変位型ポインティングデバイスにおける静電容量センシング
【課題】水平方向だけでなく垂直方向に加えられる力を高精度で検出可能な変位型ポインティングデバイスを提供する。
【解決手段】変位型ポインティングデバイスにおける容量性センシングのシステム及び方法が開示される。一態様では、ポインティングデバイス(10)は、センス電極構造(54)及び変位可能要素(42)を備える。センス電極構造(54)は、中央センス電極(E)を囲む周辺領域に配列された周辺センス電極(A-D)を備える。変位可能要素(42)は、センス電極構造(54)上の動作領域(44)内を移動可能である。変位可能要素(42)は、センス電極(A-E)に対向し、かつ、動作領域(44)内の変位可能要素(42)のそれぞれの位置において中央センス電極(E)の少なくとも一部分とオーバーラップするターゲット電極(52)を備える。
【解決手段】変位型ポインティングデバイスにおける容量性センシングのシステム及び方法が開示される。一態様では、ポインティングデバイス(10)は、センス電極構造(54)及び変位可能要素(42)を備える。センス電極構造(54)は、中央センス電極(E)を囲む周辺領域に配列された周辺センス電極(A-D)を備える。変位可能要素(42)は、センス電極構造(54)上の動作領域(44)内を移動可能である。変位可能要素(42)は、センス電極(A-E)に対向し、かつ、動作領域(44)内の変位可能要素(42)のそれぞれの位置において中央センス電極(E)の少なくとも一部分とオーバーラップするターゲット電極(52)を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、２００４年１１月２４日に出願された、Jonah Harley他による「Compact Pointing Device」と題する係属中の米国特許出願第10/723,957に関連する。当該米国特許出願は参照により本明細書に組み込むものとする。
【背景技術】
【０００２】
マシンにコマンドを入力するために多くの異なるタイプのポインティングデバイスが開発されきた。たとえば、コンピュータマウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチパッド及びキーボードなどの手動操作式のポインティングデバイスが、ポインティングデバイスを操作することによってコンピュータに命令を入力するために一般に使用されている。こういったポインティングデバイスによって、ユーザは、コンピュータ画面上のカーソル（すなわち、仮想的なポインタ）の移動を制御し、コンピュータ画面に表示されたアイコンや他の仮想的な物体を選択したり移動させ、また、異なる入力コマンドに対応するメニュー項目を開いたり閉じたりすることができる。
【０００３】
ポインティングデバイスは、静止したままであることが意図されているデスクトップコンピュータなどの大型電子装置用に、また、携帯電話やモバイルコンピュータシステムなどの小さな携帯型電子装置用に開発されてきた。大型電子装置用のポインティングデバイスは、利用可能な空間と電力リソースが大きいために、一般に、携帯型電子装置用のポインティングデバイスよりも制約が少なく、かつ、よりフレキシブルな設計が可能である。一般に、携帯型電子装置で使用するポインティングデバイスは、ユーザが、カーソルを素早くかつ正確に動かすことができ、直感的な手法で操作でき、限られた作業空間と電力の制約の中で操作できるものでなければならない。
【０００４】
変位型ポインティングデバイスは、携帯型電子装置に固有の制約に対処すべく開発されてきた。これらのタイプのポインティングデバイスは、たとえば、ユーザの指によって力が加えられると、画定された移動領域内で動く変位可能要素（たとえば、ゴム製の円盤や、ボタンまたは他の可動体）を備える。ユーザが変位可能要素を解放すると、典型的には、復元機構（たとえば、１組のばね）によって、変位可能要素は移動領域内の中央の位置に戻される。位置センサが、移動領域内の変位可能要素の変位を判定して、典型的には、変位可能要素の変位をカーソルの速度にマッピングする。典型的には、復元機構によって変位可能要素が移動領域の中央の位置に戻された後に、位置マッピングシステムは、ディプレイ上のカーソルの位置を固定する。
【０００５】
典型的な変位型ポインティングデバイスでは、変位可能要素は、ｘ−ｙ平面に沿った水平方向（または横方向）の力に応答して２次元空間内を移動する。変位可能要素の二次元的な移動は、ディスプレイ上におけるカーソルの２次元的な移動にマッピングされる。水平方向の力に応答することに加えて、変位型ポインティングデバイスは、ｘ−ｙ平面に垂直なｚ軸に沿って変位可能要素に加えられる垂直方向すなわちｚ軸方向の力を検出するための機能を備えるのが望ましいことが多い。かかるｚ軸方向の力の検出を、たとえば、ディスプレイに表示された物体の選択を制御するための、または、ディスプレイに描かれている仮想線の幅を制御するための信号を生成するために使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水平方向だけでなく垂直方向に変位可能要素に加えられるユーザ入力を高精度で検出可能な変位型ポインティングデバイス及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一態様において、センス電極構造及び変位可能要素を備えるポインティングデバイスによって特徴付けられる。センス電極構造は、中央センス電極を囲む周辺領域に配列された周辺センス電極を有する。変位可能要素は、センス電極構造上の動作領域内を移動可能である。変位可能要素は、センス電極に対向し、かつ、動作領域における変位可能要素のそれぞれの位置における、中央センス電極のそれぞれの部分と少なくともオーバーラップするターゲット電極を備える。
【０００８】
本発明の他の特徴及び利点については、以下の説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【実施例】
【０００９】
以下の説明において、同じ要素には同じ参照番号を付している。さらに、図面は、例示的な実施形態の主要な特徴を図示することが意図されている。図面において、実際の実施形態の全ての特徴を示すことも、図示の要素の相対寸法を示すことも意図されていない。また、図面は一定のスケールで描画されているわけではない。
【００１０】
Ｉ．導入
以下に詳述する実施形態は、傾けるように作用する意図されていない力、及び容量式センシング構造全体にわたる意図されていないギャップのばらつきを補償するようにして、変位可能要素の位置を容量性センシングすることを含む変位型ポインティングデバイス及び方法を提供する。これらの実施形態のいくつかは、また、水平方向（または横方向）だけでなく垂直方向に変位可能要素（または変位可能部材）に加えられるユーザ入力を高精度で検出することができる。具体的には、これらの実施形態のいくつかは、水平方向の測定と垂直方向の測定との間に大きなクロストークを生ぜずに、力の印加によってもたらされた３次元における変位可能要素の変位を測定することができる。これらの測定は、変位可能要素に電気的に有線接続することなく行うことができる。さらに、これらの測定は、動作領域内の変位可能要素の水平方向の移動の全範囲にわたって行うことができる。
【００１１】
II．概要
図１は、変位可能要素１２、センスシステム１４、測定システム１６、及び処理システム１８を備える変位型ポインティングデバイス１０の１実施形態を示す。ポインティングデバイス１０は、ディスプレイ２４を駆動するディスプレイコントローラ２２にディスプレイ制御信号２０を出力する。
【００１２】
変位可能要素１２は、パック、ボタン、または、他の可動体で実施することができる。変位可能要素１２は、本明細書において「動作領域」と呼ぶ、限定された移動領域内で移動可能である。操作の例示的な１つのモードでは、ユーザの指２６は、動作領域内で変位可能要素１２を操作する。変位可能要素１２は、変位可能要素１２に外力が加えられていないときには、典型的には、復元機構によって動作領域内の中心部に戻される。復元機構は、変位可能要素を動作領域の中央領域に付勢する（すなわち、中央領域に戻すように作用する）１つ以上の弾性構造（たとえば、ばね、または、弾性要素）で実施できる。
【００１３】
詳細に後述するように、変位可能要素１２はターゲット電極を有し、センスシステム１４は、複数のセンス電極を備えるセンス電極構造を有する。いくつかの実施形態では、動作領域内の変位可能要素１２のそれぞれの位置において、ターゲット電極は、中央のセンス電極（以下、中央センス電極という）の少なくとも一部分とオーバーラップし（すなわち、重なり合い）、センス電極は、ターゲット電極と完全にオーバーラップする（完全に重なり合う）センス領域全体に延びている。ターゲット電極は、測定システム１６によって印加される入力信号２８を、センス電極構造の電極のそれぞれの対に容量的に結合する。印加された入力信号２８に応答して、センス電極構造は、ユーザの指２６が変位可能要素１２に接触したこと、及び、動作領域における変位可能要素１２のそれぞれ異なる位置に応答するセンス信号３０を生成する。
【００１４】
測定システム１６は、センスシステム１４に入力信号２８を供給し、生成されたセンス信号３０から測定値３２を生成する。測定値３２は、動作領域における変位可能要素１２のそれぞれ異なる水平方向（または横方向）の位置、及び、変位可能要素１２に加えられる垂直方向の力を示す。このようにして、測定システム１６は、ディスプレイベースの選択（ディスプレイを用いた選択）を行うために、変位可能要素１２がいつ触られたか、すなわち、押下されたかを検出することができる。さらに、測定システム１６は、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を検出することができる。センスシステム１６によって生成された測定信号３２は、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を直接伝送するか、または、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を導出する（または取り出す）ことが可能な情報を伝送する。
【００１５】
処理システム１８は、測定信号３２をディプレイ制御信号２０に変換する。この処理において、処理システム１８は、測定信号３２から、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を決定する。処理システム１８は、また、変位可能要素１２がユーザの指２６と接触している接触時間を判定する。処理システム１８が生成可能なディプレイ制御信号２０のタイプの例には、動作領域内の変位可能要素１２の位置を表す位置データ（たとえば、動作領域の原点を中心とする座標系における距離及び方向）、カーソルの位置及び速度データ、スクロール位置及び距離データが含まれる。一般に、処理システム１８は、１つ以上の個別のモジュールで実施することができ、それらのモジュールは、特定のハードウエアやファームウエアやソフトウエアの構成には限定されない。これらの１つ以上のモジュールは、ディジタル電子回路（たとえば、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの特定用途向け集積回路）、または、コンピュータハードウエアやファームウエアやデバイスドライバやソフトウエアを含む、任意のコンピューティング環境またはデータ処理環境において実施可能である。
【００１６】
ディプレイコントローラ２２は、ディプレイ制御信号２０を処理して、ディプレイ２４上のポインタ３４の動きを制御する。ディプレイコントローラ２２は、典型的には、ディプレイ制御信号２０を処理するためにドライバを実行する。一般に、ドライバは、ディジタル電子回路、または、コンピュータハードウエアやファームウエアやソフトウエアを含む、任意のコンピューティング環境または処理環境内に存在しうる。いくつかの実施形態では、ドライバは、オペレーティングシステムのコンポーネントか、または、アプリケーションプログラムである。
【００１７】
ディプレイ２４は、たとえば、ＬＣＤ（液晶ディプレイ）、プラズマディプレイ、ＥＬディプレイ（エレクトロルミネセントディプレイ）、ＦＥＤ（電界放出ディスプレ）などのフラットパネル（平面パネル）ディプレイである。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ポインティングデバイス１０とディプレイ２４は、ポータブル（たとえば、携帯型または手持ち式の）電子装置などの単一の一体型装置に組み込まれる。ポータブル電子装置は、人間が容易に持ち運ぶことが可能な任意のタイプの装置とすることができ、それには、携帯電話、コードレス電話、ページャ、個人情報端末（ＰＤＡ）、ディジタルオーディオプレー、ディジタルカメラ、ディジタルビデオゲームコンソールなどがある。他の実施形態では、ポインティングデバイス１０とディプレイ２４は、分離したポインティングデバイスとリモートの（すなわち、離れたところにある）ディプレイベースのシステム（ディプレイを備えたシステム）などの分離した別個の装置として実施される。一般に、このリモートのシステムは、ユーザ入力を受け取る任意のタイプのディプレイベースの装置とすることができ、それには、汎用コンピュータシステム、特定用途用コンピュータシステム、ビデオゲームシステムなどがある。ディプレイ制御信号２０を、有線通信リンク（たとえば、ＲＳ−２３２シリアルポートや汎用シリアルバスやＰＳ／２ポートなどのシリアル通信リンク）を介して、または、無線通信リンク（たとえば、赤外線（ＩＲ）無線リンクまたは無線周波数（ＲＦ）無線リンク）を介してリモートのシステムに伝送することができる。
【００１９】
III．例示的なセンスシステムの実施形態
図２Ａは、ポインティングデバイス１０の例示的な実施形態４０の上面図である。図２Ｂは、線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取ったポインティングデバイス４０の断面図である。ポインティングデバイス４０において、変位可能要素１２はパック（ゴム製の円盤）４２で実施される。パック４２は、支持フレーム４６の壁４５によって画定された動作領域４４内を移動可能である。一般に、動作領域は、（図示のように）円形や多角形（たとえば、矩形）形状を含む、任意の形状を有することができる。支持フレーム４６は、復元機構４８を機械的に支持し、図示の例では、４つのスプリング５０の組で実施される。支持フレーム４６は基板５１（たとえば、プリント回路基板）上に搭載される。センスシステム１４は、基板４２上のパック４２の下で支持される。
