JP2016532171A - 感度を変更することができるタッチおよび近接センサの動作モード変更のためのロジック - Google Patents

Abstract

タッチおよび近接センサのモードを、該タッチおよび近接センサに対する検出可能な物体からの信号の強度にしたがって変更するシステムおよび方法である。本システムおよび本方法は、タッチおよび近接センサ上部の３次元空間のボリュームにおいて物体の距離が変化した際に、別個の感度の動作モード間でスイッチングすることにより、タッチおよび近接センサの感度を変更する。これにより、タッチおよび近接センサが、１つ以上の物体の存在を正確に検出および追跡するのを可能にする。【選択図】図８

Description

本発明は、全般的にタッチおよび近接センサに関するものである。具体的には、本発明は、１つ以上の物体のタッチおよび近接感知を実行することができる容量感応型タッチおよび近接センサに関するものである。また、検出可能な物体までの距離が変化するにつれ、当該センサの感度を異なる動作のモード間で変更するのに用いられるロジックに関するものである。

容量感応型タッチパッドには様々な設計がある。いずれの容量感応型タッチパッドであれ、どのように変更すれば本発明を用いて動作可能になるかより良く理解するためには、基礎技術を調べることが有用である。

CIRQUE（登録商標）Corporation製のタッチパッドは、相互容量検知デバイスであり、一例を図１にブロック図として示す。このタッチパッド１０では、Ｘ（１２）およびＹ（１４）電極ならびに検知電極１６の格子が、タッチパッドのタッチ感応エリア１８を規定するのに用いられる。通例、タッチパッド１０は約１６×１２個の電極、または空間に制約があるときには８×６個の電極の矩形格子である。これらＸ（１２）およびＹ（１４）（または行および列）電極には、１つの検知電極１６が織りまぜられる。全ての位置測定は検知電極１６を通じて行われる。

CIRQUE（登録商標）Corporation製のタッチパッド１０は、検知線１６上における電荷の不均衡を測定する。タッチパッド１０上またはその近傍に指示物体(pointing object)がない場合、タッチパッド回路２０は均衡状態にあり、検知線１６上には電荷の不均衡はない。指示物体がタッチ表面（タッチパッド１０の検知エリア１８）に接近またはタッチしたときの容量性結合を理由に指示物体が不均衡を生ずると、電極１２，１４上に容量変化が生ずる。測定するのは容量変化であって、電極１２，１４上における絶対容量値ではない。タッチパッド１０は、検知ライン上において電荷均衡を再確立するため、即ち再現するために、検知ライン１６に注入しなければならない電荷量を測定することによって、容量変化を判定する。

以上のシステムは、タッチパッド１０上またはその近傍にある指の位置を、以下のようにして判定するために利用される。この例では、行電極１２について説明し、列電極１４についても同様に繰り返される。行および列電極の測定から得られた値が、タッチパッド１０上またはその近傍にある指示物体の重心である交点を決定する。

第１ステップでは、Ｐ，Ｎ発生器２２からの第１信号によって第１組の行電極１２が駆動され、Ｐ，Ｎ発生器からの第２信号によって、異なるものの隣接する第２組の行電極が駆動される。タッチパッド回路２０は、どの行電極が指示物体に最も近いかを示す相互容量測定デバイス２６を用いて、検知線１６からの値を得る。しかしながら、マイクロコントローラ２８の制御下にあるタッチパッド回路２０は、行電極のどちら側に指示物体が位置するか未だ判定することができず、タッチパッド回路２０は、指示物体が電極からどの位離れて位置するかも判定することができない。このため、当該システムは駆動されることになる電極１２のグループを１電極だけずらす。言い換えると、グループの一方側に電極を追加する一方でグループの逆側にある電極はもはや駆動されない。次いで、新たなグループがＰ，Ｎ発生器２２によって駆動され、検知線１６の第２測定値が取り込まれる。

これら２つの測定値から、行電極のどちら側に指示物体が位置するのか、そしてどれ位離れて位置するのか判定することが可能になる。次いで、２つの測定された信号の振幅を比較する式を用いて、指示物体の位置判定を実行する。

CIRQUE（登録商標）社製タッチパッドの感度(sensitivity)または分解能(resolution)は、１６×１２格子の行および列電極が含意するよりも遥かに高い。分解能は、通例、１インチ当たり約９６０カウント以上である。正確な分解能は、コンポーネントの感度、同一の行および列上にある電極１２、１４間の間隔(spacing)、そして、本発明にとっては重要でないその他の要因によって決定される。

以上のプロセスは、Ｐ，Ｎ発生器２４を用いて、Ｙ即ち列電極１４に対して繰り返される。
以上で説明したCIRQUE（登録商標）製タッチパッドはＸおよびＹ電極１２，１４の格子、ならびに別個の単独検知電極１６を使用するが、多重化を使用することによって、実際には検知電極もＸまたはＹ電極１２，１４にすることができる。

第１実施形態では、本発明は、タッチおよび近接センサのモードを変更するシステムおよび方法である。動作モードは、タッチおよび近接センサに対する検出可能な物体からの信号の強度にしたがう。ここで、本システムおよび本方法は、タッチおよび近接センサの上部の３次元空間のボリュームにおいて物体の距離が変化した際に、別個の感度の動作モード間をスイッチングすることにより、タッチおよび近接センサの感度を変更する。これにより、タッチおよび近接センサが、１つ以上の物体の存在を正確に検出および追跡するのを可能にする。

本発明が有するこれらおよびその他の目的、特徴、利点、ならびに代替態様は、以下の詳細な説明を添付図面と合わせて検討し考察することから、当業者には明白となるであろう。

図１は、CIRQUE（登録商標）社によって製造され、本発明の原理に従って動作させることができる容量感応型タッチパッドのコンポーネントのブロック図である。 図２は、オフ・ボードのプロジェクション電極を示す本発明の第１実施形態についてのブロック図である。 図３は、セグメント化されたオフ・ボードのプロジェクション電極を示す本発明の第１実施形態についてのブロック図である。 図４は、異なるプロジェクタ電極のセグメントの位置がまた修正されるを示す第１実施形態のブロック図である。 図５は、プロジェクタ電極が全てをオン・ボードの電極であること示す第２実施形態についてのブロック図である。 図６は、オフ・ボードおよびオン・ボード両方のプロジェクタ電極のセグメントを単一のタッチおよび近接センサで組み合わせるのが可能であることを示す第２実施形態のブロック図である。 図７は、タッチ・センサのＸおよびＹ電極の間の隙間(gap)内に配置されるプロジェクタ電極を拡大したブロック図である。 図８は、本発明の第１実施形態の方法を示すフローチャートである。

