特許 6702630 容量性感知システム

(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】6702630

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】容量性感知システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20200525BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 600

   G06F3/041 422

   G06F3/044 130

   G06F3/041 510

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-560367(P2016-560367)

(86)(22)【出願日】2015年3月31日

(65)【公表番号】特表2017-513140(P2017-513140A)

(43)【公表日】2017年5月25日

(86)【国際出願番号】US2015023681

(87)【国際公開番号】WO2015153668

(87)【国際公開日】20151008

【審査請求日】2018年4月2日

(31)【優先権主張番号】61/972,798

(32)【優先日】2014年3月31日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/673,870

(32)【優先日】2015年3月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【上記1名の代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】ドンタイ リウ

【審査官】 星野 裕

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５０２３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０３０６８０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１２８６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１８７７０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００２８３４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タッチ静電容量に基づくセンサトラックに沿ってタッチ位置を感知することに適した容量性感知システムであって、
前記センサトラックを画定し、第１の端部から第２の端部へと前記第１の端部から前記第２の端部へとの前記センサトラックに沿って交互に配置されたそれぞれの第１及び第２の電極セグメントを備える第１及び第２のセグメント化された容量性電極を含む容量性センサであって、最初の第１の電極セグメントの後の前記第１の電極セグメントの各々が前の第１の電極セグメントよりも連続的に小さい大きさを有し、最初の第２の電極セグメントの後の前記第２の電極セグメントの各々が前の第２の電極セグメントよりも連続的に大きい大きさを有し、前記１及び第２のセグメント化された容量性電極の第１及び第２の電極セグメントが、
前記センサトラックのタッチ位置におけるタッチコンタクトエリアが両方のセグメント化された容量性電極の少なくとも１つのセグメントの上に延在し、
タッチ位置が前記第１の端部から前記第２の端部へ前記センサトラックに沿って移動するにつれて、前記タッチ位置が前記交互に配置された第１及び第２の電極セグメントのセグメント間で移動し、前記第１のセグメント化された容量性電極の第１の電極静電容量Ｃ_ＳＡが前記第１の電極セグメントのセグメント間で単調に減少し、前記第２のセグメント化された容量性電極の第２の電極静電容量Ｃ_ＳＢが前記第２の電極セグメントのセグメント間で単調に増大する、
ような寸法とされる、前記容量性センサと、
前記第１及び第２のセグメント化された容量性電極に結合され、前記タッチ位置に対応する圧力補償されたタッチ位置データを生成するセンサユニットであって、
それぞれ前記第１及び第２のセグメント化された容量性電極から前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの測定値を取得する取得回路要素と、
位置関数と圧力関数とに基づいてタッチ位置情報を生成する変換回路要素であって、前記位置関数がＣ_ＳＡとＣ_ＳＢとに基づいて位置情報を生成し、前記圧力関数がＣ_ＳＡとＣ_ＳＢとに基づいて圧力情報を生成する、前記変換回路要素と、
を含み、
タッチ圧力に起因するタッチ静電容量の変化の補償を含む、前記タッチ位置情報に基づいて前記圧力補償されたタッチ位置データを生成する、前記センサユニットと、
を含む、システム。

【請求項2】

請求項１に記載のシステムであって、
前記位置関数が（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、前記圧力関数が（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する、システム。

【請求項3】

請求項２に記載のシステムであって、
前記タッチ位置情報が、
前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いてアクセスされるルックアップテーブルから導出される圧力補正ファクタに基づいて前記位置情報を補正すること、又は、
Ｐが所定の圧力補正指数である（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐの指数関数に基づいて（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数である前記位置情報を補正すること、
の何れかに基づいて生成される、システム。

【請求項4】

請求項１に記載のシステムであって、
前記位置関数が（Ｃ_ＳＡ−Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、前記圧力関数が（Ｃ_ＳＡ＋Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する、システム。

【請求項5】

請求項１に記載のシステムであって、
前記センサユニットが、
静電容量・デジタル変換（ＣＤＣ）回路であって、前記第１及び第２のセンサ電極を駆動し、前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの測定値を取得し、それらを対応する位置情報に変換する、前記ＣＤＣ回路と、
前記位置及び圧力関数に基づいて前記タッチ位置情報から前記圧力補償されたタッチ位置データを生成するように構成される位置処理回路と、
を更に含む、システム。

