タッチパネルの制御回路及び制御方法
【課題】タッチパネルの容量を検出するための制御回路及び制御方法を提供する。
【解決手段】制御回路は、検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電する信号検出回路と、強度信号を周波数信号に変換し、周波数信号の周波数を強度信号のレベルに関連付ける強度／周波数変換ユニットと、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析する周波数分析ユニットと、を含む。静電容量方式のタッチパネルのための制御回路４２は、良好なＳＮＲを有し、回路環境のノイズ信号によって影響を受け難く、チップの占有領域を削減するために簡単な要素で構成され、コストの削減に寄与できる。
【解決手段】制御回路は、検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電する信号検出回路と、強度信号を周波数信号に変換し、周波数信号の周波数を強度信号のレベルに関連付ける強度／周波数変換ユニットと、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析する周波数分析ユニットと、を含む。静電容量方式のタッチパネルのための制御回路４２は、良好なＳＮＲを有し、回路環境のノイズ信号によって影響を受け難く、チップの占有領域を削減するために簡単な要素で構成され、コストの削減に寄与できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルの制御回路及び制御方法に関し、特にタッチパネルの容量変化を検出する制御回路及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルに用いられるタッチ制御技術は、種々の検出原理に基づいて、抵抗方式、静電容量方式、表面弾性波方式、及び光学方式に分類することができる。
【０００３】
図１及び図２は、それぞれ従来の静電容量方式のタッチパネルの制御回路のブロック図及び回路図である。制御回路１０は、静電容量方式のタッチパネル１２に電気的に接続されており、パルス生成器２０、マルチプレクサ２２、マルチプレクサ２４、積分器２６、サンプリング・ホールディング回路２８、及びアナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤＣと省略する）３２を含む。
【０００４】
パルス生成器２０によって生成されたパルスは、マルチプレクサ２２を介して静電容量方式のタッチパネル１２のＸ軸駆動配線及びＹ軸駆動配線に伝送される、駆動信号として機能し、静電容量方式のタッチパネル１２のＹ軸及びＸ軸の検出配線よって検出される容量変化の値は、マルチプレクサ２４を介して積分器２６に伝送される、タッチ制御検出信号として機能する。
【０００５】
図２において、マルチプレクサ２４を介して積分器２６に伝送される、静電容量方式のタッチパネル１２のタッチ制御検出信号は、パルス信号であり、積分器２６は、複数のパルス信号を梯子波形信号（ladder-shaped wave signal）に積分し、サンプリング・ホールディング回路２８にそれを伝送する。
【０００６】
そして、図１において、サンプリング・ホールディング回路２８は、積分器２６によって積分された梯子波形信号を抽出し、その抽出された信号を直流（DC）電圧レベルに維持する。ＡＤＣ３２は、前述の抽出されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、信号処理を行うためにマイクロプロセッサ（不図示）に当該デジタル信号を伝送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５８６７１１１号明細書
【特許文献２】中国特許第１０１４１９５２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の制御回路１０は、従来の静電容量方式のタッチパネル１２に用いられ、少なくとも以下の欠点を有する。
ａ．回路環境において生成されるノイズ信号を有し、当該ノイズ信号は信号の一部として積分器２６によって積分され、システム全体の低ＳＮＲ（signal-noise ration）を招く。
ｂ．後端回路によって処理することができる電圧に、静電容量方式のタッチパネル１２の電荷を蓄積したり、伝送したりするための積分器２６での時間が長い。長い積分時間は、静電容量方式のタッチパネル１２のフレームレートに影響を及ぼす。この問題は、特定のハードウェア（例えばサンプリング・ホールディング回路２８）の手段によって補うことができる。しかしながら、コストが嵩む。
ｃ．積分器２６、サンプリング・ホールディング回路２８、及びデジタル−アナログ変換器３２を用いることは、チップにおいて広い領域を占有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、良好なＳＮＲを有するシステムとし、そして環境内で生成される、ＳＮＲを低くするノイズ信号によって制御回路が影響を受けない、タッチパネルの制御回路及び制御方法を提供する。また、制御回路は、効果的にチップ上の占有領域を削減したり、システム全体のコストを削減したりするために、簡単な構成要素で構成される。
【００１０】
本発明の一形態に係るタッチパネルの制御回路は、検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電する信号検出回路と、強度信号を周波数信号に変換し、周波数信号の周波数を強度信号のレベルに関連付ける強度／周波数変換ユニットと、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析する周波数分析ユニットと、を備える。
【００１１】
本発明に係る制御回路は、検出配線が第１軸方向の検出配線又は第２軸方向の検出配線である。
【００１２】
本発明に係る制御回路は、信号検出回路が、検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を供給し、強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する容量検出回路である。
【００１３】
本発明に係る制御回路は、容量検出回路によって生成される強度信号の電圧Ｖｏｕｔは以下の式１で求められる。
【数１】
ここで、Ｌａは容量検出回路のトランジスタａのゲート長さ、Ｗａはトランジスタａのゲート幅、Ｌｂは容量検出回路のトランジスタｂのゲート長さ、Ｗｂはトランジスタｂのゲート幅、ＶＤＤは供給電圧、ＶＴはトランジスタの臨界電圧、ＣＸは検出配線の等価容量の合計及び制御回路の制御基板の浮遊容量、Ｃは容量検出回路の内部容量である。
【００１４】
本発明に係る制御回路は、容量検出回路が、容量検出回路の強度信号を安定させる緩衝増幅回路と、容量検出回路の強度信号のレベルを調整及び拡大するレベルシフタと、を含む。
【００１５】
本発明に係る制御回路は、強度／周波数変換ユニットが電圧制御発振器であり、周波数分析ユニットは、周波数カウンタ又は周波数識別器である。
【００１６】
本発明に係る制御回路は、第１のマルチプレクサが、検出配線を順番に選択するために、信号検出回路に電気的に接続されており、第２のマルチプレクサは、強度／周波数変換ユニットに伝送するための強度信号を順番に検出するために、信号検出回路に電気的に接続されている。
【００１７】
本発明は、またタッチパネルを制御する方法を提供し、当該方法は、検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電し、強化信号を周波数信号に変換し、周波数信号の周波数を対応する検出配線の強度信号のレベルに関連付け、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析する。
【００１８】
本発明に係るタッチパネルを制御する方法は、充電する工程において、検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を信号検出回路によって供給し、強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する。
【００１９】
本発明に係るタッチパネルを制御する方法は、検出配線に充電するための電源を順に伝送し、強度信号を順に伝送する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来の静電容量方式のタッチパネルの制御回路のブロック図である。
【図２】図２は、従来の静電容量方式のタッチパネルの制御回路の回路図である。
【図３】図３は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルのシステムのブロック図である。