これより、本発明の種々のエレメントに番号の指定(numeral designation)が与えられる図面を参照して、当業者が本発明を行い、使用することを可能にするように、本発明について説明する。尚、以下の記載は、本発明の原理の説明に過ぎず、後に続く特許請求の範囲を狭めるように解釈してはならないことが理解されてしかるべきである。

本文書を通じて、「タッチ・センサ」という用語の使用は、「近接センサ」、「タッチおよび近接センサ」、「タッチ・パネル」、「タッチパッド」、および「タッチ・スクリーン」を含むがこれらには限定されないデバイスと相互交換可能に使用されてもよいことは、理解されて然るべきである。

本発明は、タッチ・センサの動作の範囲を改良または拡張することに向けられる。タッチ・センサは、近接センサとして動作させることもできる。タッチ・センサは、検出範囲内に制限されることがあり、タッチ感応表面と物理的な接触を行う物体を検出できるに過ぎない。しかしながら、本発明の第１実施形態では、タッチ・センサと接触を行う前に、１つ以上の物体を感知する能力(ability)を有するようにタッチ・センサを改良することができ、本文書ではタッチおよび近接センサと称することになる。

容量感知技術を用いてタッチ感応表面との接触を行わないうちに物体を検出できるタッチおよび近接センサの能力は、電界の強度の関数とすることができる。電界は、タッチおよび近接センサの電極によって、タッチ感応表面の上に発生される。タッチおよび近接センサによって発生する電界を混乱させ、または影響を与える物体を検出可能とすることができる。電界がタッチおよび近接センサから発生されるほど、物体は、その表面から離れて検出されることができ、また、その移動が追跡されることができる。

本発明の第１実施形態の原理を実施するために使用できるタッチおよび近接を図２のブロック図に示す。タッチおよび近接センサ３０の第１実施形態の構成要素は、マイクロコントローラ３２を含むことができ、タッチおよび近接感知容量検出回路３４に結合される。容量検出回路３４は、電極格子に結合される電極３６を有することができる。電極格子は、同一平面上に配置することができ、また、ＸおよびＹ電極格子と一般に称される直交配置とすることができる。以降において、ＸおよびＹ電極格子のことをタッチ・センサ３８と称することがある。タッチおよび近接センサ３０の動作は、この第１実施形態では付加的な金属電極を追加することによって強化することができる。金属電極は、容量検出回路３４から駆動信号を受けている電極３６によって駆動される導電性表面とすることができる。

なお、タッチおよび近接センサ３０がホスト４２と通信できることが理解されて然るべきである。ホスト４２は、タッチおよび近接のデータを受信することができる。ホスト４２は如何なるシステムともすることができ、タッチおよび近接センサ３０におけるタッチおよび近接データを受信し、またはこれを使用できる。例えば、ホスト４２は、携帯型電子装置（例えば、移動体電話、スマートフォン、またはタブレット型コンピュータ）としてもよく、または、固定された機器（例えば、デスクトップ・コンピュータ、現金自動預払機（ＡＴＭ）またはキオスク）としてもよい。

第１実施形態では、電界プロジェクティング電極(electrical field projecting electrodes)、即ち、単に「プロジェクタ電極」は、異なる物理レイアウトまたは構成において配置することができる。第１実施形態では、図２に示されるプロジェクタ電極４０の第１構成は、オフ・ボードのプロジェクタである。オフ・ボードのプロジェクタは、タッチ・センサ３８の電極の間に配置する、即ち電極内に散在させるというのではなく、その代わりにタッチ・センサの周辺部のまわりに配置されるプロジェクタ電極４０を有するものである。

プロジェクタ電極４０は、本発明にとって重要となり得る幾らかの特徴を有することができる。例えば、プロジェクタ電極４０はワイヤでもよく、または、プロジェクタ電極４０は平面電極としてもよい。プロジェクタ電極４０は、容量検出回路３４によって設けられる如何なる駆動信号を用いて電界を生成することもできる。電界の形状は、プロジェクタ電極４０の形状によって影響されることになる。プロジェクタ電極４０の形状は細長い矩形とすることができる。しかしながら、当該形状は、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、特定の動作特性を達成するために、変更することができる。

プロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３８の周囲で対称形または非対称形の構成で配置されていてもよい。しかしながら、プロジェクタ電極４０の対称形の配置は、検出可能な物体が、タッチ・センサ３８の如何なる外部縁または周辺部から同一の距離で検出されるのを可能にする。図２がタッチ・センサ３８の上下にプロジェクタ電極４０を示すものの、プロジェクタ電極４０はタッチ・センサの左右に配置されても、または上下左右の両方に配置されてもよい。

なお、タッチ・センサ３８の周囲におけるプロジェクタ電極４０の対称性のみが、タッチ・センサ周囲の検出距離の均一性を達成するのを試みる際に重要となる点に留意すべきである。したがって、第１実施形態は、単一のプロジェクタ電極４０または複数のプロジェクタ電極を用いて動作させることができる。

第１実施形態の他の態様では、プロジェクタ電極４０が同一平面上のものとして形成され、ワイヤとしては形成されない場合に、プロジェクタ電極４０の領域(area)としてそのサイズが規定される。より多くのプロジェクタ電極があるときに、プロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３８上の電極格子によって囲まれる(bounded)領域に等しい領域としてもよい。より具体的には、タッチ・センサ３８の領域は、タッチ・センサの外側境界を規定するＸおよびＹ電極の範囲内の領域として規定される。次いで、タッチ・センサ３８の総領域は、プロジェクタ電極４０間で等しく分割され、その結果、プロジェクタ電極の領域の合計がタッチ・センサ３８の領域にほぼ等しくなる。

なお、プロジェクタ電極４０がタッチ・センサ３８の総領域よりも大きいまたはそれ未満となる総領域を有することができ、尚も本発明の範囲内とすることができることが理解されて然るべきである。