【００２０】
動作時、パック４２は、ユーザの指２６による水平方向の力（すなわち、ｘ−ｙ平面内の成分を有する力）の印加に応答して動作領域４４内を移動する。ユーザが指２６を離すことによってパック４２を開放すると、パック４２は、それの中心位置に、復元機構４８によって戻される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、処理システム１８は、測定信号３２から、ユーザが、選択された閾値を超える垂直方向の力（すなわち、ｚ軸に沿った向きの成分を有する力）をパック４２にいつ加えたかを判定する。この情報に基づいて、処理システム１８は、パック４２が接触状態にあるか（すなわち、ユーザがパック４２を操作している最中であるか）または非接触状態にあるか（すなわち、ユーザがパック４２を操作していないときであるか）を判定する。処理システム１８は、非接触状態にある間カーソル３４の速度をゼロに設定して、復元機構４８が、ディスプレイ２４上のカーソル４４の位置に影響を与えることなくパック４２を中心位置に戻すことができるようにする。この特徴は、ラップトップコンピュータや携帯型装置や、パック４２の移動範囲が大幅に制限されているその他のモバイル（可搬式）電子装置において特に望ましい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、処理システム１８は、さらに、測定信号３２から、いつユーザが第２の「クリック」閾値を超える垂直方向の力をパック４２に加えたかを検出することができる。この情報に基づいて、処理システム１８は、パック４２が選択状態（または「クリック」状態）にあるか否かを判定する。この選択状態は、典型的には、コンピュータマウスの右ボタンまたは左ボタンに関連付けられた機能に該当するディスプレイ制御機能に対応付けることができるものである。このようにして、ユーザは、パック４２に加える圧力を予め較正済みのクリック閾値を超えて強めることによって、ディスプレイ２４上のカーソル３４の現在の位置でクリックすることができる。ポインティングデバイス１０のいくつかの実施形態には、クリック閾値に対する触覚フィードバックを提供する機械式クリック機構（たとえば、弾性ドームスイッチ）が含まれる。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂは、変位可能要素１２が（破線の円で仮想的に示された）ターゲット電極５２を備え、センスシステム１４がセンス電極構造５４を備えているポインティングデバイス１０の例示的な実施形態５０の上面図である。センス電極構造５４は、中央センス電極Ｅを囲む周辺領域に４つの周辺センス電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを備える。図示の実施形態では、センス電極構造５４は、基板５１の平坦な面に配置されている。他の実施形態では、センス電極構造５４を、基板５１の１つ以上の曲線状（たとえば、凸状または凹状）の面に配置することができる。センス電極Ａ〜Ｅは互いに電気的に分離されている。（不図示の）電気的接続部が、センス電極Ａ〜Ｅを測定システム１６に電気的に接続する。いくつかの実施形態では、ターゲット電極５２とセンス電極Ａ〜Ｅの間に配置された低摩擦性誘電体スペーサが、ターゲット電極５２をセンス電極Ａ〜Ｅから電気的に絶縁するとともに、ターゲット電極５２をセンス電極Ａ〜Ｅの上をスライド（摺動）できるようにしている。ターゲット電極５２とセンス電極Ａ〜Ｅの各々の間のオーバーラップ量は、センス電極Ａ〜Ｅに対するパック４２の位置に依存する。
【００２４】
図３Ａは、中央センス電極Ｅの上に中心があるターゲット電極５２を示す。図３Ｂは、動作領域４４の外壁４５に接して配置されたターゲット電極５２を示す。この実施形態では、ターゲット電極５２は、動作領域内の変位可能要素のそれぞれの位置において、中央センス電極Ｅと完全にオーバーラップしている。すなわち、ターゲット電極５２の半径ｒＴは、少なくとも、中央センス電極の半径ｒＥと動作領域内でのターゲット電極の半径方向の移動範囲ｒＭとを加えたものである（すなわち、ｒＴ≧ｒＥ＋ｒＭ）。さらに、センス電極Ａ〜Ｅは、動作領域内のパック４２のそれぞれの位置においてターゲット電極５２と完全にオーバーラップするセンス領域全体に広がっている。すなわち、センス領域の半径ｒＳは、少なくとも、ターゲット電極の半径ｒＴと動作領域内でのターゲット電極の半径方向の移動範囲ｒＭとを加えたものである（すなわち、ｒＳ≧ｒＴ＋ｒＭ）。図示の実施形態では、センス領域は動作領域と一致する。他の実施形態では、センス領域は、動作領域よりも大きな領域にわたって広がるものとすることができる。
【００２５】
ターゲット電極５２は、（破線の円で仮想的に示されている）変位可能電極５６を備える中央のターゲット電極構造（以下、中央ターゲット電極構造という）を囲み、かつ、それに電気的に結合された周辺ターゲット電極構造を有する。変位可能電極５６は、周りを囲んでいる周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立に、センス電極構造５４に向かって及びそれから離れる方向に移動可能である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、中央センス電極Ｅは、動作領域内のパック４２のそれぞれの位置において変位可能電極５６と完全にオーバーラップしている。すなわち、中央センス電極の半径ｒＥは、少なくとも、変位可能電極５６の半径ｒＤと動作領域内でのターゲット電極の半径方向の移動範囲ｒＭとを加えたものである（すなわち、ｒＥ≧ｒＤ＋ｒＭ）。
【００２６】
図４Ａは、（図３Ａ及び図３Ｂに示す）ターゲット電極５２の１実施形態６１を備えるポインティングデバイス１０の１実施形態６０を示す。ターゲット電極５２は、中央ターゲット電極構造６４を囲む周辺ターゲット電極構造６２の平坦な（または平面状の）配列を有する。中央ターゲット電極構造６４は、弾性復元機構６８によって周辺ターゲット電極構造６２に接続された変位可能電極６６を有する。復元機構６８は、変器可能電極への外力の印加に応答して、変位可能電極６６を平衡位置に向かうように付勢する。たとえば、１例として、図４Ｂは、ユーザの指２６によって加えられた力に応答して、図４Ａに示す平衡位置から動かされて、センスシステム１４に押し付けられた変位可能電極６６を示す。図４Ｂは、ユーザの指２６が変位可能電極６６に接触している状態を説明の便宜のために示すものであり、実際の実施形態では、ユーザの指２６は、ポインティングデバイス１０の他のコンポーネントによって変位可能電極６６から電気的に分離される。ユーザの指２６によって加えられる力は、復元機構６８を変形させ、この変形に応答して、復元機構６８は、加えられた力に対抗する復元力を生じ、変位可能電極６６を平衡位置の方に付勢する（すなわち、平衡位置に向かって動かすように作用する）。ユーザの指２６によって加えられた力が除去されると、復元機構６８によって生成された、対抗される力が無くなった復元力によって、変位可能電極６６は平衡位置に戻される。
【００２７】
図４Ａ及び４Ｂに示すように、誘電体スペーサ７０は、ターゲット電極５２とセンスシステム１４の間にある。この実施形態では、誘電体スペーサ７０は、センスシステム１４に対向したターゲット電極５２の隔置されたそれぞれの表面領域に取り付けられた個別の誘電体フィルム７２、７４、７６を有する。個別の誘電体フィルム７２〜７６のそれぞれは、ターゲット電極の周辺表面領域と、ターゲット電極５２の少なくとも１つの中央の表面領域に取り付けられる。誘電体フィルム７２〜７６は、センスシステム１４のセンス電極構造の表面上を摺動自在である。いくつかの実施形態では、誘電体ストリップ７２〜７６は、低摩擦性誘電体材料（たとえば、ナイロンやTEFLON（テフロン：商標）などのプラスチック材料）から形成され、ターゲット電極５２のそれぞれの表面領域に結合される。
【００２８】
単一の均一な誘電体フィルムではなく複数の個別の誘電体フィルムを使用することによって、ターゲット電極をセンス電極構造上の表面の任意の凹凸により良く適合（たとえば密着）させることができる。さらに、誘電体スペーサ７０は、空気の誘電率に対して、ターゲット電極とセンス電極構造間の誘電率を大きくすることによって、ターゲット電極とセンス電極構造を分離するギャップのばらつきに対するセンスシステムの感度を低減する。
【００２９】
図示の実施形態では、誘電体フィルム７２〜７６はリング形状である。他の実施形態では、誘電体スペーサ７０は、誘電体フィルム７２〜７６とは異なる形状及び大きさの誘電体フィルムを有することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、誘電体スペーサ７０は、ターゲット電極５２の底面全体をコーティング（被覆）して、変位可能電極６６が中央センス電極と電気的に短絡するのを防止する誘電体材料（たとえばTEFLON（テフロン：商標））の薄膜を有する。誘電体スペーサ７０は、さらに、薄膜誘電体コーティングの露出した表面領域に取り付けられた（または接着させられた）２つのリング形状の誘電体フィルム７２、７４を備える。薄膜誘電体コーティングは、典型的には、２５〜１００ミクロン（μｍ）の範囲の均一の厚さを有し、２つのリング形状の誘電体フィルム７２、７４は、典型的には、１００〜３００μｍの範囲の厚さを有する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、薄い（たとえば、１００μｍのオーダーの）誘電体コーティングをセンス電極構造５４の露出した上面に取り付けることによって、ターゲット電極５２とセンス電極構造５４との間の電気的短絡のリスクがさらに低減される。
【００３１】
図５Ａは、（図４Ａ及び図４Ｂに示す）平坦なターゲット電極６１の例示的な１実施形態８０の上面図である。ターゲット電極８０は、中央ターゲット電極構造８４を囲むリング形状の周辺ターゲット電極構造８２を有する。中央ターゲット電極構造８４は、平坦な（または平面状の）復元機構８８によって周辺ターゲット電極構造８２に接続された変位可能電極８６を備える。復元機構８８は、それぞれの可撓性の結合器９２、９４によって周辺ターゲット電極構造８２及び変位可能電極８６に接続されたリング９０を備える。これらの結合器は、変位可能電極８６を横断（または２等分）する軸９６に整列している。図５Ｂを参照すると、ターゲット電極８０は、ターゲット電極の底面と、薄膜誘電体コーティング９８のそれぞれの底面領域に取り付けられた（または接着させられた）２つのリング形状の誘電体フィルム１００、１０２の底面をコーティングするオプションの誘電体材料の均一な薄膜９８を有する。いくつかの実施形態では、平坦な（または平面状の）ターゲット電極８０は、圧断器（stamp）またはダイス（die）を用いて導電材料（たとえば金属）の板から切り取られる。
【００３２】
図６Ａは、ターゲット電極５２（図３Ａ及び図３Ｂ参照）の１実施形態１１２を備えるポインティングデバイス１０の１実施形態１１０を示す。ターゲット電極１１２が、平坦な（または平面状の）平衡状態を有する代わりに、凸状の平衡状態を有するという点を除いて、ターゲット電極１１２は、ターゲット電極の実施形態６１と類似している。この実施形態では、ターゲット電極１１２の周辺ターゲット電極構造１１４が、平衡状態においてターゲット電極１１２の凸形状をもたらす。周辺ターゲット電極構造１１４は、弾性があり、ターゲット電極１１２をセンス電極構造に押し付けるように付勢する加えられた力に応答して、センスシステム１４のセンス電極構造の表面領域に適合（たとえば密着）する。ターゲット電極１１２のこの可撓性を利用してユーザの指２６によって加えられた圧力を検出することができる。
【００３３】
図６Ｂ及び図６Ｃは、周辺ターゲット電極構造１４と、ユーザの指２６によって加えられた力に応答して、図６Ａに示す平衡位置からセンス１４に近接する（または接する）ように動かされた変位可能電極６６の１例を示す。図６Ｂ及び図６Ｃは、ユーザの指２６が変位可能電極６６と接触している状態を説明の便宜のために示すものであり、実際の実施形態では、ユーザの指２６は、ポインティングデバイス１０の他のコンポーネントによって変位可能電極６６から電気的に絶縁される。ユーザの指２６によって加えられる力によって、周辺ターゲット電極構造１１４と復元機構６８が変形する。図６Ｂでは、ターゲット電極構造１１４が変形させられて、センスシステムの表面領域に適合している。図６Ｃでは、ユーザの指２６によって加えられた力に応答して、変位可能電極６６がセンスシステムに押し付けられるように動かされている。この加えられた力に応答して、周辺ターゲット電極構造１１４は、ターゲット電極１１２を平衡状態に向けて付勢する対抗力を与える。この対抗力によって、ターゲット電極１１２はセンス電極構造の表面領域に適合することができ、それによって、センス電極構造の表面における平坦ではない任意の凹凸に対応することができる。ユーザの指２６が変位可能電極６６から離れると、対抗される力が無くなった周辺ターゲット電極構造の力によって、ターゲット電極８２は、図６Ａに示す平衡状態に戻される。
【００３４】
図７は、（図６Ａ及び図６Ｂに示す）ターゲット電極１１２の１実施形態１２０の底面図である。この実施形態では、周辺ターゲット電極構造１２１は、中央ターゲット電極構造１２４を囲む個別のセグメント１２２を有する。個別のセグメント１２２は、弾性のあるそれぞれの結合器１３２によって周辺ターゲット電極構造１２１の内部の円周部分１３０に取り付けられている。中央ターゲット電極構造１２４は、変位可能電極１２６と復元機構１２８を備える。図７に示すように、ターゲット電極１２０は、ターゲット電極の底面と２つのリング型誘電体フィルム１３１、１３３の底面をコーティングするオプションの誘電体材料の均一な薄膜１２９を有する。誘電体フィルム１３１、１３３は、薄膜誘電体コーティング１２９のそれぞれの底面領域に取り付けられる（または接着させられる）。いくつかの実施形態では、平面状のターゲット電極１２０は、圧断器（stamp）またはダイス（die）を用いて導電材料（たとえば金属）の板から切り取られる。
【００３５】
弾性のある結合器１３２によって、個別のセグメント１２２は、センス電極構造の表面領域に個別に適合することができる。具体的には、変形していない状態では、個別のセグメント１２２の各々は、センス電極構造に向かって曲げられてターゲット電極１２０を凸状にする。変位可能電極１２６に加えられた下向きの力に応答して、周辺ターゲット電極構造１１４及び復元機構１２８は、凸状の平衡状態から、センスシステム１４の表面領域に適合する平面形状に変形する。このプロセスでは、結合器１３２の各々が、ターゲット電極１１４を平衡状態に向けて付勢する対抗力を与える。これらの対抗力によって、ターゲット電極１１４は、センス電極構造の表面領域に適合することができ、これによって、センス電極構造の表面の任意の平坦ではない凹凸に対応することができる。加えられた力が除去されると、対抗される力が無くなった結合器１３２の力によって、ターゲット電極１１４は、図７に示す凸状の平衡状態に戻される。
