JP2007086075A - 容量接触センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 容量接触センサを提供する。
【解決手段】 ユーザの指やスタイラスなどの物体の存在を決定するための容量センサが提供される。センサは、たとえばＰＥＴなどの透明なプラスチック材料でできた基板を備えており、その上に電極が付着している。基板の一方の面に、たとえば透明なＩＴＯから形成された抵抗性駆動電極が配置されており、基板のもう一方の面に、同じく透明なＩＴＯであっても良い抵抗性知覚電極が配置されている。したがって全体が透明なセンサを提供することができる。また、一方の電極上の２つの位置と位置との間を接続するようになされた短絡接続が提供されている。電極は、それぞれ駆動チャネルおよび知覚チャネルに接続されている。いずれか一方の電極（又は両方の電極）上の２つの位置と位置との間に短絡接続を提供することにより、電極上の他の位置と対応する駆動チャネルまたは知覚チャネルとの間に、より小さい抵抗接続が提供される。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、知覚領域内における物体の存在を検出するための容量接触センサに関する。

接触感応センサの使用はますます普及しつつある。接触感応センサの使用例には、ラップトップ・コンピュータにおけるマウス位置決め装置にとって代わる接触センサの使用、およびユーザ入力を受け取り、設置型および携帯型の両方のデバイスあるいは機器を制御するための制御パネルとしての使用がある。

接触感応センサは、それらによってより頑丈なインタフェースが提供されるため、機械デバイスより好まれることがしばしばであり、また、美観がより好ましいと見なされることがしばしばである。また、接触感応センサには、ユーザによるアクセスが可能な可動部品が不要であるため、同じ機能を有する機械式センサより摩耗が少なく、また、密閉された外部表面内に提供することが可能である。これは、被制御デバイスに埃あるいは流体が流入する危険がある場合に、接触感応センサの使用をとりわけ魅力的にしている。また、機械式インタフェースとは異なり、透明の接触感応センサを構築することが可能である。透明なセンサをディスプレイ上に使用して、ユーザに情報を表示し、かつ、ディスプレイの特定の領域を指摘するユーザに応答することができる接触感応スクリーンを提供することができるため、透明なセンサを提供する願望が増加している。

本発明者による特許文献１に、知られている２次元位置センサが記述されている。この位置センサは、Ｎ×Ｍ個の接触キーのアレイを備えている。個々のキーは、駆動電極と知覚電極の交点に対応している。駆動電極に電気駆動信号が印加される。知覚電極に対するこの駆動信号の容量結合の程度は、駆動信号の変化に応答して知覚電極に移動した電荷の量を測定することによって決定される。特定のキーの近傍に存在している物体によって電極と電極の間の電界パターンが変化するため、所与のキーの電極と電極の間の容量結合の程度は、そのキーの近傍における物体の存在によって決まる。ある物体、たとえば導電性の水の膜は、容量結合を大きくする。他の物体、たとえば接地に対する容量結合が著しく大きい人間は、容量結合を小さくする。これは、知覚電極を介してではなく、隣接する物体を介して電荷が接地にシンクすることによるものである。

特許文献１に記載されている複数のキーのアレイは、マトリックス・アレイである。これは、単一の駆動電極が所与の列の複数のキーと結合し、単一の知覚電極が所与の行の複数のキーと結合していることを意味している。単一の駆動チャネルが所与の列のすべてのキーを同時に駆動し、また、単一の知覚チャネルが所与の行のすべてのキーを知覚するため、このマトリックス・アレイによって必要な駆動チャネルおよび知覚チャネルの数が減少する。異なるキーの位置における電極と電極の間の容量結合は、適切な列を駆動し、かつ、適切な行を知覚することによって決定することができる。たとえば、列２と行３の交点のキーと結合している電極と電極の間の容量結合を決定するために、行３の知覚電極と結合している知覚チャネルがアクティブである間、列２の駆動電極に駆動信号が印加される。アクティブ知覚チャネルからの出力は、調査中のキーと結合している電極と電極の間の容量結合を反映している。列２の他のキーと結合している行は知覚されていないため、これらのキーに駆動信号が印加されることは問題ではない。同様に、行３の他のキーは駆動されていないため、行３のこれらのキーが知覚されていることは問題ではない。この方法によれば、駆動チャネルおよび知覚チャネルの異なる組合せを介して異なるキーを順次走査することができる。
国際公開第ＷＯ００／４４０１８号 米国特許第５，６４８，６４２号 米国特許第５，７３０，１６５号 米国特許第４，８７９，４６１号

特許文献１に記載されている２次元位置センサは、頑丈で、かつ、有効なデバイスである。しかしながら、このタイプの位置センサのその良好な性能に寄与している重要な特徴は、駆動電極から知覚電極へ電荷が移動している間、知覚電極を仮想接地として出現させなければならないことである。知覚チャネルの各々は、変化する駆動信号に応答して移動した電荷の量（すなわちＡＣ容量結合の程度）を決定するための電荷検出器を備えている。知覚電極は低インピーダンス・ノードを提供しているが、これは、電荷を電荷検出器に効率的にシンクさせることができるため、重要である。知覚電極が低入力インピーダンスを提供しない場合、変化する駆動信号によって知覚チャネルに誘導される電荷の流れが、電圧パルスとして知覚電極に出現する。知覚電極に出現するこの電圧パルスは、センサを知覚電極と電荷検出器の間の配線接続の近傍に存在する物体による「ウォーク・バイ」干渉に敏感にしている。これは、配線の近傍の物体が配線接続からの信号の一部を吸収し、そのために電荷検出器に供給される信号が小さくなることによるものである。これは、物体が知覚電極の近傍ではなく、配線に隣接している場合であっても、キーの容量結合の減少として制御回路に出現することがある（つまり検出事象）。したがって、他の行のキーを起動するために１つの行の電極配線を横切って到達する手によって誤った出力がもたらされることになる。また、知覚チャネルが著しく大きい入力インピーダンスを有している場合、センサに使用される配線の長さが回路の利得を決定する要因になる。これは、知覚信号の一部が配線によって自由空間、隣接する配線および接地に容量的に「ブリード・オフ」し、したがってキーとキーの間の容量結合と共に容量分圧器回路が形成されることによるものである。

特許文献１に使用されている電荷検出回路の低インピーダンス特性は、上で明らかにした問題が軽減されることを意味している。しかしながら、特許文献１に記載されている種類の位置センサの駆動電極および知覚電極を形成するために使用することができるほとんどの透明電気導体（たとえばインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ））は、銅配線と比較すると抵抗が大きいため、透明接触センサのコンテキストにおける問題が提起される。たとえば、最適透明ＩＴＯ膜は、通常、１平方当たり３００オームである。これは、銅などの材料とは異なり、一般的には透明導体を電極および抵抗を無視することができる関連配線に形成することができない（少なくとも実質的に透明を維持する厚さで形成することができない）ことを意味している。したがって、電荷検出回路自体は適切な低インピーダンスを提供することができるとしても、駆動電極の列および知覚電極の行自体（および同じ材料製の関連するあらゆる配線トレース）を構成している材料は低インピーダンスを提供することはできない。したがって、特許文献１に記載されている、抵抗性導体（たとえば透明導体）を使用して電極を形成しなければならないタイプのデバイスは、信頼性の高い実施が困難である。

また、多くの接触パネル設計で考慮すべき重要なことは、接触スクリーン領域に隣接する容量接触キーを知覚するための同様の能力である。これらの種類のパネル・キーについては、銅または他の金属製の低抵抗配線を使用した誘電体表面の接触ボタンと共に実質的に特許文献１に記載されている。抵抗の小さい配線と抵抗の大きい透明導体配線の両方を組み込む願望が、通常、異なる２つのタイプの容量性回路または異なる２つの性能を有する容量性回路の使用を必要とする回路設計の問題をもたらしている。