プロジェクタ電極４０の領域を、タッチ・センサ３８の領域と概ね実質的に等しくする目的は、領域が実質的に等しいときに、検出可能物体がタッチ・センサによって検出可能な距離への最大の効果を、プロジェクタ電極の電界がもたらすことになるということである。換言すれば、領域が概ね等しいと、タッチ・センサ３８の距離性能を最大限まで最大化することができる。プロジェクタ電極４０の領域をタッチ・センサ３８の領域より小さくするか、またはそれより大きくすることは、タッチおよび近接センサ３０の距離性能を改良しないか、あまり改良を有さないことになる。

したがって、プロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３８の性能を改良することができる。但し、タッチ・センサおよびプロジェクタ電極の領域が概ね等しいポイントに至るまでである。

なお、プロジェクタ電極４０のタッチ・センサ３８からの距離は、図２において誇張されており、プロジェクタ電極のタッチ・センサからの実際の距離を有する正確なまたは限定的な描写とみなしてはならないことが理解されて然るべきである。

プロジェクタ電極４０の全てをタッチ・センサ３８に隣接させることができ、その結果、プロジェクタ電極によって発生される電界がタッチ・センサの感度に最大限の効果をもたらすことができる。なお、感度が距離感度、方向感度、またはその両方に関することができることが理解されて然るべきである。

各プロジェクタ電極４０のタッチ・センサ３８の縁(edge)からの距離を修正して、タッチ・センサの距離感度を修正する、または方向感度を修正することができる。換言すれば、各プロジェクタ電極４０によって発生する電界の位置および強度を修正して、距離感度および方向感度、またはその両方への効果をもたらすことができる。

容量検出回路３４は、経路(pathway)電極４４を介してプロジェクタ電極４０に電気的に結合することができる。プロジェクタ電極４０の各々に対し一意の経路電極４４があってもよく、またはその経路は共有されてもよい。

容量検出回路３４からプロジェクタ電極４０に向けて発生される駆動信号は、タッチおよび近接センサ３０の動作のモードに応じて変化させることができる。例えば、近接検出および／または追跡モードで動作するときは、タッチおよび近接センサ３０は、プロジェクタ電極４０を使用することができる。しかしながら、密な(close)近接若しくはタッチ検出モード、および／または追跡モードでは、タッチおよび近接センサ３０は、プロジェクタ電極４０を使用することができない。プロジェクタ電極４０は、電力を節約するように使用することはできない。プロジェクタ電極４０を使用しない他の理由は、プロジェクタ電極がタッチ・センサ３８のタッチ感度または動作と干渉する場合があるからである。

先に説明したように、プロジェクタ電極４０が動作中のときは、プロジェクタ電極は駆動信号を受けることができる。駆動信号は、タッチ・センサ３８内の駆動電極に送られる同一の駆動信号とすることができる。これとは対照的に、プロジェクタ電極４０が動作中ではないときは、プロジェクタ電極は電気的フローティング、即ちグランドとすることができる。干渉を最小化し、電力使用を削減するために、または他の理由で、プロジェクタ電極４０の状態を選択することができる。

本発明の別の態様では、プロジェクタ電極４０が発生する電界は、制御可能な電界とすることができる。例えば、プロジェクタ電極４０を用いて、電界を一定の方向に向け、または電界を外部に拡張するように導くことができ、その結果、タッチ・センサ３８が増加した方向感度をもたらすことができる。例えば、２つのプロジェクタ電極４０がある場合、プロジェクタ電極の信号の１つの信号は異なる別のプロジェクタ電極の信号より強いものとすることができる。その結果として、対称でないが、その代わりに、より強い信号を有するプロジェクタ電極から更に外に拡張する、電界とすることができる。

１つのプロジェクタ電極４０上の信号を他のプロジェクタ電極上のものよりも強くする目的は、距離感度を、より強い信号を有するプロジェクタ電極の方向に増加させるということである。このことは、特定の方向からの検出が、他の方向からタッチ・センサ３８に接近する物体の検出よりも重要となる場合に有用となり得る。

図３は、第１実施形態の他の態様を示す。この図では、プロジェクタ電極４０をセグメント化することができる。プロジェクタ電極４０の異なるセグメントは、異なる時間にアクティブ化させることができ、その結果、方向感度、電界の形状、またはタッチおよび近接センサ３０の他の態様の動作を変更することができる。セグメントの数は、図３に示される例によって限定されるものとみなしてはならない。プロジェクタ電極４０のより多くのセグメントを各位置で用いることができる。更にまた、プロジェクタ電極４０のセグメントの数は、タッチ・センサ３８の異なる側に対して等しくしなくてもよい。このことは、プロジェクタ電極４０の全てのセグメントをまさにアクティブ化することによって本来の方向感度を可能にすることができる。

図４は、第１実施形態の別の態様において、異なるプロジェクタ電極４０の位置がまた修正できることを示す。例えば、プロジェクタ電極４０を異なるパターンで配置し、図示のように異なる幾何学的な形状を有するものとすることできる。つまり、プロジェクタ電極４０のセグメントの形状やそのレイアウトは共に、タッチ・センサ３８の感度を修正するために用いることができる。

本発明の別の態様では、プロジェクタ電極４０は、固体(solid)同一平面またはメッシュ材料から成ることができる。重要なのは、プロジェクタ電極４０が所望の電界を発生できるということである。

図５は、本発明の第２実施形態のブロック図である。本発明の第２実施形態では、プロジェクタ電極４０は全て、オン・ボード電極とすることができる。ここでは、プロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３８の基板とは別個のものではなく、全てがタッチ・センサの境界内にあるものとすることができる。つまり、ＸおよびＹ電極の格子のために使用される同一の基板がまた、プロジェクタ電極４０のために使用することができる。プロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３８が有する電極と同一平面上としてもよく、または、基板の異なる平面または層に配置してもよい。

この第２実施形態では、タッチ・センサ３８のＸおよびＹ電極間の空間(space)即ち隙間(gap)は、プロジェクタ電極４０で少なくとも部分的に満たすことができる。如何なる数の隙間も、プロジェクタ電極４０で満たすことができる。

