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特許7159259表面への力の入力の検出および特徴付けのためのシステムおよび方法
(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】
(24)【登録日】2022-10-14
(45)【発行日】2022-10-24
(54)【発明の名称】表面への力の入力の検出および特徴付けのためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G06F 3/041 20060101AFI20221017BHJP
G06F 3/044 20060101ALI20221017BHJP
【ＦＩ】
G06F3/041 510
G06F3/041 602
G06F3/041 580
G06F3/044 120
G06F3/044 140
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020177858
(22)【出願日】2020-10-23
(62)【分割の表示】P 2019500765の分割
【原出願日】2017-03-27
(65)【公開番号】P2021012743
(43)【公開日】2021-02-04
【審査請求日】2020-10-23
(31)【優先権主張番号】62/313,536
(32)【優先日】2016-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】516091916
【氏名又は名称】センセル インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＮＳＥＬ，ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３２１ Ｓｏｑｕｅｌ Ｗａｙ，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９４０８５，Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】ローゼンバーグ，イリア，ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】ザラガ，ジョン，アーロン
(72)【発明者】
【氏名】ワトソン，チャールズ
【審査官】酒井 優一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１５／０４８５８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０４９８４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０８９０７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１２００８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－２０９７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１７６７４８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３３４５０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６２９３４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２８５９７０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１６０７５４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／００７４９６１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２８２８２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１９９４９６（ＪＰ，Ａ）
(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】
基板と、前記基板にわたって配置され、検知電極と駆動電極対のセットを有する抵抗性タッチセンサと、
前記基板とは反対側の前記抵抗性タッチセンサの上に配置された力感知層と、
前記抵抗性タッチセンサに結合され、前記抵抗性タッチセンサの第１の領域に配置された第１のコンデンサ電極と、
コントローラであって、
第１のサンプリング期間中の第１の抵抗走査サイクルの間に：
前記第１のコンデンサ電極を仮想基準電位に駆動し；
前記抵抗性タッチセンサの検知電極と駆動電極対の間で抵抗値を読み取り、
前記第１のサンプリング期間中の第１の処理サイクル中に：
前記第１のコンデンサ電極を前記仮想基準電位から解放し；
前記第１のコンデンサ電極から第１の静電容量値を読み取り、
前記抵抗性タッチセンサの検知電極と駆動電極対から読み出された抵抗値、および前記第１のコンデンサ電極からの前記第１の静電容量値を、前記抵抗性タッチセンサの近くの物体の位置および力の大きさを表す力のタッチイメージに変換する、
よう構成されたコントローラとを具えることを特徴とするシステム。
【請求項2】
請求項１のシステムにおいて、さらに、前記コントローラは、前記第１サンプリング期間の第１の処理サイクルの間に、
前記抵抗性タッチセンサの前記検知電極および駆動電極対から読み取られた抵抗値から力の大きさを表す力画像を生成し、
表面の近くに検出される物体を表す静電容量画像を生成して、前記タッチイメージを生成するために当該静電容量画像を前記力画像と整列させ、
前記力画像および静電容量画像を、前記抵抗性タッチセンサの近くの物体に対応する位置および力の大きさを表す力のタッチイメージに変換する、
よう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項3】
請求項１のシステムにおいて、前記第１のコンデンサ電極および前記コントローラが、前記基板に電気的に接続されており、
前記抵抗性タッチセンサが前記力感知層を具え、
前記力感知層が、加えられた力の局所的変化に応じて局部的な抵抗の変化を示す力感応材料を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項4】
請求項３のシステムにおいて、前記力感知層が弾性バッファ層を含み；
前記力感応材料が、前記弾性バッファ層の第１の側にわたって適用され、前記抵抗性タッチセンサに面しており；
前記第１のコンデンサ電極は、前記弾性バッファ層と前記力感応材料との間に挿入されており；
前記第１のコンデンサ電極から前記弾性バッファ層の周縁部まで延在し、前記基板上の電気パッドと接合して前記第１のコンデンサ電極を前記コントローラに電気的に結合するように構成された電気トレースをさらに具えることを特徴とするシステム。
【請求項5】
請求項３のシステムにおいて、前記力感知層が弾性バッファ層を含み；
前記力感応材料が、前記弾性バッファ層の第１の側にわたって適用され、前記抵抗性タッチセンサに面しており；
前記第１のコンデンサ電極は、前記力感応材料の反対側の前記弾性バッファ層の第２の側にわたって延在しており、
さらに、第１のコンデンサ電極上の前記弾性バッファ層の第２の側に接着されたカバー層と、
前記コンデンサ電極に電気的に結合されたプラグであって、前記力感知層の周縁部を越えて延在し、前記第１のコンデンサ電極を前記コントローラに電気的に結合するために前記基板に取り付けられたレセプタクルと係合するように構成されたプラグと、を具えることを特徴とするシステム。
【請求項6】
請求項１のシステムにおいて、さらに、前記第１のコンデンサ電極の近くの前記抵抗性タッチセンサに結合され、前記抵抗性タッチセンサの第２の領域にわたって延在する第２のコンデンサ電極を具え、
前記コントローラが：
前記第１のサンプリング期間の処理サイクル中に前記第１のコンデンサ電極と第２のコンデンサ電極との間の容量値を読み出し；
前記容量値に基づいて前記第１のサンプリング期間中に前記第１のコンデンサ電極に近接する塊体の近接度を検出する、ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項7】
請求項６のシステムにおいて、前記抵抗性タッチセンサにわたって、第１の平面内の行のセットと、当該第１の平面からオフセットした第２の平面内の列のセットとにパターン構成されたコンデンサ電極のグリッドアレイをさらに具え、当該コンデンサ電極のグリッドアレイは第１のコンデンサ電極と第２のコンデンサ電極とを含み、
前記コントローラが：
前記第１のサンプリング期間の処理サイクル中に前記コンデンサ電極のグリッドアレイ内のコンデンサ電極から容量値を順次読み出し；
前記力感知層に近接する物体の位置および大きさを表す静電容量イメージを生成し；
前記静電容量イメージを、前記第１のサンプリング期間における力のタッチイメージと対にする、ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項8】
請求項１のシステムにおいて、前記コントローラは、前記第１のサンプリング期間の第１の処理サイクル中に：
前記第１の抵抗走査サイクル中に検知電極と駆動電極対から読み出された抵抗値を、デフォルトの抵抗変化閾値に基づいて力のタッチイメージに変換し、
前記第１のサンプリング期間に続く第２のサンプリング期間における第２の抵抗走査サイクルの間に：
前記第１のコンデンサ電極を仮想基準電位に駆動し；
前記抵抗性タッチセンサ内の検知電極と駆動電極対にわたる抵抗値の第２のセットを読み取り、
前記第２のサンプリング期間における第２の処理サイクルの間に：
前記第１のサンプリング期間中に前記第１のコンデンサ電極に近接する塊体の接近を検出することに応答して、前記デフォルトの抵抗変化閾値よりも小さい第２の抵抗変化閾値を選択し；
前記第２の抵抗変化閾値に基づいて、前記検知電極と駆動電極対から読み出された抵抗値の第２のセットを第２の力タッチイメージに変換する、ように構成されていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が組み込まれる２０１６年３月２５日に出願された米国仮出願第６２／３１３，５３６号の利益を主張する。
本出願は、参照によりその全体が組み込まれる２０１６年３月２５日に出願された米国仮出願第６２／３１３，５３６号の利益を主張する。
【0002】
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１４年９月２６日に出願された米国特許出願第１４／４９９，００１号に関連する。
【0003】
本発明は、一般にタッチセンサの分野に関し、より詳細には、タッチセンサの分野における面上の力の入力を検出し特徴付ける新規で有用なシステムおよび方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【発明を実施するための形態】
【0005】
以下の本発明の実施形態の説明は、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではなく、当業者が本発明を実施し使用することを可能にするものである。本書に記載される変形例、構成、手段、実装例、および実施例は任意選択的であり、これらが説明する変形例、構成、手段、実装例、および実施例について排他的ではない。本書に記載される発明は、これらの変形例、構成、手段、実装例、および実施例の任意のおよびすべての変更例を含み得る。
【0006】
１．システムと方法
図１および図２に示すように、面への力入力を検出および特徴付けるためのシステム１００は、基板１１０と、当該基板１１０にわたって配置され、検知電極および駆動電極対１２１のアレイを具える抵抗性タッチセンサ１２０と、抵抗性タッチセンサ１２０の基板１１０の反対側に配置され、印加された力の局所的変化に応じて局所的なバルク抵抗の変化を示す力感応材料１３１を具える力感知層１３０と、当該力感知層１３０に結合され、力感知層１３０の第１領域にわたって延在し、基板１１０に電気的に結合された第１のシールド電極１５１と、基板１１０に結合されたコントローラ１６０とを具える。コントローラ１６０は、第１のシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動し、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１にわたる抵抗値を読み取り、第１のシールド電極１５１を仮想基準電位から解放し、第１のサンプリング期間内で第１の抵抗走査サイクルに続く第１の処理サイクル中に、力感知層１３０内の感知電極および駆動電極対１２１から読み出された抵抗値を力タッチイメージへと変換し、ここで力タッチイメージは、力感知層１３０上に適用される物体の位置および力の大きさを表す。
図１および図２に示すように、面への力入力を検出および特徴付けるためのシステム１００は、基板１１０と、当該基板１１０にわたって配置され、検知電極および駆動電極対１２１のアレイを具える抵抗性タッチセンサ１２０と、抵抗性タッチセンサ１２０の基板１１０の反対側に配置され、印加された力の局所的変化に応じて局所的なバルク抵抗の変化を示す力感応材料１３１を具える力感知層１３０と、当該力感知層１３０に結合され、力感知層１３０の第１領域にわたって延在し、基板１１０に電気的に結合された第１のシールド電極１５１と、基板１１０に結合されたコントローラ１６０とを具える。コントローラ１６０は、第１のシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動し、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１にわたる抵抗値を読み取り、第１のシールド電極１５１を仮想基準電位から解放し、第１のサンプリング期間内で第１の抵抗走査サイクルに続く第１の処理サイクル中に、力感知層１３０内の感知電極および駆動電極対１２１から読み出された抵抗値を力タッチイメージへと変換し、ここで力タッチイメージは、力感知層１３０上に適用される物体の位置および力の大きさを表す。
【0007】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図４に示すように、システム１００は、第１の期間中に、ブロックＳ１１０で抵抗性タッチセンサ１２０上に配置されたシールド電極を仮想基準電位に保持するステップと、ブロックＳ１１２で抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１をまたがる抵抗値を読み取るステップと、前記第１の期間に続く第２の期間中に、ブロックＳ１２０で前記第１の期間中に抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１から読み出された抵抗値を、シールド電極１５１上の表面に印加される力の位置と大きさに変換するステップと、ブロックＳ１２２でシールド電極１５１から容量値を読み込むステップと、ブロックＳ１２４で当該容量値と表面への塊体（ｍａｓｓ）の近接度とを相関づけるステップと、ブロックＳ１４０で前記第１の期間と第２の期間を含むサンプリング期間における表面上の力の位置、表面上の力の大きさ、表面への塊体の近接度、およびシールド電極１５１の位置のを規定するタッチイメージを生成するステップとを含む方法Ｓ１００を実行することができる
【0008】