本発明の第１の態様によれば、基板と、基板の一方の面の第１の抵抗性電極と、基板のもう一方の面の第２の抵抗性電極と、第１の電極上の少なくとも２つの位置と位置の間を接続するようになされた短絡接続とを備えた容量センサが提供される。

このセンサは、能動センサあるいは受動センサとして動作させることができる。能動センサとしてこのセンサを動作させる場合、短絡接続を備えることによって、第１および第２の電極のうちのいずれか一方に印加される信号を駆動する電極によって提供されるインピーダンスの低減が促進される。そのため、センサを介してより効果的に電荷を結合することができ、したがって個々の電極と関連する回路の間の電圧の差を小さくする。これは、一般的にはセンサが駆動信号に低インピーダンス・ノードを提供しない場合に生じるウォーク・バイ干渉の効果を抑制することができることを意味している。したがって、基板および電極が透明である場合、電極が抵抗性であるにもかかわらず、ウォーク・バイ干渉に対する感度が鈍い透明センサを提供することができる。受動センサ（たとえば知覚チャネルが第１の電極と第２の電極の両方に結合されたセンサ）としてこのセンサを動作させる場合も、同じく短絡接続を備えることによる電極のインピーダンス低減によってウォーク・バイ干渉の効果が抑制される。

通常、第１の電極（つまり短絡接続と結合している方の電極）は、総合抵抗が最も大きい電極である。これは、個々の電極を形成している抵抗材料の配置によって決まる。しかしながら、このセンサは、必要に応じてもう一方の電極上の２つの位置と位置の間を接続するようになされた（つまり第１の電極と第２の電極の両方に短絡電極が提供されるよう）他の短絡接続を備えることができる。

電極は、基板の一方の面に複数の開放領域のアレイが提供され、かつ、基板のもう一方の面に、開放領域と整列して配置された複数の充填領域のアレイが提供されるパターンで配置することができる。このように配置することにより、電極と電極の間の領域から電界を溢れさせることができる。そのため、電界が溢れた（たとえば仮想アースを提供することによって）領域の電気特性を変化させる物体に電極と電極の間の容量結合を変化させることができ、したがって検出が可能になる。

能動センサの場合、このセンサは、電気駆動信号を第１または第２の電極のいずれか一方に印加する（したがってこの電極を駆動電極と呼ぶことができる）ように動作させることができる駆動チャネルを備えた関連回路、および駆動信号に応答して第１および第２の電極のうちのもう一方の電極に誘導される電気信号を検出（知覚）する（したがってこの電極を知覚電極と呼ぶことができる）ように動作させることができる知覚チャネルを備えることができる。

駆動チャネルは、駆動電極を電圧源に選択的に接続し、かつ、駆動電極を電圧源から選択的に開放するように動作させることができるスイッチ・エレメントを備えることができる。知覚チャネルは、電荷移送回路を備えることができる。

受動センサの場合、このセンサは、接地に対する個々の電極のキャパシタンスの変化を検出するように動作させることができる知覚チャネルを備えた関連回路を備えることができる。

このセンサは、基板の第１の電極を有する面に複数の電極を備えることができ、かつ／または基板の第２の電極を有する面に複数の電極を備えることができ、したがって複数のセンサ領域（キー）を提供することができる。

基板のいずれか一方の面に複数の電極が提供される場合、マトリックス・アレイでこれ
らの電極を配置することができるため、これらの電極と結合した回路エレメント（たとえば能動センサの駆動チャネルおよび知覚チャネル）を複数のキーにサービスさせることができる。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様によるセンサと、該センサを覆っているカバー・パネルとを備えた制御パネルが提供される。したがって、使用中、センサを保護することができる。

この制御パネルは、さらに、たとえば銅から形成された、従来の容量接触感応キーを本発明の第１の態様によるセンサに関連して提供するための少なくとも１つの低抵抗性電極を備えることができる。単一のコントローラを使用して、本発明の第１の態様によるセンサの動作と従来の容量接触感応キーの動作を制御することができる。

カバー・パネルおよびセンサは、屈折率整合接着剤を使用して互いに取り付けることができる。センサおよびカバー・パネルが透明である場合、屈折率整合接着剤を使用して取り付けることによって光学的な透明性の維持が促進される。

また、制御パネルは、センサの下を覆っているディスプレイ・スクリーンを備えることができる。したがって、接触感応ディスプレイ・スクリーンを提供することができる。これらのディスプレイ・スクリーンおよびセンサも屈折率整合接着剤を使用して互いに取り付けることができる。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様による制御パネルを備えた装置が提供される。
本発明をより深く理解するために、また、本発明の実施方法を示すために、以下、一例として添付の図面を参照する。

図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ本発明の１実施形態による２次元容量位置センサ２の略正面図および略背面平面図を示したものである。使用されている正面および背面という用語は、便宜上、センサ２の互いに対向する面を意味しており、何らかの特定の空間配向を意味することは意図されていない。正面という用語は、一般的には、センサを正規の状態で使用する場合に知覚すべき物体に対向するセンサの面を識別するために使用されている。しかしながら、ほとんどの場合、センサは可逆であることは理解されよう。

センサ２は、相俟ってセンサの感応領域を画定している電極パターンが両面に配置された基板４を備えている。基板上のこの電極パターンは、従来の技法を使用して得ることができる。基板４は、透明なプラスチック材料でできており、この場合、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）である。電極は、透明な導電材料でできており、この場合、ＩＴＯである。したがって感応領域全体が透明であり、下を覆っているディスプレイの上に、ぼやけを伴うことなく使用することができる。センサは、さらに、基板４の一方の面、この場合、基板４の前面（図１Ａ）の電極に駆動信号を供給するための駆動ユニット６、および基板４のもう一方の面、この場合、基板４の背面（図１Ｂ）の電極から信号を知覚するための知覚ユニット８を備えている。センサ２は、さらに、駆動ユニット６および知覚ユニット８の両方に結合されたセンサ・コントローラ１０を備えている。センサ・コントローラ１０は、駆動ユニットおよび知覚ユニットの動作を制御し、かつ、知覚ユニットからの応答を処理し、センサに隣接している物体の位置を決定している。図１Ａおよび１Ｂには、駆動ユニット６、知覚ユニット８およびセンサ・コントローラ１０が個別のエレメントとして概略的に示されている。しかしながら、一般的には、単一の集積回路チップ、たとえば適切にプログラムされた汎用マイクロプロセッサもしくはプログラマブルゲート・
アレイまたは専用集積回路を使用してこれらのエレメントの機能を提供することができる。

基板の前面の電極パターン（図１Ａ）は、３つの「列」電極Ｘ１、Ｘ２およびＸ３を備えている。これらの列は垂直方向に通っており、図１Ａに示す配向で水平方向に互いに間隔を隔てている。（本明細書に使用されている垂直方向および水平方向、頂部および底部などの用語は、他にコンテキストの要求がない場合、図１Ａおよび１Ｂに示すセンサ２の配向を示している。これらの用語には、センサを正規の状態で使用する場合、センサの何らかの特定の配向を示すことは意図されていない。また、列および行という用語は、一般に、便宜上、垂直方向および水平方向のアライメントを示すべく使用されている。）列電極Ｘ１、Ｘ２およびＸ３の各々は、電気的に連続しているＩＴＯ領域から形成されている。この領域には複数の菱形開放領域（すなわち基板のこの面にＩＴＯが存在しない領域）が形成されている。個々の列電極中の開放領域は、垂直方向に変位した４つの水平方向の帯の形で配置されており、個々の帯は、４行９列の開口を備えている。また、基板のこの面の電極パターンは、接地シールド１４を備えている。この接地シールド１４は、列電極の頂部の縁に沿って水平方向に通り、かつ、列電極と列電極の間の領域に展開している連続したＩＴＯ領域から形成されている。接地シールドは、システム接地１８（すなわちシステム基準電位）に接続されている。接地シールドは、使用中、異なる列電極と列電極の間のクロストークの抑制を補助することができるが、必要に応じて省略することも可能である。

