特許 6573659 ジェスチャ検出および追跡のための電極配列

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6573659

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】ジェスチャ検出および追跡のための電極配列

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20190902BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 580

   G06F3/044 Z

   G06F3/044 124

【請求項の数】17

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-504181(P2017-504181)

(86)(22)【出願日】2015年8月20日

(65)【公表番号】特表2017-524192(P2017-524192A)

(43)【公表日】2017年8月24日

(86)【国際出願番号】EP2015069192

(87)【国際公開番号】WO2016026948

(87)【国際公開日】20160225

【審査請求日】2018年8月8日

(31)【優先権主張番号】62/039,734

(32)【優先日】2014年8月20日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/830,355

(32)【優先日】2015年8月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511242328

【氏名又は名称】マイクロチップ テクノロジー ジャーマニー ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】アウバウアー， ローラント

(72)【発明者】

【氏名】ドルフナー， アンドレアス

【審査官】 萩島 豪

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５１０９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１９４５１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００４４１９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２１０９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０５５５３４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

Ｈ０１Ｈ ３６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極配列であって、前記電極配列は、単一層に配列された容量タッチセンサの行および列を伴うマトリクスを備え、各タッチセンサは、第１の電極と、関連付けられた第２の電極とを備え、前記マトリクスの各行内の前記第１の電極は、接続され、前記マトリクスの各列内の前記第２の電極は、接続され、前記電極配列はさらに、
少なくとも４つの電極に接続された容量結合回路
を備え、第１の動作モードにおいて、前記容量結合回路は、交流伝送信号を受信するように構成され、前記容量結合回路は、前記少なくとも４つの電極に容量的に前記交流伝送信号を供給し、前記少なくとも４つの電極は、接続された第１の電極の最上行と、接続された第１の電極の最下行と、接続された第２の電極の最左列と、接続された第２の電極の最右列とによって形成されている、電極配列。

【請求項2】

前記容量結合回路は、第１、第２、第３、および第４のコンデンサを備え、前記第１のコンデンサの第１の端子は、最上行電極に接続され、前記第２のコンデンサの第１の端子は、最下行電極に接続され、前記第３のコンデンサの第１の端子は、最左列電極に接続され、前記第４のコンデンサの第１の端子は、最右列電極に接続され、前記第１、第２、第３、および第４のコンデンサの第２の端子は、ともに接続され、前記交流伝送信号を受信する、請求項１に記載の電極配列。

【請求項3】

電気接続を前記行および列に提供するように構成された複数の供給線を備えるコネクタ部をさらに備える、請求項１に記載の電極配列。

【請求項4】

基板をさらに備え、前記基板の上側に前記第１および第２の電極が配列されている、請求項１に記載の電極配列。

【請求項5】

前記基板は、可撓性基板である、請求項４に記載の電極配列。

【請求項6】

切替回路をさらに備え、前記切替回路は、第２の動作モードにおいて、前記行および列をタッチ検出デバイスと結合し、前記第１の動作モードにおいて、前記最上行、最下行、最左列、および最右列をそれぞれ、非タッチジェスチャ検出デバイスのそれぞれの入力と結合し、前記第１の動作モードにおいて、前記最上行、最下行、最左列、および最右列によって形成された電極は、伝送電極および受信電極として動作する、請求項４に記載の電極配列。

【請求項7】

前記第１および第２の電極は、前記第２の動作モードにおいて投影型容量タッチセンサとして動作する、請求項６に記載の電極配列。

【請求項8】

４つの電極が、前記最上行、最下行、最左列、および最右列によって形成され、前記第１の動作モードの間に前記容量結合回路を通して連続交流伝送信号を受信し、前記４つの電極のそれぞれの負荷を判定することによって評価される、請求項７に記載の電極配列。

【請求項9】

前記第１の動作モードにおいて、前記マトリクスの特定の残りの電極は、前記交流伝送信号を受信するようにさらなる切替ユニットを介してともに切り替えられる、請求項６に記載の電極配列。

【請求項10】

前記第１および第２の電極はそれぞれ、櫛形であり、櫛歯方式で配列されている、請求項１に記載の電極配列。

【請求項11】

請求項１に記載の電極配列を備えるセンサ配列であって、前記電極配列はさらに、基板の上部に配列され、前記行および列電極をコネクタと接続するように構成された複数の供給線を備えるコネクタ部を備える、センサ配列。

【請求項12】

前記供給線と接続されたコントローラをさらに備え、前記コントローラは、第１のモードまたは第２のモードで動作するように構成され、前記第１のモードは、無タッチジェスチャ検出のために、前記最上行、最下行、最右列、および最左列によって形成された電極を使用し、前記第２のモードは、タッチベースの検出モードのために、投影型容量タッチセンサとして前記第１および第２の電極を使用する、請求項１１に記載のセンサ配列。

