JP4017595B2 - 移動電話キーマットの後ろに近接感知タッチパッドを配置するシステム - Google Patents

Description

本発明は一般に、タッチパッドおよび移動電話に関する。詳細には本発明は、タッチパッドを、移動電話のキーパッドの下に配置されていながら作動させることができるように構成することに関し、ユーザはキーマット上のキーを一般のやり方で押すことによってキーパッドを操作し、キーマット下に配置されているタッチパッドを稼動させ、それによって移動電話でディスプレイの操作を行って移動電話でカーソル、スクロールバー、および英数字データ入力の制御を行えるようにする。

本明細書は、２００１年６月６日出願の米国仮特許出願第６０／２９６，４１４号に含まれるすべての主題に対する優先権を主張し、これを参照により組み込む。また、本明細書は、２０００年６月２２出願の第０９／６０３，４１７号、２００１年１月１１日出願の第０９／７５９，６０９号、２０００年９月７日出願の第０９／６５６，５２２号の４つの同時係属の米国出願に含まれるすべての主題に対する優先権を主張し、これらを参照により組み込む。

携帯用情報機器は、一例としてセル方式電話、セル式電話、移動電話など（以下、まとめて「移動電話」と呼ぶ）普及している多くの名前によって知られている携帯用通信装置を含む。移動電話は、現在、単に音声通信だけではないより多くのサービスを提供することができる。たとえば移動電話は、現在、インターネットにアクセスしてＷｅｂをブラウズし、電子メールを使用するなどのデータサービスを提供する。こうしたサービスは、それらを提供するインフラストラクチャがより広く普及するにつれてユビキタスになりつつある。

こうしたデータサービスの使用を阻むいくつかの問題がある。こうした移動電話は小さい装置であるため、データ入力及び、表示制御技術を実施するための表面スペースがない。移動電話は一般に、英数字データ入力および表示制御の主要ソースとしてキーパッドに依存せざるをえない。残念なことに、経験によって、すべてのタイプのデータ入力および表示制御にキーパッドを使用することは、非効率的で、遅く、扱いにくく、ユーザにフラストレーションを起こさせるということがわかっている。したがって、移動電話のＷｅｂブラウザなどグラフィカルインターフェースを容易に操作でき、電子メールを送信するためにワードプロセッサでテキストを迅速に入力できる能力が大いに望まれているが、それが満たされていない。

したがって、移動電話などの携帯用情報機器で迅速なデータ入力およびグラフィカル表示制御を可能にするシステムを提供することが先行技術より勝る利点である。理想的には、このシステムがタッチパッドおよび関連のタッチパッド機能を提供しながら、このシステムによって移動電話がその従来のキーパッドを維持することができる。しかしこのシステムは、個別のタッチパッド面を必要としない。したがってこのシステムは、移動電話の外観を変えることなくタッチパッドを組み込む。タッチパッドは、キーマットの下に配置され、スイッチまたは他の稼働手段によって稼働することができる。

あるいは、タッチパッドは、表示画面の下、あるいはユーザが指をその表面上で走らせることができる移動電話本体のある部分の下に配置することができる。重要なことは、タッチパッドが近接感知によって作動し、したがってタッチパッドに直接接触して作動させる必要がないことである。タッチパッドがポインティングオブジェクトを検出することができる面は、キーパッドのキーマット、ＬＣＤ表示画面、または触れることで容易にアクセス可能な携帯用情報機器本体の一部とすることができる。

本発明の目的は、キーパッドのキーマットの下に配置されていながらタッチパッド機能を提供することができる近接感知タッチパッドを提供することである。
本発明の別の目的は、キーマット上の各キーの柱状部がタッチパッドの相互静電容量センサ（ｍｕｔｕａｌｌｙ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）電極グリッドを通過するような近接感知タッチパッドを提供することである。

本発明の別の目的は、相互静電容量センサ上の電極の間隔を変えて、柱状部が電極グリッドを通過できるようにすることである。
本発明の別の目的は、タッチパッドを貫通して配置されている開口部の周囲の一部の電極を曲げ、あるいは斜めにして、機械スイッチが作動できるようにすることである。

本発明の別の目的は、センサアルゴリズムを変更して、タッチパッド上の電極における変更された間隔、および曲げまたは角度を補償することである。
本発明の別の目的は、スクロール機構として専用機能を提供する個別タッチパッドを提供することである。

本発明の別の目的は、移動電話に、閉じることができるカバーがある場合、移動電話が閉じられたときにアクセス可能に配置されるような個別のタッチパッドを提供することである。

好ましい一実施形態では、本発明は、移動電話のキーパッドのキーマットのすぐ下に配置されている近接ベースの相互静電容量感知タッチパッドであって、各キーと関連付けられている柱状部が、タッチパッド検出、およびキーパッド面に沿って移動するポインティングオブジェクトの追跡を妨害しないようにタッチパッドの相互静電容量感知センサ電極グリッドを通過し、それによってキーパッドの柱状部でタッチパッド下の機械スイッチを作動させる移動電話のディスプレイにおいてタッチパッドデータ入力、カーソル制御、およびスクロールバー制御を行えるようになる。

本発明の第１の特徴では、近接ベースの相互静電容量感知タッチパッドの電極グリッドが可撓性の非導電性基板材料上に配置されている。
本発明の第２の特徴では、キーパッドの柱状部がそれを通って上下に移動できるようにするために、基板材料を貫通する穴が配置されている。

本発明の第３の特徴では、近接ベースの相互静電容量感知タッチパッドは、スリープモード、およびアクティブモードで動作し、それによって電力を保持し、キーが使用中のときに望ましくないタッチパッド動作を防止するようにする。

