JP2011530130A - 多様なサイズおよび多様なインピーダンスの間隔保持手段を有する多点接触タッチ検出センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】接触ポイントの周囲で局所的な誤検出を発生させず、導体トラックを過度に変形せずに、２つの異なる層の導体トラック間で電気的に同時に接触する多点接触タッチ検出センサを実現する。
【解決手段】本発明は、弾力的に変形可能な相互作用層（１０）と支持層（１１）とを有する多点接触タッチ検出センサであって、相互作用層（１０）の下面に、導体トラック配列（１２）を有し、支持層（１１）の上面に、相互作用層（１０）の導体トラック配列（１２）と平行でない導体トラック配列（１３）を有する、多点接触タッチ検出センサに関する。相互作用層と支持層とは、第１列の硬質絶縁スペーサによって分離されている。第２列の導体スペーサ（１５）は、２つの導体トラック配列（１２、１３）のうちの少なくとも１つに接している。第１列のスペーサ（１４）のインピーダンスおよびサイズは、第２列のスペーサ（１５）とこのスペーサ（１５）の反対側の層の導体トラック配列との間の、非アクティブな状態での接触を防止し、相互作用層（１０）の変形による局所的接触を可能にするように決定される。また、本発明は、上記センサを制御する制御装置、上記センサを有する多点接触タッチ検出画面および上記センサで形成される１組の個別キーを有するキーボードに関する。
【選択図】図２
【解決手段】本発明は、弾力的に変形可能な相互作用層（１０）と支持層（１１）とを有する多点接触タッチ検出センサであって、相互作用層（１０）の下面に、導体トラック配列（１２）を有し、支持層（１１）の上面に、相互作用層（１０）の導体トラック配列（１２）と平行でない導体トラック配列（１３）を有する、多点接触タッチ検出センサに関する。相互作用層と支持層とは、第１列の硬質絶縁スペーサによって分離されている。第２列の導体スペーサ（１５）は、２つの導体トラック配列（１２、１３）のうちの少なくとも１つに接している。第１列のスペーサ（１４）のインピーダンスおよびサイズは、第２列のスペーサ（１５）とこのスペーサ（１５）の反対側の層の導体トラック配列との間の、非アクティブな状態での接触を防止し、相互作用層（１０）の変形による局所的接触を可能にするように決定される。また、本発明は、上記センサを制御する制御装置、上記センサを有する多点接触タッチ検出画面および上記センサで形成される１組の個別キーを有するキーボードに関する。
【選択図】図２
Description
本発明は、多様なサイズおよび多様なインピーダンスの間隔保持（espacement）手段を有する多点接触タッチ検出センサに関する。
本発明は、多点接触タッチ検出センサの分野に関する。このタイプのセンサは、センサ表面上の複数の指の位置、圧力、サイズ、形状および動きを同時に取得することによって、好ましくはグラフィックインタフェースを介して、装置を制御することができる手段と共に提供される。これらのセンサは、ポータブルまたは他のパーソナルコンピュータ、携帯電話、（銀行、店頭、切符売場の）自動窓口、ゲーム機のコンソール、ポータブルマルチメディアプレイヤ（ディジタルウォークマン（登録商標））、オーディオビジュアル装置または家電製品の制御、工業生産装置またはＧＰＳナビゲータシステムなどの制御のためのインタフェースとして利用可能であるが、本発明はこれらに限定されない。
より詳細には、本発明は、弾力的に変形可能な相互作用層および支持層を有する多点接触タッチ検出センサであって、相互作用層の下面に導体トラック配列を有し、支持層の上面に相互作用層の導体トラック配列と平行でない導体トラック配列を有し、相互作用層および支持層は、第１列の硬質絶縁スペーサで分離される、多点接触タッチ検出センサに関する。
従来技術において、複数の接触ポイントの存在および状態を同時に検出することができる多点接触タッチ検出センサは、既に知られている。この多点接触タッチ検出センサは、弾力的に変形可能な相互作用層および支持層を有し、相互作用層の下面に導体トラック配列を有し、支持層の上面に相互作用層の導体トラック配列と平行でない導体トラック配列を有する。相互作用層と支持層とは、間隔保持手段、特に、第１列の硬質絶縁スペーサによって分離される。
このため、導体トラックは、行と列との交点によって形成されたノードのマトリックスで配置される。タッチ検出センサ上で接触があった場合、少なくとも１行と１列とは、ノードで接触しており、閉じたスイッチとして機能する。マトリックスのすべてのノードの端子における電圧を順次迅速に測定することによって、毎秒数回、センサ画像を作成する。