【請求項6】

タッチ静電容量に基づくセンサトラックに沿ってタッチ位置を感知するための容量性感知システムにおいて用いるのに適する容量性感知回路であって、前記容量性感知システムが、
前記センサトラックを画定し、第１の端部から第２の端部へと前記第１の端部から第２の端部へとの前記センサトラックに沿って交互に配置されたそれぞれの第１及び第２の電極セグメントを備える第１及び第２のセグメント化された容量性電極を含む容量性センサであって、最初の第１の電極セグメントの後の前記第１の電極セグメントの各々が前の第１の電極セグメントよりも連続的に小さい大きさを有し、最初の第２の電極セグメントの後の前記第２の電極セグメントの各々が前の第２の電極セグメントよりも連続的に大きい大きさを有し、前記第１及び第２のセグメント化された容量性電極の第１及び第２の電極セグメントが、
前記センサトラックのタッチ位置におけるタッチコンタクトエリアが両方のセグメント化された容量性電極の少なくとも１つのセグメントの上に延在し、
タッチ位置が前記第１の端部から前記第２の端部へ前記センサトラックに沿って移動するにつれて、前記タッチ位置が前記交互に配置された第１及び第２の電極セグメントのセグメント間で移動し、前記第１のセグメント化された容量性電極の第１の電極静電容量Ｃ_ＳＡが前記第１の電極セグメントのセグメント間で単調に減少し、前記第２のセグメント化された容量性電極の第２の電極静電容量Ｃ_ＳＢが前記第２の電極セグメントのセグメント間で単調に増大する、
ように、構成される、前記容量性センサと、
前記第１及び第２のセグメント化された容量性電極に結合され、前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの測定値を取得する取得回路要素と、
位置関数と圧力関数とに基づいてタッチ位置情報を生成する変換回路要素であって、前記位置関数がＣ_ＳＡとＣ_ＳＢとに基づいて位置情報を生成し、前記圧力関数がＣ_ＳＡとＣ_ＳＢとに基づいて圧力情報を生成する、前記変換回路要素と、
タッチ圧力に起因するタッチ静電容量の変化の補償を含む、前記タッチ位置情報に基づいて前記タッチ位置に対応する圧力補償されたタッチ位置データを生成するプロセッサ回路要素と、
を含む、回路。

【請求項7】

請求項６に記載の回路であって、
前記位置関数が（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、前記圧力関数が（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する、回路。

【請求項8】

請求項７に記載の回路であって、
前記タッチ位置情報が、
前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの測定値を用いてアクセスされるルックアップテーブルから導出される圧力補正ファクタに基づいて前記位置情報を補正すること、又は、
Ｐが所定の補正指数である（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐの指数関数に基づいて（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数である前記位置情報を補正すること、
の何れかに基づいて生成される、回路。

【請求項9】

請求項６に記載の回路であって、
前記位置関数が（Ｃ_ＳＡ−Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、前記圧力関数が（Ｃ_ＳＡ＋Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する、回路。

【請求項10】

請求項６に記載の回路であって、
静電容量・デジタル変換（ＣＤＣ）回路であって、前記第１及び第２のセンサ電極を駆動し、前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの測定値を取得し、それらを前記タッチ位置情報に変換する、前記ＣＤＣ回路と、
前記位置及び圧力関数に基づいてタッチ位置情報から前記圧力補償されたタッチ位置データを生成する位置処理回路と、
を更に含む、回路。

【請求項11】

タッチ静電容量に基づくセンサトラックに沿ってタッチ位置を感知することに適している容量性感知の方法であって、前記方法が、第１の端部から第２の端部へと前記第１の端部から前記第２の端部へとの前記センサトラックに沿って交互に配置されたそれぞれの第１及び第２の電極セグメントを備える第１及び第２のセグメント化された容量性電極を含む容量性センサにより画定される前記センサトラックと共に作用し得、最初の第１の電極セグメントの後の前記第１の電極セグメントの各々が前の第１の電極セグメントよりも連続的に小さい大きさを有し、最初の第２の電極セグメントの後の前記第２の電極セグメントの各々が前の第２の電極セグメントよりも連続的に大きい大きさを有し、前記第１及び第２のセグメント化された容量性電極の第１及び第２の電極セグメントが、前記センサトラックのタッチ位置におけるタッチコンタクトエリアが両方のセグメント化された容量性電極の少なくとも１つのセグメントの上に延在し、タッチ位置が前記第１の端部から前記第２の端部へ前記センサトラックに沿って移動するにつれて、前記タッチ位置が前記交互に配置された第１及び第２の電極セグメントのセグメント間で移動し、前記第１のセグメント化された容量性電極の第１の電極静電容量Ｃ_ＳＡが前記第１の電極セグメントのセグメント間で単調に減少し、前記第２のセグメント化された容量性電極の第２の電極静電容量Ｃ_ＳＢが前記第２の電極セグメントのセグメント間で単調に増大するような寸法とされ、
前記方法が、
前記第１及び第２のセグメント化された容量性電極から、前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの測定値を取得することと、
位置関数と圧力関数とに基づいてタッチ位置情報を生成することであって、前記位置関数がＣ_ＳＡとＣ_ＳＢとに基づいて位置情報を生成し、前記圧力関数がＣ_ＳＡとＣ_ＳＢとに基づいて圧力情報を生成する、前記タッチ位置情報を生成することと、
タッチ圧力に起因するタッチ静電容量の変化の補償を含む、前記タッチ位置情報に基づいて前記タッチ位置に対応する圧力補償されたタッチ位置データを生成することと、
を含む、方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の方法であって、
前記位置関数が（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、前記圧力関数が（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する、方法。

