特許 6707457 容量センサシステムにおけるタッチ検出

(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】6707457

(24)【登録日】2020年5月22日

(45)【発行日】2020年6月10日

(54)【発明の名称】容量センサシステムにおけるタッチ検出

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20200601BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20200601BHJP

   G06F 3/043 20060101ALI20200601BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 512

   G06F3/044

   G06F3/043

【請求項の数】31

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-557072(P2016-557072)

(86)(22)【出願日】2015年4月15日

(65)【公表番号】特表2017-515196(P2017-515196A)

(43)【公表日】2017年6月8日

(86)【国際出願番号】US2015025926

(87)【国際公開番号】WO2015160921

(87)【国際公開日】20151022

【審査請求日】2018年3月16日

(31)【優先権主張番号】61/981,140

(32)【優先日】2014年4月17日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/599,086

(32)【優先日】2015年1月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397050741

【氏名又は名称】マイクロチップ テクノロジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(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

(72)【発明者】

【氏名】ホーフ， マルティン

(72)【発明者】

【氏名】ハイム， アクセル

【審査官】 佐伯 憲太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５４４３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５３６４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００５０１８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５１９９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８３７３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１６４７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２７６０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２７９３９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１６１７１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３１００９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４３

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、
アクティブ化および非アクティブ化されるように動作可能な容量または抵抗２次元（２Ｄ）タッチ検出システムと、
前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムと通信するように動作可能な３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出システムと
を備え、
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、方形波信号を使用して準静的交流電場を生成することが可能であり、
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、前記準静的交流電場に進入する物体によって生じる前記準静的交流電場の減衰を決定することによって、タッチイベントが生じたかどうかまたはタッチイベントが生じようとしているかどうかの両方を決定することが可能であり、
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、タッチイベントが生じた場合または生じようとしている場合、前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムをアクティブ化することが可能である、システム。

【請求項2】

前記３Ｄジェスチャ検出システムは、前記物体が前記準静的交流電場に進入するときに前記物体の実際の３Ｄ座標を計算することが可能であり、
前記３Ｄ座標は、前記３Ｄジェスチャ検出システムの複数の受信電極から受信された信号の三辺測量によって計算される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

タッチイベントの決定のために、前記３Ｄジェスチャ検出システムは、雑音抑制のために確率フィルタを使用する、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記確率フィルタは、アンセンテッドカルマンフィルタである、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記確率フィルタは、正弦波雑音を抑制する、請求項３に記載のシステム。

【請求項6】

前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、タッチ検出電極とを備えている、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え、タッチ検出電極として前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有している、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記３Ｄジェスチャ検出システムと前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムとの間で前記少なくとも１つの電極を共有するように構成されているマルチプレクサスイッチをさらに備えている、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、マルチプレクサとを備え、前記マルチプレクサは、前記３Ｄジェスチャ検出システムのための伝送電極として動作するように、前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記タッチ検出電極は、前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムによって使用されるエリアを覆っている、請求項６に記載のシステム。

【請求項11】

前記タッチ検出電極からの後続サンプルの差異信号が、経時的に生成され、評価される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記差異信号は、アンセンテッドカルマンフィルタにフィードされる、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記アンセンテッドカルマンフィルタの出力信号は、前記差異信号から減算され、閾値比較ユニットにフィードされ、前記閾値比較ユニットは、タッチイベント信号を出力するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記システムは、前記差異信号における特徴的な傾向が前記差異信号のゼロ線の交差点近傍に存在するかどうかを評価することによって、タッチが生じたかどうかを決定する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項15】

前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムは、容量タッチ検出システムである、請求項１に記載のシステム。

【請求項16】

前記容量タッチ検出システムは、投影型容量タッチコントローラを備えている、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

