説明

タッチポイント検知デバイスおよびそのタッチポイント検知方法

【課題】タッチポイント検知デバイスによって、タッチポイントの検知精度を減少させることなく、電極の縁(electrode border)とプロセッサの集積回路パッケージのサイズを減少する。
【解決手段】タッチポイント検知デバイス100を提供する。タッチポイント検知デバイス100は、複数の電極110と、電極110に接続され、少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて走査する走査部140と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タッチポイント検知技術に関し、特に、タッチポイント検知デバイスおよびそのタッチポイント検知方法に関する。
【背景技術】
【0002】
タッチにより電子デバイスにデータを入力する技術が幅広く利用されている。これらの電子デバイスは、通常、タッチポイント検知デバイスを採用して、タッチ動作を感知し、後続の操作のための関係する電気信号を生成する。実際の使用において用いられるタッチポイント検知デバイスは、通常、タッチパネルおよびタッチスクリーンの形で提示される。
【0003】
異なるタッチポイント検知原理によれば、タッチポイント検知デバイスは、抵抗膜方式のもの、静電容量方式のもの、光学式のもの、電磁式のもの、音響式のものなどに分類され得る。静電容量方式のタッチポイント検知デバイスのその作動原理は、ユーザが指やタッチペンのような導電のタッチ物体を用いてデバイスの表面をタッチすると、デバイスの表面上のタッチポイントにおける静電容量の変化を導き、プロセッサがその静電容量の変化に従ってタッチポイントの座標を検知するというものである。
【0004】
異なる電子デバイスと連携するために、投影型の静電容量方式のタッチポイント検知デバイスのような、様々な静電容量方式のタッチポイント検知デバイスが開発されている。投影型の静電容量方式のタッチポイント検知デバイスの電極には、格子型の電極と単軸型の電極を含む。単軸型の電極に関しては、各電極が抵抗を有し、電極を通過する励起信号(excitation signal)は、電極上で生成される対応する出力値の変化を加味して減衰される。図1に示されるように、各走査された電極の出力値(output)と、励起信号(excitation signal)を供給する端部の距離(distance)と、の間には、ある種の変化関係が存在する。従って、電極上のタッチポイントの位置は、利用可能な上記の変化関係に基づいて決定され得る。
【0005】
励起信号(excitation signal)が電極の1つの端部のみから供給される場合、それは単一経路型と呼ばれ、同一のタッチポイント位置のために生成される異なる出力値、または、異なるタッチポイント位置のために生成される同一の出力値をもたらす。そして、このことは、タッチ物体による異なるサイズのタッチ領域を持ったタッチポイント位置を検知するときに、エラーをさらにもたらす。従って、タッチポイント位置を検知することについてのタッチ領域によってもたらされる影響を減少するために、励起信号(excitation signal)は電極の両端部から別々に供給されて、これは双対の経路型と呼ばれる。
【0006】
図2に示されるように、タッチポイント検知デバイス1は、従来型の双対の経路型を持っている単軸型の電極を備え、電極2、導電線3、4、プロセッサ5を含み、電極2は、両端部A、Bを持つ。電極2の端部Aは導電線3を用いてプロセッサ5に接続され、電極2の端部Bは導電線4を用いてプロセッサ5に接続される。
【0007】
図3に示されるように、端部Aが走査された時に、出力値と、端部Aからのタッチ位置の距離と、の間の変化関係の曲線が、Laとして定義される。また、端部Bが走査された時に、出力値と、端部Aからのタッチ位置の距離と、の間の変化関係の曲線についても、Lbとして定義される。従って、2つの曲線LaおよびLbの間の関係を利用することで、2つの出力値Dt1およびDt2に基づいて計算される同一のタッチ位置Tにおける、2つの出力値Dt1およびDt2が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第7439962B2号明細書
【特許文献2】台湾特許出願公開第200921490号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
双対の経路型のタッチポイント検知デバイスを考慮すると、各電極は2つの導電線を必要とし、その結果、電極に接続する2つの導電線を取り付けるために、電極の周囲により大きな絶縁領域を必要とする。さらに、携帯型の電子デバイスのような小型サイズのデバイスと一体化される時には、タッチポイント検知デバイスは閉じ込められる。さらに、プロセッサに関しては、導電線が増えるほど、より多くの出力/入力ポート(I/Oピン)が供給される必要がある。従って、プロセッサは、より大きな集積回路パッケージを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、上述した問題を考慮してなされたものであり、タッチポイントの検知精度を減少させることなく、電極の縁(electrode border)およびプロセッサの集積回路パッケージを減少させるタッチポイント検知デバイスを提供することである。