図３Ａに示すように、方法Ｓ１００の１つの変形例は、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクル中に、ブロックＳ１１０で抵抗性タッチセンサ１２０上に配置された第１のシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動するステップと、ブロックＳ１１２で抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１をまたがる第１の抵抗値のセットを読み取るステップとを含む。この変形例において、方法Ｓ１００はまた、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクルに続く第１の処理サイクル中に、ブロックＳ１２０で第１の抵抗値のセットを、シールド電極１５１上の面にかかる第１の力の第１の位置および第１の大きさに変換するステップと、ブロックＳ１２２で第１シールド電極１５１を仮想基準電位から解放するステップと、ブロックＳ１２２で第１のシールド電極１５１の第１の容量値を読み出すステップと、ブロックＳ１２４で第１の容量値に基づいて表面への第１の物体の近接度を検出するステップとを具える。さらに、この変形例では、方法Ｓ１００は、ブロックＳ１４０において、第１の物体の表面への近接度に基づいて、第１のサンプリング期間における第１の力および第１の力の第１の位置および第１の大きさを表す第１のタッチイメージを生成する。
【0009】
図３Ｃに示すように、方法Ｓ１００の別の変形例は、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクル中に、ブロックＳ１１０で抵抗性タッチセンサ１２０上に配置された第１のシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動するステップと、ブロックＳ１１２で抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１にまたがる第１の抵抗値のセットを読み取るステップとを含む。この変形例において、方法Ｓ１００はまた、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクルに続く第１の処理サイクル中に、ブロックＳ１２０で第１の抵抗値のセットを、シールド電極上の面に印加された力の第１の位置および第１の大きさに変換するステップと、ブロックＳ１２２で第１のシールド電極１５１を仮想基準電位から解放するステップと、ブロックＳ１２２で第１のシールド電極１５１の第１の容量値を読み出すステップと、ブロックＳ１２４で第１の容量値に基づいて、面に対する物体の第２の近接を検出するステップとを含む。さらに、この変形例では、方法Ｓ１００は、第２のサンプリング期間の第２の抵抗走査サイクル中に、ブロックＳ１１０で第１のシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動するステップと、ブロックＳ１１２で抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１をまたがる第２の抵抗値のセットを読み取るステップを含む。最後に、この方法Ｓ１００の変形例は、第２のサンプリング周期の第２の抵抗走査サイクルに続く第２の処理サイクル中に、ブロックＳ１２０で第２の抵抗値のセットを面に印加された力の第２の位置および第２の大きさに変換するステップと、ブロックＳ１４０で表面への物体の第１の近接度に基づいて、前記第２のサンプリング期間における表面上の力の第２の位置および第２の大きさを表す第２のタッチイメージを生成するステップとを含む。
【0010】
２．応用例
システム１００は、抵抗性タッチセンサ１２０と、当該抵抗性タッチセンサ１２０の上の感圧式力感知層１３０と、抵抗性タッチセンサ１２０内の駆動電極および検知電極間の抵抗値（または電圧、電流の流れ）を読み取り、これらの抵抗値を力感知層１３０上のタッチ入力の大きさと相関づけるコントローラ１６０と、力感知層１３０の上に配置され、コントローラ１６０によって間欠的に仮想基準電位に駆動されて抵抗性タッチセンサ１２０を外部電界から遮蔽するシールド電極とを具える。一般に、システムは、カバー層１４１にわたる入力の位置、接触面積、および力の大きさ（または「圧力」）を検出するために協働する抵抗性タッチセンサ１２０および力検出層１３０と、抵抗性タッチセンサ１２０内へのノイズの注入を排除または低減するように作用するシールド電極とを具える。例えば、システム１００は、ラップトップコンピュータ、モバイル演算デバイス（例えば、スマートフォン、タブレット）、周辺キーボード、または周辺トラックパッド装置に統合することができる。この例では、デバイスに接続あるいは統合されたバッテリ充電器、電源、無線ラジオ、および／またはディスプレイが、抵抗性タッチセンサ１２０が収集した抵抗データに干渉するノイズを放射または放出する場合がある。
システム１００は、抵抗性タッチセンサ１２０と、当該抵抗性タッチセンサ１２０の上の感圧式力感知層１３０と、抵抗性タッチセンサ１２０内の駆動電極および検知電極間の抵抗値（または電圧、電流の流れ）を読み取り、これらの抵抗値を力感知層１３０上のタッチ入力の大きさと相関づけるコントローラ１６０と、力感知層１３０の上に配置され、コントローラ１６０によって間欠的に仮想基準電位に駆動されて抵抗性タッチセンサ１２０を外部電界から遮蔽するシールド電極とを具える。一般に、システムは、カバー層１４１にわたる入力の位置、接触面積、および力の大きさ（または「圧力」）を検出するために協働する抵抗性タッチセンサ１２０および力検出層１３０と、抵抗性タッチセンサ１２０内へのノイズの注入を排除または低減するように作用するシールド電極とを具える。例えば、システム１００は、ラップトップコンピュータ、モバイル演算デバイス（例えば、スマートフォン、タブレット）、周辺キーボード、または周辺トラックパッド装置に統合することができる。この例では、デバイスに接続あるいは統合されたバッテリ充電器、電源、無線ラジオ、および／またはディスプレイが、抵抗性タッチセンサ１２０が収集した抵抗データに干渉するノイズを放射または放出する場合がある。
【0011】
したがって、システム１００は、抵抗性タッチセンサ１２０にまたがる一組の（すなわち、一つ以上の）シールド電極を含むことができ、コントローラ１６０は、これらの他の構成要素から抵抗性タッチセンサ１２０に向けて放射されたエネルギーを拒絶または低減するために、サンプリング期間の抵抗走査サイクル中にシールド電極１５０を仮想基準電位（例えば、「接地」）にアクティブに駆動することができ、そうでなければ動作中に抵抗性タッチセンサ１２０から収集された抵抗データにノイズを生成する可能性がある。具体的には、システム１００を組み込んだデバイスの動作中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０でシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動し、ブロックＳ１１２で抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０内の駆動電極と検出電極間の抵抗値を記録し、ブロックＳ１２０で次の処理サイクル中にこれらの抵抗値を抵抗性タッチセンサ１２０上のカバー層１４１に印加される１以上の入力の位置、面積、力の大きさ、および／または圧力に変換し、ブロックＳ１４０でこのサンプリング期間中にこれらの入力を表す「タッチイメージ」を出力し、デバイスの動作中に続く各サンプリング期間ごとにこのプロセスを繰り返す。
【0012】
コントローラ１６０が抵抗データをカバー層１４１に加えられる力の位置および大きさに変換し、抵抗性タッチセンサ１２０が非アクティブである処理サイクルの間、コントローラ１６０は、表面または投影型静電容量検知技術を実装して、シールド電極１５０のセットを充電または放電させ、ブロックＳ１２２でシールド電極１５０のセットにわたって容量値（電流漏れ、充電時間、放電時間、または総充電／放電時間）を記録し、ブロックＳ１２４で、この処理サイクルの間に記録された容量値に基づいて、カバー層１４１に近接しているが必ずしも接触していない１以上の外部塊体の存在を検出する。例えば、抵抗性タッチセンサ１２０は、シールド電極１５０のセットによって規定された多数の容量性センサの位置を（大きく）超える、それぞれが駆動電極と検知電極間の接合によって規定される多数の抵抗性センサ位置を含むことができ、したがって、サンプリング期間の処理サイクル中に比較的大きなセットの（例えば、数千の）抵抗値を処理する間に、コントローラ１６０は、比較的小さな数の（例えば、１、３２の）容量値をシールド電極１５０のセットから読み出し、これらの容量値を、同じサンプリング期間中にカバー層１４１上を動く、またはカバー層１４１に接触している複数の個別の物体の位置、サイズおよび／または種類の推定値に変換する。
【0013】
したがって、コントローラ１６０は、このサンプリング期間中に抵抗性タッチセンサ１２０から収集される抵抗データのノイズを排除または低減するために、サンプリング期間内の抵抗走査サイクル中に１つのシールド電極を仮想接地電位（たとえば、仮想接地電位または「０Ｖ」）に駆動することができる。これらの抵抗データは、後続の処理サイクルの間、および後続のサンプリング期間における次の抵抗走査サイクルの前に、処理されるが、コントローラ１６０は、シールド電極１５１を仮想基準電位から解放し、代わりにシールド電極から容量値をサンプリングすることができる。次に、コントローラ１６０は、サンプリング期間中に抵抗性タッチセンサ１２０によってカバー層１４１上で検出された１以上の別個の力の入力を特徴付けるために入力方式を選択し、抵抗走査サイクルのほぼ直後に記録され、抵抗性タッチ・センサ１２０の走査中にアクティブな静電シールド（またはガード）としてのシールド電極１５１の有効性を実質的に犠牲にすることなく、この容量値に基づいて、抵抗性タッチセンサ１２０で検出された離散的な力の入力のクラスタをグループ化し、および／または抵抗性タッチセンサ１２０で検出された力の入力の選択を破棄する（例えば、システム１００上に静止している掌であるがスタイラスの先端ではない）。コントローラ１６０はまた、抵抗値をカバー層１４１上の力に変換する感度を調整し、抵抗性タッチセンサの走査解像度を調整し、および／またはこの容量値に基づいて後続の抵抗走査サイクルにおいて抵抗性タッチセンサ１２０を選択的にアクティベートおよび非アクティベートすることができる。
【0014】
システム１００はまた、抵抗性タッチセンサ１２０の上に配置された複数のシールド電極を含むことができる。コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０を走査しながらシールド電極を仮想基準電位に一括して結び付け、その後に（例えば、「静電容量走査期間」に）シールド電極を連続的に走査しながら抵抗データが処理されて、必ずしも接触する必要はないがシステム１００の上にある外部塊体の位置および／またはサイズに関するより高分解能のデータが収集される。
【0015】
シールド電極１５０は、本明細書では、抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１が仮想基準電位（例えば、システム１００内のＬＯ電圧端子）に駆動される共通のシールド構成で説明される。しかし、これらのシールド電極１５０は代わりに、抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１がバッファされるか測定回路電圧に駆動される（例えば、システム１００内のＨＩ電圧端子を計測するために）駆動保護構成で実施されてもよい。
【0016】
さらに、システム１００は、ラップトップコンピュータ、モバイル演算デバイス（例えば、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ）、周辺キーボード、周辺トラックパッド、ゲームコントローラ１６０、またはユーザによって入力された入力を検出する任意の他の電子装置または演算装置であってもよい。例えば、基板１１０と、抵抗性タッチセンサ１２０と、力感知層１３０とは協働して、ラップトップコンピュータのＣ面（すなわち、ラップトップコンピュータを閉じたときにディスプレイに面し、ラップトップコンピュータを開いたときにディスプレイの下に配置されるラップトップコンピュータの面）に統合された不透明なタッチパッドを規定してもよい。別の例では、システム１００をディスプレイの下に配置して圧力感知タッチスクリーンを形成することができ、この圧力感知タッチスクリーンはタブレット、スマートフォン、またはスマートウォッチに統合することができる。しかしながら、システム１００は、任意の他の形態または形式を規定することができ、隣接する物体を検出し、その上に加えられる力の位置および大きさを記録し、これらのデータを装置の動作中にタッチイメージにパッケージングするために、任意の他のデバイス内に統合することができ、そのデバイスは、これらのタッチイメージに基づいてその機能を制御することができる。
【0017】
３．抵抗性タッチセンサと力感知層
図１、２に示すように、タッチセンサは、基板１１０（例えば、ガラス繊維ＰＣＢ）にわたってパターン化された検知電極および駆動電極対１２１のアレイと、検知および駆動電極対（または「センサ素子」）と接触するように基板１１０上に配置され、上のカバー層１４１に加えられる力の摂動に応じて局所バルク抵抗および／または局所接触抵抗の変化を示す力感応材料１３１を規定する力感知層１３０とを含む。米国特許出願第１４／４９９，００１号に記載されているように、抵抗性タッチセンサ１２０は、相互デジタイニングされた駆動電極のグリッドと、基板１１０にわたってパターン化された検知電極とを含むことができる。力感知層１３０は、局所的な力がカバー層１４１に印加されたときに、隣接する駆動電極および検知電極対にわたる抵抗が、加えられた力に比例して（例えば、線形的、逆数的、二次的、その他）変化するように、基板１１０にわたって各駆動電極および検知電極対の間のギャップにまたがることができる。以下に説明するように、コントローラ１６０は、タッチセンサ内の各駆動電極および検知電極対にわたる抵抗値を読み取ることができ、これらの抵抗値を、カバー層１４１に印加される１以上の個別の力の入力の位置および大きさに変換することができる。
図１、２に示すように、タッチセンサは、基板１１０（例えば、ガラス繊維ＰＣＢ）にわたってパターン化された検知電極および駆動電極対１２１のアレイと、検知および駆動電極対（または「センサ素子」）と接触するように基板１１０上に配置され、上のカバー層１４１に加えられる力の摂動に応じて局所バルク抵抗および／または局所接触抵抗の変化を示す力感応材料１３１を規定する力感知層１３０とを含む。米国特許出願第１４／４９９，００１号に記載されているように、抵抗性タッチセンサ１２０は、相互デジタイニングされた駆動電極のグリッドと、基板１１０にわたってパターン化された検知電極とを含むことができる。力感知層１３０は、局所的な力がカバー層１４１に印加されたときに、隣接する駆動電極および検知電極対にわたる抵抗が、加えられた力に比例して（例えば、線形的、逆数的、二次的、その他）変化するように、基板１１０にわたって各駆動電極および検知電極対の間のギャップにまたがることができる。以下に説明するように、コントローラ１６０は、タッチセンサ内の各駆動電極および検知電極対にわたる抵抗値を読み取ることができ、これらの抵抗値を、カバー層１４１に印加される１以上の個別の力の入力の位置および大きさに変換することができる。
【0018】
一実施形態では、システムは、剛性ＰＣＢ（例えば、ガラス繊維ＰＣＢ）または剛性バッキング（例えば、アルミニウムバッキングプレート）上のＰＣＢのような剛性基板１１０を含み、駆動電極および検知電極の行および列は、センサ素子のアレイを形成するように基板１１０の上部を横切ってパターン化される。力感知層１３０は、センサ素子のアレイ上に設置され、その周囲で基板１１０に接続されている。
【0019】
４．コントローラ
一般に、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０を駆動し、駆動電極と検知電極間の抵抗値を読み取り、抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１を仮想基準電位に拘束し、抵抗性タッチセンサ１２０からの抵抗データを抵抗性タッチセンサ１２０上に入力される力の位置および大きさに変換する（あるいは、コントローラ１６０は、シールド電極１５１を仮想基準電位に対して任意の他の既知の電圧電位に駆動してもよい）。