【図４】図４は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルによって検出される容量変化を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明に係る容量検出回路の回路図である。
【図６】図６は、本発明に係る容量検出回路の等価回路図である。
【図７】図７は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの容量検出回路の出力端子での電圧Ｖｏｕｔと検出配線の容量ＣＸとの関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明に係る他の容量検出回路の回路図である。
【図９】図９は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの他のシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係るタッチパネルの制御回路は、信号検出回路、強度／周波数変換ユニット、周波数分析ユニット、及びマルチプレクサを含む。
【００２２】
信号検出回路は、タッチパネルの第１軸方向及び第２軸方向の検出配線を充電したり、各々の検出配線の強度信号を得たりするために用いられる。強度／周波数変換ユニットは、強度信号を周波数信号に変換し、当該周波数信号の周波数を対応する強度信号に対応させる。周波数分析ユニットは、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析し、制御回路の外側のマイクロコントローラに当該信号量を伝送する。第１のマルチプレクサは、検出配線を順番に選択するために、信号検出回路に電気的に接続されている。第２のマルチプレクサは、強度信号を順番に選択するために、信号検出回路に電気的に接続されており、強度信号を強度／周波数変換ユニットに伝送する。
【００２３】
本発明に係るタッチパネルの制御回路の本質的な動作を図面に基づいて以下に述べる。
【００２４】
図３は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルのシステムのブロック図である。図３において、制御回路４２は、マルチプレクサ４４、前述の信号検出回路として機能する容量検出回路４６、マルチプレクサ４８、前述の強度／周波数変換ユニットとして機能する電圧制御発振器５０、及び前述の周波数分析ユニットとして機能する周波数カウンタ５２を含む。マルチプレクサ４４及び４８は、多対一スイッチ又は複数の一対一スイッチを用いることができ、周波数識別器は、周波数分析ユニットとして用いることもできる。
【００２５】
図４を参照する。指等が静電容量方式のタッチパネル４０の接触点Ｐに接触すると、Ｘ軸及びＹ軸の等価キャパシタの容量変化が当該接触点Ｐ近傍で生じ、接触点Ｐの座標位置は、そのような変化に基づいて後端のマイクロコントローラ５４によって算出される。静電容量方式のタッチパネル４０の中央位置でのＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は最も大きく、Ｘ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は中央位置から離れるに従って小さくなる。
【００２６】
マルチプレクサ４４は、静電容量方式のタッチパネル４０の各Ｘ軸及びＹ軸の検出配線に電気的に接続されている。マルチプレクサ４４の切り替えは、タッチパネル４０の各々のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量を順に容量検出回路４６に伝送するために、制御回路４２の外側のマイクロコントローラ５４によって制御される。
【００２７】
容量検出回路４６は、マルチプレクサ４４を介してＸ軸及びＹ軸の検出配線に充電電力を供給し、各々のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出された等価キャパシタの容量を得る。Ｘ軸及びＹ軸の検出配線の一方に充電されると、容量検出回路４６は、検出配線を充電した電流に基づいて、内部キャパシタを充電するための等しい充電電流を供給し、そして、本発明に係る容量検出回路の回路図である図５、及び本発明に係る容量検出回路の等価回路図である図６に示すように、充電された内部キャパシタは、両終端で強度信号である電圧を形成する。容量検出回路４６の内部キャパシタＣ１は、容量検出回路４６の強度信号のレベルを調整可能な種々のキャパシタを用いることができる。
【００２８】
図５において、トランジスタｍ３及びトランジスタｍ４は、例えばカレントミラーの充電／放電回路を構成し、クロックレートｃｋ１はトランジスタｍ１のゲートから入力され、クロックレートｃｋ２はトランジスタｍ２及びｍ５のゲートから入力される。クロックレートｃｋ１及びｃｋ２は、マイクロコントローラ５４によって、トランジスタｍ１、ｍ２及びｍ５夫々のゲートに入力される。クロックレートｃｋ１及びｃｋ２は、トランジスタｍ１、ｍ２及びｍ５の導通及び閉鎖を制御する。本形態におけるトランジスタのタイプは、ＮＭＯＳ（N-channel Metal Oxide Semiconductor）、ＰＭＯＳ（P-channel Metal Oxide Semiconductor）、ＮＰＮ ＢＪＴ(Bipolar Junction Transistor)、又はＰＮＰ ＢＪＴを用いることに制限されない。
【００２９】
容量検出回路４６の動作原理は、充電と放電との２つの段階を含む。クロックレートｃｋ１が低く（低ポテンシャル）、クロックレートｃｋ２が低いとき（それは充電状態）、トランジスタｍ１が導通し、トランジスタｍ２及びｍ５が閉鎖し、そして供給電圧ＶＤＤは、入力端子（トランジスタｍ１とｍ２との間の接続）からマルチプレクサ４４を介して静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線に供給されるために、即ち検出配線の等価キャパシタを充電するために、トランジスタｍ３及びｍ１を介して通り過ぎる充電電流として機能する（回路基板の信号経路によって生成される浮遊容量（stray capacitor）を含む。）。内部キャパシタＣ１を充電することによって生成される電圧が容量検出回路４６によって得られる強度信号であり、強度信号が充電された検出配線の等価キャパシタの容量に対応するとき、トランジスタｍ３及びｍ４は、カレントミラー回路を構成するので、トランジスタｍ４を介して通り過ぎる電流は、トランジスタｍ３を介して通過する電流と等しく、内部キャパシタＣ１を充電する。クロックレートｃｋ１が高く（高ポテンシャル）、クロックレートｃｋ２が高いとき（それは閉鎖状態）、トランジスタｍ１が閉鎖され、トランジスタｍ２及びｍ５は導通する。静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線に供給される電流は、入力端子からマルチプレクサ４４を介してグランド端子にトランジスタｍ２によって放電され、充電された内部キャパシタＣ１は、トランジスタｍ５を介してグランド端子に放電される。
【００３０】
式を導くことを促進するために、図５の容量検出回路４６は、静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線の等価キャパシタ（回路基板の接続配線によって生成される浮遊キャパシタを含む。）である等価キャパシタＣＸが、図６の等価回路図の単純化モデルに導入される。
【００３１】
図６の等価回路に基づく推定された結果は、以下のように式（２）で示すことができる。
【数２】
ここで、μ０はトランジスタの電子移動度、ＣＯＸはトランジスタの酸化物の厚さの誘電率の比、Ｗはトランジスタのゲート幅、Ｌはトランジスタのゲート長さ、ＶＧＳはトランジスタのゲートとソースとの間の電圧差、ＶＴはトランジスタの臨界電圧（critical voltage）である。
【００３２】
電流Ｉ１が期間ｔの間で静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線の等価キャパシタＣＸを充電した後に、容量検出回路４６の入力端子で生成される電圧差ＶＸは式（３）で示すことができる。
【数３】
出力端子での電圧Ｖｏｕｔは、容量検出回路４６の回路形態に基づいて以下のように推定することができ、トランジスタの特性は式（４）で示すことができる。
【数４】
ここで、Ｖｏｕｔは容量検出回路４６の出力端子での電圧、Ｌ３はトランジスタｍ３のゲート長さ、Ｗ３はトランジスタｍ３のゲート幅、Ｌ４はトランジスタｍ４のゲート長さ、Ｗ４はトランジスタｍ４のゲート幅である。
【００３３】
従って、容量検出回路４６の出力端子での電圧Ｖｏｕｔは、図７に示すように、ＣＸ／Ｃ１に比例する。図７は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの容量検出回路の出力端子での電圧Ｖｏｕｔと、検出配線の等価容量と、の関係を示す図である。
【００３４】