【0011】
タッチポイント検知デバイスは、複数の電極と、前記複数の電極に接続され、少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて前記電極を走査する走査部と、を備える。
【0012】
また、本発明の他の目的は、タッチポイント検知方法を提供することである。
【0013】
タッチポイント検知方法は、(a)少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて、少なくとも1つのタッチポイントが現れる場所にて前記電極上に生成される出力値を検知すること、(b)前記出力値の出力値差を計算して、前記電極上の前記タッチポイントの位置を検知すること、を備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、タッチポイント検知デバイスおよびその検知方法を採用することで、より小さな電極の縁(electrode border)と、より小さな集積回路パッケージとを提供することができ、同時に、相対的に高いタッチポイント検知の精度を維持して、小型サイズのデバイスとの統合および生産材料や他の製造コストの無駄の減少を良好に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】走査された電極の出力値と、タッチ位置からの励起信号(excitation signal)を供給する端部の距離と、の間の変化関係に関する曲線の説明図である。
【図2】従来型の双対の経路型を持つタッチポイント検知デバイスの構造上の概略図である。
【図3】検知デバイスの電極についての出力値と、図2の端部Aからのタッチポイントの距離と、の間の変化関係に関する曲線の説明図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。
【図8】2つの異なる周波数の励起信号(excitation signal)を用いて同一の電極を走査する間での、出力値と、端部Aからのタッチポイントの距離と、の間の変化関係に関する曲線の説明図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態のタッチポイントを検知する方法のフローチャートである。
【図10】本発明の第2の実施の形態のタッチポイントを検知する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
当業者は、以下で参照する図面が説明の目的のみのためのものであるということを理解する。図面は、本出願の教示のスコープを限定することを決して意図するものではない。同様の符号は、複数の図面を通して、対応する部分を指定する。
【0017】
図4に示されるように、発明の第1の実施の形態のタッチポイント検知デバイス100は、第1の端部Aおよび第2の端部Bを備える複数の電極110と、複数の導電線120と、プロセッサ130と、を含む。複数の電極110は、第1の方向Xと名付けられた方向と同一方向に沿って伸び、第2の方向Yに沿って並行に配置される。各電極110の第1の端部Aは、導電線120を用いてプロセッサ130に接続される。
【0018】
タッチポイント検知デバイス100はまた、電極110の第1の端部Aに接続された走査部140を含み、走査部140は、少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を電極110に供給して走査するために使用され得る。異なる回路設計要件によれば、走査部140は、プロセッサ130の内部に配置されて全てを含んだコンポーネントを形成することができる。また、走査部140は、プロセッサ130から分離されている個別のコンポーネントとして単独に考案されることもでき、このことは、走査部140はプロセッサ130の外部に配置されて、導電線または他の電気的な接続手法(不図示)の少なくとも1つによって電気的に接続されることを意味する。
【0019】
電極110の形状は、図4に示されるストリップ形状に限定されず、多角形状(polygon)のような他の不整形な幾何学的形状もまた含む。図5に示される第2の実施の形態におけるタッチポイント検知デバイス200の電極210は、台形形状(trapezium)である。
【0020】
図6に示されるように、第3の実施の形態のタッチポイント検知デバイス300は、第1の実施の形態のタッチポイント検知デバイス100に類似し、第1の端部Aおよび第2の端部Bを備える複数の電極310と、導電線320と、プロセッサ330と、走査部340と、を含む。その差は、各電極310が、複数の導電部311および複数の導電線312を含むことである。複数の導電部311は互いに分離されており、導電線312によって接続される。第3の実施の形態におけるタッチポイント検知デバイス300の他のコンポーネントの設計は、第1の実施の形態におけるタッチポイント検知デバイス100のものと同一である。
【0021】
図7に示されるように、第4の実施の形態のタッチポイント検知デバイス400と、第1の実施の形態のタッチポイント検知デバイス100との差は、複数の電極410が、第1の方向Xに沿う第1の電極410aと、第2の方向に沿う電極410bと、に分割され、第1の電極410aが第1の導電線420aを用いてプロセッサ430に接続され、第2の電極410bが第2の導電線420bを用いてプロセッサ430に接続される、ことである。
