５をシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続させる。コントローラ２５は、受信した容量値２７に基づいてタッチ場所データ３１を決定してよい。代わりに、静電容量式タッチコントローラ６９は、タッチ場所データ３１を決定し、出力してよい。
第２の圧力測定期間中、制御信号７９は、スイッチＳＷａに第２の検知電極２０＊をシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続させる。一方、スイッチＳＷｂは、内部電荷増幅器８１に共通電極１５を接続する。圧力測定期間中、検知電極１４、２０の残りも、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷによってシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続される。
このようにして、従来の静電容量式タッチパネルは、静電容量式タッチコントローラ６９のチャネル数を増やす必要なしに、圧力測定で補強されてよい。
第９の装置８２の例は、単一の同一の広がりを有する共通電極１５を含むが、タッチパネル１０は、２つ以上の共通電極を含んでよい。追加の各共通電極の場合、スイッチＳＷａ、ＳＷｂの追加の対が第３のスイッチネットワーク８３に加えられる。いくつかの例では、各検知電極１４、２０は、その各検知電極１４、２０の下にあり、その検知電極１４、２０と同一の広がりをもつ対応する共通電極１５と内部電荷増幅器８１を共用してよい。
第９の装置８２の修正例では、第２の検知電極２０＊以外の検知電極１４、２０は、第７の装置７７と同じように、入力静電容量Ｃｉｎを使用し、静電容量式タッチコントローラ６９の端子に容量結合されてよい。
第９の装置８２の別の修正例では、第２の検知電極２０＊以外の検知電極１４、２０は、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から第２の検知電極２０＊以外の検知電極１４、２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）を使用し、静電容量式タッチコントローラ６９の端子に結合されてよい。
１つの第２の検知電極２０＊に関して示しているが、共通電極１５は、第１のまたは第２の検知電極１４、２０のいずれか１つと内部電荷増幅器８１を共用してよい。
第１のタッチパネル１０に関して示しているが、第９の装置８２は、代わりに、第２のタッチパネル５３、第３のタッチパネル５８、または１つ以上の共通電極１５といくつかの検知電極１４、２０との間に配置された圧電層１６を含む任意の他の適切なタッチパネルを使用してよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、及び第３のスイッチネットワーク８３は、例示を目的として図２４では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにスイッチネットワーク７４及び／または第３のスイッチネットワーク８３の機能を提供してよい。
第１０の装置
また、図２５を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第１０の装置８４が示されている。
第１０の装置８４は、第１のタッチパネル１０と、コントローラ２５、静電容量式タッチコントローラ６９、及び共通電極電荷増幅器４４を含む測定回路とを含む。各検知電極１４、２０は、対応するスイッチＳＷ３によって静電容量式タッチコントローラ６９の端子に、及びスイッチＳＷ４によってシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭに結合される。簡略にするために図２５には１つの検知電極１４、２０しか示していないが、各検知電極１４、２０の構成は同じである。
共通電極電荷増幅器４４は、出力と反転入力との間で接続された帰還容量Ｃｆを有する積分器として構成されたオペアンプＯＰを含む。スイッチＳＷ６は、帰還容量Ｃｆと並列に接続される。任意選択で、フィードバック抵抗Ｒｆも帰還容量Ｃｆ及びスイッチＳＷ６と並列に接続されてよい。オペアンプＯＰの反転入力は、スイッチＳＷ５及び直列に接続された入力抵抗Ｒｉを介して共通電極１５に結合される。オペアンプＯＰの非反転入力は、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続される。オペアンプＯＰの出力は、コントローラ２５に第２の圧電信号３０を提供する。オペアンプＯＰは、簡略にするために図２５には示さない、電源などの他の接続を含んでよい。
スイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６は、コントローラ２５によって提供される対応する制御信号８５、８６、８７、８８によって開かれる（非導電性）または閉じられる（導電性）ように制御される。
また、図２６を参照すると、スイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のタイミングが示されている。
時間ｔ０とｔ１（簡略にするために［ｔ０，ｔ１］と示される）との間の第１の静電容量測定期間中、スイッチＳＷ３は閉じられており（導電性）、スイッチＳＷ４は開かれており（非導電性）、その結果各検知電極１４、２０は、静電容量式タッチコントローラ６９の対応する端子に接続される。第１の期間［ｔ０，ｔ１］中、スイッチＳＷ５及びＳＷ６は閉じられている。ＳＷ５が閉じることによって、共通電極１５は、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに設定され、これは、タッチパネル１０の下にあるディスプレイ（図示せず）によって誘導されたノイズから検知電極１４、２０を遮蔽するように働いてよい。スイッチＳＷ６が閉じることによって、オペアンプＯＰのフィードバックネットワークが、容量値２７の測定によって誘導された電荷を蓄積しないようになる。静電容量式タッチコントローラ６９は、任意の既知の適切な静電容量測定技術を使用し、容量値２７を測定する。
第２の圧力測定期間［ｔ１，ｔ１４］中、スイッチＳＷ３は開いており、スイッチＳＷ４は閉じられており、その結果、検知電極１４、２０は静電容量式タッチコントローラ６９から切断され、代わりにシステム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続される。このようにして、検知電極１４、２０は、外部電場への結合から共通電極１５を静電的に遮蔽するように働いてよい。