図７において、静電容量方式のタッチパネル４０に接触した指の位置で検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量は大きいことがわかる（例えば、図７に示す等価キャパシタＣＸの最大容量は２．５ｐＦ）。そのため、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔ（即ち、強度信号）は、比較的大きい。また、検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置から離れるに従って小さくなる（例えば、図７に示す等価キャパシタＣＸの容量は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置から離れるに従って小さくなり、順に２．０ｐＦ、１．５ｐＦ、及び０．５ｐＦである。）。そのため、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔは、等価キャパシタＣＸの容量が小さくなるにつれて、ますます小さくなる。
【００３５】
本発明に係る他の容量検出回路の回路図である図８に示すように、より良い回路特性を有する容量検出回路を実現するために、容量検出回路６０のトランジスタｍ４とトランジスタｍ５とが接続された位置に接続され、他の負荷効果によって影響を受けないために、容量検出回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔを安定させるために用いられ、例えば後端電圧制御発振器（VCO）５０（図３を参照）のような、緩衝増幅回路（例えば、バッファー・ソースフォロワを含む。）６２を有する。緩衝増幅回路６２は、レベルシフタ６４に接続されており、レベルシフタ６４は、また例えば容量検出回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔのレベルを調整及び増幅し、調整されて増幅された出力電圧Ｖｏｕｔを、電圧制御発振器５０のような後端回路に伝送する、プログラマブル利得増幅器を含むことができる。
【００３６】
図５の容量検出回路４６は、複数のＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＮＰＮＢＪＴ、又はＰＮＰＢＪＴを有する回路である。従来の容量検出回路１０は、パルス生成器２０、積分器２６及びサンプリング・ホールディング回路２８を有する大きな回路であり、それに比べて、本形態の容量検出回路４６は、コストが安価で、チップでの占有領域が小さく、性能に優れ、そして低い供給電圧（例えば、３Ｖ〜１．８Ｖ）をサポートすることができる。
【００３７】
図３において、マルチプレクサ４８は、容量検出回路４６の出力端子に電気的に接続されており、容量検出回路４６の出力端子での電圧（即ち、強度信号）Ｖｏｕｔを電圧制御発振器５０に伝送するために、マルチプレクサ４８の切り替えがマイクロコントローラ５４によって制御される。
【００３８】
電圧制御発振器５０は、発振する周波数が入力電圧を用いて制御される、電子発振回路である。言い換えると、高い電圧が電圧制御発振器５０に入力され、高い出力周波数が電圧制御発振器５０によって生成される。
【００３９】
容量検出回路４６の出力端子での直流電圧である電圧Ｖｏｕｔは、マルチプレクサ４８を介して電圧制御発振器５０に入力される。指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した場所における検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量は大きく、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔは比較的高い。そのため、電圧Ｖｏｕｔが高い間、電圧制御発振器５０は高い出力周波数を生成する。他方、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した場所近傍における検出配線によって検出された等価キャパシタＣＸの容量は小さく、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔは比較的低い。そのため、電圧Ｖｏｕｔが低い間、電圧制御発振器５０は低い出力周波数を生成する。
【００４０】
電圧制御発振器５０は、生成した出力周波数を周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）に入力し、周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）は、電圧制御発振器５０によって入力された出力周波数をカウントし、対応する検出配線によって検出された等価キャパシタＣＸの容量の信号量であるカウント値を得る。
【００４１】
マイクロコントローラ５４は、静電容量方式のタッチパネル４０の幾つかの検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量を容量検出回路４６に伝送するためにマルチプレクサ４４を制御し、周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）は、電圧制御発振器５０によって生成され、幾つかの検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量に対応する出力周波数を得る。図４に示すように、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置におけるＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は大きく、それ故に指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置におけるＸ軸及びＹ軸の検出配線に対応する周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）によってカウントされるカウント値は大きい。他方、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置近傍のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は小さく、それ故に指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置近傍におけるＸ軸及びＹ軸の検出配線に対応する周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）によってカウントされるカウント値は小さい。そのため、マイクロコントローラ５４は、Ｘ軸の検出配線の等価キャパシタの容量同志及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量同志を、周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）から得るカウント値に基づいて比較し、比較後に、マイクロコントローラ５４は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置を判別できるように、少なくとも一つのＸ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量を得る。この少なくとも一つのＸ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量は、他のＸ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量より高い。
【００４２】
本形態に係る制御回路４２は、以下の効果を有する。
ａ．静電容量方式のタッチパネル４０への供給電圧が次第に下がった（５Ｖ、３Ｖ、１．８Ｖ、１．２Ｖ）とき、高い周波数信号で動作する制御回路４２のＳＮＲが低い供給電圧によって影響を受け難くなるように、電圧制御発振器５０は低い供給電圧の状態下で高い周波数信号を生成することができる。
【００４３】
ｂ．電圧制御発振器５０が高い周波数（例えば、ＭＨｚ−ＧＨｚの範囲）の信号で動作することができ、電圧制御発振器５０によって出力される発振した周波数は環境下でノイズ信号によって影響を受けないので、回路環境によって生成されるノイズ信号は、制御回路４２のＳＮＲを低下させない。
【００４４】
ｃ．指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触することよって検出される等価キャパシタの容量は、電圧制御発振器５０によって生成される発振した周波数の広い変化範囲をもたらし、それ故に制御回路４２が高いＳＮＲを有するように、環境下のノイズ信号によって影響を受け難くなる。
【００４５】