入力デバイスを動作させる方法であって、前記方法は、
アクティブ化および非アクティブ化されるように動作可能な容量または抵抗２次元（２Ｄ）タッチ検出システムを提供することと、
前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムと通信するように動作可能な３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出システムを提供することであって、前記３Ｄジェスチャ検出システムは、方形波信号を使用して準静的交流電場を生成することが可能であり、前記３Ｄジェスチャ検出システムは、タッチイベントが生じたかどうかまたはタッチイベントが生じようとしているかどうかの両方を決定することが可能である、ことと、
前記３Ｄジェスチャ検出システムをアクティブ化し、前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムを非アクティブ化することと、
前記３Ｄジェスチャ検出システムによって、前記準静的交流電場に進入する物体によって生じる前記準静的交流電場の減衰を決定することによって、タッチイベントが生じたかどうか、または生じようとしているかどうかを決定することと、
タッチイベントが生じた場合または生じようとしている場合、前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムをアクティブ化することと
を含む、方法。

【請求項18】

タッチイベントの決定のために、前記３Ｄジェスチャ検出システムは、雑音抑制のために確率フィルタを使用する、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記確率フィルタは、アンセンテッドカルマンフィルタである、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記確率フィルタは、正弦波雑音を抑制する、請求項１８に記載の方法。

【請求項21】

前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、タッチ検出電極とを備えている、請求項１７に記載の方法。

【請求項22】

前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え、前記方法は、タッチ検出電極として前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するステップを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項23】

共有することは、前記３Ｄジェスチャ検出システムと前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムとの間で前記少なくとも１つの電極を共有するように構成されているマルチプレクサスイッチを制御することによって行われる、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え、前記方法は、前記３Ｄジェスチャ検出システムのための伝送電極として動作するように、前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するステップを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項25】

前記タッチ検出電極は、前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムによって使用されるエリアを覆っている、請求項２１に記載の方法。

【請求項26】

前記タッチ検出電極からの後続サンプルの差異信号が、経時的に生成され、評価される、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

アンセンテッドカルマンフィルタによって前記差異信号をフィルタ処理することを含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記フィルタ処理された信号を前記差異信号から減算することと、前記減算された信号を閾値比較ユニットにフィードすることとを含み、前記閾値比較ユニットは、タッチイベント信号を出力する、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記差異信号における特徴的な傾向が前記差異信号のゼロ線の交差点近傍に存在するかどうかを評価することによって、タッチが生じたかどうかを決定することを含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項30】

前記容量または抵抗２Ｄタッチ検出システムは、容量タッチ検出システムである、請求項１７に記載の方法。

【請求項31】

前記容量タッチ検出システムは、投影型容量タッチコントローラを備えている、請求項３０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６１／９８１，１４０号（２０１４年４月１７日出願）の利益を主張し、上記出願は、その全体が本明細書に引用される。

【0002】

（技術分野）
本開示は、容量センサシステムにおけるタッチ検出に関し、特に、ミッドレンジ容量センサシステムのタッチコントローラとのイベントベースの多重化のためのタッチ検出に関する。

【背景技術】

【0003】

入力デバイスのためのタッチ検出を行うために、種々の技術が、利用可能であり、特に、容量および抵抗システムが、ディスプレイまたはトラックパッド等の表面へのタッチを検出するために使用される。画定されたエリア内で行われる３次元非タッチジェスチャの検出を可能にする、他のシステムも開発されている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

電子デバイスにおけるタッチ検出と非タッチ検出との改良された組み合わせの必要性がある。

【0005】

ある実施形態によると、システムは、アクティブ化および非アクティブ化されるように動作可能な２次元（２Ｄ）タッチ検出システムと、２Ｄタッチ検出システムと通信するように動作可能な追加のセンサとを備え、追加のセンサは、タッチイベントが生じたかどうか、または生じようとしているかどうかを決定し、タッチイベントが生じた場合または生じようとしている場合、２Ｄタッチ検出システムをアクティブ化することが可能である。