列電極Ｘ１、Ｘ２およびＸ３は、駆動ワイヤ２０を介してそれぞれ駆動ユニット６内の駆動チャネルＤ１、Ｄ２およびＤ３に接続されている。したがって列電極は、被駆動電極あるいは駆動電極と呼ばれることもある。この実施例では、列電極毎に個別の駆動チャネルが提供されている。しかしながら、適切な多重化を備えた単一の駆動チャネルを使用することも可能である。駆動チャネルはコントローラ１０によって制御され、以下でさらに説明するように、対応する列電極に駆動信号を印加している。駆動ワイヤは、カーボン・パッド２６を介してＩＴＯ列電極に接続された従来の銅配線（たとえばリボン・コネクタ）を備えている。図１Ａには駆動ワイヤ２０が概略的に示されているが、通常、異なる電極と結合している駆動ワイヤの長さが同様の長さである場合、それによってチャネル間の性能の差の最小化が促進されるため、より良好な性能が得られる。いくつかの実施例では、エッジ・コネクタを介して駆動チャネルに接続された基板上のＩＴＯトレースから駆動ワイヤを形成することも可能である。しかしながら、通常、従来の配線は、抵抗がより小さい駆動ワイヤを提供する利点を有している。

基板の背面の電極パターン（図１Ｂ）は、水平方向に通っている、垂直方向に互いに間隔を隔てた４つの「行」電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３およびＹ４を備えている。行電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３およびＹ４の各々は、電気的に連続しているＩＴＯ領域から形成されている。行電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３およびＹ４は、行電極の各々が、基板４の反対側の面の３つの列電極Ｘ１、Ｘ２およびＸ３に関連して、その長さに沿って３回反復したパターンを備えるように形成されている。この反復パターンは、列電極を形成しているＩＴＯ内の開放領域の４つの帯のうちの対応する帯の中の菱形開放領域の４つの行のうちの対応する行とそれぞれ整列している４つのサブＩＴＯ行を備えている。この４つのサブ行の各々には９個の充填領域が含まれており、ＩＴＯが、基板の反対側の面の開放領域の個々の領域に対応し、かつ、個々の領域と整列している菱形を充填している行を形成している。この実施例では、１つのサブ行からの充填領域と隣接するサブ行からの充填領域が接触することになるが、これは重要ではない。個々の行電極の端部は、カーボン・パッド２７を介して感応領域の外部を通っている配線によって提供される低抵抗短絡接続３０によってまとめて接続されている。この実施例では、短絡接続３０は、カーボン・パッド２７を介して個々の行電極の端部に結合された従来の銅配線（たとえばリボン・コネクタ）を備えている。

行電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３およびＹ４は、知覚ワイヤ３２を介してそれぞれ知覚ユニット８内の知覚チャネルＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４に接続されている。したがって行電極は、知覚電極と呼ばれることもある。この実施例では、行電極毎に個別の知覚チャネルが提供されているが、駆動チャネルの場合と同様、適切な多重化を備えた単一の知覚チャネルを使用することも可能である。知覚チャネルはコントローラ１０によって制御され、以下でさらに説明するように、対応する行電極からの応答信号を測定している。知覚ワイヤ３２は、短絡接続３０に接続された従来の銅配線を備えている。したがって知覚チャネルは、知覚ワイヤと短絡接続の組合せによって提供される低抵抗接続を介して対応する個々の行電極の両端に接続されている。

個々の行電極の端部と、短絡接続を知覚チャネルに接続する知覚ワイヤ３２との間に短絡接続３０を使用している図１Ｂに示す特定の構成は、知覚チャネルをそれぞれ対応する行電極の両端に接続するための方法の１つにすぎないことは理解されよう。たとえば、個々の知覚チャネルから関連する行電極の２つの端部へ直接通っている接続を使用して同じ結果を得ることができる。

図１Ａに示す駆動ワイヤ２０の場合と同様、図には知覚ワイヤ３２が概略的に示されているが、通常、異なる電極と結合している配線の長さが同様の長さで、それによってチャネル間の性能の差の最小化が促進される場合、より良好な性能が得られる。いくつかの実施例では、知覚チャネルと行電極の端部の間の接続は、そのすべてあるいは一部を基板上のトレースから形成することができる。基板上のトレースからの接続の形成は、トレースをＩＴＯから形成することによって実施することができる（場合によってはセンサの透明領域のトレースの厚さより分厚くして、それらの抵抗を小さくすることができる）が、通常、銀インク印刷トレースはその抵抗がより小さいため、一般的には銀インク印刷トレースを使用することが有利である。しかしながら、この実施例では従来の銅配線を使用して知覚チャネルと行電極が接続されている。この接続も、同じく、ＩＴＯを使用して一般的に得られる接続より抵抗の小さい接続を提供する利点を有している。

図２は、図１Ａおよび１Ｂに示すセンサ２の略平面図を示したもので、前面（図１Ａ）および背面（図１Ｂ）の両方の電極パターンがまとめて示されている。基板の背面の電極パターンは、この図の頂部に示されている（つまりこの図は基板の「後ろ」から見た図である）。この図には、背面（図１Ｂ）の電極行中の充填菱形領域と、前面（図１Ａ）の列電極中の互いに対向している開口とを重畳させる方法が示されている。図２には、駆動ユニット６、知覚ユニット８およびセンサ・コントローラ１０は、これらの３つのエレメントのすべての機能を提供する単一のマイクロコントローラ５０のサブユニットとして示されている。また、図２には、センサ・コントローラから位置情報（すなわち知覚した知覚領域内の物体の計算位置を表す信号Ｐ_ｘｙ）を受け取り、かつ、制御信号Ｃを出力することによってセンサと結合したデバイスを制御するべく、測定した位置に応じて適切なアクションを取るデバイス・コントローラ５２が示されている。

図３Ａは、図２に示すセンサの一部を拡大して略図で示したものである。詳細には、図２のダッシュ線Ｒで示すセンサ領域が示されている。図３Ａには、基板の背面（図１Ｂ）の電極行中の個々の菱形充填領域を前面（図１Ａ）の列電極中の菱形開放領域の対応する領域に整列させる方法がより明確に示されている。より明確に示すために、ダッシュ線でその輪郭が概略的に示されている列電極中の開放領域は、行電極中の菱形充填領域より若干小さく描かれている。実際には、充填領域および対応する開放領域は、それらがより緊密に重畳するよう、実質的に同じ広がりを有するように配置される。

図３Ｂは、図３Ａに示すセンサ２の同じ領域を線ＡＡ'に沿って取った略断面図で示し
たものである。また、この断面図には、センサ２と組み合わせた、接触感応ディスプレイ６０を提供するための他のエレメント、およびその位置を知覚すべき物体（この場合、接地に対するキャパシタンスＣ_Ｘを有するユーザの指）が示されている。図３Ｂの断面図にはセンサ２の最上部の前面が示されている。

図３Ｂには、ユーザ側から下に向かってＬ１ないしＬ７のラベルが振られた複数の層を備えた接触感応ディスプレイ６０が示されている。上で説明したセンサ・エレメントは、層Ｌ３、Ｌ４およびＬ５を備えている。層Ｌ４は基板であり、層Ｌ３およびＬ５は、それぞれ基板の前面および背面のＩＴＯ付着物である。層Ｌ５（背面−図１Ｂ）は、行電極を短絡接続３０に接続するためのカーボン・パッド２７を示している。断面ＡＡ'の位置に
おける行電極に沿って通っているＩＴＯの連続断面は、このカーボン・パッド２７に隣接している。ＩＴＯのこの連続断面は、交番する黒く塗りつぶされた断面６８およびあや目陰影が施された断面７０で概略的に示されている。黒く塗りつぶされた断面６８は菱形充填領域に対応しており、あや目陰影が施された断面７０は、断面が取られた、菱形充填領域と菱形充填領域の間を接続している行電極のサブ行部分に対応している。層Ｌ３は、図１Ａに示す基板の前面のＩＴＯ付着パターンを示している。図３Ｂに示す断面図は、層Ｌ３が、陰影が施された、ＩＴＯが存在している領域６０の交番断面と、陰影が施されていない、基板のこの面にＩＴＯが存在していない領域６２の交番断面を備えていることが分かるよう、多数の菱形開放領域を通過している。図３Ｂから、基板４（層Ｌ５）の背面の菱形充填領域と前面の菱形開放領域が整列していることが明確に分かる。

