JP2017525028A - 容量ベースのデジタイザセンサ - Google Patents

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Abstract

センサは、センサ層上に広がって導体素子がパターン形成されるセンサ層と、センサ層に近接する弾性層とを含む。導電素子は、相互から電気的に分離される。センサ層は、容量ベースの感知のために構成され、弾性層に加えられる圧力に基づいて局所的圧縮を検出する。

Description

容量ベースのセンサを含むデジタイザシステムは、様々なヒューマンインタフェースデバイス（HID：Human Interface Device）及び様々な異なるアプリケーションのための入力デバイスとして使用される。タッチスクリーンは、フラットパネルディスプレイ（FPD：Flat Panel Display）と一体化されるデジタイザシステムの一タイプである。タッチスクリーンは、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、MP3プレイヤ、スマートフォン及び他のデバイスといった、ポータブルデバイスを操作するために使用される。
デジタイザシステムは、指及び／又はスタイラスで提供されるフリースタイルの入力を追跡する。相互容量センサは、デジタイザシステムのための容量センサの一タイプである。相互容量センサは、典型的に、行と列で編成される並列導電材料で形成されるマトリックスを含み、この場合、行と列の間に形成される重複及び／又は接合エリアの周囲に容量接続が生成される。指又は導電性物体をセンサの表面近くに持っていくことにより、局所的な静電場が変化し、指又は導電性スタイラスの近くの接合エリアの間の相互容量が減少する。グリッド上の接合点における容量変化を検出して、容量センサ上の指又は導電性物体の位置を決定することができる。容量変化は、マトリックスの１つの軸に沿って信号を印加し、他の軸でその信号を測定することによって決定される。相互容量は、複数の指、手のひら又はスタイラスを同時に追跡することができるマルチタッチ操作を可能にする。
本開示の一部の実施形態の態様によると、相互作用物体（interacting object）の位置と加えられる圧力との双方を感知する容量ベースのデジタイザセンサが提供される。本開示の一部の実施形態の態様によると、容量ベースのデジタイザセンサは、雨及び／又は水中での使用に適している。本開示の一部の実施形態の態様によると、感知された圧力プロファイルを使用して、相互作用物体の位置を検出するように操作される、デジタイザシステムが提供される。任意選択で、圧力プロファイルは、導電性でない相互作用物体を感知し、かつ／又はデジタイザセンサの感知面が濡れている間に相互作用物体を感知するために使用される。
別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術的及び／又は科学的用語は、当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で説明されるものと同様又は等しい方法及び材料を、実施形態の実施又はテストの際に用いることができるが、以下では、例示の方法及び／又は材料を説明する。抵触（conflict）する場合、定義を含む特許明細書が管理するであろう。加えて、材料、方法及び実施例は例示であって、必ずしも限定するように意図されない。
本開示の一部の実施形態は、単なる例示として、添付の図面に関連して説明される。図面に対する詳細な具体的参照に関して、図示される詳細は例示であって、本開示の実施形態の例示的な説明のためであることを強調しておく。この点に関して、図面に係る説明は、本開示の実施形態がどのように実施されるかについて当業者に明らかにする。
本開示の一部の実施形態に係る、タッチ対応型デバイスの例示のデジタイザシステムの簡略化した例示のブロック図である。 本開示の一部の実施形態に係る、弾性相互作用面を有する容量センサとの相互作用を示す簡略化された例示の概略図である。 本開示の一部の実施形態に係る、ディスプレイをオーバーレイするセンサの表面を覆う弾性層を含む、例示の柔軟な容量センサとの相互作用を示す簡略化された概略図である。 本開示の一部の実施形態に係る、センサのエッジに沿って、センサとディスプレイとの間にエアギャップを提供するスペーサを含む、例示の容量センサとの相互作用を示す簡略化された概略図である。 本開示の一部の実施形態に係る、センサのエッジに沿って、保護カバーとセンサとの間にエアギャップを提供するスペーサを含む、例示の容量センサとの相互作用を示す簡略化された概略図である。 本開示の一部の実施形態に係る、スペーサドット（spacer dot）によって分離される２つの感知層を有するよう形成される、例示の容量センサとの相互作用を示す簡略化された概略図である。 本開示の一部の実施形態に係る、スペーサドットによって分離される２つの感知層を有するよう形成される、例示の容量センサとの相互作用を示す簡略化された概略図である。 本開示の一部の実施形態に係る、導電性の弾性相互作用面を含む例示の容量センサとの相互作用を示す、簡略化された概略図である。 本開示の一部の実施形態に係る、２つの例示の圧力感知センサで検出される例示の圧力感知出力の簡略化された概略的なグラフである。 本開示の一部の実施形態に係る、２つの例示の圧力感知センサで検出される例示の圧力感知出力の簡略化された概略的なグラフである。 本開示の一部の実施形態に係る、相互作用座標（interaction coordinate）及び相互作用中に加えられる圧力を検出するための例示の方法の簡略化されたフローチャートである。