【請求項13】

請求項１１に記載の方法であって、
前記位置関数が（Ｃ_ＳＡ−Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、前記圧力関数が（Ｃ_ＳＡ＋Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する、方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の方法であって、
前記タッチ位置情報が、
前記第１及び第２の電極静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの測定値を用いてアクセスされるルックアップテーブルから導出される圧力補正ファクタに基づいて前記位置情報を補正すること、又は、
Ｐが所定の圧力補正指数である（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐの指数関数に基づいて（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数である前記位置情報を補正すること、
の何れかに基づいて生成される、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は概して、タッチ／位置感知のためなどの容量性タッチ感知に関連する。

【背景技術】

【0002】

容量性感知は、ヒューマンインタフェースデバイス（ＨＩＤ）のための一般的な技術の一つである。例示の用途はタッチ及び位置感知である。

【0003】

位置感知では、線形トラックに沿った位置、又は円形のトラックの周りの放射位置など、或る画定されたセンサトラックに沿ってタッチ位置が感知される。ＨＩＤ容量性位置センサは、線形スライダ又は円形ダイヤルなどのセンサトラックを画定するように構成される容量性センサを含む。

【0004】

容量性感知手法の一つは、接地パターンを備えた基板（ＰＣＢなど）上に容量性センサ（電極）が配置される、投射される自己静電容量を用いる。センサ電極はセンサトラックを画定するように構成され、センサトラックは、画定されたセンサトラックに対応する位置マーキング／パターニングを含むオーバーレイ（コーティング）を備える。センサ電極は、励起／取得チャネルを介してセンサ電子機器に結合される。

【0005】

励起信号で駆動されると、センサ電極はセンサ接地と関係して寄生容量を形成し、オーバーレイを介して感知電界（「Ｅフィールド」）を投射し、センサ電極により画定されたセンサトラックに対応するオーバーレイの表面上の感知エリアを形成する。容量性センサは、センサＥフィールドと同じ極性及び位相を備えたシールドＥフィールドを生成するようにセンサ電子機器により駆動される下にあるシールドを備えて構成され得、感知方向にセンサＥフィールドを集中（フォーカス）させ、感度を増大させる。

【0006】

指（人体導体）が、センサトラックに沿って感知エリアに接すると、タッチ／コンタクトエリアにおける投射されたＥフィールドが変えられ、タッチ位置に関連付けられる投射された静電容量（センサ電極の寄生容量）にタッチ静電容量を効果的に付加する。タッチ位置におけるセンサ電子機器によって測定された総センサ静電容量は、投射された／寄生容量及びタッチ静電容量の和に対応する。

【発明の概要】

【0007】

記載される例において、容量性感知システムが、タッチ静電容量に基づいて、画定されたセンサトラックに沿ってタッチ位置を感知することに適しており、タッチ静電容量は、タッチ位置及びタッチ圧力に基づく。

【0008】

記載される例は、タッチ静電容量に基づく、画定されたセンサトラックに沿った感知タッチ位置に適した容量性感知のための手法を含み、タッチ静電容量は、タッチ位置及びタッチ圧力に基づく。この方法は、一つの端部の第１の位置及び別の端部の第２の位置を備えたセンサトラックを画定するように相補的構成で並置される第１及び第２の容量性センサ電極を含む容量性センサと共に作用し得る。相補的な第１及び第２のセンサ電極は、センサトラックのタッチ位置におけるタッチコンタクトエリアが両方のセンサ電極の上に延在するように、及び、タッチ位置（タッチコンタクトエリア）が第１の位置から第２の位置へセンサトラックに沿って移動するにつれて、第１のセンサ電極の第１の電極静電容量Ｃ_ＳＡが単調に低減し、第２のセンサ電極の第２の電極静電容量Ｃ_ＳＢが単調に増大し、及びタッチ静電容量がＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの組み合わせに対応するように構成される。