接触感応ディスプレイ６０の層Ｌ１は、たとえばガラス製またはプラスチック材料製のカバー・パネルであり、使用中、センサを保護している。このカバー・パネルは、必要に応じてグラフィック・デカルを備えることができる。層Ｌ２は接着層であり、センサ２をカバー・パネルに結合している。層Ｌ７はディスプレイ・スクリーンであり、たとえば液晶ディスプレイ・パネルである。層Ｌ６は接着層であり、センサ（およびセンサに取り付けられたカバー・パネル）をディスプレイ・スクリーンに結合している。透明度を改善するためには、これらの接着層をＩＴＯおよびカバー・パネル／ディスプレイ・スクリーン・カバーと屈折率整合させることが有利である。

行電極と列電極の交点の各々は、位置センサ２の離散センサ領域（キー）に対応していると見なすことができる。したがって位置センサ２は、４行３列に配置された１２個のキーを備えている。使用に際しては、本願明細書にその内容を援用する特許文献１に記載されている方法と類似した方法でセンサを動作させることができる。所与のキーは、物体が隣接している、あるいは隣接していないにかかわらず、そのキーを画定するべく交差している列電極と行電極の間の容量結合を調査することによって決定することができる。したがって物体が隣接しているか否かを決定するために、図２に示す一番上の左側のキー、列電極Ｘ１と結合している駆動チャネルＤ１および行電極Ｙ１と結合している知覚チャネルＳ１が起動される。

駆動チャネルＤ１が起動すると、駆動チャネルＤ１は、時間によって変化する駆動信号を列電極Ｘ１に印加する。駆動チャネルＤ１は、従来の安定化電源から電力が供給され、かつ、選択された継続期間の複数の周期電圧パルスを提供するべくセンサ・コントローラ１０によって制御される単純なＣＭＯＳ論理ゲートであっても良い（あるいは、単純な実施態様では、ローからハイまたはハイからローへの単一の電圧変化であっても良い）。別法としては、駆動チャネルは、正弦波発生器または他の適切な波形を有するサイクル電圧の発生器を備えることも可能である。したがって、被駆動列電極Ｘ１に印加される一連の電圧サイクルの立上り縁および立下り縁で、変化する電界が生成される。列電極Ｘ１および行電極Ｙ１は、キャパシタンスＣ_Ｅを有するコンデンサの対向するプレートとして作用している。キャパシタンスＣ_Ｅは、主として列電極Ｘ１と行電極Ｙ１の間の重畳領域（つ
まりこれらの電極の交点によって画定されるキーの位置）によって制御される。これは、この領域でこれらの電極が最も接近することによるものである。したがって行電極Ｙ１が被駆動列電極Ｘ１に容量結合され、被駆動列電極によって生成される変化する電界を受け取るか、あるいはシンクさせる。その結果、被駆動列電極Ｘ１上の、変化する電界の容量性微分によって変化する電圧によって誘導される電流が行電極Ｙ１に流れる。この電流は、行電極Ｙ１の両端部に向かって（あるいは極性に応じて行電極Ｙ１の両端部から）流れ、かつ、適切な短絡接続３０および知覚ワイヤ３２を介して知覚ユニット８内の知覚チャネルＳ１へ（から）流れる。知覚チャネルは、行電極Ｙ１に誘導される電流によって知覚チャネルに流入する（あるいは極性に応じて知覚チャネルから流出する）電荷を測定するようになされた電荷測定回路を備えている。

容量性微分は、コンデンサを通って流れる電流を制御する式、つまり、
Ｉ_Ｅ＝Ｃ_Ｅ×ｄＶ／ｄｔ
を介して生じる。Ｉ_Ｅは知覚ワイヤ３２に流れる瞬時電流であり、ｄＶ／ｄｔは、被駆動列電極Ｘ１に印加される電圧の変化率である。エッジ変化の間に行電極Ｙ１に結合される電荷の量（したがって知覚チャネルＳ１に流入し／知覚チャネルＳ１から流出する電荷の量）は、上式の時間に対する積分、つまり、
Ｑ_Ｅ＝Ｃ_Ｅ×Ｖ
である。

個々の変化で結合される電荷Ｑ_Ｅは、Ｖの立上り時間（つまりｄＶ／ｄｔ）には無関係であり、被駆動列電極でスイングする電圧（容易に固定することができる）、および被駆動列電極と知覚行電極の間の結合キャパシタンスＣ_Ｅの大きさのみに左右される。したがって、列電極Ｘ１に印加される駆動信号の変化に応答した、知覚チャネルＳ１を備えた電荷検出器に結合され／電荷検出器から結合される電荷の決定は、被駆動列電極Ｘ１と知覚行電極Ｙ１の間の結合キャパシタンスＣ_Ｅの測度である。

従来の平行板コンデンサのキャパシタンスは、プレートとプレートの間の空間外の領域の電気特性にはほとんど無関係である（少なくともプレートを分離している距離と比較してその広がりが大きいプレートの場合）。しかしながら、列電極中の菱形開放領域と、行電極中の異なるサブ行とサブ行の間のＩＴＯ中の間隙との組合せは、列電極Ｘ１と行電極Ｙ１の間を接続している電界の少なくとも一部が基板から「溢れる」ことを意味している。これは、被駆動列電極と知覚行電極の間の容量結合（すなわちＣ_Ｅの大きさ）が、これらの電極の交点（つまりキーの位置）の近傍の、「溢れた」電界が展開する領域の電気特性にある程度敏感であることを意味している。

隣接する物体が全く存在しない場合、Ｃ_Ｅの大きさは、主として列電極および行電極が重畳している領域のそれらの幾何構造（それらの個々の開口が考慮される）、および基板４の厚さおよび誘電率によって決定される。しかしながら、ＩＴＯ中の間隙を介して、図３Ｂに示す層Ｌ１を備えたカバー・パネルを越えて電界が溢れる領域に物体が存在している場合、その物体の電気特性によってこの領域の電界が変化することになる。そのため、これらの電極と電極の間の容量結合が変化し、延いては、知覚チャネルを備えた電荷検出器に結合される／電荷検出器から結合される測定電荷が変化する。ユーザは、接地（あるいは知覚エレメントを制御している回路の接地基準電位に対する経路が完成している近傍の他の構造）に対する実質的なキャパシタンスを有しているため、たとえば溢れた電界の一部が占有する空間の領域にユーザが指を置くと、電極と電極の間の電荷の容量結合が減少する。電荷の容量結合のこの減少は、通常は被駆動列電極と知覚行電極の間に結合される溢れた電界の一部が行電極からアースへ変化することによって生じる。これは、センサに隣接する物体が、電極と電極の間の直接結合から電界を引き離す分路として作用することによるものである。

図３Ｃおよび３Ｄは、センサ２のある領域を略断面図で示したもので、駆動電極と知覚電極の間を接続している電界線が概略的に示されている。これらの図は図３Ｂと類似しており、したがって図３Ｂから理解されるが、分かり易くするために層Ｌ３（前部ＩＴＯ）、Ｌ４（基板）およびＬ５（後部ＩＴＯ）の一部のみが示されている。図３Ｃには、センサに隣接する物体が存在していない場合の電界が示されている。図３Ｄには、センサに隣接する物体（つまり接地に対するキャパシタンスＣ_Ｘを有するユーザの指）が存在している場合の電界が示されている。センサに隣接する物体が存在していない場合、すべての電界線が２つの電極の間を接続する。しかしながら、ユーザの指がセンサに隣接している場合、基板の外側を通過する電界線の一部が指を介して接地に結合される。そのために電極と電極の間を接続する電界線が減少し、それらの間の容量結合が減少する。この効果は、特許文献２に記載されている効果と類似している。