【００３６】
図８Ａは、ボタン１４２、ハウジング１４４、復元機構１４６、及び、ターゲット電極アセンブリ１４８を有する変位可能要素１０の１実施形態１４０の分解組立図である。
【００３７】
ボタン１４２は、中央の支柱（ポスト）１５１と、支持リング１５４に結合された上部周辺エッジ１５２を有する作動要素１５０を備える。ボタン１４２は、典型的には、可撓性のプラスチック材料から形成された一体型の成型構造である。支持リング１５４は、作動要素１５０を弾性的に支持する環状の板ばね１５８を支持するフランジ１５６を有する。板ばね１５８は、作動要素１５０への垂直（またはｚ軸）方向に沿った外力の印加に応答して、図８Ａ及び図８Ｂに示すように作動要素１５０を平衡位置に向かって付勢する。オプションの低摩擦性材料（たとえば、TEFLON（テフロン：商標））の薄膜により、支持リング１５４の環状の底面をコーティングすることができる。
【００３８】
ハウジング１４４は、内部チャンバ１６４を画定する上部壁１６０及び円柱形の側壁１６２を有する。この内部チャンバは、復元機構１４６とターゲット電極アセンブリ１４８を収容する。上部壁１６０は、上部支持表面１６６及び円形の開口部１６８を有する。この上部支持表面上をボタン１４２が摺動し、この開口部を通って作動要素１５０の支柱（ポスト）１５１が延伸する。ハウジング１４４は典型的には、金属やプラスチックなどの剛性材料から形成される。
【００３９】
復元機構１４６は、支持フレーム１７０とリボンスプリング（ribbon spring）１７２を備える。リボンスプリングは、支持フレーム１７０の内部環状表面１７６から上に向かって延びる４つの支柱（ポスト）１７４（これらのうちの３つが図８Ａに示されている）によって支持される。支持フレーム１７０とリボンスプリング１７２は典型的には、金属やプラスチックなどの剛性材料から形成される。
【００４０】
ターゲット電極アセンブリ１４８は、保持構造１８０、ドームスイッチ１８２、及びターゲット電極１８４を有する。保持構造１８０は、作動要素１５０の支柱（ポスト）１５１の端部を保持するコネクタ１８６と、ドームスイッチ１８２を収容するキャビティ１８８を有する。保持構造１８０は、キャビティ１８８を覆うターゲット電極１８４に結合される（たとえば、熱固着（heat-staked）される）。ターゲット電極１８４の底面は、薄い誘電体フィルムでコーティングされ、誘電体材料の２つの薄膜リング１９０、１９２は、薄い誘電体フィルムの底面領域に取り付けられる。
【００４１】
図８Ｂは、ボタン１４２、ハウジング１４４、復元機構１４６、及び、ターゲット電極アセンブリ１４８を最終の一体化構造に組み立てた後の変位可能要素１４０の断面図である。
【００４２】
動作時、ボタン１４２は、ハウジング１４４の上面１６６の上を摺動可能であり、その動きの範囲は、ハウジング１４４の上部壁１６０内の開口部１６８によって画定される。ターゲット電極アセンブリ１４８は、支柱（ポスト）１５１によってボタン１４２に取り付けられているので、ターゲット電極アセンブリ１４８は、同じ動きの範囲で横方向（または水平方向）に動く。垂直（またはｚ軸）方向に沿って作動要素１５０に加えられる下向きの力が支柱（ポスト）１５１によってドームスイッチ１８２とターゲット電極１８４の変位可能電極に伝えられる。このような下向きの力の印加に応答して、ドームスイッチ１８２は触覚フィードバックをユーザに与え、変位可能電極は、（図１に示す）センスシステム１４の中央センス電極に向かって移動する。
【００４３】
IV．測定回路と処理システムの例示的な実施形態
Ａ．概要
（図３Ａと図３Ｂに示す）ポインティングデバイス５０に関して、例示的なポインティングデバイスの方法を以下に説明する。図９Ａに示すように、本実施形態のセンス電極構造５４は、単一のセンス電極Ｅを囲む４つの周辺センス電極Ａ〜Ｄを有し、ターゲット電極５２は、単一の中央ターゲット電極構造５６を囲む周辺ターゲット電極構造を有する。他の実施形態では、センス電極構造５４は、これとは異なる数の周辺センス電極を有することができる。たとえば、図９Ｂは、中央センス電極Ｉを囲む３つの周辺センス電極Ｆ、Ｇ、Ｈを有するセンス電極構造１９８を示している。
【００４４】
図９は、センス電極構造５４の上に重ね合わされた２次元ｘ−ｙ座標系の１例を示している。この座標系は、ｘ軸によって周辺センス電極Ａ、Ｂが周辺センス電極Ｃ、Ｄから分離され、ｙ軸によって周辺センス電極Ａ、Ｃが周辺センス電極Ｂ、Ｄから分離されるように配向されている。この配向では、周辺センス電極Ａ、Ｃはｘ軸の一方の側のみにおいて画定されるｘ軸座標を有し、周辺センス電極Ｂ、Ｄは、ｘ軸の他方の側のみにおいて画定されるｘ軸座標を有する。ｘ軸とｙ軸のそれぞれは、中央センス電極Ｅと交差する（ままたはそれを２等分する）。
【００４５】
図１０は、ターゲット電極５２とセンス電極構造５４の等価回路のブロック図である。センス電極Ａ〜Ｅとオーバーラップするターゲット電極５２のそれぞれの部分は、対応するオーバーラップ量に比例する（静電）容量を有する平行板コンデンサをそれぞれ形成する。全てのコンデンサがターゲット電極５２の各部を分け合うので、等価回路は、共通のターゲット電極５２に接続された５つのコンデンサＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＥを有し、それらのコンデンサは、参照番号５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅによって識別されるそれぞれの部分を有する。図示の実施形態では、入力信号２８が、中央センス電極Ｅと周辺センス電極Ａ〜Ｄの各１つとのそれぞれの対に印加される。したがって、等価回路は、周辺センス電極Ａ〜Ｄの並列に結合された容量ＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤと直列に結合された中央センス電極Ｅの容量ＣＥを有する。
【００４６】
所与の測定サイクルにおいて、測定回路１６は、それぞれの入力信号を対応する周辺センス電極と中央センス電極Ｅに印加することによって、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々に対する測定値３２を生成する。入力信号２８を中央センス電極Ｅを通るように駆動して、周辺センス電極Ａ〜Ｄの出力端子で測定を行うことができる。代替的には、入力信号２８を周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々を通るように駆動して、中央センス電極Ｅの出力端子において時分割方式で測定を行うことができる。ターゲット電極は、測定システム１６から印加された入力信号を中央センス電極Ｅと周辺センス電極Ａ〜Ｄの各１つとの対応する対に容量的に結合する。この印加された入力信号に応答して、センス電極構造５４は、ユーザの指２６が変位可能要素１２に接触したこと、及び、動作領域における変位可能要素１２の位置が変わったこと（または変位可能要素１２の異なる位置）に応答するセンス信号３０を生成する。具体的には、測定システム１６によって生成される測定値の各々は、ターゲット電極５２と対応する周辺センス電極とのそれぞれのオーバーラップの度合い（程度）を示す。さらに、所与の測定サイクル中に生成される測定値の組み合わせは、変位可能要素に加えられた垂直（またはｚ軸）方向の力を示す。
【００４７】
処理システム１８は、測定値３２からディスプレイ制御信号２０を生成する。このプロセスでは、処理システム１８は、測定値３２に基づいて、周辺センス電極Ａ〜Ｄに対するターゲット電極５２の位置を判定する。
【００４８】
Ｂ．測定回路の例示的な実施形態
図１１は、測定回路１６の１実施形態２００を示す。測定回路２００は、駆動増幅器２０２と、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々の出力端子に接続された各測定回路２０４、２０６、２０８、２１０を備える。駆動増幅器２０２は入力信号２８を中央センス電極Ｅを通すように駆動する。図示の実施形態では、入力信号２８は方形波パルスである。測定回路２０４〜２１０の各々は、積分器２１２、２１４、２１６、２１８、フィルタ２２０、２２２、２２４、２２６、及び、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２８、２３０、２３２、２３４を備える。積分器２１２〜２１８の各々は、基準電圧（ＶＲＥＦ）に接続されたそれぞれの正極性入力端子と、それぞれの負帰還ループを介して対応する出力端子に接続されたそれぞれの負極性端子を有する。負帰還ループは、帰還コンデンサＣＦとリセットスイッチを有する。フィルタ２２０〜２２６の各々は、積分器２１２〜２１８の各々の出力をフィルタリングする。アナログ−ディジタル変換器２２８〜２３４の各々は、フィルタ２２０〜２２６の各々からのフィルタリングされた信号出力をサンプリングする。処理システム１８は、アナログ−ディジタル変換器２２８〜２３４によって生成されたディジタル測定値を受け取る。
【００４９】
図１２は、測定システム１６が測定値３２を生成するための方法を１実施形態を示す。この実施形態によれば、測定サイクルのインデックスｋは０に初期化される（図１２のブロック２４０）。各測定サイクルの開始時（図１２のブロック２４２）に、測定サイクルのインデックスが１だけ増分される（図１２のブロック２４４）。測定回路１６は、入力信号ＶＩＮ，Ｋを周辺センス電極ｉと中央センス電極Ｅに印加する（図１２のブロック２４６）。ここで、
【００５０】
【数１】
【００５１】
である。測定回路１６は、次に、測定値ＶＯＵＴ，ｋｉを生成する（図１２のブロック２４８）。測定回路１６は、次に、処理を繰り返す前に次の測定サイクルを待つ（図１２のブロック２４２）。
【００５２】
したがって、各測定サイクルｋの間、プロセッサ１８は、積分器２１２〜２１８のリセットスイッチを閉じて、中央センス電極Ｅに振幅がＶＩＮ，Ｋの方形波パルスを与える。各積分器２１２〜２１８の出力端子は、式（１）によって与えられる電圧ＶＯＵＴ，ｋを生成することになる。
【００５３】
【数２】
【００５４】
ここで、ＣＦは、積分器２１２〜２１８の負帰還ループ内の帰還コンデンサの値である。ＣＥＱ，ｉは、中央センス電極Ｅの（静電）容量ＣＥと、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々の容量Ｃｉとの直列接続の和と等価であり、式（２）によって与えられる。
【００５５】
【数３】
【００５６】
式（１）は、ＣＥＱ，ｉに関して、式（３）に書き換えることができる。
【００５７】
【数４】
【００５８】
ここで、
【００５９】
【数５】
【００６０】
である。したがって、ＶＩＮ、ＶＲＥＦ、ＣＦが既知なので、測定された出力電圧ＶＯＵＴがＣＥＱ，ｉの値を与える。
【００６１】
図１１に示した実施形態では、測定回路２００が中央センス電極Ｅを通るように入力信号２８を駆動し、周辺センス電極Ａ〜Ｄの出力端子から出力されるセンス信号３０を測定する。（図１に示す）測定回路１６の他の実施形態は、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々を通るように入力信号２８を駆動して、中央センス電極Ｅの出力端子から出力されるセンス信号３０を時分割方式で測定することができる。
【００６２】
Ｃ．処理システムの例示的な実施形態
図１３は、処理システム１８が測定信号３２からディスプレイ制御信号２０を生成するための方法の１実施形態を示す。この実施形態によれば、処理システム１８は、(i)座標軸Ｐの一方の側にある周辺センス電極について所与の測定サイクルｋにおいて生成された測定値と、(ii)座標軸Ｐの他方の側にある周辺センス電極について所与の測定サイクルｋにおいて生成された測定値との間の差分値（ΔＰ）を決定する（図１３のブロック２６０）。ここで、たとえば、
【００６３】
【数６】
【００６４】
である。処理システム１８は、所与の測定サイクルｋにおいて生成された全ての測定値の合計に対して差分値（ΔＰ）を正規化して、
【００６５】
【数７】
【００６６】
を生成する（図１３のブロック２６２）。処理システム１８は、正規化された差分値
【００６７】
【数８】
【００６８】
を出力する（図１３のブロック２６４）。座標軸の全てについて決定されているわけではない場合（図１３のブロック２６６）には、処理は、次の座標軸について繰り返される（図１３のブロック２６０〜２６４）。座標軸の全てについて決定された場合には、処理システム１８は、プロセスを繰り返す（図１３のブロック２５８〜２６６）前に次の測定サイクルを待つ（図１３のブロック２６８）。
【００６９】
したがって、図９で画定されるｘ軸及びｙ軸について、処理システムは、式（４）及び（５）にしたがって、差分値Δｘ及びΔｙを決定する。
【００７０】
【数９】
【００７１】
正規化された差分値
【００７２】
【数１０】
【００７３】
は、ＶＲＥＦがゼロ電位に設定されると仮定すれば、式（６）及び（７）にしたがって計算される。
【００７４】
【数１１】
【００７５】
これらの正規化された差分値
【００７６】
【数１２】
【００７７】
をスケーリングして、動作領域における変位可能要素のｘ及びｙ座標に対応する値を生成することができる。式（６）及び（７）にしたがって差分値Δｘ及びΔｙを正規化することにより、ターゲットを傾斜させる傾向がある意図しない力の影響、及び、ターゲット電極とセンス電極を分離するギャップのばらつきが低減される。
【００７８】
図３Ａ〜図８Ｂに関して説明した実施形態では、ターゲット電極は、変位可能電極５６を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を備え、変位可能電極５６は、周囲のターゲット電極構造とは実質的に無関係に、センス電極構造に向かって、及び、センス電極構造から離れるように移動可能である。これらの実施形態のいくつかでは、中央センス電極Ｅは、動作領域内の変位可能要素のそれぞれの位置において変位可能電極５６と完全にオーバーラップする。これらの実施形態では、変位可能電極５６の垂直方向の動きが、中央センス電極Ｅの容量ＣＥのみに影響する。したがって、容量ＣＥは、全ての周辺センス電極についてなされる測定に影響する。その結果、容量ＣＥだけが、変位可能要素のｘ及びｙ座標の決定に最小限の影響を与える。なぜなら、これらの座標は、全容量に対して正規化されるからである。