スイッチＳＷ６は、共通電極１５上で誘導された電荷の蓄積を可能にするために、第２の期間［ｔ１，ｔ１４］中、概して開いている。しかしながら、オペアンプＯＰ上のＤＣオフセットのドリフトを回避するために、スイッチＳＷ６は、１つ以上の短いリセット期間中に閉じられて、帰還容量Ｃｆを放電してよい。
例えば、図２６に示すように、スイッチＳＷ６は、第２の期間［ｔ１，ｔ１４］中の３つのリセット期間［ｔ３，ｔ４］、［ｔ７，ｔ８］、及び［ｔ１１，ｔ１２］の間、閉じられていてよい。一般的に、スイッチＳＷ５は、共通電極１５の上で誘導された電荷がオペアンプＯＰによって検出されるのを可能にするために、第２の期間［ｔ１，ｔ１４］を通して閉じられている。しかしながら、スイッチＳＷ５は、好ましくは、リセット期間［ｔ３，ｔ４］、［ｔ７，ｔ８］、［ｔ１１，ｔ１２］中に圧電電荷ＱＣＥを放電するのを回避するために、各リセット期間［ｔ３，ｔ４］、［ｔ７，ｔ８］、［ｔ１１，ｔ１２］の前後に延長する期間［ｔ２，ｔ５］、［ｔ６，ｔ９］、［ｔ１０，ｔ１３］の間、開かれている。オペアンプＯＰによって出力される第２の圧電信号３０は、コントローラ２５によって受信される。第２の圧電信号３０は、例えば積分または総和によって、コントローラ２５によりデジタル領域の中に蓄積されてよい。
スイッチＳＷ５が第１の期間［ｔ０，ｔ１］の間、閉じられているとき、共通電極１５は、システム接地または共通電極電圧ＶＣＭに接続され、ディスプレイのノイズから検知電極１４、２０を静電的に遮蔽する。これにより、第１の期間［ｔ０，ｔ１］は下にあるディスプレイ（図示せず）の表示期間に相当できる場合がある。一方、第２の期間［ｔ１，ｔ１４］は表示ブランキング期間に相当する場合がある。このようにして、表示ブランキング期間は、静電容量測定と圧力測定との間で分割する必要はなく、それぞれにより多くの時間を可能にする。
また図２７を参照すると、スイッチＳＷ５は、第１の期間［ｔ０，ｔ１］中に閉じられる必要はなく、いくつかの例では、第１の期間［ｔ０，ｔ１］の間、開かれたままになる場合がある。共通電極１５を浮動のままにしておくと、ディスプレイのノイズからの遮蔽が提供されない場合がある。しかしながら、検知電極１４、２０の静電容量のバックグラウンドレベルは低減される。これは、静電容量式タッチコントローラ６９による容量値２７の測定の感度を改善し得る。
また、図２８を参照すると、スイッチＳＷ５は、任意のリセット期間［ｔ３，ｔ４］、［ｔ７，ｔ８］、［ｔ１１，ｔ１２］中、開かれている必要はなく、いくつかの例では閉じられたままであってよい。
他の例では、スイッチＳＷ５は、常に閉じている、または完全に省略される場合もある。
第１のタッチパネル１０に関して説明するが、第１０の装置８４は、代わりに、第２のタッチパネル５３、第３のタッチパネル５８、または１つ以上の共通電極１５といくつかの検知電極１４、２０との間に配置された圧電層１６を含む任意の他の適切なタッチパネルを使用してよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、コントローラ２５、共通電極電荷増幅器４４、及びスイッチＳＷ３、ＳＷ４は、例示を目的として図２５では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらに共通電極電荷増幅器４４及び／またはスイッチＳＷ３、ＳＷ４の機能を提供してよい。
上述の例は、おもに複合的な圧電と静電容量式タッチパネル及び装置を参照して説明されてきたが、本明細書の第１の及び第２の方法が、静電容量を測定せず、圧電圧力信号しか測定しないタッチパネル装置でも使用され得ることが理解されるべきである。圧電タッチパネルがユーザーとの対話の座標ｘ、ｙの決定を可能にするならば、係数ｋｎ（ｘ，ｙ）、ｈｍ（ｘ，ｙ）及び／またはＣＣＥ（ｘ，ｙ）の適切な事前に較正された値は取り出され、方程式（１３）、（１５）、（１６）、またはその電圧同等物で適用されてよい。
上述のいくつかの例では、第１の圧電圧力信号２９は、それぞれの第１のまたは第２の検知電極１４、２０に対応して生成されるが、これが当てはまる必要はない。他の例では、２つ以上の隣接する検知電極１４、２０のグループからの信号は、２つ以上の隣接する検知電極１４、２０のグループで誘導された電荷に対応する第１の圧電圧力信号２９を生じさせるために、単一の電荷増幅器３４によって結合されてよい。
上述した例は、おもに、第１の及び第２の検知電極１４、２０が垂直方向で細長いタッチパネルに関して説明してきたが、これがあてはまる必要はない。他の例では、第２の検知電極２０は省略されてよく、第１の検知電極は、離散タッチパッドの二次元アレイの形をとってよい。追加の例では、第２の検知電極２０は省略されてよく、第１の検知電極１４は、不規則なアレイで配列され、任意の場所に配置された、または１つ以上の規則正しいアレイに配列されたいくつかの第１の検知電極１４及び１つ以上の不規則なアレイにもしくは任意の場所に配置された他の第１の検知電極１４の混合物で配列された離散タッチパネルの形をとってよい。本明細書の第１の及び第２の方法は、依然としてそのような例で使用され得る。
例えば、図２９及び３０も参照すると、第４のタッチパネル８９及び第１１の装置９０が示されている。
第４のタッチパネル８９は、厚さ方向ｚに積み重ねられた共通電極１５、圧電材料１６の層、第１の接着剤層９１ａ、第１の誘電体層２１ａ、個別の導電性パッドの形のいくつかの第１の検知電極１４、第２の接着剤層９１ｂ、第２の誘電体層２１ｂ、及び保護カバー９２を含む。圧電層１６、第１の接着剤層９１ａ、及び第１の誘電体層２１ａは、第４のタッチパネル８９の第１の層構造１１を形成する。第１の検知電極１４は、例えば第１の面１２上に配置されてアレイを形成する個別の導電性パッドである。第１の検知電極１４のいくつかは二次元位置検知のためのアレイを形成してよい。一方、他の第１の検知電極１４は、個別のボタンまたはスライダコントロールを提供するための一次元アレイなどの他の構造体などを画定するためにパターン化されてよい。
第４のタッチパネル８９を形成する層のそれぞれは、意図する用途に応じて、透明または不透明である場合がある。例えば、第４のタッチパネル８９がディスプレイ（図示せず）の上になることを意図する場合、次いで各層は実質的に透明であるべきである。