【0009】

幾つかの記載される例において、こういった手法は、（ａ）第１及び第２の相補的電極からそれぞれの静電容量読取値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを取得すること、（ｂ）位置及び圧力関数に基づいてタッチ位置情報を生成することであって、位置関数がＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに基づいて位置情報を生成し、圧力関数がＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに基づいて圧力情報を生成すること、及び（ｃ）タッチ圧力に起因するタッチ静電容量の変化の補償を含む、タッチ位置情報に基づいてタッチ位置に対応する圧力補償されたタッチ位置データを生成することに関与する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】タッチ位置を感知するためのＨＩＤ（ヒューマンインタフェースデバイス）として適合され得るなどの、容量性位置感知システムの例示の機能的実施例を図示する。

【0011】

【図1B】タッチ静電容量に関連したセンサ静電容量を図示する。

【0012】

【図2A】デュアル相補的センサ電極を備えた容量性センサを用いる例示の交互のＨＩＤセンサトラック構成を図示する。

【図2B】デュアル相補的センサ電極を備えた容量性センサを用いる例示の交互のＨＩＤセンサトラック構成を図示する。

【0013】

【図3A】相補的三角形プロファイルを備えたデュアル容量性電極を備えた、図１Ａの例示の容量性センサのための例示のセンサ構成を機能的に図示する。

【図3B】相補的三角形プロファイルを備えたデュアル容量性電極を備えた、図１Ａの例示の容量性センサのための例示のセンサ構成を機能的に図示する。

【0014】

【図4A】位置及び圧力に関連したセンサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを示す例示の表である。

【図4B】位置及び圧力に関連したセンサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを示す例示の表である。

【0015】

【図5A】デュアル相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いて、圧力補償されたタッチ位置データをタッチ位置情報から生成するための例示の手法を表す例示の表である。

【図5B】デュアル相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いて、圧力補償されたタッチ位置データをタッチ位置情報から生成するための例示の手法を表す例示の表である。

【0016】

【図6A】特に、（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の指数関数、具体的には（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）^∧（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐ、に基づいてタッチ位置情報を補正するようにタッチ圧力情報を生成することによって、圧力補償されたタッチ位置データを生成することに関連付けられる例示の表である。

【図6B】特に、（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の指数関数、具体的には（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）^∧（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐ、に基づいてタッチ位置情報を補正するようにタッチ圧力情報を生成することによって、圧力補償されたタッチ位置データを生成することに関連付けられる例示の表である。

【図6C】特に、（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の指数関数、具体的には（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）^∧（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐ、に基づいてタッチ位置情報を補正するようにタッチ圧力情報を生成することによって、圧力補償されたタッチ位置データを生成することに関連付けられる例示の表である。

【0017】

【図7A】デュアル相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いて、圧力補償されたタッチ位置データをタッチ位置情報から生成するための例示の手法を表す例示の表であり、タッチ位置情報は、位置及び圧力関数から生成され、（ａ）位置関数は（Ｃ_ＳＡ−Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、（ｂ）圧力関数は（Ｃ_ＳＡ＋Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する。

【図7B】デュアル相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いて、圧力補償されたタッチ位置データをタッチ位置情報から生成するための例示の手法を表す例示の表であり、タッチ位置情報は、位置及び圧力関数から生成され、（ａ）位置関数は（Ｃ_ＳＡ−Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、（ｂ）圧力関数は（Ｃ_ＳＡ＋Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する。

【発明を実施するための形態】

【0018】

記載される例において、装置／手法が、圧力補償を備えた容量性位置感知のためにデュアル電極容量性センサを用いる。

【0019】

圧力補償を備えた容量性位置感知により対処される一つの問題は、容量性タッチに基づいた位置の正確な検出であり、タッチ静電容量は、タッチ圧力に起因して変化する。

【0020】

簡単な概略において、（デュアル電極容量性を用いる圧力補償を備えた）容量性位置感知のための装置／手法は、タッチ静電容量に基づいて、画定されたセンサトラックに沿ってタッチ位置を感知することに適しており、ここで、タッチ静電容量は、タッチ位置及びタッチ圧力に基づく。例示の実施例において、容量性感知システムが、一つの端部の第１の位置及び別の端部の第２の位置を備えたセンサトラックを画定するように相補的構成で並置される第１及び第２の容量性センサ電極を含む容量性センサを含む。相補的な第１及び第２のセンサ電極は、センサトラックのタッチ位置におけるタッチコンタクトエリアが両方のセンサ電極の上に延在するように構成される。タッチ位置（タッチコンタクトエリア）が、第１の位置から第２の位置へセンサトラックに沿って移動するにつれて、（ａ）第１のセンサ電極の第１の電極静電容量Ｃ_ＳＡが単調に低減し、及び（ｂ）第２のセンサ電極の第２の電極静電容量Ｃ_ＳＢが単調に増大し、そのため、（ｃ）タッチ静電容量がＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの組み合わせに対応するようになる。

