JP7252980B2 - 圧力検知装置及び方法 - Google Patents
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Description
上式では、FCEは、少なくとも1つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、QCEは、少なくとも1つの共通電極で測定された電荷であり、Qsenは、複数の検知電極のすべてで測定された電荷の和であり、CCEは、ゼロと1との間の値を有する事前に較正された定数である。全圧の推定値は、FCEに基づく場合がある。
上式では、Fnは、N個の検知電極のn番目で誘導された圧電電荷であり、FCEは、少なくとも1つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、Qnは、N個の検知電極のn番目で測定された電荷であり、QCEは、少なくとも1つの共通電極で測定された電荷であり、CCEは、ゼロと1との間の値を有する事前に較正された定数であり、knは、N個の検知電極のn番目に対応し、ゼロと1の間の値を有する事前に較正された定数である。1つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値は、Fnの1つ以上の対応する値に基づく場合がある。
上式では、FCEは、少なくとも1つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、QCEは、少なくとも1つの共通電極で測定された電荷であり、Qsenは、複数の検知電極のすべてで測定された電荷の和であり、CCEは、ゼロと1との間の値を有する事前に較正された定数である。全圧の推定値は、FCEに基づく場合がある。
上式では、Fnは、N個の検知電極のn番目で誘導された圧電電荷であり、FCEは、少なくとも1つの共通電極で誘導された圧電電荷であり、Qnは、N個の検知電極のn番目で測定された電荷であり、QCEは、少なくとも1つの共通電極で測定された電荷であり、CCEは、ゼロと1との間の値を有する事前に較正された定数であり、knは、N個の検知電極のn番目に対応し、ゼロと1の間の値を有する事前に較正された定数である。1つ以上の検知電極に近接するタッチパネルに作用する圧力の推定値は、Fnの1つ以上の対応する値に基づく場合がある。
図1を参照すると、圧電センサ1の等価回路が示されている。
圧電センサ1を形成する1対の第1の電極と第2の電極との間の圧電材料の分極Pに応えて誘発された電流は、第1の及び第2の電極のそれぞれで反対の向きを有する。対照的に、外部ソースVintによって誘導される干渉信号は、圧電センサ1を形成する第1の及び第2の電極に同じ符号を有する。
上述した例では、差動測定は、第1の及び第2の電極7、8が実質的に同一の広がりをもち、簡略な形状である場合がある圧電センサ1に関して説明されてきた。そのような構成によって、比較的に簡略な差動測定が可能になる。しかしながら、圧電圧力測定または静電容量と圧電圧力の複合的な測定用の実際的なタッチパネルでは、第1の電極7は、共通の第2の電極8を共用する多くの電極のうちの1つであってよい。さらに、いくつかの例では、第1の電極7は、静電容量測定システムの受信Rx電極及び/または送信Tx電極としてさらに機能する電極であってよい。そのようなタッチパネルでは、第2の電極8は、いくつかの第1の電極7のそれぞれよりも比較的に大きいまたははるかに大きい総面積を有する共通の対電極であってよい。各Rx電極及び/またはTx電極に別々の適合した対電極を提供するには、追加のパターン化された1つまたは複数の導電層、及び関連付けられた電気接続が必要になるであろう。その結果、第4の測定回路または第5の測定回路6、9に関して示す簡略な差動測定は、実用的でない場合がある。
図7を参照すると、圧電圧力測定用の、または容量性と圧電圧力の複合的な測定用のタッチパネル10の第1の例が示されている。
また、図9及び図10を参照すると、差動圧電圧力測定を実行する第1の方法が説明される。
ここでは、
上式では、Qsenは、検知電極xn、ymのすべてによって測定された全電荷の和であり、上式では、方程式(5)及び(7)が、Qsenのための最終的な式を得るために利用されている。総誘導静電荷QESは、方程式(10)と(11)との間で排除され、以下を生じさせ、
これは、以下として対電極15で誘導された圧電電荷FCEのために配列し直されてよく、