第４のタッチパネル８９の層は、任意の適切な方法で組み立てられてよい。第４のタッチパネル８９の１つの好ましい例では、共通電極１５は、第２の面１３に相当する圧電層１６の表面の上に配置される。第１の検知電極１４は、第１の面１２に相当する第１の誘電体基板２１ａの表面の上に配置またはパターン化される。第２の誘電体層２１ｂは、保護カバー９２に結合される、または第２の誘電体層２１ｂは、保護カバー９２の上に配置されてよい。これらのサブアセンブリは、次いで第１の及び第２の接着剤層９１ａ、９１ｂを使用し、互いに積層されて、第４のタッチパネル８９を形成してよい。
圧電材料１６の層は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはポリ乳酸などの圧電ポリマーを含む場合もあれば、圧電ポリマーから形成される場合もある。しかしながら、圧電材料１６の層は、代わりにチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックの層の形をとってよい。好ましくは、第１の検知電極１４及び共通電極１５は、銀ナノワイヤから形成されてよい。しかしながら、第１の検知電極１４及び共通電極１５は、代わりにインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明な導電性酸化物から形成されてよい。第１の検知電極１４及び共通電極１５は、薄膜としての付着及びパターン化に適したアルミニウム、銅、銀、または他の金属などの金属膜であってよい。第１の検知電極１４及び共通電極１５は、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、またはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などの導電性ポリマーであってよい。第１の検知電極１４及び共通電極１５は、金属メッシュ、金属ナノワイヤ、グラフェン、及び／またはカーボンナノチューブから形成されてよい。誘電体層（複数可）２１、２１ａ、２１ｂは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などのポリマー誘電体材料の層を含んでよい。代わりに、誘電体層（複数可）２１は、酸化アルミニウムなどのセラミック絶縁材料の層を含んでよい。
第１１の装置９０は、第４のタッチパネル８９、共通電極電荷増幅器４４、及びコントローラ９３を含む。コントローラ９３は、コントローラ２５及び静電容量式タッチコントローラ６９の機能を結合する。コントローラ９３は、容量値２７及び第２の圧力信号３０を測定する。コントローラ９３は、容量値２７を直接的に出力する場合がある、及び／またはタッチ場所データ３１を決定し、出力する場合がある。コントローラ９３は、例えば第２の圧力信号３０の形で、第４のタッチパネル８９に印加された全圧の推定値を出力する。いくつかの例では、コントローラ９３は、タッチ場所データ３１に基づいて第２の圧力信号３０に重みを付けてよい、または調整してよい。例えば、第４のタッチパネル８９の中心に及び周辺で印加された同じ力により、第２の圧力信号３０の異なる値が生じる場合がある。そのような変動は、形状及び境界の条件に依存し、既知の場所及び力を使用し、事前に較正されたルックアップテーブルが第２の圧力信号３０を調整するために使用されてよい。
いくつかの例では、コントローラ出力は、追加的にまたは代替的に容量値２７及び第２の圧力信号３０の組み合わせの追加の処理に基づいてよい。例えば、容量値２７から検出された接触は、第２の圧力信号３０から推測された圧力が一定の最小閾値以下の場合、無視されてよい。これは、偶然の接触が記録されるのを防ぎ、意図しない入力を防ぐために役立ち得る。最小閾値は、事前に較正される場合もあれば、意図する用途及び／またはユーザーの好みに従って調整される場合もある。
また、図３１を参照すると、第１１の装置で使用するための一例の回路が示されている。
共通電極電荷増幅器４４はオペアンプＯＰを含む。オペアンプＯＰの反転入力は、コントローラ９３の出力によって提供される制御信号９４によって制御されるスイッチＳＷ７を介して共通電極１５に結合される。オペアンプＯＰの非反転入力は、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続される。オペアンプＯＰの出力は、低域通過フィルタ９５に第２の圧力信号３０を出力する。オペアンプＯＰは、出力と反転入力との間で接続された帰還容量Ｃｆの形のフィードバックネットワークを有する。任意選択で、フィードバック抵抗Ｒｆ、及び／または帰還容量ＣｆをリセットするためにスイッチＳＷ８は、帰還容量Ｃｆと並列に接続されてよい。スイッチＳＷ８が含まれる場合、スイッチＳＷ８の状態は、コントローラ９３によって提供される制御信号９６によって制御されてよい。
低域通過フィルタ９５は、共通電極１５に結合された任意の残留ノイズを除去またはさらに低減するために機能してよい。低域通過フィルタ９５は、コントローラ９３内のＡＤＣ９８にフィルタリングされた第２の圧力信号９７を提供する。他の例では、低域通過フィルタ９５及び／または電荷増幅器４４は、コントローラ９３の一部として統合されてよい。いくつかの例では、低域通過フィルタ９５は省略されてよく、ＡＤＣ９８は、第２の圧力信号３０を直接的に受信してよい。
接続は、図３１で１つの第１の検知電極１４についてだけ示されているが、あらゆる第１の検知電極１４が同じように構成される。各第１の検知電極１４は、対応する入力端子９９に接続される。コントローラ９３内の内部で、入力端子９９は、対応するＡＤＣ９８と、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭとの間でスイッチＳＷ９を使用し、切り替え可能である。各入力端子９９は、対応するＡＤＣ９８を有する。しかしながら、他の例では、いくつかのスイッチＳＷ９は、いくつかの入力端子９９を単一のＡＤＣに多重化するために使用されてよい。また、各第１の検知電極１４は、抵抗Ｒｃを介して駆動端子１００に接続される。各駆動端子１００は、コントローラ９３の対応する信号源１０１に接続される。いくつかの例では、信号源１０１は、駆動端子１００のいくつかまたはすべてに共通であってよい。
また、図３２を参照すると、第１１の装置９０は、多重化された圧力測定及び自己容量測定を実行する。
第１の静電容量測定期間［ｔ０、ｔ１］中、駆動端子１００は、駆動波形、例えば方形波信号を出力する。スイッチＳＷ９は、ＡＤＣ９８に各第１の検知電極１４を接続し、ＡＤＣ９８は、コントローラ９３の自己容量に基づいて歪んだ駆動波形のバージョンを記録する。この歪みに基づいて、コントローラ９３は、対応する容量値２７を決定する。静電容量測定期間［ｔ０、ｔ１］中、スイッチＳＷ７は開いており、共通電極１５から共通電極電荷増幅器４４を切断する。