【0006】

さらなる実施形態によると、追加のセンサは、３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出システムであることができる。さらなる実施形態によると、タッチイベントの決定のために、３Ｄジェスチャ検出システムは、雑音抑制のための確率フィルタを使用し得る。さらなる実施形態によると、確率フィルタは、アンセンテッドカルマンフィルタであることができる。さらなる実施形態によると、確率フィルタは、正弦波雑音を抑制し得る。さらなる実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、タッチ検出電極とを備え得る。さらなる実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え得、タッチ検出電極としてタッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有する。さらなる実施形態によると、本システムはさらに、３Ｄジェスチャ検出システムと２Ｄタッチ検出システムとの間で少なくとも１つの電極を共有するように構成されているマルチプレクサスイッチを備え得る。さらなる実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、マルチプレクサとを備え得、マルチプレクサは、３Ｄジェスチャ検出システムのための伝送電極として動作する、タッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するように構成される。さらなる実施形態によると、タッチ検出電極は、２Ｄタッチ検出システムによって使用されるエリアを覆い得る。さらなる実施形態によると、タッチ検出電極からの後続サンプルの差異信号は、経時的に生成され、評価されることができる。さらなる実施形態によると、差異信号は、アンセンテッドカルマンフィルタにフィードされることができる。さらなる実施形態によると、アンセンテッドカルマンフィルタの出力信号は、差異信号から減算され、タッチイベント信号を出力するように構成される閾値比較ユニットにフィードされることができる。さらなる実施形態によると、本システムは、差異信号における特徴的な傾向が差異信号のゼロ線の交差点近傍に存在するかどうかを評価することによって、タッチが生じたかどうかを決定し得る。さらなる実施形態によると、２Ｄタッチ検出システムは、容量タッチ検出システムであることができる。さらなる実施形態によると、容量タッチ検出システムは、投影型容量タッチコントローラを備え得る。

【0007】

別の実施形態によると、入力デバイスを動作させる方法は、アクティブ化および非アクティブ化されるように動作可能な２次元（２Ｄ）タッチ検出システムを提供するステップと、２Ｄタッチ検出システムと通信するように動作可能な別のセンサシステムを提供するステップと、他のセンサシステムをアクティブ化し、２Ｄタッチ検出システムを非アクティブ化するステップと、他のセンサシステムによって、タッチイベントが生じたかどうか、または生じようとしているかどうかを決定するステップと、タッチイベントが生じた場合または生じようとしている場合、２Ｄタッチ検出システムをアクティブ化するステップとを含み得る。

