JP6501787B2 - 力検出を伴う投影容量式タッチ - Google Patents

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Description

本開示は、タッチセンサに関し、より具体的には、タッチおよび／またはジェスチャ中、タッチ場所とタッチセンサに加えられる圧力（力）との両方を感知するタッチセンサに関する。
あるエリアを有するタッチ検出基板を備えているタッチセンサは、概して、基板エリアの表面へのタッチの場所、例えば、２次元Ｘ−Ｙ座標のみを決定することができる。第３の感知入力が、Ｘ−Ｙタッチ場所入力と組み合わせて使用され得る追加の情報を可能にするために所望される。タッチのＸ−Ｙ座標場所だけでなく、タッチセンサ基板の表面へのタッチの力も決定可能であることは、そのような特徴を伴うタッチセンサを有するデバイスとともに使用され得る別の制御オプションを与える。
したがって、そこへのタッチの場所およびそれにかかる力の両方を検出するために使用され得る、タッチセンサの必要性がある。
ある実施形態によると、タッチ感知表面上のタッチの場所およびその力を決定するための装置は、第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極であって、第１の複数の電極の各々は、自己容量を備え得る、第１の複数の電極と、第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極であって、第１の複数の電極は、第２の複数の電極の上に位置し、第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備え得る複数のノードを形成し得、複数のノードの各々は、相互容量を備えている、第２の複数の電極と、その上に配置される第１および第２の複数の電極を有する基板であって、複数の角を有し得る基板と、複数の力センサであって、基板の各角は、複数の力センサのうちのそれぞれのものに結合され得る、力センサとを備え得、複数の力センサの各々は、基板へのタッチ中、基板に加えられる力の一部を測定する。
さらなる実施形態によると、基板は、実質的に光透過性であり得、第１および第２の複数の電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備え得る。さらなる実施形態によると、基板は、実質的に光透過性であり得、第１および第２の複数の電極は、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）を備え得る。さらなる実施形態によると、基板は、４つの角を備え得る。
別の実施形態によると、タッチ感知表面上のタッチの場所およびその力を決定する方法は、第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極を提供するステップであって、第１の複数の電極の各々は、自己容量を備え得る、ステップと、第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極を提供するステップであって、第１の複数の電極は、第２の複数の電極の上に位置し、第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備え得る複数のノードを形成し得、複数のノードの各々は、相互容量を備え得る、ステップと、その上に配置される第１および第２の複数の電極を有する基板を提供するステップであって、基板は、複数の角を有し得る、ステップと、複数の力センサを提供するステップであって、基板の各角は、複数の力センサののうちのそれぞれのものに結合され得る、ステップと、その自己容量の値を決定するために、第１の複数の電極を走査するステップと、走査された自己容量の値を比較し、第１の複数の電極のうちのどれが自己容量の最も大きな値を有し得るかを決定するステップと、それぞれの複数のノードの相互容量の値を決定するために、自己容量の最も大きな値を有する第１の複数の電極のうちの１つのノードを走査するステップと、自己容量の最も大きな値を有する第１の電極上のそれぞれの複数のノードの走査された相互容量の値を比較するステップであって、相互容量の最も大きな値を有するノードは、タッチ感知表面上のタッチの場所であり得る、ステップと、複数の力センサによって測定された力値から、タッチ感知表面上のタッチの力を決定するステップとを含み得る。
本方法のさらなる実施形態によると、自己および相互容量値は、アナログフロントエンドおよびアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を用いて測定され得る。本方法のさらなる実施形態によると、自己および相互容量値は、デジタルデバイスのメモリ内に記憶され得る。本方法のさらなる実施形態によると、デジタルデバイス内のデジタルプロセッサは、タッチのタッチ場所およびタッチ場所においてタッチ感知表面に対してタッチによって加えられた力を決定することにおいて、記憶された自己および相互容量値を使用し得る。本方法のさらなる実施形態によると、タッチ感知表面上のタッチの力を決定するステップは、複数の力センサによって測定される力値を一緒に加算することによって計算力点（ＣＦＰ）を決定するステップを含み得る。
さらに別の実施形態によると、タッチ感知表面上の複数のタッチの場所およびそれらの組み合わせられた力を決定する方法は、第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極を提供するステップであって、第１の複数の電極の各々は、自己容量を備え得る、ステップと、第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極を提供するステップであって、第１の複数の電極は、第２の複数の電極の上に位置し、第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備え得る複数のノードを形成し得、複数のノードの各々は、相互容量を備え得る、ステップと、その上に配置される第１および第２の複数の電極を有する基板を提供するステップであって、基板は、複数の角を有し得る、ステップと、複数の力センサを提供するステップであって、基板の各角は、複数の力センサのうちのそれぞれのものに結合され得る、ステップと、その自己容量の値を決定するために第１の複数の電極を走査するステップと、走査された自己容量の値を比較し、第１の複数の電極のうちのどれが自己容量の最も大きな値を有し得るかを決定するステップと、それぞれの複数のノードの相互容量の値を決定するために、自己容量の最も大きな値を有する第１の複数の電極のうちの１つのノードを走査するステップと、自己容量の最も大きな値を有する第１の電極上のそれぞれの複数のノードの走査された相互容量の値を比較するステップであって、相互容量の最も大きな値を有するノードは、タッチ感知表面上のタッチの場所であり得る、ステップと、複数の力センサによって測定される力値から、タッチ感知表面上のタッチの組み合わせられた力を決定するステップとを含み得る。
本方法のさらなる実施形態によると、自己および相互容量値は、アナログフロントエンドおよびアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を用いて測定され得る。本方法のさらなる実施形態によると、自己および相互容量値は、デジタルデバイスのメモリ内に記憶され得る。本方法のさらなる実施形態によると、デジタルデバイス内のデジタルプロセッサは、タッチのタッチ場所およびタッチ場所におけるタッチ感知表面に対するタッチによって加えられるそれぞれの力を決定することにおいて、記憶された自己および相互容量値を使用し得る。
本方法のさらなる実施形態によると、タッチ感知表面上のタッチの組み合わせられた力を決定するステップは、複数の力センサによって測定された力値を一緒に加算することによって計算力点（ＣＦＰ）を決定するステップと、タッチ場所および複数の力センサによって測定される力値を使用することによって、質量中心（ＣＭ）を決定するステップとを含み得る。