本発明の第４の特徴では、電極グリッドは、金属の薄片のＣａｐｔｏｎ ＧｌｉｄｅＳｅｎｓｏｒ上にエッチングされた銅からなる。
本発明の第５の特徴では、近接ベースの相互静電容量感知タッチパッドは、タップ、ダブルタップ、スクロール制御、およびカーソル制御を提供する。

本発明の第６の特徴では、タッチパッドはポインティングオブジェクトとタッチパッドの間の距離の変化によって影響を受けず、ポインティングオブジェクトがタッチパッドの性能に影響を与えることなくキーの上、およびキーの間を移動できるようにする。

本発明の第７の特徴では、個別タッチパッドが移動電話の横縁に沿って配置されて専用のスクロール機能を提供する。
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、利点、および代替の特徴は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて考察することによって当業者には明らかになるであろう。

次に、本発明の様々な要素に指示番号を付した図面を参照して、当業者が本発明を作成し、使用できるようにするように本発明を説明する。以下の説明は、本発明の原理の例にすぎず、特許請求の範囲を制限するものとしてみなされるべきではないことを理解されたい。

本発明の現時点で好ましい実施形態は、移動電話のキーパッドのキーマットのすぐ下に配置されている近接ベースの相互静電容量感知タッチパッドである。各キーに関連付けられているキーパッドの柱状部は、タッチパッド検出、およびキーパッド面に沿って移動するポインティングオブジェクトの追跡を妨害しないようにタッチパッドの電極グリッドを通過する。キーパッドのキーは、第１のタイプのユーザ入力を提供する。タッチパッドは、移動電話のディスプレイにおいてデータ入力、カーソル制御、およびスクロールバー制御を提供することができる。したがって、タッチパッドは、第２のタイプのユーザ入力を提供する。キーパッドのキーは、別個の入力を英数字の形で提供する。それとは対照的に、タッチパッドは、インピーダンス感知手段である。より具体的には、タッチパッドは、相互静電容量感知技術を使用してその表面上の指の位置を判定する。

図１は、一般の移動電話１０を示す透視図である。破線１２は、複数のキー２０の下に配置されているタッチパッドのおおよその位置を示す。複数のキー２０は、硬質ハウジング１４の下に配置されているキーマット２２（図示せず）の唯一の可視部分である。キーマット２２は、キーパッド１８の第１の層である。キーパッド１８は、複数のキー２０が対応する機械スイッチを作動させることができるすべての構成要素を含み、本発明ではタッチパッドも含んでおり、それに一体的に配置されている。移動電話は、表示画面８を含んでおり、また何らかの外部アンテナ（図示せず）を含んでいてもよい。移動電話内には、再充電可能なバッテリなどの電源、および電話およびタッチパッド用の電子回路が配置されている。

図２は、キーパッド１８の一部の近接拡大側面断面図である。この図は、キーマット２２の一部である複数のキー２０の単一のキーを示している。キー２０は、一般に変形可能なゴム状材料である。しかし、キー２０は、剛性材料で形成することもできる。重要なことは、キー２０に使用される材料がタッチパッドの作動を妨害しないことである。言い換えれば、キー２０は、タッチパッドの電極グリッド間の相互静電容量の検出、および指などのポインティングオブジェクトによって引き起こされる相互静電容量の変化を妨害すべきではない。

キー２０は、キーが押されたときに機械スイッチ３２を作動させるために使用する柱状部（ポスト）２４を含む。キー２０は、所望のどんな形状でもよい。注意すべきことは、キー２０は、一般に、硬質ハウジング１４を貫通して外側に、わずかに上に突出するように隆起した形状であることである。あるいは、キー２０を硬質ハウジング１４の表面と同じ高さにすることはできるが、この構成は、ユーザによりよいフィードバックを提供するためにおそらく回避される。別の代替は、キーマット２２を覆うための硬質ハウジングの表面無しに、キーマット２２を露出させることである。

機械スイッチ３２の作動は、柱状部２４がその上に配置されているドーム状構造部材３６上に押し下げられたときに達成される。ドーム状部材３６は、柱状部２４を休止または非稼動位置に押し戻すためのばねとしても機能する。柱状部２４は、ドーム状部材３６上に載る、あるいはそれに隣接する。したがってドーム状部材３６は、機械スイッチの作動によって望ましい触感応答を提供する。

一般に、キーマット２２は、その面を貫通する開口部を備えていない構造である。その代わり、キーマット２２は、複数のキー２０が配置される位置を提供するように形成される。したがって、複数のキー２０のそれぞれは、一般に、キーマット２２に接合されるか、そうでない場合は融着される個別の構成要素である。しかし、この構成は、限定されるものとみなされるべきではなく、一体キー２０を有するキーマット２２を形成することができる。別の代替では、キーマット２２を完全に排除して、個々のキーにはそれらをいっしょに保持する構造物がないものとする。

図２では、タッチパッド２６は、キーマット２２のすぐ下に配置されている。複数の開口部２８がタッチパッド２６を貫通して配置されており、複数のキー２０のそれぞれに接続されている柱状部２４がそこを通過することができる。タッチパッド２６の構造は、他の図で詳しく説明する本発明の新規な特徴である。

タッチパッド２６の下に配置されているのがスイッチ基板３０である。スイッチ基板３０は一般に、プリント回路基板（ＰＣＢ製）などの剛性材料である。図２は、スイッチ基板３０に配置されている機械スイッチ３２を示している。また、スイッチ基板３０上には、機械スイッチ３２およびドーム状部材３６に隣接するＬＥＤ３４も配置されている。スイッチ基板上の複数のＬＥＤ３４は、一般に複数のキー２０を通して見える照明を提供する。したがって、キー２０は、透明、または少なくとも半透明であり、それによってＬＥＤからの照明をそれを介して見ることができる。照明が可視となるように、キー２０が配置されているキーマット２２の少なくとも一部も透明または半透明であることを理解されたい。

