JP6387390B2 - 単層タッチ・センサの駆動および検知電極を削減するための多重化および多重分解 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、単層タッチ・センサに関する。更に特定すれば、本発明は、単層タッチ・センサからのデータを使用して、駆動および検知電極の多重化および多重分解(demultiplexing)のシステムを使用して１つの物体を追跡するシステムおよび方法に関する。

タッチ・センサについて論ずるとき、容量感応センサには様々な異なる設計があることが注目される。本発明と共に動作するように変更可能な既存のタッチパッド設計の１つに、CIRQUE（登録商標）Corporationによって製作されるタッチパッドがある。したがって、いずれの容量感応タッチパッドであれ、どのように変更すれば本発明と共に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）個の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を規定するために用いられる。通例、タッチパッド１０は約１６×１２電極、または空間に制約があるときには８×６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のために、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、異なるが隣接する第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判定することもできない。このため、このシステムは駆動される電極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し、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行う。

CIRQUE（登録商標）Corporation製タッチパッドの感度または分解能は、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、同じ行および列上にある電極１２、１４間の間隔、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、多重化を用いることによって、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。いずれの設計でも、本発明が機能することを可能にする。

CIRQUE（登録商標）社のタッチパッドの基礎となる技術は、容量センサを基本とする。しかしながら、本発明には他のタッチパッド技術も用いることができる。これら他の近接感応および接触感応タッチパッド技術には、電磁、誘導、圧力検知、静電、超音波、光、抵抗性メンブレーン、半導電性メンブレーン、あるいはその他の指またはスタイラス応答技術が含まれる。

以上の先行技術は、多層タッチ・センサを対象とする。タッチ・センサの直下に配置された表示画面の可視性を改良する単層タッチ・センサに対して最適化された、新たな駆動および検知電極レイアウトを提供することができれば、先行技術に対する利点となるであろう。

第１実施形態では、本発明は、単層タッチ・センサからのデータを使用して１つの物体を追跡し、コード化刺激駆動パターンを使用することによってデータを検知電極上に多重化し、この検知電極を測定し、タッチ・センサ上における少なくとも１つの物体に関する位置情報を得るためにこの検知電極の測定値から情報を多重分解するシステムおよび方法である。

本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、利点、および代替態様は、添付図面と組み合わせて以下の詳細な説明を検討することにより、当業者には明白となろう。

図１は、先行技術において見られ、本発明における使用のために適合可能なタッチパッドの第１実施形態の動作のブロック図である。 図２は、隣接するタッチ・ゾーンが互いに干渉しないように、チェッカーボード・パターンで繰り返す複数のタッチ・ゾーンを含むタッチ・センサの上面図である。 図３は、駆動および検知電極、ならびにこれらの電極への駆動および検知トレースを示す、１つ１つのタッチ・ゾーンの接近模式図である。 図４は、共通であるが個々にアドレス可能な検知電極を共有する２つの隣接するタッチ・ゾーンがあるときに、トレースの取り回し(routing)における相違を示す、電極および取り回しトレースの模式図である。 図５は、同じ行に多数のタッチ・ゾーンをどのようにすれば配置できるかを示す、電極および取り回しトレースの模式図である。 図６は、１つの検知電極上における多重タッチを示すための、１つの検知電極、第１の指、および第２の指の上面図である。 図７は、本発明の第１実施形態の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は言うまでない。

尚、本文書を通じて、「タッチ・センサ」という用語の使用は、本文書全体を通じてタッチパッド、タッチ・スクリーン、トラックパッド、タッチ・パネル、タッチ入力デバイス、およびタッチ感応デバイス 相互交換可能に使用されてもよいことは、理解されてしかるべきである。

第１実施形態は、単層タッチ・センサ３０である。これが意味するのは、駆動および検知電極として使用される電極が、１つの基板３２、または多層基板の１つの層上に形成されることが可能であるということである。駆動および検知電極は、図２に示すように、配置されればよい。

図２は、第１実施形態の特徴を組み込むことができるタッチ・センサ３０の上面図である。図２は、更なる詳細が以降の図において導入される前に、本発明の第１の態様を紹介する。第１実施形態の第１の特徴の内の１つは、複数のタッチ・ゾーンが可能であることである。図２では、異なるタッチ・ゾーンが、タッチ・ゾーンＡ３４およびＢ３６によって代表される。タッチ・ゾーン３４，３６の各々は、後に示されるような、複数の駆動および検知電極を含む。タッチ・ゾーン３４，３６は、ボタンではなく、タッチ・センサとして機能し、１つ以上の物体を検出し、その動きを追跡することができる。理解すべき重要なことは、本発明が機能するためには、隣接するタッチ・ゾーンが同時に駆動されてはならないことである。つまり、図２において、２つの異なるタイプのタッチ・ゾーンＡ３４およびＢ３６だけがあればよく、これらが図示のように交互パターンで繰り返される。２つの異なるタッチ・ゾーン（Ａ３４およびＢ３６）のみを使用することによって、以下で実証されるようにタッチ・センサ３０全体を動作させるために必要となる、異なる駆動および検知電極の総数が減少する。

