JPH05204546A

JPH05204546A - フィンガ・タッチまたはスタイラスの位置を検出するためのタッチ・オーバーレイ、および検出システム

Info

Publication number: JPH05204546A
Application number: JP25788492A
Authority: JP
Inventors: Evon C Greanias; エヴォン・シー・グリーニャス; Guy F Verrier; ガイ・エフ・ヴェリヤー; Robert L Donaldson; ロバート・エル・ドナルドソン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1993-08-13
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH0769767B2; US5386219A

Abstract

(57)【要約】【目的】フィンガ・タッチ及びスタイラスの位置を検
出するための表示装置（１８）の表示面用の改良された
タッチ・オーバーレイおよびシステムを提供すること。【構成】透明な上側（９３）及び下側導体セット（９
１）を、少なくとも１つの透明でフレキシブルな絶縁基
板（９０，９４）上に互いに直交して配置する。これら
の透明導体の向きに応じて、上端（９８）及び下端カバ
ー層をオーバーレイに追加することができる。上側導体
と下側導体の間の分離（Ｔ２）、及びオーバーレイの頂
面上のユーザの指から上側導体までの分離間隔（Ｔ３）
を最適にする。フィンガ・タッチ感知の速度を速めるた
め、上側導体層と下側導体層の間の分離間隔を増加させ
ることによって、オーバーレイの周囲キャパシタンスを
減少させる。操作性を改善するために、本発見は、上側
導体と下側導体の間を少なくとも０．０７６ｍｍ（３ミ
ル）分離することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にデータ処理シ
ステム用の入力装置に関する。より具体的には、本発明
は、コンピュータ表示装置上に配置された、フィンガ・
タッチ入力またはスタイラス入力を可能にする対話式入
力装置とともに使用される、改良されたタッチ・オーバ
ーレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ表示装置の表示面上に配置
されたタッチ入力装置を使って、データ処理システムを
制御するための「ユーザ・フレンドリ」な手段を提供す
ることは、当技術分野で周知である。これらの装置は、
初歩のユーザが、長時間の訓練を受けずともコンピュー
タ・システム上で所望の作業を実行できるように設計さ
れている。ヒューマン・ファクタに関する研究によれ
ば、当技術分野で一般にタッチ入力装置と呼ばれてい
る、コンピュータ表示装置上でユーザがデータを直接入
力できる入力装置は、人間と機械の間で最大の即時性及
び正確性を達成できる。

【０００３】表示装置表面上で使用する最初の入力装置
の１つはライト・ペンであった。ライト・ペンは、ハン
ド・ヘルド・スタイラス内の光学式検出器であり、コン
ピュータ表示装置内の陰極線管（ＣＲＴ）の表面に接し
て置かれる。ライト・ペンは、ＣＲＴの走査ラスタであ
る光のドットを検出する。ライト・ペンによって感知さ
れるラスタの座標を決定することによって、コンピュー
タ・システムは表示装置上のライト・ペンの位置を特定
する。

【０００４】あるタッチ入力装置は、平行な水平及び垂
直方向に配列された多数の赤外線または可視光線の発光
器と受光器を有する表示画面の周囲にぴったりはまるフ
レームを使用する。ユーザの指が光線を遮ぎると、水平
及び垂直受光器が信号のないことを検知し、それによっ
てユーザが希望した動作の位置を特定することができ
る。

【０００５】別のクラスの既知のタッチ入力装置は、表
示画面上に配置された透明オーバーレイを使用する。こ
れらのタッチ・オーバーレイは、表示装置の表面上また
はその近くでのスタイラスまたは指の存在及び位置を検
出するための様々な手段を使用する。オーバーレイの１
つのタイプは、機械的変形膜、すなわちフレキシブルな
表面上に配置された２枚の透明導体面からなる透明オー
バーレイである。選択を行うとき、ユーザはこれらの導
体面の一方を指またはスタイラスでタッチしてもう一方
の導体面を機械的に変位させ、それによって両導体を電
気的に接触させる。適切な電子回路及びソフトウェア
が、指またはスタイラスのタッチによって発生された電
気信号を表示装置の表面上の位置に変換する。他のタッ
チ・オーバーレイは、透明オーバーレイ及び関連する電
子回路内の容量性手段または抵抗手段を使用してフィン
ガ・タッチによるユーザの入力を検出する。このタイプ
の入力装置は、オーバーレイのキャパシタンスまたはイ
ンピーダンスの変化によってフィンガ・タッチの位置を
検出することができる。さらに別のタッチ・オーバーレ
イは、ユーザ入力のためにスタイラスを使用し、タッチ
・スクリーン上のタッチされた位置でのキャパシタンス
またはインピーダンスを変化させ、あるいはオーバーレ
イによって発生した電磁信号または静電信号をマイクロ
プロセッサに戻して、スタイラスの位置を決定する。

【０００６】上述の従来技術のタッチ装置の大部分は、
スタイラスからの入力、またはフィンガ・タッチによる
入力を受け取るが、両方は受け取らない。これらの装置
は、指またはスタイラスの存在を感知できる場合、一般
に両者を区別しない。人間と機械の対話を支援するため
に開発された現在の図形ユーザ・インターフェースで
は、ユーザが指で簡単に選択できる、メニュー選択、ア
イコン、ウィンドウなど、多くのアイテムがある。フリ
ーハンド描画、ジェスチャ認識または手書き文字認識を
実行する他の先端ソフトウェア適用業務では、スタイラ
スの方が精度が高いのでより効率的である。したがっ
て、スタイラス及びフィンガ・タッチの両方が検出でき
るタッチ入力システムを利用できると好都合である。

【０００７】そのようなシステムの１つは、米国特許第
４６８６３３２号に記述されている。このタッチ入力シ
ステムでは、フィンガ・タッチ及びスタイラスの両方が
検出できる。このシステムは、表示装置の表示面上に配
列された水平及び垂直の透明導体のアレイを含む、タッ
チ・オーバーレイ・センサを含む。導体アレイは、マイ
クロプロセッサの制御下で４０ｋＨｚの電磁信号または
静電信号を表示装置の表面の上方の領域に発生する。ス
タイラス「アンテナ」が、検出器制御システムの入力端
に接続され、アレイから発生された信号を感知する。ス
タイラスによって感知された信号の振幅は、表示装置、
及び付勢された特定の導体上または上方のスタイラスの
位置と関係する。スタイラスに結合された放射信号測定
手段で、スタイラスが受け取る電磁信号または静電信号
を測定する。

【０００８】米国特許第４６８６３３２号のフィンガ・
タッチ感知システムは、選択された導体のキャパシタン
スを測定し、フィンガ・タッチがいつどこで起こったか
を決定する、キャパシタンス測定手段である。また、こ
のシステムは、スタイラスまたはフィンガ・タッチを感
知するために、放射線源の出力またはキャパシタンス測
定手段を、それぞれアレイ内の水平及び垂直導体の選択
されたパターンに接続する手段を含む。

【０００９】米国特許第４６８６３３２号に記述された
タッチ・オーバーレイは、いくつかの欠点をもつ。オー
バーレイ上のフィンガ・タッチは、個々の導体のキャパ
シタンスのわずかな変化によって感知される。キャパシ
タンスは、個々の導体を可変発振器の周期制御キャパシ
タに接続する、可変周波数発振器によって測定できる。
指がオーバーレイにタッチしていないとき、発振器はオ
ーバーレイ・ケーブルの周囲キャパシタンス及び電子回
路のキャパシタンスによって決定される周波数で走行す
る。タッチ入力システム及びその応用例を研究すること
によって、周囲オーバーレイ・キャパシタンスを最小に
すること、及びそれによってオーバーレイがタッチされ
たときのキャパシタンスのパーセント変化を最大にする
ことなどのいくつかの目標を評価することができる。フ
ィンガ・タッチ操作でより大きな速度及び精度を必要と
する応用例では、より低い周囲キャパシタンスが望まし
い。水平導体と垂直導体の間の分離間隔がわずか０．０
５１ｍｍ（２ミル）の場合は、感知されている導体が、
測定中に接地されていた他の層内のすべての導体の比較
的近くを通るので、大地への周囲キャパシタンスは最小
にならない。

【００１０】米国特許第４６８６３３２号に記述された
オーバーレイ構造のもう１つの問題点は、特にスタイラ
スが頻繁に使用される応用例では、オーバーレイ内の透
明導体が微小クラックを生じやすいことである。米国特
許第４６８６３３２号に記述された透明導体は、その透
明性及び伝導性の理由から、インジウムスズ酸化物（Ｉ
ＴＯ）からなることが好ましい。しかし、ＩＴＯはセラ
ミック材料なので、比較的脆い。スタイラスの先端によ
る加圧が繰り返されると、オーバーレイ導体内に微小ク
ラックが発生し、タッチ・オーバーレイは最後には故障
する。この問題は、上側基板の下面上に、すなわち機械
的変形膜の場合と同様に表示装置の表面に向かって下向
きに、上側導体を形成することによって悪化する。ＩＴ
Ｏ導体が表示装置に面するとき、それは主として引張り
力を受け、オーバーレイ表面上のスタイラスの接触点で
引き伸ばされる。ＩＴＯは、張力を受けるときクラック
をとても発生しやすい。他方、ＩＴＯは圧縮力には比較
的強いことが知られている。上側導体を表示装置から離
れて上向きにできるなら、上側導体は圧縮力を受けるの
で、クラックを発生しにくくなるはずである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、放射
ピックアップ・スタイラスの位置をも決定できる、表示
面上に配置された透明オーバーレイ内での指の存在が検
出できる速度を増加させることである。

【００１２】本発明の別の目的は、放射ピックアップ・
スタイラスをも感知できる、透明オーバーレイ上での指
の位置を決定する精度をより高速度で維持または改善す
ることである。

【００１３】本発明の別の目的は、特に透明オーバーレ
イに反復するスタイラス圧力がかかる応用例において、
十分な耐久性をもつ透明オーバーレイを提供することで
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記その他の目的は、水
平または垂直の透明導体の平行な配列がその表面に配置
された、透明でフレキシブルな絶縁材料からなる少なく
とも１枚の基板を有するラミネート構造である、タッチ
・オーバーレイを使用したフィンガ・タッチ及びスタイ
ラス感知システムにおいて達成される。このオーバーレ
イ内に、互いに直交する向きの２組の透明導体がある。
これらの導体は、基板層の上面または下面に配置され、
それぞれ上向き(face up)または下向き(face down)と呼
ばれる。これらの透明導体の向きに応じて、上端及び下
端のカバー層を追加することができる。