一般に、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０を駆動し、駆動電極と検知電極間の抵抗値を読み取り、抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１を仮想基準電位に拘束し、抵抗性タッチセンサ１２０からの抵抗データを抵抗性タッチセンサ１２０上に入力される力の位置および大きさに変換する（あるいは、コントローラ１６０は、シールド電極１５１を仮想基準電位に対して任意の他の既知の電圧電位に駆動してもよい）。
【0020】
一実装例では、米国特許出願第１４／４９９，００１号に記載のように、コントローラ１６０は、アレイ列ドライバ（ＡＣＤ）と、列切り替えレジスタ（ＣＳＲ）と、列駆動源（ＣＤＳ）と、行列センサ（ＡＲＳ）と、行切り替えレジスタ（ＲＳＲ）と、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）とを具える。この実装例では、抵抗性タッチセンサ１２０は、ＡＣＤに結合された相互接続インピーダンス行（ＩＩＣ）と、ＡＲＳに結合された相互接続インピーダンス行（ＩＩＲ）とを定義する可変インピーダンスアレイ（ＶＩＡ）を具えてもよい。抵抗走査サイクル中、ＡＣＤはＣＳＲを介してＩＩＣを選択し、ＩＩＣをＣＤＳで電気的に駆動することができ、ＶＩＡは、駆動されたＩＩＣからＡＲＳによって感知されたＩＩＣに電流を伝達することができ、ＡＲＳは、抵抗性タッチセンサ１２０内のＩＩＲを選択し、ＲＳＲを介してＩＩＲ状態を電気的に感知することができ、コントローラ１６０は、ＡＲＳからの検知された電流／電圧信号を補間して、同じサンプリング期間内の処理サイクル中の抵抗走査サイクルに対して抵抗性タッチセンサ１２０上の個別の力の入力の近接度、接触、圧力、および／または空間位置を実質的に正確に検出することができる。
【0021】
例えば、抵抗性タッチセンサの駆動電極の列を直列に接続することができ、同様に抵抗性タッチセンサ１２０内の１つの検知電極の列を直列に接続することができる。サンプリング期間の抵抗走査サイクル中にシールド電極１５０を仮想基準電位に駆動している間、コントローラ１６０は、他のすべての行の駆動電極をフローティングさせながら駆動電極の第１の列を基準電圧に駆動し、他のすべての行の検知電極をフローティングさせながら検知電極の第１の行の電圧を記録し、他のすべての列の検知電極をフローティングさせながら検知電極の第２の行の電圧を記録し、・・・検知電極の他のすべての列をフローティングさせながら検知電極の最後の列の電圧を記録し、他のすべての行の駆動電極をフローティングさせながら第２の行の駆動電極を基準電圧に駆動し、他のすべての列の検知電極をフローティングさせながら検知電極の第１の列の電圧を記録し、他のすべての列の検知電極をフローティングさせながら検知電極の第２の列の電圧を記録し、・・・検知電極の他のすべての列をフローティングさせながら検知電極の最後の列の電圧を記録し、・・・最後に、駆動電極の他のすべての行をフローティングさせながら駆動電極の最後の行を基準電圧に駆動し、他のすべての列の検知電極をフローティングさせながら検知電極の第１の列の電圧を記録し、他のすべての列の検知電極をフローティングさせながら検知電極の第２の列の電圧を記録し、・・・検知電極の他のすべての列をフローティングさせながら検知電極の最後の列の電圧を記録する。このように、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０内の駆動電極の行を順次駆動し、抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極の行から抵抗値（例えば、電圧）を順次読み取ることができる。
【0022】
コントローラ１６０はまた、抵抗データの処理サイクルの前、後、またはそれと並行して、容量走査期間中にシールド電極１５１を駆動し、シールド電極から容量値をサンプリングすることもできる。例えば、コントローラ１６０は、シールド電極１５０に電気的に結合され、シールド電極１５０を目標電圧に駆動し、サンプリング時間の処理サイクル中におけるシールド電極１５０の充電時間、放電時間、および／または総充放電時間を追跡し、抵抗走査サイクル中にシールド電極１５０を仮想基準電位に駆動するように構成された単一または複数チャネルの容量性タッチセンサドライバを具えることができる。
【0023】
したがって、コントローラ１６０は、抵抗走査期間中に何千もの駆動および検知電極対（または「センサ素子」）を走査し、これらの抵抗データが処理サイクルの間に処理される間に、単一または比較的少数のシールド電極（例えば、３２個またはそれ以下のシールド電極）を走査し、サンプリング期間に、抵抗および容量データを単一のタッチイメージ（または、一組の整列した力および静電容量タッチイメージ）にマージすることができる。
【0024】
５．シールド電極
シールド電極１５１は、感圧材料の上に配置され、基板１１０と電気的に接続されている。一般に、シールド電極１５１は、仮想基準電位に駆動されたとき（または、機器ＨＩ電圧に駆動されたとき）に抵抗型タッチセンサ１２０の静電シールド（または電磁ガード）として機能する。
シールド電極１５１は、感圧材料の上に配置され、基板１１０と電気的に接続されている。一般に、シールド電極１５１は、仮想基準電位に駆動されたとき（または、機器ＨＩ電圧に駆動されたとき）に抵抗型タッチセンサ１２０の静電シールド（または電磁ガード）として機能する。
【0025】
一実施形態では、基板１１０は、剛性の平面構造（例えば、ガラス繊維ＰＣＢ）を規定する。抵抗性タッチセンサ１２０は、図２に示すように、基板１１０にわたってパターン化された駆動電極および検出電極のアレイ（例えば駆動電極の複数の行および複数の検知電極の複数の列）を具える。力感知層１３０は、抵抗性タッチセンサ１２０上に配置され、その周囲の抵抗性タッチセンサ１２０に（または基板１１０に直接）固定される。非導電性のバッファ層１４０（例えば、ＰＥＴ、ポリイミド、またはシリコーンなどの非導電性材料のフィルム）が、抵抗性タッチセンサ１２０に対向する力感知層１３０を横切って適用されている。シールド電極１５１は、バッファ層１４０を横切って適用または形成されている。非導電性のカバー層１４２（例えば、非導電性材料の第２のフィルム）がシールド電極１５１および力感知層１３０の上に適用され、「スタック」を囲み、外側カバー層１４１を画定している。この実装例では、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０の１以上の側面に沿ってなど、基板１１０上に直接設置されて、感圧面を画定し、カバー層１４１に加えられる力の位置や大きさを表すタッチイメージを出力するように構成された完全内蔵型のシステムを構成することができる。
【0026】
前述の実装例では、ＱＷＥＲＴＹキーボードオーバーレイ、ピアノキーオーバーレイ、ＭＩＤＩオーバーレイ、またはカラーパレットオーバーレイのような触覚オーバレイを一時的に設置するか、カバー層１４１上に配置して、図４に示すように、接続または統合された演算デバイスへ入力するために、システム１００とインターフェースするユーザに触覚的位置案内を提供することができる。
【0027】
前述の実装例では、力感知層１３０を変形できるように、また変形に近いバルク抵抗の変化を示すために、バッファ層１４０およびカバー層１４２は同様に弾性を有することができる。例えば、バッファ層およびカバー層はそれぞれ、薄いシリコーン、ポリウレタン、またはポリカーボネートフィルムを含むことができる。シールド電極１５１も、実質的に弾性であってもよい。例えば、シールド電極１５１は、バッファ層とカバー層との間に結合され、それらの間に挿入された銅、銀、またはアルミニウム箔またはフィルムを含むことができる。別の例では、シールド電極１５１は、化学蒸着またはスパッタリングなどを介して、バッファ層１４０上に堆積された金属（例えば、銅、銀またはアルミニウム）膜を含むことができる。同様の例では、シールド電極１５１は、カバー層１４２がバッファ層１４０上に接合される前に、バッファ層１４０の上またはカバー層１４２の内側面に堆積（または「印刷」）された金属化インクを含むことができる。
【0028】
さらに別の例では、シールド電極１５１は、バッファ層１４０を横切って堆積された導電性炭素膜（例えば、カーボンナノチューブ）と、図５Ａ、９Ａに示すように、導電性炭素膜の１以上の側に沿って延びる、膜、箔、ペースト、インクまたは他の形態の中間金属（例えば、銅、銀）電極とを具える。この例では、シールド電極１５１は、長方形の周縁を画定する導電性炭素膜と、カーボンナノチューブ膜の両短辺に沿って伸び、制御器１６０に電気的に結合され、対向する中間金属電極と協働して、カーボンナノチューブ膜を横切って実質的に均一な電界を誘導する中間金属電極とを含む。同様に、シールド電極１５１は、第１のシールド電極１５１の周縁を画定する導電性金属膜と、導電性金属膜によって境界が定められた力感知層１３０の領域にまたがる導電性炭素膜とを具える。他の例では、シールド電極１５１は、導電性インク、導電性ポリマー、グラファイトシート、またはバッファ層１４０および／またはカバー層１４２の上に堆積され、印刷され、および／または間に挿入された他の導電性材料を含むことができる。
【0029】
図６Ａに示す別の実施形態では、シールド電極１５１は、抵抗性タッチセンサ１２０とは反対の力感応材料１３１に直接取り付けられ、塗布され、または形成される。弾性バッファ層１４０が、シールド電極１５１および力感応材料１３１の上に結合されて、カバー層１４１を画定し、力感知層１３０を完成させる。しかしながら、シールド電極１５１は他の任意の材料であってもよく、他の様々な方法でバッファ層１４０およびカバー層１４２の間に組み込むことができる。
【0030】
シールド電極１５１は、図２に示すように、力感知層１３０の力感応材料１３１上に連続構造（例えば、フィルム、シート、または層など）を規定することができる。あるいは、シールド電極１５１は、図６Ｂに示すように、穿孔構造を規定してもよい。例えば、シールド電極１５１は、システム１００内の回路および／またはシステム１００の近くで共通に用いられる他の装置の電機部品によって出力される電磁放射の最小目標波長よりも最大幅が（著しく）小さい正方形または円形開口のグリッドアレイを規定することができる。別の例では、システム１００は、力感知層１３０の幅および長さにわたるが、力感知層１３０の総面積より小さい範囲（例えば、全体の５０％）を覆う、複数のより小さいオフセットされたシールド電極のグリッドアレイを含むことができる。
【0031】
シールド電極１５１は、基板１１０を介してコントローラ１６０に電気的に接続されている。図５Ａ、図５Ｂ、および図６Ｂに示される一実施例では、力感知層１３０は、バッファ層１４０の周縁から延び、基板１１０上の端子と接触するように構成された可撓性ＰＣＢといった形態のタブ１５５を具え、シールド電極１５１は、シールド電極１５１からタブ１５５の端部まで延びるトレース１５４（例えば、金属箔）を含む。例えば、基板１１０は、コントローラ１６０に電気的に結合されたレセプタクル１１２を具え、図１に示すように、システム１００が組み立てられたときにタブ１５５をレセプタクル１１２に挿入して、シールド電極１５１をコントローラ１６０に電気的に接続することができる。同様に、バッファ層１４０は、力感知材料の周縁を越えて延在し、基板１１０上のレセプタクル１１２に係合するように構成された弾性タブ１５５を含むことができる。このシールド電極１５１は、弾性タブ１５５に沿って延び、レセプタ内の電気コネクタと結合して、シールド電極１５１をコントローラ１６０に電気的に結合するように構成された電気トレース１５４を含むことができる。さらに、後述するシステム１００が複数のシールド電極を含む変形例では、タブ１５５は、図５Ａに示すように、１行のトレースを具え、各トレース１５４が１のシールド電極に、１列のシールド電極に、あるいは１行のシールド電極に結合されてもよい。コントローラ１６０に電気的に結合されたマルチチャネルレセプタクル１１２を基板１１０上に構成し、上述したようにタブ１５５を受け入れるように構成することにより、各シールド電極をコントローラ１６０に接続することができる。
【0032】
図６Ａに示される別の実施形態では、基板１１０は、力感知層１３０の周縁近くに配置され、導電性トレースを介してコントローラ１６０上のポートに電気的に結合された電気パッドを具える。バッファ層１４０は、力感知材料の周囲を超えて延在する。シールド電極１５１は、バッファ層１４０の内側面を横切って延在し、バッファ層１４０の周囲に延在する電気トレース１５４を含む。この実施形態では、バッファ層１４０は、電気トレース１５４が基板１１０上の電気パッドと整列して対向する状態で、基板１１０に機械的に固定され（例えばクランプされ）、あるいは接合（例えば接着）される。このように、シールド電極１５１からバッファ層１４０の裏面に沿って延びる電気トレース１５４は、基板１１０上の電気パッドと接合して、シールド電極１５１をコントローラ１６０に電気的に結合する。例えば、バッファ層１４０の内側面は、導電性（例えば、銀および／またはカーボンナノチューブ）材料に結合するように活性化されてもよく、この導電性材料はバッファ層１４０の内面に印刷、堆積、または他の方法で適用されて、１以上のシールド電極と各シールド電極からバッファ総１４０の周縁の近くへと延在する１以上の電気トレースを形成する。これらの電気トレースはその後にマスクされ、接着剤がシールド電極およびバッファ層１４０の内側面の露出した領域を横切って塗布され、力検知材料が接着剤に結合されて、力感知層１３０／シールド電極のアセンブリが完成する。次いで、アセンブリを基板１１０の上に直接設置して、バッファ層１４０の背面のトレースおよび基板１１０上の対応する導電性パッドを介してシールド電極をコントローラ１６０に電気的に結合することができる。
【0033】
５．１ディスプレイ
一変形例では、システム１００は、基板１１０とは反対の力感知層１３０の上に配置されたディスプレイをさらに具え、シールド電極１５１はこのディスプレイに一体化されている。例えば、ディスプレイは、カバー層１４１を規定するガラスまたはポリマーの外側面を有するＲＧＢ ＬＣＤディスプレイを含むことができる。力感知層１３０および抵抗性タッチセンサ１２０の上に配置される場合、ディスプレイは、その外側面に力がかかると内側に変形し、それにより抵抗感知層１３０が局所的に変形し、抵抗性タッチセンサ１２０が検出可能な力感応材料１３１の局所的なバルク抵抗の変化をもたらす。この変形例では、システム１００は、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、または他の演算デバイスに統合され、視覚データをユーザに出力し、ディスプレイ上の手入力を検出することができる圧力感知式タッチスクリーンを規定することができる。
一変形例では、システム１００は、基板１１０とは反対の力感知層１３０の上に配置されたディスプレイをさらに具え、シールド電極１５１はこのディスプレイに一体化されている。例えば、ディスプレイは、カバー層１４１を規定するガラスまたはポリマーの外側面を有するＲＧＢ ＬＣＤディスプレイを含むことができる。力感知層１３０および抵抗性タッチセンサ１２０の上に配置される場合、ディスプレイは、その外側面に力がかかると内側に変形し、それにより抵抗感知層１３０が局所的に変形し、抵抗性タッチセンサ１２０が検出可能な力感応材料１３１の局所的なバルク抵抗の変化をもたらす。この変形例では、システム１００は、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、または他の演算デバイスに統合され、視覚データをユーザに出力し、ディスプレイ上の手入力を検出することができる圧力感知式タッチスクリーンを規定することができる。
【0034】