【0008】

本方法のさらなる実施形態によると、他のセンサシステムは、３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出システムであることができる。本方法のさらなる実施形態によると、タッチイベントの決定のために、３Ｄジェスチャ検出システムは、雑音抑制のための確率フィルタを使用し得る。本方法のさらなる実施形態によると、確率フィルタは、アンセンテッドカルマンフィルタであることができる。本方法のさらなる実施形態によると、確率フィルタは、正弦波雑音を抑制し得る。本方法のさらなる実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、タッチ検出電極とを備え得る。本方法のさらなる実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え得、本方法は、タッチ検出電極としてタッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するステップを含む。本方法のさらなる実施形態によると、共有することは、３Ｄジェスチャ検出システムと２Ｄタッチ検出システムとの間で少なくとも１つの電極を共有するように構成されているマルチプレクサスイッチを制御することによって行われることができる。本方法のさらなる実施形態によると、３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え得、本方法は、３Ｄジェスチャ検出システムのための伝送電極として動作する、タッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するステップを含む。本方法のさらなる実施形態によると、タッチ検出電極は、２Ｄタッチ検出システムによって使用されるエリアを覆い得る。本方法のさらなる実施形態によると、タッチ検出電極からの後続サンプルの差異信号は、経時的に生成され、評価されることができる。本方法のさらなる実施形態によると、本方法はさらに、アンセンテッドカルマンフィルタによって差異信号をフィルタ処理することを含み得る。本方法のさらなる実施形態によると、本方法はさらに、フィルタ処理された信号を差異信号から減算し、減算された信号をタッチイベント信号を出力する閾値比較ユニットにフィードすることを含み得る。本方法のさらなる実施形態によると、本方法はさらに、差異信号における特徴的な傾向が差異信号のゼロ線の交差点近傍に存在するかどうかを評価することによって、タッチが生じたかどうかを決定することを含み得る。本方法のさらなる実施形態によると、２Ｄタッチ検出システムは、容量タッチ検出システムであることができる。本方法のさらなる実施形態によると、容量タッチ検出システムは、投影型容量タッチコントローラを備え得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
システムであって、
アクティブ化および非アクティブ化されるように動作可能な２次元（２Ｄ）タッチ検出システムと、
前記２Ｄタッチ検出システムと通信するように動作可能な追加のセンサと
を備え、
前記追加のセンサは、タッチイベントが生じたかどうか、または生じようとしているかどうかを決定し、タッチイベントが生じた場合または生じようとしている場合、前記２Ｄタッチ検出システムをアクティブ化することが可能である、システム。
（項目２）
前記追加のセンサは、３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出システムである、項目１に記載のシステム。
（項目３）
タッチイベントの決定のために、前記３Ｄジェスチャ検出システムは、雑音抑制のために確率フィルタを使用する、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記確率フィルタは、アンセンテッドカルマンフィルタである、項目３に記載のシステム。
（項目５）
前記確率フィルタは、正弦波雑音を抑制する、項目３に記載のシステム。
（項目６）
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、タッチ検出電極とを備えている、項目２に記載のシステム。
（項目７）
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え、タッチ検出電極として前記タッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有している、項目２に記載のシステム。
（項目８）
前記３Ｄジェスチャ検出システムと前記２Ｄタッチ検出システムとの間で少なくとも１つの電極を共有するように構成されているマルチプレクサスイッチをさらに備えている、項目７に記載のシステム。
（項目９）
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、マルチプレクサとを備え、前記マルチプレクサは、前記３Ｄジェスチャ検出システムのための伝送電極として動作する、前記タッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するように構成されている、項目２に記載のシステム。
（項目１０）
前記タッチ検出電極は、前記２Ｄタッチ検出システムによって使用されるエリアを覆っている、項目６に記載のシステム。
（項目１１）
前記タッチ検出電極からの後続サンプルの差異信号が、経時的に生成され、評価される、項目１０に記載のシステム。
（項目１２）
前記差異信号は、アンセンテッドカルマンフィルタにフィードされる、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
前記アンセンテッドカルマンフィルタの出力信号は、前記差異信号から減算され、閾値比較ユニットにフィードされ、前記閾値比較ユニットは、タッチイベント信号を出力するように構成されている、項目１２に記載のシステム。
（項目１４）
前記システムは、前記差異信号における特徴的な傾向が前記差異信号のゼロ線の交差点近傍に存在するかどうかを評価することによって、タッチが生じたかどうかを決定する、項目１１に記載のシステム。
（項目１５）
前記２Ｄタッチ検出システムは、容量タッチ検出システムである、項目１に記載のシステム。
（項目１６）
前記容量タッチ検出システムは、投影型容量タッチコントローラを備えている、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
入力デバイスを動作させる方法であって、
アクティブ化および非アクティブ化されるように動作可能な２次元（２Ｄ）タッチ検出システムを提供することと、
前記２Ｄタッチ検出システムと通信するように動作可能な別のセンサシステムを提供することと、
前記他のセンサシステムをアクティブ化し、前記２Ｄタッチ検出システムを非アクティブ化することと、
前記他のセンサシステムによって、タッチイベントが生じたかどうか、または生じようとしているかどうかを決定することと、
タッチイベントが生じた場合または生じようとしている場合、前記２Ｄタッチ検出システムをアクティブ化することと
を含む、方法。
（項目１８）
前記他のセンサシステムは、３次元（３Ｄ）ジェスチャ検出システムである、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
タッチイベントの決定のために、前記３Ｄジェスチャ検出システムは、雑音抑制のために確率フィルタを使用する、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記確率フィルタは、アンセンテッドカルマンフィルタである、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記確率フィルタは、正弦波雑音を抑制する、項目１９に記載の方法。
（項目２２）
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極と、タッチ検出電極とを備えている、項目１８に記載の方法。
（項目２３）
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え、前記方法は、タッチ検出電極として前記タッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するステップを含む、項目１８に記載の方法。
（項目２４）
共有することは、前記３Ｄジェスチャ検出システムと前記２Ｄタッチ検出システムとの間で少なくとも１つの電極を共有するように構成されているマルチプレクサスイッチを制御することによって行われる、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記３Ｄジェスチャ検出システムは、ジェスチャを決定するように構成されている複数の受信電極を備え、前記方法は、前記３Ｄジェスチャ検出システムのための伝送電極として動作する、前記タッチ検出システムからの少なくとも１つの電極を共有するステップを含む、項目１８に記載の方法。
（項目２６）
前記タッチ検出電極は、前記２Ｄタッチ検出システムによって使用されるエリアを覆っている、項目２２に記載の方法。
（項目２７）
前記タッチ検出電極からの後続サンプルの差異信号が、経時的に生成され、評価される、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
アンセンテッドカルマンフィルタによって前記差異信号をフィルタ処理することを含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記フィルタ処理された信号を前記差異信号から減算し、前記減算された信号を閾値比較ユニットにフィードするステップを含み、前記閾値比較ユニットは、タッチイベント信号を出力する、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
前記差異信号における特徴的な傾向が前記差異信号のゼロ線の交差点近傍に存在するかどうかを評価することによって、タッチが生じたかどうかを決定することを含む、項目２７に記載の方法。
（項目３１）
前記２Ｄタッチ検出システムは、容量タッチ検出システムである、項目１７に記載の方法。
（項目３２）
前記容量タッチ検出システムは、投影型容量タッチコントローラを備えている、項目３１に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａおよび１Ｂは、組み合わせられた２Ｄ／３Ｄタッチ／ジェスチャ検出システムのブロック図を示す。