図９は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの他のシステムのブロック図である。図９の静電容量方式のタッチパネルは、図３の静電容量方式のタッチパネル４０と同様の効果及び構成を有し、それ故に等しい符号が用いられ、それらの説明が省略されている。図９において、制御回路７０は、マルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎ、容量検出回路７４１、７４２、…、７４Ｎ、マルチプレクサ７６１、７６２、…、７６Ｎ、電圧制御発振器７８１、７８２、…、７８Ｎ、及び周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎ（周波数識別器を用いることもできる。）を含む。マルチプレクサ７２１、容量検出回路７４１、マルチプレクサ７６１、電圧制御発振器７８１、及び周波数カウンタ８０１は、図３の制御回路４２の構成とそれぞれ等しく、等しい機能を有する。マルチプレクサ７２２、容量検出回路７４２、マルチプレクサ７６２、電圧制御発振器７８２、及び周波数カウンタ８０２は、図３の制御回路４２の構成とそれぞれ等しく、等しい機能を有する。ここで、Ｎは２以上の整数であり、静電容量方式のタッチパネル４０への指の接触に応じて、システム全体の処理時間を考慮して適宜決定される。
【００４６】
マルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎは、静電容量方式のタッチパネル４０のＸ軸及びＹ軸の検出配線に沿って電気的に接続され、そして、Ｘ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量に対応する強度信号を生成するために、静電容量方式のタッチパネル４０のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量を、容量検出回路７４１、７４２、…、７４Ｎに同時に伝送するために、マルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎの切り替えは、制御回路７０の外側のマイクロコントローラ８２によって制御される。各電圧制御発振器７８１、７８２、…、７８Ｎは、強度信号に基づいて出力周波数を生成し、そして同調して周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎ（又は周波数識別器）に出力周波数を入力する。各周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎは、出力周波数に基づいてカウント値を生成し、そして同調してマイクロコントローラ８２にカウント値を入力する。マイクロコントローラ８２は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置を判別するためにこれらのカウント値を比較する。
【００４７】
大型の静電容量方式のタッチパネル４０は、多くのＸ軸及びＹ軸の検出配線を有する。
図３の回路構成を有する制御回路４２が大型の静電容量方式のタッチパネル４０への指の接触に反応するために用いられるとき、必然的に長い反応時間が必要である。等しい構成要素のセットを複数有する図９の制御回路７０を大型の静電容量方式のタッチパネル４０への指の接触の反応を同調して処理するために用いると、反応時間を飛躍的に短縮することができる。
【００４８】
他の形態において、多くの回路要素によって静電容量方式のタッチパネル４０の広い領域を占有することを避けるために、Ｎ個のマルチプレクサ７６１、７６２、…、７６Ｎ、Ｎ個の電圧制御発振器７８１、７８２、…、７８Ｎ、及びＮ個の周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎは、１つのマルチプレクサ、１つの電圧制御発振器、及び１つの周波数カウンタ（又は１つの周波数識別器）に置き換えることができる。多重処理は、Ｎ個のマルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎと共に用いられるＮ個の容量検出回路７４１、７４２、…、７４Ｎによって行われ、当該１つのマルチプレクサ及び当該１つの電圧制御発振器は、容量検出回路７４Ｘによって出力される強度信号の時分割処理を行い（Ｎ個のマルチプレクサ７２１、７２２、…７２Ｎを制御するためにマイクロコントローラ８２によって時分割信号を生成することができる。）、当該１つの周波数カウンタ（又は当該１つの周波数識別器）は、当該１つの電圧制御発振器の出力周波数を処理し、マイクロコントローラ８２にカウント値を伝送する。
【００４９】
本発明に係るタッチパネルの制御回路及び制御方法は、制御回路が良好なＳＮＲを有し、環境下で生成される、ＳＮＲを低くするノイズ信号の影響が少なく、また、制御回路は、チップの占有領域を効果的に削減するために簡単な構成要素で構成され、システム全体のコストを削減できる、効果を有する。
【００５０】
本発明を望ましい形態及び実例となる図面に基づいて上述したが、それに限定されない。幾つもの変更、省略、及び改変は、本発明のスコープから逸脱しない範囲で、当業者によって上述の構成及び形態に基づいて行うことができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 制御回路
１２ 静電容量方式のタッチパネル
２０ パルス生成器
２２ マルチプレクサ
２６ 積分器
２８ サンプリング・ホールディング回路
３２ アナログ−デジタル変換器
４０ 静電容量方式のタッチパネル
４２ 制御回路
４４ マルチプレクサ
４６ 容量検出回路
４８ マルチプレクサ
５０ 電圧制御発振器
５４ マイクロコントローラ
６０ 容量検出回路
６２ 緩衝増幅回路
６４ レベルシフタ
７０ 制御回路
８２ マイクロコントローラ
７２１ マルチプレクサ
７２２ マルチプレクサ
７２Ｎ マルチプレクサ
７４１ 容量検出回路
７４２ 容量検出回路
７４Ｎ 容量検出回路
７６１ マルチプレクサ
７６２ マルチプレクサ
７６Ｎ マルチプレクサ
７８１ 電圧制御発振器
７８２ 電圧制御発振器
７８Ｎ 電圧制御発振器
８０１ 周波数カウンタ
８０２ 周波数カウンタ
８０Ｎ 周波数カウンタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルの制御回路及び制御方法に関し、特にタッチパネルの容量変化を検出する制御回路及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルに用いられるタッチ制御技術は、種々の検出原理に基づいて、抵抗方式、静電容量方式、表面弾性波方式、及び光学方式に分類することができる。
【０００３】
図１及び図２は、それぞれ従来の静電容量方式のタッチパネルの制御回路のブロック図及び回路図である。制御回路１０は、静電容量方式のタッチパネル１２に電気的に接続されており、パルス生成器２０、マルチプレクサ２２、マルチプレクサ２４、積分器２６、サンプリング・ホールディング回路２８、及びアナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤＣと省略する）３２を含む。
【０００４】
パルス生成器２０によって生成されたパルスは、マルチプレクサ２２を介して静電容量方式のタッチパネル１２のＸ軸駆動配線及びＹ軸駆動配線に伝送される、駆動信号として機能し、静電容量方式のタッチパネル１２のＹ軸及びＸ軸の検出配線よって検出される容量変化の値は、マルチプレクサ２４を介して積分器２６に伝送される、タッチ制御検出信号として機能する。
【０００５】
図２において、マルチプレクサ２４を介して積分器２６に伝送される、静電容量方式のタッチパネル１２のタッチ制御検出信号は、パルス信号であり、積分器２６は、複数のパルス信号を梯子波形信号（ladder-shaped wave signal）に積分し、サンプリング・ホールディング回路２８にそれを伝送する。
【０００６】
そして、図１において、サンプリング・ホールディング回路２８は、積分器２６によって積分された梯子波形信号を抽出し、その抽出された信号を直流（DC）電圧レベルに維持する。ＡＤＣ３２は、前述の抽出されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、信号処理を行うためにマイクロプロセッサ（不図示）に当該デジタル信号を伝送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５８６７１１１号明細書
【特許文献２】中国特許第１０１４１９５２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の制御回路１０は、従来の静電容量方式のタッチパネル１２に用いられ、少なくとも以下の欠点を有する。
ａ．回路環境において生成されるノイズ信号を有し、当該ノイズ信号は信号の一部として積分器２６によって積分され、システム全体の低ＳＮＲ（signal-noise ration）を招く。
ｂ．後端回路によって処理することができる電圧に、静電容量方式のタッチパネル１２の電荷を蓄積したり、伝送したりするための積分器２６での時間が長い。長い積分時間は、静電容量方式のタッチパネル１２のフレームレートに影響を及ぼす。この問題は、特定のハードウェア（例えばサンプリング・ホールディング回路２８）の手段によって補うことができる。しかしながら、コストが嵩む。