上式では、対電極15で誘導される電荷QCEが測定されてよく、検知電極xn、yn上で合計された電荷Qsenは、測定された電荷Qx1、Qx2、...、QxN、及びQy1、Qy2、...、QyMのすべてを合計することによって求められてよい。小数CCEは、タッチパネル10に対して既知の位置x、yで、既知の干渉電位Vintに帯電、接続、または結合された物体33を使用する較正実験を通じて事前に決定され得る。上述のように、小数CCEは、一般的に、タッチ場所x、yの関数、つまりCCE=CCE(x,y)である。CCE(x,y)の適切な値は、例えば、静電容量信号27またはタッチ場所データ31を使用してタッチ場所x、yを提供することによって求められてよい。代わりに、圧電専用タッチパネルシステムでは、タッチ場所x、yは、未処理の第1の圧電信号29から推測され得る。
ここでは、Gxnは、N個の第2の検知電極xnに接続されたN個の電荷増幅器34のn番目の利得であり、τは積分変数である。同様に、M個の第1の検知電極ymのm番目の電圧は、以下のように表されてよく、
ここでは、Gymは、M個の第1の検知電極ynに接続されたM個の電荷増幅器34のm番目の利得であり、Iymは、M個の第1の検知電極ymのm番目での電流であり、τは積分変数である。同様に、共通電極の電圧は、以下のように表されてよく、
ここでは、GCEは、共通電極15に接続された電荷増幅器34の利得であり、ICEは、共通電極15での電流であり、τは積分変数である。検知電極xn、ymのすべてに対応する電荷増幅器信号34が次いで合計されて、合計電圧信号Vsenを生じさせてよい。
第2の測定方法は、第1の測定方法の拡張であり、対電極15で測定された電荷QCE及び対電極15での推定された圧電電荷FCEを使用し、加重補正に基づいて個々の検知電極xn、ymのために圧電電荷Fxn、Fymの値を推定するために使用されてよい。
これは、以下のようにN個の第2の検知電極xn、20のn番目の圧電電荷Fxn のために配列し直されてよい。
ここでは対電極15上で誘導された電荷QCEが測定されてよく、N個の第2の検知電極xn、20のn番目で誘導された電荷Qxnが測定されてよい。総圧電電荷FCEは、方程式(13)を使用し、第1の方法から決定されてよい。小数kn及びCCEは、物体33が、タッチパネル10に対して既知の場所x、yで配置される間に、既知の干渉電位Vintに帯電、接続、または結合された物体33を使用し実行される較正実験を通して事前に決定されてよい。上述したように、小数kn及びCCEは、一般的にタッチ場所x、yの関数、つまりkn=kn(x,y)及びCCE=CCE(x,y)である。kn(x,y)及びCCE(x,y)の適切な値は、静電容量信号27またはタッチ場所データ31を使用して、タッチ場所x、yを提供することによって求められてよい。
また、図11を参照すると、検知電極xn、ym 及び共通電極15上で外部から誘導された電荷を示す実験データが示されている。
静電容量と圧力の複合的な検知のための装置が、特に本書の図22~図26に関して、WO 2016/102975 A2に説明されている。
第1のタッチパネル10では、第1の及び第2の検知電極14、20は、細長い矩形の電極の形で示されてきた。しかしながら、他の形状を使用してもよい。
また、図17を参照すると、第3のタッチパネル58は、第1のまたは第2の装置22、37と組み合わせて使用されてよい。
上述の実施形態に多くの修正を加え得ることが理解される。そのような修正は、圧力検知タッチパネル及び/または投影型静電容量式検知タッチパネルの設計、製造、及び使用において既に既知であり、本明細書にすでに説明した特徴の代わりにまたは機能に加えて使用し得る同等な特徴及び他の特徴を含んでよい。一実施形態の特徴は、別の実施形態の特徴によって置き換えられてよい、または補足されてよい。
また、図18を参照すると、第3の装置66は、圧力と静電容量の複合的な検知のためにタッチパネル10及び第2のコントローラ67を含む。
また、図19を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第4の装置68が示されている。
圧電圧力測定に対する外部電場への結合の影響を低減するために、共通電極15と検知電極14、20との間で差動測定値が求められる例が説明されてきた。言い換えると、第1から第4の装置22、37、66、68は、差動測定を実行するために検知電極を使用し、それによって外部電場への結合から生じる全圧の推定値に対するいかなる寄与も低減することを伴っていた。しかしながら、タッチパネル10、53、58の検知電極は、例えば非差動圧電圧力測定を実行するとき、外部電場への結合からの不必要な寄与を低減するために、他の方法で利用されてもよい。
また、図21を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第6の装置76が示されている。
また、図22を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第7の装置77が示されている。