【００１５】本発明は、水平及び垂直導体の相互の分離
間隔、及びフィンガ・タッチ決定のためのオーバーレイ
の頂面上のユーザの指からの導体の分離間隔を最適化す
るための、基板及び上端カバーの厚さを選択するもので
ある。好ましい実施例では、個々のＩＴＯ導体を発振器
の周期制御キャパシタに接続する可変周波数発振器を使
って、キャパシタンスを測定する。指がオーバーレイに
タッチしていないとき、発振器はオーバーレイ・ケーブ
ル内及び電子回路内の導体間の周囲キャパシタンスによ
って決定される周波数で走行する。可変周波数発振器回
路の周波数は、周囲キャパシタンスに反比例する。電気
的雑音を処理するために、発振器回路を十分なサイクル
数走行させた後でないと、測定されたキャパシタンス値
が信頼できるものにならない。したがって、フィンガ・
タッチの感知を高速にするには、周囲キャパシタンスを
減少させ、それによって、必要なサイクルを走行する時
間を短縮しなければならない。透明導体の２つの層の間
の周囲キャパシタンスは、上側導体層と下側導体層の間
隔を増すことによって減少させることができる。動作を
改善するため、本発明は、上側導体と下側導体の間を少
なくとも０．０７６ｍｍ（３ミル）分離することを特徴
とする。

【００１６】また周囲状態とフィンガ・タッチ状態の間
のキャパシタンス変化の大きさが、信頼できるフィンガ
・タッチ動作に十分なものでなければならない。指と導
体の間の分離間隔が小さいほど、キャパシタンス変化は
大きくなる。上側導体と指との間の層を薄く保って、上
側導体による指の感知を改善することは、比較的容易で
ある。しかし、周囲キャパシタンスを改善するために上
側導体と下側導体の間の分離間隔を増加させると、オー
バーレイ表面上の指から下側導体までの距離も増加す
る。フィンガ・タッチは下側導体によって感知されるた
め、そうするとキャパシタンス変化が減少する。しか
し、下側導体へのフィンガ・タッチによるキャパシタン
ス変化の減少率が、導体層同士の分離による周囲キャパ
シタンスの減少率より小さくなるようにオーバーレイの
厚さを選択するかぎり、下側周囲キャパシタンスによる
速度上の利益が実現される。周囲キャパシタンスを下げ
るための可変周波数発振器に対するその他の改良も、本
発明で企図されている。

【００１７】透明導体は、基板の頂面上にユーザの指に
向かって表示装置の表面から離れて上向きに、または基
板の底面上に表示装置の表面に向かって下向きに配置す
ることができる。本発明によれば、４つの一般的オーバ
ーレイ構造が可能である。

【００１８】本発明によって教示される第２の改良点
は、より速いフィンガ・タッチ動作速度を得るために低
い周囲キャパシタンスをもつように設計されたオーバー
レイ構造の耐久性の向上である。脆いＩＴＯの透明導体
材料がクラックを発生しないように保護する基本的方法
は、スタイラス装置がオーバーレイ表面を押しつけると
きにＩＴＯが受ける伸びを制限することである。ＩＴＯ
膜の伸びを制限する１つの方法は、硬い表面上、たとえ
ばスタイラス圧によって歪まない表示装置の表示面のガ
ラス上でそれを支持するものである。スタイラスの力
で、硬いガラス表面の上のより軟らかい材料、及びスタ
イラスの先端がガラスより軟らかい場合はそれが歪む。
ＩＴＯと硬い表面の間に置かれた軟質材料膜の厚さを制
限することによって、ＩＴＯ層の下の材料の歪み、及び
ＩＴＯ層自体の最大伸びが、許容可能な値に制限され
る。下側層導体のすぐ下にガラスなどの硬い材料を設け
ることは、下側層導体の伸びを制限する有用な方法であ
る。下側層導体と硬い材料の間に軟らかい保護カバーを
使用する場合、このカバーの厚さは、きわめて薄くなけ
ればならず、ＩＴＯ膜の許容伸び限界内でなければなら
ない。上向き構成は、上側層導体の伸びを制限するため
の特に有用な方法である。上側層のすぐ下の層は、容易
には表示装置のガラスほど硬くすることはできない。上
側層導体は、スタイラス圧によって歪むが、上向き構成
では、ＩＴＯは張力を受けない。

【００１９】スタイラスの硬さやオーバーレイ基板と接
着材の硬さなど他の因子も、ＩＴＯ膜層に届く力の大き
さに影響を与える。通常のオーバーレイ材料選択では、
導体層の上向き構成、及び下端導体層近くの硬いガラス
表面によって、ＩＴＯの伸びが適切に制限される。

【００２０】

【実施例】図１を参照すると、引用によって本明細書に
合体する同時係属の米国特許出願第３５１２２７号に記
述されたものと実質的に同様のタッチ・ワークパッドが
示されている。ワークパッド１０は、矩形のタッチ・オ
ーバーレイ１６の各辺を取り囲む矩形の凹んだウィンド
ウ１４を有するハウジング１２を含む。オーバーレイ１
６は、透明であり、液晶表示装置（ＬＣＤ）１８上に配
置されている。オーバーレイ１６は、接着層によって積
層されたいくつかのプラスチック基板層を含む積層構造
で構成される。またオーバーレイ１６は、垂直方向に配
置された第１の複数の透明導体１６Ａ、及び水平方向に
配置された第２の複数の透明導体１６Ｂを含む。垂直及
び水平両方向の導体のいくつかは、表示ウィンドウ１４
の各縁部のオーバーレイ１６上またはその付近のスタイ
ラス２０または指のより正確な位置決定が可能となるよ
うに、凹んだウィンドウ１４からはみ出した位置にもあ
る。

【００２１】スタイラス２０は、ケーブル２２によって
タッチ・ワークパッドに接続される。スタイラス２０
は、オーバーレイ１６から放射される信号をピックアッ
プするためのアンテナとして機能し、フィンガ・タッチ
によって得られるよりもずっと大きな解像度を提供す
る。また、ハウジングの縁部斜面上には、４つのボタン
・スイッチ２４〜２７があり、ワークパッド１０からの
データを受け取るモードを変更するために使用される。
ワークパッド・ケーブル２８は、ワークパッド１０と、
ユーザと通信するコンピュータの間のコネクタである。
ワークパッド・ケーブル２８は、ワークパッド１０に電
力を供給し、かつＬＣＤ１８を動作させるための表示信
号、及びフィンガ・タッチ・モードとスタイラス・モー
ドでオーバーレイを動作させるためのタッチ信号を供給
する。さらに、ケーブル２８は、スタイラス２０が受け
取る信号強度、及びフィンガ・タッチによるキャパシタ
ンスの変化による周波数変化の測定値をコンピュータに
送る経路でもある。

【００２２】図２は、フィンガ・タッチ及びスタイラス
検出システムのアーキテクチャ図を示す。図２に示した
システムは、米国特許第４６８６３３２号の図９で開示
されたシステムにきわめて類似している。大きな相違点
は、以下の通りである。オーバーレイ１６が、本発明の
原理に従って構築される。スタイラス２０は、引用によ
って本明細書に合体する同時係属の米国特許出願第０７
／６０８０７２号に開示された、改良された設計のもの
である。また、タッチ制御プロセッサ３０、ランダム・
アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３２、読取り専用メモリ
（ＲＯＭ）３４、及び入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ３
６は、パーソナル・コンピュータ内のタッチ・パネル・
アダプタ・カード３７上にあり、残りのタッチ電子回路
はタッチ・ワークパッド１０内に集積されている。当業
者なら、パーソナル・コンピュータ内のスロットをアダ
プタ・カード専用にすることが望ましくないと考えられ
る場合、タッチ電子回路をワークパッド１０に組み込む
こともできることを理解するであろう。

【００２３】図１に関して検討したように、タッチ・ワ
ークパッド１０は、ケーブル２８を介してパーソナル・
コンピュータ及びタッチ・パネル・アダプタ・カード３
７と通信する。垂直Ｘ導体はＸバス３８を介し、水平Ｙ
導体はＹバス４０を介して、それぞれワイヤ選択マルチ
プレクサ４２に接続される。放射ピックアップ・スタイ
ラス２０は、ゲート４４を介して放射ピックアップ測定
装置４６に接続される。ワイヤ選択マルチプレクサ４２
は、モード・マルチプレクサ５０を介して、キャパシタ
ンス・フィンガ・タッチの検出に使用されるキャパシタ
ンス測定装置５２に接続される。ワイヤ選択マルチプレ
クサ４２はまた、モード・マルチプレクサ５０を介し
て、スタイラス検出操作のためにＸバス３８及びＹバス
４０を駆動するのに使用される４０ｋＨｚ発振器ドライ
バ５４に接続される。モード・マルチプレクサ５０はま
た、スタイラス検出操作のためにスタイラス２０の出力
を放射ピックアップ測定装置４６に選択的に接続するた
めの、ゲート４４へのイネーブル出力を有する。キャパ
シタンス測定装置５２の出力は、アナログ・ディジタル
（Ａ／Ｄ）変換器５６を介してワークパッド・バス５８
に接続される。放射ピックアップ測定装置４６の出力
は、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器４８を介し
てバス５８に接続される。ワイヤ選択マルチプレクサ４
２への制御入力（ＣＴＲＬ）６０は、バス５８に接続さ
れる。制御入力（ＣＴＲＬ）６２は、バス５８からモー
ド・マルチプレクサ５０に接続される。

【００２４】ワークパッド・バス５８は、ワークパッド
・インターフェース６４を介してケーブル２８に接続さ
れ、ケーブル２８はパーソナル・コンピュータ内のタッ
チ・パネル・アダプタ・カード３７内のＰＣインターフ
ェース６６に接続される。ＰＣインターフェース６６
は、メイン・システム・バス６８及びアダプタ・カード
・バス７０と通信する。入出力コントローラ３６は、パ
ーソナル・コンピュータのメイン・バス６８に接続され
る入出力バス７２を有する。入出力コントローラ３６は
また、アダプタ・カード・バス７０にも接続される。ま
たアダプタ・バス７０は、制御プロセッサ３０を読取り
専用メモリ（ＲＯＭ）３４、及びランダム・アクセス・
メモリ（ＲＡＭ）３２と相互接続する。パーソナル・コ
ンピュータは、ＣＰＵ７４、ＲＯＭ７６、ディスク記憶
装置７８、オペレーティング・システム８１と適用業務
プログラム８２を記憶するメモリ８０、標準キーボード
８４、標準表示装置８６など標準の装置を含む。標準の
表示装置８６は、通常、ＣＲＴであり、好ましい実施例
では、ワークパッド１０内のＬＣＤ１８の他に追加され
る。