図２において認識すべき重要なことは、移動電話を使用可能にするために、キー２０が機械スイッチ３２を容易に作動可能にしなければならないことである。言い換えれば、タッチパッドは、複数のキー２０の動作を妨害すべきではない。しかし、タッチパッドの機能を提供するために、タッチパッド２６は、キーマット２２およびキー２０のできるだけ近くに配置する必要がある。この好ましい実施形態では、本発明の新規な特徴は、開口部２８が図２に示すキーパッド１８の構成を動作可能にすることである。

移動電話にタッチパッド機能を提供するために、複数のキー２０、柱状部２４、タッチパッド２６を貫通し対応する開口部２８、および機械スイッチ３２が必要である。これらの構造物は、図３に示すように配置されている。

図３は、キーパッド１８の一部の近接側面断面図であり、柱状部２４を有するキー２０が、タッチパッド２６を貫通する開口部２８上に配置されている。柱状部２４は、ドーム状部材３６に隣接するか、あるいはその上に配置されている。図に示したスイッチ基板３０は、ドーム状部材３６を柱状部２４によって作動できるように、間隙４０によってある距離離して配置されている。

本発明の別の重要かつ新規な特徴は、ＬＥＤ３４によって提供される照明がキー２０を介して可視となるようにするために、タッチパッド２６の介在基板もまた透明、または少なくとも半透明でなければならないことである。さらに、タッチパッドに使用される材料は、照明以外のいくつかの理由のために重要である。

ＬＥＤ以外に使用可能な照明の方法があることが認められている。たとえば、移動電話にエレクトロルミネセント照明を使用してもよい。しかし、タッチパッドを貫通するのと同じエレクトロルミネセント照明を貫通する開口部を提供する必要がある。現在使用されている製造方法によれば、これは困難である。しかし、複数の別個のエレクトロルミネセントパネルをタッチパッド２６の下に配置することができる。

現時点で好ましい実施形態では、使用中のタッチパッドは、ＣＩＲＱＵＥ（商標）社のＧＬＩＤＥＳＥＮＳＯＲ（商標）技術から来ている。この技術は、相互静電容量感知タッチパッドのセンサグリッドに用いる可撓性基板を提供する。この可撓性基板は、たとえばキーマット２２の下など、弓状面に従うことができるだけではなく、わずかに変形することもできる。このことは重要である。というのは、キー２０が押され、その結果柱状部２４がドーム状部材３６を押し下げ、機械スイッチ３２を作動させているとき、キー２０の縁３８がタッチパッド２６を押し、わずかに変形させているからである。タッチパッド２６のこの動きは、それに配置されている電極に起こり得る損傷を低減するために、最小限に抑える必要がある。

ＧＬＩＤＥＳＥＮＳＯＲ（商標）のタッチパッド２６は、移動電話のタッチパッドの正常な動作にとって重要な別の機能を提供する。タッチパッド２６は、近接感知を提供している。近接感知は、複数のキー２０上、またはキーの間のスペース上にあるポインティングオブジェクトを検出する能力である。したがって近接感知は、タッチパッド２６の感知面への直接の接触無しにポインティングオブジェクト、この場合は指を検出する能力である。

ＧＬＩＤＥＳＥＮＳＯＲ（商標）は、同時係属の米国出願に記載したこの増強されたｚ軸近接感知能力を提供するのに唯一適している。基本的に、タッチパッドのダイナミックレンジの増大は、タッチパッド回路の中心にある集積回路によって提供される。ダイナミックレンジの増大は、より正確なアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器が使用されているため、最も小さい測定ビットを捨てる必要がないなど、根本的ないくつかの理由のために可能となる。より具体的には、Ａ／Ｄ変換器自体の内部のノイズが、信頼できるとみなすことができない測定データを捨てなければならない原因であると判断されていた。したがって、タッチパッド回路内の電子ノイズの低減に使用する技術によって、性能の大幅な向上がもたらされた。

別の要因は、Ａ／Ｄ変換器の結果として生じた予期せぬ結果である。具体的には、測定示度または測定回路によって得られた「サンプリング」の数が２倍され、それによってＡ／Ｄ変換器のノイズの低減をもたらすことができる。

ともに、Ａ／Ｄ変換器のノイズの低減、および測定回路のサンプル数の２倍の増加が組み合わさって、タッチパッド感知回路の精度の少なくとも４倍の増加がもたらされる。
別の要因は、本発明が相互静電容量感知技術を使用することである。この技術の１つの特定の利点は、電極グリッドが個別のＸ電極およびＹ電極からなることであり、ＣＩＲＱＵＥ（商標）社の米国特許第５，３０５，０１７号、第５，５６５，６５８号、および第５，８６１，８７５号で、この技術は十分確立されたアースを有することに依存しないことが教示されている。相互静電容量によって、ＸとＹの電極の間の静電容量を変化させる指の検出が可能になる。アースは、その測定方法では重要ではない。したがって、相互静電容量技術の利点と組み合わされたタッチパッド感度の向上によって、ＣＩＲＱＵＥ（商標）のタッチパッドが正確な近接感知を達成できるようになる。

移動電話の環境において動作するように、本発明のタッチパッド技術を大幅に変更する必要があったことを認識することが重要である。
１つの変更は、タッチパッドの基板に使用されている材料である。一般の相互静電容量感知タッチパッドは、ＸおよびＹの電極グリッドからなる。同時係属の米国出願で教示されているように、本発明の電極グリッドは、可撓性の非導電性材料上に形成されている。この目的に使用できる製品がいくつか市販されている。しかし、プラスチックまたはＭＹＬＡＲ（商標）でさえも使用することができる。

より具体的には、材料については、本発明は、可撓性基板を必要とし、この役割を果たすためにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用している。しかし、ＰＥＴは一般に透明ではない。一般に濃い琥珀色のような材料であり、タッチパッドに使用した場合、キーを照らすのに十分な光を通すことができない。したがって、現時点で好ましい実施形態では、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）など透き通る、あるいはより透明なフィルムを基板に使用する。したがって、適切な透過特性を有するポリエステルまたはポリイミドフィルムなど適切な特性を有する任意のフィルムを使用することができる。