この種の１つの解決方法について、仏国特許発明第２，８６６，７２６号明細書で提案されている。この文献には、２つの透明導体層間に導線および絶縁材料に対応する行および列が印刷された該２つの透明導体層を有する多点接触タッチ検出センサについて記載されている。絶縁材料は、センサの２つの導体層間に配置された球形の硬質絶縁スペーサで構成することが有利になることがある。導体トラックは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ、または、英語で「indium tin oxide」）の表面蒸着で作成することが有利になる。
一方、この解決方法は、使用するタッチセンサの精度および感度が、センサで測定したデータとの干渉にかなり影響されるという欠点を有する。干渉は、誤検出、特に、インジウム錫酸化物構造の透明導電性材料が蒸着される場合、導体トラックを被覆する材料の抵抗率に関連する現象によって生じる。一方、相互作用層の導体トラックが過度に変形した場合、これは、損傷または破損しやすい。このため、この種のセンサは、壊れやすく、耐用年数が短い。
したがって、従来技術の解決方法では、局所的な接触で壊れやすくならない、または、誤検出の現象の原因とならない導体トラックを有するセンサでも有利でない。
本発明の目的は、相互作用層および支持層の２つの導体トラックがそれぞれより接近した場合、誤検出の現象を制限する一方、タッチ検出における接触が生じた場合、相互作用層の導体トラックの変形の幅を小さくすることによって、これらの技術的課題を解決することである。
この解決方法のためには、接触ポイントの周囲で局所的な誤検出を発生させず、導体トラックを過度に変形せずに、２つの異なる層の導体トラック間で電気的に同時に接触する方法を見つけなければならない。第１列のスペーサとサイズおよび抵抗が異なり２つの層の導体トラックに対して特定の方法で配置された第２列のスペーサを使用することによって、第１列の硬質絶縁スペーサと組み合わせて、様々な技術的課題を解決することができる。
この目的のため、本発明によれば、弾力的に変形可能な相互作用層と支持層とを有する多点接触タッチ検出センサであって、相互作用層の下面に、導体トラック配列を有し、支持層の上面に、相互作用層の導体トラック配列と平行でない導体トラック配列を有し、相互作用層と支持層とは、第１列の硬質絶縁スペーサによって分離されている、上記のタイプの多点接触タッチ検出センサが提供される。また、このセンサは、２つの導体トラック配列のうちの少なくとも１つに接する第２列の導体スペーサを有する。第２列のスペーサのインピーダンスは、第１列のスペーサのインピーダンスと導体トラックのインピーダンスとの間である。第２列のスペーサのサイズは、第１列のスペーサのサイズより小さい。第１列のスペーサのサイズは、第２列のスペーサと第２列のスペーサの反対側の層の導体トラック配列との間の、非アクティブな状態での接触を防止し、相互作用層の変形による局所的接触を可能にするように決定される。
このセンサは、さらに第１列のスペーサおよび第２列のスペーサを組み合わせて形成されており、上記技術的課題を解決することができる。実際に、第２列の導体スペーサは異なる層の導体トラックの間に配置され、これらの導体スペーサのインピーダンスはこれらの導体トラックのインピーダンスより高いので、異なる層の導体トラックがより接近した場合の誤検出の問題は、制限される。タッチ検出の接触が必要な場合、第２列の導体スペーサのサイズおよび位置によって、異なる層の導体トラック間で電気的に接触する。この接触において、相互作用層の導体トラックは、支持層の導体トラックと直接物理的に接触する必要はないので、相互作用層の導体トラックの変形は制限される。
透明で非常に薄い層の導体トラックの利点を求める好ましい実施形態では、２つの導体トラック配列は、インジウム錫酸化物で導電性表面被覆されている。
相互作用層は、ポリエステルフィルムで構成されることが好ましい。
支持層は、硬質であることが好ましい。この場合、支持層は、ガラス基板で構成されると有利である。
好ましい実施例において、センサを介してグラフィックオブジェクトが見える必要がある多点接触タッチ検出画面に統合するのに十分な透明度を与えることを目的とするため、
−相互作用層は、透明であり、
−第１列のスペーサは、透明ポリマで形成され、
−第２列のスペーサは、透明導電性ポリマで形成される。
−相互作用層は、透明であり、
−第１列のスペーサは、透明ポリマで形成され、
−第２列のスペーサは、透明導電性ポリマで形成される。
実施形態において、ノードが２つの層のうちの１つの導体トラックと他の層の導体トラックの投射との交点として定義される場合、センサで被覆されたノードの配分を改善するため、
−２つの導体トラック配列は、互いに垂直であり、
−２つの導体トラック配列のうちの少なくとも１つの導体トラックは、平行で距離が等しい。
−２つの導体トラック配列は、互いに垂直であり、