【0010】

【図1B】図１Ａおよび１Ｂは、組み合わせられた２Ｄ／３Ｄタッチ／ジェスチャ検出システムのブロック図を示す。

【0011】

【図2】図２は、３Ｄシステムをより詳細に示す。

【0012】

【図3】図３−６および８は、受信された信号および時間に対するその一次導関数の種々のタイミング図を示す。

【0013】

【図4】図３−６および８は、受信された信号および時間に対するその一次導関数の種々のタイミング図を示す。

【0014】

【図5】図３−６および８は、受信された信号および時間に対するその一次導関数の種々のタイミング図を示す。

【0015】

【図6】図３−６および８は、受信された信号および時間に対するその一次導関数の種々のタイミング図を示す。

【0016】

【図7】図７は、アンセンテッドカルマンフィルタのブロック図を示す。

【0017】

【図8】図３−６および８は、受信された信号および時間に対するその一次導関数の種々のタイミング図を示す。

【0018】

【図9】図９は、短待ち時間タッチ検出アルゴリズムのブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

種々の実施形態によると、タッチ検出システムと非タッチ検出システムとが、電子デバイス内で組み合わせられ、複合入力システムを形成することができる。タッチコントローラは、概して、独立型入力デバイスとして使用され、例えば、種々の電子デバイス内に統合される。しかしながら、種々の実施形態によると、３次元（３Ｄ）感知システムが、そのようなタッチ感知システムと組み合わられ得るか、またはタッチ検出機能を提供するように修正されることができる。３Ｄジェスチャ検出システムは、準静的交流電場とともに働くように構成されることができる（例えば、そのような場を構築するために送信機電極にフィードされる１００〜２００ｋＨｚ方形波信号を使用して）。複数の検出器電極が、次いで、場に進入した物体によって生じた減衰を決定するために使用される。例えば、本出願人によって製造されるＧｅｓｔＩＣ（登録商標）としても知られる、集積回路ＭＧＣ３１３０等の評価回路が、３Ｄ位置を決定するために使用されることができる。ＭＧＣ３１３０は、単一ゾーン３Ｄ追跡およびジェスチャコントローラデバイスであり、例えば、参照することによって本明細書に組み込まれる、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．から利用可能な「単一ゾーン３Ｄ追跡およびジェスチャコントローラデータシート」において説明されている。そのような検出デバイスは、例えば、種々の電極から受信された信号から導出される距離推定値とともに三辺測量を適用し、実際の３次元座標を計算し得る。しかしながら、他のセンサシステムも、当業者によって理解されるであろうように、タッチ感知システムと組み合わせられ得る。さらに、他の３Ｄジェスチャ検出システムは、種々の実施形態によるタッチ感知システムと組み合わせて使用され得る。

【0020】

タッチ検出システムは、概して、容量または抵抗測定システムであり、それらのシステムは、例えば画面またはトラックパッド等のそれぞれのタッチ表面に触れる、例えば指によって生じる静電容量または抵抗の変化を決定する。