この第２実施例では、大規模であるがセグメント化されたプロジェクタ電極を形成するために、プロジェクタ電極４０は、セグメント化されるものの、バイアスまたは他の結合手段と用いて共に結合される。なお、プロジェクタ電極４０が単一の大規模プロジェクタ電極として、または、個別に制御可能なセグメントとして動作できることが理解されて然るべきである。加えて、各隙間内には、プロジェクタ電極４０のセグメントが２つ以上とさえしてもよい。

図６に示される代替の実施形態では、本発明は、単一のタッチおよび近接センサ３０においてオフ・ボードおよびオン・ボードのプロジェクタ電極４０の両方のセグメントを組み合わせることができる。このような構成では、セグメント化されたプロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３８のＸおよびＹ電極の境界外で形成されることができる。但し、タッチ・センサの境界内にあるセグメントに結合されてもよいし、結合されなくてもよい。

なお、銅、ＩＴＯ、鋼、およびアルミニウムは全て、プロジェクタ電極４０用に適切な材料であることに留意されたい。つまり、すべての導電材料がプロジェクタ電極４０に適するものとなる。

図７は、タッチ・センサ３８のＸおよびＹ電極の小さい部分について拡大した上面図である。タッチ・センサ３８は２つの隙間５０を示し、複数のプロジェクタ電極４０のセグメントがどのようにタッチ・センサ３８のＸおよびＹ電極４６，４８の間の隙間に配置されるかについて例示する。図５は、複数のＸ電極４６および複数のＹ電極４８を示す。Ｘ電極４６は第１平面上にあってもよい、Ｙ電極４８は第２平面上にあってもよい。プロジェクタ電極４０は、第１平面または第２平面上にあってもよい。そして、プロジェクタ電極の相互接続５２は第４平面上にあってもよい。

グランド平面は、プロジェクタ電極相互接続５２の第４平面と第１および第２平面との間に挿入することができる。グランド平面はまた、タッチ・センサ３８に対するプロジェクタ相互接続５２の影響を低減させるのに用いることができる。また、１つ以上のプロジェクタ電極が相互に独立して動作している場合、２つ以上のプロジェクタ電極相互接続５２が存在するようにするのがよい。

本発明の全ての実施形態において、異なる動作モードが存在するものしてよく、感度への調整を行うために、タッチおよび近接センサの反応(behavior)を変化させることができる。感度は、１つ以上の物体を検出でき、移動を追跡できる距離を規定するための別の方法としてもよい。この実施形態では、タッチおよび近接センサの異なる動作モードを最高４つとすることができる。

モード１は、物体がタッチおよび近接センサからその最大の検出可能距離となるようなときに作動できる動作モードとして規定される。複数の物体または付属物(appendage)を有する１つの物体がある場合に、少なくとも１つの物体が存在するのを知ることのみが可能であるが、実際に幾つの物体または付属物が存在するかについては知ることができない。したがって、本明細書において「物体」とは、複数の物体、または付属物を有する１つの物体（例えば複数の指を有する手）とすることができる。

モード２は、物体がタッチおよび近接センサに、該物体の動きであるが、もしあったとしても物体の付属物のではないもののモーションをイネーブルするのに十分接近したときに作動できる動作モードして規定することができる。

モード３は、１または複数の物体が検出され、位置が３次元空間のボリュームで決定されるときに作動できる動作モードとして規定することができる。換言すれば、タッチおよび近接センサの表面に対し接触をしないうちに、２つ以上の物体を検出および追跡することができ、また、それぞれの物体毎に表面からの距離を決定することができる。

最後のモード４は、１または複数の物体がタッチおよび近接センサの表面への接触をしたときに作動できる動作モードとして規定することができる。
なお、タッチおよび近接センサはまた、同時に２つ以上のモードで動作可能であり、または、状況によっては、単一の動作モードで動作可能であることが理解されて然るべきである。例えば、モード３およびモード４は、同時に動作可能とすることができる。要するに、本実施形態の動作モードは次のように規定される。
モード１−基本物体が存在する。
モード２−物体のモーション・ジェスチャを追跡できる。
モード３−タッチおよび近接センサの表面より上部で個々の指の位置を追跡する。
モード４−タッチおよび近接センサの表面上の指の位置を追跡する。

各動作モードは、実行される機能によって特徴化することができる。本実施形態では、２以上の機能が各動作モードの間に実行することができる。これらの機能は、これに限定するものとみなしてはならないが、１）物体の挙動を決定する有用な判断基準を報告する、２）従来の動作モードの判断基準を推定および報告する、並びに３）測定を行う相互容量を用いることを含む。

また、それぞれの動作モード毎に報告される一意の測定基準が存在してもよい。
本実施形態では、それぞれの動作モード毎に報告される一意の結果は、これに限定されないが、次を含むものである。
モード１の結果：物体の近接性。
モード２の結果：複数の物体の認識。それぞれの物体毎の位置の決定ではあるが、距離ではない。それぞれの物体毎の信号サイズの決定。それぞれの物体毎の速度の決定。そして、スワイプ・モーションの検出。
モード３およびモード４の結果：距離の近似値として使用される信号サイズを含んだそれぞれの物体毎の３次元位置の報告。

それぞれの動作モード毎に使用される刺激が選択されて、特定の動作モードにおける感度を増加させるのを支援することができる。動作モードは、可能な限り単極の駆動パターンを使用するように構成された測定値を用いることができる。使用される駆動パターンはまた、タッチ・センサの電極において可能性が最も高い領域を駆動させることもできる。

動作モード１および動作２のために、プロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３８の検知電極と同一の信号によって駆動することができる。これとは対照的に、モード３およびモード４のために、プロジェクタ電極４０は、タッチ・センサ３０の動作と干渉することがあり、何らの利益を供しないという理由により、使用することができない。使用していない時には、プロジェクタ電極４０は、フロート状態のままであり、即ちグランドに接続される。

本実施形態では、モード１について、プロジェクタ電極が動作しており、検出されている物体が範囲に丁度入っているときに２つの駆動信号パターンを使用することができる。第１駆動信号パターンが使用される場合は、タッチ・センサ３８電極の全てを検知電極として使用することができ、プロジェクタ電極４０を、第１駆動信号パターンからの陽トグル相(positive toggle phase)を用いてスイッチする(toggle)ようにセットすることができる。第２駆動信号パターンは、プロジェクタ電極４０の両極性を逆転させることができる。２つの信号間の信号強度の差分は、物体の距離を決定するのに使用することができる。信号強度の差分はまた、タッチ・センサ３８の耐性(immunity)を、低周波電界ノイズまで増大させるのに用いることもできる。