【0022】
異なる実際の設計要件によれば、本発明のタッチポイント検知デバイスの電極は、酸化インヂウム・スズのような透明材料で製造されることができる。また、金属のような不透明材料で製造されることもできる。例えば、電極が不透明材料である時には、ノートブックコンピュータなどの電子デバイスのタッチパッドとして利用されることができ、電極が透明材料である時には、モニタなどの発行ディスプレイデバイスの表面に設置されてタッチスクリーンを形成することもできる。
【0023】
本発明のタッチポイント検知デバイスの電極の個数は少なくとも2つであり、電極の個数は、タッチポイント検知デバイスのサイズおよび解像度によって決定される。通常、より高い解像度では、より小さなピクセルを必要とし、これはより多くの電極の個数になることを意味し、また、より大きなサイズのタッチポイント検知デバイスでは、より多くの電極の個数になる。さらに、第1の方向Xおよび第2の方向Yは互いに交差される。
【0024】
図4に示される第1の実施の形態のタッチポイント検知デバイスを例にして説明する。タッチポイント検知デバイス100は、検知の前に較正が行われる。この較正では、可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて、第1の端部Aおよび第2の端部Bを走査することで生成される出力値が、タッチポイント位置の検知の出力値の基準線として定義されて記録される。
【0025】
まず始めに、タッチ物体が任意の1つの電極110と接触され、これは、タッチポイントが第1の端部Aにあることを示す。そして、走査部140が第1の励起信号周波数(excitation signal frequency)f1を用いて電極110を走査する。そして、プロセッサ130が第1の基準線出力値Da1を検知および記録する。そして、電極110が第2の励起信号周波数(excitation signal frequency)f2(f2<f1)を用いて走査される。そして、プロセッサ130が第2の基準線出力値Da2を検知および記録する。そして、プロセッサ130が、2つの基準線出力値Da1およびDa2に基づいて、第1の端部Aにおける第1の基準線出力値の差Da=Da1−Da2を計算する。
【0026】
同様に、電極110は、同一の電極110への同一のタッチ物体の接触を通して、上述した同一の第1の励起信号周波数(excitation signal frequency)f1および第2の励起信号周波数(excitation signal frequency)f2をそれぞれ用いて走査される。そして、プロセッサ130は、基準線出力値Db1およびDb2をそれぞれ得て、第2の端部Bにおける第2の基準線出力値の差Db=Db1−Db2の計算を継続する。
【0027】
検知された出力値の基準線Da1、Da2、Db1、Db2に基づいて、電極110の第1の端部Aおよび第2の端部Bが、第1の励起信号周波数(excitation signal frequency)f1および第2の励起信号周波数(excitation signal frequency)f2を用いて走査される時の、電極と、第1の端部Aからのタッチポイントの距離と、の出力値の変化関係の曲線L1およびL2が、図8に示されるように描かれる。
【0028】
図4に示されるタッチポイント検知デバイスの表面上にタッチポイントCが現れた時に、タッチポイントCの位置は、図9に示される第1の実施の形態のタッチポイント検知方法の流れ工程において検知される。最初のステップ10を開始した後、ステップ11において、走査部140は、第1の励起信号周波数(excitation signal frequency)f1を用いて、全ての電極110を走査し、ここで、走査部140は、(連続にまたは任意の順序で)一つずつ、または同調して全ての電極を走査する。ステップ12において、プロセッサ130は出力値が生成されるか否かを決定し、生成されない場合には工程はステップ11に戻り、生成される場合には工程はステップ13に流れる。ステップ13において、プロセッサ130は、第1の出力値Dx1と、第1の出力値Dx1を生成する電極110と、を検知する。
【0029】
ステップ14において、走査部140は第2の励起信号周波数(excitation signal frequency)f2を用いて、ステップ13で第1の出力値を生成する電極110を走査する。ステップ15において、プロセッサ130は、電極110によって生成される第2の出力値Dx2を検知する。ステップ16において、プロセッサ130は、第2の方向YにおけるタッチポイントCの位置Ycを、補間を用いて計算する。
【0030】
ステップ17において、プロセッサ130は、ステップ13で検知された第1の出力値Dx1およびステップ15で検知された第2の出力値Dx2に基づいて、出力値の差Dx=Dx1−Dx2を計算する。図8に示されるように、タッチポイントCと第1の端部AからのタッチポイントCの距離に関しての、基準線出力値の差Da、Db、出力値の差Dxは、比例する関係を形成する。第1の端部Aの位置がXaと名付けられて座標原点Xa=0として定義され、第1の端部Aからの第2の端部Bの距離がXbとして定義される。従って、プロセッサ130に予め記録された電極110の基準線出力値の差Da、Dbに基づいて、以下の式(1)が示される。