また、図２は、タッチ・ゾーン３４，３６が、１つの電極だけ互いに重複しなければならないことも示す。つまり、タッチ・ゾーンの任意の所与の列上に、タッチ・ゾーン３４，３６の各々の間には、重複のゾーン、即ち、重複ゾーン３８がある。重複ゾーン３８は、１つの電極だけが重複できるように十分に広ければよい。

図２は、タッチ・ゾーン３４，３６の第１行４０上では、タッチ・ゾーンがＡＢＡＢ等の繰り返しパターンで交互することを示す。タッチ・ゾーン３４，３６は、これらが１つの共通検知電極を共有するところだけ重複する。第１行４０の下にあるタッチ・ゾーンの第２行４２上には、タッチ・ゾーン３４，３６と共有される検知電極はない。タッチ・ゾーン３４，３６における駆動および検知電極は、互いに平行であるが、図示されるように、各行の方向に対して垂直である。したがって、共有される検知電極は、同じ行上にある異なるタッチ・ゾーン３４、３６間でのみ共有される。

また、図２には、タッチ・ゾーン３４，３６の各行の上下に、複数の取り回しトレース４４も示される。したがって、取り回しトレース４４が駆動および検知信号をタッチ・ゾーンへ、そしてタッチ・ゾーンから搬送することを可能にするために、タッチ・ゾーン３４，３６の行間に十分な空間がなければならないであろう。尚、取り回しトレースに指定されたエリアのサイズは、図示の目的のために限って、誇張されていることは、理解されてしかるべきである。８つのタッチ・ゾーン３４，３６の２つの行によって定められるタッチ・センサは、タッチ機能のエリア内にはギャップがない、１つの連続(uninterrupted)タッチ・ゾーンとして機能するように見えればよい。つまり、別々のタッチ・ゾーン３４，３６があり、多数のタッチ・ゾーンの行があるが、これらは、タッチ・センサ３０の輪郭によって定められる１つの連続タッチ・センサとして一緒に機能する。

図２に示すタッチ・センサ３０は、タッチ・ゾーン３４，３６の各々の内部で物体を検出するために必要なステップを実行しなければならない。２つのタッチ・ゾーンＡ３４およびＢ３６だけしかなく、これらが繰り返され、互いに干渉しないために異なる時点で動作し、タッチ・センサ３０の表面にわたって繰り返されるので、プロセスは２回実行されればよい。１回目なＡ３４タッチ・ゾーンの全てに対して同時に実行され、２回目はＢ３６タッチ・ゾーンの全てに対して同時に実行される。

図２にはタッチ・ゾーン３４，３６の２つの行４０、４２だけが示されるが、行の総数および各行内におけるタッチ・ゾーン３４，３６の総数は、タッチ・センサ３０の所望のサイズを得るために、増やすこともできる。重要なのは、隣接するタッチ・ゾーン３４，３６が常に異なるということ、言い換えると、共有される検知電極が一度に１つのタッチ・センサのみによって使用されているように、異なる時点でアクティブにされるということである。しがって、同じ行にもまたは隣接する行にも、上側にもまたは下側にも、Ａ３４タッチ・ゾーンはいずれの他のＡタッチ・ゾーンにも隣接しない。したがって、タッチ・ゾーン３４，３６は、タッチ・センサ３０においてチェッカーボード・パターンを形成する。

図３は、１つのタッチ・ゾーン３４または３６内部における詳細の上面模式図である。これは、Ａ３４またはＢ３６タッチ・ゾーンでも可能である。何故なら、これらは内部が同一であり、タッチ・ゾーン３４，３６への駆動トレースおよび検知トレースへの外部接続が異なるに過ぎないからである。各タッチ・ゾーン内にある駆動電極および検知電極の数は、駆動電極を駆動するために使用される刺激パターンの関数となる。したがって、駆動電極の数は、タッチ・ゾーン３４，３６のサイズにしたがって異なってよい。

図３に示すこの例では、４つの駆動電極５０、および５つの検知電極５２がある。駆動電極５０は、駆動電極の各端部から、または１つの端部から駆動されることも可能である。検知電極５２は、検知電極の各端部から、または１つの端部から測定されることも可能である。つまり、駆動および検知電極の各端部には、駆動および検知電極５０、５２双方のための取り回しトレースがある。

駆動および検知電極５０、５２は、常に、各タッチ・ゾーン３４，３６内部で交互する。しかしながら、タッチ・ゾーン３４，３６は常に検知電極５２で始まり、検知電極５２で終わらなければならないので、各タッチ・ゾーン３４，３６には常に駆動電極５０よりも１つ多い検知電極がある。このように、各タッチ・ゾーン３４，３６には、常に、ｎ個の駆動電極５０およびｎ＋１個の検知電極５２がある。