この変形例では、シールド電極１５１は、ディスプレイと力感知層との間に挿入され、ディスプレイの背面側に適用された連続的な導電性の不透明フィルム（または他の構造）を規定することができ、ディスプレイ背面から光が出るのを遮断し、仮想基準電位に能動的に駆動されたときに、ディスプレイから抵抗性タッチセンサ１２０の方へ放射されるノイズを遮蔽するように構成される。また、制御部１６０は、後述するように、シールド電極１５１の静電容量値を記録し、静電容量値に基づいてカバー層１４１に接触または近接する物体を検出することもできる。
【0035】
６．永久シールドとしてのシールド電極
運用時、コントローラ１６０は、例えば抵抗性タッチセンサ１２０におけるノイズを拒絶するために、シールド電極１５１を仮想基準電位に持続的に駆動する（例えば、結びつける、引き下げる）ことができる。コントローラ１６０はまた、サンプリング期間当たりの総消費電力を低減するために、シールド電極１５１を抵抗走査サイクルの外にフローティングすることができる。
運用時、コントローラ１６０は、例えば抵抗性タッチセンサ１２０におけるノイズを拒絶するために、シールド電極１５１を仮想基準電位に持続的に駆動する（例えば、結びつける、引き下げる）ことができる。コントローラ１６０はまた、サンプリング期間当たりの総消費電力を低減するために、シールド電極１５１を抵抗走査サイクルの外にフローティングすることができる。
【0036】
７．間欠シールドと容量性検出電極としてのシールド電極
あるいは、コントローラ１６０は、方法ブロックＳ１００を実行して、抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動し、処理サイクル中（またはその前後）にシールド電極１５１から静電容量値を読み取ることができる。
あるいは、コントローラ１６０は、方法ブロックＳ１００を実行して、抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動し、処理サイクル中（またはその前後）にシールド電極１５１から静電容量値を読み取ることができる。
【0037】
７．１表面の静電容量
１つの変形例では、コントローラ１６０は表面容量技術を実施して、シールド電極１５１から容量値を読み取り、この容量値に基づいてカバー層１４１の上またはその近くの物体の近接度および／または位置を検出する。例えば、処理サイクル内のキャパシタンス走査期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２において、（例えば、それぞれシールド電極の１つのコーナーから延びる４本の電気トレースを介して）シールド電極１５１の各コーナーに電圧を印加することができ、これがシールド電極にわたる実質的に均一な静電界をもたらし得る。カバー層１４１に接近または接触する物体（例えば、人間の指）により、シールド電極から電荷が流れることができる。カバー層１４１に接近または接触しているこの物体の位置により、シールド電極の各コーナーから出る電流が異なることとなる。したがって、コントローラ１６０はブロックＳ１２２およびＳ１２４において、シールド電極１５１の各コーナーにおけるこれらの電流引き込みレベルを測定し、これらの電流値をカバー層１４１に接近または接触している物体の位置に変換することができる。あるいは、コントローラ１６０は、シールド電極の１つのコーナーに電圧を印加し、シールド電極からの電流リークを測定し、このリーク電流に基づいてカバー層１４１の上または近くに導電性物体が存在するかどうかを決定することができる。
１つの変形例では、コントローラ１６０は表面容量技術を実施して、シールド電極１５１から容量値を読み取り、この容量値に基づいてカバー層１４１の上またはその近くの物体の近接度および／または位置を検出する。例えば、処理サイクル内のキャパシタンス走査期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２において、（例えば、それぞれシールド電極の１つのコーナーから延びる４本の電気トレースを介して）シールド電極１５１の各コーナーに電圧を印加することができ、これがシールド電極にわたる実質的に均一な静電界をもたらし得る。カバー層１４１に接近または接触する物体（例えば、人間の指）により、シールド電極から電荷が流れることができる。カバー層１４１に接近または接触しているこの物体の位置により、シールド電極の各コーナーから出る電流が異なることとなる。したがって、コントローラ１６０はブロックＳ１２２およびＳ１２４において、シールド電極１５１の各コーナーにおけるこれらの電流引き込みレベルを測定し、これらの電流値をカバー層１４１に接近または接触している物体の位置に変換することができる。あるいは、コントローラ１６０は、シールド電極の１つのコーナーに電圧を印加し、シールド電極からの電流リークを測定し、このリーク電流に基づいてカバー層１４１の上または近くに導電性物体が存在するかどうかを決定することができる。
【0038】
この変形例では、システム１００は複数のシールド電極を含むことができ、コントローラ１６０は同様の表面容量技術を実施して、各シールド電極から容量値を収集し、これらの容量値に基づいて、例えばセット内の特定のシールド電極に隣接する場合など、導電性物体がカバー層１４１上または近くにあるかを判定することができる。例えば、セット内の第１のシールド電極１５１をテストしながら、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２でセット内の他のすべてのシールド電極を電気的に切り離し（または「フローティング」させ）、ブロックＳ１２２で第１のシールド電極１５１から容量値を読み出し、その後にシステム１００内の他の各シールド電極についてこのプロセスを繰り返す。
【0039】
しかしながら、コントローラ１６０は、カバー層１４１の上または近くの１または複数の物体の存在および／または位置を表す容量データを収集するために、他の表面容量技術を実施することができる。
【0040】
７．２投影型自己容量：二次電極
図４および図９Ｂに示す一変形例では、システム１００は、基板１１０上に配置され、シールド電極に容量結合するように構成された二次電極をさらに含む。コントローラ１６０は投影型静電容量技術を実施して、シールド電極１５１から静電容量値を読み取り、この静電容量値に基づいてカバー層１４１の上またはその近くの物体の近接度および／または位置を検出する。特に、この変形例では、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０で抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１をシールド構成の仮想基準電位（またはガード構成の機器ＨＩ電圧）に駆動し、その後、ブロックＳ１２２で次の容量走査期間にシールド電極１５１（または二次電極）を充放電することにより、シールド電極１５１（または２次電極）からの電圧値を取得する。例えば、二次電極は、力感知層１３０に面し、シールド電極の１以上の側の周縁部に沿って延びるように、シールド電極から横方向にオフセットされた、基板１１０に接合された導電性膜を含むことができる。
図４および図９Ｂに示す一変形例では、システム１００は、基板１１０上に配置され、シールド電極に容量結合するように構成された二次電極をさらに含む。コントローラ１６０は投影型静電容量技術を実施して、シールド電極１５１から静電容量値を読み取り、この静電容量値に基づいてカバー層１４１の上またはその近くの物体の近接度および／または位置を検出する。特に、この変形例では、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０で抵抗走査サイクル中にシールド電極１５１をシールド構成の仮想基準電位（またはガード構成の機器ＨＩ電圧）に駆動し、その後、ブロックＳ１２２で次の容量走査期間にシールド電極１５１（または二次電極）を充放電することにより、シールド電極１５１（または２次電極）からの電圧値を取得する。例えば、二次電極は、力感知層１３０に面し、シールド電極の１以上の側の周縁部に沿って延びるように、シールド電極から横方向にオフセットされた、基板１１０に接合された導電性膜を含むことができる。
【0041】
静電容量走査期間中、コントローラ１６０は、シールド電極１５１を目標電圧電位に駆動することができる。二次電極はシールド電極１５１に容量結合することができ、シールド電極から電荷をリークさせることができる。コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２で、シールド電極を放電させる前に、シールド電極１５１の充電時間（または放電時間あるいは総充放電時間）をトラックすることができる。特に、シールド電極１５１（または二次電極）が駆動されたときに、接地電極と二次電極との間に形成された電界に向かって、離れて、あるいは通って移動する物体は、この電界を乱し、それによって充電時間（または放電時間、または総充放電時間）に影響を及ぼす。したがって、コントローラ１６０は、現在の静電容量走査期間における充電時間（または放電時間、総充放電時間）を、前の静電容量走査期間の充電時間、先行する静電容量走査期間のセットの平均充電時間、またはシールド電極のベースライン充電時間と比較することによって、カバー層１４１上の（導電性）物体および／またはカバー層１４１上の存在および／または（導電性）物体のサイズを検出することができる。
【0042】
一実施態様では、コントローラ１６０は、シールド電極１５１の目標電圧ＨＩから目標電圧ＬＯへのベースライン放電時間を記憶し、静電容量走査期間ごとにシールド電極１５１の目標電圧ＨＩから目標電圧ＬＯへの放電時間を記録する。この実施形態では、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２４において、現在の静電容量走査期間に記録された放電時間がベースライン放電時間よりもわずかに小さい場合、カバー層１４１の上に小さな塊体が存在すると判断し、現在の静電容量走査期間に記録された放電時間がのベースライン放電時間よりも著しく小さい場合には、より大きな塊体がカバー層１４１の上にあると判断することができる。
【0043】
あるいは、コントローラ１６０は、１つの処理サイクル中に複数の静電容量走査期間を実行することができる。ステップＳ１２２で各静電容量走査期間中にシールド電極１５１（または２次電極）から静電容量値を記録する。ブロックＳ１２４で、処理サイクル中に記録されたこれらの容量値を比較して、外部物体がカバー層１４１の上またはこれに沿って移動しているかどうかを判断する。例えば、この処理サイクルの間に記録された静電容量値の変化率が閾値レートを超える場合、コントローラ１６０は、物体がカバー層１４１の近くまたはカバー層１４１を横切って移動していると判断することができる。この処理サイクルの間に記録された静電容量値の変化率が閾値レートを下回ったままである場合、コントローラ１６０は、物体がカバー層１４１の近くまたはカバー層１４１を横切って動いていないと判断することができる。
【0044】
この実施形態では、システム１００は、図９Ｃに示すように、力感知層１３０の単一面を横切ってパターニングされた（例えば、一体化された）複数のシールド電極を含むことができ、コントローラ１６０は同様の投影型自己容量技術を実施して、各シールド電極を走査し、各シールド電極に隣接するカバー層１４１の上または近くに物体が存在するかどうかを判断し、および／またはカバー層１４１上のこの物体の位置を特定することができる。例えば、上述したように、バッファ層１４０から延び、基板１１０上に構成されたレセプタクル１１２と係合するように構成された単一のタブ１５５に沿って走る別個のトレースを介して、コントローラ１６０に個別に結合されてもよい。この例では、コントローラ１６０は投影型自己容量技術を実施して、ブロックＳ１２２の容量走査期間中に各シールド電極から（１回または複数回）容量値を読み取ることができる。特に、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０で抵抗スキャン中にすべてのシールド電極を仮想基準電位に結び付け、ブロックＳ１２２で他のすべてのシールド電極をフローティングしながら各シールド電極を順次に充放電させて、各シールド電極からの静電容量値（例えば充電時間、放電時間、または総充放電時間）を記録する。その後、コントローラ１６０は、これらの静電容量値を、ブロックＳ１２４において、カバー層１４１上またはその近くの１つまたは複数の物体の存在および位置に変換することができる。
【0045】
しかしながら、コントローラ１６０は他の任意の自己容量技術を実施して、１つまたは複数のシールド電極（および／または基板１１０上に配置された２次電極）から静電容量値を読み取り、これらの静電容量値をカバー層１４１上またはカバー層１４１の上の物体の検出に変換することができる。
【0046】
７．３投影型自己容量：２つのシールド電極
一変形例では、システム１００は、第１のシールド電極１５１に隣接して力感知層１３０に結合された（例えば、上に配置された）第２のシールド電極１５２をさらに含み、これは力感知層１３０の第２の領域を横切って延在し、基板１１０を介してコントローラ１６０に電気的に結合されている。この変形例では、第１および第２のシールド電極は、抵抗走査サイクル中に仮想基準電位に駆動された場合、協働して抵抗性タッチセンサ１２０および力感知層１３０を横切るアクティブシールドを形成し、これによって抵抗性タッチセンサ１２０に向かって放射されるノイズを遮蔽または低減し、抵抗性タッチセンサ１２０から読み出される抵抗データの精度を向上させる。この変形例では、コントローラ１６０は、投影型自己容量技術を実施して、処理サイクル中の第１の電極と第２の電極との間の容量値（例えば、充電時間、放電時間など）を読み取り、この容量値に基づいて第１のサンプリング期間中に第１のシールド電極１５１の近くの物体の近接度を検出することができる。
一変形例では、システム１００は、第１のシールド電極１５１に隣接して力感知層１３０に結合された（例えば、上に配置された）第２のシールド電極１５２をさらに含み、これは力感知層１３０の第２の領域を横切って延在し、基板１１０を介してコントローラ１６０に電気的に結合されている。この変形例では、第１および第２のシールド電極は、抵抗走査サイクル中に仮想基準電位に駆動された場合、協働して抵抗性タッチセンサ１２０および力感知層１３０を横切るアクティブシールドを形成し、これによって抵抗性タッチセンサ１２０に向かって放射されるノイズを遮蔽または低減し、抵抗性タッチセンサ１２０から読み出される抵抗データの精度を向上させる。この変形例では、コントローラ１６０は、投影型自己容量技術を実施して、処理サイクル中の第１の電極と第２の電極との間の容量値（例えば、充電時間、放電時間など）を読み取り、この容量値に基づいて第１のサンプリング期間中に第１のシールド電極１５１の近くの物体の近接度を検出することができる。
【0047】
１つの構成では、抵抗性タッチセンサ１２０は直線的なタッチ領域を画定し、システム１００は、図９Ｂに示されているように、抵抗性タッチセンサ１２０の右側領域に配置された右側シールド電極と、抵抗性タッチセンサ１２０の左側領域に配置された左側シールド電極との２つの直線的シールド電極を具える。この構成において、コントローラ１６０は、左シールド電極を接地し、右シールド電極を目標シールド電位に駆動して、右シールド電極が左シールド電極に容量結合するようにする。左右のシールド電極から容量値を読み出し、処理サイクル中に投影型自己容量技術に従ってこの容量値に基づいてカバー層１４１の近くに（導電性の）物体があるかどうかを判断することができる。
【0048】
７．４投影型自己容量：複数のシールド電極
図４および図９Ｃに示す別の構成では、システム１００は、それぞれコントローラ１６０の１つのチャネルに個別に結合された、８つの矩形シールド電極の２×４グリッドアレイ、１８の六角形シールド電極の３×６グリッドアレイ、または３２の円形シールド電極の４×８グリッドアレイといったシールド電極のグリッドアレイを含む。この構成において、シールド電極のグリッドアレイを力感知層１３０の上（または中）に単一の平面内に構成することができ、コントローラ１６０は上述した投影型自己容量技術を実施して、静電容量走査期間中に各シールド電極から静電容量値を読み出し、各シールド電極に割り当てられた、または計算された静電容量値のベースラインに基づいてグリッドアレイ内の１以上のシールド電極上の塊体とこれらの静電容量値とを相関させることができる。