【００２５】ワイヤ選択マルチプレクサ４２及びモード
・マルチプレクサ５０は、制御プロセッサ３０によって
バス５８から制御入力６０及び６２を介して加えられる
制御信号に応答して、オーバーレイ１６内の複数の水平
導体及び垂直導体の選択されたパターンをキャパシタン
ス測定装置５２または４０ｋＨｚ発振器ドライバ５４に
接続する。フィンガ・タッチ操作中、キャパシタンス測
定装置５２は、制御プロセッサ３０からの制御信号に応
答して、その入力線が、モード・マルチプレクサ５０及
びワイヤ選択マルチプレクサ４２を介してオーバーレイ
１６内の水平及び垂直導体アレイ内の選択された単一の
導体に結合される。キャパシタンス測定装置５２の出力
は、Ａ／Ｄ変換器５６によってディジタル値に変換さ
れ、バス５８を介して制御プロセッサ３０に供給され
る。制御プロセッサ３０は、一連の記憶プログラム命令
を実行して、オペレータの指でタッチされているオーバ
ーレイ１６内の水平アレイ導体対及び垂直アレイ導体対
を検出する。キャパシタンスの変化を検出するその他の
手段も当該技術において周知であり、米国特許第４６８
６３３２号の範囲に含まれるが、本発明では上述の可変
周波数発振器回路が好ましい。

【００２６】スタイラス検出モードでは、発振器ドライ
バ５４の４０ｋＨｚ出力線が、制御プロセッサ３０から
制御入力６０及び６２を介して加えられる制御信号に応
答して、モード・マルチプレクサ５０及びワイヤ選択マ
ルチプレクサ４２を介してオーバーレイ１６内の選択さ
れた導体に接続される。スタイラス２０によってオーバ
ーレイ１６から受け取られた４０ｋＨｚ放射信号は、ゲ
ート４４を通って放射ピックアップ測定装置４６に渡さ
れる。装置４６は、前記の信号を測定して、出力を提供
し、その出力が変換器４８によってディジタル化され制
御プロセッサ３０に出力される。制御プロセッサ３０
は、一連の記憶プログラム命令を実行し、スタイラスが
オーバーレイ１６に接近していることを検出する。

【００２７】前述したように、リストからアイテムを選
択するある種の応用例では、フィンガ感知方法がより好
都合なことが分かっている。情報密度の高い応用例など
より大きな精度が必要な場合、またはフリーハンド描画
や手書き文字を認識する場合、スタイラスの使用がより
効率的なことが分かっている。したがって、米国特許第
４６８６３３２号及び同時係属の米国特許出願第６０８
０６２号で開示された検出システムの指とスタイラスの
両方を検出できる能力は、きわめて有用である。

【００２８】フィンガ・タッチ・モード及びスタイラス
感知モードは、互いに独立に機能し、検出システムは、
フィンガ・タッチまたはスタイラスが検出されるまで、
この２つのモードの間で循環する。米国特許出願第６０
８０６２号の主題であるスタイラス感知モードはより許
容性が大きい。放射される４０ｋＨｚ信号をピックアッ
プするのは、オーバーレイ層の厚さに関係なく、比較的
に容易である。スタイラスの場合、６．３ｍｍ（０．２
５インチ）程度の比較的厚いカバー層をもつことが最善
である。というのは、スタイラスが導体から遠くなるほ
ど、オーバーレイを横切る信号強度がより一様になるか
らである。また、カバー層の厚さが増すと、スタイラス
圧から脆い透明導体を保護する助けにもなる。

【００２９】しかし、フィンガ・タッチ感知の場合、フ
ィンガ・タッチ中のキャパシタンス変化率が最適になる
ようにカバー層及び基板の厚さを注意深く制御すること
が必要である。所望の動作速度及び雑音環境に応じて、
導体層間の分離間隔は０．０７６〜０．２５ｍｍ（０．
００３〜０．０１０インチ）の範囲となる。オーバーレ
イの頂面と上側導体の間の厚さは０．０７６ｍｍ（３ミ
ル）を超えないことが好ましく、できるだけ薄いことが
好ましい。米国特許出願第６０８６０２号の大部分は、
そのような薄いオーバーレイで起こるスタイラス信号振
幅の変動を補償することに関する。スタイラス感知の改
善は、本発明の主題ではない。詳細は、上記の米国特許
出願第６０８０６２号に出ている。

【００３０】好ましい実施例では、キャパシタンスは個
々のＩＴＯ導体を可変周波数発振器の周期制御キャパシ
タに接続する可変周波数発振器回路で測定する。指がオ
ーバーレイにタッチしていないとき、発振器はオーバー
レイの周囲キャパシタンス、ケーブル及び電子回路キャ
パシタンスによって決定される周波数で動作する。タッ
チ・オーバーレイは電気的雑音を伴う環境にあるので、
発振器回路を何サイクルか走行させた後でないと、測定
されたキャパシタンス値が信頼できるものにならない。

【００３１】オーバーレイの周囲キャパシタンスは、発
振器が所定数のサイクルを走行するのに必要な時間を測
定することによって決定される。この時間は、所定数の
サイクルを走行している間に高周波（１０ＭＨｚ）クロ
ックのサイクルをカウントすることによって測定され
る。フィンガ・タッチがない時間中には、各導体に関し
て順次「ベースライン」カウント環境を確定する。フィ
ンガ・タッチが起こったとき、指の近くの導体のキャパ
シタンスが増加し、発振器がそれらの導体について所定
数のサイクルを走行するのにかかる時間が増す。周期が
長くなると、それらの導体に関する高周波クロック・サ
イクルのカウントが増加する。カウント数がその導体に
ついて記憶されたベースライン値を十分なマージンだけ
超えると、その導体はタッチされたと判断される。発振
器の必要なサイクル数は、雑音その他の因子によるラン
ダム変動に対処できる安全マージンが得られるように選
択する。個々の導体に関するカウント数の差が、各フィ
ンガ・タッチのｘ位置及びｙ位置を決定するための情報
を提供する。

【００３２】個々の導体のキャパシタンスは、のこぎり
波発振器の周期を制御する回路にその導体を接続するこ
とによって測定する。のこぎり波発振器電源からの電流
が、のこぎり波の立上りの間キャパシタンスを充電す
る。電荷が発振器のトリガ電圧に達すると、トランジス
タがオンになり、キャパシタンスは放電し、のこぎり波
サイクルを完了する。のこぎり波の立上り周期の持続時
間は、安定な高周波発振器のパルスをカウントすること
によって測定する。のこぎり波立上り周期の間のパルス
の数が、キャパシタンスの実用的な尺度として役立つ。
指があるときは、キャパシタンスが増加し、充電曲線の
勾配が低下し、立上り周期の持続時間が長くなるので、
より多数のパルスがカウントされる。指があるときにカ
ウントされるパルス数の増加は、比較的小さいが、測定
サイクルを数回繰り返すことによって、感知を信頼でき
るものにするのに十分となる。反復した測定サイクル中
に蓄積されたパルス・カウントは、ランダム・エラーの
影響を低減するのに十分な大きさである。

【００３３】これらの測定の誤差の主な発生源は、発振
器トリガ時間におけるランダム・ノイズの発生である。
トリガ時間近くでのノイズ・パルス発生の確率を低下さ
せるため、のこぎり波にトリガ領域をできるだけ速く通
過させる。立上り周期は、電荷曲線が周期全体を通じて
線形に留まるように、センサ導体の充電時間定数より短
く保つ。実験によれば、オーバーレイのサイズ、雑音環
境及びその他の因子に応じて、短い立上り周期で４〜１
２回反復すると、信頼できるフィンガ・タッチの検出に
十分な累計カウントが得られる。低いオーバーレイ・キ
ャパシタンスは、このタイプのフィンガ・タッチ感知の
基本的要件である。

【００３４】信頼できるフィンガ・タッチ検出のため
に、発振器を所定のサイクル数だけ走行させる。フィン
ガ・タッチ接触は、ランダムな変動をもつ傾向がある
が、これは多数の発振器サイクルを観察してこれらの変
動を「平均化」することによって克服される。各サイク
ルの持続時間は、発振器周期及びキャパシタンスの指示
を与える。より大きなサイクル数について測定を繰り返
し、結果を累計することによって、個々のサイクルが始
まるときまたは終わるときのタイミングにおけるランダ
ム・エラーの影響が減少する。オーバーレイ構造の周囲
キャパシタンスを減少させることによって、所定のサイ
クル数がより短い時間で発生することができ、タッチ操
作をより高速にできる。キャパシタンスが十分に小さく
なった場合、サイクル数を増加させることが可能であ
り、それによってランダム・エラーの影響を減らし、か
つ操作速度の改善を得ることができる。

【００３５】可変周波数発振器回路の周波数は、周囲キ
ャパシタンスに反比例する。フィンガ・タッチ感知の速
度を向上させるには、回路のキャパシタンス、すなわち
透明導体の２つの層の間のキャパシタンス、バス駆動線
と透明導体の間のキャパシタンス、及び電子回路をバス
線に接続するケーブルのキャパシタンスを減少させるこ
とが必要である。タッチ表面内の透明導体の近くに配置
された層が、大部分のキャパシタンスに寄与する。上側
導体層と下側導体層の間の分離間隔Ｔ２を大きくするこ
とによって、周囲キャパシタンスは大幅に減少する。操
作の改善のために、本発明は上側導体と下側導体の間を
少なくとも０．０７６ｍｍ（３ミル）分離することを教
示する。

【００３６】一般化したオーバーレイ構造を示す図３を
参照する。下側導体セット９１は、表示装置の表示面の
上方に配置されている。上側導体９３は、下側導体９１
の上方にそれと直交して配置されている。オーバーレイ
の頂面９９上には、図のようにユーザの指が載ってい
る。図には指と上側導体の間の分離間隔Ｔ３、及び上側
導体と下側導体の間の分離間隔Ｔ２も示されている。こ
の図では、基板や接着層などの支持構造は省略してあ
る。