【0021】

３Ｄ追跡およびジェスチャ検出デバイスまたは他のセンサシステムおよびタッチコントローラは、例えば、３Ｄジェスチャ追跡および精密な高分解能２Ｄタッチ情報を提供するために協働するように構成されることができる。しかしながら、タッチコントローラおよび他のセンサシステムの両システムは、概して、互に干渉するであろうため、同時に動作させられない。

【0022】

したがって、種々の実施形態によると、例えば、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）デバイス等の他のセンサシステム内のタッチ検出アルゴリズムは、それぞれの他のセンサシステムによって検出されるタッチイベントまたは起こりそうなタッチイベントに基づいて、タッチコントローラをアクティブ化するであろう。

【0023】

アクティブ化は、タッチコントローラが素早いタッチを逃さないように、非常に短い待ち時間で生じる必要がある。他のセンサ信号処理（タッチ検出を含む）に害を及ぼす雑音源は、例えば、５０／６０Ｈｚ送電網雑音である。従来、低域通過フィルタ処理を適用することによって対処されていたが、しかしながら、これは、回避されなければならないいくらかの待ち時間を導入する。

【0024】

一実施形態によると、例えば、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）デバイスに適用されることが可能な新しいアルゴリズムは、従来の低域通過フィルタの代わりに、雑音抑制のための確率フィルタを採用し、短待ち時間タッチ検出を達成する。そのような確率フィルタは、例えば、正弦波雑音を抑制する、確率フィルタであることができる。特に、そのような確率フィルタは、アンセンテッドカルマンフィルタ（Ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ）であることができる。

【0025】

図１Ａおよび１Ｂは、３Ｄジェスチャ認識のためのミッドレンジ容量センサシステム（ＣＳＳ）１１０と、精密な高分解能２Ｄタッチ情報のためのタッチコントローラ（ＴＣ）１８０とから成るヒューマンマシンインターフェースを備えている入力システム１００、２００を示す。２Ｄタッチコントローラ１８０は、例えば、本願の譲受人によって製造されるＭＴＣＨ６３０１投影型容量タッチ（ＰＣＡＰ）コントローラであることができる。詳細な説明は、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．から利用可能なデータシート「ＭＴＣＨ６３０１」において利用可能であり、参照することによって本明細書に組み込まれる。他の容量または抵抗タッチコントローラも、他の実施形態に従って使用され得る。

【0026】

図１Ａの示される実施形態では、ＣＳＳマイクロコントローラ１１０は、１つの伝送電極（Ｔｘ）１７０と、５つの受信電極（Ｒｘ０・・・４）１２０、１３０、１４０、１５０、および１６０とに接続される。タッチコントローラ（ＴＣ）１８０は、タッチパネル１９０を駆動／感知する。代替として、他の実施形態によると、例えば、図１Ｂに示されるように、ＣＳＳマイクロコントローラ１１０は、別個のタッチセンサ電極１６０の代わりに、タッチパネル１９０またはその電極のうちの１つ以上のものを使用する。次いで、マルチプレクサスイッチ１９５が、タッチパネル電極１９０と、タッチコントローラ１８０またはＣＳＳマイクロコントローラ１１０のいずれかとにマルチプレクサスイッチ１９５を結合する接続ラインによって示されるように、ＣＳＳコントローラ１１０とタッチコントローラ１８０とを切り替えるために使用されることができる。別の実施形態では、タッチパネル１６０またはその電極のうちの１つ以上のものは、アクティブである間、ＣＳＳの追加の伝送電極として使用されることができる。

【0027】

両方のデバイス１１０および１８０は、それらのそれぞれの受信信号が他のデバイスの伝送信号によって干渉されるであろうため、同時に動作することができない。しかしながら、同時動作は、ユーザが、３Ｄジェスチャをタッチパネルの上方で行うか、またはタッチパネル１９０をタッチするかのいずれかであろうため、要求されない。