駆動電極５０の数は、各タッチ・ゾーン３４，３６内において不規則ではなく、逆に、使用される刺激パターンの関数となる。刺激パターンは、一連のアダマール・パターンまたは他のコード化パターンから選択されればよい。第１実施形態では、整列アダマール・パターンの部分集合が、刺激パターンに使用される。これは、ウォルシュ・パターンとしても知られている。

タッチ・センサ３０は、特定のアダマール・パターンを使用してもよい。アダマール・パターンの次元(dimensions)は、シーケンス１，２，４，８，１２，１６，２４等からのエレメント数を有する正方行列に限定される。１および２のアダマール寸法またはパターンは、この第１実施形態では有用でない。したがって、タッチ・ゾーン３４，３６の多数の行が大きく離間されなくてもよいように、取り回しトレースの数を少なく抑えるために、４のアダマール寸法が使用され、その結果、４つの駆動電極が選択される。

寸法４のアダマール・パターンに対して、本発明によって使用されるウォルシュ刺激または駆動パターンが、以下のウォルシュ行列に示される。
[１ １ １ １]
[１ １ −１ −１]
[１ −１ −１ １]
[１ −１ １ −１]
上の駆動パターンにおける数値１は、正トグル・イベント(toggle event)とすればよく、−１は負トグル・イベントとすればよい。全てが「１」の最初の駆動パターンを測定する必要はなく、したがって測定システムがこの大きな不均衡信号を測定できない場合、代わりに、このプロセスの後の時点において測定結果が推論されてもよい。他の３つの駆動パターンは、均衡が取れている、即ち、等しい数の正および負トグル・イベントを有するので、これらは測定される。

尚、全て「１」のパターンは、タッチ・センサ上に何かがあるか否か判定するために使用することもできるので、これはなおも有用であることを注記しておく。信号がない場合、検出するものがないので、他のパターンを使用する必要がない。したがって、この最初のパターンは、タッチ・ゾーン３４，３６上における物体の正確な位置を突き止めるために使用される、更に複雑で長いシーケンスのパターンを駆動する前の物体の検査としても有用であり得る。

図３に示すように、各々ｎ個の駆動電極５０を有する２つの駆動バス５４，５６があり、１つの駆動バス５４がタッチ・ゾーン３４，３６の上にあり、１つの駆動バス５６がタッチ・ゾーン３４，３６の下にある。また、２つの検知バス５８，６０もあり、１つの検知バス５８が上にあり、１つの検知バス６０が下にある。物理的に行または列で隣接するタッチ・ゾーン３４，３６は、後の図に示すように、異なる駆動バスに接続される。

駆動パターンの選択は、本発明が、電極の長さに沿った多数の位置において検知電極５８，６０上にある信号の量に関する情報をエンコードまたは多重化することを可能にする。つまり、各駆動電極５０を個々に切り替えなければならないのではなく、これらを全て同時に切り替えることができ、１つの検知電極バス５８，６０上に情報が一緒に多重化される。

検知電極バス５８，６０を測定した後、次に、説明する技法を使用して、情報がデコードまたは多重分解される。この技法は、当業者には周知である。つまり、１つの検知電極バス５８，６０上に情報がどのように多重化されるか数学的に判断することによって、各駆動電極の位置に関する物体の位置を得るために、この情報を数学的に多重分解することができる。

図３は、検知電極５２が全て一緒に上位検知電極バス５８および下位検知電極バス６０に電気的に結合されることを示す。この具体的なレイアウトは、タッチ・センサ３０に１つのタッチ・ゾーンがあるときにのみ使用される。多数のタッチ・ゾーンがあるときに生じる相違について、以下の図において示す。

図３に示す単純なタッチ・センサ６２では、タッチ検知プロセスは次のようにすればよい。最初に、駆動パターンが同時に駆動電極５０の各端部に印加される。つまり、第２駆動パターンが印加されている場合、駆動Ａ１に結合された駆動電極５０は、駆動電極の各端部において１または正トグル・イベントを有する。駆動Ａ２は、駆動電極５０の各端部において１または正トグル・イベントを有する。駆動Ａ３は、駆動電極５０の各端部において−１または負トグル・イベントを有する。駆動Ａ４は、駆動電極５０の各端部において−１または負トグル・イベントを有する。

多重化された読み取り値または測定値は、４つの駆動パターンの各々について、検知１ ５８および検知２ ６０から記録される。次いで、情報の多重分解の当業者には分かるように、所望のタッチ情報を抽出するために、測定値は多重分解される。例えば、駆動パターンのドット積、および駆動パターンから受け取られた多重化測定値を使用するプロセスを使用して、信号を多重分解すればよい。

多重分解された読み取り値は、次に、タッチ・センサ６２と接触している全ての物体の完全な画像を得るために、当業者には周知の方法で処理することができる。この場合、１つのタッチ・ゾーンが完全なタッチ・センサ６２にもなる。