【数1】

【0031】
第1の端部Aからの電極110上のタッチポイントCの距離Xcを計算する。ここで、距離Xcは、第1の方向XにおけるタッチポイントCの位置を意味する。ステップ18において、プロセッサ130は、第1の方向Xおよび第2の方向YにおけるタッチポイントCの位置Xc、Ycを出力する。
【0032】
異なる走査方法の他の設計要件によれば、本発明のタッチポイント検知デバイスの表面上にリング形状に現れるタッチポイントは、図10に示される第2の実施の形態のタッチポイント検知方法の流れ工程によって検知される。図10に示される第2の実施の形態のタッチポイント検知方法は、タッチポイント検知方法の第1の実施の形態に本質的に類似する。その差は、ステップ23において出力値を生成する電極110の検知を必ずしも必要としないことである。従って、ステップ24を実行する時には、走査部140は、第2の励起信号周波数(excitation signal frequency)f2を用いて、全ての電極110を走査する。
【0033】
上記の2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)は、例えば、f1=1.2MHz、f2=380kHzというように、ランダムに一致させる(matched randomly)ことができる。異なる精度を一致させてタッチポイントを検知するために、2つのもしくはそれ以上の可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を採用して電極110をそれぞれ走査し、第1の方向におけるタッチポイント位置Xcの平均値を計算することができる。
【0034】
上記のプロセッサは、記憶部と、受信部と、計算部と、出力部と、を含む。記憶部は、基準線出力値の差DaおよびDbと、電極と第1の端部Aからのタッチポイントの距離とに関する、電極上の出力値の変化関係の曲線L1およびL2と、を記憶するために利用される。受信部は、電極を走査することによって生成される出力値を受信する。計算部は、電極の基準線出力値の差Da、Dbと、タッチポイントCの出力値の差Dxおよび位置Xc、Ycと、を計算する役割を果たす。計算されたこれらの値が、出力部によって後続の操作に出力される。
【0035】
タッチポイント検知デバイスの第4の実施の形態は、第1の実施の形態の電極の層と交差および重なっている2つの電極の層と見なされる。従って、上述されたタッチポイント検知方法は、第1の方向Xに沿う第1の電極410a上に実装されて、第1の電極410a上のタッチポイント位置Xcを計算し、一方で、タッチポイント検知方法は、第2の方向Yに沿う第2の電極410b上に実装されて、第2の電極410b上のタッチポイント位置Ycを計算する。
【0036】
各電極上に生成されるタッチポイントは上述したタッチポイント検知方法によって別々に計算されるために、2つのもしくはそれ以上のタッチポイントが、タッチポイント検知デバイスの表面上であるが同一の電極上でない場所に同調して現れた時に、各タッチポイントの位置が、本発明のタッチポイント検知方法によって検知される。
【0037】
特定の実施の形態を示して説明したが、本発明の精神およびスコープを離れることなくして、これに対する種々の変更および取り換えを行ってもよい。従って、本発明は説明として説明されたものであり、限定されるものでないことが理解される。
【符号の説明】
【0038】
1 タッチポイント検知デバイス、
2 電極、
3 導電線、
4 導電線、
5 プロセッサ、
100 タッチポイント検知デバイス、
110 電極、
120 導電線、
130 プロセッサ、
140 走査部、
200 タッチポイント検知デバイス、
210 電極、
220 導電線、
230 プロセッサ、
240 走査部、
300 タッチポイント検知デバイス、
310 電極、
311 導電部、
312 導電線、
320 導電線、
330 プロセッサ、
340 走査部、
400 タッチポイント検知デバイス、
410a 第1の電極、
410b 第2の電極、
420a 第1の導電線、
420b 第2の導電線、
430 プロセッサ、
440 走査部、

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電極と、
前記複数の電極に接続され、少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて前記複数の電極を走査する走査部と、を備える、
タッチポイント検知デバイス。
【請求項2】
前記複数の電極は、
第1の方向に配置される、
請求項1に記載のタッチポイント検知デバイス。
【請求項3】
前記複数の電極は、
第1の方向に配置される複数の第1の電極と、第2の方向に配置される複数の第2の電極と、を備える、
請求項1に記載のタッチポイント検知デバイス。
【請求項4】
前記第1の方向は、前記第2の方向と交差する、
請求項3に記載のタッチポイント検知デバイス。
【請求項5】
前記複数の電極は多角形状(polygon)である、
請求項1〜4いずれか1項に記載のタッチポイント検知デバイス。
【請求項6】
前記複数の電極は
複数の分離された導電部と、前記複数の導電部に接続する複数の誘導線と、を備える、