本実施形態では、タッチ・センサ３８は直交電極における２つの層を具備することができる。上位層、即ち平行電極は、直交するが同一平面を有し、および下位層、即ち平行電極である。モード１は、プロジェクタ電極４０を使用することの有無にかかわらず動作することができる。モード１について、プロジェクタ電極４０が使用されないときは、２つの駆動信号パターンを使用することができる。タッチ・センサ３８の感度を増大させるために、タッチ・センサ３８の最上層上の電極を検知電極として使用することができる。その一方で、第１駆動信号パターンは下位層上の全ての電極を使用して、陽トグル相(positive toggle phase)で切り替える(toggle)。第２駆動信号パターンは、プロジェクタ電極４０の両極性を逆転させる。センサ電極が受ける２つの信号の差分は、物体の距離を決定するのに用いられる。差分は信号強度であり、また、耐性を低周波電界ノイズまで増大させるのに用いられる。

なお、モード１を用いるとき、本モードの目的は物体の存在を検出することにすぎないことが理解されて然るべきである。また、物体の位置を決定することができるが、物体があまりに遠く離れている場合は可能ではないことがある。このことは、焦点がずれている眼鏡を用いることに類似する。物体の存在が検出可能である一方で、その正確な位置はあまり確実ではない。その位置は、モード２で決定するように委ねられる。

本実施形態の動作についての問題(question)は、システムが、モード１での動作から変更して、モード２にいつ移行すべきか、ということである。本発明の態様では、高速に(on-the-fly)動作モードを変更可能である。換言すれば、検出した信号が、特定閾値のサイズまたは強度に一旦達したと、モード１からモード２に移行することが可能となる。何故ならば、モード２で作動することにより、接近する物体についてより分解能の高いイメージを得ることが可能となることが、実験を通じて断定されているからである。

モード１に関して、タッチおよび近接センサからデリバリ可能な情報は、物体の存在および恐らくは近似距離を含むことができる。物体の距離をモード１で決定するのが困難な場合があるので、検出した物体の本質(nature)について特定の推測がなれた場合に、より遠い距離で物体を検出、または距離を決定するために、タッチ・センサ３８をチューニングすることが可能である。例えば、検出された物体が人の手の平均的なサイズであると推測された場合に、本システムは、当該推測を理由として、そのサイズを有する物体を検出するようチューニングすることが可能である。

モード２は、本実施形態のモード１と同一の情報を提供することができるが、物体のモーションおよび特定位置に関する情報の付加を伴う。例えば、モード２は、物体がタッチ・センサ３８の一方の側から他方に、タッチ・センサ上の３次元空間において移動することを判断できる。モード２は、物体全体に関する情報をデリバリするが、個々のパーツ、即ち指のような付属物の情報はデリバリしない。

モード３は、モード２と同一の情報を提供することができるが、個々の物体の位置や動きに関する情報の付加を伴う。例えば、物体が指を有する手である場合に、個々の指または指紋は単独で検出可能ではないが、その動きを追跡することができる。

モード４は、他の動作モードとは異なる。何故ならば、前のモードからの情報を提供せず、その代替として、指のような１または複数の物体に関するデータをレポートするのみだからである。その理由は、本実施形態では、モード４は如何なる近接データをも提供しないということである。モード４は、タッチ・データを提供するのみである。代替の実施形態では、モード４は、タッチおよび近接データを同時に提供するように動作することができる。

この実施例の態様として、１つの動作モードから別のモードへと移行(movement)するのを可能とするのみならず、モードを通じていずれの方向への移行も可能にする。つまり、物体がタッチおよび近接センサにより接近するときに、本願発明のロジックは、信号閾値に達すると、タッチおよび近接センサ３０の感度をモード１からモード２へ変更し、次いで、異なる信号閾値に達するとモード２からモード３へと変更し、次いで、最後の信号閾値に達するとモード３からモード４へと変更する。

しかしながら、タッチ・センサ３８はまた、物体がタッチ・センサ３８から遠くへ移動すると、動作モードを戻すように移行させる。モードからモードへと１つの方向で移行させるときには、同一の信号閾値を用いることができる。

本実施形態の別の態様では、動作モードは、１つのモードから如何なる隣接のモードへ何度も移行することができ、更に再度戻ることができる。したがって、本実施形態は、移行の方向または近隣の動作モードがアクティブ化される回数には限定されない。

物体が、タッチ・センサ３８に対してセットした感度としてモード１を用いて検出された後、タッチ・センサをモード２にいつ移行させるかを判断すべきかが問題となる。１つのモードから別のモードにいつ移行すべきかを決定するのに用いられるファクタがある。第１ファクタは速度であり、物体の出現により、どのモードがアクティブ化されるかの影響を及ぼす。

例えば、手の掌が急速に現れた場合、モード１からモード２へ、次いでモード３へ、そして最後にモード４へと移行する時間はない。したがって、本発明は、タッチ・センサ３８への移動が非常に急速であるときに、モード１からモード４へ直接移行することができる。例えば、物体についての速度閾値またはサイズ閾値は、モード１で検出されたときに用いられる。

本実施形態では、タッチ・センサ３８は、どのアクションを取るべきかを、近接信号のサイズまたは強度に基づいて決定するために、モード移行フレーム・カウンタを使用することができる。物体が遠く離れているという理由で近接信号が相対的に小さい場合は、モード移行フレーム・カウンタはリセットされる。近接信号が強度についての設定閾値を下回る場合は、次のステップで、モード２のスワイプ追跡情報をリセットし、新規スワイプのためにモード２を準備することによって、モード１からモード２へと移行する準備をすることになる。しかしながら、近接信号が信号強度についての信号閾値を上回る場合は、モード移行フレーム・カウンタは、物体が検出された連続フレームの数を追跡するのに用いることができる。フレームは、単一の検出サイクル、または他の時間期間若しくは検出サイクル数としてもよい。

幾つかの連続フレームにより近接信号が信号閾値を上回ることを示す場合、後退(fall-back)カウンタおよびモード移行フレーム・カウンタの両方をリセットし、タッチ・センサ３８をモード２へと変更することができる。