続いて、第２の圧力測定期間［ｔ１、ｔ２］中、スイッチＳＷ７は閉じられ、第２の圧力信号３０が測定される。圧力測定期間［ｔ１、ｔ２］中、スイッチＳＷ９は、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに第１の検知電極１４を結合する。
第４のタッチパネルは単一の共通電極１５と示されているが、他の例では、２つ以上の共通電極１５が第４のタッチパネル８９の活性領域に及んでよい。２つ以上の共通電極１５が使用されるとき、共通電極１５のすべてが、単一の共通電極電荷増幅器４４に接続されてよい。代わりに、２つ以上の共通電極１５が使用されるとき、各共通電極１５は、別個の共通電極電荷増幅器４４に接続されてよい。
また、図３３を参照すると、第５のタッチパネル１０３が示されている。
追加の静電遮蔽層１０４が共通電極１５と第１の検知電極１４との間に配置される点を除き、第５のタッチパネル１０３は第４のタッチパネル８９と同じである。遮蔽層１０４は、図３０に示すように、共通電極１５の反対側の圧電材料層１６の面の上に配置されてよい。代わりに、遮蔽層１０４は、第１の検知電極１４の反対側の第１の誘電体層２１ａの面の上に配置されてよい。
第５のタッチパネル１０３は、第４のタッチパネル８９の代わりに第１１の装置とともに使用されてよい。遮蔽層１０４は、静電容量測定の駆動波形が圧力測定と干渉するのを阻止し得るため、第５のタッチパネルを使用すると、静電容量測定及び圧力測定を時分割多重化する必要はない場合がある。
第１２の装置
また、図３４を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第１２の装置１０４が示されている。
また、図３５を参照すると、第６のタッチパネル１０８の第１の層構造１１の第２の（下部）面１３上に別個の共通電極１０５のアレイが示されている。
第１２の装置１０４は、第６のタッチパネル１０８と、静電容量式タッチコントローラ６９の形の第１の回路２３及びスイッチネットワーク７４を含む測定回路とを含む。共通電極１５が別個の共通電極１０５のアレイで置き換えられる点を除き、第６のタッチパネル１０８は第１のタッチパネル１０と同じである。別個の共通電極１０５のそれぞれは、第１の方向ｘに延在し、別個の共通電極１０５は、第２の方向ｙで離間されて、アレイを形成する。各別個の共通電極１０５は、対応する導電性トレース１０７によって第２の回路１０６に接続される。
第１２の装置１０４は、時分割多重化された静電容量測定及び圧力測定に使用される。第１の静電容量測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは開いており、検知電極１４、２０のそれぞれを絶縁する。一方、静電容量式タッチコントローラ６９は、容量値２７の従来の測定を実行する。スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷの動作は、コントローラ２５によって提供される制御信号７５によって制御される。容量値２７は、容量値２７に基づいてタッチ場所データ３１を決定し得るコントローラ２５に渡される。いくつかの実施形態では、静電容量式タッチコントローラ６９は、タッチ場所データ３１を決定し、コントローラ２５へ、または第１２の装置１０４を組み込んだ電子デバイス（図示せず）のプロセッサ（図示せず）へ直接的に出力してよい。静電容量測定期間中、１つ以上のスイッチ（図示せず）は、第２の回路１０６の部分を形成する電荷増幅器の１つ以上のフィードバックネットワークを短絡させるために使用されてよい（図１５のＳＷ２または図２５のＳＷ６と同様）。静電容量測定期間中、別個の共通電極１０５のすべては、任意選択で、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに接続されてよい。これにより、ディスプレイノイズから検知電極１４、２０を静電的に遮蔽するために、別個の共通電極１０５を使用し、表示切替期間中に、静電容量測定値を取得できる場合がある。
第２の圧力測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは閉じられ、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに検知電極１４、２０を接続する。このようにして、検知電極１４、２０は、外部電場への結合から別個の共通電極１０５を静電的に遮蔽するために使用されてよい。第２の回路１０６は、別個の共通電極１０５のそれぞれに対応する別個の第２の圧電信号３０を出力し、コントローラ２５は、圧力測定期間中に第２の圧電信号３０をサンプリングする。いくつかの例では、第２の回路１０６は、圧力測定期間中に第２の圧電信号３０を出力するのみでもよい。
このようにして、空間分解された力測定値が、第１２の装置１０４を使用し、取得されてよい。コントローラ２５は、第１２の装置１０４を組み込んだデバイス（図示せず）による以後の処理のために第２の圧電信号３０のすべてを出力してよい。コントローラ２５は、個々の第２の圧電信号３０が出力される第１のモード、及び／または個々の第２の圧電信号３０のすべてが総計されて、タッチパネル１０８に印加された全圧の単一の推定値を提供する第２のモードで動作するように構成されてよい。コントローラ２５は、個々の第２の圧電信号３０と統合された全信号の両方とも出力するために第１のモード及び第２のモードで同時に操作されてよい。代わりに、コントローラ２５は、第１のモードと第２のモードとの間で切り替え可能であってもよい。
共通電極１５を静電的に遮蔽するために検知電極１４、２０を使用すると、外部電場からの干渉に対して比較的により堅牢である空間分解された圧力測定値が可能になり得る。時分割多重化によって、従来の静電容量に基づいた方法を使用した場所検知の保持が可能になる。
第１２の装置１０４は、既存の従来の静電容量式タッチパネルを、加えられる複雑さが最小の圧力／力検知で補強できる場合がある。
第１２の装置１０４の修正例では、入力静電容量Ｃｉｎは、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から検知電極１４、２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）で置き換えられてよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、及び第２の回路１０６は、例示を目的として図３４では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにスイッチネットワーク７４及び／または第２の回路１０６の機能を提供してよい。