ｃ．積分器２６、サンプリング・ホールディング回路２８、及びデジタル−アナログ変換器３２を用いることは、チップにおいて広い領域を占有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、良好なＳＮＲを有するシステムとし、そして環境内で生成される、ＳＮＲを低くするノイズ信号によって制御回路が影響を受けない、タッチパネルの制御回路及び制御方法を提供する。また、制御回路は、効果的にチップ上の占有領域を削減したり、システム全体のコストを削減したりするために、簡単な構成要素で構成される。
【００１０】
本発明の一形態に係るタッチパネルの制御回路は、検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電する信号検出回路と、強度信号を周波数信号に変換し、周波数信号の周波数を強度信号のレベルに関連付ける強度／周波数変換ユニットと、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析する周波数分析ユニットと、を備える。
【００１１】
本発明に係る制御回路は、検出配線が第１軸方向の検出配線又は第２軸方向の検出配線である。
【００１２】
本発明に係る制御回路は、信号検出回路が、検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を供給し、強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する容量検出回路である。
【００１３】
本発明に係る制御回路は、容量検出回路によって生成される強度信号の電圧Ｖｏｕｔは以下の式１で求められる。
【数１】
ここで、Ｌａは容量検出回路のトランジスタａのゲート長さ、Ｗａはトランジスタａのゲート幅、Ｌｂは容量検出回路のトランジスタｂのゲート長さ、Ｗｂはトランジスタｂのゲート幅、ＶＤＤは供給電圧、ＶＴはトランジスタの臨界電圧、ＣＸは検出配線の等価容量の合計及び制御回路の制御基板の浮遊容量、Ｃは容量検出回路の内部容量である。
【００１４】
本発明に係る制御回路は、容量検出回路が、容量検出回路の強度信号を安定させる緩衝増幅回路と、容量検出回路の強度信号のレベルを調整及び拡大するレベルシフタと、を含む。
【００１５】
本発明に係る制御回路は、強度／周波数変換ユニットが電圧制御発振器であり、周波数分析ユニットは、周波数カウンタ又は周波数識別器である。
【００１６】
本発明に係る制御回路は、第１のマルチプレクサが、検出配線を順番に選択するために、信号検出回路に電気的に接続されており、第２のマルチプレクサは、強度／周波数変換ユニットに伝送するための強度信号を順番に検出するために、信号検出回路に電気的に接続されている。
【００１７】
本発明は、またタッチパネルを制御する方法を提供し、当該方法は、検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電し、強化信号を周波数信号に変換し、周波数信号の周波数を対応する検出配線の強度信号のレベルに関連付け、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析する。
【００１８】
本発明に係るタッチパネルを制御する方法は、充電する工程において、検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を信号検出回路によって供給し、強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する。
【００１９】
本発明に係るタッチパネルを制御する方法は、検出配線に充電するための電源を順に伝送し、強度信号を順に伝送する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来の静電容量方式のタッチパネルの制御回路のブロック図である。
【図２】図２は、従来の静電容量方式のタッチパネルの制御回路の回路図である。
【図３】図３は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルのシステムのブロック図である。
【図４】図４は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルによって検出される容量変化を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明に係る容量検出回路の回路図である。
【図６】図６は、本発明に係る容量検出回路の等価回路図である。
【図７】図７は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの容量検出回路の出力端子での電圧Ｖｏｕｔと検出配線の容量ＣＸとの関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明に係る他の容量検出回路の回路図である。
【図９】図９は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの他のシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係るタッチパネルの制御回路は、信号検出回路、強度／周波数変換ユニット、周波数分析ユニット、及びマルチプレクサを含む。
【００２２】
信号検出回路は、タッチパネルの第１軸方向及び第２軸方向の検出配線を充電したり、各々の検出配線の強度信号を得たりするために用いられる。強度／周波数変換ユニットは、強度信号を周波数信号に変換し、当該周波数信号の周波数を対応する強度信号に対応させる。周波数分析ユニットは、対応する検出配線の信号量を得るために周波数信号を分析し、制御回路の外側のマイクロコントローラに当該信号量を伝送する。第１のマルチプレクサは、検出配線を順番に選択するために、信号検出回路に電気的に接続されている。第２のマルチプレクサは、強度信号を順番に選択するために、信号検出回路に電気的に接続されており、強度信号を強度／周波数変換ユニットに伝送する。
【００２３】
本発明に係るタッチパネルの制御回路の本質的な動作を図面に基づいて以下に述べる。
【００２４】
図３は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルのシステムのブロック図である。図３において、制御回路４２は、マルチプレクサ４４、前述の信号検出回路として機能する容量検出回路４６、マルチプレクサ４８、前述の強度／周波数変換ユニットとして機能する電圧制御発振器５０、及び前述の周波数分析ユニットとして機能する周波数カウンタ５２を含む。マルチプレクサ４４及び４８は、多対一スイッチ又は複数の一対一スイッチを用いることができ、周波数識別器は、周波数分析ユニットとして用いることもできる。
【００２５】
図４を参照する。指等が静電容量方式のタッチパネル４０の接触点Ｐに接触すると、Ｘ軸及びＹ軸の等価キャパシタの容量変化が当該接触点Ｐ近傍で生じ、接触点Ｐの座標位置は、そのような変化に基づいて後端のマイクロコントローラ５４によって算出される。静電容量方式のタッチパネル４０の中央位置でのＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は最も大きく、Ｘ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は中央位置から離れるに従って小さくなる。
【００２６】
マルチプレクサ４４は、静電容量方式のタッチパネル４０の各Ｘ軸及びＹ軸の検出配線に電気的に接続されている。マルチプレクサ４４の切り替えは、タッチパネル４０の各々のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量を順に容量検出回路４６に伝送するために、制御回路４２の外側のマイクロコントローラ５４によって制御される。
【００２７】
容量検出回路４６は、マルチプレクサ４４を介してＸ軸及びＹ軸の検出配線に充電電力を供給し、各々のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出された等価キャパシタの容量を得る。Ｘ軸及びＹ軸の検出配線の一方に充電されると、容量検出回路４６は、検出配線を充電した電流に基づいて、内部キャパシタを充電するための等しい充電電流を供給し、そして、本発明に係る容量検出回路の回路図である図５、及び本発明に係る容量検出回路の等価回路図である図６に示すように、充電された内部キャパシタは、両終端で強度信号である電圧を形成する。容量検出回路４６の内部キャパシタＣ１は、容量検出回路４６の強度信号のレベルを調整可能な種々のキャパシタを用いることができる。
【００２８】