現時点で好ましい実施形態におけるタッチパッド基板の別の重要な特性は、はんだ付けできることである。電気コネクタおよび／または構成要素を直接タッチパッド基板材料にはんだ付けすることが望ましい。ＰＥＴは、一般にはんだのものより低い融点を有する。しかし、ＰＥＮは、はんだよりわずかに高いより高い温度係数を有しており、タッチパッド基板に使用することができる。

タッチパッド基板の別の有利な特性は、キーマット２２の底面に厳密に従うように、可撓性を提供するのに十分薄い必要があるということである。したがって、タッチパッド基板は、望ましい透過特性、温度係数、可撓性を有し、薄く、非導電性である必要がある。

電極グリッドは、当業者によく知られており、上記のＣＩＲＱＵＥ（商標）の特許で説明した様々な方法で形成することができる。図４は、先行技術を示しており、Ｘグリッド５０が何らかの誘導絶縁材料によってＹグリッド５２から離れて配置されている。したがって、Ｘグリッド５０は第１の基板５４上に配置することができ、Ｙグリッド５２は第２の基板５６上に配置することができ、第１の基板が第２の基板に結合されて、上側の基板５６が介在する誘導絶縁材料を形成している。

より具体的には、本発明では、図５は、タッチパッド２６の現時点で好ましい実施形態、およびレイアウト特性を示すために提供されている。図５は、現時点で好ましい実施形態のタッチパッド２６の断面側面図である。ベース基板には第１の電極グリッド層６２が配置されている。これがＸまたはＹのグリッドとなり得る。次の層は、当業者によく知られている誘導絶縁材料６４である。次いで第２の電極グリッド６６が誘導絶縁材料６４の上部に配置されている。別の絶縁・保護層６８は一般に、単に損傷を防ぐためだけに第２の電極グリッド６６の上部に配置されている。この保護層６８は一般に、電極グリッド層６２、６６の間に使用されている同じ誘導絶縁材料である。

電極グリッド層６２および６６を基板６０および誘導絶縁材料６４上に配置するプロセスが同時係属の米国出願に教示されている。しかし、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）など導電性インクのシルクスクリーン印刷によるものと手短に述べることができる。しかし、ＰＥＮまたは他の同様のフィルムを基板６０として使用することによって、基板６０の片側に銅をエッチングし、もう一方に導電性インクを印刷することも可能である。次いで基板の貫通穴を使用して、電極グリッドを銅トレースに接続することができる。銅をエッチングできる能力によって、基板６０上に直接配置することもできる電子構成要素への接続を可能にし、ボード外の電子装置に結合する手段を設ける必要性をなくすことができる。

次に本発明の重要な特徴を以下の図に示すことができる。図６から始まり、この図は電極グリッドの１つの平面図を示す。単に例示のために、これをＹ電極グリッド層６２と呼ぶ。Ｙ電極グリッド７０は、図に示すように様々な電極指からなる。電極グリッド７０は、接地された環状電極７２によって囲まれており、ノイズ干渉を低減する。

ＣＩＲＱＵＲ（商標）社によって製造されている前述のタッチパッドと異なるＹ電極グリッド層６２上の重要な新しい特徴は開口部２８である。移動電話１０のキーパッド１８上のキー２０ごとに開口部２８がある。したがって、開口部１８の正確な配置および数は、使用されている移動電話のスタイルおよびキーパッド１８のレイアウトに応じて異なり得る。この実装形態の２１個のキーは、例として示したにすぎない。さらに、列および行の数は必要に応じて調整することができる。

Ｙ電極グリッド７０の重要な特徴は、その一部がまっすぐではないことである。電極７０のうちの２つは、開口部２８の周りで強制的に曲げられる。非直線部分を有する電極を備えるタッチパッド２６の性能は、大幅に影響を受ける可能性がある。都合のよいことに、本発明は、非直線部分を有する電極を補償することができる。これは、オフセットを使用して達成することができる。

オフセットとは、既知のインデックス位置の機能である。たとえば、一般のＣＩＲＱＵＥ（商標）タッチパッドは、１２×１６の電極グリッドを使用する。これは、指の位置を判定するための１９２の未処理のインデックス位置を提供する。移動電話の寸法はより小さいため、ＸおよびＹの電極グリッド層６２および６６において電極の総数を低減する必要がある。好ましい実施形態では、電極グリッドは現在６×８電極である。この実施形態では、８個のＹ電極７０および６個のＸ電極７４がある。これは、一般のＣＩＲＱＵＥ（商標）タッチパッドに比べて、タッチパッド２６上の指の位置を判定するのに使用する未処理のインデックス位置の総数が１／４（６×８＝４８）であることを意味する。この状況によって、それが動作することができるエリアのサイズが制限されるため、タッチパッドの実装がより難しくなる。

図７は、Ｘ電極グリッド層６６の平面図を示す図である。Ｘ電極７４が図に示すように配置されている。
注意すべき重要な特徴は、Ｙ電極７０の一部が非直線であることだけではなく、Ｙ電極７０とＸ電極７４の間の間隔が均一ではないことである。非直線のＹ電極と同様に、このことによって、タッチパッド２６の性能が低下する。補償するために、オフセットを使用する同じ技術を使用する必要がある。これは、電極の非直線部分の位置、およびすべての電極の間の間隔がわかっているために可能であるにすぎない。したがって、オフセットは、開口部２８の周りの特定の電極の間隔および曲げに応じて異なることになる。タッチパッド上の指の位置を正確に判定するためにこうしたオフセットを提供することができるこの特徴は、本発明の新規な特徴である。