【請求項13】

単一層に配列された容量タッチセンサの行および列を伴うマトリクスを備えるセンサ配列を動作させるための方法であって、各タッチセンサは、第１の電極と、関連付けられた第２の電極とを備え、前記マトリクスの各行内の第１の電極は、接続され、前記マトリクスの各列内の第２の電極は、接続され、前記方法は、
第１の動作モードにおいて、
測定サイクルの間、容量結合回路を通して、接続された第１の電極の最上行および最下行と、接続された第２の電極の最左列および最右列とによって形成されたジェスチャ検出電極のみに連続交流伝送信号を供給することと、
前記ジェスチャ検出電極からの信号を処理し、前記ジェスチャ検出電極によって生成される電場に進入する物体の３次元場所を判定することによって、前記ジェスチャ検出電極の負荷を評価することと、
第２の動作モードにおいて、
前記交流伝送信号をオフにし、各容量タッチセンサの静電容量を測定し、容量タッチセンサがタッチされたかどうかを判定することと
を含む、方法。

【請求項14】

前記第１のモードにおいて、前記交流伝送信号はまた、前記マトリクスの他の所定の第１および第２の電極にも切替ユニットを介して直接供給される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

第１の動作モードにおいて、前記行および列をタッチ検出デバイスと結合することであって、前記第１の電極および第２の電極は、前記第１の動作モードにおいて投影型容量タッチセンサとして動作する、ことと、第２の動作モードにおいて、前記最上行、最下行、最左列、および最右列をそれぞれ非タッチジェスチャ検出デバイスのそれぞれの入力と結合することであって、前記第２の動作モードにおいて、前記最上行、最下行、最左列、および最右列によって形成された電極は、伝送電極および受信電極として動作する、こととを行う、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

４つの電極が、前記最上行、最下行、最左列、および最右列によって形成され、前記第２の動作モードの間に前記容量結合回路を通して連続交流伝送信号を受信し、前記４つの電極のそれぞれの負荷を判定することによって評価される、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１の電極および第２の電極はそれぞれ、櫛形であり、櫛歯方式で配列されている、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連特許出願）
本出願は、２０１４年８月２０日に出願された、共同に所有された米国仮特許出願第６２／０３９，７３４号に対して優先権を主張する。上記文献は、全ての目的のためにここで参照することによって本明細書において援用される。

【0002】

（技術分野）
本開示は、容量感知システムと、それを動作させる方法とに関し、具体的には、電場効果を使用する容量感知システムのための電極配列に関する。

【背景技術】

【0003】

（背景）
本出願の譲受者によって製造されるＭＧＣ３１３０としても公知である、「ＧｅｓｔｉＣ（登録商標）」集積回路は、例えば、約１００〜２００ｋＨｚの準静的交流電気近接場を使用する、３次元無タッチジェスチャ検出および追跡のために使用されることできる、高感度容量感知技術である。そのようなシステムは、通常、電場を発生させるために、正弦波または方形波信号等の交流信号を受信する、伝送電極を使用する。複数の受信電極が、例えば、フレーム状方式で伝送電極の上方に配列され、受信信号から、物体の３次元位置が、信号処理を通して、集積回路デバイス内で再構築されることができる。

【0004】

そのような集積回路デバイスを使用する、ヒューマンインターフェースデバイス（ＨＩＤ）は、多くの場合、伝導性材料の層、例えば、印刷回路基板層（ＰＣＢ）の銅の細片に形成される、センサ電極を要求する。これらの電極は、集積回路内の検出ユニットに電気的に接続される。検出システムに関して、従来の電極配列は、多層印刷回路基板上に形成され得、最下層は、多くの場合、全体として、またはその有意な部分が、送信機として使用され、より小さい受信電極および補償電極は、最上層上に形成され得る。２つを上回る層が、電極を構築するために提供されることができるが、また、そのような電極配列のための製造コストも増加させ得る。

【0005】

ジェスチャ検出ユニットの測定値は、とりわけ、センサ電極の近傍における標的物体（指／手）の位置に依存し、これは、電極と標的との間の容量結合に影響を及ぼし、交流電場の歪曲に応じて、標的測定信号をもたらす。ジェスチャも、個別のデバイスの任意の面積をタッチせずに、検出面積の上方で行われる。加えて、タッチ検出はまた、デバイスのある機能を実施／開始するためにも要求され得る。

【0006】

産業上の設計の平坦性および製造コストは、投影型容量タッチディスプレイを消費者および他の産業において躍進させている。今日、ますます多くの消費者ディスプレイ用途におけるタッチパネルは、単層電極設計であり、これは、製造がより容易であり、より高い収率を達成し、より薄く、かつ有意に低コストである。さらに、単層設計は、より優れた光学特性（より高い透過性）をもたらし得る。今日の２層ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極設計は、３Ｄ手位置追跡およびジェスチャ認識に関するそのような初期量産市場にアクセスする障害となっている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

故に、安価な電極配列の必要性がある。ある実施形態によると、電極配列は、単一層に配列される容量タッチセンサの行および列を伴うマトリクスを備えてもよく、各タッチセンサは、第１の電極と、関連付けられた第２の電極とを備え、マトリクスの各行内の第１の電極は、接続され、マトリクスの各列内の第２の電極は、接続され、電極配列はさらに、接続される第１の電極の最上および最下行と、接続される第２の電極の最左および最右列とのみに交流伝送信号を供給するように動作可能な容量結合を備える。