【００３７】オーバーレイにタッチしたときのキャパシ
タンス変化の大きさは、指接触領域のすぐ下の導体の周
囲キャパシタンスの大きな部分となるはずである。指
は、ユーザの体を通って大地に戻る容量性電極のように
振る舞う。導体が遭遇するキャパシタンス変化は、導体
から指の接触領域までの距離に反比例し、指の接触面積
に正比例する。指接触面積が大きく、指と導体の間の分
離間隔が小さいほど、より大きなキャパシタンス変化を
生じ、ランダム変動に対処できるより大きな安全マージ
ンをもたらす。オーバーレイの頂面から上側導体までの
距離Ｔ３は、できるだけ薄くなければならない。０．０
２５または０．０５１ｍｍ（１または２ミル）の厚さを
使用すると有効であった。０．０７６ｍｍ（３ミル）の
厚さでも動作するが、指の影響が弱まり、信頼できる感
知のためにはサイクル数を増加させることが必要になる
ことがあり、それに対応して感知時間が増加することに
なる。Ｔ３が増加しても周囲キャパシタンスは変化しな
い。

【００３８】上側層内の導体について、指までの距離
は、上側ｘ導体と下側ｙ導体の間の分離間隔とは無関係
である。指と上側層導体の間の分離間隔Ｔ３は、オーバ
ーレイの外側表面９９と導体９３の間の材料の厚さに依
存する。フィンガ・タッチによるキャパシタンス変化
は、この分離間隔をできるだけ小さくすることによって
向上する。オーバーレイの上側表面と上側導体の間の分
離間隔Ｔ３を小さく保ち、上側導体層と下側導体層の間
の分離間隔Ｔ２を増加させることによって、上側導体９
３へのフィンガ・タッチの信頼できる感知がより速やか
に実行されることは容易に明らかである。フィンガ・タ
ッチを決定するために使用されるルーチンは、すべての
導体のキャパシタンスを評価しなければならない。上側
導体層と下側導体層の間の分離間隔Ｔ２が大きくなる
と、すべての導体、すなわちフィンガ・タッチを受けな
い導体ならびに指接触領域の下にある少数の導体につい
て、所定数の測定サイクルを実行するのに必要な時間が
減少する。したがって、上側導体に関して指接触位置を
完全に決定するのに必要な時間は、Ｔ２を増加させるこ
とによって実質的に短縮される。

【００３９】上側導体層と下側導体層の間の分離間隔Ｔ
２を増加させると、オーバーレイ表面９９上の指から下
側層導体９１までの距離（Ｔ２＋Ｔ３）も増加する。し
たがって、下側導体９１に関するフィンガ・タッチによ
るキャパシタンス変化は、それらの導体に対する周囲キ
ャパシタンスとともに減少する。下側層導体９１に関し
て信頼できるフィンガ・タッチ検出を保証するため、よ
り多数の測定サイクルが選択される。周囲キャパシタン
スが減少しているので、各測定サイクルの実行時間は短
縮される。下側導体に関して完全なフィンガ・タッチ決
定を実行するのに必要な時間の変化は、周囲キャパシタ
ンスの減少と、信頼できるタッチ決定を実行するのに必
要な所定サイクル数の増加との相対的大きさに依存す
る。

【００４０】信頼できるタッチ決定を実行するのに必要
なサイクル数は、反復充電サイクルの累計持続時間が、
オーバーレイ表面から異なる距離にある各導体について
ほぼ同じになるのに十分なサイクル数にまで増加され
る。この条件は、次式によって示すことができる。ｎ１×ｔ１＝ｎ２×ｔ２ここで、ｎ１及びｔ１は、それぞれ、オーバーレイ表面
からある距離にある１組の導体に関するサイクル数及び
充電時間であり、ｎ２及びｔ２は、それぞれ、オーバー
レイ表面から異なる距離にある第２の１組の導体に関す
るサイクル数及び充電時間である。各サイクルの充電時
間は、指と導体の間の距離に反比例する。ｔ１＝Ｋ×Ｃ１ここで、Ｋは発振器の発火（firing）しきい値を発振器
電源から供給された定電流で割った商に等しい定数であ
る。したがって、ｎ１×Ｋ×Ｃ１＝ｎ２×Ｋ×Ｃ２かつ、ｎ１／ｎ２＝Ｃ２／Ｃ１したがって、反復サイクル数の増加は、フィンガ・タッ
チによって起こるキャパシタンス変化の減少に比例しな
ければならない。

【００４１】下側層導体９１について、指によるキャパ
シタンス変化の減少率は、導体層間の分離間隔Ｔ２の増
加に比例しない。なぜなら、指と導体の間の分離間隔は
Ｔ２＋Ｔ３に等しいからである。たとえば、表面と上端
導体の間の分離間隔が０．０５１ｍｍ（２ミル）、２つ
の導体層間の分離間隔が０．０５１ｍｍ（２ミル）のオ
ーバーレイ構造では、導体層間の分離間隔が０．１０２
ｍｍ（４ミル）に増加すると、両導体層間のキャパシタ
ンスは５０％減少する。指と下側層導体の間のキャパシ
タンスは、３３％減少するだけである。フィンガ・タッ
チによるキャパシタンス変化は下側導体９１に関しては
３３％しか減少しないので、所定のサイクル数を、次式
に従って増加させなければならない。ｎ１／ｎ２＝Ｃ２／Ｃ１＝０．６６７ｎ２＝１．５×ｎ１

【００４２】この条件は、下側層導体に関して反復サイ
クル数を５０％増加させることを必要とする。上側層導
体は、反復サイクル数の増加を必要としない。なぜな
ら、両層間の分離間隔を増加させることによって、フィ
ンガ・タッチによるキャパシタンス変化が減少しないか
らである。

【００４３】測定サイクルを実行するのに必要な時間
は、周囲キャパシタンスに依存する。この例では、ｘ層
とｙ層の接近による周囲キャパシタンスは、上側層導体
と下側層導体の両方に関して５０％減少し、各測定サイ
クルの周期も５０％減少する。したがって、サイクル数
が１．５倍の場合、下側導体に関してフィンガ・タッチ
決定の実行時間は３／４になる。Ｔ２及びＴ３のいくつ
かの代表的な値に関して、完全なフィンガ・タッチ位置
決定を実行するのに必要な相対時間の推定値を表１に示
す。表１下側層上側層合計時間時間時間Ｔ２Ｔ３ｍｔｍ×ｔｔ (１＋ｍ)ｔインチ (mm) インチ (mm) .002(0.051) .002(0.051) 1.000 0.500 0.500 0.500 1.000 .004(0.102) .002(0.051) 1.500 0.250 0.375 0.250 0.625 .006(0.152) .002(0.051) 2.000 0.167 0.333 0.167 0.500 .008(0.203) .002(0.051) 2.500 0.125 0.316 0.125 0.441 .002(0.051) .001(0.025) 0.750 0.500 0.375 0.375 0.750 .004(0.102) .001(0.025) 1.250 0.250 0.313 0.188 0.501 .006(0.152) .001(0.025) 1.750 0.167 0.293 0.125 0.418 .008(0.203) .001(0.025) 2.250 0.125 0.281 0.094 0.375

【００４４】Ｔ２及びＴ３の値がともに０．０５１ｍｍ
（０．００２インチ）に等しい場合に位置決め操作を実
行するのに必要な推定時間が、これらの比較のための基
準値である。パラメータ"ｍ"は、表１に含まれた構成に
ついて表面から下側導体までの距離の比である。基準構
成について、下側層と上側層の両方を感知するための相
対時間として任意の時間値１．０を与え、この時間の半
分を各層に配分する。これらの計算によって示されるよ
うに、位置決め操作の実行時間は、Ｔ２が増加すると
き、またはＴ３が減少するとき、減少する。これらの仮
定から、下端導体による信頼できるタッチ感知のための
サイクル数は、Ｔ２が大きくなるにつれて周囲キャパシ
タンスの減少よりもゆっくりと増加する。

【００４５】前記の時間推定値は、層間キャパシタンス
が周囲キャパシタンスの唯一の成分であると仮定したも
のである。駆動バス、ケーブル及びその他の構成要素が
周囲キャパシタンスの３０％に寄与する場合、相対時間
は表２に示すように異なる変化を示す。表２下側層上側層合計時間時間時間Ｔ２Ｔ３ｍｔＬ= ｍ×ｔｕ= ｔ^ ｕ＋Ｌインチ (mm) インチ (mm) .002(0.051) .002(0.051) 1.000 0.500 0.500 0.500 1.000 .004(0.102) .002 1.500 0.325 0.488 0.325 0.813 .006(0.152) .002 2.000 0.267 0.534 0.267 0.801 .008(0.203) .002 2.500 0.238 0.595 0.238 0.833 .002(0.051) .001(0.025) 0.750 0.500 0.375 0.375 0.750 .004(0.102) .001 1.250 0.325 0.406 0.244 0.650 .006(0.152) .001 1.750 0.267 0.467 0.200 0.667 .008(0.203) .001 2.250 0.238 0.534 0.178 0.712

【００４６】以下の関係式が、表２の計算について仮定
した条件を表す。ｍ＝（Ｔ２＋Ｔ３）／０．１０２ｔ^＝（０．３＋（０．０５１／Ｔ２）×０．７）ｔ
（Ｔ２＝０．０５１）

【００４７】表２のデータは、Ｔ３の厚さに応じて、Ｔ
２が０．１０〜０．２０ｍｍ（０．００４〜０．００８
インチ）の場合に操作時間の最適値を示す。これは、Ｔ
２値が０．２０ｍｍ（０．００８インチ）の場合に操作
時間の連続的向上を示した表１のデータとは対照的であ
る。

【００４８】表１と表２の相違は、オーバーレイをキャ
パシタンス感知電子回路に接続するケーブルと、ＩＴＯ
導体をキャパシタンス感知電子回路に接続するオーバー
レイ内のバスの大地へのキャパシタンスの重要性を示
す。