図４および図９Ｃに示す別の構成では、システム１００は、それぞれコントローラ１６０の１つのチャネルに個別に結合された、８つの矩形シールド電極の２×４グリッドアレイ、１８の六角形シールド電極の３×６グリッドアレイ、または３２の円形シールド電極の４×８グリッドアレイといったシールド電極のグリッドアレイを含む。この構成において、シールド電極のグリッドアレイを力感知層１３０の上（または中）に単一の平面内に構成することができ、コントローラ１６０は上述した投影型自己容量技術を実施して、静電容量走査期間中に各シールド電極から静電容量値を読み出し、各シールド電極に割り当てられた、または計算された静電容量値のベースラインに基づいてグリッドアレイ内の１以上のシールド電極上の塊体とこれらの静電容量値とを相関させることができる。
【0049】
例えば、隣接するシールド電極は、検知電極およびセンサ接地電極対としてグループ化することができる。ブロックＳ１１０において、静電容量走査期間中、コントローラ１６０は、第１のセンサ接地電極を接地に結びつけ、第１のセンサ接地電極に隣接する第１の検知電極を第１のセンサ接地電極上の目標電位に駆動し、すべての他のシールド電極をフロートさせる。第１検知電極と第１のセンサ接地電極との間の寄生容量を表す容量値を検知電極から読み取る。次に、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２で、第１の検知電極および第１のセンサ接地電極をフロートさせ、このプロセスを他の検知電極とセンサ接地電極の対ごとに繰り返すことができる。この例では、コントローラ１６０は、４つの円形の検出電極のクラスタ内に中心を合わせた単一の円形センサ接地電極のように、単一のセンサ接地電極を複数の検出電極と対にすることもできる。コントローラ１６０はまた、抵抗性タッチセンサ１２０上の対応する検知電極の既知の位置とともに各容量値を記憶し、次に、上述のように各容量値を処理して、物体がそれぞれのシールド電極の既知の位置に配置されているかを判断する。したがって、この構成では、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２において、高解像度の静電容量データを収集し、ブロックＳ１２４において、これらのシールド電極の既知の位置に基づいて、処理サイクル中に、これらのデータを、カバー層１４１の近くに物体が存在するかどうか、およびカバー層１４１上のこの物体のおおよその位置へと変換する。
【0050】
しかしながら、抵抗走査サイクルの間、コントローラ１６０は、すべての検知電極およびセンサ接地電極を含むすべてのシールド電極を仮想基準電位に駆動することができる。シールド電極はこのように協働して、外部電子回路によって抵抗性タッチセンサ１２０の方へ放射されるノイズを遮蔽または低減するために、抵抗性タッチセンサ１２０を横切るアクティブシールドを形成する。
【0051】
７．５投影型相互キャパシタンス：シールド電極のグリッドアレイ
図９Ｄに示す別の変形例では、システム１００は、第１の平面内の複数の行のシールド電極と、第１の平面から（例えば上に）垂直にオフセットした第２の平面内の複数の列のシールド電極とを具え、各行と列のシールド電極はコントローラ１６０に電気的に結合されている。ブロックＳ１２４において、静電容量走査期間の間、コントローラ１６０は、シールド電極の各列を順次フロートさせて駆動するとともに、シールド電極の各行を順次フロートさせて接地し（またはその逆）、投影型相互キャパシタンス検知技術に従って、カバー層１４１の近くの１以上の物体の存在、サイズ、および／または相対的位置を検出する。ブロックＳ１４０において、例えば、処理サイクル内の容量走査期間中に、コントローラ１６０は、隣接する列内および行内のシールド電極の対から容量値を順次読み出し、これらのシールド電極対から読み出された静電容量値と、同じまたは前の処理サイクル中にこれらのシールド電極対から読み取られたベースライン静電容量値および／または前の静電容量値に基づいて、力感知層１３０に近接する物体の位置およびサイズを表す静電容量イメージを生成し、次いでこの容量イメージを、同じサンプリング期間中に生成された力のタッチイメージとペアにする。
図９Ｄに示す別の変形例では、システム１００は、第１の平面内の複数の行のシールド電極と、第１の平面から（例えば上に）垂直にオフセットした第２の平面内の複数の列のシールド電極とを具え、各行と列のシールド電極はコントローラ１６０に電気的に結合されている。ブロックＳ１２４において、静電容量走査期間の間、コントローラ１６０は、シールド電極の各列を順次フロートさせて駆動するとともに、シールド電極の各行を順次フロートさせて接地し（またはその逆）、投影型相互キャパシタンス検知技術に従って、カバー層１４１の近くの１以上の物体の存在、サイズ、および／または相対的位置を検出する。ブロックＳ１４０において、例えば、処理サイクル内の容量走査期間中に、コントローラ１６０は、隣接する列内および行内のシールド電極の対から容量値を順次読み出し、これらのシールド電極対から読み出された静電容量値と、同じまたは前の処理サイクル中にこれらのシールド電極対から読み取られたベースライン静電容量値および／または前の静電容量値に基づいて、力感知層１３０に近接する物体の位置およびサイズを表す静電容量イメージを生成し、次いでこの容量イメージを、同じサンプリング期間中に生成された力のタッチイメージとペアにする。
【0052】
しかしながら、抵抗走査サイクルの間、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０においてシールド電極のすべての行および列を仮想基準電位（例えば、機器ＬＯ電位または機器ＨＩ電位）に駆動することができる。これによりシールド電極は協働して、外部電子回路により抵抗性タッチセンサ１２０に向かって放射されるノイズを遮蔽または低減するために、抵抗性タッチセンサ１２０を横切るアクティブシールドを形成することができる。
【0053】
７．６複数のシールド電極層
さらに別の変形例では、システム１００は、シールド電極の複数の層を含む。例えば、システム１００は、シールド電極の第１層およびシールド電極の第２層を含むことができ、コントローラは、抵抗および処理期間の両方の間、第１層の電極を仮想接地電位に駆動することができる。しかしながら、この例では、コントローラは、抵抗走査サイクル中に第２層の検知電極を仮想接地電位に選択的に駆動することにより、シールド電極の第１層と協働して抵抗性タッチセンサ１２０のノイズを除去し、上述したように、処理サイクル中に第２層の検知電極から静電容量値を選択的に読み取って、タッチセンサ表面付近の塊体の存在を検出してもよい。
さらに別の変形例では、システム１００は、シールド電極の複数の層を含む。例えば、システム１００は、シールド電極の第１層およびシールド電極の第２層を含むことができ、コントローラは、抵抗および処理期間の両方の間、第１層の電極を仮想接地電位に駆動することができる。しかしながら、この例では、コントローラは、抵抗走査サイクル中に第２層の検知電極を仮想接地電位に選択的に駆動することにより、シールド電極の第１層と協働して抵抗性タッチセンサ１２０のノイズを除去し、上述したように、処理サイクル中に第２層の検知電極から静電容量値を選択的に読み取って、タッチセンサ表面付近の塊体の存在を検出してもよい。
【0054】
しかしながら、システム１００は、任意の他の数、形状、および／または構成のシールド電極を含むことができ、コントローラ１６０は、システム１００の動作中の静電容量走査期間中にこれらのシールド電極から容量値を読み取る任意の他の方法または技術を実施することができる。
【0055】
８．タッチイメージ
ブロックＳ１４０において（例えば、処理サイクルの間）、コントローラ１６０は、先行する抵抗走査サイクルの間に抵抗性タッチセンサ１２０から収集された抵抗データと、同時または先行する静電容量走査期間にシールド電極１５０から収集されたキャパシタンス値を、図４に示すように、現在のサンプリング期間中にカバー層１４１の近くの物体および／またはカバー層１４１に加えられる力を表すタッチイメージに変換する。通常、コントローラ１６０は、対応するサンプリング期間の時間（例えば、サンプリング期間の開始時間または終了時間）と、力が検出された抵抗性タッチセンサ１２０上の各検知電極および駆動電極対のアドレス（例えば、位置）およびこの力の大きさと、カバー層１４１上で検出された１つまたは複数の物体（すなわち、塊体）のおおよその位置および／またはサイズとを含むタッチイメージを生成する。例えば、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０内の各検知電極および駆動電極対上のカバー層１４１に印加される（ベースライン力の大きさを上回る）力の大きさを表す第１のマトリックスと、力感知層１３０の上の各シールド電極の近くで検出された塊体の近接度および／またはサイズを表す第２のマトリックスとを含み得タッチイメージを生成することができる。特に、この例では、コントローラ１６０は、抵抗性走査サイクル中に読み取られる抵抗値のセットと抵抗性タッチセンサ１２０用のベースライン抵抗値との間の差に比例する、カバー層１４１を横切って印加される力の大きさを表す力画像を生成し、後続の静電容量走査期間中に記録された静電容量値のセットとシールド電極１５０のセット用のベースライン（または前の）静電容量値との間の差の大きさに基づいて表面の近くに検出される物体を表す静電容量画像を生成し、この静電容量画像を力画像に整列させ、静電容量画像と力画像とを現在のサンプリング期間のタッチイメージへとパッケージングする。
ブロックＳ１４０において（例えば、処理サイクルの間）、コントローラ１６０は、先行する抵抗走査サイクルの間に抵抗性タッチセンサ１２０から収集された抵抗データと、同時または先行する静電容量走査期間にシールド電極１５０から収集されたキャパシタンス値を、図４に示すように、現在のサンプリング期間中にカバー層１４１の近くの物体および／またはカバー層１４１に加えられる力を表すタッチイメージに変換する。通常、コントローラ１６０は、対応するサンプリング期間の時間（例えば、サンプリング期間の開始時間または終了時間）と、力が検出された抵抗性タッチセンサ１２０上の各検知電極および駆動電極対のアドレス（例えば、位置）およびこの力の大きさと、カバー層１４１上で検出された１つまたは複数の物体（すなわち、塊体）のおおよその位置および／またはサイズとを含むタッチイメージを生成する。例えば、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０内の各検知電極および駆動電極対上のカバー層１４１に印加される（ベースライン力の大きさを上回る）力の大きさを表す第１のマトリックスと、力感知層１３０の上の各シールド電極の近くで検出された塊体の近接度および／またはサイズを表す第２のマトリックスとを含み得タッチイメージを生成することができる。特に、この例では、コントローラ１６０は、抵抗性走査サイクル中に読み取られる抵抗値のセットと抵抗性タッチセンサ１２０用のベースライン抵抗値との間の差に比例する、カバー層１４１を横切って印加される力の大きさを表す力画像を生成し、後続の静電容量走査期間中に記録された静電容量値のセットとシールド電極１５０のセット用のベースライン（または前の）静電容量値との間の差の大きさに基づいて表面の近くに検出される物体を表す静電容量画像を生成し、この静電容量画像を力画像に整列させ、静電容量画像と力画像とを現在のサンプリング期間のタッチイメージへとパッケージングする。
【0056】
コントローラ１６０は、このタッチイメージを、ラップトップコンピュータやタブレットのような接続されたデバイスに有線または無線接続を介して実質的にリアルタイムで渡すことができる。この例では、接続されたデバイスは、グラフィカルモデルの位置を変えることによって、または位置、サイズ、力の大きさ、および／または第１のマトリクス内に表された１つまたは複数の力の入力の種類などに基づいて、および／または第２のマトリクスに表された隣接する塊体のサイズおよび／または位置に基づいて、グラフィカルユーザインターフェース内の仮想制御面を操作することによって、タッチイメージに従って接続または統合されたグラフィカルユーザインターフェースを更新することができる。
【0057】
コントローラ１６０は、システム１００の動作中に、後続のサンプリング期間ごとにこのプロセスを繰り返すことができる。
【0058】
８．１抵抗データと静電容量データのマージ
図３Ａに示す１つの実施形態では、第１のサンプリング期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１２で第１の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０をスキャンし、第１の抵抗走査サイクルが終了すると、ブロックＳ１２０で第１の抵抗走査サイクルからの抵抗データに対して初期処理を行いながら、ブロックＳ１２２で第１の容量走査期間中にシールド電極を走査し、ブロックＳ１４０で第１の抵抗走査サイクルの抵抗データと第１の容量走査期間からの静電容量データとから第１のサンプリング期間の第の１タッチイメージを生成する。コントローラ１６０は、このプロセスを第２のサンプリング期間にわたって繰り返す。
図３Ａに示す１つの実施形態では、第１のサンプリング期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１２で第１の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０をスキャンし、第１の抵抗走査サイクルが終了すると、ブロックＳ１２０で第１の抵抗走査サイクルからの抵抗データに対して初期処理を行いながら、ブロックＳ１２２で第１の容量走査期間中にシールド電極を走査し、ブロックＳ１４０で第１の抵抗走査サイクルの抵抗データと第１の容量走査期間からの静電容量データとから第１のサンプリング期間の第の１タッチイメージを生成する。コントローラ１６０は、このプロセスを第２のサンプリング期間にわたって繰り返す。
【0059】
図３Ｂに示される同様の実施形態では、第１のサンプリング期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１２で第１の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０を走査し、第１の抵抗走査サイクルが完了したらブロックＳ１２２で第１の容量走査期間中にシールド電極を走査する。そして、第１の処理サイクル中に、ブロックＳ１４０で第１の抵抗走査サイクルからの抵抗データおよび第１の容量走査期間からの容量データから、第１のサンプリング期間の第１のタッチイメージを生成する。コントローラ１６０は、このプロセスを第２のサンプリング期間にわたって繰り返す。
【0060】
図３Ｃに示す別の実施例では、第１のサンプリング期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１２で第１の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０を走査し、第１抵抗走査サイクルが完了すると、ブロックＳ１２２で第１の静電容量走査期間にシールド電極を走査し、ブロックＳ１４０で第１の抵抗走査サイクルの抵抗データから第１のサンプリング期間の第１のタッチイメージを生成する。この実施例では、第２のサンプリング期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１２で第２の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０を走査し、第２の抵抗走査サイクルが完了すると、ブロックＳ１２２で第２の容量走査期間中にシールド電極を走査し、ブロックＳ１４０で第２の抵抗走査サイクルからの抵抗データと第１の容量走査期間からの容量データから第１のサンプリング期間の第２のタッチイメージを生成する。第１の静電容量走査期間から開始する。第３のサンプリング期間中、コントローラ１６０は、同様に、ブロックＳ１４０で第３の抵抗走査サイクルからの抵抗データと第２の容量走査期間からの容量データとを第３のサンプリング期間の第３のタッチイメージへとマージする。