図８は、重なるすべての電極層６２、６６がタッチパッド基板６０上に配置された後のタッチパッドの外観を示すために提供されている。図６、図７、および図８のスケールは実寸法ではないことを理解されたい。電極グリッド層６２、６６は、見やすくするために拡大している。言及してはいないが、タッチパッドの一部は、電極グリッド層６２、６６に結合されているタッチパッド回路である。タッチパッド回路は、電極グリッド層６２と６６の間の相互静電容量を妨害する任意の乱れを検出し、その場所を突き止めるように設計されている。この概念は、親出願、および上記のＣＩＲＱＵＲ（商標）社の特許で説明されている。

本発明の重要な特徴は、タッチパッド機能を移動電話にもたらすことである。この機能は、スケール、タップ、ダブルタップ、およびカーソル制御を実行する機能を含む。この機能はすべて、タッチパッド２６の一部であり、移動電話の用途では新しい。

図９は、移動電話７８の異なる物理構成を示す図である。移動電話７８は、ベース部分８０、およびカバー部分８２を有する。カバー部分８２は一般に、ここに示したＬＣＤ表示画面８４などの表示画面を含む。ベース部分８０は一般に、キーパッド８６を含む。あるいは、異なるタイプの表示画面技術を使用することができる。これは、代替実施形態においてタッチパッド２６をこの表示画面の背後により容易に配置することができる場合に有利となり得る。他の表示画面技術は、プラズマディスプレイ、および電子インクディスプレイを含む。

この図を提供するのは、移動電話の複数の場所において何らかのタッチパッド機能を提供することが望ましいためである。たとえば、図９および図１０に示す移動電話は、カバー部分９２が閉じた状態では、後部９０に小さいＬＣＤ表示画面８８を含む。表示画面８８を使用して、たとえば、発呼者の識別、または他の何らかの移動電話機能を示す。理解すべき重要なことは、このタイプの移動電話７８を使用するときに、表示画面８８上でいくつかのタッチパッド機能を行うのに移動電話を開く必要がないことがしばしば望ましい。

別の例では、表示画面を使用して、メモリに格納されている電話ディレクトリ内の電話番号表にアクセスすることができる。タッチパッドは、スクロールには非常に便利な方法である。しかし、機械スクロールホイールが望ましくない瞬間に容易に作動するおそれがある。さらに、機械スクロールホイールの内部機械機構は、要素に対して開放されているため、信頼性が問題となる。それとは対照的に、指を使用してそれをわたって移動することを必要とするタッチパッドを作動させることはより難しい。さらに、タッチパッドの電子回路が硬質ハウジング１４の内部に隠されている。

したがって、本発明の別の特徴は、限定されたタッチパッド機能を有し、キーマット２２の下のタッチパッド２６から離れた小さいタッチパッドを提供することである。たとえば、図に示す小さいタッチパッド９２は、移動電話７８の縁または側面に沿って配置されている。このタッチパッド９２は、表示画面８８のスクロール機能を提供することができる。タッチパッド９２は、硬質ハウジング１４と同じ高さに配置する、または硬質ハウジングの下に配置することができる。次いで硬質ハウジング１４上に何らかの線を描くことによって、タッチパッド９２の位置を示す。ユーザは単にタッチパッド９２に沿って親指または指を移動させてスクロールを行うだけであり、移動の方向によって上下にスクロールする。

タッチパッド２６および９２の作動に関して、これを達成する多くの方法がある。たとえば、アプリケーションソフトウエアの作動は、適切なタッチパッドの作動によって達成することができる。移動電話のＷｅｂブラウザアプリケーションが電子メールメッセージの受信によって作動されることを検討する。Ｗｅｂブラウザの起動が、タッチパッドの作動と同時に起こり、それによってユーザが、グラフィカルＷｅｂブラウザ環境でカーソルを操作できるようになる。次いでユーザは、電子メールメッセージを表示画面８上に表示させることができる。

したがってタッチパッドの作動は、動作するタッチパッド機能に依存する特定のアクティビティまたはプログラムの作動に応答して自動で行うことができる。それとは対照的に、タッチパッドの作動を、専用スイッチを介して手動で行うこともできる。スイッチは、キーパッド１８のキー２０の近くに配置することができる。こうした方法をユーザが組み合わせ、あるいはカスタマイズして、選択された用途によってタッチパッドが自動的に作動し、その他は手動の干渉がなければ作動しないようにすることもできる。

表示画面８８に表示されているいくつかのアクティビティによってタッチパッド９２を稼動させ得ることについて述べる。これによってユーザは、移動電話を開く必要なくタッチパッド９２を作動させ、また、そうでない場合は移動電話をかばんやハンドバッグに入れて持ち運ぶことによってもたらされ得る不慮の作動を防ぐことができる。

図１１は、移動電話内に配置したときの本発明の構成要素の非常に基本的なブロック図として提供されている。これらの構成要素は、表示画面８、データを格納するメモリモジュール１００、様々な構成要素の動作を制御するプロセッサ１０２、音声データを含むデータの送受信を制御するトランシーバ回路１０４、移動電話のすべての動作の電力を提供する電源１０６、キーパッド１８上のキー２０によって作動される機械スイッチ３２からデータへのインターフェース１０８、およびタッチパッド２６からデータへのインターフェース１１０を含む。移動電話は、カードリーダや他のメモリ装置など、より多くの構成要素を含むことができることを理解されたい。この図は、単に一般的な例としてみなされるべきである。

現時点で好ましい実施形態は、タッチパッド２６のキーパッド１８への統合を教示しているが、タッチパッド２６は、他のどこにでも配置できることを理解されたい。タッチパッド２６は、硬質ハウジング１４の下に配置され、近接感知モードで動作することができる。また、タッチパッド２６を硬質ハウジング１４が切り取られてタッチパッドの表面があらわになる位置に配置して、直接触れることによって動作するようにすることもできる。キーマット２２の下および硬質ハウジング１４の一部分の下など、複数の位置に配置されるタッチパッドを提供することも本発明の一態様とみなすべきである。当業者にはわかるように、タッチパッド２６をＬＣＤ表示画面８の下に配置してタッチ画面と同じように動作させるようにすることもできる。