【0008】

さらなる実施形態によると、容量結合は、第１、第２、第３、および第４のコンデンサを備えてもよく、第１のコンデンサの第１の端子は、最上行電極に接続され、第２のコンデンサの第１の端子は、最下行電極に接続され、第３のコンデンサの第１の端子は、最左列電極に接続され、第４のコンデンサの第１の端子は、最右列電極に接続され、第１、第２、第３、および第４のコンデンサの第２の端子は、ともに接続され、交流伝送信号を受信する。さらなる実施形態によると、電極配列はさらに、電気接続を行および列に提供するように構成される複数の供給線を備える、接触面積を備えてもよい。さらなる実施形態によると、電極配列はさらに、その上側に第１および第２の電極が配列される、基板を備えてもよい。さらなる実施形態によると、基板は、可撓性基板であることができる。さらなる実施形態によると、電極配列はさらに、第１の動作モードでは、行および列をタッチ検出デバイスと結合し、第２の動作モードでは、最上行、最下行、最左列、および最右列を、それぞれに非タッチジェスチャ検出デバイスの個別の入力と結合する、切替回路を備えてもよい。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極は、第１の動作モードでは、投影型容量タッチセンサとして動作してもよい。さらなる実施形態によると、最上行、最下行、最左列、および最右列によって形成され得る、４つの電極は、第２の動作モードの間、容量結合を通して連続交流伝送信号を受信し、４つの電極のそれぞれの負荷を判定することによって評価される。さらなる実施形態によると、第２の動作モードでは、使用されない電極は、交流伝送信号を受信するようにともに切り替えられる。さらなる実施形態によると、第１および第２の電極はそれぞれ、櫛形であり、櫛歯方式で配列される。

【0009】

別の実施形態によると、センサ配列は、前述のような電極配列を備えてもよく、電極配列はさらに、基板の上部に配列され、行および列電極をコネクタと接続するように構成される複数の供給線を備える、接続面積を備える。

【0010】

さらなる実施形態によると、センサ配列はさらに、供給線と接続されるコントローラを備えてもよく、コントローラは、第１のモードまたは第２のモードで動作するように構成され、第１のモードは、無タッチジェスチャ検出のために、最上行、最下行、最右列、および最左列によって形成される電極を使用し、第２のモードは、タッチベースの検出モードのために、投影型容量タッチセンサとして第１および第２の電極を使用する。

【0011】

さらに別の実施形態によると、単一層に配列される容量タッチセンサの行および列を伴うマトリクスを備える、センサ配列を動作させるための方法であって、各タッチセンサは、第１の電極と、関連付けられた第２の電極とを備え、マトリクスの各行内の第１の電極は、接続され、マトリクスの各列内の第２の電極は、接続され、方法は、第１の動作モードでは、測定サイクルの間、容量結合を通して、接続される第１の電極の最上および最下行と、接続される第２の電極の最左および最右列とによって形成されるジェスチャ検出電極のみに連続交流伝送信号を供給するステップと、ジェスチャ検出電極からの信号を処理し、ジェスチャ検出電極によって生成される電場に進入する物体の３次元場所を判定することによって、ジェスチャ検出電極の負荷を評価するステップと、第２の動作モードでは、交流伝送信号をオフにし、各容量タッチセンサの静電容量を測定し、容量タッチセンサがタッチされたかどうかを判定するステップとを含んでもよい。