また、図23を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第8の装置80が示されている。
また、図24を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第9の装置82が示されている。
また、図25を参照すると、圧力と静電容量の複合的な検知のための第10の装置84が示されている。
Claims (20)
- タッチパネルからの信号を処理するための装置であって、前記タッチパネルが、複数の検知電極と少なくとも1つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を備え、
前記検知電極への接続のための静電容量式タッチコントローラと、
前記検知電極のいくつかまたはすべてへの接続のための複数の入力、及びシステム接地もしくは共通モード電圧に接続される出力を備えるスイッチネットワークと、
前記少なくとも1つの共通電極への接続のためであって、前記少なくとも1つの共通電極から受信した信号に基づいて、前記タッチパネルに印加された全圧を示す第2の圧力信号を生成するように構成された第2の回路と、
コントローラであって、
圧力測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に任意の接続された検知電極を結合するように前記スイッチネットワークを制御し、
前記圧力測定期間中に、前記第2の圧力信号に基づいて前記全圧の推定値を決定する
ように構成された前記コントローラと
を備える、前記装置。 - 前記第2の回路が、前記静電容量式タッチコントローラの内部電荷増幅器である、請求項1に記載の装置。
- 前記装置が、静電容量測定期間中に検知電極に前記内部電荷増幅器を接続し、前記圧力測定期間中に前記少なくとも1つの共通電極に前記内部電荷増幅器を接続するように構成された第3のスイッチネットワークを備える、請求項2に記載の装置。
- 前記第3のスイッチネットワークが、前記静電容量測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に前記少なくとも1つの共通電極を接続し、前記圧力測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に前記検知電極を接続するようにさらに構成される、請求項3に記載の装置。
- 静電容量測定期間中にシステム接地または前記共通モード電圧に前記少なくとも1つの共通電極を接続し、前記圧力測定期間中に、前記第2の回路に前記少なくとも1つの共通電極を接続するように構成された共通電極スイッチをさらに備える、請求項1または2に記載の装置。
- 前記スイッチネットワークが、前記検知電極のサブセットへの接続のために構成され、前記装置が、
前記サブセットに含まれない前記検知電極への接続のための第1の回路であって、前記接続された検知電極に近接する前記タッチパネルに作用する圧力を示す第1の圧力信号を生成するように構成された前記第1の回路をさらに含み、
前記コントローラが、前記第2の圧力信号と前記第1の圧力信号の加重差に基づいて前記全圧の前記推定値を決定するように構成される
請求項1に記載の装置。 - 前記静電容量式タッチコントローラが、対応する第1のスイッチを介する各検知電極への接続のために構成され、
前記スイッチネットワークの各入力が、対応する第2のスイッチによってシステム接地または前記共通モード電圧に接続され、
前記第2の回路が、前記第2の圧力信号を生成するように構成された共通電極電荷増幅器を備え、
前記コントローラが、
静電容量測定期間中に、前記第1のスイッチを閉じ、前記第2のスイッチを開き、
前記圧力測定期間中に、前記第1のスイッチを開き、前記第2のスイッチを閉じる
ように前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御するように構成される
請求項1に記載の装置。 - 前記共通電極電荷増幅器が、第3のスイッチと並列に接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを備え、
前記コントローラが、前記圧力測定期間中の1つ以上のリセット期間の間に閉じるように前記第3のスイッチを制御するようにさらに構成される
請求項7に記載の装置。 - 前記静電容量式タッチコントローラが、各検知電極のために、前記検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成するように構成され、
前記コントローラまたは前記静電容量式タッチコントローラが、前記静電容量信号に基づいて、圧力が前記タッチパネルに印加される場所を決定するように構成される