本発明の別の態様は、タッチパッド２６のパワーモードである。タッチパッドの作動は自動または手動で行うようにしてもよく、非作動もまた自動または手動で行うようにしてもよい。現時点で好ましい実施形態は、移動電話など携帯用情報機器で使用されるため、消費電力が問題である。選択可能な期間の間にアクティビティが検出されない場合、タッチパッド２６は、スリープモードになるように設計することができる。しかし、ユーザは、タスクを完了し、キー２０の使用に戻る、あるいは単に移動電話の使用しないことを望むかもしれない。したがって、タッチパッドを非作動にするために手動スイッチを設けて、移動電話の電源は切断されていないが、電話待ちモードで放っておく場合に、強制的にスリープモードにすることができる。

スイッチをタッチパッドの作動または非作動の単一のタスクに限定することは望ましくないことがある。したがって、一連のキー２０を押して、この機能を手動で実行できるようにすることが好ましい場合がある。また、表示画面８上のメニュー項目をタッチパッド自体を使用することによって選択可能にすることもできる。

移動電話の現時点で好ましい実施形態は、本発明を使用することができる１つの例にすぎない。本発明は、移動電話など、様々な任意の携帯用情報機器での使用に最適である。しかし、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、タブレットパーソナルコンピュータ、同様の携帯用コンピュータ装置など、他の装置装置もまた、本発明の恩恵を受けることができる。

しかし、本発明を厳密に携帯用情報機器に限定する必要はない。キーパッドなど別の入力手段と統合されるタッチパッドを提供する機能を、キーパッドが見られる任意の場所で、たとえばコンピュータキーボード、自動車、飛行機などの電子計器のパネルでさえも使用することができる。

取り組むべき別の代替の実施形態は、機械キーの排除である。これは、タッチパッドをキーパッドおよびタッチパッドの両方として使用することによって達成される。言い換えれば、タッチパッドのモードを切り替えることができる。キーパッドモードでは、タッチパッドが複数の別個の領域を提供し、各領域は、キーパッドの別個のキーに対応する。タッチパッドモードに切り替えると、タッチパッド面は、たとえばカーソル制御を提供するタッチパッド機能で動作する。

上記の構成は、本発明の原理の応用の例にすぎないことを理解されたい。当業者であれば、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、多数の変更形態および代替構成を工夫できよう。添付の特許請求の範囲は、こうした変更形態および構成をカバーするものとする。

本発明が配置されている一般の移動電話を示す透視図である。 キーパッドの一部を示す近接拡大側面断面図である。 キーパッドの一部を示す近接側面断面図である。 Ｘ電極グリッドがある誘導絶縁材料によってＹ電極グリッドから分離されていることを示す先行技術の例を示す図である。 現時点で好ましい実施形態によるタッチパッドを示す断面側面図である。 図５に示したＹ電極グリッドを示す平面図である。 図５に示したＸ電極グリッドを示す平面図である。 重なるすべての電極層がタッチパッド基板上に配置された後のタッチパッドの外観を示す図である。 移動電話の異なる物理的構成を示す図である。 カバーが閉じられた状態の図９の移動電話を示す図である。 移動電話の基本的な構成要素を示すブロック図である。

Claims (63)