本方法のさらなる実施形態によると、ＣＭを決定するステップは、ＣＦＰのＸ−オフセットＸＲを決定するステップと、ＣＦＰのＹ−オフセットＹＲを決定するステップとを含み得る。本方法のさらなる実施形態によると、Ｘ−オフセットＸＲを決定するステップは、ＸＲ＝（（（Ｆ１＋Ｆ３）＊（−Ｗ／２））＋（（Ｆ２＋Ｆ４）＊（Ｗ／２））／ＦＲを解法するステップを含み得、式中、Ｗは、タッチ感知表面の面の幅であり得、ＸＲは、ＣＭからＣＦＰまでのＸオフセットであり得る。本方法のさらなる実施形態によると、Ｙ−オフセットＹＲを決定するステップは、ＹＲ＝（（（Ｆ１＋Ｆ２）＊（−Ｈ／２））＋（（Ｆ３＋Ｆ４）＊（Ｈ／２））／ＦＲを解法するステップを含み得、式中、Ｈは、タッチ感知表面の面の高さであり得、ＹＲは、ＣＭからＣＦＰまでのＹオフセットであり得る。
さらに別の実施形態によると、タッチ感知表面上のタッチの場所およびそれらの組み合わせられた力を決定するためのシステムは、第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極であって、第１の複数の電極の各々は、自己容量を備え得る、第１の複数の電極と、第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極であって、第１の複数の電極は、第２の複数の電極の上に位置し、第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備え得る複数のノードを形成し得、複数のノードの各々は、相互容量を備え得る、第２の複数の電極と、その上に配置される第１および第２の複数の電極を有する基板であって、複数の角を有し得る基板と、複数の力センサであって、基板の各角は、複数の力センサの個別のものに結合され得る、力センサと、デジタルプロセッサおよびメモリであって、デジタルプロセッサのデジタル出力は、第１および第２の複数の電極に結合され得る、デジタルプロセッサおよびメモリと、第１および第２の複数の電極および複数の力センサに結合されるアナログフロントエンドと、デジタルプロセッサに結合されている少なくとも１つのデジタル出力を有するアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）とを備え得、自己容量の値は、アナログフロントエンドによって、第１の複数の電極毎に決定され得、測定された自己容量の値は、メモリ内に記憶され得、自己容量の最も大きな値のうちの少なくとも１つを有する、第１の電極のうちの少なくとも１つのノードの相互容量の値は、アナログフロントエンドによって測定され得、測定された相互容量の値は、メモリ内に記憶され得、複数の力センサによって測定された力の値は、メモリ内に記憶され得、デジタルプロセッサは、タッチの場所を決定するために、記憶された自己および相互容量値を使用し、複数の力センサによって測定された力値から、タッチ感知表面上の力点（ＣＦＰ）および質量中心（ＣＭ）を計算し得る。
さらなる実施形態によると、デジタルプロセッサ、メモリ、アナログフロントエンド、およびＡＤＣは、デジタルデバイスによって提供され得る。さらなる実施形態によると、デジタルプロセッサ、メモリ、アナログフロントエンド、およびＡＤＣは、少なくとも１つのデジタルデバイスによって提供され得る。さらなる実施形態によると、デジタルデバイスは、マイクロコントローラを備え得る。さらなる実施形態によると、デジタルデバイスは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、およびプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）から成る群から選択され得る。
さらなる実施形態によると、基板は、実質的に光透過性であり得、第１および第２の複数の電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備え得る。さらなる実施形態によると、基板は、実質的に光透過性であり得、第１および第２の複数の電極は、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）を備え得る。さらなる実施形態によると、基板は、４つの角を備え得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
タッチ感知表面上のタッチの場所およびその力を決定するための装置であって、
第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極であって、前記第１の複数の電極の各々は、自己容量を備えている、第１の複数の電極と、
前記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極であって、前記第１の複数の電極は、前記第２の複数の電極の上に位置し、前記第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備えている複数のノードを形成し、
前記複数のノードの各々は、相互容量を備えている、第２の複数の電極と、
基板であって、前記基板は、前記基板の上に配置されている前記第１および第２の複数の電極を有し、前記基板は、複数の角を有する、基板と、
複数の力センサであって、前記基板の各角は、前記複数の力センサのうちのそれぞれの１つに結合されている、力センサと
を備え、
前記複数の力センサの各々は、前記基板へのタッチ中、前記基板に加えられる力の一部を測定する、装置。
（項目２）
前記基板は、実質的に光透過性であり、前記第１および第２の複数の電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備えている、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記基板は、実質的に光透過性であり、前記第１および第２の複数の電極は、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）を備えている、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記基板は、４つの角を備えている、項目１に記載の装置。
（項目５）
タッチ感知表面上のタッチの場所およびその力を決定する方法であって、前記方法は、
第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極を提供するステップであって、前記第１の複数の電極の各々は、自己容量を備えている、ステップと、
前記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極を提供するステップであって、前記第１の複数の電極は、前記第２の複数の電極の上に位置し、前記第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備えている複数のノードを形成し、前記複数のノードの各々は、相互容量を備えている、ステップと、
基板を提供するステップであって、前記基板は、前記基板の上に配置されている前記第１および第２の複数の電極を有し、前記基板は、複数の角を有する、ステップと、
複数の力センサを提供するステップであって、前記基板の各角は、前記複数の力センサのうちのそれぞれの１つに結合されている、ステップと、
前記第１の複数の電極を走査し、前記第１の複数の電極の自己容量の値を決定するステップと、
前記走査された自己容量の値を比較し、前記第１の複数の電極のうちのどれが自己容量の最も大きな値を有するかを決定するステップと、
自己容量の最も大きな値を有する前記第１の複数の電極のうちの１つのノードを走査すし、それぞれの複数のノードの相互容量の値を決定するステップと、
自己容量の最も大きな値を有する前記第１の電極上の前記それぞれの複数のノードの走査された相互容量の値を比較するステップであって、前記相互容量の最も大きな値を有するノードは、前記タッチ感知表面上のタッチの場所である、ステップと、
前記複数の力センサによって測定された力値から、前記タッチ感知表面上の前記タッチの力を決定するステップと
を含む、方法。
（項目６）