別個の共通電極１０５は、第１の方向ｘに延在するとして示されているが、代わりに別個の共通電極１０５は、第２の方向ｙに延在し、第１の方向ｘで離間されてもよい。
第６のタッチパネル１０８は、第１のタッチパネル１０の修正例として説明されてきた。同様に、第２から第５のタッチパネル５３、４８、８９、１０２のいずれも、共通電極１５を別個の共通電極１０５のアレイで置き換えるために修正されてよい。いずれのそのような修正された第２から第５のタッチパネル５３、４８、８９、１０２も、第６のタッチパネル１０８の代わりになり得る。
第１２の装置１０４は、共通電極１５を別個の共通電極１０５で置き換え、共通電極電荷増幅器４４を第２の回路１０６で置き換えるための第５の装置７３の修正例と見なされてよい。同様に、第６から第１１の装置７６、７７、８０、８２、８４、９０のいずれも、共通電極１５を別個の共通電極１０５で置き換えて、測定された力／圧力の空間分解能を提供するために修正されてよい。
第７のタッチパネル
また、図３６を参すると、第７のタッチパネル１０９が示されている。
第７のタッチパネル１０９は、上述の任意の例の第６のタッチパネル１０８に代わってよく、拡張された別個の共通電極１０５の一次元アレイが、第１の及び第２の方向ｘ、ｙで間隔をおいて配置されてアレイを形成する共通電極パッド１１０によって置き換えられる点を除き、第６のタッチパネル１０８と同じである。
このようにして、第７のタッチパネル１０９は、印加された力／圧力の二次元空間分解能を提供してよい。
第１３の装置
また、図３７を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第１３の装置１１１が示されている。
第１３の装置１１１は、第８のタッチパネル１１２と、静電容量式タッチコントローラ６９の形の第１の回路２３、及びスイッチネットワーク７４、及び第２の回路１１３を含む測定回路とを含む。第８のタッチパネル１１は、第２の層構造１７及び共通電極１５が省略されており、代わりに、第１の及び第２の検知電極１４、２０が第１の層構造１１の第１の及び第２の面１２、１３上で直接的に支持される点で、第１のタッチパネル１０とは異なる。第２の検知電極２０はスイッチネットワーク７４に接続され、第１の検知電極は第２の回路１１３に接続される。
第１３の装置１１１は、時分割多重化された静電容量及び圧力の測定に使用される。第１の静電容量測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは開いており、第２の検知電極２０を絶縁し、同時に第２の回路１１３の入力は、高インピーダンスで浮動する、または保持されることが可能であってよい。このようにして、静電容量式タッチコントローラ６９は、静電容量測定期間中に、第１の及び第２の検知電極１４、２０を使用し、容量値２７の従来の測定を実行してよい。スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷの動作は、コントローラ２５によって提供される制御信号７５によって制御される。第２の回路１１３の動作は、コントローラ２５によって提供される制御信号１１４によって制御される。容量値２７は、容量値２７に基づいてタッチ場所データ３１を決定してよいコントローラ２５に渡される。いくつかの実施形態では、静電容量式タッチコントローラ６９は、タッチ場所データ３１を決定し、コントローラ２５へ、または第１３の装置１１１を組み込んだ電子デバイス（図示せず）のプロセッサ（図示せず）へ直接的に出力してよい。静電容量測定期間中、１つ以上のスイッチ（図示せず）は、第２の回路１１３の部分を形成する電荷増幅器の１つ以上のフィードバックネットワークを短絡させるために使用されてよい（図１５のＳＷ２または図２５のＳＷ６と同様）。
第２の圧力測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは閉じられ、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに第２の検知電極２０を接続する。このようにして、第２の検知電極２０は、外部電場への結合から第１の検知電極１４を静電的に遮蔽するために使用されてよい。第２の回路１１３は、第１の検知電極１４のそれぞれに対応する別個の第２の圧電信号３０を出力し、コントローラ２５は、圧力測定期間中に第２の圧電信号３０をサンプリングする。いくつかの例では、第２の回路１１３は、圧力測定期間中に第２の圧電信号３０を出力するのみでもよい。
このようにして、印加された力の空間分解能は、第１３の装置１１１を使用し、取得され得る。コントローラ２５は、第１２の装置を組み込んだデバイス（図示せず）による以後の処理のために第２の圧電信号３０のすべてを出力してよい。コントローラ２５は、個々の第２の圧電信号３０が出力される第１のモード、及び／または個々の第２の圧電信号３０のすべてが総計されて、タッチパネル１１１に印加された全圧の単一の推定値を提供する第２のモードで動作するように構成されてよい。コントローラは、個々の第２の圧電信号３０と統合された全信号の両方とも出力するために第１の及び第２のモードで同時に操作されてよい。代わりに、コントローラ２５は、第１のモードと第２のモードとの間で切り替え可能であってもよい。
第１の検知電極１４を静電的に遮蔽するために第２の検知電極２０を使用すると、外部電場からの干渉に対して比較的により堅牢である全圧測定値が可能になり得る。時分割多重化によって、従来の静電容量に基づいた方法を使用した場所検知の保持が可能になる。
第１３の装置１１１は、既存の従来の静電容量式タッチパネルを、加えられる複雑さが最小の圧力／力検知で補強できるようにしてよい。
第１３の装置１１１の修正例では、入力静電容量Ｃｉｎは、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から検知電極１４、２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）で置き換えられてよい。
第７のタッチパネル１０９は、第１のタッチパネル１０の修正例として説明されてきた。同様に、第２から第５のタッチパネル５３、４８、８９、１０２のいずれも、共通電極１５、及び存在する場合第２の層構造１７を省略するために修正されてよい。いずれのそのような修正された第２から第５のタッチパネル５３、４８、８９、１０２も第７のタッチパネル１０９の代わりになり得る。