図５において、トランジスタｍ３及びトランジスタｍ４は、例えばカレントミラーの充電／放電回路を構成し、クロックレートｃｋ１はトランジスタｍ１のゲートから入力され、クロックレートｃｋ２はトランジスタｍ２及びｍ５のゲートから入力される。クロックレートｃｋ１及びｃｋ２は、マイクロコントローラ５４によって、トランジスタｍ１、ｍ２及びｍ５夫々のゲートに入力される。クロックレートｃｋ１及びｃｋ２は、トランジスタｍ１、ｍ２及びｍ５の導通及び閉鎖を制御する。本形態におけるトランジスタのタイプは、ＮＭＯＳ（N-channel Metal Oxide Semiconductor）、ＰＭＯＳ（P-channel Metal Oxide Semiconductor）、ＮＰＮ ＢＪＴ(Bipolar Junction Transistor)、又はＰＮＰ ＢＪＴを用いることに制限されない。
【００２９】
容量検出回路４６の動作原理は、充電と放電との２つの段階を含む。クロックレートｃｋ１が低く（低ポテンシャル）、クロックレートｃｋ２が低いとき（それは充電状態）、トランジスタｍ１が導通し、トランジスタｍ２及びｍ５が閉鎖し、そして供給電圧ＶＤＤは、入力端子（トランジスタｍ１とｍ２との間の接続）からマルチプレクサ４４を介して静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線に供給されるために、即ち検出配線の等価キャパシタを充電するために、トランジスタｍ３及びｍ１を介して通り過ぎる充電電流として機能する（回路基板の信号経路によって生成される浮遊容量（stray capacitor）を含む。）。内部キャパシタＣ１を充電することによって生成される電圧が容量検出回路４６によって得られる強度信号であり、強度信号が充電された検出配線の等価キャパシタの容量に対応するとき、トランジスタｍ３及びｍ４は、カレントミラー回路を構成するので、トランジスタｍ４を介して通り過ぎる電流は、トランジスタｍ３を介して通過する電流と等しく、内部キャパシタＣ１を充電する。クロックレートｃｋ１が高く（高ポテンシャル）、クロックレートｃｋ２が高いとき（それは閉鎖状態）、トランジスタｍ１が閉鎖され、トランジスタｍ２及びｍ５は導通する。静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線に供給される電流は、入力端子からマルチプレクサ４４を介してグランド端子にトランジスタｍ２によって放電され、充電された内部キャパシタＣ１は、トランジスタｍ５を介してグランド端子に放電される。
【００３０】
式を導くことを促進するために、図５の容量検出回路４６は、静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線の等価キャパシタ（回路基板の接続配線によって生成される浮遊キャパシタを含む。）である等価キャパシタＣＸが、図６の等価回路図の単純化モデルに導入される。
【００３１】
図６の等価回路に基づく推定された結果は、以下のように式（２）で示すことができる。
【数２】
ここで、μ０はトランジスタの電子移動度、ＣＯＸはトランジスタの酸化物の厚さの誘電率の比、Ｗはトランジスタのゲート幅、Ｌはトランジスタのゲート長さ、ＶＧＳはトランジスタのゲートとソースとの間の電圧差、ＶＴはトランジスタの臨界電圧（critical voltage）である。
【００３２】
電流Ｉ１が期間ｔの間で静電容量方式のタッチパネル４０の検出配線の等価キャパシタＣＸを充電した後に、容量検出回路４６の入力端子で生成される電圧差ＶＸは式（３）で示すことができる。
【数３】
出力端子での電圧Ｖｏｕｔは、容量検出回路４６の回路形態に基づいて以下のように推定することができ、トランジスタの特性は式（４）で示すことができる。
【数４】
ここで、Ｖｏｕｔは容量検出回路４６の出力端子での電圧、Ｌ３はトランジスタｍ３のゲート長さ、Ｗ３はトランジスタｍ３のゲート幅、Ｌ４はトランジスタｍ４のゲート長さ、Ｗ４はトランジスタｍ４のゲート幅である。
【００３３】
従って、容量検出回路４６の出力端子での電圧Ｖｏｕｔは、図７に示すように、ＣＸ／Ｃ１に比例する。図７は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの容量検出回路の出力端子での電圧Ｖｏｕｔと、検出配線の等価容量と、の関係を示す図である。
【００３４】
図７において、静電容量方式のタッチパネル４０に接触した指の位置で検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量は大きいことがわかる（例えば、図７に示す等価キャパシタＣＸの最大容量は２．５ｐＦ）。そのため、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔ（即ち、強度信号）は、比較的大きい。また、検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置から離れるに従って小さくなる（例えば、図７に示す等価キャパシタＣＸの容量は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置から離れるに従って小さくなり、順に２．０ｐＦ、１．５ｐＦ、及び０．５ｐＦである。）。そのため、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔは、等価キャパシタＣＸの容量が小さくなるにつれて、ますます小さくなる。
【００３５】
本発明に係る他の容量検出回路の回路図である図８に示すように、より良い回路特性を有する容量検出回路を実現するために、容量検出回路６０のトランジスタｍ４とトランジスタｍ５とが接続された位置に接続され、他の負荷効果によって影響を受けないために、容量検出回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔを安定させるために用いられ、例えば後端電圧制御発振器（VCO）５０（図３を参照）のような、緩衝増幅回路（例えば、バッファー・ソースフォロワを含む。）６２を有する。緩衝増幅回路６２は、レベルシフタ６４に接続されており、レベルシフタ６４は、また例えば容量検出回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔのレベルを調整及び増幅し、調整されて増幅された出力電圧Ｖｏｕｔを、電圧制御発振器５０のような後端回路に伝送する、プログラマブル利得増幅器を含むことができる。
【００３６】
図５の容量検出回路４６は、複数のＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＮＰＮＢＪＴ、又はＰＮＰＢＪＴを有する回路である。従来の容量検出回路１０は、パルス生成器２０、積分器２６及びサンプリング・ホールディング回路２８を有する大きな回路であり、それに比べて、本形態の容量検出回路４６は、コストが安価で、チップでの占有領域が小さく、性能に優れ、そして低い供給電圧（例えば、３Ｖ〜１．８Ｖ）をサポートすることができる。
【００３７】
図３において、マルチプレクサ４８は、容量検出回路４６の出力端子に電気的に接続されており、容量検出回路４６の出力端子での電圧（即ち、強度信号）Ｖｏｕｔを電圧制御発振器５０に伝送するために、マルチプレクサ４８の切り替えがマイクロコントローラ５４によって制御される。
【００３８】
電圧制御発振器５０は、発振する周波数が入力電圧を用いて制御される、電子発振回路である。言い換えると、高い電圧が電圧制御発振器５０に入力され、高い出力周波数が電圧制御発振器５０によって生成される。
【００３９】
容量検出回路４６の出力端子での直流電圧である電圧Ｖｏｕｔは、マルチプレクサ４８を介して電圧制御発振器５０に入力される。指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した場所における検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量は大きく、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔは比較的高い。そのため、電圧Ｖｏｕｔが高い間、電圧制御発振器５０は高い出力周波数を生成する。他方、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した場所近傍における検出配線によって検出された等価キャパシタＣＸの容量は小さく、容量検出回路４６が容量を検出した後に得られる電圧Ｖｏｕｔは比較的低い。そのため、電圧Ｖｏｕｔが低い間、電圧制御発振器５０は低い出力周波数を生成する。
【００４０】
電圧制御発振器５０は、生成した出力周波数を周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）に入力し、周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）は、電圧制御発振器５０によって入力された出力周波数をカウントし、対応する検出配線によって検出された等価キャパシタＣＸの容量の信号量であるカウント値を得る。
【００４１】