この第１実施形態では、各駆動または検知電極上で１本の指だけを検出することができる。各駆動または検知電極上で２本の指を検出するためには、異なる技法を使用しなければならない。この制限は、駆動電極５０の各端部において同時に駆動される同じ駆動信号の関数である。

第１実施形態は、タッチ・センサ６２における１つのタッチ・ゾーン３４，３６を対象とする。第２実施形態は、１つのタッチ・センサ３０内に多数のタッチ・ゾーン３４，３６があるときに生ずる、もっと複雑なシナリオを対象とする。

図４は、２つの異なるそして重複するタッチ・ゾーンＡ３４およびＢ３６を有するタッチ・センサの上面模式図を示す。多重タッチ・ゾーン設計の重要な態様は、２つの隣接するタッチ・ゾーン間にある検知電極７０が常に共有されることである。つまり、図４に示すように、タッチ・ゾーンＡ３４およびＢ３６は電極の中央で重複する。いずれの所与の時点でもアクティブであるのは１つのタッチ・ゾーンＡ３４またはＢ３６だけであるので、検知電極７０は共有されてもよい。したがって、検知電極７０を共有するためには、必要とされるときにタッチ・ゾーンＡ３４が共有電極７０を測定することができ、更にタッチ・ゾーンＢ３６がアクティブなときに同じ電極７０を測定することができるように、検知電極７０が個々にアドレス可能であることも必要となる。つまり、共有検知電極７０は、タッチ・ゾーンＡ３４において一緒に繋がれている他の検知電極７２には電気的に繋がれず、タッチ・ゾーンＢ３６において一緒に繋がれている他の検知電極７４にも電気的に繋がれない。

Ｂの後ろに来る次のタッチ・ゾーンが別のＡタッチ・ゾーンになり、これにＢタッチ・ゾーンが続き、別のＡタッチ・ゾーンが続く等となるように、特定の行において各後続のタッチ・ゾーンにおける駆動取り回しトレースの使用を交替することによって、追加のタッチ・ゾーンをタッチ・センサに追加することもできる。

タッチ・センサの検知電極上においてタッチ・データの多重化および多重分解を行う理由は、より大きなタッチ・センサを作るために複数の離散(discrete)タッチ・ゾーンを作った結果であるということが、本発明の一態様である。離散タッチ・ゾーンを作ることによって、タッチ・ゾーンを駆動および検知するために必要とされる取り回しトレースの数を減らすことが可能になる。

図４は、多重タッチ・ゾーン・タッチ・センサのある種の態様を示す。行または列が物理的に隣接するタッチ・ゾーンは、異なる駆動および検知バスに接続されなければならない。１つの行において隣接するタッチ・ゾーン間の最も中心にある検知電極は、常に一緒に１つのバス・ラインに繋がれ、一方タッチ・ゾーン（１つの行における）間にある境界において共有される検知電極はいずれも、隣接するタッチ・ゾーンのいずれに対しても検知電極として機能できるように、常に別個にアドレス可能である。１つの行における最初のタッチ・ゾーンおよび最後のタッチ・ゾーンは、外側検知電極も有する。この外側検知電極は、個々にアドレス可能である必要がないが、代わりにそのタッチ・ゾーンの他の検知電極と一緒に集合化される。個々にアドレス可能でなければならないのは、検知電極が隣接するタッチ・ゾーンの境界にあるときだけである。

多重タッチ・ゾーン・タッチ・センサの他の態様は、１つの駆動バスがアクティブである間、隣接するタッチ・ゾーンの他方のバスは、ノイズおよびアクティブなタッチ・ゾーンとの干渉を低減するために、接地に保持されるとよいことである。

図５は、少なくとも４つのタッチ・ゾーン３４、３６を有し、全体的に８０として示される、タッチ・センサの上面模式図であり、４番目のタッチ・ゾーンは部分的にしか見えない。４つのタッチ・ゾーン３４，３６は１つの行内にある。ゾーン１および３は、Ａタッチ・ゾーン３４にあり、ゾーン２および部分的に見えるゾーン４はＢタッチ・ゾーン３６にあり、またはその逆でもよい。尚、ゾーン１および２，２および３，ならびに、３および４の間にある共有検知電極８２，８４，８６は個々にアドレス可能であることを特記しておく。共有検知電極８２，８４，８６は、これらがいずれの側にあるタッチ・ゾーン３４，３６とも使用できるように、個々にアドレス可能でなければならない。

行うべき観察は、８８および９０に示すように、ゾーン１およびゾーン３が同じ駆動電極を共有することである。同時に両端部から、あるいは一方の端部または他方の端部から、駆動電極８８，９０上で同じ駆動信号が駆動されてもよい。また、ゾーン２およびゾーン４も、９２および９４に示すように、同じ駆動電極を共有する。