デジタイジングシステムは、ディスプレイ、例えばフラットパネルディスプレイ（FPD）及び／又は液晶ディスプレイ（LCD）上にオーバーレイされる透明なデジタイザセンサを含み得る。透明なデジタイジングセンサは、スタイラス及び／又は指のうちの１つ以上の位置を感知するための垂直及び水平導電線のマトリックスを含む。デジタイザセンサへの入力は、感知面に接触するスタイラスからの電磁（EM：ElectroMagnetic）伝送と、スクリーンに接触する指等の導電性物体による容量結合のうちの１つ以上を含む。指の位置は、グリッドの１つの軸に沿った時間で１つの導電線をトリガし、他の軸に沿った複数の導電線から印加される各信号に応答して出力を検出することにより検出される。デジタイジングシステムは、複数のスタイラス及び／又は複数の指のタッチの同時発生の位置を検出する能力を有する。
圧力感知容量センサは、ユーザが作用する相互作用面（interaction surface）と、感知層と、容量センサとのユーザ対話の間に相互作用面に加えられる局所的圧力に応答して局所的に圧縮され得る弾性層とを含む。感知層及び弾性層は相互作用面に広がる。弾性層は、容量センサの２つの感知層の間に、あるいは容量センサの１つの感知層と容量センサが配置されるフラットパネルディスプレイとの間に配置され得る。容量センサは、相互作用点を識別することと、相互作用点で加えられる圧力を決定することの双方に使用される。
本開示の一部の実施形態によると、容量センサは、センサ上に配置される弾性層を含むか、かつ／又は弾性層と一体化されて、相互作用面として操作される。本開示の一部の実施形態によると、容量センサは、例えば行感知層と列感知層のようにセンサの２つの感知層の間、感知層と、例えばLCD又は接地層のようなディスプレイとの間、導電層と感知層との間又はガラスカバーと感知層との間に、弾性層及び／又はエアギャップを含む。本開示の一部の実施形態によると、弾性層は、加えられた圧力に起因して、相互作用物体と感知層との間の近接性を高め、感知層と接地層との間の近接性を高め、かつ／又は接触位置における２つの感知層の間の近接性を高めることを提供する。
一部の例示の実施形態では、弾性層は、例えばシリコン、接着剤（glue）、有機ゲルのような圧縮可能な材料から、かつ／又はスペーサドットから形成される。任意選択で、20-40デュロメータの硬さのショアＡ（ShoreA）を用いる材料が使用される。任意選択で、センサはガラス又はポリエチレンテレフタラート（PET）フィルム基板上にパターン形成される。任意選択で、スペーサドットが感知層の間に使用されるとき、相互作用物体によって加えられる圧力は、検出可能な感知層の間の局所的な短い接続（local short connection）をもたらす。任意選択で、弾性層は50-500μmの厚さである。
本開示の一部の実施形態によると、弾性層は、相互作用物体によって加えられる圧力に応答して局所的に圧縮される。一部の例示の実施形態において、弾性層の局所的圧縮は、相互作用物体の測定される容量効果を高める。一部の例示の実施形態において、弾性層の一体化はセンサの圧力を敏感にし、相互作用物体の位置及び相互作用物体によって加えられる圧力を検出する。任意選択で、センサで検出される圧力プロファイルが、相互作用物体の位置を追跡するために使用される。
本開示の一部の実施形態によると、容量センサは、該容量センサの感知面が濡れているか、かつ／又は水中にある間に、物体、例えば導電性又は非導電性物体等の相互作用を感知するために構成される。典型的に、容量ベースのセンサの感知面における水の存在は、指及び／又は導電性物体の感知及び／又は追跡を妨げる。典型的に、容量ベースのセンサは、水中条件では動作不可能である。典型的に、接地（ground）される水域（body of water）との接触は、センサ全体を接地させ、これにより、指先のタッチに対するセンサの感覚を鈍らせる。感知面上の水滴は典型的に、容量センサによって感知される可能性があり、センサとの意図された相互作用として誤って特定されることがある。一部の例示の実施形態では、センサは、例えばグローブで覆われた指先やプラスチックのポインタ、受動ペン等といった、静電信号を送信しないか、そうでなくともデジタイザの電磁場に影響を与えない非導電性物体との相互作用を感知するようにも構成される。
次に図１を参照する。図１は、本開示の一部の実施形態に係る、タッチ対応型デバイスの例示のデジタイザシステムの簡略化した例示のブロック図を示している。本開示の一部の実施形態によると、コンピューティングデバイス１００は、デジタイザセンサ５０と統合されるディスプレイ４５を含む。一部の例示の実施形態において、デジタイザセンサ５０は、行と列の導電性ストライプ５８で形成されるグリッドベースの容量センサである。典型的に、導電性ストライプ５８は相互から電気的に絶縁され、導電性ストライプの各々は、少なくとも１つの端部でデジタイザ回路２５に接続される。典型的に、導電性ストライプ５８は、行と列の導電線の間の容量結合、例えば導電性物体の存在に応答して行と列の間に形成される接合部（接点）（junction）５９の周囲の容量結合を強化するように配置される。
本開示の一部の実施形態によると、導電性ストライプ５８は、電磁信号を伝達するスタイラス２００による入力及び／又は１つ以上の指先４６若しくは他の導電性物体のタッチを検出するように動作する。任意選択で、導電性ストライプは、導電性及び非導電性物体によって加えられる圧力を検出するように動作する。
任意選択で、相互容量検出方法及び／又は自己容量式検出方法が、指先４６による相互作用を感知するためにセンサ５０を用いて適用される。典型的に、相互容量及び自己容量式検出の間に、デジタイザ回路２５は、トリガパルス及び／又は問合せ信号（interrogation signal）をデジタイザセンサ５０の１つ以上の導電性ストライプ５８に送信し、トリガ及び／又は問合せに応答して他の導電性ストライプ５８から出力をサンプリングする。
