特許 7348195 非接触ジェスチャ検出、及びホバー及び接触検出のための方法及びシステム

(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】

(24)【登録日】2023-09-11

(45)【発行日】2023-09-20

(54)【発明の名称】非接触ジェスチャ検出、及びホバー及び接触検出のための方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/044 20060101AFI20230912BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20230912BHJP

【ＦＩ】

G06F3/044 120

G06F3/041 580

G06F3/041 595

【請求項の数】 36

(21)【出願番号】P 2020545265

(86)(22)【出願日】2019-02-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-06-24

(86)【国際出願番号】 US2019020023

(87)【国際公開番号】W WO2019169116

(87)【国際公開日】2019-09-06

【審査請求日】2022-02-25

(31)【優先権主張番号】62/637,002

(32)【優先日】2018-03-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/283,923

(32)【優先日】2019-02-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】110000626

【氏名又は名称】弁理士法人英知国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】エイム、アクセル

【審査官】滝谷 亮一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１０２８１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５０２４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７２９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６２１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５２８３６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の検出システムと第２の検出システムとを組み合わせるセンサシステムであって、
前記センサシステムは、前記第１の検出システム及び前記第２の検出システムの電極に駆動信号を供給するように構成され、前記駆動信号は、基本的な捕捉サイクルの繰り返しからなる駆動シーケンスを含み、各基本的な捕捉サイクルは、２つの連続する主位相を含み、
第１の主位相中において、前記センサシステムは、前記第１の主位相のプリチャージ位相中に、前記第１の検出システムの少なくとも１つの電極と結合されたノードＡを、前記第１の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第１の電位に駆動するとともに、前記第１の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、前記第１の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、第１の中間電位に駆動し、及び前記第２の検出システムの少なくとも１つの電極と結合されたノードＢを、前記第１の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第２の電位に駆動し、かつその後、前記第１の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、ＤＣにおいて、ノードＢを高インピーダンスに切り替えるように構成されており、
第２の主位相中において、前記センサシステムは、前記第２の主位相のプリチャージ位相中に、ノードＡを、前記第２の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第３の電位に駆動するとともに、前記第２の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、前記第２の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、第２の中間電位に駆動し、及びノードＢを、前記第２の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第４の電位に駆動し、かつその後、前記第２の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えるように構成されており、
前記第１の検出システムは、ノードＡ上で電気測定を実行するように更に構成されており、
前記第２の検出システムは、ノードＢ上で電気測定を実行するように更に構成されている、センサシステム。

【請求項2】

前記第１の検出システムは、ノードＡを前記第１及び第２の中間電位に駆動している間、ノードＡ上で電気測定を、それぞれ実行するように更に構成されており、
前記第２の検出システムは、ノードＢをＤＣにおいて高インピーダンスに切り替えた後に到達したノードＢ上の電位を測定するように更に構成されている、請求項１に記載のセンサシステム。

【請求項3】

前記第１の中間電位は、前記第１の電位よりも低く、前記第２の中間電位は、前記第３の電位よりも高い、請求項１～２のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項4】

前記第１の電位は、前記第２の中間電位より高く、前記第３の電位は、前記第１の中間電位よりも低い、請求項１～２のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項5】

前記第１の電位は、前記第２の中間電位に等しく、前記第３の電位は、前記第１の中間電位に等しい、請求項１～２のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項6】

前記センサシステムは、各プリチャージ位相中において、第１の時間の経過後、前記ノードＡを、第２の時間中、前記第１又は第３の電位に駆動するように、かつ各捕捉位相中において、ノードＡを、第３の時間の経過後に、前記第２又は第１の中間電位に駆動するようにそれぞれ構成されている、請求項１～５のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項7】

前記センサシステムは、前記第２の時間の経過後に、ノードＡを三元状態に切り替えるように構成されている、請求項６に記載のセンサシステム。

【請求項8】

前記センサシステムは、各プリチャージ位相中において、第４の時間の経過後、前記ノードＢを、第５の時間中、前記第２又は第４の電位に駆動し、かつその後にノードＢを三元状態に切り替え、各捕捉位相中に、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスで維持するように構成されている、請求項１～７のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項9】

前記第１の電位及び前記第２の電位は、同じであり、前記第３の電位及び前記第４の電位は、同じである、請求項１～２又は６～８のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項10】

ノードＡは前記第１又は第３の電位にあるときの期間と、ノードＢは前記第２又は第４の電位にあるときの期間とが、それぞれ重複する、請求項６に記載のセンサシステム。

【請求項11】

前記センサシステムは、前記第１の主位相の前記プリチャージ位相中に、ノードＡを前記第１の電位において維持するように、かつ前記第１の主位相の前記捕捉位相中に、前記ノードＡを前記第１の中間電位に駆動するように、及び
前記第２の主位相の前記プリチャージ位相中に、ノードＡを前記第３の電位において維持するように、かつ前記第２の主位相の前記捕捉位相中に、ノードＡを前記第２の中間電位に駆動するように構成されている、請求項１～１０のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項12】

前記電気ノードの各々は、集積回路のポートにガルバニック結合又は接続されており、これらのポートの各々は、チップパッケージのパッドに接続されている、請求項１～１１のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項13】

ノードＡは、接触及び／又はホバー検出のために使用される、請求項１～１２のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項14】

ノードＢは、中距離位置及びジェスチャ検出のために使用される、請求項１～１３のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項15】

アナログデジタル変換器は、前記捕捉位相中にサンプリングされるように構成されている、請求項１～１４のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項16】

前記センサシステムは、タッチパネル上又は前面又は近傍にある少なくとも１つの物体の位置を検出するように設計されている、請求項１～１５のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項17】

前記第１の電位と第３の電位との間の前記切り替えによって定義されるキャリア周波数は、１ｋＨｚ～１００００ｋＨｚである、請求項１～１６のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項18】

前記システムは、１つ以上のノードＡを備え、各ノードＡは、タッチパネルの電極に接続されている、請求項１～１７のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項19】

前記システムは、１つ以上のノードＢを備え、少なくとも１つのノードＢは、タッチパネルの電極に接続されている、請求項１～１８のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項20】

前記システムは、１つ以上のノードＡと、タッチパネルの近傍に配置された前記第２の検出システムの電極に接続される少なくとも１つのノードＢと、を備える、請求項１～１７のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項21】

ノードＡは、２Ｄ接触及びホバー検出用の第１のマイクロコントローラの一部であり、ノードＢは、３Ｄ中距離位置及びジェスチャ検出用の第２のマイクロコントローラの一部である、請求項１～１７のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項22】

前記ノードＡ及びＢは、２Ｄ接触及びホバー検出及び３Ｄ位置及びジェスチャ検出を共同で行うためのマイクロコントローラの一部である、請求項１～１７のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項23】

前記センサシステムは、３Ｄ中距離位置検出、２Ｄホバー位置検出、及び接触位置検出の間のシームレスな遷移を可能にする、請求項２２のセンサシステム。

【請求項24】

ノードＡに接続された電極は、接触及び／又はホバー検出のために使用される、請求項１～１７のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項25】