第１実施形態の１つの態様は、タッチ・センサ８０上における指の位置情報を判定できることである。例えば、第１実施形態は、各端部において電荷を測定することによって、検知電極９６，９８上にある電荷量を測定することができる。つまり、検知電極９６，９８を分圧器として扱うことによって、指の位置判定を遂行することができる。検知電極９６，９８の第１端部における電荷量を、検知電極の双方の端部における電荷の和で除算することによって、第１端部に対する指の位置を求めることができる。同様に、検知電極の第２端部における電荷量を、この電極の双方の端部における電荷の和で除算することによって、第２端部に対する指の位置を求めることができる。

第１および第２実施形態の一態様において取り組む必要があると思われるのは、ＤＣ電圧オフセットの問題である。駆動パターンのウォルシュ行列では、全てが「１」の不均衡第１パターンに対して測定を行う必要がないことが思い出されよう。駆動パターンが、ウォルシュ行列の全て「１」の行から来るときは測定しないことによって、その結果、そのゾーンの実際のＤＣ電圧オフセットが失われるので、ＤＣ電圧オフセットが０となるであろう。測定が行われた後に、正しいＤＣオフセットをこのゾーンに復元する必要がある場合もあり得る。しかしながら、正しいＤＣ電圧オフセットを復元する方法がないかもしれない。いずれのＤＣ電圧オフセットの復元も、少なくとも１つの駆動電極は、指の相互作用がないために、信号を有さないという考えに頼る必要があるであろう。その駆動電極は、最も正の信号または最大の信号を有すると考えられる。最大信号を発見し、次いで全ての他の信号からそれを減算すると、ＤＣ電圧オフセットを求めることができるであろう。最大信号を減算すると、ノイズが直接結果に注入され、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が低下する。

ＤＣ電圧オフセットの復元は、多数の指がタッチ・ゾーン全体を覆うかもしれないタッチ・センサではよい結果が得られないおそれがある。
実施形態の他の態様では、適正な信号オーバーヘッドを見込む必要がある場合もある。適正な信号オーバーヘッドを有するとは、信号の有効な部分を抑圧する(rail)または切り落とす(chop off)ことなく、大きな信号を検知電極上に存在させることを意味する。１つよりも多い検知電極がその上に信号を有する場合、パターン測定フェーズの間これらの信号を追加する駆動パターンが存在することがある。この信号の追加は、測定対象の検知電極上の信号を抑圧するおそれがある。したがって、追加される信号によって検知電極が圧倒され抑圧されないことを確保するために、タッチ・センサのサイズ、利得設定、および検出可能と考えられる(possible)指の総数を計画する必要があるであろう。

多重分解された、即ち、最終的な結果のデータ・アレイは、本発明の実施形態では、多重化または測定結果のデータ・アレイおよびウォルシュ行列駆動パターンのドット積として定義することができる。多重化および多重分解した結果を保持するためには、二次元アレイで良い結果が得られる。この場合、次元は［側、行］となる。

駆動信号を印加し、測定し、次いで多重ゾーン・タッチ・センサについての位置情報を得るプロセスは、以下のようにすることができる。第１ステップでは、Ｂタッチ・ゾーン３６を接地に保持しつつ、各ウォルシュ駆動パターンをＡタッチ・ゾーン３４上で駆動する。図５を一例として使用すると、これは、Ｂ駆動電極９２，９４を接地に保持しつつ、Ａ駆動電極８８，９０を駆動することを意味する。次のステップでは、検知電極９６、９８から多重化された結果を収集する。この結果は、結果アレイに格納されてもよい。また、ドット積を一層容易に実行することを可能にするようにこれらを格納することも可能であろうが、これは必要ではない。

次のステップでは、Ａタッチ・ゾーン３４を接地に保持しつつ、Ｂタッチ・ゾーン上で各ウォルシュ駆動パターンを駆動するのでよい。ドット積を容易に実行できるように、多重化結果データ・アレイにおいて結果を収集する。再度図５を一例として使用すると、これは、Ａ駆動電極８８，９０を接地に保持しつつ、Ｂ駆動電極９２，９４を駆動することを意味する。次のステップでは、検知電極９６，９８から多重化された結果を収集する。この結果は、結果アレイに格納されてもよい。

タッチ・ゾーン３４，３６毎に、次のステップでは、ドット積を使用することによって、多重分解する。次のステップでは、必要であれば、補償を行ってもよい。最終ステップでは、タッチ・ゾーンにおいて高い値を取り込み、タッチ・ゾーンの他の全ての測定値からそれを減算することによって、各タッチ・ゾーン３４，３６においてＤＣ電圧オフセットを再現する。

（（次のステップでは、補償値を、アレイにおける多重化結果データから減算する。））
代替実施形態では、「悪い」または抑圧された結果が使用されないように、全ての入って来る測定データを評価することが望ましい場合もある。