したがって、被駆動列電極Ｘ１と知覚行電極Ｙ１の間で結合する電荷の量をモニタすることによってそれらの間で結合する電荷の量の変化を識別し、かつ、その変化を使用して物体がキーに隣接しているか否かを決定することができる（つまり、溢れた電界が展開する領域の電気特性が変化したか否かを決定することができる）。たとえば、センサ２の初期スタート・アップ時に、所与の駆動信号に対して列電極と行電極の間を移動した電荷をキー位置毎にセンサ・コントローラ１０に測定させることができる。測定した結果をキー毎の基準信号レベルＳ_ｒｅｆとして使用することができる。センサ・コントローラは、動作中、適切な列電極および行電極を起動することによってキー位置毎の容量結合を連続的に決定する（つまり走査する）ことができる。次に、キー毎に測定した移動電荷量Ｓ_ｍｅａｓをそのキーの基準信号レベルＳ_ｒｅｆと比較し、測定した移動電荷量Ｓ_ｍｅａｓが大きく変化しているかどうか、たとえば少なくとも所定の閾値信号量Ｓ_ｔｈだけ変化したかどうかを決定することができる。変化がＳ_ｔｈより大きい場合、センサ・コントローラは、物体が当該キーに隣接していることを決定し、物体の位置を表す適切な信号（つまりその物体に隣接しているキーの位置を表す信号）Ｐ_ｘｙを出力することによって検出事象をデバイス・コントローラ５２に指示する。また、センサ・コントローラは、閾値を越える変化を示すキーの近傍のキーの移動電荷量の変化の大きさを調査することができ、したがって接触位置を個々のキーのサイズより良好な解像度に補間することができる。

必ずしもキーを１個づつ逐次走査する必要はないことは理解されよう。個々の知覚チャネルが個々の行電極に結合されている場合、所与の列のすべてのキーを同時に調査することができるよう、単一の列電極の駆動と同時にすべての行を知覚することができる。

位置センサの感度は、行電極と列電極の間の領域（つまり基板４の外側の領域）から溢れる電界の程度によって決まる。これは、駆動される列電極と受け取る行電極の間を接続している電界が、基板に隣接して（場合によってはカバー・パネルを介して）配置された物体の電気特性によって変化する程度、延いてはそれらの間の容量結合の程度が、行電極と列電極の間の領域から溢れる電界によって画定されることによるものである。上で説明した位置センサ２の実施例の場合、正規の使用中にユーザと対向するのは、基板の被駆動列電極側である。したがって、センサの感度を決定しているのは、列電極中の対応する菱形開放領域を介して溢れる、行電極中の菱形充填領域から始まる電界の量、あるいは該菱形充填領域で終端する（極性に応じて）電界の量である。感度を改善するためには、ＩＴＯ領域が比較的狭く、かつ、開放領域が占める領域の大部分が広い基板のユーザ側の電極パターンを理想的に選択することになる。しかしながら、従来の非透明導体を使用して理想的な電極パターンを選択することは可能であるが、抵抗性導体材料の疎回路網しか備えていない電極構造は、極端に抵抗性になるため、より抵抗性の透明導体の場合は、理想的な電極パターンを選択することは不可能である。上で説明したように、駆動チャネルの出力が極端に大きいインピーダンスを「示す」場合、センサの信頼性および応答特性が著し
く低下することになる。したがって、ＩＴＯの稠密パターン（低抵抗性電極が提供される）と開放パターン（良好な感度が提供される）の間のバランスを見出すことが重要である。

上記実施例の場合、隣接する物体によって変化するのは、列電極中の菱形開放領域を介して溢れた電界であるが、最も大きい抵抗を有しているのは、より狭いＩＴＯトレースを備えているため、基板の反対側の面の行電極であることに留意されたい。したがって、この実施例の場合、短絡接続の利点を最も有効活用しているのは行電極である。列電極自体は、比較的広いＩＴＯ断面を備えている。しかしながら、基板の前面のＩＴＯの比較的大量のＩＴＯが、基板の背面（つまり行電極）に適用することができるＩＴＯパターンの幾何構造を制限している。これは、両面の同じ位置にＩＴＯを有している基板の面積を狭くすることが重要であることによるものである。これは、電極のこれらの領域が互いに強力に容量結合され、そのために開放領域を介して溢れることができる電界の量が減少することによるものである。被駆動電極および知覚電極を備えたＩＴＯが基板の両面に存在している領域を最小化する必要性は、抵抗性導体の稠密パターンと開放パターンの間のバランスを取る必要性の中核をなしている。駆動チャネルに提供されるインピーダンスに対する行電極の抵抗の効果は、低抵抗配線、たとえば図１Ｂに示す短絡ワイヤを使用して行電極の両端を知覚チャネルに接続することによって減少する。個々の行の一方の端部のみを知覚チャネルに接続した場合、もう一方の端部でキーと結合する容量結合の測定がその電極のすべての電気抵抗によって影響されることになる。しかしながら、電極の両端を知覚チャネルに接続することにより、電極の両端でキーと結合する電流は、知覚チャネルへの比較的直接的な接続を有している（つまり小さい抵抗を有している）。さらに、行電極の中央のキーから流れる電流は、電極に沿って両方向に知覚チャネルへ流れることができる。したがって、短絡接続が存在しない場合と比較すると、電極自体によってもたらされるセンサのインピーダンスに対する最大寄与が１／４に抑制される。これは、最も大きい抵抗を有するポイントが電極（したがって最も大きい抵抗を有する電極）の一方の端部から中央へ移動すること、また、その電極を２分した両方がその中央ポイントを測定回路に並列に接続し、したがって最大抵抗をさらに半分にしていることによるものである。そのため、基板の両面の抵抗性導体（つまり典型的には透明導体）に基づく位置センサに十分に小さい電極抵抗を持たせることができ、したがって信頼性の高い位置センサを提供することができる。（必要に応じて、必要な類似した短絡接続ワイヤを被駆動列電極の端部と端部の間に使用することができることは理解されよう。）
菱形パターンは、このタイプの電極パターンの特定の１実施例にすぎず、たとえば図４Ａおよび４Ｂに概略的に示すような円形または正方形の領域に基づく類似したパターンを等しく使用することができ（これらは図３Ａと類似しており、したがって図３Ａから理解されよう）、また、他の多くの構成を等しく使用することができることは理解されよう。

また、図５Ａおよび５Ｂは、本発明の他の実施形態によるセンサに使用される前面電極パターンおよび背面電極パターンを略図で示したものである。これらの図は、図１Ａおよび１Ｂと類似しており、したがって図１Ａおよび１Ｂから理解されよう。しかしながら、図５Ａおよび５Ｂには、キーの配置が異なるセンサが示されている。このセンサは、図１Ａおよび１Ｂに示すセンサの４×３アレイではなく、３つのキーからなる上側の２つの行および４つのキーからなる下側の単一の行を有している。これらのキーは、上で説明したキーと同様の菱形パターンに基づいている。下側の行のキーと結合している電極パターンは、より小さいスケールで描かれているが、これは重要ではない。この実施形態は、本発明による制御パネルの設計者が、設計者が希望するキー配列を決定する際に、いかに多くの自由度を有しているかを示す一例である。

図６Ａは、列電極１００から知覚行電極１０４へ移動する電荷の測定に使用することができる回路を略図で示したものである。このタイプの回路については、特許文献１により
詳細に記載されている。列電極１００と行電極１０４の間の容量結合は、コンデンサ１０５で概略的に示されている。この回路は、部分的に、本発明者による、本願明細書にその内容を援用する特許文献３に開示されている電荷移動（「ＱＴ」）装置および方法に基づいている。