【0012】

前述の方法のさらなる実施形態によると、第１のモードでは、交流伝送信号はまた、マトリクスの他の使用されていない第１および第２の電極のそれぞれにも容量性的に供給される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
電極配列であって、前記電極配列は、単一層に配列された容量タッチセンサの行および列を伴うマトリクスを備え、各タッチセンサは、第１の電極と、関連付けられた第２の電極とを備え、前記マトリクスの各行内の前記第１の電極は、接続され、前記マトリクスの各列内の前記第２の電極は、接続され、前記電極配列はさらに、接続された第１の電極の最上および最下行と、接続された第２の電極の最左および最右列とのみに交流伝送信号を供給するように動作可能な容量結合を備える、電極配列。
（項目２）
前記容量結合は、第１、第２、第３、および第４のコンデンサを備え、前記第１のコンデンサの第１の端子は、最上行電極に接続され、前記第２のコンデンサの第１の端子は、最下行電極に接続され、前記第３のコンデンサの第１の端子は、最左列電極に接続され、前記第４のコンデンサの第１の端子は、最右列電極に接続され、前記第１、第２、第３、および第４のコンデンサの第２の端子は、ともに接続され、前記交流伝送信号を受信する、項目１に記載の電極配列。
（項目３）
電気接続を前記行および列に提供するように構成された複数の供給線を備える接触面積をさらに備える、項目１に記載の電極配列。
（項目４）
基板をさらに備え、前記基板の上側に前記第１および第２の電極が配列されている、項目１に記載の電極配列。
（項目５）
前記基板は、可撓性基板である、項目４に記載の電極配列。
（項目６）
切替回路をさらに備え、前記切替回路は、第１の動作モードにおいて、前記行および列をタッチ検出デバイスと結合し、第２の動作モードにおいて、前記最上行、最下行、最左列、および最右列を、それぞれに非タッチジェスチャ検出デバイスの個別の入力と結合する、項目４に記載の電極配列。
（項目７）
前記第１および第２の電極は、前記第１の動作モードにおいて投影型容量タッチセンサとして動作する、項目６に記載の電極配列。
（項目８）
前記最上行、最下行、最左列、および最右列によって形成されている４つの電極は、前記第２の動作モードの間に前記容量結合を通して連続交流伝送信号を受信し、前記４つの電極のそれぞれの負荷を判定することによって評価される、項目７に記載の電極配列。
（項目９）
前記第２の動作モードにおいて、使用されない電極は、前記交流伝送信号を受信するようにともに切り替えられる、項目６に記載の電極配列。
（項目１０）
前記第１および第２の電極はそれぞれ、櫛形であり、櫛歯方式で配列されている、項目１に記載の電極配列。
（項目１１）
項目１に記載の電極配列を備えるセンサ配列であって、前記電極配列はさらに、基板の上部に配列され、前記行および列電極をコネクタと接続するように構成された複数の供給線を備える接続面積を備える、センサ配列。
（項目１２）
前記供給線と接続されたコントローラをさらに備え、前記コントローラは、第１のモードまたは第２のモードで動作するように構成され、前記第１のモードは、無タッチジェスチャ検出のために、前記最上行、最下行、最右列、および最左列によって形成された電極を使用し、前記第２のモードは、タッチベースの検出モードのために、投影型容量タッチセンサとして前記第１および第２の電極を使用する、項目１１に記載のセンサ配列。
（項目１３）
前記容量結合は、第１、第２、第３、および第４のコンデンサを備え、前記第１のコンデンサの第１の端子は、最上行電極に接続され、前記第２のコンデンサの第１の端子は、最下行電極に接続され、前記第３のコンデンサの第１の端子は、最左列電極に接続され、前記第４のコンデンサの第１の端子は、最右列電極に接続され、前記第１、第２、第３、および第４のコンデンサの第２の端子は、ともに接続され、前記交流伝送信号を受信する、項目１１に記載のセンサ配列。
（項目１４）
電気接続を前記行および列に提供するように構成された複数の供給線を備える接触面積をさらに備える、項目１１に記載のセンサ配列。
（項目１５）
基板をさらに備え、前記基板の上側に前記第１および第２の電極が配列されている、項目１１に記載のセンサ配列。
（項目１６）
前記基板は、可撓性基板である、項目１５に記載のセンサ配列。
（項目１７）
切替回路をさらに備え、前記切替回路は、第１の動作モードにおいて、前記行および列をタッチ検出デバイスと結合し、第２の動作モードにおいて、前記最上行、最下行、最左列、および最右列を、それぞれに非タッチジェスチャ検出デバイスの個別の入力と結合する、項目１５に記載のセンサ配列。
（項目１８）
前記第１および第２の電極は、前記第１の動作モードにおいて、投影型容量タッチセンサとして動作する、項目１７に記載のセンサ配列。
（項目１９）
前記最上行、最下行、最左列、および最右列によって形成されている４つの電極は、前記第２の動作モードの間に前記容量結合を通して連続交流伝送信号を受信し、前記４つの電極のそれぞれの負荷を判定することによって評価される、項目１８に記載のセンサ配列。
（項目２０）
前記第２の動作モードにおいて、使用されない電極は、前記交流伝送信号を受信するようにともに切り替えられる、項目１７に記載のセンサ配列。
（項目２１）
前記第１および第２の電極はそれぞれ、櫛形であり、櫛歯方式で配列される、項目１１に記載のセンサ配列。
（項目２２）
単一層に配列された容量タッチセンサの行および列を伴うマトリクスを備えるセンサ配列を動作させるための方法であって、各タッチセンサは、第１の電極と、関連付けられた第２の電極とを備え、前記マトリクスの各行内の第１の電極は、接続され、前記マトリクスの各列内の第２の電極は、接続され、前記方法は、
第１の動作モードにおいて、
測定サイクルの間、容量結合を通して、接続された第１の電極の最上および最下行と、接続された第２の電極の最左および最右列とによって形成されたジェスチャ検出電極のみに連続交流伝送信号を供給することと、
前記ジェスチャ検出電極からの信号を処理し、前記ジェスチャ検出電極によって生成される電場に進入する物体の３次元場所を判定することによって、前記ジェスチャ検出電極の負荷を評価することと、
第２の動作モードにおいて、
前記交流伝送信号をオフにし、各容量タッチセンサの静電容量を測定し、容量タッチセンサがタッチされたかどうかを判定することと
を含む、方法。
（項目２３）
前記第１のモードにおいて、前記交流伝送信号はまた、前記マトリクスの他の使用されていない第１および第２の電極のそれぞれにも容量性的に供給される、項目２２に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１および２は、容量３次元ジェスチャ検出のための従来のセンサ配列を示す。