典型的に、サンプリングされる出力は、接合部５９の周囲に形成される相互容量に起因して、行と列の導電性ストライプ５８の間の接合部５９を横断した問合せ信号である。基線振幅は、センサ５０と相互作用する物体が存在しないときに検出され得る。指先４６の存在は、約5-30％ほど結合信号の振幅を減少させる。指先４６の存在は、ピーク形成位置プロファイル、例えば概してセンサ５０上の指先４６の接触エリアを覆うかその周囲に広がり得るベースを有する負ピーク及び／又は谷を生じる。指先４６がセンサ５０上をホバリングするとき、取得される位置プロファイルは典型的に、接触中に得られる位置プロファイルと比べて低い。典型的に、例えば浮いているか接地に対して高インピーダンスを有する金属性物体等のような、トークン４７の存在は、5〜10％だけ結合信号の振幅を増加させる。任意選択で、誘電性材料で形成される物体もセンサ５０で検出される。典型的に、誘電性材料で形成される物体の存在は、1-5％だけ結合信号の振幅を増加させる。
一部の実施形態では、センサ５０の１つの軸に沿った導電性ストライプ５８の一部又は全てが同時又は連続的に問い合わせされ、各問合せに応答して、他の軸上の導電性ストライプ５８からの出力がサンプリングされる。このスキャニング手順は、グリッドベースのセンサ５０の各接合部５９に関連付けられる出力を取得することを提供する。典型的に、この手順は、例えば同時にセンサ５０に接触及び／又はその上をホバリングしている指先４６（マルチタッチ）等の１つ以上の導電性物体の座標を検出することを提供する。
一部の実施形態において、センサ５０は、弾性層１２０と一体化されて、圧力感知能力を提供する。一部の実施形態において、圧力感知能力は、センサ５０とディスプレイ４５との間に、あるいは例えばユーザが指４６、スタイラス２００及び／又はトークン４７で作用する保護カバーとセンサ５０との間にエアギャップが確立されるときに提供される。本開示の一部の実施形態によると、センサ５０は、導電性物体、例えばスタイラス２００、指４６及び／又はトークン４７の位置を感知し、相互作用物体、例えば導電性又は非導電性物体４８によって加えられた圧力を検出するように操作される。本開示の一部の実施形態によると、位置と圧力の双方が、導電性ストライプ５８からの出力に基づいて感知される。本開示の一部の実施形態によると、センサ５０で感知される圧力を加えて、センサ５０と相互作用する非導電性物体４８の座標を検出し、並びに／あるいは、例えばセンサ５０の相互作用面が水中に浸かるか及び／又は水滴を含む間に、センサ５０と相互作用する導電性又は非導電性物体等の物体の座標を検出する。本開示の一部の実施形態によると、デジタイザ回路２５は、センサ５０からサンプリングされるデータから位置及び／又は圧力を検出するための専用の位置検出回路２５１及び専用の圧力検出回路を含む。
典型的に、デジタイザ２５からの出力は、ホスト２２にレポートされる。典型的に、デジタイザ回路２５によって提供される出力は、スタイラス２００のペン先２０の座標、スタイラス２２０によって伝送される情報、１つ以上の指先４６の座標、１つ以上のトークン４７の座標、スタイラスの先２０、指先４６、トークン４７によって加えられる圧力及び／又は非導電性物体４８によって加えられる圧力を含み得る。典型的に、デジタイザ回路２５は、アナログ処理とデジタル処理の双方を使用して、デジタイザセンサ５０で検出される信号を処理する。任意選択で、専用回路２５１及び２５２の機能の一部及び／又は全てが、デジタイザセンサ５０の動作を制御することに適した１つ以上の処理ユニット内に統合される。任意選択で、デジタイザ２５、専用回路２５１及び２５２の機能の一部及び／又は全てが、ホスト２２に統合されるか、かつ／又はホスト２２内に含まれる。
次に図２を参照する。図２は、本開示の一部の実施形態に係る、弾性相互作用面を含む容量センサとの相互作用を示す簡略化された例示の概略的な図である。本開示の一部の実施形態によると、センサ５１は、ディスプレイ４５上にオーバーレイされ、かつ弾性層１２０で覆われる感知層１５０を含む。典型的に、センサ５１は、センサ５０と同様であり、感知層１５０上に、容量検出、例えば相互容量及び／又は自己容量式検出の実行を提供する導電性ストライプ５８のパターンを含む。任意選択で、感知層１５０は、接着剤１１５の層でディスプレイ４５上に固定される。一部の例示の実施形態において、感知層１５０はガラス基板又は他の硬質基板である。任意選択で、感知層は0.1〜3mmの厚さ、例えば0.7mmの厚さである。導電性ストライプ５８は、ガラス基板の１つ以上の表面上にパターン形成され得る。任意選択で、感知層１５０の導電性ストライプ５８は、ディスプレイ４５に面する表面上にパターン形成される。任意選択で、感知層１５０の導電性ストライプ５８は、弾性層１２０に面する表面上にパターン形成される。あるいは、一部の例示の実施形態では、感知層１５０は、導電性ストライプ５８がパターン形成されるPETフォイル（PET foil）の１つ以上の層を含む柔軟な感知層よって交換される。