前記自己および相互容量値は、アナログフロントエンドおよびアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を用いて測定される、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記自己および相互容量値は、デジタルデバイスのメモリ内に記憶されている、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記デジタルデバイス内のデジタルプロセッサは、前記タッチのタッチ場所と、前記タッチ場所において前記タッチ感知表面に対して前記タッチによって加えられた力とを決定することにおいて、前記記憶された自己および相互容量値を使用する、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記タッチ感知表面上のタッチの力を決定するステップは、前記複数の力センサによって測定される力値を一緒に加算することによって計算力点（ＣＦＰ）を決定するステップを含む、項目５に記載の方法。
（項目１０）
タッチ感知表面上の複数のタッチの場所およびそれらの組み合わせられた力を決定する方法であって、前記方法は、
第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極を提供するステップであって、前記第１の複数の電極の各々は、自己容量を備えている、ステップと、
前記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極を提供するステップであって、前記第１の複数の電極は、前記第２の複数の電極の上に位置し、前記第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備えている複数のノードを形成し、前記複数のノードの各々は、相互容量を備えている、ステップと、
基板を提供するステップであって、前記基板は、前記基板の上に配置されている前記第１および第２の複数の電極を有し、前記基板は、複数の角を有する、ステップと、
複数の力センサを提供するステップであって、前記基板の各角は、前記複数の力センサのうちのそれぞれの１つに結合されている、ステップと、
前記第１の複数の電極を走査し、前記第１の複数の電極の自己容量の値を決定するステップと、
前記走査された自己容量の値を比較し、前記第１の複数の電極のうちのどの複数の電極が自己容量の最も大きな値を有するかを決定するステップと、
前記自己容量の最も大きな値を有する前記第１の複数の電極のうちの前記複数の電極のノードを走査し、それぞれの複数のノードの相互容量の値を決定するステップと、
前記自己容量の最も大きな値を有する前記第１の電極上のそれぞれの複数のノードの走査された相互容量の値を比較するステップであって、前記相互容量の最も大きな値を有する複数のノードは、前記タッチ感知表面上の複数のタッチの場所である、ステップと、
前記複数の力センサによって測定される力値から、前記タッチ感知表面上の前記複数のタッチの組み合わせられた力を決定するステップと
を含む、方法。
（項目１１）
前記自己および相互容量値は、アナログフロントエンドおよびアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を用いて測定される、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記自己および相互容量値は、デジタルデバイスのメモリ内に記憶されている、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記デジタルデバイス内のデジタルプロセッサは、前記タッチのタッチ場所および前記タッチ場所における前記タッチ感知表面に対する前記タッチによって加えられるそれぞれの力を決定することにおいて、前記記憶された自己および相互容量値を使用する、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記タッチ感知表面上のタッチの組み合わせられた力を決定するステップは、
前記複数の力センサによって測定された力値を一緒に加算することによって計算力点（ＣＦＰ）を決定するステップと、
前記タッチ場所および前記複数の力センサによって測定される力値を使用することによって、質量中心（ＣＭ）を決定するステップと
を含む、項目１０に記載の方法。
（項目１５）
前記ＣＭを決定するステップは、
前記ＣＦＰのＸ−オフセットＸ Ｒ を決定するステップと、
前記ＣＦＰのＹ−オフセットＹ Ｒ を決定するステップと
を含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記Ｘ−オフセットＸ Ｒ を決定するステップは、Ｘ Ｒ ＝（（（Ｆ１＋Ｆ３）＊（−Ｗ／２））＋（（Ｆ２＋Ｆ４）＊（Ｗ／２））／Ｆ Ｒ を解法するステップを含み、式中、Ｗは、前記タッチ感知表面の面の幅であり、Ｘ Ｒ は、前記ＣＭから前記ＣＦＰまでのＸオフセットである、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記Ｙ−オフセットＹ Ｒ を決定するステップは、Ｙ Ｒ ＝（（（Ｆ１＋Ｆ２）＊（−Ｈ／２））＋（（Ｆ３＋Ｆ４）＊（Ｈ／２））／Ｆ Ｒ を解法するステップを含み、式中、Ｈは、前記タッチ感知表面の面の高さであり、Ｙ Ｒ は、前記ＣＭから前記ＣＦＰまでのＹオフセットである、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
タッチ感知表面上のタッチの場所およびそれらの組み合わせられた力を決定するためのシステムであって、前記システムは、
第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極であって、前記第１の複数の電極の各々は、自己容量を備えている、第１の複数の電極と、
前記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極であって、前記第１の複数の電極は、前記第２の複数の電極の上に位置し、前記第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備えている複数のノードを形成し、前記複数のノードの各々は、相互容量を備えている、第２の複数の電極と、
基板であって、前記基板は、前記基板の上に配置されている前記第１および第２の複数の電極を有し、前記基板は、複数の角を有する、基板と、
複数の力センサであって、前記基板の各角は、前記複数の力センサのうちのそれぞれの１つに結合されている、力センサと、
デジタルプロセッサおよびメモリであって、前記デジタルプロセッサのデジタル出力は、前記第１および第２の複数の電極に結合されている、デジタルプロセッサおよびメモリと、
前記第１および第２の複数の電極と前記複数の力センサとに結合されているアナログフロントエンドと、
前記デジタルプロセッサに結合されている少なくとも１つのデジタル出力を有するアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と
を備え、
前記自己容量の値は、前記第１の複数の電極の各々に対して、前記アナログフロントエンドによって測定され、
前記測定された自己容量の値は、前記メモリ内に記憶され、
自己容量の最も大きな値のうちの少なくとも１つを有する、前記第１の電極のうちの少なくとも１つのノードの相互容量の値は、前記アナログフロントエンドによって測定され、
前記測定された相互容量の値は、前記メモリ内に記憶され、
前記複数の力センサによって測定される力の値は、前記メモリ内に記憶され、
前記デジタルプロセッサは、前記記憶された自己および相互容量値を使用して前記タッチの場所を決定し、前記複数の力センサによって測定された力値から前記タッチ感知表面上の力点（ＣＦＰ）および質量中心（ＣＭ）を計算する、
システム。
（項目１９）
前記デジタルプロセッサ、メモリ、アナログフロントエンド、およびＡＤＣは、デジタルデバイスによって提供される、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
前記デジタルプロセッサ、メモリ、アナログフロントエンド、およびＡＤＣは、少なくとも１つのデジタルデバイスによって提供される、項目１８に記載のシステム。