【0021】

センサユニットが、第１及び第２のセンサ電極に結合され、タッチ位置に対応する圧力補償されたタッチ位置データを生成するように構成され、（ａ）それぞれ第１及び第２のセンサ電極から静電容量読取値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを取得するように構成される取得回路要素と、（ｂ）位置及び圧力関数に基づいてタッチ位置情報を生成するように構成される変換回路要素とを含み、位置関数はＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに基づいて位置情報を生成し、圧力関数はＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに基づいて圧力情報を生成する。センサユニットは、タッチ圧力に起因するタッチ静電容量の変化の補償を含む、タッチ位置情報に基づく圧力補償されたタッチ位置データを生成するように構成される。

【0022】

例示の実施例において、位置関数は、（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、圧力関数は、（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の指数関数など、（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する。他の例示の実施例において、タッチ位置情報は、（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）^∧（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐに基づいて生成される。

【0023】

例示の実施例において、センサユニットは、静電容量・デジタルコンバータ（ＣＤＣ）及び位置プロセッサを備えて実装され得る。ＣＤＣは、第１及び第２のセンサ電極を駆動するように、及び静電容量読取値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを取得するように、及びそれらを対応するタッチ位置情報に変換するように構成され得る。位置プロセッサは、位置及び圧力関数に基づいて、圧力補償されたタッチ位置データをタッチ位置情報から生成するように構成され得る。

【0024】

図１Ａは、タッチ位置を感知するためのＨＩＤ（ヒューマンインタフェースデバイス）として適合され得るなどの、容量性位置感知システム１０の例示の機能的実施例を図示する。容量性位置感知システム１０は、デュアルセンサ電極１１Ａ／１３Ｂを備えた容量性センサ１１、及び関連するセンサ電子機器１３Ａ／１３Ｂを含む。

【0025】

デュアル電極容量性センサ１１はＨＩＤ位置感知構成により特徴付けられ、この構成において、デュアルセンサ電極１１Ａ／１１Ｂは、特定のセンサトラックレイアウトのために構成され、画定されたセンサトラックに沿った位置感知のために配置される。図１Ａの例示のＨＩＤ容量性センサ構成は、水平方向位置感知を備えたＨＩＤ線形スライダのためなどの、位置１と位置２との間の線形センサトラックレイアウトである。

【0026】

デュアル電極容量性センサ１１（１１Ａ／１１Ｂ）及び関連するセンサ電子機器１３Ａ／１３Ｂは、選択された容量性感知手法に従って協調的に構成される。図１Ａの例示の容量性感知構成は、デュアルセンサキャパシタ電極１１Ａ／１１Ｂからの容量性電荷転送によるなどの、投射された自己静電容量に基づく。交互の容量性感知構成が、それぞれのセンサ電極１１Ａ／１１Ｂ（タンクキャパシタ）を組み込むそれぞれのセンサＬＣ共振器の共振状態に基づく。

【0027】

１３Ａ／１３Ｂとして個別に機能的に図示されるセンサ電子機器は、それぞれの励起／取得チャネルを介してそれぞれのセンサキャパシタ電極１１Ａ／１１Ｂに結合される単一の静電容量・デジタル／データ変換（ＣＤＣ）ユニットとして実装され得る。ＣＤＣは、電荷転送（フィードバック）キャパシタを含むスイッチドキャパシタ増幅器を備えるなど、多位相容量性電荷転送に基づく容量性感知（各チャネル）のために実装され得る。例えば、ＣＤＣは、それぞれのセンサ電極が、センサＥフィールドを投射するため励起ソースにスイッチ結合される励起／充電位相と、センサ電極が電荷転送キャパシタにスイッチ結合される移動／放電位相との間を選択的に切り替えることができ、連続する電荷転送サイクルにおいてセンサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢが測定される。

【0028】

図１Ａの例示のＨＩＤ位置感知構成では、デュアル容量性電極１１Ａ／１１Ｂは、ＨＩＤ線形センサトラックレイアウトを画定する矩形の配置で並置される相補的三角形プロファイルを備えて構成される。オーバーレイなど、投射された自己静電容量に基づく容量性感知構成に関連付けられる他の従来の要素は、図１Ａの機能図には示していない（図３Ａ参照）。

【0029】

ＨＩＤセンサトラックに沿った指２１のタッチ位置は、指２１が容量性電極１１Ａ／１１Ｂに接するタッチ／コンタクトエリア２５に対応する。センサ１１は、タッチ／コンタクトエリア２５が容量性電極１１Ａ／１１Ｂ両方にわたって延在するように構成される。図１Ａにおける機能図は一定の縮尺で描いてはいない。例えば、およそ１０ｍｍの指コンタクトエリア２５では、矩形の構成（線形センサトラック）を備えた線形センサ１１のための典型的な幅は１ｍｍであり得、それにより、指コンタクトエリア２５が、センサ電極１１Ａ／１１Ｂ両方の連続する部分を覆うことが確実となる。