本開示の一部の実施形態によると、弾性層１２０は、ユーザが指先４６、スタイラス又は他の物体を使用してセンサ５１と相互作用する相互作用面を形成する。典型的に、弾性層１２０は感知層１５０を覆い、保護する。本開示の一部の実施形態によると、弾性層１２０は、加えられる圧力、例えば指先４６によって加えられる圧力に応答して局所的に縮む。典型的に、弾性層１２０の局所的な圧縮は、感知層１５０に対する指先４６の近接性を高め、これにより、感知層１５０上の指先４６の容量的影響を増加させる。一部の例示の実施形態では、弾性層１２０は、50-500μmの間の厚さ、例えば50-200μmの厚さであるように定義される。一部の実施形態では、弾性層１２０は、柔らかい材料、例えばシリコンや20-40デュロメータ（ショアＡ）の有機ゲルから形成される。任意選択で、弾性層１２０はハードコートフィルムを含む。典型的に、ハードコートフィルムは、センサ５１の相互作用面である。任意選択で、弾性層１２０は、ハードコートフィルムでコートされるスペーサドットのアレイで形成される。任意選択で、スペーサドット１７０は、20-40デュロメータ（ショアＡ）の硬さの材料から形成される。任意選択で、スペーサドット１７０の直径は20-200μmである。任意選択で、スペーサドット１７０は抵抗型デジタイザセンサに使用されるものと同様である。
一部の例示の実施形態では、タッチに応答してセンサ５１によって提供される出力は、近接性の増加に起因して、加えられた圧力により更に公表される。典型的に、出力は、指先４６によって加えられる圧力量に敏感である。典型的に、ユーザがより多くの圧力を加えると、弾性層１２０は更に圧縮され、感知層１５０への近接性が増し、感知層１５０との容量結合が増加する。典型的に、導電性ストライプ５８へ印加されるトリガ信号の信号排出（drain）は、感知層１５０への指先４６の近接性が増すと、増加する。
本開示の一部の実施形態によると、センサ５１は水中用に適合される。典型的に、指先４６が弾性層１２０を押すとき、へこみ又はくぼみ（well）１２５が形成される。センサ５１が水中にあるとき、典型的にはくぼみ１２４が水で満たされることにより、へこみ１２５内の水の更なる集中が、くぼみ１２５の位置における感知層１５０との局所的な容量的影響を招く。一部の実施形態では、相互作用中にくぼみ１２５が作られて、水で満たされるとき、２つ以上の相互作用物体、例えば導電性及び／又は非導電性物体を検出及び／又は追跡することができる。典型的に、くぼみ１２５の容積及び深度、したがって容量的影響は、加えられる圧力の増加により増加する。
次に図３を参照する。図３は、本開示の一部の実施形態に従って、ディスプレイをオーバーレイするセンサの表面を覆う弾性層を含む、例示の柔軟な容量センサとの相互作用を示す簡略化された概略図である。本開示の一部の実施形態によると、センサ５２は、柔軟な感知層１５５、ディスプレイ４５と感知層１５５との間に配置される弾性層１２０、そして保護カバー１０５を含む。典型的に、センサ５２は、センサ５０と同様であり、容量検出、例えば相互容量及び／又は自己容量式検出を実行することを提供する、感知層１５５上の導電性ストライプ５８のパターンを含む。任意選択で、柔軟な感知１５５がPETフォイルの１つ以上の層から形成される。任意選択で、PETフォイルの２つ以上の層が使用されるとき、PETフォイルの１つの層が、行の導電性ストライプを含み、PETフォイルの別の層が列の導電性ストライプを含む。
本開示の一部の実施形態によると、保護カバー１０５、感知層１５５及び弾性層１２０は、ユーザにより、例えば指先４６で圧力が加えられると、変形する。本開示の一部の実施形態によると、弾性層１２０は、相互作用エリア１５９内で局所的に圧縮し、感知層１５５のエリア１５９がディスプレイ４５に近づく。典型的に、ディスプレイ４５は、接地として動作するか、かつ／又は接地される。
本開示の一部の実施形態によると、ディスプレイ４５の方へのエリア１５９の接近は、容量検出中のエリア１５９内の結合信号の排出につながる。典型的に、指先４６がセンサ５２と相互作用すると、指先４６の存在に起因する信号排出に加えて、この排出が起こる。任意選択で、水中の条件下では、くぼみ１２５内の水の存在に起因する信号排出に加えて、この排出が起こる。典型的に、ディスプレイ４５の局所的な近接に起因する信号の局所的排出は更に、エリア１５９、例えば接触されたエリア内の結合信号の振幅を減少させる。典型的に、この排出は、感知層１５５とディスプレイ４５との間の距離の影響を受け、エリア１５９とディスプレイ４５との間の近接性が高まると増加する。典型的に、この増加は、サンプリングされた出力から検出され得る。本開示の一部の実施形態によると、ディスプレイ４５の局所的近接性に起因する信号の局所的排出は、非導電性物体の位置を検出すること、及び／又はセンサ５２が水に浸っている間の位置を検出することを提供する。典型的に、検出される出力の振幅は、非導電性物体によって加えられる圧力に関連する。
次に図４を参照する。図４は、本開示の一部の実施形態に係る、センサのエッジに沿って、センサとディスプレイとの間にエアギャップを提供するスペーサを含む、例示の容量センサとの相互作用を示す簡略化された概略図である。本開示の一部の実施形態によると、センサ５３は、１つ以上のスペーサ及び／又はフレーム１４０を有するディスプレイ４５の上の所定の高さに取り付けられる感知層１５０と、保護カバー１１０を含む。任意選択で、所定の高さは、ディスプレイ４５の0.1-0.8mm上である。一部の例示の実施形態において、保護カバー１１０は、ガラス又はハードプラスチックから形成され、典型的には硬質である。あるいは、カバー１１０は、相互作用物体で加えられる圧力に応答して局所的に圧縮する、弾性材料で形成されるカバーと交換される。