請求項1〜5いずれか1項に記載のタッチポイント検知デバイス。
【請求項7】
前記走査部は、プロセッサの内部に配置される、または、前記プロセッサの外部に配置される、
請求項1〜6いずれか1項に記載のタッチポイント検知デバイス。
【請求項8】
a)少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて複数の電極を走査するステップと、
b)少なくとも1つのタッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される出力値を検知するステップと、
c)前記出力値の出力値差を計算するステップと、
d)前記複数の電極上の前記タッチポイントの位置を出力するステップと、を備える、
タッチポイント検知方法。
【請求項9】
1)前記少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
2)前記複数の電極上に生成される出力値を検知するステップと、
3)前記タッチポイントが前記複数の電極の第1の端部に現れた場合に、前記出力値の出力値の差を計算するステップと、
4)前記3)のステップで計算した前記出力値の差を第1の基準線の出力値の差として記録するステップと、
5)ここに前記1)のステップ及び前記2)のステップを繰り返すステップと、
6)前記タッチポイントが前記電極の第2の端部に現れた場合に、前記出力値の出力値の差を計算するステップと、
7)前記6)のステップで計算した前記出力値の差を第2の基準線の出力値の差として記録するステップと、を較正するステップとして更に備える、
請求項8に記載のタッチポイント検知方法。
【請求項10】
前記複数の電極は第1の方向に配置されて、前記a)のステップは更に、
a1)前記少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第1の磁励信号周波数(excitation signal frequency)を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
a2)前記タッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される第1の出力値を検知するステップと、
a3)前記第1の出力値を生成する前記複数の電極を検知するステップと、
a4)前記少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第2の磁励信号周波数(excitation signal frequency)を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
a5)前記第2の出力値を検知するステップと、を備える、
請求項8または9に記載のタッチポイント検知方法。
【請求項11】
前記複数の電極は第1の方向に配置されて、前記a)のステップは更に、
a1)前記少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第1の磁励信号周波数(excitation signal frequency)を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
a2)前記タッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される第1の出力値を検知するステップと、
a3)前記少なくとも2つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第2の磁励信号周波数(excitation signal frequency)を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
a4)前記タッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される第2の出力値を検知するステップと、
a5)前記第1の出力値および前記第2の出力値を生成する前記複数の電極を検知するステップと、を備える、
請求項8または9に記載のタッチポイント検知方法。
【請求項12】
前記b)のステップは更に、
b1)前記第1の出力値および前記第2の出力値の差を計算するステップと、
b2)前記第1の出力値および前記第2の出力値の前記出力値の差と、前記第1の基準線の出力値の差および前記第2の基準線の出力値の差と、に基づいて、前記複数の電極上の前記タッチポイントの位置を計算するステップと、を備える、
請求項8〜11に記載のタッチポイント検知方法。
【請求項13】
前記複数の電極は一つずつ走査される、または、前記複数の電極は同調して走査される、
請求項8〜12いずれか1項に記載のタッチポイント検知方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−248180(P2012−248180A)
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−76304(P2012−76304)
【出願日】平成24年3月29日(2012.3.29)
【出願人】(509205375)宸鴻科技(廈門)有限公司 (17)
【Fターム(参考)】