−２つの導体トラック配列のうちの少なくとも１つの導体トラックは、平行で距離が等しい。
好ましい実施形態において、第１列のスペーサの直径は、第２列のスペーサの直径の２倍より長い。この２つのスペーサ配列のサイズの比率によって、第２列のスペーサと各層の少なくとも１つの導体トラックとの間で、非アクティブな状態では接触せず、タッチによってアクティブになった場合は接触する。
また、本発明は、導体トラックを走査する回路と、走査するごとに、信号（Ｘ、Ｙ、ＺX,Y）を供給する回路によって電気特性を取得する手段であって、ＺX,Yは、該走査において１列の導体トラックＸと他の列の導体トラックＹとの交点に対応して測定された電気特性を示す手段と、をさらに有する、上記多点接触タッチ検出センサの制御装置に関する。
さらに、本発明は、ディスプレイ画面と、上記の種類の多点接触タッチ検出センサと、を有する多点接触タッチ検出画面に関する。
最後に、本発明は、上記の種類の多点接触タッチ検出センサを有する１組の個別キーを有するキーボードに関する。
添付の図面を参照しながら本発明の非限定的な実施形態の１つについて詳細な説明を読むことによって、本発明は、より良く理解されるであろう。
本発明に係る多点接触タッチ検出センサは、マトリックス型である。より詳細には、この多点接触タッチ検出センサは、パッシブマトリックス、すなわち、マトリックス形式で配置され絶縁層で分離された２つの透明導電性材料層で作られている。
図１は、多点接触タッチ検出センサが統合されているパッシブマトリックス型多点接触タッチ検出電子デバイスを示す図である。
このデバイスは、
−マトリックス型タッチ検出センサ１と、
−ディスプレイ画面２と、
−取得インタフェース３と、
−メインプロセッサ４と、
−グラフィックプロセッサ５と、を有する。
−マトリックス型タッチ検出センサ１と、
−ディスプレイ画面２と、
−取得インタフェース３と、
−メインプロセッサ４と、
−グラフィックプロセッサ５と、を有する。
このタッチ検出デバイスの第１の基本構成要素は、取得インタフェース３を介した取得（多点接触操作）に必要なタッチ検出センサ１である。取得インタフェース３は、取得および分析回路を有する。このタッチ検出センサ１は、マトリックス型である。このセンサは、データ取得の高速化のため、場合によっては複数の部分に分割してそれぞれの部分を同時に走査することができる。
取得インタフェース３からのデータは、フィルタリングされた後、メインプロセッサ４に送られる。メインプロセッサ４は、ローカルプログラムを実行してパッドからのデータをディスプレイ画面２に表示された操作用グラフィックオブジェクトに関連付けることができる。また、メインプロセッサ４は、ディスプレイ画面２に表示するデータをグラフィックインタフェース５に送る。さらに、このグラフィックインタフェースは、グラフィックプロセッサで制御することができる。
タッチ検出センサは、以下の方法で動作する。第１の走査フェーズでは、１つの配列の導体トラックは、順次電力供給され、他の配列の導体トラックのそれぞれで応答を検出する。これらの応答に関して、状態が休止状態に比べて変化したノードに対応する接触エリアを決定する。状態が変化した１つまたは複数のセットの隣接ノードを決定する。この１セットの隣接ノードによって、１つの接触エリアが定義される。このノードセットから、本発明でカーソルを意味する位置情報を計算する。非アクティブエリアによって分離されたノードセットが複数ある場合には、同じ走査フェーズで互いに独立な複数のカーソルを決定する。
この情報は、新しい走査ステップにおいて周期的にリフレッシュされる。カーソルは、順次行われる走査で得られた情報に基づいて作成され、追跡され、消滅する。例えば、カーソルは、接触エリアの重心を求める関数によって計算される。一般的な原理として、タッチ検出センサ上で検出された接触エリアと同数のカーソルを作成し、その時間的変化を追跡する。利用者が自分の指をセンサから離すと、関連付けられていたカーソルは消滅する。こうして、タッチ検出センサ上にある複数の指の位置および変化を同時に取得することができる。
マトリックスセンサ１は、例えば、抵抗式センサまたは投影型静電容量式センサである。このセンサは、２つの透明な層を有し、これらの層の上には導体トラックに対応する行または列が配置される。これらの導体トラックは、導線で構成される。したがって、これらの２つの導体トラックの層は、マトリックス配列の導線を形成する。
行が列に接触したか否かを決定してセンサの接触ポイントを規定するのに、マトリックスのそれぞれのノードの端子における電気特性（電圧、容量またはインダクタンス）を測定する。１００Ｈｚのオーダのサンプリング周波数によって、デバイスは、センサ１とメインプロセッサ４に統合された制御回路とによって、センサ１全体からデータを取得する。