本開示の一部の実施形態によると、感知層１５０は、指先４６によって加えられる圧力に応答して屈曲するか、かつ／又は曲がる。一部の例示の実施形態において、感知層１５０の湾曲は、該湾曲された感知層の頂点（apex）の方に向かって下にあるディスプレイ４５と感知層１５０との間の局所的な体積を減少させ、頂点近くのディスプレイ４５と感知層１５０との間の弁証法的一定性（dialectic constant）を減少させる。典型的に、エアギャップ１３０が感知層１５０の湾曲を減少させると、感知層１５０とディスプレイ４５との間の容量結合が増加する。本開示の一部の実施形態によると、容量結合における増加は、感知層１５０上で検出される出力に影響を与え、指先４６により加えられる圧力を感知するのに使用される。本開示の一部の実施形態によると、指先４６がセンサ５３に接触するが、圧力は加えないとき、測定される信号に対する影響は接触エリアの周囲に局所化され、この影響は、指の影響によって引き起こされる容量の変化に起因するものである。しかしながら、指がセンサに接触して圧力を加えるとき、局所的影響に付加される、感知層１５０の湾曲に起因して、測定される出力に広範な影響がある。これは、図８Ａ〜図８Ｂに関連して以下でより詳細に説明される。
一部の例示の実施形態において、非導電性物体によって加えられる圧力は、センサ５３を使用して検出され得る。任意選択で、センサ５３上を押す非導電性物体の位置は、指先４６の存在に起因して達成される検出と比べて低い分解能で検出される。
次に図５を参照する。図５は、本開示の一部の実施形態に係る、センサのエッジに沿って、保護カバーとセンサとの間にエアギャップを提供するスペーサを含む、例示の容量センサとの相互作用を示す、簡略化された概略図である。本開示の一部の実施形態によると、センサ５４は、硬質材料から形成される保護層１１０と感知層１５０との間にエアギャップ１３０を含む。本開示の一部の実施形態によると、相互作用位置における指先４６と感知層１５０との間の容量結合は、保護カバー１１０が感知層１５０に近づくと増加する。
一部の実施形態によると、非導電性物体によって加えられる圧力も、センサ５４を使用して検出することもできる。任意選択で、センサ５４上を押す非導電性物体の位置は、指先４６の存在に起因して達成される検出と比べて低い分解能で検出される。
次に図６Ａ及び図６Ｂを参照する。図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の一部の実施形態に従って、スペーサドットによって分離される２つの感知層を有するよう形成される、例示の容量センサとの相互作用を示す、簡略化された概略図である。本開示の一部の例示の実施形態によると、センサ５５は、スペーサドット１７０のアレイ及び／又はグリッドによって分離される第１の層１５５Ａ及び第２の層１５５Ｂから形成される柔軟な感知層１５５を含む。典型的に、これらの層のうちの一方の層が、行の導電性ストライプ５８を含み、他方の層が列の導電性ストライプ５８を含む。一部の例示の実施形態において、スペーサドット１７０は、感知層１５５のうちの１つの層上にパターン形成される。典型的に、スペーサドット１７０は弾性材料から形成される。任意選択で、スペーサドット１７０は、20-40デュロメータ（ショアＡ）の硬さを有する材料から形成される。任意選択で、スペーサドット１７０の直径は20-200μmである。任意選択で、スペーサドット１７０は抵抗型デジタイザセンサに使用されるものと同様である。本開示の一部の実施形態によると、センサ５５は、ユーザがその上でセンサ５５と相互作用する保護層１０５を更に含む。本開示の一部の実施形態によると、指先４６によって加えられる圧力は、接触位置における感知層１５５Ａと感知層１５５Ｂとの間の距離を局所的に減少させる。層の間の距離を減少させることは、典型的に、層の間の容量結合を増加させ、結合信号の振幅を増加させる。典型的に、指先４６の存在は、結合信号の振幅の減少と反対の効果を有する。本開示の一部の実施形態によると、層１５５Ａと層１５５Ｂとの間の物理的な接触は、所定の圧力を超えると生じる。一部の実施形態では、導電性ストライプが、層１５５Ａと層１５５Ｂの対向面上にパターン形成されるとき、物理的接触１５７は接触位置における短絡（short）を導入する。あるいは、導電性ストライプが層１５５Ａと層１５５Ｂの非対向面上にパターン形成されるとき、層の間の近接性は容量結合を増大させ、接触が確立されるとき、層は短絡される。典型的に、短絡に起因して送信される信号の振幅は、印加されるトリガ信号の振幅と同じである。本開示の一部の実施形態によると、センサ５５は、導電性でない相互作用物体によって加えられる圧力と位置の双方を感知するために使用され得る。圧力が増加すると、出力の振幅は、加えられた圧力に応答して増加することになる。本開示の一部の実施形態によると、センサ５５を、水中で及び／又はユーザがグローブや受動ペンを着用しているときに使用することができる。
次に図７を参照する。図７は、本開示の一部の実施形態に係る、導電性の弾性相互作用面を含む例示の容量センサとの相互作用を示す、簡略化された概略図である。本開示の一部の実施形態によると、センサ５６は、ディスプレイ４５上にオーバーレイされ、かつ弾性層１２０で覆われる感知層１５０を含み、弾性層１２０は、指先４６又は他の相互作用物体がその上で相互作用する、相互作用面を提供する。本開示の一部の実施形態によると、弾性層１２０は導電性材料１７０でコートされる。典型的に、導電性材料１７０が相互作用面上にコートされる。本開示の一部の例示の実施形態によると、導電面１７０を感知層１５０の方へ局所的に押すことにより、容量効果が得られる。一部の実施形態において、導電面１７０が浮いており、容量検出中に指先４６が導電面１７０を押すとき、指先４６が接地して結合信号の振幅が減少するので、結合信号が排出される。あるいは、容量検出中に非導電性物体又は非接地物体によって加えられる圧力は、結合信号の振幅を増加させる。