【0061】
８．２処理サイクルごとの複数の静電容量走査期間
上述したように、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２において、１のサンプリング期間内に処理サイクルごとに複数の静電容量走査期間を実行することもできる。例えば、先行する抵抗走査サイクルの間に記録された抵抗値を処理する間に、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２で第１の静電容量走査期間中にシステム１００内のシールド電極間の静電容量値（例えば充電時間）の第１のセットを読み出し、ブロックＳ１２４で第１の静電容量値のセットと第２の静電容量値のセットとの差に基づいて、カバー層１４１の特定の領域に対する物体の近接度を検出することができる。具体的には、コントローラ１６０は、抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０内の比較的多数の検知電極および駆動電極対１２１を介して高分解能の抵抗データ（例えば、抵抗値）を収集し、比較的少数のシールド電極を介してカバー層１４１の上または近くの物体を表す低解像度の容量データを収集し、一方で処理サイクル中に抵抗データを力（または圧力）の入力値へと処理する。比較的少数のシールド電極が走査される静電容量走査期間は、多数の抵抗値を処理するよりも（かなり）短い時間で済むため、コントローラ１６０は、１回の処理サイクル中に複数の静電容量走査期間を実行し、得られた容量値を静電容量画像へと処理することができる。
上述したように、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２において、１のサンプリング期間内に処理サイクルごとに複数の静電容量走査期間を実行することもできる。例えば、先行する抵抗走査サイクルの間に記録された抵抗値を処理する間に、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２で第１の静電容量走査期間中にシステム１００内のシールド電極間の静電容量値（例えば充電時間）の第１のセットを読み出し、ブロックＳ１２４で第１の静電容量値のセットと第２の静電容量値のセットとの差に基づいて、カバー層１４１の特定の領域に対する物体の近接度を検出することができる。具体的には、コントローラ１６０は、抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０内の比較的多数の検知電極および駆動電極対１２１を介して高分解能の抵抗データ（例えば、抵抗値）を収集し、比較的少数のシールド電極を介してカバー層１４１の上または近くの物体を表す低解像度の容量データを収集し、一方で処理サイクル中に抵抗データを力（または圧力）の入力値へと処理する。比較的少数のシールド電極が走査される静電容量走査期間は、多数の抵抗値を処理するよりも（かなり）短い時間で済むため、コントローラ１６０は、１回の処理サイクル中に複数の静電容量走査期間を実行し、得られた容量値を静電容量画像へと処理することができる。
【0062】
８．３タッチイメージの力領域のラベリング
ステップＳ１４０において、コントローラ１６０は、シールド電極１５１から読み出された静電容量値を抵抗性タッチセンサ１２０から収集された抵抗値とマージすることによって、カバー層１４１の入力の種類または接触する入力物体を特徴付けることもできる。
ステップＳ１４０において、コントローラ１６０は、シールド電極１５１から読み出された静電容量値を抵抗性タッチセンサ１２０から収集された抵抗値とマージすることによって、カバー層１４１の入力の種類または接触する入力物体を特徴付けることもできる。
【0063】
例えば、コントローラ１６０は、カバー層１４１の上で抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０を介して検出された小さな力の接触領域と、後続または先行する静電容量走査期間中に電極を介して検出された比較的小さい塊体を、システム１００と接触するペン、スタイラス、または小さなペイントブラシと相関させることができる。この例では、コントローラ１６０は、カバー層１４１上の広い力の接触面積および比較的小さな塊体を、カバー層１４１に接触する幅広のペイントブラシと相関させることもでき、コントローラ１６０は、カバー層１４１上の広い力接触領域および比較的大きな塊体を、システム１００と接触している手のひらまたは拳と相関させることができる。
【0064】
同様に、ユーザがカバー層１４１の上に実質的に非導電性のスタイラスで描く場合、抵抗性のタッチセンサ１２０は、カバー層１４１と接触する第１の物体の存在および位置を検出することができる。しかしながら、スタイラスは実質的に非導電性であるため、コントローラ１６０は、第１の物体の検出された位置に近接する第１のシールド電極１５１の静電容量値において（有意の）変化（または「摂動」）を検出しない。したがって、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０によって検出される第１物体の力入力領域と第１のシールド電極１５１における静電容量変化の欠如とを、非導電性物体（例えばスタイラス）による入力と相関させることができる。この実施形態では、抵抗性タッチセンサ１２０は、第１の物体の近くのカバー層１４１と接触する第２の物体の存在および位置を検出することもでき、コントローラ１６０は、検出された第２の物体の位置に近接している第２のシールド電極１５２の静電容量値の変化（または「摂動」）を検出することができる。コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０によって検出された第２の物体の力入力領域のサイズおよび位置と、第２のシールド電極１５２における静電容量の変化に基づいて、第２の物体を、導電性の物体（例えば、ユーザの手のひら）と相関させて、第２の物体を除外して第１の物体を優先し、第２の物体の力の入力領域における力の大きさおよび位置を除いた、第１の物体の力入力領域における力の大きさおよび位置を含むタッチイメージ（後述する）を出力することができる。代替的に、システム１００は、物体の種類（それぞれ、スタイラス、手のひらなど）、導電率、または導電クラス（それぞれ、非導電性、導電性など）でラベル付け（またはタグ付け）された、第１の物体および第２の物体の力の大きさと力の入力領域の位置とを含むタッチイメージを出力可能である。
【0065】
例えば、処理サイクルの間、コントローラ１６０は、抵抗走査サイクル中に記録された抵抗値のセットを、カバー層１４１上の第１の接触領域にわたって印加された第１の力の第１の大きさ、カバー層１４１上の第２の接触領域にわたって印加された第２の力の第２の大きさへと変換し、ここで第２の接触領域は第１の接触領域とは異なり、かつ第１の接触領域より小さく；第１の接触領域に近接する静電容量値のセットで表される第１の摂動が、第２の接触領域に近接する静電容量値のセットにおける第２の摂動を越えることに応答して、第２の接触領域に近接する第２の物体をスタイラスと認識し；第１の接触領域はスタイラス入力ではないと定義して第１の大きさでラベリングし、第２の接触領域をスタイラス入力であると定義して第２の大きさでラベリングしたタッチイメージを生成することができる。
【0066】
９．入力スキーマ
ブロックＳ１４０において、コントローラ１６０はまた、シールド電極１５０から読み出された静電容量値に基づいて、カバー層１４１に加えられる力の特徴付けのための入力スキーマを選択することができる。システム１００が左シールド電極と右シールド電極とを具える上記実施例では、コントローラ１６０（またはシステム１００に有線または無線で接続された演算デバイス）は、一次入力スキーム従って、抵抗性タッチセンサ１２０を介して検知された、単一の力の入力を処理する。しかし、この実施例において、コントローラ１６０が、抵抗性タッチセンサ１２０の右側に入力される第１の力と、抵抗性タッチセンサ１２０の左側に入力される別個の第２の力とを検出した場合、コントローラ１６０は、第１および第２の力の入力のそれぞれについて、左右のシールド電極から読み出された静電容量値に基づいて、入力スキームを選択することができる。具体的には、コントローラ１６０は、（例えば、前の抵抗走査からの抵抗データが処理サイクル中に処理される間に）右左のシールド電極から容量値を読み出し、これらの容量値を、右シールド電極上の塊体のサイズの第１の近似値（approximation）と、左シールド電極上の塊体のサイズの第２の近似値とに変換する。そして、右シールド電極上の塊体のサイズの第１の近似値が、左シールド電極上の塊体のサイズの第２の近似値を超える（またはその逆の）場合に、第１の力の入力（例えば、右手）に第１の入力スキームを割り当て、第２の力の入力（例えば、左手の指）に第２の入力スキームを割り当てる。
ブロックＳ１４０において、コントローラ１６０はまた、シールド電極１５０から読み出された静電容量値に基づいて、カバー層１４１に加えられる力の特徴付けのための入力スキーマを選択することができる。システム１００が左シールド電極と右シールド電極とを具える上記実施例では、コントローラ１６０（またはシステム１００に有線または無線で接続された演算デバイス）は、一次入力スキーム従って、抵抗性タッチセンサ１２０を介して検知された、単一の力の入力を処理する。しかし、この実施例において、コントローラ１６０が、抵抗性タッチセンサ１２０の右側に入力される第１の力と、抵抗性タッチセンサ１２０の左側に入力される別個の第２の力とを検出した場合、コントローラ１６０は、第１および第２の力の入力のそれぞれについて、左右のシールド電極から読み出された静電容量値に基づいて、入力スキームを選択することができる。具体的には、コントローラ１６０は、（例えば、前の抵抗走査からの抵抗データが処理サイクル中に処理される間に）右左のシールド電極から容量値を読み出し、これらの容量値を、右シールド電極上の塊体のサイズの第１の近似値（approximation）と、左シールド電極上の塊体のサイズの第２の近似値とに変換する。そして、右シールド電極上の塊体のサイズの第１の近似値が、左シールド電極上の塊体のサイズの第２の近似値を超える（またはその逆の）場合に、第１の力の入力（例えば、右手）に第１の入力スキームを割り当て、第２の力の入力（例えば、左手の指）に第２の入力スキームを割り当てる。
【0067】
前述の実施形態の一例では、ユーザが右手でカバー層１４１の右側にペンで描きながら、カバー層１４１の左側の面を間欠的に左手の人差し指で払う（swipe）と、コントローラ１６０は、左右のシールド電極を介して、ペンおよびユーザの左手人差し指からの力の入力を抵抗性タッチセンサ１２０を介して追跡し、ユーザの右手および左手人差し指に対応する塊体の位置を追跡することができる。ユーザの右手は、ユーザの左手人差し指がもたらす左シールド電極の静電容量値よりも、右シールド電極の容量値に大きな起伏を生じさせるので、コントローラ１６０は、右電極上の塊体が、左電極上の塊体を越えると判断することができる。次に、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０の左右の領域における力の接触領域のサイズに関係なく（ユーザの人差し指がペンの先端よりも大きくてもよい）、抵抗性タッチセンサ１２０の右側に検出された力の入力に第１の入力スキームを割り当て、抵抗性タッチセンサ１２０の左側に検出された力の入力に第２の入力スキームを割り当てる。例えば、システム１００に接続された演算デバイスは、グラフィカルユーザインターフェースを更新して、第１の入力スキームに従って抵抗性タッチセンサ１２０の右側で力の入力の経路をたどる線を描くことができ、演算デバイスは第２の入力スキームに従って抵抗性タッチセンサ１２０の左側の入力に基づいてグラフィカルユーザインターフェースに描かれた線の幅および／または色を更新することができる。
【0068】
コントローラ１６０は、類似の方法および技術を実施して、隣接するシールド電極の近くの、これに向かう、あるいはその上の塊体の、近接度、接近速度、あるいはホバリング時間に基づいて、抵抗式タッチセンサ１２０上で検出された力の入力に入力スキームを割り当てることができる。
【0069】
さらに、この構成では、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０にわたる複数の別個の力の入力を検出し、左右のシールド電極の一方または両方の上の塊体を検出し、その後に、図４に示すように、各シールド電極の上の塊体の推定サイズに基づいて、検出された力の入力のクラスタをグループ化することができる。例えば、コントローラ１６０は、抵抗走査サイクル中の抵抗性タッチセンサ１２０の走査から、４つの別個の力の入力がカバー層１４１の右側に存在し、カバー層１４１の左側に２つの異なる力入力が存在することを特定することができる。この例では、コントローラ１６０は、次の処理サイクル中のシールド電極の走査から、１つの塊体がカバー層１４１の右側に存在し、１つの塊体がカバー層１４１の左側に存在し、右側のラフ電極の容量値の摂動は左側のラフ電極の容量値の摂動とは切り離されている（すなわち、同じ周波数で変化しない）ことを同定することができる。従って、コントローラ１６０は、カバー層１４１の右側の４つの力の入力をグループ化して、このグループをユーザの右手に割り当てることができ、コントローラ１６０は、カバー層１４１の左側の２つの力の入力をグループ化して、このグループをユーザの左手に割り当てることができる。
【0070】
この構成では、コントローラ１６０はまた、上述の方法および技術を実施して、シールド電極の容量値の摂動から特定される、カバー層１４１への塊体の接近およびカバー層１４１からの塊体の離隔に基づいて、抵抗性タッチセンサ１２０を間欠的に作動および非作動させることができる。例えば、コントローラ１６０は、右側のシールド電極の容量値の摂動から特定される、カバー層１４１の右側に向かう塊体の接近（および離隔）に基づいて、抵抗性タッチセンサ１２０の左側とは独立して、抵抗性タッチセンサ１２０の右側を選択的に活性化および非活性化することができ、その逆も可能である。
【0071】
１０．ホバー検出と抵抗性タッチセンサの起動
１つの変形例では、ブロックＳ１１２において、コントローラ１６０は、シールド電極１５０から読み出される静電容量値の摂動から特定される、カバー層１４１の近くに検出された物体の存在に基づいて、抵抗タッチセンサ１２０を選択的に作動させる。例えば、コントローラ１６０が抵抗走査サイクル中に収集された抵抗データに基づいてカバー層１４１に何も力が存在せず、前後の静電容量走査中に収集された静電容量値に基づいてカバー層１４１の近くに何も物体がないと判断したら、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０で、抵抗型タッチセンサ１２０を非活性化することができる。しかしながら、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２で接近する物体について継続的にシールド電極を走査し、シールド電極から読み出された静電容量値に基づいて塊体の接近が検出されると抵抗性タッチセンサ１２０を再起動し、これによりシステム１００の動作中にカバー層１４１上の入力に対する感度を犠牲にすることなく抵抗性タッチセンサ１２０を走査しデータを処理するために必要とされる電力消費を低減することができる。