モード２の動作に注目すると、プロジェクタ電極４０を使用するときに、一連の駆動信号パターンが、単極切り替え(unipolar toggle)と共にプロジェクタ電極４０に送信される。単極切り替えは、タッチ・センサ３８上のＸ電極における大規模コレクションを一掃することができる。全てのタッチ・センサ３８がアクティブ・センサとなる代替として、検知用としてアクティブなタッチ・センサ３８の領域は、Ｘ電極の一方の側から別の側に向けて、次いで、Ｙ電極の一方の側から別の側に向けてタッチ・センサにわたり移動させてもよく、その結果、通例はタッチ・センサ３８より上部にある物体（例えば手）のＸおよびＹ電極についての位置情報を収集することができる。

代替の実施形態では、プロジェクタ電極４０を使用しないときにモード２で動作する場合に、一連のパターンは、検知されている部分（検知のＸ領域）を除いた全てのＸ電極を駆動させ、検知のＸ領域における両側上の幾つかの電極がまたフロートのままとされる。次いで、検知のＸ領域は、Ｘ電極に沿ってタッチ・センサ３８に沿って移動される。

本プロセスは、検知されている部分（検知のＹ領域）を除いてＹ電極に沿って一連のパターンを駆動することにより、Ｙ電極について繰り返すことができ、また、検知のＹ領域の両側上の幾つかの電極がままフロートのままとされる。このようにして、タッチ・センサ３８は、該タッチ・センサ３８の上部にある物体のＸおよびＹ位置についての情報を収集する。

モード３で動作するときに、多重および非多重シーケンスを用いて、別個の指の位置を検知することができる。多重シーケンスは、アダマール(Hadamard)パターンのようなパターンをフォローすることができるが、「全部の」(all ones)パターンをまたランさせなければならない。何故ならば、有用な情報はそれらから導出されるためである。

モード４の動作はモード３での動作と類似しているが、容量検出回路３４の利得が非常に少ない。
以下は、本発明の第１実施形態についての詳細な説明である。第１実施形態はフレームを用いることができる。フレームは、タッチ・センサ３８上の各電極のジャンクションに存在する全ての信号における完全なスナップショットとして規定することができる。つまり、タッチ・センサ３８からの信号が測定されると、信号の値がタッチ・センサ３８内の各ジャンクションについて計算されるとすぐに、単一フレームを完成させることができる。なお、フレームは通例、毎秒１００フレームのレートで計算することになり、その結果、タッチ・センサ３８の所望の動作を生成できることが理解されて然るべきである。しかしながら、フレーム・レートは、本発明の実施形態から逸脱しない範囲で、より早くまたはより遅くしてもよい。つまり、フレーム・レートは、毎秒１フレーム程度の低さ、または１００万フレーム程度の高さとしてもよい。フレーム・レート自体は重要でない。重要なことは、１つのモードから次のものに変更すべきかどうか、またはそのときを決定するのに如何にしてそれらを用いるかということである。

フレームは、タッチ・センサ３８の動作においてモードからモードへいつ移行すべきかを決定するのに用いることができる。以下に説明するように、第１実施形態は、モード移行フレーム・カウンタおよび後退フレーム・カウンタを使用することができる。

モード移行フレーム・カウンタは、物体の信号が信号閾値を上回っているフレームの数をカウントするのに使用することができる。その結果、現在のモードから、より高い分解能を有する次のモードへの移行の必要性が生じる。この必要性は多くの要因によって生じる。例えば、物体はタッチ・センサ３８に対しより接近することができ、位置情報のようなより多くの情報が、物体について今や取得することができる。しかしながら、モード間を早すぎて移行するのを防止するために、物体およびその信号は、数多くの連続フレームを通じて十分に大きいことが必要である場合がある。

例えば、物体からの信号が信号閾値を上回る場合に、本方法はフレームのカウントを開始する。モード移行フレーム・カウンタは、物体が信号閾値を上回ったものと認識される連続フレームの数をカウント・ダウン（またはカウント・アップ）するのに使用される。物体が予め決めされた連続フレームの数が信号閾値を上回る信号を有する場合に、タッチ・センサ３８は、現在のモードがモード１，２，３である限り、現在のモードから次のより高位の動作モードに移行することになる。本実施形態では、モード４より高位のモードは存在しない。しかしながら、より数多くのモードがある場合は、本方法はまた、最高位のモードに達するまで機能することになろう。

なお、本実施形態が４つの動作モードを含む一方で、より大きいまたは小さい数の動作モードを用いることができ、本発明の当該実施形態の範囲内とみなすことができることが理解されて然るべきである。重要なことは、少なくとも２つの動作モードがあるということである。

モードの変更に関し、モード移行フレーム・カウンタが５フレームにセットされ、５つの連続フレームが存在して信号閾値を上回る信号を物体が有する場合に、モード移行フレーム・カウンタがリセットされ、タッチおよび近接センサ３０がより高位の分解能を有する次のモードへと移行する。しかしながら、５つの連続フレームが存在せずに信号閾値を上回る信号を物体が有する場合に、モード移行フレーム・カウンタは連続フレームの現在の数が断たれるとすぐに、更にリセットされる。例えば、物体が十分に大きい３つの連続フレームが存在するが４番目のフレームが余り大きくない場合に、モード移行フレーム・カウンタが即座にリセットされ、信号閾値を上回る信号を物体が有するとすぐに、モード移行フレーム・カウンタでのカウントが再度開始される。

なお、移行フレーム・カウンタおよび後退フレーム・カウンタのためにカウントされることになるフレームの数は、５以外の値としてもよいことが理解されて然るべきである。更にまた、移行フレーム・カウンタおよび後退フレーム・カウンタは共に、モードを変更するために、異なる数のフレームを有することができる。異なる数のフレームは連続する必要がある。

タッチおよび近接センサ３０を次のより高位分解能の動作モードに移行させるのを正当化するために、信号閾値を上回る信号を物体が有しないが、実際は、当該タッチおよび近接センサが現在の検知分解能を低減し、つまり、より高位の分解能のモードからより低い分解能を有するモードへと移行させるのには十分小さくなっている可能性がある。より高位の分解能のモードからより低位の分解能を有するモードへいつ移行するかを決定するために、タッチおよび近接センサ３０は、後退フレーム・カウンタを用いる。