次に図８Ａ及び図８Ｂを参照する。図８Ａ及び図８Ｂは、本開示の一部の実施形態に係る、２つの例示の圧力感知センサで検出される例示の圧力感知出力の簡略化された概略的なグラフを示している。本開示の一部の例示の実施形態によると、グラフ８５０は、センサ５１、センサ５２及び／又はセンサ５６から得られる例示の出力を表している。本発明の一部の実施形態によると、圧力を加えないセンサ上の指４６の存在の結果、相互作用位置における鋭いピークが得られる。典型的に、ピークの幅は概ね、指先４６の幅によって定義される。本開示の一部の実施形態によると、ピーク８１０の高さは、指先４６がセンサに圧力を加えると、例えばピーク８１０’の高さまで増加する。本開示の一部の実施形態によると、指先４６の座標はピーク８１０の位置から検出され、指先４６によって加えられる圧力は、ピーク８１０の振幅に基づいて検出される。任意選択で、圧力が加えられないときのピーク８１０の検出される高さは予め定められており、加えられた圧力を決定するために、検出された高さと比較される。
本開示の一部の例示の実施形態によると、グラフ８５１は、センサ５３から取得される例示の出力を表す。本開示の一部の例示の実施形態によると、指先４６の存在に起因する容量の影響は、接触位置における鋭いピーク８１０となり、加えられた圧力に起因する容量の影響は、より広く広がったドーム８２０となる。このドームは、加えられた圧力に応答する感知層１５０の湾曲に起因して生じる。本開示の一部の実施形態によると、ドーム８２０の高さは、圧力の増加とともに増加する。ドーム８２０’は、指先４６が、ドーム８２０と比べて更なる圧力でセンサ５３を押すときの出力を表す。典型的に、圧力の増加とともにピーク８１０の高さも増加する。ピーク８１０’は、指先４６が、ピーク８１０と比べて更なる圧力でセンサ５３を押すときの出力を表す。本開示の一部の例示の実施形態によると、圧力検出は、ドーム８２０の高さに基づき、座標の検出は、ピーク８１０の位置に基づく。
グラフ８５０及び８５１において、指先４６に起因する結合信号は、指先が接地して結合信号を排出させるので、減少する。一部の例示の実施形態では、例えばトークンが相互作用に使用されるとき、結合信号は増加し、例えばピークは正の方向である、グラフ８５０及びグラフ８５１は、行又は列の方向のうちの一方のプロファイルを示す。典型的に、対称物体について、実質的に同じプロファイルが行又は列の方向のうちの他方で得られる。典型的に、ピーク８１０の形状は、相互作用物体の形状に依存する。
図９を参照すると、本開示の一部の実施形態に係る、相互作用中に相互作用座標及び加えられる圧力を検出するための例示の方法の簡略化されたフローチャートが図示されている。本開示の一部の実施形態によると、本明細書で説明したように、容量検出を適用して、圧力感知容量センサからの出力を検出する（ブロック９０５）。本開示の一部の実施形態によると、相互作用位置に関する情報を提供する出力が識別される（ブロック９１０）。一部の実施形態によると、相互作用物体と容量センサとの間の容量結合に起因して取得される出力が検出されるか、かつ／あるいは容量センサに対する屈曲及び／又は押下に起因して得られる出力から区別される。代替的に、かつ／又は一部の他の実施形態では、加えられた圧力に由来する出力と、相互作用物体の存在に起因する容量結合に由来する出力との間にいかなる差も生じないことがある。
本開示の一部の実施形態によると、相互作用物体により加えられる圧力に関する情報を提供する出力が識別される（ブロック９１５）。典型的に、出力の振幅は、相互作用物体によって加えられる圧力に関連する。本開示の一部の実施形態によると、接触による相互作用の座標は、接触及び圧力情報のうちの１つ以上に基づいて検出される（ブロック９２０）。本開示の一部の実施形態によると、相互作用中に加えられる圧力が検出される（ブロック９２５）。本開示の一部の実施形態によると、位置及び／又は圧力のうちの少なくとも一方がホストコンピュータに報告される（ブロック９３０）。

本開示の実施形態の多くを、容量ベースのセンサと相互作用する指先との関連で説明したが、指先の相互作用は単なる例示であり、本明細書で説明される容量センサは、他の物体との相互作用を検出するようにも動作可能であることが理解される。
本開示の一部の実施形態の側面は、センサを提供する。当該センサは：センサ層であって、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、導体素子が相互から電気的に分離され、センサ層が容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；センサ層に近接する弾性層であって、センサ層は、弾性層に加えられる圧力に基づいて局所的圧縮を検出するように構成される、弾性層と；を含む。
任意選択として、弾性層は、差圧に応答して異なるように圧縮するよう構成される。
任意選択として、弾性層は、50-500μmの厚さである。
任意選択として、弾性層は、スペーサドットで形成される。
任意選択として、弾性層は、導電性材料でコーティングされる。
任意選択として、導電性材料は、センサ層から離れる方に向く弾性層の表面上にコーティングされる。
任意選択として、センサ層は、導体素子で形成される硬質基板から形成される。
任意選択として、センサ層は、0.1-1mmの厚さである。
任意選択として、センサ層は、感圧式である。
本開示の一部の側面はセンサを提供する。当該センサは、センサ層であって、柔軟な基板で形成され、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、導体素子が相互から電気的に分離され、センサ層が容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；センサ層に近接し、センサ層がその上に取り付けられる表面を提供するスペーサドットのアレイと；を含む。
任意選択として、スペーサドットは、差圧に応答して異なるように圧縮するよう構成される。
任意選択として、スペーサドットの直径は、20-200μmである。