1. 携帯用電子機器であって、
   それぞれの機械スイッチを作動させて第１のタイプのユーザ入力を提供するようにそれぞれが構成されている複数のキーを有するキーパッドと、
   第２のタイプのユーザ入力を提供するように前記キーパッドと一体的に配置されているインピーダンス感知手段であって、当該インピーダンス感知手段は、非直線部分を有する電極、及び前記非直線部分を補償するオフセットを備える、インピーダンス感知手段と、を備える携帯用電子機器。
2. 前記キーパッドは、前記インピーダンス感知手段が作動することができる領域を含み、当該領域はタッチパッドの上にキーを有していないものと特徴付けられる請求項１に記載の携帯用電子機器。
3. 前記複数のキーがキーマットの一部として形成されている請求項２に記載の携帯用電子機器。
4. 前記インピーダンス感知手段が前記キーマットに隣接して配置されている請求項３に記載の携帯用電子機器。
5. 前記キーマットおよび前記インピーダンス感知手段が同じ範囲を占める請求項４に記載の携帯用電子機器。
6. 前記複数のキーが前記インピーダンス感知手段の動作を妨害しないゴム状材料を含む請求項５に記載の携帯用電子機器。
7. 前記インピーダンス感知手段は、当該インピーダンス感知手段上に位置し、前記複数のキーの表面、または前記複数のキーのすぐ隣およびその間にある携帯用電子機器の表面に接触する指の存在および位置を検出するように構成されている請求項６に記載の携帯用電子機器。
8. 前記インピーダンス感知手段がさらに、
   第１の電極グリッドと、
   前記第１の電極グリッドと同じ範囲に配置されている第２の電極グリッドとを含む請求項７に記載の携帯用電子機器。
9. 前記インピーダンス感知手段が、
   電極がほぼ平行に、しかし均一ではない間隔で配置されている前記第１の電極グリッドと、
   電極がほぼ平行に、しかし均一ではない間隔で配置されている前記第２の電極グリッドと、をさらに備える請求項８に記載の携帯用電子機器。
10. 前記インピーダンス感知手段および前記複数のキーが、
    前記インピーダンス感知手段を貫通して配置されている複数の開口部と、
    前記複数のキーのそれぞれの底面に配置され、キーが押されるとそれぞれが前記インピーダンス感知手段の前記複数の開口部の１つを貫通することができるように前記キーマットに位置付けられている柱状部と、をさらに備える請求項９に記載の携帯用電子機器。
11. 前記キーパッドが、
    前記インピーダンス感知手段の下に配置されているスイッチ基板と、
    前記インピーダンス感知手段を貫通する対応する開口部の下、かつ前記複数のキーのそれぞれの柱状部の下にそれぞれ配置されている複数の機械スイッチと、
    前記複数の機械スイッチのそれぞれの上に配置されているドーム状部材と、をさらに備える請求項１０に記載の携帯用電子機器。
12. 前記スイッチ基板がその上に発光手段をさらに備え、それによって前記複数のキーに照明を提供する請求項１１に記載の携帯用電子機器。
13. 前記発光手段が前記複数の機械スイッチのそれぞれに隣接して配置されている複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）をさらに備える請求項１２に記載の携帯用電子機器。
14. 前記発光手段が複数のエレクトロルミネセンスパネルをさらに備える請求項１３に記載の携帯用電子機器。
15. 前記発光手段が、前記複数の機械スイッチのそれぞれに１つずつ、それを貫通する複数の開口部を有する単一のエレクトロルミネセンスパネルをさらに備える請求項１４に記載の携帯用電子機器。
16. 前記インピーダンス感知手段が透明である請求項１５に記載の携帯用電子機器。
17. 前記インピーダンス感知手段が半透明である請求項１６に記載の携帯用電子機器。
18. 前記第１の電極グリッドおよび前記第２の電極グリッドが導電性インクである請求項１７に記載の携帯用電子機器。
19. 前記導電性インクがさらに酸化スズインジウムである請求項１８に記載の携帯用電子機器。
20. 前記インピーダンス感知手段が、
    タッチパッド基板に配置されている第１の電極グリッドと、
    前記第１の電極グリッド上に配置されている第１の誘導絶縁層と、
    前記第１の誘導絶縁層の上に配置されている第２の電極グリッドと、
    前記第２の電極グリッド上に配置されている第２の誘導絶縁層と、
    前記第１の電極グリッドおよび前記第２の電極グリッドに結合されており、前記第１の電極グリッドと前記第２の電極グリッドの間の相互静電容量における乱れを使用して前記インピーダンス感知手段の近くの物を検出するタッチパッド回路と、をさらに備える請求項１９に記載の携帯用電子機器。
21. 前記タッチパッド基板が透明の材料をさらに備える請求項２０に記載の携帯用電子機器。
22. 前記タッチパッド基板が半透明の材料をさらに備える請求項２１に記載の携帯用電子機器。
23. 前記タッチパッド基板がはんだより高い温度係数を有する材料を含み、それによって前記タッチパッド基板に電子回路を直接配置できるようにする請求項２２に記載の携帯用電子機器。
24. 前記タッチパッド基板がはんだより高い温度係数を有する材料を含み、それによって前記タッチパッド基板に金属トレースをエッチングできるようにする請求項２３に記載の携帯用電子機器。
25. 前記タッチパッド基板が、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエステルフィルム、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる材料のグループから選択される請求項２４に記載の携帯用電子機器。
26. 前記インピーダンス感知手段が、
    電極が直線になるように配置され、しかし前記タッチパッド基板の開口部の周囲で位置を変える必要があるときに、その一部分に沿って弧状部を形成する前記第１の電極グリッドと、
    電極が直線になるように配置され、しかし前記タッチパッド基板の開口部の周囲で位置を変える必要があるときに、その一部分に沿って弧状部を形成する前記第２の電極グリッドと、をさらに備える請求項２５に記載の携帯用電子機器。
27. 前記インピーダンス感知手段の前記電子回路が、さらにオフセット値を使用して第１の電極または第２の電極における弧状部を補償し、それによって前記インピーダンス感知手段の近くの指の位置を正確に判定する請求項２６に記載の携帯用電子機器。
28. 前記インピーダンス感知手段の前記電子回路が、さらに前記第１の電極間の均一ではない間隔を補償し、かつ前記第２の電極間の均一ではない間隔を補償するために、オフセット値を使用する備える請求項２７に記載の携帯用電子機器。
29. 前記インピーダンス感知手段からの第２のタイプのユーザ入力がスクロール、タッピング、ダブルタッピング、およびカーソル制御を含むタッチパッド機能をさらに備える請求項２８に記載の携帯用電子機器。
30. 限定されたタッチパッド機能を有する第２のインピーダンス感知手段をさらに備える請求項２９に記載の携帯用電子機器。
31. 前記第２のインピーダンス感知手段がスクロール機能を提供することができる請求項３０に記載の携帯用電子機器。
32. 移動電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、およびタブレットパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を含む携帯用電子機器のグループから選択される請求項３１に記載の携帯用電子機器。
33. タッチパッド機能を個々のキーと結び付ける携帯用電子機器を提供する方法であって、