静電容量式タッチコントローラ６９、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、及び第２の回路１１３は、例示を目的として図３７では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラまたはＡＳＩＣなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにスイッチネットワーク７４及び／または第２の回路１１３の機能を提供してよい。
スイッチネットワーク７４が第２の検知電極２０に接続され、第２の回路１１３が第１の検知電極１４に接続された第１３の装置１１１が、示されている。この例では、第２の検知電極２０が使用中にユーザーに最も近くなるため、この構成が示される。他の例では、代わりに第１の検知電極１４が使用中にユーザーに最も近くなる場合、スイッチネットワーク７４は第１の検知電極１４に接続され、第２の回路１１３は第２の検知電極２０に接続されるべきである。
第１４の装置
また、図３８を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第１４の装置１１５が示されている。
第２の検知電極２０だけがスイッチネットワーク７４に接続され、一方第１の検知電極１４は第１の回路１１６に接続される点を除き、第１４の装置１１５は第１２の装置１０４に類似している。さらに、別個の共通電極１０５は、第１の方向ｘの代わりに第２の方向ｙに延在する。言い換えると、別個の共通電極１０５は、第１の検知電極１４に対して垂直である。第１４の装置１１５では、第２の検知電極２０は、第１の検知電極１４よりも入力面（図示せず）により近く、したがって第２の検知電極２０は、ユーザーと第１の検知電極１４との間になる。第１の回路１１６は、接続された第１の検知電極１４のそれぞれに対応する第１の圧電信号２９を生成する。例えば、第１の回路１１６は、各第１の検知電極１４に対応する電荷増幅器（図示せず）などの１つ以上の電荷増幅器（図示せず）を含んでよい。
動作中、第１４の装置１１５は、容量値２７の測定値及び圧電信号２９、３０の測定値を時分割多重化する。第１の静電容量測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは、制御信号７５によって開かれる。静電容量測定期間中、第１の回路１１６への入力は、例えば、コントローラ２５から受信した制御信号１１７に応えて、浮動または高インピーダンスで保持されてよい。静電容量式タッチコントローラ６９は、容量値２７を求めるために従来の自己容量測定または相互静電容量測定を実行するために使用される。いくつかの例では、容量値２７は、次いでタッチ場所データ３１を決定するコントローラ２５に提供されてよい。他の例では、静電容量式タッチコントローラ６９は、タッチ場所データ３１を内部で決定し、コントローラ２５へ、または第１４の装置１１５を組み込んだ電子デバイス（図示せず）のプロセッサ（図示せず）にタッチ場所データ３１を出力してよい。
第１の期間中、スイッチは、静電容量測定によって誘導された電荷を蓄積することを回避するために、第２の及び第１の回路１０６、１１６（図１５のＳＷ２または図２５のＳＷ６と同様）の１つ以上の電荷増幅器のフィードバックネットワークを短絡させるために使用されてよい。
第２の圧力測定期間中、スイッチネットワーク７４のスイッチＳＷは、制御信号７５によって閉じられ、システム接地または共通モード電圧ＶＣＭに第２の検知電極２０のそれぞれを接続する。このようにして、第２の検知電極２０は、第１の及び第２の圧電信号２９、３０が、第２の及び第１の回路１０６、１１６によって取得される間、第１の検知電極１４及び別個の共通電極１０５を静電的に遮蔽するために使用されてよい。コントローラ２５は、圧力測定期間中、第１の及び第２の圧電信号をサンプリングし、出力する。このようにして、垂直な第１の検知電極１４及び別個の共通電極１０５は、二次元（ｘ－ｙ平面）で空間分解能を有する圧力／力の情報を取得するために使用されてよい。
任意選択で、コントローラ２５は、また、補正圧電信号３２の形の印加全圧の推定値を計算してもよい。第１４の装置１１５では、外部電場によってまたは圧電層１６の分極によって第２の検知電極２０で誘導された電荷は記録されない。しかしながら、そのような影響は、形状に依存し、再現可能であり、したがって第１の圧電信号と第２の圧電信号２９、３０に関して評価された和の差を求めるために使用される重み付けの（例えば、既知の場所で既知の力を使用する）較正中に説明できると予想されるであろう。コントローラ２５は、決定したまたは受け取ったタッチ場所データ３１に基づいて適切な重み付けを探してよい。
第１４の装置１１５の修正例では、入力静電容量Ｃｉｎは、圧力測定期間中に静電容量式タッチコントローラ６９から第２の検知電極２０を切断するために使用され得るスイッチのアレイ（図示せず）または第２のスイッチネットワーク（図示せず）で置き換えられてよい。
第１４の装置１１５の別の修正例では、第１の及び第２の圧電信号２９、３０の和の間の加重差を任意選択で求めることは、デジタル領域（つまり、コントローラ２５）から移動され、代わりに、差動電圧増幅器（図示せず）を使用し、アナログ領域で実行されてよい。
静電容量式タッチコントローラ６９、スイッチネットワーク７４、コントローラ２５、第２の回路１０６、及び第１の回路１１６は、例示を目的として図３８では別個の構成要素として示されているが、他の例では、これらの機能のいくつかまたはすべては単一の統合デバイスによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラなどの単一のデバイスによって提供されてよい。別の例では、第２の及び第１の回路１０６、１１６の機能は、単一のデバイスによって提供されてよい。他の例では、適切にプログラムされたマイクロコントローラまたはＡＳＩＣなどの単一のデバイスは、静電容量式タッチコントローラ６９及びコントローラ２５の機能を提供してよく、さらにスイッチネットワーク７４、第２の回路１０６、及び／または第１の回路１１６の機能を提供してよい。
別個の共通電極１０５が第２の方向ｙで延在し、第１の方向ｘで離間されているとして示されてきたが、代わりに別個の共通電極１０５は、第１の検知電極１４に平行ではない任意の方向に延在してもよい。