【図2】図１および２は、容量３次元ジェスチャ検出のための従来のセンサ配列を示す。

【図3】図３は、図１または２による、センサ配列の簡略化された等価回路を示す。

【図4】図４は、グリッド形状の中心電極を伴う、１層センサ配列の第１の実施形態を示す。

【図5】図５は、伝送中心電極を伴う、１層センサ配列の第２の実施形態を示す。

【図6】図６は、複数の投影型容量タッチセンサ電極を伴う、１層センサ配列の第３の実施形態を示す。

【図7】図７は、複数の投影型容量タッチセンサ電極を伴う、１層センサ配列の第４の実施形態を示す。

【図8】図８は、複数の投影型容量タッチセンサ電極を伴う、１層センサ配列を使用するセンサ回路の第１の実施形態を示す。

【図9】図９は、複数の投影型容量タッチセンサ電極を伴う、１層センサ配列を使用するセンサ回路の第２の実施形態を示す。

【図10】図１０は、複数の投影型容量タッチセンサ電極を伴う、１層センサ配列を使用するセンサ回路の第３の実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（詳細な説明）
種々の実施形態によると、センサ配列、特に、準静的交流電気近接場の効果を使用する非タッチ３次元ジェスチャ検出システムのためのセンサ配列は、より低い材料および製造コスト、より薄いセンサ設計、ならびに透明設計のより優れた光学性能を提供するように設計されることができる。

【0015】

前述のように、３次元容量非タッチ検出システムは、準静的電場を発生させ、物体がそれに進入することによって生じるその電場内の擾乱が、評価される。評価は、ユーザの指等の物体の３次元場所を判定し、その位置を追跡し、ジェスチャの所定のプールからのジェスチャが行われたかどうかをさらに判定することを可能にする。そのようなシステムはまた、３次元無タッチマウスとして動作する、または任意の種類の好適な動作を制御することができる。そのようなシステムは、通常、例えば、１００〜２００ｋＨｚの周波数を有する正弦波または方形波信号等の交流信号を受信する伝送電極を使用して、準静的交流電場を発生させる。例えば、相互または自己静電容量測定とは対照的に、伝送電極は、発生器信号が恒久的に供給され、発生された電場内の擾乱が、測定される一方、電場は、測定の間、恒久的に維持される。本システムは、静電容量測定システム、例えば、相互または自己静電容量測定のために使用される容量分圧器または充電時間測定ユニットに一般的であるように、単一パルス、単一または複数のパルスによって発生された電圧、およびセンサ電極の関連付けられた電荷変化を評価しない。いくつかの実施形態では、複数の受信電極が、例えば、フレーム状方式に配列され、伝送電極によって発生された準静的電場を評価し、受信された信号から、物体の３次元位置が、信号処理を通して集積回路デバイス内に再構築されることができる。他の実施形態では、同一電極が、伝送および受信のために使用され、依然として、同一電場が発生されている間、評価は、電場内の擾乱によって生じた各送信機／受信機電極上の負荷を測定する。

【0016】

開示される種々の実施形態は、例えば、ＭｉｃｒｏｃｈｉｐのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）３Ｄ手追跡およびジェスチャ認識技術のための電極配列等の電極設計内の２つの電極層のうちの１つを排除するための解決策を提供する。しかしながら、開示される設計は、他のタイプのセンサデバイスにも有用であり得、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）３Ｄ手追跡およびジェスチャ認識技術に限定されない。種々の実施形態によると、技法は、ＴＸおよびＲＸ電極が１つのみの単一電極層内に統合され得る方法について説明するであろう。説明される技法は、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）システムのために提案されるものに類似電極設計を使用する任意の電極システムに適用されるが、そのようなシステムに限定されない。さらに、単層電極が１層投影型容量（ｐＣＡＰ）タッチマトリクス設計の中に統合され得る解決策も、開示される。

【0017】

図１および２は、従来の２層電極配列を示す。図１に示される設計は、中心受信電極ＲＸ_{Ｃｅｎｔｅｒ}を含む一方、図２に示される実施形態は、開放中心面積を伴う、フレーム設計を使用する。両設計では、４つの受信電極ＲＸ_{Ｎｏｒｔｈ}、ＲＸ_Ｅａｓｔ、ＲＸ_{Ｓｏｕｔｈ}、およびＲＸ_Ｗｅｓｔが、異なる最上層場所にあり、電極配列の上方の面積内でジェスチャを行う、物体、例えば、手についての空間情報を提供する。これらの受信電極（ＲＸ）は、下層伝送電極ＴＸ_{Ｂｏｔｔｏｍ}によって発生された交流電場を受信する。非伝導性担体材料１１０、１２０（例えば、プラスチック、ＰＣＢ材料、ガラス等）は、ＲＸ電極を伝送電極（ＴＸ）から隔離する。最下層内のＴＸ電極ＴＸ_{Ｂｏｔｔｏｍ}は、電場を励起し、かつＲＸ電極を背面雑音から遮蔽する。電場は、例えば、ＴＸ電極ＴＸ_{Ｂｏｔｔｏｍ}に供給される１００ｋＨｚ方形波信号によって発生されることができる。個別の電場は、次いで、伝送電極ＴＸ_{Ｂｏｔｔｏｍ}によって、担体材料１１０、１２０の上方の面積、例えば、約最大１０〜１５ｃｍ内に投影される。例えば、その手を用いて、本面積内でジェスチャを行うユーザは、電場を擾乱させ、これらの擾乱は、４つのＲＸ電極ＲＸ_{Ｎｏｒｔｈ}、ＲＸ_Ｅａｓｔ、ＲＸ_{Ｓｏｕｔｈ}、およびＲＸ_Ｗｅｓｔによって検出されることができる。受信された信号から、３次元位置が、処理されることができる。信号偏差、すなわち、第１および第２の偏差、ならびに各電極までの計算された線形距離が、ジェスチャ比較／評価を行うために使用されることができる。