【００４９】これらの表の値を使って、タッチ入力速度
とフィンガ・タッチ感度の間の設計上最善の折合い点を
選択することが可能である。最大反復速度は、オーバー
レイの重要な商用上の因子である。これらの値、ならび
に製造における材料の扱いやすさ、耐久性その他の因子
についての検討から、このサイズのオーバーレイの最善
選択の設計は、Ｔ３が０．０３８ｍｍ（０．００１５イ
ンチ）、Ｔ２が０．１５２ｍｍ（０．００６インチ）に
なることが示唆される。最終的選択は、容易に入手でき
る標準ＰＥＴ膜に基づくものとなろう。

【００５０】オーバーレイ及びケーブルの物理パラメー
タが、周囲発振器周波数の主要決定因子である。オーバ
ーレイ及びケーブルの周囲キャパシタンスを最小にする
ことによって、周波数、及び１秒に感知できるタッチの
回数が最大になる。ケーブル・キャパシタンスは、電子
回路をオーバーレイの近くに置き、ケーブルを短くする
ことによって、実用的限界内で最もよく減少される。

【００５１】当該の各バス・ワイヤへのＩＴＯ導体の接
続は、誘電体膜内のＩＴＯワイヤの平面とバス導体の平
面の間のアパーチャを介して行われる。米国特許第４６
８６３２３号では、すべてのＩＴＯ導体が、適宜Ｘバス
及びＹバスに接続される。各バスはオーバーレイの片面
に位置していた。各ＩＴＯ導体と、それに接続されてい
ないバス導体の間の増分キャパシタンスによる周囲キャ
パシタンスを減少させるために、代替構成を使用するこ
とができる。Ｘ及びＹバス・ワイヤを２グループに分割
し、各グループをオーバーレイの対向する縁部に置くこ
とによって、各ＩＴＯ導体は、それが接続されるバス・
ワイヤを半分だけ含むグループに延びるだけでよくな
る。さらに、各ＩＴＯ導体が、バス・ワイヤのグループ
内のそれが接続されている個々のバス・ワイヤより先に
達しないように、ＩＴＯ付着中に各ＩＴＯ導体の長さを
制御することによって、さらに改善が得られる。すなわ
ち、ＩＴＯ導体と、それが接続されていないバス・ワイ
ヤの間のキャパシタンス交差の数をさらに減らすことが
できる。

【００５２】耐久性図４は、接着層９２の上方のフレキシブルな絶縁基板層
９４の下面及び上面上に配置されたＩＴＯ導体９１及び
９１^の、スタイラス２０の圧力による湾曲を誇張して
示した図である。２本の導体９１、９１^は、図示しや
すくするために、平行な方向に向けて描いてある。実際
に機能するオーバーレイ内では、導体９１、９１^は、
図３に示すように互いに直交することになる。

【００５３】図４に示すように、ＩＴＯ導体９１^は、
上向きの導体である。微小クラックを生ずるのに十分な
ＩＴＯ導体の大きな変形が予想される場合は、上向きの
配向が好ましい。特に上側導体では特にそうである。と
いうのは、スタイラス２０と上側導体の間に最少量のオ
ーバーレイ材料を配置しても、良好なフィンガ・タッチ
感度が維持できるからである。さらに、硬い裏当て材で
ＩＴＯの伸びを防止する方法は、上側導体では困難であ
る。スタイラスによる力が最大で、伸びの可能性が最大
である凹みの中点Ｍでは、基板９４の頂面上の導体９１
^は、主として圧縮力を受けるが、ＩＴＯはこれに対し
てより大きな耐性をもつ。他方、点Ｍでは基板９４のそ
の面上の下側導体９１は、主として引張り力を受け、そ
のためＩＴＯの伸び及びオーバーレイ障害によって微小
クラックが発生する。湾曲の縁部Ｅでは力は逆になり、
導体９１に引張り力、下側導体９１^に圧縮力がかかる
が、それらの力は中点での力よりもずっと小さい。

【００５４】微小クラック障害は、ＩＴＯ半導体の弾性
限界を超えて膜が伸びたときに起こる。既存のデータに
よれば、これらの障害は膜が約１％伸びた時に起こる。
１％以上伸びるのを防止する手段がある場合は、ＩＴＯ
導体９１の下向き配向が許容される。

【００５５】スタイラス２０の球状の先端がオーバーレ
イに押し込まれたとき、下向きのＩＴＯ導体９１は、凸
形球面になって接触面積を広げる。局部的伸びが１％を
超えると、ＩＴＯ内に微小クラックが出現し始める。こ
の伸びは、形成される凸形球面領域のサイズ及び半径に
依存する。伸び率は、ＩＴＯ膜が伸びたときに形成され
る弧の長さを、その弧の弦、すなわち伸長前の領域の幅
と比較することによって推定される。

【００５６】伸びた膜の弧の長さは、凸形領域の曲率半
径、及びその弧に対する角度に比例する。Ｌ＝Ｒ×Ａ（Ａはラジアンで表した角度）

【００５７】弧の弦は、曲率半径、及び弧に対する角度
の半分の正弦に比例する。Ｃ＝２Ｒ×Ｓｉｎ（Ａ／２）

【００５８】膜の伸びは、弧の長さと弦の長さの比であ
る。Ｌ／Ｃ＝Ａ／２Ｓｉｎ（Ａ／２）

【００５９】膜の伸びは、曲率半径とは関係なく、伸ば
された領域に対する角度だけに依存する。

【００６０】実験によればＩＴＯはクラックを生じない
で１％の伸びに耐えることができるので、凸形球面領域
内の微小クラックの曲率限界は次式から計算される。Ｒ×Ａ^≦１．０１×２Ｒ×Ｓｉｎ（Ａ^／２）

【００６１】この条件が満たされるのは、角度Ａ^＝２
５度（０．４３８６ラジアン）のときである。Ａ^が２
５度またはそれ以下の場合、クラックは生じない。

【００６２】スタイラス先端の貫入角が２５度未満のと
き、どんな半径のスタイラス先端も微小クラックを発生
させない。しかし、異なる半径の先端は、２５度での貫
入深さが著しく異なる。表３に、ＩＴＯ層内の球状変形
のいくつかの球半径に対する２５度での貫入深さを示
す。ＩＴＯ球半径は、スタイラス先端とＩＴＯ膜の間の
基板９４の厚さのために、スタイラス先端の半径より大
きい。問題のオーバーレイでは、これは約０．１２７ｍ
ｍ（０．００５インチ）である。表３に現在のチップ半
径１．２２ｍｍ（１．０９＋０．１３ｍｍ、０．０４８
インチ）、その１／２及び１／４の半径に対する値を示
す。最小値は、ほぼ極細ボールペンの先ほどに尖ったも
のである。表３に、現在の先端半径に対する値を示す。表３ＩＴＯ球の球のセクタ弧の長さ弦の長さ伸び率貫入深さ半径インチ(mm) (ラシ゛アン) インチ(mm) インチ(mm) % インチ(mm) ---------------------------------------------------------------------- 0.0480 0.43859 0.021052 0.020884 0.806048 0.001149 (1.219) (0.53472) (0.53045) (0.02918) 0.0260 0.43859 0.011403 0.011312 0.806048 0.000622 (0.660) (0.28964) (0.28732) (0.01580) 0.0155 0.43859 0.006798 0.006743 0.806048 0.000371 (0.394) (0.17267) (0.1713) (0.00942)

【００６３】このように、小さな先端のスタイラス２０
は、オーバーレイへの貫入深さが同じと仮定した場合、
微小クラックを生じる確率がはるかに高い。シリコン・
ラバーなどの軟らかい材料で形成されたスタイラス２
０、または先端の直径がより大きなスタイラス２０は、
貫入深さを、したがって下向き導体９１の中点での引張
り力を最小にする傾向をもつ。これらの計算結果はま
た、貫入深さ及び凸形球状領域のサイズを制限できるほ
ど硬い表面上でＩＴＯが支持される場合、微小クラック
の形成が阻止されることを示唆している。

【００６４】実験測定は、これらの分析を確認するのに
役立つ。上向き及び下向きのＩＴＯはともに、大きな半
径のスタイラス先端を使用したとき大きな耐久性を示し
た。半径２．２９ｍｍ（０．０９０インチ）の先端を使
用して９０７ｇ（３２オンス）の力で１００００回摩擦
サイクルをかけても微小クラックは発生しなかった。こ
の力は、通常の筆圧より数倍大きい力である。より小さ
な半径の先端を使用した試験では、これより少ない摩擦
サイクル数で微小クラックが発生した。耐久性に関する
その他の力の影響も、小さな半径の先端を使用し通常の
力より大きな力で故障を発生するサイクル回数を決定す
ることによって試験できるはずである。加えた力、スタ
イラス先端の半径、ＩＴＯが上向きか下向きか、ＩＴＯ
層の上の材料、及びＩＴＯ層の下の材料の「軟らかさ」
が、調べられた因子である。

【００６５】最初の試験では、より小さなスタイラス先
端半径の効果を調べた。半径２．２９ｍｍ（０．０９０
インチ）の先端を使用し９０７ｇ（３２オンス）の力を
加えて微小クラックを示さなかったオーバーレイは、半
径１．０９ｍｍ（０．０４３インチ）の先端を使用し９
０７ｇ（３２オンス）の力を加えた場合、２００回以下
の摩擦サイクルで微小クラックを示した。この力を４５
４ｇ（１６オンス）に減らしたとき、半径１．０９ｍｍ
（０．０４３インチ）の先端を使用して３８０００回以
上の摩擦サイクルの後でも、このオーバーレイは微小ク
ラックを示さなかった。

【００６６】他の試験では、オーバーレイ構造の相違を
調べた。１つのオーバーレイは、ＩＴＯの上側層及び下
側層が共に表示装置から離れて上向きであった。別のオ
ーバーレイは、ＩＴＯの上側層が上向きで、下側層が下
向きであった。両方のオーバーレイは、半径１．０９ｍ
ｍ（０．０４３インチ）の先端を使用し９０７ｇ（３２
オンス）の力を加えて試験した。ＩＴＯが上向きの下端
層は、２８０００回の摩擦サイクルの後で微小クラック
障害を示した。ＩＴＯが下向きの下端層は、１４００サ
イクルの後で微小クラック障害を示した。下端ＩＴＯ層
が下向きのオーバーレイの試験は、オーバーレイの下の
支持体の異なる「軟らかさ」の位置で行った。より軟ら
かい支持体をもった領域は、６００回の摩擦サイクルの
後で障害を示した。より硬い支持体をもった領域は、９
０００回の摩擦サイクルの後で障害を示した。