列電極１００と結合している駆動チャネル、知覚行電極１０４と結合している知覚チャネルおよびセンサ・コントローラのエレメントは、総合処理回路４００として示されている。処理回路４００は、サンプリング・スイッチ４０１、電荷積分器４０２（ここでは単純なコンデンサで示されている）、増幅器４０３およびリセット・スイッチ４０４を備えており、また、任意選択で電荷相殺手段４０５を備えることも可能である。図６Ｂは、駆動チャネル１０１からの列電極駆動信号とスイッチ４０１のサンプル・タイミングの間のタイミング関係を概略的に示したものである。駆動チャネル１０１およびサンプリング・スイッチ４０１は、適切な同期化手段を備えている。この同期化手段は、この関係を維持するためのマイクロプロセッサあるいは他のディジタル・コントローラ４０８であっても良い。図に示す実施態様では、電荷積分器４０２を既知の初期状態（たとえばゼロ・ボルト）にリセットするために最初にリセット・スイッチ４０４が閉じる。次にリセット・スイッチ４０４が開き、若干の時間の後、サンプリング・スイッチ４０１が、一定のインターバルの間、サンプリング・スイッチの端子１を介して電荷積分器４０２に接続される。そのインターバルの間に、駆動チャネル１０１が正に変化し、その後、電気接地または他の適切な基準電位である端子０に再接続する。次に駆動チャネル１０１が接地に復帰し、合計「ｎ」サイクルの間、この方法が再度繰り返される（ｎは、１（すなわち反復回数０）、２（反復回数１）、３（反復回数２）等々であっても良い）。駆動信号は、電荷積分器が行電極から開放されるまで接地に復帰しないことが重要であり、さもなければ正の立上りおよび負の立下りの間、等しく、かつ、相対する電荷が知覚チャネルに流入し／知覚チャネルから流出することになり、したがって正味の移動すなわち電荷検出器への電荷がもたらされないことになる。所望のサイクル数が完了すると、サンプリング・スイッチ４０１が位置０に保持され、測定手段４０７によって電荷積分器４０２の電圧が測定される。測定手段４０７は、手近なアプリケーションに適するように、増幅器、ＡＤＣまたは他の回路を備えることができる。測定が完了すると、リセット・スイッチ４０４が再び閉じ、次の必要に応じて、たとえば直ちにサイクルが再スタートし、あるいは制御されるデバイスに適した遅延の後、サイクルが再スタートする。この方法は、本明細書においては、長さ「ｎ」の測定「バースト」と呼ばれている。「ｎ」は、１から任意の有限数に及ぶことが可能である。回路の感度は、「ｎ」に正比例し、電荷積分器４０２の値に反比例する。

４０２で示されている回路エレメントは、他の手段によっても達成することができる電荷積分機能を提供していること、および本発明は、４０２で示されている接地基準コンデンサの使用に限定されないことは理解されよう。また、知覚回路に流れる電荷を積分する演算増幅器ベースの積分器を電荷積分器４０２に使用することができることは自明であろう。また、このような積分器にも、電荷を蓄積するためのコンデンサが使用される。積分器によって回路が複雑になるが、これらの積分器によってより理想的な加算接続負荷が知覚電流に提供され、かつ、より動的な範囲が提供されることに留意されたい。低速積分器を使用する場合、場合によっては４０２の位置に、積分器がやがて電荷を吸収することができるようになるまでの間、電荷を高速で一時的に蓄積するための個別のコンデンサを使用しなければならないが、このようなコンデンサの値は、演算増幅器ベースの積分器に組み込まれている積分コンデンサの値と比較すると、それほど重要な値ではない。

選択された極性（この場合、正の立上り）の駆動信号が変化している間、センサの知覚行電極が電荷積分器４０２に接続されない場合、サンプリング・スイッチ４０１にこれらの知覚行電極を接地に接続させることは有用である。これは、知覚行電極を接地に接続す
ることによって擬似接地平面を生成することができ、したがってＲＦ放出が抑制され、また、上で指摘したように、電荷積分器４０２によって知覚される電荷の極性とは逆極性の結合電荷を適切に散逸させ、かつ、中和することができることによるものである。また、行電極線上の接地に対する抵抗を使用して、駆動チャネル１０１の変化と変化の間に同じ効果を得ることも可能である。適切な方法でタイミングが取られる場合、単一のＳＰＤＴスイッチ４０１の代替として、独立した２つのスイッチを使用することも可能である。

本発明者によって特許文献３に記述されているように、信号の大きさの検出すなわち測定を操作し、かつ、決定するための可能な多くの信号処理オプションが存在している。また、特許文献３には、単一電極システムの形態ではあるが、図６Ａに示す構造の利得関係が記述されている。この場合の利得関係も同じである。信号相殺手段４０５の有用性については、本発明者によって特許文献４ならびに特許文献３に記述されている。特許文献４の開示は、本願明細書に援用されている。信号相殺の目的は、個々のバーストの生成（駆動チャネルの正の立上り変化）と同時に電荷積分器４０２に蓄積される電圧（すなわち電荷）を抑制し、それにより、駆動される列電極と受け取る行電極の間のより強力な結合を可能にすることである。この手法の利点の１つは、電極と電極の間の結合の微小な変化に敏感な広い知覚領域を比較的低コストで可能にすることである。このような強力な知覚結合は、典型的には人間接触知覚パッドに使用される大型電極に物理的に存在している。測定の直線性は、バーストが進行している間、被駆動列電極１００から知覚行電極１０４へ結合する電荷を「仮想接地」ノードにシンクさせる能力によって決まるため、電荷を相殺することにより、より優れた直線性で結合の量を測定することができる。バーストが進行している間、電荷積分器４０２の電圧を多少大きくすることができる場合、この電圧は逆指数的に上昇する。この指数成分は、直線性に対して有害な効果を有しており、したがって利用可能な動的範囲に対して有害な効果を有している。

図７は、図３Ｂを参照して説明した種類の接触感応ディスプレイ８２を組み込んだ制御パネル８０の略平面図を示したものである。この制御パネル８０は、制御されるデバイスの壁８４に取り付けられ、この場合、洗濯機に取り付けられている。接触感応ディスプレイ８２のカバー・パネル９２は、制御パネルの領域全体にわたって展開しており、接触感応ディスプレイが占有している領域は、この実施例では制御パネルの中央付近に位置している。図７に示す接触感応ディスプレイは、たとえば選択可能な異なる洗濯プログラムに対応している、ＡないしＦのラベルが振られた多数のメニュー・ボタンと、可変パラメータ、たとえば洗濯温度を画定するためのスライド・スケール９４と、ユーザに情報を示した何行かのテキスト９６を備えている。したがってユーザは、たとえばＡないしＦのラベルが振られたメニュー・ボタンの領域の制御パネルに触れることによって洗濯プログラムを選択することができる。接触感応ディスプレイを備えたセンサは、メニュー・ボタンＡ〜Ｆの位置がセンサ内の「キー」の位置（つまり列電極と行電極の間の交点の領域）に対応するように構成することができる。別法としては、メニュー・ボタンＡ〜Ｆをセンサの下を覆っているキー構造に直接関連付ける必要はなく、任意に画定することができる。後者の場合、多数のキーからの信号の補間から感応領域内の接触位置を決定することができ、次に、決定した位置と表示されているメニュー・ボタンの位置を比較して、メニュー・ボタンが選択されたかどうかを決定することができる。ユーザに表示されているスライド温度スケール９４からの温度の選択も同じ方法で実施することができる。