【0018】

図３は、簡略化された等価回路を示す。Ｃ_ＲｘＴｘは、ＲＸとＴＸ電極との間の静電容量を表し、約１０〜３０ｐＦであり得る。Ｃ_ＲｘＧは、ＲＸ電極から接地までの静電容量を表し、約１０〜３０ｐＦであり得る。Ｃ_Ｈは、ユーザ手とＲＸ電極との間の静電容量を表し、約１ｆＦ〜１ｐＦであり得る。Ｃ_Ｂｕｆは、電極と結合されたＲＸ入力バッファの高インピーダンス入力静電容量を表し、約６ｐＦであり得る。

【0019】

ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）技術において使用されるもの等の非タッチ近接場検出システムは、ＴＸ電極を介して励起された電場へのユーザの手の影響によって生じる、ＲＸ入力振幅変化を測定する。設計標的は、受信された信号の信号偏差を最大限にすることである。

【0020】

２層電極設計では、スタックされた電極設定は、概して、電子回路および液晶ディスプレイ等の下にある雑音源および接地の両方に対するＲＸ電極の良好な遮蔽を提供する。

【0021】

最適電極設計では、Ｃ_ＲｘＴｘおよびＣ_ＲｘＧ静電容量は、小さく、類似サイズである。本シナリオは、例えば、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．から利用可能な「ＧｅｓｔＩＣ（登録商標） Ｄｅｓｉｇｎ ｇｕｉｄｅ， Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ＭＧＣ３１３０」に説明されており、参照することによって本明細書に組み込まれ、Ｃ_ＲｘＧの下限、検出回路の入力静電容量（例えば、４〜５ｐＦ）である。２層設計では、Ｒｘ−ＴＸ電極距離および絶縁担体材料の低誘電率が、小Ｃ_ＲｘＴｘを可能にし、遮蔽ＴＸ層は、ＲＸ電極静電容量対接地を表す、小Ｃ_ＲｘＧ値を保証する。

【0022】

ＴＸおよびＲＸ電極が、定義上、同一層内にある、種々の実施形態による単層設計では、ｚ−寸法における十分な電場伝搬が、確実にされなければならない。
これらのタイプの検出回路のためのＴＸ電極は、種々の実施形態によると、以下であり得る。
ａ）ＲＸ電極と同一層内の別個のＴＸ構造
ｂ）ＲＸ電極自体
ｃ）同一層内の容量または抵抗タッチパネルの電極構造

【0023】

単層設計では、供給線の配索は、層間貫通孔接続が、定義上、不可能であるため、特に重要である。最適設計は、任意の供給線交差点を全く有していない。提案される種々の実施形態は、そのような設計を実現する方法の実施例を示す。

【0024】

ブリッジは、ある電極技術、例えば、箔またはガラス上のＩＴＯ、印刷箔等において可能にされ得る。しかしながら、そのような技術は、高価である。ブリッジは、電極ボードを接続するフレックスケーブル上で実現されることができる。さらに、ブリッジは、電極に接続されるＰＣＢおよびチップ上で実現されることができる。

【0025】

図４の設計は、ＴＸ電極をＲＸ電極層の中に統合する解決策を示す。ＴＸ電極４１０は、両側からＲＸ電極４２０の周囲をリング状に巡り、接地の影響を低下させる。ＲＸ電極４２０あたりＴＸリング４１０の１つの中断４３０は、個別のＲＸ電極供給線４４０の接続を可能にする。電極あたり１つのみのＲＸ供給線４４０が、図４に示されるように、要求される。

【0026】

各ＲＸ電極４２０の周囲のＴＸリング４１０は、接地を外側デバイス部品、例えば、金属筐体から遮蔽し、したがって、感度を維持する。従来の設計、例えば、図１および２に示されるようなＧｅｓｔＩＣ（登録商標）設計と比較して、ＴＸ電極リング４１０は、真下の接地からの遮蔽を提供しない。前述とほぼ類似するＣ_ＲＸＴＸおよびＣ_ＲＸＧ値を維持するために、ＴＸリング４１０は、ＲＸ電極４２０真下のより短い接地距離のために、ＲＸ電極４２０により近接しなければならない。接地は、例えば、透明１層電極構造下のディスプレイであることができる。