【００７９】
いくつかの実施形態では、変位可能要素に加えられる垂直（またはｚ軸）方向の力を、測定値３２から全容量（ＣＴ）を求めることによって測定することができる。ＶＲＥＦがゼロ電位に設定されると仮定すれば、ＣＴは式（８）によって与えられる。
【００８０】
【数１３】
【００８１】
処理システム１８は、所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計に基づいて、中央センス電極５６に向かう変位可能電極５６の動きを検出する。具体的には、変位可能電極の垂直方向の変位によって、変位可能電極の下のギャップが減少し、これによって、処理システム１８によって測定される全容量が大きくなる。
【００８２】
図１４は、ユーザが、変位可能電極５６に、時間Ｔ１の間接触力を与え、時間Ｔ２の間選択力を与える場合の全容量ＣＴを時間の関数としてプロットしたグラフである。いくつかの実施形態では、処理システム１８は、所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計が第１の閾値ＣTOUCHを超えたという判定に応答して、変位可能要素に外力が接触した（たとえば、外力が加わり始めた）ことを示す接触状態信号を生成する。処理システム１８はまた、所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計が第１の閾値ＣTOUCHより大きな第２の閾値ＣSELECTを超えたという判定に応答して、選択を行うために変位可能要素が押下されたことを示す選択状態信号を生成する。
【００８３】
Ｖ．結論
本明細書において詳述した実施形態は、意図しない傾ける力、及び、容量性センシング構造全体にわたる意図しないギャップのばらつきを補償するようにして、変位可能要素の位置を容量性センシングすることを含む変位型ポインティングデバイス及び方法を提供する。これらの実施形態のいくつかはまた、水平方向だけでなく垂直方向において変位可能要素に加えられるユーザ入力を高精度で検出可能である。具体的には、これらの実施形態のいくつかは、水平方向の測定と垂直方向の測定との間に大きなクロストークを生じることなく、３次元における変位可能要素の力によって誘起された変位を測定可能である。これらの測定は、変位可能要素に対する有線の電気接続を設けることなく行うことができる。さらに、これらの測定は、動作領域における水平方向の全移動範囲にわたって行うことができる。他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】例示的な動作環境において、変位可能要素、センスシステム、測定システム、及び処理システムを備えるポインティングデバイスの１実施形態を示す図である。
【図２Ａ】図１に示すポインティングデバイスの１実施形態の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すポインティングデバイスを線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取った断面図である。
【図３Ａ】図１に示すセンスシステムのセンス電極構造の１実施形態の上の所定の位置にある、破線で示すターゲット電極の１実施形態の上面図である。
【図３Ｂ】図１に示すセンスシステムのセンス電極構造の１実施形態の上の図３Ａとは異なる位置にある、破線で示すターゲット電極の１実施形態の上面図である。
【図４Ａ】変位可能電極を有するターゲット電極の１実施形態を備えた、図１のポインティングデバイスの１実施形態の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すポインティングデバイスの断面図であり、変位可能電極は、ユーザの指によって加えられた力に応答してセンスシステムに押し付けられるように動かされている。
【図５Ａ】変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を備えるターゲット電極の１実施形態の上面図である。
【図５Ｂ】変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を備えるターゲット電極の１実施形態の底面図である。
【図６Ａ】変位可能電極を有する弾性ターゲット電極の１実施形態を備える、図１のポインティングデバイスの１実施形態の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すポインティングデバイスの断面図であり、ターゲット電極を変形させてセンスシステムの表面領域に密着させている。
【図６Ｃ】図６Bに示すポインティングデバイスの断面図であり、変位可能電極は、ユーザの指によって加えられた力に応答してセンスシステムに押し付けられるように動かされている。
【図７】変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺領域に、個別の類似のセグメントを備えた周辺ターゲット電極構造を有するターゲット電極の１実施形態の底面図である。
【図８Ａ】図１に示す変位可能要素の１実施形態の分解組立図面である。
【図８Ｂ】図１に示す変位可能要素の１実施形態の断面図である。
【図９Ａ】図３Ａ及び図３Ｂに示すセンス電極構造の実施形態の上に重ね合わされた２次元座標系の上面図である。
【図９Ｂ】中央センス電極を囲む３つの周辺センス電極を有するセンス電極構造の１実施形態の上面図である。
【図１０】処理システム、並びに、図３Ａ及び図３Ｂに示すターゲット電極及びセンス電極構造の等価回路に電気的に接続された測定回路のブロック図である。
【図１１】図１に示す測定回路の１実施形態の回路図である。
【図１２】図３Ａ及び図３Ｂに示すターゲット電極及びセンス電極構造に入力信号を与えることによって測定値を取得する方法の１実施形態のフロー図である。
【図１３】図１２の方法にしたがって生成された測定値からディスプレイ制御信号を生成する方法の１実施形態のフロー図である。
【図１４】図１２の方法にしたがって測定サイクル中に測定された全容量（静電容量の合計）を時間の関数としてプロットしたグラフである。
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、２００４年１１月２４日に出願された、Jonah Harley他による「Compact Pointing Device」と題する係属中の米国特許出願第10/723,957に関連する。当該米国特許出願は参照により本明細書に組み込むものとする。
【背景技術】
【０００２】
マシンにコマンドを入力するために多くの異なるタイプのポインティングデバイスが開発されきた。たとえば、コンピュータマウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチパッド及びキーボードなどの手動操作式のポインティングデバイスが、ポインティングデバイスを操作することによってコンピュータに命令を入力するために一般に使用されている。こういったポインティングデバイスによって、ユーザは、コンピュータ画面上のカーソル（すなわち、仮想的なポインタ）の移動を制御し、コンピュータ画面に表示されたアイコンや他の仮想的な物体を選択したり移動させ、また、異なる入力コマンドに対応するメニュー項目を開いたり閉じたりすることができる。
【０００３】
ポインティングデバイスは、静止したままであることが意図されているデスクトップコンピュータなどの大型電子装置用に、また、携帯電話やモバイルコンピュータシステムなどの小さな携帯型電子装置用に開発されてきた。大型電子装置用のポインティングデバイスは、利用可能な空間と電力リソースが大きいために、一般に、携帯型電子装置用のポインティングデバイスよりも制約が少なく、かつ、よりフレキシブルな設計が可能である。一般に、携帯型電子装置で使用するポインティングデバイスは、ユーザが、カーソルを素早くかつ正確に動かすことができ、直感的な手法で操作でき、限られた作業空間と電力の制約の中で操作できるものでなければならない。
【０００４】
変位型ポインティングデバイスは、携帯型電子装置に固有の制約に対処すべく開発されてきた。これらのタイプのポインティングデバイスは、たとえば、ユーザの指によって力が加えられると、画定された移動領域内で動く変位可能要素（たとえば、ゴム製の円盤や、ボタンまたは他の可動体）を備える。ユーザが変位可能要素を解放すると、典型的には、復元機構（たとえば、１組のばね）によって、変位可能要素は移動領域内の中央の位置に戻される。位置センサが、移動領域内の変位可能要素の変位を判定して、典型的には、変位可能要素の変位をカーソルの速度にマッピングする。典型的には、復元機構によって変位可能要素が移動領域の中央の位置に戻された後に、位置マッピングシステムは、ディプレイ上のカーソルの位置を固定する。
【０００５】
典型的な変位型ポインティングデバイスでは、変位可能要素は、ｘ−ｙ平面に沿った水平方向（または横方向）の力に応答して２次元空間内を移動する。変位可能要素の二次元的な移動は、ディスプレイ上におけるカーソルの２次元的な移動にマッピングされる。水平方向の力に応答することに加えて、変位型ポインティングデバイスは、ｘ−ｙ平面に垂直なｚ軸に沿って変位可能要素に加えられる垂直方向すなわちｚ軸方向の力を検出するための機能を備えるのが望ましいことが多い。かかるｚ軸方向の力の検出を、たとえば、ディスプレイに表示された物体の選択を制御するための、または、ディスプレイに描かれている仮想線の幅を制御するための信号を生成するために使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水平方向だけでなく垂直方向に変位可能要素に加えられるユーザ入力を高精度で検出可能な変位型ポインティングデバイス及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一態様において、センス電極構造及び変位可能要素を備えるポインティングデバイスによって特徴付けられる。センス電極構造は、中央センス電極を囲む周辺領域に配列された周辺センス電極を有する。変位可能要素は、センス電極構造上の動作領域内を移動可能である。変位可能要素は、センス電極に対向し、かつ、動作領域における変位可能要素のそれぞれの位置における、中央センス電極のそれぞれの部分と少なくともオーバーラップするターゲット電極を備える。
【０００８】
本発明の他の特徴及び利点については、以下の説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【実施例】
【０００９】
以下の説明において、同じ要素には同じ参照番号を付している。さらに、図面は、例示的な実施形態の主要な特徴を図示することが意図されている。図面において、実際の実施形態の全ての特徴を示すことも、図示の要素の相対寸法を示すことも意図されていない。また、図面は一定のスケールで描画されているわけではない。
【００１０】
Ｉ．導入
以下に詳述する実施形態は、傾けるように作用する意図されていない力、及び容量式センシング構造全体にわたる意図されていないギャップのばらつきを補償するようにして、変位可能要素の位置を容量性センシングすることを含む変位型ポインティングデバイス及び方法を提供する。これらの実施形態のいくつかは、また、水平方向（または横方向）だけでなく垂直方向に変位可能要素（または変位可能部材）に加えられるユーザ入力を高精度で検出することができる。具体的には、これらの実施形態のいくつかは、水平方向の測定と垂直方向の測定との間に大きなクロストークを生ぜずに、力の印加によってもたらされた３次元における変位可能要素の変位を測定することができる。これらの測定は、変位可能要素に電気的に有線接続することなく行うことができる。さらに、これらの測定は、動作領域内の変位可能要素の水平方向の移動の全範囲にわたって行うことができる。
【００１１】
II．概要
図１は、変位可能要素１２、センスシステム１４、測定システム１６、及び処理システム１８を備える変位型ポインティングデバイス１０の１実施形態を示す。ポインティングデバイス１０は、ディスプレイ２４を駆動するディスプレイコントローラ２２にディスプレイ制御信号２０を出力する。
【００１２】
変位可能要素１２は、パック、ボタン、または、他の可動体で実施することができる。変位可能要素１２は、本明細書において「動作領域」と呼ぶ、限定された移動領域内で移動可能である。操作の例示的な１つのモードでは、ユーザの指２６は、動作領域内で変位可能要素１２を操作する。変位可能要素１２は、変位可能要素１２に外力が加えられていないときには、典型的には、復元機構によって動作領域内の中心部に戻される。復元機構は、変位可能要素を動作領域の中央領域に付勢する（すなわち、中央領域に戻すように作用する）１つ以上の弾性構造（たとえば、ばね、または、弾性要素）で実施できる。
【００１３】
詳細に後述するように、変位可能要素１２はターゲット電極を有し、センスシステム１４は、複数のセンス電極を備えるセンス電極構造を有する。いくつかの実施形態では、動作領域内の変位可能要素１２のそれぞれの位置において、ターゲット電極は、中央のセンス電極（以下、中央センス電極という）の少なくとも一部分とオーバーラップし（すなわち、重なり合い）、センス電極は、ターゲット電極と完全にオーバーラップする（完全に重なり合う）センス領域全体に延びている。ターゲット電極は、測定システム１６によって印加される入力信号２８を、センス電極構造の電極のそれぞれの対に容量的に結合する。印加された入力信号２８に応答して、センス電極構造は、ユーザの指２６が変位可能要素１２に接触したこと、及び、動作領域における変位可能要素１２のそれぞれ異なる位置に応答するセンス信号３０を生成する。
【００１４】
測定システム１６は、センスシステム１４に入力信号２８を供給し、生成されたセンス信号３０から測定値３２を生成する。測定値３２は、動作領域における変位可能要素１２のそれぞれ異なる水平方向（または横方向）の位置、及び、変位可能要素１２に加えられる垂直方向の力を示す。このようにして、測定システム１６は、ディスプレイベースの選択（ディスプレイを用いた選択）を行うために、変位可能要素１２がいつ触られたか、すなわち、押下されたかを検出することができる。さらに、測定システム１６は、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を検出することができる。センスシステム１６によって生成された測定信号３２は、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を直接伝送するか、または、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を導出する（または取り出す）ことが可能な情報を伝送する。