任意選択として、センサ層は、物体がセンサと相互作用することにより加えられる圧力に応答して、相互作用位置で曲がるように動作可能である。
本開示の一部の実施形態の側面は、センサを提供する。当該センサは：センサ層であって、硬質基板で形成され、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、導体素子が相互から電気的に分離され、センサ層が容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；センサ層の周辺（perimeter）に沿って配置されるスペーサであって、その間に形成されるエアギャップ層によりディスプレイ上の所定の高さで、センサ層をディスプレイの上に取り付けるために構成されるスペーサと；を含む。
任意選択として、センサ層は、物体が当該センサと相互作用することにより加えられる圧力に基づいて曲がるように構成される。
任意選択として、エアギャップ内の空気の量は、当該センサの湾曲に基づいて除去される。
任意選択として、センサ層は、物体が当該センサと相互作用することにより加えられる差圧に応答して異なるように曲がるように構成される。
任意選択として、センサ層は、0.3-0.1mmの厚さである。
任意選択として、センサ層は、感圧式である。
本開示の一部の実施形態の側面は、センサを提供する。当該センサは：センサ層であって、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、導体素子が相互から電気的に分離され、容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；硬質材料で形成されるカバー層であって、センサ層をカバーし、ユーザが当該センサと作用する表面を提供するように動作するカバー層と；センサ層の周辺に沿って配置されるスペーサであって、その間に形成されるエアギャップ層によりセンサ層の上の所定の高さで、カバー層を取り付けるために構成されるスペーサと；を含む。
任意選択として、センサ層は、硬質材料で形成される。
任意選択として、センサ層は、0.3-0.1mmの厚さである。
任意選択として、カバー層は、0.3-0.1mmの厚さである。
本開示の一部の実施形態の側面は、センサを提供する。当該センサは：センサ層であって、導体素子の第１のアレイがパターン形成される第１のサブレイヤと、導体素子の第２のアレイがパターン形成される第２のサブレイヤとを含み、その双方の導体素子がセンサ層上に広がり、導体素子が相互から電気的に分離され、当該センサが容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；第１のサブレイヤを前記第２のサブレイヤから分離するスペーサドットのアレイであって、該スペーサドットは、物体が当該センサと相互作用することにより加えられる圧力に基づいて圧縮されるように構成される、スペーサドットのアレイと；を含む。
任意選択として、第１のサブレイヤは、物体がセンサと相互作用することによりセンサに加えられる所定の圧力に基づいて、相互作用位置で第２のサブレイヤに接触するように構成される。
任意選択として、導体素子は、グリッド内にパターン形成される。
任意選択として、センサは、ユーザが当該センサと相互作用する表面上に水が存在する間に物体の相互作用を検出するように構成される、
任意選択として、センサは、導電性でない物体を検出するように構成される。
明確性のために別個の実施形態のコンテキストで説明されている、本明細書で説明される実施例の特定の特徴は、組合せにより単一の実施形態に提供されてもよい。反対に、簡潔性のために単一の実施形態のコンテキストで説明されている、本明細書で説明される実施例の様々な特徴は、別個に又は任意の適切な副次的組合せで、あるいは適切に、本開示で説明される任意の他の実施形態に提供されてもよい。様々な実施形態のコンテキストで説明される特定の特徴は、実施形態がこれらの要素なしでは動作不能でない限り、これらの実施形態の本質的特徴と見なされるべきではない。

Claims (28)

  1. センサ層であって、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、前記導体素子が相互から電気的に分離され、該センサ層が容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；
    前記センサ層に近接する弾性層であって、前記センサ層は、前記弾性層に加えられる圧力に基づいて局所的圧縮を検出するように構成される、弾性層と；
    を具備するセンサ。
  2. 前記弾性層は、差圧に応答して異なるように圧縮するよう構成される、
    請求項１に記載のセンサ。
  3. 前記弾性層は、50-500μmの厚さである、
    請求項１又は２に記載のセンサ。
  4. 前記弾性層は、スペーサドットで形成される、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ。
  5. 前記弾性層は、導電性材料でコーティングされる、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ。
  6. 前記導電性材料は、前記センサ層から離れる方に向く前記弾性層の表面上にコーティングされる、
    請求項５に記載のセンサ。
  7. 前記センサ層は、導体素子がパターン形成される硬質基板から形成される、
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサ。
  8. 前記センサ層は、0.1-1mmの厚さである、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ。