メインプロセッサ４は、センサからのデータをディスプレイ画面２上に表示される操作用グラフィックオブジェクトに関連付けるプログラムを実行する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る多点接触タッチ検出センサの断面図である。
このセンサは、相互作用層１０と、支持層１１と、第１列のスペーサ１４と、第２列のスペーサ１５と、を有する。
相互作用層１０は、弾力的に変形可能である。相互作用層１０は、スタイラスによるスクラッチに対抗できるポリエステルフィルムで製造される。相互作用層１０は、センサ１を介してディスプレイ画面２上のグラフィックオブジェクトが十分明確に見えるように透明である。
相互作用層１０は、平行で距離が等しい導体トラック１２の配列を有する。これらのトラックは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の表面蒸着によって製造された導線である。
支持層１１は、センサ１のサポート要素であり、その上に要素１０、１２〜１５が配置される。支持層１１は、ガラス基板として製造されており、透明なのでセンサ１を介してディスプレイ画面２上のグラフィックオブジェクトが十分明確に見える。
この支持層１１は、平行で距離が等しい導体トラック１３の配列を特徴とする。これらのトラックは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の表面沈着によって製造された導線である。これらのトラックは、相互作用層１０の導体トラック１２に垂直に配置され、マトリックス型の導体トラック配列１２、１３を形成する。
導体トラック１２、１３は、行と列の形式で配置される。行と列との交点は接触ポイントを形成する。例えば、指がセンサ上に置かれると、相互作用層１０上の１つまたは複数の列は、導体スペーサ１５を介して支持層１１上の１つまたは複数の行に接触して、１つまたは複数の接触ポイントとなる。この接触は、相互作用層１０（と、したがって、導体トラック１２と）が、導体スペーサ１５を介して支持層１１の導体トラック１３と電気的に接触するまで変形することによって生じる。
他の実施形態において、支持層１１は、変形可能であるが、相互作用層１０より硬質であるので、接触時に支持層１１に過度の衝撃を与えないが、相互作用層１０を介して取得されるタッチによる接触を検出可能である。
第１列のスペーサ１４は、センサ１全体にわたって所定の間隔を保持して、相互作用層１０と支持層１１と（したがって、それらの導体トラック１２と導体トラック１３と）を分離する。このため、スペーサ１４は、相互作用層１０と支持層１１との間に配置される。スペーサは、硬質なので固定の間隔を保持し、透明なので透明なセンサを製造することができる。これらは、非常に高いインピーダンスを有するため絶縁性である。これらは、例えば、シリコーンなどの透明な絶縁性高分子で製造される。
第２列のスペーサ１５によって、導体トラック１２と導体トラック１３とが物理的により接近する（誤検出の発生源となる）のを防止することができ、相互作用層１０の導体トラック１２の変形の幅を制限することができる。これによって、スペーサ１５を透明にすることによって透明なセンサを製造することができる。これらは、透明導電ポリマをスクリーン印刷することによって蒸着され、これらの形状は球形でもよい。
これらの第２列のスペーサ１５は、第１列のスペーサのインピーダンスと導体トラックのインピーダンスとの間のインピーダンスを有する。これによって、電流を伝導するスペーサを取得することができる。したがって、タッチによって相互作用層１０の導体トラック１２が変形して接触が生じると、トラック１２とトラック１３とは、導体スペーサ１５を介して電気的に接触する。電流伝導に必要な抵抗は、例えば、１００キロオームが適している。
第２列のスペーサ１５のサイズは、第１列のスペーサ１４のサイズより小さい。また、第１列のスペーサ１４のサイズは、次ように決定される。
−第２列のスペーサ１５と第２列のスペーサ１５の反対側の層の導体トラックの配列との間の非アクティブ状態における接触を防止する。
−相互作用層１０の変形によって第２列のスペーサ１５と第２列のスペーサ１５の反対側の層の導体トラックの配列との間で局所的接触が可能である。
−第２列のスペーサ１５と第２列のスペーサ１５の反対側の層の導体トラックの配列との間の非アクティブ状態における接触を防止する。
−相互作用層１０の変形によって第２列のスペーサ１５と第２列のスペーサ１５の反対側の層の導体トラックの配列との間で局所的接触が可能である。
第１列のスペーサ１４の直径は、第２列のスペーサ１５の直径の２倍より長いことが好ましい。このサイズ比によって、非アクティブ状態においてスペーサ１５と導体トラック１３との間で接触するのを防止することができる。一方、相互作用層１０のトラック１２の変形によってこれらを著しく劣化することなく、スペーサ１５を介してトラック１２とトラック１３との間で電気的に接触することができる。第１列のスペーサ１４および第２列のスペーサ１５の直径は、それぞれ、例えば、４０マイクロメータおよび２０マイクロメータでもよい。