本実施形態のある態様は、使用する必要がある取り回しトレースの総数を削減するために、駆動取り回しトレースを共有できることを含む。
しかしながら、各タッチ・ゾーン３４，３６は、その検知電極のために一意の取り回しトレースを有する必要があり、一方共有検知電極は、一意にアドレス可能でなければならない。要約すると、単軸多重化−多重分解設計には、タッチ・ゾーンＡ３４およびＢ３６のために、少なくとも２組の駆動電極が必要となる。単軸設計では、駆動電極の両端部が同じ刺激を受ける。タッチ・ゾーンが駆動されると、一方側を共有する全ての隣接するタッチ・ゾーンを接地する必要があり、そうしないとこれらが信号を測定値に変調し、復調結果が誤った指の位置を示すという結果となるおそれがある。一旦Ａタッチ・ゾーン３４およびＢタッチ・ゾーン３６の全ての読み取り値または測定値が記録されたなら、本プロセスは、多重分解し、補償し、次いで全てのタッチ・ゾーン３４，３６に対してＤＣオフセットを修正する(repair)。

以上の実施形態は、タッチ・ゾーンの任意の所与の電極上における１本の指の検知を対象とする。一方、タッチ・ゾーンにおける電極の各々において第２の指を検出するためには、駆動パターンを修正する必要がある場合もある。

図６は、同時多重タッチ検出に本発明がどのように使用されるかについての図である。タッチ・ゾーン３４，３６における検知電極の各々の上またはその近くにおいて１本の指を同時に検出することができる。つまり、１つのタッチ・ゾーン３４または３６内に６つの検知電極がある場合、６本の指を同時に検出することができる。しかしながら、１つの検知電極上またはその近くに１本よりも多い指がある場合、本発明は２本の指の同時検出に限定される。

図６は、１つの検知電極、第１の指１０２、および第２の指１０４を示す。以上で説明したプロセスを使用すると、本発明は、第１の指１０２および第２の指に到達するまでの検知電極１００の長さを、検知電極の全長の比として判定することができる。言い換えると、各端部から検知電極１００上の信号強度を判定することによって、総強度と比較した測定信号強度の関数として、指１０２，１０４の位置を判定することが可能である。

図７は、タッチ・センサ８０からのタッチ・データを多重化および多重分解するために辿ればよいステップの一例を示すフローチャートである。これは、一例に過ぎず、本発明を限定するように解釈してはならない。

項目１１０におけるステップ１では、Ａ駆動電極８８、９０上で各ウォルシュ・パターンを駆動しつつ、Ｂ駆動電極９２，９４を接地に保持し、項目１１２において検知電極９６，９８上で信号を測定し、項目１１４において多重化した結果を収集しこれらを結果アレイに格納し、好ましくは、ドット積を容易に実行できるように順番に並べるが、必須ではない。

項目１１６における次のステップでは、Ｂ駆動電極９２，９４上で各ウォルシュ・パターンを駆動しつつ、Ａ駆動電極８８，９０を接地に保持し、項目１１８において検知電極９６，９８上で信号を測定し、項目１２０において多重化した結果を収集しこれらを結果アレイに格納し、好ましくは、ドット積を容易に実行できるように順番に並べる。

各タッチ・ゾーン３４，３６に対して、項目１２２における次のステップでは、ドット積を実行して、タッチ・ゾーンＡおよびＢの全てについて多重分解した結果を生成する。
項目１２４における次のステップでは、結果アレイ内の多重化データから補償値を減算する、または何が必要かに応じて、値を調整する(scale)。

項目１２６における次のステップでは、各タッチ・ゾーン３４，３６に対して、各タッチ・ゾーンにおいて高い値を取り込み、タッチ・ゾーンにおける他の全ての読み取り値からそれを減算することによって、ＤＣ電圧オフセットを再生する。

以下に、情報の多重化および多重分解を実行するために実行されるステップの一例を示す。示される例は、４×１センサについてであり、４つの駆動電極上で刺激パターンが駆動されており、１つのタッチ・ゾーンの１つの検知電極上だけで測定が行われている。このプロセスは、タッチ・ゾーン内に多数の検知電極があるときは、検知電極毎に情報を得るために、繰り返さなければならないであろう。

表１は、第１ステップにおいて、駆動電極Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を刺激することによって、検知電極上でデータを多重化することを示す。駆動電極は、表１に示す駆動パターンを使用して駆動される。その目的は、駆動電極の各々に対して、検知ライン上にどんな信号があるか判定することであり、したがって検知電極上の信号は未知である。しかしながら、表１は検知ライン上の実際の値を示す。これらは、最終的に得られるが未だ未知の値である。

駆動電極上には、３つの可能な状態、正トグル即ち＋１、負トグル即ち−１、および接地がある。駆動パターンにおける＋１は、正トグルとすることができ、−１は負トグルとすることができ、そして０は駆動電極の接地を示すことができる。

CalcMeasurementsアレイは、この例において得られる測定値を示す。表２に示す測定値は、表１におけるCalcMeasurementsアレイの各行における、各行において測定された、値の和である。