ノードＢに接続された電極は、３Ｄ非接触位置及び／又はジェスチャ検出のために使用される、請求項１～１７又は２４のいずれかに記載のセンサシステム。

【請求項26】

第１の検出方法と第２の検出方法とを組み合わせるための方法であって、
駆動信号を電極に供給するステップであって、前記駆動信号は、基本的な捕捉サイクルの繰り返しからなる駆動シーケンスを含み、各基本的な捕捉サイクル（ＥＡＣ）は、２つの連続する主位相からなる、供給するステップと、
第１の主位相中において、前記第１の主位相のプリチャージ位相中に、少なくとも１つの電極に結合されたノードＡを、前記第１の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第１の電位に駆動し、前記第１の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、前記第１の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、第１の中間電位に駆動し、ノードＢを、前記第１の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第２の電位に駆動し、かつその後、前記第１の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えるステップと、
第２の主位相中において、前記第２の主位相のプリチャージ位相中に、ノードＡを、前記第２の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第３の電位に駆動し、前記第２の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、前記第２の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、第２の中間電位に駆動し、ノードＢを、前記第２の主位相の前記プリチャージ位相の少なくとも所定の時間の間、第４の電位に駆動し、かつその後、前記第２の主位相の前記捕捉位相の少なくとも所定の時間の間、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えるステップと、
ノードＡで電気測定を実行するステップと、
ノードＢで電気測定を実行するステップと、を含む、方法。

【請求項27】

ノードＡを前記第１及び第２の中間電位に駆動している間、ノードＡ上で電気測定をそれぞれ実行するステップと、 ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えた後に到達したノードＢ上の電位を測定するステップと、を更に含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記第１の中間電位は、前記第１の電位よりも低く、前記第２の中間電位は、前記第３の電位よりも高い、請求項２６～２７のいずれかに記載の方法。

【請求項29】

前記第１の電位は、前記第２の中間電位より高く、前記第３の電位は、前記第１の中間電位よりも低い、請求項２６～２７のいずれかに記載の方法。

【請求項30】

前記第１の電位は、前記第２の中間電位に等しく、前記第３の電位は、前記第１の中間電位に等しい、請求項２６～２７のいずれかに記載の方法。

【請求項31】

各プリチャージ位相中において、第１の時間の経過後に、ノードＡは、第２の時間中に、前記第１又は第３の電位に駆動され、各捕捉位相中において、ノードＡは、第３の時間の経過後に、前記第２又は第１の中間電位にそれぞれ駆動される、請求項２６～３０のいずれかに記載の方法。

【請求項32】

前記第２の時間の経過後に、ノードＡは３元状態に切り替えられる、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

各プリチャージ位相中において、第４の時間の経過後に、ノードＢは、第５の時間中に、前記第２又は第４の電位に駆動され、かつその後、ノードＢは三元状態に切り替えられ、各捕捉位相中に、ノードＢはＤＣにおいて高インピーダンスで維持されるように構成されている、請求項２６～３２のいずれかに記載の方法。

【請求項34】

前記第１の電位及び前記第２の電位は、同じであり、前記第３の電位及び前記第４の電位は、同じである、請求項２６～２７又は３１～３３のいずれかに記載の方法。

【請求項35】

ノードＡが前記第１又は第３の電位にあるときの期間と、及びノードＢが前記第２又は第４の電位にあるときの時間とが、それぞれ重複する、請求項３１に記載の方法。

【請求項36】

前記第１の主位相のプリチャージ位相中に、前記ノードＡは、前記第１の電位において維持され、かつ前記第１の主位相の前記捕捉位相中に、前記ノードＡは、前記第１の中間電位に駆動され、
前記第２の主位相のプリチャージ位相中に、ノードＡは、前記第３の電位において維持され、前記第２の主位相の前記捕捉位相中に、前記ノードＡは、前記第２の中間電位に駆動される、請求項２６～３５のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連特許出願）
本出願は、２０１８年３月１日に出願された、共同所有された米国仮特許出願第６２／６３７，００２号、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｏｕｃｈｌｅｓｓ Ｇｅｓｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｈｏｖｅｒ ａｎｄ Ｔｏｕｃｈ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」の優先権を主張し、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本開示は、ヒューマンデバイスインタフェース、具体的には、ジェスチャ検出、及びホバー及び接触検出のための方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

本出願の譲受人によって製造されたＭＧＣ３１３０としても知られる「ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）」集積回路は、例えば、約４０～２５０ｋＨｚの交流近距離電界を使用して、非接触ジェスチャ検出に使用される高感度の容量式感知技術である。容量式感知を使用するヒューマンマシンインターフェース（Human Machine Interface、ＨＭＩ）デバイスは、導電性材料の層、例えば、銅のストライプのプリント回路基板層（printed circuit board layer、ＰＣＢ）又はガラス上のインジウムスズ酸化物（indium tin oxide、ＩＴＯ）などの、導電性材料の層内にしばしば形成されるセンサ電極を備える。これらの電極は、例えば、同じＰＣＢ又は別個の基板上で、ジェスチャ検出ユニットに電気的に接続される。ジェスチャ検出ユニットの測定値は、とりわけ、電極と対象との間の容量性結合に影響を与えるセンサ電極の近傍の対象物体（指／手）の位置に依存し、交流電界の歪みに依存した対象の測定信号の影響を受けやすい。ジェスチャは、それぞれのデバイスのいずれの領域にも接触することなく、検出エリアの上方で実行される。

【0004】

追加の接触検出センサデバイスは、通常、接触ポイントを正確に判定するために使用される。接触検出は一般に、３Ｄ座標、特に、３Ｄ検出システムによって提供される、垂直距離から実行され得ない。例えば、このようなシステムは、生成された電界の外乱を判定して３Ｄ位置データを生成するので、システムは、重心又は質量中心などの物体内の場所を特定する。それゆえに、判定された垂直方向の距離が、依然として０よりも大きい間に、物体の別の部分との接触が起こり得る。この目的のために、一般に、純粋な接触検出システムと３Ｄ検出システムとの間では、検出システム間の違いの性質上、多重化が使用される。米国特許出願第２０１６／０２６１２５０（Ａ１）号は、のような時間多重システムの一例を開示しており、これは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0005】

図１は、時間多重方式で２Ｄスキャン及び３Ｄスキャンを実行する本出願の譲受人から入手可能な典型的な２Ｄ／３Ｄジェスチャ／接触検出システム１００を示す。このようなシステムは、接触グリッド１５０及び４つの受信電極１１０～１４０を提供する。接触グリッドはまた、３Ｄモードで動作するときに送信電極として動作し得る。このようなシステムは、図１ａに示すように、例えば、１２ｍｓの持続時間の多重化期間で動作してもよく、２ｍｓの時間スロットでは、２Ｄスキャンがアクティブであり、残りの１０ｍｓ時間スロットでは、３Ｄスキャンがアクティブある一方、２Ｄ電極グリッド１５０は、３Ｄスキャンをサポートするために送信信号Ｔｘで駆動される。すなわち、チャネルアクセスが２Ｄスキャンと３Ｄスキャンとの間で交互になる時間多重化を実行し、２Ｄスキャン又は３Ｄスキャンのための各タイムスロットは、以下でより詳細に考察されるように、多数の基本的な捕捉サイクルを含んでいる。２Ｄスキャンするための２ｍｓタイムスロット中に、接触が検出された場合、システムは、接触が検出されなくなるまで２Ｄのみのモードになり、すなわち、接触が解除されると、２Ｄスキャンと３Ｄスキャンとの間の多重化が継続される。これは、図９のフローチャートに示される。