【0030】

ＨＩＤセンサトラックに沿ったタッチ位置はタッチ静電容量に基づき、タッチ静電容量は、タッチ位置及びタッチ圧力に基づく。

【0031】

図１Ｂは、タッチ静電容量に関連したセンサ静電容量を図示する。センサ１１は、オーバーレイ１５を備えたセンサ電極１１Ａ／１１Ｂによって表される。指２１がコンタクトエリア２５においてセンサオーバーレイ１５に接する。

【0032】

センサ静電容量Ｃ_Ｓは、タッチ／コンタクトエリア２５におけるタッチ静電容量Ｃ_Ｔと、人体静電容量Ｃ_Ｂとの両方の尺度である。人体静電容量は更に、システム／デバイス（モバイルハンドセットなど）を保持することなどにより、センサ接地に結合され得る。

【0033】

タッチ静電容量Ｃ_Ｔ及び人体静電容量Ｃ_Ｂは、センサ静電容量Ｃ_Ｓが、

となるように事実上直列である。
ここで、（Ｃ_Ｂ＞＞Ｃ_Ｔ）である。例えば、人体静電容量Ｃ_ＢはｎＦの桁であり得、タッチ静電容量はｐＦの桁であり得る。

【0034】

タッチ静電容量Ｃ_Ｔはタッチ圧力により影響を受ける。圧力に関連する静電容量は、コンタクトエリア２５及び皮膚層圧縮両方の関数である。圧力は、コンタクトエリアを増大させ、タッチ静電容量を増大させる。また、圧力は、一層導電性のある皮膚真皮がセンサ１１の表面に一層近い（それにより、投射されたセンサＥフィールドのより多くを受け取る）ように、より導電性が低い皮膚表皮を圧縮することにより静電容量を増大させる。

【0035】

図１Ａを参照すると、容量性感知システム１０は、ＨＩＤセンサトラック（位置１及び２間）に沿ってタッチ位置を感知するように構成される。例示のＨＩＤセンサトラックレイアウト構成は、線形ＨＩＤセンサトラックを画定するように相補的矩形配置で並置される、三角形プロファイルのセンサ電極１１Ａ／１１Ｂを用いる。

【0036】

センサ電極１１Ａ／１１Ｂは、（ａ）センサトラックのタッチ位置におけるタッチコンタクトエリアが両方のセンサ電極の上に延在するように、及び（ｂ）タッチ位置（タッチコンタクトエリア）が、位置１から位置２へセンサトラックに沿って移動するにつれて、センサ電極１１Ａに関連付けられる電極静電容量Ｃ_ＳＡが単調に低減し、センサ電極１１Ｂに関連付けられる電極静電容量Ｃ_ＳＢが単調に増大するように構成される。タッチ静電容量は、Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの組み合わせに対応する。

【0037】

図１Ａは例示のＨＩＤレイアウト構成を図示し、この構成において、センサ電極１１Ａ／１１Ｂは、線形ＨＩＤセンサトラック（スライダ／水平方向位置感知のためなど）を画定するように矩形配置で並置される、相補的三角形プロファイルを備えて構成される。この例示のＨＩＤレイアウト構成は、記載される例に従ったデュアル電極容量性センサを用いる容量性位置感知のための設計／構成要件又は制約ではない。センサのための設計要件は、（ａ）ＨＩＤセンサトラックレイアウトを画定する並置された相補的構成に配されるデュアルセンサ電極、及び、（ｂ）センサ電極が、（１）タッチ／コンタクトエリアが両方のセンサ電極にわたって延在するように、及び（２）タッチ位置（コンタクトエリア）がセンサトラックに沿って移動するにつれて、一方のセンサ電極に関連付けられる電極静電容量（Ｃ_ＳＡ）が単調に低減し、他方の相補的構成のセンサ電極に関連付けられる電極静電容量（Ｃ_ＳＢ）が単調に増大し、そのため、タッチ静電容量がＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの組み合わせに対応するように、構成／配置されることである。

【0038】

図２Ａは例示のＨＩＤセンサトラック構成を図示し、この構成において、センサ３１が、線形センサトラックレイアウトを画定する相補的なインターリーブされたセグメントとして構成される容量性電極３１Ａ及び３１Ｂを備えて構成される。各電極に対し、電極セグメントは、それぞれのセンサ電子機器３３Ａ及び３３Ｂに結合される。タッチ／コンタクトエリア４５を備えたタッチ位置における指４１が、連続するセンサ電極セグメントにわたって延在する。タッチ位置（コンタクトエリア）がＨＩＤセンサトラックに沿って（位置１から位置２へ）移動するにつれて、センサ電極セグメント３１Ａに関連付けられる電極静電容量Ｃ_ＳＡは単調に低減し、相補的構成のセンサ電極セグメント３１Ｂに関連付けられる電極静電容量Ｃ_ＳＢは単調に増大する。