【0027】

個々のフレーム電極ＴＸリング４１０はまた、例えば、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）設計において使用されるような随意のＲＸ中心電極４５０のためのＴＸ構造を形成する。例えば、中心タッチ検出のために、ＲＸ中心電極が要求されない場合、中心面積は、有利には、図５に示されるように、ＴＸ電極５１０によって充填されることができる。システムの電場分布および感度は、増加する。図５の提案される設計では、１つのみのＴＸ供給線５２０が、要求される。中心電極５１０は、図５に示されるように、電極４２０を囲繞するリング構造４１０および／または任意の他のアクセス可能リング構造に直接接続される。

【0028】

いくつかの実施形態によると、完全１層投影型容量タッチマトリクスが、図６に示されるように、そのようなフレーム電極構造の中心面積内に統合されることができる。近接場受信電極４２０および内部ｐＣＡＰ電極６１０からの全電極供給線は、任意の交差点を伴わずに、１つの角６２０を通して配索される。本設計は、電極から電子回路基板まで１つのみのコネクタを要求し、１層電極ボードまたはガラス６０５上にブリッジを要求しないため、コストを節約する。任意の必要接続は、図６に示されるように、コントローラＰＣＢ上またはコネクタ内に形成されることができる。

【0029】

ｐＣＡＰマトリクスが電極列および行を形成するために要求されるブリッジは、最先端技術によると、フレックスコネクタ、電子回路基板（ＰＣＢ）、およびタッチコントローラチップのいずれか上で行われる。図６では、接続は、点線によって示される。全ての他の交差は、ブリッジを要求しない。

【0030】

両測定間の干渉を回避するためのＰＣＡＰとＧｅｓｔＩＣ（登録商標）との間の時間多重化動作の場合、完全タッチマトリクスは、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）動作の間、ＧＴＸ信号で駆動され得る（ＧＴＸは、以下では、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）ＴＸ伝送信号）。したがって、タッチ電極６１０は、リング構造４１０に接続される単一伝送電極を形成するようにともに切り替えられる。本切替は、ボード６０５の外部で、例えば、個別の切替回路によって行われる。これは、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）動作の間の画定された強力な電場およびｐＣＡＰとＧｅｓｔＩＣ（登録商標）との間の最速ハンドオーバの利点を有する。ｐＣＡＰ電極６１０上に残っている電荷は、非常に敏感なＧｅｓｔＩＣ（登録商標）測定に影響を及ぼし得ない。典型的には、コントローラチップの内部にあり得る、アナログマルチプレクサが、本動作モードを可能にするために使用されてもよい。例えば、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）チップもしくは任意の他の好適な無タッチ検出デバイスが、本機能を行うように設計されてもよい、または、例えば、アナログマルチプレクサチップを外部で使用して実装されてもよい。

【0031】

図７は、ｐＣＡＰ１層タッチマトリクス設計と１層電極配列を組み合わせた別の実施例を示す。ｐＣＡＰ ＴＸおよびＲＸ電極７１０は、ここでは、櫛構造として実現される。図７はさらに、基板６０５が、伝送電極、受信電極、および複数のｐＣＡＰ電極７１０に接続する個々の供給線の接続を可能にする、コネクタ区分７２０を提供するように延在または設計されることができることを示す。

【0032】

任意の実施形態における基板６０５は、コネクタ７２０を受容する面積を備える、剛性印刷回路基板であることができる、または当技術分野において公知の印刷回路コネクタを直接形成する、区分７２０を備えてもよい。代替として、基板は、コネクタを提供する、可撓性基板であることができるか、または可撓性ＰＣＢは、コネクタの中に挿入されることができる接続区分７２０を形成するかのいずれかである。

【0033】

いくつかの実施形態によるさらに別の解決策は、図８に示され、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）システムのＲＸ−ＴＸ静電容量の離散実現である。ＴＸ信号は、電極４２０毎に離散Ｃ_ＴＸ結合静電容量８１０を介してＲＸ電極４２０上に結合される。Ｃ_ＴＸ静電容量８１０は、離散成分であるか、またはＧｅｓｔＩＣ（登録商標）チップ上に統合されるかのいずれかであり得る。Ｃ_ＲＸＧに等しい最適化基準（Ｃ_ＴＸ＝Ｃ_ＲＸＴＸ）を満たすために、Ｃ_{ＴＸ＿Ｎｏｒｔｈ}からＣ_{ＴＸ＿Ｗｅｓｔ}の結合静電容量は、個々に、同調可能であるべきである（例えば、５ｐＦ、１０ｐＦ、１５ｐＦ、．．、５０ｐＦ）。図８は、専用ＴＸ電極が要求されたことを示す。ＲＸ電極４２０は、電場を分布させ、ユーザの手によって生じる電場変化に敏感である。故に、各電極４２０は、同時に送信機および受信機として動作し、受信機能は、各電極４２０にかかる負荷を判定することによって行われる。本解決策は、Ｃ_ＴＸ同調が近似によって行われることができるため、実現がより単純かつ簡単である。電場シミュレーションは、Ｃ_ＲＸＴＸおよびＣ_ＲＸＧを合致させるために要求されない。一方、接地遮蔽は、ＲＸ電極４２０上の高インピーダンスＴＸ信号のため、効果が低くなり得る。ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）タッチ面積（ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）中心電極４５０）およびｐＣＡＰマトリクス（６１０、７１０）のための中心面積の使用は、以前の解決策と同一である。