次のステップでは、検知電極から所望のデータを多重分解する。表３は、多重分解アレイが、駆動電極上で信号を駆動するために使用された多重化アレイと同じ値を有することを示す。

また、表３は、ドット積プロセスの中間結果も示す。測定値の列は、多重分解アレイからの各列と対にされ、次いで乗算される。各列の和は、表４に示すようなドット積を使用して、表３における多重分解値の行において得られる。値は、これらがあるべきよりも４倍大きい。次いで、この情報は、４で除算されることによって、適正に調整され、最終的な調整、多重分解値行を得ることができる。これは、表１において検知電極上で予測された情報に正確に対応する。

１つの観察は、測定されない第１駆動パターンの結果として、タッチ・ゾーン毎に次元より１少ない多重化測定値が得られることである。多重化または測定結果データに格納された結果は、したがって、最終的に多重分解された、即ち、最終結果データ・アレイよりも少ないエレメントを有する。

１つの可能な代替実施形態では、このプロセスを簡略化する１つの方法は、アダマール行列のあるバージョンを使用することであり、ドット積計算を実行するときに一層容易に処理できるビットの列を表すように、回転させられる。つまり、１１００，１００１，１０１０の駆動パターンが回転させられて、１１１，１００，００１，０１０の列になることができる。

尚、単層タッチ・センサの作成を可能にすることが、本発明の１つの目的であることを注記しておく。タッチ・センサがタッチ・スクリーンにおいて使用されたとき、電極に使用されるインキまたは他の材料および取り回しトレースが直下にある表示画面とありありと干渉していたのは真実である。本発明は、２つの基板層を有する必要性を解消し、または取り回しトレースまたは電極を重複させる必要性を解消することによって、タッチ・センサの設計を簡略化し、視覚的明確さを高める。

尚、以上で説明した構成は、本発明の原理の応用を例示するに過ぎないことは理解されてしかるべきである。本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、多数の変更や代替構成も当業者によって考案することができよう。添付する特許請求の範囲は、このような変更および構成に該当することを意図している。

Claims (14)