第６のタッチパネル１０８は、第１のタッチパネル１０の修正例として説明されてきた。同様に、第２から第５のタッチパネル５３、４８、８９、１０２のいずれも、共通電極１５を別個の共通電極１０５のアレイで置き換えるために修正されてよい。いずれのそのような修正された第２から第５のタッチパネル５３、４８、８９、１０２も第６のタッチパネル１０８の代わりになり得る。等しく、第７のタッチパネル１０９は、第６のタッチパネル１０８の代わりになり得る。
特許請求の範囲は、本願において、特徴の特定の組み合わせに対して説明されてきたが、本発明の開示の範囲は、明示的にもしくは暗示的にのどちらかで本明細書に開示する任意の新規特徴もしくは特徴の任意の新規組み合わせまたはその任意の一般論をも、それがいずれかの請求項で現在特許請求されているのと同じ発明に関するのか否か、及びそれが本発明が軽減するのと同じ技術的な問題のいずれかまたはすべてを軽減するか否かに関わらず、含むことを理解されたい。出願人は、本明細書により、本願の、またはそこから派生する任意の追加の出願の遂行中に新しい請求項が、そのような特徴及び／またはそのような特徴の組み合わせに対して考案され得る旨を通知する。

Claims (16)

  1. タッチパネルからの信号を処理するための装置であって、前記タッチパネルが、複数の検知電極と１つ以上の共通電極との間に配置された圧電材料の層を備え、タッチ位置データを決定するための前記複数の検知電極は、１つ以上のユーザー対話位置を表わしており、
    前記検知電極への接続のための静電容量式タッチコントローラと、
    前記検知電極のいくつかまたはすべてへの接続のための複数の入力と、システム接地もしくは共通モード電圧に接続される出力を備えるスイッチネットワークとを有する第１の回路と、
    前記１つ以上の共通電極への接続のためであって、各共通電極のために、その共通電極に近接する前記タッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成するように構成された第２の回路と、
    コントローラであって、
    圧力測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に任意の接続された検知電極を結合するように前記スイッチネットワークを制御し、
    前記圧力測定期間中に前記１つ以上の第２の圧力信号をサンプリングする
    ように構成された、前記コントローラとを備え、
    前記装置は、１つ以上の共通電極スイッチをさらに備えており、それぞれが、対応する共通電極を、静電容量測定期間中にシステム接地もしくは前記共通モード電圧に接続し、さらに、対応する共通電極を、圧力測定期間中に前記第２の回路に接続するように構成されている、前記装置。
  2. タッチパネルからの信号を処理するための装置であって、前記タッチパネルが、複数の検知電極と１つ以上の共通電極との間に配置された圧電材料の層を備え、
    タッチ位置データを決定するための前記複数の検知電極は、１つ以上のユーザー対話位置を表わしており、
    前記検知電極への接続のための静電容量式タッチコントローラと、
    前記検知電極のいくつかまたは全てへの接続のための複数の入力部、及びシステム接地もしくは共通モード電圧に接続される出力部を備えるスイッチネットワークとを有する
    第１の回路と、
    各共通電極のために、前記共通電極に近接するタッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成するように構成された、前記１つ以上の共通電極への接続のための第２の回路と、ここで前記第２の回路は、前記静電容量式タッチコントローラの１つ以上の内部電荷増幅器を備えており、
    コントローラとを有し、
    このコントローラは、
    前記スイッチネットワークを制御していずれかの接続された検知電極を圧力測定期間中にシステム接地もしくは前記共通モード電圧に接続すると共に、
    前記圧力測定期間中に１つ以上の第２の圧力信号をサンプリングするように構成されており、
    前記装置は、さらに第３のスイッチネットワークを備えており、この第３のスイッチネットワークは、前記第２の回路の各内部電荷増幅器を静電容量測定期間中に前記検知電極の１つに接続し、かつ、前記第２の回路の各内部電荷増幅器を、前記圧力測定期間中に前記１つ以上の共通電極の１つに接続するように構成されている、装置。
  3. 前記第３のスイッチネットワークが、前記静電容量測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に各共通電極を接続し、前記圧力測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に、前記対応する検知電極を接続するようにさらに構成される、請求項２に記載の装置。
  4. 前記静電容量式タッチコントローラが、対応する第１のスイッチを介する各検知電極への接続のために構成され、
    前記スイッチネットワークの各入力が、対応する第２のスイッチによってシステム接地または前記共通モード電圧に接続され、
    前記第２の回路が、１つ以上の共通電極電荷増幅器を備え、各共通電極電荷増幅器が、対応する共通電極に接続され、その共通電極に対応する前記第２の圧力信号を生成するように構成され、
    前記コントローラが、
    静電容量測定期間中に、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチを開き、
    前記圧力測定期間中に、前記第１のスイッチを開き、前記第２のスイッチを閉じる
    ように前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御するように構成される
    請求項１に記載の装置。
  5. 各共通電極電荷増幅器が、第３のスイッチと並列に接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを備え、
    前記コントローラが、前記圧力測定期間中の１つ以上のリセット期間中に閉じるように前記第３のスイッチを制御するようにさらに構成される
    請求項４に記載の装置。
  6. 前記静電容量式タッチコントローラが、各検知電極のために、前記検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成するように構成され、
    前記コントローラまたは前記静電容量式タッチコントローラが、前記静電容量信号に基づいて、圧力が前記タッチパネルに印加される場所を決定するように構成される