  9. 前記センサ層は、感圧式である、
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサ。
  10. センサ層であって、柔軟な基板で形成され、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、前記導体素子が相互から電気的に分離され、該センサ層が容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；
    前記センサ層に近接し、前記センサ層がその上に取り付けられる表面を提供するスペーサドットのアレイと；
    を具備するセンサ。
  11. 前記スペーサドットは、差圧に応答して異なるように圧縮するよう構成される、
    請求項１０に記載のセンサ。
  12. 前記スペーサドットの直径は、20-200μmである、
    請求項１０又は１１に記載のセンサ。
  13. 前記センサ層は、物体が当該センサと相互作用することにより加えられる圧力に応答して、相互作用位置で曲がるように動作可能である、
    請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のセンサ。
  14. センサ層であって、硬質基板で形成され、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、前記導体素子が相互から電気的に分離され、センサ層が容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；
    前記センサ層の周辺に沿って配置されるスペーサであって、その間に形成されるエアギャップ層によりディスプレイの上の所定の高さで、前記センサ層を前記ディスプレイの上に取り付けるために構成されるスペーサと；
    を具備するセンサ。
  15. 前記センサ層は、物体が当該センサと相互作用することにより加えられる圧力に基づいて曲がるように構成される、
    請求項１４に記載のセンサ。
  16. 前記エアギャップ内の空気の量は、当該センサの湾曲に基づいて除去される、
    請求項１５に記載のセンサ。
  17. 前記センサ層は、物体が当該センサと相互作用することにより加えられる差圧に応答して異なるように曲がるように構成される、
    請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載のセンサ。
  18. 前記センサ層は、0.3-0.1mmの厚さである、
    請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のセンサ。
  19. 前記センサ層は、感圧式である、
    請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載のセンサ。
  20. センサにおいて：
    センサ層であって、該センサ層上に広がって導体素子がパターン形成され、前記導体素子が相互から電気的に分離され、該センサ層が容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；
    前記センサ層をカバーし、ユーザがその上で当該センサと作用する表面を提供するように動作する、硬質材料で形成されるカバー層と；
    前記センサ層の周辺に沿って配置されるスペーサであって、その間に形成されるエアギャップ層により前記センサ層の上の所定の高さで、前記カバー層を取り付けるために構成されるスペーサと；
    を具備するセンサ。
  21. 前記センサ層は、硬質材料で形成される、
    請求項２０に記載のセンサ。
  22. 前記センサ層は、0.3-0.1mmの厚さである、
    請求項２０又は２１に記載のセンサ。
  23. 前記カバー層は、0.3-0.1mmの厚さである、
    請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載のセンサ。
  24. センサにおいて、
    センサ層であって、導体素子の第１のアレイがパターン形成される第１のサブレイヤと、導体素子の第２のアレイがパターン形成される第２のサブレイヤとを含み、その双方の導体素子が、前記センサ層上に広がり、前記導体素子が相互から電気的に分離され、当該センサが容量ベースの感知のために構成される、センサ層と；
    前記第１のサブレイヤを前記第２のサブレイヤから分離するスペーサドットのアレイであって、該スペーサドットは、物体が当該センサと相互作用することにより加えられる圧力に基づいて圧縮されるように構成される、スペーサドットのアレイと；
    を具備するセンサ。
  25. 前記第１のサブレイヤは、前記物体が当該センサと相互作用することにより当該センサに加えられる所定の圧力に基づいて、相互作用位置で前記第２のサブレイヤに接触するように構成される、
    請求項２４に記載のセンサ。
  26. 前記導体素子は、グリッド内にパターン形成される、
    請求項１乃至２５のいずれか１項に記載のセンサ。
  27. 当該センサは、ユーザが当該センサと相互作用する表面上に水が存在する間に物体の相互作用を検出するように構成される、
    請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のセンサ。
  28. 当該センサは、導電性でない物体を検出するように構成される、
    請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のセンサ。
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