【0028】

ユーザがタッチパネルにタッチしていない間、ＣＳＳ１１０は、アクティブであり（すなわち、その伝送（ＴＸ）信号は、オンにされ）、ＴＣ１８０は、オフにされる（すなわち、そのＴＸ信号は、オフにされる）。ユーザがタッチパネル１９０にタッチするとすぐに、ＣＳＳ１１０のＴＸ信号は、オフに切り替えられ、ＴＣ１８０のＴＸ信号は、アクティブ化される。タッチが解放されるとすぐに、ＣＳＳ１１０は、再び、アクティブになり、ＴＣ１８０は、オフになる。本スキームを実現するために、ＣＳＳ１１０は、図１の例示的設定では、タッチパネルエリアを覆う電極ＲＸ４の信号に基づいて稼働するであろうタッチ検出アルゴリズムを必要とする。４つの縁電極（Ｒｘ０・・・３）１２０、１３０、１４０、１５０が、ジェスチャ認識のために使用される。

【0029】

図２は、ＣＳＳの信号取得の原理を描写する。Ｔｘ電極１７０は、周波数ｆ_ＴＸ（例えば、１００〜２００ｋＨｚ）の矩形パルス列によって駆動される。ユーザの相互作用に応じて、Ｒｘ電極１２０、１３０、１４０、１５０とユーザの指との間の静電容量Ｃ_ｆは、変化する。Ｃ_ｆにおける電圧が、ＣＳＳのＡＤＣ２１０によって測定され、そのデジタル出力信号は、復調器２２０によって復調され、ダウンサンプラ２３０、２４０によってダウンサンプリングされ、例えば、２００Ｈｚサンプルレートで信号ｄを得る。この信号は、ジェスチャ認識およびタッチ検出を含む高度信号処理（ＡＳＰ）２５０に入力される。

【0030】

ＡＳＰ２５０における第１のステップは、例えば、５０／６０Ｈｚ送電網からの雑音を抑制するための低域通過フィルタ処理であり、信号ＬＰｄ［ｋ］をもたらす。図３は、それぞれ、タッチなし（左）およびあり（右）のセンサ電極に向かう指接近に対する差異信号ＬＰｄｉｆｆ［ｋ］＝ＬＰｄ［ｋ］−ＬＰｄ［ｋ−１］を示す。両方の場合において、差異信号は、接近の時間の間、ゼロより大きく、除去の時間の間、ゼロより小さい。有意な差異は、タッチの場合、センサ電極（またはそのカバー）のその物理的タッチに応じた指の急減速によって生じさせられる、ゼロ線の交差点近傍の信号における特徴的な傾向が存在することである。したがって、タッチイベントから生じる信号と、例えば、フリックジェスチャのような他の移動を区別するために、信号は、この傾向に対してチェックされる。

【0031】

これは、図４に視覚化される。信号ＬＰｄｉｆｆｉｓが、最初に、センサ電極に向かう方向における指の最小速度に対応する正閾値の交差点に対してチェックされる（１．）。ＬＰｄｉｆｆが、再び、減少し始めた後（２．）、線は、ＬＰｄｉｆｆの負の傾きに適合され、時間ｔ_０においてゼロ線を交差する。この時間インスタンスは、タッチを伴わない指の移動に対して観察される信号のゼロ交差点に対応する。故に、ＬＰｄｉｆｆが、ｔ_０において依然として正である場合、ユーザの相互作用は、タッチであると見なされる（３．）。タッチ状態は、オフセット補償ＬＰｄ信号（信号偏差ＳＤ）と閾値（指がデバイスに近いほど、ＳＤ信号が大きい）を比較することによって検証される。

【0032】

他の実施形態によると、本タッチ検出アルゴリズムは、独立型ＣＳＳにも使用されることができる。次いで、タッチイベントが評価されるだけではなく、加えて、タッチ状態もＳＤ値に関して追跡されることができる。タッチ状態は、ＳＤ信号がある閾値を再び下回って降下するとすぐに、解放される。

【0033】

しかしながら、ＡＳＰ２５０内の追加の低域通過フィルタは、ある程度の遅延を導入する。５０ｍｓの典型的遅延の場合、ハンドオーバが生じるのが遅すぎるので、４０ｍｓの素早いタッチは、ＴＣ１８０によって認識されないであろう。その結果、さらなるタッチ検出が、ＴＣ１８０への短待ち時間ハンドオーバを特徴とするために、信号ｄに対して作働く必要がある。