【００１５】
処理システム１８は、測定信号３２をディプレイ制御信号２０に変換する。この処理において、処理システム１８は、測定信号３２から、動作領域内の変位可能要素１２の現在の位置を決定する。処理システム１８は、また、変位可能要素１２がユーザの指２６と接触している接触時間を判定する。処理システム１８が生成可能なディプレイ制御信号２０のタイプの例には、動作領域内の変位可能要素１２の位置を表す位置データ（たとえば、動作領域の原点を中心とする座標系における距離及び方向）、カーソルの位置及び速度データ、スクロール位置及び距離データが含まれる。一般に、処理システム１８は、１つ以上の個別のモジュールで実施することができ、それらのモジュールは、特定のハードウエアやファームウエアやソフトウエアの構成には限定されない。これらの１つ以上のモジュールは、ディジタル電子回路（たとえば、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの特定用途向け集積回路）、または、コンピュータハードウエアやファームウエアやデバイスドライバやソフトウエアを含む、任意のコンピューティング環境またはデータ処理環境において実施可能である。
【００１６】
ディプレイコントローラ２２は、ディプレイ制御信号２０を処理して、ディプレイ２４上のポインタ３４の動きを制御する。ディプレイコントローラ２２は、典型的には、ディプレイ制御信号２０を処理するためにドライバを実行する。一般に、ドライバは、ディジタル電子回路、または、コンピュータハードウエアやファームウエアやソフトウエアを含む、任意のコンピューティング環境または処理環境内に存在しうる。いくつかの実施形態では、ドライバは、オペレーティングシステムのコンポーネントか、または、アプリケーションプログラムである。
【００１７】
ディプレイ２４は、たとえば、ＬＣＤ（液晶ディプレイ）、プラズマディプレイ、ＥＬディプレイ（エレクトロルミネセントディプレイ）、ＦＥＤ（電界放出ディスプレ）などのフラットパネル（平面パネル）ディプレイである。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ポインティングデバイス１０とディプレイ２４は、ポータブル（たとえば、携帯型または手持ち式の）電子装置などの単一の一体型装置に組み込まれる。ポータブル電子装置は、人間が容易に持ち運ぶことが可能な任意のタイプの装置とすることができ、それには、携帯電話、コードレス電話、ページャ、個人情報端末（ＰＤＡ）、ディジタルオーディオプレー、ディジタルカメラ、ディジタルビデオゲームコンソールなどがある。他の実施形態では、ポインティングデバイス１０とディプレイ２４は、分離したポインティングデバイスとリモートの（すなわち、離れたところにある）ディプレイベースのシステム（ディプレイを備えたシステム）などの分離した別個の装置として実施される。一般に、このリモートのシステムは、ユーザ入力を受け取る任意のタイプのディプレイベースの装置とすることができ、それには、汎用コンピュータシステム、特定用途用コンピュータシステム、ビデオゲームシステムなどがある。ディプレイ制御信号２０を、有線通信リンク（たとえば、ＲＳ−２３２シリアルポートや汎用シリアルバスやＰＳ／２ポートなどのシリアル通信リンク）を介して、または、無線通信リンク（たとえば、赤外線（ＩＲ）無線リンクまたは無線周波数（ＲＦ）無線リンク）を介してリモートのシステムに伝送することができる。
【００１９】
III．例示的なセンスシステムの実施形態
図２Ａは、ポインティングデバイス１０の例示的な実施形態４０の上面図である。図２Ｂは、線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取ったポインティングデバイス４０の断面図である。ポインティングデバイス４０において、変位可能要素１２はパック（ゴム製の円盤）４２で実施される。パック４２は、支持フレーム４６の壁４５によって画定された動作領域４４内を移動可能である。一般に、動作領域は、（図示のように）円形や多角形（たとえば、矩形）形状を含む、任意の形状を有することができる。支持フレーム４６は、復元機構４８を機械的に支持し、図示の例では、４つのスプリング５０の組で実施される。支持フレーム４６は基板５１（たとえば、プリント回路基板）上に搭載される。センスシステム１４は、基板４２上のパック４２の下で支持される。
【００２０】
動作時、パック４２は、ユーザの指２６による水平方向の力（すなわち、ｘ−ｙ平面内の成分を有する力）の印加に応答して動作領域４４内を移動する。ユーザが指２６を離すことによってパック４２を開放すると、パック４２は、それの中心位置に、復元機構４８によって戻される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、処理システム１８は、測定信号３２から、ユーザが、選択された閾値を超える垂直方向の力（すなわち、ｚ軸に沿った向きの成分を有する力）をパック４２にいつ加えたかを判定する。この情報に基づいて、処理システム１８は、パック４２が接触状態にあるか（すなわち、ユーザがパック４２を操作している最中であるか）または非接触状態にあるか（すなわち、ユーザがパック４２を操作していないときであるか）を判定する。処理システム１８は、非接触状態にある間カーソル３４の速度をゼロに設定して、復元機構４８が、ディスプレイ２４上のカーソル４４の位置に影響を与えることなくパック４２を中心位置に戻すことができるようにする。この特徴は、ラップトップコンピュータや携帯型装置や、パック４２の移動範囲が大幅に制限されているその他のモバイル（可搬式）電子装置において特に望ましい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、処理システム１８は、さらに、測定信号３２から、いつユーザが第２の「クリック」閾値を超える垂直方向の力をパック４２に加えたかを検出することができる。この情報に基づいて、処理システム１８は、パック４２が選択状態（または「クリック」状態）にあるか否かを判定する。この選択状態は、典型的には、コンピュータマウスの右ボタンまたは左ボタンに関連付けられた機能に該当するディスプレイ制御機能に対応付けることができるものである。このようにして、ユーザは、パック４２に加える圧力を予め較正済みのクリック閾値を超えて強めることによって、ディスプレイ２４上のカーソル３４の現在の位置でクリックすることができる。ポインティングデバイス１０のいくつかの実施形態には、クリック閾値に対する触覚フィードバックを提供する機械式クリック機構（たとえば、弾性ドームスイッチ）が含まれる。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂは、変位可能要素１２が（破線の円で仮想的に示された）ターゲット電極５２を備え、センスシステム１４がセンス電極構造５４を備えているポインティングデバイス１０の例示的な実施形態５０の上面図である。センス電極構造５４は、中央センス電極Ｅを囲む周辺領域に４つの周辺センス電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを備える。図示の実施形態では、センス電極構造５４は、基板５１の平坦な面に配置されている。他の実施形態では、センス電極構造５４を、基板５１の１つ以上の曲線状（たとえば、凸状または凹状）の面に配置することができる。センス電極Ａ〜Ｅは互いに電気的に分離されている。（不図示の）電気的接続部が、センス電極Ａ〜Ｅを測定システム１６に電気的に接続する。いくつかの実施形態では、ターゲット電極５２とセンス電極Ａ〜Ｅの間に配置された低摩擦性誘電体スペーサが、ターゲット電極５２をセンス電極Ａ〜Ｅから電気的に絶縁するとともに、ターゲット電極５２をセンス電極Ａ〜Ｅの上をスライド（摺動）できるようにしている。ターゲット電極５２とセンス電極Ａ〜Ｅの各々の間のオーバーラップ量は、センス電極Ａ〜Ｅに対するパック４２の位置に依存する。
【００２４】
図３Ａは、中央センス電極Ｅの上に中心があるターゲット電極５２を示す。図３Ｂは、動作領域４４の外壁４５に接して配置されたターゲット電極５２を示す。この実施形態では、ターゲット電極５２は、動作領域内の変位可能要素のそれぞれの位置において、中央センス電極Ｅと完全にオーバーラップしている。すなわち、ターゲット電極５２の半径ｒＴは、少なくとも、中央センス電極の半径ｒＥと動作領域内でのターゲット電極の半径方向の移動範囲ｒＭとを加えたものである（すなわち、ｒＴ≧ｒＥ＋ｒＭ）。さらに、センス電極Ａ〜Ｅは、動作領域内のパック４２のそれぞれの位置においてターゲット電極５２と完全にオーバーラップするセンス領域全体に広がっている。すなわち、センス領域の半径ｒＳは、少なくとも、ターゲット電極の半径ｒＴと動作領域内でのターゲット電極の半径方向の移動範囲ｒＭとを加えたものである（すなわち、ｒＳ≧ｒＴ＋ｒＭ）。図示の実施形態では、センス領域は動作領域と一致する。他の実施形態では、センス領域は、動作領域よりも大きな領域にわたって広がるものとすることができる。
【００２５】
ターゲット電極５２は、（破線の円で仮想的に示されている）変位可能電極５６を備える中央のターゲット電極構造（以下、中央ターゲット電極構造という）を囲み、かつ、それに電気的に結合された周辺ターゲット電極構造を有する。変位可能電極５６は、周りを囲んでいる周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立に、センス電極構造５４に向かって及びそれから離れる方向に移動可能である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、中央センス電極Ｅは、動作領域内のパック４２のそれぞれの位置において変位可能電極５６と完全にオーバーラップしている。すなわち、中央センス電極の半径ｒＥは、少なくとも、変位可能電極５６の半径ｒＤと動作領域内でのターゲット電極の半径方向の移動範囲ｒＭとを加えたものである（すなわち、ｒＥ≧ｒＤ＋ｒＭ）。
【００２６】
図４Ａは、（図３Ａ及び図３Ｂに示す）ターゲット電極５２の１実施形態６１を備えるポインティングデバイス１０の１実施形態６０を示す。ターゲット電極５２は、中央ターゲット電極構造６４を囲む周辺ターゲット電極構造６２の平坦な（または平面状の）配列を有する。中央ターゲット電極構造６４は、弾性復元機構６８によって周辺ターゲット電極構造６２に接続された変位可能電極６６を有する。復元機構６８は、変器可能電極への外力の印加に応答して、変位可能電極６６を平衡位置に向かうように付勢する。たとえば、１例として、図４Ｂは、ユーザの指２６によって加えられた力に応答して、図４Ａに示す平衡位置から動かされて、センスシステム１４に押し付けられた変位可能電極６６を示す。図４Ｂは、ユーザの指２６が変位可能電極６６に接触している状態を説明の便宜のために示すものであり、実際の実施形態では、ユーザの指２６は、ポインティングデバイス１０の他のコンポーネントによって変位可能電極６６から電気的に分離される。ユーザの指２６によって加えられる力は、復元機構６８を変形させ、この変形に応答して、復元機構６８は、加えられた力に対抗する復元力を生じ、変位可能電極６６を平衡位置の方に付勢する（すなわち、平衡位置に向かって動かすように作用する）。ユーザの指２６によって加えられた力が除去されると、復元機構６８によって生成された、対抗される力が無くなった復元力によって、変位可能電極６６は平衡位置に戻される。
【００２７】
図４Ａ及び４Ｂに示すように、誘電体スペーサ７０は、ターゲット電極５２とセンスシステム１４の間にある。この実施形態では、誘電体スペーサ７０は、センスシステム１４に対向したターゲット電極５２の隔置されたそれぞれの表面領域に取り付けられた個別の誘電体フィルム７２、７４、７６を有する。個別の誘電体フィルム７２〜７６のそれぞれは、ターゲット電極の周辺表面領域と、ターゲット電極５２の少なくとも１つの中央の表面領域に取り付けられる。誘電体フィルム７２〜７６は、センスシステム１４のセンス電極構造の表面上を摺動自在である。いくつかの実施形態では、誘電体ストリップ７２〜７６は、低摩擦性誘電体材料（たとえば、ナイロンやTEFLON（テフロン：商標）などのプラスチック材料）から形成され、ターゲット電極５２のそれぞれの表面領域に結合される。
【００２８】
単一の均一な誘電体フィルムではなく複数の個別の誘電体フィルムを使用することによって、ターゲット電極をセンス電極構造上の表面の任意の凹凸により良く適合（たとえば密着）させることができる。さらに、誘電体スペーサ７０は、空気の誘電率に対して、ターゲット電極とセンス電極構造間の誘電率を大きくすることによって、ターゲット電極とセンス電極構造を分離するギャップのばらつきに対するセンスシステムの感度を低減する。
【００２９】
図示の実施形態では、誘電体フィルム７２〜７６はリング形状である。他の実施形態では、誘電体スペーサ７０は、誘電体フィルム７２〜７６とは異なる形状及び大きさの誘電体フィルムを有することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、誘電体スペーサ７０は、ターゲット電極５２の底面全体をコーティング（被覆）して、変位可能電極６６が中央センス電極と電気的に短絡するのを防止する誘電体材料（たとえばTEFLON（テフロン：商標））の薄膜を有する。誘電体スペーサ７０は、さらに、薄膜誘電体コーティングの露出した表面領域に取り付けられた（または接着させられた）２つのリング形状の誘電体フィルム７２、７４を備える。薄膜誘電体コーティングは、典型的には、２５〜１００ミクロン（μｍ）の範囲の均一の厚さを有し、２つのリング形状の誘電体フィルム７２、７４は、典型的には、１００〜３００μｍの範囲の厚さを有する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、薄い（たとえば、１００μｍのオーダーの）誘電体コーティングをセンス電極構造５４の露出した上面に取り付けることによって、ターゲット電極５２とセンス電極構造５４との間の電気的短絡のリスクがさらに低減される。
【００３１】