【００６７】第３の試験では、スタイラス先端の半径が
０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）のより小さな中細ボ
ールペンを使用し、５０５ｇ（１７．８オンス）の力を
加えた。この力とスタイラス先端半径の選択は、すべて
の試験で妥当に少ない回数の摩擦サイクルの後で微小ク
ラックが発生するのに十分なほどで応力の強いものであ
った。

【００６８】２つのオーバーレイ構造を試験した。オー
バーレイ"Ａ"は、ＩＴＯ導体を２枚の分離した基板上に
配置したものであった。両方のＩＴＯ層が同じ向きにな
るように製造された。オーバーレイ"Ａ"は、ハード・コ
ート表面をもつ０．０３８ｍｍ（０．００１５インチ）
のＰＥＴの上端カバー、０．０１３ｍｍ（０．０００５
インチ）の熱可塑性接着剤層、ＰＥＴ基板上に配置され
た厚さ０．０３８ｍｍ（０．００１５インチ）の第１組
のＩＴＯ導体、０．０１３ｍｍ（０．０００５インチ）
の熱可塑性接着剤層、ＰＥＴ基板上に配置された厚さ
０．０１３ｍｍ（０．００５インチ）の第２組のＩＴＯ
導体から構成されていた。

【００６９】オーバーレイの耐久性試験は、「ソフト」
及び「ハード」の裏当て(backing)表面で行った。「ハ
ード」裏当ては、アルミニウム板であり、感圧性接着剤
の薄い層がオーバーレイとアルミニウム板の間に配置さ
れた。「ソフト」裏当てはアクリル板であった。オーバ
ーレイは、接着剤、ＰＥＴ膜、及び接着剤からなる厚さ
０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）のサンドイッチ構
造で「ソフト」裏当て材に接着した。

【００７０】耐久性測定は、各オーバーレイについて、
両方の裏当て表面で、オーバーレイを正しい向き及び上
下逆にして行った。耐久性測定の結果を表４に示す。表４摩擦ＩＴＯの向き裏当て向き上端まで下端までサイクルインチ (mm) インチ (mm) 上ソフト正しい向き .0035(0.89) .005(1.27) 475 上ソフト正しい向き .0020(0.51) .0065(1.65) 300 上ハード正しい向き .0035(0.89) .005(1.27) 1150 上ハード正しい向き .0020(0.51) .0065(1.65) 1700 下ソフト上下逆 .005(1.27) .0035(0.89) 70 下ソフト上下逆 .0065(1.65) .0020(0.51) 90 下ハード上下逆 .005(1.27) .0035(0.89) 1120 下ハード上下逆 .0065(1.65) .0020(0.51) 2600

【００７１】オーバーレイＡでの最も明らかな結果は、
ハード裏当て材によって耐久性が向上したことである。
上向きのＩＴＯは、一貫して下向きの場合より耐久性が
あるが、向上の規模はハード裏当て材による向上ほど大
きくはない。ＩＴＯ層からオーバーレイの上端または下
端までの距離の影響は、これらの試験では余り明らかで
はない。しかし、ハード裏当て材を使用し、下端までの
距離を減らしたとき、下端層導体に関して大幅な向上が
得られた。

【００７２】これらの結果、及び下向きのＩＴＯ層にお
けるＩＴＯの伸びの前記の分析に基づいて、適切な硬さ
の裏当て表面がスタイラス先端の半径よりずっと薄いと
き、下向きの層で許容できる耐久性をもつオーバーレイ
が構成できる。

【００７３】応用例でそれが許されるなら、表示装置の
ガラス表面に直接接着できるオーバーレイ構造が好まし
い。接着剤の層は、きわめて薄く、適切な硬さの材料製
とすべきである。

【００７４】表示装置１８のガラス板は、介在するプラ
スティック膜なしでオーバーレイを接着するために適切
な硬さの接着剤を使用する場合、ＩＴＯ用の良好な硬い
裏当て材として機能することができる。オーバーレイが
下端カバー層なしで製造できる場合、下側の下向きのＩ
ＴＯ導体層用の硬い裏当てを保証することはより容易で
ある。

【００７５】下側導体９１にかかる実際の力は、オーバ
ーレイ内で使用する材料に応じて変わり得る。基板９４
に比べて接着剤層９２が軟らかく、スタイラス先端が硬
い場合、スタイラスの引張り力ははるかにＩＴＯ導体に
クラックを生じさせ易く、オーバーレイの障害を引き起
こし易い。上記の熱硬化性ポリエステル光接着剤などの
比較的に硬い接着剤層は、様々な硬さになり、これをポ
リエステル基板の硬さに適合させて、スタイラス２０か
らＩＴＯ導体９１に付与される引張り力及び貫入深さを
最小にすることができる。オーバーレイを主としてフィ
ンガ・タッチ操作に使用するときは、クラック発生の問
題はそれほど大きな問題ではなく、応用例によっては許
容される。しかし、一般に、上側導体を表示装置１８に
向かって下向きにすることは、オーバーレイ構造の使い
方として余り魅力がない。

【００７６】オーバーレイ構造上述したように、本発明によれば４つのオーバーレイ構
造が存在する。これらの構造は、上側導体または下側導
体の「上向きで互いに背を向ける(up and away)」また
は「下向きで向かい合う(down and toward)」配向を意
味する。それらは、「上向き(face-up)」構造、「下向
き(face-down)」構造、「内向き(face-in)」構造、及び
「外向き(face-out)」構造である。「上向き」構造で
は、両方の導体セットが上向きである。「下向き」構造
では、両方の導体セットが下向きである。「内向き」構
造では、両方の導体セットが互いに向かい合う。「外向
き」構造では、両方の導体セットが互いに背を向ける。
上側導体が上向きの場合、保護用の上端カバーが追加さ
れる。下側導体が下向きの場合、下端カバーが追加され
る。カバーと基板層は、接着剤層によって接着され、Ｔ
２及びＴ３の厚さを高い信頼性で維持する、スタイラス
及び指の感知用のタイトな表面を形成する。

【００７７】図５、図６、図７及び図８を参照して、本
発明によるオーバーレイの４つの可能な構成を説明す
る。４つの構成はＩＴＯ導体の向きによって区別され
る。実際には、各ＩＴＯストリップ導体は上面及び下面
をもち、上面は上向きで、下面は下向きである。「上」
及び「下」という指定は、透明基板上に付着されていな
いＩＴＯ表面を意味する。したがって、ＩＴＯ導体の下
面が基板の上面上に付着され、基板のないＩＴＯ導体の
上面が、たとえ接着剤中に埋め込まれていても、表示装
置表面とは反対側にある場合、そのＩＴＯ導体は上向き
と言われる。

【００７８】図５は、表示装置１８の表示面上に配置さ
れた「上向きの」オーバーレイ１６の断面図である。こ
のオーバーレイの初期のバージョンでは、表示装置とし
て、好ましい実施例のＬＣＤ１８ではなくＣＲＴが使用
された。ＬＣＤ１８は、可搬性、重量、及び視角が容易
に調整可能なことを含めて多くの人間工学的理由から好
ましい。またＬＣＤ１８は、フィンガ・タッチ用の環境
として騒音がずっと少ない。

【００７９】下側基板９０は、表示装置１８の上方に配
置された透明な絶縁材料のシートである。フィンガ・タ
ッチ検出もスタイラス検出も下側基板９０の厚さの影響
を受けないが、その厚さは透明性及び低い視差を得るた
めに比較的に薄く保たなければならない。水平の透明な
下側導体９１を下側基板９０上に付着する。わかりやす
いように１つの導体を示してある。接着剤の薄い層９２
で、下側導体９１及び下側基板９０を上側基板９４に接
着する。上側基板９４も、下側基板９０と組成が類似し
た透明な絶縁材料である。次に、垂直導体９３を、上側
基板９４上に付着する。接着剤層９６で、保護用の上端
カバー９８を上側基板９４及び上側導体９３に接着す
る。上端カバー９８も、下側及び上側基板９０、９４に
組成が類似している。指及びタッチ検出用の滑らかでタ
イトなしっかり支持された表面を提供するために、オー
バーレイ１６全体を接着剤層９９によってＬＣＤ１８に
接着することが好ましい。

【００８０】上向きのオーバーレイでは、導体平面９１
と９３の間の分離間隔Ｔ２は、上側基板９４の厚さ及び
接着剤層９２の厚さである。上側導体９３と、オーバー
レイの頂面上の指の間の分離間隔Ｔ３は、上端カバー９
８の厚さ及び接着剤層９６の厚さである。これらの接着
剤層の典型的な厚さは０．０１３ｍｍ（０．５ミル）で
ある。表１及び表２を参照すると、好ましい分離間隔Ｔ
２は、ケーブルなどの周囲キャパシタンスに応じて０．
１５〜０．２０ｍｍ（６〜８ミル）である。したがっ
て、好ましい実施例では、上端カバー９８の厚さは０．
０２５ｍｍ（１ミル）であり、上側基板９４の厚さは
０．１４ｍｍ（５．５ミル）である。実際には、市販の
膜の厚さは限られており、０．１３ｍｍ（５ミル）基板
を使用することになる。

【００８１】図５から分かるように、下側導体９１及び
上側導体９３をそれぞれ下側基板９０及び上側基板９４
の各上面上に配置するとき、下側導体９１及び上側導体
９３はともに上向きになる。すでに検討したように、上
向きの導体の利点は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）
の脆い性質、ＩＴＯが引張り力ではなく圧縮力に対して
相対的に強いことと関係がある。両方の導体セット９
１、９３が上向きのとき、図５のオーバーレイ１６はＩ
ＴＯのクラック発生による信頼性の問題を生じない。ス
タイラス２０と下側導体９１の間の層の厚さが大きくな
り、下側層と表示装置の硬いガラスの裏当て材の間で達
成される分離間隔が小さくなるために、下側導体が上向
きになることはあまり重要ではない。