【0039】

図２Ｂは例示のＨＩＤセンサトラックレイアウト構成を図示し、この構成において、センサ５１が、ダイヤル（円形の）センサトラックレイアウトを画定する相補的構成で並置されて配置されたプロファイルされた容量性電極５１Ａ及び５１Ｂを備えて構成される。タッチ位置（コンタクトエリア）がセンサトラックダイヤルの周りを時計回りに移動するにつれて、プロファイルされたセンサ電極５１Ａに関連付けられる電極静電容量Ｃ_ＳＡは単調に低減し、相補的にプロファイルされたセンサ電極５１Ｂに関連付けられる電極静電容量Ｃ_ＳＢは単調に増大する。

【0040】

図３Ａ及び図３Ｂは、相補的三角形プロファイルを備えたデュアル容量性電極を備えた、図１Ａの例示の容量性センサのための例示のセンサ構成を機能的に図示する。同じセンサ構成が、他のＨＩＤセンサトラック構成（図２Ａ／２Ｂに図示するものなど）に適合され得る。

【0041】

図３Ａは、デュアル三角形プロファイルの電極１１Ａ／１１Ｂを備え、オーバーレイ１５を含む、容量性センサ１１を図示する。図３Ｂは、オーバーレイ１５を備えたデュアル三角形プロファイルの電極１１Ａ／１１Ｂを備え、それぞれの駆動されるシールド１７Ａ／１７Ｂを含む、センサ１１を図示し、シールド１７Ａ／１７Ｂは、各々関連するセンサ電極１１Ａ／１１Ｂと実質的に同一の三角形プロファイルを備えて構成される。投射された自己静電容量に基づく容量性センサは、センサ投射されたＥフィールドと同じ極性及び位相を備えたシールド１７Ａ／１７Ｂを駆動することによるなど、寄生容量を相殺することにより感度を増大させるため及び投射されたセンサＥフィールドを好ましい感知方向に集中させるために、駆動されたシールド構成を用い得る。センサ電子機器（例えば、ＣＤＣユニット）は、シールド駆動を提供するように構成され得る。

【0042】

図１Ａ／１Ｂを参照すると、ＨＩＤセンサトラックに沿ったタッチ位置がタッチ静電容量に基づき、タッチ静電容量は、タッチ位置及びタッチ圧力に基づく。デュアル相補的センサ電極１１Ａ／１１Ｂを備えたセンサ１１を含む容量性感知システム１０は、タッチ圧力に基づいてタッチ位置を補正するように圧力補償を備えた容量性位置感知を実装する。

【0043】

センサ電子機器１３Ａ／１３Ｂは、デュアル相補的センサ静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを取得するように構成される。相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢは、相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに基づいて生成される位置及び圧力情報に基づいて、タッチ位置情報に変換され得る。このタッチ位置情報から、センサ電子機器１３Ａ／１３Ｂは、タッチ圧力静電容量の変化に対してタッチ位置静電容量を補正することを含む、圧力補償されたタッチ位置データを生成する。

【0044】

上述のように、センサ電子機器１３Ａ／１３Ｂは、静電容量・デジタル／データ変換（ＣＤＣ）ユニットとして実装され得る。例えば、ＣＤＣユニットは、位置プロセッサ（ＭＣＵなど）にインターフェースされるＣＤＣ回路として実装され得る。ＣＤＣ回路は、デュアル励起／取得チャネルを介してデュアル（相補的）電極センサ１１（１１Ａ／１１Ｂ）にインターフェースされ得、及びデュアル相補的センサ電極１１Ａ／１１Ｂを駆動するように、及び相補的静電容量読取値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを取得するように構成され得、相補的静電容量読取値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢは、位置及び圧力関数（後述）に基づいて、対応するタッチ位置情報／サンプルに変換され得る。位置プロセッサは、タッチ位置情報／サンプルを受け取るように、及び圧力補償されたタッチ位置データを生成するように構成され得る。センサが、駆動されたシールドに対して構成される場合、ＣＤＣは、電極励起駆動に同期化されるシールド駆動を提供し得る。

【0045】

図４Ａ／４Ｂは、位置及び圧力に関連したセンサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを示す例示の表である。図４Ａは、ＨＩＤセンサトラックに沿ったタッチ位置の関数としてセンサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢにおける相補的変化（Ｘ変化）を示す例示の表である。図４Ｂは、タッチ圧力の関数としてセンサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢにおける変化（ＨＩＤセンサトラック直交するＺ変化として表される）を示す例示の表である。圧力に関連する変化は、並列の（非相補的な）センサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに影響を与える。