１つの変形例では、ブロックＳ１１２において、コントローラ１６０は、シールド電極１５０から読み出される静電容量値の摂動から特定される、カバー層１４１の近くに検出された物体の存在に基づいて、抵抗タッチセンサ１２０を選択的に作動させる。例えば、コントローラ１６０が抵抗走査サイクル中に収集された抵抗データに基づいてカバー層１４１に何も力が存在せず、前後の静電容量走査中に収集された静電容量値に基づいてカバー層１４１の近くに何も物体がないと判断したら、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０で、抵抗型タッチセンサ１２０を非活性化することができる。しかしながら、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２２で接近する物体について継続的にシールド電極を走査し、シールド電極から読み出された静電容量値に基づいて塊体の接近が検出されると抵抗性タッチセンサ１２０を再起動し、これによりシステム１００の動作中にカバー層１４１上の入力に対する感度を犠牲にすることなく抵抗性タッチセンサ１２０を走査しデータを処理するために必要とされる電力消費を低減することができる。
【0072】
一例では、起動時に、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０およびシールド電極の両方を走査する。抵抗性タッチセンサ１２０で局部的な力の入力が検出されなかったら、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０を停止させ、１以上のシールド電極から読み出された静電容量値の変化に基づいて塊体の接近が検出されたら、抵抗性のタッチセンサ１２０を再起動する（すなわち、抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０を走査する）。この例では、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクルの間、コントローラ１６０は、第１のシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動し、抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１にまたがる抵抗値の第１のセットを読み取る。第１のサンプリング期間中の第１の抵抗走査サイクルに続く第１の処理サイクル中、コントローラ１６０は、抵抗値の第１のセットにおける抵抗値がデフォルトの閾値抵抗値より低いままである場合に表面に力が加わっていないことを検出し、第１のシールド電極１５１を仮想基準電位から解放し；第１のシールド電極１５１の第１の容量値を読み出し；第１の静電容量値に基づいて第１のサンプリング期間中にカバー層１４１に近接する物体がないことを検出する。第１のサンプリング期間に続く第２のサンプリング期間の第２の抵抗走査サイクルの間、コントローラ１６０は、カバー層１４１に加えられる力の不存在および第１の期間中の表面に近接する物体の不存在の検出に応答して、抵抗性タッチセンサ１２０を停止することができる。コントローラ１６０は、第２のサンプリング期間内の第２の抵抗走査サイクルに続く第２の処理サイクルの間に、第１のシールド電極１５１の第２の容量値を読み取り；第２の容量値に基づいて、第２のサンプリング期間中に表面に近接する第１の物体を検出する。コントローラ１６０は、第２のサンプリング期間に続く（直後の）第３のサンプリング期間に、第１のシールド電極１５１を仮想基準電位に駆動し、第２のサンプリング期間中に表面に近接した第１の物体の検出に応答して、第３のサンプリング期間の第３の抵抗走査サイクルの間に、抵抗値の第３のセットを読み取る。
【0073】
したがって、コントローラ１６０は、ブロックＳ１２４でカバー層１４１に近接するが接触しない塊体を検出し、ブロックＳ１１０でそれに応じて抵抗性タッチセンサ１２０を選択的に活性化および非活性化するために、シールド電極の静電容量値の経時変化を経時的に追跡することができる。コントローラ１６０は同様の方法と技術を実施して、カバー層１４１から取り去られたが、依然としてカバー層１４１の近くにある塊体を追跡することができる。例えば、コントローラ１６０は、カバー層１４１から最大１インチの近接する塊体についてのシールド電極１５１の静電容量値の変化を検出するように構成することができる。この例では、カバー層１４１の表面への力の印加およびその後の除去の後、コントローラ１６０は、シールド電極１５１の静電容量値の検出可能な変化がシールド電極１５１から読み取られなくなるまで、またはシールド電極１５１の静電容量値の変化率が閾値時間の間、閾値レート以下となるまで、抵抗性タッチセンサ１２０からの抵抗値を走査して処理し続けることができる。
【0074】
１１．局所的感度調整
図７Ａおよび図７Ｂに示す別の変形例では、ブロックＳ１２０において、コントローラ１６０は、以前の（または同時の）静電容量走査中に収集された静電容量データに基づいて、抵抗走査サイクル中に収集された抵抗データに適用される、力の入力の感度を選択的に調整する。
図７Ａおよび図７Ｂに示す別の変形例では、ブロックＳ１２０において、コントローラ１６０は、以前の（または同時の）静電容量走査中に収集された静電容量データに基づいて、抵抗走査サイクル中に収集された抵抗データに適用される、力の入力の感度を選択的に調整する。
【0075】
例えば、コントローラ１６０が、前の抵抗走査サイクル中に収集された抵抗値に基づいてカバー層１４１に局所的な力の印加を検出しないが、前の静電容量走査期間中に収集された静電容量値に基づいてカバー層１４１の特定のサブ領域に近接する（例えば接近する）物体を検出している場合、コントローラ１６０は、カバー層１４１の特定のサブ領域に隣接する（およびこれをわずかに超える範囲の）抵抗性タッチセンサ１２０の検知電極および駆動電極対１２１の第１のサブセットに高い入力感度を割り当て、一方で抵抗性タッチセンサ１２０内のすべての他の（すなわち、第２のサブセットの）検知電極および駆動電極対１２１を低い入力感度に留める。この例では、コントローラ１６０は、抵抗走査サイクル中に検知電極および駆動電極対１２１の第１のサブセットから記録された抵抗値と、比較的小さな抵抗変化閾値とを比較し、これにより第１のサブセット内の検知電極および駆動電極対１２１から読み取られた抵抗値が、１）ベースライン抵抗値、または２）前のサンプリング期間中の検知電極および駆動電極対１２１から記録された抵抗値から、この比較的小さな、高感度の抵抗の変化閾値よりも大きく隔たっている場合に、カバー層１４１の特定のサブ領域内またはその近傍に力がかけられていると検出する。しかしながら、コントローラ１６０は、第２のサブセット内の検知電極および駆動電極対１２１から読み取られた抵抗値が、１）ベースライン抵抗値、または２）前のサンプリング期間中の検知電極および駆動電極対１２１から記録された抵抗値が、比較的大きな、低感度の抵抗の変化閾値よりも大きく隔たっている場合にのみ、カバー層１４１の特定のサブ領域外への力の印加を検出することができる。
【0076】
一実施形態では、コントローラ１６０は、シールド電極１５０のセットを仮想基準電位に駆動し、第１のサンプリング期間の第１の抵抗走査サイクル中に抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１にわたる抵抗値の第１のセットを読み取ることができる。次に、コントローラ１６０は、抵抗値の第１のセットにおける抵抗値がデフォルトの閾値抵抗値を下回ったままである場合に応答して、表面に局所的な力の印加がないことを検出し；シールド電極１５０のセットを仮想基準電位から解放し；シールド電極１５０のセットの容量値の第１のセットを読み取り；第１のサンプリング期間中の第１の抵抗走査サイクルに続く第１の処理サイクル中に容量値の第１のセットに基づいて、第１のサンプリング期間中にカバー層１４１に近接する物体がないことを検出することができる。第１のサンプリング期間に続く第２のサンプリング期間の第２の抵抗走査サイクル中、コントローラ１６０は、シールド電極１５０のセットを仮想基準電位に駆動し；抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１にわたる抵抗値の第２のセットを読み取ることができる。第２のサンプリング期間内の第２の抵抗走査サイクルに続く第２の処理サイクル中、コントローラ１６０は、抵抗値の第２のセットの抵抗値がデフォルトの閾値抵抗値を下回ったままである場合に応答して、カバー層１４１に局所的な力の印加がないことを検出し；シールド電極１５０のセットを仮想基準電位から解放し；シールド電極１５０のセットの容量値の第２のセットを読み出し；静電容量値の第２のセットに基づいて第２のサンプリング期間中にカバー層１４１上の特定の位置に近接する第１の物体を検出することができる。第２のサンプリング期間に続く第３のサンプリング期間の第３の抵抗走査サイクル中、コントローラ１６０は、シールド電極１５０のセットを仮想基準電位に駆動し；抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１にわたる抵抗値の第３のセットを読み取る。第３のサンプリング期間中の第３の抵抗走査サイクルに続く第３の処理サイクル中に、第２のサンプリング期間中のカバー層１４１の特定の位置に近接する第１の物体の検出に応答して、コントローラ１６０は、デフォルトの抵抗変化閾値よりも小さい第２の（すなわち高感度の）抵抗変化閾値を選択し；第２の閾値抵抗値を超える、抵抗値の第３のセット内で第１の位置に対応する、特定の抵抗値に従って、第１の物体の特定の位置に近接する第１の位置で表面に印加される第１の力を検出することができる。
【0077】
したがって、コントローラ１６０は、システム１００の動作中の処理サイクル中にシールド電極１５０から読み出された静電容量値に基づいて、カバー層１４１の近くに検出された物体の存在に基づいて、抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１の特定のサブセットのすべてまたは特定のものにわたって、カバー層１４１に印加される局所的な力の変化と相関している、抵抗性タッチセンサ１２０から読み取られた抵抗値の変化に対してより大きな感度を実現することができる。
【0078】
コントローラ１６０は、同様の方法および技術を実施して、カバー層１４１に近づく物体の検出されたサイズに比例して、カバー層１４１上の力の入力への感度を調節することができる。例えば、コントローラ１６０は、第１のシールド電極１５１での容量値における小さな摂動を検出し；この小さな摂動を第１のシールド電極１５１に隣接するカバー層１４１の第１の領域に向かう比較的小さな塊体の物体の接近に関連付け；スタイラスや指などの小さな物体がカバー層１４１に印加する力の入力に対する感度をより大きくするために、この第１の領域に隣接する検知電極および駆動電極対１２１の第１のサブセットから読み出された抵抗値に、より低い抵抗変化閾値を選択的に適用する。逆に、コントローラ１６０は、第２のシールド電極１５２における容量値の比較的大きな摂動を検出し；この大きな摂動を、第２のシールド電極１５２に隣接するカバー層１４１の第２の領域に向かう、比較的大きな塊体の物体の接近に関連付け；手のひらや前腕などのより大きな物体がカバー層１４１に印加する力の入力に対する感度を低減させるために、この第２の領域に隣接する検知電極および駆動電極対の第２のサブセットから読み出された抵抗値に、より高い抵抗変化閾値を選択的に適用する。
【0079】
コントローラ１６０は類似の方法および技術を実施して、物体がカバー層１４１に接近する速度に比例して、カバー層１４１上の力の入力に対する感度を調節することができる。例えば、コントローラ１６０は、一連のサンプリング期間にわたり隣接するシールド電極から読み出される静電容量値の変化率に基づいて、カバー層１４１の領域に近づく物体の速度を見積り；この領域に隣接する検知電極および駆動電極対１２１のサブセットから読み取られた抵抗値に対する抵抗変化閾値を、物体の接近速度に反比例して調整することができる。したがって、コントローラ１６０は、カバー層１４１にゆっくりと近づく力の入力に対する感度を高くし、カバー層１４１に素早く近づく力の入力に対する感度を低くすることができる。
【0080】
１２．局所的な解像度調整
図７Ａおよび図７Ｂに示す別の変形例では、ブロックＳ１１０において、コントローラ１６０は、前の（または同時の）静電容量走査期間中に収集された静電容量データに基づいて、現在の抵抗走査サイクルの間に抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１をコントローラ１６０が走査する解像度を選択的に調整する。例えば、コントローラ１６０が、先行する抵抗走査サイクル中に収集された抵抗値に基づいてカバー層１４１に局所的な力の印加を検出しないが、先行する容量走査期間中に収集された容量値に基づいてカバー層１４１の特定のサブ領域に近接する（例えば接近する）物体を検出した場合、コントローラ１６０は、カバー層１４１のこの特定のサブ領域に隣接する抵抗性タッチセンサ１２０の検知電極および駆動電極対１２１の第１のサブセットに高い走査解像度を割り当て；一方で抵抗性タッチセンサ１２０の他のすべての（すなわち、第２のサブセットの）検知電極および駆動電極対１２１にわたって低い走査分解能を維持する。この例では、コントローラ１６０は、第１のサブセットに割り当てられた高い走査分解能に従って第１のサブセット内の各検知電極および駆動電極対１２１を走査できるが、第２のサブセットに割り当てられた低い走査分解能に従って、第２のサブセット内では４つおきの検知電極および駆動電極対１２１のみを走査する。
図７Ａおよび図７Ｂに示す別の変形例では、ブロックＳ１１０において、コントローラ１６０は、前の（または同時の）静電容量走査期間中に収集された静電容量データに基づいて、現在の抵抗走査サイクルの間に抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１をコントローラ１６０が走査する解像度を選択的に調整する。例えば、コントローラ１６０が、先行する抵抗走査サイクル中に収集された抵抗値に基づいてカバー層１４１に局所的な力の印加を検出しないが、先行する容量走査期間中に収集された容量値に基づいてカバー層１４１の特定のサブ領域に近接する（例えば接近する）物体を検出した場合、コントローラ１６０は、カバー層１４１のこの特定のサブ領域に隣接する抵抗性タッチセンサ１２０の検知電極および駆動電極対１２１の第１のサブセットに高い走査解像度を割り当て；一方で抵抗性タッチセンサ１２０の他のすべての（すなわち、第２のサブセットの）検知電極および駆動電極対１２１にわたって低い走査分解能を維持する。この例では、コントローラ１６０は、第１のサブセットに割り当てられた高い走査分解能に従って第１のサブセット内の各検知電極および駆動電極対１２１を走査できるが、第２のサブセットに割り当てられた低い走査分解能に従って、第２のサブセット内では４つおきの検知電極および駆動電極対１２１のみを走査する。
【0081】
したがって、コントローラ１６０は、このような外部塊体から実質的に離れた他の検知電極および駆動電極対１２１よりも、カバー層１４１に近接または接近する塊体に近い検知電極および駆動電極対１２１からより大きな密度の抵抗データを収集することができる。したがって、コントローラ１６０は、抵抗走査サイクル当たりの総データ量を少なくすることによって、これらのデータをより短時間で処理し、最も入力がありそうな抵抗性タッチセンサ１２０の領域にわたる分解能を（実質的に）犠牲にすることなく、より大きなリフレッシュレート（すなわち単位時間当たりのタッチイメージ出力レート）を達成することができる。さらに、抵抗走査サイクルの間に収集された抵抗データに基づいてカバー層１４１上に入力が検出されると、コントローラ１６０はこの方法を継続的に実施して、隣接する静電容量走査期間中にシールド電極１５０から読み取られる静電容量値に基づいて抵抗性タッチセンサ１２０の選択領域における走査解像度を選択的に増加または減少させる。
【0082】