後退フレーム・カウンタは、モード移行フレーム・カウンタと丁度同様に、逆方向においてのみ使用されることがある。つまり、物体が、信号閾値を下回る信号を有するように判断されて、信号が減少されている場合に、即ち換言すると、物体が移動しまたはタッチおよび近接センサ３０から離れて移動している場合に、後退カウンタが連続フレームの数のカウントダウン（またはカウントアップ）を開始する。ここでは、物体は現在の感知モードに対して小さすぎるものと判断される。

後退カウンタがカウントダウンを完了する場合に、タッチおよび近接センサ３０は現在のモードからより低位の分解能のモードへと移行することができる。しかしながら、物体はまた方向を変えることもでき、タッチおよび近接センサ３０により接近して移動し始めることもできる。それ故、物体がより小さいかより大きくなっている信号を有するかどうかに従って、適切なフレーム・カウンタがカウントダウンを開始することになる。

なお、最高位の分解能のモードが動作中であるタッチおよび近接センサ３０に対し、一旦物体が十分に接近すると、モード移行フレーム・カウンタはもはや使用されないが、後退フレーム・カウンタのみはアクティブであってよいことが理解されて然るべきである。これとは対照的に、モード移行フレーム・カウンタおよび後退フレーム・カウンタは、タッチおよび近接センサ３０の他の全てのモードで潜在的に動作中としてもよい。

移行フレーム・カウンタおよび後退フレーム・カウンタの目的は、１つの動作モードから次のものへの移行に対し遅延をもたらすだけでなく、モード間を急速にバウンドするのを防止することである。つまり、本方法は、現在のモードを破棄すべきことの確証のみならず、１つのモードから次のものへの変更が物体の移行の傾向となるように見えることの確証をより確実にする。それ故、フレーム・カウンタは、異なるモード間の移行を制御する本方法のために、バウンドしない(de-bouncing)または履歴現象的(hysteresis)な効果を奏するものとなる。

図８は、動作モードを決定する本方法における実施形態のフローチャートである。なお、特定のステップが本実施形態の基本的な本質を変更することなく改変できることが理解されて然るべきである。本方法は、物体の信号を探すことから開始する。信号が検出されると、第１ステップでは、手の掌が検出されているかどうかを尋ねる。掌は大きな信号を有することになる。検出される物体が大きい場合に、物体はタッチおよび近接センサ３０に急速に接近することになり、それ故、本方法は最高位の分解能モード、モード４へと直ちに移行することができる。しかしながら、大きい物体が検出されない場合は、本方法はモード１に移行し、モード移行フレーム・カウンタおよび後退フレーム・カウンタが適切な値にリセットされる。

モード１の第１ステップでは、物体が次のモードへ移行するのに十分に大きくなっているか（または、信号が増強し、信号閾値を上回っているか）どうかを見るために検査を行う。物体のサイズが大きくなり、信号閾値を上回っている場合に、モード移行フレーム・カウンタがデクリメントされる。次のステップでは、物体が十分に小さいかを見る。その結果、物体が十分に離れ、もはや接近しないために、本方法が物体を無視すべきということになる。物体が離れている場合に、後退フレーム・カウンタがデクリメントされる。これらのループは、モード移行フレーム・カウンタまたは後退フレーム・カウンタが５つの連続フレームをカウントするまで継続する。フレーム・カウンタの何れかがゼロに達しそれら基準を満たす５つの連続フレームがカウントされた場合に、モードが移行する。モード移行フレーム・カウンタが５つの連続フレームを有した場合に、次のステップでは、掌が検出されるかどうかを見る。そうである場合は、本方法はモード４に直ちに移行する。そうでない場合は、本方法はモード２に移行する。後退フレーム・カウンタが５つの連続フレームを有する場合にモードはモード１に戻るよう移行する。

同一プロセスが各モードで実行される。本方法がモード３に移行する場合に、同一プロセスが実行される。しかしながら、モード移行フレーム・カウンタが５つの連続フレームを有する場合、掌への検査は行わない。何故ならば、次のモードはモード４であるからである。モード４は、後退カウンタが５つの連続フレームを有するまで実行され、本方法はモード３に戻るよう移行する。

代替として、信号が急速に消え、モードにわたり実際に移行して戻る時間がない場合に、任意のモードから事前モード状態へと移行することも可能である。事前モード状態では、信号は何ら検出されずどのモードでも実行されていない。

なお、フレーム・カウンタによって実行されるカウントダウンは増減させることができ、その結果、タッチおよび近接センサ３０に要望どおり実行させることができることが理解されて然るべきである。

一例の実施形態は、以下のとおりに機能することができる。第１ステップでは、実質的に直交するＸおよびＹ電極のアレイを含むタッチ・センサを設ける。次ステップでは、物体を連続的に探す。物体が検出されると、タッチ・センサ３８は第１動作モードに移行することができる。第１動作モードはまた、タッチ・センサの感度における第１度(degree)のモードとして規定することもできる。

タッチ・センサ３８は、物体からの信号が第１動作モードから第２動作モードへ移行するための信号閾値を上回るまで、第１動作モードを維持する。信号のバウンドを低減するために、信号は、予め決められた数の測定動作にわたり信号閾値を上回る必要がある。単一の測定動作が、直交するＸおよびＹ電極のアレイの各ジャンクションにおいて物体の信号を測定するように規定することができる。

物体が特定の数の連続フレームにわたり信号閾値を上回る場合に、タッチ・センサは、次のより高位の動作モード、即ちタッチ・センサの分解能へと移行する。何故ならば、より多くの情報が１または複数の物体について取得することができるからである。

しかしながら、物体からの信号が、連続する数のフレームにわたり一貫して信号閾値を下回る場合は、物体はタッチ・センサから離れて移動しており、また、分解能を次のより低位の動作モードに低減させる必要があるか、または最低位のモードがすでに動作中であった場合はもはや追跡不要となる。

連続フレームの数を追跡するために、カウンタを使用して、連続的である必要があるフレームの数からカウントダウンし、その結果、より高位の動作モードまたはより下位の動作モードへ移行する。それ故、如何なる動作モードで開始した後でも、移行カウンタにはフル移行カウンタ値が割り当てられ、ゼロまでカウントダウンするのに用いられる。また、後退カウンタにはフル後退カウンタ値が割り当てられ、ゼロまでカウントダウンするのに用いられる。移行カウンタがゼロに達する場合、物体からの信号は、適切な(correct)数の連続フレームにわたり信号閾値を上回っており、モードはより高位モードの分解能に移行する。しかしながら、カウントが中断される場合に、移行カウンタは、より高位の動作モードに移行するためにカウントされる必要があるフレームのフル値にリセットされる。信号が１フレームにわたり信号閾値を上回らない場合に、カウントは中断される。