（項目２１）
前記デジタルデバイスは、マイクロコントローラを備えている、項目１９に記載のシステム。
（項目２２）
前記デジタルデバイスは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、およびプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）から成る群から選択される、項目１９に記載のシステム。
（項目２３）
前記基板は、実質的に光透過性であり、前記第１および第２の複数の電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備えている、項目１８に記載のシステム。
（項目２４）
前記基板は、実質的に光透過性であり、前記第１および第２の複数の電極は、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）を備えている、項目１８に記載のシステム。
（項目２５）
前記基板は、４つの角を備えている、項目１８に記載のシステム。
本開示のより完全な理解は、付随の図面と関連して想定される以下の説明を参照することによって得られ得る。
図１は、本開示の実施形態による、容量式タッチおよび力センサ、容量式タッチアナログフロントエンド、およびデジタルプロセッサを有する、電子システムの概略ブロック図を図示する。 図２Ａ−２Ｄは、本開示の教示による、種々の容量式タッチセンサ構成を有する、タッチセンサの基本構想図を図示する。 図２Ａ−２Ｄは、本開示の教示による、種々の容量式タッチセンサ構成を有する、タッチセンサの基本構想図を図示する。 図２Ａ−２Ｄは、本開示の教示による、種々の容量式タッチセンサ構成を有する、タッチセンサの基本構想図を図示する。 図２Ａ−２Ｄは、本開示の教示による、種々の容量式タッチセンサ構成を有する、タッチセンサの基本構想図を図示する。 図３および４は、本開示の教示による、タッチセンサへの単一タッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図を図示する。 図３および４は、本開示の教示による、タッチセンサへの単一タッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図を図示する。 図５−９は、本開示の教示による、タッチセンサへの２つのタッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図を図示する。 図５−９は、本開示の教示による、タッチセンサへの２つのタッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図を図示する。 図５−９は、本開示の教示による、タッチセンサへの２つのタッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図を図示する。 図５−９は、本開示の教示による、タッチセンサへの２つのタッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図を図示する。 図５−９は、本開示の教示による、タッチセンサへの２つのタッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図を図示する。 図１０は、本開示のある実施形態による、タッチセンサの表面上のそこへのタッチの場所およびそれらのタッチの力の両方を検出可能なタッチセンサの概略斜視図を図示する。 図１１は、本開示のある実施形態による、タッチセンサの表面上のそこへのタッチの場所およびそれらのタッチの力の両方を検出可能なタッチセンサの概略立面図を図示する。 図１２は、本開示の教示による、２つの同時タッチ点、結果として生じるその幾何学中心、およびタッチセンサ面に対する合力を示す、タッチセンサの概略平面および立面図を図示する。 図１３は、本開示の教示による、単一タッチ点およびタッチセンサ面に対する合力を示すタッチセンサ面の基本構想図を図示する 図１４は、本開示の教示による、２つの同時タッチ点およびタッチセンサ面に対して結果として生じる組み合わせられた力を示すタッチセンサ面の基本構想図を図示する。 図１５は、本開示の教示による、３つの同時タッチ点およびタッチセンサ面に対して結果として生じる組み合わせられた力を示すタッチセンサ面の基本構想図を図示する。 図１６は、本開示の教示による、４つの同時タッチ点およびタッチセンサ面に対して結果として生じる組み合わせられた力を示すタッチセンサ面の基本構想図を図示する。
本開示は、種々の修正を受け、代替形態であり得るが、その具体的例示的実施形態が、図面に図示され、本明細書に詳細に説明されている。しかしながら、具体的例示的実施形態の本明細書における説明は、本開示を本明細書に開示される特定の形態に限定することを意図するものではなく、対照的に、本開示は、添付の請求項によって定義されるあらゆる修正および均等物を対象とすることを理解されたい。
種々の実施形態によると、タッチセンサは、基板の表面上に、複数の伝導性電極行と、複数の伝導性電極行に実質的に垂直であり、かつその上にある複数の伝導性電極列とを有する基板と、基板の各角における力または圧力センサとを備え得る。用語「力」および「圧力」は、本明細書では、同じ意味で使用されるであろう。タッチがタッチセンサの表面に加えられると、タッチセンサの表面に対するタッチの場所に近接する、電極行と列との交差点によって形成されるコンデンサの容量値が変化するであろう。タッチセンサの表面へのタッチを決定する本方法は、「投影容量式（ＰＣＡＰ）タッチ」と呼ばれ、ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ｃｏｍにおいて利用可能なＴｏｄｄ Ｏ'ＣｏｎｎｏｒによるＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ＴＢ３０６４、Ｊｅｒｒｙ Ｈａｎａｕｅｒによる「ｍＴｏｕｃｈＴＭ Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｔｏｕｃｈ Ｓｃｒｅｅｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」と、共有に係る米国特許出願公開第ＵＳ２０１２／０１１３０４７号「Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｔｏｕｃｈ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｂｏｔｈ Ｓｅｌｆ ａｎｄ Ｍｕｔｕａｌ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ」とにより完全に説明されており、両方とも、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる。タッチセンサは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、コンピュータディスプレイ、および、自動車、飛行機およびボートの情報および制御ディスプレイ等において使用されるタッチスクリーンディスプレイの中に組み込まれ得る。
力または圧力センサは、タッチセンサ基板の各角に位置し得る。これらの力センサは、タッチセンサ基板上の合計力および比例力を検出する。この力情報は、次いで、事前に決定されたタッチ場所と組み合わせられ、個々のタッチ力は、次いで、３次元（３Ｄ）ジェスチャ用途のための十分な分解能で補間されることができる。例えば、正方形または長方形タッチセンサ基板に対して、１つ以上のタッチがタッチセンサ基板の表面に行われる度に、基板の各角に１つずつ力センサが位置する４つの力センサに力が加えられる。各力センサにおける力は、１つ以上のタッチのタッチセンサの表面上の場所に依存する。単一タッチがタッチセンサの表面に加えられるとき、４つのタッチセンサからの力情報は、単一タッチの力を決定するために使用され得る。２つのタッチがタッチセンサ基板の表面に加えられるとき、４つのタッチセンサからの力情報は、２つのタッチの既知の位置に基づいて、加えられた力を補間するために使用され得る。３つ以上のタッチがタッチセンサ基板の表面に加えられるとき、４つのタッチセンサからの力情報は、タッチ場所間の圧力バイアスを決定するために使用され得る。