【0006】

しかしながら、このような多重化は、通常、第１の接触検出の高い最大遅延を有する。システムが３Ｄスキャンモードにある間、２Ｄグリッド上の接触が検出され得ない。このような接触は、上記で説明した理由により、システムが２Ｄ接触検出モードに戻ってからしか検出され得ない。それゆえに、このソリューションでは、１００％スキャン時間を有する２Ｄのみのシステムと比較して、第１の接触検出のために最大１０ｍｓの追加の遅延を経験する。

【0007】

システムは２つの動作モードのうちの１つで動作する間は、他の動作モードのデータは捕捉されない。これは、受信信号エネルギーを直接低減する。例えば、上記の構成では、３Ｄ測定感度は、３Ｄのみのシステムと比較して（１０ｍｓ／１２ｍｓ）＝８３％に低減される。

【0008】

また、多重化は、３Ｄスキャンのノイズ抑制能力も低減する。データを捕捉する際のタイミングの連続性の欠如は、ノイズのみで、信号がない周波数でのエネルギーを抑制するためのデジタルフィルタ、例えばローパスフィルタなどの能力を大幅に低減する。図１９は、デジタルフィルタリングのみを考慮した場合の、キャリア周波数ｆＴｘ＝１００ｋＨｚの場合の３Ｄ ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）のシングルトーンノイズに対する感受性を示す。サンプリング周波数を２^*ｆＴｘ＝２００ｋＨｚとし、１ｋＨｚにダウンサンプリングしたと仮定する。１ｋＨｚでの１２個のサンプルのうち２個が周期的に廃棄され、パンクチャリングパターンＰＰ＝［００１１１１１１１１１１］に反映される。下のプロットは、上のプロットをキャリア周波数付近で拡大したものである。本発明者らは、ノイズに対する感受性が著しく増加することを観察し、キャリア周波数付近では（画像には示されていないが、その奇数倍ほど）最も顕著であり、時間多重化を行った場合に、キャリア周波数から１ｋＨｚ以上離れていても、－６０ｄＢを明確に超える新たなサイドピークが発生する。ノイズ抑制能力の低減は、ノイズ環境における検出範囲の低減を直接示唆する。

【0009】

更に、２Ｄスキャンではノイズ抑制能力が低減される。３Ｄスキャンの検出範囲及びノイズ耐性を最大化するために、３Ｄスキャン時間は、１２ｍｓから１０ｍｓまで最大化され、２Ｄについては、２ミリ秒のスキャン時間のみしか残らない。このスキャン時間は、単に初期の接触を検出するのに十分であるが、ノイズ耐性があるホバー位置追跡を実行するには十分ではない。

【発明の概要】

【0010】

ホバー検出、すなわち、近距離（５ｃｍ未満）検出及び１本以上の指の追跡、及び中距離又は「３Ｄ」（５ｃｍから２０ｃｍまでの）位置追跡及びジェスチャ検出を含む、多指２Ｄ接触検出用の容量式感知システムに対する必要性が存在する。

【0011】

一実施形態によれば、センサシステムは、第１の検出システムと第２の検出システムとを組み合わせ得、センサシステムが、第１の検出システム及び第２の検出システムの電極に駆動信号を供給するように構成され、駆動信号が、基本的な捕捉サイクルの繰り返しからなる駆動シーケンスを含み、各基本的な捕捉サイクルが、２つの連続する主位相を含み、第１の主位相中において、センサシステムが、第１の主位相のプリチャージ位相中に、第１の検出システムの少なくとも１つの電極と結合されたノードＡを、第１の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第１の電位に駆動するとともに、第１の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、第１の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間、第１の中間電位に駆動し、及び第２の検出システムの少なくとも１つの電極と結合されたノードＢを、第１の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第２の電位に駆動し、かつその後の第１の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えるように構成されており、第２の主位相中において、センサシステムが、第２の主位相のプリチャージ位相中に、ノードＡを、第２の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第３の電位に駆動するとともに、第２の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、第２の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間、第２の中間電位に駆動し、及びノードＢを、第２の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第４の電位に駆動し、かつその後、第２の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間に、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えるように構成され、第１の検出システムが、ノードＡ上で電気測定を実行するように更に構成され、第２の検出システムが、ノードＢ上で電気測定を実行するように更に構成されている。

【0012】

更なる実施形態によれば、第１の検出方法と第２の検出方法とを組み合わせる方法は、駆動信号を電極に供給することであって、駆動信号が、基本的な捕捉サイクルの繰り返しからなる駆動シーケンスを含み、各基本的な捕捉サイクル（ＥＡＣ）が、２つの連続する主位相からなる、供給することと、第１の主位相中において、第１の主位相のプリチャージ位相中に、少なくとも１つの電極に結合されたノードＡを、第１の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第１の電位に駆動し、第１の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、第１の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間、第１の中間電位に駆動し、ノードＢを、第１の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第２の電位に駆動し、かつその後、第１の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えることと、第２の主位相中において、第２の主位相のプリチャージ位相中に、ノードＡを、第２の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第３の電位に駆動し、及び第２の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを、第２の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間、第２の中間電位に駆動し、ノードＢを、第２の主位相のプリチャージ位相の少なくとも一部の時間の間、第４の電位に駆動し、かつその後、第２の主位相の捕捉位相の少なくとも一部の時間の間、ＤＣにおいてノードＢを高インピーダンスに切り替えることと、ノードＡで電気測定を実行することと、ノードＢで電気測定を実行することと、を含む。