図５Ａは、（図４Ａ及び図４Ｂに示す）平坦なターゲット電極６１の例示的な１実施形態８０の上面図である。ターゲット電極８０は、中央ターゲット電極構造８４を囲むリング形状の周辺ターゲット電極構造８２を有する。中央ターゲット電極構造８４は、平坦な（または平面状の）復元機構８８によって周辺ターゲット電極構造８２に接続された変位可能電極８６を備える。復元機構８８は、それぞれの可撓性の結合器９２、９４によって周辺ターゲット電極構造８２及び変位可能電極８６に接続されたリング９０を備える。これらの結合器は、変位可能電極８６を横断（または２等分）する軸９６に整列している。図５Ｂを参照すると、ターゲット電極８０は、ターゲット電極の底面と、薄膜誘電体コーティング９８のそれぞれの底面領域に取り付けられた（または接着させられた）２つのリング形状の誘電体フィルム１００、１０２の底面をコーティングするオプションの誘電体材料の均一な薄膜９８を有する。いくつかの実施形態では、平坦な（または平面状の）ターゲット電極８０は、圧断器（stamp）またはダイス（die）を用いて導電材料（たとえば金属）の板から切り取られる。
【００３２】
図６Ａは、ターゲット電極５２（図３Ａ及び図３Ｂ参照）の１実施形態１１２を備えるポインティングデバイス１０の１実施形態１１０を示す。ターゲット電極１１２が、平坦な（または平面状の）平衡状態を有する代わりに、凸状の平衡状態を有するという点を除いて、ターゲット電極１１２は、ターゲット電極の実施形態６１と類似している。この実施形態では、ターゲット電極１１２の周辺ターゲット電極構造１１４が、平衡状態においてターゲット電極１１２の凸形状をもたらす。周辺ターゲット電極構造１１４は、弾性があり、ターゲット電極１１２をセンス電極構造に押し付けるように付勢する加えられた力に応答して、センスシステム１４のセンス電極構造の表面領域に適合（たとえば密着）する。ターゲット電極１１２のこの可撓性を利用してユーザの指２６によって加えられた圧力を検出することができる。
【００３３】
図６Ｂ及び図６Ｃは、周辺ターゲット電極構造１４と、ユーザの指２６によって加えられた力に応答して、図６Ａに示す平衡位置からセンス１４に近接する（または接する）ように動かされた変位可能電極６６の１例を示す。図６Ｂ及び図６Ｃは、ユーザの指２６が変位可能電極６６と接触している状態を説明の便宜のために示すものであり、実際の実施形態では、ユーザの指２６は、ポインティングデバイス１０の他のコンポーネントによって変位可能電極６６から電気的に絶縁される。ユーザの指２６によって加えられる力によって、周辺ターゲット電極構造１１４と復元機構６８が変形する。図６Ｂでは、ターゲット電極構造１１４が変形させられて、センスシステムの表面領域に適合している。図６Ｃでは、ユーザの指２６によって加えられた力に応答して、変位可能電極６６がセンスシステムに押し付けられるように動かされている。この加えられた力に応答して、周辺ターゲット電極構造１１４は、ターゲット電極１１２を平衡状態に向けて付勢する対抗力を与える。この対抗力によって、ターゲット電極１１２はセンス電極構造の表面領域に適合することができ、それによって、センス電極構造の表面における平坦ではない任意の凹凸に対応することができる。ユーザの指２６が変位可能電極６６から離れると、対抗される力が無くなった周辺ターゲット電極構造の力によって、ターゲット電極８２は、図６Ａに示す平衡状態に戻される。
【００３４】
図７は、（図６Ａ及び図６Ｂに示す）ターゲット電極１１２の１実施形態１２０の底面図である。この実施形態では、周辺ターゲット電極構造１２１は、中央ターゲット電極構造１２４を囲む個別のセグメント１２２を有する。個別のセグメント１２２は、弾性のあるそれぞれの結合器１３２によって周辺ターゲット電極構造１２１の内部の円周部分１３０に取り付けられている。中央ターゲット電極構造１２４は、変位可能電極１２６と復元機構１２８を備える。図７に示すように、ターゲット電極１２０は、ターゲット電極の底面と２つのリング型誘電体フィルム１３１、１３３の底面をコーティングするオプションの誘電体材料の均一な薄膜１２９を有する。誘電体フィルム１３１、１３３は、薄膜誘電体コーティング１２９のそれぞれの底面領域に取り付けられる（または接着させられる）。いくつかの実施形態では、平面状のターゲット電極１２０は、圧断器（stamp）またはダイス（die）を用いて導電材料（たとえば金属）の板から切り取られる。
【００３５】
弾性のある結合器１３２によって、個別のセグメント１２２は、センス電極構造の表面領域に個別に適合することができる。具体的には、変形していない状態では、個別のセグメント１２２の各々は、センス電極構造に向かって曲げられてターゲット電極１２０を凸状にする。変位可能電極１２６に加えられた下向きの力に応答して、周辺ターゲット電極構造１１４及び復元機構１２８は、凸状の平衡状態から、センスシステム１４の表面領域に適合する平面形状に変形する。このプロセスでは、結合器１３２の各々が、ターゲット電極１１４を平衡状態に向けて付勢する対抗力を与える。これらの対抗力によって、ターゲット電極１１４は、センス電極構造の表面領域に適合することができ、これによって、センス電極構造の表面の任意の平坦ではない凹凸に対応することができる。加えられた力が除去されると、対抗される力が無くなった結合器１３２の力によって、ターゲット電極１１４は、図７に示す凸状の平衡状態に戻される。
【００３６】
図８Ａは、ボタン１４２、ハウジング１４４、復元機構１４６、及び、ターゲット電極アセンブリ１４８を有する変位可能要素１０の１実施形態１４０の分解組立図である。
【００３７】
ボタン１４２は、中央の支柱（ポスト）１５１と、支持リング１５４に結合された上部周辺エッジ１５２を有する作動要素１５０を備える。ボタン１４２は、典型的には、可撓性のプラスチック材料から形成された一体型の成型構造である。支持リング１５４は、作動要素１５０を弾性的に支持する環状の板ばね１５８を支持するフランジ１５６を有する。板ばね１５８は、作動要素１５０への垂直（またはｚ軸）方向に沿った外力の印加に応答して、図８Ａ及び図８Ｂに示すように作動要素１５０を平衡位置に向かって付勢する。オプションの低摩擦性材料（たとえば、TEFLON（テフロン：商標））の薄膜により、支持リング１５４の環状の底面をコーティングすることができる。
【００３８】
ハウジング１４４は、内部チャンバ１６４を画定する上部壁１６０及び円柱形の側壁１６２を有する。この内部チャンバは、復元機構１４６とターゲット電極アセンブリ１４８を収容する。上部壁１６０は、上部支持表面１６６及び円形の開口部１６８を有する。この上部支持表面上をボタン１４２が摺動し、この開口部を通って作動要素１５０の支柱（ポスト）１５１が延伸する。ハウジング１４４は典型的には、金属やプラスチックなどの剛性材料から形成される。
【００３９】
復元機構１４６は、支持フレーム１７０とリボンスプリング（ribbon spring）１７２を備える。リボンスプリングは、支持フレーム１７０の内部環状表面１７６から上に向かって延びる４つの支柱（ポスト）１７４（これらのうちの３つが図８Ａに示されている）によって支持される。支持フレーム１７０とリボンスプリング１７２は典型的には、金属やプラスチックなどの剛性材料から形成される。
【００４０】
ターゲット電極アセンブリ１４８は、保持構造１８０、ドームスイッチ１８２、及びターゲット電極１８４を有する。保持構造１８０は、作動要素１５０の支柱（ポスト）１５１の端部を保持するコネクタ１８６と、ドームスイッチ１８２を収容するキャビティ１８８を有する。保持構造１８０は、キャビティ１８８を覆うターゲット電極１８４に結合される（たとえば、熱固着（heat-staked）される）。ターゲット電極１８４の底面は、薄い誘電体フィルムでコーティングされ、誘電体材料の２つの薄膜リング１９０、１９２は、薄い誘電体フィルムの底面領域に取り付けられる。
【００４１】
図８Ｂは、ボタン１４２、ハウジング１４４、復元機構１４６、及び、ターゲット電極アセンブリ１４８を最終の一体化構造に組み立てた後の変位可能要素１４０の断面図である。
【００４２】
動作時、ボタン１４２は、ハウジング１４４の上面１６６の上を摺動可能であり、その動きの範囲は、ハウジング１４４の上部壁１６０内の開口部１６８によって画定される。ターゲット電極アセンブリ１４８は、支柱（ポスト）１５１によってボタン１４２に取り付けられているので、ターゲット電極アセンブリ１４８は、同じ動きの範囲で横方向（または水平方向）に動く。垂直（またはｚ軸）方向に沿って作動要素１５０に加えられる下向きの力が支柱（ポスト）１５１によってドームスイッチ１８２とターゲット電極１８４の変位可能電極に伝えられる。このような下向きの力の印加に応答して、ドームスイッチ１８２は触覚フィードバックをユーザに与え、変位可能電極は、（図１に示す）センスシステム１４の中央センス電極に向かって移動する。
【００４３】
IV．測定回路と処理システムの例示的な実施形態
Ａ．概要
（図３Ａと図３Ｂに示す）ポインティングデバイス５０に関して、例示的なポインティングデバイスの方法を以下に説明する。図９Ａに示すように、本実施形態のセンス電極構造５４は、単一のセンス電極Ｅを囲む４つの周辺センス電極Ａ〜Ｄを有し、ターゲット電極５２は、単一の中央ターゲット電極構造５６を囲む周辺ターゲット電極構造を有する。他の実施形態では、センス電極構造５４は、これとは異なる数の周辺センス電極を有することができる。たとえば、図９Ｂは、中央センス電極Ｉを囲む３つの周辺センス電極Ｆ、Ｇ、Ｈを有するセンス電極構造１９８を示している。
【００４４】
図９は、センス電極構造５４の上に重ね合わされた２次元ｘ−ｙ座標系の１例を示している。この座標系は、ｘ軸によって周辺センス電極Ａ、Ｂが周辺センス電極Ｃ、Ｄから分離され、ｙ軸によって周辺センス電極Ａ、Ｃが周辺センス電極Ｂ、Ｄから分離されるように配向されている。この配向では、周辺センス電極Ａ、Ｃはｘ軸の一方の側のみにおいて画定されるｘ軸座標を有し、周辺センス電極Ｂ、Ｄは、ｘ軸の他方の側のみにおいて画定されるｘ軸座標を有する。ｘ軸とｙ軸のそれぞれは、中央センス電極Ｅと交差する（ままたはそれを２等分する）。
【００４５】
図１０は、ターゲット電極５２とセンス電極構造５４の等価回路のブロック図である。センス電極Ａ〜Ｅとオーバーラップするターゲット電極５２のそれぞれの部分は、対応するオーバーラップ量に比例する（静電）容量を有する平行板コンデンサをそれぞれ形成する。全てのコンデンサがターゲット電極５２の各部を分け合うので、等価回路は、共通のターゲット電極５２に接続された５つのコンデンサＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＥを有し、それらのコンデンサは、参照番号５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅによって識別されるそれぞれの部分を有する。図示の実施形態では、入力信号２８が、中央センス電極Ｅと周辺センス電極Ａ〜Ｄの各１つとのそれぞれの対に印加される。したがって、等価回路は、周辺センス電極Ａ〜Ｄの並列に結合された容量ＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤと直列に結合された中央センス電極Ｅの容量ＣＥを有する。
【００４６】
所与の測定サイクルにおいて、測定回路１６は、それぞれの入力信号を対応する周辺センス電極と中央センス電極Ｅに印加することによって、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々に対する測定値３２を生成する。入力信号２８を中央センス電極Ｅを通るように駆動して、周辺センス電極Ａ〜Ｄの出力端子で測定を行うことができる。代替的には、入力信号２８を周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々を通るように駆動して、中央センス電極Ｅの出力端子において時分割方式で測定を行うことができる。ターゲット電極は、測定システム１６から印加された入力信号を中央センス電極Ｅと周辺センス電極Ａ〜Ｄの各１つとの対応する対に容量的に結合する。この印加された入力信号に応答して、センス電極構造５４は、ユーザの指２６が変位可能要素１２に接触したこと、及び、動作領域における変位可能要素１２の位置が変わったこと（または変位可能要素１２の異なる位置）に応答するセンス信号３０を生成する。具体的には、測定システム１６によって生成される測定値の各々は、ターゲット電極５２と対応する周辺センス電極とのそれぞれのオーバーラップの度合い（程度）を示す。さらに、所与の測定サイクル中に生成される測定値の組み合わせは、変位可能要素に加えられた垂直（またはｚ軸）方向の力を示す。
【００４７】
処理システム１８は、測定値３２からディスプレイ制御信号２０を生成する。このプロセスでは、処理システム１８は、測定値３２に基づいて、周辺センス電極Ａ〜Ｄに対するターゲット電極５２の位置を判定する。
【００４８】
Ｂ．測定回路の例示的な実施形態
図１１は、測定回路１６の１実施形態２００を示す。測定回路２００は、駆動増幅器２０２と、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々の出力端子に接続された各測定回路２０４、２０６、２０８、２１０を備える。駆動増幅器２０２は入力信号２８を中央センス電極Ｅを通すように駆動する。図示の実施形態では、入力信号２８は方形波パルスである。測定回路２０４〜２１０の各々は、積分器２１２、２１４、２１６、２１８、フィルタ２２０、２２２、２２４、２２６、及び、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２８、２３０、２３２、２３４を備える。積分器２１２〜２１８の各々は、基準電圧（ＶＲＥＦ）に接続されたそれぞれの正極性入力端子と、それぞれの負帰還ループを介して対応する出力端子に接続されたそれぞれの負極性端子を有する。負帰還ループは、帰還コンデンサＣＦとリセットスイッチを有する。フィルタ２２０〜２２６の各々は、積分器２１２〜２１８の各々の出力をフィルタリングする。アナログ−ディジタル変換器２２８〜２３４の各々は、フィルタ２２０〜２２６の各々からのフィルタリングされた信号出力をサンプリングする。処理システム１８は、アナログ−ディジタル変換器２２８〜２３４によって生成されたディジタル測定値を受け取る。
【００４９】
図１２は、測定システム１６が測定値３２を生成するための方法を１実施形態を示す。この実施形態によれば、測定サイクルのインデックスｋは０に初期化される（図１２のブロック２４０）。各測定サイクルの開始時（図１２のブロック２４２）に、測定サイクルのインデックスが１だけ増分される（図１２のブロック２４４）。測定回路１６は、入力信号ＶＩＮ，Ｋを周辺センス電極ｉと中央センス電極Ｅに印加する（図１２のブロック２４６）。ここで、