【0034】

図５は、４つのタッチを含む、例示的雑音の多い信号ｄのプロットである。タッチは、信頼性のある絶対参照が存在しないため、絶対値によって識別されることができない。しかし、急勾配信号の増加は、特徴としての役割を果たし得る。

【0035】

図６は、ｄ（ｄｉｆｆ）、すなわち、ｄｉｆｆ［ｋ］＝ｄ［ｋ］−ｄ［ｋ−１］の差異信号を含む。タッチイベントは、他の環境および／またはシステムにおいてはさらに強くあり得る、５０Ｈｚ雑音に起因して、あまり明白に現れない。この正弦波雑音を除去するために、アンセンテッドカルマンフィルタ（ＵＫＦ）が、それを追跡および減算するために使用される。ＵＫＦが基づくモデルは、図７に提示される。システム状態ｘは、送電網正弦曲線の振幅、周波数、および位相（［Ｕ；ｆ；Φ］）から成る。複雑性の理由から、状態［Ｕ；ｆ］または［Ｕ；Φ］も選定され得る。システム状態ｘは、ｘ_ｋ＝ｘ_ｋ−１＋ｑ_ｋ−ｌ（ｑは、あるプロセス雑音を示す）に従って、時間インスタンスｋ毎に変化すると仮定される。システム状態から、測定値ｙが、ｙ_ｋ＝Ｕ_ｋｓｉｎ（２πｆ_ｋ＋Φ_ｋ）＋ｒ_ｋ（ｒは、ある測定雑音を示す）によって計算される。

【0036】

カルマンフィルタ処理の概念は、予測されるシステム状態ｘ’（および測定値ｙ’）を最も低い誤差を伴う既知の測定値ｙから計算することである。カルマンフィルタ処理の核心は、カルマン利得Ｋであり、Ｋは、真の測定値ｙ：ｘ_ｋ＝ｘ’−Ｋ（ｙ_ｋ−ｙ’）に応じて、予測された状態を補正するために必要とされる。Ｋは、ｘ’、ｙ’、ｑ、およびｒの統計的特性に依存する。

【0037】

オリジナルカルマンフィルタが、線形システムに対して導出され、非線形システムに関しては、拡張カルマンフィルタ、粒子フィルタ、およびアンセンテッドカルマンフィルタ等のいくつかの派生物が公知である。

【0038】

アンセンテッドカルマンフィルタ処理の重要な点は、いわゆるシグマ点を用いて、ｘ’およびｙ’の前述の統計的特性を導出することである。これは、行列二乗根を含む、複雑な算出を含意するが、正弦関数の線形化を回避し、正弦曲線の精密な推定をもたらす。

【0039】

送電網正弦曲線のパラメータが推定されると、図６に示される差異信号から減算され、したがって、図８にプロットされる、雑音が除去された差異信号をもたらすことができる。ここで、タッチイベントが、雑音から明らかにされる。それらは、雑音が除去された差異信号を、本実施例では、１０の値を有する閾値８００と比較することによって、容易かつ誤アラームを伴わずに検出されることができる。

【0040】

図９は、短待ち時間タッチ検出アルゴリズムを要約する。信号ｄから開始し、その差異信号が、記憶要素９１０および加算点９２０によって計算され、アンセンテッドカルマンフィルタ９３０にフィードされる。フィルタ９３０は、差異信号内の５０／６０Ｈｚ成分を推定する。推定された正弦曲線が、次いで、加算点点９４０において差異信号から減算される。最後に、そのように雑音が除去された差異信号が、出力タッチイベントを出力する閾値比較９５０に入力される。これらのタッチイベントに応じて、ＣＳＳ１１０は、オフに切り替えられ、ＴＣ１８０は、アクティブになる。

【0041】

要約すると、種々の実施形態によると、タッチコントローラをアクティブ化する外部センサの概念が、提供される。さらに、ミッドレンジ容量センサシステムのためのタッチ検出アルゴリズムも、提供され、それは、ａ）指がセンサの表面上に停止するときの特徴的信号形状を利用し、ｂ）予測、例えば、ＵＫＦによって、正弦波雑音を抑制し、したがって、従来のフィルタの遅延を回避することを可能にする。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】