【0013】

上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、第１の検出システムが、ノードＡを第１及び第２の中間電位にそれぞれ駆動しながら、ノードＡ上で電気測定を実行するように更に構成され、第２の検出システムが、ノードＢをＤＣにおいて高インピーダンスに切り替えた後に到達したノードＢ上の電位を測定するように更に構成され得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、第１の中間電位が、第１の電位よりも低くなり得、第２の中間電位が、第３の電位よりも高くなり得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、第１の電位が、第２の中間電位より高くなり得、第３の電位が、第１の中間電位よりも低くなり得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、第１の電位が、第２の中間電位に等しくなり得、第３の電位が、第１の中間電位に等しくなり得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、センサシステムが、各プリチャージ位相中に、第１の時間の経過後、ノードＡを、第２の時間中、第１又は第３の電位に駆動するように、及び各捕捉位相中に、ノードＡを、第３の時間の経過後に、第２又は第１の中間電位に駆動するように、それぞれ構成され得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、センサシステムは、第２の時間の経過後に、ノードＡを３元状態に切り替えるように構成され得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、センサシステムが、第４の時間の経過後の各プリチャージ位相中に、ノードＢを、第２又は第４の電位に、第５の時間中に駆動し、かつその後にノードＢを三元状態に切り替え、各捕捉位相中に、ノードＢをＤＣにおいて高インピーダンスで維持するように構成され得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、第１の電位及び第２の電位が、同じであり、第３の電位及び第４の電位が、同じであり得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、ノードＡが第１の電位又は第３の電位にあるときの期間と、ノードＢが第２の電位又は第４の電位にあるときの期間とが、それぞれ重複し得る。上述のセンサシステム又は方法の別の実施形態によれば、センサシステムが、第１の主位相のプリチャージ位相中に、ノードＡを第１の電位において維持するように、かつ第１の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを第１の中間電位に駆動するように、及び第２の主位相のプリチャージ位相中に、ノードＡを第３の電位において維持するように、かつ第２の主位相の捕捉位相中に、ノードＡを第２の中間電位に駆動するように構成され得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、電気ノードの各々が、集積回路のポートにガルバニック結合又は接続され、これらのポートの各々が、チップパッケージのパッドに接続される。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、ノードＡは、接触及び／又はホバー検出のために使用され得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、ノードＢは、中距離位置及び／又はジェスチャ検出のために使用され得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、アナログ－デジタル変換器が、捕捉位相中にサンプリングされ得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、センサシステムは、タッチパネル上又はタッチパネルの近傍にある少なくとも１つの物体の位置を検出するように設計され得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、第１の電位と第３の電位との間の切り替えによって定義されるキャリア周波数が、１ｋＨｚ～１０００ｋＨｚであり得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、システムが、１つ以上のノードＡを備え得、各ノードＡは、タッチパネルの電極に接続される。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、システムは、１つ以上のノードＢを備え得、少なくとも１つのノードＢは、タッチパネルの電極に接続される。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、システムは、１つ以上のノードＡと、タッチパネルの近傍に配設された第２の検出システムの電極に接続される少なくとも１つのノードＢと、を備え得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、ノードＡが、２Ｄ接触及びホバー検出用の第１のマイクロコントローラの一部であり得、ノードＢが、３Ｄ中距離位置及びジェスチャ検出用の第２のマイクロコントローラの一部であり得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、ノードＡ及びＢは、２Ｄ接触及びホバー検出及び３Ｄ位置及びジェスチャ検出を共同で行うためのマイクロコントローラの一部とすることができる。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、センサシステムが、３Ｄ中距離位置検出、２Ｄホバー位置検出、及び接触位置検出の間のシームレスな遷移を可能にし得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、ノードＡに接続された電極が、接触及び／又はホバー検出のために使用され得る。上記センサシステム又は方法の別の実施形態によれば、ノードＢに接続された電極が、３Ｄ非接触位置及び／又はジェスチャ検出に使用され得る。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】時分割多重化を用いて動作する２Ｄ／３Ｄ検出システムを示す。

【図1a】図１のシステムのタイミング図を示す。

【図2】自己容量を測定するための回路図を示す。

【図3】特定の自己容量測定方法のタイミング図を示す。

【図4】ＣＶＤ測定で３Ｄのみを捕捉する場合のタイミングを示す。

【図5】一実施形態による、自己容量を測定するための回路図を示す。

【図6】本出願による実施形態のタイミング図を示す。

【図6a】本出願による実施形態のタイミング図を示す。

【図6b】図６ａに示すタイミング図による自己容量を測定するための回路図を示す。

【図7】インターリーブされた感知のためのオーバーレイ２Ｄ及び３Ｄスキャンサイクルを示す、更に別の実施形態のタイミング図を示す。

【図8】別の実施形態によって、Ｖ_{VE_high}及びＶ_{VE_low}へのプリチャージが実行されるときの２Ｄパッド駆動シーケンスを示すタイミング。

【図9】従来の時間多重化の簡略化された状態。

【図10】従来の切り替えを伴う状態図を示す。

【図11】水平及び垂直電極（「線」）を有する２Ｄグリッド及び４つ以上の電極のフレームを有する実施形態を示す。

【図12】水平及び垂直電極（「線」）を有する２Ｄグリッド及び４つ以上の電極のフレームを有する実施形態を示す。

【図13】水平及び垂直電極（「線」）を有する２Ｄグリッドと、２Ｄグリッドの一方の側の近くにセグメント化された電極を有する別の実施形態を示す。

【図14】水平及び垂直電極（「線」）を有する２Ｄグリッドと、２Ｄグリッドの一方の側の近くのセグメント化された電極と、２Ｄグリッドの反対側の別の電極とを有する別の実施形態を示す。

【図15】センサ構成の様々な更なる実施形態を示す。

【図16】センサ構成の様々な更なる実施形態を示す。

【図17】センサ構成の様々な更なる実施形態を示す。

【図18】センサ構成の様々な更なる実施形態を示す。

【図19】時間多重化を行った場合と行わなかった場合のノイズ感受性を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

２Ｄ接触検出システムは、長い間、標準的なヒューマンマシンインターフェース、例えば、タッチディスプレイ分野で進化してきた。このようなディスプレイの上のホバー位置追跡のための使用事例は、例えば、コンテキストメニューやタスクバーなどで、手の下に表示されたコンテキストをハイライト表示することである。例えば、そのようなインターフェースを使用するディスプレイは、一般的な情報を表示し、ユーザの手がディスプレイに近づき、既定の距離に達すると、ポップアップメニューを表示し得る。そのうえ、様々なメニューボタンの上で指をホバーさせてもよく、それらの上で指がホバーすると拡大表示され得る。実際の接触が検出されるとすぐに、それぞれのボタンがハイライトされ、色が変更され、機能の別のメニューが表示され得る。３Ｄジェスチャ検出のための例示的な使用事例は、メニューをナビゲートするための、又はオーディオトラックを切り替えるためのフリックジェスチャ、及びオーディオボリューム制御のための円を描くジェスチャである。このような機能に対する需要は、特に自動車市場で取り組まれてきた。

【0016】

上で考察されるように、独立型２Ｄ接触／ホバー検出用の既存のソリューション、例えばｍａＸＴｏｕｃｈ（登録商標）チップや、独立型３Ｄ中距離検出用の他の既存のソリューション、例えば、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ製のＭＧＣ３ｘｘｘ ＧｅｓｔＩＣチップ（登録商標）がある。これらのシステムは、容量性感知を用いる。これらは、繰り返し電気刺激を発生させ、感知電極で測定された量に対するその影響を測定する。この量は、感知電極の容量性環境の変化によって、特に、この環境内の指又は手に対する位置依存容量によって振幅変調される。この刺激の繰り返し周波数はキャリア周波数と呼ばれ、典型的には４０ｋＨｚ～２５０ｋＨｚの範囲である。この刺激と平行して、容量性センサシステムは、典型的には、例えば、入力ポートスイッチ、増幅器、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）、又は他のフロントエンドタイミングに関して、直接測定可能であるか否かを問わず、同様に周期的なデジタル及び／又はアナログ駆動及び制御シーケンスを実行するように構成される。この一組の同時周期的な刺激及びシーケンスの１つの期間が、基本的な捕捉サイクル（ＥＡＣ）として示され、すなわちＥＡＣ自体は非周期的なシーケンスである。

【0017】

ｍａＸＴｏｕｃｈ（登録商標）コントローラを使用した接触検出、特に第１の接触検出は、典型的には、測定中に感知電極がいわゆる仮想アース（ＶＥ：Virtual Earth）電位に駆動される自己容量測定を実行することで行われる。センサの複数の電極は、そのような自己容量測定に同時に使用され得る。更に、現在感知されていない電極が、感知された電極と同じ方式で駆動され得るため、「駆動シールド」と呼ばれる測定データに対する相互容量効果を抑制することができる。