同様に、後退カウンタがゼロに達する場合、物体からの信号は適切な数の連続フレームにわたり信号閾値を下回っており、モードはより下位の動作モード即ち分解能に移行する。しかしながら、カウントが中断される場合は、後退カウンタは、より低位の動作モードに移行するためにカウントされる必要があるフレームのフル値にリセットされる。信号が１フレームにわたり信号閾値を上回る場合に、カウントは中断される。

当業者であれば、当該第１実施形態または本発明から具体的に逸脱することなく、多くの変更態様が例示の実施形態で可能であることを容易に理解するであろう。したがって、このような全ての変更態様は、以下の特許請求の範囲で規定される本開示の範囲内に含まれることを意図したものである。特許請求の範囲が「するための手段(means for)」の記載およびそれに関連する機能的な記載を明示的に用いたものを除き、本願の如何なる請求項における如何なる限定に対しても、35 U.S.C. 第112条第6パラグラフを適用させないことが、本出願人の明確な意図である。

Claims (9)

1. タッチおよび近接センサの感度を自動制御するための方法であって、前記タッチおよび近接センサが感度を制御する別個の動作モードを有し、当該方法が、
   実質的に直交するＸおよびＹ電極のアレイを含むタッチ・センサを設けるステップと、
   第１の動作モードで物体を検出するステップと、
   前記物体からの信号が所定数の測定動作にわたり信号閾値を上回る場合に、次のより高位モードの感度に移行することにより、前記物体についてより高い分解能を提供するか、または、前記物体からの信号が所定数の測定動作にわたり信号閾値を下回り、且つ次のより低位モードの感度がある場合に、次のより低位モードの感度に移行するか、または、より低位モードの感度がない場合に、前記物体の追跡を止める、ステップと
   を含む、方法。
2. 請求項１記載の方法であって、更に、
   前記直交するＸおよびＹ電極のアレイにおける各ジャンクションからの信号の測定を表すフレームを繰り返しキャプチャするステップと、
   前記物体からの前記信号が所定数の連続フレームにわたり信号閾値を上回る場合に、次のより高位モードの感度に移行するステップと、
   前記物体からの前記信号が所定数の連続フレームにわたり前記信号閾値を下回る場合に、次のより低位モードの感度に移行するステップと
   を含む、方法。
3. 請求項２記載の方法において、前記物体からの前記信号が所定数の連続フレームにわたり前記信号閾値を上回る場合に、次のより高位モードの感度に移行する前記ステップが、更に、
   前記物体が前記信号閾値を上回る前記連続フレームの数をカウントするために、移行カウンタを割り当てるステップと、
   前記物体が前記信号閾値を下回る前記連続フレームの数をカウントするために、後退カウンタを割り当てるステップと
   を含む、方法。
4. 請求項３記載の方法であって、更に、
   前記タッチ・センサをより高位モードの感度に移行する前に、前記物体からの前記信号が前記信号閾値を上回る必要がある前記連続フレームの数のフル・カウンタ値を有するように前記移行カウンタを割り当てるステップと、
   前記物体からの前記信号が前記信号閾値を上回るそれぞれのフレーム毎に前記移行カウンタをデクリメントするステップと、
   前記移行カウンタがゼロに達する場合に、より高位の動作モードに移行するステップと
   を含む、方法。
5. 請求項４記載の方法であって、更に、
   前記タッチ・センサをより低位モードの感度に移行する前に、前記物体からの前記信号が前記信号閾値を下回る必要がある前記連続フレームの数のフル・カウンタ値を有するように前記後退カウンタを割り当てるステップと、
   前記物体からの前記信号が前記信号閾値を下回るそれぞれのフレーム毎に前記後退カウンタをデクリメントするステップと、
   前記後退カウンタがゼロに達した場合に、より低位モードの動作に移行するステップと
   を含む、方法。
6. 請求項５記載の方法であって、更に、
   前記移行カウンタがゼロに達する前に、前記物体からの前記信号が前記信号閾値以下に落ちる場合に、前記移行カウンタを前記フル・カウンタ値にリセットするステップを含む、方法。
7. 請求項６記載の方法であって、更に、
   前記後退カウンタがゼロに達する前に、前記物体からの前記信号が前記信号閾値を上回る場合に、前記後退カウンタを前記フル・カウンタ値にリセットするステップを含む、方法。
8. タッチおよび近接センサの感度を自動制御するための方法であって、前記タッチおよび近接センサが感度を制御する個別の動作モードを有し、当該方法が、
   実質的に直交するＸおよびＹ電極のアレイを含むタッチ・センサを設けるステップと、
   第１の動作モードで物体を検出するステップと、
   物体が検出されると、前記直交するＸおよびＹ電極のアレイの各ジャンクションにおいて前記物体の信号を表すフレームを繰り返しキャプチャするステップと、
   フレームの信号を見つけ、前記タッチおよび近接センサの第１モードを開始するステップと、
   前記信号が第１連続数のフレームにわたり第１信号閾値を上回る場合に、第２動作モードに移行するか、または、前記信号が第２連続数のフレームにわたり前記第１信号閾値を下回る場合に、前記第１動作モードに戻るよう移行するステップと、
   前記信号が第３連続数のフレームにわたり第２信号閾値を上回る場合に、第３動作モードに移行するか、または、前記信号が第４連続数のフレームにわたり前記第２信号閾値を下回る場合に、前記動作第２モードに戻るよう移行するステップと、
   前記信号が第５連続数のフレームにわたり第３信号閾値を上回る場合に、第４動作モードに移行するか、または、前記信号が第６連続数のフレームにわたり前記第３信号閾値を下回る場合に、前記第３動作モードに戻るよう移行するステップと
   を含む、方法。
9. 請求項１記載の方法であって、更に、
   大きな物体が第７連続数のフレームにわたり第４信号閾値を上回る場合に、第１モードまたは第２モードから直接第４動作モードに移行するステップを含む、方法。

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