１つ以上のタッチから結果として生じる力情報は、有利には、タッチスクリーンまたはパネルの各角に１つずつの４つのタッチセンサと組み合わせて２次元タッチスクリーンまたはパネルのみを使用して、３次元（３Ｄ）ジェスチャ認識のための情報および特徴を提供するために使用されることができる３次元の情報を決定し、利用するために使用され得る。これは、タッチスクリーンまたはパネルのディスプレイ部分の視覚的明確性に影響を及ぼさずに、タッチスクリーンまたはパネル上のジェスチャコマンドの帯域幅、複雑性、および機能性の増加を可能にする。
次に、図面を参照すると、具体的例示的実施形態の詳細が、図式的に図示される。図面中の同一要素は、同一番号によって表され、類似要素は、異なる小文字の添え字を伴う同一番号によって表されるであろう。
図１を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、容量式タッチセンサと、容量式タッチアナログフロントエンドと、デジタルプロセッサとを有する電子システムの概略ブロック図である。デジタルデバイス１１２は、デジタルプロセッサおよびメモリ１０６と、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）コントローラ１０８と、容量式タッチアナログフロントエンド（ＡＦＥ）１１０とを備え得る。デジタルデバイス１１２は、その上にマトリクスで配列された複数の伝導性列１０４および行１０５を有する基板１０１と、基板１０１の各角に１つずつのセンサ１０３である４つの力センサ１０３とから成るタッチセンサ１０２に結合され得る。伝導性行１０５および／または伝導性列１０４は、例えば、限定ではないが、クリア基板（例えば、ディスプレイ／タッチスクリーン等）上の印刷回路基板導体、ワイヤ、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）もしくはアンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）コーティング、または任意のそれらの組み合わせであり得ることが想定され、これは、本開示の範囲内である。デジタルデバイス１１２は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）等を備え得、さらに、パッケージ化または非パッケージ化された１つ以上の集積回路（図示せず）を備え得る。
図２Ａから２Ｄを参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、種々の容量式タッチセンサ構成を有する、タッチセンサの基本構想図である。図２Ａは、伝導性列１０４および伝導性行１０５を示す。伝導性列１０４の各々は、休止状態である場合、または、伝導性列１０４の各１つがその自己容量が測定されている間、伝導性行１０５が全て能動的に励起され得る場合に個々に測定され得る「自己容量」を有する。伝導性行１０５の全ての能動的励起は、伝導性列１０４の個々の容量測定のためのより強い測定信号を提供し得る。
例えば、自己容量走査中、伝導性列１０４のうちの１つ上で検出されたタッチが存在する場合、その上で検出されたタッチを有するその伝導性列１０４のみ、それらの相互容量走査中にさらに測定される必要がある。自己容量走査は、伝導性列１０４のうちのどれがタッチされたかのみを決定し得、タッチされたその伝導性列１０４の軸に沿った場所は決定しない。相互容量走査は、１つずつ、伝導性行１０５を個々に励起（駆動）し、伝導性行１０５に交わる（それを交差する）その伝導性列１０４上の場所の各１つに対する相互容量値を測定することによって、その伝導性列１０４の軸に沿ったタッチ場所を決定し得る。伝導性列１０４と伝導性行１０５との間に、絶縁非伝導性誘電体（図示せず）が存在し、それらを分離し得る。伝導性列１０４が、伝導性行１０５に交わる（それを交差する）場合、それによって、相互コンデンサ１２０が形成される。前述の自己容量走査の間、伝導性行１０５全ては、論理信号によって、例えば、ＶＳＳに接地されるか、またはある電圧、例えば、ＶＤＤまで駆動され、それによって、伝導性列１０４の各１つに関連付けられた個々の列コンデンサを形成し得る。
図２Ｂおよび２Ｃは、伝導性列１０４および伝導性行１０５の菱形パターンのインターリービングを示す。この構成は、伝導性列１０４と伝導性行１０５との間により僅かな重複を伴って、タッチに対する各軸伝導性列および／または行のばく露（例えば、より優れた感度）を最大限にし得る。図１Ｄは、串状の絡み合った指を備えている受信機（上部）伝導性行（例えば、電極）１０５ａおよび送信機（底部）伝導性列１０４ａを示す。伝導性列１０４ａおよび伝導性行１０５ａは、隣り合った平面図に示されるが、通常、上部伝導性行１０５ａは、底部伝導性列１０４ａの上に存在するであろう。
図３および４を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、タッチセンサへの単一タッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図である。図３では、指の一部の写真によって表される、タッチが、ほぼＸ０５、Ｙ０７の座標にある。自己容量式タッチ検出の間、行Ｙ０１からＹ０９の各１つが、その容量値を決定するために測定され得る。行Ｙ０１からＹ０９の各１つに対するそれへのタッチを伴わない基線容量値が得られており、メモリ（例えば、メモリ１０６−図１）に記憶されていることに留意されたい。行Ｙ０１からＹ０９の基線容量値に対するいかなる有意な容量変化も、明白であり、指タッチとして見なされるであろう。図３に示される実施例では、指は、行Ｙ０７をタッチしており、その行の容量値が変化し、それへのタッチを示すであろう。しかしながら、タッチが生じたこの行上の場所は、依然として、自己容量測定からは不明である。
タッチされた行（Ｙ０７）が、その自己容量変化を使用して決定されると、相互容量検出が、タッチされた行（Ｙ０７）上のタッチが生じた場所を決定する際に使用され得る。これは、列Ｘ０１からＸ１２の各々が、個々に励起されているときの行Ｙ０７の容量値を測定しながら、１つずつ、列Ｘ０１からＸ１２の各々を励起する（例えば、電圧パルスをかける）ことによって達成され得る。行Ｙ０７の容量値の最大変化を生じさせる列（Ｘ０５）励起は、列Ｘ０５と行Ｙ０７の交差点に対応するその行上の場所であり、したがって、単一タッチは、点またはノードＸ０５、Ｙ０７においてである。自己および相互容量式タッチ検出を使用することは、タッチセンサ１０２上のＸ、Ｙタッチ座標を得るための行および列走査の数を有意に低減させる。この例では、合計９＋１２＝２１回の走査回数に対して、９つの行が自己容量式タッチ検出の間に走査され、１２の列が相互容量式タッチ検出の間に走査された。各ノード（場所）に対して、個々のｘ−ｙ容量式タッチセンサが使用される場合、９×１２＝１０８回の走査回数がこの１つのタッチを見つけるために必要となり、これは、有意な差異である。列Ｘ０１からＸ２１の自己容量が、最初に決定され、次いで、相互容量が、各行Ｙ０１からＹ０９を励起し、選択された列上のタッチ場所を見出すことによって、選択された列から決定され得ることも想定され、これは、本開示の範囲内である。
図５から９を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、タッチセンサに対する２つのタッチの自己および相互容量式タッチ検出の基本構想図である。図５では、２本の指の一部の写真によって表される、２つのタッチは、タッチ＃１の場合、ほぼＸ０５、Ｙ０７の座標にあり、タッチ＃２の場合、ほぼＸ０２、Ｙ０３にある。自己容量式タッチ検出の間、行Ｙ０１からＹ０９の各１つが、その容量値を決定するために測定され得る。行Ｙ０１からＹ０９の各１つに対するそれへのタッチを伴わない基線容量値が得られており、メモリ（例えば、メモリ１０６−図１）に記憶されていることに留意されたい。行Ｙ０１からＹ０９の基線容量値に対するいかなる有意な容量変化も、明白であり、指タッチとして見なされるであろう。図６に示される例では、第１の指は、行Ｙ０７をタッチしており、第２の指は、行Ｙ０３をタッチしており、それらの２つの行の容量値が変化し、それへのタッチを示すであろう。しかしながら、これらの２つの行上のタッチが生じた場所は、依然として、自己容量測定からは不明である。