コントローラ１６０はまた、カバー層１４１に接近する物体の検出されたサイズに比例して、抵抗性タッチセンサ１２０の選択領域における走査解像度を調整するために、上記と同様の方法および技術を実施することができる。例えば、コントローラ１６０は、カバー層１４１の隣接領域に接近する比較的小さな物体の検出に応答して、抵抗性タッチセンサ１２０の特定領域における走査解像度を高めることができ、その逆も可能である。したがって、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０の領域の走査解像度を、抵抗性タッチセンサ１２０のこの領域に近づく物体のサイズに一致させることができ、走査サイクル中に収集される抵抗値の総量を制限し、物体とカバー層１４１との接触点の検出および位置特定を（実質的に）犠牲にすることなく、これらの抵抗データの処理時間を短縮することができる。
【0083】
コントローラ１６０は、物体がカバー層１４１に接近する速度に比例して、抵抗性タッチセンサ１２０の選択領域における走査解像度を調整するために、同様の方法および技術を実施することができる。例えば、コントローラ１６０は、カバー層１４１の隣接領域に急速に接近する物体の検出に応答して、抵抗性タッチセンサ１２０の特定領域の走査解像度を高めることができ、その逆も可能である。したがって、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０の領域のスキャン解像度を、オブジェクトが抵抗性タッチセンサ１２０のこの領域に近づく速度に一致させることができる。
【0084】
しかしながら、コントローラ１６０は、シールド電極１５０から読み出された静電容量値および／またはこれらの静電容量値に基づいて検出されたカバー層１４１近傍の物体に基づいて、抵抗性タッチセンサ１２０を作動させ、抵抗性タッチセンサ１２０の走査解像度を調整し、抵抗性タッチセンサ１２０で検出された入力に対する感度を調整する等の他の方法または技術を実施することができる。
【0085】
１３．水分検出
一変形形態では、コントローラ１６０は、カバー層１４１上の水分を検出し、それに応じてその動作を変更するようにさらに構成されている。例えば、ブロックＳ１４０において、コントローラ１６０は、サンプリング期間内の容量走査期間中にシールド電極の容量値を読み出し；容量値に基づいてカバー層１４１上の水分を検出し；次いで、表面上の水分の検出に応答して、表面に加えられた力および表面近傍の物体を表した、サンプリング期間中に生成されたタッチイメージをクリアする。
一変形形態では、コントローラ１６０は、カバー層１４１上の水分を検出し、それに応じてその動作を変更するようにさらに構成されている。例えば、ブロックＳ１４０において、コントローラ１６０は、サンプリング期間内の容量走査期間中にシールド電極の容量値を読み出し；容量値に基づいてカバー層１４１上の水分を検出し；次いで、表面上の水分の検出に応答して、表面に加えられた力および表面近傍の物体を表した、サンプリング期間中に生成されたタッチイメージをクリアする。
【0086】
システム１００が力感知層１３０の上にシールド電極のアレイを含む一実施態様では、コントローラ１６０は、漏れ電流の急激な増加、充電時間の急速な増加、および／また少ない数のサンプリング期間にわたる大部分の（例えば、すべての）シールド電極にわたる放電時間の急激な減少に基づいて、表面の流体流を検出する。別の実施形態では、コントローラ１６０は、一連のサンプリング期間にわたってカバー層１４１に複数の軽い瞬間的な衝撃を検出すると、次いで、パターンマッチング（または同様の）技術を実施して、これらの瞬間的な衝撃をカバー層１４１に雨が降っているとして特徴付ける。この実施例では、コントローラ１６０は、同じサンプリング期間にわたってシールド電極１５０から読み出された静電容量値の変化に応答して、カバー層１４１上の水の存在を降雨の結果として確認することもできる。そのような水分の存在が検出されると、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０および／またはシールド電極１５０の走査を停止し、代わりに空のタッチイメージを出力することができる。別の例では、表面上の水分を検出することに応答して、コントローラ１６０は、予め設定された期間だけタッチイメージの出力を停止し、非アクティブ（または「スリープ」）モードに移行することができる。この例では、表面上の水分を検出することに応答して、コントローラ１６０はさらに、例えば予め設定された期間、およびカバー層１４１から水分が除去されるまで、。接続された演算デバイスに同様に非アクティブ状態へと移行するようにコマンドを出力することができる。
【0087】
しかしながら、コントローラ１６０は、システム１００の動作中に収集された抵抗および／または静電容量値に基づいて、カバー層１４１上の水分を検出し反応する任意の他の方法または技術を実施することができる。
【0088】
１４．較正
図８に示す１つの変形例では、コントローラ１６０は、ブロックＳ１５０で抵抗性タッチセンサ１２０から収集された抵抗データに基づいて、シールド電極１５０の容量センサモデルを較正する。例えば、コントローラ１６０は、ブロックＳ１５０で、起動時、新規または異なるオーバーレイがカバー層１４１上に設置されたとき、またはシステム１００の動作中に時折（３分間隔で１回）、容量センサモデルを較正することができる。
図８に示す１つの変形例では、コントローラ１６０は、ブロックＳ１５０で抵抗性タッチセンサ１２０から収集された抵抗データに基づいて、シールド電極１５０の容量センサモデルを較正する。例えば、コントローラ１６０は、ブロックＳ１５０で、起動時、新規または異なるオーバーレイがカバー層１４１上に設置されたとき、またはシステム１００の動作中に時折（３分間隔で１回）、容量センサモデルを較正することができる。
【0089】
この変形例では、コントローラ１６０は、第１の時間において、抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極と駆動電極対１２１にわたる抵抗の第１の変化と、抵抗性タッチセンサ１２０の表面（例えば、カバー層１４１や、カバー層１４１上に設けられたオーバーレイ）への塊体の適用とを相関させ；第１の時間に続く第２の時間において、検知電極と駆動電極対１２１にわたる抵抗の第２の変化と、抵抗性タッチセンサ１２０の表面からの塊体の離隔とを相関させ；この第２の時間とほぼ同時に、検知電極と駆動電極対１２１に一致するシールド電極の容量値を読み出し；接地／検知電極における容量値を、カバー層１４１（またはオーバーレイ）には接触しないが抵抗性タッチセンサ１２０への塊体の近接に相関させることができる。例えば、コントローラ１６０は、閾値時間内に抵抗性タッチセンサ１２０内のすべての検知電極と駆動電極対１２１にわたって検出される力のほぼ均一な上昇に基づいて、カバー層１４１上にオーバーレイが適用されたことを検出することができ、これによりコントローラ１６０は、前述の方法を実施してシールド電極１５０のベースライン静電容量値（「容量センサモデル」）を再較正することができる。
【0090】
さらに、この変形例では、コントローラ１６０は、第１の時間と第２の時間との間の第１の期間にわたって、検知電極と駆動電極対１２１にわたる抵抗の変化率を計算し；検知電極と駆動電極対１２１にわたる抵抗の変化率に基づいて、抵抗性タッチセンサ１２０の表面からの塊体の離脱の速度を推定し；第２の時間に続く第２の期間にわたって、接触位置に一致するシールド電極１５１で一連の静電容量値を読み取り；一連の静電容量値内の各静電容量値と、表面からの塊体の推定離脱速度に基づく抵抗性タッチセンサの表面と塊体との間の推定距離と、を相関させる。したがって、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０の表面（例えば、カバー層１４１、カバー層１４１上に設置されたオーバーレイ）からの塊体の離脱速度を、抵抗式タッチセンサ１２０によって検出された力の入力の大きさの変化率に基づいて推定することができ、コントローラ１６０は、表面から塊体が離れてからの推定離脱速度に基づいて（例えば、その位置で検出される力の、ベースラインの力の大きさへの戻りに基づいて）、力の入力位置の上における塊体の位置を推定することができる。次に、コントローラ１６０は、表面から離脱後の塊体の経時的な推定位置を、対応する時間に力の入力位置に近接する（すなわち、その下の）シールド電極から読み取られた静電容量値にマッピングして、シールド電極に対する静電容量値ベースの塊体の位置モデルを生成することができる。
【0091】
図８に示される一例では、第１のサンプリング期間中、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１２で抵抗性タッチセンサ１２０から抵抗データを収集し；ブロックＳ１２０で抵抗性タッチセンサ１２０内の特定の検知電極と駆動電極対１２１間の抵抗の第１の変化を、カバー層１４１の上の第１の位置（特定の検知電極および駆動電極対に隣接する）に加えられた力の第１の大きさに変換する。第１のサンプリング期間に続く第２のサンプリング期間中に、コントローラ１６０は、ブロックＳ１１０においてシールド電極１５０のセットを仮想基準電位に駆動し；ブロックＳ１１２において、検知電極と駆動電極対１２１間の抵抗値の第２のセットを読み出し；ブロックＳ１２０において、特定の検知電極と駆動電極対１２１間の抵抗の第２の変化を、第１の位置の近くのカバー層１４１に加えられる力の第２の大きさに変換する。さらに、コントローラ１６０は、第２のサンプリング期間に続く第３のサンプリング期間中に、ブロックＳ１１０でシールド電極１５０のセットを仮想基準電位に駆動し、ブロックＳ１１２において、検知電極と駆動電極対１２１にわたる抵抗値の第３のセットを読み出し；ステップＳ１２０において、特定の検知電極と駆動電極対１２１間の抵抗値のセット内の抵抗の第３の変化に基づいて、カバー層１４１からの力の除去を検出し；その後にカバー層１４１上の第１の位置に隣接する（例えば、その下の）シールド電極の第３の容量値を読み取ることができる。コントローラ１６０は、このようにして、カバー層１４１からの第１の物体の離脱速度を、力の第１の大きさと第２の大きさの差に基づいて、および第１のサンプリング期間と第２のサンプリング期間の時間の差に基づいて計算することができる。第３のサンプリング期間で第１の位置の上のカバー層１４１上の物体の離脱が検出されると、コントローラ１６０は、カバー層１４１からの物体の離脱速度と、第２のサンプリング器間と第３のサンプリング期間の差とに基づいて、第３のサンプリング期間でカバー層１４１と物体との間の特定の距離を補間することもできる。最後に、コントローラ１６０は、第１の位置に隣接する第１のシールド電極１５１から読み取られた第３の容量値を、前記特定の距離に関連付け、それにより、カバー層１４１に近いが接触していない物体からの距離について第１のシールド電極を較正することができる。この例では、コントローラ１６０は、この特定の距離と第３の容量値（または、前のサンプリング期間から第３のサンプリング期間までの容量変化率または相対容量差）を静電容量センサモデルに格納することができる。コントローラ１６０はまた、ブロック１５０で、前のサンプリング期間（すなわち第１のサンプリング器間）中の第１の位置での力の接触範囲に基づいて物体のサイズを推定し；上述したように物体の種類を予想し；そして物体の推定サイズ、物体の予想された種類、および／または第３の静電容量値を、容量センサモデル内のこの特定の距離に関連付けることができる。
【0092】
代替的に、コントローラ１６０は、システム１００の各シールド電極について、ベースライン静電容量値、静電容量変化率のベースラインまたは閾値、および／または静電容量値ベースの塊体の位置モデルなどを含む静電容量センサモデルを保存することができる。
【0093】
１５．エラー削減
一変形例では、抵抗走査サイクルの間、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１における機器ＬＯ電圧と機器ＨＩ電圧との間のアナログ電圧値を読み取ることができる。抵抗走査サイクル中のシールド電極１５０と抵抗性タッチセンサ１２０との間の容量結合による誤差を最小限に抑えるために、コントローラ１６０は、シールド電極１５０を機器ＬＯ電圧（例えば、仮想基準電位）に保持して、抵抗走査サイクルの第１セグメント中に抵抗性タッチセンサ１２０を走査し；抵抗走査サイクルの第２セグメント中にシールド電極１５０を機器ＨＩ電圧まで引き上げ、抵抗性タッチセンサ１２０を走査し；次に抵抗走査サイクルの第１および第２セグメント中に抵抗性タッチセンサ１２０から走査された抵抗値を平均した後、次の抵抗処理サイクル中にこれらの抵抗データを処理する。同様に、コントローラ１６０は、後続の抵抗走査サイクルについてシールド電極１５０を機器ＬＯ電圧まで下げてから機器ＨＩ電圧まで引き上げる間で往復させ、最後と現在の抵抗走査サイクルからの抵抗データを平均して、抵抗性タッチセンサ１２０とシールド電極１５０との間の容量性結合に起因するこれらの抵抗データのノイズを除去または低減することができる。
一変形例では、抵抗走査サイクルの間、コントローラ１６０は、抵抗性タッチセンサ１２０内の検知電極および駆動電極対１２１における機器ＬＯ電圧と機器ＨＩ電圧との間のアナログ電圧値を読み取ることができる。抵抗走査サイクル中のシールド電極１５０と抵抗性タッチセンサ１２０との間の容量結合による誤差を最小限に抑えるために、コントローラ１６０は、シールド電極１５０を機器ＬＯ電圧（例えば、仮想基準電位）に保持して、抵抗走査サイクルの第１セグメント中に抵抗性タッチセンサ１２０を走査し；抵抗走査サイクルの第２セグメント中にシールド電極１５０を機器ＨＩ電圧まで引き上げ、抵抗性タッチセンサ１２０を走査し；次に抵抗走査サイクルの第１および第２セグメント中に抵抗性タッチセンサ１２０から走査された抵抗値を平均した後、次の抵抗処理サイクル中にこれらの抵抗データを処理する。同様に、コントローラ１６０は、後続の抵抗走査サイクルについてシールド電極１５０を機器ＬＯ電圧まで下げてから機器ＨＩ電圧まで引き上げる間で往復させ、最後と現在の抵抗走査サイクルからの抵抗データを平均して、抵抗性タッチセンサ１２０とシールド電極１５０との間の容量性結合に起因するこれらの抵抗データのノイズを除去または低減することができる。
【0094】
本書で説明されるシステムおよび方法は、コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体を受け取るように構成された装置として少なくとも部分的に実施および／または実装することができる。命令は、アプリケーション、アプレット、ホスト、サーバ、ネットワーク、ウェブサイト、通信サービス、通信インタフェース、ユーザコンピュータまたはモバイルデバイスのハードウェア／ファームウェア／ソフトウェア要素、リストバンド、スマートフォン、またはそれらの任意の適切な組合せと統合されたコンピュータ実行可能要素により実行することができる。実施形態の他のシステムおよび方法も、コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体を受け取るように構成された装置として少なくとも部分的に実施および／または実装することができる。命令は、上述したタイプの装置およびネットワークと統合されたコンピュータ実行可能要素によって実行することができる。コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、光デバイス（ＣＤまたはＤＶＤ）、ハードドライブ、フロッピードライブ、または任意の適切なデバイスなどの任意の適切なコンピュータ可読媒体に格納することができる。コンピュータ実行可能要素はプロセッサであってもよいが、任意の適切な専用ハードウェアデバイスが（代替的または追加的に）命令を実行することができる。
【0095】
当業者であれば、前述の詳細な説明、図面および特許請求の範囲から、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の実施形態を修正および変更することができるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】