マイクロコントローラ５４は、静電容量方式のタッチパネル４０の幾つかの検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量を容量検出回路４６に伝送するためにマルチプレクサ４４を制御し、周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）は、電圧制御発振器５０によって生成され、幾つかの検出配線によって検出される等価キャパシタＣＸの容量に対応する出力周波数を得る。図４に示すように、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置におけるＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は大きく、それ故に指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置におけるＸ軸及びＹ軸の検出配線に対応する周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）によってカウントされるカウント値は大きい。他方、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置近傍のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量は小さく、それ故に指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置近傍におけるＸ軸及びＹ軸の検出配線に対応する周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）によってカウントされるカウント値は小さい。そのため、マイクロコントローラ５４は、Ｘ軸の検出配線の等価キャパシタの容量同志及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量同志を、周波数カウンタ５２（又は周波数識別器）から得るカウント値に基づいて比較し、比較後に、マイクロコントローラ５４は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置を判別できるように、少なくとも一つのＸ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量を得る。この少なくとも一つのＸ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量は、他のＸ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量より高い。
【００４２】
本形態に係る制御回路４２は、以下の効果を有する。
ａ．静電容量方式のタッチパネル４０への供給電圧が次第に下がった（５Ｖ、３Ｖ、１．８Ｖ、１．２Ｖ）とき、高い周波数信号で動作する制御回路４２のＳＮＲが低い供給電圧によって影響を受け難くなるように、電圧制御発振器５０は低い供給電圧の状態下で高い周波数信号を生成することができる。
【００４３】
ｂ．電圧制御発振器５０が高い周波数（例えば、ＭＨｚ−ＧＨｚの範囲）の信号で動作することができ、電圧制御発振器５０によって出力される発振した周波数は環境下でノイズ信号によって影響を受けないので、回路環境によって生成されるノイズ信号は、制御回路４２のＳＮＲを低下させない。
【００４４】
ｃ．指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触することよって検出される等価キャパシタの容量は、電圧制御発振器５０によって生成される発振した周波数の広い変化範囲をもたらし、それ故に制御回路４２が高いＳＮＲを有するように、環境下のノイズ信号によって影響を受け難くなる。
【００４５】
図９は、本発明に係る静電容量方式のタッチパネルの他のシステムのブロック図である。図９の静電容量方式のタッチパネルは、図３の静電容量方式のタッチパネル４０と同様の効果及び構成を有し、それ故に等しい符号が用いられ、それらの説明が省略されている。図９において、制御回路７０は、マルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎ、容量検出回路７４１、７４２、…、７４Ｎ、マルチプレクサ７６１、７６２、…、７６Ｎ、電圧制御発振器７８１、７８２、…、７８Ｎ、及び周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎ（周波数識別器を用いることもできる。）を含む。マルチプレクサ７２１、容量検出回路７４１、マルチプレクサ７６１、電圧制御発振器７８１、及び周波数カウンタ８０１は、図３の制御回路４２の構成とそれぞれ等しく、等しい機能を有する。マルチプレクサ７２２、容量検出回路７４２、マルチプレクサ７６２、電圧制御発振器７８２、及び周波数カウンタ８０２は、図３の制御回路４２の構成とそれぞれ等しく、等しい機能を有する。ここで、Ｎは２以上の整数であり、静電容量方式のタッチパネル４０への指の接触に応じて、システム全体の処理時間を考慮して適宜決定される。
【００４６】
マルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎは、静電容量方式のタッチパネル４０のＸ軸及びＹ軸の検出配線に沿って電気的に接続され、そして、Ｘ軸及びＹ軸の検出配線の等価キャパシタの容量に対応する強度信号を生成するために、静電容量方式のタッチパネル４０のＸ軸及びＹ軸の検出配線によって検出される等価キャパシタの容量を、容量検出回路７４１、７４２、…、７４Ｎに同時に伝送するために、マルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎの切り替えは、制御回路７０の外側のマイクロコントローラ８２によって制御される。各電圧制御発振器７８１、７８２、…、７８Ｎは、強度信号に基づいて出力周波数を生成し、そして同調して周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎ（又は周波数識別器）に出力周波数を入力する。各周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎは、出力周波数に基づいてカウント値を生成し、そして同調してマイクロコントローラ８２にカウント値を入力する。マイクロコントローラ８２は、指が静電容量方式のタッチパネル４０に接触した位置を判別するためにこれらのカウント値を比較する。
【００４７】
大型の静電容量方式のタッチパネル４０は、多くのＸ軸及びＹ軸の検出配線を有する。
図３の回路構成を有する制御回路４２が大型の静電容量方式のタッチパネル４０への指の接触に反応するために用いられるとき、必然的に長い反応時間が必要である。等しい構成要素のセットを複数有する図９の制御回路７０を大型の静電容量方式のタッチパネル４０への指の接触の反応を同調して処理するために用いると、反応時間を飛躍的に短縮することができる。
【００４８】
他の形態において、多くの回路要素によって静電容量方式のタッチパネル４０の広い領域を占有することを避けるために、Ｎ個のマルチプレクサ７６１、７６２、…、７６Ｎ、Ｎ個の電圧制御発振器７８１、７８２、…、７８Ｎ、及びＮ個の周波数カウンタ８０１、８０２、…、８０Ｎは、１つのマルチプレクサ、１つの電圧制御発振器、及び１つの周波数カウンタ（又は１つの周波数識別器）に置き換えることができる。多重処理は、Ｎ個のマルチプレクサ７２１、７２２、…、７２Ｎと共に用いられるＮ個の容量検出回路７４１、７４２、…、７４Ｎによって行われ、当該１つのマルチプレクサ及び当該１つの電圧制御発振器は、容量検出回路７４Ｘによって出力される強度信号の時分割処理を行い（Ｎ個のマルチプレクサ７２１、７２２、…７２Ｎを制御するためにマイクロコントローラ８２によって時分割信号を生成することができる。）、当該１つの周波数カウンタ（又は当該１つの周波数識別器）は、当該１つの電圧制御発振器の出力周波数を処理し、マイクロコントローラ８２にカウント値を伝送する。
【００４９】
本発明に係るタッチパネルの制御回路及び制御方法は、制御回路が良好なＳＮＲを有し、環境下で生成される、ＳＮＲを低くするノイズ信号の影響が少なく、また、制御回路は、チップの占有領域を効果的に削減するために簡単な構成要素で構成され、システム全体のコストを削減できる、効果を有する。
【００５０】
本発明を望ましい形態及び実例となる図面に基づいて上述したが、それに限定されない。幾つもの変更、省略、及び改変は、本発明のスコープから逸脱しない範囲で、当業者によって上述の構成及び形態に基づいて行うことができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 制御回路
１２ 静電容量方式のタッチパネル
２０ パルス生成器
２２ マルチプレクサ
２６ 積分器
２８ サンプリング・ホールディング回路
３２ アナログ−デジタル変換器