【００５０】
【数１】
【００５１】
である。測定回路１６は、次に、測定値ＶＯＵＴ，ｋｉを生成する（図１２のブロック２４８）。測定回路１６は、次に、処理を繰り返す前に次の測定サイクルを待つ（図１２のブロック２４２）。
【００５２】
したがって、各測定サイクルｋの間、プロセッサ１８は、積分器２１２〜２１８のリセットスイッチを閉じて、中央センス電極Ｅに振幅がＶＩＮ，Ｋの方形波パルスを与える。各積分器２１２〜２１８の出力端子は、式（１）によって与えられる電圧ＶＯＵＴ，ｋを生成することになる。
【００５３】
【数２】
【００５４】
ここで、ＣＦは、積分器２１２〜２１８の負帰還ループ内の帰還コンデンサの値である。ＣＥＱ，ｉは、中央センス電極Ｅの（静電）容量ＣＥと、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々の容量Ｃｉとの直列接続の和と等価であり、式（２）によって与えられる。
【００５５】
【数３】
【００５６】
式（１）は、ＣＥＱ，ｉに関して、式（３）に書き換えることができる。
【００５７】
【数４】
【００５８】
ここで、
【００５９】
【数５】
【００６０】
である。したがって、ＶＩＮ、ＶＲＥＦ、ＣＦが既知なので、測定された出力電圧ＶＯＵＴがＣＥＱ，ｉの値を与える。
【００６１】
図１１に示した実施形態では、測定回路２００が中央センス電極Ｅを通るように入力信号２８を駆動し、周辺センス電極Ａ〜Ｄの出力端子から出力されるセンス信号３０を測定する。（図１に示す）測定回路１６の他の実施形態は、周辺センス電極Ａ〜Ｄの各々を通るように入力信号２８を駆動して、中央センス電極Ｅの出力端子から出力されるセンス信号３０を時分割方式で測定することができる。
【００６２】
Ｃ．処理システムの例示的な実施形態
図１３は、処理システム１８が測定信号３２からディスプレイ制御信号２０を生成するための方法の１実施形態を示す。この実施形態によれば、処理システム１８は、(i)座標軸Ｐの一方の側にある周辺センス電極について所与の測定サイクルｋにおいて生成された測定値と、(ii)座標軸Ｐの他方の側にある周辺センス電極について所与の測定サイクルｋにおいて生成された測定値との間の差分値（ΔＰ）を決定する（図１３のブロック２６０）。ここで、たとえば、
【００６３】
【数６】
【００６４】
である。処理システム１８は、所与の測定サイクルｋにおいて生成された全ての測定値の合計に対して差分値（ΔＰ）を正規化して、
【００６５】
【数７】
【００６６】
を生成する（図１３のブロック２６２）。処理システム１８は、正規化された差分値
【００６７】
【数８】
【００６８】
を出力する（図１３のブロック２６４）。座標軸の全てについて決定されているわけではない場合（図１３のブロック２６６）には、処理は、次の座標軸について繰り返される（図１３のブロック２６０〜２６４）。座標軸の全てについて決定された場合には、処理システム１８は、プロセスを繰り返す（図１３のブロック２５８〜２６６）前に次の測定サイクルを待つ（図１３のブロック２６８）。
【００６９】
したがって、図９で画定されるｘ軸及びｙ軸について、処理システムは、式（４）及び（５）にしたがって、差分値Δｘ及びΔｙを決定する。
【００７０】
【数９】
【００７１】
正規化された差分値
【００７２】
【数１０】
【００７３】
は、ＶＲＥＦがゼロ電位に設定されると仮定すれば、式（６）及び（７）にしたがって計算される。
【００７４】
【数１１】
【００７５】
これらの正規化された差分値
【００７６】
【数１２】
【００７７】
をスケーリングして、動作領域における変位可能要素のｘ及びｙ座標に対応する値を生成することができる。式（６）及び（７）にしたがって差分値Δｘ及びΔｙを正規化することにより、ターゲットを傾斜させる傾向がある意図しない力の影響、及び、ターゲット電極とセンス電極を分離するギャップのばらつきが低減される。
【００７８】
図３Ａ〜図８Ｂに関して説明した実施形態では、ターゲット電極は、変位可能電極５６を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を備え、変位可能電極５６は、周囲のターゲット電極構造とは実質的に無関係に、センス電極構造に向かって、及び、センス電極構造から離れるように移動可能である。これらの実施形態のいくつかでは、中央センス電極Ｅは、動作領域内の変位可能要素のそれぞれの位置において変位可能電極５６と完全にオーバーラップする。これらの実施形態では、変位可能電極５６の垂直方向の動きが、中央センス電極Ｅの容量ＣＥのみに影響する。したがって、容量ＣＥは、全ての周辺センス電極についてなされる測定に影響する。その結果、容量ＣＥだけが、変位可能要素のｘ及びｙ座標の決定に最小限の影響を与える。なぜなら、これらの座標は、全容量に対して正規化されるからである。
【００７９】
いくつかの実施形態では、変位可能要素に加えられる垂直（またはｚ軸）方向の力を、測定値３２から全容量（ＣＴ）を求めることによって測定することができる。ＶＲＥＦがゼロ電位に設定されると仮定すれば、ＣＴは式（８）によって与えられる。
【００８０】
【数１３】
【００８１】
処理システム１８は、所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計に基づいて、中央センス電極５６に向かう変位可能電極５６の動きを検出する。具体的には、変位可能電極の垂直方向の変位によって、変位可能電極の下のギャップが減少し、これによって、処理システム１８によって測定される全容量が大きくなる。
【００８２】
図１４は、ユーザが、変位可能電極５６に、時間Ｔ１の間接触力を与え、時間Ｔ２の間選択力を与える場合の全容量ＣＴを時間の関数としてプロットしたグラフである。いくつかの実施形態では、処理システム１８は、所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計が第１の閾値ＣTOUCHを超えたという判定に応答して、変位可能要素に外力が接触した（たとえば、外力が加わり始めた）ことを示す接触状態信号を生成する。処理システム１８はまた、所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計が第１の閾値ＣTOUCHより大きな第２の閾値ＣSELECTを超えたという判定に応答して、選択を行うために変位可能要素が押下されたことを示す選択状態信号を生成する。
【００８３】
Ｖ．結論
本明細書において詳述した実施形態は、意図しない傾ける力、及び、容量性センシング構造全体にわたる意図しないギャップのばらつきを補償するようにして、変位可能要素の位置を容量性センシングすることを含む変位型ポインティングデバイス及び方法を提供する。これらの実施形態のいくつかはまた、水平方向だけでなく垂直方向において変位可能要素に加えられるユーザ入力を高精度で検出可能である。具体的には、これらの実施形態のいくつかは、水平方向の測定と垂直方向の測定との間に大きなクロストークを生じることなく、３次元における変位可能要素の力によって誘起された変位を測定可能である。これらの測定は、変位可能要素に対する有線の電気接続を設けることなく行うことができる。さらに、これらの測定は、動作領域における水平方向の全移動範囲にわたって行うことができる。他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】例示的な動作環境において、変位可能要素、センスシステム、測定システム、及び処理システムを備えるポインティングデバイスの１実施形態を示す図である。
【図２Ａ】図１に示すポインティングデバイスの１実施形態の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すポインティングデバイスを線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取った断面図である。
【図３Ａ】図１に示すセンスシステムのセンス電極構造の１実施形態の上の所定の位置にある、破線で示すターゲット電極の１実施形態の上面図である。
【図３Ｂ】図１に示すセンスシステムのセンス電極構造の１実施形態の上の図３Ａとは異なる位置にある、破線で示すターゲット電極の１実施形態の上面図である。
【図４Ａ】変位可能電極を有するターゲット電極の１実施形態を備えた、図１のポインティングデバイスの１実施形態の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すポインティングデバイスの断面図であり、変位可能電極は、ユーザの指によって加えられた力に応答してセンスシステムに押し付けられるように動かされている。
【図５Ａ】変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を備えるターゲット電極の１実施形態の上面図である。
【図５Ｂ】変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を備えるターゲット電極の１実施形態の底面図である。
【図６Ａ】変位可能電極を有する弾性ターゲット電極の１実施形態を備える、図１のポインティングデバイスの１実施形態の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すポインティングデバイスの断面図であり、ターゲット電極を変形させてセンスシステムの表面領域に密着させている。
【図６Ｃ】図６Bに示すポインティングデバイスの断面図であり、変位可能電極は、ユーザの指によって加えられた力に応答してセンスシステムに押し付けられるように動かされている。
【図７】変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺領域に、個別の類似のセグメントを備えた周辺ターゲット電極構造を有するターゲット電極の１実施形態の底面図である。
【図８Ａ】図１に示す変位可能要素の１実施形態の分解組立図面である。
【図８Ｂ】図１に示す変位可能要素の１実施形態の断面図である。
【図９Ａ】図３Ａ及び図３Ｂに示すセンス電極構造の実施形態の上に重ね合わされた２次元座標系の上面図である。
【図９Ｂ】中央センス電極を囲む３つの周辺センス電極を有するセンス電極構造の１実施形態の上面図である。
【図１０】処理システム、並びに、図３Ａ及び図３Ｂに示すターゲット電極及びセンス電極構造の等価回路に電気的に接続された測定回路のブロック図である。
【図１１】図１に示す測定回路の１実施形態の回路図である。
【図１２】図３Ａ及び図３Ｂに示すターゲット電極及びセンス電極構造に入力信号を与えることによって測定値を取得する方法の１実施形態のフロー図である。
【図１３】図１２の方法にしたがって生成された測定値からディスプレイ制御信号を生成する方法の１実施形態のフロー図である。
【図１４】図１２の方法にしたがって測定サイクル中に測定された全容量（静電容量の合計）を時間の関数としてプロットしたグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポインティングデバイスであって、
中央センス電極を囲む周辺領域において周辺センス電極の配列を有するセンス電極構造と、
前記センス電極構造の上の動作領域内を移動可能な変位可能要素であって、前記センス電極と対向し、かつ、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置において前記中央センス電極の少なくともそれぞれの部分とオーバーラップするターゲット電極を備える、変位可能要素
を備える、ポインティングデバイス。
【請求項２】
前記ターゲット電極は、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置における前記中央センス電極と完全にオーバーラップする、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項３】
前記センス電極は、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置において前記ターゲット電極と完全にオーバーラップするセンス領域全体に延びる、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記ターゲット電極は、変位可能電極を備える中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を有し、前記変位可能電極は、前記周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立して、前記センス電極構造に向かって、及び、前記センス電極構造から離れるように移動可能である、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項５】
前記中央センス電極は、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置において前記変位可能電極と完全にオーバーラップする、請求項４のポインティングデバイス。
【請求項６】
前記中央ターゲット電極構造は、前記変位可能電極を前記周辺ターゲット電極構造に接続する弾性復元機構を備え、前記復元機構は、前記変位可能電極への外力の印加に応答して、前記変位可能電極を平衡位置の方に付勢するよう動作可能である、請求項４のポインティングデバイス。
【請求項７】
さらに、前記ターゲット電極と前記センス電極構造の間に誘電体スペーサを備える、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項８】
前記誘電体スペーサは、前記センス電極構造に対向する前記ターゲット電極のそれぞれの隔置された表面領域に取り付けられた個別の誘電体フィルムから構成され、前記誘電体フィルムは、前記センス電極構造の表面上を摺動自在である、請求項７のポインティングデバイス。
【請求項９】
前記個別の誘電体フィルムの各々は、前記ターゲット電極の周辺の表面領域と、前記ターゲット電極の少なくとも１つの中央の表面領域に取り付けられる、請求項８のポインティングデバイス。
【請求項１０】
前記ターゲット電極は、弾性を有しており、前記変位可能要素に加えられ、かつ、前記ターゲット電極を前記センス電極構造に近接させるように付勢する力に応答して、前記センス電極構造の表面領域に適合する、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項１１】
前記ターゲット電極は、個別のセグメントからなる周辺ターゲット電極構造によって囲まれた中央ターゲット電極構造を有し、前記個別のセグメントは、前記センス電極構造の表面領域に個別に適合する、請求項１０のポインティングデバイス。