タッチされた行（Ｙ０７およびＹ０３）が、その自己容量変化を使用して決定されると、相互容量検出が、タッチが生じたこれらの２つのタッチされた行（Ｙ０７およびＹ０３）上の場所を決定する際に使用され得る。図７を参照すると、これは、例えば、列Ｘ０１からＸ１２の各々が、個々に励起されるときの行Ｙ０７の容量値を測定しながら、１つずつ、列Ｘ０１からＸ１２の各々を励起する（例えば、それに電圧パルスをかける）ことによって達成され得る。行Ｙ０７の容量値の最大変化を生じさせる列（Ｘ０５）励起は、列Ｘ０５と行Ｙ０７の交差点に対応するその行上の場所であろう。図８を参照すると、同様に、列Ｘ０１からＸ１２の各々が個々に励起されているときの行Ｙ０３の容量値を測定することによって、タッチ＃２が生じた列Ｙ０３上の場所が決定される。図９を参照すると、２つのタッチは、点またはノード（Ｘ０５、Ｙ０７）および（Ｘ０２、Ｙ０３）にある。選択された行の１つ以上（例えば、Ｙ０７およびＹ０３）の容量が同時に測定されることができる場合、１組のみの個々の列Ｘ０１からＸ１２励起が、タッチセンサ１０２に対する２つのタッチを決定する際に必要とされることも想定され、これは、本開示の範囲内である。
投影容量式（ＰＣＡＰ）タッチシステムを使用した多重タッチ検出およびジェスチャは、Ｊｅｒｒｙ Ｈａｎａｕｅｒによる共有に係る米国特許出願公開第ＵＳ２０１２／０１１３０４７号「Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｔｏｕｃｈ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｂｏｔｈ Ｓｅｌｆ ａｎｄ Ｍｕｔｕａｌ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ」と、Ｌａｎｃｅ ＬａｍｏｎｔおよびＪｅｒｒｙ Ｈａｎａｕｅｒによる２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８３０，８９１号「Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｔｏｕｃｈ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ」とにより完全に説明されており、両方とも、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる。
図１０および１１を参照すると、描写されるのは、それぞれ、本開示のある実施形態による、タッチセンサの表面上のそこへのタッチの場所およびそれらのタッチの力の両方を検出可能なタッチセンサの概略斜視および立面図である。概して、番号１０２によって表される、そこへのタッチの場所とそこへのそのタッチの力の両方を検出可能なタッチセンサは、基板１０１上の複数の伝導性行１０５および列１０４と、力センサ１０３が１つずつ基板の各角１０１に位置する力センサ１０３とを備え得る。伝導性列１０４および伝導性行１０５は、本明細書の上記でより完全に説明されるように、タッチの場所を決定する際に使用され、力センサ１０３は、基板１０１に加えられている力１１４２の量を検出するために使用される。基板１０１は、透明、半透明、または不透明、もしくは任意のそれらの組み合わせであり得る。視覚的変位は、情報および画像をユーザに供給するために、基板１０１内に含まれるかまたはそれを通して投影し得、タッチセンサ１０２のタッチおよび／またはジェスチャ動作の間、視覚的フィードバックを提供し得る。４つより多いまたはより少ない力センサ１０３が、本開示の教示に従って、使用用途のために適切な基板１０１の任意の幾何学形状とともに使用され得ることが想定され、かつ本開示の範囲内である。
図１に戻って参照すると、マイクロコントローラ１１２は、ここでは、そのような容量値変化の検出および評価を向上させる周辺機器を含む。種々の容量式タッチシステムの用途のより詳細な説明は、ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ｃｏｍにおいて利用可能なＭｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄアプリケーションノートＡＮ１２９８、ＡＮ１３２５、およびＡＮ１３３４により完全に開示されており、全て、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる。そのような用途の１つは、容量式分圧器（ＣＶＤ）法を利用し、容量値を決定し、および／または容量値が変化したかどうかを評価することである。ＣＶＤ法は、ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ｃｏｍにおいて利用可能なアプリケーションノートＡＮ１２０８により完全に説明されており、ＣＶＤ法のより詳細な説明は、Ｄｉｅｔｅｒ Ｐｅｔｅｒによる共有に係る米国特許出願公開第ＵＳ２０１０／０１８１１８０号「Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｏｆ ａｎ Ａｎａｌｏｇ−Ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＡＤＣ） ａｎｄ ａ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ」に提示されており、両方とも、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる。
充電時間測定ユニット（ＣＴＭＵ）が、非常に正確な容量測定のために使用され得る。ＣＴＭＵは、ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ｃｏｍにおいて利用可能なアプリケーションノートＡＮ１２５０およびＡＮ１３７５と、両方ともＪａｍｅｓ Ｅ．Ｂａｒｔｌｉｎｇによる、共有に係る米国特許第ＵＳ７，４６０，４４１ Ｂ２号「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｐｅｒｉｏｄ」および第ＵＳ７，７６４，２１３ Ｂ２号「Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｔｉｍｅ ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」とにより完全に説明されており、全て、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる。
必要分解能を有する任意のタイプの容量測定回路が、複数の伝導性列１０４および／または行１０５の容量値を決定する際に使用され得、電子機器の当業者および本開示の利益を有する者は、そのような容量測定回路を実装し得ることが想定され、本開示の範囲内である。
図１２を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、２つの同時タッチ点、結果として生じるその幾何学中心、およびタッチセンサ面に対する合力を示すタッチセンサの概略平面および立面図である。基板の各角１０１に１つずつ位置する４つの力センサ１０３ａ−１０３ｄは、タッチセンサ基板１０１上の合計釣り合い力を提供する。タッチ力バイアスは、タッチの集団の幾何学中心（タッチ点）と個々の指の圧力レベルによって発生される合力（計算力点）との間のオフセット、ならびに力の大きさとして定義される。例えば、図１２に示されるのは、２つの指のタッチであり、左指圧力（タッチ点１２１４）は、右指圧力（タッチ点１２１６）より小さい。これらの２つの指タッチ間の幾何学中心は、２つのタッチ点１２１４と１２１６との間に位置する、質量中心（ＣＭ）１２１０によって表され得る。