【００８２】材料、補助層及び導体間隔に関する以下の
コメントのいくつかは、図６、図７及び図８に示すオー
バーレイ構造に等しく適用される。オーバーレイのすべ
ての構成要素は、光透過率が最大になるように選択され
る。前述したように、好ましい透明な導体材料はＩＴＯ
である。図５、図６、図７及び図８に示したオーバーレ
イはいずれも原寸通りには図示されていない。インジウ
ムスズ酸化物導体９１、９３の厚さは約６００〜１６０
０オングストロームであり、基板や接着剤層よりずっと
薄い。ＩＴＯの正確な厚さは、オーバーレイ導体の所望
の面積抵抗率に依存する。好ましい厚さ９００オングス
トロームのＩＴＯは、約０．１２４オーム／ｍｍ²（８
０オーム／平方インチ）の抵抗を生ずる。基板層及び上
端カバーは、特定の層の所望の厚さに形成された双軸配
向のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、またはポ
リエステル製であることが好ましい。基板を接着するた
めにいくつかの透明な接着剤を使用することができる。
製造にはシート形が好ましい。各種の熱硬化性ポリエス
テル接着剤層は、その硬さが基板層の硬さとよく一致さ
せることができ、特に比較的硬い接着剤が下向きのＩＴ
Ｏ導体層のすぐ下にあるとき、ＩＴＯ導体にかかる力が
最小になるので魅力的である。感圧性アクリル接着剤
は、ポリエステル接着剤より透明であり、耐久性は多少
劣るとしてもより魅力的なオーバーレイを製造すること
ができる。

【００８３】オペレータを疲れさせないように、惑光防
止用の上端コートを上端カバー９８の頂面に追加するこ
とができる。上端コートの光反射特性は、その表面を構
成する粒子の寸法によって調節できる。また、この粒子
寸法は、書込み中のスタイラス先端とオーバーレイの間
の摩擦を大きくする働きをし、より紙に近い感触をユー
ザに与える。上端コートはまた、オーバーレイの他の層
を摩耗から保護することができる。上端コートの好まし
い材料は、アクロライト、すなわち紫外線硬化架橋ポリ
マである。このポリマは、きわめて硬く、かつ光学的に
無色透明である。表示装置１８によって発生される電気
的雑音の影響を減少させるために、下側基板９０とＬＣ
Ｄ１８の間に０．１５５オーム／ｍｍ²（１００オーム
／１平方インチ）以下の静電遮蔽層を追加することがで
きる。ＬＣＤ１８は米国特許第４６８６３３２号で開示
されたＣＲＴより電気的雑音が少ないので、静電遮蔽層
は省略することができる。

【００８４】図５では、オーバーレイを、接着剤９９に
よってガラス製ＬＣＤ表面１８に接着してある。代替実
施例では、オーバーレイ１６を、接着剤で別のガラス片
（図示せず）、またはその他の十分な硬さの透明キャリ
ヤ・プレートに接着してから、ＬＣＤ１８に装着する。

【００８５】米国特許第４６８６３３２号で論じられて
いるように、上側及び下側導体は、幅約０．６３５ｍｍ
（０．０２５インチ）であり、中心間距離が約３．１８
ｍｍ（０．１２５インチ）である。図１に示したタッチ
・ワークパッド１０用のオーバーレイの寸法は、約３５
６×３５６ｍｍ（１４×１４インチ）なので、１１２本
の透明な垂直導体Ｘ１、Ｘ２、．．．、Ｘ１１２があ
る。内側基板１０２上の水平Ｙ導体Ｙ１、Ｙ
２、．．．、Ｙ１１２は、外側基板１０４上に配置され
た垂直Ｘ導体に対して直角になっている。従来技術で検
討されたいくつかのオーバーレイと違って、上側導体に
よる下側導体の電気的遮蔽は、米国特許第４６８６３３
２号で開示された感知システムでは問題ではなかった。
そうなのは、グリッド内の導体と導体の間隔がかなり緩
いからである。また、ＩＴＯ導体は０．１２４オーム／
ｍｍ²（８０オーム／平方インチ）と比較的抵抗率が大
きく、スタイラス感知モードでは４０ｋＨｚで駆動され
るので、下側導体の遮蔽は起こらない。これ以上抵抗率
が大きいと、上側導体と下側導体の間の分離間隔が０．
０５ｍｍ（２ミル）程度の時でも、下側導体からのスタ
イラス信号は余り遮蔽されない。

【００８６】米国特許第４６８６３３２号で論じられて
いるように、オーバーレイのＸ導体及びＹ導体は、オー
バーレイの周辺に位置する何本かのバス・ワイヤによっ
て感知システムの他の要素に電気的に接続される。各Ｘ
導体及びＹ導体ごとに別のバス・ワイヤを必要とすると
いう要件は、急速に手に負えないものになり、オーバー
レイのサイズ、複雑さ及びコストを増大させることにな
る。したがって、何本かの広い間隔で隔置した導体を同
じバス・ワイヤに接続する。１１２本のＸ導体及び１１
２本のＹ導体がある上記の好ましい実施例では、１６本
のＸバス・ワイヤ、及び１６本のＹバス・ワイヤがあ
る。したがって、特定のバス・ワイヤが励起されたと
き、オーバーレイ内の７本の異なる導体によって電磁信
号が発生される。

【００８７】図６は、外向きオーバーレイ構造の断面図
である。この構造では、下側導体９１及び上側導体９３
がともに単一の基板１０１上に配置される。図のよう
に、下側導体９１は下向きで、上側導体９３は上向きで
ある。上端カバー９８は、接着剤層９６によって基板の
上面に接着される。下端カバー１０３は、接着剤層９２
によって基板１０１の下面に接着され、接着剤層９９に
よってＬＣＤ１８に接着される。代替実施例では、下端
カバー層は、まったく省略して、外向きのオーバーレイ
をＬＣＤ１８に直接接着することができる。下端カバー
１０３をなくすと、ＬＣＤ表示装置１８からの光が通過
する層数が少なくなるので、オーバーレイ１６の透明度
が向上する。また、下側導体９１の耐久性も向上する。

【００８８】また、上側導体９１と下側導体９３の間の
分離間隔Ｔ２、及びユーザの指がタッチする上端カバー
９８の頂面と上側導体９３の間の分離間隔Ｔ３も示され
ている。外向き構造では、Ｔ２は基板１０１の厚さであ
る。基板の厚さは基板と接着剤の組合せより一様なの
で、外向き構造の電界は上向き構造、内向き構造、下向
き構造よりも一様であり、スタイラス感知の正確さが向
上する。Ｔ３は、上端カバー９８の厚さと上端接着剤層
９６の厚さの合計である。

【００８９】下側導体９１は下向きであり、したがって
スタイラスによって発生される伸び力を受けるが、図６
の外向き構造内の下側導体９１は、下側導体９１と硬い
ガラス裏当て材の間の分離間隔をきわめて小さくでき、
下側導体９１の伸びを防止することができるので、図７
の内向き構造内の上側導体９８や、図８の下向きオーバ
ーレイに比べて、クラック発生に対する抵抗力が改善さ
れている。

【００９０】図７は、ＬＣＤ１８の表示装置表面上に位
置する内向きオーバーレイ１６の断面図である。図８に
示したオーバーレイ１６は、本発明によって教示される
改良された分離間隔を使用する点を除き、米国特許第４
６８６３３２号の図１２に示されたオーバーレイに類似
している。内向きオーバーレイ１６は、下側基板９０、
下側透明導体９１のアレイがその上面上に配置されてい
る透明な絶縁層からなる。図７では、単一の電線９１が
示されている。接着剤層９２が、下側基板９０及び水平
導体９１を覆い、それらを上側基板９４に接着する。し
たがって、上側基板９４の下側表面上に配置された上側
垂直導体９３は、表示装置に向かって下向きになる。

【００９１】図７に示すように、上側導体９３は、表示
装置表面１８に向かって下向きになる。スタイラス２０
は、オーバーレイ１６上に接触したとき、接触点で引張
り力をかけて上側導体９３を伸ばす。接触が繰り返され
ると、垂直導体はクラックを発生する傾向があり、それ
によってオーバーレイ１６内の電気伝導及び信号伝送を
破壊する。

【００９２】図７には分離間隔Ｔ２及びＴ３も示されて
いる。両導体９１と９３の間の分離間隔Ｔ２は、中間の
接着剤層９２の厚さである。内向き構造では、指と上側
導体の間の距離Ｔ３は、上側基板９４の厚さである。本
発明による０．１５２ｍｍ（６ミル）のＴ２測定値は、
接着剤層単独で達成するにはやや大きいことがある。こ
の場合には、０．１２７ｍｍ（５ミル）のＰＥＴ層の両
面にそれぞれ０．０１３ｍｍ（０．５ミル）の２つの接
着剤層の積層構造を使用することができる。その欠点
は、ＬＣＤ表示装置１８からの光が通過しなければなら
ない界面数が増加し、したがって表示装置の透明度が低
下することである。内向きオーバーレイの上側基板は
０．０３８ｍｍ（１．５ミル）程度とすべきである。

【００９３】図８は、最後のオーバーレイ構造、すなわ
ち下向きオーバーレイの断面図である。この構造では、
下側導体９１及び上側導体９３はともにＬＣＤ表示装置
１８に向かって下向きになっている。下側導体９１は下
側基板９０の下面上に形成され、上側導体９３は上側基
板９４の下面上に形成される。上端接着剤層９６が２枚
の基板９０、９４を接着する。下端カバー１０３は、接
着剤層９２によって下側基板９０の下面に接着できる。
別法として、下端カバーを省略し、基板を薄い接着剤層
でＬＣＤ１８に直接接着することもできる。

【００９４】耐久性の点からは、下向きオーバーレイは
あまり好ましくない。というのは、上端導体セット及び
下端導体セットがともに主としてスタイラスによる伸び
を受けるからである。しかし、上向きオーバーレイに比
べて、ポリエステル層が１つ少なく、接着剤層が１つ少
ないので、透明度はより大きくなるはずである。下側導
体９１は、基板９０、９４の厚さ及び外向きオーバーレ
イの接着剤層と同様の接着剤層９６によって保護され
る。また、外向きオーバーレイと同様に、下側導体９１
はＬＣＤ１８のガラス表面に直接接着できるので、きわ
めて耐久性のある構造が得られる。さらに、上記で検討
したように、スタイラスの使用度が中程度の応用例で
は、接着剤及び基板材料を適切に選択することによっ
て、下向き構造は十分な耐久性をもつ。