他の実施形態において、第２列のスペーサ１５の形状は、相互作用層１０の導体トラック１２と支持層１１の導体トラック１３の投影との交点に配置された液滴である。スペーサは、乾燥すると液滴の形状が想定される材料をスクリーン印刷することによって、製造してもよい。
図３および図４に示すセンサの第２の実施形態において、第１列のスペーサ１５は、支持層１１の導体トラック１３の水平面上にある。本実施形態によって取得される結果は、上記の図２に示した第１の実施形態のセンサによって取得した結果と類似している。
上記の本発明の実施形態は、実施例として提供されており、決して本発明を限定するものではない。当業者であれば、特許請求の範囲を逸脱せずに本発明の様々な変形例を作り出すことができることを理解されたい。
Claims (14)
- 弾力的に変形可能な相互作用層と支持層とを有する多点接触タッチ検出センサであって、
前記相互作用層の下面に、導体トラック配列を有し、
前記支持層の上面に、前記相互作用層の導体トラック配列と平行でない導体トラック配列を有し、
前記相互作用層と前記支持層とは、第１列の硬質絶縁スペーサによって分離され、
２つの前記導体トラック配列のうちの少なくとも１つに接する第２列の導体スペーサを有し、
前記第２列のスペーサのインピーダンスは、前記第１列のスペーサのインピーダンスと前記導体トラックのインピーダンスとの間であり、
前記第２列のスペーサのサイズは、前記第１列のスペーサのサイズより小さく、
前記第１列のスペーサのサイズは、前記第２列のスペーサと前記第２列のスペーサの反対側の層の導体トラック配列との間の、非アクティブな状態での接触を防止し、前記相互作用層の変形による局所的接触を可能にするように決定される、多点接触タッチ検出センサ。 - 前記２つの導体トラック配列は、インジウム錫酸化物で導電性表面被覆されている、請求項１に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記相互作用層は、ポリエステルフィルムで構成される、請求項１または２に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記支持層は、硬質である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記支持層は、ガラス基板で構成される、請求項４に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記相互作用層は、透明である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記第１列のスペーサは、透明ポリマで形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記第２列のスペーサは、透明導電性ポリマで形成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記２つの導体トラック配列は、互いに垂直である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記２つの導体トラック配列のうちの少なくとも１つの導体トラックは、平行で距離が等しい、請求項１〜９のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記第１列のスペーサの直径は、前記第２列のスペーサの直径の２倍より長い、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサ。
- 前記導体トラックを走査する回路と、
走査するごとに、信号（Ｘ、Ｙ、ＺX,Y）を供給する回路によって電気特性を取得する手段であって、ＺX,Yは、該走査において１列の導体トラックＸと他の列の導体トラックＹとの交点に対応して測定された電気特性を示す手段と、をさらに有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサの制御装置。 - ディスプレイ画面と、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサと、を有する多点接触タッチ検出画面。
- 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の多点接触タッチ検出センサを有する１組の個別キーを有するキーボード。
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