制御パネルは、接触感応ディスプレイ８２の他に、さらに、多数の追加ボタン８６およびオン／オフ・スイッチ８８を備えている。これらは、接触感応キーあるいは従来の機械式ボタン・スイッチであっても良い。この実施例では、これらは接触感応キーであり、制御パネルの平らで、かつ、密閉された外部表面を維持している。この場合、追加ボタンを透明にする必要がないため、それらをＩＴＯから形成する必要はない。したがって、より安価で、かつ、より抵抗の小さい銅電極をこれらのボタンに使用することができる。さら
に、単一のセンサ・コントローラ集積回路チップを便利に使用して、透明センサおよびもっと多くの従来の銅電極接触感応ボタン８６、８８を備えた位置センサを制御することができる。これは、たとえば単一のコントローラ・チップの異なるチャネルを適切に較正し、ＩＴＯ膜および銅電極の異なる抵抗および装荷を考慮することによって達成することができる。

したがって設計者は、透明な接触感応位置センサを組み込んだ制御パネルを設計する際に多くの自由度を有しており、上で説明した原理は、多くのタイプのデバイス／機器に適用することができることは理解されよう。たとえば、オーブン、グリル、洗濯機、タンブル・ドライヤ、皿洗い機、電子レンジ、フード・ブレンダ、製パン機、ドリンク・マシン、コンピュータ、家庭用視聴覚機器、携帯型メディア・プレーヤ、ＰＤＡ、セル電話、コンピュータなどに同様のセンサを使用することができる。たとえば図８は、本発明の１実施形態によるセンサ９３を組み込んだ洗濯機９１を略図で示したものであり、また、図９は、本発明の１実施形態によるセンサ９９を組み込んだセルラ電話９５およびスクリーン９７を略図で示したものである。より一般的には、本発明は、人間−機械インタフェースを有するあらゆる機器と共に使用することができる。また、たとえば既存の機器をアップグレードするために、上で説明したこれらの種類に類似した、デバイス／機器とは別に提供される、それらを制御するために使用することができるセンサを提供することも可能である。また、一連の異なる機器を動作させるべく構成することができる汎用センサを提供することも可能である。たとえば、センサは、デバイス／機器の供給者がたとえば再プログラムすることによってコントローラを適切に構成することにより、そのデバイス／機器の供給者が希望する通りに装置の機能に結合することができる所与の範囲のキーを有している。

図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明の他の実施形態による２次元容量位置センサ１１０の正面図および背面平面図をそれぞれ略図で示したものである。この２次元容量位置センサは、たとえば調理器制御パネルに使用することができる。このセンサ１１０は、同じキー構造を提供している点で図５Ａおよび５Ｂに示す２次元容量位置センサと類似している。つまり、センサ１１０は、３つのキーからなる上側の２つの行および４つのキーからなる下側の単一の行を有している。しかしながら、キーの電極パターンは異なっている。図５Ａおよび５Ｂに示すセンサのキーは、開放領域と充填領域が重畳した菱形パターンに基づいており、導電材料の４つのサブ行から個々の行電極が形成されている。しかしながら、図１０Ａおよび１０Ｂに示すセンサ１１０のキーは、丸いスロットの形の領域を備えたパターンに基づいており、さらに、個々の行電極は、導電材料の単一の行を備えている。その上、この実施形態の場合、導電材料の領域１１１が列電極中の開口に含まれている。これらの領域は、周囲の電極材料から電気的に分離されており、したがってセンサの動作様式に影響することはない。しかしながら、美観の観点からすると、より一様なカバーリングによってユーザの目に映ることがより少ないと思われる電極を備えた導電材料の層の構築が促進されるため、場合によっては導電材料のこれらの領域１１１を透明センサに含めることがより良好である。個々の行電極の各々の２つの端部は、短絡接続１３０によってまとめて接続されている。これらの短絡接続１３０は、上で説明した短絡接続に類似しており、したがってそれらの短絡接続から理解されよう。

電極を形成している導電材料の特定のパターンの相違にもかかわらず、図１０Ａおよび１０Ｂに示すセンサ１１０は同じ汎用方法で動作し、その動作については、図１Ａおよび１Ｂに示すセンサから理解されよう。したがって図１０Ａには同じく駆動ユニット１１６およびセンサ・コントロ−ラ１１０が示されている。駆動ユニット１１６は、４つの（３つではなく）駆動チャネルＤ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を備えている点で図１Ａに示す駆動ユニット６とは異なっている。これは、センサ１１０のキーの複数の行のうちの１つ（つまり図１０Ａに示す配向の場合、一番下の行）が４つのキー領域を備えており、この行
をサービスするためには４つの駆動チャネルが必要であることによるものである。この相違を別として、駆動ユニット１１６は、図１Ａに示す駆動ユニットと同様に動作し、したがってその動作については図１Ａに示す駆動ユニットから理解されよう。同様に、図１０Ｂには知覚ユニット１１８および同じくセンサ・コントローラ１１０が示されている。この知覚ユニットは、図１Ｂに示す知覚ユニット８と同様に動作し、したがってその動作については図１Ｂに示す知覚ユニットから理解されよう。

センサ・コントローラ１１０は、広義の意味では図１Ａおよび１Ｂに示すセンサ・コントローラ１０と同様に動作している。しかしながら、関連するキー構造の相違は、どのキーが触れられているかを決定するためには異なる論理が必要であることを意味している。図１０Ａおよび１０Ｂに示すセンサ１１０の場合、知覚チャネルＳ１またはＳ２（上側の２つの行）によって信号が検出されると、選択されたキー領域は、駆動チャネルＤ１、Ｄ３またはＤ４のうちのアクティブである駆動チャネルに依存することになる。（駆動チャネルＤ２に接続されている列電極は、知覚チャネルＳ１およびＳ２に接続された行電極と重畳していないため、駆動チャネルＤ２は、知覚チャネルＳ１またはＳ２に知覚信号をもたらすことはできないことに留意されたい。）一方、知覚チャネルＳ３（一番下の行）によって信号が検出されると、選択されたキー領域は、駆動チャネルＤ１、Ｄ２、Ｄ３またはＤ４のうちのアクティブである駆動チャネルに依存することになる。

図１１Ａおよび１１Ｂは、本発明の他の実施形態による２次元容量位置センサ２１０の正面図および背面平面図をそれぞれ略図で示したものである。図１１Ａおよび１１Ｂに示すセンサは、この場合も全体的には図１Ａおよび１Ｂに示すセンサと同様に動作しているが、この場合も異なるキー構成に基づいている。この事例では、６つの行および８つの列のキー・アレイ（合計４８個のキー領域）が提供されている。したがって、対応する駆動ユニット（図示せず）は、８つの列電極に結合された８つの駆動チャネルを備えており、また、対応する知覚ユニット（図示せず）は、６つの行電極に結合された６つの知覚チャネルを備えている。上で説明した実施形態の場合と同様、アクティブ駆動チャネルに接続されている列電極と、信号が出力されている知覚チャネルに接続されている知覚電極との交点から接触位置が決定される。

行および列の数が増加しているだけでなく、図１１Ａおよび１１Ｂに示すセンサ２１０の電極パターンは、列電極が接地シールドによって分離されていない点で図１Ａおよび１Ｂに示すセンサ２の電極パターンとは異なっている。また、図１Ａおよび１Ｂに示すセンサのキーは、開放領域および充填領域の菱形パターンに基づいており、導電材料の４つのサブ行から個々の行電極が形成されている。しかしながら、図１１Ａおよび１１Ｂに示すセンサ２１０のキーは、接続された長方形の形の開放領域および充填領域に基づいており、個々の行電極は、導電材料の単一の行のみ（多数のサブ行ではなく）を備えている。

図１１Ｂに示す個々の行電極の２つの端部は、短絡接続２３０によってまとめて接続されている。これらの短絡接続２３０は、この場合も上で説明した短絡接続に類似しており、したがってそれらの短絡接続から理解されよう。また、図１１Ａに示す個々の列電極の各端部も列短絡接続２４０によってまとめて接続されている。これらの短絡接続は、駆動チャネルに提供される電気インピーダンスを小さくするために使用されており、電気インピーダンスを小さくする方法は、知覚チャネルに提供される電気インピーダンスを小さくするために使用される、行電極の端部と端部の間の短絡接続２３０と同じである。これは、列電極の抵抗ならびに行電極の抵抗が著しく大きくなることがあるため、面積が比較的広いセンサあるいはキー領域が狭いセンサの場合にとりわけ有用である。したがって、図１１Ａおよび１１Ｂに示すセンサ２１０は、販売端末の一点に使用される、たとえば１６ｃｍ×１２ｃｍ程度等のより広い接触スクリーンの場合にとりわけ適している。