【0018】

図２は、切り替えユニット２４０、積分器２２０及び関連するＡＤＣ２３０からなる回路を有するセンサ電極の自己容量測定のための例示的な構成を示す。パッド２１５及びその接続されたセンサ電極２１０は、Ｓ０が開いている間、スイッチＳ１がＶ_ddに、又はスイッチＳ２が接地に閉じることのいずれかによってプリチャージされ、また、Ｓ０が開いている間に、スイッチＳｉｎｔが閉じられて集積コンデンサＣｉｎｔをディスチャージする。次いで、捕捉位相の間、全てのスイッチが開かれ、次いで、Ｓ０が閉じられる。これにより、パッド２１５及びその接続された電極２１０は、仮想アース電位Ｖ_VEに駆動され、Ｃｉｎｔは、センサ電極２１０に又はセンサ電極２１０から移動する電荷を積分する。この手順は、センサ電極２１０を反対の電位、接地又はＶｄｄにプリチャージし、異なる仮想アース電位を使用して繰り返され得る。

【0019】

図３は、本質的にそれぞれがプリチャージ位相及び捕捉位相を備え得る２つの主位相からなる自己容量ＥＡＣ中のパッド電圧、すなわち刺激、のタイミングを概略的に示す。したがって、一実施形態によれば、ＥＡＣ内には、パッドが所望の電位に駆動される２つのプリチャージ位相Ｐ１、Ｐ２と、パッドが他の電位、仮想アース電位Ｖ_{VE_high}又はＶ_{VE_low}に駆動され、パッドに流れる電荷の量が測定される２つの捕捉位相Ｑ１、Ｑ２とがある。これは、例えば、図２に示す回路によって、又はそれぞれのドライバ回路の電流測定によって達成され得る。これはまた、サブ位相Ｐ１＿Ａ１、Ｐ１＿Ａ２及びＰ１＿Ａ３を含むプリチャージ位相Ｐ１、サブ位相Ｑ１＿Ａ１及びＱ１＿Ａ２を含む捕捉位相Ｑ１、サブ位相Ｐ２＿Ａ１、Ｐ２＿Ａ２及びＰ２＿Ａ３を含むプリチャージ位相Ｐ２、サブ位相Ｑ２＿Ａ１及びＱ２＿Ａ２を含む捕捉位相Ｑ２で表１にまとめられる。更に、表１では、サブ位相Ｐ１＿Ａ２内のプリチャージ電圧Ｖ_ddをＶ_PC,highに、サブ位相Ｐ２＿Ａ２のプリチャージ電圧Ｖｓｓ又は接地をＶ_PC,lowに一般化する。センサ電極が接続され得る各パッドは、電気回路の電気ノードにガルバニック接続される。本発明者らは、仮想アース測定のための駆動シーケンスで駆動される電気ノードを、タイプＡのノード、又はノードＡと呼ぶ。当該技術分野において既知であるように、電気ノードは回路図内の任意の物理的なポイントを形成するとは見なされず、本質的にはガルバニックに結合されるものを指す。

【0020】

駆動シーケンスは、全ての２Ｄグリッド電極、すなわち図１のグリッド１５０の水平電極及び垂直電極に対して本質的に同じである。しかしながら、典型的には、２Ｄ電極のサブセットのみが感知される。典型的には、電極のサブセットは、交互のサイクルの後に各電極が少なくとも１回は感知されるような、交互方式で感知される。ここで、「感知される」又は「感知」とは、それぞれ位相Ｑ１及びＱ２中に、２Ｄ電極に流れる、又は２Ｄ電極から流れる電荷の量を測定することを意味する。

【0021】

【表1】

【0022】

各位相又はサブ位相は、図３に示すように、ＥＡＣにおけるタイムスロットに対応する。まず、位相Ｐ１中に、接続された受信電極を有するノードＡ上の受信パッドは、Ｖ_PC、high＝Ｖ_ddに駆動され、次いで、いわゆる電荷積分位相Ｑ１中に、Ｖ_{VE_low}に駆動され、次いで、ノードＡ上のパッドは、位相Ｐ２中に、Ｖ_PC,low＝Ｖ_ssに駆動され、次いで、別の電荷積分位相Ｑ２中にＶ_{VE_high}に駆動される。位相Ｐ１及びＱ１は、機能性に影響を及ぼすことなく位相Ｐ２及びＱ２とともにスワップされ得る。パッド、又はより正確には接続された電気ノードは、表１にリストされた駆動状態Ｐ１＿Ａ２、Ｑ１＿Ａ２、Ｐ２＿Ａ２、及びＰ２＿Ａ３が、各対応するタイムスロット内で、少なくとも一定時間維持される限り、任意の時間、三元状態に置かれ得る。位相Ｐ１＿Ａ１、Ｑ１＿Ａ１、Ｐ２＿Ａ１及びＱ２＿Ａ１中のノードの状態、すなわち、ノードが駆動されているか、ハイインピーダンスに設定されているか、又は三元状態に設定されているかは、捕捉位相中に測定された値に影響を与えないため、「無関係」とマークされる。

【0023】

３Ｄ測定のために、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ製のＭＧＣ３１４０ ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）コントローラは、いわゆる容量性分圧（Capacitive Voltage Division、ＣＶＤ）測定を使用して、自己容量及び相互容量を組み合わせた測定を実行し、本出願の譲受人によって公開され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ ＡＮ１４７８も参照されたい。Ｒｘ感知電極上で自己容量測定が行われる間、Ｔｘパッドに接続された隣接するいわゆるＴｘ電極上では、ＣＶＤ捕捉位相中に電位が変更される。図４は、本質的に第２の刺激を表すＴｘパッド電圧、Ｒｘ（感知）パッド電圧、及びＥＡＣ中の内部コンデンサ上の電圧のタイミング図を概略的に示す。仮想アース測定と同様に、センサ電極が接続され得る各パッドは、電気回路の電気ノードにガルバニック接続される。本発明者らは、ＣＶＤ測定のための駆動シーケンスで駆動される電気ノードをタイプＢのノード、又はノードＢと呼ぶ。ＣＶＤ Ｒｘパッドと電極に接続可能なノードＢ上の１つのＥＡＣの駆動シーケンスは、表１の「ＣＶＤ－ノードＢ」の列にもリストされる。本質的に、このシーケンスは、ノードＢに接続されたパッドを、２つの電圧Ｖ_B、highとＶ_B,lowで交互にプリチャージすることと、次いでパッドを直流（ＤＣ）で高インピーダンスに、すなわちパッドを駆動しないように設定することからなる。図４の例では、Ｖ_B、high＝Ｖ_dd及びＶ_B、low＝Ｖ_ssである。ＤＣにおける高インピーダンスの１つの実現方法としては、パッドを容量性リアクタンス、例えばＡＤＣのサンプルコンデンサに接続することである。ＤＣでのパッドの高インピーダンスを設定することは、位相Ｑ１＿Ｂ及びＱ２＿Ｂ中の少なくとも一部の時間の間に行われる。別の実施形態によれば、ノードは、Ｑ１＿Ｂ及びＱ２＿Ｂと中のいくつかのタイムスロットの間に、３元状態にされ得るか、又は例えば切断され得る。