    （１）それぞれの機械スイッチを作動させて第１のタイプのユーザ入力を提供するようにそれぞれが構成されている複数のキーを有するキーパッドを提供するステップと、
    （２）第２のタイプのユーザ入力を提供するように前記キーパッドと一体的に配置されるインピーダンス感知手段を提供するステップであって、当該インピーダンス感知手段は、非直線部分を有する電極、及び前記非直線部分を補償するオフセットを備える、インピーダンス感知手段を提供するステップと、を備える方法。
34. 前記インピーダンス感知手段が作動することができる領域であって、前記タッチパッドの上にキーを有していないものと特徴付けられる領域を提供するステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
35. 前記複数のキーをキーマットの一部として形成するステップをさらに備える請求項３４に記載の方法。
36. 前記インピーダンス感知手段を前記キーマットに隣接して配置するステップをさらに備える請求項３５に記載の方法。
37. 前記キーマットおよび前記インピーダンス感知手段を同じ範囲を占めるように形成するステップをさらに備える請求項３６に記載の方法。
38. 前記インピーダンス感知手段の作動を妨害しないゴム状材料の前記複数のキーを形成するステップをさらに備える請求項３７に記載の方法。
39. 前記インピーダンス感知手段を、前記インピーダンス感知手段上に配置され、前記複数のキーの表面、または前記複数のキーのすぐ隣およびその間にある携帯用電子機器の表面を触る指の存在および位置を検出するように構成するステップをさらに備える請求項３８に記載の方法。
40. （１）第１の電極グリッドを提供するステップと、
    （２）前記第１の電極グリッドと同じ範囲に配置される第２の電極グリッドを提供するステップと、をさらに備える請求項３９に記載の方法。
41. （１）前記第１の電極グリッドを、電極がほぼ平行に、しかし均一ではない間隔で配置されるように構成するステップと、
    （２）前記第２の電極グリッドを、電極がほぼ平行に、しかし均一ではない間隔で配置されるように構成するステップと、をさらに備える請求項４０に記載の方法。
42. （１）前記インピーダンス感知手段を貫通する複数の開口部を配置するステップと、
    （２）キーが押されるとそれぞれが前記インピーダンス感知手段の前記複数の開口部の１つを貫通することができるように前記キーマットに位置付けられる柱状部を前記複数のキーのそれぞれの底面に配置するステップと、をさらに備える請求項４１に記載の方法。
43. （１）スイッチ基板を前記インピーダンス感知手段の下に配置するステップと、
    （２）前記インピーダンス感知手段を貫通し対応する開口部の下、かつ前記複数のキーのそれぞれの柱状部の下にそれぞれ配置されている複数の機械スイッチを提供するステップと、
    （３）前記複数の機械スイッチのそれぞれの上にドーム状部材を配置するステップと、をさらに備える請求項４２に記載の方法。
44. 前記タッチパッド基板上に発光手段を提供し、それによって前記複数のキーに照明を提供するステップをさらに備える請求項４３に記載の方法。
45. 前記複数の機械スイッチのそれぞれに隣接して配置される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供するステップをさらに備える請求項４４に記載の方法。
46. 複数のエレクトロルミネセンスパネルを提供するステップをさらに備える請求項４５に記載の方法。
47. 前記複数の機械スイッチのそれぞれに１つずつ、それを貫通する複数の開口部を有する単一のエレクトロルミネセンスパネルを提供するステップをさらに備える請求項４６に記載の方法。
48. 透明の前記インピーダンス感知手段を提供するステップをさらに備える請求項４７に記載の方法。
49. 半透明の前記インピーダンス感知手段を提供するステップをさらに備える請求項４８に記載の方法。
50. 前記第１の電極グリッドおよび前記第２の電極グリッドを導電性インクから製造するステップをさらに備える請求項４９に記載の方法。
51. 酸化スズインジウムを前記導電性インクとして使用するステップをさらに備える請求項５０に記載の方法。
52. （１）第１の電極グリッドをタッチパッド基板に配置するステップと、
    （２）第１の誘導絶縁層を前記第１の電極グリッド上に配置するステップと、
    （３）第２の電極グリッドを前記第１の誘導絶縁層上に配置するステップと、
    （４）第２の誘導絶縁層を前記第２の電極グリッド上に配置するステップと、
    （５）タッチパッド回路を前記第１の電極グリッドおよび前記第２の電極グリッドに結合し、前記タッチパッド回路が前記第１の電極グリッドと前記第２の電極グリッドの間の相互静電容量における乱れを使用して前記インピーダンス感知手段の近くの物を検出するステップと、をさらに備える請求項５１に記載の方法。
53. 透明の材料を前記タッチパッド基板に使用するステップをさらに備える請求項５２に記載の方法。
54. 半透明の材料を前記タッチパッド基板に使用するステップをさらに備える請求項５３に記載の方法。
55. はんだより高い温度係数を有する材料を前記タッチパッド基板に使用し、それによって前記タッチパッド基板に電子回路を直接配置できるようにするステップをさらに備える請求項５４に記載の方法。
56. はんだより高い温度係数を有する材料を前記タッチパッド基板に使用し、それによって前記タッチパッド基板に金属トレースをエッチングできるようにするステップをさらに備える請求項５５に記載の方法。
57. （１）電極が直線になるように配置され、しかし前記タッチパッド基板の開口部の周囲で位置を変える必要があるときにその一部分に沿って弧状部を形成する前記第１の電極グリッドを提供するステップと、
    （２）電極が直線になるように配置され、しかし前記タッチパッド基板の開口部の周囲で位置を変える必要があるときにその一部分に沿って弧状部を形成する前記第２の電極グリッドを提供するステップと、をさらに備える請求項５６に記載の方法。
58. 前記インピーダンス感知手段の前記電子回路でオフセット値を使用して第１の電極または第２の電極における弧状部を補償し、それによって前記インピーダンス感知手段の近くの指の位置を正確に判定するステップをさらに備える請求項５７に記載の方法。
59. 前記インピーダンス感知手段の前記電子回路で、前記第１の電極間の均一ではない間隔を補償し、かつ前記第２の電極間の均一ではない間隔を補償するために、オフセット値を使用するステップをさらに備える請求項５８に記載の方法。
60. スクロール、タッピング、ダブルタッピング、およびカーソル制御を含むタッチパッド機能を提供するステップをさらに備える請求項５９に記載の方法。
61. 限定されたタッチパッド機能を有する第２のインピーダンス感知手段を提供するステップをさらに備える請求項６０に記載の方法。
62. 前記第２のインピーダンス感知手段でスクロール機能を提供するステップをさらに備える請求項６１に記載の方法。
63. 移動電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、およびタブレットパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を含む携帯用電子機器のグループから携帯用電子機器を選択するステップをさらに備える請求項６２に記載の方法。

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