【0034】

図７および８の実施形態に示されるように、ｐＣＡＰ電極７１０は、櫛歯方式で配列される上側および下側櫛状構造によって形成される。そのようなｐＣＡＰ電極７１０は、図７−９に示されるように、マトリクスに配列されることができる。ある上側および下側電極を組み合わせることによって、行および列が、形成されることができ、これは、二重機能のために使用されることができる。ジェスチャ検出モード（以降、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）モードとも称される）では、行または列全体が、別個に使用され、電極４２０に類似する電極を形成することができる。ｐＣＡＰモードでは、これらの電極は、元々の意図通りに使用される。好ましくは、センサボードの外側に配列される、切替回路が、次いで、いずれかのモードでパネルを動作させるために使用されることができる。

【0035】

図９は、例えば、１５個のｐＣＡＰセンサ７１０を伴う、単層タッチマトリクスが、ｐＣＡＰモードとＧｅｓｔＩＣ（登録商標）信号取得モードとの間で共有され得る方法を示す。ここでは、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極は、櫛構造電極の要素によって形成され、次いで、伝送および受信構造として使用される。各ｐＣＡＰセンサ７１０は、上側および下側櫛構造電極から成る。最上行の上側電極は、ともに接続され、北側電極９３０を形成する。各行内の最後のｐＣＡＰセンサの下側要素は、ともに接続され、東側電極９４０を形成する。最下行の上側ｐＣＡＰ電極は、接続され、南側電極９５０を形成し、各行内の各第１のｐＣＡＰ電極の下側電極は、ともに接続され、西側電極９６０を形成する。本接続スキームは、下側電極が、接続され、列を形成し、上側電極が、接続され、行を形成するという事実に起因して、システムがｐＣＡＰモードで動作するとき、依然として、各ｐＣＡＰ電極対を別個に評価することを可能にする。ジェスチャ検出ＴＸ信号ＧＴＸは、システムがジェスチャ検出モードで動作するとき、スイッチ９２０を介して、ジェスチャ検出ＧＲＸ電極（ここでは、Ｃ_{ＴＸ＿Ｅａｓｔ}、Ｃ_{ＴＸ＿Ｓｏｕｔｈ}、Ｃ_{ＴＸ＿Ｗｅｓｔ}、Ｃ_{ＴＸ＿Ｎｏｒｔｈ}）の中に容量的に結合されることができる。

【0036】

それらの外側電極９３０…９６０は、ジェスチャ検出モードでは、出力として使用され、ｐＣＡＰ測定の間、高インピーダンスに設定されなければならない。これは、ＧＴＸ信号をオフにする、アナログスイッチ／マルチプレクサ回路によって行われることができる。

【0037】

本解決策の利点は、アクティブｐＣＡＰタッチ面積が境界まである、よりコンパクトな電極設計である。本設計では、電極パターン（例えば、櫛）がより長い供給線より敏感であることを保証することが必要であり得る。したがって、供給線の表面は、電極のうちの１つよりはるかに小さくあるべきである。一般に、供給線は、非常に薄いはずである（例えば、「ナノワイヤ」技術を使用して）。

【0038】

図１０に関して、高ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）モード感度を達成するために、再び、内側電極面積は、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）モード動作の間、伝送信号ＧＴＸで駆動されることが有利であり得、これは、接地に対するより優れた遮蔽およびｚ−方向におけるより良好な電場分布を提供する。本方法によって、ｐＣＡＰ動作から内側電極上に残っている電荷は、事実上、定義された電位にされ、ｐＣＡＰモードとＧｅｓｔＩＣ（登録商標）モードとの間に伝達効果は、生じない。

【0039】

スイッチ／アナログマルチプレクサ１０１０は、図１０に示されるように、電極がｐＣＡＰとＧｅｓｔＩＣ（登録商標）動作間で切り替えられ得る方法を示す。一般に、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）ＧＴＸおよびｐｃａｐＴＸは、いくつかの実施形態によると、異なる信号であり得る。便宜上（ＨＷおよびＦＷ複雑性を低下させるため）、両信号は、他の実施形態によると、同一でもあり得る。

【0040】

図１０では、異なる入力段階が、ｐＣＡＰモードおよびＧｅｓｔＩＣ（登録商標）モード動作のために示される。また、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）モードおよびｐＣＡＰモードのために、（部分的に）同一入力および信号調整回路を使用することも可能である。

【0041】

種々の実施形態によると、種々の電極配列が、タッチパネルおよびディスプレイ用途（例えば、対角線上で最大１０インチ）のために、例えば、ＭＧＣ３１３０ならびに後継３Ｄジェスチャおよびタッチコントローラ、例えば、ＭＧＣ３４３０と併用されることができる。前述のように、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）技術は、大部分の実施例において、無タッチジェスチャ検出システムを実装するために使用されている。しかしながら、種々の実施形態は、そのようなシステムに限定されない。準静的交流電場を発生させ、擾乱を検出する、他のシステム、ならびに他の容量３Ｄ検出システムも、類似センサ配列から利益を享受し得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】