【0024】

複数のノードＡ及びノードＢが実装されてもよく、システムに応じて、それらは並列又は連続して評価され得る。例えば、３Ｄ検出システムは、図１１～１８に示すように、電極１１０～１４０、１８０を有する４つ以上のセンサ電極を使用し得る。これらの電極は、様々な実施形態により、連続的に又は並列に評価され得る。

【0025】

図５は、ユニット３１０及び関連するＡＤＣ２３０を用いたＣＶＤ自己容量測定のための主な構成を示し、切り替えユニット３１０のスイッチＳ_apertureが開かれている、すなわちスイッチオフされ、自己容量Ｃ_sを有するセンサ電極２１０は、Ｖ_dd又は接地のいずれかにプリチャージされ、切り替えＡＤＣ２３０の内部保持コンデンサＣ_Holdは、切り替えユニット３１０のそれぞれのスイッチをＶ_dd及び接地に閉じることによって、センサ電極２１０がＶ_ddにプリチャージされているとき、及びその逆のときに、反対側の電位、すなわち接地にプリチャージされる。次いで、プリチャージ後、切り替えユニット３１０の全てのスイッチが開かれ、開口スイッチＳ_apertureが閉じられる。したがって、Ｖ_s＝－Ｖ_Holdを保持しなければならず、それゆえに、この式を満たすためにＣ_sとＣ_Holdとの間で電荷が移動する。次いで、Ｖ_HoldはＡＤＣ２３０によって測定される。

【0026】

２Ｄ感知及び３Ｄ感知のこれら２つのシステムが独立して動作され得ると仮定して、所望のセンサレイアウトの例を図１１から図１４に示す。

【0027】

図１１及び１２は、２Ｄ接触及びホバー位置検出のための、例えば透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）製の水平及び垂直導電線又は電極の２Ｄグリッド１７０を有する標準的な矩形タッチパネルを示す。図１１は、接触位置検出及び様々な実施形態による近接及び３Ｄ接触検出のために、接触グリッドの使用され得る方法を更に示す。図１１は、時間多重化４３０を有する２Ｄ接触検出回路４１０及び３Ｄジェスチャ検出回路４２０を更に示す。２Ｄ感知時中には、３Ｄフレーム電極１１０、１２０、１３０、１４０は、一定の電位に設定される。３Ｄ感知時中には、接触コントローラ４１０は、１組の２Ｄグリッド電極１７０を３Ｄ刺激に切り替える。この組は、図１１に示すような列のみからなることができる。しかしながら、他の実施形態では、列のみ、特定の列と行との組み合わせ、又は全ての列と行の電極を選択し得る。

【0028】

図１２は、一実施形態により、このグリッド１７０を評価回路１９０と接続するためにｎ本の線が使用されることを示す。このタッチパネルの周囲には、タッチパネルの表面から例えば１０ｃｍまで、タッチパネルの上方にある物体の位置を検出するための４つのフレーム電極１１０～１４０が配設される。感度及び検出範囲がより低いため、２Ｄ接触検出システムは、典型的には、フレーム電極がどのように駆動されるかを問わず、このレイアウトの２Ｄ電極グリッド１７０で動作することができるであろう。しかしながら、フレーム電極１１０～１４０を用いたより感度の高い３Ｄ感知は、２Ｄセンサグリッド１７０がＴｘ刺激を提供するように機能し得る場合に非常に効果的であろう。対照例として、２Ｄグリッド１７０が接地電位又はＤＣに設定されていると仮定すると、実際に対象とされた指同様の効果を３Ｄ測定値に与えるであろうし、２Ｄグリッド１７０によるこの影響は、測定値に対する指の効果を部分的又は完全に隠すであろう。図１２のセンサレイアウトの例では、左右のフレーム電極１４０、１２０は、ｘ方向の手の位置を検出するために優勢に使用され、上部及び下部電極１１０、１３０は、ｙ方向の手の位置を検出するために優勢に使用されるであろう。３Ｄフレーム電極に対する駆動シーケンスが、表１の右列（「ＣＶＤ－ノードＢ」）にリストされる。２Ｄグリッド電極の駆動は、表１の「仮想アース－ノードＡ」にリストされるように、全ての２Ｄグリッド電極に対して本質的に同じであり、２Ｄグリッド電極のサブセットが駆動され、感知されている一方で、残りの２Ｄグリッド電極は、単に駆動されるだけではなく、感知されない、又は一定の電位上に置かれる。

【0029】

図１３は、２Ｄグリッド１７０の１つの縁部に沿って配設された４つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ及び１４０ａを有するアプローチを示しており、これにより、ｘ方向においてより良好な３Ｄ位置合わせが可能であるが、ｙ方向では可能でない。

【0030】

図１４は、２Ｄグリッド１７０の一方の縁部に沿って配設された４つのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極１１０ａ～１４０ａと、２Ｄグリッド１７０の別の縁部に沿って配設された別のＧｅｓｔＩＣ（登録商標）電極１８０を有するアプローチを示す。

【0031】

３Ｄ感知中に、刺激を提供するために２Ｄグリッド１７０を使用することが望ましいという事実にもかかわらず、上述した独立型のソリューションでは、同時に互いに近接して容易に操作され得ない。両方のソリューションは、容量性感知を実行し、そのようなシステムの電気環境への影響は、典型的には範囲が限られるが、システムが互いに近接して操作されるとすぐに、それらは同じ物理チャネルを使用していると考えられ得る。これは更に、システムが共同で動作するように適切に構成されていない限り、各々が他方のシステムをノイズ源として認識していることを意味し、これにより性能を悪化させたり、完全に崩壊させたりする可能性がある。

【0032】

この問題に対する既存のソリューションは、背景技術のセクションで考察されるように、２Ｄ接触感知用と３Ｄ中距離感知用の２つのシステムを並列に実装し、これら２つのシステムが、時間多重化でチャネルリソースを共有するという点、すなわち、実際には２つのシステムのうちの１つだけが同時に感知するという点で協力することである。これは、応答時間、感度、ノイズ耐性、及び電磁気放射に関して、システムの各々に対する性能の妥協である。

【0033】

様々な実施形態によれば、２Ｄ仮想アース自己容量感知の場合、チップパッドを介して２Ｄ電極グリッドの１つ以上の感知電極に接続された電気ノードは、捕捉位相中に駆動され、ノードの電位を、より高いレベルからより低いレベル（位相Ｑ１）に変化させるか、又は逆（位相Ｑ２）もまた同様である。この電気ノード及びその接続された電極を駆動することは、図４の「３Ｄ Ｔｘ」に参照されるように、フレーム電極上での３Ｄ ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）測定のためのＴｘ刺激として利用され得る。したがって、２Ｄ及び３Ｄ感知のためのキャリア周波数を整合させる必要がある。現在感知されていない２Ｄ電極は、依然として同じ刺激で駆動されて得るので、それにより、２Ｄグリッド１７０によって励起される電界であって、３Ｄフレーム電極測定値に影響を与えている電界が、２Ｄグリッド１７０の２Ｄ電極うちのどれが一度に感知されているかに依存しないようにする。これは、３Ｄ測定が２Ｄグリッドの外観、すなわち２Ｄ電極がどのように駆動されるかによってのみ影響を受け、２Ｄ内部信号評価によっては影響を受けないため、３Ｄフレーム電極測定データの評価が２Ｄ感知とは完全に独立して取り扱われ得るという利点を有する。更に、現在感知されていない電極を駆動することにより、駆動電極間の相互容量の影響を抑制するという上述の効果も得られる。