以上、本発明によるセンサについて、被駆動列電極および知覚行電極の形で説明したが、これらの電極は、基礎をなしている動作原理を変更することなく逆にすることができることは理解されよう。たとえば、図２に示すセンサ２は、行電極を駆動チャネルに接続し、かつ、列電極を知覚チャネルに接続することによって同じように動作させることができる。また、基板４も、正規の使用中、背面として上で参照されている面が基板のユーザと対向する面になるように逆にすることができる。しかしながら、電界が溢れる程度は、通常、基板の両面の電極パターンによって決まるため、必ずしも基板の両側で同じではないことは理解されよう。したがって、正規の使用中、知覚すべき物体（たとえばユーザの指あるいはスタイラス）と対向する基板の面に、電界が溢れる程度が最も大きい電極パターンを配置することが有利である。また、正規の使用中に、知覚すべき物体と対向する基板の面に知覚電極を配置する場合、優れた感度が得られることが実験によって分かっている。たとえば、被駆動電極と対向している物体を検出する場合と比較すると、２倍の測定信号強度が得られる。

また、伝送−受信構造を利用する代わりに（つまり駆動電極および知覚電極を使用する代わりに）、上で説明した基板、電極パターンおよび短絡接続構造を受動構成で使用することも可能である。つまり、駆動信号を駆動電極に印加する駆動チャネル、および駆動信号によって知覚電極に誘導される知覚信号を検出する知覚チャネルを有する代わりに、個々の電極を単一電極容量知覚チャネルに接続することができる（たとえば特許文献３に記載されているように）。この構造の場合、電極の個々の行および列がそれぞれ独立して、２つの対応する方向に沿った物体の位置を知覚することになる。たとえば、図５Ａおよび５Ｂに示す実施形態を参照すると、図５Ａの３つの列電極および図５Ｂの３つの行電極の各々を全く同じ単一電極容量知覚チャネルに接続することができる。したがって、図５Ａの列電極と結合している信号を使用して水平方向の接触位置を識別することができ（図５Ａに示す配向の場合）、一方、図５Ｂの行電極と結合している信号を使用して垂直方向の物体の位置を識別することができる。

最後に、以上の説明では「接触」という用語が頻繁に使用されているが、上で説明した種類のセンサは十分に敏感であり、物理的な接触を必要とすることなく、隣接する指（あるいはスタイラスなどの他の物体）の位置を示すことができることに留意されたい。したがって本明細書において使用されている「接触」という用語は、適宜に解釈されたい。
（参考文献）
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［３］ ＵＳ ４，８７９，４６１（ハラルド・フィリップ）
［４］ ＵＳ ５，６４８，６４２（シナプティクス社）

本発明の１実施形態による２次元容量位置センサの略正面図。 本発明の１実施形態による２次元容量位置センサの略背面平面図。 図１Ａおよび１Ｂに示すセンサの正面図および背面平面図をまとめて示す略図。 図２に示すセンサのある領域を拡大スケールで示す略平面図。 図３Ａに示すセンサの同じ部分の略断面図。 図３Ｂに示すセンサの一部に電界線を重ねた略断面図。 図３Ｂに示すセンサの一部に電界線を重ねた略断面図。 本発明の他の実施形態によるセンサの一部を示す略平面図。 本発明の他の実施形態によるセンサの一部を示す略平面図。 本発明の他の実施形態による２次元容量位置センサの略正面図。 本発明の他の実施形態による２次元容量位置センサの略背面平面図。 本発明の実施形態によるセンサと共に使用するための電気回路を示す略図。 図６Ａに示す回路のいくつかのエレメント間のタイミング関係を示す略図。 本発明の１実施形態によるセンサを組み込んだ接触感応ディスプレイ・スクリーンを示す略図。 本発明の１実施形態によるセンサを組み込んだ洗濯機を示す略図。 本発明の１実施形態によるセンサを組み込んだセルラ電話を示す略図。 本発明の他の実施形態による２次元容量位置センサの略正面図。 本発明の他の実施形態による２次元容量位置センサの略背面平面図。 本発明のさらに他の実施形態による２次元容量位置センサの略正面図。 本発明のさらに他の実施形態による２次元容量位置センサの略背面平面図。

Claims (20)

1. 基板と、
   該基板の一方の面の第１の抵抗性電極と、
   該基板のもう一方の面の第２の抵抗性電極と、
   該第１の電極上の少なくとも２つの位置と位置との間を接続するようになされた短絡接続からなる容量センサ。
2. 前記第２の電極上の少なくとも２つの位置と位置との間を接続するようになされた他の短絡接続を備えた、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記第１および第２の電極のうちの一方の電極が、複数の開放領域のアレイを有するパターン中に配置され、前記第１および第２の電極のうちのもう一方の電極が、該開放領域と整列するようになされた複数の充填領域のアレイを有するパターン中に配置された、請求項１または２に記載のセンサ。
4. 前記開放領域に配置された前記電極の材料と同じ材料から形成され、かつ、前記電極から電気的に分離された領域をさらに備えた、請求項３に記載のセンサ。
5. 前記電極が透明である、請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ。
6. 前記基板が透明である、請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ。
7. 前記基板の前記第１の電極と同じ面に少なくとも１つの他の電極を備えた、請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサ。
8. 前記第１の電極と前記少なくとも１つの他の電極との間に配置された接地電極を備えた、請求項７に記載のセンサ。
9. 前記基板の前記第２の電極と同じ面に少なくとも１つの他の電極を備えた、請求項１乃至８のいずれかに記載のセンサ。
10. 前記第２の電極と前記少なくとも１つの他の電極との間に配置された接地電極を備えた、請求項９に記載のセンサ。
11. 前記基板の前記第１の電極と同じ面に少なくとも１つの他の電極を備え、かつ、前記基板の前記第２の電極と同じ面に少なくとも１つの他の電極を備え、前記電極がマトリックス・アレイで配置された、請求項１乃至１０のいずれかに記載のセンサ。
12. 前記第１および第２の電極のうちの一方の電極に電気駆動信号を印加するように動作させることができる駆動チャネルと、該駆動信号に応答して前記第１および第２の電極のうちのもう一方の電極に誘導される電気知覚信号を検出するように動作させることができる知覚チャネルとを備えた、請求項１乃至１１のいずれかに記載のセンサ。
13. 前記駆動チャネルが、関連する電極を電圧源に選択的に接続し、かつ、関連する電極を電圧源から選択的に開放するように動作させることができるスイッチ・エレメントからなる、請求項１２に記載のセンサ。
14. 前記知覚チャネルが電荷移送回路からなる、請求項１２または１３に記載のセンサ。
15. 前記知覚チャネルが、正規の使用中、知覚すべき物体と対向する前記基板の面の前記電極に結合された、請求項１２乃至１４のいずれかに記載のセンサ。
16. 請求項１乃至１５のいずれかに記載のセンサと、該センサを覆っているカバー・パネルからなる制御パネル。
17. 前記カバー・パネルおよび前記センサが、屈折率整合接着剤を使用して互いに取り付けられた、請求項１６に記載の制御パネル。
18. 前記センサの下を覆っているディスプレイ・スクリーンをさらに備えた、請求項１６または１７に記載の制御パネル。
19. 前記ディスプレイ・スクリーンおよび前記センサが、屈折率整合接着剤を使用して互いに取り付けられた、請求項１８に記載の制御パネル。
20. 請求項１６乃至１９のいずれかに記載の制御パネルからなる装置。

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