    請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記コントローラ及び前記静電容量式タッチコントローラが単一のデバイスによって提供される、請求項１～６のいずれか１項に記載の装置。
  8. 前記単一のデバイスが前記第２の回路も提供する、請求項７に記載の装置。
  9. 前記単一のデバイスがマイクロコントローラを備える、請求項７または請求項８に記載の装置。
  10. タッチパネルシステムであって、
    請求項１～９のいずれか１項に記載の装置と、
    複数の検知電極と１つ以上の共通電極との間に配置された圧電材料の層を備えるタッチパネルと
    を備える、前記タッチパネルシステム。
  11. タッチパネルからの信号を処理する方法であって、前記タッチパネルが、複数の検知電極と１つ以上の共通電極との間に配置された圧電材料の層を備え、タッチ位置データを決定するための前記検知電極は、１つ以上のユーザー対話位置を表しており、
    前記検知電極は、静電容量式タッチコントローラとスイッチネットワークとを備える第１の回路に接続され、前記スイッチネットワークは、前記検知電極のいくつかまたは全てに接続された複数の入力部とシステム接地または共通モード電極に接続された出力部とを備えており、
    さらに前記１つ以上の共通電極が、前記スイッチネットワークを制御するように構成されたコントローラを備える第２の回路に接続され、
    前記方法は、
    スイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に前記検知電極のいくつかまたはすべてを結合することと、
    各共通電極のために、前記第２の回路を使用し、その共通電極に近接する前記タッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成することと、
    前記圧力測定期間中に前記第２の圧力信号をサンプリングすることと
    を含み、
    前記方法はさらに、
    前記コントローラにより制御される１つ以上の共通電極スイッチを用いて、静電容量測定期間中に、各共通電極をシステム接地もしくは前記共通モード電圧に接続することと、
    前記コントローラにより制御される前記共通電極スイッチを用いて、前記圧力測定期間中に、各共通電極を前記第２の回路に接続することとを含む、前記方法。
  12. タッチパネルからの信号を処理する方法であって、前記タッチパネルが、復数の検知電極と１つ以上の共通電極との間に配置された圧電材料の層を備え、タッチ位置データを決定する前記検知電極は１つ以上のユーザー対話位置を表わしており、
    前記検知電極は、第１の回路に接続され、前記第１の回路は、静電容量式タッチコントローラとスイッチネットワークとを備えており、前記スイッチネットワークは、前記検知電極のいくつかまたは全てに接続された複数の入力部と、システム接地または共通モード電圧に接続された出力部とを備えており、
    さらに前記１つ以上の共通電極が第２の回路に接続され、
    前記方法は、
    スイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に前記検知電極のいくつかまたは全てを結合することと、
    各共通電極のために、前記第２の回路を使用し、その共通電極に近接する前記タッチパネルに印加された圧力を示す対応する第２の圧力信号を生成することと、
    前記圧力測定期間中に前記第２の圧力信号をサンプリングすることと
    を含み、ここで前記第２の回路は前記静電容量式タッチコントローラの１つ以上の内部電荷増幅器を有し、
    前記方法はさらに、
    第３のスイッチネットワークを用いて、静電容量測定期間中に、各内部電荷増幅器を検知電極の１つと接続することと、
    前記第３のスイッチネットワークを用いて、前記圧力測定期間中に、前記内部電荷増幅器を１つもしくはそれ以上の共通電極に接続することとを含む、前記方法。
  13. 前記第３のスイッチネットワークを使用し、前記静電容量測定期間中にシステム接地または前記共通モード電圧に前記１つ以上の共通電極を接続することと、
    前記第３のスイッチネットワークを使用し、前記圧力測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に前記対応する検知電極を接続することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 各検知電極が対応する第１のスイッチによって前記静電容量式タッチコントローラに接続され、前記スイッチネットワークが複数の第２のスイッチを備え、各第２のスイッチが、システム接地または前記共通モード電圧に検知電極を接続し、前記第２の回路が、１つ以上の共通電極電荷増幅器を備え、各共通電極電荷増幅器が、対応する共通電極に接続され、その共通電極に対応する前記第２の圧力信号を生成するように構成され、前記方法が、
    静電容量測定期間中に前記第１のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチを開き、
    前記圧力測定期間中に、前記第１のスイッチを開き、前記第２のスイッチを閉じる
    ように前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御するために前記コントローラを使用すること
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 各共通電極電荷増幅器が、第３のスイッチと並列に接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを備え、前記方法が、
    前記圧力測定期間中の１つ以上のリセット期間中に閉じるように前記第３のスイッチを制御するために前記コントローラを使用すること
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 各検知電極のために、前記静電容量式タッチコントローラを使用し、前記検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成することと、
    前記コントローラまたは前記静電容量式タッチコントローラを使用し、前記静電容量信号に基づいて、圧力が前記タッチパネルに印加される場所を決定することと
    をさらに含む、請求項１１～１５のいずれか１項に記載の方法。
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