【0034】

このアプローチでは、２Ｄグリッド電極上の自己容量測定は、最大１００％の時間で実行され得るので、すなわち、最先端のソリューションと同様に、時間多重化３Ｄ感知によって制限されず、第１の接触検出に追加の遅延はもはや存在しない。

【0035】

結果として得られる駆動及び感知シーケンスの第１の例が、図６のタイミング図に示され、これはまた、様々なタイミング位相及び１つのＥＡＣの注釈をも示す。

【0036】

信号「２Ｄ ｍＸＴ自己容量－ノードＡ」は、図３のように、２Ｄのみの接触感知システムと同じ方式で駆動され得る。同時に、３Ｄ測定は、例えば、信号「２Ｄ ｍＸＴ自己容量」がＴｘ刺激として利用される捕捉位相Ｑ１及びＱ２の終了時に、電位を測定することによって得ることができる。

【0037】

図１５は、水平及び垂直導電性センサ線又は電極の２Ｄグリッド、及び周囲に３Ｄ Ｒｘフレーム電極１１０～１４０を有する標準的な矩形タッチパネル１７０を示す。電極の各々は、それ自体が電気回路５２０内の電気ノードに接続されるパッド５１０にガルバニックに接続される。

【0038】

図１６は、水平及び垂直導電センサ線又は電極の２Ｄグリッドを有する標準的な矩形タッチパネル１７０を示し、その一部は、タイプＡ又はタイプＢの電気ノードに恒久的に接続され、いくつかの、例えば電極５３０、５４０及び５６０は、タイプＡ又はタイプＢのノード間でそれぞれのマルチプレクサ５７０に多重化され得る。図示されるように、利用可能な電極のいずれかが、２Ｄ又は３Ｄ検出回路のうちの１つに恒久的に割り当てられ得る。例えば、図１５の電極１１０～１４０に類似したフレームを形成するために、電極５４０の代わりに、電極５８０が３Ｄ検出回路に可変的に割り当てられ得る。アプリケーションの特定の要件に従って、任意の好適な、固定され、構成可能で、又は混合された構成が可能である。

【0039】

図１７は、別の実施態様である、水平及び垂直導電性センサ線又は電極の２Ｄグリッド、及び周囲に３Ｄ Ｒｘコーナ電極６１０、６２０、６３０、６４０を有する標準的な矩形タッチパネル１７０を示す。

【0040】

図１８は、標準容量性接触ボタン６５０及び標準容量性スライダ電極構成６６０及び３Ｄ Ｒｘフレーム電極１１０～１４０を示す。

【0041】

図１０は、ａ）例えば、２Ｄ電極グリッドからの測定データからの自己容量ホバー検出とともに、フレーム電極からの測定データを使用する、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）中間範囲位置及びジェスチャ検出と、ｂ）２Ｄ電極グリッドの接触が検出される限りアクティブである純粋な接触及びホバー検出モードと、を切り替えるための可能な状態図を示す。後者のモードへの切り替えは、初期接触の検出にのみ必要であり、場合によっては任意の種類の較正スキャンに必要とされる。

【0042】

代替的な実施形態では、１つ以上の接触が検出されている間に、３Ｄ測定が実行される。例えば、それらは、２Ｄ電極グリッド上で自己容量測定を行う間に実行され、これは、例えば、反復方式で、かつ相互容量測定を用いて交互に生じ得る。

【0043】

プリチャージサブ位相Ｐ１＿Ａ２及びＰ１＿Ｂ２、及び同様にＰ２＿Ａ２及びＰ２＿Ｂ２は、同じ開始時間及び／又は同じ停止時間を有することができるが、これは必須ではない。例えば、図６では、Ｐ１＿Ａ２がＰ１＿Ｂ２よりも前に開始するのが見え、Ｐ１＿Ｂ２の開始は、３Ｄ Ｒｘパッド信号がＶ_ddにジャンプしたときであり、それからＰ１＿Ａ２とＰ１＿Ｂ２は、図６に示されるようにＰ１＿Ｂ２が終了するか、又はＰ１＿Ａ２が終了するまで（図６では見ることはできない）、一定時間重複する。以下では、提案されるアプローチの非好適な変異型が、それらの利点及び欠点とともに提示される。

【0044】

インターリーブされた感知：
表１は、２Ｄ仮想アース（ノードＡ）及び３Ｄ ＣＶＤ測定（ノードＢ）のためのＥＡＣの異なる位相又はタイムスロットを示す。この好適なアプローチでは、様々な実施形態によれば、２Ｄ感知及び３Ｄ感知の両方が、位相Ｑ１及びＱ２中に発生する。代替的に、「２Ｄ ｍＸＴ自己容量」信号が、これらの３Ｄ ＣＶＤ測定のための刺激のみを提供するだけの３Ｄ感知、すなわち、位相Ｑ１及びＱ２中には２Ｄ線を感知しないような３Ｄ感知にも、これらの２つの位相が使用され得る。その代わりに、２Ｄ感知は、延長位相Ｐ１＿Ａ１とＰ２＿Ａ１中に生じ得る。これは、図７の代替タイミング図に示される。時間的に２Ｄ及び３Ｄ測定のために捕捉位相を分離した場合、現在感知されていない電極上の信号は、電流測定をサポートするために選択され得る。例えば、３Ｄ感知用のパッドは、図７に示されるように、２Ｄ捕捉位相中に一定の電位に設定されてもよく、又は２Ｄ電極用のパッド（図７には示されていない）と同じ電位に駆動され得る。このアプローチは、２Ｄ自己容量測定に使用されていない間に、３Ｄ感知のためにＴｘ刺激によって、２Ｄグリッドが駆動されるＥＡＣ内で２Ｄ及び３Ｄ測定をインターリーブするものとして解釈され得る。潜在的な欠点は、刺激のこの追加部分が、図６の好適なアプローチと比較して、全体的な電力消費及び電磁放射を増加させることであり得る。

【0045】

このインターリーブ感知ソリューションの更なる潜在的な欠点は、１）アナログ－デジタル変換：２Ｄ／ホバー測定と３Ｄ ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）のためのサンプリング時間インスタンスがインターリーブされることであり得る。すなわち、２Ｄ／ホバー測定及び３Ｄ測定のためのＡＤＣタイミングのいずれかを個別に制御する必要があり、又は全てのＡＤＣの共通タイミングについては、全ての結果として得られるデジタルサンプルが廃棄される必要があり、すなわち、３Ｄ ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）測定サンプルを維持しながら２Ｄ／ホバー測定サンプルを廃棄する必要があり、逆もまた同様である。後者は、ＡＤＣ変換速度要件の約２倍であろう。しかしながら、最先端のシステムがＥＭＣ制約に起因して典型的に４０～５０ｋＨｚで動作することを考慮すると、得られる最大サンプリング周波数は依然として２００ｋＨｚにしかならないであろう。