【００９５】このように、広範囲のオーバーレイ材料に
ついて、オーバーレイ構造の好ましい実施例は、両方の
導体セットの耐久性が改善される、上向き構造または外
向き構造である。これらのオーバーレイを主としてフィ
ンガ・タッチ操作に使用する場合は、下向き構造または
内向き構造が使用できる。しかし、両方の導体セットと
オーバーレイの頂面の間の距離を本発明に従って最適化
するとき、下向きの上側導体はクラックを発生し易くな
る。スタイラス先端の硬さ、スタイラス先端の直径、基
板層の硬さと複数の基板を接着するのに使用される接着
剤の硬さの比、表示装置表面の弾力性などのその他の因
子が、導体に加わる力の重要な決定因子であり、したが
って導体を上向きに配置する必要がある。

【００９６】本発明をいくつかの代表例に関して説明し
たが、当業者なら本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに
修正が可能であることを理解されよう。基板及び接着剤
層の検討では二三の適切な材料しか挙げなかったが、高
い透明度、よく一致する屈折率とフレキシビリティなど
の特性を有する代替材料は類似の誘電的制約をもち、し
たがって表１及び表２の計算があてはまるはずである。
上記に提示した実施例は、例示のためのものにすぎず、
頭記の特許請求の範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラット・パネル表示装置の上方に配置された
フィンガ・タッチ及びスタイラス位置の検出に使用され
るオーバーレイの正面図である。このアセンブリ全体は
タッチ・ワークパッドと呼ばれる。

【図２】フィンガ・タッチ及びスタイラス両用検出シス
テムのアーキテクチャ図である。

【図３】上側導体及び下側導体、オーバーレイの頂面、
及び表示装置の表示面を示す一般化されたオーバーレイ
構造を示す図である。

【図４】基板層の上面及び下面上のＩＴＯ導体の曲面を
誇張して示す図である。

【図５】両方の導体セットが表示装置表面から離れて上
向きになっている、フィンガ・タッチ及びスタイラスの
位置検出に適した上向きオーバーレイ構造の断面図であ
る。

【図６】両方の導体セットの表面が互いに向き合ってい
る、フィンガ・タッチ及びスタイラスの位置検出に適し
た外向きオーバーレイ構造の断面図である。

【図７】両方の導体の表面が互いに背を向けている、内
向きオーバーレイ構造の断面図である。

【図８】両方の導体セットの表面が表示装置表面に向か
って下を向いている、下向きオーバーレイ構造の断面図
である。

【符号の説明】

１０ワークパッド１２ハウジング１４ウィンドウ１６タッチ・オーバーレイ１８液晶表示装置（ＬＣＤ）２０スタイラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ガイ・エフ・ヴェリヤーアメリカ合衆国22091、ヴァージニア州レストン、レーク・チャペル・レーン 11101 (72)発明者ロバート・エル・ドナルドソンアメリカ合衆国21403、メリーランド州アナポリス、ヒルズミア・ドライブ 299

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィンガ・タッチまたはスタイラスの位置
を検出するための表示装置の表示面用のタッチ・オーバ
ーレイであって、フレキシブルで透明な絶縁基板の表面上に平行に配列さ
れた、１組の透明な下側導体と、前記オーバーレイの周囲キャパシタンスを減少させ、フ
ィンガ・タッチ・モードでの操作速度を増加させるため
に、前記下側導体と直交して、少なくとも０．０７６ｍ
ｍ（３ミル）の距離で隔置され、且つ、前記絶縁基板の
表面上に平行に配列された、１組の透明な上側導体と、指及びスタイラスによる接触のための頂面を有する、ス
タイラスによる接触中に前記上側導体を保護するために
前記上側導体の上に配置された、フレキシブルで透明な
絶縁材料の上端カバーと、前記基板と前記上端カバー層を接着するための少なくと
も１つの接着剤層とを含み、前記頂面と前記上側導体の間の分離間隔が０．０７６ｍ
ｍ（３ミル）を超えないタッチ・オーバーレイ。
【請求項２】さらに、前記スタイラスによる圧力を繰り
返し受けたとき、前記透明な上側及び下側導体の伸びを
制限するための手段を含む、請求項１に記載のタッチ・
オーバーレイ。
【請求項３】前記下側導体が前記表示装置の前記表示面
から離れて上向きに配置され、前記上側導体が前記表示
装置の前記表示面に向かって下向きに配置され、前記上
側導体が前記上端カバーの下面上に配置されている、請
求項１に記載のタッチ・オーバーレイ。
【請求項４】前記下側及び上側導体が前記表示装置の前
記表示面に向かって下向きに配置され、前記上側導体が
前記上端カバーの下面上に配置されている、請求項１に
記載のタッチ・オーバーレイ。
【請求項５】前記上側及び下側導体の伸びを防止するた
め、少なくとも１つの前記接着剤層の硬度が前記基板及
び前記上端カバー層のそれと一致している、請求項１に
記載のタッチ・オーバーレイ。
【請求項６】さらに、前記下側及び上側導体に接続され
たスプリット・バス構造を含み、前記下側導体の第１の
部分が前記オーバーレイの第１の側面に位置するバスに
接続され、前記下側導体の残りの部分を含む前記下側導
体の第２の部分が前記オーバーレイの前記第１の側面と
対向する第２の側面に位置するバスに接続され、前記上
側導体の第３の部分が前記オーバーレイの前記第３の側
面に位置するバスに接続され、上側導体の残りの部分を
含む前記上側導体の第４の部分が前記オーバーレイの前
記第３の側面と対向する第４の側面に位置するバスに接
続され、前記下側及び上側導体がそれらに接続されたバ
ス内に位置するバス・ワイヤだけと交差し、それによっ
て前記オーバーレイの前記周囲キャパシタンスが減少し
て、フィンガ・タッチ・モードでの操作の速度を速める
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチ・オーバー
レイ。
【請求項７】前記オーバーレイの周囲キャパシタンスを
減少させ、フィンガ・タッチ・モードでの操作速度を増
加させるために、前記基板が少なくとも０．０７６ｍｍ
（３ミル）の厚さをもち、前記上端カバー及び前記接着
剤層の合計厚さが０．０７６ｍｍ（３ミル）を超えな
い、請求項１に記載のタッチ・オーバーレイ。
【請求項８】表示装置の表示面で使用するための改良さ
れたフィンガ・タッチ及びスタイラス検出システムであ
って、フレキシブルで透明な絶縁基板の表面上に平行に配置さ
れた、１組の透明な下側導体と、タッチ・オーバーレイの周囲キャパシタンスを減少さ
せ、フィンガ・タッチ・モードでの操作速度を増加させ
るために、前記下側導体と直交して、少なくとも０．０
７６ｍｍ（３ミル）の距離で隔置され、且つ、前記絶縁
基板の表面上に平行に配列された、１組の透明な上側導
体と、指及びスタイラスによる接触のための頂面を有する、ス
タイラスによる接触中に前記上側導体を保護するために
前記上側導体の上に配置された、フレキシブルで透明な
絶縁材料の上端カバーと、前記基板と前記上端カバー層を接着するための少なくと
も１つの接着剤層とを含み、前記頂面と前記上側導体の間の分離間隔が０．０７６ｍ
ｍ（３ミル）を超えず、前記タッチ・オーバーレイの前記周囲キャパシタンスが
減少したときにより高速に走る指による入力を検出する
ためのキャパシタンス測定手段と、スタイラス検出中に前記タッチ・オーバーレイの選択さ
れた導体を駆動するための放射信号源と、前記放射信号源によって駆動されたとき前記上側または
下側導体によって発生される信号を受け取るためのスタ
イラスと、前記スタイラスに結合された、前記受け取った信号を測
定するための放射信号測定手段と、前記上側及び下側導体、前記キャパシタンス測定手段、
及び制御入力を有する前記放射信号源に結合された、該
制御入力に印加されている適切な制御信号に応答して、
フィンガ・タッチまたはスタイラスの検出のために、選
択された導体をそれぞれ前記キャパシタンス測定手段ま
たは前記放射信号源に接続するための、切替え可能な経
路と、前記キャパシタンス測定手段、前記放射信号測定手段、
及び前記切替え可能な経路に結合された、フィンガ・タ
ッチ検出のために測定されたキャパシタンス値を受け取
り、スタイラス検出のために測定された放射信号値を受
け取り、前記切替え可能な経路の前記制御入力への前記
制御信号を発生するための、制御プロセッサとを含む、前記フィンガ・タッチ及びスタイラス検出システム。
【請求項９】前記オーバーレイがさらに、スタイラスに
よる圧力を繰り返し受けたとき、前記透明な上側及び下
側導体の伸びを制限する手段を含むことを特徴とする、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】前記キャパシタンス測定手段が可変周波
数発振器回路を含むことを特徴とする、請求項８に記載
のシステム。
【請求項１１】前記下側導体が前記表示装置の前記表示
面から離れて上向きになり、前記上側導体が前記表示装
置の前記表示面に向かって下向きになり、前記上側導体
が前記上端カバーの下面上に配置されている、請求項８
に記載のシステム。
【請求項１２】前記下側及び上側導体が前記表示装置の
前記表示面に向かって下向きになり、前記上側導体が前
記上端カバーの下面上に配置されている、請求項８に記
載のシステム。
【請求項１３】前記上側及び下側導体の伸びを防止する
ために、少なくとも１つの前記接着剤層の硬度が前記基
板及び前記上端カバー層のそれと一致している、請求項
８に記載のシステム。
【請求項１４】前記オーバーレイが前記下側及び上側導
体に接続されたスプリット・バス構造を含み、前記下側
導体の第１の部分が前記オーバーレイの第１の側面に位
置するバスに接続され、前記下側導体の残りの部分を含
む前記下側導体の第２の部分が前記オーバレイの前記第
１の側面と対向する第２の側面に位置するバスに接続さ
れ、前記上側導体の第３の部分が前記オーバーレイの前
記第３の側面に位置するバスに接続され、前記上側導体
の残りの部分を含む前記上側導体の第４の部分が前記オ
ーバーレイの前記第３の側面と対向する第４の側面に位
置するバスに接続され、前記下側及び上側導体がそれら
に接続されたバス内に位置するバス・ワイヤだけと交差
し、それによって前記オーバーレイの前記周囲キャパシ
タンスが減少して、フィンガ・タッチ・モードでの操作
の速度を速めることを特徴とする、請求項８に記載のシ
ステム。