【0046】

特に、図４Ａは、デュアル相補的センサ電極を用いる容量性位置感知を図示する。タッチ位置がＨＩＤセンサトラック（Ｘ方向）に沿って移動するにつれて、（ａ）一方のセンサ電極のセンサ静電容量Ｃ_ＳＡが単調に低減し、（ｂ）他方のセンサ電極第２のセンサ電極のセンサ静電容量Ｃ_ＳＢが単調に増大する。タッチ静電容量は、Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢタッチ静電容量測定値の組み合わせに対応する。

【0047】

更に図１Ａ／１Ｂを参照すると、例示の容量性感知システム１０は、デュアル電極容量性センサ１１から取得されたデュアル相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢの関数として圧力補償されたタッチ位置データを生成することに基づく圧力補償を備えた容量性タッチ位置感知を実装する。センサ電子機器１３Ａ／１３Ｂは、位置及び圧力関数に基づいてタッチ位置情報を生成するように構成される変換回路要素を含み、（ａ）位置関数はＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに基づいて位置情報を生成し、（ｂ）圧力関数はＣ_ＳＡ及びＣ_ＳＢに基づいて圧力情報を生成する。センサ電子機器１３Ａ／１３Ｂは、タッチ圧力に起因するタッチ静電容量の変化の補償を含む、タッチ位置情報に基づく圧力補償されたタッチ位置データを生成するように構成され得る。

【0048】

図５Ａ／５Ｂ及び図６Ａ／６Ｂ／６Ｃは、デュアル相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いて圧力補償されたタッチ位置データをタッチ位置情報から生成するための例示の手法を表す例示の表である。タッチ位置情報は、位置及び圧力関数から生成され、（ａ）位置関数は（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、（ｂ）圧力関数は（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する。

【0049】

図５Ａは、低、中、及び高圧での相補的センサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを示す例示の表である。圧力変化は、位置変化より大きくし得る。図５Ｂは、圧力関数（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）を示す例示の表である。関数（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）は圧力の単調関数となり得る。

【0050】

位置及び圧力両方の関数として、Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢは非線形であり、そのため、位置関数Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ及び圧力関数Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢは非線形である。位置関数Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢから導出されるタッチ位置情報は、圧力関数Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢに基づいて補正され得る。例えば、タッチ位置情報は、（ａ）センサ静電容量Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いてアクセスされるルックアップテーブルから導出される圧力補正ファクタに基づいて位置情報（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）を補正すること、又は、（ｂ）（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の指数関数に基づいて位置情報（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）を補正すること、のいずれかに基づいて生成され得る。

【0051】

図６Ａ／６Ｂ／６Ｃは、特に、（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）の指数関数、具体的には（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）^∧（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐ、に基づいてタッチ位置情報を補正するようにタッチ圧力情報を生成することにより、圧力補償されたタッチ位置データを生成することに関連付けられる例示の表である。

【0052】

図６Ａは、圧力補償のない位置情報を示す例示の表である。図６Ｂは、圧力補償されたタッチ位置データが（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）^∧（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐに対応するように、指数関数（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）^−Ｐに従って生成された位置情報から生成される圧力補償された位置データを示す例示の表である。図６Ｃは、（１，−１）に正規化された、圧力補償されたタッチ位置データを示す例示の表である。

【0053】

図７Ａ／７Ｂは、デュアル相補的静電容量測定値Ｃ_ＳＡ及びＣ_ＳＢを用いて、圧力補償されたタッチ位置データをタッチ位置情報から生成するための例示の手法を表す例示の表であり、タッチ位置情報は、位置及び圧力関数から生成され、（ａ）位置関数は（Ｃ_ＳＡ−Ｃ_ＳＢ）の関数として位置情報を生成し、（ｂ）圧力関数は（Ｃ_ＳＡ＋Ｃ_ＳＢ）の関数として圧力情報を生成する。

【0054】

図７Ａは、位置関数（Ｃ_ＳＡ／Ｃ_ＳＢ）が位置関数（Ｃ_ＳＡ−Ｃ_ＳＢ）により近似される例示の表である。図７Ｂは、圧力関数（Ｃ_ＳＡ×Ｃ_ＳＢ）が（Ｃ_ＳＡ＋Ｃ_ＳＢ）により近似される例示の表である。これらの近似は、センサ静電容量における相対的な変化が小さい（動きの範囲が小さい）用途のため、又は必要とする解像度が一層低い用途のために用いられ得る。このアプローチの一つの利点は、位置プロセッサが（乗算器がない場合でも）位置情報を処理し得るという点である。

【0055】

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得、多くの他の実施例が可能である。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】