1. 単層タッチ・センサ上において少なくとも１つの物体を追跡する方法であって、
   複数の駆動および検知電極を含む交互タッチ・ゾーンを設けるステップであって、タッチ・センサの各行に少なくとも２つの異なるタッチ・ゾーンＡおよびＢがあり、同じ行または隣接する行には、同様のタッチ・ゾーンが互いに隣接して配置されない、ステップと、
   前記Ａタッチ・ゾーンと干渉しないように前記Ｂタッチ・ゾーンを接地しつつ、前記Ａタッチ・ゾーンの全てを駆動し、次いで、前記Ａタッチ・ゾーンを接地しつつ、前記Ｂタッチ・ゾーンの全てを駆動するステップであって、コード化駆動パターンが、前記複数の駆動電極から前記複数の検知電極上にデータを多重化する、ステップと、
   前記複数の検知電極上において信号を測定するステップと、
   前記タッチ・センサ上の少なくとも１つの物体に関する位置情報を得るために、前記複数の検知電極上で測定した前記信号からデータを多重分解するステップと、
   を含む、方法。
2. 請求項１記載の方法において、更に、前記複数の検知電極上で測定した前記信号からの前記多重分解データを調整するステップを含む、方法。
3. 請求項２記載の方法において、更に、高い値をタッチ・ゾーンにおいて取り込み、当該タッチ・ゾーンにおける他の全ての測定値から減算することによって、各タッチ・ゾーンにおいてＤＣ電圧オフセットを再生するステップを含む、方法。
4. 請求項３記載の方法において、更に、各タッチ・ゾーンにおいて複数の物体を検出することを可能にするが、前記複数の検知電極のいずれの１つにおいても、最大２つの物体である、ステップを含む、方法。
5. 請求項１記載の方法において、更に、各タッチ・ゾーン内にｎ個の駆動電極およびｎ＋１個の検知電極を設けるステップであって、前記検知および駆動電極が同じ平面内に、互いに平行で、順番が交互であり、検知電極で開始および終了する、ステップと、第１エッジにおいて、第１端部上の前記複数の検知電極の全てに結合された第１検知トレースを設け、第２エッジにおいて、第２端部上の前記複数の検知電極の全てに結合された第２検知トレースを設けるステップと、複数の第１駆動トレースを設けるステップであって、前記複数の駆動電極の各々が第１エッジにおいて前記第１駆動トレースの内一意の１つに結合される、ステップと、複数の第２駆動トレースを設けるステップであって、前記複数の駆動電極の各々が第２エッジにおいて前記第２駆動トレースの内一意の１つに結合される、ステップとを含む、方法。
6. 少なくとも１つの物体を追跡するための単層タッチ・センサであって、
   複数の駆動および検知電極を含むタッチ・ゾーンであって、ｎ個の駆動電極とｎ＋１個の検知電極とがあり、前記検知および駆動電極が、同一平面にあり、互いに平行であり、順番が交互であり、検知電極で開始し終了する、タッチ・ゾーンと、
   第１エッジにおいて第１端部上の前記複数の検知電極に全てに結合された第１検知トレースと、
   第２エッジにおいて第２端部上の前記複数の検知電極の全てに結合された第２検知トレースと、
   複数の第１駆動トレースであって、前記複数の駆動電極の各々が、第１エッジにおいて前記第１駆動トレースの内一意の１つに結合された、第１駆動トレースと、
   複数の第２駆動トレースであって、前記複数の駆動電極の各々が、第２エッジにおいて前記第２駆動トレースの内一意の１つの結合された、第２駆動トレースと、
   を含み、当該単層タッチ・センサが、更に、少なくとも２つのタッチ・ゾーンを含み、前記少なくとも２つのタッチ・ゾーンの前記複数の駆動電極および前記複数の検知電極が、互いに全て平行になるように互いに隣接して配置され、前記少なくとも２つのタッチ・ゾーンの各々の間の境界における検知電極が、独立してアドレス可能な共有検知電極であり、前記共有検知電極が、それを共有する前記２つのタッチ・ゾーンのいずれによっても使用可能である、単層タッチ・センサ。
7. 請求項６記載の単層タッチ・センサであって、更に、隣接するタッチ・ゾーンのために、異なる１組の駆動トレースと異なる１組の検知トレースとを含む、単層タッチ・センサ。
8. 請求項７記載の単層タッチ・センサにおいて、アクティブなタッチ・ゾーンが同じ行または隣接する行において他のタッチ・ゾーンと隣接しないように、前記タッチ・ゾーンがタッチ・センサの各行において交互に並べられており、アクティブなタッチ・ゾーンに駆動信号が印加され、インアクティブなタッチ・ゾーンが、前記アクティブなタッチ・ゾーン上の測定と干渉しないように、接地された電極を有する、単層タッチ・センサ。
9. 少なくとも１つの物体を追跡する単層タッチ・センサを設ける方法であって、
   複数の駆動および検知電極を含むタッチ・ゾーンを設けるステップであって、ｎ個の駆動電極とｎ＋１個の検知電極とがあり、前記検知および駆動電極が、同一平面にあり、互いに平行であり、順番が交互であり、検知電極で開始し終了する、ステップと、
   第１エッジにおいて第１端部上の前記複数の検知電極の全てに結合された第１検知トレースを設け、第２エッジにおいて第２端部上の前記複数の検知電極の全てに結合された第２検知トレースを設けるステップと、
   複数の第１駆動トレースを設けるステップであって、前記複数の駆動電極の各々が、第１エッジにおいて前記第１駆動トレースの内一意の１つに結合される、ステップと、
   複数の第２駆動トレースを設けるステップであって、前記複数の駆動電極の各々が、第２エッジにおいて前記第２駆動トレースの内一意の１つに結合される、ステップと、
   前記複数の検知電極上にデータを多重化するために、コード化パターンを使用して前記駆動電極を駆動するステップと、
   前記複数の検知電極上で信号を測定するステップと、
   前記タッチ・センサ上における少なくとも１つの物体に関する位置情報を得るために、前記複数の検知電極上で測定された前記信号から情報を多重分解するステップと、
   を含む、方法。
10. 請求項９記載の方法であって、更に、少なくとも２つのタッチ・ゾーンを設けるステップを含み、前記少なくとも２つのタッチ・ゾーンの前記複数の駆動電極および前記複数の検知電極が、互いに全て平行になるように、互いに隣接して配置され、前記少なくとも２つのタッチ・ゾーンの各々の間の境界における検知電極が、独立してアドレス可能な共有検知電極であり、前記共有検知電極が、それを共有する前記２つのタッチ・ゾーンのいずれによっても使用可能である、方法。
11. 請求項１０記載の方法であって、更に、隣接するタッチ・ゾーンのために、異なる１組の駆動トレースと異なる１組の検知トレースとを設けるステップを含む、方法。
12. 請求項１１記載の方法であって、更に、アクティブなタッチ・ゾーンが同じ行または隣接する行において他のタッチ・ゾーンと隣接しないように、タッチ・センサの各行において前記タッチ・ゾーンを交互に並べるステップを含み、アクティブなタッチ・ゾーンが駆動信号を印加されており、インアクティブなタッチ・ゾーンが、前記アクティブなタッチ・ゾーン上の測定と干渉しないように、接地された電極を有する、方法。
13. 請求項９記載の方法であって、更に、前記複数の検知電極上で測定された前記信号からの前記多重分解情報を調整するステップを含む、方法。
14. 請求項１３記載の方法であって、更に、高い値を前記タッチ・ゾーンの各々において取り込み、前記タッチ・ゾーンの各々における他の全ての測定値からそれを減算することによって、各タッチ・ゾーンにおいてＤＣ電圧オフセットを再生するステップを含む、方法。