【0046】

２）信号沈降時間：インターリーブされた測定により、好適なアプローチや同じキャリア周波数で動作する２Ｄ／３Ｄのみのシステムと比較して、信号沈降のために利用可能な時間が低減される。これは、ＩＴＯ電極やより高い動作周波数を用いる、より大きなディスプレイに関連することになるであろう。しかしながら、より高いキャリア周波数は、現在、ＥＭＣ制約及びその結果として得られる最先端のアプローチのための動作周波数の選択（約４０～５０ｋＨｚ）を考慮すると、現在のところ想定されていない。

【0047】

Ｖ_{VE_high}及びＶ_{VE_low}へのプリチャージを用いた２Ｄ ＶＥ自己容量測定：プリチャージ位相Ｐ１＿Ａ２とＰ２＿Ａ２中に、２Ｄ感知ノードを、Ｖ_PC,high＝Ｖ_dd及びＶ_PC,low＝Ｖ_ssへそれぞれ駆動する代わりに、それらが他の電位にも駆動され得る。また、例えば図８に示すように、例えば、位相Ｐ１とＰ２中に電位がそれぞれ一定となる場合、それらは、Ｖ_PC,high＝Ｖ_{VE_high}及びＶ_PC,low＝Ｖ_{VE_low}に駆動され得る。ノードは、それぞれの先行する捕捉位相中に既にこれらの電圧に駆動されているため、アクティブな駆動は必要でなくてもよく、パッドは代替的に三元状態に設定され得る。これは、図６ａに更に例示される。図６ｂは、このような測定のための例示的なシステム構成を示す。この実施形態では、積分器は、反転入力がセンサ電極７２０に結合され、非反転入力がＶ_{VE_high}又はＶ_{VE_low}のいずれかに選択的に結合され得るように、積分器として構成された演算増幅器７１０を備える。

【0048】

－２Ｄ ＣＶＤ自己容量測定：位相Ｑ１及びＱ２中に２Ｄセンサノードを能動的に駆動する代わりに、代替的なアプローチは、３Ｄ ＣＶＤセンサノードと同様に、それらをＤＣで高インピーダンスに設定することである。更に、位相Ｐ１＿Ａ２とＰ２＿Ａ２中にパッドが駆動されるプリチャージ電位は、それぞれ、より良好な感度のためにＶ_dd及びＶ_ssとして選択され得る。

【0049】

２Ｄの自己容量測定のための感知線の数を制限する一方で、３Ｄの中距離測定を同時に実行することにより、例えば、限られた数のアナログ受信チャネルのために、２つ以上の２Ｄ感知線が、感知される同じ電気ノードに短絡され得る。隣接する線を接続するとき、ホバーの位置決めは、例えば、２本又は３本の線のみを接続するときには、十分な精度で依然として可能であるべきである。極端な場合として、全ての水平、全ての垂直、又は全ての２Ｄ感知線は、単一の２Ｄ感知ノードに接続されるであろう。当然ながら、これでは、もはや２Ｄ位置推定を実行するおとができなくなり、アプローチ及び（第１の）接触検出のみを実行することとなる。また、電極グリッド１７０の容量性負荷は、信号駆動のために困難となり得るであろう。

【0050】

様々な実施形態は、最先端の時分割多重化ソリューションと比較して多くの利点をもたらす。

【0051】

２Ｄの第１の接触応答時間は、純粋な２Ｄ接触検出システムの場合と同様に短いままであり、すなわち、第１の接触検出に対するいかなる追加の遅延も存在しないであろう。２Ｄスキャンは、例えば１０ｍｓのうち２ｍｓ中にしか実行できない最先端のアプローチとは対照的に、提案されたソリューションでは、もはやそのような制限はない。第１の接触応答時間は、ユーザエクスペリエンス及びマーケティングの両方にとって重要度の高い機能であり、これは大きなセールスポイントとなる。

【0052】

最先端のソリューションでは、２Ｄ測定時間は非常に限定されており、信頼できる第１の接触検出をもたらせばそれだけで十分である。提案されたソリューションでは、時間多重に起因する時間制限はもはや存在せず、したがって、２Ｄ信号のＳＮＲがかなり役立ち、例えば、近距離ホバー検出が可能となるであろう。例えば、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）を用いた中距離位置推定と同時２Ｄホバー検出とを併用することで、中距離（より粗い解像度）から近距離（より精細な解像度）への段階的な移行が可能になる。

【0053】

電磁放射は、顧客にとって非常に重要である。最先端アプローチ及び提案されたアプローチの両方で、時間の電気刺激１００％が存在する。しかし、提案されたアプローチでのみ、この刺激により利用可能なアナログ情報は、時間の１００％で２Ｄ及び３Ｄ感知の両方にアクセス可能である。例えば、最先端のアプローチでは、８３％のみである。逆に、これは、提案されたアプローチでは、刺激信号の振幅を低下させ放射を低減する一方で、依然として、最先端技術と同じＳＮＲをもたらすことを意味する。

【0054】

３Ｄ測定のための改善されたノイズ耐性：デジタルローパスフィルタは通常、定期的な期間でサンプリングされた入力値を想定する。最先端の時間多重化システムのように、サンプルが欠落するとフィルタリング性能が低下する。提案されたアプローチでは、データ捕捉は中断されず、したがって、デジタルフィルタのノイズ抑制は、図１９の時間多重化を行わない場合と同等である。

【0055】

全体的な感知システムの簡素化Ｉ：高レベルのアルゴリズムでは、捕捉されたデータは、それぞれ２Ｄのみ、又は３Ｄのみのシステムで得られたかのように見えるため、アルゴリズムの進歩はより簡単に、より幅広い製品範囲に分配することができる。２Ｄ／３Ｄのみのシステムと提案されるアプローチとの差別化は陳腐化するであろう。これにより、より短い開発サイクルが可能になる。

【0056】

全体的な感知システムの簡素化ＩＩ：容量性感知のための典型的なシステムは、電流におけるノイズレベルが高すぎると、別のキャリア周波数に切り替えることができる適応周波数選択アルゴリズムを採用する。提案されたアプローチでは、２Ｄシステム及び３Ｄシステムの両方が同じキャリア周波数で動作するため、最良の又は良好なキャリア周波数を見つけるための１つのアルゴリズムインスタンスのみが必要とされる。

【0057】

提案されるアプローチは、２Ｄ及び３Ｄ位置及びジェスチャ検出のためのｍａＸＴｏｕｃｈ（登録商標）シリコンを提供する。更に、このようなソリューションは、例えば、６ビットのデジタル－アナログ変換器を使用して、マルチレベル仮想アース電位をサポートすることができ、これは、位相Ｑ１＿Ａ１、Ｑ２＿Ａ１（また場合によってはＰ１＿Ａ１及びＰ２＿Ａ１）中の駆動信号の形状を、電磁放射を低減するためにより良く最適化することができることを意味する。２Ｄの感知性能に関して、ノード電位が、Ｑ１及びＱ２中に、それぞれ本質的に／実質的に減少又は増加し、かつＱ１＿Ａ２及びＱ２＿Ａ２中に特定の停止値にノードを駆動することによって提供されるように、最終的に定義された値に達することのみが重要である。

【0058】

２Ｄ電極グリッドの電極は、ＧｅｓｔＩＣ電極と同じ電気回路に接続され得、又はそれらは１つ以上の他の電気回路に接続され得る。後者の場合、２つ以上の電気回路間のシグナリングリンクが確立される必要がある。

【図1】

【図1a】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】