請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。 - タッチパネルシステムであって、
請求項1~9のいずれか1項に記載の装置と、
複数の検知電極と少なくとも1つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を備えるタッチパネルと
を備える、前記タッチパネルシステム。 - 請求項10に記載のタッチパネルシステムを備える電子デバイス。
- タッチパネルからの信号を処理する方法であって、前記タッチパネルが、複数の検知電極と少なくとも1つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を備え、前記検知電極が静電容量式タッチコントローラに接続され、前記少なくとも1つの共通電極が第2の回路に接続され、
スイッチネットワークを使用し、圧力測定期間中にシステム接地または共通モード電圧に前記検知電極のいくつかまたはすべてを結合することと、
前記第2の回路を使用し、前記タッチパネルに印加された全圧を示す第2の圧力信号を生成することであって、前記第2の圧力信号が、前記少なくとも1つの共通電極から受信した信号に基づいて、前記生成することと、
コントローラを使用し、前記圧力測定期間中に、前記第2の圧力信号に基づいて前記全圧の推定値を決定することと
を含む、前記方法。 - 前記第2の回路が、前記静電容量式タッチコントローラの内部電荷増幅器である、請求項12に記載の方法。
- 第3のスイッチネットワークを使用し、静電容量測定期間中に検知電極に前記内部電荷増幅器を接続することと、
前記第3のスイッチネットワークを使用し、前記圧力測定期間中に、前記少なくとも1つの共通電極に前記内部電荷増幅器を接続することと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。 - 前記第3のスイッチネットワークを使用し、前記静電容量測定期間中にシステム接地または前記共通モード電圧に前記少なくとも1つの共通電極を接続することと、
前記第3のスイッチネットワークを使用し、前記圧力測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に前記検知電極を接続することと
をさらに含む、請求項14に記載の方法。 - 共通電極スイッチを使用し、静電容量測定期間中に、システム接地または前記共通モード電圧に前記少なくとも1つの共通電極を接続することと、
前記共通電極スイッチを使用し、前記圧力測定期間中に、前記第2の回路に前記少なくとも1つの共通電極を接続することと
をさらに含む、請求項12または13に記載の方法。 - 前記スイッチネットワークが前記検知電極のサブセットに接続され、前記方法が、
前記サブセットに含まれない前記検知電極に接続された第1の回路を使用し、前記接続された検知電極に近接する前記タッチパネルに作用する圧力を示す第1の圧力信号を生成することをさらに含み、
前記全圧の前記推定値を決定することが、前記第2の圧力信号と前記第1の圧力信号の加重差に基づいて前記全圧の前記推定値を決定することを含む
請求項12に記載の方法。 - 各検知電極が対応する第1のスイッチによって前記静電容量式タッチコントローラに接続され、前記スイッチネットワークが複数の第2のスイッチを備え、各第2のスイッチが、システム接地または前記共通モード電圧に検知電極を接続し、前記第2の回路が、前記第2の圧力信号を生成するように構成された共通電極電荷増幅器を備え、前記方法が、
前記コントローラを使用して、
静電容量測定期間中に前記第1のスイッチを閉じ、前記第2のスイッチを開き、
前記圧力測定期間中に、前記第1のスイッチを開き、前記第2のスイッチを閉じる
ように前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御すること
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - 前記共通電極電荷増幅器が、第3のスイッチと並列に接続されたフィードバックネットワークを有するオペアンプを備え、前記方法が、
前記コントローラを使用して、前記圧力測定期間中の1つ以上のリセット期間の間に閉じるように前記第3のスイッチを制御すること
をさらに含む、請求項18に記載の方法。 - 前記静電容量式タッチコントローラを使用し、各検知電極のために、前記検知電極の静電容量を示す静電容量信号を生成することと、
前記コントローラまたは前記静電容量式タッチコントローラを使用し、前記静電容量信号に基づいて、圧力が前記タッチパネルに印加される場所を決定することと
をさらに含む、請求項12~19のいずれか1項に記載の方法。
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