４０ 静電容量方式のタッチパネル
４２ 制御回路
４４ マルチプレクサ
４６ 容量検出回路
４８ マルチプレクサ
５０ 電圧制御発振器
５４ マイクロコントローラ
６０ 容量検出回路
６２ 緩衝増幅回路
６４ レベルシフタ
７０ 制御回路
８２ マイクロコントローラ
７２１ マルチプレクサ
７２２ マルチプレクサ
７２Ｎ マルチプレクサ
７４１ 容量検出回路
７４２ 容量検出回路
７４Ｎ 容量検出回路
７６１ マルチプレクサ
７６２ マルチプレクサ
７６Ｎ マルチプレクサ
７８１ 電圧制御発振器
７８２ 電圧制御発振器
７８Ｎ 電圧制御発振器
８０１ 周波数カウンタ
８０２ 周波数カウンタ
８０Ｎ 周波数カウンタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電する信号検出回路と、
前記強度信号を周波数信号に変換し、前記周波数信号の周波数を前記強度信号のレベルに関連付ける強度／周波数変換ユニットと、
対応する検出配線の信号量を得るために前記周波数信号を分析する周波数分析ユニットと、
を備える、タッチパネルの制御回路。
【請求項２】
前記検出配線は、第１軸方向の検出配線又は第２軸方向の検出配線である、請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記信号検出回路は、前記検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を供給し、前記強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する容量検出回路である、請求項１又は２に記載の制御回路。
【請求項４】
前記容量検出回路によって生成される強度信号の電圧Ｖｏｕｔは以下の式（５）で求められる、請求項３に記載の制御回路。
【数５】
ここで、Ｌａは前記容量検出回路のトランジスタａのゲート長さ、Ｗａはトランジスタａのゲート幅、Ｌｂは前記容量検出回路のトランジスタｂのゲート長さ、Ｗｂはトランジスタｂのゲート幅、ＶＤＤは供給電圧、ＶＴは前記トランジスタの臨界電圧、ＣＸは検出配線の等価容量の合計及び前記制御回路の制御基板の浮遊容量、Ｃは前記容量検出回路の内部容量である。
【請求項５】
前記容量検出回路は、前記容量検出回路の強度信号を安定させる緩衝増幅回路と、前記容量検出回路の強度信号のレベルを調整及び拡大するレベルシフタと、を含む、請求項３又は４に記載の制御回路。
【請求項６】
前記強度／周波数変換ユニットは、電圧制御発振器であり、
前記周波数分析ユニットは、周波数カウンタ又は周波数識別器である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項７】
第１のマルチプレクサは、前記検出配線を順番に選択するために、前記信号検出回路に電気的に接続されており、
第２のマルチプレクサは、前記強度／周波数変換ユニットに伝送するための前記強度信号を順番に検出するために、前記信号検出回路に電気的に接続されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項８】
検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの前記検出配線を充電し、
前記強化信号を周波数信号に変換し、前記周波数信号の周波数を対応する検出配線の強度信号のレベルに関連付け、
対応する検出配線の信号量を得るために前記周波数信号を分析する、タッチパネルを制御する方法。
【請求項９】
前記充電する工程において、前記検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を信号検出回路によって供給し、前記強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記検出配線に充電するための前記電源を順に伝送し、
前記強度信号を順に伝送する、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１】
検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの検出配線を充電する信号検出回路と、
前記強度信号を周波数信号に変換し、前記周波数信号の周波数を前記強度信号のレベルに関連付ける強度／周波数変換ユニットと、
対応する検出配線の信号量を得るために前記周波数信号を分析する周波数分析ユニットと、
を備える、タッチパネルの制御回路。
【請求項２】
前記検出配線は、第１軸方向の検出配線又は第２軸方向の検出配線である、請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記信号検出回路は、前記検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を供給し、前記強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する容量検出回路である、請求項１又は２に記載の制御回路。
【請求項４】
前記容量検出回路によって生成される強度信号の電圧Ｖｏｕｔは以下の式（５）で求められる、請求項３に記載の制御回路。
【数５】
ここで、Ｌａは前記容量検出回路のトランジスタａのゲート長さ、Ｗａはトランジスタａのゲート幅、Ｌｂは前記容量検出回路のトランジスタｂのゲート長さ、Ｗｂはトランジスタｂのゲート幅、ＶＤＤは供給電圧、ＶＴは前記トランジスタの臨界電圧、ＣＸは検出配線の等価容量の合計及び前記制御回路の制御基板の浮遊容量、Ｃは前記容量検出回路の内部容量である。
【請求項５】
前記容量検出回路は、前記容量検出回路の強度信号を安定させる緩衝増幅回路と、前記容量検出回路の強度信号のレベルを調整及び拡大するレベルシフタと、を含む、請求項３又は４に記載の制御回路。
【請求項６】
前記強度／周波数変換ユニットは、電圧制御発振器であり、
前記周波数分析ユニットは、周波数カウンタ又は周波数識別器である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項７】
第１のマルチプレクサは、前記検出配線を順番に選択するために、前記信号検出回路に電気的に接続されており、
第２のマルチプレクサは、前記強度／周波数変換ユニットに伝送するための前記強度信号を順番に検出するために、前記信号検出回路に電気的に接続されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項８】
検出配線の強度信号を得るためにタッチパネルの前記検出配線を充電し、
前記強化信号を周波数信号に変換し、前記周波数信号の周波数を対応する検出配線の強度信号のレベルに関連付け、
対応する検出配線の信号量を得るために前記周波数信号を分析する、タッチパネルを制御する方法。
【請求項９】
前記充電する工程において、前記検出配線の等価キャパシタを充電するために電源を信号検出回路によって供給し、前記強度信号を得るために内部キャパシタを充電するために等しい大きさの電源を対応するように供給する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記検出配線に充電するための前記電源を順に伝送し、
前記強度信号を順に伝送する、請求項８又は９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図４】
【図７】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図４】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５４７２９（Ｐ２０１３−５４７２９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６０３１３（Ｐ２０１２−１６０３１３）
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【出願人】（５０４２７２３２７）宸鴻光電科技股▲分▼有限公司 (30)
【氏名又は名称原語表記】ＴＰＫ ＴＯＵＣＨ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】６Ｆ，ＮＯ．１３−１８，Ｓｅｃ．６， Ｍｉｎ Ｑｕａｎ Ｅ．Ｒｄ．，Ｎｅｉｈｕ Ｄｉｓｔ．，Ｔａｉｐｅｉ，Ｔａｉｗａｎ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【出願人】（５０４２７２３２７）宸鴻光電科技股▲分▼有限公司 (30)
【氏名又は名称原語表記】ＴＰＫ ＴＯＵＣＨ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】６Ｆ，ＮＯ．１３−１８，Ｓｅｃ．６， Ｍｉｎ Ｑｕａｎ Ｅ．Ｒｄ．，Ｎｅｉｈｕ Ｄｉｓｔ．，Ｔａｉｐｅｉ，Ｔａｉｗａｎ．
【Ｆターム（参考）】
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