４つのセンサ１０３ａ−１０３ｄが、合力、例えば、タッチ点１２１４および１２１６における２つのタッチから生じる計算力点（ＣＦＰ）１２１２を決定するために使用され得る。合力（ＣＦＰ１２１２）は、センサ１０３の各々における圧力（力）を使用して、２次元計算を用いて決定され得る。４つのセンサ１０３への力は、全タッチ場所におけるユーザの指圧力によって発生される合計力を提供する。場所は、例えば、限定ではないが、ＸおよびＹの合力計算によって決定される。合力（ＣＦＰ１２１２）を計算するために、ＸおよびＹ座標系は、タッチセンサ上に重ねられ得、画面の質量中心にゼロを伴う。合力ベクトルは、次いで、以下の方程式において使用され得る。
合計の合力ＦＲ、（ＣＦＰ１２１２）は、以下のように計算され得る。
ＦＲ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４ （方程式１）
式中、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４は、それぞれのセンサ１０３の各々によって測定された力である。
合計の合力ＦＲ（ＣＦＰ１２１２）のＸ−オフセットＸＲは、以下のように計算され得る。
ＦＲ＊ＸＲ＝（（Ｆ１＋Ｆ３）＊（−Ｗ／２））＋（（Ｆ２＋Ｆ４）＊（Ｗ／２）
（方程式２）
式中、Ｗは、タッチセンサ１０２の面の幅であり、ＸＲは、質量中心（ＣＭ１２１０）から合力（ＣＦＰ１２１２）までのＸオフセットである。
合計の合力ＦＲ（ＣＦＰ１２１２）のＹ−オフセットＹＲは、以下のように計算され得る。
ＦＲ＊ＹＲ＝（（Ｆ１＋Ｆ２）＊（−Ｈ／２））＋（（Ｆ３＋Ｆ４）＊（Ｈ／２）
（方程式３）
式中、Ｈは、タッチセンサ１０２の面の高さであり、ＹＲは、質量中心（ＣＭ１２１０）から合力（ＣＦＰ１２１２）までのＹオフセットである。
幾何学中心は、次いで、同一Ｘ−Ｙ座標系を使用することによって、計算され得る。合力の場所対幾何学中心を比較すると、２つのバイアス解が生じ得る。
１．合力と幾何学中心とが一致し、押圧は、垂直移動であり得る。押圧は、多重ページドキュメントを通して検索するために、ページを挿入するために、またはオブジェクトを定位置に固定するために使用され得る。
２．合力は、幾何学中心からオフセットされ、押圧は、合力と幾何学中心との間の線に垂直な軸を中心とする回転移動である。回転度は、合力の大きさによって決定され得る。これは、オブジェクトを種々の軸で回転させるために機能する。
これらのバイアス解は、次いで、現在の押圧の履歴（経時的圧力増加またはタッチの移動）と組み合わせられ、いくつかの可能なジェスチャのうちのどれが生成されているかを決定し得る。他のバイアス解も、可能であり、本明細書で想定される。
図１３を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、単一タッチ点およびタッチセンサ面に対する合力を示すタッチセンサ面の基本構想図である。４つの力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１の角に位置する。力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１上の合計釣り合い力を提供する。タッチセンサ１０３からの力情報およびタッチセンサ上の事前に決定されたタッチ点（ＴＰ）は、計算力点（ＣＦＰ）を決定するために使用される。
図１４を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、２つの同時タッチ点およびタッチセンサ面に対して結果として生じる組み合わせられた力を示すタッチセンサ面の基本構想図である。４つの力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１の角に位置する。力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１上の合計釣り合い力を提供する。タッチセンサ１０３からの力情報およびタッチセンサ上の事前に決定されたタッチ点（ＴＰ）は、質量中心（ＣＭ）および計算力点（ＣＦＰ）を決定するために使用される。
図１５を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、３つの同時タッチ点およびタッチセンサ面に対して結果として生じる組み合わせられた力を示すタッチセンサ面の基本構想図である。４つの力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１の角に位置する。力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１上の合計釣り合い力を提供する。タッチセンサ１０３からの力情報およびタッチセンサ上の事前に決定されたタッチ点（ＴＰ）は、質量中心（ＣＭ）および計算力点（ＣＦＰ）を決定するために使用される。
図１６を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、４つの同時タッチ点およびタッチセンサ面に対して結果として生じる組み合わせられた力を示すタッチセンサ面の基本構想図である。４つの力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１の角に位置する。力センサ１０３は、タッチセンサ基板１０１上の合計釣り合い力を提供する。タッチセンサ１０３からの力情報およびタッチセンサ上の事前に決定されたタッチ点（ＴＰ）は、質量中心（ＣＭ）および計算力点（ＣＦＰ）を決定するために使用される。
４つより多いタッチ場所が検出され得、そのＣＦＰおよびＣＭは、４つより多いまたはより少ない力センサ１０３を使用して決定されることも想定され、本開示の範囲内である。加えて、力センサ基板１０１は、使用用途のための任意の適切な幾何学形状であり得る。
本開示の実施形態が、描写され、説明され、本開示の例示的実施形態を参照することによって定義されるが、そのような参照は、本開示の限定を含意するものではなく、そのような限定が、推測されるべきではない。開示される主題は、それらの当業者および本開示の利益を有するものに想起されるであろうように、形態および機能における多数の修正、改変、ならびに均等物が可能である。本開示の描写および説明される実施形態は、実施例にすぎず、本開示の範囲の包括ではない。

Claims (16)

  1. タッチ感知表面上の複数のタッチの場所およびそれらの組み合わせられた力を決定する方法であって、前記方法は、
    第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極を提供するステップであって、前記第１の複数の電極の各々は、自己容量を備えている、ステップと、
    前記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極を提供するステップであって、前記第１の複数の電極は、前記第２の複数の電極の上に位置し、前記第１の複数の電極と前記第２の複数の電極との重複交差点を備えている複数のノードを形成し、前記複数のノードの各々は、相互容量を備えている、ステップと、
    基板を提供するステップであって、前記基板は、前記基板の上に配置されている前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極を有し、前記基板は、複数の角を有する、ステップと、
    複数の力センサを提供するステップであって、前記基板の各角は、前記複数の力センサのうちのそれぞれの１つに結合されている、ステップと、
    前記第１の複数の電極を走査し、前記第１の複数の電極の自己容量の値を決定するステップと、
    前記走査された自己容量の値を比較し、前記第１の複数の電極のうちのどの複数の電極が自己容量の最も大きな値を有するかを決定するステップと、
    前記第１の複数の電極のうちの前記自己容量の最も大きな値を有する前記複数の電極のノードを走査し、それぞれの複数のノードの相互容量の値を決定するステップと、
    前記自己容量の最も大きな値を有する前記第１の電極上のそれぞれの複数のノードの走査された相互容量の値を比較するステップであって、前記相互容量の最も大きな値を有する複数のノードは、前記タッチ感知表面上の複数のタッチの場所である、ステップと、