【請求項１２】
変形させられていない状態では、前記周辺ターゲット電極構造のセグメントの各々は、前記センス電極構造に向かって曲げられる、請求項１１のポインティングデバイス。
【請求項１３】
前記センス電極に結合された測定回路であって、前記ターゲット電極と前記センス電極の各々との間のオーバーラップの度合いを示す測定値を生成するよう動作可能な測定回路をさらに備える、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項１４】
所与の測定サイクルにおいて、前記測定回路は、前記対応する周辺センス電極と前記中央センス電極にそれぞれの入力信号を印加することによって、前記周辺センス電極の各々についての測定値を生成するよう動作可能であり、前記測定値の各々は、前記ターゲット電極と前記対応する周辺センス電極との間のそれぞれのオーバーラップの度合いを示す、請求項１３のポインティングデバイス。
【請求項１５】
前記測定値からディスプレイ制御信号を生成するよう動作可能な処理システムをさらに備える、請求項１４のポインティングデバイス。
【請求項１６】
前記処理システムは、(i)前記動作領域に関して画定された座標軸の一方の側のみにおいて画定された位置を有する周辺センス電極について、前記所与の測定サイクルにおいて生成された測定値と、(ii)前記座標軸の他方の側のみにおいて画定された位置を有する周辺センス電極について、前記所与の測定サイクルにおいて生成された測定値との間の差分値を求め、かつ、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計に対して前記差分値を正規化することによってそれぞれの変位値を求めるよう動作可能である、請求項１５のポインティングデバイス。
【請求項１７】
前記ターゲット電極は、中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を有し、該中央ターゲット電極構造は、前記周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立して、前記センス電極構造に向かって、及び、前記センス電極構造から離れるように移動可能な変位可能電極を有し、
前記処理システムは、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての前記測定値の合計に基づいて、前記中央センス電極に向かう前記変位可能電極の動きを検出するよう動作可能であることからなる、請求項１５のポインティングデバイス。
【請求項１８】
前記処理システムは、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての前記測定値の合計が第１の閾値を超えたという判定に応答して、変位可能要素に外力が接触したことを示す接触状態信号を生成するよう動作可能であることからなる、請求項１７のポインティングデバイス。
【請求項１９】
前記処理システムは、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての前記測定値の合計が前記第１の閾値より大きな第２の閾値を超えたという判定に応答して、選択を行うために前記変位可能要素が押下されたことを示す選択状態信号を生成するよう動作可能であることからなる、請求項１８のポインティングデバイス。
【請求項２０】
前記ターゲット電極は、変形されていない平衡状態では概ね凸状であり、前記ターゲット電極が、印加された力によって前記センス電極構造に近接するように付勢されているバイアスされた状態では概ね平坦であり、
前記処理システムは、前記ターゲット電極が前記平衡状態から前記バイアスされた状態まで動く間に前記測定回路によって生成された測定値から、外力が前記変位可能要素に接触したことを示す接触状態信号を生成するよう動作可能であることからなる、請求項１５のポインティングデバイス。
【請求項２１】
前記ターゲット電極は、変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を有し、前記変位可能電極は、前記周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立して、前記センス電極構造に向かって、及び、前記センス電極構造から離れるように移動可能であり、前記処理システムは、前記周辺ターゲット電極構造が前記センス電極構造に近接するように付勢された後において、前記中央ターゲット電極構造が前記センス電極構造に向かって動いている間に前記測定回路によって生成された測定値から、選択を行うために前記変位可能要素が押下されたことを示す選択状態信号を生成するように動作可能である、請求項２０のポインティングデバイス。
【請求項２２】
中央センス電極手段を囲む周辺領域において周辺センス電極手段の配列を備えるセンス電極構造手段と、
前記センス電極構造の上の動作領域内を移動するための変位可能要素手段であって、前記センス電極手段に対向し、かつ、前記動作領域内の前記変位可能要素手段の各位置において前記中央センス電極手段の少なくともそれぞれの部分とオーバーラップするターゲット電極手段を有する変位可能要素手段
を備える、ポインティングデバイス。
【請求項１】
ポインティングデバイスであって、
中央センス電極を囲む周辺領域において周辺センス電極の配列を有するセンス電極構造と、
前記センス電極構造の上の動作領域内を移動可能な変位可能要素であって、前記センス電極と対向し、かつ、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置において前記中央センス電極の少なくともそれぞれの部分とオーバーラップするターゲット電極を備える、変位可能要素
を備える、ポインティングデバイス。
【請求項２】
前記ターゲット電極は、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置における前記中央センス電極と完全にオーバーラップする、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項３】
前記センス電極は、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置において前記ターゲット電極と完全にオーバーラップするセンス領域全体に延びる、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記ターゲット電極は、変位可能電極を備える中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を有し、前記変位可能電極は、前記周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立して、前記センス電極構造に向かって、及び、前記センス電極構造から離れるように移動可能である、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項５】
前記中央センス電極は、前記動作領域内の前記変位可能要素の各位置において前記変位可能電極と完全にオーバーラップする、請求項４のポインティングデバイス。
【請求項６】
前記中央ターゲット電極構造は、前記変位可能電極を前記周辺ターゲット電極構造に接続する弾性復元機構を備え、前記復元機構は、前記変位可能電極への外力の印加に応答して、前記変位可能電極を平衡位置の方に付勢するよう動作可能である、請求項４のポインティングデバイス。
【請求項７】
さらに、前記ターゲット電極と前記センス電極構造の間に誘電体スペーサを備える、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項８】
前記誘電体スペーサは、前記センス電極構造に対向する前記ターゲット電極のそれぞれの隔置された表面領域に取り付けられた個別の誘電体フィルムから構成され、前記誘電体フィルムは、前記センス電極構造の表面上を摺動自在である、請求項７のポインティングデバイス。
【請求項９】
前記個別の誘電体フィルムの各々は、前記ターゲット電極の周辺の表面領域と、前記ターゲット電極の少なくとも１つの中央の表面領域に取り付けられる、請求項８のポインティングデバイス。
【請求項１０】
前記ターゲット電極は、弾性を有しており、前記変位可能要素に加えられ、かつ、前記ターゲット電極を前記センス電極構造に近接させるように付勢する力に応答して、前記センス電極構造の表面領域に適合する、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項１１】
前記ターゲット電極は、個別のセグメントからなる周辺ターゲット電極構造によって囲まれた中央ターゲット電極構造を有し、前記個別のセグメントは、前記センス電極構造の表面領域に個別に適合する、請求項１０のポインティングデバイス。
【請求項１２】
変形させられていない状態では、前記周辺ターゲット電極構造のセグメントの各々は、前記センス電極構造に向かって曲げられる、請求項１１のポインティングデバイス。
【請求項１３】
前記センス電極に結合された測定回路であって、前記ターゲット電極と前記センス電極の各々との間のオーバーラップの度合いを示す測定値を生成するよう動作可能な測定回路をさらに備える、請求項１のポインティングデバイス。
【請求項１４】
所与の測定サイクルにおいて、前記測定回路は、前記対応する周辺センス電極と前記中央センス電極にそれぞれの入力信号を印加することによって、前記周辺センス電極の各々についての測定値を生成するよう動作可能であり、前記測定値の各々は、前記ターゲット電極と前記対応する周辺センス電極との間のそれぞれのオーバーラップの度合いを示す、請求項１３のポインティングデバイス。
【請求項１５】
前記測定値からディスプレイ制御信号を生成するよう動作可能な処理システムをさらに備える、請求項１４のポインティングデバイス。
【請求項１６】
前記処理システムは、(i)前記動作領域に関して画定された座標軸の一方の側のみにおいて画定された位置を有する周辺センス電極について、前記所与の測定サイクルにおいて生成された測定値と、(ii)前記座標軸の他方の側のみにおいて画定された位置を有する周辺センス電極について、前記所与の測定サイクルにおいて生成された測定値との間の差分値を求め、かつ、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての測定値の合計に対して前記差分値を正規化することによってそれぞれの変位値を求めるよう動作可能である、請求項１５のポインティングデバイス。
【請求項１７】
前記ターゲット電極は、中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を有し、該中央ターゲット電極構造は、前記周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立して、前記センス電極構造に向かって、及び、前記センス電極構造から離れるように移動可能な変位可能電極を有し、
前記処理システムは、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての前記測定値の合計に基づいて、前記中央センス電極に向かう前記変位可能電極の動きを検出するよう動作可能であることからなる、請求項１５のポインティングデバイス。
【請求項１８】
前記処理システムは、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての前記測定値の合計が第１の閾値を超えたという判定に応答して、変位可能要素に外力が接触したことを示す接触状態信号を生成するよう動作可能であることからなる、請求項１７のポインティングデバイス。
【請求項１９】
前記処理システムは、前記所与の測定サイクルにおいて生成された全ての前記測定値の合計が前記第１の閾値より大きな第２の閾値を超えたという判定に応答して、選択を行うために前記変位可能要素が押下されたことを示す選択状態信号を生成するよう動作可能であることからなる、請求項１８のポインティングデバイス。
【請求項２０】
前記ターゲット電極は、変形されていない平衡状態では概ね凸状であり、前記ターゲット電極が、印加された力によって前記センス電極構造に近接するように付勢されているバイアスされた状態では概ね平坦であり、
前記処理システムは、前記ターゲット電極が前記平衡状態から前記バイアスされた状態まで動く間に前記測定回路によって生成された測定値から、外力が前記変位可能要素に接触したことを示す接触状態信号を生成するよう動作可能であることからなる、請求項１５のポインティングデバイス。
【請求項２１】
前記ターゲット電極は、変位可能電極を有する中央ターゲット電極構造を囲む周辺ターゲット電極構造を有し、前記変位可能電極は、前記周辺ターゲット電極構造とは実質的に独立して、前記センス電極構造に向かって、及び、前記センス電極構造から離れるように移動可能であり、前記処理システムは、前記周辺ターゲット電極構造が前記センス電極構造に近接するように付勢された後において、前記中央ターゲット電極構造が前記センス電極構造に向かって動いている間に前記測定回路によって生成された測定値から、選択を行うために前記変位可能要素が押下されたことを示す選択状態信号を生成するように動作可能である、請求項２０のポインティングデバイス。
【請求項２２】
中央センス電極手段を囲む周辺領域において周辺センス電極手段の配列を備えるセンス電極構造手段と、
前記センス電極構造の上の動作領域内を移動するための変位可能要素手段であって、前記センス電極手段に対向し、かつ、前記動作領域内の前記変位可能要素手段の各位置において前記中央センス電極手段の少なくともそれぞれの部分とオーバーラップするターゲット電極手段を有する変位可能要素手段
を備える、ポインティングデバイス。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−９７５７９（Ｐ２００８−９７５７９Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１８６４７２（Ｐ２００７−１８６４７２）
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８６４７２（Ｐ２００７−１８６４７２）
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
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