    決定されたタッチの場所から幾何学的質量中心（ＣＭ）を決定し、前記複数の力センサによって測定される力値から、および、決定されたタッチの場所から、計算力点（ＣＦＰ）を決定するステップと、
    前記計算力点を前記質量中心と比較し、実行されるべきアクションを決定するステップであって、前記ＣＦＰが前記ＣＭに一致するときに前記タッチの垂直移動が決定され、前記ＣＦＰが前記ＣＭに一致しないときに前記タッチの回転移動が決定される、ステップと、
    前記タッチに対応する表示されたオブジェクトに対する前記垂直移動または前記回転移動に対応するジェスチャコマンドを生成するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記自己容量値および相互容量値は、アナログフロントエンドおよびアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を用いて測定される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記自己容量値および相互容量値は、デジタルデバイスのメモリ内に記憶されている、請求項２に記載の方法。
  4. 前記デジタルデバイス内のデジタルプロセッサは、前記タッチのタッチ場所および前記タッチ場所における前記タッチ感知表面に前記タッチによって加えられるそれぞれの力を決定することにおいて、前記記憶された自己容量値および相互容量値を使用する、請求項３に記載の方法。
  5. 前記複数の力センサによって測定された力値を一緒に加算することによって前記計算力点（ＣＦＰ）を決定するステップと、
    前記タッチ場所を使用することによって、前記幾何学的質量中心（ＣＭ）を決定するステップと
    を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記幾何学的ＣＭに対する前記ＣＦＰのＸ−オフセットＸＲを決定することと、
    前記幾何学的ＣＭに対する前記ＣＦＰのＹ−オフセットＹＲを決定することと
    をさらに含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記Ｘ−オフセットＸＲを決定することは、ＸＲ＝（（（Ｆ１＋Ｆ３）＊（−Ｗ／２））＋（（Ｆ２＋Ｆ４）＊（Ｗ／２））／ＦＲを解法することを含み、式中、Ｗは、前記タッチ感知表面の面の幅であり、ＸＲは、前記ＣＭから前記ＣＦＰまでのＸオフセットである、請求項６に記載の方法。
  8. 前記Ｙ−オフセットＹＲを決定することは、ＹＲ＝（（（Ｆ１＋Ｆ２）＊（−Ｈ／２））＋（（Ｆ３＋Ｆ４）＊（Ｈ／２））／ＦＲを解法することを含み、式中、Ｈは、前記タッチ感知表面の面の高さであり、ＹＲは、前記ＣＭから前記ＣＦＰまでのＹオフセットである、請求項６または請求項７に記載の方法。
  9. タッチ感知表面上のタッチの場所およびそれらの組み合わせられた力を決定するためのシステムであって、前記システムは、
    第１の軸を有し、平行配向に配列されている第１の複数の電極であって、前記第１の複数の電極の各々は、自己容量を備えている、第１の複数の電極と、
    前記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸を有し、平行配向に配列されている第２の複数の電極であって、前記第１の複数の電極は、前記第２の複数の電極の上に位置し、前記第１の複数の電極と第２の複数の電極との重複交差点を備えている複数のノードを形成し、前記複数のノードの各々は、相互容量を備えている、第２の複数の電極と、
    基板であって、前記基板は、前記基板の上に配置されている前記第１および第２の複数の電極を有し、前記基板は、複数の角を有する、基板と、
    複数の力センサであって、前記基板の各角は、前記複数の力センサのうちのそれぞれの１つに結合されている、力センサと、
    デジタルプロセッサおよびメモリであって、前記デジタルプロセッサのデジタル出力は、前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極に結合されている、デジタルプロセッサおよびメモリと、
    前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極と前記複数の力センサとに結合されているアナログフロントエンドと、
    前記デジタルプロセッサに結合されている少なくとも１つのデジタル出力を有するアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と
    を備え、
    前記アナログフロントエンド、前記ＡＤＣ、および、前記プロセッサは、
    前記第１の複数の電極の各々に対して、前記自己容量の値を測定することと、
    前記測定された自己容量の値を前記メモリ内に記憶することと、
    自己容量の最も大きな値のうちの少なくとも１つを有する、前記第１の電極のうちの少なくとも１つのノードの相互容量の値を測定することと、
    前記測定された相互容量の値を前記メモリ内に記憶することと、
    前記複数の力センサによって測定される力の値を前記メモリ内に記憶することと、
    前記タッチの場所を決定するために前記記憶された自己容量値および相互容量値を使用することであって、前記プロセッサは、前記決定されたタッチの場所から前記タッチ感知表面上の幾何学的質量中心（ＣＭ）を決定するように構成され、前記プロセッサ（１０６）は、前記力値および前記決定されたタッチの場所から前記タッチ感知表面上の力点（ＣＦＰ）を計算するようにさらに構成され、前記計算された力点（ＣＦＰ）が前記幾何学的質量中心（ＣＭ）と比較されて、実行されるべきアクションが決定され、前記ＣＦＰが前記ＣＭに一致するときに前記タッチの垂直移動が決定され、前記ＣＦＰが前記ＣＭに一致しないときに前記タッチの回転移動が決定され、前記プロセッサは、前記タッチに対応する表示されたオブジェクトに対する前記垂直移動または前記回転移動に対応するジェスチャコマンドを生成するように構成される、ことと
    を行うように構成される、システム。
  10. 前記デジタルプロセッサおよびメモリ（１０６）、ならびに、アナログフロントエンド（１１０）およびＡＤＣ（１０８）は、デジタルデバイスによって提供される、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記デジタルプロセッサ、メモリ、アナログフロントエンド、およびＡＤＣは、少なくとも１つのデジタルデバイスによって提供される、請求項９に記載のシステム。
  12. 前記デジタルデバイスは、マイクロコントローラを備えている、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記デジタルデバイスは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、およびプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）から成る群から選択される、請求項１０に記載のシステム。
  14. 前記基板は、実質的に光透過性であり、前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備えている、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
  15. 前記基板は、実質的に光透過性であり、前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極は、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）を備えている、請求項９〜１４のいずれか一項に記載のシステム。
  16. 前記基板（１０１）は、４つの角を備えている、請求項９〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
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